TWI429854B - Detection and Compensation of Gas Safety Supply - Google Patents

Description

瓦斯安全供應之檢測及補償方法

本發明係與瓦斯器具之安全使用有關，更詳而言之是指一種瓦斯安全供應之檢測及補償方法。

已知居家使用的瓦斯器具如瓦斯熱水器、瓦斯爐等，是透過管路連接至一瓦斯供應端以取得燃燒所需的瓦斯氣體。空氣再與瓦斯氣體進行混合，並在適當的混合比例(即目標空燃比)下產生良好的燃燒效果。為避免因空燃比過稀(即空氣在混合氣體中所佔比例高出目標空燃比應有的比例)導致引燃不易，以及為避免空燃比過濃(即空氣在混合氣體中所佔比例低於目標空燃比應有的比例)致衍生不完全燃燒而產生危害人體的有毒一氧化碳，坊間的瓦斯器具製造業者，復於產品出廠前即已經過縝密的計算，並完成不同機型的瓦斯器具之瓦斯輸出量的設定，即假定瓦斯供應端的瓦斯輸出氣壓恆定，再配合控制瓦斯通過的開口面積，期使瓦斯器具能在使用過程中獲取最佳的空燃比。

惟，使用中的瓦斯器具縱有空燃比異常的情形發生，仍不易被察覺，即使使用者驚覺空氣中混合有瓦斯或是一氧化碳時，亦多自認是自家的瓦斯器具故障所引起，並期待檢修後即能繼續使用。然而，實際情況可能在檢修過程中無從發現問題，卻以構件老化並予更新作為解決問題的方式，換言之，造成空燃比異常的原因可能不是使用端的瓦斯器具故障所引起，而係源自瓦斯供應端的供輸異常所致，即，當瓦斯供應端因故致其瓦斯輸出氣壓不足或是過高時，最直接的影響即是造成導入瓦斯器具的瓦斯流量異常，此情形將使得空氣與瓦斯氣體的混合比例失衡，即有造成使用中的瓦斯器具因空燃比過稀或過濃而衍生危安之虞。至此，若異常點確實發生在瓦斯供應端，則不僅難以及時察覺異狀，更容易為使用端所忽視而徒增使用的不安全性，並在有安全問題發生時無法釐清責任歸屬。

有鑑於此，本發明之主要目的在於提供一種瓦斯安全供應之檢測及補償方法，具有及時警示並判別異常發生點之效，以及主動調節瓦斯輸出量至設定值的功能。

緣以達成上述目的，本發明所提供之瓦斯安全供應檢測方法包含內建一理想瓦斯流量範圍於一使用端的瓦斯器具之一控制單元內；監測流經前述瓦斯器具之一流量調節器後的瓦斯供輸路徑上的實際瓦斯流量值；以及比較該實際瓦斯流量值與該理想瓦斯流量範圍，若實際瓦斯流量值超出理想瓦斯流量範圍外，則該控制單元發出一異常信息等步驟。

本發明依據上述檢測方法發現有瓦斯供輸異常時，提供主動的補償方法，包括：控制設置在一瓦斯輸送管上的該流量調節器，並在以下情況下進行對應的調節動作，其中：當實際瓦斯流量值高於該理想瓦斯流量範圍的上限值時，該流量調節器減縮瓦斯通過該瓦斯輸送管的開口面積；當實際瓦斯流量值低於該理想瓦斯流量範圍的下限值時，該流量調節器放大瓦斯通過該瓦斯輸送管的開口面積；以及在監測的實際瓦斯流量值落於該理想瓦斯流量範圍內時，中止該流量調節器的調節動作。

本發明再提供一種補償方法，即在控制單元內更建置一容許的空燃比範圍，且在瓦斯通過開口面積不變的前提下，控制瓦斯器具之一鼓風機的轉速，其中：當實際瓦斯流量值高於該理想瓦斯流量範圍的上限值時，加快該鼓風機的轉速；當實際瓦斯流量值低於該理想瓦斯流量範圍的下限值時，減緩該鼓風機的轉速；之後，在監測瓦斯器具內部的空燃比落於容許的空燃比範圍內時，維持該鼓風機的定轉速度。

為能更清楚地說明本發明，茲舉較佳實施例並配合圖示詳細說明如后。

請參圖1，在理想的情況下，瓦斯供應端100是透過包含設置在一瓦斯器具202內部的管段102a之瓦斯輸送管102而以定壓方式供輸瓦斯氣體至使用端200，配合安裝在該瓦斯輸送管102上的一流量調節器204控制瓦斯經過的開口面積，使得在一定時間內自該管段102a之出口端102b送出的瓦斯流量維持恆定，俾有利於空氣與瓦斯氣體混合後獲得燃燒時不會產生有害氣體的目標空燃比。前述出口端102b是位在瓦斯器具202的燃燒器202a內；瓦斯供應端100以具有瓦斯儲槽設備的供應者為例；瓦斯器具202則以熱水器為例但不以此為限。

本發明之瓦斯安全供應檢測方法即是以偵測使用端200的瓦斯流量異常與否，判斷出異常發生點是落在使用端200或是瓦斯供應端100，並且具有自動補償之功能以維持瓦斯器具202在安全使用要求下應有之瓦斯流量。

請配合圖2之流程說明，本發明較佳實施例之檢測方法包括具體提供一用以監測瓦斯流量的偵測器206，該偵測器206安裝在鄰近流量調節器204的瓦斯輸送管102，且位於該流量調節器204與該出口端102b之間，並與瓦斯器具202之一控制單元208電性連接；該流量調節器204在本實施例中為一受該控制單元208控制的電子式比例閥，即可透過改變輸入電壓大小的方式來操控瓦斯通過該處開口的面積大小，當然，視實際需求，亦可選擇步進馬達作為驅動改變瓦斯通過的開口大小，步進馬達並為控制單元208所控制。

該控制單元208內建有一資料庫，該資料庫中包含有一理想瓦斯流量範圍R，所述理想瓦斯流量範圍R是指在瓦斯供應端100的瓦斯輸出氣壓維持恆定，且瓦斯輸送管102在設置有該流量調節器204處的開口面積固定的條件下，於一定時間內所輸出的瓦斯流量與空氣混合後的比例落在目標空燃比範圍內之容許瓦斯流量範圍。於此定義，該理想瓦斯流量範圍R具有一上限值R1與一下限值R2。

本發明之瓦斯安全供應檢測方法是在該流量調節器204未作動的狀態下，即瓦斯通過的開口面積維持不變時，透過該偵測器206監測通過該流量調節器204之後的瓦斯流量大小，並據以產生一實際瓦斯流量值Q至該控制單元208；接著，控制單元208將對所接收的實際瓦斯流量值Q進行比較與判讀，其中：在實際瓦斯流量值Q落於該理想瓦斯流量範圍R之上限值R1與下限值R2內時，表示瓦斯供應端100的瓦斯輸出氣壓正常，並以設置在瓦斯器具202外部的綠色燈號(圖未示)代表使用安全無慮；反之，在確認實際瓦斯流量值Q超出理想瓦斯流量範圍R之上限值R1或下限值R2之外時，表示瓦斯供應端100的瓦斯輸出氣壓出現異常情況，此時該控制單元208將發出一異常信息以警示用戶，於本實施例中是以轉換燈號顏色為紅色作為提醒與警示用。吾人據此訊息將確認異常發生點是落在瓦斯供應端100，而非源自居家的瓦斯器具202故障所致，進一步地可要求瓦斯供應端100之業者進行自我檢修，以維護使用安全性。

上述瓦斯輸出氣壓有異常發生時，因瓦斯供應端100的瓦斯供輸方式非一般用戶所能控制，故在瓦斯供應端100完成自我檢修之前，即瓦斯輸出氣壓仍處於異常情況下，本發明進一步提供改善空燃比的補償方法，以維持瓦斯器具202在安全使用要求下應有的瓦斯流量，請參圖3，該方法因情境不同而產生相對的調節，其中：在瓦斯供應端100的瓦斯輸出氣壓過高，導致所監測的實際瓦斯流量值Q高於該理想瓦斯流量範圍R的上限值R1時，此情況因有造成空燃比過濃之虞，故該控制單元208經計算後，將控制該流量調節器204減縮瓦斯通過該處的開口面積，以便將空氣與瓦斯氣體的混合比例維持在接近目標空燃比，如此，當瓦斯器具202之燃燒器202a在引燃點火後將不會產生有毒的一氧化碳；反之，在瓦斯供應端100的瓦斯輸出氣壓過低，導致所監測的實際瓦斯流量值Q低於該理想瓦斯流量範圍R的下限值R2時，此情況因有造成空燃比過稀致引燃不易之虞，因此，該控制單元208亦於計算後控制該流量調節器204放大瓦斯通過該處的開口面積以增加瓦斯流量。

偵測器206持續監測瓦斯流量，並在測得實際瓦斯流量值Q再度落於該理想瓦斯流量範圍R的上限值R1與下限值R2內時，該控制單元208旋即中止該流量調節器204的調節動作，並令瓦斯通過的開口面積維持固定。反之，繼續減縮或放大微調瓦斯通過的開口面積，直至實際瓦斯流量值Q落於理想瓦斯流量範圍R內為止。

本發明再提供另一種改善空燃比的補償方法，主要應用在具有鼓風機210的瓦斯器具。係在瓦斯供應端100的瓦斯輸出氣壓有異常發生，且瓦斯輸送管的瓦斯通過開口面積保持不變的前提下進行補償控制，請參圖1與圖4，該方法包含：在控制單元208內更建置一容許的空燃比範圍S；該偵測器206繼續監測通過該流量調節器204之後的瓦斯流量大小，而該控制單元208根據以下情況改變鼓風機210的轉速，其中：在實際瓦斯流量值Q高於該理想瓦斯流量範圍R的上限值R1時，控制單元208控制加快鼓風機210的轉速以提高空氣的注入量來稀釋進入燃燒器202a內部的空燃比；在實際瓦斯流量值Q低於該理想瓦斯流量範圍R的下限值R2時，控制單元208控制減緩鼓風機210的轉速以降低空氣的注入量來提高燃燒器202a內部的空燃比。

於瓦斯器具202內部設置一用以監測空燃比的含氧感知器212，在所監測空燃比落於該容許的空燃比範圍S內，則由該控制單元208控制該鼓風機210的轉速恆定。反之，繼續加快或減緩鼓風機210的轉速，直至所監測空燃比落於該容許的空燃比範圍S內為止。

以上所述僅為本發明較佳可行實施例而已，舉凡應用本發明說明書及申請專利範圍所為之等效結構及製作方法變化，理應包含在本發明之專利範圍內。

100．．．瓦斯供應端

102．．．瓦斯輸送管

102a．．．管段

102b．．．出口端

200．．．使用端

202．．．瓦斯器具

202a．．．燃燒器

204．．．流量調節器

206．．．偵測器

208．．．控制單元

210．．．鼓風機

212．．．含氧感知器

Q．．．實際瓦斯流量值

R．．．理想瓦斯流量範圍

R1．．．上限值

R2．．．下限值

S．．．容許的空燃比範圍

圖1為本發明之瓦斯供應端與使用端的配置示意圖。

圖2為本發明一較佳實施例的檢測流程說明圖。

圖3為本發明一較佳實施例改善空燃比的補償流程說明圖。

圖4為本發明另一較佳實施例改善空燃比的補償流程說明圖。

100．．．瓦斯供應端

102．．．瓦斯輸送管

102a．．．管段

102b．．．出口端

200．．．使用端

202．．．瓦斯器具

202a．．．燃燒器

204．．．流量調節器

206．．．偵測器

208．．．控制單元

210．．．鼓風機

212．．．含氧感知器

Claims (6)

1. 一種瓦斯安全供應之檢測方法，包含下列步驟：內建一理想瓦斯流量範圍於一使用端的瓦斯器具之一控制單元內；監測流經前述瓦斯器具之一流量調節器後的瓦斯供輸路徑上的實際瓦斯流量值；以及比較該實際瓦斯流量值與該理想瓦斯流量範圍，若實際瓦斯流量值超出理想瓦斯流量範圍外，則該控制單元發出一異常信息。
2. 如請求項1所述瓦斯安全供應之檢測方法，係在使用端的一瓦斯輸送管上安裝有該流量調節器與一偵測器，且該偵測器位於該流量調節器與該瓦斯輸送管之一出口端之間，該偵測器產生該實際瓦斯流量值。
3. 一種配合請求項1的補償方法，係在比較出該實際瓦斯流量值超出理想瓦斯流量範圍外時，進行以下步驟：控制設置在一瓦斯輸送管上的該流量調節器，其中：當實際瓦斯流量值高於該理想瓦斯流量範圍的上限值時，該流量調節器減縮瓦斯通過該瓦斯輸送管的開口面積；當實際瓦斯流量值低於該理想瓦斯流量範圍的下限值時，該流量調節器放大瓦斯通過該瓦斯輸送管的開口面積；在監測的實際瓦斯流量值落於該理想瓦斯流量範圍內時，中止該流量調節器的調節動作。
4. 如請求項3所述的補償方法，其中該流量調節器是依該控制單元產生的驅動電壓大小而減縮或放大瓦斯通過該瓦斯輸送管的開口面積。
5. 一種配合請求項1的補償方法，係應用於具有鼓風機的瓦斯器具，且在比較出實際瓦斯流量值超出理想瓦斯流量範圍外，以及瓦斯通過的開口面積不變的情形下，進行以下步驟：控制該瓦斯器具之鼓風機轉速，其中：當實際瓦斯流量值高於該理想瓦斯流量範圍的上限值時，加快該鼓風機的轉速以提高空氣注入量；當實際瓦斯流量值低於該理想瓦斯流量範圍的下限值時，減緩該鼓風機的轉速以降低空氣注入量；在監測瓦斯器具內部的空燃比落於容許的空燃比範圍內時，維持該鼓風機的定轉速度。
6. 如請求項5所述的補償方法，係在瓦斯器具內部設置一用以監測空燃比的含氧感知器，該含氧感知器與控制單元電性連接。