TW201632811A - 燃氣熱水器之自動控溫系統 - Google Patents

Abstract

本發明為一種燃氣熱水器的自動控溫系統，係利用偵測水流量及使用者選擇溫升的方式來精確控制水流的溫升，有別於傳統技術利用溫度傳感器控制水溫。本系統包含：一能偵測水流量的水流感測器、一對水流加熱升溫的熱交換器、一供應熱交換器燃氣的燃氣比例調節閥、一供使用者選擇溫升的可變電位器、以及一能接收選擇溫升以及水流量並且計算後控制燃氣比例調節閥開度的控制單元，該控制單元令燃氣比例調節閥供給熱交換器的燃氣量能將水流加熱達到可變電位器所選定的選擇溫升數值，避免傳統控制方法容易因水流瞬間變化而導致燙傷的問題。

Description

燃氣熱水器之自動控溫系統

本發明為一種應用在燃氣熱水器的自動控溫系統，係利用偵測水流量及使用者選擇溫升的方式來精確控制水流的溫升，有別於傳統技術利用進水及出水溫度傳感器來控制水溫。

一般燃氣熱水器為了達到恆溫的要求，其基本的控制系統，包含一控制裝置、一熱交換器、至少一燃氣閥、以及兩個分別偵測進水端與出水端水溫的溫度傳感器；使用者可先操作控制裝置設定一溫度值，當使用者開啟水龍頭時，由進水端溫度傳感器感應進水溫度，再由控制裝置控制燃氣閥開度，令熱交換器燃燒加熱水流，直到出水端的水溫達到設定的溫度值。

上述傳統的系統運作時，由於季節變化會造成進水水溫不同，例如冬天進水溫度較低，若出水端溫度傳感器感測的出水溫度低於預設溫度值，控制裝置便會令燃氣閥增加供應給加熱器的燃氣流量，以加大火力使水流達到預設溫度；反之，例如夏天進水溫度相對較高，若出水端感測溫度信號高於預設溫度值，控制裝置則會令燃氣閥減少供應給加熱器的燃氣流量，以小火力使水流溫度降低至預設溫度，讓熱水器之出水溫度盡可能的維持在恆溫的狀態。

上述傳統技術已沿用多年，然而卻時而傳出有使用者燙傷的情形。主要是因為該傳統技術是利用出水端的溫度傳感器所感測的溫度是否達到設定溫度來控制燃氣流量，亦即，當使用者感受到水溫高於或低於預設溫度的水溫後，控制裝置才會調整燃氣流量大小，使得過高或過低的出水溫度在持續一段的時間 後，水溫才會逐漸調整至預設值內，無法達成即時調整的功效。

此外，上述過程中，若水流量因為水壓產生劇烈變化，尤其是水量突然急遽減小，使出水端溫度傳感器感測到溫度過高時，熱交換器已經以大火持續燃燒了一段時間，因此容易發生使用者燙傷的意外。也因為如此，某些國家更是進一步規範熱水器的出水溫不能高於設定溫10度，甚至必須精確控制達到5度以內，在這種情形下，傳統利用進水端以及出水端的溫度傳感器來控制的技術，勢必無法符合安全規範。

有鑑於此，本發明人乃累積多年相關領域的研究以及實務經驗，特創作出一種應用在燃氣熱水器的自動控溫系統，改善習知燃氣熱水器中需要裝設進水及出水溫度傳感器，以及控制裝置並未能依照水量大小即時調整燃氣流量的缺失。

本發明之目的在於提供一種不需要加裝溫度傳感器即能夠精確控制水溫的燃氣熱水器之自動控溫系統，該自動控溫系統能依據水流流量大小控制燃氣流量，使燃氣流量將水流加熱至使用者所選定的選擇溫升數值；當水流流量變小，自動控溫系統能夠令燃氣流量減少，避免出水溫度過高；當水流流量變大，自動控溫系統能夠令燃氣流量增加，維持出水溫度，改善習知技術中未能依照水量大小即時調整燃氣流量，容易造成使用者燙傷的的缺失。

為達成上述目的，本發明燃氣熱水器之自動控溫系統能依據水流量來控制燃氣流量，使燃氣流量將水流加熱至使用者所選定的選擇溫升數值，不需加裝溫度傳感器；該自動控溫系統包含：一能偵測水流量的水流感測器、一能夠對水流加熱的熱交換器、一供給熱交換器燃燒時所需燃氣的燃氣比例調節閥、一供使用者選擇溫升的可變電位器、以及一能接收可變電位器及水流感測器之信號的控制單元，該控制單元能夠根據水流感測器感 測的水流量及可變電位器的選擇溫升，經計算後精確控制燃氣比例調節閥的開度，使燃氣比例調節閥供給熱交換器的燃氣量能夠將水流加熱達到可變電位器所選定的選擇溫升數值。

以下進一步說明各元件之實施方式：實施時，該控制單元包含一微控器、一接收水流感測器所偵測的水流量後輸出水流量信號的水流量檢測模組、一驅動燃氣比例調節閥的閥體驅動模組、一接收水流量信號後開始令熱交換器點火的點火模組、一感應點火是否成功的火焰感應模組、以及一接收可變電位器的選擇溫升後輸出溫升信號的設定溫升檢測模組；所述微控器接收水流量檢測模組輸出的水流量信號，以及接收設定溫升檢測模組輸出的溫升信號後，經計算後通過閥體驅動模組傳輸給燃氣比例調節閥相對應的開度信號，從而讓燃氣比例調節閥精確地供應燃氣給熱交換器燃燒。

藉由上述系統，本發明不需加裝進水及出水溫度傳感器，而是依控制單元之微控器所接收的水流量信號和溫升信號經計算後精確控制燃氣流量，讓該燃氣流量將水流加熱達到可變電位器所選定的選擇溫升數值來控制水溫；如此在出水過程中，該微控器接收水流量檢測模組輸出水流量變小的信號時，即令閥體驅動模組驅動燃氣比例調節閥的開度減少，即時地減少對水流加熱的燃氣流量，使出水溫度維持在可變電位器所選定的選擇溫升數值，避免發生水流量減少而燃氣流量不變，讓出水溫度過高的缺失。

反之，當微控器接收水流量檢測模組輸出水流量變大的信號時，立即令閥體驅動模組驅動燃氣比例調節閥的開度增加，即時地增加對水流加熱的燃氣流量，使出水溫度維持可變電位器所選定的選擇溫升數值，避免水流量增加而燃氣流量不變讓出水溫度降低的缺點。

實施時，該控制單元電連接有電池，並進一步包含一能將該電池的電壓升壓供微控器運作的電源升壓模組、以及一 監測該電池電壓的低電壓檢測模組，該低電壓檢測模組進一步包含一在該電池電壓低於設定時啟動的低電壓LED顯示燈，以LED顯示燈持續發光或間隔閃爍的方式提醒使用者電池電量不足。

實施時，該燃氣比例調節閥的開度大小及燃氣流量多寡所達成的選擇溫升數值能夠預先測試預載於微控器中，供微控器計算用；其計算方式為熱值Q=W(水流量)×K(選擇溫升數值)。

實施時，可變電位器包含一供使用者操作的旋鈕，該旋鈕上標示有複數組供使用者選擇溫升的選擇溫升數值標示。

實施時，該燃氣比例調節閥包含分別設置在燃氣流道上用以控制燃氣啟閉的第一壓差閥、一控制第一壓差閥開度以及母火通道以點燃熱交換器母火口的微電磁閥、一設置在第一壓差閥下游用以控制燃氣流量的第二壓差閥、一控制第二壓差閥開度的動線圈比例電磁閥；所述閥體驅動模組所輸出的開度信號為不同電流大小，動線圈比例電磁閥能根據控制單元之閥體驅動模組所提供的不同電流大小而反應位置，進而控制第二壓差閥開度；所述第二壓差閥下游與主火通道連接，以點燃熱交換器的主火口。

相較於習知技術，本發明不需加裝進水及出水溫度傳感器即能夠精確控制水溫，而且可以避免傳統控制方法容易因水流瞬間變化而導致燙傷的問題。其計算原理通用於不同開閥方式的燃氣比例調節閥和各款熱水器，甚至讓同一種燃氣比例調節閥適用於不同規格的熱水器，可以有效減少燃氣比例調節閥的庫存及生產成本。

以下依據本發明之技術手段，列舉出適於本發明之實施方式，並配合圖式說明如後：

1‧‧‧水流感測器

2‧‧‧熱交換器

3‧‧‧燃氣比例調節閥

4‧‧‧可變電位器

5‧‧‧控制單元

6‧‧‧電池

10‧‧‧微控器

11‧‧‧電源升壓模組

12‧‧‧低電壓檢測模組

121‧‧‧低電壓LED顯示燈

13‧‧‧水流量檢測模組

14‧‧‧閥體驅動模組

15‧‧‧點火模組

16‧‧‧火焰感應模組

17‧‧‧設定溫升檢測模組

20‧‧‧燃氣流道

21‧‧‧第一壓差閥

22‧‧‧微電磁閥

23‧‧‧第二壓差閥

24‧‧‧動線圈比例電磁閥

30‧‧‧母火通道

31‧‧‧母火口

40‧‧‧主火通道

41‧‧‧主火口

第一圖：本系統之結構示意圖。

第二圖：本系統之控制單元系統示意圖。

第三圖：本系統之控制單元運作流程圖。

第四圖：本系統之選擇溫升數值為50K的出水示意圖。

第五圖：本系統之選擇溫升數值維持50K並將水量調小的出水示意圖。

第六圖：本系統之選擇溫升數值維持50K並將水量調大的出水示意圖。

第七圖：本系統之選擇溫升數值為5K的出水示意圖。

如第一、二圖所示，本發明係為一種應用在燃氣熱水器中的自動控溫系統，能依據水流流量大小控制燃氣流量，使燃氣流量將水流加熱至使用者所選定的選擇溫升數值，不需加裝溫度傳感器；該自動控溫系統包含：一能偵測水流量的水流感測器1、一能夠對水流加熱的熱交換器2、一供給熱交換器2燃燒時所需燃氣的燃氣比例調節閥3、一供使用者選擇溫升的可變電位器4、以及一能接收可變電位器4及水流感測器1之信號的控制單元5。

該控制單元5包含一微控器10、一能將熱水器之電池6電壓升壓供微控器10運作的電源升壓模組11、一監測電池6電壓的低電壓檢測模組12、一接收水流感測器1所偵測的水流量後輸出水流量信號的水流量檢測模組13、一驅動燃氣比例調節閥3的閥體驅動模組14、一接收水流量信號後開始令熱交換器2點火的點火模組15、一感應點火是否成功的火焰感應模組16、以及一接收可變電位器4的選擇溫升後輸出溫升信號的設定溫升檢測模組17。

實施時，該低電壓檢測模組12進一步包含一在電池6電壓低於設定時啟動的低電壓LED顯示燈121，以LED顯示燈持續發光或間隔閃爍的方式提醒使用者電池6電量不足。

該微控器10接收水流量檢測模組13輸出的水流量信號，以及接收設定溫升檢測模組17輸出的溫升信號後，經計算後令閥體驅動模組14提供燃氣比例調節閥3相對應的開閥信號，精確控制燃氣比例調節閥3的開度，使燃氣比例調節閥3供給熱交換器2的燃氣量能夠將水流加熱達到可變電位器4所選定的選擇溫升數值。

實施時，可變電位器4包含一供使用者操作的旋鈕，該旋鈕上標示有複數組供使用者選擇溫升的選擇溫升數值標示，圖示中選擇溫升數值標示從5K至50K、以及H(最高溫升)標示、L(最低溫升)標示。

該燃氣比例調節閥3包含分別設置在燃氣流道20上用以控制燃氣啟閉的第一壓差閥21、一控制第一壓差閥21開度以及母火通道30以點燃熱交換器2母火口31的微電磁閥22、一設置在第一壓差閥21下游用以控制燃氣流量的第二壓差閥23、一控制第二壓差閥23開度的動線圈比例電磁閥24；所述動線圈比例電磁閥24能根據控制單元5之閥體驅動模組14所提供的不同電流大小而反應位置，進而控制第二壓差閥23開度；所述第二壓差閥23下游與主火通道40連接，以點燃熱交換器2的主火口41。

實施時，該燃氣比例調節閥3的開度大小及燃氣流量多寡所達成的選擇溫升數值能夠預先測試預載於微控器10中，供微控器10計算用。

如第二、四圖所示，使用者先旋轉可變電位器4的旋鈕，來選擇所欲達成的的選擇溫升數值K(K即熱能，可用。C替代)，圖示中旋鈕以調整至50K為例。接著使用者開啟水龍頭時，該控制單元5之水流量檢測模組13接收水流感測器1所偵測的水流量後輸出水流量信號，圖示中水流量檢測模組13接收的水流量信號為6L。

請一併參閱第三圖，第三圖係為控制單元5運作流 程圖，所述微控器10接收水流量信號後令點火模組15驅動熱交換器2點火，使燃氣從微電磁閥22通過母火通道30點燃熱交換器2母火口31，該微控器10同時令閥體驅動模組14驅動燃氣比例調節閥3開閥。點火後，經由火焰感應模組16感應點火是否成功，若火焰感應模組16感應點火成功輸出火焰信號給微控器10，該微控器10再令點火模組15驅動熱交換器2停止點火。

前述控制單元5之設定溫升檢測模組17通過可變電位器4改變電壓換算成選擇溫升數值，然後通過微控器10計算得出所需要輸出的熱值Q=W(水流量)×K(選擇溫升數值)，最後根據計算得出的熱值Q輸出相應的閥體開度信號提供穩定的燃氣流量。

若微控器10接收水流量信號為6L，接收選擇溫升數值為50K，經計算後熱值Q為300，該微控器10即可令閥體驅動模組14提供燃氣比例調節閥3相對應的開閥信號，該開閥信號使供給熱交換器2的燃氣量引燃後先為中火再提升至大火，使得最後提供的熱值Q為300，亦即可將水流加熱達到選擇溫升數值50K。

如第二、五圖所示，若使用者轉動水龍頭將水量調小，水流量檢測模組13接收的水流量信號為3L，為維持選擇溫升數值50K，該微控器10令閥體驅動模組14驅動提供給動線圈比例電磁閥24的電流變小，進而控制第二壓差閥23開度變小，減少燃氣流量。

如第二、六圖所示，若使用者轉動水龍頭將水量調大，水流量檢測模組13接收的水流量信號為12L，為維持選擇溫升數值50K，該微控器10令閥體驅動模組14驅動提供給動線圈比例電磁閥24的電流增強，進而控制第二壓差閥23開度變大，增加燃氣流量。

如第二、七圖所示，揭示使用者旋轉可變電位器4的旋鈕到選擇溫升數值為5K。當使用者開啟水龍頭後，該微控器 10接收水流量信號及溫升信號經計算後令閥體驅動模組14提供燃氣比例調節閥3之動線圈比例電磁閥24的電流減小，使供給熱交換器2的燃氣量引燃後先為中火再降至最小火，因此可調整至極小火，適用於夏季等無須提升較高溫度的地區。

藉由上述構造，本系統不需加裝進水及出水溫度傳感器，而是依控制單元5之微控器10所接收的水流量信號和溫升信號經計算後精確控制燃氣流量，讓該燃氣流量將水流加熱達到可變電位器4所選定的選擇溫升數值來控制水溫；意即在出水過程中，該微控器10接收水流量檢測模組13輸出水流量變小的信號，所述微控器10立即令閥體驅動模組14驅動燃氣比例調節閥3的開度減少，減少對水流加熱的燃氣流量，使出水溫度維持可變電位器4所選定的選擇溫升數值，避免發生水流量減少而燃氣流量不變讓出水溫度過高的缺失。

反之，該微控器10接收水流量檢測模組13輸出水流量變大的信號，所述微控器10立即令閥體驅動模組14驅動燃氣比例調節閥3的開度增加，增加對水流加熱的燃氣流量，使出水溫度維持可變電位器4所選定的選擇溫升數值，可以避免水流量增加而燃氣流量不變讓出水溫度降低的缺點。另外，為提昇本系統的適用性，當可變電位器4的旋鈕指向H標示表示為最高溫升，指向L標示表示為最低溫升時，燃氣量不會隨著水流高低進行變化。

以上之實施說明及圖式所示，僅係舉例說明本發明之較佳實施例，並非以此侷限本發明之範圍；舉凡與本發明之構造、裝置、特徵等近似或相雷同者，均應屬本發明之創設目的及申請專利範圍之內。

1‧‧‧水流感測器

2‧‧‧熱交換器

3‧‧‧燃氣比例調節閥

4‧‧‧可變電位器

5‧‧‧控制單元

6‧‧‧電池

10‧‧‧微控器

11‧‧‧電源升壓模組

12‧‧‧低電壓檢測模組

121‧‧‧低電壓LED顯示燈

13‧‧‧水流量檢測模組

14‧‧‧閥體驅動模組

15‧‧‧點火模組

16‧‧‧火焰感應模組

17‧‧‧設定溫升檢測模組

Claims (6)

1. 一種燃氣熱水器之自動控溫系統，能依據水流量來控制燃氣流量，進而將水流加熱至使用者所選定的選擇溫升數值，不需加裝溫度傳感器；該自動控溫系統包含：一能偵測水流量的水流感測器、一能夠對水流加熱的熱交換器、一供給熱交換器燃燒時所需燃氣的燃氣比例調節閥、一供使用者選擇溫升的可變電位器、以及一能接收可變電位器及水流感測器之信號的控制單元，該控制單元能夠根據水流感測器感測的水流量及可變電位器的選擇溫升經計算後精確控制燃氣比例調節閥的開度，使燃氣比例調節閥供給熱交換器的燃氣量能夠將水流加熱達到可變電位器所選定的選擇溫升數值。
2. 如申請專利範圍第1項所述燃氣熱水器之自動控溫系統，其中，該控制單元包含一微控器一接收水流感測器所偵測的水流量後輸出水流量信號的水流量檢測模組、一驅動燃氣比例調節閥的閥體驅動模組、一接收水流量信號後開始令熱交換器點火的點火模組、一感應點火是否成功的火焰感應模組、以及一接收可變電位器的選擇溫升後輸出溫升信號的設定溫升檢測模組，該微控器接收水流量檢測模組輸出的水流量信號，以及接收設定溫升檢測模組輸出的溫升信號後，經計算後令閥體驅動模組提供燃氣比例調節閥相對應的開閥信號，以供應燃氣給熱交換器燃燒。
3. 如申請專利範圍第2項所述燃氣熱水器之自動控溫系統，其中，該控制單元電連接有電池，並進一步包含一能將該電池的電壓升壓供微控器運作的電源升壓模組、以及一監測該電池電壓的低電壓檢測模組，該低電壓檢測模組進一步包含一在該電池電壓低於設定時啟動的低電壓LED顯示燈。
4. 如申請專利範圍第2項所述燃氣熱水器之自動控溫系統，其中，該燃氣比例調節閥的開度大小及燃氣流量多寡所達成的選擇溫升數值能夠預先測試預載於微控器中。
5. 如申請專利範圍第1項所述燃氣熱水器之自動控溫系統， 其中，可變電位器包含一供使用者操作的旋鈕，該旋鈕上標示有複數組供使用者選擇溫升的選擇溫升數值標示。
6. 如申請專利範圍第2項所述燃氣熱水器之自動控溫系統，其中，該燃氣比例調節閥包含分別設置在燃氣流道上用以控制燃氣啟閉的第一壓差閥、一控制第一壓差閥開度以及母火通道以點燃熱交換器母火口的微電磁閥、一設置在第一壓差閥下游用以控制燃氣流量的第二壓差閥、一控制第二壓差閥開度的動線圈比例電磁閥；所述閥體驅動模組所輸出的開度信號為不同電流大小，動線圈比例電磁閥能根據控制單元之閥體驅動模組所提供的電流大小而反應位置，進而控制第二壓差閥開度；所述第二壓差閥下游與主火通道連接，以點燃熱交換器的主火口。