CN110986364A - 用于热水器的公共排气系统以及控制该系统的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供用于热水器的公共排气系统以及控制该系统的方法。本发明涉及一种热水器排气系统，该热水器排气系统包括主排气口和与第二热水器连通的第一热水器。第一热水器包括进气口、包括电动机的鼓风机组件、联接至所述主排气口的排气口、由所述进气口、所述鼓风机组件以及所述排气口之间的流体连通形成的流体流路、沿所述流体流路定位的传感器，以及控制器，所述控制器电联接至所述传感器和所述鼓风机组件的电动机，所述控制器基于来自所述传感器的输入和来自所述第二热水器的输入中的至少一者来控制所述电动机的公共。

Description

用于热水器的公共排气系统以及控制该系统的方法

本申请是申请日为2013年11月19日，申请号为201310581592.6，发明名称为“用于热水器的公共排气系统以及控制该系统的方法”的专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种用于多个热水器的排气系统。

背景技术

越来越多的商业应用正在安装多个热水器以满足其设备的需求。结果是，为了在通风上节省成本，使用公共排气口的解决方案将热水器连接起来。在公共排气系统中，点火式热水器可能导致公共烟道中的压力为正，致使废气沿着非点火的，或者空闲的热水器中的错误方向流通。过压降也会影响热水器运行。

发明内容

空闲热水器应该在它们相应的排气口中保持和控制略微的正压力，以防止来自点火式热水器的废气沿错误的方向流通。一个或多个点火式热水器在它们开启时将会与空闲热水器相连通。然后，该空闲热水器将控制它们的鼓风机以在它们的排气口内保持略微的正压力。

在一个实施方式中，本发明提供了一种热水器排气系统，该热水器排气系统包括：主排气口和与第二热水器连通的第一热水器。第一热水器包括：进气口；包括电动机的鼓风机组件；联接至主排气口的排气口；由进气口、鼓风机组件和排气口之间的流体连通形成的流体流路；沿着所述流体流路定位的传感器：以及电联接至传感器和鼓风机组件的电动机的控制器，该控制器基于来自传感器的输入和来自第二热水器的输入中的至少一者来控制所述电动机的速度。

在另一实施方式中，本发明提供了一种控制水加热系统的方法，所述水加热系统包括主排气口、第一热水器和第二热水器，所述第一个热水器包括流体流路、联接至主排气口的排气口、传感器和包括电动机的鼓风机组件。该方法包括使用传感器沿着流体流路感测压差，以及响应于所感测的压差和来自第二热水器的输入来改变第二热水器的鼓风机组件的所述电动机的速度。

本发明的其他方面将通过对详细描述和附带的附图的讨论而变得明显。

附图说明

图1是示出了用于多个热水器的公共排气系统的框图。

图2是能够被用于图1中的公共排气系统的热水器的立体图。

图3是用于图2中的热水器的鼓风机组件的立体图。

图4是图3的鼓风机组件的剖面图。

图5是图1的公共排气系统的弯管的剖视图。

图6是位于图1的公共排气系统的弯管内的皮托管的构造的放大剖视图。

图7是能够被用于图2的热水器中的控制器的框图。

图8示出了用于控制图4中的鼓风机组件的速度的过程。

具体实施方式

在详细描述本发明的任何实施方式之前，应理解的是本发明并不限制在其应用于下面描述中阐述的或者在下面附图中示出的组件的构造和布置的详情。本发明的其他实施方式能够以变化的方式被实施或者被实现。

在公共排气系统的一个实施中，多个热水器的排气口被连接至主排气口。当一个或多个热水器开始运行时，该一个或多个热水器发送控制信号至非运行的，或者空闲的热水器。空闲的热水器然后感测他们相应的排气口的压力。基于所感测到的压力，空闲的热水器控制它们的鼓风机以在它们相应的排气口(即，流出排气口的废气)中保持略微为正的速度。该略微为正的压力防止废气从正在运行的一个或多个热水器中通过废气出口进入空闲的热水器。尽管作为用于商业环境中而被讨论，还预期将本发明用于民居环境。

图1是示出了用于多个热水器5的公共排气系统1的框图。排气系统1包括主排气口10、排气口15和热水器5。排气口15包括弯管20。热水器5包括鼓风机组件25，该鼓风机组件包括进气口80。

图2示出了排气系统1的热水器5的构造。热水器5包括鼓风机组件25、贮水箱30、燃烧室35、烟道40、废气出口45、冷水入口50和热水出口55。燃烧器60(如图3所示)被定位于燃烧室35内。鼓风机组件25为燃烧器60提供可燃混合物，用于燃烧。燃烧的热产物从燃烧室35中流出，通过烟道40，并且在对贮存于贮水箱30中的水加热时，通过废气出口45排出。通过废气出气口45流出热水器5之外的燃烧的热产物被认为是废气。冷水入口50向贮水箱30供水。热水出口55向最终使用位置，例如，水龙头，提供热水。贮水箱30典型地包括联接至冷水入口50和热水出口55的浸管。在另一实施方式中，热水器5是不包括贮水箱的瞬时热水器。虽然排气系统1中的热水器5被作为相似类型的热水器来讨论，但是在该系统中可以使用若干不同类型的热水器(例如，与瞬时水加热器相结合的贮水式热水器)。

图3至图4说明了鼓风机组件25和燃烧器60。鼓风机组件25包括壳体65、风扇或叶轮70、电动机75、进气口80、出气口82、和控制模块85(如下所述)。壳体65限定了内部空间90，在该内部空间90中叶轮70被支撑以进行旋转。在一个实施方式中，进气口80包括类似于排气口15的弯管20的弯管。

电动机75可操作地与叶轮70互相连接，以在内部空间90内驱动叶轮70的旋转。在一些构造中，鼓风机组件25的电动机75为永磁、无刷直流电(BLDC)电动机。众所周知，无刷直流电电动机包括定子、永磁转子和电子换向器。电子换向器典型地主要包括具有处理器和存储器的可编程装置(微型控制器、数字信号处理器或类似的控制器)。无刷直流电电动机的可编程装置使用储存在存储器中的软件来控制电子换向器。电子换向器然后将适合的电能提供给定子，以使永磁转子以所期望的速度旋转。在不同的构造中，电动机75可以为多速电动机，或者变速电动机。电动机75也可以为直流电电动机，或者交流电电动机。

进气口80包括具有外表面100和内表面105的进气口壁95。供气端口130延伸穿过进气口壁95。供气端口130与供气阀连通。燃烧器60连接至出气口82。

在使用中，电动机75旋转叶轮70，将空气通过进气口80吸入。气体燃料是通过供气端口130来供应的。气体燃料是一种可燃气体，例如，天然气或丙烷。气体燃料与燃烧空气混合以形成可燃混合气。可燃混合气然后被提供给燃烧器60，用于燃烧。

在从废气出口45排出时，来自热水器5的废气穿过热水器5的相应的排气口15行进，这包括穿过排气口15的弯管20。来自热水器5的废气然后通过由公共排气系统1的所有热水器5共用的主排气口10而排出。

进气口80、鼓风机组件25、燃烧室35、烟道40、废气出口45以及排气口15流体连通。进气口80、鼓风机组件25、燃烧室35、烟道40、废气出口45以及排气口15形成通过热水器5的流体流路。

图5是皮托管135，或者类似的气体流动传感器的构造的剖视图。皮托管135可以被置于弯管20中或者进气口80处的弯管中。皮托管135是用于测量流体流动速度的压力测量装置。皮托管135测量在排气口15的弯管20处或者在进气口80的弯管处的流体流动速度。皮托管135被置于弯管20内或者进气口80内，以使皮托管135与弯管20或者进气口80的中心线共线。皮托管135包括动态通道140。动态通道140垂直于气流145的方向。皮托管135还包括静态通道150。静态通道150平行于气流145，在此处压力保持不变。当气体流过排气口时，气体流经动态通道140。当流体流经动态通道140和静态通道150时，传感器155(如图7所示)测量该流体的压力。于是控制模块85接收到两个压力测量值，该控制模块使用这两个压力测量值的差来计算流过排气口10的弯管20或者流过进气口80的流体的速度。在图5中示出的实施方式中，皮托管135被置于弯管内，要么在弯管20内，要么在进气口80处的弯管内。被置于弯管内的皮托管135提供了比被置于流体流路的直线部分中更精确的压力测量。

图6示出了皮托管135’的另一构造的剖视图。皮托管135’包括动态通道140’和静态通道150’。当静态通道150’的开口与气流145相垂直时，动态通道140’的开口与气流145的方向平行。传感器155测量气体流经动态通道140’的压力与位于静态通道150’处的静态压力之间的压力差。然后由计算通过弯管20或者在进气口80处的气流的速度的控制模块85，来接收该两个压力测量值。

虽然在图5和图6中示出的构造中，皮托管135示出为被置于弯管20内或者被置于进气口80处的弯管内，在其它构造中，皮托管135被置于排气口15内或者被置于沿着热水器15的流路的其他位置。此外，可以在其它实施方式中使用其它气流或者压力传感器。

继续运行之前，应理解尽管这里将控制模块85作为一个模块，并且特别是用户界面模块来讨论，但控制模块可以包括多个模块。

图7是主要包括控制器160和电源模块165的控制模块85的框图。控制器160包括软件和硬件的组合，所述软件和硬件主要操作成控制鼓风机组件25的运行。在一个构造中，控制器160包括印刷电路板(“PCB”)，该印刷电路板上组装了多个电气的和电子的部件，该多个部件提供了电力、操作控制并且对控制模块85提供保护。在一些构造中，PCB包括，例如，处理器或者处理单元175(例如，微型处理器、微型控制器或者另一合适的可编程装置)、存储器180和总线182。总线182将包括存储器180的PCB的各种部件连接至处理单元175。存储器180包括：例如，只读存储器(“ROM”)、随机存取存储器(“RAM”)、电子可擦除可编程只读存储器(“EEPROM”)、闪存、硬盘或者另一个合适的磁性的、光的、物理的、或者电子的存储装置。处理单元175连接至存储器180并且执行能够被存储在RAM内(例如在执行期间)、在ROM内(例如，以一般永久性为基础)、或者在另一个非临时性的计算机可读介质中(诸如另一存储器或者光盘中)的软件。另外地或者另选地，存储器180包含在处理单元175中。控制器160还包括输入/输出(“I/O”)系统185，该系统包括用于在控制器160内的部件和控制模块85的其它部件之间传输信息的程序。例如，I/O系统185被配置为提供控制模块85和传感器155、电动机75和燃烧器60之间的通信。I/O系统185进一步被配置为提供多个热水器5的控制模块85之间的通信。

控制模块85的实施所包含的软件被存储在控制器160的存储器180中。该软件包括：例如，固件、一个或多个应用程序、程序数据、一个或多个程序模块和其他可执行的指令。控制器160被配置为从存储器中获取并且主要执行与控制进程和下面描述的方法相关的指令。例如，控制器160被配置为执行从存储器180中获取的指令，该指令用于监测由传感器155感测到的压力以及用于控制鼓风机组件25的电动机75。在其它构造中，控制器160或者外部装置包括更多的、更少的或者不同的部件。在其它构造中，传感器155也感测其它参数，诸如温度。

PCB除此之外还包括多个附加的被动和主动部件，诸如电阻器、电容器、电感器、集成电路和放大器。这些部件被布置和被连接以将多个的电气功能提供给主要包括滤波、信号波形加工或者电压调整的PCB。为描述的目的，PCB和被组装在PCB上的电气组件统称为控制器160。

电源模块165提供标准AC或者DC电压至控制器160或者热水器5的其它组件或者模块。电源模块165由例如，具有在100V至240VAC之间的标准线电压和大约在50至60Hz的频率的电源供电。电源模块165也被配置为给操作电路和控制器160内的组件或者热水器5提供较低电压。在其它构造中，在热水器5内的控制器160或者其他组件和模块由一个或者多个电池或者电池组或者另一独立栅极电源(例如，发电机、太阳能电池板等)来供电。

在上文所述的构造中，每个热水器5包括控制模块85，并且每个控制模块85彼此通信。另一构造包括主控制模块，该主控制模块与热水器5的所有控制模块85通信并控制它们。另一构造包括具有控制模块85的各单独的热水器5，然而，一旦热水器5开始点火，该热水器5的控制模块85采取主局操作并与其它热水器5的其它控制模块85通信并且控制它们。

图8是当热水器5没有在加热模式运行时，用于控制鼓风机组件25的速度的进程200。当热水器5在加热模式运行时，将不会执行进程200，而是将继续执行热水器5的正常加热模式。如果在操作进程200期间的任何时间，热水器5开始执行加热模式，进程200将被停止并且将执行正常加热模式的操作。虽然进程200被示为线性进程，步骤的顺序可能以不同的进程顺序被执行，或者可能被同时执行。控制模块85接收指令，使系统中的一个或者多个热水器5开启(步骤205)。在皮托管20的动态通道140和静态通道150上流动的流体的压力被感测(步骤210)。控制模块85对比两个压力测量值并且计算排气口15或者进气口80的流体流动速度(步骤215)。控制模块85确定是否该速度为负(即，通过废气出口45流入热水器或者流出进气口80)(步骤220)。如果速度为负，控制模块85增大的鼓风机组件25的电动机75的速度，增大流过流路的流体的速度(步骤225)。如果速度为零或者为正，控制模块85确定是否速度处于显著降低回流至热水器5中、但会回流至排气系统1的其它热水器5的范围内(步骤230)。这个速度范围被称作“略微非负”。在一个实施方式中，略微非负是大约0至5CMF(立方英尺每分钟)。在另一实施方式中，略微非负是大约0至10CMF。在另一实施方式中，略微非负是大约0至20CMF。如果速度不在略微非负的范围内，则控制模块减小鼓风机组件25的电动机75的速度，减小流过流路的流体的速度(步骤235)。如果速度在略微非负的范围内，控制模块85保持电动机75的速度，并且因此保持流过流路的流体的速度(步骤240)。然后控制模块循环回到步骤210。

因此，本发明主要提供用于多个热水器的新的和有用的公共排气控制。本发明的各项特征和优点将在所附权利要求中详细说明。

Claims (6)

1.一种用于具有第一排气口的第一热水器和具有第二排气口的第二热水器的热水器控制系统，所述热水器控制系统包括：

第一进气口；

第二进气口；

第一鼓风机组件，所述第一鼓风机组件包括第一电动机；

第二鼓风机组件，所述第二鼓风机组件包括第二电动机；

第一流体流路，所述第一流体流路位于所述第一进气口、所述第一鼓风机组件和所述第一排气口之间；

第二流体流路，所述第二流体流路位于所述第二进气口、所述第二鼓风机组件和所述第二排气口之间；

第一传感器，所述第一传感器沿着所述第一流体流路定位；

第二传感器，所述第二传感器沿着所述第二流体流路定位；

第一控制器，所述第一控制器包括第一处理器和第一存储器，所述第一控制器电联接至所述第一传感器和所述第一鼓风机组件的所述第一电动机，所述第一控制器基于来自所述第一传感器的第一电子输入和来自所述第二热水器的第二电子信号来控制所述第一电动机；和

第二控制器，所述第二控制器包括第二处理器和第二存储器，所述第二控制器电联接至所述第二传感器和所述第二鼓风机组件的所述第二电动机，所述第二控制器基于来自所述第二传感器的第二电子输入和来自所述第一热水器的第一电子信号来控制所述第二电动机。

2.根据权利要求1所述的热水器控制系统，其中，所述第一传感器包括皮托管。

3.根据权利要求1所述的热水器控制系统，其中，所述第一传感器被定位在所述第一排气口的弯管内。

4.根据权利要求1所述的热水器控制系统，其中，所述第一传感器感测压差。

5.根据权利要求4所述的热水器控制系统，其中，所述第一控制器基于所感测的压差来计算流体流动速度。

6.根据权利要求1所述的热水器控制系统，其中，控制所述第一电动机以将输出气体流动速度保持在略微非负的范围内。

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