CN100504699C - 阀流速的检测和控制 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于控制流向燃烧器的燃气流量的气阀。其中致动器控制通过阀的燃气流量，步进电机操作该致动器，第一温度传感器检测进入阀的燃气的温度，第二温度传感器检测离开阀的燃气的温度，控制器根据检测的温度控制步进电机。该气阀为燃气炉具提供通用的单级、多级和可调的燃气流量控制。

Description

阀流速的检测和控制
技术领域
本发明涉及燃气炉具，更具体地说，涉及对输往燃气炉具的燃气的控制。
背景技术
在燃气炉具中，通常用隔膜和/或螺线管来控制通过气阀流向燃烧器的燃气流量。流量控制螺线管通常由来自低压电源的连续信号驱动。由于这一原因以及其他的原因，通过隔膜和螺线管进行的阀门控制往往复杂且成本高昂。在燃气炉单元中，燃气的流量控制可以通过步进电机控制阀进行，该控制阀不用隔膜即可改变燃气流量，并且它由间歇的低压信号驱动。这种阀可以改变燃气流量来改变炉焰，但不能检测出口流速，也不能将出口流量调节到合适的流速值。
发明内容
本发明的一个实施例涉及用于控制流向燃烧器的燃气流量的气阀。该气阀包括致动器，用于控制通过气阀的燃气流量。步进电机控制致动器。第一温度传感器检测进入阀的燃气的温度。第二温度传感器检测离开阀的燃气的温度。控制器根据所检测的温度控制步进电机。
通过下面的详细说明，也不难看出本发明的其他应用领域。尽管详细的说明和特定的例子简要说明了本发明的各个实施例，但不难理解它们只是用于解释，而不是为了限制发明的范围。
附图说明
通过详细的说明和附图，将会更充分理解本发明。其中：
图1是根据本发明一个实施例的气阀的纵向截面图；
图2是沿图1中线2-2的平面得到的图1所示的阀实施例的横截面图；
图3是沿图1中线3-3的平面得到的图1所示的阀实施例的横截面图；
图4A是气阀控制系统一实施例的局部示意图；
图4B接续图4A，它是图4A所示的气阀控制系统的实施例的局部示意图。
具体实施方式
下面对各实施例的说明从本质上来说仅仅是解释性的，决不是为了限制本发明、其用途或用法。
根据本发明一个实施例的气阀在图1和图2中一般用参考标号10表示。举例来说，气阀10可用于控制流到燃气用具或燃气炉内燃烧器的燃气流量。气阀10具有例如由铸铝制成的阀体14。阀体14具有顶板18、底板22、两块侧板24和一块进口板28，进口块32从进口板28开始延伸。燃气进口36贯穿进口块32，并且通向阀体14内的进气室40。出口块44从阀体14的出口板46开始延伸。出气室50与贯穿出口块44的燃气出口54流体连通。
托架56在阀体14内从出口板46开始延伸。托架56与将进气室40和出气室50隔开的隔板60形成一体。隔板60有一般为圆形的中心孔62，当可由线性致动器操作的阀芯(poppet)64处于如下面所述的开启位置时，此孔使进气室和出气室流体连通。
图3是沿图1中线3-3的平面得到的隔板60的平面图。孔62具有斜边66，当阀芯64处于图1所示的闭合位置时，它紧密地配合在斜边66上。隔板60上的另一个孔70穿过托架56通向将出气室50和燃气出口54流体连通的通道72。
阀芯64安装在阀芯轴76的下端74。阀芯轴76的钥匙形上端78可活动地安装在托架56的托臂82上的垂直的钥匙形的槽80内。可以用安装在顶板18上的步进电机84提起和/或降下阀芯轴76。具体地说，电机84的有螺纹的轴端86贯穿顶板18并延伸到螺纹管套88内，以使电机84的旋转运动转换成阀芯轴76的线性运动。当阀芯轴76上下移动时，钥匙形的槽80和轴端78可防止阀芯轴76旋转。预计在其他的实施例中也可以用其他的线性致动元件上下移动阀芯轴76。
阀芯轴76和阀芯64与孔62同心地对齐。阀芯64具有例如由橡胶制成的顶部90和例如由铝制成的下板92。板92固定到阀芯轴76的下端74上，板92用于支撑橡胶部90，并使它相对阀芯轴76稳定。阀芯64被制成合适的形状，使得当阀芯60处于闭合位置时，它可紧密地配合在孔62的斜边66上。
当启动步进电机84以降低阀芯轴76时，阀芯64从闭合位置降低。当阀芯64处于开启位置时，燃气可以通过孔62从进气室40进入出气室50，其流速由阀芯64从闭合位置降低了多远决定。在图1所示的实施例中，阀芯64是半球形，但预计在其他实施例中，阀芯和/或两室之间的孔也可以采用其他形状和/或轮廓。
进口温度传感器104(例如热敏电阻)安装在进口块32内，并且连接到端子108和112上。进口热敏电阻104的引线114穿过通道116延伸到燃气进口36内。出口温度传感器120(例如热敏电阻)安装在出口块44内，并且连接到端子122和126上。出口热敏电阻120的引线130穿过通道132延伸到燃气出口54内。温度传感器104和120例如可为零件号为2322 62623102的热敏电阻(由佐治亚州Alpharetta的BC元件国际B.V.(邮编30076)提供)。预计在其他实施例中也可以用其他的温度传感装置来检测燃气进口和燃气出口处的燃气温度，这些温度传感装置包括但不局限于晶体管和/或电阻式测温计。在其他实施例中，温度传感器104可以不同于温度传感器120。
用于控制通过阀10的燃气流量的控制系统的实施例在图4A和4B中一般用参考标号200表示。控制器200包括一般用参考标号204表示的半波整流电路、一般用参考标号208表示的处理器电源电路，以及处理器212，处理器212例如可为摩托罗拉公司(http://motorola.com)提供的可擦可编程只读存储器(EPROM)68HC705P6A。步进电机84在处理器212的控制下通过一对驱动电路216沿正向或反向方向而被驱动。处理器212控制一信号，该信号指示电机轴86旋转的角度，电机轴86的旋转进而驱动阀芯轴76。一般用参考标号220示意性表示的机械开关用于为步进电机84的启动、停止和/或换向提供手动测试控制。步进电机84例如可为加利福尼亚州圣克拉拉市的能源工程有限公司提供的1.8级23型单轴混合动力电机。
如图4A所示，进口热敏电阻104电连于端子E4和接地端子E5之间。在本示例性实施例中，图2中所示的销108和/或112与地绝缘，端子E5例如通过铸铝的阀10接地。进口热敏电阻104接收恒定的电流，例如约为0.0001安培，该电流低得足以防止进口热敏电阻104自热。出口热敏电阻120电连于端子E3和地E5之间。出口热敏电阻120接收恒定的电流，例如约为0.05安培，该电流高得足以使出口热敏电阻120自热到预定水平。
随同进口热敏电阻104配置电阻R26，使得电阻R26两端的压降与进口热敏电阻104测得的温度对应。随同出口热敏电阻120配置与出口热敏电阻120并联的电阻R27，使得电阻R27两端的压降与出口热敏电阻120测得的温度对应。电阻R26和R27的电阻值最好相等，例如均为8.2kO。
在气阀10的操作过程中，当燃气进入进口36时，进口热敏电阻104测得进口36处燃气的温度。该温度经电阻R26以信号方式发送给处理器212。当阀芯24处于打开位置时，燃气从进气室40流到出气室50，并流过出口54。出口热敏电阻120测得出口54处的燃气流带走的热量。该热敏电阻温度经电阻R27以信号方式发送给处理器212。
随着燃气流过阀10，它会从自热式出口热敏电阻120上带走热量。燃气从热敏电阻120上带走的热量的多少与通过阀10的燃气流速对应。处理器212周期性地比较进口热敏电阻104的温度和出口热敏电阻120的温度，并用这两个温度来确定通过阀10的燃气流速。根据所确定的燃气流速，处理器212向步进电机84发出信号以操作阀芯64，从而根据所需的流速来调节通过阀10的流速。
可以理解，包括如上所述的步进电机和微分热敏电阻流量传感器的气阀的实施例可以在燃气炉具中提供通用的单级、多级和可调的燃气流量控制。对于单级、多级和/或可调的炉具，上述气阀能够检测燃气流速，并能保持所选择的出口燃气流速。
从本质上说，本发明的说明书仅仅是解释性的，因此各种改变只要不背离本发明的思想就都打算包含在本发明的范围之内。也不认为这些改变偏离了本发明的思想和范围。

Claims (21)

1、一种用于控制流向燃烧器的燃气流量的气阀，该气阀包括：
致动器，用于控制通过阀的燃气流量；
步进电机，用于操作该致动器；
第一温度传感器，用于检测进入阀的燃气的温度；
第二温度传感器，用于检测离开阀的燃气的温度；
控制器，用于根据检测的温度控制该步进电机。
2、如权利要求1所述的气阀，其中
所述控制器根据检测的温度确定燃气流速；
所述步进电机根据所确定的燃气流速驱动所述致动器。
3、如权利要求1或2所述的气阀，其中该致动器包括线性致动器。
4、如权利要求1或2所述的气阀，其中至少一个所述温度传感器包括热敏电阻。
5、如权利要求1或2所述的气阀，其中该第一温度传感器被防止自热。
6、如权利要求1或2所述的气阀，其中该第二温度传感器被允许自热。
7、如权利要求1或2所述的气阀，其中该第一温度传感器包括位于气阀进口的引线，第二温度传感器包括位于气阀出口的引线。
8、如权利要求1或2所述的气阀，其中该控制器使用第二温度传感器的热量损耗来确定燃气流速。
9、如权利要求1或2所述的气阀，其中该致动器介于阀的进口和出口之间。
10、如权利要求1或2所述的气阀，还包括进气室、出气室和阀芯，该阀芯位于致动器上且可在所述进气室与所述出气室之间操作，从而控制通过阀的燃气流量。
11、一种燃气燃烧系统，包括燃气燃烧器和气阀，其中气阀控制流向燃烧器的燃气流量，并且该系统具有位于阀进口的第一温度传感器和位于阀出口的第二温度传感器，所述温度传感器提供信息，通过该信息可获得通过阀的进气室和出气室的燃气流速；
该阀还包括步进电机和阀芯，该阀芯借助步进电机可在所述进气室与所述出气室之间操作，从而调节燃气流速。
12、如权利要求11所述的燃气燃烧系统，还包括控制器，其使用来自所述第一温度传感器和所述第二温度传感器的输入来确定对燃气流速的调节量。
13、如权利要求11所述的燃气燃烧系统，其中该步进电机被安装在气阀的外表面上，并且该电机的轴通过该表面延伸到阀内，能够经由该轴操作所述阀芯。
14、一种用于控制通过气阀的燃气流量的方法，其中所述气阀具有与进气室相连的进口、可与进气室流体连通的出气室以及与出气室相连的出口，该方法包括：
确定进口和出口的温度；
根据所述温度确定流速调节量；
将步进电机轴的旋转运动转换为阀芯在所述进气室与所述出气室之间的线性运动，从而施加所确定的流速调节量。
15、如权利要求14所述的方法，其中确定温度包括从第一温度传感器和第二温度传感器接收输入，第一温度传感器具有位于进口的引线，第二温度传感器具有位于出口的引线。
16、如权利要求15所述的方法，其中确定流速调节量包括：
允许第二温度传感器自热；并且
确定该自热的第二温度传感器的热量损耗。
17、如权利要求14所述的方法，还包括向第一和第二温度传感器供应恒定且不等的电流。
18、一种改进的燃气装置，具有燃烧器和气阀，借助线性致动器可控制通过该气阀流向燃烧器的燃气流量，所述改进包括：
一对热敏电阻，被配置为用来指示燃气通过气阀的流速；和
步进电机，用于根据所指示的燃气流速来驱动所述致动器。
19、如权利要求18所述的改进的燃气装置，其中所述热敏电阻包括被配置为用来检测阀进口温度的第一热敏电阻，和被配置为用来检测阀出口温度的第二热敏电阻。
20、如权利要求18所述的改进的燃气装置，其中所述改进还包括致动器，该致动器具有阀芯，该阀芯在步进电机的驱动下使阀的进气室和出气室流体连通。
21、一种气阀，包括：
进口；
出口；
阀座；
阀元件，其可相对于阀座操作以打开、关闭阀，从而控制通过阀的流速；
步进电机，用于操作该阀元件；
控制系统，包括进口温度传感器、出口温度传感器和控制器，该控制器用于根据进口温度传感器和出口温度传感器测得的温度控制步进电机操作阀元件。
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