专利名称：电脑定温热水器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种使用可燃气体特别是煤气为燃料的热水器。
热水器的发展与改进，至目前为止可分为三阶段，初期系以火柴点火，然后因水喉开启，煤气大量喷出而加热，产生热水流出。中期改进以压电晶体受撞击而点火以取代火柴，后期则改进为电子高压连续点火。
综观以上之演变，均系在如何点燃火种方面，而对于如何使流出之热水温度与流量稳定方面，则三十年来无所改善。目前热水器煤气进气量仅能设定为大、中、小三种，无法使流量大小自动调整，因而产生下述两种常见于使用中的缺点1.水少火大时，热水管内产生蒸气，使炉火自动熄减，热火管在流出高热度热水后，直接流出冷水。
2.当水喉热水流量调小(约为每分钟4公升以下)时，便无热水流出。这是因为设定有最低流量，以防热水器因水少火大而烧毁。
本实用新型的目的是针对上述现有技术的缺点而设计一种利用电脑自动控制水温的热水器，使其在水多时则火大，水少时则火小，热水完全控制在使用者所需要的一定温度，无时冷时热的缺点，也无最低流量的限制。
本实用新型的目的可以通过以下措施来达到；一种使用可燃气体特别是煤气为燃料的热水器，其特征在于它有包括进水探知装置，水温测定装置，煤气进气调节装置，主控电路及操作流程硬件的水温自动控制装置。
本实用新型的目的还可以通过以下措施来达到，其进水探知装置有包括活动隔膜，收缩口，本体外罩及内部承压盘所构成的文氏管结构(即水盘)及进水开关压指。水温测定装置包括温度选定板和温度探测器。煤气进气调节装置包括进气阀、弹簧、防漏垫圈、蜗轮及蜗杆，触控开关和电动机。主控电路的交变电源经变压和桥式整流后，经过开关S1、二极管D、然后分为两路，一路经L4进入程序(Black Box)，经过L5而构成一回路，另一路供给S4、S5电源后经R1而构成另一回路。
附图的图面说明如下
图1煤气进气与进水控制剖面图。
图2煤气气门结构及电路示意图。
图3水温探测电路与主控电路图。
图4操作程序流程图。
图5操作程序硬件结构图。
本实用新型下面将结合附图作进一步详细描述本实用新型分四部份(一)进水探知部份，(二)水温测定部份，(三)煤气进气调节部份，(四)电路及程序部份。前二者均属探知装置，是将冷水流入和热水温度经由这两个部份转换为电信号，传入微电脑。经过电脑程序判断后，使煤气进气部份自动调整，增减火力大小，保持水温为所设定之温度。流量大则火力强，流量小则进气减。未达设定温度则进气增加，超过设定温度则进气减少。故能不因流量变更而始终保持一定温度。因为，火力的大小是跟随进水量而变化，所以不必将最低流量限制为4l/min.。又当流量为零时，煤气气门完全封闭，进气量亦等于零。故虽然此时若总气门失灵未关闭，亦不至造成灾害。
并将各部份详细结构，分别说明如下(一)进水探知部份请参阅
图1及图2，1为进水管，冷水经此管流入，20为冷水出水管，冷水经管20上行至热交换器。活动隔膜2，收缩口18与本体外罩17及内部承压盘3共同构成一个文氏管(Venturi tube)结构，即俗称之所谓水盘。由于活动隔膜2使水盘分隔为不通的上下两室，因进水管之管径大，收缩口的口径小，故冷水经管1，过收缩口18，经管20流向热交换器时，承压盘3便因上下两室压力不能平衡而向上运动。上下两室压力差之关系，可用伯诺利定理(Bernouli’s theorem)阐明，兹略述如下设A1为管1的断面积，A2为收缩口的断面积，P1，P2分别表两者之压力。V1，V2分别表两断面积处之流速。Z1，Z2分别表二者的位置高度，H为以位能表示之总水头，其关系可以下式表之为P1γ+V122g+Z1=P2γ+V122g+Z2=H---(1)]]>上式中r为水的密度等于1，Z1＝Z2，故式1可简化为V22-V12＝2g(p1-p2)(2)设管1直径为12.7mm。收缩口18直径为5mm。
流量50cc/sec。
承压盘3直径为60mm。则承压盘所受之总压力p为P=(P1-P2)(62)2π=(254.62-39.522×980)(62)2π=912.4g]]>由上式之结果可知承压盘是否能向上运动，开启总气门6，全视总气门6所受其上方弹簧压力之大小而定。如弹簧压力为300g则流量可低至30cc/sec.(1.8l/min.)便有足够之力使总气门向上开启。
请参阅图2.27为进水开关压指，推杆4被承压盘3推动上升时，压指27亦跟随上升，其下方所压制的弹片向上接通一电门开关。此开关即为图3中的S1，故有冷水流入时，S1为ON，无水流进时为OFF。
(二)水温测定部份请参阅图2左半部，35为温度选定板，供使用者作为选定所需水温之用。自选定板之左旁开始，以顺时钟方向，即30℃起，依次至距离162°处可得温度至75℃。换言之，即被控制之水温下限范围为30～75℃。在30°至70°各个直径方向相对位置可读得35°至75°。此即为水温的上限范围。由旋转中心把手以直径之两端接通圆周上之两端点，可得相差为5℃之一对数字，因知温度下限与上限之间温差为5℃。水温选定板上各端点每点均有一线，连接至温度探测器32。按温度高低之不同，分别连结不同之电阻，在图3中分别以下限VR11及上限VR21表示。由于本节所述之水温选定板装置可知，转动中心把手便可选定不同的水温上下限。
在图2中，电源由变压器31输入，经变压为12V后分两路线输出。其一输往电路板30上的主控电路，另一线路则输往水温探测器32，作为供给探测器操作所需的电源。探测器内部之电路，请参阅图3之下半部。
图2中，26为热水管；冷水流过热交换器后，经热水管26流往水喉。故探测该处管内的热水温度，即可表示热水由水喉流出时之温度(流经管线中之温度损失不计)。探测器32有两支探针插入热水管内，热水管外包一层隔热材料，水温经由探针分别传至水温下限组与上限组电路。经电路内IC判断后，其信号分别经由S2、S3两线传送至电路板30上之主控电路。
请参阅图3，探针将水温传送入IC1，设Rs表IC1中因水温变化而产生的电阻，Rs与水温t之间的关系为t∽Rs；设输入之电压为Vo、VA表图3中A点之电压，则为VA=Vo(RsVR11+R11+Rs)]]>式中VR11及R11均为定值。因温度既经选定之后，其阻值即不变，故VR11可视为常数。但对于不同的Rs应有不同的VR11之值。故此处设计要点应使R30VR30+R11+R30=R40VR40+R11+R40······=R75VR75+R11+R75<VIC.]]>Vo为输入电压不变，则得Rs愈大时，VA之值亦愈大。IC2为一电压位准侦测器(Voltage level Detector)，其功能在侦测A点之电压。并将A点之电压VA与IC2本身所产生的参考电压VIC比较。若VA＞VIC时，D点便产生一个高电位电压。经过R13、R14之调整，在C点产生一偏压足使电晶体Q11导通，使S2由高电位变为低电位。换言之，S2可以指示出水温变化的情况，在水温未达设定下限温度以前S2为ON。反之，水温达到设定温度时S2为OFF。
同理在图3底部水温上限电路中，在R25与Q21以前与上限电路R15与Q11之前完全相同。唯仅在Q21与R25之后，增加R27、R26与Q22电路。当Q21未导通之前电流经R25、R26加偏压于Q22，使S3为低电位。但当Q21导通之后电流则通过R25与Q21，Q21则不通，使S3为高电位。换言之，当水温未达设定上限时，S3为OFF状态，水温达到上限时S3则为ON。
(三)进气调节部份请参阅
图1与图2，煤气经进气管5流入，过总气门6，若总气门未向上开启，则煤气因上部有阻塞7，而留滞于进气管5，不能前进。若水盘内有水流动，压力达到大于弹簧压力时，总气门6即向上移，煤气由管5流入管道15，经管道13，过孔12，入管道11及管道8至喷嘴9喷出。立即与空气混合进入燃烧器10。其火焰经在燃烧器上方出口，与空气二次混合后向上燃烧，使热交换器(未绘入图中)受热。并将热量传至经过之水中，冷水温度因而得以升高。
请参阅图2，管道22装置于管道13内，由进气阀23，弹簧25，防漏垫圈24，与蜗轮14及蜗杆16共同构成一个进气调节器，进气阀23右端有螺纹与蜗轮中心孔内之螺纹咬合。蜗轮顺时钟方向转动使进气阀向右移动，此时管道15，与管道11便可通过孔12接通。若进气阀23，紧接于孔12内，如图2所示，则管道15与11不通，煤气便不能通过。
由于进气间23的左端为锥形，进气阀每向右移2mm，其开启之面积为孔12全部面积的1/6，向右移动的距离愈大，其开启的面积亦愈大。单位时间煤气通过量则愈多。故使小电动机21反转与顺转便可令进气阀左右移动，以达到控制煤气喷出量之大小，从而控制火力之强弱。
进气阀23右端装有触控开关28与29。当进气阀位在极左端位置时(如图示位置)，接通一电流，此开关即为图3中的S4。反之，若在极右端所接通之开关在图3中即为S5。因此，气阀关闭S4为ON，气阀开启S4为OFF。另就S5而言，气阀关闭与开启均为OFF，但当气阀开启至极限时则S5为ON。因知S5是一种保护装置。
图1与图2中，19与24均为防漏垫圈，目的在防止煤气逃漏，以确保安全。
(四)电路与程序部份(A)主电路部份请参阅图3上半部110V或220V电源经变压为12V，再经一桥式整流，而成为12V直流电。经开关S1，二极管D，然后分两路，一路以L4进入程式(即图中之Black Box)，过L5而构成一回路，另一路供给S4、S5电源后经R1，而构成另一回路。
在Black Box之程序会在需要的时候，供给L1、L2及L3电压，当L2为高电位时Q1、Q3的道林顿结构(Duxlinton Conbination)及Q5均导通使电流经L6、R4、D2进入电动机，电动机即顺转。使瓦斯气门开启。(参阅图2及第三节)。同时，电流另一路过R3导通Q8与Q9，电流即可通过线圈CL及感应线圈T2图2中34，感应线圈T2的作用是使通过线圈的低电压(12V)变成2000V以上的高压输出。由尖端放电产生火花，以点燃煤气。线圈CL为一电磁铁图2中33，电流通过时将产生火花的部份吸引至煤气的喷出口，以便有效地点燃煤气。因这两个部份仅跟随电动机顺转需要加温时，才会有动作。电动机反转或电动机停止时，该二部份则无动作，仅停止于火焰区的范围之外。使尖端放电装置不至烧坏。
当L3为高电位时，Q2、Q4及Q6导道，电动机反转，使瓦斯气门收缩或关闭。以使火焰减小或熄减。是故，程序适时使L2或L3变成高电位或低电位，便能控制火焰之大小。从而使水温保持在上限与下限之间。
(B)程序部份在未开始说明程序的操作之前，请让我们重温一下前述五个信号来源的情况。兹简明罗列于后S1指示冷水进入的情况，有水流入时为ON，水停止时为OFF。
S2热水温度达到设定下限时为OFF，未达为ON。
S3热水温度未达设定上限时为OFF，已达为ON。
S4煤气气门封闭时为ON，开启时为OFF。
S5煤气气门封闭或开启未达极限为OFF，已达极限为ON。
请综合参阅图4之程序及与程序配合之图5硬件设计。START表示热水水喉开启，冷水开始流入热水器，S1-1。接下去L1-1，请参阅图3主电路，L1为高电位时Q7导通，电路L6与L9构成一个超越S1的By-Pass。因为在本程序中当S1由ON变为OFF时，程序的操作并没有完成。故必须有此一傍路继续供给电源，以完成S1变为OFF之后的工作。L2＝L3＝0表示此时电动机M在停止状态。并立即检验S1的状态若S1＝1为「真」(YES)，则进一步便应检验S2，当水喉初启的时候，水的温度当然未达设定下限，S2＝1，故此时检验S2＝1为「真」(YES)。再进一步检验S5＝1，依上述S5的性质可知其检查结果必为「否」(NO)。于是可进一步使L2＝1，即是令电动机M顺转，开启煤气气门，并同时点燃煤气，让水温渐次上升。当水温未达设定温度下限之前，程序操作仅在
之间周而复始地循环。火焰则继续不断增强，水温则快速升高，直至达到设定温度下限时，则S2＝0，便立即改变路径，迳往L2＝0操作，让电动机停止顺转。此时应予注意的是水温会否继续上升至超过上限。故应接着检验S3＝1之真伪。若S3＝0则表示水温既已达到下限亦未超过上限。符合使用者的要求，故循NO线折返L2＝L3＝0，令电动机既不顺转也不反转，保持现有火焰的大小不变即可。但程序中电流仍在此一循环中继续不停地监视，若现有火焰过大，或此时水喉关小，使进水量减少，水温必超过上限，检验S3＝1时必为「真」。故程序必循YES线进一步检验S4，此时S4必等于1，程序即循YES线操作，使L3＝1，令电动机反转将火焰减小而降低水温。如此反覆操作即可将水温控制在设定温度的上下限之内。而不至逾越。
在上节的叙述中，有一处必须提出来予以特别说明；即是检验S5的操作步骤，看似毫无必要，但它在上述的循环中为一种安全装置。当热水器装用过大的进水管，或过大管径的水喉时，流出的水量超大或在特别寒冷的环境中，或煤气气压不足，纵使气门开大至极限亦不足使流出的热水温度达到设定下限。若继续任由马达顺转，必然会使气门损坏。故当S5＝1为「真」时，即使未达下限温度，程序亦将循YES线将马达停止，以保证煤气进气装置，此时气门仍保持停留在极限，而水温则停滞不再上升，如遇这种情况，可知是热水器本身设计的容量不够，应换用容量较大的热水器。
当使用完毕时将水喉关闭S1-0，程序即循NO线操作，先使L2＝0，令电动机停止顺转，然后检验S4＝0表示气门未关闭，应操作L3＝1，令电动机反转将煤气气门渐次关闭，直到S4＝1时，再进至L1＝0，即关闭L1线电路，切断经过前述傍路供给之电流。在图4流程图中，可以清楚看出，当进水开关OFF之后，经S1供给的电流中断，但其后尚有使电动机反转的工作要做，故以L1构成傍路供电实有必要。
操作至此，程序已完成一次完全操作，煤气气门亦已恢复开始前的关闭状态。第二次再启动时，火焰仍是由最小渐次增大。由此即可保证点火时安全，不至因热水器内积存煤气太多而引起「气爆」声。
由于本实用新型采取了上述的设计，使得它对比现有技术有如下优点1.有水温探测装置，输出信号以供微电脑程序判断。
2.可跟随进水量之多寡自动调整火焰大小，保持热水恒温。
3.进水量可适应很小的流量，可免除热水管常出冷水之弊。
4.温度可以事先设定，不因流量之大小而变更。
权利要求1.一种使用可燃气体特别是煤气为燃料的热水器，包括冷水进水管1、冷水出水管20、热水管26、煤气进气管5、煤气管8，其特征在于它还有包括进水探知装置、水温测定装置、煤气进气调节装置，主控电路及操作流程硬件的水温自动控制装置、所述的进水探知装置置于热水器的冷水进水管1与冷水出水管20之间，所述的水温测定装置通过其温度探测器32置于热水器的热水管26中，所述的煤气进气调节装置置于热水器的煤气进气管5与煤气管8之间，所述的主控电路及操作流程硬件联接进水探知装置，水温测定装置和煤气进气调节装置，组成水温自动控制装置。
2.根据权利要求1所述的热水器，其特征在于进水探知装置有包括活动隔膜2，收缩口18，本体外罩17及内部承压盘3所构成的文氏管结构(即水盘)与进水开关压指27指示冷水流动，并在电脑流程图中检验电信号。
3.根据权利要求1所述的热水器，其特征在于水温测定装置包括温度选定板35和温度探测器32，温度探测器以两线输出信号，一线为水温下限，另一线为水温上限，上、下限间的温差可自由选定。
4.根据权利要求1所述的热水器，其特征在于煤气进气调节装置包括进气阀23，弹簧25，防漏垫圈19、24，蜗轮14及蜗杆16，触控开关28、29和小电动机21，小电动机控制蜗轮与蜗杆顺、反转动，并有信号反映气门开闭情况。
5.根据权利要求1所述的热水器，其特征在于主控电路交变电源经变压和轿式整流后，经过开关S1，二极管D，然后分为两路。一路经L4进入程序(Black Box)，过L5而构成一回路，另一路供给S4、S5电源后经R1而构成另一回路，控制电动机21顺转、反转，或静止。
专利摘要本实用新型公开了一种使用可燃气体尤其是煤气为燃料的热水器，其特征是它有包括进水探知装置、水温测定装置、煤气进气调节装置、主控电路及操作流程硬件的水温自动控制装置。利用电脑的自动控制，可使热水保持在设定的温度下，不受进水量变化的影响。
文档编号F24H9/20GK2057736SQ8920613
公开日1990年5月30日 申请日期1989年4月7日 优先权日1989年4月7日
发明者彭堉绅 申请人:罗新瑜, 彭堉坤