專利名稱：用于流體加熱器的開關(guān)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于流體加熱器的開關(guān)裝置，它具有與水流導(dǎo)管聯(lián)在一起的用于流水的傳感機構(gòu)以及與其相連的用于加熱水的加熱機構(gòu)的開關(guān)裝置。
現(xiàn)時在現(xiàn)實中所通用的流體加熱器中的開關(guān)裝置可檢測有水流過的導(dǎo)管中的壓力降，這一壓力降產(chǎn)生于開啟排水閥(排水嘴)時并可觸發(fā)用于水加熱機構(gòu)的開關(guān)或通常是一個開關(guān)元件。具體地，例如是設(shè)置有橡膠的或金屬薄膜的膜片，在其上設(shè)置有例如是用于開關(guān)一個微型開關(guān)的柱塞，以及控制電路或負載電路上的一對觸頭。在其休止位置上(排水閥關(guān)閉)膜片由經(jīng)回流導(dǎo)管作用在其兩側(cè)的靜壓力致動。用于加熱機構(gòu)的開關(guān)元件在這一休止位置上處于靜止狀態(tài)故加熱機構(gòu)斷電。當打開排液閥時，在膜片一側(cè)的靜壓力下降，作用在膜片上的壓力差使膜片撓曲并使置于其上的柱塞產(chǎn)生位移，這樣就起到了開關(guān)的作用。
這種膜片控制方式對于在開關(guān)過程中提供相對高的機械力確有優(yōu)點，甚至可以開閉幾對觸頭。但其缺點是膜片的設(shè)置機構(gòu)顯得笨拙，因其需要占用可觀的空間，而在殼體內(nèi)作用于其上的壓力也必須如此才能被吸收。膜片的必需的密封與夾緊也會進一步造成問題。還有一個缺點是膜片是與水連續(xù)接觸的，這種與被機械零件控制的液體的直接接觸會導(dǎo)致腐蝕、過早老化及其它類似損害。持續(xù)的彈性折彎動作會進一步產(chǎn)生材料的疲勞。所以膜片的壽命很有限，故這種開關(guān)機構(gòu)在結(jié)構(gòu)上，制造上及裝配上都是有缺點的，這也是因為許多個別的零件都需要精密的制造。
已知的開關(guān)裝置在操作時也有嚴重的缺點，這是因為開關(guān)動作原理是基于壓力差，而能用于開關(guān)的壓力差必須在一定的極小壓力值以上，才能發(fā)生作用。但水的輸送管壓力在不同地方是不同的，所以已經(jīng)存在有開關(guān)過程不總是適時地產(chǎn)生的問題。特別是存在有在僅僅具有相對小的流率時其壓力差已足以使開關(guān)起作用的危險，例如在高管道壓力的情況下，這樣就會造成過熱產(chǎn)生，甚至?xí)a(chǎn)生蒸汽泡，除非水的流量很大。再之，所包含的空氣泡不能被對壓力差產(chǎn)生響應(yīng)的開關(guān)裝置辨認而同時在斷流時即排液閥關(guān)閉時，由于節(jié)流時的滯后現(xiàn)象使膜仍感受到足夠的壓力差而使開關(guān)仍處于動作狀態(tài)。結(jié)果仍然可能產(chǎn)生過熱。
故本發(fā)明的一個目的是提供一種前述類型的開關(guān)機構(gòu)，該機構(gòu)在開關(guān)時基本上不依賴于壓力、能免除例如發(fā)生在已知的開關(guān)裝置中的過熱現(xiàn)象、并保證了開關(guān)的高度可靠性。
本發(fā)明的另一個目的是保證提供一種結(jié)構(gòu)簡單且制造及安裝均便利的開關(guān)機構(gòu)。
按照本發(fā)明的前述類型的開關(guān)機構(gòu)的實際上的特征在于，其中傳感機構(gòu)帶有一個可運動地設(shè)置在流體導(dǎo)管的局部中并可被流水推動的開關(guān)體，它在流率超過某一預(yù)定值時離開休止位置而進入開關(guān)位置，并有一位置傳感器探測該可動開關(guān)體的位置變化，該傳感器與用于加熱機構(gòu)的開關(guān)元件相連結(jié)。
這種構(gòu)形使得開關(guān)過程受流率而不是壓差的影響，結(jié)果使在管道壓力值達到時并不影響開關(guān)過程。另一個優(yōu)點是用一自由移動的物體來代替塑性撓曲的機械結(jié)構(gòu)件(膜)去觸發(fā)開關(guān)過程，該開關(guān)體的表面是易于防護和設(shè)計的。這樣盡管它被安放在流體管道中即由其控制的水中，它仍在操作過程中不會損壞而具有無限的壽命。對此也很重要的一點是與該可動開關(guān)體相關(guān)的位置傳感器可安裝在流體管道之外而不會接觸到水。當沒有水或只有很少量的水流過時，開關(guān)體實際上不離開其休止位置時，位置傳感器處于鎖定(或休止)狀態(tài)而開關(guān)元件亦不動作，即加熱機構(gòu)不通電。當流率達到預(yù)定值時，開關(guān)體被水沖出足夠遠的距離而到達其開關(guān)位置。而該非接觸作用位置傳感器即響應(yīng)開關(guān)體的這一位置變化致使用于加熱機構(gòu)的開關(guān)元件啟動而使加熱機構(gòu)被通電。如果水的流率隨即再次下降，例如在排流閥處進行節(jié)流，開關(guān)體即從其開關(guān)位置回落，位置傳感器在其仍處于最終休止位置之前的中間位置時即感應(yīng)而切斷控制電路(開關(guān)元件)故加熱機構(gòu)再次斷電。
開關(guān)體與容納上述開關(guān)體的流體管道局部的尺寸按實際的因素來彼此配合，例如根據(jù)輸出熱能、所需開關(guān)用流率、也可以是平均水溫和其它影響粘度的水的特征，以保證在預(yù)定流率產(chǎn)生時發(fā)生所需的開關(guān)動作。通?？梢哉J為流體導(dǎo)管的橫截面僅略大于開關(guān)體的橫截面即可。
按照本發(fā)明的改進方案，除了已敘述的功能優(yōu)點外，在結(jié)構(gòu)、制造和安裝方面也得到了改善。因為在流體管道里僅有一個簡單的活動開關(guān)體存在，其結(jié)果是密封問題及復(fù)雜的安裝與制造過程均省去了。
故作為一個整體來說，本發(fā)明的開關(guān)機構(gòu)具有簡單堅固并長壽的結(jié)構(gòu)形式，且在開關(guān)功能上比現(xiàn)有的開關(guān)機構(gòu)也有了改進。
在這一方面，借助于本發(fā)明的開關(guān)機構(gòu)的最佳實例可以獲得很具實質(zhì)性的附加的改進及使可靠性得到實質(zhì)性的增加，其實際的特征在于活動的開關(guān)體位于從水流的方向看的加熱機構(gòu)的前后兩側(cè)。在每種情況下在流體管道的局部上都有分立的與上述開關(guān)體相聯(lián)系的位置傳感器。以這種方式可以在隨流率的達到或落低于預(yù)定值而引起的加熱機構(gòu)的通斷方面獲得特別高的可靠性。在操作過程中，甚至實際上不會出現(xiàn)季節(jié)引起的，在加熱機構(gòu)前方輸入側(cè)的冷水的水溫高低變動而導(dǎo)致的，如果流率發(fā)生輕微的變化時因為輸入水的溫度變化而帶來的粘度變化而可能引起的開關(guān)體的運動而帶來的故障。
在上述最佳實施例中，用邏輯電路確立一個使開關(guān)過程在此時被觸發(fā)的平均的流率。邏輯電路可與兩個位置傳感器連通以實現(xiàn)在“熱水”與“冷水”兩側(cè)在流體管道的局部上對開關(guān)體可能的變動作出平衡。但發(fā)現(xiàn)了在取得特別高的安全性的同時還可能得到一個直接的改進，即如果加熱機構(gòu)僅在兩個位置傳感器都探測到活動開關(guān)體由于從休止位置到達開關(guān)位置而引起的位置變化時，可通過開關(guān)元件啟動的話。在這一進一步的改進中兩個位置傳感器的輸出信號在開關(guān)元件中以邏輯“與”電路的狀態(tài)相互聯(lián)系，而開關(guān)元件僅在兩個位置傳感器的開關(guān)信號都存在的情況下才啟動加熱機構(gòu)。這也同樣適用于當流率漸漸減小(例如關(guān)閉排水嘴)時的斷電過程。特別是在斷電時本實例具有更高的可靠性，這是因為避免了由于滯后現(xiàn)象而引起的對水的過長時間的加熱。
為了安全起見，如果在加熱機構(gòu)下游的流體導(dǎo)管道局部中的開關(guān)體比加熱機構(gòu)上游的流體導(dǎo)管中的更輕的話則更好。在本例中如果水在操作過程中通過開關(guān)機構(gòu)時，通常在出口側(cè)的開關(guān)體由于其質(zhì)量較輕而首先起動，而入口側(cè)開關(guān)體僅在后來才起動。這在準備觸發(fā)開關(guān)過程時可以檢測，因而隨之保證了包括加熱機構(gòu)在內(nèi)的整個開關(guān)機構(gòu)在加熱裝置開動時已有水流通過。
作為為防止水過度加熱的安全措施，可以再設(shè)置一個與流體管局部相聯(lián)系的溫度傳感器，它設(shè)置于加熱機構(gòu)后方用于探測熱水的溫度。上述溫度傳感器與開關(guān)元件相連接，作為避免過熱的安全開關(guān)元件。此時可行的簡單設(shè)計方案是用一個熱變電阻，特別是一個負溫度系數(shù)(NTC)電阻，來構(gòu)成溫度傳感器。
為了使水流盡可能地不受到阻礙，把帶有開關(guān)體的一個或每個流體管道局部設(shè)置成與主管道分流的旁路管道被證明是有益的。這樣水流被分裂而僅有一部分被分流的水用于開關(guān)過程，于是得到了特別精確的開關(guān)狀態(tài)。如果旁路管道中的流道橫截面比主管道小則更好。這樣，在“開關(guān)管道”中，在主管道與旁路管道的狀態(tài)間實際的獨立性便可獲得。
為了得到無渦流的層流以獲得清楚的開關(guān)狀態(tài)，使旁路管道由管道的直線部分組成并通過聯(lián)系管道來同主管道相連也是有益的。在直線部分的兩端確定了開關(guān)體的兩個位置，即休止位置與開關(guān)位置，采用這種改進使開關(guān)體獲得了作直線運動的路徑，故開關(guān)體能進行不受與管道內(nèi)壁刮擦或沖撞影響的準確的開關(guān)運動。
適當?shù)兀?各個)開關(guān)體的橫截面對其所屬的流體管道部分的橫截面的比率，宜調(diào)整到使開關(guān)體在出現(xiàn)預(yù)定尺寸的空氣泡時落下，即回到其起始或休止位置(以切斷加熱機構(gòu))，該設(shè)計也可設(shè)置成使較大的空氣泡破裂成較小的空氣泡，以不再產(chǎn)生任何干擾。所以在這方面如果旁路管道是一個聯(lián)接管道的直接延伸部分，而主管道是該聯(lián)接管道的間接分枝則是有益的。采用這種構(gòu)形機構(gòu)操作時，可能存在于水中的空氣泡立即升入旁路管道中，而此時開關(guān)體正處于最高的開關(guān)位置上，故保證了上述的安全功能，即把空氣泡撕裂或降下開關(guān)體。
為了得到一個結(jié)實的緊湊的小型的結(jié)構(gòu)元件，如果將一個或兩個位置傳感器，及一個或兩個可動開關(guān)體安排在一個共同的包含有流體管道的一個或多個局部并可能還有主管道與聯(lián)系管道的殼體內(nèi)，將是進一步地特別有益的。為了制造上的理由，這一殼體做成整體的塑料殼體較好，最好是用聚丙烯玻璃制造。這種材料在一方面具有足夠的防沖擊與絕熱能力。同時在另一方面它也使光學(xué)位置傳感器的使用成為可能，這一點將在下面作進一步的詳論。
為了制造方便，最好一個或每個流體管道局部還可能再加上主管道與聯(lián)系管道，均由可與接頭或可能地由螺旋塞相配的塊狀殼體表面上的孔構(gòu)成。
加熱機構(gòu)最好是可以開關(guān)的電阻加熱器，雖然本開關(guān)機構(gòu)在原理上也可例如是一個氣體加熱器。如果電阻加熱器直接設(shè)置在待加熱的水流過的管道中則是極佳的。這種電阻加熱器熱水的效率很高，另外被擔(dān)心的可能發(fā)生的過熱現(xiàn)象，可由前述的本發(fā)明的開關(guān)機構(gòu)的完善的開關(guān)功能充分可靠地加以避免。
如上文中已經(jīng)提到的，光操縱位置傳感器是最宜于采用的。相應(yīng)地，如該一個或兩個傳感器由光源及對置的光電管組成的光障開關(guān)構(gòu)成則是特別有益的。從光源射向光電管的光束通過的路徑中包含有開關(guān)體的動作路徑。特別地可以看出當光束或“光障”在可動開關(guān)體處于其休止位置時亦處于切斷狀態(tài)，而當可動開關(guān)體離開其休止位置而進入其開關(guān)位置時，光束即擊中光電管。當光束擊中光電管時即產(chǎn)生了一個電訊號來使開關(guān)機構(gòu)引發(fā)開關(guān)過程。即對加熱器通電。光感元件最好采用光電晶體管或光電二極管。這類元件廉價、操作可靠性高同時由于尺寸小而便于安裝。
除了光學(xué)位置傳感器外還可以采用任何所想要的不同結(jié)構(gòu)的慣用的位置傳感器。采用感應(yīng)接近開關(guān)或電容位置傳感器來組成一個或每個位置傳感器是特別可行的。這類感應(yīng)或電容位置傳感器本身是已知的且易于在市場上找到，如果在管道壁由于某種原因不能采用透明材料時就可以使用它們。然而在這種情況下，位置傳感器應(yīng)裝置在流體管道局部的外側(cè)，以便電子元件能處于不接觸水的地方。
特別地在最后所述的這種情況中，當位置傳感器設(shè)計成感應(yīng)或電容位置傳感器的形式時，最好使該一個或每個可動開關(guān)體以金屬制成。因為開關(guān)體可以設(shè)計成精確的尺寸，來準確地控制流率，故本實例一般地說仍是極佳的。因其在比重上與水相比有很大的差別故便于計算尺寸，這一點也是很重要的。
為了得到精確、平靜和均勻的開關(guān)動作，如將一個或每個開關(guān)體設(shè)計成棒狀，以對應(yīng)于成直線狀的流體導(dǎo)管局部是有益的。為了使開關(guān)體的橫截面便于適應(yīng)一般的流體管道的橫截面，如果開關(guān)體設(shè)計成圓柱形則更佳。
對于本開關(guān)機構(gòu)本身的情況來說，可以設(shè)置成使開關(guān)體的開關(guān)運動受到與方向無關(guān)的作用。一個特別地呈例如是螺旋或橡膠彈簧的(張力)彈簧形式的返回機構(gòu)，被為開關(guān)體而設(shè)置。但由于這種返回機構(gòu)作為附加的結(jié)構(gòu)件，會縮短開關(guān)機構(gòu)的整體壽命，故開關(guān)體僅依重力作用從開關(guān)或操作位置上返回到休止位置上的方式是最佳的。相應(yīng)地，如果該一個或每個流體管道局部，都包含一個改進成直線伸展并垂直設(shè)置的可動開關(guān)體則是最佳的。在這種情況下，開關(guān)體即具有下方的休止位置與上方的開關(guān)位置。當無水或僅有小量的水流時開關(guān)體從上方依重力作用而落下。為此目的采用上述的開關(guān)體的最佳的金屬改良結(jié)構(gòu)是很有利的。
為了準確決定該一個或每個開關(guān)體的不同位置，用端部定位體限定該一個或每個可動開關(guān)體的極限休止位置與極限開關(guān)位置，最終證明是有益的。
本發(fā)明將在下文中參照最佳實例進一步作詳細解釋，并僅以舉例的方式用附圖加以表示，在附圖中

圖1是本發(fā)明的開關(guān)機構(gòu)的基本實施例的基本示意圖;
圖2是開關(guān)機構(gòu)的類似的示意圖，但有雙開關(guān)功能。
圖3是一個透視分解圖，顯示一個帶有螺旋塞與接頭的殼體塊，它表示一個在一個開關(guān)塊體中的具有雙開關(guān)功能的開關(guān)機構(gòu)的實例。
圖4是這種開關(guān)塊體的頂視圖;
圖5是這種開關(guān)塊體的前視圖;
圖6是通過圖4中的Ⅵ-Ⅵ線作的這種開關(guān)塊體的垂直剖面，表示出各含有一個開關(guān)體的兩個流體導(dǎo)管的截面;
圖7是沿圖5中Ⅶ-Ⅶ線作的這種開關(guān)塊體的水平剖面，表示出光學(xué)位置傳感器的布置;
圖8是按圖4中箭頭Ⅷ所指的圖3至5的開關(guān)塊體的左方視圖;
圖9是該開關(guān)塊體按圖4中的箭頭Ⅸ所指的右方視圖;
圖10是三相加熱器用的半導(dǎo)體開關(guān)控制的開關(guān)元件的示意圖框圖;以及圖11是類似于圖1的基本示意圖，表示開關(guān)機構(gòu)的一個改善的實例，其中含有相應(yīng)的開關(guān)體的旁路導(dǎo)管是連接導(dǎo)管的直接延伸部分。
圖1表示一個以標號1表示其總體的用于流體加。熱器的開關(guān)機構(gòu)與一個僅概略地示出的例如是電阻加熱器形式的加熱機構(gòu)2。該加熱機構(gòu)2可例如是裝在一個容器3內(nèi)。排流導(dǎo)管4從該容器通往一個其整體以標號5表示的排流閥或排水嘴，后者又與排流管6相通。
該開關(guān)機構(gòu)1在更細節(jié)的程度上包括有一個開關(guān)本體7，它是一個其中置有在下文中將作進一步詳述的，用于觸發(fā)加熱機構(gòu)2的通斷的感應(yīng)元件的整體殼體8。該殼體8最好是由塑料，特別是用聚丙烯玻璃制成的整體。但它也可以是由一些其它的材料制成。
在殼體8上具有一些孔洞，以在一側(cè)形成用于流水的主導(dǎo)管9，以及與其平行的用于分流的分流導(dǎo)管，后者為流體導(dǎo)管的在其中具有可自由移動的開關(guān)體11的局部。這兩個導(dǎo)管9與10，借助于共用導(dǎo)管或孔142與冷水源即水管13相通。而開關(guān)本體7的輸出側(cè)的共用出液孔14通過排液管15與加熱機構(gòu)2相連。
位于流體導(dǎo)管的局部10即分流導(dǎo)管中的開關(guān)體11尤其可以是一個金屬體，其具有圓柱形棒的外形，可以是例如用塑料加以涂復(fù)以確保其有足夠的抗腐蝕性。在圖1中用實線表示位于低位處的開關(guān)體而用虛線表示其位于上開關(guān)位置。分流導(dǎo)管10設(shè)置成垂直狀，在殼體8內(nèi)的水流方向是依箭頭指向向上的。
當排流閥5關(guān)閉時，開關(guān)體11位于其休止的低位，此時無水流過。當排流閥5打開時，水開始經(jīng)輸入導(dǎo)管13流入，并穿過開關(guān)本體7并從那里經(jīng)過排流導(dǎo)管15到達加熱器2，并最終到達排流管6。在開關(guān)本體7中，水流主要是向上流過主導(dǎo)管9，但有某一比率的水亦向上穿過分流導(dǎo)管10，并且當?shù)竭_預(yù)定的流率時，即使得開關(guān)體11被沖起。當排流閥5僅稍微打開時，相應(yīng)地僅有少量的水流通過主導(dǎo)管9與分流導(dǎo)管10，而開關(guān)體11亦僅在某種程度上被稍微抬起，但是不能到達其上方開關(guān)位置。它基本上仍停留在休止位置上，而在此處的由作為光源17的白熾燈泡，與作為光敏元件的光電晶體管或簡稱作光電管18組成的呈光障開關(guān)形式的光學(xué)位置傳感器16，由于開關(guān)體11阻斷了從光源17射向光電管18的光線，開關(guān)體11而象原來那樣仍停留在不動作的狀態(tài)。相應(yīng)地在這種情況下光電管18不給出控制信號，因而電阻加熱器也不被接通電流，水也不被加熱。但如果象已描述過的那樣。達到預(yù)定的流率，則開關(guān)體11與流體導(dǎo)管部分10內(nèi)的水流一起運動至上方(見圖1中的虛線所示位置)，從光源17發(fā)出的光線亦到達了光電管18，亦在后者中產(chǎn)生了電控制訊號。該訊號被用于僅在圖1中概略示出的開關(guān)元件19，使加熱電流流入電阻加熱器，使水被加熱。當排流閥5被進一步打開時，開關(guān)位置不再進一步發(fā)生改變，即水繼續(xù)被加熱。
如果最終對排水管再次加以節(jié)流，為此將排流閥15部分地關(guān)閉直至全關(guān)。該金屬開關(guān)體11由于流率下降，而在重力作用下在分流導(dǎo)管10內(nèi)落下跌下光障開關(guān)中，即進入在光源17與光電管18之間的光線通路中，故光電管18給出的控制訊號被切斷。結(jié)果是開關(guān)元件19把加熱器2處的加熱電流切斷，而加熱器2不再使水被加熱。
在圖1中以箭頭總體指示的水流的方向亦被沿用于后續(xù)的圖2及圖3至9。
應(yīng)當指出圖1僅是試圖對本發(fā)明的原理作一概括的表示，其中的具體部件，特別是開關(guān)本體7并未按比例繪出，而僅呈示意圖的形式。
本發(fā)明的開關(guān)機構(gòu)的最佳實例現(xiàn)在要參照圖3至9加以解釋，但其中對于具有雙重開關(guān)功能的開關(guān)裝置將首先以圖2中基本示意圖的方式加以簡述。對此而言，圖2中的描述也僅僅是概略的。為了便于理解，特別地示出兩個帶有相應(yīng)的開關(guān)體11，11′的開關(guān)本體7、7′。開關(guān)體可以以類似于圖1中所述的方式，分別在相應(yīng)的流體導(dǎo)管局部10與10′中自由移動。同時在實際操作中，如從后面的圖3至圖9的敘述中可以明顯看出的那樣，在同一個開關(guān)本體中包括兩個開關(guān)體11，11′是一種最佳的設(shè)置方法。再之，流體導(dǎo)管局部10，10′最好還是平行于主導(dǎo)管(圖1中9)延伸的分流導(dǎo)管，盡管這一細節(jié)在圖2中為簡化起見沒有明顯示出。
還有在圖2中的零部件如在圖1中已經(jīng)采用過，則其參考標號也與圖1中的對應(yīng)零部件相同，或許加上“′”號。
在圖2中，不僅僅是開關(guān)本體7具有設(shè)置于加熱機構(gòu)2前面的，冷水輸入部分中的，流體導(dǎo)管局部10中的可動開關(guān)體11，而且還在一個對應(yīng)的流體導(dǎo)管局部10′中帶有一個設(shè)置于加熱機構(gòu)2后面的，輸出導(dǎo)管4中的可自由移動的開關(guān)體11′。放水嘴或排液閥，以及連在它們后面的排流管6與上述開關(guān)體11′的輸出端相聯(lián)。位置傳感器16、16′(在圖2中未詳細示出)與兩個開關(guān)體11，11′相聯(lián)。它們也最好是類似于圖1所述的光學(xué)位置傳感器，通過相應(yīng)的信號路線20、21與開關(guān)元件19相聯(lián)系，而后者與加熱機構(gòu)2相聯(lián)。再之，在位于加熱機構(gòu)2后方的流體導(dǎo)管局部區(qū)域11′內(nèi)設(shè)有溫度傳感器22。后者最好是一種熱變電阻，特別是一種負溫度系數(shù)電阻(NTC)，并通過相應(yīng)的信號線路23與開關(guān)元件19相聯(lián)。這三條信號線路20、21與23在開關(guān)元件19中以下述方式彼此邏輯地連結(jié)，即加熱機構(gòu)2的啟動(可概略地見到用于啟動的開關(guān)24位于加熱機構(gòu)2的電源25中。)在且僅在對應(yīng)的控制信號，在所有三條信號線路20、21與23中均出現(xiàn)時才發(fā)生，此時兩個開關(guān)體11，11′均離開休止位置進入開關(guān)位置，因而說明超過預(yù)定極小流率的流率已經(jīng)出現(xiàn)，同時負溫度系數(shù)(NTC)電阻22也探測出被加熱的水的溫度低于上限值。這樣在線路20、21與23中的三個控制信號之間存在的邏輯關(guān)系是“與”，在圖2中的方框26概略示出。當然“與”功能也可以如本專業(yè)的技術(shù)人員所能直接認識到的借助于任何欲知的開關(guān)技術(shù)也特別是模擬開關(guān)技術(shù)，來根據(jù)環(huán)境條件獲得。
特別地，如輸出端的開關(guān)體11′具有比輸出端的開關(guān)體11較小的質(zhì)量，因而11′比11“浮起”較早則也是很適宜的。這為該系統(tǒng)在接通加熱機構(gòu)2之前流水時提供更大的安全。
在圖3至9的實例中提供了一種單個整體式開關(guān)本體107，它由整體的聚丙烯玻璃殼體108構(gòu)成，其中具有各種將在下文中進一步詳加解釋的，用以構(gòu)成各條流水導(dǎo)管及用作位置傳感器元件的承接空間的孔洞。這些孔洞位于殼體的外側(cè)或表面上，借助于螺紋接頭127(用于冷水輸入導(dǎo)管)、128(用于通向在圖1與2中的標號2指出，而未在圖3至9中示出的加熱機構(gòu)的，在圖1與2中以標號15指出的輸出導(dǎo)管)、129(用于從加熱機構(gòu)引出的在圖1與2中注以標號4的輸出導(dǎo)管)、以及130(用于通往在圖1與2中注以標號5的裝置的輸出導(dǎo)管)與各個輸入、輸出導(dǎo)管相連接。另一方面，為那些在殼體108外側(cè)沒有導(dǎo)管與之相聯(lián)的孔洞提供了螺旋塞131至138。聯(lián)接接頭127至130與螺旋塞131至138，在擰入相應(yīng)孔洞時都在中間加入O形密封圈139。
在殼體108中還在“冷水”側(cè)或輸入端(對應(yīng)于圖2中的方框7)具有兩個孔洞140與141，其中孔140形成用于流水的主導(dǎo)管(圖1中標號9)，同時另一個孔洞141形成(圖1中標號10所指的)流體導(dǎo)管部位，即用于如前所述地承接可動開關(guān)體111的(特別參見圖6與7)分流導(dǎo)管。孔141在形成分流導(dǎo)管時與橫向的導(dǎo)管或孔12與143相遇，142和143在其外側(cè)分別被螺旋塞131與132擰住。同時主導(dǎo)管孔140與輸出管孔145分別與出口接頭128相連。
在殼體108的“冷水”一側(cè)還設(shè)置了兩個安裝孔144與145，它們彼此并與孔140、141成直角。一個孔144用以承納光電二極管146(亦參見圖6、7)而另一個孔145用于承納呈白熾燈泡147形式的光源(亦參見圖6、7)。白熾燈泡147與光電二極管146彼此相對放置。開關(guān)體111以可移動的方式置于旁路導(dǎo)管孔141中，并位于光電二極管146與白熾燈泡147之間從而使它們共同構(gòu)成了一個探測開關(guān)體111的位置的光學(xué)位置傳感器。這些位置傳感器元件146、147與相應(yīng)的電源與信號線路相連結(jié)，在圖7中后者僅很略概地分別以標號148與149指示。
以對應(yīng)的方式，在殼體108的“熱水”一側(cè)(對應(yīng)于圖2中所示的位于加熱機構(gòu)2后方的元件7′、10′與11′)。設(shè)置了用于構(gòu)成主導(dǎo)管與容納可移動開關(guān)體111′的旁路導(dǎo)管(或稱作流體導(dǎo)管局部)的導(dǎo)管孔140′與141′。這里與“冷水”一側(cè)的不同之處，僅在于加熱機構(gòu)2(在圖3中未畫出細節(jié))是通過聯(lián)結(jié)接頭128、129與殼體108的頂部相連接的，故在熱水的一側(cè)，水的供給不是象在“冷水”一側(cè)以下方供給，而是從上方由加熱機構(gòu)2供給的。相應(yīng)地在“熱水”一側(cè)設(shè)置了第三個垂直的孔150，以構(gòu)成旁路導(dǎo)管孔141′的供水導(dǎo)管。來自上接頭129的水的主流穿過水平的互相垂直的聯(lián)系孔道151、152到達主導(dǎo)管孔140′，再到達下接頭130。在當預(yù)定的流率到達時，為了以與開關(guān)體111在開關(guān)本體107的“冷水”一側(cè)的狀態(tài)相對應(yīng)地能克服作用于其上的重力，將開關(guān)體111′(在圖3中未示出，參見圖6、7)升起，從上方的接頭129流入的一部分水經(jīng)輸入導(dǎo)管孔150流下，并流過從旁路導(dǎo)管孔141下方分出的下水平聯(lián)系孔153。
還有，在彼此平行但朝向相反的孔140′、141′之間，有一底部水平調(diào)節(jié)孔154將它們連在一起。該調(diào)節(jié)孔154具有小于其它孔的橫截面，這是為了當預(yù)定的流量達到時，使來自聯(lián)系孔153的水受到阻塞，而使旁路導(dǎo)管孔141中的開關(guān)體111′升起。
為了確定開關(guān)體111、111′的極限位置，一方面在下方的休止位置處，而另一方面在上方的開關(guān)位置極限處分別設(shè)置了螺旋塞131、136與132、135作為定位件。這些螺旋塞131、136、132、135在旋入狀態(tài)時分別進入相應(yīng)的孔141與141′中相當?shù)纳疃?。該定位功能相身在附圖中并未詳細繪出，但結(jié)果可從例如是圖6的描述中間接地看出。其中開關(guān)體111，111′被顯示位于它們對應(yīng)的最低休止位置處，而分別與相應(yīng)的橫向孔142與154對齊。而相應(yīng)的螺旋塞(例如131、136)則與這些橫向孔142、154軸向?qū)什⑴c它們在圓周上相吻合。這同樣也適用于上方的定位件與橫向孔143與152的對應(yīng)連接關(guān)系。
最后，對應(yīng)于“冷水”一側(cè)，在“熱水”一側(cè)也設(shè)置了承接或安置孔144′、145′用于分別地適配光電二極管146′與白熾燈泡147′，以使開關(guān)本體107的“熱水”一側(cè)構(gòu)成光學(xué)位置傳感器(附圖3外再特別地參見圖6、7)。
應(yīng)進一步指出在圖4、5及圖8、9中僅示出了殼體108，而未示出接頭與螺旋塞，而僅是在圖中孔口處作出概略地指示。在采用接頭與螺旋塞的每種情況下均用以括號標起的相應(yīng)標號來加以表示。
最后，從圖3、4與8中，可看到在殼體108的后方也提供了把開關(guān)本體107連接在未詳細示出的支持結(jié)構(gòu)上的安裝孔156、157與158。
各種接頭127至130與螺旋塞131至138可以用黃銅制造。
在與左下側(cè)的連接孔153相接的螺旋塞134中，接著可以在其前方不固定地設(shè)置例如是負溫度系數(shù)電阻的溫度傳感器122，它可以用例如是灰槳加以定位(見圖6所示)。該溫度傳感器122通過線路123(相應(yīng)于圖2中的線路23)與電開關(guān)元件(參見圖10，在圖3至9中未詳示)相聯(lián)系。
圖10是用于概略表示開關(guān)元件19的一個實例的框圖式的圖。該元件用于對加熱機構(gòu)2與電源控制作出響應(yīng)。例如，我們假定三相系統(tǒng)具有的三相為L1、L2與L3，零線為N，地線為160，三個電熱電阻161、62、163依次連接三相L1、L2與L3。這三個熱電阻161至163構(gòu)成了前述的加熱機構(gòu)2。這些熱電阻161、162、163通過作為開關(guān)的半導(dǎo)體開關(guān)元件164、165與166(見圖2中的開關(guān)24)連結(jié)相應(yīng)的相L1、L2與L3。這三個半導(dǎo)體開關(guān)元件164、165與166的控制電極與一零通道探測器167的輸出端相聯(lián)系，而167以三個輸入端與三個相L1、L2與L3相聯(lián)系。然后，當加熱機構(gòu)接通或切斷時就在每相的對應(yīng)的零通道上向半導(dǎo)體開關(guān)元件164、165與166的控制電極發(fā)出開關(guān)信號。這樣在操作過程中就沒有突然的電壓變化發(fā)生，并避免了干擾電壓。
在本實例中加熱電源或三相電流電流可用半導(dǎo)體開關(guān)元件164、165與166的接通率來調(diào)節(jié)，為此設(shè)置了一個例如是帶有無限可調(diào)電位計的電源調(diào)整元件168(未詳細示出)。由兩個位置傳感器(光電二極管146、146′)與溫度傳感器122發(fā)出的控制或開關(guān)信號的饋送在圖10中予以概略地表示。相應(yīng)設(shè)置的可以各種最不相同的方式構(gòu)造的電子設(shè)備169的輸出端與零通道探測器164相連。
在操作過程中，向零通道探測器發(fā)送的相應(yīng)的控制信號，僅在兩個位置傳感器(即兩個光電二極管146、146′)都感受到由于相應(yīng)的開關(guān)體111與111′分別從休止位置進入上方開關(guān)位置所引起的變化，即當它們收到光線時并且負溫度系數(shù)電阻122也同時感受到水溫位于預(yù)定的溫度上限以下時產(chǎn)生。相應(yīng)的控制脈沖通過控制電子設(shè)備169加在零通道探測器167上，并觸發(fā)半導(dǎo)體開關(guān)元件164、165與166，使得在電源控制元件168控制下的負載電流在瞬間通過。為此，可例如設(shè)置一個脈沖發(fā)生器(其細部未示出)于控制電子設(shè)備169中。零通道探測器167可以使完整的半波始終通過半導(dǎo)體開關(guān)元件164、165與166。
當開關(guān)體111，111′中之一落回其休止位置，或負溫度系數(shù)電阻122檢測出溫升已超出預(yù)定的限度的同時，半導(dǎo)體開關(guān)元件164、165與166立刻通過零通道探測器167被閉鎖，即加熱機構(gòu)斷電。該動作也可以例如借助于連接裝置(圖1與2中的排液閥5)的限流來產(chǎn)生。
此外，對于操作時的狀態(tài)，在上文中已給出了可以參照的說明。
在一個用于實驗?zāi)康脑O(shè)計的實例中，采用了9KW的熱源。構(gòu)成主導(dǎo)管、旁路導(dǎo)管和聯(lián)系導(dǎo)管的各個孔的直徑為6.5mm，而棒狀圓柱形開關(guān)體111與111′的直徑為6mm。主導(dǎo)管140、140′與旁路導(dǎo)管141、141′的長度約為34mm，而開關(guān)體111與111′的長度約為20mm。補償孔154與白熾燈泡147與147′的承納孔145與145′的直徑是3.3mm，而分別承納光電二極管146與146′的承納孔144與144′的直徑是5.5mm。在相應(yīng)的旁路導(dǎo)管孔141與141′，與用于光電二極管146、146′與白熾燈泡147、147′的承納孔144、144′，與145、145′之間的聚丙烯樹脂的厚度分別約為2和2.5mm。
在圖11中類似于圖1地繪示了一個本發(fā)明的開關(guān)機構(gòu)的基本示意圖，但相對于圖1已作出了某種改善。圖11與圖1相比，僅是包括聯(lián)接孔12與輸入導(dǎo)管13以及排液孔及排液導(dǎo)管15的開關(guān)本體7的簡圖。一般地說，它最好還是一對裝置的一半，就如同前面以圖2的方式及特別是在圖3至圖10中所表述的那樣。即其中的每一個都包括一個位置傳感器16(加上它們所從屬的開關(guān)體11與光源17以及光敏元件18)，位于加熱機構(gòu)(在圖11中未示出)的前方與后方。
在圖11中相對于前述實例的改進的基本點在于，其中置有(相應(yīng)的)開關(guān)體11的旁路導(dǎo)管10是聯(lián)接孔或?qū)Ч?2的直接延伸，同時主導(dǎo)管9通過橫向聯(lián)接導(dǎo)管242以支管的形式被連接。對于這種構(gòu)形來說，如果在運行過程中輸入的水中混有空氣泡，這些氣泡就會直接升入旁路導(dǎo)管10，在旁路導(dǎo)管中的開關(guān)體11就會處于用虛線表示的上方位置。這樣在相對大的空氣泡在進入旁路導(dǎo)管10時就會破裂成一些小的空氣泡，而不再產(chǎn)生干擾作用，或是開關(guān)體11降至其休止或起始位置(以實線繪出的)，而使得其所從屬的加熱機構(gòu)關(guān)閉。所以由于大氣泡引起的加熱機構(gòu)的過熱現(xiàn)象就可以得到防止，否則由于大氣泡侵入包括加熱機構(gòu)的部位時就可能產(chǎn)生這一現(xiàn)象。
雖然在上文中參照最佳實例對本發(fā)明作出了詳細的描述，但不超出本發(fā)明的范圍而對本發(fā)明作出進一步的發(fā)展和改善當然是可能的。即可以特別是在相應(yīng)配合的孔中用感應(yīng)接近開關(guān)或電容位置傳感器來代替由光電二極管18與光源17組成的光學(xué)位置傳感器16。進一步地在原則上還可以設(shè)想可以分開開關(guān)本體107的“冷水”與“熱水”部分即如圖2中所概略表示的那樣設(shè)置兩個這樣分開的殼體，以及/或可以再設(shè)想將開關(guān)本體的“熱水”一側(cè)的底部連接在加熱機構(gòu)上，即從開關(guān)本體的底部輸入來自加熱機構(gòu)2的熱水。以同樣的方式可在“冷水”一側(cè)的底部上輸入冷水，而把通向排水閥的導(dǎo)管閥的導(dǎo)管連接在開關(guān)本體的頂部。這時分開的輸入導(dǎo)管150也可以省去。因裝配上的理由需要將開關(guān)本體與加熱機構(gòu)制作成結(jié)構(gòu)緊湊的狀態(tài)，但上文中參照圖3至9所闡述的實例是最佳的。
權(quán)利要求
1.用于流體加熱器的開關(guān)機構(gòu)(1)具有一個與水流導(dǎo)管聯(lián)接的水流傳感機構(gòu)，一個用于加熱水的加熱機構(gòu)(2)的開關(guān)元件(19)與傳感機構(gòu)相連接，其特征在于傳感機構(gòu)中有可動地設(shè)置在流體導(dǎo)管局部(10、10′；141、141′)中的開關(guān)體(11、11′；111、111′)，開關(guān)體可以在預(yù)定流率的水流作用下從休止位置移至開關(guān)位置，用于檢測可動開關(guān)體(11、11′；111、111′)的位置上的變化的位置傳感器(16)與加熱機構(gòu)(2)的開關(guān)元件(19)相連接。
2.按權(quán)利要求1的開關(guān)機構(gòu)，其特征在于可動開關(guān)體(11、11′;111、111′)設(shè)置在流體導(dǎo)管局部(10、10′;141、141′)內(nèi)，分別位于從水流方向看的加熱機構(gòu)(2)的前方與后方，一位置傳感器(16)與每個開關(guān)體相聯(lián)系。
3.按權(quán)利要求2的開關(guān)機構(gòu)，其特征在于加熱機構(gòu)(2)僅在當可動開關(guān)體(11、11′;111、111′)從休止位置移入開關(guān)位置時的位置變化被兩個位置傳感器(16)測出時由開關(guān)元件(19)加以啟動。
4.按權(quán)利要求2或3的開關(guān)機構(gòu)，其特征在于位于加熱機構(gòu)(2)下游方向的流體導(dǎo)管局部(10′;141′)中的開關(guān)體(11′;111′)的重量，小于位于加熱機構(gòu)(2)上游方向的流體導(dǎo)管局部(10;141)中的開關(guān)體(11;111)的重量。
5.按權(quán)利要求2至4中任一項的開關(guān)機構(gòu)，其特征在于設(shè)置在加熱機構(gòu)(2)后方用于檢測熱水水溫的溫度傳感器(22;122)與流體導(dǎo)管局部(10′;141′)相聯(lián)，該溫度傳感器與開關(guān)元件相聯(lián)接來作為防止過熱的安全開關(guān)元件。
6.按權(quán)利要求5的開關(guān)機構(gòu)，其特征在于溫度傳感器(22;122)由熱變電阻特別是負溫度系數(shù)電阻構(gòu)成。
7.按權(quán)利要求1至6中任一項的開關(guān)機構(gòu)，其特征在于每個帶有開關(guān)體(11、11′;111、111′)的該流體導(dǎo)管局部或每個流體導(dǎo)管局部(10、10′;141、141′)是設(shè)置于對主導(dǎo)管(9;140、140′)中的流水進行分流的旁路導(dǎo)管。
8.按權(quán)利要求7的開關(guān)機構(gòu)，其特征在于旁路導(dǎo)管(10)具有比主導(dǎo)管(9)要小的流水橫截面。
9.按權(quán)利要求7或8的開關(guān)機構(gòu)，其特征在于旁路導(dǎo)管(141、141′)由直線狀導(dǎo)管局部構(gòu)成，它在兩個端區(qū)通過聯(lián)系導(dǎo)管(142、143、152、154)與主導(dǎo)管(140、140′)相連通，導(dǎo)管局部的這兩個端區(qū)就是所設(shè)定的開關(guān)體(111、111′)的休止位置與開關(guān)位置。
10.按權(quán)利要求7至9中任一項的開關(guān)機構(gòu)，其特征在于旁路導(dǎo)管(10)是連接導(dǎo)管(12)的直接延伸，而主導(dǎo)管(9)是連接導(dǎo)管(12)的橫向分支。
11.按權(quán)利要求1至10中的任一項的開關(guān)機構(gòu)，其特征在于該位置傳感器或兩個位置傳感器(16)與該可動開關(guān)體或兩個可動開關(guān)體(11，11′;111，111′)設(shè)置在一個共同的殼體(8、108)中，后者含有一個或若干流體導(dǎo)管局部(10、10′;141、141′)，并還可以含有主導(dǎo)管及聯(lián)系導(dǎo)管(9;140，140′、142、143、152、154)。
12.按權(quán)利要求11的開關(guān)機構(gòu)，其特征在于殼體(8;108)是一整體塑料塊體，最好是用聚丙烯玻璃制成。
13.按權(quán)利要求11或12的開關(guān)機構(gòu)，其特征在于該流體導(dǎo)管局部或每個流體導(dǎo)管局部(10、10′;141、141′)，及還可以設(shè)有的主導(dǎo)管與聯(lián)系導(dǎo)管(9;140、140′、142、143、152、154)由位于塊體表面并帶有接頭(127、128、129、130)或還可能帶有螺旋塞(131至138)的一個或多個孔洞形成。
14.按權(quán)利要求1至13中的任一項的開關(guān)機構(gòu)，其特征在于加熱機構(gòu)(2)是電阻加熱機構(gòu)。
15.按權(quán)利要求1至14中的任一項的開關(guān)機構(gòu)，其特征在于一個或每個位置傳感器均由由光源(17;145、145′)和與其對置的光電管(18;146;146′)組成的光障開關(guān)構(gòu)成。
16.按權(quán)利要求15的開關(guān)機構(gòu)，其特征在于光電管(18)是光電晶體管。
17.按權(quán)利要求15的開關(guān)機構(gòu)，其特征在于光電管(146、146′)是光電二極管。
18.按權(quán)利要求1至14中的任一項的開關(guān)機構(gòu)，其特征在于該一個或每個位置傳感器由感應(yīng)接近開關(guān)構(gòu)成。
19.按權(quán)利要求1至14中任一項的開關(guān)機構(gòu)，其特征在于該一個或每個位置傳感器由電容位置傳感器構(gòu)成。
20.按權(quán)利要求1至19中任一項的開關(guān)機構(gòu)，其特征在于該一個或每個可動開關(guān)體(11，11′;111，111′)是金屬制成的。
21.按權(quán)利要求1至20中任一項的開關(guān)機構(gòu)，其特征在于該一個或每個開關(guān)體(11，11′;111，111′)為棒狀而對應(yīng)的流體導(dǎo)管局部(10，10′;141，141′)呈直線狀。
22.按權(quán)利要求21的開關(guān)機構(gòu)，其特征在于開關(guān)體(11，11′;111，111′)呈圓柱狀。
23.按權(quán)利要求1至22中任一項的開關(guān)機構(gòu)，其特征在于該一個或每個流體導(dǎo)管局部(10、10′;141、141′)含有在直線方向上擴展并垂直布置的可動開關(guān)體(11、11′;111、111′)。
24.按權(quán)利要求1至23中任一項的開關(guān)機構(gòu)，其特征在于該一個或每個可動開關(guān)體的最外方的休止位置與最外方的開關(guān)位置由端止塊(分別為131、136與132、135)加以限定。
全文摘要
用于流體加熱器的開關(guān)機構(gòu)。它根據(jù)流率對一個熱水用的加熱機構(gòu)進行通電或斷電。它帶有一個圓柱狀的由例如是金屬制成的開關(guān)體，后者可移動地置于有水流過的垂直的流體導(dǎo)管局部中。開關(guān)體可以在預(yù)定的流率作用下被水流從下方的休止位置沖至上方的開關(guān)位置。還有一個位置傳感器用來檢測可動開關(guān)體的這一位置變化。該傳感器最好是由具光源與光電管的光障開關(guān)構(gòu)成。該光障開關(guān)與加熱機構(gòu)的開關(guān)元件相連。
文檔編號F24H9/20GK1093156SQ93103569
公開日1994年10月5日 申請日期1993年4月1日 優(yōu)先權(quán)日1993年4月1日
發(fā)明者沃爾特·霍荷萊特納 申請人:海灣能源公司