CN218764021U - 比例阀控制装置及采用该控制装置的燃气热水设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种比例阀控制装置及采用该控制装置的燃气热水设备。比例阀控制装置包括比例阀、用于给比例阀供电的电源、与比例阀电连接的控制开关、MCU模块、电连接在控制开关和MCU模块之间以用于检测控制开关运行状态的检测电路，其中，MCU模块与控制开关电连接以驱动控制开关来调节供给比例阀的电流。比例阀控制装置还包括电连接在电源和比例阀之间的安全开关，MCU模块与该安全开关电连接以控制安全开关运行。通过这种设置，可有效避免在比例阀电流源控制失效时加载在比例阀上的电流过大而引起比例阀发热的情形。

Description

比例阀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，尤其涉及一种比例阀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实用新型专利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。

气阀除包含用于控制主气路通断的主截止阀和用于控制分支气路通断的分段阀外，通常还包括用于控制燃气输出压力和比例的比例阀。对于燃气产品的电气安全通常有着较高的要求。例如，在比例阀的驱动电路中，一旦电流源的控制开关失效，电流就会全部加载到比例阀上，比例阀会产生大量热量，这显然会影响产品或设备的安全，为此，如何有效避免因为开关失效而导致加载在比例阀上的电流过大进而引起发热问题，是本领域技术人员函待解决的技术问题。

实用新型内容

为克服相关技术中存在的问题，本公开提供一种比例阀控制装置以避免在比例阀电流源控制失效时加载在比例阀上的电流过大而引起比例阀发热的情形。

本公开还提供一种采用上述比例阀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比例阀控制装置，其包括比例阀、用于给比例阀供电的电源、与比例阀电连接的控制开关、MCU模块、电连接在控制开关和MCU模块之间以用于检测控制开关运行状态的检测电路，其中，MCU 模块与控制开关电连接以驱动控制开关来调节供给比例阀的电流。比例阀控制装置还包括电连接在电源和比例阀之间的安全开关，MCU模块与该安全开关电连接以控制安全开关运行。

在一些实施例中，MCU模块包括电连接的第一MCU和第二MCU。

在一些实施例中，第二MCU的输出端口与安全开关电连接。

在一些实施例中，第二MCU的输入端口与检测电路电连接。

在一些实施例中，第一MCU的输出端口与控制开关电连接。

在一些实施例中，比例阀控制装置还包括电连接在MCU模块和控制开关之间的滤波器，以将MCU模块输出的PWM信号转换成直流信号。

在一些实施例中，比例阀控制装置还包括电连接在MCU模块和比例阀之间的压控恒流源电路，且该压控恒流源电路包含所述控制开关。

在一些实施例中，控制开关包括串联连接的第一开关和第二开关。

在一些实施例中，检测电路为电压检测电路。

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、用于控制燃气供给的气阀、连接在气阀和燃烧器之间的分气架、以及上述比例阀控制装置。其中，气阀包括用于控制主气路中燃气通断的主截止阀、和用于控制主气路中燃气压力和比例的上述比例阀控制装置中的比例阀。

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：通过在电源和比例阀之间设置安全开关，可在控制开关出现异常时，MCU模块能够及时地断开安全开关以切断电源与比例阀之间的电路，从而避免过大电流持续加载在比例阀上而导致比例阀过热进而引发燃烧的风险。

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比例阀控制装置的工作原理框图；

图4是图3所示的比例阀控制装置的电路示意图。

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，如天然气、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控制阀门开度来调节比例阀的输出压力，从而控制输出燃气(与空气)的比例以控制燃烧火焰的大小，进而起到调节水温的作用。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，比例阀控制装置包括比例阀44、用于给比例阀供电的电源91、与比例阀电连接的控制开关92、MCU(Microcontroller Unit；微控制单元)模块80、电连接在控制开关92和MCU模块80之间以检测控制开关运行状态的检测电路94。MCU模块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集成电路。处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(ApplicationSpecific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable GateArray， 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。本实施例中，MCU模块80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，即包含电连接的第一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。MCU模块80与控制开关92电连接以驱动控制开关来调节供给比例阀44的电流。比例阀控制装置还包括电连接在电源91和比例阀44之间的安全开关93，MCU模块80与安全开关93电连接以控制安全开关运行。

配合参照图4所示的实施例，电流源91可以是24V的直流电；第一MCU 的输出端口与控制开关92电连接，通过输出不同占空比的PWM(Pulse width modulation；脉冲宽度调制)信号以调节供给比例阀44的恒定电流。本实施例中，第一MCU输出的PWM信号首先通过电连接在第一MCU和控制开关92 之间的、如R1与C2组成的滤波器，以将该PWM信号转换成直流信号。在MCU 模块和比例阀之间电连接有压控恒流源电路，该压控恒流源电路是采用电压来控制施加于比例阀44上的电流的变化。本实施例中，上述直流信号经R2与R3 电阻的分压，而后经压控恒流源电路来控制供给比例阀44的恒定电流。本实施例中，该压控恒流源电路包括运算放大器IC1、电阻R4和R5、以及控制开关 92。控制开关92包括串联连接的第一开关T1和第二开关T2。

在运行过程中，第二MCU的输入端口与检测电路电连接以检测控制开关 92的运行状态，优选地，该检测电路为电压检测电路。如图4所示的实施例中，通过第二开关T2的电流经采样电阻R6采集到的电压、并经R9与C5滤波后输入至第二MCU。第二MCU的输出端口通过R7、R8与C4组成的驱动电路与安全开关93电连接。运行时，第二MCU输出电平信号以打开安全开关93；当控制开关92出现异常，如第二开关T2失效，则第二MCU检测到的电压值超过预定阈值，则第二MCU控制安全开关93截止而切断电源91与比例阀44之间的电路，从而避免过大电流持续加载在比例阀上而导致比例阀过热进而引发燃烧的风险。

通过在电源和比例阀之间设置安全开关，可在控制开关出现异常时，MCU 模块能够及时地断开安全开关以切断电源与比例阀之间的电路，从而避免过大电流持续加载在比例阀上而导致比例阀过热进而引发燃烧的风险。

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，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)

1.一种比例阀控制装置，其包括比例阀、用于给比例阀供电的电源、与比例阀电连接的控制开关、MCU模块、电连接在控制开关和MCU模块之间以用于检测控制开关运行状态的检测电路，其中，MCU模块与控制开关电连接以驱动控制开关来调节供给比例阀的电流；其特征在于：比例阀控制装置还包括电连接在电源和比例阀之间的安全开关，MCU模块与所述安全开关电连接以控制安全开关运行。

2.根据权利要求1所述的比例阀控制装置，其特征在于：所述MCU模块包括电连接的第一MCU和第二MCU。

3.根据权利要求2所述的比例阀控制装置，其特征在于：所述第二MCU的输出端口与安全开关电连接。

4.根据权利要求2或3所述的比例阀控制装置，其特征在于：所述第二MCU的输入端口与检测电路电连接。

5.根据权利要求2或3所述的比例阀控制装置，其特征在于：所述第一MCU的输出端口与控制开关电连接。

6.根据权利要求1所述的比例阀控制装置，其特征在于：还包括电连接在MCU模块和控制开关之间的滤波器，以将MCU模块输出的PWM信号转换成直流信号。

7.根据权利要求1或6所述的比例阀控制装置，其特征在于：还包括电连接在MCU模块和比例阀之间的压控恒流源电路，且该压控恒流源电路包含所述控制开关。

8.根据权利要求1所述的比例阀控制装置，其特征在于：所述控制开关包括串联连接的第一开关和第二开关。

9.根据权利要求1所述的比例阀控制装置，其特征在于：所述检测电路为电压检测电路。

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、用于控制燃气供给的气阀、连接在气阀和燃烧器之间的分气架、以及如权利要求1至9项中任一项所述的比例阀控制装置；其中，气阀包括用于控制主气路中燃气通断的主截止阀、和用于控制主气路中燃气压力和比例的上述比例阀控制装置中的比例阀。

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