專利名稱：閥流速的檢測和控制的制作方法
技術領域：
本發明涉及燃氣爐具，更具體地說，涉及對輸往燃氣爐具的燃氣的控制。
背景技術：
在燃氣爐具中，通常用隔膜和/或螺線管來控制通過氣閥流向燃燒器的燃氣流量。流量控制螺線管通常由來自低壓電源的連續信號驅動。由于這一原因以及其他的原因，通過隔膜和螺線管進行的閥門控制往往復雜且成本高昂。在燃氣爐單元中，燃氣的流量控制可以通過步進電機控制閥進行，該控制閥不用隔膜即可改變燃氣流量，并且它由間歇的低壓信號驅動。這種閥可以改變燃氣流量來改變爐焰，但不能檢測出口流速，也不能將出口流量調節到合適的流速值。
發明內容
本發明的一個實施例涉及用于控制流向燃燒器的燃氣流量的氣閥。該氣閥包括致動器，用于控制通過氣閥的燃氣流量。步進電機控制致動器。第一溫度傳感器檢測進入閥的燃氣的溫度。第二溫度傳感器檢測離開閥的燃氣的溫度。控制器根據所檢測的溫度控制步進電機。
通過下面的詳細說明，也不難看出本發明的其他應用領域。盡管詳細的說明和特定的例子簡要說明了本發明的各個實施例，但不難理解它們只是用于解釋，而不是為了限制發明的范圍。
通過詳細的說明和附圖，將會更充分理解本發明。其中圖1是根據本發明一個實施例的氣閥的縱向截面圖；
圖2是沿圖1中線2-2的平面得到的圖1所示的閥實施例的橫截面圖；圖3是沿圖1中線3-3的平面得到的圖1所示的閥實施例的橫截面圖；圖4A是氣閥控制系統一實施例的局部示意圖；圖4B接續圖4A，它是圖4A所示的氣閥控制系統的實施例的局部示意圖。
具體實施例方式
下面對各實施例的說明從本質上來說僅僅是解釋性的，決不是為了限制本發明、其用途或用法。
根據本發明一個實施例的氣閥在圖1和圖2中一般用參考標號10表示。舉例來說，氣閥10可用于控制流到燃氣用具或燃氣爐內燃燒器的燃氣流量。氣閥10具有例如由鑄鋁制成的閥體14。閥體14具有頂板18、底板22、兩塊側板24和一塊進口板28，進口塊32從進口板28開始延伸。燃氣進口36貫穿進口塊32，并且通向閥體14內的進氣室40。出口塊44從閥體14的出口板46開始延伸。出氣室50與貫穿出口塊44的燃氣出口54流體連通。
托架56在閥體14內從出口板46開始延伸。托架56與將進氣室40和出氣室50隔開的隔板60形成一體。隔板60有一般為圓形的中心孔62，當可由線性致動器66操作的閥芯(poppet)64處于如下面所述的開啟位置時，此孔使進氣室和出氣室流體連通。
圖3是沿圖1中線3-3的平面得到的隔板60的平面圖。孔62具有斜邊66，當閥芯64處于圖1所示的閉合位置時，它緊密地配合在斜邊66上。隔板60上的另一個孔70穿過托架56通向將出氣室50和燃氣出口54流體連通的通道72。
閥芯64安裝在閥芯軸76的下端74。閥芯軸76的鑰匙形上端78可活動地安裝在托架56的托臂82上的垂直的鑰匙形的槽80內。可以用安裝在頂板18上的步進電機84提起和/或降下閥芯軸76。具體地說，電機84的有螺紋的軸端86貫穿頂板18并延伸到螺紋管套88內，以使電機84的旋轉運動轉換成閥芯軸76的線性運動。當閥芯軸76上下移動時，鑰匙形的槽80和軸端78可防止閥芯軸76旋轉。預計在其他的實施例中也可以用其他的線性致動元件上下移動閥芯軸76。
閥芯軸76和閥芯64與孔62同心地對齊。閥芯64具有例如由橡膠制成的頂部90和例如由鋁制成的下板92。板92固定到閥芯軸76的下端74上，板92用于支撐橡膠部90，并使它相對閥芯軸76穩定。閥芯64被制成合適的形狀，使得當閥芯60處于閉合位置時，它可緊密地配合在孔62的斜邊66上。
當啟動步進電機84以降低閥芯軸76時，閥芯64從閉合位置降低。當閥芯64處于開啟位置時，燃氣可以通過孔62從進氣室40進入出氣室50，其流速由閥芯64從閉合位置降低了多遠決定。在圖1所示的實施例中，閥芯64是半球形，但預計在其他實施例中，閥芯和/或兩室之間的孔也可以采用其他形狀和/或輪廓。
進口溫度傳感器104(例如熱敏電阻)安裝在進口塊32內，并且連接到端子108和112上。進口熱敏電阻104的引線114穿過通道116延伸到燃氣進口36內。出口溫度傳感器120(例如熱敏電阻)安裝在出口塊44內，并且連接到端子122和126上。出口熱敏電阻120的引線130穿過通道132延伸到燃氣出口54內。溫度傳感器104和120例如可為零件號為232262623102的熱敏電阻(由佐治亞州Alpharetta的BC元件國際B.V.(郵編30076)提供)。預計在其他實施例中也可以用其他的溫度傳感裝置來檢測燃氣進口和燃氣出口處的燃氣溫度，這些溫度傳感裝置包括但不局限于晶體管和/或電阻式測溫計。在其他實施例中，溫度傳感器104可以不同于溫度傳感器120。
用于控制通過閥10的燃氣流量的控制系統的實施例在圖4A和4B中一般用參考標號200表示。控制器200包括一般用參考標號204表示的半波整流電路、一般用參考標號208表示的處理器電源電路，以及處理器212，處理器212例如可為摩托羅拉公司(http//motorola.com)提供的可擦可編程只讀存儲器(EPROM)68HC705P6A。步進電機84在處理器212的控制下通過一對驅動電路216沿正向或反向方向而被驅動。處理器212控制一信號，該信號指示電機軸86旋轉的角度，電機軸86的旋轉進而驅動閥芯軸76。一般用參考標號220示意性表示的機械開關用于為步進電機84的啟動、停止和/或換向提供手動測試控制。步進電機84例如可為加利福尼亞州圣克拉拉市的能源工程有限公司提供的1.8級23型單軸混合動力電機。
如圖4A所示，進口熱敏電阻104電連于端子E4和接地端子E5之間。在本示例性實施例中，圖2中所示的銷108和/或112與地絕緣，端子E5例如通過鑄鋁的閥10接地。進口熱敏電阻104接收恒定的電流，例如約為0.0001安培，該電流低得足以防止進口熱敏電阻104自熱。出口熱敏電阻120電連于端子E3和地E5之間。出口熱敏電阻120接收恒定的電流，例如約為0.05安培，該電流高得足以使出口熱敏電阻120自熱到預定水平。
隨同進口熱敏電阻104配置電阻R26，使得電阻R26兩端的壓降與進口熱敏電阻104測得的溫度對應。隨同出口熱敏電阻120配置與出口熱敏電阻120并聯的電阻R27，使得電阻R27兩端的壓降與出口熱敏電阻120測得的溫度對應。電阻R26和R27的電阻值最好相等，例如均為8.2kO。
在氣閥10的操作過程中，當燃氣進入進口36時，進口熱敏電阻104測得進口36處燃氣的溫度。該溫度經電阻R26以信號方式發送給處理器212。當閥芯24處于打開位置時，燃氣從進氣室40流到出氣室50，并流過出口54。出口熱敏電阻120測得出口54處的燃氣流帶走的熱量。該熱敏電阻溫度經電阻R27以信號方式發送給處理器212。
隨著燃氣流過閥10，它會從自熱式出口熱敏電阻120上帶走熱量。燃氣從熱敏電阻120上帶走的熱量的多少與通過閥10的燃氣流速對應。處理器212周期性地比較進口熱敏電阻104的溫度和出口熱敏電阻120的溫度，并用這兩個溫度來確定通過閥10的燃氣流速。根據所確定的燃氣流速，處理器212向步進電機84發出信號以操作閥芯64，從而根據所需的流速來調節通過閥10的流速。
可以理解，包括如上所述的步進電機和微分熱敏電阻流量傳感器的氣閥的實施例可以在燃氣爐具中提供通用的單級、多級和可調的燃氣流量控制。對于單級、多級和/或可調的爐具，上述氣閥能夠檢測燃氣流速，并能保持所選擇的出口燃氣流速。
從本質上說，本發明的說明書僅僅是解釋性的，因此各種改變只要不背離本發明的思想就都打算包含在本發明的范圍之內。也不認為這些改變偏離了本發明的思想和范圍。
權利要求
1.一種用于控制流向燃燒器的燃氣流量的氣閥，該氣閥包括致動器，用于控制通過閥的燃氣流量；步進電機，用于操作該致動器；第一溫度傳感器，用于檢測進入閥的燃氣的溫度；第二溫度傳感器，用于檢測離開閥的燃氣的溫度；控制器，用于根據檢測的溫度控制該步進電機。
2.如權利要求1所述的氣閥，其中該致動器包括線性致動器。
3.如權利要求1所述的氣閥，其中至少一個所述溫度傳感器包括熱敏電阻。
4.如權利要求1所述的氣閥，其中該第一溫度傳感器被防止自熱。
5.如權利要求1所述的氣閥，其中該第二溫度傳感器被允許自熱。
6.如權利要求1所述的氣閥，其中該第一溫度傳感器包括位于氣閥進口的引線，第二溫度傳感器包括位于氣閥出口的引線。
7.如權利要求1所述的氣閥，其中該控制器使用第二溫度傳感器的熱量損耗來確定燃氣流速。
8.如權利要求1所述的氣閥，其中該致動器介于閥的進口和出口之間。
9.如權利要求1所述的氣閥，還包括進氣室、出氣室和閥芯，該閥芯位于致動器上且可在所述兩室之間操作，從而控制通過閥的燃氣流量。
10.一種用于控制流向燃燒器的燃氣流量的氣閥，該氣閥包括致動器，用于控制通過閥的燃氣流量；第一溫度傳感器，用于檢測進入閥的燃氣的溫度；第二溫度傳感器，用于檢測離開閥的燃氣的溫度；控制器，用于根據檢測的溫度確定燃氣流速；步進電機，用于根據所確定的燃氣流速驅動所述致動器。
11.如權利要求10所述的氣閥，其中該致動器包括線性致動器。
12.如權利要求10所述的氣閥，其中至少一個所述溫度傳感器包括熱敏電阻。
13.如權利要求10所述的氣閥，其中該第一溫度傳感器被防止自熱。
14.如權利要求10所述的氣閥，其中該第二溫度傳感器被允許自熱。
15.如權利要求10所述的氣閥，其中該第一溫度傳感器包括位于氣閥進口的引線，第二溫度傳感器包括位于氣閥出口的引線。
16.如權利要求10所述的氣閥，其中該控制器使用第二溫度傳感器的熱量損耗來確定燃氣流速。
17.如權利要求10所述的氣閥，其中該致動器介于閥的進口和出口之間。
18.如權利要求10所述的氣閥，還包括進氣室、出氣室和閥芯，該閥芯位于致動器上且可在所述兩室之間操作，從而控制通過閥的燃氣流量。
19.一種燃氣燃燒系統，包括燃氣燃燒器和氣閥，其中氣閥控制流向燃燒器的燃氣流量，并且該系統具有位于閥進口的第一溫度傳感器和位于閥出口的第二溫度傳感器，所述溫度傳感器提供信息，通過該信息可獲得通過閥的進氣室和出氣室的燃氣流速；該閥還包括步進電機和閥芯，該閥芯借助步進電機可在所述兩室之間操作，從而調節燃氣流速。
20.如權利要求19所述的燃氣燃燒系統，還包括控制器，其使用來自所述溫度傳感器的輸入來確定對燃氣流速的調節量。
21.如權利要求19所述的燃氣燃燒系統，其中該步進電機被安裝在氣閥的外表面上，并且該電機的軸通過該表面延伸到閥內，可經由該軸操作所述閥芯。
22.一種用于控制通過氣閥的燃氣流量的方法，其中所述氣閥具有與進氣室相連的進口、可與進氣室流體連通的出氣室以及與出氣室相連的出口，該方法包括確定進口和出口的溫度；根據所述溫度確定流速調節量；將步進電機軸的旋轉運動轉換為閥芯在所述兩室之間的線性運動，從而施加所確定的流速調節量。
23.如權利要求22所述的方法，其中確定溫度包括從第一溫度傳感器和第二溫度傳感器接收輸入，第一溫度傳感器具有位于進口的引線，第二溫度傳感器具有位于出口的引線。
24.如權利要求23所述的方法，其中確定流速調節量包括允許第二溫度傳感器自熱；并且確定該自熱的溫度傳感器的熱量損耗。
25.如權利要求22所述的方法，還包括向第一和第二溫度傳感器供應恒定且不等的電流。
26.一種改進的燃氣裝置，具有燃燒器和氣閥，借助線性致動器可控制通過該氣閥流向燃燒器的燃氣流量，所述改進包括一對熱敏電阻，被配置為用來指示燃氣通過氣閥的流速；和步進電機，用于根據所指示的燃氣流速來驅動所述致動器。
27.如權利要求26所述的改進的燃氣裝置，其中所述熱敏電阻包括被配置為用來檢測閥進口溫度的第一熱敏電阻，和被配置為用來檢測閥出口溫度的第二熱敏電阻。
28.如權利要求26所述的改進的燃氣裝置，其中所述改進還包括具有閥芯的致動器，該閥芯在步進電機的驅動下使閥的進氣室和出氣室流體連通。
29.一種氣閥，包括進口；出口；閥座；閥元件，其可相對于閥座操作以打開、關閉閥，從而控制通過閥的流速；步進電機，用于操作該閥元件；控制系統，包括進口溫度傳感器、出口溫度傳感器和控制器，該控制器用于根據進口溫度傳感器和出口溫度傳感器測得的溫度控制步進電機操作閥元件。
全文摘要
本發明公開了一種用于控制流向燃燒器的燃氣流量的氣閥。其中致動器控制通過閥的燃氣流量，步進電機操作該致動器，第一溫度傳感器檢測進入閥的燃氣的溫度，第二溫度傳感器檢測離開閥的燃氣的溫度，控制器根據檢測的溫度控制步進電機。該氣閥為燃氣爐具提供通用的單級、多級和可調的燃氣流量控制。
文檔編號G05D23/00GK1833210SQ200480022629
公開日2006年9月13日 申請日期2004年7月9日 優先權日2003年7月9日
發明者羅納德·W·邁耶, 大衛·L·哈特 申請人:艾默生電氣公司