CN110895052A - 液位监测方法、液位监测结构、排水装置及换热设备 - Google Patents

液位监测方法、液位监测结构、排水装置及换热设备 Download PDF

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CN110895052A CN201911249473.4A CN201911249473A CN110895052A CN 110895052 A CN110895052 A CN 110895052A CN 201911249473 A CN201911249473 A CN 201911249473A CN 110895052 A CN110895052 A CN 110895052A
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欧梦钦
郭特特
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Abstract

本发明涉及一种液位监测方法、液位监测结构、排水装置及换热设备，液位监测方法包括以下步骤：获取处于充电状态的可变电容的工作参数；根据工作参数判断液位是否达到最高警戒液位；其中，当判断液位达到最高警戒液位时，控制可变电容切换至放电状态并控制换热设备停机。上述液位监测方法，可通过可变电容的工作参数判断排水装置的液位是否达到警戒液位，因此不受冷凝液因气源成份不统一而产生的内阻差异较大的影响，具有较高的监测精度与监测可靠性。

Description

液位监测方法、液位监测结构、排水装置及换热设备
技术领域
本发明涉及换热技术领域，特别是涉及一种液位监测方法、液位监测结构、排水装置及换热设备。
背景技术
随着经济技术的发展和生活水平的提高，人们对于环境保护的重视程度越来越高，随之而来的是人们对于家用电器产品的能效要求也越来越高。
冷凝式燃气热水炉是一种利用燃气燃烧加热，从而输出热水供人们使用的装置。由于冷凝式热水炉能够利用高效的冷凝预热回收装置来吸收热水炉排出的高温烟气中的现热和水蒸气凝结所释放的潜热，因此冷凝式燃气热水炉的热效率远远高于普通热水炉，因此越来越广泛地应用于人们的生产和生活之中，但是，随之而来的冷凝水也成为了冷凝式壁挂炉设计中需要考虑和处理的一个问题。而根据标准CJ/T 395-2012的要求，冷凝式热水炉需设置冷凝液堵塞监测装置，从而当冷凝炉的冷凝液堵塞时，在冷凝炉安全关闭或锁定前，烟气中的COu＝1的浓度应不大于0.2％。
现有冷凝式燃气热水炉的冷凝液监测方式主要有两种：
其中一种监测方式通过纯粹的结构设计，当冷凝液堵塞时，冷凝炉的排烟口的有效排烟面积会减小，因此可利用风压监测装置间接地监测冷凝液堵塞。这种监测方式对冷凝腔结构要求高，此外还会增加排烟阻力，而且结构设计要求和加工难度较高。
另一种监测方式是利用冷凝液的导电性，在冷凝腔或冷凝液收集装置中安装检测电极，通过专门的检测电路监测电极是否浸入冷凝液，直接判断冷凝液是否堵塞。这种监测方式受冷凝液的内阻大小影响，尤其目前燃气的气源成分不统一，产生的冷凝液内阻差异较大，可靠性大打折扣，从而难以准确监测冷凝液是否堵塞，为燃气热水炉的使用带来了安全隐患。
发明内容
基于此，有必要针对燃气热水炉中冷凝液排放装置异常无法精确监测的问题，提供一种可精确监测冷凝液排放装置工作状态的液位监测方法、液位监测结构、排水装置及换热设备。
一种液位监测方法，用于监测换热设备的排水装置的液位，所述排水装置设有可变电容，所述可变电容的电容值跟随所述液位升高单调增大，所述可变电容具有充电状态与放电状态，所述液位监测方法包括以下步骤：
获取处于所述充电状态的所述可变电容的工作参数；
根据所述工作参数判断所述液位是否达到最高警戒液位；
其中，当判断所述液位达到所述最高警戒液位时，控制所述可变电容切换至所述放电状态并控制所述换热设备停机。
上述液位监测方法，可通过可变电容的工作参数判断排水装置的液位是否达到警戒液位，因此不受冷凝液因气源成份不统一而产生的内阻差异较大的影响，具有较高的监测精度与监测可靠性。
在其中一个实施例中，根据所述工作参数判断所述液位是否达到最高警戒液位的步骤具体包括以下步骤：
获取所述可变电容的实时电压值及所述实时电压值从等于初始电压值增大至等于对比电压值的充电时长；
比较所述充电时长与预设充电时长的大小，判断所述液位是否达到所述最高警戒液位；
其中，当所述充电时长大于或等于所述预设充电时长时，判断所述液位达到所述最高警戒液位。
在其中一个实施例中，当所述充电时长小于所述预设充电时长时，判断所述液位未达到所述最高警戒液位，控制所述可变电容继续处于所述充电状态直至所述实时电压值等于极限电压值。
在其中一个实施例中，所述液位监测方法还包括以下步骤：
当所述实时电压值等于所述极限电压值时，控制所述可变电容切换至所述放电状态直至所述实时电压值为零；
当所述实时电压值为零时，控制所述可变电容切换至所述充电状态。
一种液位监测结构，采用上述的液位监测方法监测换热设备的排水装置的液位，所述液位监测结构包括液位监测电路，所述液位监测电路包括：
可变电容，所述可变电容的电容值跟随所述液位的升高单调增大；
并联于所述可变电容的充电回路与放电回路，所述充电回路用于为所述可变电容充电，所述可变电容可在所述放电回路中放电；
控制器，用于获取处于所述充电状态的所述可变电容的工作参数，并根据所述工作参数判断所述液位是否达到最高警戒液位，且根据所述工作参数控制所述充电回路与所述放电回路的通断。
在其中一个实施例中，所述充电回路包括串联的直流充电电源、充电电阻以及第一继电器，所述控制器连接于所述第一继电器以控制所述第一继电器的通断。
在其中一个实施例中，所述放电回路包括串联的第二继电器与发光二极管，所述控制器连接于所述第二继电器以控制所述第二继电器的通断。
在其中一个实施例中，所述液位监测结构还包括升降组件，所述升降组件可跟随所述待测液体的液面升降改变所述液位监测电路的所述可变电容的电容值。
在其中一个实施例中，所述可变电容包括可变电容壳体、第一电极板、第二电极板以及绝缘介质，所述第一电极板与所述第二电极板间隔设置于所述可变电容壳体内，所述绝缘介质填充于所述第一电极板与所述第二电极板之间，所述升降组件伸入所述可变电容壳体内并连接于所述第一电极板；当所述升降组件跟随所述待测液体的液面升降时，所述升降组件可带动所述第一电极板相对所述第二电极板移动以改变所述第一电极板与所述第二电极板之间的距离。
一种排水装置，包括上述的液位监测结构，所述排水装置包括排水壳体，所述排水壳体设有排水腔及连通所述排水腔的排水口，所述液位监测结构的所述升降组件安装于所述排水腔内。
一种换热设备，包括上述的液位监测结构。
附图说明
图1为本发明一实施例中液位监测结构的升降组件的结构示意图；
图2为图1所示液位监测结构的液位监测电路的电路图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
如图1所示，本发明的实施例的一种换热设备(图未示)，设有用于排出冷凝水的排水装置100。下面以换热设备为冷凝式燃气热水炉为例，对本申请中排水装置100的结构进行说明。本实施例仅用以作为范例说明，并不会限制本申请的技术范围。可以理解，在其它实施例中，换热设备也可具体为安装有排水装置100的其它设备，在此不作限定。
排水装置100包括排水壳体20及排水管(图未示)。具体地，排水壳体20呈中空筒状结构，包括排水壳体底壁21及自排水壳体底壁21的边缘向同一方向延伸形成的排水壳体侧壁23，排水壳体侧壁23沿周向环绕排水壳体底壁21以形成排水腔25。排水壳体底壁21开设有与排水腔25连通的排水口212，排水管通过排水口212与排水壳体20连接，排水腔25中的冷凝水通过排水管排出。
为了监测排水腔25内的冷凝水的液面高度，排水装置100还包括部分安装于排水腔25内的液位监测结构40，液位监测结构40可与换热装置的控制系统通信连接，液位监测结构40可监测液位的高度并发送信号至换热设备的控制系统。当排水管出现堵塞现象时，排水腔25中的冷凝水无法正常排出而在排水腔25内不断累积，从而导致冷凝水的液面在垂直于排水壳体底壁21的第一方向上不断上升。当冷凝水的液面上升至最高警戒液位时，液位监测结构40发送信号至控制装置，控制装置控制换热设备停机保护，从而阻止排水腔25中的冷凝水的液面高度继续上升。
具体地，液位监测结构40包括升降组件41及液位监测电路43。
升降组件41包括浮球412、推杆414以及限位罩416。具体地，限位罩416呈中空筒状结构，包括限位罩顶壁及限位罩侧壁，限位罩顶壁与排水壳体底壁21间隔设置，限位罩侧壁自限位罩顶壁边缘向排水壳体底壁21方向延伸直至连接于排水壳体底壁21，限位罩侧壁环绕限位罩顶壁的外周，与限位罩顶壁及排水壳体底壁21共同界定形成用于限位浮球412的限位空间4161。进一步地，限位罩侧壁还间隔开设有多个连通限位空间4161与排水腔25的过水孔4163，排水腔25中的水可经由过水孔4163进入限位空间4161内。
浮球412限位于限位空间4161内，当限位空间4161中不存在冷凝水时，浮球412落在排水壳体底壁21上。当限位空间4161中存在冷凝水时，浮球412可漂浮于冷凝水中(即浮球412的一部分位于冷凝水的液面下方，浮球412的另一部分位于液面上方)。
推杆414的包括推杆主体及设于推杆主体一端抵持部，抵持部沿垂直于推杆主体的方向伸展以增大与浮球412的接触面积，推杆主体设有抵持部的另一端穿过限位罩顶壁伸入限位空间4161内，抵持部可分离地抵持于浮球412。如此，浮球412可随着冷凝水的液面上升而在第一方向上上升，进而带动推杆414在第一方向上上升。
因此，当排水管正常排水时，排水腔25中的液位低于过水孔4163的高度，限位罩侧壁将冷凝水阻挡在外，使连通空间中没有冷凝水存在，浮球412与推杆414均处于最低位置。而当排水管处于堵塞状态时，排水腔25中的冷凝水的液位不断上升，经过水孔4163进入限位空间4161中，限位空间4161中的液位逐渐上升直至与排水腔25中的水位始终相等，浮球412与推杆414也跟随液位逐渐上升。
如图1及图2所示，液位监测电路43包括控制器434、可变电容432以及并联于可变电容432的充电回路436与放电回路438。可变电容432的电容值C跟随液位的升高单调增大，控制器434可为微控制单元(Microcontroller Unit，MCU)，用于根据可变电容432的工作参数控制充电回路436与放电回路438的通断。当充电回路436处于导通状态时，充电回路436给可变电容432充电；当放电回路438处于断开状态时，可变电容432在放电回路438中放电。由于可变电容432的充电时长与可变电容432的电容值C正相关，电容值C越大，则充电时长越长，电容值C越小，则充电时长越短，因此可获取可变电容432的充电时长来判断可变电容432的电容值C。
可变电容432包括可变电容壳体4321、第一电极板4323、第二电极板4325以及绝缘介质4327。第一电极板4323与第二电极板4325位于可变电容壳体4321内，且在冷凝水的液面的升降方向(即第一方向上)间隔设置。绝缘介质4327填充于第一电极板4323与第二电极板4325之间，推杆主体远离抵持部的一端伸入可变电容壳体4321并与第一电极板4323固接，第二电极板4325位于第一电极板4323背向升降组件41的一侧。当升降组件41跟随待测液体的液面在第一方向上升降时，推杆414伸入可变电容壳体4321中的一端可带动第一电极板4323相对第二电极板4325移动以改变第一电极板4323与第二电极板4325之间的距离。
根据公式C＝εS/d(其中，C为电容值，ε为第一电极板4323与第二电极板4325之间的绝缘介质4327的介电常数，S为第一电极板4323与第二电极板4325的正对面积；d为第一电极板4323与第二电极板4325之间的距离)可知，当第一电极板4323与第二电极板4325之间的距离d发生变化时，将使可变电容432组件的电容值C发生变化。
因此，当排水腔25中的冷凝水的液面因排水管堵塞而在排水腔25中积累且液面逐渐上升时，浮球412跟随冷凝水的液面向上运动时，推动推杆414向上运动，进而带动第一电极板4323向第二电极板4325方向移动，第一电极板4323与第二电极板4325之间的距离d减小，进而导致可变电容432组件的电容值C增大。
充电回路436包括串联的直流充电电源4361、充电电阻4363以及第一继电器4365，控制器434连接于第一继电器4365以控制第一继电器4365的通断。放电回路438包括串联的第二继电器4381与发光二极管4383，控制器434连接于第二继电器4381以控制第二继电器4381的通断。
如此，当控制器434控制第一继电器4365处于导通状态，且第二继电器4381处于断开状态时，直流充电电源4361给可变电容432充电，可变电容432的实时电压值不断上升直至达到极限电压值(极限电压值约等于直流充电电源4361的电压值)。当控制器434控制第一继电器4365处于断开状态，且第二继电器4381处于导通状态时，可变电容432放电，可变电容432的实时电压值不断下降至零。
因此，上述液位监测结构40可通过升降组件41将冷凝水的液位升降直接转换为液位监测电路43的工作状态的变化，因此不受冷凝液因气源成份不统一而产生的内阻差异较大的影响，从而具有较高的监测精度与准确性。
上述液位监测结构40的液位监测方法包括以下步骤：
S110：获取处于充电状态的可变电容432的工作参数。
具体地，控制器434获取可变电容432的实时电压值及实时电压值从等于初始电压值增大至等于对比电压值的充电时长。其中，初始电压值大于零且小于对比电压值，对比电压值小于可变电容432的极限电压值。
S120：根据工作参数判断液位是否达到最高警戒液位。
具体地，控制器434比较充电时长与预设充电时长的大小，判断液位是否达到最高警戒液位。
更具体地，当充电时长大于或等于预设充电时长时，说明可变电容432充电至对比电压值所耗费的时间较长，因此可变电容432的电容值较大，表明第一电极板4323与第二电极板4325之间的距离较近，升降组件41的浮球412跟随液面上升距离较大，所以控制器434判断液位达到最高警戒液位。此时，控制器434可断开第一继电器4365并导通第二继电器4381以控制可变电容432切换至放电状态，同时发送非易失锁定故障信号至控制系统以控制换热设备停机，从而使换热设备停止生成冷凝水。
进一步地，在换热设备停机之后，只有当用户解决冷凝水堵塞故障后下达复位命令，控制器434才控制第一继电器4365导通并控制第二继电器4381断开，从而对可变电容432进行再次充电。
当充电时长小于预设充电时长时，说明可变电容432充电至对比电压值所耗费的时间较短，因此可变电容432的电容值较小，表明第一电极板4323与第二电极板4325之间的距离较远，升降组件41的浮球412位于底部或上升距离较小，所以控制器434判断液位未达到最高警戒液位，控制器434控制可变电容432继续处于充电状态直至实时电压值等于极限电压值。
当可变电容432在不断充电过程中达到极限电压值后无法继续充电，控制器434断开第一继电器4365并导通第二继电器4381以控制可变电容432切换至放电状态，可变电容432持续放电直至实时电压为零以为下一次充电做准备。
当可变电容432不断放电而使实施电压值为零后，控制器434断开第二继电器4381与导通第一继电器4365以控制可变电容432切换至充电状态，从而继续监测冷凝水的液位。
如此，可变电容432的充电与放电过程不断循环，在可变电容位于充电过程中时，根据可变电容432的充电时间即可监测排水装置100内的冷凝水的液位高低。
上述液位监测方法、液位监测结构40、排水装置100及换热设备，通过液位监测结构40可将冷凝液的液位的升降直接转换为可变电容432的电容值变化，通过监测可变电容432的充电时间即可准确判断排水装置100是否堵塞。由于不受换热设备的气源成份不统一的影响，因此该液位监测结构40具有较高的监测精度及可靠性，从而保证了换热设备的安全运行。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (12)

1.一种液位监测方法，用于监测换热设备的排水装置的液位，其特征在于，所述排水装置设有可变电容(432)，所述可变电容(432)的电容值跟随所述液位升高单调增大，所述可变电容(432)具有充电状态与放电状态，所述液位监测方法包括以下步骤：
获取处于所述充电状态的所述可变电容(432)的工作参数；
根据所述工作参数判断所述液位是否达到最高警戒液位；
其中，当判断所述液位达到所述最高警戒液位时，控制所述可变电容(432)切换至所述放电状态并控制所述换热设备停机。
2.根据权利要求1所述的液位监测方法，其特征在于，获取处于所述充电状态的所述可变电容(432)的工作参数的步骤具体包括以下步骤：
获取所述可变电容(432)的实时电压值及所述实时电压值从等于初始电压值增大至等于对比电压值的充电时长。
3.根据权利要求2所述的液位监测方法，其特征在于，根据所述工作参数判断所述液位是否达到最高警戒液位的步骤具体包括以下步骤：
比较所述充电时长与预设充电时长的大小，判断所述液位是否达到所述最高警戒液位；
其中，当所述充电时长大于或等于所述预设充电时长时，判断所述液位达到所述最高警戒液位。
4.根据权利要求3所述的液位监测方法，其特征在于，当所述充电时长小于所述预设充电时长时，判断所述液位未达到所述最高警戒液位，控制所述可变电容(432)继续处于所述充电状态直至所述实时电压值等于极限电压值。
5.根据权利要求4所述的液位监测方法，其特征在于，所述液位监测方法还包括以下步骤：
当所述实时电压值等于所述极限电压值时，控制所述可变电容(432)切换至所述放电状态直至所述实时电压值为零；
当所述实时电压值为零时，控制所述可变电容(432)切换至所述充电状态。
6.一种液位监测结构，采用如权利要求1-5任意一项所述的液位监测方法监测换热设备的排水装置的液位，其特征在于，所述液位监测结构包括液位监测电路(43)，所述液位监测电路(43)包括：
可变电容(432)，所述可变电容(432)的电容值跟随所述液位的升高单调增大；
并联于所述可变电容(432)的充电回路(436)与放电回路(438)，所述充电回路(436)用于为所述可变电容(432)充电，所述可变电容(432)可在所述放电回路(438)中放电；
控制器(434)，用于获取处于所述充电状态的所述可变电容(432)的工作参数，并根据所述工作参数判断所述液位是否达到最高警戒液位，且根据所述工作参数控制所述充电回路(436)与所述放电回路(438)的通断。
7.根据权利要求6所述的液位监测结构，其特征在于，所述充电回路(436)包括串联的直流充电电源(4361)、充电电阻(4363)以及第一继电器(4365)，所述控制器(434)连接于所述第一继电器(4365)以控制所述第一继电器(4365)的通断。
8.根据权利要求6所述的液位监测结构，其特征在于，所述放电回路(438)包括串联的第二继电器(4381)与发光二极管(4383)，所述控制器(434)连接于所述第二继电器(4381)以控制所述第二继电器(4381)的通断。
9.根据权利要求6所述的液位监测结构，其特征在于，所述液位监测结构还包括升降组件(41)，所述升降组件(41)可跟随所述待测液体的液面升降改变所述液位监测电路(43)的所述可变电容(432)的电容值。
10.根据权利要求9所述的液位监测结构，其特征在于，所述可变电容(432)包括可变电容壳体(4321)、第一电极板(4323)、第二电极板(4325)以及绝缘介质(4327)，所述第一电极板(4323)与所述第二电极板(4325)间隔设置于所述可变电容壳体(4321)内，所述绝缘介质(4327)填充于所述第一电极板(4323)与所述第二电极板(4325)之间，所述升降组件(41)伸入所述可变电容壳体(4321)内并连接于所述第一电极板(4323)；当所述升降组件(41)跟随所述待测液体的液面升降时，所述升降组件(41)可带动所述第一电极板(4323)相对所述第二电极板(4325)移动以改变所述第一电极板(4323)与所述第二电极板(4325)之间的距离。
11.一种排水装置，其特征在于，包括如权利要求6至10任意一项所述的液位监测结构，所述排水装置包括排水壳体(20)，所述排水壳体(20)设有排水腔(25)及连通所述排水腔(25)的排水口(212)，所述液位监测结构的所述升降组件(41)安装于所述排水腔(25)内。
12.一种换热设备，其特征在于，包括如权利要求6至10任意一项所述的液位监测结构。
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