具有陶瓷加热器的炉灶面燃气安全阀保持打开电路的制作方法

具有陶瓷加热器的炉灶面燃气安全阀保持打开电路
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2020年7月1日提交的美国临时申请号63/047,088的权益，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
3.本公开涉及具有保持打开电路(hold open circuit)的燃气安全阀，当达到足以将热表面点火器加热到燃气自燃温度的阈值电流时，该保持打开电路保持阀开启。


背景技术：

4.某些炉灶面包括安全特征部，以确保烹饪燃气仅在点火完成后被供应给燃烧器。这确保了未燃烧的烹饪燃气不被供应给周围环境，否则可能会造成火灾或爆炸。
5.在一种公知系统中，用户操作燃气控制旋钮，以手动致动燃气阀并向邻近燃烧器的火花点火器供应电流。热电偶充当火焰检测器，其在点火成功时产生直流电。在一定的阈值电流下，电流产生磁场，该磁场将燃气阀保持在开启位置，从而用户可以释放旋钮。燃气阀被配置成失效时关闭，使得当没有火焰存在时，磁力下降到低于保持燃气阀开启所需的特征力，导致其关闭。阈值电流足以将阀保持在开启位置，但不足以将其打开。需要用户干预通过手动致动阀将其打开。集成式燃气阀和电磁铁在欧洲被称为“燃气龙头(gas tap)”。
6.火花点火器是用户致动的点火器，其产生短暂的放电和点燃燃气的火花。因此，它们不能保持开启来确保连续点火。结果，重要的是检测火焰的存在，诸如通过使用热电偶，以避免将未燃烧的燃气供应给燃烧器。然而，因为热电偶必须加热足够长的时间以达到产生阈值电流的温度，所以在点火后产生保持燃气阀开启所需的阈值电流时存在大量的滞后时间和/或死区时间。典型地，由于热电偶的热响应，在点火发生之后，用户需要继续手动保持燃气阀开启五至十秒钟。
7.热表面点火器是火花点火器的可能替代品。热表面点火器被用于点燃各种电器(包括熔炉和衣物烘干机)中的燃烧气体。有些热表面点火器(诸如碳化硅点火器)包括具有在其两端施加电势差的终端的半导电陶瓷本体。流经陶瓷本体的电流导致陶瓷本体受热且温度升高，从而为燃烧气体提供点火源。其他类型的热表面点火器(诸如氮化硅点火器)包括具有在其两端施加电势差的嵌入式电路的陶瓷本体。在嵌入式电路内流动的电流导致陶瓷本体受热且温度升高，从而为燃烧燃气提供点火源。
8.与火花点火器不同，热表面点火器可以被持续通电以点燃烹饪燃气，这是因为这是点火器表面温度而不是离散的电势爆发导致点火。当与上述燃气安全阀组件结合使用时，热表面点火器的通电状态提供了点火已发生(或将发生)的指示，这允许消除热电偶。然而，需要一些装置以将用于给点火器通电的电流与保持燃气阀开启所需的电流联系起来。因此，需要一种烹饪燃气安全装置来解决前述问题。


技术实现要素：

9.根据本公开的第一方面，提供了一种烹饪燃气安全装置，该烹饪燃气安全装置包括：阀组件，其可被手动致动到开启位置以允许通过烹饪燃气。该阀组件包括至少一个线圈，其是能通电的以在只有当经受超过阈值电流值的电流时才保持阀处于开启位置。该装置还包括：保持打开电路，其包括热表面点火器和线圈，其中热表面点火器与线圈电连通，并且其中在至少一个线圈经受具有阈值电流值的电流之后不迟于约八秒，热表面点火器的表面至少达到烹饪燃气的自燃温度。根据某些示例，该线圈是直流线圈。根据其他示例，该线圈是交流线圈。根据附加示例，保持打开电路可操作在全功率模式和降低功率模式下。在优选示例中，在至少一个线圈经受具有阈值电流值的电流之后不迟于约六秒，且更优选地不超过四秒，热表面点火器的表面至少达到烹饪燃气的自燃温度。
10.根据本公开的第二方面，提供了一种向炉灶面燃烧器供应烹饪燃气的方法。该方法包括：提供阀组件，该阀组件包括具有开启位置和关闭位置的阀，其中当该阀处于开启位置时，烹饪燃气通过阀。阀组件还包括至少一个线圈，其可被通电以保持阀处于开启位置。该方法还包括：将该阀手动驱动到开启位置，并且向包括热表面点火器和至少一个线圈的保持打开电路供应交流电，从而保持阀处于开启位置。在某些示例中，至少一个线圈包括直流线圈，并且该方法包括：将交流电转换为供应给直流线圈的时变直流电。在其他示例中，至少一个线圈包括交流线圈。在某些示例中，执行手动激活阀的步骤，直到热表面点火器至少达到烹饪燃气的自燃温度为止。
11.根据本公开的第三方面，提供了一种烹饪燃气安全装置，该装置包括阀组件，其包括阀和至少一个线圈。该阀包括流体入口和流体出口，并且可手动操作以使流体入口置于与流体出口流体连通，其中至少一个线圈是能通电的以只有在当经受超过阈值电流值的电流时才保持阀处于开启位置；并且该装置还包括：热表面点火器，其可电连接到至少一个线圈以限定保持打开电路，并且其中当经受120vac rms的交流电时，在至少一个线圈经受阈值电流之后不超过八秒，热表面点火器达到至少1400
°
f的表面温度。
12.根据本公开的第四方面，提供了一种烹饪燃气安全装置，该装置包括阀组件，其包括阀和至少一个线圈。该阀包括流体入口和流体出口，并且可手动操作以使流体入口与流体出口流体连通，其中至少一个线圈是能通电的以只有当经受超过阈值电流值的电流时才保持阀处于开启位置；并且该装置还包括：热表面点火器，其可电连接到至少一个线圈以限定保持打开电路，并且其中当经受120vac rms的交流电时，在至少一个线圈经受阈值电流之后不超过八秒，热表面点火器达到丁烷、丁烷1400、丙烷和天然气中至少一种的自燃温度。
附图说明
13.图1是燃气阀组件处于关闭位置的截面图，其中该燃气安全阀组件包括可手动致动到开启位置的阀，并且该阀还包括保持打开线圈，当达到通过线圈的阈值电流时，该线圈保持阀组件开启；
14.图2是图1的燃气安全阀组件处于开启位置的截面图。
15.图3是图1的燃气安全阀组件处于图2的开启位置的截面图，其中已经去除了具有计量孔的锥形套筒；
16.图4是包括燃气安全阀组件的热表面点火器和直流线圈的保持打开电路的第一示例；
17.图5是包括燃气安全阀组件的热表面点火器和直流线圈的保持打开电路的第二示例；
18.图6是模板电路，其被配置成将热表面点火器通电到两种不同的通电状态并且配备有多个不同的电路部件，可用于提供燃烧器状态的各种指示并控制其操作；
19.图7是图6的模板电路，被修改成保持开启燃气安全阀组件，该燃气安全阀组件包括用于保持阀组件开启的直流线圈；
20.图8是包括热表面点火器和交流线圈的保持打开电路的示例，用于保持开启燃气安全阀组件；
21.图9是叠加在保持打开电路的二极管输出电压上的图4的保持打开电路中的电容器输入电压的电压与时间的说明性描绘；
22.图10a是描绘当在全功率下操作时，图4的保持打开电路中的热表面点火器的输入电压的模拟电压与时间数据的曲线图；
23.图10b是描绘当在全功率下操作时，图4的保持打开电路中的热表面点火器的模拟电流与时间数据的曲线图；
24.图10c是描绘当在全功率下操作时，图4的保持打开电路中的电阻器的输入电压的模拟电压与时间数据的曲线图；
25.图10d是描绘当在全功率下操作时，图4的保持打开电路中的直流线圈的模拟电流与时间数据的曲线图；
26.图11a是描绘当在降低功率下操作时，图4的保持打开电路中的热表面点火器的输入电压的模拟电压与时间数据的曲线图；
27.图11b是描绘当在降低功率下操作时，图4的保持打开电路中的热表面点火器的模拟电流与时间数据的曲线图；
28.图11c是描绘当在降低功率下操作时，图4的保持打开电路中的电阻器的输入电压的模拟电压与时间数据的曲线图；
29.图11d是描绘当在降低功率下操作时，图4的保持打开电路中的直流线圈的模拟电流与时间数据的曲线图；
30.图12a是描绘当在全功率下操作时，图5的热表面点火器的输入电压的模拟电压与时间数据的曲线图；
31.图12b是描绘当在全功率下操作时，图5的保持打开电路中的热表面点火器的模拟电流与时间数据的曲线图；
32.图12c是描绘当在全功率下操作时，图5的保持打开电路中的电阻器80的输入电压的模拟电压与时间数据的曲线图；
33.图12d是描绘当在全功率下操作时，图5的保持打开电路中的直流线圈的模拟电流与时间数据的曲线图；
34.图13a是描绘当在降低功率下操作时，图5的保持打开电路中的热表面点火器的输入电压的模拟电压与时间数据的曲线图；
35.图13b是描绘当在降低功率下操作时，图5的保持打开电路中的热表面点火器的模
拟电流与时间数据的曲线图；
36.图13c是描绘当在降低功率下操作时，图5的保持打开电路中的电阻器80的输入电压的模拟电压与时间数据的曲线图；
37.图13d是描绘当在降低功率下操作时，图5的保持打开电路中的直流线圈的模拟电流与时间数据的曲线图；
38.图14是包括燃气安全阀组件的热表面点火器和直流线圈的保持打开电路的第三示例；
39.图15是包括燃气安全阀组件的热表面点火器和直流线圈的保持打开电路的第四示例；
40.图16a是描绘当正在全功率下操作时，图14的保持打开电路和图15的保持打开电路中的热表面点火器的输入电压的模拟电压与时间数据的曲线图；
41.图16b是描绘当正在全功率下操作时，图14的保持打开电路和图15的保持打开电路中的热表面点火器的输入电流的模拟电流与时间数据的曲线图；
42.图16c是描绘当正在全功率下操作时，图14的保持打开电路和图15的保持打开电路中的电阻器的输入电压的模拟电压与时间数据的曲线图；
43.图16d是描绘当正在全功率下操作时，图14的保持打开电路和图15的保持打开电路中的直流线圈的模拟电流与时间数据的曲线图；
44.图17a是描绘当在降低功率下操作时，图15的保持打开电路中的热表面点火器的输入电压的模拟电压对时间数据的曲线图；
45.图17b是描绘当在降低功率下操作时，图15的保持打开电路中的热表面点火器的模拟电流与时间数据的曲线图；
46.图17c是描绘当在降低功率下操作时，图15的保持打开电路中的电阻器的输入电压的模拟电压与时间数据的曲线图；以及
47.图17d是描绘当在降低功率下操作时，图15的保持打开电路中的直流线圈的模拟电流与时间数据的曲线图。
48.在图中，相同的附图标记指代相同的部分。
具体实施方式
49.下文描述了燃气安全阀装置的示例，该燃气安全阀装置包括阀组件和“保持打开”电路。阀组件包括阀和至少一个线圈，该线圈能通电为只有当经受超过阈值电流值的电流时才保持阀处于开启位置。保持打开电路确保该阀只有当用户致动燃气控制旋钮或当燃烧器被点燃时才允许燃气进入燃烧器。更具体地，如果用于点燃燃烧器的热表面点火器没有被通电到足以达到(或维持)在烹饪燃气自燃温度或以上的表面温度，则保持打开电路导致阀关闭，从而降低燃气无意间流向未点燃的燃烧器的可能性。在某些示例中，点火器由交流电源通电，并且至少一个线圈是直流线圈，其只有当经受阈值直流电流时才保持阀开启。根据这样的示例，保持打开电路被配置成：只有当点火器被供应有足以使点火器表面达到烹饪燃气自燃温度的电流时，才向至少一个线圈供应阈值直流电。
50.参照图1-3，提供了一种烹饪燃气安全阀组件20。烹饪燃气安全阀组件20包括阀21、直流线圈40和磁芯42。阀组件20具有沿长度轴l间隔开的近端p和远端d。阀21包括刚性
金属壳体23，在其中进气口22和出气口24被限定并且沿径向轴r间隔开。阀21具有其中进气口22与出气口24流体连通的开启位置(图2)，以及其中进气口22不与出气口24流体连通的关闭位置(图1)。提供了具有入口计量孔29的锥形套筒28，并且其包括出口31，当阀盘36从轴向流体通道43的台肩45离开时(图2)，燃气可以通过该出口31。在图1和图2中，并非所有的孔29都是可见的，但是进气口22与孔29流体连通。
51.轴接合表面38被设置在阀盘36上，并由沿燃气安全阀组件20的纵向(l)轴穿过锥形套筒28的轴44(图2)接合。轴44可操作地连接到燃气旋钮杆26(旋钮在图中被去除)，该旋钮杆26在沿烹饪燃气安全阀组件20的纵向(l)轴的远端方向上可被轴向按压。在远端方向上轴向按压燃气旋钮杆26导致了轴44沿纵向(l)轴向远端移动阀盘36，并脱离与轴向流体通道43台肩45的接合。轴44沿径向轴r的直径比轴向流体通道43在台肩45处以及台肩45远端的直径更窄。流体通道43沿径向轴r的直径比径向限定在台肩45内的开口区域的直径更大。结果，当阀盘36移动脱离与台肩45的接合时，离开锥形套筒28的出口31的燃气可以从阀组件出气口24离开。轴44被弹簧46在沿纵向轴l的近端方向上偏置(图3)。由于燃气旋钮杆26可操作地连接到轴44，所以燃气旋钮杆26也在沿纵向轴l的近端方向上被偏置。
52.阀盘36连接到远端阀轴32，该远端阀轴32继而连接到被容纳在电磁铁壳体41中的磁盘30。电磁铁壳体41容纳被缠绕在相应磁芯42周围的直流线圈40。还可以提供多个线圈，每个线圈缠绕在它们各自的芯周围。阀盘36被弹簧34在沿长度l轴的近端方向上偏置，该弹簧34附接到电磁铁壳体41的近端。远端阀轴32穿过弹簧34以及电磁铁壳体41的近端中的孔(未示出)。当燃气安全阀21处于关闭位置时(图1)，阀盘36被偏置弹簧34偏置远离电磁铁壳体41，并与轴向流体通道43的台肩45接合。当用户在沿长度l轴的远端方向上按下燃气旋钮杆26时，轴44的远端47(图3)接合阀盘36的轴接合表面38，并且使阀盘36在沿长度l轴的远端方向上位移到图2的开启位置。阀盘36沿长度l轴的位移也使远端阀轴32在沿长度l轴的远端方向上位移，从而使磁盘30向远端位移成与磁芯42接合。当阈值电流被提供给直流线圈40时，即使用户释放燃气旋钮杆26，产生的磁力也将保持阀21的磁盘30与磁芯42接合。在没有磁力的情况下，释放燃气旋钮杆26将会使弹簧34的偏置力在沿长度l轴的近端方向上推动阀盘36，并与轴向流体通道台肩45接合，这继而将会使轴接合表面38在沿长度l轴的近端方向上推动轴44。只要通过线圈40的直流电保持在燃气安全阀组件20的阈值电流特性以上，磁力就将保持阀的磁盘30与磁芯42接合，从而保持阀21处于图2的开启位置。直流线圈40产生的磁场强到足以保持磁盘30与磁芯42接合，但不足以将磁盘30拉成与磁芯42接合。
53.如前所述，期望的是，修改典型地与烹饪燃气安全阀组件20一起使用的火焰检测方案，以缩短在阀盘36保持处于图2的开启位置之前由用户手动致动燃气旋钮杆26的持续时间，同时仍然确保燃气只有当点火源被通电时才被供应给炉灶面燃烧器。如前所述，当火焰存在时，火焰检测方案典型地使用热电偶以产生用于线圈40的直流电。
54.在接下来的示例中，代替火花点火器，与烹饪燃气安全阀组件20一起使用的一个或多个燃烧器由陶瓷热表面点火器52点燃。与本文所描述的燃气阀组件结合使用的陶瓷热表面点火器包括美国专利申请号16/366,479中描述的那些，其全部内容通过引用并入本文。
55.尽管在图4-8中表示为电阻器，但是在本文所描述的燃气加热系统中有用的优选陶瓷热表面点火器52包括具有陶瓷本体的热表面点火器，该陶瓷本体具有限定了长度轴的
长度、限定了宽度轴的宽度和限定了厚度轴的厚度。点火器52包括具有相应外表面的第一和第二瓷砖。导电油墨图案被设置在第一和第二瓷砖之间。在某些示例中，点火器52沿厚度轴的厚度为约0.047英寸至约0.060英寸，优选地约0.050英寸至约0.058英寸，更优选地约0.052英寸至约0.054英寸。参见美国专利申请号16/366,479的图3a-3h以及相应文本。
56.本文所描述的优选陶瓷热表面点火器52一般为长方体的形状，并且包括两个主刻面、两个次刻面、顶部和底部。主刻面由陶瓷热表面点火器本体的第一(长度)和第二(宽度)最长尺寸限定。次刻面由点火器本体的第一(长度)和第三(厚度)最长尺寸限定。点火器本体还包括由点火器本体的第二(宽度)和第三(厚度)最长尺寸限定的顶部表面和底部表面。陶瓷热表面点火器52可以具有正或负温度系数的电阻。然而，电阻的正温度系数是优选的。
57.根据陶瓷热表面点火器52具有正温度系数的电阻的示例，点火器砖是陶瓷的，并且优选地包括氮化硅。导电油墨电路被设置在砖之间，并且当通电时产生热量。陶瓷砖是电绝缘的，但是足够导热以在期望的时间段内达到点燃空气和燃气的可燃混合物所必需的外表面温度，该可燃混合物选自天然气、丙烷、丁烷、丁烷1400(热值为1400btu/ft3的丁烷和空气混合物)及其混合物。
58.如下文更详细描述的，在某些示例中，瓷砖包括氮化硅、氧化镱和二硅化钼。在相同或其他示例中，导电油墨电路包括碳化钨，并且在某些具体实施方式中，导电油墨另外包括氧化镱、氮化硅和碳化硅。
59.在某些示例中，当经受120vac(rms)的电势差时，本文所描述的陶瓷热表面点火器52达到至少1400℉，优选地不少于1800
°
f，更优选地不少于2100
°
f，甚至更优选地不少于2130
°
f的表面温度。在施加120vac(rms)电势差后，优选地在不超过八秒内达到这些温度，更优选地在不超过六秒内达到，还更优选地在不超过四秒内达到。
60.在相同或附加示例中，在将全波132vac(rms)的电势差施加到点火器后的任何时间，包括在达到稳态温度之后，本文的陶瓷热表面点火器的表面温度不超过2600
°
f，优选地不超过2550
°
f，更优选地不超过2500
°
f，还更优选地不超过2450
°
f。
61.在根据本公开的陶瓷热表面点火器的相同或其他示例中，当经受102vac(rms)的电势差时，本文所描述的陶瓷热表面点火器在首先施加102vac(rms)的电势差之后不超过十七秒，优选地不超过十秒，更优选地不超过约七秒内达到至少1400
°
f，优选地至少1800
°
f，还更优选地至少2100
°
f的表面温度。这些温度优选地在不超过4秒内达到，更优选地在不超过3秒内达到。
62.在相同或附加示例中，热表面点火器的导电油墨电路的厚度(沿厚度轴)不超过约0.002英寸，优选地不超过约0.0015英寸，更优选地不超过约0.0009英寸。在相同或附加示例中，导电油墨电路的厚度(沿厚度轴)不小于约0.00035英寸，优选地不小于约0.0003英寸，更优选地不小于约0.0004英寸。
63.本公开的热表面点火器52的坯体密度优选地为理论密度的至少50％，更优选地至少55％，还更优选地理论密度的至少60％。
64.如美国专利申请号16/366,479所讨论，本文所描述的燃气加热系统中使用的陶瓷热表面点火器52通过烧结陶瓷成分来制备。在某些示例中，烧结后，用于形成点火器52(不包括导电油墨电路)的砖的室温电阻率不小于10
12
ω-cm，优选地不小于10
13
ω-cm，更优选地不小于10
14
ω-cm。在相同或其他示例中，该砖具有根据astm c-1525的热冲击值，其不小
于900
°
f，优选地不小于950
°
f，更优选地不小于1000
°
f。
65.在其他示例中，包括导电油墨电路的导电油墨的(烧结后)室温电阻率为约1.4
×
10-4
ω
·
cm至约4.5
×
10-4
ω
·
cm，优选地约1.8
×
10-4
ω
·
cm至约4.1
×
10-4
ω
·
cm，更优选地约2.2
×
10-4
ω
·
cm至约3.7
×
10-4
ω
·
cm。在材料沿其长度具有恒定横截面积的情况下，根据众所周知的公式，给定温度t下的电阻率ρ与相同温度t下的电阻r相关：
66.(1)
ꢀꢀꢀ
r(t)＝ρ(l/a)，其中
67.ρ＝温度t下的导电电路材料的电阻率(ω-cm)；
68.r＝温度t下的电阻，单位为欧姆(ω)；
69.t＝温度(
°
f或℃)；
70.a＝垂直于电流方向的导电油墨电路的横截面积(cm2)；以及
71.l＝导电油墨电路沿电流方向的总长度(cm)。
72.在横截面积沿导电电路的长度而变化的情况下，电阻可以表示为：
73.(2)
74.其中，l＝沿电流方向的电路的总长度(cm)，并且剩余变量如等式(1)所定义。
75.在某些示例中，由本文中的陶瓷热表面点火器52组成的陶瓷本体优选地包括氮化硅和稀土氧化物烧结助剂，其中稀土元素是镱、钇、钪和镧中的一种或多种。烧结助剂可被提供为选自前述稀土氧化物以及二氧化硅、氧化铝和氧化镁中的一种或多种的共掺杂剂。还优选地包括烧结助剂保护剂，其同样增强致密化。优选的烧结助剂保护剂是二硅化钼。(具有或不具有共掺杂剂的)稀土氧化物烧结助剂优选地以约2％至约15％，更优选地约8％至约14％，还更优选地约12％至约14％范围的含量存在(按陶瓷本体的重量计)。二硅化钼优选地以约3％至约7％，更优选地约4％至约7％，还更优选地约5.5％至约6.5％范围的含量存在(按陶瓷本体的重量计)。剩余部分为氮化硅。
76.导电油墨电路优选地印刷在瓷砖之一的面上，以产生约60ω至约120ω，优选地约70ω至约110ω，更优选地约80ω至约100ω的陶瓷热表面点火器(烧结后)室温电阻(rtr)。同时，在2138
°
f至2700
°
f的温度范围内，陶瓷热表面点火器高温电阻(htr)通常为约300ω至约500ω，优选地约400ω至约480ω，更优选地约430ω至约450ω。
77.点火器52中的导电油墨应该包括碳化钨，其含量按油墨重量计在从约20％至约80％，优选地从约30％至约80％，更优选地从约70％至约75％的范围。氮化硅优选地以按油墨重量计从约15％至约40％，优选地从约15％至约30％，更优选地从约18％至约25％的范围的含量来提供。还优选地包括针对陶瓷本体所描述的相同烧结助剂或共掺杂剂，其含量按油墨重量计在从约0.02％至6％，优选地从约1％至约5％，更优选地从约2％至约4％的范围。
78.在本文所描述的烹饪燃气安全装置的示例中，热表面点火器52被用于点燃供应给燃烧器的烹饪燃气，并且流向燃烧器的燃气由烹饪燃气安全阀组件20调节，该安全阀组件20只有当供应给热表面点火器的电流足够使点火器达到烹饪燃气的自燃温度时才保持打开。“自燃温度(autoignition temperature)”是燃气-空气混合物将要点燃和继续燃烧时的最低温度。在优选示例中，点火器52也可在全功率和降低功率模式下操作。在点火期间，点火器52将会在全功率下操作。在点火后，点火器将会在降低功率下操作，即使功率足以将
点火器至少加热到烹饪燃气的自燃温度。
79.参照图4，描绘了烹饪燃气安全装置的一部分。该烹饪燃气安全装置包括保持打开电路50和烹饪燃气安全阀组件20，其包括直流线圈40(如图所示)。该阀组件20使用如前所述的燃气旋钮杆26可被手动致动到开启位置(图2)。在阀盘36处于图2的开启位置的同时而当直流线圈40被通电到超过阈值直流电流的电流时，直流线圈40的磁力通过保持磁盘30与磁芯42接合将阀盘36保持开启，而不需要用户继续按压燃气旋钮杆26。在时变电流的情况下，阈值直流电是时变电流的rms值。
80.保持打开电路50包括热表面点火器52和直流线圈40。如图所示，热表面点火器52与直流线圈40电连通，使得当直流线圈40经受具有阈值电流值的电流时，点火器52的表面至少达到烹饪燃气的自燃温度。提供只有当直流线圈40处于或低于阈值电流时才达到燃气自燃温度的点火器52，更好地确保了当点火器没有热到足以点燃烹饪燃气时切断通向燃烧器的燃气。结果，可以消除具有显著死区时间或滞后时间的火焰检测设备(诸如热电偶)，这显著减少了用户必须在沿长度l轴的远端方向上按压燃气旋钮杆26以保持燃气阀组件处于开启状态期间的时间量(图2)。
81.热表面点火器52由交流电源51供电。根据图4的示例，由交流电源51供应给直流线圈40的交流电被转换为时变直流电。如本文所用，“直流电”是指具有一种极性的电流。“直流电”可以具有恒定值或时变值，只要它具有一种极性即可。因为交流电源51具有两种极性，所以保持打开电路50被配置成：当交流电源循环是一种极性时存储电势，而当交流电源循环是相反极性时使电势可供直流线圈40使用。尽管在图4中未示出，但是另一个开关将被提供以响应于燃气旋钮杆26在沿长度l轴(图2)的远端方向上的按压而选择性地给保持打开电路50通电。因此，尽管没有具体描绘，但是应当理解，交流电源51与热表面点火器52和直流线圈40选择性地电连通。
82.如图4所示，热表面点火器52与直流线圈40串并联组合。术语“串并联(series-parallel)”和“并串联(parallel-series)”是指彼此之间没有严格的串联或并联关系的部件。如用于描述电路中两个部件之间的关系的术语“串联”意味着电流依次流经每个部件。如用于描述电路的两个部件之间的关系的术语“并联”意味着电流在部件之间分流然后重新汇合。参照图4，流经点火器52的电流的一部分将流经直流线圈40，流经点火器52的电流的另一部分将流经电阻器56，并且这两个电流将重新汇合。
83.在图4中，供应给热表面点火器52的交流电被整流，并且优选地被半波整流。如本领域所知，二极管允许具有仅一种极性的电流流动。二极管64与热表面点火器52串并联组合，因为二极管被正向偏置所在的ac循环的部分期间流经二极管64的电流部分也将流经热表面点火器52。二极管64没有直接与热表面点火器52串联，因为在每半个ac循环期间从二极管64流到点火器52的电流将会下降至零，导致了当电流穿过零极点时直流线圈40释放阀盘36到图1的关闭位置。结果，提供了一个或多个电容器，其在当二极管64被正向偏置时充电、而当二极管64被反向偏置时放电。二极管64的电压和电流额定被优选地选择以平衡成本和电路50的寿命，因为较低的电压或电流额定将趋于减少电路50的寿命。
84.半波整流后的电压(诸如由二极管64提供的电压)是时变单向电压，并且具有叠加在dc信号上的ac正弦波的外观，这被称为“纹波(ripple)”。纹波具有称作“纹波系数”的特征因子，其是ac分量的均方根(root-mean-square，rms)值与总平均值之比。单相半波整流
后的信号(诸如二极管64的输出)具有1.21的纹波系数。如本领域技术人员所知，时变信号的rms值是平方函数的平均值的平方根。在时变电流或电压的上下文中，相应的rms电流或电压值是具有等效于时变值的效果的dc值。rms电压和电流可以分别根据等式(2a)和等式(b)计算得出：
85.(2a)
ꢀꢀꢀ
86.其中，v(t)是周期性时变电压(伏特)，其周期为t
2-t1(秒)；
87.t1＝周期开始时的时间值(秒)；
88.t2＝开始于t1的周期结束时的时间值(秒)；以及
89.v
rms
是函数v(t)的均方根电压(伏特)
90.(2b)
ꢀꢀꢀ
91.其中，i(t)是周期性时变电流(安培)，其周期为t
2-t1(秒)；
92.t1＝周期开始时的时间值(秒)；
93.t2＝开始于t1的周期结束时的时间值(秒)；以及
94.i
rms
是函数i(t)的均方根电压(伏特)
95.在图4的示例中，提供了两个电容器58和60。电容器58和60有助于使直流纹波电压平滑，并且增加在整流后点火器52和直流线圈40所经历的均方根(rms)电压。电容器60与热表面点火器52和直流线圈40选择性电连通。开关62与电容器60串联。当开关62断开时，电容器60与保持打开电路50中断连接，并且既不与热表面点火器52也不与直流线圈40电连通，即只有电容器58降低了纹波系数。当开关62闭合且与电极63接触时，电容器60与热表面点火器52和直流线圈40两者电连通。
96.首先参照开关62断开时的情况，当二极管64被正向偏置时，电容器58将充电，并且将汲取电流直到达到其饱和电压为止。当ac源电压开始从其最大值下降时，电容器58在ac源电压下降至电容器58饱和电压以下时将开始放电。因此，当ac源51切换极性并且二极管64被反向偏置时，电容器58将继续放电，并且向热表面点火器52和直流线圈40供应电流。结果是热表面点火器52和直流线圈40有效地看到经平滑的纹波，即它们的电压相当于叠加在dc电压信号上的ac电压正弦波。图9描绘了电容器58如何单独或与电容器60并联(当开关62闭合时)使二极管64产生的纹波电压平滑。图9中的整流后波形是来自二极管64的输出电压信号，其也是热表面点火器52和节点n
52
处的输入电压。在二极管64输出电压的波形部分正在增加期间，电容器58正在充电(如果开关62闭合，电容器60也将充电)，直到达到饱和电压或者直到ac源达到其峰值电压为止。因此，当电容器58正在充电时，热表面点火器52的输入电压跟踪来自ac源51的ac波形。随着ac源达到其峰值电压并且开始下降至电容器58饱和电压以下时，电容器58开始放电，并且向热表面点火器52供应电流，如图9中的上部线段所示。一旦电容器58电压下降至ac源电压以下，电容器58就再次开始充电。结果，热表面点火器52经历的是图9中的上部曲线表示的电压，而不是从二极管64输出的整流后电压，从而使整流后波形的纹波平滑。热表面点火器52和直流线圈40所经历的最终电压和电流是时变直流电压和电流，这使得直流线圈40能够保持阀盘36(图2)开启，尽管ac源每半个循环反转极性。
随着电路50的总电容增大，它“平滑”或抑制了纹波。当开关62闭合时，总电容是电容器58和电容器60的电容之和。当开关62断开时，总电容是电容器58的电容。电容的平滑效果由等式(2c)指示，其表明了随着总电容c
total
增加，热表面点火器52所经历的最大和最小电压之间的差距(δv)减小：
97.(2c)
ꢀꢀꢀ
δv＝0.7i/((f)c
total
)
98.其中，δv＝电压与时间信号中相邻峰值之间的电压差(伏特)；
99.i＝热表面点火器52所经历的dc负载电流(安培)；以及
100.f＝纹波频率(hz(全波通常为120hz或半波通常为60hz))。
101.在等式(2c)中，0.7是整流器电流占空比的补数，假设其为0.3。随着电容器58的电容增大，节点n
52
处的点火器52输入电压在全功率模式和降低功率模式下显示出较小的纹波(变得更平坦)(如下所述)。随着电容器60的电容增大，节点n
52
处的点火器52输入电压仅在全功率期间显示出较小的纹波，并且点火器52将加热到更高的温度。另外，随着电容器60的电容增大，使电路50的部件承受超过其额定的可能性增加。相反，当电路50处于降低功率模式时，随着电容器60的电容减小，节点n
52
处的点火器52输入电压将显示出更大的纹波(变得“更不平坦”)，并且通过点火器52的rms电流将减小，导致了点火器52达到较低的稳态温度。直流线圈40趋于具有比其他电路部件低得多的电阻和电感。因此，针对线圈40的那些属性的选择对于电路50的整体性能而言往往不太重要。
102.当开关62闭合时热表面点火器52处于全功率模式。当开关62断开时热表面点火器52处于降低功率模式。全功率模式优选地在点火操作期间使用。降低功率模式优选地在烹饪操作期间使用，并且在火焰熄灭的情况下提供了重新点燃烹饪燃气的手段。当开关62闭合时，电容器58和60充当其总电容等于它们各自电容之和的单个电容器，这意味着并联组合相当于其电容等于两者电容之和的单个电容器。电容器58和60的电容值将影响在降低功率操作期间实现全功率的百分比。在某些示例中，在直流线圈40已经锁定在图2的开启位置之后释放燃气阀杆26将导致开关62断开，并将电路50置于降低功率模式。在某些示例中，在降低功率模式下提供给点火器52的功率是在全功率模式下提供给点火器52的功率的从约70％至约90％，优选地从约75％至约85％，更优选地从约78％至约82％。
103.表面点火器52中耗散的功率与全功率模式下电容器58和60以及降低功率模式下电容器58的总电容成比例。因此，随着电容器60的电容相对于电容器58的电容增大时，处于降低功率模式的点火器功率耗散与处于全功率模式的点火器功率耗散的比率降低。如同降低功率模式的情况，在二极管64被正向偏置时，电容器58和60将充电直到达到饱和电压为止。一旦电容器饱和，没有电流将流向它们，直到ac源51的电压下降至其饱和电压(在电容器58和60之间可能有所不同)以下。随着来自二极管64的输出电压下降至任一电容器的饱和电压以下(或者如果小于饱和电压，则下降至峰值源电压以下)，该电容器将开始放电，导致了电流从电容器58和/或电容器60流经点火器52并流向直流线圈40。当二极管64被反向偏置时，没有来自ac源51的电流将流经它。然而，电容器58、60将继续向点火器52和直流线圈40提供电流。
104.在图4的保持打开电路50中，热表面点火器52没有直接与直流线圈40串联，这是因为保持阀组件20开启所需的阈值电流小于点火器表面达到烹饪燃气自燃温度所需的热表面点火器52电流。电阻器56是分流电阻器，其通过将电流与直流线圈40分流而使电路50更
加灵敏且更积极响应，这导致了在比没有电阻器56时所需的电流更高的电流下直流线圈40切断以及阀21关闭。特别是在全功率模式下，点火器52可以接收比直流线圈40的阈值电流大得多的电流，以磁性地保持开启阀组件20(图1-3)。因此，分流电阻器56旁路了该电流在直流线圈40周围的一些。随着电阻器56的电阻增加，直流线圈40将接收由点火器52接收到的大部分电流，在这种情况下，将需要较低的点火器52电流以达到直流线圈40的触发电流。相反，随着电阻器56的电阻减小，直流线圈40将接收由点火器52接收到的较小部分电流，在这种情况下，将需要较高的点火器52电流以达到直流线圈40的触发电流。因此，分流电阻器56的电阻可以被选择以在点火器52达到烹饪燃气自燃温度时的点火器52电流和在直流线圈40保持开启阀21时的触发电流之间提供安全裕度。电阻器54被设置为在点火器52和线圈40之间提供额外的电压降。在电阻器56的给定电阻值下，增加电阻器54的电阻将导致由点火器52接收到的电流的较低部分被直流线圈40接收，而减少电阻器54的电阻将具有相反的效果。在分流电阻器56失效的情况下，保险丝66提供额外的保护层。保险丝66的电流额定越高，电路50在灾难性故障的情况下断开需要的时间就越长。然而，过低的额定可能导致保险丝在正常电路50操作期间不期望地熔断。
105.图4的保持打开电路可被描述为包括各种串联和并联组合的部件的若干等效电路。保险丝66、电阻器54和直流线圈40形成第一串联组合，其与分流电阻器56形成第一并联组合。第一并联组合与热表面点火器52形成第二串联组合。
106.电容器58和60彼此形成第二并联组合，并且第二并联组合与第二串联组合形成第三并联组合。第三并联组合与二极管64形成第三串联组合。
107.保持打开电路50优选地被设计成在从90vac(rms)至约135vac(rms)，优选地从约110vac(rms)至约130vac(rms)，更优选地从约115vac(rms)至约125vac(rms)范围的ac源51电压下操作，并且将充足的电流提供给点火器52以达到烹饪燃气自燃温度。在某些示例中，热表面点火器52被设计成具有范围从约330ω至约500ω，优选地从约400ω至约480ω，更优选地从约430ω至约450ω的高温电阻(即，在烹饪燃气的点火温度下的电阻)。直流线圈40具有范围从约30ma至约90ma，优选地从约40ma至约80ma，更优选地从约50ma至约70ma的阈值(rms)电流。直流线圈40还具有范围从约0.005mh至约0.010mh，优选地从约0.006mh至约0.009mh，更优选地从约0.007mh至约0.008mh的电感。
108.电容器58和60可以具有范围从约15μf至约30μf，优选地从约18μf至约25μf，更优选地从约20μf至约24μf的示例性值。直流线圈40具有范围从约30ma至约90ma，优选地从约40ma至约80ma，更优选地从约50ma至约70ma的阈值(rms)电流。电阻器54和56可以具有范围从约20ω至约40ω，优选地从约25ω至约35ω，更优选地从约28ω至约32ω的示例性电阻值。保险丝66的额定值可以为例如约0.5a至约1.5a，优选地从约0.6a至约1.3a，更优选地从约0.8a至约1.2a。
109.示例1
110.提供了如图4所示的保持打开电路50。热表面点火器52包括具有稀土烧结助剂和二硅化钼烧结助剂保护剂的硅陶瓷本体。稀土氧化物烧结助剂按重量计以陶瓷本体的范围从约12％至约14％的含量存在。二硅化钼烧结助剂保护剂按重量计以陶瓷本体的范围从约5.5％至约6.5％的含量存在。余量(按陶瓷本体重量计，79.5％至约82.5％)是氮化硅。点火器52中的导电油墨包括碳化钨，其含量按油墨重量计范围从约70％至约75％。提供了氮化
硅，其含量按油墨重量计范围从约18％至约25％。针对陶瓷本体所述的相同烧结助剂或共掺杂剂按油墨重量计以范围从约2％至约4％的含量也被包括在内。热表面点火器的导电油墨电路的厚度(沿着厚度轴取)不大于约0.002英寸，优选地不大于约0.0015英寸，更优选地不小于约0.0004英寸且不大于约0.0009英寸。
111.电容器58和60的电容值分别为22μf。电阻器54和56的电阻值为30ω。直流线圈40的电感值为0.0074mh。该电路利用120vac(rms)60hz的电压源信号进行模拟。图10a描绘了点火器52处的输入电压(单位为伏特)与时间的关系。电路50在全功率模式(其中，开关62闭合)下操作。电容器58和60各自具有22μf，并且共同表现得类似电容为44μf的单个电容器。点火器所经历的电压信号的rms值为130v，该rms值由于电容器对二极管64产生的纹波的平滑效果而比ac源信号的rms值更高。图10b示出了通过点火器52的电流，并且具有rms值约为267ma的类似模式。在这些电压值和电流值下，点火器的高温电阻约为471ω，并且估计出的点火器的表面温度在稳态下达到约2430
°
f。
112.图10c和图10d分别示出了来自点火器52的输出电压和由直流线圈40接收的电流。如所预期，波形具有类似于图10a和图10b中的形状。然而，来自点火器52的rms输出电压是4.4v。去往直流线圈40的rms电流是201ma，这足以将直流线圈40和烹饪燃气安全阀组件20锁定在图2的开启位置。
113.图11a-11d是在降低功率模式(其中，开关62断开时)下的模拟结果。如前所述，降低功率模式优选地在点火后和烹饪操作期间使用，作为防止火焰熄灭的方式，同时相对于将点火器52操作恒定的全功率模式下，降低了能量成本和延长了点火器52的寿命。图11a示出了点火器52的输入电压。该波形类似于图10a中的那样。然而，点火器52的输入rms电压是109v。参照图11b，平均点火器52的rms电流是245ma。点火器52的高温电阻约为429ω。
114.图11c-11d示出了用于点火器52输出电压和直流线圈40电流的降低功率模式情况。点火器52的平均输出rms电压值为4.1v。平均直流线圈40rms电流为185ma。在这些估计出的电流和电压值下，点火器52在稳态下将会达到约2150
°
f的表面温度。参照图5，描绘了另一个示例性烹饪燃气安全装置的一部分。烹饪燃气安全装置包括保持打开电路70和烹饪燃气安全阀组件20，其包括直流线圈40(如图所示)。正如保持打开电路50，保持打开电路70由交流电源71供电，并将其转换为时变直流电，以便可以使用具有类似线圈40的直流线圈的已知燃气分接头。尽管未示出，但是会提供附加开关，以在当用户通过按压和转动燃气旋钮杆26而致动阀组件20时，选择性地将交流电源71连接到保持打开电路70的剩余部分。取决于齐纳二极管72的状态，热表面点火器52与直流线圈40选择性地电连通(如下所述)。
115.图4的保持打开电路50使用两个并联电容器，其中之一可选择性地连接到电路50以提供用于点火器52的全功率和降低功率模式。相反，图5的保持打开电路70使用两个并联电阻器82和84，其中之一(84)可选择性地连接到保持打开电路(经由开关86)以提供全功率和低功率模式。当开关86闭合时，电阻器82和84彼此并联。当开关86断开时，电阻器84不与交流电源71电连通并且实际上在保持打开电路70之外。电阻器82和84的并联组合相当于单个电阻器，其电阻等于它们电阻的乘积除以其电阻之和。组合的电阻将总是低于每个单独的电阻。因此，闭合开关86将电路70置于全功率模式，而断开开关86将电路70置于降低功率模式。全功率模式优选地在点火操作期间使用。降低功率模式优选地在烹饪操作期间使用，并且在火焰熄灭的情况下提供了重新点燃烹饪燃气的手段。在某些示例中，在降低功率模
式下提供给点火器52的功率是在全功率模式下提供给点火器52的功率的从约70％至约90％，优选地从约75％至约85％，更优选地从约78％至约82％。
116.在某些示例中，在直流线圈40已经锁定在图2的开启位置之后释放燃气阀杆26将导致开关86断开(以将电路70置于降低功率烹饪模式)。否则，开关86将保持闭合。
117.直流线圈40与齐纳二极管72和保险丝78串联以形成第一串联组合。第一串联组合与电阻器80形成第一并联组合。当开关86闭合时，电阻器82和84的第二并联组合与第一并联组合串联以形成第二串联组合。第二串联组合与热表面点火器52形成第三串联组合。第三串联组合和电容器74形成了与二极管76和保险丝88串联的第三并联组合。
118.当开关86断开时，第二串联组合由第一并联组合和单独电阻器82(即，没有电阻器84)组成。因此，当开关86闭合时，热表面点火器52与其总电阻低于开关86断开时的等效电路部件串联。这意味着更多电压可利用于点火器52，并且因此，它消耗更多的功率。电阻器82确定点火器52在降低功率模式下将变得多热，并且在全功率模式下影响点火器52的温度。
119.当开关86闭合时，电阻器84允许更多电流流经电路70，导致了点火器52在全功率模式下变得更热。电阻器84电阻值的增加将趋于降低点火器52在全功率模式下耗散的功率，而电阻器84电阻值的降低将趋于增加点火器52在全功率模式下耗散的功率。
120.如同保持打开电路50，保持打开电路70包括二极管76，以对ac电源71进行半波整流。二极管76优选地被选择为具有平衡了电路70的成本和期望寿命的电压额定。电压额定越高的二极管往往越贵，但是随着二极管76的电压额定降低，电路70的寿命也会缩短。因为二极管76，如同电路50一样，纹波也存在于电路70。这里，电容器74与二极管76和热表面点火器52成串并联关系放置，以平滑纹波电压和降低纹波系数。电容器74不选择性地连接到保持打开电路70，而是始终保持与热表面点火器52和直流线圈40的电连通。当二极管76被正向偏置时，电容器74将充电，直到达到饱和电压为止。一旦电容器在其饱和电压，如果交流电源71的电压下降至饱和电压以下，电容器74就将开始放电，直到交流电压超过电容器74的电压为止，此时电容器74将再次开始充电。一般而言，在全功率和降低功率模式两者的操作下，增加电容器74的电容值将使节点n
52
处的点火器52输入电压的纹波平坦，并且还将降低ac电源电压，在该电压下阀组件20释放到图1的闭合位置，即在较低的电源电压下，直流线圈40仍将经历将阀盘36保持处于图2的开启位置所需的阈值电流。相对于较低的电容值，在较高的电容值下，点火器52耗散的功率在全功率和降低功率模式两者下都将增加。
121.电阻器80充当电流设定电阻器。随着通过点火器52的电流增加，电阻器80处的电压增加。当电阻器80处的电压达到齐纳二极管72的击穿电压时，直流线圈40将接收电流。在电阻器80失效的情况下，保险丝78为直流线圈40提供额外的保护层。在过高的电流额定下，当电路70失效时，直流线圈40可能无法关闭。如果保险丝78电流额定太低，直流线圈40可能在正常操作期间关闭阀21。保险丝88提供了整体电路保护。
122.保持打开电路70包括与直流线圈40串联的齐纳二极管72，而不是——如同保持打开电路50的情况那样——使用与直流线圈40串联的限流电阻器。齐纳二极管72在反向偏置模式下工作。当齐纳二极管的电压输入下降至齐纳击穿电压以下时，它停止允许电流流向直流线圈40，导致了其释放阀磁盘30，使得其被偏置到图1的关闭位置。因此，齐纳二极管72充当低压开关，其确保了当点火器52不够热到足以点燃烹饪燃气时，直流线圈40不会保持
阀盘36开启。
123.保持打开电路70有利地包括若干特征，这些特征防止阀组件20在电路部件故障的情况下保持开启。例如，如果二极管76因短路而失效，交流电将流经直流线圈40，导致其释放。因为阀组件20是保持开启的阀组件，所以燃气将停止流向燃烧器，除非并且直到执行燃气旋钮杆26的手动致动。如果二极管76未能断开，直流线圈40将停止产生磁场，并且阀组件20将无法到达图1的关闭位置，从而切断流向燃烧器的燃气。
124.如果电容器74因短路而失效，则所有的电流将流经电容器74，导致保险丝88熔断，并且阀组件20无法到达图1的关闭位置。如果电容器74在ac信号为60hz时未能打开，则流向直流线圈的电流将下降至零，导致阀组件20无法到达图1的关闭位置。
125.如果点火器52因短路而失效，则过多的电流将流经电路70，并且保险丝78将熔断，导致阀组件20无法到达图1的关闭位置。如果点火器52未能打开，则没有电流将到达直流线圈40，再次导致阀组件20由于无法到达图1的关闭位置而切断流向燃烧器的燃气。
126.如果齐纳二极管72因短路而失效，则通过直流线圈40的电流将迅速显著增加，导致保险丝78熔断，并且阀组件20无法到达图1的关闭位置。如果齐纳二极管72未能打开，则没有电流能够到达直流线圈40，导致阀组件20无法到达关闭位置。
127.如果分流电阻器80因短路而失效，则没有电流将到达直流线圈40，导致其释放阀盘36并且切断流向燃烧器的燃气。如果分流电阻器80未能断开，则流向直流线圈40的电流将急剧增加，导致保险丝78熔断，阀组件20无法闭合。
128.如果电阻器82在开关86断开的情况下未能断开，将不会发生任何事情，这因为将不存在用于使电流流经直流线圈40的闭合路径。如果电阻器82在开关86断开或闭合的情况下因短路而失效，则点火器52将经历大的电流尖峰，导致其显著升温，这可能引起点火器52故障。如果电阻器82在开关86闭合的情况下未能断开，则点火器52将只能在降低功率模式下工作。如果电阻器84在开关86断开或闭合的情况下未能断开，则点火器52将只能在降低功率模式下工作。如果电阻器84在开关86闭合的情况下未能关闭，则点火器52将经历大的电流尖峰，导致其显著升温，这可能引起点火器52故障。
129.保持打开电路70的各种部件的电容值和电阻值可被选择为实现所需的电路70操作。一般而言，如果希望在致动燃气旋钮杆26时使直流线圈40更快地保持打开，则可以增加电阻器80的电阻。增加电阻器80的电阻将增加对齐纳二极管72和电阻器80的输入电压，而且将导致通过点火器52的总电流中相对更多的电流通过直流线圈。
130.如果希望在较高温度下操作点火器52，则可以减小电阻器82和84的电阻值，这将增加流经点火器52的电流。同时或可替选地，可以增加电容器74的电容值。当电容器74放电时(即，当来自二极管76的输出电压下降至电容器74的饱和电压以下时)，增加电容器74的电容提供了更多的存储电能。结果，点火器52所经历的rms电压增加，从而增加其表面温度。
131.保持打开电路70优选地被设计成在以下ac电压下操作，范围从90vac(rms)到约135vac(rms)，优选地从约110vac(rms)到约130vac(rms)，更优选地从约115vac(rms)到约125vac(rms)。在某些示例中，热表面点火器52被设计成具有以下高温电阻(即，在烹饪燃气的点火温度下的电阻)，范围从约330ω到约500ω，优选地从约400ω到约480ω，更优选地从约430ω到约450ω。
132.同时，电容器74可以具有范围从约60μf至约80μf，优选地从约65μf至约75μf，更优
选地从约66μf至约70μf的示例性电容值。直流线圈40具有范围从约30ma至约90ma，优选地从约40ma至约80ma，更优选地从约50ma至约70ma的阈值(rms)电流。直流线圈40还具有范围从约0.005mh至约0.010mh，优选地从约0.006mh至约0.009mh，更优选地从约0.007mh至约0.008mh的电感。此外，在电容器74的较高电容值下，节点n
52
处的点火器52电压将在两种功率模式下显示出较小的纹波(变得“更平坦”)。这继而将降低电路70中的电流以及点火器52的稳态温度，并且阀21在较低功率模式操作期间可能不会保持打开。直流线圈40的电阻和阻抗通常比其他电路部件的电阻和阻抗低得多，实际上可以忽略不计。
133.同时，电阻器82可以具有范围从约80ω至约120ω，优选地从约90ω至约110ω，更优选地从约95ω至约105ω的示例性电阻值。电阻器84优选地具有范围从约30ω至约70ω，优选地从约40ω至约60ω，更优选地从约45ω至约55ω的示例性电阻值。电阻器82电阻值的增加将主要影响在降低功率模式下流经电路70的电流，并且通常降低点火器52所耗散的功率(并且降低点火器52的温度)。电阻器84电阻值的增加在全功率模式下通常将降低点火器52的温度，而电阻值的减小将升高温度。
134.同时，电阻器80可以具有范围从约65ω至约95ω，优选地从约70ω至约90ω，更优选地从约75ω至约85ω的示例性电阻值。电阻器80的电阻值增加将通过在电阻器80的给定输入电压下允许更多电流流经线圈40而趋向降低直流线圈40的释放电压(即，直流线圈40产生足以保持阀组件20处于图2的开启位置的磁场所需的电阻器80输入电压)。作为示例，保险丝88可以额定为约0.5a至约1.5a，优选地从约0.6a至约1.3a，更优选地从约0.8a至约1.2a。作为示例，保险丝78可以额定为从约100ma至约300ma，优选地从约150ma至约250ma，更优选地从约180ma至约220ma。
135.示例2
136.提供了如图5所示的保持打开电路70。热表面点火器52如示例1所述。齐纳二极管72的击穿电压为5.1v。电容器74的电容值为68μf。电阻器80的电阻值为80ω。电阻器82的电阻值为100ω，并且电阻器84的电阻值为50ω。直流线圈40的电感为7.4μh。该电路利用120vac(rms)60hz电压源信号进行模拟。图12a描绘了点火器52处的输入电压(单位为伏特)与时间的关系。电路70在全功率模式(其中，开关86闭合)下操作。点火器52所经历的输入电压信号的rms值为141.8v，该rms值归因于电容器对二极管64产生的纹波的平滑效果而比ac源信号的rms值更高。图12b示出了通过点火器52的电流，并且具有rms值为269ma的类似模式。在这些电压和电流值下，点火器52高温电阻约为476ω，并且所估计的点火器52表面温度在稳态下将达到约2460
°
f。
137.图12c和12d分别示出了来自点火器52的电压输出(即电阻器80的输入电压)和由直流线圈40接收的电流。如所预期，波形具有类似于图12a和图12b中的形状。然而，点火器52的输出rms电压是14.1v，去往直流线圈的rms电流为100ma，这足以将直流线圈40和烹饪燃气安全阀组件20锁定在图2的开启位置。
138.图13a-13d是在降低功率模式(即，开关86断开时)下的模拟结果。如前所述，降低功率模式优选地在点火后和烹饪操作期间使用，作为防止火焰熄灭的方式，同时相对于将点火器52操作在恒定的全功率模式下，降低了能量成本和延长了点火器52的寿命。图13a示出了点火器52的输入电压。该波形类似于图12a中的那样。然而，点火器52的输入rms电压是143.2v。参照图13b，点火器52的rms电流是253ma。在这些所估计的电流和电压值下，点火器
52将会具有约446ω的高温电阻，并且在稳态下将会达到约2260
°
f的表面温度。
139.图13c-13d示出了用于点火器52输出电压和直流线圈40电流的降低功率模式情况。直流线圈40的平均rms电流约为85ma，点火器52的输出rms电压值为30.5v。
140.保持打开电路50和70特别适于这样的情况，其中点火器52可被通电并且保持保持打开电路的一部分，但接收不足以达到烹饪燃气自燃温度的电流。然而，已经证实，对于某些点火器52而言，这种情况不太可能发生。在这种情况下，如果点火器52未能达到自燃温度，则电路50或70将无法作为开路。以下图14和图15的保持打开电路特别适于点火器52不太可能达不到自燃温度的情况，除非它无法作为开路。参照图14，描绘了另一个示例性烹饪燃气安全装置的一部分，该装置包括单模阀驱动器保持打开电路130。电路130由交流电源131供电。保持打开电路130将交流电转换为时变直流电，以便可以使用具有类似线圈40的直流线圈的已知燃气分接头。尽管未示出，但是会提供附加开关，以在当用户通过按压和转动燃气旋钮杆26而致动阀组件20时，选择性地将交流电源131连接到保持打开电路130的剩余部分。热表面点火器52与直流线圈40电连通。术语“单模(single mode)”是指保持打开电路130具有全功率模式但没有降低功率模式的事实。因此，点火器52可以通过保持处于全功率在火焰熄灭后重新点燃烹饪燃气。
141.点火器52与直流线圈40串联。点火器52和直流线圈40的串联组合与电容器136并联。电容器136的并联组合以及点火器52和直流线圈40的串联组合与二极管132串联。二极管132向ac源131的ac信号提供半波整流，使得点火器52在节点n
52
处所经历的电压只有直流分量。二极管132优选地被选择以平衡成本和电路130的寿命，这是因为具有较高电流额定的二极管往往更加昂贵，而具有较低电流额定的二极管往往会缩短电路130的寿命。
142.电容器136使二极管132提供的dc信号中的纹波变得平滑。当二极管132被正向偏置时，电容器136将充电直到达到饱和电压为止，在这时充电停止。当二极管132的电压下降至电容器136的饱和电压以下时，电容器136将开始放电，直到ac电压超过电容器136的电压为止，在这时它将再次开始充电。电容器136的电容值为从约20μf至约40μf，优选地从约25μf至约35μf，更优选地从约28μf至约32μf。随着电容器136的电容增大，节点n
52
处的点火器52输入电压将趋于平坦(显示出“较少纹波”)。相反，随着电容器136的电容减小，节点n
52
处的点火器52输入电压将趋于不平坦(“较多纹波”)；直流线圈40的电感为范围从约6μh至约9μh，优选地从约6.5μh至约8.5μh，更优选地从约7.0μh至约8.0μh。
143.示例3
144.提供了如图15所示的保持打开电路130。热表面点火器52如示例1所述。电容器136的电容为30μf。直流线圈40的电感为7.5μh。该电路利用120vac(rms)60hz的电压源信号进行模拟。图16a描绘了节点n
52
处的点火器52处的输入电压(单位为伏特)与时间的关系。点火器52所经历的输入电压信号的rms值为118v。图16b示出了通过点火器52的电流，其rms值为259ma。在这些电压值和电流值下，点火器52的高温电阻约为457ω，并且点火器52的表面温度在稳态下达到约2340
°
f。
145.图16c和图16d分别示出了来自点火器52的电压输出和由直流线圈40接收的电流。如所预期，波形具有类似于图16c和图16d中的形状。去往直流线圈40的rms电流为259ma，这足以将直流线圈40和烹饪燃气安全阀组件20锁定在图2的开启位置。
146.参照图15，描述了烹饪燃气安全装置的示例性部分，该装置包括双模阀驱动器保
持打开电路140。与图14的保持打开电路130不同，保持打开电路140可以在全功率和降低功率模式下操作。在某些示例中，在降低功率模式下提供给点火器52的功率是在全功率模式下提供给点火器52的功率的从约70％至约90％，优选地从约75％至约85％，更优选地从约78％至约82％。
147.交流电源141将交流电供应给二极管140，该二极管140将交流电转换为时变直流电。提供了电容器146和148，并且当开关150闭合时两者彼此并联，以将电容器148电连接到保持打开电路140的剩余部分。当保持打开电路140处于全功率或低功率模式时，电容器146使通向点火器52(即，节点n
52
处)的输入电压和电流中的纹波变得平滑或平坦。当保持打开电路140处于全功率模式时，电容器148使通向点火器52(即，节点n
52
处)的输入电压和电流中的纹波变得平滑或平坦。当开关150闭合时，两个并联电容器146和148充当单个电容器，其电容等于它们各自电容值之和。当开关150断开时，电容器148不在电路中，并且电容器146和148的并联组合的总电容等于电容器146的电容。在某些示例性实施方式中，电容器146和148具有范围从约10μf至约20μf，优选地从约12μf至约18μf，更优选地从约14μf至约16μf的电容值。直流线圈40具有前述描述的电感值。当处于全功率模式时，随着电容器146和148中的一个或两个的电容增大，点火器52输入电压和电流趋于具有较少纹波(变得更平坦)，然而在较小值时情况相反。
148.热表面点火器52与直流线圈40串联。当开关150断开时，电容器146与点火器52和直流线圈40的串联组合形成并联组合。当开关150闭合时，电容器146和148的并联组合与点火器52和直流线圈40的串联组合形成并联组合。
149.当开关150闭合时，电容器146和148的并联组合的总电容高于开关断开时电容器146的电容。当ac源141电连接到电路140时，电容器146和148将充电，直到达到饱和电压为止。当ac源信号下降至饱和电压以下时，电容器146和148将开始放电并向点火器52供应电流，从而确保节点52处的点火器输入电压不会下降至电容器146和148的最高饱和电压以下。
150.示例4
151.提供了如图15所示的保持打开电路140。热表面点火器52如示例1所述。电容器146和148的电容分别为15μf。直流线圈40的电感为7.5μh。该电路利用120vac(rms)60hz的电压源信号进行模拟。在全功率下，保持打开电路140相当于示例3的保持打开电路130。因此，图16a描绘了在全功率下点火器52的输入电压(单位为伏特)与时间的关系。点火器52在节点n
52
处所经历的输入电压信号的rms值为118v。图16b示出了通过点火器52的电流，其具有rms值为259ma的类似模式。在这些电压值和电流值下，点火器52的高温电阻约为457ω，并且估计的点火器表面温度在稳态下达到约2330
°
f。
152.正如示例3，图16c和16d分别示出了当保持打开电路140在全功率模式下操作时来自点火器52的电压输出和由直流线圈40接收的电流。如所预期，波形具有类似于图16c和图16d的形状。去往直流线圈40的rms电流为259ma，这足以将直流线圈40和烹饪燃气安全阀组件20锁定在图2的开启位置。
153.在120vac源功率下的模拟在保持打开电路140处于降低功率模式的情况下进行，即，在开关150使用与在全功率模式下相同的点火器52和部件值而断开的情况下。图17a描绘了降低功率下点火器52处的输入电压(单位为伏特)与时间的关系。点火器52所经历的电
压的rms值为98v。图17b示出了降低功率模式下通过点火器52的电流，其具有rms值为238ma的类似模式。在这些电压和电流下，点火器52的所估计的高温电阻约为414ω，并且点火器52将会达到约2050
°
f的所估计的表面温度。图17c示出了点火器52的输出电压。图17d示出了直流线圈40的电流，其rms值为238ma。
154.示例5
155.使用三个点火器52，各自具有相同的成分和尺寸，这些点火器落入示例1所述的范围内，但导电油墨的厚度变化在0.0004至0.002英寸的数量级，保持打开电路140经受范围从90vac rms至135vac rms的不同ac源电压信号。ac电源rms电压值、点火器输入rms电压值、点火器rms电流值、点火器功耗和所测量的点火器温度在下面的表i-iii中进行阐述：
156.表i
157.点火器1
[0158][0159]
表ii
[0160]
点火器2
[0161][0162]
表iii
[0163]
点火器3
[0164][0165]
示例6
[0166]
提供了如示例1所述的热表面点火器，其室温电阻为87ω。点火器被放置在具有先前描述的部件值的保持打开电路140中，并且经受120vac rms的源电压。在表4中，提供了达到1800℉和2138
°
f所需的时间(以秒为单位)：
[0167]
表4
[0168][0169]
保持打开电路50、70、130和140被设计成：允许热表面点火器52由交流电源供电，同时仍然与直流线圈40相兼容。因为电路50、70、130和140中点火器52与直流线圈40之间的关系，当点火器52接收到足够的电流来点燃由阀组件20供应给相关燃烧器的空气和烹饪燃气的可燃混合物时，直流线圈40仅接收足以保持烹饪燃气安全阀组件20处于图2的开启位置的电流。然而，与已知的保持打开电路不同，电路50、70、130和140不使用热电偶来确定点火器何时热到足以保证保持开启燃气阀21。在这种已知的系统中，由于热电偶对点燃的火焰的动态响应，热电偶引入了大量的滞后时间。代替的是，电路50、70、130和140依赖于点火器52的电条件，以指示点火已经发生或将足够快地发生以允许燃气阀21在用户释放燃气旋钮后保持开启。这至少部分是可能的，由于相对于已知的热表面点火器，本文所公开的热表面点火器具有优越的点火温度时间特性，适合用作点火器52。因此，在优选示例中，热表面点火器52不可操作地连接到火焰传感器的热电偶。
[0170]
参照图8，提供了保持打开电路120的替代示例，其中保持打开线圈132在交流电下操作，即，它即使当在极性改变期间源电压过零，也可以产生一致的磁场以保持烹饪燃气安全阀组件20处于图2的开启位置。如本领域技术人员所知，屏蔽环配备有标准直流线圈40，以产生次于由直流线圈40产生的磁场且与其异相的磁场。结果，当主磁场由于保持打开线圈132处的电压接近零而开始减弱时，由屏蔽环产生的次级磁场保持阀组件20处于图2的开启位置。参照图8，交流电保持打开线圈132与热表面点火器52串联。二极管124可选择性地连接到点火器52和交流线圈132，以允许保持打开电路120在低功率模式下操作，诸如在点火后的烹饪操作期间。正如保持打开电路50和70，以低功率模式操作的能力通过提供不断通电的点火源(点火器52)而降低了熄灭的可能性，同时相对于以全功率不断操作点火器52降低了功耗和增加了点火器寿命。开关130可选择性地连接到电极128以将保持打开电路置于全功率模式，并且连接到电极126以将点火器52置于降低功率模式。在某些示例中，开关130可操作地连接到燃气旋钮杆26，使得当燃气旋钮杆26在阀组件20处于图2的开启位置的情况下被释放时，开关130连接到电极126以在降低功率模式下操作。
[0171]
如前所述，与火花点火器相反，使用热表面点火器52以点燃炉灶面燃烧器燃气的一个益处在于，点火器可以保持连续通电(以全功率或降低功率)以在火焰熄灭的情况下提供点火。热表面点火器的这种性质也使许多其他特征成为可能。
[0172]
参照图6，描绘了包括热表面点火器52的模板电路90，图6没有示出保持打开电路或具有保持打开线圈的燃气阀。然而，将会提供燃气阀，并且电路90会被配置成使得当致动燃气阀时热表面点火器52将会经由开关94被通电，以协调燃气向燃烧器的流动与电力向点火器52的供应。二极管92可以经由开关94选择性地连接到电路90。当开关94与开关极96接触时，二极管92连接到电路90，并且对供应给点火器52的电流进行半波整流。反极性电流的消除降低了提供给点火器52的功率，从而提供了降低功率的操作模式。当开关94与开关极
98接触时，电路90处于全功率模式。在优选示例中，全功率模式在点火操作期间使用，而降低功率模式在点火后和烹饪操作期间使用。模板电路90被称作这样是因为它包括位置102和104，在该位置处可以可选地提供多个不同的电路部件。
[0173]
参照图6，一个可以在位置102或104中使用的部件是火焰传感器。如本领域所知，火焰传感器确定燃烧器是否被点燃。存在并可以使用许多不同的火焰传感器技术，包括光学火焰检测器和热电偶。光学火焰传感器可以包括uv检测器、近ir阵列检测器和ir检测器。如果提供了火焰传感器，则它可以可操作地连接到用于向燃烧器供应燃气的燃气阀组件，使得当没有火焰存在时燃气流断开连接。火焰传感器也可以与温度控制继电器、开路线圈和双金属燃气安全阀(“安全罐(safety cans)”)一起使用，以防止没有火焰存在时燃烧器燃气的流动。
[0174]
许多传感器或指示器也可以在位置102和104使用，以记录有关点火器52电状态的信息。传感器或指示器可以单独使用或彼此组合使用。在一个示例中，可以提供定时器，其累计点火器52通电的总时间。通电时间数据然后可被用于确定点火器52的预期寿命还剩多少，使得点火器52可在失效前被更换。这种所收集的信息也可以通过wi-fi、蓝牙和其他已知的无线通信技术来无线传送到用户的智能电话、个人计算机、笔记本电脑或服务器，以远程提供有关点火器52状态的信息。
[0175]
可听指示器也可以在位置102和104使用。当前的火花点火器在点火期间会发出明显可听见的声音，并且许多消费者已经习惯和情愿听到这种声音作为点火的指示。热表面点火器52在点火期间不会发出可听见的声音。然而，可以在位置104设置声音发生器，该声音发生器只有当点火器52最初通电时通电，并发出咔嗒声或其他类型的声音，以指示点火器52正在接收点火电流。
[0176]
可以在位置102或104使用多个附加的传感器和指示器。例如，可以提供火灾传感器。火灾传感器与火焰传感器的不同之处在于其旨在确定是否存在除期望烹饪以外的火焰。火焰传感器通常是光学传感器，其视野在燃烧器上方。在某些示例中，它可被集成到控制方案中，该控制方案在检测到火时关闭通向燃烧器的燃气。
[0177]
还可以提供锅具传感器。锅具传感器确定锅何时出现在燃烧器上(例如，通过感测重量变化)。锅具传感器可以包括或者可操作地连接到压力开关或活塞，只有当锅出现在燃烧器上时，该压力开关或活塞才完成电路90，这可以有助于防止火灾。
[0178]
此外，因为点火器52可以被持续地通电(到全功率或降低功率)并且在任何气流下重新点火，所以多种不同的烹饪功能可以通过在特定时间段内开启和关闭燃烧器(即，通过开启和关闭通向燃烧器的燃气阀)来提供。在某些示例中，提供了计时器，其累积燃烧器开启或关闭的时间量。先前所述类型的火焰传感器可被用于在开启和关闭之间切换定时器状态。可替选地，定时器可以简单地被配置成：只有当点火器52通电时才被通电，以及当用户将燃气阀设置到指示期望的烹饪模式(例如“文火炖(simmer)”)的某个位置时累计开启和关闭时间。存在于关联控制器中的预编程算法可以基于所选择的烹饪模式而开启和关闭燃烧器燃气阀。
[0179]
相对于图6描述的电路部件选项也可以与先前描述的直流保持打开线圈电路使用。参照图7，保持打开电路110类似于图4的电路。直流线圈40是图1和图2的燃气安全阀组件20的一部分。在位置114和116处可以使用各种传感器和指示器。保持打开电路110包括二
极管130，其功能类似于图4的二极管64。当开关126接触电极128时(全功率模式)，并联电容器120和124使二极管130的纹波电压平滑。电容器120在降低功率模式下(在开关126断开的情况下)使纹波电压平滑。电阻器122与直流线圈40串联，并且限制了由直流线圈40接收的电流。相对于保持开启烹饪燃气安全阀组件20(图2)所需的电流，分流电阻器118使运行点火器52所需的过量电流分流。