CN115682415A - 气阀安全控制装置及采用该控制装置的燃气热水设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种气阀安全控制装置及采用该控制装置的燃气热水设备。气阀安全控制装置包括控制器、气阀、和气阀安全控制回路。气阀包括主截止阀、第一分段阀、和第二分段阀。气阀安全控制回路与控制器连接，其包括相互并联设置的主开关、第一分段开关、和第二分段开关，还包括与主开关连接的主检测电路、与第一分段开关连接的第一分检测电路、和与第二分段开关连接的第二分检测电路。主开关和主截止阀串联连接在主回路中，第一分段开关和第一分段阀串联连接，第二分段开关和第二分段阀串联连接。控制器驱动主开关、第一分段开关、和第二分段开关运行，并分别检测主开关、第一分段开关、和第二分段开关的运行状态。从而使得气阀安全控制装置在发生故障时仍能确保燃气控制的安全。

Description

气阀安全控制装置及采用该控制装置的燃气热水设备

技术领域

本公开涉及气阀控制领域，尤其涉及一种气阀安全控制装置及采用该控制装置的燃气热水设备。

背景技术

燃气热水设备通常包括燃气热水器和燃气锅炉。其内通常设置有燃气分配系统、燃烧器、热交换器、以及管路系统。燃气分配系统用于供给燃烧器燃烧所需的燃气，其通常包括气阀和分气架。现有的燃烧器大多都可被控制地进行多段燃烧，如本案申请人早先申请并公告的发明专利CN207945810U所示，通过主截止阀对主气路的控制、以及在分气架上设置可控制通气口的分段电磁阀，从而可选择地实现多个气体通道中的一个或多个同时进行通气，进而增大热水器的功率调节范围，以扩大热水器的恒温效果。

对于燃气产品的电气安全通常有着较高的要求。例如，如何在两点失效或故障的情况下，仍能保证气阀安全操作，即避免因失效或故障而导致燃气泄漏，是本领域技术人员函待解决的技术问题。

发明内容

为克服相关技术中存在的问题，本公开提供一种气阀安全控制装置以在发生故障时仍能最大限度确保燃气控制的安全。

本公开还提供一种采用上述气阀安全控制装置的燃气热水设备。

本公开实施例的第一方面提供一种气阀安全控制装置，适于安装在燃气热水设备内以用于控制燃气供给，其包括控制器、气阀、和气阀安全控制回路。气阀包括用于控制主气路中燃气通断的主截止阀、用于控制主气路的第一分支中燃气通断的第一分段阀、和用于控制主气路的第二分支中燃气通断的第二分段阀。气阀安全控制回路与控制器连接，其包括相互并联设置的主开关、第一分段开关、和第二分段开关，还包括与主开关连接的主检测电路、与第一分段开关连接的第一分检测电路、和与第二分段开关连接的第二分检测电路；其中，主开关和主截止阀串联连接在主回路中，第一分段开关和第一分段阀串联连接，第二分段开关和第二分段阀串联连接。控制器被配置为驱动主开关、第一分段开关、和第二分段开关运行，并分别通过主检测电路、第一分检测电路、和第二分检测电路相应检测主开关、第一分段开关、和第二分段开关的运行状态。

在一些实施例中，主检测电路、第一分检测电路、和第二分检测电路均包括电压检测电路。

在一些实施例中，主检测电路还包括电流检测电路；控制器还被配置为通过电流检测电路检测流经主截止阀的电流。

在一些实施例中，气阀安全控制回路还包括串联连接在主回路中的第一安全开关和第二安全开关；控制器还被配置为，驱动第一安全开关和第二安全开关运行，并分别通过相应检测电路检测第一安全开关和第二安全开关的运行状态。

在一些实施例中，控制器被配置为：驱动第一安全开关运行并检测其是否导通；当第一安全开关导通，则进一步驱动第二安全开关运行并检测其是否导通；当第二安全开关导通，则进一步驱动主开关以及主截止阀运行并检测其是否导通；当主开关和主截止阀均导通，则进一步驱动第一分段阀与第一分段开关和/或第二分段阀与第二分段开关运行并相应检测第一分段开关和/或第二分段开关是否导通。

在一些实施例中，控制器还被配置为：当上述检测步骤中检测到未导通，则输出报警信号、并终止运行。

在一些实施例中，控制器包括相互通信的第一MCU和第二MCU；其中，第二MCU被配置为驱动主开关、第一分段开关、和第二分段开关运行，并检测主开关、第一分段开关、和第二分段开关的运行状态。

在一些实施例中，第一MCU被配置为驱动第一安全开关和第二安全开关运行；第二MCU被配置为分别通过相应检测电路检测第一安全开关和第二安全开关的运行状态。

在一些实施例中，第一MCU和第二MCU被配置为并联驱动第二安全开关；其中，第一MCU输出PWM信号，第二MCU输出直流电信号。

本公开实施例的第二方面提供一种燃气热水设备，其包括外壳、燃烧器、吸收燃烧器产生的热量并将热量传递给通过其的水流的热交换器、以及上述气阀安全控制装置；其中，气阀安全控制装置中的气阀还包括用于控制主气路中燃气压力和比例的比例阀。

本公开的一个或多个实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：通过对主开关、第一分段开关、和第二分段开关的运行状态进行检测，可在任意两点同时失效的情形下，剩下的开关能及时终止主截止阀或分段阀的工作，从而避免燃气泄漏。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本公开的一实施例中燃气热水设备的结构示意图；

图2是图1所示的燃气热水设备中气阀与分气架的连接示意框图；

图3是图1所示的燃气热水设备中气阀安全控制装置的工作原理框图；

图4是图3所示的气阀安全控制装置中气阀安全控制回路的工作原理框图。

具体实施方式

以下将结合附图对所示的各实施例进行详细描述。但这些实施例并不代表与本公开相一致的所有实施例，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在所附权利要求书所请求的保护范围内。

燃气热水设备是以可燃气体为燃料，如天燃气、城市煤气、液化气、沼气等，通过燃烧可燃气体来提供热量以满足用户的生活需求，例如，提供生活热水的燃气热水器、或可同时提供生活热水和供暖需求的燃气锅炉等。

如图1所示的燃气热水设备的一具体实施例。该燃气热水设备100包括外壳10，收容在外壳10中燃烧器20、热交换器30、气阀、分气架50、烟罩、风机60、以及风压开关70等。外壳10内设有隔板11，以将外壳内的空间在竖向上分隔开。

燃烧器20包括燃烧器壳体，其内通常设置有燃烧器单元，如并排设置的若干火排片(可参照图2中的示意)。每一火排片上会设置有燃气-空气的混合通道，通过燃气输送管路输送的燃气和一次空气在该混合通道内混合、并传递给位于火排片顶部的火孔以燃烧并生成热量。由于火排片的构造及布置为本领域技术人员所熟知，所以申请人在此不再予以赘述。

热交换器30安装在燃烧器20的上部。在一些实施例中，热交换器可采用翅片管式热交换器，即热交换器壳体内设置有多个翅片，一吸热水管(未标示)迂回地穿过这些翅片。燃气-空气混合物在燃烧器壳体和热交换器壳体拼接后形成的燃烧室内燃烧，产生的热量被翅片所吸收，并进一步传递给流经吸热水管中的水，加热后的水通过出水管传递给生活用水的水管，从而为用户提供饮用、洗浴等生活用水。烟罩扣在热交换器30的顶部，用于收集燃烧器产生的烟气(包含一氧化碳、氮氧化物等的废气)，并排放到外部。

在一些实施例中，风机60设置在烟罩的旁侧，用于促进气体对流。风机可以是离心式风机、轴流式风机、或斜流(混流)式风机等。风压开关70通常具有一负压检测口和一正压检测口，上述检测口可与风机上的取样管气体连通，以检测风机排烟是否正常，并在出现异常时触发微动开关以停止设备运行。

参照图1并配合参照图2所示，气阀通常包括阀体。阀体通常在底部设有与燃气管道连接的进气口45，阀体内通常形成有与该进气口45连通的主气路。气阀包括设置在阀体上用于控制主气路中燃气通断的主截止阀41。该主截止阀41通常采用电磁阀形式，其可以是单线圈的，也可以双线圈的。对于能够分段控制的气阀而言，阀体内还形成有与主气路连通的分支气路，本实施例中，分支气路有两个，即主气路的第一分支和第二分支；当然，在其他实施例中，分支气路可以有更多个。本实施例中，气阀还包括设置在阀体上用于控制主气路的第一分支中燃气通断的第一分段阀42和用于控制主气路的第二分支中燃气通断的第二分段阀43。如图1所示，本实施例中，气阀的阀体具有两个横向相对延伸的出气口，分别通过连接软管与分气架50连接。如图2中所示意，分气架50内设置有隔断，使分气架内形成两个气室，这两个气室分别通过上述连接软管与气阀的两个出气口相应连接。在一些实施例中，气阀还包括用于控制主气路中燃气压力和比例的比例阀44，其工作原理是根据输入电流的大小相应调节比例阀的输出压力，从而控制输出燃气(与空气)的比例。气阀工作时，主截止阀41导通打开主气路；然后，根据目标热负荷所需的燃烧功率比例阀调节输出压力，第一分段阀42和/或第二分段阀43导通打开相应的分支气路；进而，通过分气架50相应气室所供应的燃气，对应的燃烧器单元被点燃以提供目标热负荷所需的热量。

如图3所示，在一些实施例中，气阀安全控制装置包括控制器80、上述气阀、以及气阀安全控制回路90。控制器80通常设置在壳体10内以用于检测和控制燃气热水设备内各电路器件的工作。在一些实施例中，控制器80可以是包含处理器和存储器、以及若干电子元件按照一定布线方式连接而成的控制电路。处理器可以是中央处理单元(CentralProcessing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital SignalProcessor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)、或其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者任何常规的处理器。本实施例中，控制器80包含MCU(Microcontroller Unit；微控制单元)模块，其为燃气热水设备的控制中心，可利用其各种接口通过线路与各电子元件、器件、或电路电性连接。优选地，为了提高安全性，MCU模块可采用双MCU控制，即包含可相互通信的第一MCU和第二MCU，从而，如果一个MCU出现异常，另一个MCU仍然能够实现控制。

气阀安全控制回路90与控制器80连接。配合参照图4所示，在本实施例中，气阀安全控制回路90包括相互并联设置的主开关T3、第一分段开关T4、和第二分段开关T5，还包括与主开关T3连接的主检测电路、与第一分段开关T4连接的第一分检测电路、和与第二分段开关T5连接的第二分检测电路。此处及下述的开关可以是二极管、三极管、继电器、晶闸管、可控硅、MOS管和IGBT中的任意一种，还可以是由上述组合而成的开关模块或器件。主开关T3和主截止阀41串联连接在主回路中；第一分段开关T4和第一分段阀42串联连接，第二分段开关T5和第二分段阀43串联连接。在一些实施例中，控制器80分别驱动主开关T3、第一分段开关T4、和第二分段开关T5运行；然后，通过主检测电路、第一分检测电路、和第二分检测电路相应检测主开关T3、第一分段开关T4、和第二分段开关T5的运行状态。在本实施例中，主检测电路、第一分检测电路、和第二分检测电路均包括电压检测电路，第二MCU通过相应的输出端口经由相应的驱动电路驱动主开关T3、第一分段开关T4、和第二分段开关T5运行；然后，第二MCU通过相应的输入端口获取表征主开关T3、第一分段开关T4、和第二分段开关T5的运行状态的电压信号，判断这些开关是否失效或存在故障，如果是则执行进一步操作，如输出报警信号、并终止运行。在一些实施例中，主检测电路还包括电流检测电路；控制器80通过该电流检测电路检测流经主截止阀41的电流。在本实施例中，当主截止阀41、第一分段阀42、和第二分段阀43中的一个或多个出现故障时，流经主截止阀41的电流就会出现变化，如此会导致第二MCU通过电流检测电路获得的相应电流信号超出预定的阈值范围，从而，第二MCU执行进一步操作，如输出报警信号、并终止运行。

在一些实施例中，气阀安全控制回路90还包括串联连接在主回路中的第一安全开关T1和第二安全开关T2；控制器80驱动第一安全开关T1和第二安全开关T2，并分别通过相应检测电路检测第一安全开关T1和第二安全开关T2的运行状态。在本实施例中，上述检测电路可以为电压检测电路；第一MCU通过相应的输出端口经由相应的驱动电路驱动第一安全开关T1和第二安全开关T2运行；第二MCU通过相应的输入端口获取表征第一安全开关T1和第二安全开关T2运行状态的电压信号，判断这些安全开关是否失效或存在故障，如果是则执行进一步操作，如输出报警信号、并终止运行。在一些实施例中，为了进一步提高安全性，第一MCU和第二MCU可并联驱动第二安全开关T2；优选地，为了降低功耗，第一MCU输出PWM信号，而第二MCU输出直流电信号。

本实施例中，在运行时，第一MCU提供直流信号，如高电平信号以驱动第一安全开关T1运行，并通过电压检测电路检测其是否导通，如果否，则表明开关失效或存在故障，从而输出报警信号、并终止运行；如果是，则进一步驱动第二安全开关T2。当第一安全开关T1导通，第一MCU输出PWM信号、第二MCU输出直流电信可以并联驱动第二安全开关T2，而第二MCU则通过电压检测电路检测第二安全开关T2是否导通；如果否，则输出报警信号、并终止运行；如果是，则执行下一步。当第二安全开关T2导通，第二MCU驱动主开关T3以及主截止阀41运行，并通过检测电路检测两者是否导通；此处的导通包括通过电压检测电路判断主开关T3是否正常工作，以及通过电流检测电路判断主截止阀41和分段阀42、43是否工作正常；如果两者中任一个工作异常，则输出报警信号、并终止运行；如果均正常工作，则执行下一步。当主开关T3和主截止阀41均导通，则根据目标热负荷所需的燃烧功率，第二MCU相应驱动第一分段阀42与第一分段开关T4和/或第二分段阀43与第二分段开关T5运行并检测相应的分段开关是否导通；如果否，则输出报警信号、并终止运行；如果是，则保持当前各部件的运行状态。

通过对主开关、第一分段开关、和第二分段开关的运行状态进行检测，可在任意两点失效，如T1和T2、T1和T3、T2和T3、或者T1和T4、T2和T4、或者T1和T5、T2和T5等同时失效的情形下，剩下的开关能及时终止主截止阀或分段阀的工作，从而避免燃气泄漏，这尤其适用于主截止阀采用单线圈的形式。

应当理解，上述公开中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定“第一”、“第二”等特征可以明示或隐含地包括至少一个该特征。在上述公开中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一特征与第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。并且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”、“上面”可以是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”、“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

上述公开中所披露的方法和装置，可以通过其他的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，如控制器中单元的划分，仅为一种逻辑功能的划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如，多个单元可以结合或可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，上述所讨论的部件、元器件、单元相互之间的连接可以是电性、机械、或其他连接形式；可以是直接连接，也可以是通过一些接口等的间接连接；可以是有线连接，也可以是无线通信。

此外，上述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元；可以根据实际需要选择其中的部分或者全部单元来实现公开实施例方案的目的。另外，上述各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。

应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种气阀安全控制装置，适于安装在燃气热水设备内以用于控制燃气供给，其特征在于，该装置包括：

控制器；

气阀，包括用于控制主气路中燃气通断的主截止阀、用于控制主气路的第一分支中燃气通断的第一分段阀、和用于控制主气路的第二分支中燃气通断的第二分段阀；

气阀安全控制回路，与所述控制器连接，其包括相互并联设置的主开关、第一分段开关、和第二分段开关，还包括与主开关连接的主检测电路、与第一分段开关连接的第一分检测电路、和与第二分段开关连接的第二分检测电路；其中，主开关和主截止阀串联连接在主回路中；第一分段开关和第一分段阀串联连接，第二分段开关和第二分段阀串联连接；其中

控制器被配置为驱动主开关、第一分段开关、和第二分段开关运行，并分别通过主检测电路、第一分检测电路、和第二分检测电路相应检测主开关、第一分段开关、和第二分段开关的运行状态。

2.根据权利要求1所述的气阀安全控制装置，其特征在于：所述主检测电路、第一分检测电路、和第二分检测电路均包括电压检测电路。

3.根据权利要求2所述的气阀安全控制装置，其特征在于：所述主检测电路还包括电流检测电路；所述控制器还被配置为通过所述电流检测电路检测流经主截止阀的电流。

4.根据权利要求1所述的气阀安全控制装置，其特征在于：气阀安全控制回路还包括串联连接在主回路中的第一安全开关和第二安全开关；所述控制器还被配置为，驱动第一安全开关和第二安全开关运行，并分别通过相应检测电路检测第一安全开关和第二安全开关的运行状态。

5.根据权利要求4所述的气阀安全控制装置，其特征在于：控制器被配置为：驱动第一安全开关运行并检测其是否导通；当第一安全开关导通，则进一步驱动第二安全开关运行并检测其是否导通；当第二安全开关导通，则进一步驱动主开关以及主截止阀运行并检测其是否导通；当主开关和主截止阀均导通，则进一步驱动第一分段阀与第一分段开关和/或第二分段阀与第二分段开关运行并相应检测第一分段开关和/或第二分段开关是否导通。

6.根据权利要求5所述的气阀安全控制装置，其特征在于：控制器还被配置为：当上述检测步骤中检测到未导通，则输出报警信号、并终止运行。

7.根据权利要求4所述的气阀安全控制装置，其特征在于：控制器包括相互通信的第一MCU和第二MCU；其中，第二MCU被配置为驱动主开关、第一分段开关、和第二分段开关运行，并检测主开关、第一分段开关、和第二分段开关的运行状态。

8.根据权利要求7所述的气阀安全控制装置，其特征在于：第一MCU被配置为驱动第一安全开关和第二安全开关运行；第二MCU被配置为分别通过相应检测电路检测第一安全开关和第二安全开关的运行状态。

9.根据权利要求7所述的气阀安全控制装置，其特征在于：第一MCU和第二MCU被配置为并联驱动第二安全开关；其中，第一MCU输出PWM信号，第二MCU输出直流电信号。

10.一种燃气热水设备，其特征在于：该燃气热水设备包括外壳、燃烧器、吸收燃烧器产生的热量并将热量传递给通过其的水流的热交换器、以及如权利要求1至9项中任一项所述的气阀安全控制装置；其中，气阀安全控制装置中的气阀还包括用于控制主气路中燃气压力和比例的比例阀。

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