專利名稱：現場可調節氣閥及控制方法
技術領域：
本公開涉及用于控制具有氣閥的燃氣用具的系統，且更尤其涉及用于控制對這種用具的氣流的氣閥。
背景技術：
本章節提供涉及本公開的背景信息，其不必是現有技術。以兩個固定氣流速度操作的燃氣、暖氣爐一般被稱為兩級爐。比起單級爐，業主可能更優先選擇兩級爐，因為兩級爐提供了提高的性能和舒適度。
發明內容
本章節提供了對本公開的一般描述，且并不是對其全部范圍或其全部特征的全面性公開。根據本公開的方面，公開了可以用于控制到燃燒設備的氣流速度的氣閥單元的示范性實施例。在一個示范性實施例中，氣閥單元包括相對于閥座可移動的閥構件。到線圈的輸入信號控制該閥構件相對于閥座的移動范圍，以控制通過氣閥單元的氣流速度。設置調節裝置提供用于校準至少一個所需氣流速度的設置調節輸入。閥控制器與該設置調節裝置和該線圈通信。該閥控制器被配置成接收激活信號，并且相應地向線圈發送輸入信號以移動閥構件，以建立對應于該激活信號的至少一個所需氣流速度。該閥控制器被配置成，基于該設置調節輸入調節到線圈的輸入信號，以由此實現對該至少一個所需氣流速度水平的現場調節。根據在此所提供的描述，其它的應用領域將變得顯而易見。本概述部分中的描述和特定示例僅旨在用于說明目的，而并非意圖限制本公開的范圍。
在此所描述的附圖僅用于對所選實施例，而不是所有可能的實現方式，進行說明的目的，且并不旨在限制本公開的范圍。圖I示出了根據本公開的原理的，步進電機調節式氣閥控制的一個實施例的立體圖和示意性斷面圖；圖2示出了根據本公開的原理的，在包括圖I中的氣閥單元的加熱設備內示出的加熱系統控制器的示意圖；圖3示出了根據本公開的原理的，用于控制加熱設備內的氣流的氣閥單元的第二實施例的剖面圖4示出了根據本公開的原理的，圖3中的氣閥單元的透視圖；以及圖5示出了根據本公開的原理的，與上述氣閥單元實施例結合使用的閥控制器的示意圖。貫穿若干附圖，相應的參考數字指示相應的部件。
具體實施例方式現在將參考附圖更完整地描述示例實施例。如以上背景技術中所解釋的，與單級爐相比，業 主可能更優先選擇兩級爐，因為兩級爐提供了提高的性能和舒適度。但是如果使用兩級爐，爐控制器被配置成僅控制可在固定的高氣流速度和固定的低氣流速度下操作的兩級氣閥。這種兩級氣閥不能提供可調節的氣流速度。在多級爐中，可將爐控制器配置成，請求操作調制氣閥以處于特定操作容量水平或氣流速度下。這種爐控制器所請求的操作容量水平可具有從該氣閥的滿容量操作到低至滿容量操作的30%的范圍。但是，用于上述氣閥的氣流速度一般是在工廠設置的，而不是可現場調節的。相應地，發明人已經因此意識到了對于一種改進的變流氣閥和對這種氣閥的相關控制的需求，并且相應地公開了可操作為控制到燃燒設備的氣流速度的氣閥單元的示范性實施例。根據本公開的方面，公開了可以用于控制到燃燒設備的氣流速度的氣閥單元的示范性實施例。在一個示范性實施例中，氣閥單元包括相對于閥座可移動的閥構件。到線圈的輸入信號控制該閥構件相對于閥座的移動范圍，以控制通過該氣閥單元的氣流速度。該線圈可以是具有一個或更多個線圈的步進電機的部件，該步進電機基于對這些線圈的激活移動閥構件的位置。備選地，該線圈可以是螺線管的部件，該螺線管被配置成，基于該線圈生成的磁場的量級來移動閥構件。設置調節裝置提供了用于校準至少一個所需氣流速度的設置調節輸入。閥控制器與該設置調節裝置和該線圈通信。該閥控制器被配置成接收激活信號，并相應地向線圈發送輸入信號以移動閥構件，以建立對應于該激活信號的至少一個所需氣流速度。該閥控制器被配置成基于該設置調節輸入調節到線圈的輸入信號，以由此實現對該至少一個所需氣流速度水平的現場調節。參考附圖，圖I說明了采用本公開的一個或更多個方面的氣閥單元100的示范性實施例。如圖所示，該氣閥單元100包括響應于線圈120生成的磁場，可相對于閥座102移動的閥構件122。該線圈120是步進電機的部件，該步進電機移動用于可調節地偏置伺服調節器隔板110的彈簧111的位置，該伺服調節器隔板110控制應用于主調節器隔板104的腔室109中的流體壓力。到閥構件122的機械聯動裝置導致閥構件106相對于閥座102移動并改變開口區域108。到步進電機的線圈120的輸入信號偏置伺服調節器隔板110，并且控制該閥構件122相對于閥座102的移動范圍，以建立所需的氣流速度。對至少一個所需氣流速度的設置(例如，到線圈120的輸入信號等)可以在制造氣閥單元100時設置。氣閥單元100的不同示范性實施例還被配置成，接收激活信號，并相應地控制到線圈120的輸入，以建立到該氣閥單元100的出口 105的至少一個所需氣流速度。在氣閥單元100的這種示范性實施例中，到線圈120的輸入被控制成至少建立到出口 105的高容量氣流速度。在一些示范性實施例中，氣閥單元100可被配置成，接收低級激活信號，并相應地控制到線圈120的輸入信號，以建立到出口 105的低容量氣流速度。氣閥單元100還可以配置成，接收包括指示介于高容量氣流速度和低容量氣流速度之間的特定氣流速度的信息的激活信號。相應地，氣閥單元100的不同示范性實施例被配置成，在接收激活信號時建立至少一個所需氣流速度，如下面所解釋的，該激活信號可通過用于加熱單元的系統控制器來提供。氣閥單元100的不同示范性實施例可連接到用于爐或加熱單元50 (圖2)的系統控制器20，并可通過該系統控制器20來操作，其中該系統控制器20基于諸如來自單級、兩級或其它類型的恒溫器(thermostat)的輸入信號，啟動對加熱單元50的操作。響應于輸入信號，該系統控制器20可提供激活信號，以請求高容量氣 流速度、低容量氣流速度，或介于其間的可變速度。為了更好地說明對氣閥單元的示范性實施例的操作，在圖2中示出了系統控制器20的示例，并且該示例是為了解釋的目的提供的。繼續參考圖2，系統控制器20包括微控制器22和用于從連接到恒溫器的導線40接收熱激活信號的第一輸入端子24(例如，恒溫器上的“W”端子)。該系統控制器20可以是包括用于接收低級熱激活信號的第二端子26的可變加熱控制器，其中使用了兩級恒溫器，并且其經由導線44被連接到系統控制器20。響應于恒溫器激活信號，系統控制器20將向氣閥單元100發送信號，以建立到燃燒器58的氣流。在系統控制器20是兩級控制器的情況下，系統控制器20可被配置成向氣閥單元100發送激活信號以建立低級氣流速度，以預定時間周期，并且此后向氣閥單元100發送信號，以在該時間周期期滿后建立高級氣流速度。這種系統控制器20可以包括用于將電壓源“V”切換到延遲裝置32的第一切換器件30，該延遲裝置32將電壓切換到閥單元100上的第一連接132，以建立低級氣流速度。系統控制器20還可以包括用于將電壓切換到延遲裝置38的第二切換器件36，該延遲裝置38將電壓切換到閥單元100上的第二連接134，以建立到燃燒器58的高級滿容量氣流速度。備選地，該系統控制器20可(經由導線34)向氣閥單元100提供電流信號或脈沖寬度調制信號，以指示所需操作容量水平。例如，在需要最大加熱操作的情況下，系統控制器20可生成180毫安的信號、在需要最小加熱操作的情況下生成20毫安的信號，以及針對可變加熱操作生成介于其間的任意毫安的信號。相應地，示范性系統控制器20可被配置成響應于一個或更多個恒溫器激活信號，通過向氣閥單元100發送信號，以建立高容量氣流速度、低容量氣流速度，或介于其間的一個或更多個可變氣流速度。在圖I中示出的示范性實施例中，氣閥單元100通過步進電機來操作。由步進電機操作的氣閥單元100包括被布置在主調節器隔板腔室109中的主隔板104。該步進電機包括用于生成磁場的至少一個線圈120，所生成的磁場使伺服調節器隔板110偏置，以用于控制施加到主調節器隔板104的流體壓力，該流體壓力導致閥構件122和閥構件166相對于閥座102移動。伺服調節器隔板110因此控制被施加到主調節器隔板104的流體壓力，以控制通過閥開口 108到閥出口 105的氣流的速度。與步進電機相關聯的線圈120被配置成，生成磁場，以導致該步進電機以步進式的方式移動，使得伺服調節器隔板110偏置，以用于調節到主調節器隔板104的氣流，從而控制通過氣閥單元100的氣流速度。該示范性實施例相應地包括具有線圈120的步進電機,該線圈120提供對閥構件122和閥構件106相對于閥座102移動的范圍的控制，以建立在低容量氣流速度、高滿容量氣流速度，或甚至在該高和低氣流速度之間的調制氣流下的操作。如剛剛針對圖I中所示出的這種特定實施例所解釋的，氣閥單元100包括步進電機，其中至少一個線圈120被配置成使伺服調節器隔板110偏置，并導致閥構件122移動，以改變氣流速度。相應地，圖I中所說明的該示范性實施例并不是直接起作用的，因為閥構件122并不是通過線圈120直接移動的，而是通過使閥構件122位置移動的主調節器隔板104的機械聯動裝置來移動的。應用于步進電機線圈120的特定輸入信號是提供所需低容量氣流速度、高容量氣流速度，或在其間的可變電流速度的輸入信號。但是可以預期氣閥單元的其它示范性實施例，其中如下面所解釋的，到不同線圈的輸入移動閥構件，以改變氣流速度。現在參考圖3和4，示出了實施本公開的一個或更多個方面的氣閥單元100’的另一個第二示范性實施例。氣閥單元100’可被用于可控地調節加熱 單元內的氣流速度。如圖所示，該氣閥單元100’包括用于可控地調節氣流速度的可移動閥構件122。響應于螺線管線圈120所生成的磁場，閥構件122相對于閥座102移動，以改變到閥出口 105的氣流速度。閥構件122被配置成，基于應用于螺線管線圈120的輸入電壓建立的磁場，移動所控制的量(以改變氣流速度)。圖3和4中示出的氣閥單元100’包括第一閥座102、與第一閥座102基本同軸對準的第二閥座103，以及出口 105。該氣閥單元100’包括第一閥構件112，當第一閥構件112處于開啟位置時，其與第一閥座102間隔開。而當它處于閉合位置時，第一閥構件112與第一閥座102相抵靠。該氣閥單兀100’包括與該第一閥構件112基本同軸對準且相對于第二閥座103可移動的第二閥構件114。當該第二閥構件114處于開啟位置時，該第二閥元件114與第二閥座103間隔開。而當它處于閉合位置時，該第二閥元件114與第二閥座103相抵靠。該氣閥單元100’還包括閥構件122，其響應于螺線管線圈120所生成的磁場，操作性地移動第一閥構件112和第二閥構件114。該閥構件122被配置成，至少相對于第二閥座103移動該第一和第二閥構件112、114，以改變其間的開口區域。該閥構件122被配置成，使其移動第一距離，以將第一閥構112從閉合位置相對于第一閥座102拉向開啟位置，以及，使其移動超過第一距離，以相對于第二閥座103從關閉位置拉開第二閥元件114并拉向開啟位置。該閥構件122被配置成，基于螺線管線圈120所生成的磁場，使該閥構件122移動受控量，以將開口區域改變成提供通過閥單元100’所需的高容量氣流速度。這種閥設計的一個不例在2011年2月21日提交的序列號第61/444，956號,標題為“Valves AndPressure Sensing Devices For Heating Appliances” 的美國臨時專利申請中被揭不，在此結合的該揭示內容作為參考。應當注意,在氣閥單元的不同示范性實施例中，建立所需的高容量氣流速度或低容量氣流速度等價于，在氣閥單元100的出口 105處建立相應的出口壓力。具體而言，為了在燃燒器58 (如圖2所示)的下游位置處實現所需的高容量或低容量氣流速度，圖I中的氣閥單元100具有相對于閥座102移動的閥構件122，以在出口 105建立出口壓力，該出口壓力得出燃燒器58下游的相應氣流速度。下面的表I示出大致等價于所列出的氣流速度的不同示范性出口壓力水平。該氣流速度以針對氣閥單元100的滿容量氣流的百分比表示。表I
權利要求
1.一種用于控制到燃燒設備的氣流速度的氣閥單元，該氣閥單元包括 相對于閥座可移動的閥構件，其中，到線圈的輸入信號控制該閥構件相對于該閥座的移動范圍，以控制通過該氣閥單元的氣流速度； 設置調節裝置，其提供用于校準至少一個所需氣流速度的設置調節輸入；以及閥控制器，其與所述設置調節裝置以及所述線圈通信，該閥控制器被配置成，接收激活信號，并且相應地向所述線圈發送輸入信號，以移動所述閥構件，建立對應于所述激活信號的至少一個所需氣流速度，其中，該閥控制器被配置成，基于所述設置調節輸入，調節到所述線圈的所述輸入信號，以由此實現對所述至少一個所需氣流速度水平的現場調節。
2.根據權利要求I所述的氣閥單元，其中 所述設置調節裝置提供設置調節輸入，根據該設置調節輸入可以獲得用于調節到所述線圈的所述輸入信號的控制變量；和/或 所述設置調節裝置包括線性撥動開關、旋轉撥動開關，或瞬時按鈕中的一種；和/或所述閥控制器被配置成，控制到所述線圈的所述輸入信號以將所述閥構件移動到將高容量氣流速度應用于出口的第一位置，并且控制到所述線圈的所述輸入信號，以將所述閥構件移動到將低容量氣流速度應用于出口的第二位置。
3.根據權利要求2所述的氣閥單元，其中，所述閥控制器被配置成利用包含步進電機步長值的所述控制變量，該控制變量被用于調節到所述線圈的所述輸入信號，以導致步進電機移動所需數量的步長，以相對于所述閥座調節所述閥構件，以建立至少一個調節的氣流速度。
4.根據權利要求1、2或3所述的氣閥單元，其中，所述氣閥單元還包括 主隔板腔室， 所述主隔板腔室中的主隔板，其響應于所述主隔板腔室中的壓力的變化，相對于所述閥開口可控地移動閥的位置，以由此使得能對通過該閥開口的燃料流進行調節； 伺服調節器隔板，其被配置成，調節到所述主隔板腔室的流體流，以控制通過所述閥開口的燃料流的速度；以及 步進電機，其被配置成以步進式的方式移動，以偏置所述伺服調節器隔板，用于調節到所述隔板腔室的流體流，以相對于所述閥座移動所述閥構件，由此控制通過所述氣閥單元的所述氣流速度。
5.根據權利要求4所述的氣閥控制，其中，所述閥控制器被配置成確定對應于所述激活信號的選擇電機步長值，并將所述步進電機移動所需的電機步長值以用于偏置伺服調節器隔板，以由此建立對應于所述激活信號的特定氣流速度。
6.根據權利要求4所述的氣閥單元，其中，所述激活信號是在O至180毫安范圍內的毫安信號，并且所述閥控制器被配置成根據所述激活信號確定參考值，所述閥控制器使用該參考值確定用于建立對應于所述激活信號的所述特定氣流速度的步進電機步長的數量。
7.根據權利要求4所述的氣閥單元，還包括與所述閥控制器相關聯的查詢表，該查詢表包括對應于多個參考值的一組電機步長值，其中，所述閥控制器被配置成從該查詢表選擇對應于與所述激活信號相關聯的所述參考值的電機步長值。
8.根據權利要求7所述的氣閥單元，其中，該組電機步長值對應于用于調節所述氣流速度的所述步進電機的多個位置，所述多個位置的范圍從滿容量流動位置到為所述滿容量流動的15 %的最小容量流動。
9.根據權利要求I所述的氣閥單元，其中，所述氣閥單元的所述線圈是螺線管線圈。
10.根據權利要求I所述的氣閥單元，其中 所述氣閥單元包括螺線管線圈； 所述閥構件響應于所述螺線管線圈產生的磁場相對于所述閥座移動； 到所述螺線管線圈的輸入信號控制所述閥構件相對于所述閥座的移動范圍，以控制通過所述氣閥單元的氣流速度；以及 所述閥控制器與所述設置調節裝置以及所述螺線管線圈通信，該閥控制器被配置成，接收激活信號，并且相應地向所述螺線管線圈發送輸入信號以移動所述閥構件，以建立對應于所述控制信號的至少一個所需氣流速度，其中，該閥控制器被配置成，基于所述設置調節輸入調節到所述螺線管線圈的所述輸入信號，由此實現對所述至少一個所需氣流速度水平的現場調節。
全文摘要
在一個示例性實施例中，氣閥單元包括可相對于閥座移動的閥構件。到線圈的輸入信號控制該閥構件相對于閥座的移動范圍，以控制通過氣閥單元的氣流速度。設置調節裝置提供用于校準至少一個所需氣流速度的設置調節輸入。閥控制器與設置調節裝置以及線圈通信。閥控制器配置成接收激活信號并相應地向線圈發送輸入信號以移動閥構件，以建立對應于激活信號的至少一個所需氣流速度。閥控制器被配置成，基于設置調節輸入，調節到線圈的輸入信號，以由此實現至少一個所需氣流速度水平的現場調節。
文檔編號F16K31/04GK102767637SQ201210135578
公開日2012年11月7日 申請日期2012年5月3日 優先權日2011年5月3日
發明者D.L.布萊辛, J.布羅克, M.C.桑蒂納納瓦特, M.H.斯塔克, R.D.詹森, S.A.P.拉馬斯瓦米 申請人:艾默生電氣公司