CN1247140C - 控制部件 - Google Patents

Abstract

一种用于装有电加热元件的电热水器的控制部件(2)，该控制部件包括一个响应水沸腾的热响应双金属元件(12)，提供带电的和不带电的传导路径的电导体(40、42、50、54)，一对在所述带电的传导路径中具有一个可移动触点(41)的带电的开关触点对(41、44)，一对在所述不带电的传导路径中具有一个可移动触点(59)的不带电的开关触点对(58、59)，适合于作用在所述可移动触点上的第一致动装置(16)，在水沸腾时响应所述热响应元件一个接一个顺序地断开所述开关。

Description

控制部件

技术领域

本发明涉及一种用于电热水器的控制部件，尤其是用于电水锅和水壶的控制部件。

背景技术

电水壶需要有一个控制部件，以允许使用者将水加热到一预定的温度，通常加热到沸腾状态，在这个温度点时水壶自动断开。实现这一功能的各种各样的现有控制部件，大多数通常采用一个热敏元件，如一个双金属元件，该金属元件间接地对一电触点起作用以断开加热元件的电源。

这种类型的控制部件的一个例子是Otter控制有限公司的英国专利GB1470364中所述的控制部件，在该专利中双金属元件被设置在一个开口之上，该开口接收来自壶体的蒸汽。双金属元件作用在一个偏心杠杆上(over center lever)，而该杠杆反过来又发生作用以断开与加热元件连接的一对触点。

出于安全的原因，家用水壶也需要包括控制部件，当正在加热的水壶里没有水时，或者当水壶被煮干，例如，如果水因水壶盖没有盖好而被煮沸或偏心杠杆被使用者故意阻止其工作而使其煮干时。另外，如果这种“煮干”或“无水开关闭合”保护失灵时或在实验条件下不起作用时，为了水壶安全的缘故，也需要控制部件。

为了提供这种“煮干”保护，提出了各种各样的控制部件。例如，Strix有限公司的英国专利2204450中，提供一种可拆卸的热保险丝，该热保险丝在一个预定的温度熔化或不熔化时能够释放一个弹簧机构，该弹簧机构打开一对与加热元件串连的开关触点，从而使水壶永久地处于断开的状态。

在另一种类控制部件中，D H Haden有限公司的英国专利2185857的发明主题是一对双金属圆盘，这些有不同转换温度的双金属圆盘被设置成对一对开关触点起作用，一个圆盘在大约130摄氏度可逆转换以提供基本的煮干保护，另一个圆盘有一个更高的转换温度且能提供不可逆转换作为一个备份。

还有一种类控制部件，通过在带电极与不带电极两个状态的转换使安全得到改善。如，在Strix有限公司的英国专利2112209中，在煮沸和煮干状态下的“两极”的转换通过一个滑动连杆而设置。

上面所有的方案都存在着一个特定的缺点。那些使用热熔丝或单个次级双金属的装置的控制作用非常缓慢，使得大量过高的温度发生在控制部件内，这对带电工作的内部零件产生不可预测的结果并能导致损坏水壶。

在两极同时发生的转换操作在被关闭时也存在着电弧击穿的问题。对于使用一个由一长线圈组成的加热元件的水壶，其中的长线圈由相对低电阻缠绕形成，因而有一个相对高的电感，特别易发生击穿问题。所述的具有这样一个高电感加热元件的控制部件的转换，会导致形成非常危险的高电势差。

发明内容

本发明旨在提供一种克服上述这些缺点的控制部件。

本发明提供一种具有过热保护的控制部件，用于装有电加热元件的烧水电器，该控制部件包括一个具有带电的和不带电的传导路径的电导体，在所述带电传导路径中一对带电的开关触点对有一个可移动的触点，在所述不带电传导路径中一对不带电的开关触点对有一个可移动的触点；响应过热条件的第一和第二热响应元件；设置在所述第一和第二热响应元件之间的致动装置，该致动装置包括转动安装的杠杆臂，每个杠杆臂有一端与所述热响应元件连接，另一端分别作用于所述可移动触点以在过热条件断开所述开关。

该杠杆臂可以是可转动地安装的，使其转动点位于比所述另一端更靠近与该热响应元件相连接的该杠杆的端部，因而所述另一端的位移对与该热响应元件连接的该杠杆臂的该端的运动进行了放大，例如该杠杆可以绕沿其长度的三分之一处转动。

这种结构在过热条件下通过一个十分紧凑并简单可靠的结构使带电端和不带电端转换。由以这种方式设置的杠杆提供的移动放大使一个只有很小移动的传感器结构可以被使用。

更具体地说，该第一和第二热响应元件每个由一个盘状的双金属圆盘组成，在其温度超过预定值时该双金属圆盘发生转换，并且其中，该致动装置包括各自的致动器杠，该致动器杆在该双金属圆盘和该杠杆的该端部之间伸展。该双金属圆盘可以设置成基本上相互平行，位于离所述杠杆端部最近的第二圆盘有一个中心孔，该致动器杆由一个空心套筒构成，而所述第一圆盘具有一个致动器杆，它通过该第二圆盘的所述中心孔和所述套筒伸展到所述杠杆端部，这样提供一个特别紧凑的装置。

该控制部件可以适合于在过热条件下顺序地断开所述开关触点。该第一和第二双金属圆盘可以由一个金属环在其周边间隔地支撑，因而在使用中，在热到达所述第二圆盘和热到达所述第一圆盘之间存在一个热滞后，而这些圆盘可以有基本上相同的转换温度，因而在过热条件下该第一双金属圆盘在第二双金属圆盘之前转换，所以通过其相应的杠杆和致动器在与第二双金属圆盘连接的转换触点之前打开其转换触点。

可移动开关触点可以设置在各自的片簧上。可以设置一个第三双金属圆盘，它的转换温度比所述第一和第二双金属盘的转换温度高得多，它对套筒致动器起作用以断开两者的转换触点。在过热条件下，这是不可逆的转换以便有效地使该电器不能工作。

本发明的第一致动装置响应所述热响应元件在水沸腾时一个接一个顺序地断开所述开关，这种有顺序的转换减少了带电元件和不带电元件的电势，因而减少了该触点对的电弧击穿的危险，该触点对控制可用作基本的烧干保护的第二触点对。而且，通过带电和不带电极的转换，该控制部件可以基本同样平滑地控制，即使该控制部件的电连接是相反的。

可以用各种结构实现顺序转换。该第一致动装置可以包括一个致动杠杆，它的一端设置成被所述的热响应元件作用，另一端支靠于分别与该带电触点对和不带电触点对连接的第一对致动杆，其中该杠杆的所述另一端构造成在另一个致动杆提供所述的顺序断开之前与其中一个致动杆啮合。可选择的是，该致动装置可以由一个致动杠杆组成，它的一端设置成被所述的热响应元件作用，另一端支靠于分别与该带电触点对和不带电触点对连接的第一对致动连杆，其中该触点对相对于该致动杆设置成其中一对比另一对更靠近该致动杆以提供所述的顺序断开。还可选择的是，该致动装置可以由一个致动杠杆组成，它的一端设置成被所述的热响应元件作用，另一端支靠于分别与该带电触点对和不带电触点对连接的第一对致动杆，其中该致动杆具有不同的长度以保证所述的顺序断开。

该热响应元件可以是一个在预定温度下改变形状的双金属元件。该致动杠杆可以是一个双稳态弹簧偏置的偏心杠杆。

该控制部件可以进一步提供过热保护，在这种情况下该供过热保护装置包括响应该过热的第一和第二热响应元件，并且该致动装置设置在所述第一和第二热响应元件之间，并包括转动安装的杠杆臂，每个杠杆臂有一端与所述热响应元件连接，另一端分别作用于可移动触点以在过热条件下断开该开关。

附图说明

现在参考以下附图描述本发明的一个实施例。

图1是本发明的一个实施例的控制部件的立体图；

图2a是图1的控制部件在断开位置时的侧视图；

图2b是图1的控制部件在接通位置时的侧视图；

图3是控制开关的后部的视图；

图4是后视立体图；

图5示出了去掉盖上的薄板的控制部件的前部；

图6示出一个“干煮”转换部件的双金属元件；

图7是该控制部件的各工作零部件的分解图；以及

图8是该控制部件的各电传导部件的分解图。

具体实施方式

参看附图，首先看图1和图2，这些图示出了根据于本发明实施例的控制部件2。该控制部件具有一般的类型，它用于包括一个埋入式的加热元件的电热水器上，如水壶或水罐。当安装时，这样的加热元件从一个顶板侧向伸入载水的壶体中，该顶板被装在载水的壶体的底部附近侧壁上的一个开口中。加热元件的冷端(cold tails)伸展穿过所述的顶板并与控制部件电连接，这将在下面进一步讨论。

当水已达到所需的温度，一般是沸腾的状态时，该控制部件能使水壶自动断开，以及在自动断开失灵时或水壶里没有水却还在加热时，控制部件提供过热保护，也就是所谓的“干煮”保护。

该控制部件的下部有一个基本上是圆柱形杯状的中空的壳体4，该壳体4由注塑材料制成，且该壳体4向上伸出一个板状的支撑6。该壳体4包容或支承大部分转换部件且用两个螺丝9由一个环形盖8将其封闭。

在盖8的前面设置有提供干煮保护的部分转换部件，也就是说，许多双金属元件被固定在一个有一环形开口的金属罩10的下面(这将在下面进一步讨论)，通过这个环形开口可以看见最前面的双金属元件62。在使用时，该控制部件设置成使罩10临近或靠近热触点，该热接触点在加热元件的顶端有一个热点，这是本领域中所公知的。

在控制部件2的前面、在支撑6的上部设置有一个双金属转换元件12。在这个组装的水壶里，该元件12被设置在一个与水壶内部相通的蒸汽通道中，因而蒸汽流过该元件12。该元件12具有公知的结构，它包含在薄的双金属圆盘上，该双金属圆盘稍稍凹进(dished)，这样，当变冷时，它可以向后凹，这个元件12还有一个大体上是U形的开口，形成一个中心舌片14。在预定的温度时，元件迅速转换到一个相反位置，在这个位置元件是反向凹进的。元件的周边12被固定，因而中心舌片14在给定的温度时相对支撑6向后移动。

在支撑6的后部是一个双稳态杠杆16，这可以在图7中非常清楚地看到，双稳态杠杆被设置成在绕向上定向的刃形支撑18转动，该刃形支撑18卡在支撑6上的向后凸出的钩爪20中的一个浅槽中，更具体地说，为了在第一(接通)位置(图2b)与第二(断开)位置(图2a)之间快速转换(snap)，其中所说的第一位置是指该杠杆的上端位于距支撑6最近的位置，所说的第二位置是指该杠杆的下端顶靠在壳体4上的形成物上。一个C形弹簧22在压缩状态下被束缚在支撑6上的凸肩24与杠杆16上端的一个卡爪26下之间。该杠杆16的上端还有一个凸鼻头28，该凸鼻头28伸向元件12以便当快速转换到其热位置时，元件12的中心舌片14与该凸鼻头28接合，从而使偏心杆从图2b所示的接通位置移动至图2a所示的断开位置。该杠杆的下端有一个具有致动面31的桥形部分30，致动面31压着(bear on)一对致动杆32、33的端部，致动杆32、33分别穿过壳体4后部相应的孔。致动杆32、33的作用在下面进一步描述。

控制部件2在向后伸出的带电销、不带电销和接地销34、36、38之间提供有电传导路径，当控制部件安装在水壶中时，这些销伸入插座槽内而且，当使用插座槽时，一个一同使用的插头或电源线被连接到主电源处(未示出)。在图7和图8中可清楚地看到销34、36和38有T形端。

利用可移动的带电的接触弹簧条40在该控制部件的带电一侧设有一个开关，在带电的接触弹簧40的上端有接触片41，和具有接触片44的固定的带电条42。两个相对的接触片41、44可以由银或其它电触头合金制成的圆盘。固定条42在靠近接触片44的一个扁平部分处伸展，在该处条42位于壳体4中而且固定条42还有一个直立的支臂，该支臂的末端是一个弯曲的区域46，使用时，条42在该区域46处固定到加热元件(未示出)带电的冷端。

可移动的带电接触弹簧条40有一个下部矩形孔，带电销34穿过该矩形孔伸展，而且在矩形孔处接触弹簧条40被支撑作为一个悬臂。一个加大的致动面48设置在与销34的距离大约是接触弹簧条长度的三分之二处。

利用一个不带电的固定的接触条50在该控制部件的不带电一侧还设置有一个开关，该不带电的固定的接触条50具有与接触条42类似的结构，有一个弯曲的末端52，在末端52处接触条被固定于该加热元件的相对的不带电的冷端且伸展穿过元件的头部(未示出)。可移动的不带电的接触弹簧条54具有与接触条40类似的结构，有一个放大的致动面56，而且不带电的接触条50、54的相对的两端有银制的接触片58、59。可移动的弹簧接触条54的较低端被固定到不带电的销36上，销36伸展穿过在那里的矩形孔。

接地销38通过导体60被连，导体60接到该元件头部(未示出)。

如图6中所示，干煮转换元件由固定在罩10内的一系列的双金属圆盘组成，该罩是已知的，当处于冷的状态时，该双金属圆盘是凹进的，其凹面面向开关的后部，这在图6是向右边，而在预定温度时会迅速转换到相反的构形。这些圆盘虽然只有一个相对小的运动距离(一般大约是1毫米)，但提供一个很大的力(一般为500gf)。具体说，设有第一双金属圆盘62，该盘可选择成在140℃左右时迅速转换而当温度冷却到一个较低的温度，一般为70到100℃以下时可自动恢复原来状态。第二双金属圆盘64用一个金属的热传导间隔环66与第一圆盘分隔开，这个圆盘在与第一圆盘62类似的温度时转换，且同样在冷却时可逆向返回。可以在第一和第二圆盘62、64之间插入一个可选择的第三圆盘68，它被选择为可以在一个相当高的温度，一般为260℃左右转换，第三圆盘68作为一个备份开关，但它不是那种在冷却时自动迅速转换成原来状态的那种类型，因而会使水壶基本处于不能工作的状态。然而，如果不想要的话，圆盘68可被省略。双金属圆盘可通过现在所述的致动装置有效地连接于该转换触点对上。第一双金属圆盘62对一个推杆70起作用，该推杆70伸展穿过第二和第三圆盘的中心孔，而且穿过第二和第三圆盘的推杆套筒72的轴向开口。推杆70和套筒72都穿过盖8上的开口而伸入壳体4的内部。图7示出了推杆70和套筒72相对于其它工作转换部件的位置。在推杆70和套筒72与转换触点之间设有带电和不带电的干煮转换杠杆74、76。两杠杆74、76都可旋转地安装在轴78上，该旋转轴设置在靠近与推杆70和套筒72相连接的两杠杆下端，一般位于杠杆长度的三分之一的位置处。该带电的转换杠杆74在其下端在80处有一个扁平表面，紧靠该表面该推杆70的一端接合，并且在其上端82有一个环状物，该环状物支靠在接触条40的致动面48的后侧并且致动杆32毫无阻挡地穿过该环状物以便可以同样接合致动面48的后部。不带电杠杆76的下端有一个环状物83，该环状物的尺寸大小使推杆70毫无阻碍地从其中穿过而到达带电杠杆74的一端80，但阻碍推杆套筒72穿过。在这个环状物83和面80之间有一个小间隙，目的是在触点对41、44不能断开时使杆76独立地运动。杠杆76的上端85接合在不带电接触条的下面区域56，同样有一个上部环状物，该致动杆33毫无阻碍地穿过该环状物伸展而支靠在不带电的可移动的触点弹性条54上。靠近下端的杠杆的旋转产生这样的一个效果，即推杆和套筒运动一个小的距离使得与接触弹簧条40、54接合的杠杆的上端产生一个较大的位移，比率大约是2∶1。如果运动被局限在一对焊接的带电的触点对41、44中，那么附加的运动被用来补偿在下端的杆的运动损失。

安装有这样一个控制部件2的水壶在正常使用时，从断开位置(如图所示)，使用者用手移动水壶外部的按扭，该按扭与杠杆16有效地连接，使杠杆快速偏心转换至接通位置，在接通的位置时，杠杆的顶部位于双金属的舌片14附近。在煮沸时，双金属12检测到蒸汽并迅速转换到其热位置，舌片14使杆16迅速偏心转换到其断开的位置，在这个断开的位置，杆的下端促使致动杆32、33支靠致动面48、56并断开触点对。根据本发明的一方面，触点对被设置为依次断开，也就是说，不带电的触点对在带电接触对瞬间之前或之后断开，从而使水壶元件依次脱离不带电的和带电的一侧，减少转换的任何瞬间产生的电势变化，从而减少在第二触点对电弧击穿的危险。这可以通过在相对的两侧构造不同的杆的下端区域来达到，将一个致动面31设置在比另一个致动面的稍微靠前的位置，这样杆32的端部比杆33稍稍之前或之后被接合。另一种可选的方式是，可以将致动杆32、33中的一个做得比另一个长一些。还有一种可选择的方式是，致动杆32、33可以是同样的长度，但带电的接触弹簧条40距杆32的端部的距离不同于不带电弹簧条54距杆33的端部的距离。这些方法的结合或其它做了简单改变的方式都可以被采用来确保触点对的依次地断开。

在煮干的状态，在没有蒸汽时蒸汽检测双金属12不转换。在这种情况下，加热元件的温度会升高到正常工作温度之上。距元件头部最近的干煮转换元件的第一双金属62将首先转换，使得双金属的中心区向后移动，向后推动推杆70并使杠杆74旋转，打开带电触点对41、44，因此断开连接到元件带电端的电源。很短时间之后双金属64转换，移动推杆套筒72到后面，使杠杆76旋转并打开不带电的触点对58、59。时间延迟由第二双金属42相对于第一双金属的精确的转换温度及位于圆盘62和64之间经环66和外部的保护罩10和第三双金属圆盘68的传热路径的热传导性决定。

在冷却时，双金属62、64恢复到其冷却位置，可移动的接触弹簧条40、54的弹性闭合触点对。

万一双金属62或推杆70或杠杆74或触点对41、44的焊接出了问题时，双金属圆盘64或68中的任何一个将在其相应的温度时转变形状，移动杠杆76并打开触点对58、59，以关闭水壶。

因此，该控制部件可以提高安全性而且具有非常紧凑的整体设计。

Claims (18)

1.一种用于装有电加热元件的电热水器的提供过热保护的控制部件，该控制部件包括提供带电的和不带电的传导路径的电导体；一对在所述带电的传导路径中具有一个可移动触点的带电的开关触点对；一对在所述不带电的传导路径中具有一个可移动触点的不带电的开关触点对；响应过热的第一和第二热响应元件；设置在该第一和第二热响应元件之间的致动装置，包括转动地安装的第一和第二杠杆臂，每个杠杆臂有一端与所述热响应元件相连，而另一端分别作用于可移动触点上以在响应过热条件时断开该开关。

2.根据权利要求1所述的控制部件，其特征在于，所述杠杆臂是转动地安装的，使得它们的转动点位于比另一端更靠近与该热响应元件相连的杠杆的一端，因而所述另一端的位移对与该热响应元件相连的该杠杆臂一端的移动被放大。

3.根据权利要求2所述的控制部件，其特征在于该杠杆是绕沿其长度三分之一的距离处转动。

4.根据权利要求1、2或3所述的控制部件，其特征在于，所述第一和第二热响应元件每个包括凹陷的双金属圆盘，当它们的温度超过预定值时发生转换，并且该致动装置包括各自的在该双金属圆盘和该杠杆端部之间伸展的致动器杆。

5.根据权利要求4所述的控制部件，其特征在于，所述双金属圆盘设置成基本上相互平行，最靠近所述杠杆端部的第二双金属圆盘有一个中心孔，该致动器杆包括一个中空的套筒，而所述第一双金属圆盘有一个致动器杆，它穿过第二双金属圆盘的所述中心孔和所述套筒伸展到所述杠杆端部。

6.根据权利要求5所述的控制部件，其特征在于，与该双金属圆盘相连的该杠杆端部相互交叠，与另一个杠杆端部重叠的那个杠杆端部有一个开口，第一圆盘的致动器杆伸展通过该开口并能够无阻挡地移动，但所述致动器套筒不能通过。

7.根据权利要求1所述的控制部件，在过热条件下适合于顺序地断开所述开关的触点对。

8.根据权利要求5所述的控制部件，其特征在于，所述的第二双金属圆盘用一个金属环在其周边间隔地支撑，因而在使用时在热到达第二和第一圆盘时存在一个热延迟。

9.根据权利要求4所述的控制部件，其特征在于，该双金属圆盘基本上有同样的转换温度，因而在过热条件下第一双金属圆盘在第二双金属圆盘之前转换，因而第一双金属圆盘在与第二双金属圆盘相连的开关触点之前通过其相应的杠杆和致动器断开其开关触点。

10.根据权利要求1所述的控制部件，其特征在于，所述可移动开关触点设置在相应的片簧上。

11.根据权利要求4所述的控制部件，其特征在于，还进一步包括一个第三双金属圆盘，其转换温度比所述第一和第二双金属圆盘的转换温度高得多，它作用于该套筒致动器，断开两者的开关触点。

12.根据权利要求11所述的控制部件，其特征在于，所述第三双金属圆盘在过热条件下不可逆转地转换，以便使该电器不能工作。

13.根据权利要求1所述的控制部件，其特征在于，还进一步包括另一个响应水沸腾的热响应元件和适合于作用在所述可移动触点的致动装置，在水沸腾时响应所述热响应元件一个接一个顺序地断开所述开关。

14.根据权利要求13所述的控制部件，其特征在于，所述另一个致动装置包括一个致动杠杆，其一端设置成被所述另一个热响应元件起作用，另一端支靠于分别与所述带电的和不带电的触点对相连的第一对致动杆，并且该杠杆的所述另一端构造成使其在接合另一个致动杆之前接合一个致动杆以提供所述的顺序断开。

15.根据权利要求13所述的控制部件，其特征在于，所述另一个致动装置包括一个致动杠杆，其一端设置成被所述另一个热响应元件起作用，另一端支靠于分别与所述带电的和不带电的触点对相连的第一对致动杆，并且所述触点对设置成其中一对触点对比另一对触点对更靠近所述致动杆以提供所述的顺序断开。

16.根据权利要求13所述的控制部件，其特征在于，所述另一个致动装置包括一个致动杠杆，其一端设置成被所述另一个热响应元件起作用，另一端支靠于分别与所述带电的和不带电的触点对相连的第一对致动杆，并且所述致动杆具有不同的长度以保证所述的顺序断开。

17.根据权利要求13所述的控制部件，其特征在于，所述另一个热响应元件是一个在预定温度下改变其形状的双金属件。

18.根据权利要求13所述的控制部件，其特征在于，所述致动杠杆是一个双稳态弹簧偏置的偏心杠杆。

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