專利名稱：限流式安全電熱水器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電熱水器，尤其是一種電熱水器安全裝置的改進(jìn)，屬于家用電器技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
眾所周知，電熱水器的基本結(jié)構(gòu)為外殼中安置帶進(jìn)、出水口的內(nèi)膽，內(nèi)膽中裝有電加熱器件。使用時(shí)，電加熱器件通電將內(nèi)膽中的儲(chǔ)水加熱到預(yù)定溫度，從而給使用者提供所需的熱水。自電熱水器誕生以來，其安全性能一直是制造者和使用者十分關(guān)注的問題。
早期電熱水器采取的相關(guān)安全措施基本上離不開“漏電保護(hù)”概念，即在控制電路中接有漏電檢測(cè)功能的保護(hù)器件，當(dāng)熱水器的漏電電流超過額定值后，漏電開關(guān)自動(dòng)切斷電源。此類安全措施只能解決相線漏電的問題，當(dāng)?shù)鼐€環(huán)境較差時(shí)，依然存在安全隱患。
上個(gè)世紀(jì)未，自申請(qǐng)?zhí)枮?62431206的中國專利申請(qǐng)首先提出了利用水電阻本身作為絕緣材料的概念之后，對(duì)地線的安全有了一定的防護(hù)?！八娮璞旧碜鳛榻^緣材料”的概念是，由于自來水本身具有介質(zhì)電阻，因此只要電熱水器進(jìn)、出水管采用絕緣材料制作，并且其平均長徑比達(dá)到一定比值(例如管長大于14倍的管徑平方)，則即使電熱水器使用的地線出現(xiàn)異常時(shí)，由于水電阻的阻隔作用，出水口能降低到安全電壓。其后出現(xiàn)的諸如012620629、011353007、02114552、032312644、2003201938037等諸多專利都是依據(jù)上述概念，對(duì)電熱水器內(nèi)膽進(jìn)、出水結(jié)構(gòu)進(jìn)行的各種方式的局部改進(jìn)。
然而有心人發(fā)現(xiàn)，事實(shí)上，單純利用“水電阻”采取的安全措施也存在一些弊端
1)、實(shí)現(xiàn)“水電阻隔離”采用的加長進(jìn)、出水管勢(shì)必增加水流阻力，犧牲了電熱水器原有的排放性能(檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，在同等水壓情況下，采用“水電阻隔離”電熱水器的流量將損失20％以上)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的要解決的技術(shù)問題是針對(duì)以上現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提出一種利用水電阻絕緣原理，卻不影響熱水器原有功效的限流式安全電熱水器，從而從根本上消除安全隱患。
為了解決以上技術(shù)問題，申請(qǐng)人經(jīng)過深入研究、反復(fù)探索，提出了如下的限流式安全電熱水器技術(shù)解決方案本發(fā)明包括具有進(jìn)、出水口的內(nèi)膽和電加熱器件，還包括限流監(jiān)控電路以及限流執(zhí)行器件，所述限流監(jiān)控電路的采樣端連接到地線和/或與水接觸的金屬部件，其信號(hào)輸出端通過邏輯分析電路輸出到限流執(zhí)行器件的控制信號(hào)輸入端，所述限流執(zhí)行器件安裝在水流通道處，其限流時(shí)的絕緣水流通道出水端漏電流小于安全電流。
在正常情況下，限流執(zhí)行器件不動(dòng)作，水流通道處于暢通狀態(tài)。一旦電熱水器的地線出現(xiàn)異常情況，采樣元件上的采樣信號(hào)發(fā)生變化，從而通過邏輯分析后驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器件，迅速減小電熱水器的出水水流。由于此時(shí)水流經(jīng)過比正常通道狹窄的限流通道，只要合理設(shè)置了限流通道的結(jié)構(gòu)參數(shù)，即可將出水端的漏電流限制在小于安全電流。
其理論依據(jù)如下如自來水的電阻率為ρ(Ω·cm)，通道的絕緣管長度為L(cm)，管徑為2r(cm)，則此管中自來水的介質(zhì)電阻R=L×ρr2π]]>由此可得L＝r2πR/ρ
同時(shí)，根據(jù)歐姆定律R＝V/I當(dāng)要將漏電電流I限制在小于安全電流IA時(shí)，只要保證限流時(shí)絕緣水流通道的長度LA與半徑r滿足以下關(guān)系即可LA＞L＝r2πR/ρ＝r2πV/IAρ (cm)式中IA限流時(shí)絕緣水流通道長度 (cm)r限流時(shí)絕緣水流通道半徑 (cm)R自來水的介質(zhì)電阻 (Ω)ρ自來水的電阻率，可以測(cè)定 (Ω·cm)V漏電電壓，通常以使用電壓計(jì) (V)IA安全漏電流，根據(jù)安全標(biāo)準(zhǔn)確定 (mA)(當(dāng)限流時(shí)為變徑絕緣水流通道時(shí)，以上半徑以平均半徑計(jì))。
由此可見，采用本發(fā)明后，限流通道絕緣管水流自身的電阻即可確保使用者的安全，同時(shí)水流的突變勢(shì)必引起使用者的警覺，從而起到可靠的報(bào)警作用。
本發(fā)明的另一種解決方案是，限流式安全電熱水器包括具有進(jìn)、出水口的內(nèi)膽和電加熱器件，還包括限流執(zhí)行器件，所述限流執(zhí)行器件的控制信號(hào)輸入端連接到地線和/或與水接觸的金屬部件，所述限流執(zhí)行器件安裝在水流通道處，其限流時(shí)的絕緣水流通道出水端漏電流小于安全電流。這樣，一旦電熱水器的地線出現(xiàn)異常，將直接由地線上的異常電能執(zhí)行器件，顯著減小出水水流，利用水流自身的電阻，確保使用者的安全。此方案理論上也是可行的。
需要說明的是，以上方案中“連接到地線和/或與水接觸的金屬部件”中，“連接”的含義包括直接電連接以及耦合連接，“和/或”的含義包括單獨(dú)連接到地線、單獨(dú)連接到與水接觸的金屬部件，以及同時(shí)連接到地線和與水接觸的金屬部件的各種情況。
由于本發(fā)明在發(fā)生異常時(shí)，通過限制水流而利用水電阻隔離了漏電路徑，因此從根本上消除了安全隱患。與單純利用“水電阻隔離”的安全措施相比，本發(fā)明可以附加在電熱水器上，僅在地線出現(xiàn)異常情況時(shí)起作用，因此不影響電熱水器原有功能的發(fā)揮。
并且，與各種現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明在由于顯著減小水流保證安全的同時(shí)，自然起到報(bào)警作用，從而使安全防護(hù)與安全報(bào)警有機(jī)結(jié)合在一起，無需另設(shè)報(bào)警裝置。尤為值得一提的是，與各種報(bào)警設(shè)施相比，本發(fā)明的報(bào)警不受安裝位置、使用者關(guān)注力等各種因素影響，最為可靠。此外，限流水流的舉措可以避免完全關(guān)閉后引起內(nèi)膽無法泄壓?jiǎn)栴}，因此更為科學(xué)合理。


下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
圖1為本發(fā)明實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為圖1實(shí)施例的限流監(jiān)控電路原理圖。
圖3為本發(fā)明實(shí)施例二的限流監(jiān)控電路原理圖。
圖4為本發(fā)明實(shí)施例三的限流監(jiān)控電路原理圖。
圖5為圖1實(shí)施例一的限流執(zhí)行器件局部放大圖。
圖6為圖3實(shí)施例二的限流執(zhí)行器件局部放大圖。
圖7為圖4實(shí)施例三的限流執(zhí)行器件局部放大圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例一本實(shí)施例的限流式安全電熱水器如圖1所示，外殼5中裝有內(nèi)膽1，內(nèi)膽1的進(jìn)水口和出水口分別裝有絕緣接頭4和3，內(nèi)膽1中裝有電加熱器件。其中的出水絕緣接頭3上裝有作為限流執(zhí)行器件的限流電磁閥2。該限流電磁閥內(nèi)部均用絕緣材料制作，當(dāng)處于限流位置時(shí)，由于兩處小孔6的限流作用，因此控制限流時(shí)的絕緣水流通道長度LA與其平均半徑r滿足LA＞53.2r2(參見圖5)，從而利用水流自身的電阻，隔離漏電電流，確保使用者的安全。
具體設(shè)計(jì)計(jì)算如下根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)將安全漏電流IA定為10mA，通常熱水器漏電的電壓為220V(熱水器漏電可能的最高電壓)。這時(shí)如果自來水的介質(zhì)電阻R大于計(jì)算值R＝220V÷10mA＝22000Ω＝22kΩ，即可以保證安全。試驗(yàn)得出自來水的電阻率ρ＝1300Ω.·cm，則只要滿足限流時(shí)絕緣水流通道的長度LA>L=R×r2πρ=22000×r2π1300=53.2r2(cm),]]>即可隔離漏電電流，保證使用安全。
如需要進(jìn)一步控制漏電流，例如減小到5mA，則通過計(jì)算，R必須大于44kΩ，LA＞L＝106.4r2(cm)。
如當(dāng)漏電電壓達(dá)到36V安全電壓時(shí)就可以切斷電源或其她路徑，以保證安全，這時(shí)的漏電流仍為10mA，水的介質(zhì)電阻R＝36V÷10mA＝＝3600ΩLA>L=3600×r2π1300=8.7r2(cm)]]>驅(qū)動(dòng)限流電磁閥2的限流監(jiān)控電路如圖2所示，由作為異常電壓信號(hào)采樣元件的分壓電阻R2和R3、作為邏輯分析電路的比較器A構(gòu)成。其中，限流監(jiān)控電路的采樣端連接到地線GND(顯然，根據(jù)具體情況，也可以單獨(dú)或同時(shí)連接到與水接觸的金屬部件)，兩分壓電阻R2和R3的中點(diǎn)信號(hào)輸出端引接到比較器A的反相輸入端，與接零線N的另兩分壓電阻R1和R4中點(diǎn)引接到比較器A正相輸入端的信號(hào)進(jìn)行比較。正常情況下，通過設(shè)定電阻阻值使同相輸入端電位低于反相輸入端，比較器A輸出低電平。當(dāng)?shù)鼐€漏電時(shí)，反相輸入端電位降低到低于正相輸入端，比較器A輸出高電平至安裝在出水管路處的限流電磁閥控制信號(hào)輸入端，從而驅(qū)動(dòng)限流閥門執(zhí)行器件關(guān)小電熱水器的出水水流，使絕緣水流通道得到控制。這樣，利用自來水自身的電阻即可隔離漏電電流，確保使用者的安全，同時(shí)引起使用者的警覺，起到報(bào)警作用。
實(shí)施例二本實(shí)施例的基本結(jié)構(gòu)與實(shí)施例一相同，不同之處在于限流監(jiān)控電路如圖3所示，作為異常電流信號(hào)采樣元件的互感線圈a采樣端與地線GND以及相線L和零線N耦合連接，其信號(hào)輸出端引接到比較器A的反相輸入端，與耦合連接到相線L和零線N的另一互感線圈b引接到比較器A正相輸入端的信號(hào)進(jìn)行比較。
此外，其限流執(zhí)行器件如圖6所示，出水絕緣接頭3上安裝的限流電磁閥2中，整體為絕緣材料制成的限流閥芯上制有彎曲的限流通孔6，當(dāng)其處于打開位置時(shí)，如圖6的狀態(tài)A所示，出水通道完全敞開；當(dāng)其處于限流位置時(shí)，如圖6的狀態(tài)B所示，出水通道被閥芯阻隔，只留出限流通孔6起限流作用。其作用原理和監(jiān)控過程與實(shí)施例一相同，不另贅述。
實(shí)施例三本實(shí)施例的基本結(jié)構(gòu)也與實(shí)施例一相同。其中的限流監(jiān)控電路如圖4所示，由電壓采樣電路、比較電路、輸出控制電路以及電源電路組成。
電壓采樣電路共有兩路，第一路由電源零線與電源相線之間的串聯(lián)二級(jí)管D1以及作為漏電采樣元件的電阻R2、R3組成；第二路由串聯(lián)在電源地線與電源相線之間作為漏電采樣元件的二級(jí)管D2以及作為參照信號(hào)采樣元件的電阻R4、R5、R6組成。
比較電路由LM393雙比較器組成，第一路采樣電路的采樣電阻中點(diǎn)V1接第一比較器A的反相輸入端，同時(shí)(V4與V1等電位)接第二比較器B的同相輸入端；第二路采樣電路的采樣電阻上中點(diǎn)V2接第一比較器A的同相輸入端，下中點(diǎn)V3接第二比較器B的反相輸入端；兩比較器A、B的輸出端并聯(lián)輸出，接輸出控制電路U1。
該輸出控制電路U1接限流電磁閥的控制信號(hào)輸入端，根據(jù)比較器A和B的比較結(jié)果輸出相應(yīng)的控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)采樣電壓比較判斷結(jié)果的執(zhí)行，邏輯關(guān)系見表1

控制電源電路用于提供比較電路的工作電源，可由串聯(lián)二極管D1、電阻R1接并聯(lián)電容C1、穩(wěn)壓管D2組成的簡(jiǎn)單并聯(lián)穩(wěn)壓電路實(shí)現(xiàn)，也可以由其他方式的工作電源電路構(gòu)成。
工作時(shí)，通過采集電源相線L對(duì)電源零線N和電源相線L對(duì)電源地線GND的電壓U12(U12＝V1-V2)和U34(U34＝V3-V4)，并將U12輸入到比較器A，將U34輸入到比較器B，根據(jù)比較器A和比較器B的邏輯“與”的輸出結(jié)果來控制輸出控制執(zhí)行元件U1的輸出狀態(tài)達(dá)到輸出控制的目的。采樣電路的參數(shù)選擇在正常工作狀態(tài)下使V2電位高于V1的電位，即比較器A的同相輸入端的電位高于反相輸入端，反相器A輸出高電平，置邏輯“1”；V4電位高于V3，即比較器B的同相輸入端的電位高于反相輸入端，反相器B輸出高電平，置邏輯“1”；反相器A與反相器B邏輯相與的結(jié)果為高電平邏輯“1”；如果電源地線GND電位因?yàn)槟撤N原因發(fā)生變化，導(dǎo)致電源相線L與電源地線GND的電壓低于電源相線L與電源零線N的電壓，即反相器A的同相輸入端V2電位降低到小于反相器A的反相輸入端V1電位，反相器A輸出低電平，邏輯“0”，輸出控制為邏輯“0”狀態(tài)；反之，電源地線GND電位因?yàn)槟撤N原因發(fā)生變化，導(dǎo)致電源相線L與電源地線GND的電壓高于電源相線L與電源零線N的電壓，即反相器B的反相輸入端V3電位升高到大于反相器B的同相輸入端V4的電位，反相器B輸出低電平，邏輯“0”，輸出控制為邏輯“0”狀態(tài)；同理，電源零線的電位發(fā)生變化后同樣使比較器發(fā)生邏輯翻轉(zhuǎn)，導(dǎo)致輸出控制電路輸出狀態(tài)發(fā)生變化，從而實(shí)現(xiàn)監(jiān)控電源地線GND與電源零線N的電位變化，并在達(dá)到設(shè)定的閾值后輸出控制信號(hào)的功能。結(jié)果，驅(qū)使限流電磁閥動(dòng)作，顯著減少電熱水器水流，起到安全保護(hù)作用，與此同時(shí)，水流的突然變化對(duì)使用者自然起到警醒作用。
此外，其限流執(zhí)行器件如圖7所示，出水絕緣接頭3上安裝的限流電磁閥2中，整體為絕緣材料制成的限流閥芯為錐形，當(dāng)其處于打開位置時(shí)，如圖7的狀態(tài)A所示，出水通道完全敞開；當(dāng)其處于限流位置時(shí)，如圖7的狀態(tài)B所示，出水通道被錐形閥芯阻隔，只留出錐形閥芯與閥體形成的彎曲限流通孔6起限流作用。其作用原理和監(jiān)控過程與實(shí)施例一相同，不另贅述。
實(shí)施例四本實(shí)施例將圖2中限流電磁閥的控制信號(hào)輸入端直接接地線，省略其它電路元件(圖略)。連接的方式可以是直接電連接，也可以是耦合連接。這樣，對(duì)限流執(zhí)行器件的控制更為直接，當(dāng)?shù)鼐€漏電時(shí)，限流電磁閥將被驅(qū)動(dòng)，顯著減少水流，理論上也可以起到安全保護(hù)以及警示作用。
除上述實(shí)施例外，本發(fā)明還可以有其他實(shí)施方式。例如，電加熱器件可以內(nèi)置，也可以外置；再如，限流執(zhí)行器件除先導(dǎo)式、直動(dòng)式、旋轉(zhuǎn)式等各種限流電磁閥外，還包括各種其它通過電信號(hào)控制機(jī)械運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換的電觸發(fā)機(jī)械脫扣裝置；又如，由于電熱水器的出水水流受制與進(jìn)水水流，因此限流執(zhí)行器件既可以安裝在出水管路中，也可以安裝在進(jìn)水管路中，或安裝在其它制約出水水流的水流通道中；等等。此外，凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種限流式安全電熱水器，包括具有進(jìn)、出水口的內(nèi)膽和電加熱器件，其特征在于還包括限流監(jiān)控電路以及限流執(zhí)行器件，所述限流監(jiān)控電路的采樣端連接地線和/或與水接觸的金屬部件，其信號(hào)輸出端通過邏輯分析電路輸出到限流執(zhí)行器件的控制信號(hào)輸入端，所述限流執(zhí)行器件安裝在水流通道處，其限流時(shí)的絕緣水流通道出水端漏電流小于安全電流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述限流式安全電熱水器，其特征在于所述限流時(shí)的絕緣水流通道長度LA與其平均半徑r滿足LA＞r2πV/IAρ，式中LA限流時(shí)絕緣水流通道長度 (cm)r限流時(shí)絕緣水流通道平均半徑 (cm)ρ自來水的電阻率 (Ω·cm)V漏電電壓 (V)IA安全漏電流 (mA)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述限流式安全電熱水器，其特征在于所述限流監(jiān)控電路為與地線和/或與水接觸的金屬部件電連接的電壓信號(hào)監(jiān)控電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述限流式安全電熱水器，其特征在于所述限流監(jiān)控電路為與地線和/或與水接觸的金屬部件耦合連接的電流信號(hào)監(jiān)控電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述限流式安全電熱水器，其特征在于所述電壓信號(hào)監(jiān)控電路由電壓采樣電路、比較電路、輸出控制電路組成，所述電壓采樣電路的輸入端接地線與參考點(diǎn)，所述電壓采樣電路的輸出端接比較電路的輸入端，所述比較電路的輸出端經(jīng)輸出控制電路接限流執(zhí)行器件的控制信號(hào)輸入端。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述限流式安全電熱水器，其特征在于所述電流信號(hào)監(jiān)控電路由電流采樣電路、比較電路、輸出控制電路組成，所述電流采樣電路的輸入端耦合連接到地線與參考點(diǎn)，所述電流采樣電路的輸出端接比較電路的輸入端，所述比較電路的輸出端經(jīng)輸出控制電路接限流執(zhí)行器件的控制信號(hào)輸入端。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述限流式安全電熱水器，其特征在于所述限流執(zhí)行器件為電信號(hào)驅(qū)動(dòng)元件。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述限流式安全電熱水器，其特征在于所述電信號(hào)驅(qū)動(dòng)元件為電磁閥或電觸發(fā)機(jī)械脫扣裝置。
9.一種限流式安全電熱水器，包括具有進(jìn)、出水口的內(nèi)膽和電加熱器件，其特征在于還包括限流執(zhí)行器件，所述限流執(zhí)行器件的控制信號(hào)輸入端連接到地線和/或與水接觸的金屬部件，所述限流執(zhí)行器件安裝在水流通道處，其限流時(shí)的絕緣水流通道出水端漏電流小于安全電流。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述限流式安全電熱水器，其特征在于所述限流執(zhí)行器件的控制信號(hào)輸入端電連接到地線和/或與水接觸的金屬部件。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述限流式安全電熱水器，其特征在于所述限流執(zhí)行器件的控制信號(hào)輸入端耦合連接到地線和/或與水接觸的金屬部件。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述限流式安全電熱水器，其特征在于所述限流執(zhí)行器件為電信號(hào)驅(qū)動(dòng)元件。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述限流式安全電熱水器，其特征在于所述電信號(hào)驅(qū)動(dòng)元件為電磁閥或電觸發(fā)機(jī)械脫扣裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電熱水器安全裝置的改進(jìn)，屬于家用電器技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的電熱水器包括制有進(jìn)、出水口的內(nèi)膽，內(nèi)膽中裝有電加熱器件，還包括限流監(jiān)控電路以及限流執(zhí)行器件，所述限流監(jiān)控電路的采樣點(diǎn)設(shè)置在電熱水器的地線中，其信號(hào)輸出端接往安置在出水管路中的限流執(zhí)行器件。一旦電熱水器的地線出現(xiàn)異常情況，采樣元件上的采樣信號(hào)發(fā)生變化，從而直接或間接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器件，迅速改變電熱水器的出水水流，消除安全隱患，確保使用者的安全，同時(shí)水流的突變勢(shì)必引起使用者的警覺，起到可靠的報(bào)警作用。
文檔編號(hào)F24H9/20GK1825023SQ20061003908
公開日2006年8月30日 申請(qǐng)日期2006年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月27日
發(fā)明者丁威, 邱步, 鞠平, 萬華新 申請(qǐng)人:艾歐史密斯(中國)熱水器有限公司