CN106403265A - 具有干烧保护功能的电热水器 - Google Patents

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Abstract

一种热水器，具有限定内部容积的罐，设置在内部容积中的加热元件，和相对于加热元件设置的温度传感器，使得温度传感器检测内部容积中加热元件周围区域的温度。加热元件以预定触发率、并且以累计触发期间被触发，从而预定触发率使加热元件在空气中保持在预定最大温度下，并且当加热元件浸入水中时，使得触发期间贡献预定量的能量给周围区域。

Description

具有干烧保护功能的电热水器
技术领域
本发明总体涉及一种用于检测和防止热水器中的干烧事件的系统和方法。
背景技术
电热水器被用于在储存罐中加热和储存一些水以随后按要求输送给住宅和商业建筑中的卫生设备，例如水槽、浴缸和淋浴器。电热水器典型地利用一个或多个电阻加热元件以在恒温器的控制下提供热量给罐储存的水，恒温器监控储存的水的温度。
电热水器在出售时其罐内没有水，在移动并安装在其准备工作的位置之后充满水。存在的可能性是，热水器可能被“干烧”，即，在储存罐充满水(从而将元件浸入水中)之前或以其它方式在加热元件在水中没有被覆盖的条件下，使其电阻型加热元件通电。当这种干烧发生时，电阻加热元件可能过热，其可能导致将该设备返回给制造商，或者打电话给修理技术人员以执行现场的元件替换。以及，在那些包括由塑料材料形成的本体的热水器中，由于过热从而对本体造成的损害可能使热水器不能维修。
以前已经提出了多种解决方案来防止电热水器中的加热元件通电，除非元件浸入水中。这些提出的解决方案有两种形式，基于浮控开关的保护系统，其中加热元件只有在浮子传感器检测到罐中的水平线在充分覆盖加热元件的一定水平线之上的情况下被激活，以及基于温度传感器的保护系统，其中加热元件只有在邻近相应的加热元件、与热水器的外表面接触的温度传感器指示温度低于预定阈值的情况下被激活。然而，为了合并到整个热水器组件中，基于浮控开关的系统变得复杂且昂贵，并且包括可能不利地影响可靠性的移动部分。现有的基于温度传感器的保护系统对于具有聚合物材料构造的罐的热水器可能是不可靠的，由于聚合物是热的不良导体，在温度传感器检测到干烧条件之前，罐可能发生损害。
发明内容
本发明认识并考虑到现有技术的构造和方法。
在本公开的一个实施例中，热水器具有限定内部容积的罐，设置在内部容积中的加热元件，相对于加热元件设置的温度传感器、使得温度传感器检测内部容积中加热元件周围区域的温度，以及与温度传感器相连的控制器。控制器配置成以预定触发率、以累计的触发(actuate)期间触发加热元件，使得预定触发率使加热元件在空气中保持在预定最大温度以下，以及使得在累计的触发期间结束时，当加热元件浸入水中时，加热元件贡献至少预定量的能量给通过温度传感器测量的区域。
在另一个实施例中，控制器被配置为接收来自温度传感器的、指示周围区域温度的第一信号，并基于第一信号确定第一温度。在确定第一温度后，控制器间歇地以预定的累计触发期间触发加热元件。在预定累计触发期间之后，控制器接收来自温度传感器的、指示周围区域温度的第二信号，并基于第二信号确定第二温度。如果第二温度相比于第一温度超出第一预定增量，控制器使加热元件停用。
在另一个实施例中，热水器包括限定内部容积的罐，设置在内部容积中的加热元件，相对于加热元件设置的温度传感器、使得温度传感器检测内部容积中加热元件周围区域的温度，以及与温度传感器相连的控制器。控制器被配置为，在检测用于触发加热元件的条件时，接收来自温度传感器的、指示周围区域温度的第一信号，并且基于第一信号确定第一温度。在确定第一温度后，控制器以足够的累计触发期间触发加热元件，以将加热元件周围的水加热至少预定增量，并且以足够将加热元件保持在预定最大温度以下的相应的加热元件的非触发期间来分隔累计触发期间内的加热元件的触发期间。在预定累计触发期间后，控制器接收来自温度传感器的、指示周围区域温度的第二信号，并且基于第二信号确定第二温度。如果第二温度相比于第一温度超出相应于预定增量的阈值时，控制器使加热元件停用，并且如果第二温度相比于第一温度没有超出相应于预定增量的阈值时，控制器响应该条件而触发加热元件。
在热水器中检测干烧事件的方法的实施例中，热水器具有限定内部容积的罐，设置在内部容积中的加热元件，以及相对于加热元件设置的温度传感器，使得温度传感器检测内部容积中加热元件周围区域的温度。加热元件以预定触发率、以累计触发期间被触发，使得预定触发率使加热元件在空气中保持预定最大温度以下，并且使得在累计触发期间结束时，当加热元件浸入水中时，加热元件贡献至少预定量的能量给通过温度传感器测量的区域。
在进一步的实施例中，检测周围区域的第一温度。在检测第一温度后，加热元件间歇地以预定累计触发期间被触发。在预定累计触发期间后，确定周围区域的第二温度。如果第二温度相比于第一温度超出第一预定增量，停用加热元件。
在另一个检测热水器中干烧事件的方法的实施例中，热水器具有限定内部容积的罐，设置在内部容积中的加热元件，以及相对于加热元件设置的温度传感器、使得温度传感器检测内部容积中加热元件周围区域的温度，周围区域的第一温度在触发加热元件发生的条件下被检测。在检测第一温度后，加热元件以足够的预定累计触发期间被触发，以将加热元件周围的水加热至少预定增量。累计触发期间内的加热元件的触发期间被足够将加热元件保持在预定最大温度以下的相应的加热元件的非触发期间来分隔。在预定累计触发期间后，确定周围区域的第二温度。如果第二温度相比于第一温度超出第一预定增量，停用加热元件，并且如果第二温度相比于第一温度没有超出相应于预定增量的阈值，加热元件响应该条件被触发。
在检测包括加热元件的热水器中干烧事件的方法的实施例中，加热元件通电之前确定热水器中的第一温度。加热元件以由加热元件非触发的相应的第二预定时间期间分隔的多个第一预定时间期间间歇地通电。确定加热元件已经通电的第一预定时间期间的总量。第一预定时间期间的总量与第一预定时间期间的预定量比较。当第一预定时间期间的总量大于或等于第一预定时间期间的预定量，确定热水器中的第二温度。第二温度与第一温度比较。当第二温度等于第一温度或比第一温度大至少预定温度增量时，阻止对加热元件的能量供给。
在本公开的另一个实施例中，用于在包括加热元件的热水器中检测干烧事件的系统具有邻近加热元件设置的温度传感器元件，以及控制器。控制器被配置为在加热元件通电前基于来自温度传感器元件的信号确定热水器中的第一温度。控制器间歇地以多个第一预定时间期间给加热元件通电。控制器确定加热元件被通电的第一预定时间期间的总量。控制器比较第一预定时间期间的总量和第一预定时间期间的预定量。当第一预定时间期间的总量大于或等于第一预定时间期间的预定量时，控制器基于来自温度传感器元件的信号确定热水器中的第二温度。控制器比较第二温度和第一温度，并且当第二温度等于第一温度或比第一温度大至少预定温度增量时，阻止对加热元件的能量供给。
结合并构成说明书一部分的附图示出本发明的一个或多个实施例，与说明书一起用于解释本发明的原理。
附图说明
本发明的完整和允许的公开，包括本领域技术人员知晓的最佳模式，在说明书中阐述，参照附图，其中：
图1是包括根据本发明的一个实施例的干烧保护系统的热水器的正视图；
图2是图1中示出的热水器的沿线2-2的截面图；
图3是具有根据本发明的干烧保护系统的热水器的实施例的侧视图；包括侧壁的部分切面图；
图4A和4B分别是图1中示出的热水器的电加热元件的顶视图和侧视图；
图5是图4A和4B中示出的电加热元件的基部的透视图；
图6是与图1-3的热水器一同使用的干烧保护控制系统的示意图；以及
图7示出检测和防止干烧事件发生的方法，作为图1-3的热水器的一部分，由图6的控制系统执行。
本说明书和附图中涉及特征的反复使用意在表示根据本公开的发明的相同或相似的特征或元件。
具体实施方式
现在将详细做出参考以介绍本发明的优选实施例，其一个或多个例子在附图中示出。每个例子通过本发明的解释的方式提供，但不限于此。实际上，本领域技术人员显而易见的是改进和变动可以在本发明中做出而不背离其范围和精神。例如，作为一个实施例的一部分示出或描述的特征可以用在另一个实施例中以得到进一步的实施例。因此，想要的是，本发明覆盖附加权利要求和其等同物的范围内的这种改进和变动。
如在此使用的，涉及方向的术语，或关于热水器方位的位置，例如但不限于“垂直”、“水平”、“上”、“下”、“在......之上”或“在......之下”，是指方向和关于热水器在其通常准备运行的方位的相对位置，如这里图1至3所示的。因此，例如，术语“垂直”和“上”涉及垂直方位和图1至3视角中的相对较上的位置，并且在这样的背景下应当理解的是，甚至关于可以设置在不同方位的热水器。
进一步，用在该申请和附加权利要求中的术语“或”想要表示包括的“或”而不是排除的“或”。换句话说，除非另有规定，或从上下文中排除，短语“X使用A或B”意在表示自然包括性置换的任何一个。换句话说，短语“X使用A或B”由以下例子的任意一个满足：X使用A；X使用B；或X使用A和B。另外，在该申请和附加权利要求中使用的冠词“a”和“an”(“一”)通常应当解释为“一个或更多”，除非另有规定或从上下文中排除，涉及单一形式。贯穿说明书和权利要求书中，以下术语在这里至少具有明确相关的意思，除非上下文另有规定。以下认定的意思不是必须限制术语，但是仅为术语提供示例。“a”、“an”和“the”可以包括复数形式，并且“in”的含义可以包括“在......里”和“在......上”。在此使用的短语“在一个实施例中”尽管可以，但是不必须涉及相同的实施例。
现在参照图1和2，热水器100包括根据本公开的用于检测干烧事件的系统。热水器100包括垂直定向、通常为圆柱形的本体101，该本体通过具有圆盖形顶端头部104的外壁、底盘部分106、大体圆柱形侧壁102(该圆柱形侧壁在二者之间延伸并具有在垂直于本体圆柱形中轴的平面上的环形横截面)而限定，以及包括设置在其中的无缝单片衬垫103，该衬垫限定用于接收且保持水的内部容积108。如所示出的，侧壁102由加强聚丙烯基聚合物材料形成，但是从本公开中可以理解的是，在其它实施例中，可利用其它合适的聚合物材料，以及钢或其他金属，用于侧壁102、头部104和盘106。从本公开中也应当明显的是，壁的结构和构造也可以改变，并且本公开不局限于这里讨论的特定例子的结构。在另一个实施例中，例如，并且参照图3，本体101由上和下本体部分101a和101b形成，其独立地模制并随后在接缝105处连接。本体部分101a和101b由双壁结构形成，而不是如图2的实施例中示出的壁-和-球胆布置。本体部分101a和101b的制造过程在1999年7月13日发表的美国专利No.5923819中更详细地讨论，其全部内容通过引用在此结合，因此过程的详细描述在此不再重复。
如图1和2所示，冷水进口管110，热水出口接头112和温度及压力排泄阀114通过限定在热水器的圆盖形顶端头部104中的合适的开口延伸。阀排水管116通过底盘部分106向内延伸。一对顶部和底部垂直间隔的电阻加热组件130a和130b(见图2)通过一对相应的顶部和底部孔118和120向内径向延伸入内部容积108，顶部和底部孔118和120形成在相应的凹形外壳143中，外壳143被设置并且在热水器本体101的衬垫103和侧壁102之间延伸。外壳143包括或与相应的盖109(图1)配合，盖109覆盖电阻加热组件130a和130b的电接头139(图4A和4B)，并且从热水器100的侧壁向外延伸。电源通过电接头139提供电流给组件130a和130b的相应的加热元件，并且控制板通过电接头139与组件130a和130b的相应的温度传感器(150/152)相连，如下所描述的。
在热水器100的标准运行期间，来自压力源的冷水流入热水器内部容积108，其中水通过电阻加热组件130a和130b加热并且存储用于以后的使用。当建筑或其它设备内与热水器100相连的、热水器100安装在其中的卫生设备(未示出)需要热水并且被致动以允许经由接头112来自罐的热水流动时，热水器100的内部容积108中存储的被加热的水经由如本领域应当知晓的供热水管通过热水出口接头112向外流至设备。通过热水出口接头112向外的被加热的水的排放使得容积108中产生这样能力，该容积相应地由通过冷水进口管110向下流动并流入容积108中的加压的冷水填充。这降低了罐中水的温度，该水接着被电阻加热组件130a和130b加热。控制板处理器(下文中描述)基于从上加热组件130a的温度传感器150(下文中讨论)接收到的信号监视罐中水的温度，当处理器检测到水温低于预定的低阈值时、触发组件130a和130b的加热元件，并且将加热元件维持在触发状态、直到处理器检测到水温高于预定的高阈值，应当理解的是，高阈值大于低阈值。虽然在本示例中，控制系统依赖于在加热元件组件中利用的温度传感器(150)，应当理解的是，这仅仅为了例子的目的，并且控制系统可以包括用于该目的的单独的温度传感器。
图4A和4B提供顶部电阻加热组件130a的顶视图和侧视图。在当前描述的实施例中，顶部和底部电阻加热组件130a和130b是相同的，但在其它实施例中，它们的结构可以不同。在另一个实施例中，例如，如在此讨论的，上加热组件130a具有温度传感器，但是下加热组件130b没有。更进一步，在其它实施例中，只有一个加热组件在热水器中使用，其具有如在此讨论的温度传感器。当热水器只有一个加热组件时，加热组件可位于罐的较低处，通常位于图2中组件130b的位置。基于本公开也将明显的是，热水器可以利用多于两个加热组件。
电阻加热组件130a包括电阻加热元件132和温度传感器探针150，每一个从圆柱形基部或轭部133的第一侧133a向外延伸(并且当加热组件安装在热水器时向内进入罐内部容积108中)。电阻加热元件132包括一对水平隔开的平行底部支腿部分134和一对水平隔开的平行顶部支腿部分136。每个底部支腿部分134通过180度第一弯曲部分138均平行且连接于相应的顶部支腿部分136，如图4B所示。此外，如图4A所示，顶部支腿部分136的远端通过180度第二弯曲部分140连接。顶部支腿部分136短于底部支腿部分134，意味着第二弯曲部分140从电阻加热元件132的基部133水平隔开或偏移(在图4B和图2视角中)。在先前描述的实施例中，电阻加热元件132由钛形成。然而，在可选实施例中，加热元件可由其它合适的材料，如铜形成。加热元件本身的结构可以改变，如考虑到本公开的内容应当理解的。此外，电阻加热元件的结构和运行应当被很好地理解，因此在此不做进一步详细的讨论。
温度传感器探针150从基部133的第一侧133a朝第二弯曲部分140向外延伸。当元件安装在热水器100中、使得本体101被定向为使得其纵轴如图1和2的视角所示而垂直时，温度传感器探针150水平设置在加热元件底部支腿部分134之间并且在垂直上方，使得传感器探针150平行于底部和顶部支腿部分134和136。还参照图5，温度传感器探针150包括设置在其中并且从螺纹基座154延伸的热敏电阻元件152，螺纹基座154接收在限定在电阻加热组件130a的基部133中的相应的螺纹孔146中。类似地，基部133是螺纹的并且接收在基座凸缘142的相应的螺纹孔144中，如图5所示。基座凸缘142被用于使电阻加热组件130a固定在热水器本体101的顶部孔118中(并且，更特别地，外壳143的衬垫103处)。如所示的，基座凸缘142优选地通过多个紧固件，例如螺纹紧固件(未示出)，而固定于相应一个凹形外壳143(图2)，该凹形外壳143附于本体101的衬垫103且从罐外壁102向内延伸至本体101的衬垫103。螺纹紧固件通过基座凸缘142的紧固件孔145而被接收。在可选实施例中，螺纹基部133可以直接接收在形成于热水器100的环形侧壁102中的相应的螺纹孔中。电接头139从加热组件基部133的第二侧133b向外延伸，使得加热组件可被连接至相关电源，并且温度传感器探针电连接至(通过热敏电阻元件152和电接头139以及电接头139和控制器202之间合适的接线)控制器202。注意，在可选实施例中，温度检测器，例如，但不局限于热电偶、电阻温度检测器(RTD)等等可被使用，而不是采用热敏电阻决定热水器中的温度。
注意，电热水器被销售，其内部容积中没有水，并且安装后填充水。可能存在的是，热水器被充满之前可能会不小心地将一个或多个热水器电阻加热组件通电，或当热水器以其他方式不小心流空时，留下电阻加热元件暴露于液面以上空间的空气而没有被浸入水中。没有水存在使得热量从加热组件中更有效地(相比于空气)消散，在这种干烧条件下的加热组件的运行可能由于过热而导致加热组件的损坏，和/或导致对热水器本体的损坏，在该情况下的示例中热水器本体由聚丙烯基聚合物材料形成。除了发生在安装时的可能情况，在安装后水从热水器无意间排空时，也可存在干烧情况。因此，如图6所示，热水器100(图1至3)包括根据本发明的一个实施例的干烧保护系统200。
干烧保护系统200包括接收来自相关电源204的电力的控制器202，和一个或多个温度传感器探针150，每一个与相应的电阻加热组件130a和130b相关联。在示出的实施例中，如图6中示出的控制器是控制热水器运行的相同的控制器，并且控制器、电源和如在201处指示的开关单元206可以安置在热水器的主控板上。因此，这里公开的功能可以通过给热水器现存的控制器编程而产生，尽管应当理解的是可以采用单独的处理器。注意，开关206和图6指示的其他电路可布置在热水器的主控板上，或以其他方式合并到热水器现存的控制和功率电路中。
从本公开中可以理解的是，属于控制器202的功能可以通过执行在一个或多个计算机和其相关存储器或其它计算机可读介质的程序的计算机可执行指令体现，如上所述，例如通过热水器的通用嵌入式控制系统体现。通常，程序模块包括例行程序、程序设计、部件、数据结构等等，其执行特殊的任务和/或实施特殊的抽象数据类型。此外，本领域技术人员将意识到，这里描述的系统/方法可通过多种控制器配置而实践，包括可编程逻辑控制器、简单逻辑电路、单处理器或多处理器系统，以及基于微处理器或可编程用户或工业电子学等等。这些功能的方面也可在分布式计算环境中实践，例如在所谓的“智能家居”布置或系统中，其中任务通过经由本地或广域通信网连接至部件(在附图中另外示出)的远程处理装置来执行。在分布式计算环境中，编程模块可位于本地和远程记忆存储装置中。因此，控制系统200可以包括通过硬线或无线本地或远程网络与在此描述的系统部件进行通讯的计算装置。
可以产生在此描述的功能的控制器可以包括处理单元、系统内存和系统总线。系统总线将包括但不局限于系统内存的系统部件连接至处理单元。处理单元可以是多种可获得的可编程装置的任意一个，包括微处理器，并且应当意识到的是，双处理器、多核和其它多处理器架构可作为处理单元利用。
本领域应当理解的是，电源204包括来自安装有热水器100的建筑物或其它场所的线电流，但是也包括热水器主控板的功率控制电路。除了提供电力给控制器202外，电源204通过开关单元206选择性地提供电力给电阻加热组件130a和130b，开关单元206可以包括机电或固态继电器，并且其运行状态通过来自控制器202的输入而控制，如在下文中更详细地讨论。
在一个实施例中，用于检测在热水器中是否存在干烧条件的测试涉及在满足两个条件的情况下触发上加热组件130a。首先，系统触发加热组件130a使得，在加热元件浸入水中的情况下，加热组件输送大量热量给周围的水团，该热量充足从而以可靠稳定和可测量的增量改变加热元件132周围区域中的水团的温度。因为加热元件和水之间的传热性能是已知的，并且不同于加热元件和罐液面以上空间的空气之间的传热性能，在加热元件触发之后的加热元件周围区域中的预定温度改变的检测指示周围区域中水的存在，即，加热元件浸入水中。换句话说，在测试期间的加热元件的触发输送热量给加热元件周围的区域。因为水和液面以上空间的空气以不同速率从加热元件吸热，并且因为传输给空气和水的相应的热量通过标定测试是可预测或可确定的，所以加热元件测试期间触发之前和之后的周围环境温度的测量提供足够信息，用以辨别加热元件浸入水中或暴露于液面以上空间的空气的情况。因为水从加热元件中吸热效率优于液面以上空间的空气，然而，如果没有水浸(由此暴露于液面以上空间的空气)，足以导致加热元件输送充足的可测量的热量给浸入状态下的周围水团的时间的加热元件的触发可能导致加热元件到达过高的温度。这接着可能导致，通过液面以上空间的空气和热组件外壳的热量到水罐的不期望的传导。因此，本系统的该示例的第二条件是，当加热元件暴露于液面以上空间的空气时，其触发不应当导致周围液面以上空间的空气和加热元件被加热至不期望水平的热量被传导给罐壁的点。
这里描述的例子的系统满足两个条件，通过充分加热一个或多个加热元件而以可测量且可预测的稳定增量提升周围水的温度，但是如果一个或多个元件被液面以上空间的空气而非水包围，那么以足够低的速率加热一个或多个加热元件、使得一个或多个加热元件不会过热。在一个实施例中，所期望的低速率的加热通过在测试期间间歇地触发一个或多个加热元件而实现。分别在热水器的一个或多个加热元件在测试期间上的触发之前和之后，系统测量水罐中邻近一个或多个加热元件区域中的开始和结束温度，但是在测试期间内以间歇期间的方式触发一个或多个加热元件。间歇激活期间的总和足以允许一个或多个加热元件提供一定量的能量(由温差表示，如下文所述)给加热元件周围区域的水团，如果加热元件浸入水中，其足以将水团的温度改变所期望的(可靠地稳定和可测量的)温度增量。然而，加热元件的间歇触发期间通过一定的持续时间和频率的相应的非触发期间而分隔，该持续时间和频率足以允许加热元件和液面以上空间的空气冷却，并且由此在测试期间保持在一温度以下，如果加热元件暴露于液面以上空间的空气，该温度可能对加热元件或水罐造成损害。换句话说，如果加热元件暴露于液面以上空间的空气，那么间歇非触发期间允许加热元件和周围空气在间隙触发期间之间冷却到所期望的程度，而如果加热元件浸入水中，那么仍然共同提供充足的热量给周围区域。
本公开中应当明显的是，共同触发期间长度和间歇非触发期间长度的选择将取决于特殊的系统条件，例如(a)一个或多个加热元件的加热性能，(b)一个或多个加热元件和水/液面以上空间的空气之间的传热性能，(c)组装的热水器系统中的一个或多个加热元件组件与易受到热损坏的组装的热水器系统中的部件之间的传热性能，和(d)这种热水器系统部件的热敏感性。关于被列出因素的最后一个，例如，具有由聚合物材料制成的罐壁的热水器相比于具有由金属制成的罐壁的热水器可能更易受到热损坏影响，虽然二者都会受到一定程度的影响。因此，在标定示例性系统的方法中，系统制造商或设计者确定一个或多个加热元件可被允许达到而不损害加热元件或其它热水器系统部件的最小温度，用于给定加热元件和组装式热水器系统中系统部件的套件。这可以是最大允许加热元件温度，虽然在某些实施例中，最大允许加热元件温度以一些温度幅度低于绝对最大温度，以允许用于系统和环境变化。设计者还选择目标水温增量，期望在测试期间通过一个或多个加热元件的触发使水温发生所述目标水温增量的改变，并且确定当一个或多个加热元件被浸入组装式热水器的水中时，一个或多个加热元件贡献热量给周围水所需要的时间。接着，当加热元件暴露于空气时，设计者以所需时间触发加热元件，在所需时间结束时确定加热元件温度和/或邻近空气温度，并且确定加热元件和/或空气温度是否等于或大于最大允许加热元件和/或空气温度。如果不是，那么间歇加热周期的使用可以在一个或多个加热元件的运行中省略。然而，如果是，设计者执行一系列仿真，在干烧测试期间在整个加热元件触发中引入间歇降温周期，在每个仿真结束时(即，当一个或多个加热元件已经被触发了等于所需时间的总时间)测量加热元件和/或液面以上空间的空气温度，并且在每次仿真中增加间歇降温时间、直到得到仿真结束时测量的加热元件和/或空气温度低于最大允许加热元件和/或空气温度的结果的仿真。起始点仿真条件，即间歇降温周期的数量和其长度(并且，甚至假定整个触发期间内的间歇，间歇触发期间的相应长度)在设计者的判断力中由设计者选择。
还将注意的是，热水器系统的构造可能影响控制系统200的构造。例如，在目前描述的实施例中，罐壁102和衬垫103由聚合物材料构造。由于聚合物不是很好的热导体，所以这些实施例中的温度传感器(热敏电阻152)设置在水罐内部中的加热元件周围的区域中。然而，在罐壁由金属制成的实施例中，控制系统温度传感器可设置在罐、头部、或盘壁之上或其中，在水罐内部之外但是邻近上加热元件周围的水罐内部的一部分。在这样的实施例中，金属罐壁可以充分导热，这里描述的方法能依靠壁传导的热量实现，而无需在罐内部安装温度传感器。在该实施例中，标定方法将类似于上文讨论的，但是用于不同的物理设置。
图7示出在热水器100中检测和/或防止干烧事件的方法。开始事件(302)发生，例如，直接在热水器安装后热水器的初始起动时，或在任意断电条件后热水器100的初始起动时，或通过控制器202检测到在正常运行期间需要施加电力给电阻加热组件130a和130b以使设置在热水器100中的水团的温度达到目标温度的任意情况(例如，通过控制器对来自温度传感器探针150的信号的监视，指示罐中的水温已经下降到或在最低阈值以下)。在一个实施例中，例如，文中描述的干烧测试在系统通电后要求一个或多个热组件的起动时(即，在第一热请求发生时)由控制器202对来自于温度传感器探针150的温度执行第一检测，并且在这种情况下，步骤302应该理解为表示这种第一热请求的发生。步骤302发生时，控制器202在步骤304基于控制器从温度传感器探针150(更特别地，从热敏电阻152)接收的信号来确定热水器100中的第一温度(T1)，温度传感器探针150是上加热组件130a的一部分。鉴于本公开应该理解的是，热敏电阻输出信号对应于由热敏电阻(通常和探针150)检测的温度，以某种方式通过部件制造商提供或通过标定确定，使得控制器202被编程为将输出信号转换成温度，无论通过实际的数学换算或者通过简单地信号电平的直接关联，或其它信号特性，转换成温度。注意的是，为了确定干烧条件是否存在于热水器100中，目前描述的实施例接收来自上电阻加热组件130a的温度传感器探针的输入而无需来自加热组件130b的输入，虽然在另一些实施例中，温度传感器探针可以放置在两个加热组件中并且被监视。因为当热水器在其运行位置时组件130a是垂直的最高的加热元件组件，所以组件130a将是在少水或干烧条件下被发现的第一个加热组件。
接下来，控制器202发送信号给开关单元206，使上电阻加热元件130a由电源204通电第一预定时间期间(t1)(306)，在该期间结束时，控制器202控制开关单元206以停止电流流向加热组件130a，从而使加热组件断电。第一预定时间期间(t1)在某些实施例中在约0.5至约1.5秒之间，并且在目前描述的实施例中为约1.0秒。初始时间期间(t1)结束且经过第二预定时间期间(t2)时(308)，控制器202然后给电阻加热组件130a通电随后的第一预定时间期间(t1)。第二预定时间期间(t2)在目前描述的实施例中的持续时间约15至约25秒，并且在一个实施例中约20秒。控制器202重复以第一预定时间期间(t1)为加热组件130a通电的循环，并且随后等待第二预定时间期间(t2)，直到加热组件130a已经以这种循环被通电预定量的时间，使得加热元件在测试期间的触发时间总量足以贡献足够的热量给加热元件周围的水，以将水的温度提升所需温度增量。所需温度增量可以是在以上描述的标定过程中确定的温度增量，或者是标定增量加上公差量，但是不论发生何种情况，相应于标准化温度增量。
更特别的，在步骤306中，加热组件103a断电后，控制器202在步骤307增加计数器(t1TOT)(在步骤302初始化零)，使得(t1TOT)表示在步骤302启动后的第一预定时间期间的总量，控制器202通过开关单元206的触发给电阻加热元件130a通电这一总量。在309，控制器202比较第一预定时间期间的总量(t1TOT)和储存在存储器(在热水器的控制板上和/或远离控制器和板)中的第一预定时间期间的预定量(t1P)(310)。(t1P)对应于目前描述的实施例中从四个到六个的第一预定时间期间，并且在一个实施例中是五个第一预定时间期间。如果，在309，(t1TOT)没有达到界限(t1P)，控制器202在308以第二预定时间期间t2执行计时器。
在第一预定时间期间的总量(t1TOT)等于或大于储存在存储器中的预定量(t1P)后，在响应于从温度传感器探针150取样的第二信号确定热水器中的水的第二温度(T2)(314)之前，控制器等待第三预定时间期间(t3)(312)。第三预定时间期间(t3)优选为约60至约80秒的持续时间，并且在一个实施例中约70秒。接下来，控制器202比较第二温度(T2)和第一温度(T1)(316)，并且如果第二温度(T2)比第一温度(T1)超出至少预定温度值(ΔT)(318)，则防止(通过开关单元206的控制)从电源204提供电力给电阻加热元件130a和130b。因此，开关单元206保持断开状态。控制器202可以配置成使开关单元206保持在断开状态直到热水器停用，然后重新触发，即，直到下一个断电和通电循环发生，此时重复干烧测试。预定温度值(ΔT)在目前描述的一个或多个实施例中约三至五度，并且在一个实施例中约四度。然而，如果第二温度(T2)没有超出第一温度(T1)预定温度值(ΔT)，控制器202触发开关单元206以提供电力给电阻加热元件130a和130b，如在热水器(320)的典型水加热运行期间发生的。温差小于预定值(ΔT)表示热量适当地从加热组件消散，指示加热组件浸入水中，因此，没有干烧情况存在。
虽然上文描述了本发明的一个或多个优选实施例，但是应当意识到的是，本领域技术人员可以做出本发明的多种改进和变型而不背离其范围和精神。例如，根据本公开的复合壁板的可选实施例可以具有比所讨论的实施例的数量更少或更多的层。本发明意在覆盖满足附加权利要求和其等同物的范围和精神内的这种改进和变型。

Claims (29)

1.一种热水器，包括：
限定内部容积的罐；
设置在内部容积中的加热元件；
相对于加热元件设置的温度传感器，使得温度传感器检测内部容积中加热元件周围区域的温度；以及
控制器，其与温度传感器相连，并且配置成用于以预定触发率和以累计触发期间触发加热元件，使得预定触发率使加热元件在空气中保持在预定最大温度以下，并且使得在累计触发期间结束时，当加热元件浸入水中时，加热元件贡献至少预定量的能量给通过温度传感器测量的区域。
2.如权利要求1所述的热水器，其中，控制器被配置成
接收来自温度传感器的、指示周围区域温度的第一信号，并且基于第一信号确定第一温度，
在确定第一温度后，间歇地以预定累计触发期间触发加热元件，
在预定累计触发期间后，接收来自温度传感器的、指示周围区域温度的第二信号，并基于第二信号确定第二温度，并且
如果第二温度相比于第一温度超出第一预定增量，停用加热元件。
3.如权利要求2所述的热水器，其中，在间歇触发阶段，控制器被配置成以多个触发期间间歇地触发加热元件，所述触发期间具有相同持续时间。
4.如权利要求2所述的热水器，其中，在间隙触发阶段，控制器被配置为以多个触发期间间歇地触发加热元件，并且其中，触发期间的累积持续时间是足够以至少第二预定增量加热加热元件周围的水的触发期间。
5.如权利要求4所述的热水器，其中，第一预定增量限定相应于第二预定阈值的温度阈值。
6.如权利要求4所述的热水器，其中，分隔触发期间的加热元件的相应的非触发期间具有足以使加热元件保持在预定最大温度以下的持续时间和频率。
7.如权利要求1所述的热水器，其中，加热元件和温度传感器装在相同的轭具中，并且其中，轭具固定于罐壁。
8.一种热水器，包括：
限定内部容积的罐；
设置在内部容积中的加热元件；
相对于加热元件设置的温度传感器，使得温度传感器检测内部容积中加热元件周围区域的温度；和
控制器，其与温度传感器相连且配置成：
在检测到用于起动加热元件的条件时，接收来自温度传感器的、指示周围区域温度的第一信号，且基于第一信号确定第一温度，
在确定第一温度后，以累计触发期间触发加热元件，该累计触发期间足以将加热元件周围的水加热至少预定增量，并且通过足以使加热元件保持在预定最大温度以下的加热元件的相应的非触发期间而在累计触发期间中分隔加热元件的触发期间，
在预定累计触发期间后，接收来自温度传感器的、指示周围区域温度的第二信号，且基于第二信号确定第二温度，
如果第二温度相比于第一温度超出相应于预定增量的阈值，停用加热元件，并且
如果第二温度相比于第一温度没有超出相应于预定增量的阈值，响应于该条件而触发加热元件。
9.一种在热水器中检测干烧事件的方法，热水器具有限定内部容积的罐，设置在内部容积中的加热元件，以及相对于加热元件设置的温度传感器，使得温度传感器检测内部容积中加热元件周围区域的温度，该方法包括如下步骤：以预定触发率、并且以累计触发期间触发加热元件，使得预定触发率使加热元件在空气中保持在预定最大温度以下，并且使得累计触发期间结束时，当加热元件浸入水中时，加热元件贡献至少预定量的能量给通过温度传感器测量的区域。
10.如权利要求9所述的方法，其中，触发步骤包括：
检测周围区域的第一温度；
在检测第一温度后，间歇地以预定累计触发期间触发加热元件；
在预定累计触发期间后，确定周围区域的第二温度；以及
如果第二温度相比于第一温度超出第一预定增量，停用加热元件。
11.如权利要求10所述的方法，其中，间歇触发阶段包括：间歇地以多个触发期间触发加热元件，所述触发期间具有相同的持续时间。
12.如权利要求10所述的方法，其中，间歇触发阶段包括：间歇地以多个触发期间触发加热元件，其中，触发期间的累计持续时间是足以将加热元件周围的水加热至少第二预定增量的触发期间。
13.如权利要求12所述的热水器，其中，第一预定增量限定相应于第二预定阈值的温度阈值。
14.如权利要求12所述的热水器，其中分隔触发期间的加热元件相应的非触发期间具有足以使加热元件保持在预定最大温度以下的持续时间和频率。
15.一种在热水器中检测干烧事件的方法，热水器具有限定内部容积的罐，设置在内部容积中的加热元件，和相对于加热元件设置的温度传感器，使得温度传感器检测内部容积中加热元件周围区域的温度，该方法包括如下步骤：
在触发加热元件的条件发生时，检测周围区域的第一温度；
在检测第一温度后，以累计触发期间触发加热元件，该累计触发期间足以将加热元件周围的水加热至少预定增量，其中，在累计触发期间内的加热元件的触发期间通过足以使加热元件保持在预定最大温度以下的加热元件的相应的非触发期间分隔；
在预定累计触发期间后，确定周围区域的第二温度；
如果第二温度相比于第一温度超出相应于预定增量的阈值，停用加热元件；并且
如果第二温度相比于第一温度没有超出相应于预定增量的阈值，响应于该条件触发加热元件。
16.一种在具有加热元件的热水器中检测干烧事件的方法，包括：
在给加热元件通电之前确定热水器中的第一温度；
间歇地以多个第一预定时间期间给加热元件通电，该多个第一预定时间期间由相应的第二预定时间期间分隔，加热元件在该相应的第二预定时间期间未被触发；
确定加热元件被通电的第一预定时间期间的总量；
比较第一预定时间期间的总量和第一预定时间期间的预定量；
当第一预定时间期间的总量大于或等于第一预定时间期间的预定量时，确定热水器中的第二温度；
比较第二温度和第一温度；并且
当第二温度等于第一温度或比第一温度大至少预定温度增量时，阻止对加热元件供电。
17.如权利要求16所述的方法，进一步包括：
当第一温度在热水器中第二温度的预先选择的温度值内时，基于所需水温给加热元件通电。
18.如权利要求16所述的方法，其中，第一预定时间期间约0.5至约1.5秒。
19.如权利要求18所述的方法，其中，第一预定时间期间约1.0秒。
20.如权利要求18所述的方法，其中，第二预定时间期间约15至约25秒。
21.如权利要求20所述的方法，其中，第二预定时间期间约20秒。
22.如权利要求20所述的方法，其中，预定温度值约3至约5度。
23.如权利要求22所述的方法，其中，预定温度值约4度。
24.如权利要求22所述的方法，其中，第三预定时间期间约60至约80秒。
25.如权利要求24所述的方法，其中，第三预定时间值约70秒。
26.如权利要求22所述的方法，其中，第一预定时间期间的预定量是五个第一预定时间期间。
27.一种用于检测包括加热元件的热水器中干烧事件的系统，包括：
邻近加热元件设置的温度传感器元件；和
控制器，其配置成：
在给加热元件通电前基于来自温度传感器元件的信号确定热水器中的第一温度；
间歇地以多个第一预定时间期间给加热元件通电；
确定加热元件已经通电的第一预定时间期间的总量；
比较第一预定时间期间的总量和第一预定时间期间的预定量；
当第一预定时间期间的总量大于或等于第一预定时间期间的预定量时，基于来自温度传感器元件的信号确定热水器中的第二温度；
比较第二温度和第一温度；并且
当第二温度等于第一温度或者比第一温度大至少预定温度增量时，阻止对加热元件供电。
28.如权利要求27所述的系统，其中，温度传感器元件进一步包括热敏电阻元件。
29.如权利要求28所述的系统，其中，控制器进一步构造为，当第一温度在热水器的第二温度的预先选择的温度值内，基于所需水温给加热元件通电。
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