专利名称：流体加热设备、用于加热流体的电路及其操作方法
技术领域：
本发明涉及一种流体加热设备，例如电热水器，其能够确定该设备的加热元件的老化，并且本发明涉及一种操作该流体加热设备的方法。
背景技术：
当电热水器中的电阻加热元件失效时，加热器的运行受到削弱，直至更换该元件。这将对该热水器的使用者产生不便。
发明内容
电阻元件的失效可能不是立即的。例如，该元件典型地具有通过绝缘体与元件导线相隔离的外皮，例如包装的氧化镁。如果外皮被损坏，则绝缘体仍然能够隔离导线并阻止元件的完全失效。然而，绝缘体随着时间的推移将与水结合，从而导线最终将短路，从而导致元件的失效。在本发明的至少一个实施例中，在加热元件失效之前，检测损坏的外皮所导致的加热元件的老化。在元件失效之前的元件老化的警报，将允许使用者利用其电器的短暂的停机时间替换该元件。
加热元件产生能够传递至围绕加热元件的水的热量。水能够扩散许多由加热元件产生的热能。当供电时加热元件的温度开始迅速升高，然后升温率变慢，直至加热元件的温度保持相对稳定。如果在热水器装满水之前给加热元件接通电源，或者当热水器中的水位不足够高以围绕加热元件而发生故障时，存在通称为“干烧”的潜在状态。由于没有水围绕加热元件以扩散热量，故加热元件加热至导致其失效的温度。失效的发生仅为几秒钟的事情。因此，希望在加热元件的损害发生之前，迅速检测干烧状态。
在一个实施例中，本发明提供一种控制流体加热设备的方法。该流体加热设备包括用于加热围绕加热元件的流体的加热元件；和连接至加热元件并且可连接于电源的控制电路。控制电路包括连接在从电源至加热元件并返回至该电源的电流通路中的开关，以及电流传感器。该方法包括通过在电流通路中产生电流，启动流体加热设备的加热状态，所述产生电流的行为包括使开关允许在电流通路产生电流；通过停止电流通路中的电流，启动非加热状态和停止流体加热设备的加热状态，该停止行为包括断开开关以便在电流通路中不产生电流；在非加热状态期间，施加电压至加热元件；在施加该电压期间，检测加热元件的泄漏电流；以及在加热元件失效之前利用所检测的泄漏电流确定加热元件的老化。
在另一个实施例中，本发明提供一种用于加热流体的流体加热设备。该流体加热设备包括容器，引导流体进入该容器的进口，从该容器排出流体的出口，加热元件，所述加热元件至少部分由容器中的流体围绕。该加热元件包括导线，至少围绕导线的一部分的绝缘材料，以及至少围绕绝缘材料的一部分的外皮。该流体加热设备还包括与外皮电连接的接地触点，以及可连接于电源并连接至加热元件的控制电路。该控制电路包括电流通路，该电流通路具有连接电源至加热元件的第一点的第一支路和连接电源至加热元件的第二点的第二支路；连接在第一支路的电路中的开关；以及电流传感器。在一种结构中，设置控制电路为通过在电流通路中产生电流，启动流体加热设备的加热状态，所述产生电流的行为包括使开关允许在第一电流通路产生电流；通过停止电流通路中的电流，启动非加热状态和停止流体加热设备的加热状态，该停止行为包括断开开关以便在第一电流通路中不产生电流；在非加热状态期间，连接电源至加热元件的第二点，从而在非加热状态期间允许在第二支路中产生电流；在非加热状态期间，在电源连接至加热元件的第二点期间检测加热元件的泄漏电流；以及在加热元件失效之前，利用所检测的泄漏电流，确定加热元件的老化。
通过参考详细说明和附图将使本发明的其他方面变得明显。
图1为体现本发明的热水器的局部分解视图。
图2为能够用于图1的热水器中的电极的局部分解和局部侧视图。
图3为能够控制图2的电极的第一控制电路的局部程序块图和局部电气原理图。
图4为能够控制图2的电极的第二控制电路的局部程序块图和局部电气原理图。
图5为能够控制图2的电极的第三控制电路的局部程序块图和局部电气原理图。
图6A为浸入水中的图2的电极的温度曲线图。
图6B为暴露在空气中的图2的电极的温度曲线图。
图7为能够控制图2的电极和检测干烧状态的第四控制电路的局部程序块图和局部电气原理图。
图8为用于检测干烧状态的图7的控制电路的操作流程图。
图9A为浸入水中的图2的电极的电阻曲线图。
图9B为暴露在空气中的图2的电极的电阻曲线图。
具体实施例方式
在详细说明本发明的所有实施例之前，应了解本发明不限制在只使用于下述描述提出或下述
的结构的细节和部件的布置。本发明可以具有其他的实施例，而且能够被实施或以多种方式实现。同样，应了解在此所使用的术语和专门名词是为了描述，而不应该被认为是限制。这里所使用的“包括”，“包含”或“具有”以及其变型意味着包括其后列出的对象和其相当物以及其他的对象。术语“安装”，“连接”，“支撑”，以及“联接”被概括性地使用，其包括直接和间接安装，连接，支撑和联接。此外，“连接”和“联接”不局限于物理或机械连接或联接，其可以包括电连接或联接，不管是直接的或间接的。
图1表示存储型热水器100，存储型热水器100包括密闭水箱105(在此称之为密闭容器)，围绕水箱105的壳体110，以及填充水箱105和壳体110之间的环形空间的泡沫绝缘体115。典型的贮水箱105由铁类金属制成，并利用类似玻璃的搪瓷作为内衬以防止金属被腐蚀。然而，贮水箱105能由其他材料制成，例如塑料。进水口管道或汲取管120以及出水口管道125进入水箱105的顶端。进水管道120具有用于添加冷水至水箱105的进口130，出水管道125具有用于从水箱105取出热水的出口135。所述箱可能还包括与存储在箱中的水相接触的接地元件(或触点)。另外，该接地元件可为热水器的另一个部件的一部分，例如加热元件的插头(将在下文论述)。该接地元件包括允许电流流向大地的金属材料。
热水器100还包括电阻加热元件140，其连接到箱105并延伸进入箱105内以加热水。能够用于热水器100中的示例性加热元件140如图2所示。参考图2，加热元件140包括内部高电阻加热元件导线150，内部高电阻加热元件导线150由合适的绝缘材料155(例如包装的氧化镁)所包围；封闭绝缘材料的金属外壳(或外皮)160；以及联接金属外壳160至可为大地的壳体110的元件连接组件165(典型地称之为插头)。对于所示结构，所述连接组件165包括具有螺纹的金属定位桩170，金属定位桩170通过与壳体110的开口的螺纹相匹配，将加热元件140固定至壳体110。该连接组件165还包括用于将导线150电连接至控制电路(在下文中论述)的连接器175和180，其中控制电路为导线150提供控制电力。虽然所示为具有元件140的热水器100，但是本发明可使用在其他用于加热导电流体的流体加热设备，例如瞬时热水器或油加热器，以及其他加热元件设计和布置。
图3所示为用于控制加热元件140的控制电路200的一种结构的局部电气原理图和局部程序块图。控制电路200包括微控制器205。如下面更详细地论述，微控制器205接收多个传感器或电路的信号或输入，分析输入，并产生一个或多个输出，以控制热水器100。在一个结构中，微控制器205包括处理器和存储器。该存储器包括一个或多个具有指令的模块。该处理器实现解释和执行指令，以控制热水器100。虽然微控制器205描述为具有处理器和存储器，但是可利用其他包括多种集成电路(如专用集成电路)和分立器件的控制器或装置实现本发明，这对本领域的普通技术人员是显而易见的。另外，微控制器205和控制电路200能够包括其他线路，并执行在此未讨论而在本领域已知的其他功能。
再次参考图3，控制电路200还包括从电源201至加热元件140并返回至电源201的电流通路。该电流通路包括第一支路202和第二支路203。第一支路202连接电源201至加热元件140的第一点206，同时第二支路203连接电源201至加热元件140的第二点207。恒温器连接在电源201和加热元件206之间的第一支路202中，该恒温器图示为根据水是否需要加热而断开和闭合的开关210。当恒温器开关210闭合时，其允许电流经过第一和第二支路202和203、从电源201流至加热元件140并返回至电源201。这使得加热元件140将水加热至该恒温器所确定的要求的设置点。将水加热至要求的设置点在此称之为热水器100处于加热状态。当恒温器开关210断开时，其阻止电流经过第一和第二支路202和203、从电源201流至加热元件140并返回至电源201。这使得加热器100处于非加热状态。检测水温和控制电源201流向加热元件140的电流的其他方法是可能的(例如，具有传感器的电子控制，联接至传感器的微控制器205以接收与所检测温度具有关系的信号，以及电子开关，例如响应于所检测温度由微控制器控制的例如三端双向可控硅开关的电子开关)。
正如刚才所述，当开关210闭合时，恒温器开关210允许电流流过加热元件140。当电压作用于加热元件140时，可变的泄漏电流能够经过绝缘材料155从元件导线150流至外皮160。可变电阻器215表示泄漏电阻，可变电阻器215提供泄漏通道。当加热元件140由于外皮160的失效而老化时，导线与大地之间的电阻从大约4,000,000欧姆降至大约40,000欧姆或者更少。这将在下文中更详细地论述。
该控制电路210还包括电压测量电路220和电流测量电路225。电压测量电路220检测第一和第二支路202和203之间的电压差，电压测量电路220能够包括用于将所检测电压过滤和调节至适合于微控制器205的水平的滤波器和信号调节器。该电压差可用于确定恒温器开关210是否断开或闭合。电流测量电路225利用环形电流互感器(torroidal current transformer)230检测流向加热元件140的电流。该环形电流互感器235可以布置在两个支路202和203的周围，从而在热水器100的加热状态期间阻止电流检测信号过载，以及在热水器100的非加热状态期间精确地测量泄漏电流。电流测量电路225还可以包括用于将所检测当前值过滤和调节至适合于微控制器205的水平的滤波器和信号调节器。
在热水器100操作期间，外皮160可能老化导致外皮160的裂口(称之为孔隙)。当孔隙暴露绝缘材料155时，材料155可能吸水。最终，绝缘材料155可能浸透，导致导线150变得接地。这将导致元件140的失效。
当绝缘材料155吸水时，材料155随着其和水结合而物理性质发生变化。绝缘材料155的和水结合减少了从元件导线150至接地元件(例如，加热元件插头165和联接外皮160)的泄漏通道的电阻215。本发明的控制电路200识别泄漏通道的电阻215的变化，并当泄漏电流增加至预定水平时发出警报。
更具体地描述图3，在美国通用的是，通过连接第一120VAC至第一支路202以及第二120VAC至第二支路203，从而将240VAC施加至元件导线140。恒温器开关210切断输送至加热元件140的第一120VAC，从而使得热水器100进入非加热状态。然而，如图3所示，第二120VAC通过第二支路仍然施加至加热元件140。因此，泄漏电流仍然能够流过泄漏电阻215。电压测量电路220提供信号至微控制器205，直接或通过微控制器205的分析表示恒温器开关210是否处于断开状态，电流测量电路230提供信号至微控制器205，直接或通过微控制器205的分析表示包括泄漏电流的通过电路通道的电流。当所测量的泄漏电流大于指示加热元件140具有老化的外皮160的阈值时，微控制器205能够发出警报。该阈值能够基于热水器100的模型的经验性测试而设置。该警报能够采用可见和/或声音警报250的形式。甚至可以想象，该警报能够采用阻止水进一步加热直至变更加热元件140的形式。
在热水器100的另一个结构中，如果通过微控制器205执行流至加热元件140的电流的控制时，电压测量电路220可能不是必需的。即，当热水器100进入加热状态时，电压测量电路220能够通知微控制器205。然而，在一些热水器中，微控制器205从温度传感器接收箱105内水的温度，并通过继电器控制流向加热元件140的电流(即，直接控制热水器100的状态)。对于这种结构，由于微控制器了解热水器100的状态，故电压测量电路220不是必需的。
在热水器100的另一个结构中，微控制器205(或一些其它部件)可以控制电流测量电路225，以便仅在“断开”状态期间检测流过加热元件140的电流。这种结构允许电流测量电路225在非加热状态期间对泄漏电流更加敏感。
参考表1，该表提供对八种不同元件执行八种测试的结果。每个元件在形状上与图2所示的元件140相似。这些元件为固定在设计上与图1所示的热水器100相似的52加仑的电热水器的4500瓦的元件。在测试期间采用元件的多种测量方法。该测量方法包括“电力接通平均测量差动电流”，“电力接通最大测量差动电流”，“电力断开平均测量差动电流(ma)”，以及“电力断开最大测量差动电流”。孔隙进入元件E，F，G和H的外皮160中。该孔隙导致绝缘材料155的老化。当绝缘体老化时，测量元件EFGH。表1中的数据表示在接通状态(或加热状态)期间具有完好的外皮160的元件的电流测量值，以及具有损坏外皮160的元件的电流测量值。例如元件“边缘孔G”具有低于优良元件C和优良元件D的平均电流。与此相反，在“断开”状态(或非加热状态)期间的电流测量表示具有损坏外皮160的元件对比于具有完好外皮160的元件在示值存在较大的差异。例如，老化外皮160的所测量的最小平均电流，边缘孔G为12.5ma，高出未受损坏的元件、即优良D的所测量的最大平均电流六倍多。
表1差动电流测量值
图4所示为用于控制加热元件140的控制电路200A的另一种结构的局部电气原理图和局部程序块图。与图3所示的结构相似，控制电路200A包括微控制器205，恒温器开关210A，电压测量电路220，和电流测量电路225。然而，对于图4中的控制电路的结构，电路200A的第一支路202A连接至120VAC或240VAC，控制电路200的第二支路203连接至大地。如图4进一步所示，双刀恒温器开关210A电连接在电流测量电路225和120VAC或240VAC之间。图4中的控制电路200A的操作与图3中的控制电路200相似。表2表示最初没有孔隙的加热元件140和在元件140的边缘具有孔隙的元件140之间的对比。可以看出，表2表示在非加热状态期间老化元件和优良元件的电流之间存在较大的差异。
表2在电力断开状态期间的差动电流测量值(240VAC)
在进一步论述之前，应了解到目前为止的所描述的结构包括额外的允许间歇性测试的电路。例如，如图2所示，当恒温器开关210A断开时，能够增加微控制器225所控制的第二开关255，将电源201A连接于加热元件140，从而允许微控制器225计算泄漏电流。
图5所示为用于控制加热元件140的控制电路200B的另一种结构的局部电气原理图和局部程序块图。与图3所示的结构相似，控制电路200B包括微控制器205，恒温器开关210B，电压测量电路220，和电流测量电路225B。然而，对于图5中的控制电路200B的结构，图5所示的电路200B的布置和操作与图3所示的电路200的布置稍有不同。如图5所示，电流测量电路225B包括在12VDC(或12VAC)电源505和恒温器开关210B之间电连接的电流电阻旁路500。恒温器开关210B由120VAC(或240VAC)电源和12VDC(或12VAC)电源505之间的开关和恒温器温度传感器控制。电压测量电路220与加热元件并联地电连接，以确定热水器100的状态。图5中的控制电路200B的操作稍类似于图3中的控制电路200。然而，不同于图3中的控制电路200，当控制电路200B改变为非加热状态时，恒温器开关210B对加热元件140供应低电压电源505电压。表3表示最初没有孔隙的加热元件140和在元件140的边缘具有孔隙的元件140之间的对比。可以看出，表3表示在非加热状态期间老化元件和优良元件的电流之间存在较大的差异。
表3在电力断开状态期间的差动电流测量值(12VDC)
当热水器100中的温度降至低于预定阈值时，通过对加热元件140供电，热水器100设法将水的温度加热至大于预定阈值加上死区温度。加热元件140产生能够传递至围绕加热元件140的水的热量。水能够扩散许多由加热元件140产生的热能。图6A表示对加热元件140供电后加热元件140的温度，其中加热元件140被水围绕。加热元件140的温度开始迅速升高，然后温度升高变慢，直至加热元件140的温度保持相对稳定。加热单元140所保持的恒温能够低于加热元件140失效时的温度。
如果在热水器100装满水之前对热水器100供电，或者当热水器100中的水位不足够高以围绕加热元件140而发生故障时，供电至加热元件140将造成称之为“干烧”的状态。如图6B所示，由于没有围绕加热元件140的水以扩散热量，故在干烧状态期间加热元件140变热，并且继续变热至引起加热元件140失效的温度。在干烧状态期间加热元件140的失效的发生仅为几秒钟的事情。因此，希望在加热元件140的损害发生之前迅速检测干烧状态。
图7表示当存在干烧状态时，检测干烧状态并阻止对加热元件140供电的第四控制电路600的结构的局部程序块图和局部原理图。
在一些结构中，控制电路600包括较高电压电源201B(如120VAC，240VAC等等)，加热元件140，较低电压电源605(如+12VDC，12VAC，+24VDC，等等)，电流检测电路610，控制器205，温度检测电路615，报警器620，常开开关625，以及双刀双投继电器630。
如图7的结构所示，继电器630的常闭(“NC”)触点通过开关625联接至高电压电源201B。继电器630的常开的(“NO”)触点联接至低电压电源605。继电器630的输出触点联接至加热元件140。当开关625闭合并且不对继电器630的线圈(以635表示)供电时，继电器630保持在常闭触点保持闭合的状态，同时对加热元件140供应高电压，使加热元件140发热。当对继电器630的线圈635供电时，继电器630闭合常开触点并对加热元件140提供+12VDC。可选定低电压电源605的电压，使得加热元件140不会由于持续处于干烧状态而损坏。
在这种结构中，控制器205联接至温度传感器615和电流传感器610，并且从每个传感器分别接收热水器100中的温度指示以及从低电压电源605获取的电流。控制器205还联接至报警器620、开关625以及继电器630。
图8表示用于检测干烧状态的控制电路600的操作的实施例的流程图。当热水器100接通电源时(程序块700)，控制器205对继电器630的线圈635供电(程序块705)。其断开继电器630的常闭触点并闭合继电器630的常开触点。闭合继电器630的常开触点使低电压电源605联接至加热元件140。
在一些结构中，控制器从电流传感器610读取通过低电压电源605供应至加热元件140的第一电流(程序块710)。干烧检测系统600的其他结构能够读取由低电压电源605和加热元件140设立的电路的其他电气特性(例如，通过电压传感器的电压)。
其次，控制器205闭合开关625并连接高电压电源201B至继电器630的常闭触点(程序块715)。控制器205还切断继电器630的线圈635的电力(程序块720)。这断开继电器630的常开触点，使低电压电源605与加热元件140断开，同时闭合继电器630的常闭触点，使高电压电源201B连接至加热元件140。将高电压电源201B联接至加热元件140使得加热元件140变热。控制器205延迟第一时间间隔(如，三秒)(程序块725)。
在延迟(程序块725)之后，控制器205对继电器的线圈635供应电力(程序块730)，其断开继电器635的常闭触点并使高电压电源201B与加热元件140断开。第一时间间隔的持续时间能够允许加热元件140变热，且能够足够短以确保如果存在干烧状态时，加热元件140不会达到其失效的温度。对继电器630的线圈635供电还可闭合继电器630的常开触点，并使低电压电源605联接至加热元件140。
控制器205延迟第二时间间隔(例如，十秒)(程序块735)。在延迟期间，加热元件140开始冷却。如果加热元件140被水围绕时，加热元件140冷却的速度可以较快。控制器205从电流传感器610读取通过低电压电源605供应至加热元件140的第二电流(程序块740)。控制器205比较第一检测电流和第二检测电流，并确定第二检测电流是否大于第一检测电流一个阈值以上(程序块745)。如果第二检测电流不大于第一检测电流多于所述阈值以上，控制器205确定不存在干烧状态，并继续正常运行(程序块750)。
如果第二检测电流大于第一检测电流多于该阈值以上，控制器205确定存在潜在的干烧状态，并断开开关625(程序块755)。断开开关625确保高电压电源201B从加热元件140断开，并防止损坏加热元件。然后控制器205发出警报，通知潜在干烧状态的操作者(程序块760)。在程序块760的一种替换形式中，控制器205在一段时间延迟之后，可以执行潜在的干烧状态的第二次测试，从而检验第一次测试的准确度(例如，在箱处于装灌过程的情况中)。如果第二次测试确定存在潜在的干烧状态时，那么控制器可以发出警报。
图9A和9B表示在湿烧状态(图9A)和干烧状态(图9B)的干烧检测过程期间加热元件140在不同的点的电阻。在程序块720中，高电压电力供应至加热元件140。加热元件140的温度升高，从而增加加热元件140的电阻。在延迟(程序块725)之后，高电压电力从加热元件140(程序块730)断开。在湿烧状态中，图9A，加热元件140相对迅速地冷却，使得加热元件140的电阻相对迅速地下降至接近在如程序块740所示的最初供应高电压之前的加热元件140的电阻的水平。
参考图9B，对于程序块720至730，加热元件140在干烧状态的电阻类似于加热元件140在湿烧状态(图9A)中的电阻。在程序块730中断开高电压电力之后，在干烧状态中，加热元件140获得更多的热量并在相对长的时段内具有更高的电阻。如程序块740所述，当存在干烧状态时，测试包括加热元件的电路的电气特性，引起程序块710的第一次读数和程序块740的第二次读数之间的较大差异。
当对热水器100第一次供应电力时，每次温度检测电路615指示需要热量时，或者以一些其它间隔，控制电路600可以执行一次干烧检测过程。控制电路600的其他结构可以在确定存在潜在的干烧状态的其他时候执行干烧检测过程(例如，在加热元件140已经联接至高功率信号的一个时间间隔之后)。
因此，本发明连同其它物品一道提供新的有效的热水器和控制热水器的方法。本发明的多个特征和优点将在下面的权利要求中提出。
权利要求
1.一种控制流体加热设备的方法，所述流体加热设备包括用于加热围绕所述加热元件的流体的加热元件；以及连接至所述加热元件并可连接于电源的控制电路，所述控制电路包括从所述电源至所述加热元件并返回至所述电源的电流通路，连接在所述电流通路中的开关，以及电流传感器，所述方法包括通过在所述电流通路中产生电流，启动所述流体加热设备的加热状态，所述产生电流的行为包括使所述开关允许在所述电流通路中产生电流；通过停止所述电流通路中的电流，启动所述流体加热设备的非加热状态并停止所述流体加热设备的加热状态，所述停止行为包括断开所述开关以便不允许在所述电流通路中产生电流；在非加热状态期间，施加电压至所述加热元件；在施加所述电压期间，检测所述加热元件的泄漏电流；以及在所述加热元件失效之前，利用所检测的泄漏电流确定所述加热元件的老化。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述控制电路还包括连接在所述电流通路中的第二开关。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述流体加热设备为存储型热水器，并且所述元件为电阻加热元件。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述存储型热水器包括箱，其中所述加热元件包括固定所述加热元件至所述箱的连接组件，并且所述连接组件包括接地触点。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述电流通路包括连接所述电源至所述加热元件的第一点的第一支路；以及连接所述电源至所述加热元件的第二点的第二支路，其中，所述开关连接在第一支路和第二支路的电路中，其中，施加电压至所述加热元件包括施加所述电源至所述加热元件的第一点从而允许第一支路中产生电流，并且，检测泄漏电流包括检测第二支路中的电流。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述电流通路包括连接所述电源至所述加热元件的第一点的第一支路；以及连接所述电源至所述加热元件的第二点的第二支路，其中所述开关连接在第一支路的电路中，其中，施加电压包括使所述开关切换至低电压电源，从而允许在从所述低电压电源至所述加热元件的第一点的第二电流通路中产生电流，并且，检测泄漏电流包括检测第二电流通路中的电流。
7.如权利要求6所述的方法，其中所述传感器连接在第二电流通路中的电路里。
8.如权利要求1所述的方法，其中所述方法还包括当所述确定显示所述加热元件老化时发出警报。
9.如权利要求1所述的方法，其中施加电压包括间断地施加电压至所述加热元件。
10.如权利要求5所述的方法，其中所述开关包括恒温器开关。
11.如权利要求10所述的方法，其中所述控制电路还包括连接至所述第一支路和所述第二支路的电压测量电路，其中所述电压测量电路连接至所述恒温器开关和所述加热元件之间的所述第一支路，并且，所述方法还包括利用所述电压测量电路检测电压；和基于检测的电压确定所述流体加热设备的状态。
12.如权利要求1所述的方法，其中所述电流传感器包括电流互感器。
13.如权利要求1所述的方法，其中所述控制电路还包括微控制器，并且所述开关包括根据所述微控制器响应的继电器。
14.如权利要求1所述的方法，其中所述方法还包括确定表示所述泄漏电流的值，并且所述确定行为包括确定所述值是否大于表示老化的阈值。
15.一种用于加热流体的流体加热设备，所述流体加热设备可连接于电源，所述流体加热设备包括容器；引导所述流体进入所述容器的进口；从所述容器排出所述流体的出口；至少部分地由所述容器中的流体围绕的加热元件，所述加热元件包括导线，围绕所述导线的至少一部分的绝缘材料，以及围绕所述绝缘材料的至少一部分的外皮；与所述外皮电连接的接地触点；可连接于所述电源并连接至所述加热元件的控制电路，所述控制电路包括电流通路，所述电流通路具有连接所述电源至所述加热元件的第一点的第一支路和连接所述电源至所述加热元件的第二点的第二支路；连接在第一支路的电路中的开关；和连接至所述电流通路的电流传感器，所述控制电路设置成为通过在所述电流通路中产生电流，启动所述流体加热设备的加热状态，所述产生电流的行为包括使所述开关允许在所述第一电流通路中产生电流；通过停止所述电流通路中的电流，启动所述流体加热设备的非加热状态并停止所述流体加热设备的加热状态，所述停止行为包括断开所述开关以便不允许在所述第一电流通路中产生电流，在所述非加热状态期间，允许所述电源连接至所述加热元件的第二点，从而在所述非加热状态期间允许在第二支路中产生电流，在所述非加热状态期间，在所述电源连接至所述加热元件的第二点期间，检测所述加热元件的泄漏电流；以及在所述加热元件失效之前，利用所检测的泄漏电流确定所述加热元件的老化。
16.如权利要求15所述的流体加热设备，其中所述流体加热设备为存储型热水器，其中所述容器包括贮水箱，并且所述加热元件由所述贮水箱支撑。
17.如权利要求16所述的流体加热设备，其中所述加热元件包括固定所述加热元件至所述箱的连接组件，并且所述连接组件包括所述接地触点。
18.如权利要求15所述的流体加热设备，其中所述接地触点通过所述流体与所述外皮电连接。
19.如权利要求15所述的流体加热设备，其中所述控制电路包括连接在所述第二支路的电路中的第二开关，其中所述控制电路还设置为允许所述电源连接至所述加热元件的所述第二点，从而在所述非加热状态期间，通过间断地操作所述第二开关，允许在所述第二支路中产生电流。
20.如权利要求15所述的流体加热设备，其中所述电流传感器包括检测所述第一支路和第二支路的电流的环形互感器。
21.如权利要求15所述的流体加热设备，其中所述控制电路还包括扬声器，并且所述控制电路还设置为当所述确定指示所述加热元件老化时发出警报。
22.如权利要求15所述的流体加热设备，其中所述开关包括恒温器开关。
23.如权利要求22所述的流体加热设备，其中所述控制电路还包括连接至所述第一支路和所述第二支路的电压测量电路，其中所述电压测量电路连接至在所述恒温器开关和所述加热元件之间的第一支路，并且所述控制电路还设置为利用所述电压测量电路检测电压；以及基于检测的电压确定所述流体加热设备的状态。
24.如权利要求15所述的流体加热设备，其中所述控制电路还包括微控制器，并且所述开关包括根据所述微控制器响应的继电器。
25.一种用于加热流体的流体加热设备，所述流体加热设备可电连接于电源，所述流体加热设备包括容器；引导所述流体进入所述容器的进口；从所述容器排出所述流体的出口；至少部分地由所述容器中的流体围绕的加热元件，所述加热元件包括导线，围绕所述导线的至少一部分的绝缘材料，以及围绕所述绝缘材料的所述一部分的外皮；与所述外皮电连接的接地触点；可连接于所述电源并连接至所述加热元件的控制电路，所述控制电路包括第一电流通路，所述第一电流通路具有连接所述电源至所述加热元件的第一点的第一支路和连接所述电源至所述加热元件的第二点的第二支路；连接在第一支路的电路中的开关；和通过所述开关连接低电压电源至所述加热元件的第二电流通路；以及连接至所述第二电流通路的电流传感器，所述控制电路设置成为通过在所述第一电流通路中产生电流，启动所述流体加热设备的加热状态，所述产生电流的行为包括使所述开关允许在所述第一电流通路中产生电流，通过停止所述电流通路中的电流，启动所述流体加热设备的非加热状态并停止所述流体加热设备的加热状态，在所述非加热状态期间，连接所述低电压电源至所述加热元件，从而在所述非加热状态期间，允许在第二电流通路中产生电流，在所述低电压电源连接至所述加热元件期间，检测所述加热元件的泄漏电流；以及在所述加热元件失效之前，利用所检测的泄漏电流确定所述加热元件的老化。
26.如权利要求25所述的流体加热设备，其中所述电流传感器连接在第二电流通路的电路中。
27.如权利要求25所述的流体加热设备，其中所述流体加热设备为存储型热水器，其中所述容器包括贮水箱，并且所述加热元件由所述贮水箱支撑。
28.如权利要求27所述的流体加热设备，其中所述加热元件包括固定所述加热元件至所述箱的连接组件，并且所述连接组件包括所述接地触点。
29.如权利要求25所述的流体加热设备，其中所述接地触点通过所述流体与所述外皮电连接。
30.如权利要求25所述的流体加热设备，其中所述控制电路还包括扬声器，并且所述控制电路还设置为当所述确定指示所述加热元件老化时发出警报。
31.如权利要求25所述的流体加热设备，其中所述开关包括恒温器开关。
32.如权利要求25所述的流体加热设备，其中所述控制电路包括微控制器，并且所述开关包括根据所述微控制器响应的继电器。
全文摘要
一种用于加热流体的流体加热设备，以及操作该设备的方法。该流体加热设备包括用于加热围绕加热元件的流体的加热元件；和连接至加热元件并且可连接于电源的控制电路。该控制电路包括从电源至加热元件并返回至电源的电流通路；连接在该电流通路中的开关；以及电流传感器。该方法包括启动流体加热设备的加热状态；启动流体加热设备的非加热状态；在非加热状态期间施加电压至加热元件；在施加电压期间检测加热元件的泄漏电流；以及利用所检测的泄漏电流确定加热元件的老化。
文档编号F24H1/00GK1991272SQ20061015315
公开日2007年7月4日 申请日期2006年12月7日 优先权日2005年12月7日
发明者雷·O·克内佩尔, 西斯廷 托马斯·G·范, 贾森·W·T·斯科特, 大卫·E·莫里斯 申请人:Aos控股公司