專利名稱：節(jié)能水加熱器的控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水加熱器，特別是涉及具有電子控制系統(tǒng)的電水加熱器。
典型的電水加熱器根據(jù)水加熱器的尺寸和用途具有一個或多個電加熱的加熱元件，以對水膽內(nèi)的水進(jìn)行加熱。各元件通常安裝在水膽的側(cè)壁上。另外，在設(shè)計上包括兩個元件，各元件通常以相互間隔的方式安裝在水膽上。這種結(jié)構(gòu)具有一些缺點。許多電水加熱器不能有效地利用能源，相應(yīng)地，使用成本很高。某些電水加熱器試圖更有效地工作，然而，這些裝置或者設(shè)計復(fù)雜，或者難于實施。
針對上述情況，開發(fā)了本發(fā)明的技術(shù)方案，以克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺點。
根據(jù)一個方面，水加熱器包括一個水容器；至少一個設(shè)置在水容器內(nèi)對水進(jìn)行加熱的元件；至少一個用于感知水溫的傳感器；和一個控制器，其通過把感知到的溫度與控制溫度相比較而對至少一個元件進(jìn)行操作。
根據(jù)本發(fā)明的另外一個方面，水加熱器包括一個水容器；設(shè)置在水容器內(nèi)用于對水進(jìn)行加熱的一對元件；設(shè)置在水容器內(nèi)用于感知水溫的一對傳感器；和一個控制器，其通過把來自各傳感器的溫度信息與控制溫度相比較而確定元件的操作。
通過本發(fā)明的附圖、詳細(xì)說明和所附的權(quán)利要求書，本發(fā)明的各種實施例的其它優(yōu)點對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員會變得一目了然。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的水加熱器的前視圖，其中的虛線表示了水加熱器的內(nèi)部部分。
圖2是如圖1所示的水加熱器的側(cè)視圖，部分結(jié)構(gòu)由橫截面表示。
圖3是如圖1所示的水加熱器和用戶界面的透視圖。
圖4A和4B分別是根據(jù)本發(fā)明的水加熱器的側(cè)視圖和前視圖。
圖5是根據(jù)本發(fā)明的水加熱器的控制系統(tǒng)的電路圖。
圖6是根據(jù)本發(fā)明的水加熱器的控制系統(tǒng)的流程圖。
圖7是如圖1所示的水加熱器的加熱元件的另外一個實施例的側(cè)視圖，部分結(jié)構(gòu)由橫截面表示。
圖8是如圖7所示的加熱元件的安裝底座的透視圖。
圖9是如圖8所示的安裝底座的側(cè)視圖。
圖10是如圖7所示的加熱元件的傳感器的分解俯視圖。
圖11是如圖10所示的傳感器的側(cè)視圖。
可以看出，下面的說明是通過特定的實施例對附圖進(jìn)行解釋，而不是限定或限制本發(fā)明，本發(fā)明由所附權(quán)利要求書進(jìn)行限定。
現(xiàn)在看附圖，特別是看附圖1-4B，附圖標(biāo)記“10”表示本發(fā)明的電力水加熱器。水加熱器10包括外罩12，該外罩12圍繞著泡沫絕緣材料14。泡沫絕緣材料14圍繞著水膽16。上盤18在上端蓋住外罩12，而底盤20在下端蓋住外罩12。水膽16上部的入口22使冷水通過下垂管23進(jìn)入水膽。類似地，出口24使熱水流出水膽16上部。
水加熱器10還包括一個或多個加熱元件，這些加熱元件包括任何可商業(yè)獲得的加熱元件。在水膽16上，特別是在水膽16的側(cè)壁上，安裝著一對加熱元件26。加熱元件26與電控制器28電連通，在該實施例中，電控制器28設(shè)置在上盤18的凹部30內(nèi)，電控制器28也可設(shè)置在上盤18的罩內(nèi)。加熱元件26可以本領(lǐng)域的技術(shù)人員熟知的任何方法安裝在水膽16的側(cè)壁上，如通過螺紋46安裝，特別是，加熱元件26由塑料蓋32封閉，該塑料蓋32卡口嵌入外罩12上的孔內(nèi)。上泡沫塞34圍繞著上加熱元件26，并且在水膽16和外罩12之間延伸。類似地，下泡沫塞36圍繞著加熱元件26和插口38。泡沫塞36也在外罩12和水膽16之間延伸。
在該實施例中，每個加熱元件26包括一根部27、一電阻加熱器29、一熱敏電阻傳感器44和一對熱敏電阻連接器45。熱敏電阻傳感器44設(shè)置在根部27上，位于電阻加熱器29的兩個腿部之間。電控制器28通過導(dǎo)線40與加熱元件26相連。在其它的沒有示出的實施例中，電控制器28可與加熱元件26無線通訊，例如通過射頻、紅外線或其它適當(dāng)?shù)拿浇?。?dǎo)線40穿過外罩12和水膽16之間的空間在電控制器28和加熱元件26之間延伸。該空間的其它部分由絕緣材料14充滿。導(dǎo)線40可這樣定位，泡沫形成液體在發(fā)泡過程中直接在導(dǎo)線40周圍成形。另外，如果需要的話，導(dǎo)線40可定位于在泡沫中形成的通道內(nèi)，如筒、管等。電控制器28是用戶界面，在該實施例中，電控制器28包括一水溫調(diào)節(jié)盤42，該水溫調(diào)節(jié)盤42可以轉(zhuǎn)動，以選擇不同的水溫，使水膽16內(nèi)的水保持在該水溫狀態(tài)。
根據(jù)電控制器28和加熱元件26的一個實施例的連接和操作細(xì)節(jié)如圖5和6所示。熱敏電阻44以傳統(tǒng)方式通過熱敏電阻連接器45連接至電控制器28。電阻加熱器29也通過加熱器控制板47上繼電器50連接至加熱器控制板47。電能通過電源48提供給系統(tǒng)，電源48包括熔斷絲49和49’，以在電流激增的情況下切斷系統(tǒng)。
特別是，加熱器控制板47包括電控制電路，以控制水加熱器的操作，這在下文詳細(xì)說明。這樣的電控制電路可包括本領(lǐng)域的技術(shù)人員熟知的數(shù)個電子元件，如固態(tài)晶體管及其偏置元件，一個或多個等同的可編程的邏輯芯片。電控制電路還可包括可編程的只讀存儲器(PROM)、隨機(jī)存儲器(RAM)和微處理器。這些元件的結(jié)構(gòu)和/或編程可采用本領(lǐng)域的技術(shù)人員熟知的任何種形式，以完成下文說明的水加熱器的操作。
當(dāng)需要熱水時，熱水通過出口24流出，而冷水通過入口22流入。熱敏電阻44在水膽側(cè)壁的內(nèi)側(cè)探測水膽16內(nèi)的水溫。根部27的溫度反映了水膽16內(nèi)的水溫。然后，熱敏電阻44通常以電信號的形式把溫度消息輸送給控制器28。
在一個實施例中，控制器28以預(yù)定的差動溫度進(jìn)行編程，以確定控制器28激活加熱元件26的溫度。如果需要的話，差動溫度可以上可改變的。當(dāng)水膽16內(nèi)的水溫下降到差動溫度時，控制器28探測到來自熱敏電阻44的溫度消息，并且激活加熱元件26。加熱元件26在激活狀態(tài)下繼續(xù)對水進(jìn)行加熱，直至來自熱敏電阻44的溫度消息表明水溫已經(jīng)達(dá)到了預(yù)定的設(shè)置點。
該預(yù)定的設(shè)置點可以通過調(diào)節(jié)盤42進(jìn)行選擇，并且是可以改變的。當(dāng)控制器28探測到預(yù)定的設(shè)置點已經(jīng)達(dá)到時，控制器28切斷加熱元件26。預(yù)定的設(shè)置點通常具有可改變的設(shè)置，以切斷加熱元件26。這樣的可選擇的設(shè)置通常在90°F至180°F之間。激活加熱元件26的差動溫度可以根據(jù)要完成的任務(wù)進(jìn)行改變。
根據(jù)本發(fā)明的另外一個實施例，控制器28進(jìn)行編程，以利用下熱敏電阻44驗證上熱敏電阻44的操作。特別是，在該實施例中，上熱敏電阻44既用于探測溫度條件，又用于控制上加熱元件26的功能。為此，系統(tǒng)需要安全考慮，以保證上熱敏電阻44的讀數(shù)正確。
控制器28以預(yù)定的時間間隔監(jiān)測上下熱敏電阻44探測到的溫度，以驗證操作。特別是，控制器28的編程使之成為迅速的狀態(tài)指示器，和/或根據(jù)由上下熱敏電阻44探測到的溫度和貯存在控制器28內(nèi)的預(yù)定值之間的溫差比較，調(diào)節(jié)水加熱器的操作。例如，在一個特別推薦的實施例中，控制器28這樣編程，每當(dāng)下加熱元件26關(guān)閉時，比較上下熱敏電阻44之間的溫度。在該實施例中，當(dāng)下加熱元件26剛剛關(guān)閉時，由上下熱敏電阻44探測到的溫度應(yīng)該大致相同。原因是，電力水加熱器10不“分層”。分層是指水膽從底部到頂部具有溫度梯度。例如，一旦對水膽16內(nèi)的水實施加熱，上加熱元件26對水膽上部的水進(jìn)行再加熱的速度很快，而下加熱元件26對水膽下部的水進(jìn)行加熱的速度則要慢得多。隨著水膽16下部的水溫達(dá)到設(shè)置點，來自各加熱元件26的對流開始使水膽16上部的熱水和水膽下部的溫水相混合。結(jié)果，該對流有優(yōu)點地使整個水膽16內(nèi)的水循環(huán)，從而使整個水膽16內(nèi)的水在本質(zhì)上達(dá)到均勻的溫度，更特別是，當(dāng)下加熱元件26關(guān)閉時，達(dá)到了均勻的溫度。
特別是，在該實施例中，控制器28這樣進(jìn)行編程，當(dāng)下加熱元件26關(guān)閉時，在連續(xù)兩次讀數(shù)過程中發(fā)現(xiàn)上下熱敏電阻44之間具有10°F或更大的差別的情況下，控制器28關(guān)閉，更有優(yōu)點的是，還發(fā)出一錯誤信息?？梢岳斫?，控制器28也可以這樣編程，在上下熱敏電阻之間具有任意需要的溫差和在任何需要數(shù)量的重復(fù)性之后，控制器28關(guān)閉系統(tǒng)，和/或發(fā)出一錯誤信息。在該方式下，上熱敏電阻44的失效、誤操作或其它不適當(dāng)?shù)牟僮鳁l件都可以探測到。例如，熱敏電阻通常不會斷開或短路，它們罕見以如此方式失效，即導(dǎo)致電阻增加但沒有斷開。在某些情況下，熱敏電阻可能沒有與水膽良好接觸，可能暴露在低溫環(huán)境下，這會導(dǎo)致熱敏電阻產(chǎn)生不準(zhǔn)確的讀數(shù)。
特別是，水加熱器10具有如此的附加特征，可以理解，不是這些特征中的每一個都需要在一個實施例中同時出現(xiàn)，盡管如此，上下加熱元件26中的其中一個或兩個的失效都可以探測到。為此，控制器28這樣進(jìn)行編程，在鄰近被通電的加熱元件處，特別是在被通電的加熱元件上方，始終監(jiān)測水溫的變化。在該情況下，控制器28分別在上下加熱元件26的上方監(jiān)測上下熱敏電阻44?？刂破?8這樣進(jìn)行編程，在相應(yīng)加熱元件26被通電后的限定的時間內(nèi)，根據(jù)預(yù)定溫度，通過每個熱敏電阻44監(jiān)測水溫的變化。
可以理解，控制器28這樣進(jìn)行編程，限定的時間可以設(shè)定為任何理想的數(shù)值，預(yù)定溫度也可以設(shè)定為任何理想的數(shù)值，盡管如此，限定的時間設(shè)定為1小時，預(yù)定溫度為2度。例如，限定的時間設(shè)定為更長或更短，預(yù)定溫度設(shè)定為更高或更低，都是可能的。特別是，控制器28這樣進(jìn)行編程，識別出由上下加熱元件26中的其中一個探測到的溫度變化在限定的時間結(jié)束為止何時沒有增加到至少達(dá)到預(yù)定溫度，這表明有一個相應(yīng)的元件有缺陷。
在該實施例中，控制器28識別出由熱敏電阻44感知到的溫度變化在相應(yīng)加熱元件26被通電后的1小時內(nèi)何時沒有增加到2度。另外，控制器28也可這樣進(jìn)行編程，當(dāng)探測到有缺陷的元件時，采取進(jìn)一步的步驟。控制器28這樣進(jìn)行編程，當(dāng)探測到有缺陷的元件時，發(fā)出一個錯誤信號，同時，水加熱器10繼續(xù)工作，特別是采用另外一個加熱元件26。
下面根據(jù)一個推薦實施例詳細(xì)解釋在探測到上下加熱元件26中的其中一個失效之后控制器28的操作過程。一旦下加熱元件26失效，控制器28使水加熱器10繼續(xù)工作，方式與探測到失效之前相同。在這樣的方式下，水膽16內(nèi)的水溫仍然是熱的，原因是上加熱元件26仍然在加熱。在長時間工作之后，水加熱器10內(nèi)的熱水?dāng)?shù)量會減少。在該實施例中，控制器28這樣進(jìn)行編程，其發(fā)出一個關(guān)于加熱元件26其中一個失效的錯誤信號，這在下文詳細(xì)說明。相應(yīng)地，在下加熱元件26失效之后的操作中，使用者會注意到熱水?dāng)?shù)量的減少，這將警告使用者有潛在的問題，即使沒有收到錯誤信號，或沒有被使用者注意到。
一旦上加熱元件26失效，控制器28的操作賦予下加熱元件26以優(yōu)先權(quán)，這有效地關(guān)閉了上加熱元件26，僅僅由下加熱元件26對水膽16內(nèi)的水進(jìn)行加熱。水加熱器10以這樣的方式繼續(xù)工作，直至使用者收到和/或注意到了錯誤信號，或使用者注意到了可使用的熱水?dāng)?shù)量的減少。
如上所述，水加熱器10尤其是這樣的，一旦探測到傳感器和加熱元件有失效或誤操作的情況，控制器28發(fā)出一個錯誤信號。根據(jù)這個特征，任何現(xiàn)有技術(shù)中熟知的可視和/或可聽的報警方式都可用于該目的。如圖3所示，可視顯示器59有優(yōu)點的是LED顯示器，并且安裝在加熱器控制板47上，盡管也可設(shè)置其它類型的顯示器和安裝在水加熱器10的其它位置。
在實施過程中，為此目的可采用一個或多個現(xiàn)有技術(shù)中熟知的LED裝置，這些裝置在容納控制器28的接線盒的外側(cè)是可視的。在該實施例中，采用了一個LED顯示器，其操作方式如下。當(dāng)沒有探測到的系統(tǒng)問題時，LED穩(wěn)定地發(fā)光。探測到有系統(tǒng)問題時，來自控制器28的錯誤信號導(dǎo)致LED發(fā)出閃光。另外，控制器28有優(yōu)點的是這樣編程，根據(jù)系統(tǒng)問題的性質(zhì)，如“干燒”(dry fire)、熱敏電阻斷開或短路、失效的元件和失準(zhǔn)或給出不準(zhǔn)確讀數(shù)的熱敏電阻，錯誤信號導(dǎo)致LED發(fā)出特定順序的閃光?？梢岳斫猓@示器的性質(zhì)可以選擇，需要的情況下可以取消。
在本發(fā)明的另外一個實施例中，水加熱器10可包括節(jié)能特性?？刂破?8可以這樣編程，以節(jié)能方式使水加熱器10工作。水加熱器10可僅以節(jié)能方式工作，也可以作為選擇包括節(jié)能循環(huán)，這種選擇可以從各種操作方式中進(jìn)行選擇。例如，控制器28可以這樣編程，使水加熱器10既可以通常方式工作，也可以節(jié)能方式工作。在通常方式工作下，控制器28的操作試圖使水膽16內(nèi)的水在本質(zhì)上達(dá)到均勻的溫度，更特別是，達(dá)到均勻的溫度。如上所述，控制器28監(jiān)測著一個或多個熱敏電阻44的溫度，然后，把監(jiān)測到的溫度與預(yù)定值進(jìn)行比較，以控制各元件26。通常工作方式或節(jié)能工作方式的選擇可在調(diào)節(jié)盤上進(jìn)行，如在如圖1和2所示的盤42上進(jìn)行。
在節(jié)能方式工作下，控制器28可以這樣編程，以調(diào)節(jié)水膽16內(nèi)的水溫，從而減少能量的消耗，但還可以提供足夠的熱水。為此，控制器28有優(yōu)點地把由一個或多個熱敏電阻44探測到的溫度和經(jīng)過編程的控制溫度即設(shè)定的溫度進(jìn)行比較，以控制一個或多個加熱元件26的操作。當(dāng)監(jiān)測到的溫度與控制溫度之間具有理想大小的變化時，控制器28對控制溫度調(diào)節(jié)一個確定的量。對控制溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)的確定的量，以及監(jiān)測到的溫度與控制溫度之間的相應(yīng)的變化量都可以在控制器28中進(jìn)行預(yù)編程。特別是，在具有多個元件26和傳感器44的實施例中，如圖1-11所示，當(dāng)?shù)谝换虻诙鞲衅鞅O(jiān)測到的溫度與控制溫度之間具有理想大小的變化時，控制器28對控制溫度調(diào)節(jié)一個確定的量。
根據(jù)一個特別推薦的實施例，以節(jié)能方式工作的控制器28的初始操作使水膽16內(nèi)的水在本質(zhì)上保持均勻的溫度，更特別是，保持均勻的溫度。控制器28這樣編程，每當(dāng)下加熱元件26需要加熱時，控制溫度減少一個確定的量。在一個實施例中，減少控制溫度的一個確定的量是0.2°F，盡管可以理解，減少控制溫度的一個確定的量可以是任何間隔。
另外，控制器28有優(yōu)點地監(jiān)測由下熱敏電阻44探測到的溫度，把溫度和控制溫度進(jìn)行比較，以控制下加熱元件26的操作?？刂破?8這樣編程，當(dāng)監(jiān)測到的溫度比控制溫度小一個理想量時，下加熱元件26通電。當(dāng)監(jiān)測到的溫度比控制溫度小任何一個溫度值時，加熱元件26通電，以進(jìn)行操作，盡管可以選擇任何其它間隔啟動下加熱元件26的操作。如上所述，控制器28這樣編程，每當(dāng)下加熱元件26需要加熱時，控制溫度都被減小。在其它實施例中，控制器28可以這樣編程，根據(jù)其它因素減小控制溫度，如下加熱元件26每間隔一次需要加熱時，減小控制溫度。
在水加熱器10以節(jié)能方式持續(xù)工作之后，由于溫度調(diào)節(jié)作用，水膽16內(nèi)的水溫從初始的控制溫度下降到較低的溫度。這個特定的過程將繼續(xù)下去，直至水膽16上部的水溫下降到使上加熱元件通電的點，例如，這可以是由于熱損失而發(fā)生，但主要是使用了熱水的結(jié)果。例如，一般熱水和冷水相混合，以獲得理想溫度。熱水和冷水的比例取決于熱水和冷水各自的溫度。隨著控制溫度持續(xù)下降，較大比例的熱水將用于熱水/冷水的混合體中。相應(yīng)地，隨著熱水溫度的下降，說明熱水的使用數(shù)量增加了。在上加熱元件26通電的情況下，水膽16內(nèi)仍然有熱水剩余，但不希望使用數(shù)量超過這個點，以保證在后續(xù)的使用期間有足夠的熱水?dāng)?shù)量。
在該實施例中，控制器28這樣編程，當(dāng)上加熱元件26通電并且對水膽16內(nèi)的水進(jìn)行加熱時，把控制溫度提高一個確定的量。在一個推薦實施例中，提高控制溫度的一個確定的量是3°F，盡管需要時提高控制溫度的一個確定的量可以是任何間隔。如上所述，控制器28這樣編程，以監(jiān)測由上熱敏電阻44探測到的溫度，然后，把該溫度和控制溫度進(jìn)行比較，以控制上加熱元件26的操作。在該實施例中，當(dāng)監(jiān)測到的溫度比控制溫度小一個理想量時，上加熱元件26通電，并且提高控制溫度，在該實施例中，這對應(yīng)于低于控制溫度的任何溫度。
在溫度上升步驟之后數(shù)次下調(diào)溫度的循環(huán)導(dǎo)致貯存的水溫達(dá)到平衡點，這使水的貯存溫度足夠高，以滿足每個人的需要，而溫度不太高。在上述實施例中，每當(dāng)下加熱元件26被通電時，控制器28使溫度下降0.2°F，每當(dāng)上加熱元件26被通電時，控制器28使溫度上升3°F。
水溫達(dá)到平衡點時，1/15的比例就足夠大地導(dǎo)致上加熱元件26被通電。然而，如果溫度提高步長修改為2°F，比例就是1/10。相應(yīng)地，下降步長和上升步長的值將改變水膽16內(nèi)的平衡點和溫度波動速度。如上所述，下降步長和上升步長的任何理想比例都可以采用，下降步長和上升步長可以是任何理想的間隔數(shù)值。
另外，相對于水膽的尺寸的水的使用數(shù)量也與平衡點有關(guān)。在相對于水的使用數(shù)量采用超大水膽尺寸的實施例中，溫度的降低可能是巨大的。在采用幾乎適當(dāng)或超小水膽尺寸以支持水的使用數(shù)量的實施例中，上加熱元件通電時的比例大于1/15，水溫可能不降低。
特別是，上加熱元件26通電時的比例也具有上限和下限。例如，在上加熱元件26通電時的比例大于1/5時，使用者可以開始經(jīng)歷沒有熱水的狀態(tài)。另外一個極端是，如果下降步長太小，例如僅1/100的比例就導(dǎo)致上加熱元件26通電，貯存溫度的下降就微乎其微。
另外，上升步長的尺寸可有優(yōu)點地低達(dá)1度或高達(dá)10度。例如，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，水溫變化的梯度變化大于10度對使用者是疼痛和危險的。無論如何，在該實施例中，如果理想的話，較小或較大的上升步長都可采用，也可在其它的實施例中采用。
另外，在該實施例中，上升步長和下降步長的控制限度都有優(yōu)點地由數(shù)字控制器的分辨率進(jìn)行限制，水不以低于大約110°F的溫度貯存。沒有發(fā)現(xiàn)低于110°F的溫度可提供滿意的溫度，即使具有100％的熱水流。特別是，水溫也不調(diào)節(jié)得比初始控制溫度或設(shè)定點更熱。理想的情況是，把水溫提高到高于設(shè)定點是使用者的有意識的決策，為了安全和其它的原因不是自動化的。可以理解，在理想的情況下，可以采用其它最大和最小的控制溫度和間隔。
該實施例的一個優(yōu)點是，當(dāng)被貯存的水的溫度下降時，節(jié)能效果是明顯的。例如，如果把35度的控制溫度降低至110°F，在68°F的室溫下，熱損耗的減少達(dá)37.3％。如果室溫是80°F的下，熱損耗的減少達(dá)45％。在典型的情況下，這種控制溫度的降低使總的能量成本降低大約5％。
如果需要的話，水加熱器10也可包括附加的特征。例如，在另外一個實施例中，控制器28還可包括鎖定設(shè)定點，特別是，該鎖定設(shè)定點小于210°F。當(dāng)水溫達(dá)到不正常的設(shè)定點時，該控制鎖定防止元件26被通電，控制器28不允許元件26被通電，直至控制器28通過切斷電源然后重新接通電源而被復(fù)位。這可由控制器28自動完成，從而減少并且可能不需要機(jī)械的復(fù)位控制。這樣的復(fù)位可在控制器28上的復(fù)位用戶界面31上進(jìn)行操作。傳感器44的感知能力是這樣的，在從水膽16內(nèi)僅僅抽出大約1.5加侖水之后，元件26就可被通電和斷電。而在現(xiàn)有技術(shù)中，要抽出大約3.0加侖水。
下面說明實現(xiàn)水加熱器操作的特定的操作步驟。當(dāng)水加熱器控制系統(tǒng)剛剛開始啟動時，加熱器控制板47的控制電路記錄在下加熱元件26處的初始溫度，然后，使下加熱元件26通電10秒鐘，然后，斷電2分鐘。然后，加熱器控制板47記錄在下加熱元件26處的由熱敏電阻44測試到的終了溫度，并且計算初始溫度終了溫度之間的溫度差。
如果該溫度差大于5度，加熱器控制板47通過繼電器50使兩個元件26都斷電。然后，加熱器控制板47檢查系統(tǒng)電源是否已經(jīng)關(guān)閉或通過電源48復(fù)位。一旦系統(tǒng)已經(jīng)復(fù)位，加熱器控制板47就開始啟動該過程。
然而，如果該溫度差小于5度，加熱器控制板47就使下加熱元件26通電，以對水膽16內(nèi)的水加熱，直至溫度達(dá)到溫度調(diào)節(jié)盤42上設(shè)定的溫度。
如果溫度調(diào)節(jié)盤42的溫度小于110°F，上加熱元件26保持?jǐn)嚯?。否則，加熱器控制板47檢查上加熱元件26處的熱敏電阻44的溫度。如果上加熱元件26處的熱敏電阻44的溫度等于溫度調(diào)節(jié)盤42的溫度減去5°F，加熱器控制板47就不使上加熱元件26通電，直至上加熱元件26處的熱敏電阻44的溫度小于通電溫度(通常為溫度調(diào)節(jié)盤42上設(shè)定的溫度減去某個增量，如5°)減去5°F。然后，加熱器控制板47使上加熱元件26通電。
以傳統(tǒng)方式繼續(xù)對水膽16內(nèi)的水加熱，直至達(dá)到溫度調(diào)節(jié)盤42的斷電溫度。
通過以上述方式對上下加熱元件26通電，可取得顯著的優(yōu)點。例如，通過對加熱元件短時間(如5-10秒)并且探測熱敏電阻的溫度，加熱器控制板47就可防止在“干燒”狀態(tài)下長時間被通電，從而防止元件的明顯惡化，并且顯著延長了使用壽命。因此，術(shù)語“本質(zhì)上無惡化”是指在對元件加熱大約5秒至大約10秒的通電時間內(nèi)很少發(fā)生、甚至不發(fā)生元件的惡化。對元件加熱超過大約10秒可導(dǎo)致在“干燒”狀態(tài)下的明顯惡化。在該方式下，如果探測到元件的溫度在短時間內(nèi)上升很快，說明水膽16內(nèi)水很少，甚至沒有水。相反，如果探測到的溫度在短時間內(nèi)變化很小、甚至沒有變化，說明水膽16內(nèi)有足夠的水。
采用熱敏電阻44還可使溫度的探測準(zhǔn)確得多，反映要快得多。這是和采用較傳統(tǒng)的溫度傳感技術(shù)，如雙金屬片法，相比的，盡管如此，如果需要的話，也可以采用其它的傳統(tǒng)溫度傳感技術(shù)。這使得在“干燒”狀態(tài)下短時間內(nèi)出現(xiàn)的明顯的溫度變化僅僅在很短的時間(如5-10秒)內(nèi)就可探測到。通過這樣的方式，立即可探測到“干燒”狀態(tài)，從而防止對元件過度加熱，高度的加熱會降低使用壽命。
另外，采用熱敏電阻44還取消了機(jī)電式的溫度調(diào)節(jié)器及其泡沫罩、玻璃纖維batts等。小油炸面圈餅形的泡沫止擋圍繞著根部27，允許泡沫絕緣材料覆蓋水膽的更大的表面積。下面說明根據(jù)該實施例的另外一套操作步驟。在本發(fā)明的該實施例中，在控制電源接通水加熱器的過程中，加熱器控制板47檢查下加熱元件26處的水是否需要加熱，方法是測試熱敏電阻44處的溫度，并且把測試到的溫度與溫度調(diào)節(jié)盤42上設(shè)定的溫度相比較。如果有這樣的需要，加熱器控制板47使下加熱元件26通，繼續(xù)檢查是否滿足了加熱的需要。一旦滿足了加熱的需要，加熱器控制板47針對上加熱元件26重復(fù)上述過程。
本發(fā)明的另外一個實施例如圖7所示。在圖7中示出的加熱元件126安裝在水膽16內(nèi)，并且由罩12圍繞，這類似于上述的加熱元件26。為了說明方便，加熱元件126的與加熱元件26相對應(yīng)的部分由相同的附圖標(biāo)記表示，不同之處僅僅是以數(shù)字100開始。
在該實施例中，每個加熱元件126包括一根部127、一電阻加熱器129、一尤其包含熱敏電阻傳感器144的傳感器、和一對熱敏電阻連接器145。每個加熱元件126與電控制器28相連(如圖3所示)。熱敏電阻傳感器144與根部127相分離，其鄰近于水膽16的外表面，特別是與水膽16的外表面相接觸。在該實施例中，熱敏電阻144的定位通過采用底座159完成。如圖8和9所示，安裝底座159包括一環(huán)形安裝環(huán)161，其被容納在根部127上；和一延伸臂163，其連接至環(huán)形安裝環(huán)161的周邊上。延伸臂163的形狀總體上呈矩形，并且在遠(yuǎn)端具有一凹口165，在該實施例中，凹口165總體上呈矩形。延伸臂163在遠(yuǎn)端還包括至少一個，在該實施例中，兩個凸起167，在凹口165的兩側(cè)，分別具有一個凸起167。安裝底座159還包括數(shù)個柔性翼片169，該柔性翼片169連接至安裝環(huán)161的內(nèi)表面上，在總體上向內(nèi)側(cè)延伸。安裝底座159還包括一個凸耳171，該凸耳171從安裝環(huán)161的周邊向外側(cè)延伸，并且包括延伸穿過其中的孔173。安裝底座159可由任何適當(dāng)?shù)牟牧虾椭圃旆椒ㄖ瞥?，例如由可沖壓成形的金屬制成。
該實施例中的熱敏電阻144如圖10和11所示。特別是，熱敏電阻144由玻璃包裹，形成了總體上呈矩形的主體173和凸緣175，凸緣175鄰近一個端部177，該端部177遠(yuǎn)離連接器145。
現(xiàn)在說明安裝底座159和熱敏電阻144的組件。熱敏電阻144定位在安裝底座159的凹口165內(nèi)。安裝底座159由安裝環(huán)161固定在根部127上。安裝底座159在被固定的位置上鄰近于水膽16定位。熱敏電阻144如此定位，端部177鄰近于水膽16的外表面，特別是與水膽16的外表面相接觸。熱敏電阻144的定位由凸起167提供方便，特別是，凸起167與水膽16的外表面相接觸，以使安裝底座159穩(wěn)定。
下面說明該實施例的水加熱器10的操作過程中加熱元件126的作用。與加熱元件26相反，在該實施例中，熱敏電阻144通過監(jiān)測水膽16的側(cè)壁的溫度進(jìn)行操作。水膽16的側(cè)壁的溫度受水膽16內(nèi)水的溫度和加熱元件129的影響。例如，當(dāng)水膽16內(nèi)在傳感器144處有水時，水膽16內(nèi)的溫度在本質(zhì)上對應(yīng)于水的溫度，特別是，在本質(zhì)上等于水的溫度。在干燒狀態(tài)下，由于來自加熱元件129的熱量，水膽15內(nèi)的溫度將提高。在該方式下，熱敏電阻144將以熱敏電阻44相同的方式進(jìn)行操作，不同之處是，熱敏電阻144不定位在水膽內(nèi)或與水加熱器10內(nèi)的水直接接觸。
已經(jīng)結(jié)合特定實施例對本發(fā)明進(jìn)行了說明，盡管如此，可以看出，有許許多多等同方案可用于替換特定的元件，而不會超出本發(fā)明的精神和范圍，本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求書進(jìn)行限定。例如，水膽16可制成不同的尺寸和形狀，可以由許多種材料如金屬和/或塑料制成。泡沫絕緣材料14可類似地由任何數(shù)量的現(xiàn)有技術(shù)的高能有效的泡沫絕緣材料制成。
水膽16的底部可具有各種形狀，可以如圖所示具有下部的凸起，也可以是平面結(jié)構(gòu)?？梢赃M(jìn)行其它的修改，包括在水膽16的底部和底盤20之間采用泡沫絕緣材料。另外，外罩12可由任何種材料制成，如由軋制金屬特別是鋼制成，也可以由擠出乙烯材料制成。另外，上盤18和底盤20可以拉沿、沖壓方式制成，也可由金屬、塑料或任何其它適當(dāng)?shù)牟牧现瞥?。可以采用各種類型的加熱元件，只要它與熱敏電阻傳感器44一起使用。
權(quán)利要求
1.一種水加熱器，其包括一個水容器；至少一個設(shè)置在所述水容器內(nèi)對水進(jìn)行加熱的元件；至少一個設(shè)置在所述水容器內(nèi)用于感知水溫的傳感器；和一個控制器，該控制器監(jiān)視所述至少一個傳感器感知到的溫度，操作所述至少一個元件通電，以對所述水容器內(nèi)的水進(jìn)行加熱，其中，當(dāng)所述至少一個元件通電以對所述水容器內(nèi)的水進(jìn)行加熱時，所述控制器對所述水容器內(nèi)的水的控制溫度進(jìn)一步調(diào)節(jié)一個限定的量。
2.如權(quán)利要求1所述的水加熱器，其中，所述控制器把感知到的溫度與所述控制溫度相比較，當(dāng)所述感知到的溫度從所述控制溫度變化了一個理想的量時，所述控制器操作所述至少一個元件通電，以對所述水容器內(nèi)的水進(jìn)行加熱。
3.如權(quán)利要求2所述的水加熱器，其中，所述電水加熱器進(jìn)一步包括對所述水容器內(nèi)的水進(jìn)行加熱的第二元件；設(shè)置在所述水容器內(nèi)用于感知水溫的第二傳感器；其中，所述控制器監(jiān)視所述第二傳感器感知到的溫度，把第二傳感器感知到的溫度與所述控制溫度相比較，當(dāng)所述第一傳感器或所述第二傳感器所述感知到的溫度從所述控制溫度變化了一個理想的量時，所述控制器對所述控制溫度進(jìn)一步調(diào)節(jié)一個限定的量。
4.如權(quán)利要求3所述的水加熱器，其中，當(dāng)所述至少一個傳感器所述感知到的溫度比所述控制溫度小一個理想的量時，所述控制器對所述控制溫度降低一個限定的量；當(dāng)所述第二傳感器所述感知到的溫度比所述控制溫度小一個理想的量時，所述控制器對所述控制溫度提高一個限定的量。
5.如權(quán)利要求4所述的水加熱器，其中，所述控制器在一個節(jié)能循環(huán)內(nèi)調(diào)節(jié)所述控制器；所述控制器對所述節(jié)能循環(huán)進(jìn)行操作，方法是降低所述控制溫度的次數(shù)多于所述控制器提高所述控制溫度的次數(shù)。
6.如權(quán)利要求5所述的水加熱器，其中，所述控制器降低所述控制溫度的所述限定的量小于所述控制器提高所述控制溫度的所述限定的量。
7.如權(quán)利要求6所述的水加熱器，其中，所述控制器在最大控制溫度和最小控制溫度之間的任何點對所述控制溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。
8.一種水加熱器，其包括一個水容器；一個設(shè)置在所述水容器內(nèi)對水進(jìn)行加熱的第一元件；一個設(shè)置在所述水容器內(nèi)用于感知水溫的第一傳感器；一個設(shè)置在所述水容器內(nèi)對水進(jìn)行加熱的第二元件；一個設(shè)置在所述水容器內(nèi)用于感知水溫的第二傳感器；和一個控制器，該控制器監(jiān)視所述第一和第二傳感器感知到的溫度，把感知到的溫度與所述控制溫度相比較，根據(jù)比較的結(jié)果，所述控制器操作所述第一和第二元件，以對所述水容器內(nèi)的水進(jìn)行加熱；當(dāng)所述第一傳感器或所述第二傳感器所述感知到的溫度從所述控制溫度變化了一個理想的量時，所述控制器對所述控制溫度進(jìn)一步調(diào)節(jié)一個限定的量。
9.如權(quán)利要求8所述的水加熱器，其中，當(dāng)所述第一傳感器所述感知到的溫度比所述控制溫度小一個理想的量時，所述控制器對所述控制溫度降低一個限定的量；當(dāng)所述第二傳感器所述感知到的溫度比所述控制溫度小一個理想的量時，所述控制器對所述控制溫度提高一個限定的量。
10.如權(quán)利要求9所述的水加熱器，其中，所述控制器在一個節(jié)能循環(huán)內(nèi)調(diào)節(jié)所述控制器；所述控制器對所述節(jié)能循環(huán)進(jìn)行操作，方法是降低所述控制溫度的次數(shù)多于所述控制器提高所述控制溫度的次數(shù)。
11.如權(quán)利要求10所述的水加熱器，其中，在所述節(jié)能循環(huán)內(nèi)，所述控制器在最大控制溫度和最小控制溫度之間的任何點對所述控制溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。
12.如權(quán)利要求11所述的水加熱器，其中，所述控制器降低所述控制溫度的所述限定的量小于所述控制器提高所述控制溫度的所述限定的量。
13.一種水加熱器，其包括一個水容器；一個設(shè)置在所述水容器內(nèi)對水進(jìn)行加熱的第一元件；一個設(shè)置在所述水容器內(nèi)用于感知水溫的第一傳感器；一個設(shè)置在所述水容器內(nèi)對水進(jìn)行加熱的第二元件；一個設(shè)置在所述水容器內(nèi)用于感知水溫的第二傳感器；和一個控制器，該控制器監(jiān)視所述第一和第二傳感器感知到的溫度，把感知到的溫度與所述控制溫度相比較；其中，當(dāng)所述第一傳感器所述感知到的溫度比所述控制溫度小一個理想的量時，所述控制器操作所述第一元件，以對水進(jìn)行加熱，并且對所述控制溫度降低一個限定的量；當(dāng)所述第二傳感器所述感知到的溫度比所述控制溫度小一個理想的量時，所述控制器操作所述第二元件，以對所述水容器內(nèi)的水進(jìn)行加熱，并且對所述控制溫度提高一個限定的量。
14.如權(quán)利要求13所述的水加熱器，其中，所述控制器在一個節(jié)能循環(huán)內(nèi)調(diào)節(jié)所述控制器；所述控制器對所述節(jié)能循環(huán)進(jìn)行操作，方法是降低所述控制溫度的次數(shù)多于所述控制器提高所述控制溫度的次數(shù)。
15.如權(quán)利要求14所述的水加熱器，其中，在所述節(jié)能循環(huán)內(nèi)，所述控制器在最大控制溫度和最小控制溫度之間的任何點對所述控制溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。
16.如權(quán)利要求15所述的水加熱器，其中，所述控制器降低所述控制溫度的所述限定的量小于所述控制器提高所述控制溫度的所述限定的量。
全文摘要
一種水加熱器,其包括:一個水容器;一個設(shè)置在所述水容器內(nèi)對水進(jìn)行加熱的元件;一個設(shè)置在所述水容器內(nèi)用于感知水溫的傳感器;和一個控制器,該控制器監(jiān)視所述至少一個傳感器感知到的溫度,操作所述至少一個元件通電,以對所述水容器內(nèi)的水進(jìn)行加熱,其中,當(dāng)所述至少一個元件通電以對所述水容器內(nèi)的水進(jìn)行加熱時,所述控制器對所述水容器內(nèi)的水的控制溫度進(jìn)一步調(diào)節(jié)一個限定的量。
文檔編號G05D23/19GK1326079SQ0111925
公開日2001年12月12日 申請日期2001年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2000年5月24日
發(fā)明者艾倫·W·斯科特 申請人:美國熱水器公司