專利名稱：用于產生熱量的加熱器設備和相關的方法
技術領域：
本發明一般涉及加熱器。更具體而言，本發明涉及用于通常在其中具有電解質并 在可氧化的電極之間流動的流體中迅速而有效地產生熱量的方法。
背景技術：
通常使用供暖系統來給樓房的住戶提供合適的生活和工作溫度。已知有多種形式 的加熱器，包括，例如，電阻電熱、天然氣爐，油爐等等。在某些例子中，將已加熱的空氣抽到 樓房中。在其他例子中，使用熱水供暖系統。在這樣的系統中，水通常被油或天然氣爐加熱， 然后水被抽入封閉的系統，通常在樓房的地板內或要被加熱的區域內。不僅是地板，而且還 有地板上方的空間也被從在地板下面的閉環系統中流動的加熱的水發出的輻射熱加熱。這些供暖系統具有它們的缺點。它們通常需要相當大的電量，或者燃燒化石燃料， 這是非常昂貴的，并且還會釋放不希望有的副產品。循環加熱供暖系統一般依賴于中央熱 水供應和管道的隔熱，這增大了建設費用。這樣的循環加熱供暖系統通常共享家庭管道熱 水供應，并會耗盡可用于淋浴及其他用途的水。透熱加熱設備是已知的。例如，授予Sargeant的美國專利No. 3，641，302公開了用 于利用高頻率的電能來處理流體的設備。Sargeant公開了，高頻率的電能或電場彌漫并填 充了電極之間的所有空間，因此，一旦流體在使其被加熱的電極之間流動，流體就受到此能 量的作用。最近，授予Burayez等人的美國專利No. 5，506，391公開了使用電振蕩的流體加 熱器。類似于Sargeant，Burayez等人公開了使用電振蕩，而不是電流的通過來產生熱量。 Burayez等人教導了使用控制電路來控制用于對水進行加熱的電振蕩的源和振幅。通過連 接到熱傳感器的振蕩電路來調制電源。微處理器取得熱量讀數，并控制經調制的電源。然而，發明人已經發現，事實上，振蕩的水平或調制對透熱加熱器的性能不是關鍵 的。相反，已經發現，由透熱加熱器所產生的熱量直接與輸入到加熱器的電流的量相關。可 以輸入到加熱器中的電流的量在某種程度上取決于流體中存在的(通常以諸如溶解礦物 質鹽之類的溶解固體的形式存在)電解質的含量。此外，還發現，如果電解質流體在以可被 氧化的金屬或合金制成的電極之間流動，則氧化的過程產生能量和電子，以致于降低否則 將流體加熱到所希望的水平所需要輸入的電流的量。
發明內容
本發明涉及產生熱量的方法，以及相關的加熱設備，其中，電解質流體在其上被施 加了交流電的可氧化的電極之間流動，以便對流體進行加熱。根據本發明的產生熱量的方法，包括提供由可氧化的并且導電的材料構成的第一 電極，以及也由可氧化的并且導電的材料構成的第二電極。第一和第二電極彼此分隔。還 提供了包含足夠高含量的溶解鹽或礦物質以通過其進行導電的水流體，并在第一和第二電 極之間流動。當水流體在其上被施加了交流電的第一和第二電極之間流動時，產生電化學 反應。第一和第二電極被氧化，水溶液中的溶解鹽或礦物質被耗盡，導致提供給水流體的溫度或電流增大，超過由于在電極之間的水流體中傳遞電流所產生的熱量，使得否則用于將 液體或流體加熱到所希望的水平所需要輸入的電流的量降低。在一特別優選的實施例中，水流體的溫度被監視。如果溫度超出預定水平，則降低 施加于電極的電流強度。作為替代，如果溫度降至低于預定水平，則增大施加于電極的電流。還可以監視吸入電極的電流的量。使用電流相位控制電路將施加于電極的電流維 持在預定范圍內。如果被電極吸入的電流超出預定水平，則降低施加于電極的電流強度。如 果水流體中的溶解鹽或礦物質的含量很高，就會發生這種情況。相反，如果被電極吸入的電 流被確定為降至低于預定水平，則增大施加于電極的電流。如果水流體中的溶解鹽或礦物 質的含量很低，就會發生這種情況。如果由電極吸入的監視器電流強度太低，則可以激活可 聽或可視警報形式的警報，以便通知加熱設備的所有者，需要補充水溶液中的溶解鹽或礦 物質的含量，或替換隨著時間的推移已經耗盡了其溶解鹽或礦物質的水流體。在一特別優選的實施例中，在加熱器設備中實現本發明的用于產生熱量的方法。 該加熱器設備包括交流電源。加熱器模塊可操作地連接到電源。該加熱器模塊包括由可氧 化的導電材料構成的第一電極，以及與第一電極分隔并由可氧化的導電材料構成的第二電 極。流體通道由流體入口、第一和第二電極之間的間隔，以及流體出口所定義。提供具有 充分的溶解鹽或礦物質含量的水流體，以便在所述第一和第二電極之間充分傳導地傳遞電 流。該加熱器設備還包括用于將水流體移動經過所述加熱器模塊并到達熱交換器的泵。在 存在水流體的情況下向電極施加電流導致產生電化學反應，該電化學反應產生的電流和熱 量超過由于在電極之間施加的電流而產生的熱量或電流的電化學反應，如此降低了將水流 體加熱到預定水平而施加于電極的電流的量。第一和第二電極通常由包括諸如鐵之類的可氧化材料的金屬構成。在一個實施例 中，第一和第二電極由不銹鋼構成。優選情況下，加熱器模塊可可拆卸地連接到加熱器設 備，以便在電極被氧化到預定水平之后可替換為新的加熱器模塊。通常，加熱器設備包括用于檢測水流體的溫度或提供給加熱器模塊的電流的量的 傳感器。一個電子電路可操作地與傳感器相關聯，并用于當感應的溫度超出預定水平時自 動地關閉或降低提供給加熱器模塊的交流電流，或者，當感應的溫度低于預定水平時自動 地向加熱器模塊提供交流電流。優選情況下，該電子電路包括可操作地與傳感器相關聯的 限流器，用于當檢測到的溫度或電流低于預定水平時增大施加于加熱器模塊的電流，或者， 當檢測到的溫度或電流超出預定水平時減小施加于加熱器模塊的電流。在一特別優選的實施例中，加熱器設備包括可操作地連接到傳感器的可視或聲音 警報，當檢測到的溫度或電流落在預定范圍之外，所述警報被激活，以便通知加熱器設備的 所有者需要補充水溶液中的溶解鹽或礦物質的含量，或者需要替換加熱器模塊。通過結合作為示例示出了本發明的原理的各個附圖進行的比較詳細的描述，本發 明的其他特征和優點將變得顯而易見。
各個附圖示出了本發明。在這樣的圖形中圖1是根據本發明具有同心電極的透熱加熱器系統的截面圖解視圖2是根據本發明具有并聯電極的再一個供暖系統的截面圖解視圖；圖3是根據本發明具有電極的交替陣列的另一個加熱器的截面圖解視圖；圖4是包括熱交換器設備的閉環供暖系統的示意圖；圖5是示出了根據圖4的供暖系統所使用的功率和控制電路的電子示意圖；圖6是根據本發明所使用的限流器的電子示意圖；圖7是根據本發明所使用的加熱器模塊的透視圖；以及圖8是一般沿著圖7的線8-8截取的加熱器模塊的橫截面圖。
具體實施例方式如各附圖所示，為了進行說明，本發明涉及加熱器設備以及用于對流體進行加熱 的相關方法。根據本發明，如此處更加全面地描述的，本發明涉及對一系列非平衡放熱電化 學反應的控制。更具體而言，如下面更加全面地描述的，本發明涉及用于對流體進行加熱的 方法。在一特別優選的實施例中，流體在其上被提供了交流電的金屬電極之間流動。流體 通常是具有充分的諸如鹽和礦物質之類的電解質的要被加熱的水溶液，以便充分導電。例 如，蒸餾水就很難使用本發明來進行加熱。然而，具有充分的礦物質、鹽等形式的電解質的 水，如具有充分的礦物質含量的自來水，容易使用本發明來進行加熱。事實上，根據本發明， 給定電流輸入可以更迅速地對水溶液進行加熱，并且加熱到更大程度。可以認為，這是由于 在電極中和/或水溶液的電解質/礦物質中發生的各種發熱電化學反應而發生的。本發明 還針對用于限制施加于加熱器上的交流電流的限流器設備，以便它不會過熱或產生比所希 望的更大的熱量或能量。現在參考圖1，示出了體現了本發明的示例性加熱器設備10的圖解視圖。加熱器 設備10包括提供交流電流形式電的電源28。雖然電源的頻率和電壓不是關鍵的，但是，通 常從墻上插座或發電機獲取電源，以便提供頻率大致在60赫茲的100和500伏特之間的電 壓。更典型地，電源是110伏特或者220伏特，60赫茲。如下面更加全面地描述的，電流強 度被控制為不會使流體過熱。電導線14和16向同心電極18-24提供交流電流。水溶液在這些電極18_24之間 流動。當將電流施加于第一組電極18和22時，在交流電周期的一部分期間，電荷在電極上 累積。相同的電荷被從其他電極20和24移動到任何一個交流電周期的另一部分。電流流 過水流體時對水流體加熱。如上文所表明的，水流體必須包含足夠含量的溶解鹽或礦物質 等，以便在電極18-24之間以電力傳導電流。電極18-24由可以被氧化的導電金屬材料構成。例如，金屬材料可以包括鐵(Fe)。 可以認為，隨著電極材料被氧化，電子被釋放到電極。在鐵的情況下，這可以是鐵的每個被 氧化分子去除兩或三個電子。結果是，在交流電周期的一部分期間隨著電流進入電極，在電 極表面上產生過多的電荷。然后，在交流電周期的另一部分期間，去除該過多的電荷。從電 極表面這種電荷的流動增加到總電流中，并且實際上充當附加的電流源。對于給定電壓，這 種氧化生成的電流減小了對于給定的電源輸入將水溶液加熱到所希望的溫度需要由外接 電源12提供的電流的量。現在參考圖2和3，本領域的技術人員將理解，電極排列不僅限于圖1中所示出的 那種排列。如圖2所示，體現了本發明的加熱器設備110的確具有交流電源112，其中正的
6和負的引線114和116延伸到并聯的電極118和120并與并聯的電極118和120導電接觸。 電極118和120由諸如包含鐵、不銹鋼等的金屬之類的導電并易氧化的材料構成。在這種 情況下，端蓋122和124由絕緣材料構成，使得在除了當水流體在電極118和120之間通過 入口 126和出口 128流動時之外，電流不會在它們之間流動。當水流體的溶解鹽或礦物質 含量足夠高時，電流能夠在電極118和120之間流動，導致放熱化學反應，該反應使電極118 和120氧化，并隨著時間的推移耗盡流體的溶解鹽和礦物質含量。現在參考圖3，示出了本發明的再一個加熱器模塊和加熱器設備210，該設備還包 括交流電源212和用于向分離的第一和第二電極218和220提供交流電流的電導線214和 216，第一和第二電極218和220在本實施例中構成了電極的交替陣列，在其入口 222和出 口 224之間形成流體通道。電流流過水流體時對流體加熱。此外，如上面所解釋的，放熱化 學反應還產生熱量和/或附加的電子，由此產生進一步提高水流體的溫度的電流。由此，為 了達到預定水平或希望的溫度，放熱化學反應要求對電極進行較小的電流輸入。由此，本領域的技術人員可以理解，電極的排列不是關鍵的，只要電流可以流過流 體，并且流體包含充分含量的溶解固體以便被有效地加熱。當電極被氧化時，以及當交流電流流過包含電解質的流體時，產生熱量。發明人發 現，諸如礦物質及流體中的其他雜質之類的溶解固體對電振蕩或電流敏感，導致流體迅速 地加熱，使得流體從加熱室出來時是熱的。具有非常低的溶解礦物質含量的流體不會被有 效地加熱。例如，當蒸餾水流過加熱室時，很難將蒸餾水加熱。然而，當具有相對高的溶解 礦物質含量的水流過加熱室時，水可以被非常有效地加熱，并且可以加熱到相當高的溫度。進行了測試，以便確認此現象。裝盛了 26盎司的流體的封閉環系統流過加熱室 10，水中具有溶解的礦物質或固體，使用從墻上插座提供的交流電源對加熱室10進行加 熱，持續80分鐘。輸入功率具有220伏特的電壓，提供大約32安培。在被加熱80分鐘之 前，以及在被加熱80分鐘之后，如表1所示分析水。表1 使用SS電極的溶解元素(mg/1) 在類似于圖1中所示出的配置中使用了不銹鋼(SS)電極。在80分鐘的操作之 后，Ca和Mg的含量減少，與不銹鋼電極相關聯的金屬、即Fe、Cr、Ni和Mn增大。溶液的pH 值從8. 8增大到9. 3，而電導率從510減小到460微西門子。可以認為，對過多熱量的驅動機制是由在電極上發生的一系列非平衡發熱化學反應產生的。可以認為，水或其他流體中 的電解礦物質化合物(此處被稱為溶解固體)和電極材料發生反應，以形成金屬氫氧化物。 金屬氫氧化物的形成是由PH值的增大支持的。水溶液中的水也被認為在產生金屬氫氧化 物和在電極金屬的氧化中起著作用。流體中的溶解礦物質化合物和/或鹽還可以充當金屬 電極氧化的催化劑。重復此實驗，但是，使用鐵電極代替不銹鋼電極。表2示出了水中的測量之前和之 后的溶解元素。表2 使用鐵電極的溶解元素(mg/1) 再一次顯著耗盡了溶解固體礦物質(鈣和鎂)。與電極相關聯的金屬也增大。在 這種情況下，鐵和鉛的量顯著增大，但是，與304不銹鋼電極相關聯的鉻及其他重金屬的含 量仍保持不變。從上文可以看出，在電極的表面上或電極內發生了電化學反應，使得電極脫 落金屬化合物，特別是鐵和鉛化合物。這被認為是通過氧化過程發生，其中，當電極被氧化 以及當交流電流流過包含溶解固體/電解質的流體時產生熱量。不論是哪一種情況，由于 電極的氧化產生電流，這減少了否則以相同速率使流體加熱所需的電流的總量。現在參考圖4，示出了封閉系統、自足式加熱器設備300，其中，泵302使水流體從 槽304流過加熱室306和熱交換器308而循環。風扇等310迫使空氣流過熱交換器308，以 便加熱環境空氣。使用溫度探測器312來監視空氣或流體的溫度。此實施例特別適用于對 單元緊前面或圍繞單元的空間中的環境空氣進行加熱的便攜加熱器和墻內加熱器。參考圖5，從電繩N、G、L2進入的功率被路由到至少一個斷路器CB2。優選情況下， 包括了至少一個聯鎖開關，使得當去除加熱器設備的蓋子時，到控制電路的電源被斷開。可 以包括指示燈，以表示電源被連接，如“橙色電源”或其他顏色的指示燈所示出的。使用溫度控制器來調整由單元提供的對環境空氣進行加熱的熱量。通常，溫度控 制器具有四十到八十華氏度數的范圍，或者，目標環境空氣溫度，并且是安裝在前面板上的 主用戶控件，諸如作為旋轉撥盤等。當控制器被完全關閉時，控制器通常將發熱，以保護該 單元不會被凍壞。當溫度降低到低于定位點以下時，紅色指示燈、一個可選的計時器(未示 出)，以及控制器繼電器K2被通電。熱開關TS1通常是閉合的，直到流體溫度達到預定水 平，如150華氏度數。當它被閉合時，加熱元件被通電，開始對流體進行加熱。受控制的繼電器K2開啟泵，將流體從貯槽304經過加熱器306并經過熱交換器308進行循環。當流體 達到預定水平，如140華氏度數時，溫度開關TS2開啟風扇310，并給受控制的繼電器K3施 加電壓。該單元現在處于加熱模式，加熱室306、循環泵302都在工作。溫度開關TS1控制 加熱室電極，并將流體維持在預定的溫度，通常是158華氏度數。當空氣溫度達到由可以鏈接到恒溫箱的溫度控制器設置的所需的溫度時，紅色指 示燈、可選的計時器，以及控制繼電器K2被斷電。泵302以及風扇310通常仍然開著，直到 隨著水溫下降至低于預置水平，通常是140華氏度數，溫度開關TS1打開。此時，泵302和 風扇310被關閉，該單元不再提供熱量。當空氣溫度下降至低于所選溫度時，系統將再次被 通電，流體被加熱，直到空氣溫度提高到所希望的水平。已經發現，當流體內有足夠含量的溶解固體時，電極和流體比當溶解固體的含量 較低時引入更大的電流強度。雖然水流體中的溶解固體含量必須滿足最小閾值，但是，也會 有流體內的溶解礦物質含量太高的情況。在這樣的例子中，系統將自然地引入大量的電流， 并將流體加熱到非常高的溫度。在這樣的例子中，可以用多種方式對此進行控制。例如，可 以將電源耦合到限流器，使得輸入到電極的功率量，更具體而言，電流被限制。圖6示出了 根據本發明所使用的示例性限流器的電子電路。在另一個實施例中，流體的溫度被監視，當 流體的溫度超出預定水平時，關閉系統的電源輸入。還可以將流體冷卻，如通過使用風扇等 等，來控制加熱過程。當水流體的溶解固體含量太高時，如水太硬，或向流體中添加了太多 鹽或濃縮的溶解礦物質，可能需要這樣的步驟。如上文所提及的，當流體內的溶解礦物質含量很高時，系統將自然地引入大量電 流，并將流體加熱到非常高的溫度，可能會使加熱器設備過熱，或產生比所希望的更多的熱 量。例如，在上文所公開的加熱器設備中，美國各個部分的自來水中的礦物質含量很高，以 至于不能使用這樣的自來水，因為它會過熱。由此，設計出了關于提供其礦物質含量受控制 的水流體的上文所標識的方法。然而，優選情況下，使用現有的水源代替提供具有預先設置 的并且受監測的礦物質含量的專用水，后者會在制造和操作層面增大復雜性和成本。已經發現，本發明的加熱器設備可以通過實現限流器設備或電子電路，來使用諸 如自來水之類的礦物質含量的含量經常變化的現有水源，所述限流器設備或電子電路特別 配置并適合于與本發明的加熱器設備一起使用，如圖6所示。限流器設備被設計成將加熱 器模塊的交流電流(AC)限制到預設值。如果在電路中包括一個可變的交換機，則允許的電 流的量可以是可變的。簡要地，限流器測量傳送到加熱器的AC電流(通常是120V或220V)， 并控制基于三端雙向可控硅的固態繼電器的相位。現在參考圖6，示出了限流器或控制裝置的電子示意圖。向TBI 3和4施加輸入線 電壓，120伏特或240伏特。板上的跳線是工廠安裝的，以便以串聯(240V)或并聯(120V) 方式連接電源變壓器次級繞組。對二次電壓進行整流、過濾和調節到用于微控制器電路的 5伏特DC。向晶體管Q1施加直接到橋式整流器BR2的連接，以提供零交點參考。向微控制 器U1施加此脈沖。電流變壓器T2有一個孔從其核心穿過，有一個向加熱器提供電源的線路經過該 孔。通過R1給電流變壓器輸出端增加負載，R1將電流輸出轉換為放大的電壓。通過BR1對 此電壓進行整流，并分割為合適的電壓，然后，將其施加于微控制器上的模擬輸入端。第二 模擬輸入端連接到定位點電位計VR1。
微控制器將60Hz線的每半個周期內的測量的AC電流積分，并計算平均電流，并將 它與定位點進行比較。然后，它向晶體管Q2輸出被定時為過零的信號，該晶體管Q2向外部 固態繼電器提供開/關控制，而該外部固體繼電器又與加熱器串聯。此控制信號調整SSR 的接通時間。如果測量到的電流很低，則在周期的早期輸出控制信號，而如果電流很高，則 稍后輸出控制信號。如上文所描述的，電子設備監視電流，并將電流強度降低到所希望的水 平，使得加熱器輸出所希望的熱量，并將水溶液加熱到所希望的溫度。此過程被稱為相位控 制。如果控制信號被定時為向加熱器提供最大輸出，但是，測量到的電流仍太低，則連 接到J2的安裝在面板上的LED或其他可視或聲音警報被打開。這通知用戶需要向加熱器 的水槽中添加更多化學品或礦物質。例如，美國有地區的自來水的礦物質含量非常低，將需 要向水中添加諸如上文所描述的礦物質以便產生充分的電流牽引和加熱。可視或可聽警報 還可以通知加熱器設備的所有者，加熱器模塊，特別是電極已經被氧化到它們需要替換的 程度。作為替代，加熱器設備可以包括計時器，使得在加熱器設備被使用某一預定時間段之 后，通知用戶需要替換電極，因為它們已經被氧化到需要替換它們才能獲得加熱器設備的 最佳效率的充分的點。現在參考圖7和8，因為本發明的加熱設備的加熱器中的電極隨著時間的推移而 被氧化，因此，不可避免地需要替換電極。補充水流體相對來說比較容易，通過向流體中添 加將會溶解到流體中的鹽或礦物質，用具有充分高的礦物或鹽含量的自來水替換水流體， 或周期性地用可以購買到的與加熱器設備一起使用的水流體來補充或者替換水流體。然 而，大多數采用現有技術的獨立和自足式加溫器的設備包括整體地與加熱器包括在一起的 加熱元件，以致終端用戶，如果不是不可能的話，也難以替換。替換本發明的整個加熱設備 可能成本非常高。為了避免此不需要的成本，本發明利用可移動的加熱器模塊400。將加熱 器模塊插入到加熱器設備中以及從其中取出，類似于人們將電池插入到手電筒或從手電筒 取出電池的方式。繼續參考圖7和8，加熱器模塊400包括外殼402，在里面安裝了分隔的第一和第 二電極404和406。如上文所指出的，電極404和406彼此分隔，根據需要，也可絕緣，如通 過定義了它們之間的流體通道408的空間之外的絕緣材料。流體入口 410用于容納加熱器 設備的流體管道。水流體流入入口 410，在流出流體出口 412之前，經過電極404和406之 間的流體通道408，而流體出口 412還連接到流體管道，類似于圖4中所示出的。電極接頭 414延伸到與第一電極404的導電關系中。第二電極接頭416延伸到與第二電極406的導 電連接。電極接頭414和416諸如通過摩擦接觸被移到與可操作地與電源相關聯的對應的 正的和負的電極嚙合，或者通過導電螺栓、套等將它們互連，如本領域內已知的。以這樣的 方式，整個加熱模塊400都可以被容易地替換，而不需要分別地取出電極(這要求專業協 助)，或替換整個加熱器設備(代價非常大)。本領域的技術人員可以理解，上文所描述的用于產生熱量的加熱器設備和方法具 有許多潛在用途。例如，加熱器設備可以被用于家庭供暖。這可以作為分區供暖設備，內置 的和增壓空氣設備，獨立的空間加熱器，或作為落地式輻射系統的鍋爐。本發明的加熱器設 備還可以與住宅和商用水加熱器相關聯地使用。如果加熱器設備的尺寸相對較小，可以利 用一個或多個加熱器，使得可以實現按需熱水，并可能免除熱水管道，否則需要與現有的燃
10氣或電熱水器設備一起安裝熱水管道。本發明的加熱器設備還可以安裝在洗碗機、洗衣機、 干衣機、咖啡壺等中。可以在寒冷氣候的熱泵中實現本發明。加熱器設備還可以與商業的烹飪操作一起 使用。其他商業應用包括在制造期間為化學溶液提供熱量。在美國許多地方，使用儲油槽來進行冬季供暖等。可以使用本發明來對儲油槽進 行加熱。在再一個應用中，可以在油的回收中實現本發明。在某些產油井中，油被充分嵌入 在巖床內，或包括充分高含量的石蠟或其他類型物質，以至于將油限制在巖床內。可以使 用本發明來將蒸汽噴射到油井中，將油加熱，并使它從巖床松開，和/或熔化其他這樣的蠟 制物質等，以便能使油從地下收回。本發明的加熱器設備在相當小的自足式單元內產生大 量的熱量和蒸汽，這種單元可以很容易地通過卡車來運輸，或者甚至可以裝在卡車上。加熱 器設備將需要具有滿足如上所述的準則的大量水流體，以便將蒸汽噴射到產油井中。如上 文所指出的，來自本國的許多區域的自來水包含足夠高含量的溶解鹽或礦物質來實現此目 的。本發明的加熱器設備可以接到現有的水源，從水槽等中吸入水或水流體。雖然為了進行說明詳細描述了多個實施例，但是，可以在不偏離本發明的范圍和 精神的情況下對每個實施例進行各種修改。相應地，本發明不受限制，只受所附的權利要求 書的限制。
權利要求
一種加熱器設備，包括交流電源；操作地連接到電源的加熱器模塊，所述加熱器模塊包括由可氧化的導電材料構成的第一電極，與所述第一電極分隔并由可氧化的導電材料構成的第二電極，由流體入口、所述第一和第二電極之間的間隔，以及流體出口所定義的流體通道；供應具有充分的溶解鹽或礦物質含量以便充分導電地在所述第一和第二電極之間傳遞電流的水流體；以及用于將水流體移動通過所述加熱器模塊的泵；其中，在存在所述水流體的情況下向所述電極施加電流導致產生電化學反應，該電化學反應產生的電流或熱量超過由于在所述電極之間傳遞施加的電流而產生的熱量或電流，降低了將所述水流體加熱到預定水平而施加于所述電極的電流的量。
2.如權利要求1所述的加熱器設備，其中，所述加熱器模塊可拆卸地連接到所述加熱 器設備，以便在所述電極被氧化到預定水平之后替換為新的加熱器模塊。
3.如權利要求1所述的加熱器設備，其中，第一和第二電極由包括鐵的金屬構成。
4.如權利要求3所述的加熱器設備，其中，所述第一和第二電極由不銹鋼構成。
5.如權利要求1所述的加熱器設備，包括用于檢測所述水流體的所述溫度或提供給所 述加熱器模塊的電流的量的傳感器。
6.如權利要求5所述的加熱器設備，包括操作地與所述傳感器相關聯的電子電路，用 于當所述感應的溫度超出預定水平時自動地關閉或降低提供給所述加熱器模塊的所述交 流電流，或者，當所述感應的溫度低于預定水平時自動地向所述加熱器模塊提供交流電流。
7.如權利要求5所述的加熱器設備，包括操作地與所述傳感器相關聯的限流器，用于 當檢測到的溫度或所述電流下降至低于預定水平時增大施加于所述加熱器模塊的電流，或 者，當檢測到的溫度或電流超出預定水平時減小施加于所述加熱器模塊的電流。
8.如權利要求5所述的加熱器設備，包括操作地連接到所述傳感器的可視或可聽警 報，當檢測到的溫度或電流落在預定范圍之外時，所述警報被激活，以便通知需要補充水溶 液中的溶解鹽或礦物質的含量或需要替換所述加熱器模塊。
9.如權利要求1所述的加熱器設備，其中，所述泵將經加熱的水流體從所述加熱器模 塊移動到熱交換器。
10.一種加熱器設備，包括 交流電源；操作地連接到所述電源的加熱器模塊，所述加熱器模塊包括由可氧化的導電材料構成 的第一電極，與所述陽極分隔并由可氧化的導電材料構成的第二電極，由流體入口、所述第 一和第二電極之間的間隔，以及流體出口所定義的流體通道；供應具有充分的溶解鹽或礦物質含量以便充分導電地在第一和第二電極之間傳遞電 流的水流體；以及用于將水流體移動通過所述加熱器模塊并到達熱交換器的泵； 用于檢測所述水流體的溫度或提供給所述加熱器模塊的電流的量的傳感器； 操作地與所述傳感器和所述電源相關聯的限流器電子電路，用于當檢測到的溫度或電 流下降至低于預定水平時增大施加于所述加熱器模塊的電流，或當檢測到的溫度或電流超出預定水平時減小施加于所述加熱器模塊的電流；其中，在存在所述水流體的情況下向所述電極施加電流導致電化學反應，該電化學反 應產生的電流或熱量超過由于在所述電極之間傳遞施加的電流而產生的熱量的電化學反 應，降低了將所述水流體加熱到預定水平而施加于所述電極的電流的量。
11.如權利要求10所述的加熱器設備，其中，所述加熱器模塊可拆卸地連接到所述加 熱器設備，以便在所述電極已經被氧化到預定水平之后替換為新的加熱器模塊。
12.如權利要求10所述的加熱器設備，其中，第一和第二電極由包括鐵的金屬構成。
13.如權利要求10所述的加熱器設備，其中，所述第一和第二電極由不銹鋼構成。
14.如權利要求10所述的加熱器設備，包括操作地連接到所述傳感器的可視或可聽警 報，當檢測到的溫度或電流落在預定范圍之外時，所述警報被激活，以便通知需要補充水溶 液中的溶解鹽或礦物質的含量或需要替換所述加熱器模塊。
15.一種用于產生熱量的方法，包括下列步驟提供彼此分隔的由可氧化并導電的材料構成的第一電極和由可氧化并導電的材料構 成的第二電極；提供包含足夠高含量的溶解鹽或礦物質以通過其進行導電的水流體；通過在第一和第二電極之間傳遞所述水流體并向所述電極提供交流電，產生電化學反 應，其中，所述第一和第二電極被氧化，所述水溶液中的溶解鹽或礦物質被耗盡，導致提供 給所述水流體的溫度或電流增大，超過由于在所述電極之間的水流體中傳遞電流所產生的熱量。
16.如權利要求15所述的方法，包括監視所述水流體的溫度的步驟。
17.如權利要求16所述的方法，包括如果所述溫度超出預定水平，則降低施加于所述 電極的電流強度，或者如果所述溫度下降至低于預定水平，則增大施加于所述電極的電流。
18.如權利要求15所述的方法，包括監視吸入所述電極的電流的量的步驟。
19.如權利要求18所述的方法，包括使用電流相位控制來將施加于所述電極的電流維 持在預定范圍內的步驟。
20.如權利要求19所述的方法，包括如果由所述電極吸入的所述電流超出預定水平， 則降低施加于所述電極的電流強度，或者如果由所述電極吸入的電流低于 預定水平，則增 大施加于所述電極的電流。
21.如權利要求18所述的方法，包括如果所監視的由所述電極吸入的電流強度太低， 則激活警報，以通知需要補充水流體中的溶解鹽或礦物質的含量或替換水流體的步驟。
全文摘要
用于產生熱量的方法，包括在連接到交流電源的電極之間傳遞流體。流體必須具有充分的電解質或溶解礦物質含量以便被有效地加熱。優選情況下，施加于電極的電流強度是受監視和控制的。在流體內以及在電極的表面上發生發熱電化學反應。更具體而言，電極由包括可以被氧化的材料組成，而在加熱器的操作期間的氧化過程提供對流體進行加熱的附加的電流。
文檔編號H05B1/02GK101889472SQ200880119722
公開日2010年11月17日 申請日期2008年10月10日 優先權日2007年10月12日
發明者D·A·博伊德, N·H·諾亞, R·M·考克斯 申請人:萊克星頓環境技術股份有限公司