CN2415313Y - 带编码器的燃气热水器气阀及风机调速装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型为一种带编码器的燃气热水器气阀及风机调速装置,主要结构包括阀体、进气接头、电磁阀、调节阀、阀芯、调节杆、编码器、配气管、风机调速电控板、单片计算机。电磁阀为双重设置,调节阀及阀芯为直桶形多气孔式的双通道调控气装置,调节阀及阀芯上装有显示气量的编码器,风机调速装置由电控板及单片计算机及电机组成,并与编码器联通,使燃气量及风机风量能自动同步调控,可用于各种形式的燃气热水器。

Description

带编码器的燃气热水器气阀及风机调速装置

本实用新型为一种带编码器的燃气热水器气阀及风机调速装置，是用编码形式控制燃气量，并可同步自动变换风机速度及风量，实现稳定燃烧，属燃气热水器的零部件的设计与制造的技术领域。

过去和现在使用的燃气热水器气阀是一个独立的气量调节装置，只是电磁阀开关与电路有关，而给予燃烧空气和排出烟气的强制排风机与气阀的气量不发生任何关系。强制排风机除排出燃烧废气外，还有增加供应燃烧空气的作用，因而强制排风机在燃气燃烧过程中具有十分重要的作用，而过去使用的此类装置风机转速只有一种或简单的双速变换，风机排出和给定的气量成了一个固定不变的常数，不管燃气量及火力大小，风机的风量却没有变化，只能满足燃气在大气量燃烧时使用，而燃气在小气量燃烧时，风机给定和排除的空气量又过多，风量过大，燃烧极不稳定，使燃气燃烧的热效率反而降低。为了保证燃气在小气量燃烧时稳定不熄火，又不得不加大气量，这样又会使水温温升偏高。为了解决小气量小火时温升偏高的问题，有的采用增加一个燃气控制旋扭，但风机供给空气的数量仍无法解决，热效率仍不能提高。这种燃器阀与强排风机不相关联的结构形式，阻碍了燃气热水器技术指标和性能的提高。小气量、小火时燃烧不稳定，甚至不易点燃，且温升偏高，使南、北方，冬、夏季使用燃气热水器时带来了很多不便，造成了水温过冷过热的弊端。

本实用新型的发明目的就是针对现有技术的不足，设计一种新型的燃气热水器的气阀，并在气阀上设置编码器，并设计一种用单片计算机控制的简易变频风机调速装置，燃气气量的大小由编码器显示，并同时把此信号信息传输给电路板及单片计算机，由电路板和单片机处理后向风机发出运转和速度变换指令，使气量和风量有机的结合起来，使气量和风量能同步自动的进行变换。还可根据不同的燃气气种来设置编码器信号及风机转数，使燃气热水器在大、小火时均能获得稳定的燃烧，从而有效的解决了燃气气量与风机风量的矛盾，使南、北方，冬、夏季都能获得适宜的温升及所需热水的温度。大大提高燃气热水器的技术性能。

本实用新型的主要结构包括：阀体、进气接头、电磁阀、调节阀、阀芯、调节杆、编码器、配气管、风机调速电控板、单片计算机、电机。

其特征在于所述的阀体1的左侧设有进气接头2、电磁阀3，中间装有电磁阀4、调节阀20，调节阀20上端装有编码盘7，固定盖34，调节阀20内装有阀芯5，阀芯5上装有调节杆6，编码器电刷17、支架座11、绝缘支架14；调节阀20右侧装有配气管10；进气接头2内的气道40联通电磁阀3、4内的气道42、43，并与调节阀20内的气腔19相通，气腔19与配气管10内的气道8、9，气腔36、37，气孔32、33相通，配气管10对准联结燃气热水器的燃烧器。风机调速电控板装在燃气热水器电控盒内，通过电缆线与编码器相联，单片计算机装在风机调速电控板上。

所述的调节阀20为圆柱体，内有圆桶形气腔19，右侧有上气道8、下气道9，内部装有阀芯5；阀芯5为圆柱体，内有圆桶形阀芯腔41，阀芯5的腔壁上开有两排调气孔38、39，上调气孔38为3个，呈直径不等的圆孔形。下调气孔39为4个，亦呈直径不等的圆孔形。上调气孔38对准配气管10的上气道8、上气腔36、上气孔32，下调气孔39对准配气管10的下气道9、下气腔37、下气孔33。阀芯5中上部装有密封圈13，上部通过限位销18装有调节杆6，调节杆6用档块12限位。

所述的编码器由编码盘7、电刷17、触头16、固定盖34、支架座11、绝缘支架14组成。编码盘7装在调节阀20上，中间加有固定盖34，电刷17装在阀芯5的上端，中间加有支架座11，支架座11通过螺钉22装有绝缘支架14，绝缘支架14右侧通过铆钉15，安装孔31装有电刷17，电刷17上设有4个触头16，触头16的4个触头分别与编码盘7上的敷铜板滑规23、24、25、26相接触。编码盘7呈方形，为绝缘体，四周有安装孔21，中间为中心孔35，以圆心0为基准设有半圆环形敷铜板滑规，内环圈为不间断式敷铜板滑规26，并通过导线30联通地信号GND，内环圈向外一圈为间断式敷铜板滑规25，并通过导线29联结数码C，内环圈向外两圈为间断式敷铜板滑规24，并通过导线28连接数码B，外环圈为间断式敷铜板滑规23，并通过导线27联通数码A，数码A、B、C、GND通过电缆线分别与电控板上的A、B、C、GND端相联接。编码盘7上的敷铜板23、24、25、26与电刷17的触头16相接触时产生“0”电平，不接触时产生“1”电平，由于电刷17随阀芯5、调节杆6转动，电刷17的触头16和编码盘7上的敷铜板之间将会出现间断或不间断接触，亦会产生“0”或“1”电平，故此编码盘7划分了8个信息编码区，即：000区、001区、010区、011区、100区、101区、110区、111区，通过导线向电控板和单片计算机输入气量信息。

所述的风机调速装置电控板主要由：电源变换电路、波形检测电路、编码器电路、工作模式设定电路、单片计算机工作电路、光电隔离及功率驱动电路组成。风机调速装置为单片计算机控制的交流电源输出的电路板，交流电源220V输入变压器B，变为二组低压电源，一组经整流桥Z1、电容C1、C2、C3、C4滤波，7805型三端稳压器IC1稳压，变成+5V直流稳压电源Vcc供电路使用。另一组通过整流桥Z2整流后不滤波，经负载电阻RL取样，经电阻R10、稳压管W将波形信号输入到三极管T1的b极，三极管T1的C极经电阻R11、R12分压，变换成单片计算机的信号，输入到单片机IC3的GO端，整流桥Z2与单片机的供电电源共地，形成通路。编码器电路KB由电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、电容C5、C6、C7组成编码盘7的接口电路，电阻R1、R2、R3一端接电源Vcc，另一端分别接编码盘7的C、B、A端，GND端接地，电容C5、C6、C7和电阻R4、R5、R6组成各输入的滤波电路，当电刷17的触头16接触敷铜板滑规时输入“0”电平，当电刷17的触头16不接触敷铜板滑规时，在上拉电阻的作用下，输入“1”电平，信号经单片机IC3的端口L0、L1、L2输入单片机。上电复位电路由电阻R16、电容C10、二极管D1组成，与单片机的看门狗电路watchdog相联，出现软件故障时，看门狗电路自动复位，并通过RESET重新启动。时钟震荡电路由电容C8、C9、电阻R9、晶体XT组成，与单片机CK0、CK1引脚相接，为单片机提供时钟。光电隔离与功率驱动电路是由单片机G3口输出，经电阻R15传输给三极管T2，经放大后传输给光电驱动开关IC2，并由限流电阻R13限制，经光电隔离后，驱动由电阻R14、电容C11、双向可控硅T3组成的电机控制电路完成，可控硅的一端来自220V的一端，另一端联结电机M的一端，电机M的另一端联结220V输入电源的另一端。ENABL为单片机对电机控制的使能端，是与燃气热水器联动控制时的联结端。开关K1、K2组成工作模式编码，通过改变K1、K2的编码实现电机M的不同变速模式，电阻R7、R8为上拉电阻，以保证与单片机连接端L4、L3的输入稳定。

本实用新型与背景技术相比具有明显的先进性，由于设有调气阀编码器和风机调速电控板，克服了原来燃器热水器燃气燃烧时气量和所需风量失调的弊病，由于编码盘、调节阀芯、调节杆、电刷能同时联动，就能把调气阀开启所产生的气量信息同时传输到风机调速电控板单片计算机上，经单片机计算处理，就能自动调整风机转数，因而改变风量，满足了燃气燃烧时的需要。调气阀的阀芯腔、阀芯均为直腔型并设有上下两个输气通道，阀芯上设有两排孔径不一的输气孔，这样就能保证燃气气量的输出呈多级别的递增递减控制，保证燃气在小火、大火时均能稳定的燃烧，有效的保证了冬季、夏季、南方、北方对热水水温的需要，使温升变化能更加有效的控制，使燃气燃烧更加充分，热效率更高，温升调控范围更大，实现了气量和风量的同步自动变换和调控的目的。编码器、电控板、调气阀结构简单，信号摄取传输快捷准确、操作方便，不需另加开关，制造容易成本低，单片计算机的使用使燃气热水器的信息处理更趋现代化，此技术可适用于各种气源、各种型号的燃气热水器。

附图说明：

图1为带编码器的燃气热水器气阀的整体结构图。

图2为图1带编码器的燃气热水器气阀的顶视图。

图3为气阀的调节阀结构图。

图4为气阀的调节阀芯结构图。

图5为编码器相互位置及结构图。

图6为编码器的编码盘结构图。

图7为编码器的电刷结构图。

图8为编码与转角及气孔关系原理图。

图9为风机调速电控板电路框图。

图10为风机调速电控板电路图。

以下结合附图对本实用新型做进一步详述：

图1、2、3、4所示，燃气热水器气阀为双重电磁阀控制的双通道排气装置，其阀体1上并排装有两个电磁阀3、4，电磁阀3、4为串联式，只有2个电磁阀同时打开，才会使阀体内的气道42、43打开，为双重气路安全保护，阀体1的中间上面装有调节阀20，调节阀20内有阀腔19，阀腔19呈直桶形，右侧设有上下气道8、9，调节阀20上还装有编码器的编码盘7及固定盖34，调节阀20内装有阀芯5，阀芯5为圆柱体，内有直桶形阀芯腔41，阀芯腔41的腔壁上开有上下两排调气孔38、39，上调气孔38为3个，均呈圆孔形，对准调节阀体20上的上气道8，上调气孔38孔径不一，但均在同一轴线上，可按需要设置孔径和孔距，呈递增或递减、等距或不等距式，下气孔39为4个，亦呈递增、递减的圆孔形，孔径和孔距可与上气孔38相同，亦可按气源和温升需要设置不相等的孔距和孔径，下气孔39的4个气孔均在同一轴线上且对准调节阀20的下气道9。阀芯5中上部装有密封圈13，上部用限位销18固定有调节杆6、电刷17、支架座11、绝缘支架14，调节杆6用档块12限位，调节阀20右侧与配气管10对接安装，上气道8对准配气管10内的上气腔36、3个气孔32，下气道9对准配气管10内的下气腔37、3个下气孔33。进气接头2内的气道40与电磁阀3、4内的气道42、43及调节阀20内的阀腔19、阀芯5内的阀芯腔41、调气孔38、39，气道8、9，气腔36、37，出气孔32、33相联通。配气管10的二排出气口32、33对准燃气热水器的燃烧器对接安装。各接口处均设有密封圈、密封垫、装紧上牢、不得漏气。

图1、3、4、5、6、7所示，编码器的编码盘7装在调节阀20上，中间用固定盖34承接，用螺钉21固定，编码盘呈方形，用3-4mm厚的绝缘材料制作，其周边尺寸大于调节阀体20即可，以圆心O为基准，在正面腐蚀加工印制4个同心环式敷铜板滑规23、24、25、26，滑规间相互绝缘，敷铜板滑规均呈半圆形环状，内环圈敷铜板26为不间断形，外环圈敷铜板滑规25、24、23均为间断形，敷铜板滑规的宽度均为4-5mm，敷铜板滑规23、24、25、26均通过导线27、28、29、30分别与右上角的A、B、C、地信号GND相联结。阀芯5上端装有支架座11、绝缘支架14，绝缘支架14通过铆钉15、安装孔31装有电刷17，电刷17为铜质弹性簧片，下端有4个圆头形支脚触头16，4个支脚触头分别对准敷铜板滑规23、24、25、26，构成一完整的编码器装置，编码盘7上的A、B、C、GVD端与风机调速电控板上的对应点联接，编码盘7上的敷铜板滑规23、24、25、26与电刷17的触头16的4个支脚接触时将产生“0”电平，不接触时将产生“1”电平，内环圈敷铜板滑规26与触头16的支脚为不间断接触，为信号地GND传输信号。其他触头和敷铜板接触的状况在编码盘7上划分为8个区间，即：000区，即数码A、B、C联结的三个敷铜板26、25、24与电刷触头16全接触，均产生“0”电平，故定为000区。以电刷触头和敷铜板接触情况类推，划分为001区、010区、011区、100区、101区、110区、111区，以此区间的信号向电控板和单片计算机输入气量大小的信息。由于单片计算机采用三位二进制，滑规23、24、25分别代表其三位，故上述区间的编码为三位数编码。“0”和、“1”电平构成了二进制数字的对应关系，即完成了编码功能。

图8是编码盘7的数码区间与调节杆6的旋转角度及调节阀芯5上下调气孔的开启程度的关系图，当调节杆6旋转时就会带动电刷17的触头16在编码盘7上划动，敷铜板和触头接触或不接触就会产生“1”电平或“0”电平，就形成了数码区间，由于调节阀芯5上调气孔为3个不等圆，下气孔为4个不等圆，故在旋转过程中就会随之产生不同的位置。当调节杆6转到30°时，数码显示111区，阀芯5的上气孔38、下气孔39全部打开，气量最大。当数码显示110区，调节杆6转到60°时，上气孔38、下气孔39左侧局部打开，当数码显示101区，调节杆6转到90°时，上气孔38两侧局部打开，下气孔39中间打开。当数码显示100区、调节杆6转到120°时，上气孔38、下气孔39左侧局部打开。当数码显示011区，调节杆6转到150°时，上气孔38两侧打开，下气孔39中间微量打开。当数码显示010区、调节杆6转到180°时，上气孔38右侧微量打开、下气孔39左侧微量打开。当数码显示001区、调节杆6转到210°时，上气孔38左侧微量打开，下气孔39右侧微量打开。当数码显示000区、调节杆6转到240°度时，上气孔38全部关闭，下气孔39中间微量打开，此时，气量最小，风机转速最低，风量最小。

图9、10所示，风机调速装置由风机调速电控板及单片计算机和电机组成。电控板装在燃气热水器电控盒内为宜，并通过导线与其各联动部位相联。风机调速是采用简易变频方式来实现风机速度变换的，通过准确的测定电源过零点，消去电机电源的整周波，因而改变了电源的供电频率，从而达到调速的目的。改变不同的消波数、消波间隔，即可得到不同的转数，风机的电机转数可以在600转-2700转／分钟内进行变换，其转数指令受单片计算机控制，单片计算机的信息来自编码器的气量信息转换，电机转数越快，风机风量越大，反之越小。

本实用新型的使用方法如下：

将本燃气阀安装在燃气热水器上，配气管10上的出气口32、33，安上喷嘴，与热水器的燃烧器对应联结，编码盘7的GND、A、B、C端分别与风机调速电控板上的对应点联通，联结好电机M的导线，将热水器电控总成电路的水气联动电路与本电路的允许工作信号端ENABL联通，电磁阀3、4的电磁铁与电控总成电路接通。当水控信号启动时，电控总成电路即工作，同时启动风机调速装置、开启电磁阀3、4，燃气即由进气接头2进入本气阀气道40、42、43，然后进入调节阀20。当转动调节杆6时，同时带动了电刷17的触头16在编码盘7上的敷铜板滑规23、24、25、26上运动，即把编码盘7上的编码区间信号通过导线传输给风机调速电控板及单片计算机，经单片计算机做信息处理后，向电机M发出转动及速度指令。与此同时，调节杆6带动阀芯5在气腔19内转动，按需要火力大小来转动调节杆6角度，同时使阀芯5内的阀芯腔41的燃气由上下调气孔38、39通过气道8、9输入到配气管10，供燃烧使用。从而完成了气量、风量的自动、同步、连续的变换。

调节阀20的气量信息数据，通过编码盘7传输给风机调速装置，风机调速电控板及单片机即可自动跟踪气量的变化，当调节阀20调到最小时，为保证小火稳定，便自动关闭一半燃烧器，以保证小火时能稳定燃烧，同时风机也在较低转速运行。这样就能使小火、大火的幅度加大，就能保证水道温升从3°-70℃之间变化，也就使燃气热水器变为冬夏型、四季型成为现实。

编码器也可做为燃气热水器的火焰大小的指示器使用。

本风机调速装置的简易变频方式也可在风扇及空调器上使用。

Claims (4)

1、一种带编码器的燃器热水器气阀及风机调速装置，主要结构包括：阀体、进气接头、电磁阀、调节阀、阀芯、调节杆、编码器、配气管、风机调速电控板、单片计算机、电机，其特征在于所述的阀体(1)的左侧设有进气接头(2)、电磁阀(3)，中间装有电磁阀(4)、调节阀(20)，调节阀(20)上端装有编码盘(7)、固定盖(34)，调节阀(20)内装有阀芯(5)，阀芯(5)上装有调节杆(6)、电刷(17)、支架座(11)、绝缘支架(14)，调节阀(20)右侧装有配气管(10)；进气接头(2)内的气道(40)联通电磁阀(3)、(4)内的气道(42)、(43)，并与调节阀(20)内的气腔(19)相通，气腔(19)与配气管(10)内的气道(8)、(9)，气腔(36)、(37)，气孔(32)、(33)相通，配气管(10)对准联结燃气热水器的燃烧器，风机调速电控板装在燃气热水器的电控盒内，通过电缆线与编码器相联，单片计算机装在风机调速电控板上。

2、根据权利要求书1所述的带有编码器的燃气热水器气阀及风机调速装置，其特征在于所述的调节阀(20)为圆柱体，内有圆桶形气腔(19)，右侧有上气道(8)、下气道(9)，内部装有阀芯(5)；阀芯(5)为圆柱体，内有圆桶形阀芯腔(41)，阀芯(50)的腔壁上开有两排调气孔(38)、(39)，上调气孔(38)为(3)个，呈直径不等的圆孔形，下调气孔(39)为(4)个，亦呈直径不等的圆孔形，上调气孔(38)对准配气管(10)的上气道(8)、上气腔(36)、上气孔(32)，下调气孔(39)对准配气管(10)的下气道(9)、下气腔(37)、下气孔(33)，阀芯(5)中上部装有密封圈(13)，上部通过限位销(18)装有调节杆(6)，调节杆(6)用档块(12)限位。

3、根据权利要求1所述的带编码器的燃气热水器气阀及风机调速装置，其特征在于所述的编码器由有编码盘(7)、电刷(17)、触头(16)、固定盖(34)、支架座(11)、绝缘支架(14)组成，编码盘(7)装在调节阀(20)上，中间加有固定盖(34)，电刷(17)装在阀芯(5)的上端，中间加有支架座(11)，支架座(11)通过螺钉(22)、安装孔(31)装有电刷(17)，电刷(17)上设有(4)个触头(16)，触头(16)的(4)个触头分别与编码盘(7)上的敷铜板滑规(23)、(24)、(25)、(26)相接触，编码盘(7)呈方形，为绝缘体，四周有安装孔(21)，中间为中心孔(35)，以圆心O为基准设有半圆环形敷铜板滑规，内环圈为不间断式敷铜板滑规(26)，并通过导线(30)联通地信号GND，内环圈向外一圈为间断式敷铜板滑规(25)，并通过导线(29)联结数码C，内环圈向外两圈为间断式敷铜板滑规(24)，并通过导线(28)连同数码B，外环圈为间断式敷铜板滑规(23)，并通过导线(27)联通数码A，数码A、B、C、GND通过电缆线分别与电控板上的A、B、C、GND端相联接，编码盘上的敷铜板(23)、(24)、(25)、(26)与电刷(17)的触头(16)相接触时产生“0”电平，不接触时产生“1”电平，由于电刷(17)随阀芯(5)、调节杆(6)转动，电刷(17)的触头(16)和编码盘(7)上的敷铜板之间将会出现间断或不间断接触，亦会产生“0”或“1”电平，故此编码盘(7)划分了(8)个信息编码区，即：(000)区、(001)区、(010)区、(011)区、(100)区、(101)区、(110)区、(111)区，通过导线向电控板和单片计算机输入气量信息。

4、根据权利要求1所述的带编码器的燃气热水器气阀及风机调速装置，其特征在于所述的风机调速装置电控板主要由：电源变换电路、波形检测电路、编码器电路、工作模式设定电路、单片计算机工作电路、光电隔离及功率驱动电路组成，风机调速装置为单片计算机控制的交流电源输出的电路板，交流电源220V输入变压器B，变为两组低压电源，一组经整流桥Z1、电容C1、C2、C3、C4滤波，7805型三端稳压器IC1稳压，变为+5V直流稳压电源Vcc供电路使用，另一组通过整流桥Z2整流后不滤波，经负载电阻RL取样，经电阻R10、稳压管W将波形信号输入到三极管T1的b极，三极管T1的C极经电阻R11、R12分压，变换成单片计算机的信号，输入到单片机IC3的GO端，整流桥Z2与单片机的供电电源共地，形成通路，编码器电路KB由电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、电容C5、C6、C7组成编码盘(7)的接口电路，电阻R1、R2、R3一端接电源Vcc，另一端分别接编码盘(7)的C、B、A端，GND端接地，电容C5、C6、C7和电阻R4、R5、R6组成各输入的滤波电路，当电刷17的触头16接触敷铜板滑规时输入“0”电平，当电刷17的触头16不接敷铜板滑规时，在上拉电阻的作用下，输入“1”电平，信号经单片机IC3的端口L0、L1、L2输入单片机，上电复位电路由电阻R16、电容C10、二极管D1组成，与单片机的看门狗电路watchdog相联，出现软件故障时，看门狗电路自动复位，并通过RESET重新启动，时钟震荡电路由电容C8、C9、电阻R9、晶体XT组成，与单片机CK0、CK1引脚相接，为单片机提供时钟，光电隔离与功率驱动电路是由单片机G3口输出，经电阻R15传输给三极管T2，经放大后传输给光电驱动开关IC2，并由限流电阻R13限制，经光电隔离后，驱动由电阻R14、电容C11、双向可控硅T3组成的电机控制电路完成，可控硅的一端来自220V的一端，另一端联结电机M的一端，电机M的另一端联结220V输入电源的另一端，ENABL为单片机对电机控制的使能端，是与燃气热水器联动控制时的联结端，开关K1、K2组成工作模式编码，通过改变K1、K2的编码实现电极M的不同变速模式，电阻R7、R8为上拉电阻，以保证与单片机连接端L4、L3的输入稳定。

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