ОТКЛЮЧАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОВОДОНАГРЕВАТЕЛЬНОГО ПРИБОРА Российский патент 1994 года по МПК A47J27/62 

Изобретение относится к электротермии и может быть использовано в электроводонагревательных приборах, например в электрочайниках, электросамоварах и др.

Известны отключающие устройства для электрических, водонагревательных приборов, обеспечивающих отключение прибора от сети в случае перегрева электронагревательного элемента (ТЭНа), который возникает при отсутствии воды или ее выкипании ниже уровня ТЭНа. Данная ситуация считается аварийной, т.к. несвоевременное отключение электробытового прибора может привести к возникновению пожарной ситуации и выходу ТЭНа из строя.

В качестве узла фиксации аварийной ситуации (УФАС) в известных устройствах (патент Великобритании N 1052637, кл. Н 05 В 1/02 или патент ГДР N 73591, кл. 21 h 13/10, 1969) применены биметаллические пластины с механическими коммутаторами, срабатывающими при определенной температуре.

Недостатком таких устройств является инерционность (за счет свойств биметаллических пластин). Отключение происходит через некоторое время после возникновения аварийной ситуации. Кроме того, имеет место подгорание контактов при коммутации силовой цепи. Указанные недостатки приводят к сужению эксплуатационной надежности электробытовых приборов.

Известно электронное устройство, обеспечивающее селективное отключение электробытового прибора при выкипании или отсутствии воды [1], которое является наиболее близким к заявляемому устройству по технической сущности. Это устройство обладает большой эксплуатационной надежностью по сравнению с устройствами, в которых применены биметаллические пластины с механическими коммутаторами.

Однако известному устройству также присущ ряд недостатков.

К ним можно отнести следующие:
ТЭН находится под напряжением без воды около 20 с, что может привести к выходу его из строя. Тем самым снижается эксплуатационная надежность прибора;
узел фиксации аварийной ситуации (в качестве УФАС применен терморезистор), находящийся внутри ТЭНа, запитывается сетевым напряжением, что требует дополнительной изоляции. Однако увеличение изоляции приводит к увеличению инерционности терморезистора по тепловому режиму, а значит к более длительному нахождению ТЭНа под напряжением при отсутствии воды, что недопустимо и ведет также к снижению эксплуатационной надежности;
схема блока управления требует создания узлов и цепей для формирования вторичных питающих напряжений, что приводит к увеличению комплектующих элементов и снижению надежности;
устройство в процессе производства требует регулировки по цепям терморезисторов. В процессе работы во времени терморезисторы изменяют свой номинал (процесс старения), что требует дополнительной подрегулировки по температуре отключения. В противном случае неизбежны отказы в работе.

Целью изобретения является повышение эксплуатационной надежности.

Это достигается тем, что в отключающем устройстве для электроводонагревательного прибора, содержащем электронагреватель для кипячения воды (ТЭН), вывод которого соединен с входом коммутатора, блок управления, выход которого соединен с управляющим входом коммутатора, выход которого подключен к первому входу блока управления и к клемме источника переменного напряжения, другая клемма которого соединена с другим выводом электронагревателя для кипячения воды и вторым входом блока управления, блок индикации, подключенный параллельно к выводам электронагревателя для кипячения воды, а также узел фиксации аварийной ситуации (УФАС), выход которого подключен к третьему входу блока управления, узел фиксации аварийной ситуации установлен на уровне верхней поверхности электронагревателя для кипячения воды на расстоянии 3 < S < 5 мм и выполнен в виде двух электродов, один из которых объединен с корпусом электронагревателя для кипячения воды и подключен к четвертому входу блока управления, а другой является выходом узла фиксации аварийной ситуации, причем пятый вход блока управления соединен с входом коммутатора, что блок управления состоит из понижающего трансформатора, двух оптронных пар и резисторов, выводы первичной обмотки и первый вывод вторичной обмотки трансформатора являются соответственно первым, вторым и третьим входами блока управления, второй вывод вторичной обмотки трансформатора через соединенные последовательно первый резистор и светодиод первой оптронной пары подключен к четвертому входу блока управления и аноду светодиода второй оптронной пары, катод светодиода соединен с анодом светодиода первой оптронной пары, причем пятый вход блока управления через соединенные последовательно второй резистор и оптотиристор первой оптронной пары подключен к выходу блока управления и через оптотиристор второй оптронной пары к аноду оптотиристора первой оптронной пары.

Соответствие заявляемого технического решения критерию "существенные отличия" определяется тем, что благодаря признакам, отличающим предложенный объект от его прототипа, устройство приобрело новое свойство - способность простыми средствами безынерционно отключать от сети электроводонагревательный прибор при отсутствии воды или ее выкипания ниже уровня ТЭНа. Данное свойство, обусловившее достижение поставленной цели (повышение эксплуатационной надежности), отсутствует у известных устройств аналогичного назначения.

На фиг.1 приведена функциональная схема; на фиг.2 - конструктивный пример выполнения узла фиксации аварийной ситуации.

Предлагаемое устройство (фиг.1) содержит узел 1 фиксации аварийной ситуации, электроводонагреватель 2, коммутатор 3, узел 4 индикации, блок 5 управления. Блок 5 управления состоит из разделительного защитного трансформатора 6, резисторов 7,8, оптронных пар 9,10. Узел 4 индикации состоит из последовательно соединенных резистора 11, светодиода 12 и резистора 13, а узел фиксации аварийной ситуации состоит из электрода 14, изолятора 15 и полой трубки 16 (фиг.2). Электроводонагреватель (ТЭН) 2 соединен с клеммами источника переменного напряжения первым выводом непосредственно, а вторым через коммутатор 3. Узел фиксации аварийной ситуации (УФAС) выполнен в виде двух электродов, один из которых объединен с корпусом электроводонагревателя 2, причем выводы электродов подключены к соответствующим входам блока 5 управления, другие входы которого соединены соответственно с клеммами источника питания и выходом коммутатора 3. Блок индикации подключен параллельно к выводам электроводонагревателя 2. Выводы первичной обмотки и первый вывод первичной обмотки разделительного защитного трансформатора 6 являются соответственно первым, вторым, третьим выводами блока 5 управления, второй вывод вторичной обмотки трансформатора 6 через соединенные последовательно первый резистор 7 и светодиод первой оптронной пары 9 подключен к четвертому входу блока 5 управления и аноду светодиода второй оптронной пары 10, катод которого соединен с анодом светодиода первой оптронной пары 9. Пятый вход блока 5 управления через соединенные последовательно второй резистор 8 и оптотиристор второй оптронной пары 10 подключен к аноду оптотиристора первой оптронной пары 9.

Выполнение узла 1 фиксации аварийной ситуации обусловлено требованиями его работы в жидкой среде. Т.е. данный узел должен выполнять свои функции при запитке его сверхнизким безопасным напряжением (требования к электрическим схемам, обеспечивающим формирование сверхнизкого напряжения, изложены, например, в ГОСТе 14087-80). Исходя из специфики работы в жидкой среде, узел I выполнен из двух электродов, один из которых объединен с корпусом ТЭНа 2 (фиг.2), а другой электрод 14 установлен по верхнему его уровню на расстоянии 3 < S < 5 мм. Указанное соотношение обусловлено следующим: чем ближе располагается электрод 14 к корпусу ТЭНа 2, тем меньше требуется переменное напряжение для работы блока 5 управления (вторичное безопасное напряжение). Однако расположение электрода 14 на расстоянии менее 3 мм от корпуса ТЭНа может привести к замыканию электродов остатком воды при ее выкипании (капиллярный эффект) или механическом повреждении (касание электродов) при тряске, транспортировке или профилактике поверхности электрокипятильного прибора от накипи. Поэтому наиболее оптимальное расстояние расположения второго электрода 14 от корпуса ТЭНа (первый электрод) должно быть от 3 до 5 мм. В этом случае создается надежная электрическая цепь (при минимальном напряжении) для работы узла I фиксации. Электрод 14 может быть выполнен, например, из нержавеющей стали. Он устанавливается через изолятор 15 с отверстием (стекло, ситал) на полую трубку 16 (фиг.2). К электроду 14 присоединен проводник, имеющий выход на блок 5 управления. Для герметизации трубка 16 спаивается. В блоке 5 управления применен защитный разделительный трансформатор 6, обеспечивающий требуемую электробезопасность. Узел 4 индикации выполнен на светодиоде 12 с двумя развязывающими резисторами 11,13. При установке на корпус изделия обеспечивается защита с обоих концов в случае пробоя. Кроме того, рассеиваемая мощность распределена на два резистора, что позволяет выбрать резисторы с меньшей рассеиваемой мощностью, а следовательно, с меньшими габаритами.

Устройство работает следующим образом.

Рассматривают исходную ситуацию, когда в полость электробытового прибора залита вода и включено сетевое напряжение. В этом случае между двумя электродами узла 1 образуется электрическая цепь через воду, и вторичная обмотка разделительного защитного трансформатора 6 блока 5 управления будет подключена к схеме. При этом одновременно на оптронный двухтактный формирователь, состоящий из оптронных пар 9 и 10, будет подано переменное напряжение U_~ = 2В. В блоке 5 управления сформируется управляющий сигнал, который подается на управляющий вход коммутатора 3. Коммутатор 3 срабатывает и подключает электронагреватель к сети. При этом загорается светодиод 12 узла 4 индикации.

Особенность работы двухтактной трансформаторной оптронной пары (благодаря введенным функциональным связям) заключается в следующем. Переменное напряжение амплитудой 2 В поступает на светодиоды оптронных пар 9 и 10 через резистор 7. При этом поочередно срабатывают оптотиристоры первой и второй оптронных пар 9, 10, формируя через пятый вход блока 5 управления и резистор 8 устойчивый управляющий сигнал на коммутатор 3, который поддерживается в открытом состоянии.

При отсутствии воды или ее выкипания до уровня ТЭНа между корпусом ТЭНа 2 и электродом 14 электрическая цепь прерывается. В этом случае вторичная обмотка трансформатора 6 оказывается обесточенной, и коммутатор 3 отключает ТЭН 2 от сети, одновременно гаснет узел 4 индикации.

На предприятии изготовлены опытные образцы отключающих устройств, проверка которых в составе электросамоваров, электрочайников показала их эффективность.

Следует отметить, что благодаря простоте устройства отключения его удалось разместить в вилке электробытового прибора.

Отключающее устройство по сравнению в прототипом имеет следующие преимущества:
при отсутствии воды или ее выкипании ТЭН электробытового прибора вообще не подключается к сети, чем обеспечивается высокая надежность устройства из-за отсутствия переменного напряжения на электронагревателе;
предлагаемое устройство работает только на переменном токе и не требует в отличие от прототипа формирования вторичных цепей постоянного тока, что также обеспечивает повышение надежности за счет сокращения комплектующих элементов;
следует также отметить, что в блоке управления нет никаких регулировок;
предлагаемое устройство электробезопасно в работе, т.к. узел фиксации в отличие от прототипа находится под низким напряжением (U_~ = 2B), что также приводит к повышению надежности устройства.

Использование: в электротермии, а именно в электроводонагревательных приборах, например в электрочайниках, электросамоварах. Сущность изобретения: устройство содержит узел фиксации аварийной ситуации, электронагреватель, коммутатор, узел индикации, блок управления, выполненный в виде двух оптронных пар, резисторов и трансформатора, что позволяет повысить эксплуатационную надежность. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. ОТКЛЮЧАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОВОДОНАГРЕВАТЕЛЬНОГО ПРИБОРА, содержащее электронагреватель для кипячения воды, вывод которого соединен с входом коммутатора, источник переменного напряжения, блок управления, выход которого связан с управляющим входом коммутатора, выход последнего подключен к первому входу блока управления и к клемме источника переменного напряжения, другая клемма которого соединена с другим выводом электронагревателя для кипячения воды и вторым входом блока управления, блок индикации, подключенный параллельно к выводам электронагревателя для кипячения воды, и узел фиксации аварийной ситуации, выход которого подключен к третьему входу блока управления, отличающееся тем, что, с целью упрощения и повышения эксплуатационной надежности, узел фиксации аварийной ситуации установлен на уровне верхней поверхности электронагревателя для кипячения воды на расстоянии 3 < S < 5 мм и выполнен в виде двух электродов, один из которых объединен с корпусом электронагревателя для кипячения воды и подключен к четвертому входу блока управления, а другой является выходом узла фиксации аварийной ситуации, причем пятый вход блока управления соединен с входом коммутатора. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок управления состоит из трансформатора, двух оптронных пар и резисторов, выводы первичной обмотки и первый вывод вторичной обмотки трансформатора является соответственно первым, вторым и третьим входами блока управления, второй вывод вторичной обмотки трансформатора через соединенные последовательно первый резистор и светодиод первой оптронной пары подключен к четвертому входу блока управления и аноду светодиода второй оптронной пары, катод светодиода которой соединен с анодом светодиода первой оптронной пары, причем пятый вход блока управления через соединенные последовательно второй резистор и оптотиристор первой оптронной пары подключен к выходу блока управления и через оптотиристор второй оптронной пары к аноду оптотиристора первой оптронной пары. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что узел индикации содержит последовательно соединенные первый резистор, светодиод и второй резистор.