專利名稱：一種新型的快速電熱水器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種電熱水器，特別是一種新型的快速電熱水器。
電熱水器所使用的發熱元件有兩大類。
第一類是電熱合金絲(或管)，由這類發熱元件制成的熱水器往往需要一個龐大的貯水箱，因而使得熱水器的體積大，用料多，價格貴，安裝不便且用水時間需要等待。
第二類是使用中國專利技術ZL92109620制成的發熱元件(或稱發熱管)，這類發熱元件是在絕緣而導熱性能良好的石英玻璃管外表面噴涂一層透明電熱膜而成，這層電熱膜通電后即發熱，水在管內流動，水過即熱。具有水電完全隔離、安全、熱效率高等優點。由這類發熱元件制成的熱水器可不用貯水箱，因而體積小，重量輕，價格廉。但這類發熱元件由于制作工藝上的限制，目前只易于制成簡單的圓管狀且功率有限，往往需要數根發熱管組合而成才能達到使用熱水的目的。這類發熱管還只允許有水通過才能通電，無水通過則需自動斷電，以防其因干燒而損壞。此外，熱水器的出水溫度達到所需最高值后應當切斷電源，即需要采取限溫保護，以防過熱而損壞發熱元件和浪費能源。
使用該發熱元件和中國專利技術ZL96244900制成的DSK-20功率為2000W的連續快速電熱水器試圖通過
圖1來實現上述目的(圖中箭頭所示的方向為水的流動方向，其余各圖箭頭所表示的意義均相同)。
首先，將回水管(1)和兩根發熱管(2)和(3)通過密封墊(4)和3根拉緊螺栓(圖中未表示)密封在由塑料制成的上支承(5)和下支承(6)的進出水通道內，并將上、下支承固定在金屬底板上(圖中未表示)，再將兩根發熱管外表面兩端分別用鍍銀銅帶(7)并聯，并在并聯的兩端之間接通220V的交流電源，使總的電熱轉換功率是單根管的兩倍。下支承(6)內水的流道如圖所示。(8)是堵住孔(9)的堵頭，以防從孔(10)進入下支承的水從孔(9)向右端流出。(11)是水流開關(水壓鍵)，當有一定壓力的冷水進入(11)的膜片時，水流開關(11)控制可控硅管(12)接通發熱管兩端間220V的交流電源，使發熱管開始加熱工作。可控硅管(12)通過一個金屬塊與冷水接觸是為了散熱。在回水管(1)的出口設置了一個節流片(13)，其中間的小阻尼孔是為了使從回水管(1)出來的水以小流量高速向外噴出。上支承(5)通過橫向孔(14)將回水管(1)的進水孔和兩根發熱管的出水孔溝通并在孔(14)的右端設置了限溫開關(15)，當水的加熱溫度超過設定的最高出水溫度65℃±5℃時，串接在主電路中的該限溫開關即切斷電源停止發熱管的加熱工作。
由上述辦法制成的DSK-20熱水器經過多次試驗后證實它們在加熱過程中當進水口冷水溫度為10℃左右，出水口熱水溫度在不同流量的情況下為25℃～45℃時就會出現斷電、停止加熱這一現象，稍過一段時間后又自動恢復了加熱工作。進水量愈小，水壓愈低，這一斷斷續續的不穩定現象愈嚴重。這就是說該熱水器的可靠性較差。其原因是發熱管(2)、(3)的出水口和回水管(1)的進水口用孔(14)直接相連不可取。由流體力學可知在發熱管(2)的出水口與孔(14)的交匯結點M處從管(2)流出的水有分別向左、向右兩邊流動的趨勢，趨于向右流動的水必然阻止從管(3)流出的水向左邊流動，也就是對管(3)流出的水形成了一種背壓，因而在總進水量小，水壓低的情況下，管(3)中的進、出水壓差太小使得其中的熱水很難回到回水管(1)，甚至只好滯留在管(3)之中，形成管(3)上端局部水溫過高，其結果是發熱管(3)由電能轉化而來的熱能不能充分被水帶走，熱量不能完全釋放出來，發熱管(3)未能發揮應有的作用，造成出水溫度不高，總的熱效率低下。與此同時，由于限溫開關(15)剛好設置在死水高溫區，因而限溫開關在局部高溫水達到設定的最高出水溫度值65℃±5℃時，該限溫開關就切斷主電路停止加熱管的工作，經過一段時間降溫后該限溫開關又接通主電路開始恢復工作，這就是為什么在發熱管的工作過程中當出水溫度較低時也會出現斷電、不穩定的原因。
本實用新型的目的是要提供一種改進的新型快速電熱水器，它不僅能穩定可靠地工作，同時會使發熱效率大大提高。
本實用新型的目的是這樣實現的1.將排列方向相同的(M×N)根(M根/行×N行)發熱管通過密封墊和拉緊螺栓或其它機械夾緊裝置密封在上、下兩絕緣耐溫座的固定孔內，并將該二座固定在金屬底板上(圖中未表示)；將所有發熱管外表面兩端分別用導電性能良好的金屬件并聯起來，并在并聯的兩端間施以220V或低于220V的交流電源，使總的電熱轉換功率是性能相同的單根管的(M×N)倍。
1>將密封在上、下兩座固定孔內的每行M根發熱管的供水回路通過兩座上的圓孔或/和溝槽互相串聯起來，我們把這種供水回路稱為單獨串聯式的串聯供水回路，如圖2所示。其中(1)是水流開關，(2)是堵頭，(3)是作并聯發熱管外表面兩端用的鍍銀銅帶(實際上是每兩根發熱管并聯后通過接線架連接)，(4)是可控硅管，(5)是用于密封溝槽的密封墊，(6)是壓板，(7)是限溫開關，(8)是第1根發熱管(以下將“發熱管”簡稱為“管”)，(9)是第2根管，(10)是第3根管，(11)是第M根管。
2>將密封在上、下兩座固定孔內的N行發熱管的供水回路通過同一下座中兩邊的孔或溝槽分別并聯起來，但總的進、出水通道(孔或溝槽)必須在N行的對稱位置，使得進入每一行的水壓基本平衡，水在每一行發熱管中的流量也基本相同，我們把這種供水回路稱為多路并聯式的并聯供水回路，如圖3所示。其中，箭頭向上表示從下座的一邊進冷水，箭頭向下表示從同一下座的另一邊出熱水。圖3(a)是當N為奇數時的情況，圖3(b)是當N為偶數時的情況。
2.將排列方向相同的(M×N)根(M根/排×N排)發熱管通過密封墊和拉緊螺栓或其它機械夾緊裝置密封在(N+1)個絕緣耐溫座的固定孔內并將該(N+1)個座固定在金屬底板上(圖中未表示)。將每排發熱管外表面兩端分別用導電性能良好的金屬件并聯起來，并在并聯的兩端間施以220V或低于220V的交流電源，使總的電熱轉換功率是性能相同的單根管的(M×N)倍。其供水回路采用完全串聯式的串聯供水回路，即從第1排第1根發熱管(以下將“發熱管”簡稱為“管”)流出的水通過第二個絕緣耐溫座(以下將“絕緣耐溫座”簡稱為“座”)進入第2排第1根管，從第2排第1根管流出的水通過第三個座進入第3排第1根管，......，如此類推，直至從第N排第1根管流出的水通過第(N+1)個座返回到第N排第2根管，如此循環往復，直至從第1排第M根管流出，如圖4所示。其中，(1)是可控硅管，(2)、(3)、(5)是堵頭，(4)、(6)、(8)是作并聯發熱管外表面兩端用的鍍銀銅帶(實際上是每兩根發熱管并聯后通過接線架連接)，(7)是水流開關(水壓鍵)，(9)是限溫開關，(10)是節流片(阻尼孔)，(11)是用于密封溝槽的密封墊，(12)是壓板，(13)是第一個座，(14)是第1排第1根管，(15)是第N排第1根管，(16)是第(N+1)個座，(17)是第三個座，(18)是第二個座，(19)是第1排第M根管。
3.在每一串聯供水回路的出水口處設置限溫開關，在接近出水口處設置水流開關(水壓鍵)，在每一串聯供水回路要設立一條控制電路，當接近出水口處發熱管內水流的壓力低于水流開關所需壓力時，水流開關就不能使可控硅管接通發熱管兩端間的交流電源而工作；當從出水處流出的熱水溫度超過所需最高值時，限溫開關就應切斷發熱管的供電電源而停止其工作(限溫開關和水流開關的具體設置如圖2、圖4所示)。
4.在不需要一打開進水閥(圖中未表示)就能立即使用熱水的情況宜采用單獨串聯式和完全串聯式的串聯供水回路或多路并聯式的并聯供水回路；在需要一打開進水閥(圖中未表示)就能立即使用熱水的情況應采用多管并聯式的并聯供水回路，但多管并聯式的并聯供水回路的總進出水通道(孔或溝槽)必須設置在并聯發熱管的對稱位置，使得進入每根發熱管中水的流量基本相同。水流開關(水壓鍵)應擺在入水口處，但限溫開關仍應擺在出水口處。(注多管并聯式的并聯供水回路與多路并聯式的并聯供水回路的根本區別是在上、下兩座固定孔內N行發熱管中前者每行僅有一根管，后者每行有M根管。)5.為了降低水流在兩種串聯供水回路及多管并聯式的并聯供水回路發熱管內的壓力衰減，可將所有發熱管按(由其軸線所組成的平面)水平方向排列，但總的進、出水方向還是鉛垂方向。
6.通過水流開關(水壓鍵)來控制用以接通發熱管供電電源的可控硅管應通過一個金屬塊安裝在水流的入水口處，以使其冷卻散熱，當用此法不足以散熱時，還應將可控硅管與散熱器相連。
7.在每一只發熱管和回水管外包裹絕緣保溫層，以阻止發熱管和回水管中的熱水向外輻射熱能、提高整個系統的發熱效率，并使其它電器元件免受高溫之害。
8.在總出水口處應設置阻尼孔，以使進入總出水口處的水以小流量高速向外噴出。
9.控制電路應使電熱轉換功率可調，做到在必要時節省能源。
本實用新型因為不論采用哪種供水回路，都不會出現熱水在部分發熱管中大量滯留這一情況，每一只發熱管由電能轉化而來的熱能基本上都能被水吸收并帶走，熱量較能充分釋放出來；同時由于發熱管和回水管外表面包裹有保溫層以防止熱輻射，因而整個系統的發熱效率會大大提高。還因為限溫開關設置在供水回路的末端，即出水口處，出水口處的水溫總是會比其它部位的水溫高，所以只要出水口處的水溫不超過設定的最高值，只要限溫開關本身不存在質量問題，則限溫開關就不會切斷加熱電路停止發熱管的工作。對于多管并聯式的并聯供水回路而言，雖然水流開關(水壓鍵)設置在入水口處，但只要水流一進入水流開關也就進入了發熱管，因此水流開關控制可控硅管使發熱管開始加熱也就不會使發熱管干燒。對于兩種串聯供水回路而言，因為水流開關是設置在接近出水口處，此處水壓低于進水口處及其它部位的水壓，只要水流到達此處且此處水壓大于水流開關所需壓力，則發熱管工作且不會使其干燒。否則，發熱管就不會接通電源而工作。這就是本實用新型所提供的一種快速電熱水器能穩定可靠地工作的原因。
只是對于并聯供水回路而言，很難真正做到所有發熱管的進、出水壓差完全一致。在多管并聯的情況下，由于平均每根發熱管中水流的流量僅有總流量的1/N(設總共有N根發熱管)，所以當總流量較小時，就難免部分發熱管中不存在熱水的滯留現象，因而就影響了整個系統的發熱效率。
對于串聯供水回路而言，由于水流通道沒有旁路，同時也不允許有泄漏，故每根發熱管流進流出的水是完全相同的，其流量也就是總的進出水流量。對于這樣一個系統而言，當發熱管按水平方向排列時，只要總的進、出水壓差能足以使水流動，就絕不會出現部分發熱管存在熱水滯留這一現象。但是，當發熱管按鉛垂方向排列而發熱管內水流方向又是從上往下流動時就不能完全做到較熱的水從管的下方流出，這是因為較熱的水比較冷的水比重小，前者總是趨于浮在管的上部。
至于串、并聯供水回路應如何選擇，則應視發熱管的多少即功率的大小，是否需要一打開進水閥就能立即使用熱水以及熱水器的總體結構尺寸、外形、制造工藝難易等因素來綜合考慮。一般而言，串聯供水回路的結構較簡單，易于實現。實際上往往應采取串、并聯相結合的供水回路。
實用新型的具體結構由以下的實施例及其附圖給出。
圖5是根據本實用新型提出的一打開進水閥(圖中未表示)就能立即使用熱水的改進后的DSK-20功率為2000W的連續快速電熱水器結構簡圖，供水形式為并聯供水回路。
圖6是根據本實用新型提出的不需要一打開進水閥(圖中未表示)就能立即使用熱水的改進后的DSK-20功率為2000W的連續快速電熱水器結構簡圖，供水形式為串聯供水回路。
下面先結合圖5詳細說明依據本實用新型提出的熱水器的具體結構細節及工作情況。
其中，回水管(1)、兩根發熱管(2)和(3)、密封墊(4)、上支承(5)、下支承(6)、發熱管的兩并聯鍍銀銅帶(7)、水流開關(水壓鍵)(11)、節流片(12)與圖一中相關元件的安裝方式方法基本相同，只是在發熱管的兩銅帶(7)之間及回水管的全長之外用石棉繩包緊，并在石棉繩之外涂刷一層絕緣耐溫粘結劑，以防止熱量及石棉的粉塵向外擴散，其次將可控硅管(9)及其金屬塊的安裝位置移至圖一的堵頭(8)處，目的是盡量簡化結構，而限溫開關(10)設置在下支承(6)的出水口處，也可以設置在上支承的堵頭(15)或(17)處，堵頭(15)處的出水溫度最高，但不反映真正的出水溫度。上支承內通過孔(13)(14)將兩發熱管的出水口并聯起來，再用孔(16)與回水管(1)連通。孔(14)應在兩發熱管軸線的對稱位置。堵頭(15)、(17)、(18)以防從發熱管流出的水在上支承中外溢。
其工作情況與圖一也基本相同，只是兩發熱管的出口并不是直接與回水管(1)連通，而是通過工藝孔(13)(14)(16)與回水管相連，只有這樣才能達到兩發熱管進、出水壓差基本相等，通過兩發熱管的水流量也基本相同，使兩發熱管中都不出現熱水滯留這一情況，熱量都能完全釋放出來，于是熱效率自然會提高。
限溫開關(10)安裝在出水口處或堵頭(15)(17)處是只要這些位置的水溫不超過設定的最高值，熱水器就會穩定可靠地工作，否則限溫開關就會切斷電源，停止熱水器的工作。
本熱水器同圖一所示的熱水器一樣是通過調節進水閥(圖中未表示)流量的大小來調節出水溫度的。從圖5可以看出，這種供水回路的熱水器的結構是相當復雜的，水流是不暢的，這是它的弱點。但是，只要水流開關(11)的膜片有一定壓力的冷水進入，該開關(11)即控制可控硅管(9)接通發熱管兩端間220V交流電源，使發熱管開始加熱工作，因此，水從發熱管一流出即被加熱。這是它的優點。
再結合圖6詳細說明依據本實用新型提出的熱水器的另一種具體結構細節及工作情況。
其中，發熱管(1)、(2)、密封墊(3)、上支承(4)、下支承(5)、發熱管的兩并聯鍍銀銅帶(6)及其間的保溫層石棉繩(7)、可控硅管(8)、限溫開關(9)、節流片(10)與圖5中相關元件的安裝方法基本相同。只是將水流開關(水壓鍵)(11)移至上支承(4)的左側，即發熱管(2)的出水口處，也可安排在發熱管(2)的出水口和發熱管(1)的入水口之間，如圖中雙點劃線所示。其所以如此，是因為只有將水流開關安排在接近出水口處，當水流一到達水流開關(11)，水流也就到達了發熱管(1)，此時水流開關便通過可控硅管接通發熱管的電源而使其工作，只有發熱管(1)中也有水，它開始工作才是安全的。如果將水流開關安排在發熱管(2)的入水口處，則水流開關通過可控硅管而使發熱管(1)、(2)同時工作時，水流尚未到達發熱管(1)，這樣管(1)就可能出現干燒現象，這是不能允許的。
從圖中可以看出，當冷水一進入可控硅管的金屬塊時也就進入了發熱管(2)的下端，水從管(2)流出時，通過上支承座中的橫向孔(12)進入水流開關(11)的膜片室，與此同時也就進入了發熱管(1)的上端，水在管(1)中往下流動時由于節流片(10)中阻尼孔的阻尼作用而使管(1)、管(2)、橫向孔(12)、水流開關(11)的膜片室、限溫開關(9)等處都充滿了水。從圖中可以看出這種串聯供水回路的結構十分簡單，水的流動十分暢通，只是發熱管開始工作時，冷水幾乎已到達出水口，所以要使用熱水，尚需等待片刻，這是它的不足之處。
權利要求1.一種電熱水器，特別是一種新型的快速電熱水器，它由帶有一層透明電熱膜的發熱元件、水流開關，可控硅管，限溫開關，節流片，安裝和固定上述元件的密封墊，絕緣耐溫座、拉緊螺栓，供電與控制等元件和裝置組成，其特征在于給電熱膜發熱元件提供水源的回路為單獨串聯式和完全串聯式的串聯供水回路以及多路并聯式和多管并聯式的并聯供水回路。
2.根據權利要求1所述的電熱水器，其特征是將每一種供水回路的所有發熱元件外表面兩端分別用導電性能良好的金屬件并聯起來，并在并聯的兩端間施以220V或低于220V的交流電源。
3.根據權利要求1所述的電熱水器，其特征是在多路并聯式的并聯供水回路中，其總的進、出水通道必須設置在多路的對稱位置，在多管并聯式的并聯供水回路中，其總的進、出水通道必須設置在并聯發熱元件的對稱位置。
4.根據權利要求1所述的電熱水器，其特征是在每一只發熱元件和回水管外表面包裹絕緣保溫層。
5.根據權利要求1所述的電熱水器，其特征是可將單獨串聯式和完全串聯式的串聯供水回路以及多管并聯式的并聯供水回路的所有發熱元件按水平方向排列。
6.根據權利要求1所述的電熱水器，其特征是在單獨串聯式和完全串聯式的串聯供水回路的出水口處設置限溫開關，在接近出水口處設置水流開關。
7.根據權利要求3所述的電熱水器，其特征是在多管并聯式的并聯供水回路中，在供水回路的總進水處設置水流開關，在總出水處設置限溫開關。
專利摘要本實用新型涉及一種電熱水器，特別是一種新型的快速電熱水器。其主要技術特征在于給電熱膜發熱管提供水源的回路為單獨串聯式和完全串聯式的串聯供水回路以及多路并聯式和多管并聯式的并聯供水回路。這些供水回路都避免了熱水在發熱管中大量滯留這一現象，發熱管由電能轉化而來的熱能會充分釋放出來，因而這種電熱水器的熱效率較高。同時還因為限溫開關設置在供水回路的末端，即出水口處，這就能使熱水器在設定的最高出水溫度范圍以內穩定、可靠地工作。
文檔編號F24H1/12GK2546794SQ01252610
公開日2003年4月23日 申請日期2001年11月28日 優先權日2001年11月28日
發明者羅志強 申請人:羅志強