CN112393421B - 冷凝热水器中的泄漏检测 - Google Patents

Abstract

本发明涉及冷凝热水器中的泄漏检测，尤其是涉及一种热水器系统，该热水器系统包括被构造成选择性地产生烟气的气体燃烧器，以及用于加热热水器系统中的水的热交换器。热水器系统可在加热模式和待机模式中操作。排放组件与热交换器连通，并且包括被构造成接收烟气和冷凝物的冷凝物收集器。第一温度传感器定位成感测冷凝物收集器内的冷凝物的温度。第一温度传感器被构造成检测冷凝物的温度变化速率。控制器被构造成在热水器系统处于加热模式之后，当热水器系统处于待机模式时，当温度变化速率从第一状态调节到第二状态时确定泄漏。

Description

冷凝热水器中的泄漏检测

技术领域

本发明涉及冷凝热水器中的泄漏检测，尤其是涉及一种热水器系统。

背景技术

通常，热水器落入两种类型中的一种：(i)无水箱或即时热水器，和(ii)储水式或水箱式热水器。每种类型的热水器还可以使用由气体燃烧器产生的热烟气来加热水。这种类型的热水器可以被称为冷凝热水器。本发明涉及一种控制系统，该控制系统被构造成确定在冷凝热水器内是否发生错误。

发明内容

本发明的一个方面提供了一种热水器系统，该热水器系统包括被构造成选择性地产生烟气的气体燃烧器，以及用于加热热水器系统中的水的热交换器。热交换器被构造成接收水和烟气中的一者。热水器系统可在加热模式和待机模式中操作，在该加热模式中，烟气流动穿过热水器系统以加热热水器系统中的水，在该待机模式中，不存在流动穿过热水器系统的烟气。排放组件与热交换器流体连通。排放组件包括冷凝物收集器，该冷凝物收集器被构造成接收烟气和由烟气产生的冷凝物。冷凝物收集器包括冷凝物管理部分。第一温度传感器定位成感测冷凝物收集器内的冷凝物的温度。第一温度传感器被构造成检测冷凝物的温度变化速率。控制器被构造成在热水器系统处于加热模式之后当热水器系统处于待机模式时，当温度变化速率从第一状态调节到第二状态时，确定热水器系统的泄漏。当热水器系统从加热模式进入待机模式时，冷凝物管理部分将从第一状态到第二状态的温度变化速率的调节延迟预定时间段。

在另一方面，本发明提供了一种确定热水器系统中的错误的方法。该热水器系统包括热交换器、气体燃烧器和与热交换器流体连通的排放组件。该方法包括在加热模式中操作热水器系统，其中由气体燃烧器产生的烟气流动穿过热水器系统，以及在待机模式中操作热水器系统，其中不存在流动穿过热水器系统的烟气。该方法还包括当热水器系统在加热模式中操作时冷凝烟气以形成冷凝物，以及使冷凝物流动穿过排放组件。该方法还包括由控制器监测由第一温度传感器检测的温度变化速率，该第一温度传感器定位成感测排放组件的冷凝物收集器内的冷凝物的温度。冷凝物收集器具有冷凝物管理部分。该方法还包括在热水器系统处于加热模式之后当热水器系统处于待机模式时，当温度变化速率从第一状态调节到第二状态时，由控制器确定热水器系统的泄漏。该方法还包括当热水器系统从加热模式进入待机模式时，由冷凝物管理部分将从第一状态到第二状态的温度变化速率的调节延迟预定时间段。

在又一方面，本发明提供一种热水器系统，该热水器系统包括被构造成选择性地产生烟气的气体燃烧器，以及用于加热热水器系统中的水的热交换器。热交换器被构造成接收水和烟气中的一者。热水器系统可在加热模式和待机模式中操作，在该加热模式中，烟气流动穿过热水器系统以加热热水器系统中的水，在该待机模式中，不存在流动穿过热水器系统的烟气。热水器系统还包括与热交换器流体连通的排放组件。排放组件包括冷凝物收集器，该冷凝物收集器被构造成接收烟气和由烟气产生的冷凝物。第一温度传感器定位成感测流动穿过排放组件的冷凝物的温度。第二温度传感器定位成感测周围大气的温度。控制器被构造成当热水器处于待机模式时，基于第一温度传感器和第二温度传感器的温度读数之间的对比来确定热水器系统的泄漏。

在又一方面，本发明提供了一种确定热水器系统中的错误的方法。该热水器系统包括热交换器、气体燃烧器和与热交换器流体连通的排放组件。该方法包括在加热模式中操作热水器系统，其中由气体燃烧器产生的烟气流动穿过热水器系统，以及在待机模式中操作热水器系统，其中不存在流动穿过热水器系统的烟气。该方法还包括当热水器系统在加热模式中操作时冷凝烟气以形成冷凝物，以及使冷凝物流动穿过排放组件。该方法还包括由控制器监测第一温度传感器和第二温度传感器的温度读数，该第一温度传感器定位成感测流动穿过排放组件的冷凝物的温度，该第二温度传感器定位成感测外部大气的温度。该方法还包括当热水器处于待机模式时，基于第一温度传感器和第二温度传感器的温度读数之间的对比，由控制器确定热水器系统的泄漏。

通过考虑详细描述和附图，本发明的其他方面将变得显而易见。

附图说明

图1是根据本发明的结构的热水器的竖直横截面图，该热水器包括热交换器和与热交换器连接的通气管。

图2是连接图1的热交换器和通气管的中间管的立体图。

图3是沿图2中的线3-3截取的图2的中间管的横截面图，示出了定位在中间管的顶侧上的温度传感器。

图4是图3的温度传感器中的一个的示意图。

图4A是图4的温度传感器的尖端的放大图。

图5是体现本发明的另一温度传感器的示意图。

图6是沿图2中的线6-6截取的图2的中间管的局部横截面图。

图7是示出了图1的热水器的控制系统的流程图，该控制系统被构造成检测水泄漏和排水堵塞。

图8A是根据本发明的结构的另一中间管的横截面图，示出了定位在中间管的底侧上的温度传感器。

图8B是图8A的温度传感器中的一个的放大图。

图9是根据本发明的结构的又一中间管的横截面图，示出了温度传感器在中间管中的替代位置。

图10是示出当在热水器中已经发生泄漏时图9的温度传感器的温度读数随时间变化的曲线图

图11是示出图9的热水器的控制系统的流程图，该控制系统被构造成检测水泄漏和排水堵塞。

具体实施方式

在详细解释本发明的任何实施方式之前，应当理解，本发明在其应用方面不限于在以下描述中阐述的或在以下附图中示出的部件的结构和布置的细节。本发明能够有其他实施方式，并且能够以各种方式实践或执行。

与数量结合使用的修饰语“约”包括所述值，并且具有上下文所规定的含义(例如，它至少包括与特定数量的测量相关的错误度)。修饰语“约”也应被认为公开了由两个端点的绝对值所限定的范围。例如，表述“从约2至约4”也公开了范围“从2至4”。术语“约”可以指所示数字的加或减10％。例如，“约10％”可以表示9％至11％的范围，并且“约1％”可以表示从0.9至1.1。“约”的其他含义从上下文可以是明显的，例如四舍五入，因此，例如“约1”也可以是指0.5至1.4。

图1示出了热水器10，该热水器10包括热交换器12、水箱14、气体燃烧器18和排放组件30。所示热交换器12包括燃烧室22和烟道26。热水器10还包括烟气回路34和控制系统38(图7)。

水箱14包括用于从水源供应冷水的水入口42。水箱14还包括水出口46，用于将热水从水箱14输送到热水消耗装置(例如水龙头、淋浴器、洗碗机等)。牺牲阳极48可以从水出口46悬垂以保护水箱14不受腐蚀。水箱14限定了被构造成接收水的内部空间50。当水离开水箱14(即，穿过水出口46)并被输送到热水消耗装置时，发生热水抽取。

气体燃烧器18燃烧燃料(例如天然气)和空气的可燃混合物，以在燃烧室22中产生热烟气。热水器10可被限定为当气体燃烧器18操作时处于加热模式。热水器10还可以被限定为当气体燃烧器18不操作时处于待机模式。当热水器10处于待机模式时，不存在流动穿过热水器10的烟气。

在所示的实施方式中，气体燃烧器18定位在水箱14的顶部上，燃烧室22从燃烧器18延伸到水箱14中。特别地，燃烧器18可以穿过燃烧室22的顶部部分地延伸到燃烧室22中。所示的燃烧器18向下点火到燃烧室22中，因此可以被限定为下点火燃烧器。在其他实施方式中，气体燃烧器18可定位在水箱14的底部处并向上点火到燃烧室22中。燃烧室22由烟道26的上部分限定。燃烧室22和烟道26定位在由水箱14限定的内部空间50内。由气体燃烧器18产生的烟气流动穿过烟道26。当热烟气流动穿过烟道26时，内部空间50内的水被加热。这样，烟道26和燃烧室22可共同地被称为热交换器12，用于将热量从烟气传递到水箱14中的水。

继续参照图1，烟道26包括形成烟道26的多个区段。在所示的实施方式中，烟道26包括限定燃烧室22的较宽的上区段、变窄区段54a、竖直区段或立管54b和盘管区段54c。变窄区段54a和竖直区段54b由第一弯管58连接。竖直区段54b和盘管区段54c由第二弯管62连接。

参考图1和图2，烟道26与排放组件30流体连接。排放组件30包括中间区段66和通气管70。所示的中间区段66通过水箱14的壁与盘管区段54c连接。中间区段66定位在盘管区段54c和通气管70之间。在所示的实施方式中，盘管区段54c和中间区段66由作为烟道26的一部分的第三弯管74连接。通气管70与外部大气(例如，房间的外部)流体连接。

烟气回路34包括燃烧室22、烟道26和排放组件30。烟气被构造成沿着烟气回路34从燃烧室22穿过烟道26和排放组件30流动到外部大气(房间的外部)。

特别地，烟气由气体燃烧器18产生并且从燃烧室22流动到变窄区段54a。变窄区段54a在燃烧室22的下端和第一弯管58之间连通。变窄区段54a成形为喷嘴，并在烟气被输送到第一弯管58时使烟气的速度增加。竖直区段54b的底端78接收来自变窄区段54a(经由第一弯管58)的烟气。烟气在竖直区段54b中上升，并且被输送到竖直区段54b的顶端82。随后，烟气被接收在盘管区段54c中(经由第二弯管62)。盘管区段54c沿向下的螺旋路径将烟气引导到中间区段66。第一弯管58和第二弯管62的弯曲部改变烟气的流动方向。例如，第一弯管58将烟气的流动方向从向下(如从变窄区段54a接收)转向向上(如输送到竖直区段54b)。

参照图1和图2，排放组件30的中间区段66接收来自盘管区段54c的烟气，并将烟气水平地引导到通气管70，在通气管70处烟气被排放到外部大气。第三弯管74的弯曲部将烟气的流动方向从盘旋(如沿盘管区段54c引导)改变到水平(如输送到中间区段66)。

当烟气沿着烟气回路34从燃烧室22行进到盘管区段54c的端部86时，热量从热烟气传递到由水箱14限定的内部空间50内的水。具体地，烟气与燃烧室22和烟道26的内表面接触，并且水与燃烧室22和烟道26的外表面接触，使得热量通过传导从烟气传递到水。当烟气将热量损失到水时，烟气的温度可下降到预定温度极限(例如，130华氏度)以下。一旦烟气的温度下降到预定温度极限以下，来自烟气的冷凝物在盘管区段54c内形成。随后，冷凝物沿着向下的螺旋路径从盘管区段54c被引导到中间区段66(即，通过重力)。

在其他实施方式中，热交换器12(例如燃烧室22和烟道26)可包括竖直地延伸穿过水箱14的单独的烟道管而不是盘管区段54c。这些烟道管接收来自气体燃烧器18的烟气。每个烟道管还可以包括挡板以增强从烟气到水的热传递。在另外的其他实施方式中，水箱14可被构造成接收来自气体燃烧器18的热烟气(而不是水)，并且水流动穿过烟道26(即，盘管区段54c)。在该实施方式中，气体燃烧器18和排放组件30均与水箱14流体连接，并且水入口42和水出口46均与热交换器盘管(例如，具有盘管区段54c的烟道26)流体连接。这样，在该替代构造中，热水器10是无水箱热水器。此外，热水器10还可包括定位在水箱14内的烟气流动构件(例如，挡板、板等)，以促进靠近接收水的热交换器盘管的烟气的流动。这可以增加水和烟气之间的热传递。在该实施方式中，中间区段66与水箱14流体连接。烟气流动构件可将冷凝物引向中间区段66。

参照图1至图3，排放组件30还包括与中间区段66流体连接的冷凝物收集器或排水组件90。排水组件90包括排水管94和排水管线98。冷凝物从中间区段66流动到排水管94(例如，通过重力)，并且冷凝物填充排水管94并通过排水管线98被抽出热水器10。如图6所示，冷凝物可在中间区段66中形成冷凝物流100。中间区段66还可以限定凹槽102以促进在中间区段66中形成冷凝物流100。此外，凹槽102可促进将冷凝物流100引导到排水管94。

参照图1至图3，中间区段66包括第一部分106和第二部分110。所示的第一部分106由第一材料形成，而第二部分110由不同于第一材料的第二材料形成。例如，在所示实施方式中，第一部分106的第一材料是金属(例如铝)，而第二部分110的第二材料是非热传导材料，例如橡胶。此外，通气管70由第三材料形成，例如塑料管(聚氯乙烯(PVC)管)。第一、第二和第三材料被构造成当冷凝物流100和烟气两者离开热水器10时(分别通过排水管线98和通气管70)承受冷凝物流100和烟气的温度。

参照图2和图3，热水器10包括多个温度传感器114、118、122(例如热电偶)。第一温度传感器114定位成穿过中间区段66的第二部分110。第一温度传感器114被构造成检测冷凝物流100的温度。此外，第二温度传感器118定位成穿过中间区段66的第二部分110。第二温度传感器118被构造成检测穿过中间区段66排放的烟气的温度。换句话说，第一温度传感器114定位成感测流动穿过排放组件30的冷凝物的温度，并且第二温度传感器118定位成感测流动穿过排放组件30的烟气的温度。在所示的实施方式中，每个温度传感器114、118从中间区段66的顶侧150延伸。在其它实施方式中，如图8A至图8B所示，每个温度传感器114’、118’定位在中间区段66的底侧154上。

热水器10还包括被构造成检测外部大气(例如，房间)的温度的第三温度传感器122。在所示的实施方式中，如图2所示，第三温度传感器122定位在通气管70的外表面上并由该外表面支撑。在其他实施方式中，第三温度传感器122可以定位在热水器10上的其他位置处(例如，水箱14等)。在另外的实施方式中，热水器10还可以包括与水箱14一起定位的其他温度传感器，以测量水箱14内的特定区域处的水(即，底部的水、顶部的水等)的温度。

参照图3至图4A和图6，每个温度传感器114、118、122的尖端126与流体(例如，冷凝物、烟气、空气)接触，用于检测相应流体的温度。例如，如图3所示，第一温度传感器114的尖端126定位成靠近中间区段66的底部128，使得第一温度传感器114的尖端126定位在流动穿过中间区段66的冷凝物流100中。具体地，如图6所示，第一温度传感器114的尖端126可定位在凹槽102内。再次参考图3，第一温度传感器114比第二温度传感器118延伸到中间区段66中更远(在径向的意义上)。这样，第二温度传感器118的尖端126仅与流动穿过中间区段66的烟气接触。

在另一结构中，如图5所示，第一和第二温度传感器形成一个温度传感器130，用于检测冷凝物流100的温度和流动穿过中间区段66的烟气的温度。温度传感器130包括基部端132和末端134。温度传感器130的第一部分136被构造成检测冷凝物流100的温度。温度传感器130的第二部分138被构造成检测烟气的温度。第一部分136比第二部分138更靠近远侧末端134，使得第一部分136可被限定为远侧部分，并且第二部分138可被限定为近侧部分。因此，第一部分136可仅与冷凝物流100接触，而第二部分138可仅与烟气接触。

图8A至图8B示出了排放组件30’的另一实施方式，该排放组件30’具有与图1至图7所示的热水器10的实施方式相同的部件和特征，并用相同的附图标记加上撇号“’“来标记。排放组件30’类似于热水器10的排放组件30，因此，上文对热水器10和排放组件30的讨论类似地适用于排放组件30’，并且不再赘述。相反，这里仅具体指出排放组件30和排放组件30’之间的差异，例如温度传感器的定位的差异。

排放组件30’包括第一温度传感器114’和第二温度传感器118’。每个温度传感器114’、118’包括适配器158和围绕相应温度传感器114’、118’的壳体162。在所示的实施方式中，具体参照图8B，排放组件30’的中间区段66’的第三部分112限定用于每个温度传感器114’、118的螺纹孔166，每个温度传感器114’、118’的适配器158具有相应的螺纹并被接收在相应的孔166中。诸如O形环170的密封构件定位在每个温度传感器114’、118’的相应适配器158和形成第三部分112的螺纹孔166的壁174之间。O形环170被构造成阻止冷凝物流(例如，冷凝物流100)和烟气通过中间区段66’泄漏到房间中。相应温度传感器114’、118’的壳体162例如通过压配合而牢固地联接在相应适配器158内。

用于每个温度传感器114’、118’的壳体162的第一侧178被构造成接触相应的流体(例如，冷凝物流100、烟气)。例如，第一温度传感器114’定位在中间区段66’的底侧154’上，使得壳体162的端壁182(图8B)与第三部分112的底部184相邻且齐平。冷凝物流被构造成当冷凝物流100朝向排放组件30’的排水管94’流动时，在第一温度传感器114’的壳体162的端壁182上流动。在另一实施例中，第二温度传感器118’延伸穿过第三部分112的底侧154’，使得壳体162的端壁182定位在第三部分112内的顶侧150’和底侧154’中间，并且壳体162的第一侧178接触流动穿过中间区段66的烟气。

壳体162由第一热传导材料例如金属形成，使得热量通过传导从与壳体162的第一侧178接触的流体传递到壳体162的第二侧186。相应的温度传感器114’、118’(例如热电偶)与壳体162的第二侧186接触，用于基于壳体162的温度读数来检测流体的温度。适配器158由不同于第一材料的第二、非热传导材料形成，例如塑料。这样，适配器158被构造成形成屏障或以其他方式阻止第三部分112和相应温度传感器114’、118’的壳体162之间的接触。因此，尽管温度传感器114、118的位置可如上所述和所示在排放组件内变化，但温度传感器仍可被构造成当热水器10在加热模式和待机模式期间操作时分别检测流动穿过排放组件的冷凝物流的温度和烟气的温度。

以下段落描述了用于确定在热水器10内是否已经发生错误(例如，水泄漏、排水堵塞等)的控制系统38。

热水器10的控制系统38包括控制器142(图2)和第一、第二和第三温度传感器114、118、122。第一、第二和第三温度传感器114、118、122电连接到控制器142。控制器142被构造成确定第一、第二和第三温度传感器114、118、122的温度读数。具体地，控制器142可以被构造成监测随时间的温度读数。控制器142还被构造成对比第一、第二和第三温度传感器114、118、122的温度读数，以确定热水器10中是否已经发生错误(例如，泄漏、排水堵塞)，如下面进一步讨论的。在其他实施方式中，可以监测并对比温度读数的斜率以确定是否已经发生了错误。此外，在所示的实施方式中，控制器142本身是热水器的控制系统38的一部分。然而，在其他实施方式中，控制器142可以是单独的，但电连接到控制系统38。因此，控制器142被构造成连接到燃烧器18的控制器并与燃烧器18的控制器通信。这样，控制器142被构造成确定热水器10正在操作所处的模式(例如，加热模式、待机模式)和/或控制热水器10的操作。

参照图7，控制系统38，特别是控制器142(图2)被编程有与本公开相关的两个基本逻辑循环：加热模式循环210和待机模式循环215。在决定点220，控制器142基于是否有热量需求来决定进入哪个循环。如果在决定点220有热量需求，则控制器142进入加热模式循环210，如果没有热量需求，则控制器142进入待机模式循环215。

在加热模式循环210中，控制器在决定点225查询第一和第二温度传感器114、118，以获得并对比相应的冷凝物的温度和烟气在中间区段66处的温度。在决定点225，控制器142计算冷凝物的温度是否等于烟气的温度。如果冷凝物的温度不等于烟气在中间区段66处的温度，则控制器142在方框230确定不存在排水堵塞，并且返回到决定点220。如果冷凝物的温度等于烟气在中间区段66处的温度，则控制器142在235推断冷凝物停滞在中间区段66中。当冷凝物停滞在中间区段中时，冷凝物被烟气加热并且呈现与烟气相同的温度。控制器142推断停滞的原因是排水组件90中某处(例如，在排水管线98中)的堵塞。此外，如果热水器10在控制器142推断存在排水堵塞之后继续操作持续一段时间，则冷凝物将在排水管94中并最终在中间区段66中积累。随着热水器10继续在加热模式循环210中操作，第二温度传感器118、118’的尖端126(或壳体162的端壁182)最终变得浸没在冷凝物中。第一温度传感器114和第二温度传感器118都浸没在冷凝物中，使得冷凝物的温度(即，第一温度传感器114的温度读数)等于烟气的温度(即，第二温度传感器118的温度读数)。

在待机模式循环215中，控制器142在决定点240查询第一和第三温度传感器114、122，以获得并对比相应的冷凝物的温度和室内空气的温度。在决定点240，控制器142计算冷凝物的温度是否等于室内空气的温度。在所示的水箱热水器10的实施方式和无水箱热水器的替代实施方式中，如果冷凝物的温度等于或接近室内空气的温度，则控制器142在方框245确定没有水的泄漏(从水箱14，或在替代实施方式中从热交换器盘管)。在所示的水箱热水器10的实施方式中，如果冷凝物的温度不等于室内空气的温度，则控制器142确定在中间区段66中存在热水。特别地，在待机时段期间，热水的存在(即，高于室温)意味着水来自水箱14内部。因此控制器142在250推断存在泄漏(即，水从水箱14穿过烟道26的壁的泄漏，使得热水流向排水组件90)。

在无水箱热水器的替代实施方式中，如果冷凝物的温度不等于室内空气的温度，则控制器142确定在中间区段66中存在冷水。具体地，在待机时段期间，冷水的存在(即，低于室温)意味着水来自热交换器盘管。控制器142因此在250推断存在泄漏(即，水从热交换器盘管泄漏，使得冷水流向排水组件90)。

在加热模式期间，在正常操作期间，由第一温度传感器114检测的温度(即，冷凝物流100)应保持相对低于由第二温度传感器118检测的烟气温度(即，烟气)(例如，低10℉)。温度差可以是例如在约5℉和20℉之间。如果热水器10在加热模式期间没有正确地操作，则在水箱和无水箱热水器的两个实施方式中，第一温度传感器114的温度读数可以会聚到大约与第二温度传感器118的温度读数相同。控制器142还可以被构造成一旦确定了排水堵塞就停用热水器10的操作，并且向用户指示在热水器10中已经发生错误。

一旦热水器10进入待机模式，由第一温度传感器114检测的温度(即，冷凝物流100)应当相对快速地(例如，三分钟，取决于热交换器12的长度和泄漏点)会聚到与由第三温度传感器122检测的温度(即，外部大气)大约相同的温度。如果热水器10没有正确地操作，则在热水器10进入待机模式之后，第一温度传感器114的温度读数可以保持高于或低于(分别取决于其是水箱热水器还是无水箱热水器)第三温度传感器122的温度读数。该温度差向控制器142指示存在水从水箱14穿过烟道26的壁或热交换器盘管的泄漏。该温度差可以是例如大约2℉或更高。控制器142还可以被构造成一旦确定泄漏就停用热水器10的操作，并且向用户指示在热水器10中已经发生错误。此外，在一些实施方式中，如果水开始以小速率泄漏，则可以由控制器142随时间监测温度差，使得控制器142可以能够确定泄漏的位置和/或泄漏速率。

更具体地，在一些实施方式中，控制系统38(即，控制器142)可被编程为监测温度传感器114、118、122中的每一个的温度读数的公差的变化。当热水器(或控制器)被首次安装时，在待机模式期间，第一温度传感器114的温度读数可以与第三温度传感器122的温度读数具有温度差(℉)。例如，温度差可以是1℉。因此，控制器142确定公差被校正1℉。控制器142可以被编程以记录公差是基线。控制器142还可以被编程以监测第一、第二和第三温度传感器114、118、122的温度读数之间的公差的变化(即，增加或减少)。例如，如果控制器确定在待机模式期间第一温度传感器114和第三温度传感器122的温度读数之间的公差已经从1℉变化到3℉，则控制器可以确定存在泄漏并且指示用户检查热水器。控制器可以监测公差的变化，使得如果公差的变化达到预定极限(即，正或负5℉或更大)，则控制器将确定存在泄漏，并且阻止热水器的操作，直到泄漏已经被固定并且控制系统38已经被重置。例如，当公差从1℉变化到3℉时，控制器142确定泄漏，并指示用户检查热水器10。此外，当公差的变化到5℉时，控制器142确定泄漏，并阻止热水器10的操作。这样，这可以促进在热水器以短的(即，在大约1分钟到五分钟之间)待机时段操作期间检测泄漏。

此外，在其他实施方式中，第一温度传感器114(即冷凝物流100)的温度读数可与来自定位在水箱14内的温度传感器的温度读数对比。在热水器10处于待机模式时，当对比这些温度传感器的温度读数时，可以由控制器确定正在发生泄漏的位置。更进一步，在其他实施方式中，正温度系数(PTC)加热器可以与第一温度传感器114集成。PTC加热器可用于测量泄漏速率。特别地，PTC加热器的功率是固定的。如果在待机模式期间，第一温度传感器114的温度读数不同，则可以向控制器指示不同的泄漏速率。

控制器142可以被构造成在一天的特定时间段期间当确定排水堵塞或泄漏时查询第一温度传感器114、第二温度传感器118和第三温度传感器122。例如，当确定排水堵塞时，控制器142可以被构造成在用户最可能需要使用热水的早晨时间期间查询第一温度传感器114和第二温度传感器118。在另一实施例中，当确定泄漏时，控制器142可以被构造成在用户很可能不需要使用热水的晚上时间(即，睡眠)期间查询第一温度传感器114和第三温度传感器122。此外，控制器142可以被构造成确定对于预定频率是否存在排水堵塞或泄漏。例如，预定频率可以是一周一次、一月一次等。

图9示出了用于热水器10的排放组件330的又一实施方式，其中与图1到图7中所示的热水器10的实施方式相同的部件和特征用相同的附图标记加“300”来标记。排放组件330类似于热水器10的排放组件30，且因此，上文对热水器10和排放组件30的讨论类似地适用于排放组件330且不再赘述。相反，这里仅具体指出排放组件30和排放组件330之间的差异，例如温度传感器的定位的差异，以及控制系统如何确定泄漏。

排放组件330包括中间区段366和流体地连接到中间区段366的通气管370。中间区段366和通气管370接收来自热交换器(例如，第一实施方式的热交换器12)的烟气并将烟气排出到外部大气。排放组件330还包括与中间区段366流体连接的冷凝物收集器或排水组件390。排水组件390包括排水管394和排水管线398。冷凝物从中间区段366流动(例如，通过重力从热交换器)到排水管394，并且冷凝物填充排水管394并且通过排水管线398被抽出热水器。

中间区段366包括第一部分406和第二部分410。热水器(例如，热水器10)还包括多个温度传感器414、418、420、422(例如，热电偶)。与图1至图7的第一实施方式不同，第一温度传感器414定位成穿过排水管线398的顶部。第一温度传感器414被构造成检测在排水管394中收集之后离开排放组件330的冷凝物的温度。换句话说，第一温度传感器414定位成在冷凝物已经被引导穿过中间区段366并且积聚在排水管394中以到达排水管线398之后检测冷凝物的温度。另外，第二温度传感器418和第三温度传感器420定位成穿过中间区段366的第二部分410(分别类似于图1至图7的第二和第一温度传感器118、114)。第二温度传感器418被构造成检测穿过中间区段366排放的烟气的温度。第三温度传感器420定位成检测流动穿过中间区段366的冷凝物(例如，第一实施方式的冷凝物流110)的温度。特别地，温度传感器414、420都被构造成检测排放组件330内的冷凝物的温度，但是在沿着冷凝物离开热水器所遵循的路径的不同位置处。

具体地，下游方向被限定为冷凝物从热交换器朝向排水管线398流动的方向。第一温度传感器414定位在沿着比第三温度传感器420的位置更下游的路径的位置处，使得第一温度传感器414检测已经沿着路径行进了比由第三温度传感器420检测的冷凝物的温度更大的距离的冷凝物的温度。此外，排水管394和排水管线394的在第一温度传感器414的位置的上游的开始部分可共同称为排放组件390的冷凝物管理部分400。所示的热水器还包括第四温度传感器422，该第四温度传感器422定位成感测外部大气(例如，房间)的温度。

在其他实施方式中，热水器可以包括一个或多个温度传感器414、418、420、422。例如，在其他实施方式中，热水器可以包括第一温度传感器414、第二温度传感器418和第四温度传感器422。在另一实施例中，热水器可以包括第一温度传感器414和第二温度传感器418。更进一步地，在另一实施例中，热水器可以仅包括第一温度传感器414。

类似于图1至图7的第一实施方式，热水器包括控制系统338(图11)，用于确定在热水器中是否发生错误。控制系统338包括控制器(例如，控制器142；图2)和第一、第二、第三和第四温度传感器414、418、420、422。第一、第二、第三和第四温度传感器414、418、420、422电连接到控制器，使得控制器被构造成确定第一、第二、第三和第四温度传感器414、418、420、422的温度读数。

图10是示出当热水器中已经发生泄漏时相应温度传感器414、420、422的温度读数随时间变化的曲线图。特别地，图10示出了当热水器在加热模式(即，当气体燃烧器18正在操作时)和待机模式(即，当气体燃烧器18没有在操作时)之间操作时，相应温度传感器414、420、422随时间的温度读数。例如，在所示的实施方式中，热水器在520到大约521分钟的时间之间处于待机模式。另外，热水器在大约524分钟从加热模式进入待机模式。此外，在所示的实施方式中，热水器在大约521分钟和大约524分钟之间处于加热模式。

继续参照图10，气体燃烧器18在加热模式期间可在多种状态下操作。在所示的实施方式中，气体燃烧器可在第一状态或预吹扫665、第二状态或点火670、第三状态或利用调制来加热675和第四状态或后吹扫680之间操作。当气体燃烧器18在不同状态中操作时，温度传感器414、420、422的温度读数随时间变化(例如，温度升高或温度降低)，使得随时间的温度读数具有正温度变化速率、负温度变化速率或零温度变化速率。此外，温度读数在待机模式期间变化，这可以被控制器用来确定在热水器中是否已经发生泄漏，如下面进一步讨论的。

特别地，在正常操作期间，当热水器处于待机模式时，没有烟气冷凝，使得温度传感器414、420中的每一个的温度读数处于大约相同的基线温度或最小温度极限682(例如，大约67.7℉；在所示实施方式中为520分钟至大约521分钟)。该最小温度极限682可以接近由第三温度传感器422检测的外部大气的温度。例如，在所示实施方式中，由第三温度传感器422检测的温度为大约70.0℉。

当热水器开始在加热模式中操作时，烟气开始冷凝，并且第一温度传感器414和第三温度传感器420中的每一个的随时间的温度读数具有正变化速率。更具体地，第一温度传感器414和第三温度传感器420中的每一个的温度读数从最小温度极限682增加到相应的最大温度极限(即，分别为第一峰值685A、685B)。这种增加或正变化速率表示在加热模式期间现在产生的冷凝物的温度。由于第一温度传感器414定位在下游方向上更远的位置处，其中由第一温度传感器414检测的冷凝物的温度具有更多时间冷却(即，温度降低)，所以第一温度传感器414的最大温度极限685A小于第三温度传感器420的最大温度极限685B(例如，在大约524分钟)。例如，在所示实施方式中，第三温度传感器420的最大温度极限685B是大约90.5℉，并且第一温度传感器414的最大温度极限685A是大约84℉。当气体燃烧器18处于后吹扫状态680时，第一和第三温度传感器414、420中的每一个的温度读数分别达到最大温度极限685A、685B。

此外，在正常操作期间，一旦热水器进入待机模式，第一和第三温度传感器414、420中的每一个的温度读数开始返回到最小温度极限682(例如，大约67.7℉)。例如，在所示实施方式中，两个温度传感器414、420的温度读数在大约524分钟处开始降低(即，具有负变化速率)。尽管图10示出了第一和第三温度传感器414、420中的每一个的温度读数随时间以不同的变化速率增加，但是如果热水器在正常操作期间在待机模式中操作足够长的时间(例如，在大约20至30分钟之后)，则第一和第三温度传感器414、420中的每一个的温度读数将最终返回到大约相同的最小温度极限682(例如，大约67.7℉)。

然而，在异常操作期间，例如当如图10所示在热水器中存在泄漏时，在热水器从加热模式进入待机模式之后，第一温度传感器414的温度读数将再次增加(即，正变化速率)到第二峰值或泄漏温度极限690A。特别地，第一温度传感器414的温度读数将在温度开始从最大温度极限685A降低之后不久(例如，大约两分钟；在图10中的526分钟)增加到泄漏温度极限690A。换句话说，第一温度传感器414被构造成在热水器从加热模式进入待机模式之后检测变化速率的状态的变化。在所示的实施方式中，在待机模式中，变化速率的状态的变化是从第一负变化速率到第二正变化速率。泄漏温度极限690A可接近第一温度传感器414的最大温度极限685A。例如，泄漏温度极限690A为83.0℉。

特别地，参考图10，当热水器在加热模式中操作之后进入待机模式并且已经发生泄漏时，第一和第三温度传感器414、420中的每一个的温度读数首先具有负变化速率。变化速率是负的，因为烟气不再流动以产生冷凝物，并且热水器中的水的温度开始冷却，使得当热水器处于待机模式时由第一温度传感器414和第三温度传感器420两者检测的泄漏的水的温度也降低温度。热水器还包括等待时段695，该等待时段695被限定为热水器从加热模式进入待机模式的时间段，并且第一温度传感器414的温度读数检测到负变化速率。当在第一温度传感器414的温度读数开始朝向泄漏温度极限690A增加的待机模式期间，当第一温度传感器414的温度读数检测到从负变化速率到正变化速率的状态转变或变化时，等待时段695结束。如图10所示，在等待时段695期间，第一温度传感器414的温度读数降低的速率与第三温度传感器420的温度读数降低的速率相比显著更高，即使传感器414、420都被构造成检测任何泄漏的水的温度。

在等待时段695期间检测的温度变化速率的差异通过第一温度传感器414的位置来解释，该位置定位在冷凝物管理部分400(即，排水管394)的下游，使得泄漏的水被阻止进入排水管线398而不能被第一温度传感器414检测。因此，在等待时段695期间，第一温度传感器414未检测到流动穿过排水管线398的泄漏的水或任何冷凝物的温度。相反，第一温度传感器414可以检测在加热模式期间产生的已经开始冷却到排水管线394内的较低温度(即，低于泄漏的水的温度)的残留冷凝物的温度。因此，在等待时段695期间第一温度传感器414的温度读数以高得多的变化速率降低，并且明显低于(例如，大约5℉或更高；更接近第四温度传感器422的温度读数(例如，70.0℉))第三温度传感器420。

当泄漏的水已经达到排水管394中的预定水位时，等待时段695结束，并且泄漏的水然后能够经过第一温度传感器414穿过排水管线398离开。这样，冷凝物管理部分400被构造成延迟第一温度传感器414对泄漏的水的实际温度的检测。该延迟可以促进在等待时段695结束时的较大温度变化(即，夸大温度变化)，从而允许第一温度传感器414更容易地检测从负变化速率到正变化速率的状态的变化。尽管泄漏的水在等待时段695期间在积聚在排水管394中时可能损失一些热量，但是这不足以防止温度读数的状态从负变化速率变化为正变化速率，或者不足以防止第一温度传感器414的温度读数朝向泄漏温度极限690A的增加。

一旦第一温度传感器414检测到朝向泄漏温度极限690A的从负变化速率到正变化速率的状态的这种变化，第一温度传感器414就将信号输出到控制器(例如，控制器142)。随后，控制器被构造成确定存在泄漏。因此，在图9至图11的热水器的实施方式中，仅第一温度传感器414用于确定泄漏。另外，等待时段695促进由控制器检测第一温度传感器414的温度读数的状态的变化，并且促进确定存在泄漏。此外，控制器可以被构造成随时间监测等待时段695的长度，使得控制器还可以被构造成确定泄漏速率是否在变化。特别地，等待时段695的长度随时间的变化与泄漏速率的变化成比例。此外，由于在等待时段695结束时第一温度传感器414的温度读数的任何轻微增加可能指示存在泄漏，所以控制器可以能够检测甚至更小的泄漏。

控制器还可以被构造成一旦确定泄漏就停用热水器的操作，并且向用户指示在热水器中已经发生错误。因此，图9的实施方式表示温度传感器可以定位在冷凝热水器中并用于确定热水器中的泄漏的另一种方式。

热水器的控制系统338还可以包括定位在热交换器(例如，水箱、热交换器盘管等)内的另一个温度传感器424(图10)，用于检测热水器内的水的温度。在所示的实施方式中，温度传感器424定位在水箱的底部处，靠近烟气离开热交换器到达排放组件330的位置。如图10所示，当热水器在加热模式和待机模式之间操作时，水箱的底部处的水的温度保持在大约68.0℉的大约相同温度。在其他实施方式中，热水器可以包括定位在热水器内的其他位置处的其他温度传感器。

参照图11，类似于图1至图7的第一实施方式的控制系统38，控制系统338，特别是控制器，被编程有两个基本逻辑循环：加热模式循环510和待机模式循环515。在决定点520，控制器基于是否有热量需求来决定进入哪个循环。如果在决定点520有热量需求，则控制器进入加热模式循环510，并且如果没有热量需求，则控制器进入待机模式循环515。

加热模式循环510与第一实施方式(图7)的加热模式循环210相同地操作，除了第三温度传感器420用于检测冷凝物的温度，且第二温度传感器418用于检测烟气的温度以确定是否存在排水堵塞。因此，不再重复讨论加热模式循环510。替代地，在加热模式期间第一温度传感器414的温度读数也可以用于确定排水堵塞。特别地，当第一温度传感器414的温度读数在加热模式期间朝向最小温度极限682降低时，控制器将确定存在排水堵塞。

在待机模式循环515中，控制器在决定点540查询第一温度传感器414以获得排水管线398中冷凝物的相应温度。另外，在决定点540，控制器将第一温度传感器414的温度读数与待机循环期间的先前温度读数对比，并且确定温度读数的状态是否已经从负温度变化速率变化为正温度变化速率。在所示的水箱热水器的实施方式中，如果状态发生变化，则控制器在方框550确定存在水的泄漏(从水箱)。控制器因此在550推断存在泄漏(即，水从水箱穿过烟道的壁的泄漏，使得热水流向排水组件390并穿过排水管线398)。如果在待机模式期间状态没有变化，则控制器在方框545确定没有水的泄漏(从水箱)。

因此，本发明提供了一种除了别的之外的热水器10，该热水器10包括控制系统38、338，该控制系统被构造成通过利用和/或对比在热水器10的特定操作模式期间冷凝物、烟气和外部大气的温度读数来检测热水器10中的错误，例如泄漏或排水堵塞。本发明的各种特征和优点在权利要求中阐述。

Claims (19)

1.一种热水器系统，所述热水器系统包括：

气体燃烧器，所述气体燃烧器被构造成选择性地产生烟气；

热交换器，所述热交换器用于加热所述热水器系统中的水，所述热交换器被构造成接收所述水和所述烟气中的一者，

其中，所述热水器系统能够在加热模式和待机模式中操作，在所述加热模式中，所述烟气流动穿过所述热水器系统以加热所述热水器系统中的水，在所述待机模式中，不存在流动穿过所述热水器系统的所述烟气；

排放组件，所述排放组件与所述热交换器流体连通，所述排放组件包括冷凝物收集器，所述冷凝物收集器被构造成接收所述烟气和由所述烟气产生的冷凝物，所述冷凝物收集器包括冷凝物管理部分；

温度传感器，所述温度传感器定位成感测所述冷凝物收集器内的所述冷凝物或泄漏的水的温度，所述温度传感器被构造成检测所述冷凝物或所述泄漏的水的温度变化速率；以及

控制器，所述控制器被构造成在所述热水器系统处于所述加热模式之后，在所述热水器系统处于所述待机模式的情况下，当所述温度变化速率从负变化速率转变成正变化速率时，确定所述热水器系统中存在泄漏，

其中，当所述热水器系统从所述加热模式进入所述待机模式时，所述冷凝物管理部分延迟所述温度变化速率从所述负变化速率到所述正变化速率的所述转变。

2.根据权利要求1所述的热水器系统，其中，所述冷凝物收集器包括排水管线，并且其中，所述温度传感器至少部分地定位在所述排水管线内。

3.根据权利要求2所述的热水器系统，其中，从所述热交换器朝向所述冷凝物收集器流动的所述冷凝物或所述泄漏的水限定下游方向，其中，所述冷凝物收集器包括流体地连接到所述排水管线并且定位在所述排水管线上游的排水管，并且其中，所述冷凝物管理部分包括所述排水管和所述排水管线的在所述温度传感器的预定位置上游的一部分。

4.根据权利要求2所述的热水器系统，其中，所述冷凝物管理部分通过积聚所述泄漏的水来延迟所述温度变化速率的所述转变。

5.根据权利要求4所述的热水器系统，其中，一旦所述泄漏的水在所述冷凝物管理部分内达到预定位置，就发生所述温度变化速率从所述负变化速率到所述正变化速率的所述转变。

6.根据权利要求1所述的热水器系统，其中，所述热水器系统进入所述待机模式与所述温度变化速率从所述负变化速率到所述正变化速率的所述转变之间的时间的长度与泄漏速率成比例。

7.根据权利要求1所述的热水器系统，其中，所述温度传感器是第一温度传感器，所述热水器系统还包括第二温度传感器，所述第二温度传感器定位成感测流动穿过所述排放组件的所述烟气的温度，所述第二温度传感器电连接到所述控制器。

8.根据权利要求7所述的热水器系统，其中，所述冷凝物收集器包括排水装置，并且其中，所述控制器还被构造成当所述热水器处于所述加热模式时，基于所述第一温度传感器的温度读数与所述第二温度传感器的温度读数之间的对比来确定所述排水装置的排水堵塞。

9.根据权利要求8所述的热水器系统，其中，当所述第一温度传感器的所述温度读数与所述第二温度传感器的所述温度读数大约相同时，由所述控制器确定所述排水堵塞。

10.根据权利要求1所述的热水器系统，其中，所述冷凝物管理部分包括排水管，并且其中，在所述热水器系统从所述加热模式进入所述待机模式之后，来自所述热水器系统的所述泄漏的水在所述排水管中积聚。

11.一种用于确定热水器系统中的错误的方法，所述热水器系统包括热交换器、气体燃烧器和与所述热交换器流体连通的排放组件，所述方法包括：

在加热模式中操作所述热水器系统，在所述加热模式中，由所述气体燃烧器产生的烟气流动穿过所述热水器系统；

在待机模式中操作所述热水器系统，在所述待机模式中，不存在流动穿过所述热水器系统的所述烟气；

当所述热水器系统在所述加热模式中操作时，使所述烟气冷凝以形成冷凝物，并且使所述冷凝物流动穿过所述排放组件；

由控制器监测由第一温度传感器检测的温度变化速率，所述第一温度传感器定位成感测所述排放组件的冷凝物收集器内的所述冷凝物的温度，所述冷凝物收集器具有冷凝物管理部分；

在所述热水器系统处于所述加热模式之后，当所述热水器系统处于所述待机模式时，当所述温度变化速率从第一状态调节到第二状态时，由所述控制器确定所述热水器系统的泄漏；以及

当所述热水器系统从所述加热模式进入所述待机模式时，由所述冷凝物管理部分将所述温度变化速率从所述第一状态到所述第二状态的所述调节延迟预定时间段，

其中，所述第一状态是负温度变化速率，并且所述第二状态是正温度变化速率，并且其中，当所述第一温度传感器检测到所述温度变化速率从所述负温度变化速率到所述正温度变化速率的所述调节时，由所述控制器确定所述泄漏。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述温度变化速率从所述负温度变化速率到所述正温度变化速率的所述调节发生在所述预定时间段结束时。

13.根据权利要求11所述的方法，其中，由所述控制器进行的监测还包括监测所述第一温度传感器的温度读数，以及监测定位成感测流动穿过所述排放组件的所述烟气的温度的第二温度传感器的温度读数。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述冷凝物收集器还包括被构造成接收所述冷凝物的排水装置，所述方法还包括当所述热水器处于所述加热模式时，基于所述第一温度传感器的所述温度读数与所述第二温度传感器的所述温度读数之间的对比，由所述控制器确定所述排水装置的排水堵塞。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，当所述第一温度传感器的所述温度读数与所述第二温度传感器的所述温度读数大约相同时，由所述控制器确定所述排水堵塞。

16.根据权利要求11所述的方法，其中，所述冷凝物收集器包括排水管线，并且其中，所述第一温度传感器在所述排水管线上的预定位置处至少部分地定位在所述排水管线内。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述冷凝物从所述热交换器流动穿过所述排放组件以限定下游方向，其中，所述冷凝物收集器包括在所述排水管线的上游流体地连接到所述排水管线的排水管，并且其中，所述冷凝物管理部分包括所述排水管和所述排水管线的在所述第一温度传感器的所述预定位置上游的一部分。

18.根据权利要求16所述的方法，其中，由所述冷凝物管理部分进行的延迟还包括在所述预定时间段期间由所述冷凝物管理部分阻止泄漏的水流动穿过所述排水管线。

19.根据权利要求11所述的方法，其中，所述冷凝物管理部分包括排水管，所述方法还包括在所述预定时间段期间在所述排水管中积聚从所述热水器系统泄漏的水。