具有改进的加热元件控制器的流体加热器制造技术

用于基本瞬时加热流体的一种电能加热器，该加热器包括： 一个外壳，其构成至少一个腔室，所说腔室具有一个入口和一个出口； 一组电能加热元件，每个加热元件都设置在所说的至少一个腔室中，用于加热所说流体； 一个温度检测器，设置在经过加热的流体路径中；和 一个控制器，用于响应所说温度检测器有选择地起动所说的一组加热元件中的每一个，所说控制器起动一组加热元件中的第一个加热元件预定长第一时间，并起动一组加热元件中的第二个加热元件预定长第二时间，所说第二时间与所说第一时间函数相关，使得所说第一和第二加热元件中每一个都对流经加热器的流体加热作出贡献。（*该技术在2016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】
本专利技术涉及一种具有多个加热元件的热水器。更具体地说，本专利技术涉及具有多个设置在相应的腔室中的加热元件的一种流过即热式或者无水箱式热水器和用于驱动这些加热元件的改进的控制器。流过即热式热水器，其也被称为无水箱式或瞬时热水器，采用一个或多个通常仅比加热元件尺寸略大的腔室，当水流过加热器时能够将水在瞬间加热到所需温度。长期以来，人们已经认识到，流过即热式热水器是常规的带有大储水器或蓄水容器的热水器的优异替代品。在现有技术的流过即热式热水器中存在的问题是对于在与家庭和商业加热水应用相关的各种条件下为保持所需温度而必须提供的高功率热源不能够提供足够灵敏的控制。具体的问题就是在关断水流时不能够防止由于潜热造成的高温过热，以及在硬水地区矿物质迅速淀积在热水器中。为了使产品具有强大的市场竞争力，流过即热式瞬时热水器或无水箱式热水器必须具有多个高功率加热元件和能够非常迅速地响应水流温度和压力的变化以保持恒温控制的一个控制系统。为了更好地理解这两个任务的难度，有必要指出流过即热式热水器所固有的缺陷。首先，在大部分工业化国家中已经规定，为了满足一般家居生活方式的要求，水流量在120°F时应当至少为2.25加仑/分(gpm)。由于水温会随着地点、水源和季节的不同而在38°F至90°F以上范围之间变化，通常要求单源流过即热式热水器的最小水流热输入功率至少为28000瓦特或者大约为95000BTU(英制热单位)。对于电阻型加热元件，则应当对其功率密度加以规定。高功率密度元件的使用寿命要比低功率密度元件短得多。为了获得28千瓦的功率和保持小的加热装置的优点，采用具有多个加热元件的热水器是比较可取的。1975年以前的大部分热水器都采用固定输入功率。由于家居中使用热水要求在低水流量(小于1加仑/分)至中等水流量(大于3加仑/分)之间加热水流，因此固定输入功率的热水器存在固有的局限性。在中等水流量条件下，由足够的水流吸收热量和保持所需温度。但是，在低水流量条件下，较高的固定热输入功率将很危险地使水过热，从而形成烫伤隐患。由于采用以固定输入功率加热水的方法，因此限制了流过即热式热水器的功率，并且要求配备能够防止在达到安全的最小水流量之前起动加热元件的水流起动装置。假设入水温度为60°F或更高，具有28千瓦总热输入功率的固定输入功率热水器在水流量低于2.25加仑/分时是非常危险的。由于上述原因，固定输入功率的流过即热式电热水器的功率通常限制在9千瓦(大约30000BTU)，最好作为单点使用热水器。除了上述问题，下面介绍与设计和开发适合市场需求的流过即热式热水器相关的其它考虑。包括多个加热元件的流过即热式热水器一般设计成配备小的具有相对较高的功率与体积流量比的热交换器。如现有技术所表明的，在加热模式下水流可以令人满意地吸收和带走热量，但是在关断水流的情况下，加热元件中的潜热会使水温上升得很高。这种状况在现有技术使用按序或分级起动控制系统的情况下更加严重。在这些装置中，对于一般设置在单独的加热腔室中的多个加热元件是按序起动的，即首先将第一个加热元件激励到全功率状态，然后根据需要，再将下一个加热元件激励到全功率状态，如此下去，直到为产生所需温度而必需的所有加热元件都被连续起动为止。在没有水流时，处于关闭状态，所有加热元件断电。按照某些控制方式，热水器关闭是通过使加热元件按序断电实现的，即首先关断最后起动的加热元件，然后按序关断其余的加热元件，直到所有的加热元件都断电为止。按照这些控制方式，至少有一个或多个加热元件处于全功率状态，并且包含大量的潜热，这部分潜热传递到热交换器中或各个腔室中非常少量的静止水中。这将导致在水流关断时大部分未断电的加热元件产生极高的过热温度，进而使附近的流体过热。这种在水流关断时产生的过高温度上升可以形成烫伤隐患，特别是在热水器与流体分配器之间距离非常短的使用点热水器情况下。加热元件越热，水也越热，矿物质淀积得也越多。这在硬水地区是一个突出的问题。因此在关断水流时水的重复过热的另一个缺点是导致矿物质加速淀积和积累在过热加热元件和热交换器中。由于在流过即热式热水器中使用相对较小的加热腔室，在这些条件下矿物质会迅速积累，从而缩短加热元件和/或热交换器的寿命。矿物质积淀物除了在热水器中积累，还可以被水流携带着进入流体分配管线，并且进入家用电器，诸如洗碗机、洗衣机和水龙头的过滤器中，因而增加了对于这些家用电器的维修费用。流过即热式热水器的一个主要目的是根据需要迅速加热水。在流过即热式热水器中所采用的大部分温度传感装置为热敏电阻。成本原因限制了所使用的热敏电阻的类型，这些装置检测温度变化的响应时间可能在2秒之间。如果将这个响应时间与加热电阻性加热元件以及其后在热敏电阻被加热之前加热水所需时间相加，可以确定总的时间延迟大约为7秒。所以，现有技术的流过即热式热水器中的控制系统为自调整式控制器，它们具有相对较高的工作温度滞后性。假定入水温度为70°F，从一个热水器输出到一个通常的淋浴头所需的120°F的水体积流量大约为1.5加仑/分。一个28千瓦的热水器具有将以1.5加仑/秒水流量流动的水每秒提高大约2度的加热能力。在具有多个高功率加热元件的流过即热式热水器中同时存在上述的7秒延迟的问题和过热隐患问题。几乎每个人都熟悉当打开与热水器相连的另一个用具时的水温变化效应。如果一个人正在使用的是具有相对恒定温度的一个热水供应源，例如一个储水器式热水器，通过简单地调整热水与冷水的比率来恢复所需水温是相对来说比较容易做到的。但是对于使用具有较大滞后性控制系统的流过即热式热水器来说这是无法做到的。响应时间滞后于由于流量的急剧变化而产生的温度变化效应，导致令人烦恼的温度不稳定现象。由于压力变化影响流量，所以压力变化同样也会引起令人烦恼的温度不稳定现象。人们在使用家庭水源时同样会经历与使用供应水源时一样的压力变化效应。即使使用社区或城市供水系统，在用水高峰期间人们也会感受到水压的波动。当一个流过即热式热水器通过普通的分配管线为多个用具供应热水时，这些管线起到减缓温度变化的作用。当热水器产生过热温度时，一部分热量被管道吸收，并与流动的水混合以减少较小温度波动的影响。当热水器控制系统由于滞后性而使水温低于所需温度时也是如此。如果流过即热式热水器已经将水加热超过设定温度，则输水管线会吸收一部分热量，并且达到超过设定温度的一个温度。之后当热水器温度下降时，较冷的的水部分地与较热的水混合，管道中的过多热量也有一部分传递回水中。当从热水器到热水用具之间的管线长度能够达到30英尺或更长时，这种缓冲效应对于家用热水器的使用是有利的。因为电力分配系统受到高压瞬变和电力波动的影响，为三端双向可控硅开关或其它电子固态功率控制开关器件提供保护对于保证系统安全性是十分重要的。通常，在现有技术中是通过使用具有金属氧化物可变电阻的电压波动保护器来提供这种保护的。这些器件受到功率的限制，而且大的瞬变仍会对其造成破坏。美国专利US-5216743；5020127；4604515；4567350；4511790；4333002；3952182；和3787729认识到在热水器中使用多个加热元件的益处，和使用按序或分级起动加热元件以便在使用热水器时提供较好的温度控制的益处。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【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：戴维·塞兹，唐纳德·库奈尔，
申请(专利权)人：戴维·塞兹，
类型：发明
国别省市：