專(zhuān)利名稱(chēng)：一種電熱恒溫?zé)崴鞯闹谱鞣椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及流體加熱器，具體地說(shuō)是利用電熱元件對(duì)于通水盤(pán)管中流動(dòng)水進(jìn)行加熱的加熱裝置。
電熱水器應(yīng)用極為廣泛，除安全因素之外，都有一個(gè)水量和水溫的設(shè)計(jì)和調(diào)節(jié)問(wèn)題。儲(chǔ)水式水箱中熱水放出后需要加涼水用冷熱水龍頭作水溫調(diào)節(jié)，才能使用，這樣不管是機(jī)械自動(dòng)調(diào)節(jié)還是手動(dòng)調(diào)節(jié)，都是麻煩的事。另一種即熱式恒溫控制的流動(dòng)水加熱器，因?yàn)橐芰髁苛魉?，加熱功率，原始水溫等多種因素的影響，采用微機(jī)控制，故結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且成本偏高。
本實(shí)用新型的目的是要提出一種改進(jìn)的、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的電熱恒溫?zé)崴?。它可以免去人為的各種復(fù)雜調(diào)節(jié)和困擾，在使用時(shí)只要設(shè)定水溫，就可以由電路裝置自動(dòng)控制電加熱元件的工作電壓，獲得恒溫?zé)崴墓?yīng)，即熱即用。
本實(shí)用新型基于1、采用足夠功率的電熱絲加熱；2、利用包圍電熱元件設(shè)置的通水盤(pán)管充分吸收熱量；3、電壓負(fù)反饋?zhàn)詣?dòng)控制電路在電加熱中的應(yīng)用。
本實(shí)用新型技術(shù)方案給出的電熱恒溫?zé)崴?，主要包括殼體，盤(pán)管，電熱元件，流量開(kāi)關(guān)和恒溫控制用的電路裝置，用于通水的盤(pán)管設(shè)在殼體的腔內(nèi)，管盤(pán)包圍電熱元件，管盤(pán)端頭的進(jìn)水口、出水口設(shè)于殼體外壁，所說(shuō)的電路裝置包括一個(gè)用于撿測(cè)水溫的測(cè)溫電橋，與設(shè)定水溫溫度的電路，一個(gè)用于將測(cè)溫電壓信號(hào)和設(shè)定溫度信號(hào)的偏差電壓放大的運(yùn)算放大器，一個(gè)輸出電壓控制電路，其特征是所說(shuō)的盤(pán)管是螺旋形雙層設(shè)置的盤(pán)管；所說(shuō)的電路裝置中還設(shè)有一個(gè)來(lái)自工作負(fù)載-電熱元件-的電壓負(fù)反饋電路，和一個(gè)比較電路，反饋電路由耦合變壓器、整流橋堆、分壓電阻和負(fù)載電阻組成，其負(fù)載電阻接在運(yùn)算放大器輸出端的分壓電路的電阻和可控硅控制電路的信號(hào)輸入端，將反饋信號(hào)與運(yùn)放輸出的信號(hào)電壓作比較，用于控制可控硅的導(dǎo)通角，進(jìn)而控制加在工作負(fù)載上的輸出電壓。
電熱恒溫?zé)崴鞯碾娐费b置中還設(shè)有一個(gè)溫度數(shù)字顯示電路裝置。
電熱恒溫?zé)崴鞯碾娐费b置中還設(shè)有一個(gè)漏電保護(hù)電路裝置。主要由變壓器、橋堆、電阻、電容、三極管及繼電器、續(xù)流二極管組成，變壓器的二個(gè)相位相反、相互對(duì)稱(chēng)的輸入線圈分別與電源變壓器的輸入線圈二端串接，其次級(jí)線圈接成整流、放大電路，后級(jí)的基極工作受前級(jí)控制，繼電器接在后級(jí)的集電極通路中。
所說(shuō)的可控硅控制電路還設(shè)有一個(gè)頻率同步電路，主要由三極管和它的電源電路組成，其集電極電壓和基極信號(hào)電壓分開(kāi)獨(dú)立提供，基極端不設(shè)置濾波電容。
本實(shí)用新型的主要效果是1、所采用的盤(pán)管具有較大的熱交換面積，熱量能被管中的水充分吸收；2、通過(guò)電路的負(fù)反饋控制，可使不同水流量和不同水溫的進(jìn)水在頃刻間得到加溫調(diào)節(jié)并連續(xù)放出；3、結(jié)構(gòu)小巧，便于安裝，供水隨進(jìn)隨出，即熱即用，使用方便；4、加上流量開(kāi)關(guān)，使用后無(wú)須撥下電源插頭；5、設(shè)置良好絕緣，可以保證安全；6、可加設(shè)漏電保護(hù)和超溫報(bào)警，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)斷電保護(hù)，進(jìn)一步提高安全性和可靠性。
以下結(jié)合實(shí)施例和
之圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是盤(pán)管結(jié)構(gòu)排設(shè)方式圖。
圖3是一種電熱元件的設(shè)置方式。
圖4是電路裝置的框圖。
圖5是實(shí)施例的電路原理圖。
參見(jiàn)附圖。圖1所示的實(shí)施例中殼體1形成殼腔，一個(gè)復(fù)合板框式的殼架2的內(nèi)外壁上盤(pán)設(shè)螺旋式串聯(lián)的盤(pán)管，外盤(pán)管3、內(nèi)盤(pán)管8與殼架壁接觸焊接固定，其一個(gè)端口接流量開(kāi)關(guān)4至殼體上安裝的進(jìn)水口15，另一個(gè)端口接溫度傳感器9再接至出水口10。殼架2的復(fù)合腔內(nèi)設(shè)置電熱元件組件6，面板上設(shè)有顯示窗5，下邊分別設(shè)置有電源開(kāi)關(guān)11(K1)，選擇開(kāi)關(guān)12(K2)，作溫度設(shè)定與撿測(cè)的選定之用，工作指示燈13(LED)，或設(shè)流量開(kāi)關(guān)指示燈14，燈亮指示流量開(kāi)關(guān)位于打開(kāi)狀態(tài)。
圖2為圖1例的殼架與盤(pán)管相結(jié)合的組件裝置，當(dāng)電路裝置設(shè)在腔內(nèi)時(shí)，進(jìn)水先進(jìn)入內(nèi)層的盤(pán)管再?gòu)耐鈱拥谋P(pán)管引出，可以使電路裝置處在較低的環(huán)境溫度下。殼架2的夾層內(nèi)設(shè)置電熱元件。這種用盤(pán)管包圍電熱元件的結(jié)構(gòu)也可采用其它的式樣。例如采用螺旋式通水盤(pán)管按平面或空間進(jìn)行盤(pán)曲，在盤(pán)曲巷道中間設(shè)置電熱元件，其效果相當(dāng)。
圖3著重說(shuō)明一種電熱元件的結(jié)構(gòu)和設(shè)置方式。它在殼架2的夾層間安裝上下兩片電熱絲組，電熱絲18纏繞固定在云母片骨架19上，兩邊另用云母片絕緣并限位固定。20是電熱絲引接頭。相互連接后外引。
圖4所示的原理框圖中，首先由溫度傳感器取得實(shí)時(shí)采樣，經(jīng)測(cè)溫電橋轉(zhuǎn)換成電壓差輸?shù)斤@示器進(jìn)行數(shù)字顯示。工作前使顯示溫度值與實(shí)際采樣點(diǎn)的溫度值一致，對(duì)應(yīng)電壓差V1，也可以采用與室溫一致(相對(duì)慨念)。設(shè)定溫度為預(yù)定目標(biāo)值的加熱水溫，對(duì)應(yīng)電壓差V2。設(shè)定溫度與測(cè)溫電橋的開(kāi)關(guān)位1、2間的電壓壓差為V3。V3經(jīng)放大后與來(lái)自電熱元件兩端耦合信號(hào)電壓，通過(guò)一個(gè)比較電路進(jìn)行比較，立即按比較結(jié)果對(duì)輸出電壓控制電路輸入端G1的基極電流進(jìn)行升壓或降壓的自動(dòng)控制，通過(guò)控制可控硅導(dǎo)通角來(lái)控制輸出電壓，使電熱元件工作。作為交流負(fù)載的電熱元件處若有漏電，通過(guò)電源輸入端引入漏電控制電路，由不平衡用電取樣信號(hào)放大后推動(dòng)繼電器工作斷開(kāi)外電源通路。另外，流量開(kāi)關(guān)或者加上熱保護(hù)超限斷電控制同時(shí)加在漏電控制電路的偏置通路中。
本裝置的工作過(guò)程簡(jiǎn)述如下1、打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)K1，變壓器B1工作，顯示器的數(shù)碼管點(diǎn)亮顯示傳感元件反映的撿測(cè)溫度值(水溫或室溫)；2、置選擇開(kāi)關(guān)于“設(shè)定”位，調(diào)節(jié)W1使顯示值為某一設(shè)定加熱水溫度值，如“50.0”即表示為50℃，畢，選擇開(kāi)關(guān)扳回“撿測(cè)”位；3、打開(kāi)水閥上水，流量開(kāi)關(guān)K3閉合，G6的基極偏置通路接通而工作，繼電器J通電，常開(kāi)觸點(diǎn)J1-1被吸合，負(fù)載與外電源接通。若產(chǎn)生漏電，則FG端有感應(yīng)電流輸出，G5導(dǎo)通，G6截止，繼電器釋放，斷開(kāi)J1-1使外電源開(kāi)路。若過(guò)熱則熱保護(hù)開(kāi)關(guān)Kr斷開(kāi)，G6截止，同樣可實(shí)現(xiàn)保護(hù)。
4、開(kāi)始工作瞬間，輸出電壓為零，反饋電壓V4也為零；水溫低，壓差V3很大，V3-V4≥0，G1的輸出電流很大，雙向可控硅D19的導(dǎo)通角極小，輸出電壓接近220伏，對(duì)電熱元件RL進(jìn)行快速加熱，水溫迅速上升；升至接近設(shè)定溫度時(shí)V3≈V4，V3-V4≈0，G1的輸出電流減小，水溫上升減慢；進(jìn)一步逼近設(shè)定溫度時(shí)，V4下降更快，V3-V4＞0，此時(shí)G1的輸出電流又開(kāi)始增加，輸出電壓隨之增加，如此逐漸使水溫恒定在接近50℃的位置。以上過(guò)程在幾秒鐘的時(shí)間內(nèi)自動(dòng)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)對(duì)加熱水的自動(dòng)恒溫控制。它只與傳感溫度相關(guān)，而與初始水溫、水量無(wú)關(guān)。
5、關(guān)機(jī)。關(guān)閉進(jìn)水水閥，流量開(kāi)關(guān)K3斷開(kāi)，G6截止，繼電器釋放，觸點(diǎn)J1-1斷開(kāi)切斷外電源。
圖5給出的實(shí)施例電路中，左邊是測(cè)溫電橋電路，上面是顯示器電路。電橋電路由R1、R2、R3、R4、Rt組成，R2、R3、R4、Rt各為橋臂，Rt為熱敏電阻，用作溫度傳感。工作電壓由橋堆D1-4整流和三端穩(wěn)壓器DW1得到的+5伏端提供。R1為分壓電阻，電位器W2供調(diào)零用。電橋輸出端接顯示器IC3(L7107)的輸入端30腳、31腳，所反映的壓差為VBA，即VT。傳感溫度為室溫時(shí)，調(diào)節(jié)電位器W2使顯示器顯示溫度為室溫度數(shù)。VBA正比于傳感溫度數(shù)值，在0-50℃范圍內(nèi)的線性值(滿刻度)VBA≤800mV，故無(wú)須放大即可直接顯示。顯示器電路為常用的數(shù)字溫度計(jì)電路(L7107)。
設(shè)定溫度。圖中K2接通C點(diǎn)，則B、C點(diǎn)的電壓差VBC為顯示器顯示，調(diào)節(jié)W1，從分壓電阻R6上得到分壓點(diǎn)B的電壓變化，依此對(duì)應(yīng)顯示的溫度值為目標(biāo)水溫的設(shè)定溫度。如圖所示，K2對(duì)應(yīng)的兩邊位置反映的是A、C兩點(diǎn)狀況，其壓差為VAC。若VAC＝0伏，因VBA≠0，當(dāng)對(duì)應(yīng)為實(shí)際取樣溫度與設(shè)定溫度相等。一般情況下，T水＜T設(shè)，則對(duì)應(yīng)VAC＞0伏；或T水＞T設(shè)，應(yīng)對(duì)應(yīng)VAC＜0伏。此電壓差為后面處理控制提供了方便。
壓差放大電路。用于VAC壓差放大的是由運(yùn)算放大器IC1、IC2及其外圍元件構(gòu)成的差分放大電路。電路具有高輸入阻抗，與前面輸入的高內(nèi)阻電壓源匹配。本放大電路的輸出電壓經(jīng)過(guò)降壓電阻R11和電位器W4后降壓在負(fù)載電阻R16上。一般情況下T水＜T設(shè)，R16的二端為上正下負(fù)。
電壓負(fù)反饋電路。它由變壓器B2、橋堆D5-8、分壓電阻R15、電位器W5和作為負(fù)載電阻的R17組成，2變壓器B的初級(jí)電流線圈與RL電熱元件并聯(lián)。顯然R17上的直流壓降直接與RL上的電壓正相關(guān)。
電壓比較電路。電壓比較電路由G1、R37、R16、R17、C2、R18、R19組成，G1的基極輸入電壓由R37、R16、R17上的電壓的代數(shù)和確定。R37上的電壓V5極性不變，壓降約為0.7伏，用于克服基極電壓小于0.7伏的死區(qū)。R16上的V3、R17上的電壓V4都是變化的，通過(guò)其比較結(jié)果對(duì)三極管G1的集電極電流I1CE進(jìn)行控制。當(dāng)V3-V4＜0時(shí)，I1CE↑；當(dāng)V3-V4＞0時(shí)，I1CE↓。
輸出電壓控制電路。主要由G1、G2、G3、G4、B3組成，工作電壓取自電源變壓器B1的次級(jí)線圈L4，D13-16構(gòu)成橋堆，其中G3為單結(jié)管，DW4為穩(wěn)壓管，C4為濾波電容。G1導(dǎo)通時(shí)對(duì)電容C3充電，充電的快慢直接影響單結(jié)管的導(dǎo)通時(shí)間，C3上電壓上升至大于單結(jié)管G3的工作峰值電壓時(shí)，單結(jié)管導(dǎo)通，此時(shí)C3通過(guò)R20放電，同時(shí)使G4導(dǎo)通，當(dāng)C3上的電壓下降到G3的谷底電壓以下時(shí)G3截止，C3不再放電，G4迅速截止，其時(shí)在變壓器B3的次級(jí)線圈上產(chǎn)生響應(yīng)脈峰，觸發(fā)雙向可控硅D19導(dǎo)通工作，由V3-V4決定D19的導(dǎo)通角大小，進(jìn)而控制加在電熱元件RL上輸出電壓的高低。
為更為準(zhǔn)確控制對(duì)C3充電時(shí)間，設(shè)置一個(gè)由G2、DW3、R22、R23、R24組成，G2的集電極電壓由DW4提供，其基極信號(hào)取自電源變壓器的次級(jí)L3，經(jīng)D9-12整流，DW3穩(wěn)壓，不設(shè)置濾波電容以求與電源頻率同步。
圖示裝置還設(shè)有一個(gè)漏電保護(hù)電路，它主要由變壓器B4、橋堆D21-24、電阻R39、R40、電容C15、三極管G5、G6及繼電器J、續(xù)流二極管D18組成。其中G6的繼電器負(fù)載聯(lián)接于橋堆的D1-4的輸出端，引入工作電源后便處于等待狀態(tài)，若其偏置電路接通，G6立即導(dǎo)通工作。此時(shí)又置G5接電等待。B4的初級(jí)線圈是兩個(gè)相位對(duì)稱(chēng)的線圈，一旦出現(xiàn)漏電，將失去平衡，次級(jí)線圈中瞬間出現(xiàn)感應(yīng)信號(hào)電流，經(jīng)整流引入G5的基極使其導(dǎo)通，則G6截止，繼電器釋放，斷開(kāi)外電源得到保護(hù)。另外，在G6的偏置通路中串聯(lián)上一個(gè)熱保護(hù)開(kāi)關(guān)Kr和一個(gè)流量開(kāi)關(guān)K3的接點(diǎn)，同樣起到安全保護(hù)的作用。熱保護(hù)開(kāi)關(guān)Kr和流量開(kāi)關(guān)K3也可以設(shè)在K1開(kāi)關(guān)的通路中，只要能控制外電源的通斷即可，效果相同。
設(shè)定值為50℃(對(duì)應(yīng)水溫49.78度時(shí)RL上的工作電壓為180～185V)水溫溫差V3(伏) V4(伏)V3-V4 輸出工作電壓 水溫變化1 室溫20-30 很大 0≥0 220V 快速升溫2 49.50.5 1.51＞0 220V 升溫3 49.67 0.331 1＝0 ＜220V 微升4 50 0 0 0.7 ＜0 180V 微降。
權(quán)利要求1.一種電熱恒溫?zé)崴?，主要包括殼體(1)，盤(pán)管(3和8)，電熱元件(18)，流量開(kāi)關(guān)(4)和恒溫控制用的電路裝置(7)，用于通水的盤(pán)管設(shè)在殼體的腔內(nèi)，管盤(pán)包圍電熱元件，管盤(pán)端頭的進(jìn)水口(15)、出水口(10)設(shè)于殼體外壁，所說(shuō)的電路裝置包括一個(gè)用于撿測(cè)水溫的測(cè)溫電橋，與設(shè)定水溫溫度的電路，一個(gè)用于將測(cè)溫電壓信號(hào)和設(shè)定溫度信號(hào)的偏差電壓放大的運(yùn)算放大器，一個(gè)輸出電壓控制電路，其特征是所說(shuō)的盤(pán)管是螺旋形設(shè)置的盤(pán)管(3和8)；所說(shuō)的電路裝置中還設(shè)有一個(gè)來(lái)自工作負(fù)載(RL)的電壓負(fù)反饋電路，和一個(gè)比較電路，反饋電路由耦合變壓器(B2)、整流橋堆(D5-8)、分壓電阻(R15、W5、R17)和負(fù)載電阻(R17)組成，其負(fù)載電阻(R17)接在運(yùn)算放大器輸出端的分壓電路的電阻(R16)和可控硅控制電路的信號(hào)輸入端(X)，將反饋信號(hào)與運(yùn)放輸出的信號(hào)電壓作比較，用于控制可控硅(D19)的導(dǎo)通角，進(jìn)而控制加在工作負(fù)載(RL)上的輸出電壓。
2.如權(quán)利要求1所述的電熱恒溫?zé)崴鳎涮卣髟谟谒龅碾娐费b置中還設(shè)有一個(gè)溫度數(shù)字顯示電路裝置(IC3L7107)。
3.如權(quán)利要求1所述的電熱恒溫?zé)崴鳎涮卣髟谟谒龅碾娐费b置中還設(shè)有一個(gè)漏電保護(hù)電路裝置，主要由變壓器(B4)，橋堆(D21-24)，電阻(R39、R40)，電容(C15)，三極管(G5、G6)及繼電器(J)，續(xù)流二極管(D18)組成，變壓器的二個(gè)相位相反、相互對(duì)稱(chēng)的輸入線圈分別與電源變壓器(B1)的輸入線圈二端串接，其次級(jí)線圈接成整流、放大電路，后級(jí)(G6)的基極工作受前級(jí)(G5)控制，繼電器接在后級(jí)(G6)的集電極通路中。
4.如權(quán)利要求1所述的電熱恒溫?zé)崴鳎涮卣髟谟谒f(shuō)的可控硅控制電路還設(shè)有一個(gè)頻率同步電路，主要由三極管(G2)和和它的電源電路組成，其集電極電壓和基極信號(hào)電壓分開(kāi)獨(dú)立提供，基極端不設(shè)置濾波電容。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)的電熱水器,采用電熱元件加熱盤(pán)管,使盤(pán)管中的水即熱即用。電路裝置中主要設(shè)有測(cè)溫電橋,運(yùn)算放大器,比較電路,輸出電壓控制電路,電壓負(fù)反饋電路,顯示電路,電源電路,漏電控制電路,通過(guò)在裝置中設(shè)置的電壓負(fù)反饋電路控制加熱水在設(shè)定的溫度范圍內(nèi)快速自動(dòng)調(diào)節(jié)工作負(fù)載RL上的輸出電壓,實(shí)現(xiàn)快速恒溫供水,本裝置體積小,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,安全可靠,成本低。可廣泛應(yīng)用于家庭、辦公樓、商住樓的供水設(shè)施之中。
文檔編號(hào)F24H1/18GK2377480SQ9920949
公開(kāi)日2000年5月10日 申請(qǐng)日期1999年4月28日 優(yōu)先權(quán)日1999年4月28日
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