CN2402091Y

CN2402091Y - 液体电加热装置

Info

Publication number: CN2402091Y
Application number: CN 99240762
Authority: CN
Inventors: 曾常飞
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-11-16
Filing date: 1999-11-16
Publication date: 2000-10-18
Anticipated expiration: 2009-11-16

Abstract

本实用新型为液体电加热装置。克服现有加热器不易将容器中的水全部烧开,无安全保护,使用不方便的缺陷。它包括加热管,设置在加热管内的发热元件,在加热管上端设有塞盖体,塞盖体中设有与发热元件相连,并根据所设定的温度控制其电源通断的温控单元,在加热管内发热元件的下端位置设有与温控单元相连的热敏电阻R_T。具有安全可靠,限位启动、断电,自动温控、非正常保护等多重安全性能,有效、卫生、能烧出高质量的饮用开水和全密封结构,使用、清洁非常方便的优点。

Description

液体电加热装置

本实用新型涉及一种液体电加热装置。

现有的电加热器的结构包括加热管，设置在加热管内的电热丝，以及使电热丝固定在加热管中并使其与加热管保持绝缘的氧化镁粉。当将这种结构的电加热器设置在容器的上端口上使用时，由于其中的发热元件是垂直放置的，距离容器的底部有一定的距离，从而导致容器中不同高度位置的水的温升有很大的差别。特别是当液面附近的水层开始沸腾并排出蒸汽时，底部的水并没有达到沸点，经过一段时间，随着沸腾水层的下移，底层的水温才会快速跳跃式上升，最后达到沸点。整个过程的温度一时间特性曲线如图1中所示，其中曲线①代表上层水的温升特性，曲线③代表底层水的温升特性。这种结构的加热器或由于无电器控制，当将容器中的水烧开后，它不会自动断电，会出现容器中水烧干的现象；或由于利用排出的蒸汽来控制断电，断电时不能保证容器底部的水达到沸点。

本实用新型的目的在于提供一种加热、断电控制为一体，依据容器底部的水温来控制电源通断，并有温度保护的液体电加热装置。

为实现本实用新型的目的，所述的液体电加热装置包括加热管，设置在加热管内的发热元件，在所述的加热管上端设有塞盖体，在所述的塞盖体中设有与发热元件相连，并根据所设定的温度控制其电源通断的温控单元，在加热管内所述的发热元件的下端位置设有与温控单元相连的热敏电阻R_T。

附图的图面说明如下：

图1为本实用新型对水加热时水及热敏电阻R_T的温升特性曲线图。

图2为本实用新型的外观结构示意图。

图3为图2的结构装配示意图。

图4为图2中的加热管结构局部剖视图。

图5为图2中的实施例1的温控单元的电路框图。

图6为图2中的实施例2的温控单元的电路框图。

图7为图2中的实施例3的温控单元的电路框图。

图8为图2中的实施例4的温控单元的电路框图。

图9为图5、6、7、8中温控电子开关电路的电路框图。

图10为图9中的实例1电路原理图。

图11为图9中的实例2电路原理图。

图12为图9中的实例3电路原理图。

下面将结合附图，对本实用新型液体电加热装置的实施例作进一步详述：

如图1、2、3和4中所示，液体电加热装置包括加热管1，它是一根单端开口的金属管。发热元件2为线绕电阻丝，在加热管1中填充有热工材料7，它可以是氧化镁粉末，使金属线绕电阻和热敏电阻固定在金属管中，并保持三者之间有良好的电气绝缘。在金属管的上端设有塞盖体3，塞盖体3包括塞体5和塞盖6。电源线10通过塞盖6接于温控单元4上。温控单元4设置在塞体5内，它是由电子器件构成的。其中依据容器底部的水温来控制电源通断的热敏电阻R_T设置在发热元件2的下端，并靠近金属管内封闭端的底部位置，与发热元件2的下端有一距离h₁，金属管上端有两条与温控单元4相连的电阻丝连线8和两条热敏电阻R_T连线9。设计热敏电阻R_T与金属管底端之间的热阻远小于它与发热元件之间的热阻，从而使热敏电阻R_T的温度主要取决于金属管外壳底端的温度。当加热管浸入水中后，管底温度就受到周围水温的钳制。由于热阻的存在，在加热过程中，金属管内热敏电阻R_T的温度比外围水温要高出ΔT₁，当外围的水温达到沸点而停止上升后，受发热元件作用，热敏电阻R_T的温度仍要继续上升ΔT₂才趋于热平衡。热敏电阻R_T温升特性如图1中曲线②所示，只要设计热敏电阻R_T的温度T_K满足(T_沸+ΔT₁)＜T_K＜(T_沸+ΔT₁+ΔT₂)时，温控单元4才关断，则可以保证断电时容器底部的水温已达到沸点。

为避免非正常工作时发生意外，温度保险丝TF设置在发热元件2的端部位置，本实施例为设置在上端位置，温度保险丝TF与发热元件2的上端设有一距离h₂。温度保险丝TF熔断温度是这样设定的；使加热管完全处于空气中，接通发热元件，当管底温度上升到温控单元设定关断温度时，温度保险丝所在位置的温度再增加数十度，即为所选温度保险丝的熔断温度。因此，当温度温控单元4正常时，温度保险丝就不起作用，而当温控单元失效后，温度保险丝则因加热管的异常温升而熔断，从而起到非正常工作时的安全保护功能。

如图5中所示，温控单元4包括输入端接交流电源，输出端接发热元件2的温控电子开关电路。温控电子开关电路的输入端①、②接电源线10，其输出端③、④接设置在金属管中线绕电阻丝。当温控电子开关电路的输入端①、②接交流220V的电压时，温控电子开关电路开启，交流电压经过温控电子开关电路，在其输出端③、④变成全波脉动直流电压，加至接发热元件2的两端。当容器中的水完全沸腾后，热敏电阻R_T温度达到温控单元设计的关断温度，则温控电子开关电路关断，从而停止加热。

如图6中所示，温控单元4还可以是包括与发热元件2串联的双向晶闸管SCR₂，串联后跨接在电源端的电容器C、电阻R或双向稳压管DW，在电容器C、电阻R或双向稳压管DW的连接端与双向晶闸管SCR₂的门极之间接有温控电子开关电路，温控电子开关电路的输出端接有负载电阻R^*。接上交流电源后，由于在双向晶闸管SCR₂的门极与电容器C、电阻R或双向稳压管DW的连接端之间形成一个相移约90度的工作电压，使得温控电子开关电路接通，双向晶闸管SCR₂门极中有电流流过，双向晶闸管SCR₂导通。同理，当温控电子开关电路关断后，门极电流为零，双向晶闸管SCR₂截止，从而切断加热回路。

如图7中所示，温控单元4还可以是包括与发热元件2串联的继电器的常开触点JK；串联后跨接在电源端的电容器C、电阻R；输入端接电阻R两端，输出端并联有续流电阻R^*，以及通过串联的二极管D接继电器的线圈J和滤波电容器C^*的温控电子开关电路。设置电阻R^*是为了使温控电子开关电路导通后能流过一个便于控制的连续性电流。设置和二极管D和电容器C^*是为了使继电器线圈J获得工作所需的直流电压。为使工作稳定，分压电阻R也可用双向稳压管Dw。当接上交流电源后，由于在电阻R两端有一交流电压，使得温控电子开关电路导通，继电器的线圈J通电，其常开触点JK吸合，发热元件2通电加热。同理，当温控电子开关电路关断后，继电器的线圈J无电流通过，常开触点JK复位，从而切断加热回路。

如图8中所示，温控单元4还可以是包括与发热元件2串联的继电器的常开触点JK；初级绕组L₁接交流电源的变压器B；输入端与变压器B的次级绕组L₂相连，输出端并联有续流电阻R^*，以及通过串联的二极管D接继电器的线圈J和滤波电容器C^*的温控电子开关电路。当接上交流电源后，由于变压器B次级输出有一交流电压，使得温控电子开关电路导通，继电器的线圈J通电，其常开触点JK吸合，发热元件2通电加热。同理，当温控电子开关电路关断后，继电器的线圈J无电流通过，常开触点JK复位，从而切断加热回路。

如图9中所示，所述的温控电子开关电路包括整流桥BR；接在整流桥BR输出端的触发电路；接在整流桥BR输出端，并由触发电路控制开启的导通维持电路。

如图10、11、12中所示，所述的触发电路包括接于整流桥BR输出端之间的二极管D₁、电容器C₁和电阻R₃，并接在电容器C₁和电阻R₃之间的电阻R₂。为使在电容器C₁上产生一个稳定的电压，可在所述的二极管D₁和整流桥BR的正极之间串联有电阻R₁，在所述的二极管D₁、电容器C₁和电阻R₃的串联支路两端并接有稳压二极管D₂。当整流桥BR输入端加有交流压电时，便在其输出端产生带有系列过零点的全波脉动直流电压。该电压经电阻R₁、二极管D₁对电容器C₁充电，充电电流在电阻R₃上形成一个脉冲电压，加到单向晶闸管SCR₁的控制极上，使其导通。整流桥BR断电后，电容器C₁两端的电压经电阻R₂、R₃回路放电，一定时间后再加电，电容器C₁被重新充电，电阻R₃两端又产生一个脉冲触发电压，使单向晶闸管SCR₁重新导通。

如图10、11中所示，所述的导通维持电路包括串接于整流桥BR输出端的单向晶闸管SCR₁；负极接整流桥BR正极的二极管D₅：正极通过电阻R₄或直接接在整流桥BR输出端正极支路上的二极管D₄，所谓正极支路也就是整流桥BR正极至输出端③之间的正电位支路；接在二极管D₄负极和二极管D₅正极间的热敏电阻R_T；该热敏电阻R_T为突变型的PTC元件。以及接在整流桥BR负极和热敏电阻R_T上的电容器C₂。如图10中所示，单向晶闸管SCR₁的阳极接于整流桥BR的正极，单向晶闸管SCR₁的控制极通过二极管D₃接于电容器C₁和电阻R₃的连接点。二极管D₄也可以通过电阻R₄或直接接在单向晶闸管SCR₁的阳极上。如图11中所示，也可以是单向晶闸管SCR₁的阴极接于整流桥BR的负极，单向晶闸管SCR₁的控制极直接接于电容器C₁和电阻R₃的连接点。

在图10、11中，当单向晶闸管SCR₁被触发导通后，电源脉动电压经电阻R₄、二极管D₄、热敏电阻R_T对电容器C₂充电，在电容器C₂两端形成一电压。电阻R₄用于调整电路的充电时间常数。当整流桥BR正极电压小于

-0.7伏时，二极管D₅导通，电压

经二极管D₅、单向晶闸管SCR₁及其负载回路产生一个放电电流I_放，设计该电流值大于单向晶闸管SCR₁的维持电流，则可保持单向晶闸管SCR₁持续导通。随着加热管1温度的升高，热敏电阻R_T的阻值缓缓增大，但充电电流仍基本保持不变，一旦温度升高达到热敏电阻R_T突变温度时，R_T的电阻值剧增，充电电流锐减，电压

减小，使电流I_放小于单向晶闸管SCR₁的维持电流，单向晶闸管SCR₁便在电压过零处关断，从而切断加热回路。电容器C₂也可以接在二极管D₄的负极和整流桥BR负极之间。此时当温度升高，上述放电电流I_放直接随热敏电阻R_T的增大而减小。同理，使单向晶闸管SCR₁关断，从而切断加热回路。当加热管1温度下降后，热敏电阻R_T阻值减小，但因单向晶闸管SCR₁没有触发电压，故将一直维持关断状态，容器中的水不会出现反复烧开现象。

如图12中所示，所述的导通维持电路还可以是串接于整流桥BR正极的单向晶闸管SCR₁；负极接单向晶闸管SCR₁的控制极的二极管D₅；正极通过电阻R₄或直接接单向晶闸管SCR₁的阴极的二极管D₄；接在二极管D₄负极和二极管D₅正极间的热敏电阻R_T，该热敏电阻R_T为突变型的PTC元件。以及接在整流桥BR负极和热敏电阻R_T上的电容器C₂：单向晶闸管SCR₁的控制极通过二极管D₃接于电容器C₁和电阻R₃的连接点。

在图12中，当单向晶闸管SCR₁被触发导通后，电源脉动电压经电阻R₄、二极管D₄、热敏电阻R_T对电容器C₂充电，在电容器C₂两端形成一电压

。电阻R₄用于调整电路的充电时间常数。当单向晶闸管SCR₁的控制极电压小于

-0.7伏时，二极管D₅导通，电压

经二极管D₅、单向晶闸管SCR₁的控制极、阴极及其负载回路产生一个放电电流I_放，设计该电流值大于单向晶闸管SCR₁导通所需的触发电流值，并保持到脉动电压的下一个周期，则可保持单向晶闸管SCR₁持续导通。随着加热管1温度的升高，热敏电阻R_T的阻值缓缓增大，但充电电流仍基本保持不变。一旦温度升高达到热敏电阻R_T突变温度时，P_T的电阻值剧增，充电电流锐减，电压

减小，使电流I_放小于单向晶闸管SCR₁导通所需的触发电流值，单向晶闸管SCR₁便在电压过零处关断，从而切断加热回路。电容器C₂也可以接在二极管D₄的负极和整流桥BR负极之间。此时当温度升高，上述放电电流I_放直接随热敏电阻R_T的增大而减小。同理，使单向晶闸管SCR₁关断，从而切断加热回路。当加热管1温度下降后，热敏电阻R_T阻值减小，但因单向晶闸管SCR₁没有触发电压，故将一直维持关断状态，容器中的水不会出现反复烧开现象。在图10、11、12中，热敏电阻P_T还可以采用突变型的NTC元件，此时，只需将原突变型的PTC元件改为固定电阻，再在端④、⑤跨接突变型的NTC元件即可。当温度的升高，NTC元件的阻值减小，使电容器C₂的充电电流减小；一旦温度升高达到NTC元件突变温度时，其电阻值剧减，同理，使单向晶闸管SCR₁关断。

为防止在非适用场合被触发通电，在温控单元中，还设有常开型万向水银开关K，其动作角为15°～20°。在导通维持电路中设有一端接二极管D₅正极另一端接整流桥BR负极的常开型万向水银开关K，当水银开关K导通时，二极管D₅中无放电电流流过。这样，只要本装置与垂直方向的倾角大于水银开关的动作角，导通中的单向晶闸管SCR₁便自动关断，而且装置只有在接近垂直状态放置时被加电，方可启动加热，若此时装置处在空气中，则因金属管内温度快速升高，温控单元在很短的时间内便自动关断电源，形成自身保护，从而较好地解决了装置被非正常使用时的安全性问题。温控单元中除热敏电阻R_T安装在发热管内以外，其余所有元件均安装在塞盖体的空腔内。发光二极管D₆用于指示温控单元的通、断状态。

本实用新型由于采用在加热管上塞盖体中设有与发热元件相连，并根据所设定的温度控制其电源通断的温控单元，在加热管内所述的发热元件的下端位置设有与温控单元相连的热敏电阻R_T，相比于现有技术，具有以下优点：①安全可靠，具有限位启动、断电，自动温控、非正常保护等多重安全性能，②有效、卫生、能烧出高质量的饮用开水。③一体的全密封结构，使用、清洁非常方便。

Claims

1.一种液体电加热装置，包括加热管(1)，设置在加热管内的发热元件(2)，其特征是在所述的加热管(1)上端设有塞盖体(3)，在所述的塞盖体(3)中设有与发热元件(2)相连，并根据所设定的温度控制其电源通断的温控单元(4)，在加热管(1)内所述的发热元件(2)的下端位置设有与温控单元(4)相连的热敏电阻R_T。

2.根据权利要求1所述的液体电加热装置，其特征是所述的温控单元(4)包括输入端接交流电源，输出端接发热元件(2)的温控电子开关电路。

3.根据权利要求1所述的液体电加热装置，其特征是所述的温控单元(4)包括与发热元件(2)串联的双向晶闸管SCR₂，串联后跨接在电源端的电容器C、电阻R或双向稳压管DW，在电容器C、电阻R或双向稳压管DW的连接端与双向晶闸管SCR₂的门极之间接有温控电子开关电路，温控电子开关电路的输出端接有电阻R^*。

4.根据权利要求1所述的液体电加热装置，其特征是所述的温控单元(4)包括与发热元件(2)串联的继电器的常开触点JK；串联后跨接在电源端的电容器C、电阻R；输入端接电阻R两端，输出端并联有续流电阻R^*，以及通过串联的二极管D接继电器的线圈J和滤波电容器C^*的温控电子开关电路。

5.根据权利要求1所述的液体电加热装置，其特征是所述的温控单元(4)包括与发热元件(2)串联的继电器的常开触点JK；初级绕组L₁接交流电源的变压器B；输入端与变压器B的次级绕组L₂相连，输出端并联有续流电阻R^*，以及通过串联的二极管D接继电器的线圈J和滤波电容器C^*的温控电子开关电路。

6.根据权利要求2、3、4或5所述的液体电加热装置，其特征是所述的温控电子开关电路包括整流桥BR；接在整流桥BR输出端的触发电路；接在整流桥BR输出端，并由触发电路控制开启的导通维持电路。

7.根据权利要求6所述的液体电加热装置，其特征是所述的触发电路包括接于整流桥BR输出端之间的二极管D₁、电容器C₁和电阻R₃，并接在电容器C₁和电阻R₃之间的电阻R₂。

8.根据权利要求6所述的液体电加热装置，其特征是所述的导通维持电路包括串接于整流桥BR输出端的单向晶闸管SCR₁；负极接整流桥BR正极的二极管D₅；正极接整流桥BR输出端正极支路上的二极管D₄；接在二极管D₄负极和二极管D₅正极间的热敏电阻R_T，以及接在整流桥BR负极和热敏电阻R_T上的电容器C₂；单向晶闸管SCR₁的控制极通过二极管D₃或直接接于电容器C₁和电阻R₃的连接点。

9.根据权利要求6所述的液体电加热装置，其特征是所述的导通维持电路包括串接于整流桥BR正极的单向晶闸管SCR₁；负极接单向晶闸管SCR₁的控制极的二极管D₅；正极接单向晶闸管SCR₁的阴极的二极管D₄；接在二极管D₄负极和二极管D₅正极间的热敏电阻R_T，以及接在整流桥BR负极和热敏电阻R_T上的电容器C₂；单向晶闸管SCR₁的控制极通过二极管D₃接于电容器C₁和电阻R₃的连接点。

10.根据权利要求8所述的液体电加热装置，其特征是在所述的导通维持电路中设有一端接二极管D₅正极另一端接整流桥BR负极的常开型万向水银开关K。

11.根据权利要求1、2、3、4或5所述的液体电加热装置，其特征是在所述的加热管(1)内设置有与发热元件(2)的端部保持有一距离h₂的温度保险丝TF。