专利名称：阻流式安全电热水器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电热水器，尤其是一种电热水器安全装置的改进，属于家用电器技术领域。
背景技术：
众所周知，电热水器的基本结构为外壳中安置带进、出水口的内胆，内胆中装有电加热器件。使用时，电加热器件通电将内胆中的储水加热到预定温度，从而给使用者提供所需的热水。自电热水器诞生以来，其安全性能一直是制造者和使用者十分关注的问题。
早期电热水器采取的相关安全措施基本上离不开“漏电保护”概念，即在控制电路中接有漏电检测功能的保护器件，当热水器的漏电电流超过额定值后，漏电开关自动切断电源。此类安全措施只能解决相线漏电的问题，当地线环境较差时，依然存在安全隐患。
上个世纪未，自申请号为962431206的中国专利申请首先提出了利用水电阻本身作为绝缘材料的概念之后，对地线的安全有了一定的防护。“水电阻本身作为绝缘材料”的概念是，由于自来水本身具有介质电阻，因此只要电热水器进、出水管采用绝缘材料制作，并且其长径比达到一定比值(例如管长大于14倍的管径平方)，则即使电热水器使用的地线出现异常时，由于水电阻的阻隔作用，出水口能降低到安全电压。其后出现的诸如012620629、011353007、02114552、032312644、2003201938037等诸多专利都是依据上述概念，对电热水器内胆进、出水结构进行的各种方式的局部改进。
然而有心人发现，事实上，利用“水电阻”采取的安全措施也存在一些弊端
1)、实现“水电阻隔离”采用的加长进、出水管势必增加水流阻力，牺牲了电热水器原有的排放性能(检测发现，在同等水压情况下，采用“水电阻隔离”电热水器的流量将损失20％以上)；2)、“水电阻隔离”未能让使用者及时知道异常，没有真正切断安全隐患；3)、尤为严重的是，当塑料绝缘管由于老化等原因出现泄漏时，“水电阻隔离”将被破坏，而且不容易被发现，使用者将在不知情的状况下面临安全隐患。
发明内容
本发明的要解决的技术问题是针对以上现有技术存在的问题，提出一种不影响热水器原有功效、可以从根本上消除安全隐患的阻流式安全电热水器。
为了解决以上技术问题，申请人打破“水电阻隔离”的框框，经过深入研究、反复探索，提出了如下的阻流式安全电热水器技术解决方案本发明包括具有进、出水口的内胆和电加热器件，还包括阻流监控电路以及阻流执行器件，所述阻流监控电路的采样端连接到地线和/或与水接触的金属部件，其信号输出端通过逻辑分析电路输出到阻流执行器件的控制信号输入端，所述阻流执行器件安装在水流通道处。
这样，一旦电热水器的地线出现异常情况，采样元件上的采样信号发生变化，从而通过逻辑分析后驱动执行器件，迅速阻断电热水器的出水水流，消除安全隐患，确保使用者的安全，同时水流的突变势必引起使用者的警觉，从而起到可靠的报警作用。
本发明的另一种解决方案是，阻流式安全电热水器包括具有进、出水口的内胆和电加热器件，还包括阻流执行器件，所述阻流执行器件的控制信号输入端连接到地线和/或与水接触的金属部件，所述阻流执行器件安装在水流通道处。这样，一旦电热水器的地线出现异常，将直接由地线上的异常电能驱动执行器件，阻断出水水流，消除安全隐患。此方案理论上也是可行的。
需要说明的是，以上方案中“连接到地线和/或与水接触的金属部件”中，“连接”的含义包括直接电连接以及耦合连接，“和/或”的含义包括单独连接到地线、单独连接到与水接触的金属部件，以及同时连接到地线和与水接触的金属部件的各种情况。
由于本发明在发生异常时，通过阻断水流而隔断了漏电路径，因此从根本上消除了安全隐患。与“水电阻隔离”安全措施相比，本发明可以附加在电热水器上，仅在地线出现异常情况时起作用，因此不影响电热水器原有功能的发挥。
并且，与各种现有技术相比，本发明在由于阻断水流保证安全的同时，自然起到报警作用，从而使安全防护与安全报警有机结合在一起，无需另设报警装置。尤为值得一提的是，与各种报警设施相比，本发明的报警不受安装位置、使用者关注力等各种因素影响，最为可靠。
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明实施例一的结构示意图。
图2为图1实施例的阻流监控电路原理图。
图3为本发明实施例二的阻流监控电路原理图。
图4为本发明实施例三的阻流监控电路原理图。
具体实施例方式
实施例一本实施例的阻流式安全电热水器如图1所示，外壳5中装有内胆1，内胆1的进水口和出水口分别装有绝缘接头4和3，内胆1中装有电加热器件。其中的出水绝缘接头3上装有作为阻流执行器件的电磁阀2。
驱动电磁阀2的阻流监控电路如图2所示，由作为异常电压信号采样元件的分压电阻R2和R3、作为逻辑分析电路的比较器A构成。其中，异常信号采样元件的采样端连接到地线GND(显然，根据具体情况，也可以单独或同时连接到与水接触的金属部件)，两分压电阻R2和R3的中点信号输出端引接到比较器A的反相输入端，与接零线N的另两分压电阻R1和R4中点引接到比较器A正相输入端的信号进行比较。正常情况下，通过设定电阻阻值使同相输入端电位低于反相输入端，比较器A输出低电平。当地线漏电时，反相输入端电位降低到低于正相输入端，比较器A输出高电平至安装在出水管路处的电磁阀控制信号输入端，从而驱动阀门执行器件关断电热水器的出水水流，消除安全隐患，确保使用者的安全，同时引起使用者的警觉，起到报警作用。
实施例二本实施例的基本结构与实施例一相同，不同之处在于阻流监控电路如图3所示，作为异常电流信号采样元件的互感线圈a采样端与地线GND以及相线L和零线N耦合连接，其信号输出端引接到比较器A的反相输入端，与耦合连接到相线L和零线N的另一互感线圈b引接到比较器A正相输入端的信号进行比较。
其作用原理和监控过程与实施例一相同，不另赘述。
实施例三本实施例的基本结构也与实施例一相同。其中的阻流监控电路如图4所示，由电压采样电路、比较电路、输出控制电路以及电源电路组成。
电压采样电路共有两路，第一路由电源零线与电源相线之间的串联二级管D1以及作为异常信号采样元件的电阻R2、R3组成；第二路由串联在电源地线与电源相线之间作为漏电采样元件的二级管D2以及作为参照信号采样元件的电阻R4、R5、R6组成。
比较电路由LM393双比较器组成，第一路采样电路的采样电阻中点V1接第一比较器A的反相输入端，同时(V4与V1等电位)接第二比较器B的同相输入端；第二路采样电路的采样电阻上中点V2接第一比较器A的同相输入端，下中点V3接第二比较器B的反相输入端；两比较器A、B的输出端并联输出，接输出控制电路U1。
该输出控制电路U1接电磁阀的控制信号输入端，根据比较器A和B的比较结果输出相应的控制信号，实现对采样电压比较判断结果的执行，逻辑关系见表1
控制电源电路用于提供比较电路的工作电源，可由串联二极管D1、电阻R1接并联电容C1、稳压管D2组成的简单并联稳压电路实现，也可以由其他方式的工作电源电路构成。
工作时，通过采集电源相线L对电源零线N和电源相线L对电源地线GND的电压U12(U12＝V1-V2)和U34(U34＝V3-V4)，并将U12输入到比较器A，将U34输入到比较器B，根据比较器A和比较器B的逻辑“与”的输出结果来控制输出控制执行元件U1的输出状态达到输出控制的目的。采样电路的参数选择在正常工作状态下使V2电位高于V1的电位，即比较器A的同相输入端的电位高于反相输入端，反相器A输出高电平，置逻辑“1”；V4电位高于V3，即比较器B的同相输入端的电位高于反相输入端，反相器B输出高电平，置逻辑“1”；反相器A与反相器B逻辑相与的结果为高电平逻辑“1”；如果电源地线GND电位因为某种原因发生变化，导致电源相线L与电源地线GND的电压低于电源相线L与电源零线N的电压，即反相器A的同相输入端V2电位降低到小于反相器A的反相输入端V1电位，反相器A输出低电平，逻辑“0”，输出控制为逻辑“0”状态；反之，电源地线GND电位因为某种原因发生变化，导致电源相线L与电源地线GND的电压高于电源相线L与电源零线N的电压，即反相器B的反相输入端V3电位升高到大于反相器B的同相输入端V4的电位，反相器B输出低电平，逻辑“0”，输出控制为逻辑“0”状态；同理，电源零线的电位发生变化后同样使比较器发生逻辑翻转，导致输出控制电路输出状态发生变化，从而实现监控电源地线GND与电源零线N的电位变化，并在达到设定的阈值后输出控制信号的功能。结果，驱使电磁阀动作，切断电热水器水流，起到安全保护作用，与此同时，水流的突然变化对使用者自然起到警醒作用。
实施例四本实施例将图2中电磁阀的控制信号输入端直接接地线，省略其它电路元件(图略)。连接的方式可以是直接电连接，也可以是耦合连接。这样，对阻流执行器件的控制更为直接，当地线漏电时，电磁阀将被驱动，关断水流，理论上也可以起到安全保护以及警示作用。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。例如，电加热器件可以内置，也可以外置；再如，阻流执行器件除先导式、直动式、旋转式等各种电磁阀外，还包括各种其它通过电信号控制机械运动转换的电触发机械脱扣装置；又如，由于电热水器的出水水流受制与进水水流，因此阻流执行器件既可以安装在出水管路中，也可以安装在进水管路中，或安装在其它制约出水水流的水流通道中；等等。此外，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
权利要求
1.一种阻流式安全电热水器，包括具有进、出水口的内胆和电加热器件，其特征在于还包括阻流监控电路以及阻流执行器件，所述阻流监控电路的采样端连接地线和/或与水接触的金属部件，其信号输出端通过逻辑分析电路输出到阻流执行器件的控制信号输入端，所述阻流执行器件安装在水流通道处。
2.根据权利要求1所述阻流式安全电热水器，其特征在于所述阻流监控电路为与地线和/或与水接触的金属部件电连接的电压信号监控电路。
3.根据权利要求1所述阻流式安全电热水器，其特征在于所述阻流监控电路为与地线和/或与水接触的金属部件耦合连接的电流信号监控电路。
4.根据权利要求2所述阻流式安全电热水器，其特征在于所述电压信号监控电路由电压采样电路、比较电路、输出控制电路组成，所述电压采样电路的输入端接地线与参考点，所述电压采样电路的输出端接比较电路的输入端，所述比较电路的输出端经输出控制电路接阻流执行器件的控制信号输入端。
5.根据权利要求3所述阻流式安全电热水器，其特征在于所述电流信号监控电路由电流采样电路、比较电路、输出控制电路组成，所述电流采样电路的输入端耦合连接到地线与参考点，所述电流采样电路的输出端接比较电路的输入端，所述比较电路的输出端经输出控制电路接阻流执行器件的控制信号输入端。
6.根据权利要求4或5所述阻流式安全电热水器，其特征在于所述阻流执行器件为电信号驱动元件。
7.根据权利要求6所述阻流式安全电热水器，其特征在于所述电信号驱动元件为电磁阀或电触发机械脱扣装置。
8.一种阻流式安全电热水器，包括具有进、出水口的内胆和电加热器件，其特征在于还包括阻流执行器件，所述阻流执行器件的控制信号输入端连接到地线和/或与水接触的金属部件，所述阻流执行器件安装在水流通道处。
9.根据权利要求8所述阻流式安全电热水器，其特征在于所述阻流执行器件的控制信号输入端电连接到地线和/或与水接触的金属部件。
10.根据权利要求8所述阻流式安全电热水器，其特征在于所述阻流执行器件的控制信号输入端耦合连接到地线和/或与水接触的金属部件。
11.根据权利要求9或10所述阻流式安全电热水器，其特征在于所述阻流执行器件为电信号驱动元件。
12.根据权利要求11所述阻流式安全电热水器，其特征在于所述电信号驱动元件为电磁阀或电触发机械脱扣装置。
全文摘要
本发明涉及一种电热水器安全装置的改进，属于家用电器技术领域。本发明的电热水器包括制有进、出水口的内胆，内胆中装有电加热器件，还包括阻流监控电路以及阻流执行器件，所述阻流监控电路的采样端连接地线和/或与水接触的金属部件，其信号输出端接往安置在进水或出水管路中的阻流执行器件。一旦电热水器的地线出现异常情况，阻流监控电路中的采样信号发生变化，从而直接或间接驱动执行器件，迅速改变电热水器的出水水流，消除安全隐患，确保使用者的安全，同时水流的突变势必引起使用者的警觉，起到可靠的报警作用。
文档编号F24H9/20GK1920438SQ20061003857
公开日2007年2月28日 申请日期2006年3月2日 优先权日2006年2月28日
发明者丁威, 邱步, 鞠平, 万华新 申请人:艾欧史密斯(中国)热水器有限公司