專利名稱：水加熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電加熱的液體流體加熱器，以及以預(yù)設(shè)溫度維持和/或提供流體的方法。本發(fā)明具體涉及水加熱器，更具體說，涉及設(shè)計來提供基本達(dá)到或接近沸點(diǎn)的水的水加熱器。發(fā)明背景沸水型水加熱器通常是在一貯水箱內(nèi)對水進(jìn)行加熱。當(dāng)加熱器第一次打開以及特別是從貯水箱中放出熱水后將相對冷的水注入水箱時，沸水加熱器在迅速加熱從初始環(huán)境溫度的貯存水方面被認(rèn)為是有困難的。如果采用一相對小的加熱元件對貯水箱中的水進(jìn)行加熱，則水加熱較慢，這樣要對水的加熱提供一相對程度的控制。另一方面，如果采用一相對大的加熱元件來加熱這些水，就像水加熱器用戶希望的那樣，則水相對迅速地被加熱，大大減小了對水溫的控制程度。因此，在貯水箱內(nèi)對水進(jìn)行加熱并維持在到達(dá)或接近沸點(diǎn)即100℃對相應(yīng)的貯水型水加熱器是一個困難。
然而進(jìn)一步的困難在于加熱水溫在沸點(diǎn)以外被認(rèn)為是不希望的。這不僅是對于使用者安全方面的理由，以致水的沸騰作用不會引起開水排出或?yàn)R出水加熱器并濺到使用者身上，而作為另一個理由是水加熱到沸點(diǎn)外是沒有考慮到能效。發(fā)明概述本申請尋求通過提供一些發(fā)明解決這些困難。
一個發(fā)明是以至少一部分的進(jìn)水管道與至少一部分蒸氣冷凝器熱接觸的構(gòu)造為依據(jù)?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)進(jìn)水口管道靠近冷凝器的安排有利于在水箱注水時通過進(jìn)水口的水流通道冷卻冷凝器，同時這樣有助于減少水加熱器熱量散射并進(jìn)一步減少水加熱器用來將水溫維持在或接近沸點(diǎn)所耗電能量。進(jìn)水管道和冷凝器最好是用金屬管子。
進(jìn)水口管道靠近冷凝器進(jìn)而能使冷凝器安排成其一端通大氣。已發(fā)現(xiàn)進(jìn)水口管道和冷凝器之間的熱傳遞能夠使從貯水箱中的加熱水中的蒸汽和/或水蒸氣加以冷凝。
同時有利地發(fā)現(xiàn)冷凝器一端開口通大氣的構(gòu)造與在冷凝器和進(jìn)水口之間有一壁孔的構(gòu)造一起能通過空氣入口，經(jīng)壁孔進(jìn)入進(jìn)水口從而能使在進(jìn)水口中的水“滲出”接近冷凝器的進(jìn)水口。
另一發(fā)明是將溫度傳感裝置安放得當(dāng)水通過進(jìn)水管流動時使它能露在水中或被水噴射。已發(fā)現(xiàn)該噴射的水流能將溫度傳感裝置相對迅速地冷卻到低于觸發(fā)溫度，因此增加了溫度傳感器對加熱水放出的蒸氣的敏感性。
而另一發(fā)明是在維持循環(huán)期間通過貯水箱中已加熱的水減少加熱水量。這可用于允許溫度傳感器在一個相對長的時間保持在其觸發(fā)溫度之上。這有助于減少能量損失，因而能夠相對延長在水加熱器運(yùn)行中的循環(huán)時間。重要的是通過排水減少了水量，否則那些水將在靠近冷凝器管子的進(jìn)水口管道中。
又一個發(fā)明是在冷凝器上或靠近處裝設(shè)一電子傳感元件。傳感元件最好是一個傳感器頭或溫度傳感元件，但也可是其它適合型號的元件，例如一個濕度敏感元件。一個溫度傳感器及其控制電路能被有利地設(shè)計成當(dāng)元件調(diào)溫裝置加熱范圍在40℃到90℃時，在貯水箱中有效地觸發(fā)水的加熱。觸發(fā)溫度最好設(shè)定在75℃左右。
又一發(fā)明是在一個金屬傳感器殼內(nèi)裝設(shè)有一個電子溫度傳感元件并將其安放在接近冷凝器處。該傳感器殼最好設(shè)計成作為進(jìn)水管內(nèi)水通過壁孔流出濺溢的結(jié)果來冷卻，但不要冷卻到加熱器中的水在溫度傳感器再次升到其觸發(fā)溫度之前已過開了的程度。
在溫度傳感元件與冷凝器管道的隔離方面也提供另一發(fā)明，這種隔離作用能夠使溫度傳感器對由蒸氣通道加熱更為敏感。隔熱也減少了傳導(dǎo)到冷凝器管道的損失。較佳實(shí)施例以下結(jié)合附圖來說明本發(fā)明的一較佳實(shí)施例。


圖1表示按照所揭示各種發(fā)明的一水加熱器的示意圖。
圖2表示按照所揭示本發(fā)明采用的邏輯線路的示意圖。
圖3表示冷凝器和進(jìn)水口管道安排的更詳細(xì)視圖。
圖4表示熱敏電阻傳感器管的剖視圖。
圖1所示為一水加熱器，具有一個貯水箱1，其中裝設(shè)有一加熱元件2和一出口通道3。一冷凝裝置4與通路3連接，在冷凝裝置4內(nèi)或附近提供一溫度傳感器5。
水加熱器也具有一供水管6，該供水管在工作時與一冷水進(jìn)水口8相通的閥門7連接以在貯水箱中注水和再注水。進(jìn)水口8在閥門7和至少部分沿冷凝器4之間連通。進(jìn)水口連接在貯水箱一端以使水能夠進(jìn)入貯水箱。在所示實(shí)施例中，進(jìn)水口與貯水箱底部相連并最好在作為貯水箱熱水出水口的排放口連接裝置9下面。
供水裝置接近一端或水箱底端使被放到水箱中的冷水對靠近排放口連接裝置或出水口9的水溫實(shí)際上不影響或僅一點(diǎn)點(diǎn)影響。
已發(fā)現(xiàn)在貯水箱中加熱的水包括數(shù)個水加熱層，每層均具有一略為不同的溫度。通過水箱底部裝設(shè)進(jìn)水入口，能從水箱底部和接近加熱元件附近提供最冷的水，而在接近出水口則可提供想要的溫度為99.9到100℃的熱水溫度。
冷凝裝置4與水箱通路3連接。冷凝裝置最好裝設(shè)預(yù)定長銅管，長度按照冷凝器需消耗或吸收的熱量加以選擇。
在燒沸水時不產(chǎn)生過量蒸氣或過沸的情況是不可能的。在注水/加熱功能中，冷凝器管子可以短得多而仍可很好工作，但是在維持循環(huán)中則需要一較長的冷凝器管子。
在維持循環(huán)中，冷凝管不是水冷同時冷水管中的水已被排出。通過傳感器外殼的任何過量蒸氣一定會在冷凝器管子內(nèi)冷凝，如果量不足(銅管)，則蒸氣可排出冷凝器。
給出一用在測試水加熱器超過2.5秒的2.4千瓦加熱元件產(chǎn)生的熱量，在維持循環(huán)中需冷凝過量蒸氣量的和在冷凝器管子中的熱量損失計算如下例如給出一最佳形式1.總功率2.4千瓦@240V。
2.在維持循環(huán)耗能開2.5秒＝5.68BTU(英國熱量單位)3.每小時耗能在環(huán)境溫度為20℃時加熱器關(guān)閉時間為2.5分鐘2.5分鐘＝每小時24次循環(huán)24次循環(huán)×136.32BTU這樣136.32BTU＝40千/小時這是冷凝器必須面對的能量。
冷凝裝置與進(jìn)水口8熱耦合，該進(jìn)水口也最好裝設(shè)一銅管形式，并可通過錫焊和銅焊到冷凝器管子上。也可在本發(fā)明范圍內(nèi)采用其它裝置。該冷凝器用來對貯水箱中熱水放出的蒸氣進(jìn)行冷凝。當(dāng)將閥門7中的水關(guān)閉時，冷凝器最好傾斜使冷凝水通過空氣由通道10經(jīng)冷凝器4和壁孔16入內(nèi)而由重力回到貯水箱。冷凝器4的一端最好也與通道10連接，通道10與大氣聯(lián)通，最好是在水箱上方一罩蓋(未示)內(nèi)的空間。即使水在差錯情況下溢流，通道10也與通道11連接。
同時并設(shè)有一水平傳感裝置12，該裝置包括一聯(lián)接到貯水箱的液流管，在貯水箱中裝有用于監(jiān)視和探測預(yù)定的貯水箱高水位面的傳感器15和用來監(jiān)視該水箱低水位面的傳感器13。設(shè)定低水位面時最好參考在貯水箱中的加熱元件的高度。在開始對水箱中的水加熱前最好將加熱元件至少部分浸蓋水中。根據(jù)傳感器13和15位置可將該水位設(shè)定在任何預(yù)定高度。進(jìn)一步來說，任何型式的水位傳感都能使用，但在本實(shí)施例中采用電極。連接頭14是一連接水位傳感管道的參考潛在的連接頭，而傳感器15和13是與相應(yīng)的邏輯輸入204，205相連，如圖2所示。在所示實(shí)施例中，通常用水在電氣方面完成在接地傳感管道14和相應(yīng)水位傳感器13或15之間的回路。水加熱器的操作在空的貯水箱中初始注水水箱工作時，冷水通經(jīng)閥門7和進(jìn)水口8將水供到水箱底部。如圖2的邏輯線路所示，當(dāng)水箱從空位第一次注水時，對水的敏感使傳感器13起動。在這種情況下，即指示水箱的水在加熱元件之上。傳感器13可在傳感水位的任何地方，但最好放在貯水箱外側(cè)的水位管道12內(nèi)。
從初注水時的邏輯控制傳感器13像上面所述起動，然后將信號發(fā)給邏輯線路以關(guān)閉進(jìn)水閥門7，同時經(jīng)熱控201打開電源控制為加熱元件2供電。然后水就開始加熱。注意在最初注入冷水時，冷凝管和熱敏電阻不起作用，直到水開始加熱。
當(dāng)水接近100℃時即產(chǎn)生蒸氣。蒸氣上升經(jīng)通道3通過傳感器殼5。任何不被傳感器殼5吸收的蒸氣將在冷凝管4內(nèi)冷凝(已被進(jìn)水通道冷卻)同時流回進(jìn)入貯水箱。當(dāng)熱敏電阻5到達(dá)其觸發(fā)溫度最好為75℃時，該加熱器元件關(guān)閉，同時進(jìn)水閥激勵并允許冷水通過壁孔16濺到冷凝管4上。這種濺溢以一小股射水形式流過傳感器殼5端部。然而大部分進(jìn)水被引至貯水箱的底部。進(jìn)入貯水箱的冷水量是預(yù)先確定的并計算到使貯水箱水溫下降最小。冷水過多會使水箱中水溫下降到一不能接受的水平。較佳方法是在接近沸騰時保持水溫，同時如下所述加入少量冷水。
該方法已實(shí)現(xiàn)通過首先調(diào)節(jié)水閥限制器僅允許每分鐘通過閥的水量為2公升。這使進(jìn)入貯水箱內(nèi)水量的控制容易得多。該方法的實(shí)現(xiàn)主要是通過允許注入少量冷水，其中有些濺溢在傳感器殼的端部上面。進(jìn)水閥打開約1.5秒/2秒。該時間是以它使溫控器溫度降到其觸發(fā)溫度75℃和包括內(nèi)聯(lián)延時線路所用時間來計算的。在該少量冷水進(jìn)入貯水箱后，進(jìn)水閥關(guān)閉，加熱元件則被重新激勵。水將重新開始沸騰。這種功能將自行重復(fù)直到與傳感器15接觸為止。然后水箱被認(rèn)為已注滿。
能在任何時候進(jìn)入貯水箱同時具有注水/加熱功能的冷水量揭示如下i)功率消耗240伏/2400瓦10安培-所有型號。
ii)維持循環(huán)時間。
加熱器開2至3秒加熱器關(guān)2至3分鐘iii)計算同時具有注水/加熱功能時進(jìn)入貯水箱的冷水量。
能通過進(jìn)水閥的最大進(jìn)水量在供水壓力在2-10巴間為2公升/分。
200毫升/60秒＝33.3毫升/秒進(jìn)水閥打開時間1.5秒(最少)-2秒(最大)33.3毫升×1.5秒＝49.95毫升最少
33.毫升×2秒＝66.6毫升最大4杯水為1公升1000毫升/4杯＝250毫升250毫升一杯/49.95毫升＝5噴射循環(huán)/升所以每放出1杯開水，即向貯水箱噴射5次冷水(每次1/5杯)以對水箱進(jìn)行重新灌注。注水和加熱功能用邏輯控制線路當(dāng)溫控器達(dá)到其觸發(fā)溫度時，溫控器傳感線路202即給邏輯線路發(fā)信號。邏輯線路給電源控制發(fā)信號以切斷加熱元件。與此同時向水閥門線路發(fā)出約在2至3秒后打開的信號。該加熱元件將打開，同時水閥門將關(guān)閉。
另一發(fā)明在于具有傳感器殼或熱敏電阻傳感器，其由蒸氣溫度而不是水溫度加熱。溫度傳感器最好包括一傳感器殼，其中裝設(shè)有電子熱敏元件。傳感器最好放置在冷凝器管道內(nèi)或靠近冷凝器管道以使它能被蒸氣通道加熱或傳感蒸氣溫度。
水箱注水時最好在進(jìn)水與加熱器關(guān)閉之間提供一相關(guān)關(guān)系，反之也然。最好在水閥門關(guān)閉與靠近冷凝管處進(jìn)水口管道部分排水之間提供一相關(guān)關(guān)系。
水箱注水最好有一周期性，即將相對少量水放入水箱，然后加熱之后將進(jìn)一步量的水放入水箱后再加熱。已發(fā)現(xiàn)該過程在水通過出水口9的水面時能很快從出水口9帶走加熱水。這是考慮到用戶希望當(dāng)本發(fā)明水加熱器第一次開動后能在相對短的時間里放出加熱水。
當(dāng)用戶從水箱中放水、水箱是滿頂而水箱中的水又被加熱到所需溫度時最好也采用循環(huán)注水和加熱過程。
冷凝器4和進(jìn)水管8之間設(shè)有壁孔16。詳見圖3。當(dāng)水閥門7起作用以允許水進(jìn)入到貯水箱時，一個水的滴流和噴濺通過壁孔16直接落在傳感器5上。這相對地使溫度傳感器5從其觸發(fā)溫度75℃或高些溫度立即冷卻到一個較低溫度，以致作為上述水加熱的一個結(jié)果而使溫度熱敏電阻能重新被到冷凝器的蒸氣通道加熱。一旦注水和加熱循環(huán)產(chǎn)生水被加熱到指示的最高水位的結(jié)果，水加熱器就進(jìn)入維持循環(huán)。
在維持循環(huán)中，水加熱器的運(yùn)轉(zhuǎn)用于維持在貯水箱中的水達(dá)到或接近需要溫度，例如100℃。
在維持循環(huán)中，貯水箱中的水被加熱上升到100℃放出蒸氣，而該蒸氣將通過傳感器5的通道3排放并在冷凝裝置4內(nèi)冷凝。實(shí)際發(fā)現(xiàn)排出通道10的蒸氣很少。
當(dāng)水加熱器進(jìn)入維持循環(huán)時，冷凝管將變得相當(dāng)熱。這被應(yīng)用來使熱敏電阻在其設(shè)定溫度75℃以上保持一至少2分鐘的預(yù)定時間，此后水將被重新再加熱。“開”的時間計算出在2至3秒，而“關(guān)”的時間計算出在2至3分。已發(fā)現(xiàn)這樣設(shè)計的一個裝置的性能非常有能效。
一個進(jìn)一步的革新是減少通過在維持循環(huán)時從貯水箱中已加熱水產(chǎn)生的蒸汽加熱的量。這種減少可減少能耗并因此相對延長熱水器運(yùn)轉(zhuǎn)時的循環(huán)時間。
在一個較佳形式中，減少了與冷凝裝置熱耦合的總量。通過減少和從進(jìn)水口管道排出的水可有意義地減少總量，否則將位處進(jìn)水口管道內(nèi)。
這種減少或排放可減少從溫度傳感器上或其周圍損失或擴(kuò)散的熱量，其結(jié)果是溫度傳感器能保持在加熱器觸發(fā)溫度之上的一個較高的溫度。當(dāng)熱量從溫度傳感器及其周圍失去時，溫度傳感器也將失去熱量，其結(jié)果是傳感器落到觸發(fā)溫度以下，引起水箱中的水加熱。
圖3顯示一個冷凝裝置4和帶有壁孔16的進(jìn)水器8以及溫度傳感器5在一起的放大示意圖?？梢娢挥诶淠?內(nèi)的溫度傳感器5是通過隔熱裝置，最好是硅膠墊圈17的方法同冷凝管4隔離。圖4中所示為一個溫控器的詳細(xì)視圖，其中，電子溫控器18帶有輸入線19，20并與負(fù)溫度系數(shù)元件(NTC)線路202相連。設(shè)有一相對小的機(jī)殼21，該機(jī)殼接近溫控器的傳感部件，該溫控器18設(shè)有一合適質(zhì)量的熱傳遞構(gòu)件22。最好傳感器殼23由黃銅或一適合質(zhì)量的熱傳導(dǎo)材料制造。傳感器殼23與21不同，如果要求的話，可做得較大一點(diǎn)，以保持潛在的熱量。
傳感器殼的隔熱在運(yùn)轉(zhuǎn)時更有效。如果傳感器殼將接觸到冷凝管，溫控器的反應(yīng)時間將顯著慢下來并引起水沸過頭。在維持循環(huán)時，特別在很熱的環(huán)境下，由于熱敏電阻靈敏度不足，關(guān)機(jī)時間允許在貯水箱中的水溫度可跌到99℃以下。也可能貯水箱冷水進(jìn)入太多。
壁孔16的尺寸最好是一個直徑1/8英寸，位于接近熱敏電阻傳感器殼23的機(jī)殼21。該壁孔已在進(jìn)水口和冷凝管之間被定位和鉆孔，其尺寸僅允許一相對小量的進(jìn)水滴流在每一個傳感器殼的端部。這允許熱敏電阻相對快地下降到低于其觸發(fā)溫度75℃。然而傳感器殼的大容量可保留其潛在熱量用于下一沸騰循環(huán)，這種潛能的滯留有利于減少過沸情況。
已發(fā)現(xiàn)允許太多的冷水流過傳感器外殼，需要相當(dāng)大量的蒸氣去再加熱該外殼，從而引起貯水箱中的水過沸。電子電能控制板的操作低位傳感器13與供電控制線路相連。當(dāng)貯水箱空了時，加熱元件最好不能被供電，直到水接觸到低位傳感器13為止。
水加熱器安裝后第一次通電時，進(jìn)水閥供電而貯水箱注水最好蓋過加熱元件。當(dāng)水接觸到低位傳感器13時，水閥將被關(guān)閉。然后加熱元件被通電，同時水加熱開始。
熱敏電阻線路和加熱器供電控制線路及進(jìn)水閥線路相聯(lián)接。在維持循環(huán)當(dāng)熱和管超過其觸發(fā)溫度時，加熱元件將關(guān)閉；而當(dāng)熱敏電阻低于其觸發(fā)溫度時，加熱元件將接通。在注水和加熱循環(huán)當(dāng)水位低(低于15位置)而熱敏電阻超過其觸發(fā)溫度時，加熱元件關(guān)閉，進(jìn)水閥門打開，一小股涼水噴射在傳感器外殼上，但大部分水將被導(dǎo)至貯水箱底部。熱敏電阻相對快地降到觸發(fā)溫度以下，然后進(jìn)水閥門關(guān)閉，同時加熱元件接通。當(dāng)水沸騰時放出蒸氣而這反過來又引起熱敏電阻的溫度又超過其觸發(fā)溫度。該循環(huán)將重復(fù)，直到貯水箱被注滿為止。
高位傳感器15僅與進(jìn)水閥門線路相連。當(dāng)水與傳感器15接觸時，沒有更多的水能進(jìn)入貯水箱，直到水和傳感器15的接觸斷開，如將水從出水口9排出。
權(quán)利要求
1.一種液流加熱器，包括一液流進(jìn)水管，通過所述管道進(jìn)入的流體適于通過；一冷凝器管，適于從已被加熱的流體產(chǎn)生冷凝蒸氣，所述進(jìn)水管和冷凝器管最少在一部分長度上相互進(jìn)行熱接觸。
2.如權(quán)利要求1所述的液流加熱器，其特征在于，所述進(jìn)水管和所述冷凝器管熱接觸部分配置成大致平行。
3.如權(quán)利要求1或2所述的液流加熱器，其特征在于，所述進(jìn)水管和所述冷凝器管每根均為一段管道。
4.如權(quán)利要求1，2或3所述的液流加熱器，其特征在于，所述進(jìn)水管和所述冷凝器管在熱接觸部分配置成大致同軸的。
5.如權(quán)利要求1至4條中任一項(xiàng)所述的液流加熱器，其特征在于，所述冷凝器管相對于水平是傾斜的。
6.如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的液流加熱器，其特征在于，所述液流加熱器是一水加熱器。
7.如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的液流加熱器，其特征在于，所述冷凝器管是排放到大氣中。
8.如權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的液流加熱器，還包括一設(shè)在所述進(jìn)水管和冷凝器管之間的壁孔，所述壁孔的尺寸能夠當(dāng)液體流過所述進(jìn)水管時，使相對小量的進(jìn)入液流被噴射到冷凝器上。
9.如權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的液流加熱器，其特征在于，還包括一熱敏電阻，所述熱敏電阻是被放在冷凝器管中以使從進(jìn)水管來的少量液體至少能流過部分熱敏電阻，并適于傳感所述冷凝器管中被加熱液體的溫度。
10.如權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的液流加熱器，其特征在于，所述熱敏電阻至少部分被一金屬殼罩復(fù)，所述金屬殼與所述熱敏電阻進(jìn)行熱接觸。
11.一水加熱器，包括一貯水箱；一水加熱元件，用于在所述水箱中對水進(jìn)行循環(huán)加熱；一貯水箱出水口位于所述加熱元件之上；一進(jìn)水管，用于將進(jìn)水提供到所述水箱的底部；以及一進(jìn)水控制裝置，用于提供循環(huán)進(jìn)水并在加熱元件循環(huán)間提供相對少量的水。
12.一水加熱器，包括一進(jìn)水管，用于將進(jìn)水通到加熱器和一冷凝器水管；冷凝器管，其出口通大氣；以及一在所述進(jìn)水管和所述冷凝器水管間提供液體聯(lián)系的壁孔，并用于使進(jìn)水從接近冷凝器水管的進(jìn)水管排放。
13.一種將水加熱器中已加熱水溫度大致維持在一預(yù)定溫度上的方法，所述方法包括周期地對已加熱水加能的步驟。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，將所述電能施加在已加熱水上的時間少于1分鐘，而不將電能施加在已加熱水的時間少于10分鐘。
15.一水加熱器，如這里所述。
全文摘要
本發(fā)明涉及電加熱的液流加熱器，具體涉及被設(shè)計來提供大致在沸點(diǎn)或接近沸點(diǎn)的水的水加熱器。發(fā)明的范圍包括冷凝器和進(jìn)水管的熱耦合，使用熱敏電阻去傳感加熱水蒸氣溫度，具有與大氣聯(lián)通的冷凝器，通過從進(jìn)水管噴射液體來冷卻熱敏電阻。
文檔編號A47J31/44GK1160440SQ95195660
公開日1997年9月24日 申請日期1995年10月13日 優(yōu)先權(quán)日1994年10月17日
發(fā)明者R·J·基爾帕特里克, P·A·霍爾特 申請人:澳大利亞比爾科有限公司