CN1274808A - 燃气锅炉的双向式泵及其控制电路和控制方法 - Google Patents

Abstract

一种双向式泵及其控制电路和控制方法,能够减小双向式泵在燃气锅炉模式转换时产生的冲击噪声。在其控制电路中,第一开关和第二开关开关交流电;驱动器有选择地驱动第一开关和第二开关;过零信号发生器在恒定周期内从交流电检测到零点并产生预定宽度的脉冲信号;控制器响应过零信号发生器发出的脉冲信号,发出第一控制信号和第二控制信号。

Description

燃气锅炉的双向式泵及其 控制电路和控制方法

本发明涉及一种燃气锅炉，尤其是涉及一种燃气锅炉的双向式泵，能使加热后的热水进行循环，从而从热水模式转换到供暖模式或者从供暖模式转换到热水模式，以及涉及该燃气锅炉的控制电路和控制方法。

燃气锅炉的双向式泵用于循环由热交换器加热的热水，从而从热水模式切换到供暖模式，或者从供暖模式切换到热水模式。

图1示出了传统燃气锅炉的结构，如图所示，传统燃气锅炉包括气阀104、控制器105、燃烧器106、火花塞107、水箱114、三通阀116、热交换器118、热水供应管120、流量阀130和循环泵132。

当打开气阀104使气体供入燃烧器106中时，火花塞107产生火花而点燃气体，于是，燃烧器106中产生火焰。这时，红外传感器109探测到火焰的温度，并把对应于火焰温度的燃烧温度输给控制器105。也就是说，把燃烧信息输给控制器105。

高温的燃气上升，流经安装在燃烧器106上部的热交换器118加热温水和冷水。温水在热交换器118中循环，而冷水流经冷水供应管126，在热交换器118中加热。结果，冷水和温水都由燃烧器106中进行的燃烧所加热。

三通阀116受到控制而以供暖模式循环温水，以热水模式供应温水。通过检测到冷水被供应到流量阀130而确定检测热水模式。

在供暖模式中，由热交换器118加热过的温水经热水供应管120供到温水管(未示出)。然后，温水经温水回流管112流回水箱114。在温水经温水管(未示出)流动时温水放出热量。流回的温水经三通阀116和循环泵132再次供给热交换器118。供应的温水在热交换器118被再次加热，然后经热水供应管120流出。设置三通阀116以控制水的流量。在供暖模式中，温水的流动循环包括水箱114和热交换器118，而在使水变暖的模式中，温水的流动循环包括循环泵132和热交换器118。

然而，传统的燃气锅炉中，管路连接结构非常复杂，增加了生产成本，并且由于有很多管连接件，增加了水的泄漏。另外，由于要使用附加的三通阀，所以增加了生产成本。

因此，为解决上述问题，本发明的第一个目的是提供一种双向式泵，能简化燃气锅炉的管路连接结构。

本发明的第二个目的是提供一种双向式泵的控制电路，能够在转换燃气锅炉的模式时减小双向式泵产生的冲击噪声。

本发明的第三个目的是提供一种双向式泵的控制方法，能够在燃气锅炉进行模式转换时减小双向式泵产生的冲击噪声。

为实现第一个目的，根据本发明，提供了一种燃气锅炉的双向式泵，其包括：

壳体，其第一端上有供暖水入口，用于从水箱引入受热的水；在第二端和第三端上分别有供暖水出口和热水出口，用于分别向供暖管和热交换器排出经供暖水入口流入的受热的水；

球体，可动地安装在壳体内，位于供暖水出口和热水出口间，用于打开/或关闭供暖水出口和热水出口；

叶轮，可转动地安装在壳体内，选择性地使从供暖水入口流入的供暖水流向供暖管和热交换器；及

减小水锤装置，其具有在壳体的供暖水出口侧形成的并与壳体相通的罩和安装在罩内用以减小由经供暖水入口流入的供暖水压力所引起的水锤的膜板。

为实现第二个目的，根据本发明提供了一种燃气锅炉的双向式泵的控制电路，其包括：

第一和第二开关，用于开关交流电源，该交流电源按照燃气锅炉的工作状态作为双向泵的驱动电压有选择地施加到双向泵上；

驱动器，按照燃气锅炉的工作状态有选择地驱动第一和第二开关；

过零信号发生器，在正常的周期中从交流电源中检测零点，而产生预定宽度的脉冲信号；和

控制器，响应过零信号发生器生成的脉冲信号，按照燃气锅炉的工作模式生成分别控制第一开关和第二开关的第一控制信号和第二控制信号，并在燃气锅炉的模式转换时控制第一和第二控制信号的工作周期，以控制双向式泵驱动电压的相。

为了实现第三个目的，根据本发明，提供了一种燃气锅炉双向式泵的控制方法，其包括：

(a)判断燃气锅炉选择的模式是停止模式、供暖模式还是热水模式，

(b)判断燃气锅炉的双向式泵是否被驱动；

(c)当燃气锅炉的双向式泵驱动时，根据燃气锅炉在步骤(a)所选择的模式，停止或者驱动双向泵，控制其速度预定时间。

根据本发明的燃气锅炉的双向式能够简化燃气锅炉的管路连接结构。根据双向式泵的控制电路和控制方法，当热水模式转换到供暖模式或者供暖模式转换到热水模式时，控制双向式泵的驱动电压，也即转速。这样，当双向式泵的球体在泵壳体中上、下移动时，其慢慢地打开和关闭开/关孔。因此，防止供暖水流的突然变化，从而防止出现冲击噪声。

从结合附图的详细描述中能清楚地理解本发明的其他目的和特征，其中，

图1是传统燃气锅炉的结构示意图；

图2是包括根据本发明实施例的双向式泵的燃气锅炉的示意图；

图3是图2所示燃气锅炉的双向式泵的一个实例的侧视图；

图4是根据本发明实施例双向式泵的控制电路的电路图；

图5A至5C是图4所示双向式泵的控制电路的工作时基曲线；

图5D是双向式泵电机在正转和反转时施加于其上的电源幅值示意图；

图6是图4所示过零信号发生器一实例的电路图；

图7A至7C是图6所示过零信号发生器的工作时基曲线；

图8是根据本发明实施例的双向式泵控制方法的流程图。

下面参照附图详细介绍本发明的优选实施例。

图2是包括根据本发明优选实施例的双向式泵的燃气锅炉20的示意图。

燃气锅炉包括水箱202、双向式泵204、供暖管206、热水热交换器208、供暖水热交换器210。水箱202中临时地贮存由供暖水热交换器210加热的供暖水。双向式泵204循环由供暖水热交换器210加热的供暖水，并切换到热水模式或供暖模式。供暖水热交换器210加热供暖水。双向式泵电机400控制双向式泵204的工作。

图3是图2所示燃气锅炉双向式泵一个实例的侧视图。燃气锅炉的双向式泵204包括壳体302、球体304、叶轮306和减小水锤装置314。壳体302的第一端形成有入口308，用于从水箱202引入供暖水。供暖水出口310设在壳体302的第二端，用于把经入口308流入的供暖水排入供暖水管206。壳体302的第三端上形成有热水出口312，用于把经入口308流入的供暖水排入热水热交换器208。

球体304可动地安装在壳体302内，位于供暖水出口310和热水出口312之间，打开或关闭供暖水出口310和热水出口312。球体304由钢、橡胶、塑料或特弗龙等制成。考虑到低吸附性和寿命时，优选使用特弗龙制做球体304。叶轮306可转动地安装在壳体302内，有选择地把经入口308流入的供暖水送入供暖水管206和热水热交换器208。

减小水锤装置减小了经入口308流入的供暖水压力所产生的水锤，其包括罩316和膜板318。罩316形成于壳体302的供暖水出口侧并与壳体302相通。膜板318安装在罩316内，减小经入口308流入的供暖水压力所产生的水锤。膜板318把罩316的空间分成第一空间322和第二空间324。

当用户选择供暖模式时，双向式泵204的叶轮306正转。球体304相应于叶轮306的正转从供暖水出口310移至热水出口312，使供暖水经水箱202、双向式泵204的入口308、双向式泵的供暖水出口310、和供暖水热交换器210流回水箱202，并重复该循环。

另外，当用户选择热水模式时，双向式泵204的叶轮306反转，球体304相应于叶轮306的反转从热水出口312移至供暖水出口310，使供暖水经水箱202、双向式泵204的入口308、双向式泵204的热水出口312、热水热交换器208和供暖水热交换器210流回水箱202，并重复该循环。在双向式泵204的叶轮306的正转或反转过程中，由于经罩316的入口308引入的供暖水对膜板318施压，膜板318变成图3实线所示的状态。因此，膜板318的变形减小了供暖水压力产生的水锤。

图4是根据本发明实施例双向式泵控制电路40的电路图，图5A至图5C是图4所示双向式泵控制电路40的工作时基曲线。

参见图5A，AV是交流电源产生的220V的交流电压，加到双向式泵的电机400，参见图5B，CS1和CS2分别为控制器410产生的第一控制信号和第二控制信号，参见图5C，TO1和TO2分别是双向式泵控制电路40的第一输出信号和第二输出信号。

双向式泵控制电路40包括第一开关402、第二开关404、驱动器406、过零信号发生器408和控制器410。

第一和第二开关402和404对根据燃气锅炉20的工作状态对作为双向式泵的驱动电压有选择地施加到双向式泵电机400上的交流电源进行切换。

第一开关402包括第一光双向三端可控硅开关(photo triac)410和第一双向三端可控硅开关412。第一光双向三端可控硅开关410根据驱动器406第一输出信号DO1接通/断开，并发出光。第一双向三端可控硅开关412根据第一光双向三端可控硅开关410的发光接通/断开，切换根据燃气锅炉20的工作状态作为双向式泵的驱动电压有选择地加到双向式泵电机400上的交流电压。

第二开关404包括第二光双向三端可控硅开关414和第二双向三端可控硅开关416，第二光双向三端可控硅开关414根据驱动器406的第二输出信号DO2接通/断开，并发出光。第二双向三端可控硅开关416根据第二光双向三端可控硅开关414的发光接通/断开，切换根据燃气锅炉20的工作状态作为双向式泵的驱动电压有选择地加到双向式泵电机400上的交流电压。

驱动器406根据燃气锅炉20的工作状态有选择地驱动第一和第二开关402和404。当选择了供暖模式和热水模式时，驱动器406驱动第一和第二开关402和404。

过零信号发生器408检测在稳定的周期中220V交流电压的零点，并在零点产生预定宽度的脉冲信号PS。

图6示出了图4中过零信号发生器408的一个实例。过零信号发生器408包括全波整流器602和脉冲信号发生器604。全波整流器602对交流电源AC30V的交流电进行全波整流，输出全波整流后的交流电FR。

全波整流器408包括并联连接到交流电源AC30V上的第一二极管D11和第二二极管D12。全波整流器408还包括位于第二二极管D12的阳极和地之间的电阻R61。

脉冲信号发生器604在全波整流器602全波整流后的交流电的零点产生预定宽度的脉冲信号PS。

脉冲信号发生器604包括npn晶体管Q61，其发射极接地，基极连接全波整流器602的输出端，而集电极接电源+5V，npn晶体管Q61具有连接在基极和全波整流器602输出端之间的基极电阻R62和连在基极和集电极之间的电阻R63。npn晶体管Q61还包括连在集电极和电源+5V之间的集电极电阻R64和连在控制器401和集电极电阻R64一端与集电极的节点间的电阻R65。

图7A至7C是图6所示过零信号发生器408的工作时基曲线。参见图7A，IV代表过零信号发生器408的全波整流器602输入电压。参见图7B，FR代表全波整流器602的全波整流后的交流电。参见图7C，PS代表脉冲信号发生器604产生的预定宽度的脉冲信号。

控制器410响应过零信号发生器408发生的脉冲信号PS，根据燃气锅炉的工作状态产生第一控制信号CS1和第二控制信号CS2，来分别控制第一开关402和第二开关404，控制器410在燃气锅炉20的模式转换中控制第一和第二控制信号CS1和CS2的工作周期，以控制双向式泵驱动电压的相位。

图5D是在双向式泵电机400正转和反转时施加于其上的电压幅值示意图。

时刻t0代表通过反转双向式泵电机400启动热水模式的时刻。从时刻t0到时刻t1的第一时间段T1代表双向式泵电机400持续反转以保持热水模式的时间段。时刻t1代表停止热水模式的时刻。从时刻t1到t2的第二时刻时间段T2代表当从热水模式转换到供暖模式时双向式泵电机400的惯性力消除载荷的衰减所需的时间段。优选地，在本发明的实施例中，第二时间段T2是2秒，时刻t2代表通过使双向式泵电机400正转启动供暖模式的时刻。从时刻t2到时刻t3的第三时间段T3表示双向式泵204慢速正转，其转速随时间而增长的时间段，时刻t4表示供暖模式开始停止的时刻。从时刻t4到时刻t5的时间段T5表示双向式泵204慢速反转，其转速随时间而减小的时间段。

下面参照附图描述双向式泵控制电路40的工作原理和双向式泵控制方法。

图8是根据本发明实施例的双向式泵控制方法的流程图。

在步骤S101，控制器410判断燃气锅炉20是否选择了热水模式。

根据步骤S101的判断，当燃气锅炉20选择了热水模式时，控制器410判断双向式泵204是否驱动(步骤S102)。

根据在步骤S102的判断，当双向式泵204停止时，控制器410使双向式泵204在图5D所示的时刻t0或时刻t6反转(步骤S103)。这时，过零信号发生器408产生预定宽度的脉冲信号PS，并输出到控制器410。控制器410响应从过零信号发生器408输出的脉冲信号PS，把高电平的第一控制信号CS1和低电平的第二控制信号分别施加到第一输入端DI1和第二输入端DI2。驱动器406响应控制器410的高电平第一控制信号CS1和低电平第二控制信号CS2分别关闭和接通第一开关402和第二开关404。于是，如图5D所示，在第一时间段T1 220V的交流电施加到双向式泵电机400而使其反转。接下来，流程返回到步骤S101。如果在步骤S102判断出双向式泵204驱动，则控制器410判断双向式泵204是否正转(步骤S104)。

根据步骤S104的判断结果，当双向式泵204正转时，控制器410慢慢地使双向式泵204停下来，其转速在第5时间段T5，即在5秒内随着时间逐渐减小，并使双向式泵204的球体304在壳体302内从热水出口312移动到供暖水出口310(步骤S105)。这时，控制器410响应过零信号发生器408发出的脉冲信号施加给第一控制信号CS1，其工作周期在从时刻t4到t5的第五时间段T5受到驱动器406第一输入端DI1的控制。第一控制信号CS1施加到驱动器406的第一输入端DI1，使其工作周期随时间从时刻t4到t5而逐渐减小。同时，控制器410在第五时间段T5施加高电平的第二控制信号CS2。于是，驱动器406使第一开关402接通5秒，如图7C所示，幅值受交流电源(AC220)控制的交流电加到双向式泵电机400上。结果，双向式泵电机慢慢地停下来，其转速在从时刻t4到t5的5秒内逐渐降低。因此，当双向式泵204的球体304在壳体302内从热水出口312移至供暖水出口310时，开/关孔缓慢闭合。这样，防止了供暖水水流的突变，从而防止了冲击噪声。随后，流程回到步骤S101。如果在步骤S104判断出双向式泵204反转，则控制器410在从时刻t3到t4的第四时间段使双向式泵继续反转，而保持热水模式(步骤S106)。

另一方面，根据步骤S101的结果，如果燃气锅炉20没有选择热水模式，那么，控制器410判断是否选择了供暖水模式(步骤S107)。

根据步骤S107的判断结果，如果燃气锅炉没有选择供暖水模式，则控制器410判断燃气锅炉选择了停止模式，并判断双向式泵204是否驱动(步骤S108)。

根据步骤S108的判断结果，如果双向式泵204驱动，则控制器410判断双向式泵204是否正转(步骤S109)。

根据步骤S109的判断结果，如果双向式泵204正转，控制器410慢慢地使双向式泵204停下来，双向式泵电机400的转速通过与在步骤S105相同的方式在5秒内逐渐降低。然后，整个过程结束。如果在步骤S109判断出双向式泵204反转，控制器410快速地使双向式泵204停止(步骤S111)。然后，整个过程结束。

根据步骤S107的判断结果，如果燃气锅炉20没有选择停止模式，控制器410判断燃气锅炉20选择了供暖模式，并判断双向式泵204是否驱动(步骤S112)。

根据步骤S112的判断结果，如果双向式泵204停止，则控制器410使双向式泵204慢速正转5秒，将球体304在壳体302内从供暖水出口310移至热水出口312(步骤S113)。

这时，控制器410响应过零信号发生器408输出的脉冲信号PD施加在从时刻t2到t3的第三时间段T3(5秒)由驱动器406的第一输入端DI1控制其工作周期的第一控制信号CS1。第一控制信号CS1加到驱动器406的第一输入端DI1，其工作周期在从时刻t2到时刻t3随时间逐渐增加。同时，控制器410在第三时间段T3施加高电平的第二控制信号CS2。于是，驱动器406使第一开关402接通5秒，如图7C所示，幅值受交流电源(AC200)控制的交流电加到双向式泵电机400。因此，双向式泵电机400正转，其转速在从时刻t2到t3的5秒内逐渐增加。结果，当球体304在壳体302内从供暖水出口310移至热水出口312时，开/关孔缓慢地关闭。这样，防止了供暖水水流的突变，并防止了冲击噪声。随后，流程返回到步骤S101。

如果在步骤S104判断出双向式泵204反转，则控制器410使双向式泵204在从时刻t3到t4的第四时间段T4上继续反转，从而保持热水模式(步骤S106)。随后，流程返回步骤S101。另一方面，参见图5D，为了从热水模式切换到供暖模式，当热水模式下反转的双向式泵204在时刻t1停下时，其在从时刻t1到t2的第二时间段T2即2秒中保持停止状态，以除去双向式泵电机400的惯性力产生的负荷的衰减。

如果在步骤S112判断出双向式泵204驱动时，则控制器410判断双向式泵204是否正转(步骤S114)。

根据步骤S114的判断结果，如果双向式泵204反转，则控制器410快速停下双向式泵(步骤S115)。如果判断出双向式泵204正转，则控制器410使双向式泵204在从时刻t3到t4的第四时间段T4继续正转，而维持供暖水模式。

根据本发明的燃气锅炉的双向式泵简化了燃气锅炉的管联接结构。根据双向式泵的控制电路及其控制方法，当热水模式切换到供暖水模式或者供暖水模式切换到热水模式时，双向式泵驱动电压，即双向式泵电机的转速受到控制。于是，当双向式泵的球体在泵壳体内上、下移动时，缓慢地打开和关闭开/关孔。因此，避免了供暖水水流的突变，而防止出现冲击噪声。

在不偏离本发明的构思或基本特征的情况下，可以用其他具体的形式实现本发明。所以，从各方面来讲，本发明实施例均应被认为是示例性的，而非限制性的，本发明的保护范围由所附权利要求书而非上面所作的描述限定，落在权利要求书的等效范围和构思内的任何改变均应包括于此。

Claims (6)

1.一种燃气锅炉的双向式泵，包括：

壳体，其第一端有从水箱引入供暖水的供暖水入口，其第二端和第三端分别有供暖水出口和热水出口，分别把经供暖水入口流入的供暖水排到供暖水管和热交换器；

球体，可动地安装在壳体内，位于供暖水出口和热水出口之间，用于打开、关闭供暖水出口和热水出口；

叶轮，可转动地安装在壳体内，有选择地使经供暖水入口流入的供暖水流入供暖水管和热交换器；和

减小水锤装置，其具有在壳体上供暖水出口一侧形成并与壳体相通的罩，还具有安装在罩内的膜板，用于减小经供暖水入口流入的供暖水压力产生的水锤。

2.一种燃气锅炉的双向式泵控制电路，包括：

第一开关和第二开关，用于根据燃气锅炉的工作状态开关作为双向式泵驱动电压有选择地施加到双向式泵电机上的交流电；

驱动器，根据燃气锅炉的工作状态有选择地驱动第一开关和第二开关；

过零信号发生器，在恒定周期中从交流电检测零点并产生预定宽度的脉冲信号；和

控制器，响应过零信号发生器产生的脉冲信号，根据燃气锅炉的工作状态产生分别控制第一开关和第二开关的第一控制信号和第二控制信号，并在燃气锅炉的模式转换中控制第一控制信号和第二控制信号的工作周期，以控制双向式泵驱动电压的相位。

3.如权利要求2的控制电路，其中，第一开关和第二开关均包括根据驱动器的输出信号接通或断开并发光的光双向三端可控硅开关；和双向三端可控硅开关，根据光双向三端可控硅开关发出的光接通或断开，根据燃气锅炉的工作状态开关作为双向式泵驱动电压有选择地施加到双向式泵电机的交流电。

4.如权利要求2的控制电路，其中，过零信号发生器包括与交流电源连接并对来自交流电源的交流电进行全波整流的全波整流器；和在经全波整流器全波整流后的交流电中零点处产生预定宽度的脉冲信号的脉冲信号发生器。

5.一种燃气锅炉的双向式泵控制方法，包括下述步骤：

(a)判断燃气锅炉选择了停止模式、供暖水模式还是热水模式；

(b)判断燃气锅炉双向式泵是否驱动；

(c)如果燃气锅炉双向式泵驱动，则根据燃气锅炉在步骤(a)选择的模式以在预定时间内控制双向式泵的转速的方式停止或驱动双向式泵。

6.如权利要求5的方法，如果在步骤(a)燃气锅炉选择了停止模式，则步骤(c)包括判断双向式泵正转还是反转，如果双向式泵正转，则停止双向式泵，使其转速在预定时间内随着时间逐渐降低，如果双向式泵反转，则快速停止双向式泵；

如果在步骤(a)燃气锅炉选择了供暖水模式，则步骤(c)包括判断双向式泵正转还是反转，如果双向式泵正转，则使双向式泵继续正转，如果双向式泵反转，则使双向泵快速停止；

如果在步骤(a)燃气锅炉选择了热水模式，则步骤(c)包括判断双向式泵正转还是反转，如果双向式泵正转，则使双向式泵停止，其转速在预定时间内随时间逐渐降低，如果双向式泵反转，则使双向式泵继续反转。

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