CN103119681B - 由电阻安全启动的电子温控器 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供一种具有温度调节和热保护功能的温控器。通过双稳态双金属元件（4）来进行热保护，通过位于温控器（1）的电子板（8）上的一个或多个电阻（6）来启动该双稳态双金属元件（4）。当一个或多个电子温度传感器检测到温度超过临界安全温度时，所述一个或多个电阻（6）在由电子板（8）的微处理器致动时通电。

Description

由电阻安全启动的电子温控器

技术领域

本发明的目的是提供一种安全的温度控制装置（这里指的是热保护器），所述安全的温度控制装置用于加热器，特别用于电动式贮水热水器。

本发明的另一目的是提供包括所述热保护器的温度调节装置（这里指调温器）。

背景技术

众所周知，热保护功能的目的是在对受控加热器的温度执行热调节功能出现故障时，防止该温度超过危险极限值。

本专利的申请人所递交的专利申请AN2010A000131描述了一种温控器，其中所述温控器包括具有调节功能的电子板，该电子板与具有安全功能的电机致动器位于同一盒子内。

请参考上述的文件AN2010A000131中的内容，还可参考本申请人以前的专利EP0651412和EP1652017，以获得现有技术中关于对电子温度调节器和电机或电子热保护器领域的完整描述。

但是，为了便于理解本发明及相关的创新性特点，本文将简单描述如图1所示的根据所述技术做成的用于电机温度调节和热保护的温控器。

图1所示为一种装置（下面一般称为“温控器”）的分解视图，其中封闭盒2包括底座2.1和盖件（cover）2.2。

参考编号3’表示从底座2.1向外延伸的热敏元件，其伸入待控制的环境特别是热水器的贮存槽中。

最广泛的说法是，所示热敏元件3’一般包括热膨胀且导热性能良好的导热管，所述导热管通常由黄铜制成，其中具有较低热膨胀的拉杆5与所述导热管共轴设置，所述拉杆5通常由殷钢（INVAR）制成。当贮存水的温度升高时，热膨胀管3’会拉长，继而拉动约束于最外端的INVAR拉杆5。通过作用在根部5上的作用力，所述作用力继而作用在单稳态弹性片微动开关7上，所述INVAR拉杆可对温控器内的接触进行机械致动以中断/恢复电阻的供电，从而起到温度调节作用。

另一方面，通过使用包括双稳态双金属元件4（通常称为“开关件（clickson）”）的致动器来确保实现热保护功能，所述双稳态双金属元件4设于温控盒2内，具体位于在底座2.1内配置的托盘2.4内，且位于足够接近管3’的位置，从而所述管3’对双稳态双金属元件4的温度影响较大。

因此，上述的热膨胀管3’被动地用作具有热保护功能的导热器，但也是实际的致动器（组成了“热膨胀管/低热膨胀拉杆”组合）的一部分。

如上所述，所述开关件4包括双稳态双金属盘状件，当到达预设的临界温度时，双稳态双金属盘状件的腔的凹面能够突然反转，从而通过游标5.2来分开特定的接触2.5，以切断电阻的电源。

关于热保护功能，上述的图1中的温控器可较好地执行其任务；特别地，通过开关件4致使接触2.5分开的机制比较简单和可靠。然而，由于需要使用很宽广的容错范围来对双稳态开关件进行校准，并且热保护功能必须防止热水器的顶部出现的过高的温度与开关件4所感测到的温度之间存在非常不精确的关系，因此上述热保护器总体上存在一些公知的局限性。

还应该注意的是，在这些温控器中，专门将托盘2.4（开关件4位于托盘2.4上）放置为大体与热水器的凸缘接触，温控器安装在所述凸缘上，从而所述开关件4也受凸缘温度的影响。

换句话说，开关件4所达到的温度是所述凸缘温度和沿整个热膨胀管3’的水温度的函数，而不只是需要检测的热水器的较高区域的温度的函数。

温控器在凸缘上的较小定位误差或者沿整个热膨胀管3’的水温度的非常见分布（但不是反常分布）也需要粗校准，在温度调节器没有出现异常时，这些定位误差和非常见分布可能会使热保护器错误地跳闸（trip）。

可以知道，在这些情况下需要技术人员对热保护器进行所谓的人工“复位”。

当然，这些装置的构造方法和开关件4的校准是为了防止发生相反情况并留有足够的余地，即在温度调节器实际失败的情况下热保护器不会跳闸。但是，为了留出安全空间，这需要通过温度调节器来将热水器的最高温度限制在比通过调节实际上能防止的温度低的多的值。这会潜在地限制可存储的热能。目前为止所提到的热保护温控器的另一局限是：由于必须要对抗物质的热惰性，因此在达到反常温度的时刻与所述热保护器对该反常温度发生作用的时刻之间不可避免地会存在几秒钟延迟。

上述的温控器的其他局限是，从构造的角度来看，所述温控器专用于贮水加热器，而并不适用于其它加热装置。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种热保护器来克服上述缺点，所述热保护器仍然包括双稳态双金属元件，但是对所述双稳态双金属元件的操作大体只受待检测的区域内温度的影响。

本发明的第二目的是提供一种热保护器，其中只粗略得到所述双稳态双金属元件的校准温度的事件并不重要。

本发明的第三目的是提供一种热保护器，其中并不驱使所述双稳态双金属元件至这样的位置，即所述双稳态双金属元件通过凸缘或其它热传递装置从待检测的区域接收来自热水器的热量的位置。

本发明的另一目的是提供一种热保护器，所述热保护器在达到异常温度时的反应时间比现有技术的反应时间更短。

本发明的又一目的是提供一种单个且紧凑的温控器，所述温控器适于用作能够实现一个或多个上述目的的温度调节器和热保护器。

本发明的另一目的是提供一种热保护器或温度调节器和热保护温控器，其可用于在与热水器的槽不是很贴近的位置处。

本发明的又一目的是提供一种热保护器或温度调节器和热保护温控器，其在尺寸和电连接上可与根据现有技术的温控器互换。

本发明的另一目的是提供一种热保护器或温度调节器和热保护温控器，其可用于不同于贮水加热器的其它加热装置。

下文中将更加清楚地描述本发明的这些目的和其它目的，而且这些目的和其他目的可通过如下面的描述和所附的权利要求书所说明的装置来实现，下面的描述和权利要求书构成本说明书的主要部分。

附图说明

下面的根据权利要求书所述的和附图所描述的优选实施例将更好地强调本发明的其它特征。这些附图只是用于说明，其目的并非限制本发明，其中：

图1所示为根据现有技术做成的用于电机温度调节和热保护的温控器；

图2所示为根据本发明的温控器的透视图；

图3所示为本发明的温控器的分解侧视图；以及

图4所示为本发明的温控器的分解俯视图。

具体实施方式

现在使用附图中的参考标记来描述本发明的特征。

请参考图2，参考编号1总体上表示温控器，所述温控器如现有技术一样包括配置有底座2.1和盖件2.2的封闭盒2。

在所述底座2.1的顶部，特定的固定件2.6（或类似的电连接件）给一个或多个电阻（未示出）供电，以用于加热贮存槽内所包含的水。

探针式夹持元件3从所述盒2的所述底座2.1延伸，适于支撑一个或多个电子传感器（未示出），诸如负温度系数（NTC）、正温度系数（PTC）或热电偶热敏电阻，或者适于将与所检测的温度相关的电信号传输至电子处理装置的其它已知的类型，可选地，还可通过专利申请AN2010A000131中所描述的方法和装置将与所检测的温度相关的电信号传输至电子处理装置。

具体而言，所述探针式夹持元件3可以包括传统的管状元件或如附图所示的扁条状件。一般来说，可使用任何只用于支撑一个或多个电子传感器的元件，因为不需要该元件用作热保护功能的核心元件：事实上，在本发明中，这样的安全功能全部由其它装置执行，所以不要求所述探针式夹持元件3像“热膨胀管/低热膨胀拉杆”组合的情况中那样作为致动器或者作为热导体。

除了执行下面将要描述的温度调节和热保护功能常用的运动返回装置之外，所述盒2内还设有包括微处理器的电子板8（见图3和4），所述微处理器能够处理由电子传感器传输的电信号，并通过可插在连接出口2.3内的普通连接件来继续产生合成的电信号作为输出。

根据现有技术，具有相关的微处理器的所述电子板8通常用于管理温度调节功能，所述电子板8根据位于探针式夹持元件3上的电子传感器所检测的温度值，而提供用于分开/闭合给电阻的固定件2.6供电的电路的电接触的输入。

根据本发明，另一方面，通过所述电子装置还可管理热保护功能，所述电子装置还提供用于双稳态双金属元件4（开关件）上的输入，所述双稳态双金属元件4接着通过已知的方式分开安全电路的接触，并通过运动返回装置断开电阻的供电。

图3和4所示为执行由温控器1所确保的热保护功能的装置和方法的细节。

电子板8设有至少一个电阻6：下面应该注意的是，所述术语“电阻”不区分指代的是电阻还是热敏电阻（优选为PTC类型），或者在任何情况下指任何在电流通过时受加热影响的电阻性电组件。如附图所示，当一个电阻6足以用于实现所述目的时，通常优选为设置一对电阻6.1和6.2，从而在第一块电阻坏掉的情况下，第二块电阻执行指定的任务。

当温控器有规律地执行温度调节功能时，所述一个或多个电阻6并不从电子板8接通电源。

另一方面，当探针式夹持元件3的电子传感器记录已经达到临界安全温度时，微处理器通过电子板8致使所述一个或多个电阻6通电。

所述至少一个电阻6位于开关件4的附近，并处于这样的位置（优选为位于底部）以能够加热所述开关件4而使其跳闸。在这一点上，一旦开关件4的腔的凹度发生变化，所述开关件4大体以如图1所示的现有技术的温控器相同的方式工作，即短暂地分开用于给电阻的固定件2.6供电的电接触2.5。

更确切地，开关件4设有阀杆7，所述阀杆7在所述腔反转时拉动与阀杆7连接的锚栓7.2；该锚栓7.2接着分开构成电接触2.5的片状件。

已经证实每一电阻6为实现上述目的所需传输的能量应当足够小而不会破坏电子板8。此外，如上所述，一个电阻或热敏电阻6已经足以使开关件4跳闸，而额外的电阻只是用于确保在第一电阻坏掉的情况下继续运作：事实上，可以提供这种方案，即与板8连接的特定的电子板能够探测到第一电阻6.1运作正常、或者可能发生故障，在这第二种情况下，断开第一电阻6.1的电源，并启动第二电阻6.2或其它电阻。

优选地，电阻6是PTC（正温度系数）的，这是因为正温度系数的电阻具有自动调整其所能达到的最高温度的能力。

所述一个或多个电阻6通常由微处理器通过低电压电路启动；作为替代，可通过一个或多个导向的三极管交流半导体开关（piloting TRIAC（triode alternating current semiconductor switch））将高电源电压直接供给所述一个或多个电阻6。

因此，由开关件4表示的安全双金属双稳态元件会受到由电子板8供电的一个或多个电阻6的影响；因此，与现有技术不同，所述开关件不再被探针式夹持元件3启动，也与由“热膨胀管/低热膨胀拉杆”或简单的热导体表示的情况不同。另一方面，在本发明中，对探针式夹持元件3的这种配置绝对没有必要使用，因为探针式夹持元件3只是执行支撑电子传感器的任务，并将所记录的信号继而传送至下面的电子板8，专利申请AN2010A000131中所描述的方法和装置也没有必要使用。

由于由特定的电路处理的电子信号确保了敏感度，所以在温控器1的运行精度方面的优点是显而易见的。

显而易见的是，本发明可实现上述的所有目的。

热保护器在从电子传感器接收信号之后被触发，电子传感器被设置在最适当的位置。

开关件4的位置并不受需要从温度待检测的区域几乎直接地接收热量这一需求的影响。

因为在任何情况下开关件4都可以达到跳闸温度，因此开关件4的粗校准精度（误差很小）不再是缺点。

图4强调了上述的温控器的另一可能的特征，即存在以下事实：插销2.7（适于将盒2的底座2.1机械地约束于下面的电子板8）或插销2.7中的至少一个插销也起到将所述板8电连接至电阻和网络的作用。

所述插销2.7还具有将电子板8与封闭盒2的底座2.1隔开的作用，以防止所述板出现不理想的过热情况且给所述板的组件（诸如所述一个或多个电阻6、调节继电器8.1、和防止各个继电器与会导致继电器粘合的过高电流接触的任何保险丝）创造充足的空间。

像现有技术的任何类似的装置一样，温控器1还能够在热水器恢复正常运作情况时对开关件4进行人工复位：通过在盖件2.2上设置特定的开口7.1，可以作用于与开关件连接的阀杆7的末端，按压阀杆7继而恢复所述开关件4的腔的初始凹度。

Claims (14)

1.一种用于电热器的热保护器，所述热保护器包括：

—双稳态双金属元件(4)，

—接线式连接件(2.6)，所述接线式连接件(2.6)用于给一个或多个电阻供电，以用于加热包含在所述电热器的槽内的水，

—与所述双稳态双金属元件(4)相关联的运动返回装置(7.2；2.5)，适于启动/释放所述接线式连接件(2.6)，

其特征在于，

由一个或多个电阻(6)通过加热所述双稳态双金属元件(4)来启动所述双稳态双金属元件(4)，

—将所述一个或多个电阻(6)设置成距离所述双稳态双金属元件(4)足够近，以将所述双稳态双金属元件(4)加热至触发温度，

—当一个或多个电子温度传感器检测到温度达到临界安全温度时，所述一个或多个电阻(6)在由电子板(8)的微处理器致动时通电。

2.如权利要求1所述的热保护器，其特征在于，所述电热器是贮水电热器。

3.如权利要求1所述的热保护器，其特征在于，所述一个或多个电阻(6)中只要第一电阻(6.1)就足以启动所述双稳态双金属元件(4)，只有在所述第一电阻(6.1)毁坏的情况下才启动其它电阻(6.2)。

4.如权利要求1所述的热保护器，其特征在于，所述一个或多个电阻(6)位于所述电子板(8)上且位于所述双稳态双金属元件(4)的下方，设置所述一个或多个电阻(6)的位置以使所述一个或多个电阻(6)的热能散发在所述双稳态双金属元件(4)的表面上，并且所述热能足以使所述双稳态双金属元件(4)执行热保护功能而不会损坏所述电子板(8)。

5.如权利要求3所述的热保护器，其特征在于，所述一个或多个电阻(6)位于所述电子板(8)上且位于所述双稳态双金属元件(4)的下方，设置所述一个或多个电阻(6)的位置以使所述一个或多个电阻(6)的热能散发在所述双稳态双金属元件(4)的表面上，并且所述热能足以使所述双稳态双金属元件(4)执行热保护功能而不会损坏所述电子板(8)。

6.如权利要求1-5中任一项所述的热保护器，其特征在于，由所述电子板(8)通过低压电路启动所述一个或多个电阻(6)。

7.如权利要求1-5中任一项所述的热保护器，其特征在于，由电子板(8)通过一个或多个导向的三极管交流半导体开关在高电源电压下启动所述一个或多个电阻(6)。

8.如权利要求1-5中任一项所述的热保护器，其特征在于，所述一个或多个电阻(6)是正温度系数的。

9.如权利要求1-5中任一项所述的热保护器，其特征在于，所述双稳态双金属元件(4)位于封闭盒(2)的底座(2.1)内配置的托盘(2.4)中。

10.如权利要求9所述的热保护器，其特征在于，一旦恢复了所述电热器的正常运行条件，就能够通过按压阀杆(7)的末端，所述阀杆(7)的末端能够穿过在所述盒(2)的盖件(2.2)上配置的孔(7.1)，从而再次触发所述双稳态双金属元件(4)。

11.如权利要求9所述的热保护器，其特征在于，至少一个插销(2.7)适于将所述盒(2)的所述底座(2.1)机械地约束到所述电子板(8)，所述插销(2.7)是将所述电子板(8)连接至电源和一个或多个电阻的电连接件。

12.如权利要求10所述的热保护器，其特征在于，至少一个插销(2.7)适于将所述盒(2)的所述底座(2.1)机械地约束到所述电子板(8)，所述插销(2.7)是将所述电子板(8)连接至电源和一个或多个电阻的电连接件。

13.一种用于电热器的温度调节温控器(1)，所述温度调节温控器(1)包括：

—配置有微处理器的电子板(8)，

—探针式夹持元件(3)，所述探针式夹持元件(3)从封闭盒(2)的底座(2.1)向外延伸，所述探针式夹持元件(3)适于支撑用于电子热调节的一个或多个温度传感器，

—用于电连接所述一个或多个温度传感器和所述电子板(8)的装置，其特征在于，

所述电子板(8)和所述一个或多个温度传感器是如权利要求1-12中任一项所述的热保护器所使用的电子板和温度传感器，所述热保护器集成在所述温度调节温控器(1)内。

14.如权利要求13所述的温控器(1)，其特征在于，所述电热器是贮水电热器。