专利名称：用于流体加热器的开关装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于流体加热器的开关装置，它具有与水流导管联在一起的用于流水的传感机构以及与其相连的用于加热水的加热机构的开关装置。
现时在现实中所通用的流体加热器中的开关装置可检测有水流过的导管中的压力降，这一压力降产生于开启排水阀(排水嘴)时并可触发用于水加热机构的开关或通常是一个开关元件。具体地，例如是设置有橡胶的或金属薄膜的膜片，在其上设置有例如是用于开关一个微型开关的柱塞，以及控制电路或负载电路上的一对触头。在其休止位置上(排水阀关闭)膜片由经回流导管作用在其两侧的静压力致动。用于加热机构的开关元件在这一休止位置上处于静止状态故加热机构断电。当打开排液阀时，在膜片一侧的静压力下降，作用在膜片上的压力差使膜片挠曲并使置于其上的柱塞产生位移，这样就起到了开关的作用。
这种膜片控制方式对于在开关过程中提供相对高的机械力确有优点，甚至可以开闭几对触头。但其缺点是膜片的设置机构显得笨拙，因其需要占用可观的空间，而在壳体内作用于其上的压力也必须如此才能被吸收。膜片的必需的密封与夹紧也会进一步造成问题。还有一个缺点是膜片是与水连续接触的，这种与被机械零件控制的液体的直接接触会导致腐蚀、过早老化及其它类似损害。持续的弹性折弯动作会进一步产生材料的疲劳。所以膜片的寿命很有限，故这种开关机构在结构上，制造上及装配上都是有缺点的，这也是因为许多个别的零件都需要精密的制造。
已知的开关装置在操作时也有严重的缺点，这是因为开关动作原理是基于压力差，而能用于开关的压力差必须在一定的极小压力值以上，才能发生作用。但水的输送管压力在不同地方是不同的，所以已经存在有开关过程不总是适时地产生的问题。特别是存在有在仅仅具有相对小的流率时其压力差已足以使开关起作用的危险，例如在高管道压力的情况下，这样就会造成过热产生，甚至会产生蒸汽泡，除非水的流量很大。再之，所包含的空气泡不能被对压力差产生响应的开关装置辨认而同时在断流时即排液阀关闭时，由于节流时的滞后现象使膜仍感受到足够的压力差而使开关仍处于动作状态。结果仍然可能产生过热。
故本发明的一个目的是提供一种前述类型的开关机构，该机构在开关时基本上不依赖于压力、能免除例如发生在已知的开关装置中的过热现象、并保证了开关的高度可靠性。
本发明的另一个目的是保证提供一种结构简单且制造及安装均便利的开关机构。
按照本发明的前述类型的开关机构的实际上的特征在于，其中传感机构带有一个可运动地设置在流体导管的局部中并可被流水推动的开关体，它在流率超过某一预定值时离开休止位置而进入开关位置，并有一位置传感器探测该可动开关体的位置变化，该传感器与用于加热机构的开关元件相连结。
这种构形使得开关过程受流率而不是压差的影响，结果使在管道压力值达到时并不影响开关过程。另一个优点是用一自由移动的物体来代替塑性挠曲的机械结构件(膜)去触发开关过程，该开关体的表面是易于防护和设计的。这样尽管它被安放在流体管道中即由其控制的水中，它仍在操作过程中不会损坏而具有无限的寿命。对此也很重要的一点是与该可动开关体相关的位置传感器可安装在流体管道之外而不会接触到水。当没有水或只有很少量的水流过时，开关体实际上不离开其休止位置时，位置传感器处于锁定(或休止)状态而开关元件亦不动作，即加热机构不通电。当流率达到预定值时，开关体被水冲出足够远的距离而到达其开关位置。而该非接触作用位置传感器即响应开关体的这一位置变化致使用于加热机构的开关元件启动而使加热机构被通电。如果水的流率随即再次下降，例如在排流阀处进行节流，开关体即从其开关位置回落，位置传感器在其仍处于最终休止位置之前的中间位置时即感应而切断控制电路(开关元件)故加热机构再次断电。
开关体与容纳上述开关体的流体管道局部的尺寸按实际的因素来彼此配合，例如根据输出热能、所需开关用流率、也可以是平均水温和其它影响粘度的水的特征，以保证在预定流率产生时发生所需的开关动作。通常可以认为流体导管的横截面仅略大于开关体的横截面即可。
按照本发明的改进方案，除了已叙述的功能优点外，在结构、制造和安装方面也得到了改善。因为在流体管道里仅有一个简单的活动开关体存在，其结果是密封问题及复杂的安装与制造过程均省去了。
故作为一个整体来说，本发明的开关机构具有简单坚固并长寿的结构形式，且在开关功能上比现有的开关机构也有了改进。
在这一方面，借助于本发明的开关机构的最佳实例可以获得很具实质性的附加的改进及使可靠性得到实质性的增加，其实际的特征在于活动的开关体位于从水流的方向看的加热机构的前后两侧。在每种情况下在流体管道的局部上都有分立的与上述开关体相联系的位置传感器。以这种方式可以在随流率的达到或落低于预定值而引起的加热机构的通断方面获得特别高的可靠性。在操作过程中，甚至实际上不会出现季节引起的，在加热机构前方输入侧的冷水的水温高低变动而导致的，如果流率发生轻微的变化时因为输入水的温度变化而带来的粘度变化而可能引起的开关体的运动而带来的故障。
在上述最佳实施例中，用逻辑电路确立一个使开关过程在此时被触发的平均的流率。逻辑电路可与两个位置传感器连通以实现在“热水”与“冷水”两侧在流体管道的局部上对开关体可能的变动作出平衡。但发现了在取得特别高的安全性的同时还可能得到一个直接的改进，即如果加热机构仅在两个位置传感器都探测到活动开关体由于从休止位置到达开关位置而引起的位置变化时，可通过开关元件启动的话。在这一进一步的改进中两个位置传感器的输出信号在开关元件中以逻辑“与”电路的状态相互联系，而开关元件仅在两个位置传感器的开关信号都存在的情况下才启动加热机构。这也同样适用于当流率渐渐减小(例如关闭排水嘴)时的断电过程。特别是在断电时本实例具有更高的可靠性，这是因为避免了由于滞后现象而引起的对水的过长时间的加热。
为了安全起见，如果在加热机构下游的流体导管道局部中的开关体比加热机构上游的流体导管中的更轻的话则更好。在本例中如果水在操作过程中通过开关机构时，通常在出口侧的开关体由于其质量较轻而首先起动，而入口侧开关体仅在后来才起动。这在准备触发开关过程时可以检测，因而随之保证了包括加热机构在内的整个开关机构在加热装置开动时已有水流通过。
作为为防止水过度加热的安全措施，可以再设置一个与流体管局部相联系的温度传感器，它设置于加热机构后方用于探测热水的温度。上述温度传感器与开关元件相连接，作为避免过热的安全开关元件。此时可行的简单设计方案是用一个热变电阻，特别是一个负温度系数(NTC)电阻，来构成温度传感器。
为了使水流尽可能地不受到阻碍，把带有开关体的一个或每个流体管道局部设置成与主管道分流的旁路管道被证明是有益的。这样水流被分裂而仅有一部分被分流的水用于开关过程，于是得到了特别精确的开关状态。如果旁路管道中的流道横截面比主管道小则更好。这样，在“开关管道”中，在主管道与旁路管道的状态间实际的独立性便可获得。
为了得到无涡流的层流以获得清楚的开关状态，使旁路管道由管道的直线部分组成并通过联系管道来同主管道相连也是有益的。在直线部分的两端确定了开关体的两个位置，即休止位置与开关位置，采用这种改进使开关体获得了作直线运动的路径，故开关体能进行不受与管道内壁刮擦或冲撞影响的准确的开关运动。
适当地，(各个)开关体的横截面对其所属的流体管道部分的横截面的比率，宜调整到使开关体在出现预定尺寸的空气泡时落下，即回到其起始或休止位置(以切断加热机构)，该设计也可设置成使较大的空气泡破裂成较小的空气泡，以不再产生任何干扰。所以在这方面如果旁路管道是一个联接管道的直接延伸部分，而主管道是该联接管道的间接分枝则是有益的。采用这种构形机构操作时，可能存在于水中的空气泡立即升入旁路管道中，而此时开关体正处于最高的开关位置上，故保证了上述的安全功能，即把空气泡撕裂或降下开关体。
为了得到一个结实的紧凑的小型的结构元件，如果将一个或两个位置传感器，及一个或两个可动开关体安排在一个共同的包含有流体管道的一个或多个局部并可能还有主管道与联系管道的壳体内，将是进一步地特别有益的。为了制造上的理由，这一壳体做成整体的塑料壳体较好，最好是用聚丙烯玻璃制造。这种材料在一方面具有足够的防冲击与绝热能力。同时在另一方面它也使光学位置传感器的使用成为可能，这一点将在下面作进一步的详论。
为了制造方便，最好一个或每个流体管道局部还可能再加上主管道与联系管道，均由可与接头或可能地由螺旋塞相配的块状壳体表面上的孔构成。
加热机构最好是可以开关的电阻加热器，虽然本开关机构在原理上也可例如是一个气体加热器。如果电阻加热器直接设置在待加热的水流过的管道中则是极佳的。这种电阻加热器热水的效率很高，另外被担心的可能发生的过热现象，可由前述的本发明的开关机构的完善的开关功能充分可靠地加以避免。
如上文中已经提到的，光操纵位置传感器是最宜于采用的。相应地，如该一个或两个传感器由光源及对置的光电管组成的光障开关构成则是特别有益的。从光源射向光电管的光束通过的路径中包含有开关体的动作路径。特别地可以看出当光束或“光障”在可动开关体处于其休止位置时亦处于切断状态，而当可动开关体离开其休止位置而进入其开关位置时，光束即击中光电管。当光束击中光电管时即产生了一个电讯号来使开关机构引发开关过程。即对加热器通电。光感元件最好采用光电晶体管或光电二极管。这类元件廉价、操作可靠性高同时由于尺寸小而便于安装。
除了光学位置传感器外还可以采用任何所想要的不同结构的惯用的位置传感器。采用感应接近开关或电容位置传感器来组成一个或每个位置传感器是特别可行的。这类感应或电容位置传感器本身是已知的且易于在市场上找到，如果在管道壁由于某种原因不能采用透明材料时就可以使用它们。然而在这种情况下，位置传感器应装置在流体管道局部的外侧，以便电子元件能处于不接触水的地方。
特别地在最后所述的这种情况中，当位置传感器设计成感应或电容位置传感器的形式时，最好使该一个或每个可动开关体以金属制成。因为开关体可以设计成精确的尺寸，来准确地控制流率，故本实例一般地说仍是极佳的。因其在比重上与水相比有很大的差别故便于计算尺寸，这一点也是很重要的。
为了得到精确、平静和均匀的开关动作，如将一个或每个开关体设计成棒状，以对应于成直线状的流体导管局部是有益的。为了使开关体的横截面便于适应一般的流体管道的横截面，如果开关体设计成圆柱形则更佳。
对于本开关机构本身的情况来说，可以设置成使开关体的开关运动受到与方向无关的作用。一个特别地呈例如是螺旋或橡胶弹簧的(张力)弹簧形式的返回机构，被为开关体而设置。但由于这种返回机构作为附加的结构件，会缩短开关机构的整体寿命，故开关体仅依重力作用从开关或操作位置上返回到休止位置上的方式是最佳的。相应地，如果该一个或每个流体管道局部，都包含一个改进成直线伸展并垂直设置的可动开关体则是最佳的。在这种情况下，开关体即具有下方的休止位置与上方的开关位置。当无水或仅有小量的水流时开关体从上方依重力作用而落下。为此目的采用上述的开关体的最佳的金属改良结构是很有利的。
为了准确决定该一个或每个开关体的不同位置，用端部定位体限定该一个或每个可动开关体的极限休止位置与极限开关位置，最终证明是有益的。
本发明将在下文中参照最佳实例进一步作详细解释，并仅以举例的方式用附图加以表示，在附图中
图1是本发明的开关机构的基本实施例的基本示意图;
图2是开关机构的类似的示意图，但有双开关功能。
图3是一个透视分解图，显示一个带有螺旋塞与接头的壳体块，它表示一个在一个开关块体中的具有双开关功能的开关机构的实例。
图4是这种开关块体的顶视图;
图5是这种开关块体的前视图;
图6是通过图4中的Ⅵ-Ⅵ线作的这种开关块体的垂直剖面，表示出各含有一个开关体的两个流体导管的截面;
图7是沿图5中Ⅶ-Ⅶ线作的这种开关块体的水平剖面，表示出光学位置传感器的布置;
图8是按图4中箭头Ⅷ所指的图3至5的开关块体的左方视图;
图9是该开关块体按图4中的箭头Ⅸ所指的右方视图;
图10是三相加热器用的半导体开关控制的开关元件的示意图框图;以及图11是类似于图1的基本示意图，表示开关机构的一个改善的实例，其中含有相应的开关体的旁路导管是连接导管的直接延伸部分。
图1表示一个以标号1表示其总体的用于流体加。热器的开关机构与一个仅概略地示出的例如是电阻加热器形式的加热机构2。该加热机构2可例如是装在一个容器3内。排流导管4从该容器通往一个其整体以标号5表示的排流阀或排水嘴，后者又与排流管6相通。
该开关机构1在更细节的程度上包括有一个开关本体7，它是一个其中置有在下文中将作进一步详述的，用于触发加热机构2的通断的感应元件的整体壳体8。该壳体8最好是由塑料，特别是用聚丙烯玻璃制成的整体。但它也可以是由一些其它的材料制成。
在壳体8上具有一些孔洞，以在一侧形成用于流水的主导管9，以及与其平行的用于分流的分流导管，后者为流体导管的在其中具有可自由移动的开关体11的局部。这两个导管9与10，借助于共用导管或孔142与冷水源即水管13相通。而开关本体7的输出侧的共用出液孔14通过排液管15与加热机构2相连。
位于流体导管的局部10即分流导管中的开关体11尤其可以是一个金属体，其具有圆柱形棒的外形，可以是例如用塑料加以涂复以确保其有足够的抗腐蚀性。在图1中用实线表示位于低位处的开关体而用虚线表示其位于上开关位置。分流导管10设置成垂直状，在壳体8内的水流方向是依箭头指向向上的。
当排流阀5关闭时，开关体11位于其休止的低位，此时无水流过。当排流阀5打开时，水开始经输入导管13流入，并穿过开关本体7并从那里经过排流导管15到达加热器2，并最终到达排流管6。在开关本体7中，水流主要是向上流过主导管9，但有某一比率的水亦向上穿过分流导管10，并且当到达预定的流率时，即使得开关体11被冲起。当排流阀5仅稍微打开时，相应地仅有少量的水流通过主导管9与分流导管10，而开关体11亦仅在某种程度上被稍微抬起，但是不能到达其上方开关位置。它基本上仍停留在休止位置上，而在此处的由作为光源17的白炽灯泡，与作为光敏元件的光电晶体管或简称作光电管18组成的呈光障开关形式的光学位置传感器16，由于开关体11阻断了从光源17射向光电管18的光线，开关体11而象原来那样仍停留在不动作的状态。相应地在这种情况下光电管18不给出控制信号，因而电阻加热器也不被接通电流，水也不被加热。但如果象已描述过的那样。达到预定的流率，则开关体11与流体导管部分10内的水流一起运动至上方(见图1中的虚线所示位置)，从光源17发出的光线亦到达了光电管18，亦在后者中产生了电控制讯号。该讯号被用于仅在图1中概略示出的开关元件19，使加热电流流入电阻加热器，使水被加热。当排流阀5被进一步打开时，开关位置不再进一步发生改变，即水继续被加热。
如果最终对排水管再次加以节流，为此将排流阀15部分地关闭直至全关。该金属开关体11由于流率下降，而在重力作用下在分流导管10内落下跌下光障开关中，即进入在光源17与光电管18之间的光线通路中，故光电管18给出的控制讯号被切断。结果是开关元件19把加热器2处的加热电流切断，而加热器2不再使水被加热。
在图1中以箭头总体指示的水流的方向亦被沿用于后续的图2及图3至9。
应当指出图1仅是试图对本发明的原理作一概括的表示，其中的具体部件，特别是开关本体7并未按比例绘出，而仅呈示意图的形式。
本发明的开关机构的最佳实例现在要参照图3至9加以解释，但其中对于具有双重开关功能的开关装置将首先以图2中基本示意图的方式加以简述。对此而言，图2中的描述也仅仅是概略的。为了便于理解，特别地示出两个带有相应的开关体11，11′的开关本体7、7′。开关体可以以类似于图1中所述的方式，分别在相应的流体导管局部10与10′中自由移动。同时在实际操作中，如从后面的图3至图9的叙述中可以明显看出的那样，在同一个开关本体中包括两个开关体11，11′是一种最佳的设置方法。再之，流体导管局部10，10′最好还是平行于主导管(图1中9)延伸的分流导管，尽管这一细节在图2中为简化起见没有明显示出。
还有在图2中的零部件如在图1中已经采用过，则其参考标号也与图1中的对应零部件相同，或许加上“′”号。
在图2中，不仅仅是开关本体7具有设置于加热机构2前面的，冷水输入部分中的，流体导管局部10中的可动开关体11，而且还在一个对应的流体导管局部10′中带有一个设置于加热机构2后面的，输出导管4中的可自由移动的开关体11′。放水嘴或排液阀，以及连在它们后面的排流管6与上述开关体11′的输出端相联。位置传感器16、16′(在图2中未详细示出)与两个开关体11，11′相联。它们也最好是类似于图1所述的光学位置传感器，通过相应的信号路线20、21与开关元件19相联系，而后者与加热机构2相联。再之，在位于加热机构2后方的流体导管局部区域11′内设有温度传感器22。后者最好是一种热变电阻，特别是一种负温度系数电阻(NTC)，并通过相应的信号线路23与开关元件19相联。这三条信号线路20、21与23在开关元件19中以下述方式彼此逻辑地连结，即加热机构2的启动(可概略地见到用于启动的开关24位于加热机构2的电源25中。)在且仅在对应的控制信号，在所有三条信号线路20、21与23中均出现时才发生，此时两个开关体11，11′均离开休止位置进入开关位置，因而说明超过预定极小流率的流率已经出现，同时负温度系数(NTC)电阻22也探测出被加热的水的温度低于上限值。这样在线路20、21与23中的三个控制信号之间存在的逻辑关系是“与”，在图2中的方框26概略示出。当然“与”功能也可以如本专业的技术人员所能直接认识到的借助于任何欲知的开关技术也特别是模拟开关技术，来根据环境条件获得。
特别地，如输出端的开关体11′具有比输出端的开关体11较小的质量，因而11′比11“浮起”较早则也是很适宜的。这为该系统在接通加热机构2之前流水时提供更大的安全。
在图3至9的实例中提供了一种单个整体式开关本体107，它由整体的聚丙烯玻璃壳体108构成，其中具有各种将在下文中进一步详加解释的，用以构成各条流水导管及用作位置传感器元件的承接空间的孔洞。这些孔洞位于壳体的外侧或表面上，借助于螺纹接头127(用于冷水输入导管)、128(用于通向在图1与2中的标号2指出，而未在图3至9中示出的加热机构的，在图1与2中以标号15指出的输出导管)、129(用于从加热机构引出的在图1与2中注以标号4的输出导管)、以及130(用于通往在图1与2中注以标号5的装置的输出导管)与各个输入、输出导管相连接。另一方面，为那些在壳体108外侧没有导管与之相联的孔洞提供了螺旋塞131至138。联接接头127至130与螺旋塞131至138，在拧入相应孔洞时都在中间加入O形密封圈139。
在壳体108中还在“冷水”侧或输入端(对应于图2中的方框7)具有两个孔洞140与141，其中孔140形成用于流水的主导管(图1中标号9)，同时另一个孔洞141形成(图1中标号10所指的)流体导管部位，即用于如前所述地承接可动开关体111的(特别参见图6与7)分流导管。孔141在形成分流导管时与横向的导管或孔12与143相遇，142和143在其外侧分别被螺旋塞131与132拧住。同时主导管孔140与输出管孔145分别与出口接头128相连。
在壳体108的“冷水”一侧还设置了两个安装孔144与145，它们彼此并与孔140、141成直角。一个孔144用以承纳光电二极管146(亦参见图6、7)而另一个孔145用于承纳呈白炽灯泡147形式的光源(亦参见图6、7)。白炽灯泡147与光电二极管146彼此相对放置。开关体111以可移动的方式置于旁路导管孔141中，并位于光电二极管146与白炽灯泡147之间从而使它们共同构成了一个探测开关体111的位置的光学位置传感器。这些位置传感器元件146、147与相应的电源与信号线路相连结，在图7中后者仅很略概地分别以标号148与149指示。
以对应的方式，在壳体108的“热水”一侧(对应于图2中所示的位于加热机构2后方的元件7′、10′与11′)。设置了用于构成主导管与容纳可移动开关体111′的旁路导管(或称作流体导管局部)的导管孔140′与141′。这里与“冷水”一侧的不同之处，仅在于加热机构2(在图3中未画出细节)是通过联结接头128、129与壳体108的顶部相连接的，故在热水的一侧，水的供给不是象在“冷水”一侧以下方供给，而是从上方由加热机构2供给的。相应地在“热水”一侧设置了第三个垂直的孔150，以构成旁路导管孔141′的供水导管。来自上接头129的水的主流穿过水平的互相垂直的联系孔道151、152到达主导管孔140′，再到达下接头130。在当预定的流率到达时，为了以与开关体111在开关本体107的“冷水”一侧的状态相对应地能克服作用于其上的重力，将开关体111′(在图3中未示出，参见图6、7)升起，从上方的接头129流入的一部分水经输入导管孔150流下，并流过从旁路导管孔141下方分出的下水平联系孔153。
还有，在彼此平行但朝向相反的孔140′、141′之间，有一底部水平调节孔154将它们连在一起。该调节孔154具有小于其它孔的横截面，这是为了当预定的流量达到时，使来自联系孔153的水受到阻塞，而使旁路导管孔141中的开关体111′升起。
为了确定开关体111、111′的极限位置，一方面在下方的休止位置处，而另一方面在上方的开关位置极限处分别设置了螺旋塞131、136与132、135作为定位件。这些螺旋塞131、136、132、135在旋入状态时分别进入相应的孔141与141′中相当的深度。该定位功能相身在附图中并未详细绘出，但结果可从例如是图6的描述中间接地看出。其中开关体111，111′被显示位于它们对应的最低休止位置处，而分别与相应的横向孔142与154对齐。而相应的螺旋塞(例如131、136)则与这些横向孔142、154轴向对准并与它们在圆周上相吻合。这同样也适用于上方的定位件与横向孔143与152的对应连接关系。
最后，对应于“冷水”一侧，在“热水”一侧也设置了承接或安置孔144′、145′用于分别地适配光电二极管146′与白炽灯泡147′，以使开关本体107的“热水”一侧构成光学位置传感器(附图3外再特别地参见图6、7)。
应进一步指出在图4、5及图8、9中仅示出了壳体108，而未示出接头与螺旋塞，而仅是在图中孔口处作出概略地指示。在采用接头与螺旋塞的每种情况下均用以括号标起的相应标号来加以表示。
最后，从图3、4与8中，可看到在壳体108的后方也提供了把开关本体107连接在未详细示出的支持结构上的安装孔156、157与158。
各种接头127至130与螺旋塞131至138可以用黄铜制造。
在与左下侧的连接孔153相接的螺旋塞134中，接着可以在其前方不固定地设置例如是负温度系数电阻的温度传感器122，它可以用例如是灰桨加以定位(见图6所示)。该温度传感器122通过线路123(相应于图2中的线路23)与电开关元件(参见图10，在图3至9中未详示)相联系。
图10是用于概略表示开关元件19的一个实例的框图式的图。该元件用于对加热机构2与电源控制作出响应。例如，我们假定三相系统具有的三相为L1、L2与L3，零线为N，地线为160，三个电热电阻161、62、163依次连接三相L1、L2与L3。这三个热电阻161至163构成了前述的加热机构2。这些热电阻161、162、163通过作为开关的半导体开关元件164、165与166(见图2中的开关24)连结相应的相L1、L2与L3。这三个半导体开关元件164、165与166的控制电极与一零通道探测器167的输出端相联系，而167以三个输入端与三个相L1、L2与L3相联系。然后，当加热机构接通或切断时就在每相的对应的零通道上向半导体开关元件164、165与166的控制电极发出开关信号。这样在操作过程中就没有突然的电压变化发生，并避免了干扰电压。
在本实例中加热电源或三相电流电流可用半导体开关元件164、165与166的接通率来调节，为此设置了一个例如是带有无限可调电位计的电源调整元件168(未详细示出)。由两个位置传感器(光电二极管146、146′)与温度传感器122发出的控制或开关信号的馈送在图10中予以概略地表示。相应设置的可以各种最不相同的方式构造的电子设备169的输出端与零通道探测器164相连。
在操作过程中，向零通道探测器发送的相应的控制信号，仅在两个位置传感器(即两个光电二极管146、146′)都感受到由于相应的开关体111与111′分别从休止位置进入上方开关位置所引起的变化，即当它们收到光线时并且负温度系数电阻122也同时感受到水温位于预定的温度上限以下时产生。相应的控制脉冲通过控制电子设备169加在零通道探测器167上，并触发半导体开关元件164、165与166，使得在电源控制元件168控制下的负载电流在瞬间通过。为此，可例如设置一个脉冲发生器(其细部未示出)于控制电子设备169中。零通道探测器167可以使完整的半波始终通过半导体开关元件164、165与166。
当开关体111，111′中之一落回其休止位置，或负温度系数电阻122检测出温升已超出预定的限度的同时，半导体开关元件164、165与166立刻通过零通道探测器167被闭锁，即加热机构断电。该动作也可以例如借助于连接装置(图1与2中的排液阀5)的限流来产生。
此外，对于操作时的状态，在上文中已给出了可以参照的说明。
在一个用于实验目的设计的实例中，采用了9KW的热源。构成主导管、旁路导管和联系导管的各个孔的直径为6.5mm，而棒状圆柱形开关体111与111′的直径为6mm。主导管140、140′与旁路导管141、141′的长度约为34mm，而开关体111与111′的长度约为20mm。补偿孔154与白炽灯泡147与147′的承纳孔145与145′的直径是3.3mm，而分别承纳光电二极管146与146′的承纳孔144与144′的直径是5.5mm。在相应的旁路导管孔141与141′，与用于光电二极管146、146′与白炽灯泡147、147′的承纳孔144、144′，与145、145′之间的聚丙烯树脂的厚度分别约为2和2.5mm。
在图11中类似于图1地绘示了一个本发明的开关机构的基本示意图，但相对于图1已作出了某种改善。图11与图1相比，仅是包括联接孔12与输入导管13以及排液孔及排液导管15的开关本体7的简图。一般地说，它最好还是一对装置的一半，就如同前面以图2的方式及特别是在图3至图10中所表述的那样。即其中的每一个都包括一个位置传感器16(加上它们所从属的开关体11与光源17以及光敏元件18)，位于加热机构(在图11中未示出)的前方与后方。
在图11中相对于前述实例的改进的基本点在于，其中置有(相应的)开关体11的旁路导管10是联接孔或导管12的直接延伸，同时主导管9通过横向联接导管242以支管的形式被连接。对于这种构形来说，如果在运行过程中输入的水中混有空气泡，这些气泡就会直接升入旁路导管10，在旁路导管中的开关体11就会处于用虚线表示的上方位置。这样在相对大的空气泡在进入旁路导管10时就会破裂成一些小的空气泡，而不再产生干扰作用，或是开关体11降至其休止或起始位置(以实线绘出的)，而使得其所从属的加热机构关闭。所以由于大气泡引起的加热机构的过热现象就可以得到防止，否则由于大气泡侵入包括加热机构的部位时就可能产生这一现象。
虽然在上文中参照最佳实例对本发明作出了详细的描述，但不超出本发明的范围而对本发明作出进一步的发展和改善当然是可能的。即可以特别是在相应配合的孔中用感应接近开关或电容位置传感器来代替由光电二极管18与光源17组成的光学位置传感器16。进一步地在原则上还可以设想可以分开开关本体107的“冷水”与“热水”部分即如图2中所概略表示的那样设置两个这样分开的壳体，以及/或可以再设想将开关本体的“热水”一侧的底部连接在加热机构上，即从开关本体的底部输入来自加热机构2的热水。以同样的方式可在“冷水”一侧的底部上输入冷水，而把通向排水阀的导管阀的导管连接在开关本体的顶部。这时分开的输入导管150也可以省去。因装配上的理由需要将开关本体与加热机构制作成结构紧凑的状态，但上文中参照图3至9所阐述的实例是最佳的。
权利要求
1.用于流体加热器的开关机构(1)具有一个与水流导管联接的水流传感机构，一个用于加热水的加热机构(2)的开关元件(19)与传感机构相连接，其特征在于传感机构中有可动地设置在流体导管局部(10、10′；141、141′)中的开关体(11、11′；111、111′)，开关体可以在预定流率的水流作用下从休止位置移至开关位置，用于检测可动开关体(11、11′；111、111′)的位置上的变化的位置传感器(16)与加热机构(2)的开关元件(19)相连接。
2.按权利要求1的开关机构，其特征在于可动开关体(11、11′;111、111′)设置在流体导管局部(10、10′;141、141′)内，分别位于从水流方向看的加热机构(2)的前方与后方，一位置传感器(16)与每个开关体相联系。
3.按权利要求2的开关机构，其特征在于加热机构(2)仅在当可动开关体(11、11′;111、111′)从休止位置移入开关位置时的位置变化被两个位置传感器(16)测出时由开关元件(19)加以启动。
4.按权利要求2或3的开关机构，其特征在于位于加热机构(2)下游方向的流体导管局部(10′;141′)中的开关体(11′;111′)的重量，小于位于加热机构(2)上游方向的流体导管局部(10;141)中的开关体(11;111)的重量。
5.按权利要求2至4中任一项的开关机构，其特征在于设置在加热机构(2)后方用于检测热水水温的温度传感器(22;122)与流体导管局部(10′;141′)相联，该温度传感器与开关元件相联接来作为防止过热的安全开关元件。
6.按权利要求5的开关机构，其特征在于温度传感器(22;122)由热变电阻特别是负温度系数电阻构成。
7.按权利要求1至6中任一项的开关机构，其特征在于每个带有开关体(11、11′;111、111′)的该流体导管局部或每个流体导管局部(10、10′;141、141′)是设置于对主导管(9;140、140′)中的流水进行分流的旁路导管。
8.按权利要求7的开关机构，其特征在于旁路导管(10)具有比主导管(9)要小的流水横截面。
9.按权利要求7或8的开关机构，其特征在于旁路导管(141、141′)由直线状导管局部构成，它在两个端区通过联系导管(142、143、152、154)与主导管(140、140′)相连通，导管局部的这两个端区就是所设定的开关体(111、111′)的休止位置与开关位置。
10.按权利要求7至9中任一项的开关机构，其特征在于旁路导管(10)是连接导管(12)的直接延伸，而主导管(9)是连接导管(12)的横向分支。
11.按权利要求1至10中的任一项的开关机构，其特征在于该位置传感器或两个位置传感器(16)与该可动开关体或两个可动开关体(11，11′;111，111′)设置在一个共同的壳体(8、108)中，后者含有一个或若干流体导管局部(10、10′;141、141′)，并还可以含有主导管及联系导管(9;140，140′、142、143、152、154)。
12.按权利要求11的开关机构，其特征在于壳体(8;108)是一整体塑料块体，最好是用聚丙烯玻璃制成。
13.按权利要求11或12的开关机构，其特征在于该流体导管局部或每个流体导管局部(10、10′;141、141′)，及还可以设有的主导管与联系导管(9;140、140′、142、143、152、154)由位于块体表面并带有接头(127、128、129、130)或还可能带有螺旋塞(131至138)的一个或多个孔洞形成。
14.按权利要求1至13中的任一项的开关机构，其特征在于加热机构(2)是电阻加热机构。
15.按权利要求1至14中的任一项的开关机构，其特征在于一个或每个位置传感器均由由光源(17;145、145′)和与其对置的光电管(18;146;146′)组成的光障开关构成。
16.按权利要求15的开关机构，其特征在于光电管(18)是光电晶体管。
17.按权利要求15的开关机构，其特征在于光电管(146、146′)是光电二极管。
18.按权利要求1至14中的任一项的开关机构，其特征在于该一个或每个位置传感器由感应接近开关构成。
19.按权利要求1至14中任一项的开关机构，其特征在于该一个或每个位置传感器由电容位置传感器构成。
20.按权利要求1至19中任一项的开关机构，其特征在于该一个或每个可动开关体(11，11′;111，111′)是金属制成的。
21.按权利要求1至20中任一项的开关机构，其特征在于该一个或每个开关体(11，11′;111，111′)为棒状而对应的流体导管局部(10，10′;141，141′)呈直线状。
22.按权利要求21的开关机构，其特征在于开关体(11，11′;111，111′)呈圆柱状。
23.按权利要求1至22中任一项的开关机构，其特征在于该一个或每个流体导管局部(10、10′;141、141′)含有在直线方向上扩展并垂直布置的可动开关体(11、11′;111、111′)。
24.按权利要求1至23中任一项的开关机构，其特征在于该一个或每个可动开关体的最外方的休止位置与最外方的开关位置由端止块(分别为131、136与132、135)加以限定。
全文摘要
用于流体加热器的开关机构。它根据流率对一个热水用的加热机构进行通电或断电。它带有一个圆柱状的由例如是金属制成的开关体，后者可移动地置于有水流过的垂直的流体导管局部中。开关体可以在预定的流率作用下被水流从下方的休止位置冲至上方的开关位置。还有一个位置传感器用来检测可动开关体的这一位置变化。该传感器最好是由具光源与光电管的光障开关构成。该光障开关与加热机构的开关元件相连。
文档编号F24H9/20GK1093156SQ93103569
公开日1994年10月5日 申请日期1993年4月1日 优先权日1993年4月1日
发明者沃尔特·霍荷莱特纳 申请人:海湾能源公司