电热水器中对水进行加热的方法和电热水器技术

一个具有水箱和延伸进水箱、对水箱中的水加热的电阻加热元件（１２５）的热水器。热水器包括比例区段温度控制器（１００），用于以短脉冲串形式向电阻加热元件（１２５）传输电能。电源的每个短脉冲串后面跟着一个时间段，在该时间段内，温度控制器不向电阻加热元件（１２５）传输电能。在一个实施例中，电源的每个短脉冲串持续一个循环的大约９５％或更少，其中所述循环包括电源的一个短脉冲串，后面跟着温度控制器（１００）不传输电能的时间段。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般地涉及电热水器。本专利技术特别涉及用于在这种热水器中对水加热的改进方法和装置。更特别地，本专利技术涉及以一种能提高热水器中的加热元件的加热效率的方式将电源加到电阻加热元件上的方法和装置。这里的说明是关于家用热水器的，其中，水由电阻加热元件加热。该说明以及本专利技术的改进一般地可以应用到采用电阻加热元件的热水器上。
技术介绍
这里所考虑的热水器一般包括固定封闭的垂直安装的圆柱形水箱，与水箱同轴并沿径向与水箱间隔开的圆柱形外壳，以便在水箱外壁与外壳内壁之间形成一个环形空间，还包括在环形空间的至少一部分中的绝热材料，用于提供对水箱的绝热。在环形空间内直接扩充的聚合泡沫是一种有效的绝热材料。特别地，带有发泡剂的多元醇和异氰酸酯反应物通常在环形空间内的适当位置进行反应，以形成聚氨酯泡沫，聚氨酯泡沫容易扩充到可到达的空间，并迅速地凝固成一个坚固密闭的单元泡沫绝热材料。在环形空间内提供了用于容纳扩充的泡沫的装置，例如泡沫挡板。水箱具有各种附件，例如入口、出口和排水配件。特别地，水箱带有水加热和温度控制装置。对于电热水器，水加热装置一般包括电阻加热元件。加热元件穿过水箱壁中的配件延伸至水箱内，以便该电阻加热元件在水箱内部，而连接电阻加热元件和电源的装置在水箱外部。电热水器的温度控制装置一般包括机械恒温器，当感测到水箱中的水温低于选定的设置点温度时，该机械恒温器操作开关来使得电源加在电阻加热元件上，而当水箱中的水温处于或高于该设置点温度时，操作该开关来切断电阻加热元件的电源。采用这样的温度控制装置，通过电阻加热元件的电源或者是完全导通的、通过全部电流，或者是完全截止的。通常用在热水器上的机械恒温器包括安装为与水箱的外壁相接触的金属的双金属盘，用于感测水箱中的水温。该双金属盘在比设置点温度低时是平的。然而，在设置点温度时，双金属盘迅速变成凸顶形状，并且维持这种形状，直到它冷却到低于设置点的温度。在低于设置点的温度，双金属盘迅速变回成平坦位置。双金属盘的机械滞后使得该盘迅速变回到平坦位置的温度比双金属盘迅速变成凸顶形状的设置点温度要低得多(5到10℃)。双金属盘通过电绝缘推杆与附着在水箱外壁上的酚醛树脂外罩内的电开关相连。电开关在连接电阻加热元件和电源的电线中。将一个带螺纹的双头螺栓安装在与双金属盘相接触的外罩中，用于手动调节双金属盘上的张力(tension)，以便可以将双金属盘调节为在所需的设置点温度从平坦位置迅速变为凸顶位置。当双金属盘感测到一个较低水温、并且该盘处于平坦位置时，推杆闭合电开关，使得电源加在电阻加热元件上，从而加热水箱中的水。当水变热时，双金属盘在设置点温度迅速变成凸顶形状，则推杆断开电子开关，切断电阻加热元件的电源。电子开关保持断开，电源被切断，直到水箱中的水冷到足以使双金属盘变回到平坦位置，然而闭合电开关，使得电源加在电阻加热元件上。电源或者是完全导通的，或者是完全截止的。由于在制造中的变化以及双金属盘的滞后，双金属盘从平坦位置变成凸顶位置的温度变化高达25°F(14℃)。可以用带螺纹的双头螺栓将张力加到双金属盘上，用于调节使双金属盘从平坦位置迅速变成凸顶位置的设置点温度。带螺纹的双头螺栓未被校准，通过反复试验来对张力进行调节，以实现使双金属盘在一选定设置点温度动作。采用双金属盘热电偶的机械温度控制常常“过调节”所希望的设置点温度，使得电阻加热元件继续将水箱中的水加热到高于所希望的设置点温度。上述的机械温度控制装置和电阻加热元件与水箱的外壁相接触，并延伸到水箱外壁和外壳之间的环形空间中。这些零件必须是在维护时可达到的。在外壳壁上的一个或多个开口提供了到温度控制装置和电阻加热元件的通路。在每个开口周围提供了挡板结构，用于保护温度控制装置和电阻加热元件，使其不与绝热泡沫相接触，并防止泡沫通过外壳壁上的开口漏出环形空间。电热水器备有安全设备。在电源线上安装有高温安全切断开关，在水箱中的温度升至高于安全限度时切断电阻加热元件的电源。并且，水箱带有一个高温安全阀，在大约水的沸点(100℃)时打开，用于防止由沸水引起的水箱中的压力增大。专利技术概述依据本专利技术，通过以短脉冲或脉冲串传输电能，在水加热循环的一个相当大的部分上对热水器的电阻加热元件的电源进行调制。调制电源提高了加热热水器中的水的加热效率。以短脉冲或脉冲串向热水器的电阻加热元件传输电能使得以与现有技术中的机械温度控制器大致相同的速度将等量水加热到一选定温度，而使用相当少的电能来加热水。在典型的住宅装备中，用于加热和储存水的电热水器常常是最大的单个耗电电器。因此，采用相当少的电能来加热水则节约了相当大的能量和成本。以短脉冲串调制到电阻加热元件的电源的一种较佳方式是采用比例区段温度控制器。比例区段温度控制器是一种电子设备，它感测热水器的水箱中的水温，并以依赖于水温与选定设置点温度的差值的速率来控制到电阻加热元件的电能。比例区段温度控制器通过循环地提供电源来调制到电阻加热元件的电源，每个循环包括在一个短脉冲串内传输电能，然后跟着一个不传输电能的短时间段。当水箱中的水温与设置点温度的差值很大时，与不传输电能的时间段相比，在每个循环中传输电能的时间段较长。随着水温接近选定设置点温度，则在每个循环中提供给电阻加热元件的电能的时间段变得越来越短。可以调节每个循环的时间段，一般小于1秒。并且，在一个循环期间，随着水温接近设置点温度，每个电脉冲串的时间段一般从循环周期的大约95％降到大约50％。当水温达到设置点温度时，比例区段温度控制器完全停止向电阻加热元件传输电能。然后，当水温降至低于设置点温度时，比例区段温度控制器再次在短脉冲串的循环中向电阻加热元件传输电能。比例区段温度控制器效率很高，具有非常小的电能损耗，并在水温达到设置点温度时精确地停止传输电能。另外，与现有技术的机械温度控制器相比，比例区段温度控制器在制造和安装上都比较便宜。并且，可以将诸如指示灯、音频报警器和温度显示器的附件容易地连接到比例区段温度控制器上，用于改进所连接的热水器的操作和方便性。通过下面的详细的说明书、权利要求和附图，本专利技术的其他特征和优点对于本领域普通技术人员将变得更加明显。附图简要说明附图说明图1是热水器的剖视图，显示了相对于热水器的其他部件的本专利技术的温度控制器的结构；图2是本专利技术的优选温度控制器的电路原理图；图3是现有技术的机械温度控制器和本专利技术的比例区段温度控制器的能量使用数据的图；以及图4是现有技术的机械温度控制器和本专利技术的比例区段温度控制器的能量消耗比数据的图。在详细说明本专利技术的一个实施例之前，应该理解，本专利技术并不将其应用限制在下列说明中所陈述的或者附图中所显示的详细的结构和部件的安排或步骤。本专利技术可以有其他实施例，并可以以各种其他方式来实践和实现。并且，应该理解，这里所用的措辞和术语是为了说明的目的，而不应将其视为进行限制。最佳实施例说明如上所述，在具有电阻加热元件的热水器中使用比例区段温度控制器具有意想不到的优点，即，在将热水器中的水加热到预先选定的设置点温度，比在使用现有技术的机械温度控制器的同一热水器中将同等重量的水加热到同一设置点温度的情况下消耗更少的电能。比例区段温度控制器是这样一个电子设备，它包括水温感测设备(热敏电阻)、温度设置点设备(可变电阻器)、本文档来自技高网...

【技术保护点】
对于包括水箱和延伸进水箱内的电阻加热元件的热水器，一种用于将水箱中的水从初始较凉温度加热到预先选定的较暖设置点温度的改进方法，所述方法包括： 以短脉冲串形式将向电阻加热元件传输电能，电源的每个短脉冲串后面跟着一个不向电阻加热元件传输电能的时间段。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：肯尼斯A布雷登鲍，
申请(专利权)人：AOS控股公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]