专利名称：一种新型的快速电热水器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电热水器，特别是一种新型的快速电热水器。
电热水器所使用的发热元件有两大类。
第一类是电热合金丝(或管)，由这类发热元件制成的热水器往往需要一个庞大的贮水箱，因而使得热水器的体积大，用料多，价格贵，安装不便且用水时间需要等待。
第二类是使用中国专利技术ZL92109620制成的发热元件(或称发热管)，这类发热元件是在绝缘而导热性能良好的石英玻璃管外表面喷涂一层透明电热膜而成，这层电热膜通电后即发热，水在管内流动，水过即热。具有水电完全隔离、安全、热效率高等优点。由这类发热元件制成的热水器可不用贮水箱，因而体积小，重量轻，价格廉。但这类发热元件由于制作工艺上的限制，目前只易于制成简单的圆管状且功率有限，往往需要数根发热管组合而成才能达到使用热水的目的。这类发热管还只允许有水通过才能通电，无水通过则需自动断电，以防其因干烧而损坏。此外，热水器的出水温度达到所需最高值后应当切断电源，即需要采取限温保护，以防过热而损坏发热元件和浪费能源。
使用该发热元件和中国专利技术ZL96244900制成的DSK-20功率为2000W的连续快速电热水器试图通过
图1来实现上述目的(图中箭头所示的方向为水的流动方向，其余各图箭头所表示的意义均相同)。
首先，将回水管(1)和两根发热管(2)和(3)通过密封垫(4)和3根拉紧螺栓(图中未表示)密封在由塑料制成的上支承(5)和下支承(6)的进出水通道内，并将上、下支承固定在金属底板上(图中未表示)，再将两根发热管外表面两端分别用镀银铜带(7)并联，并在并联的两端之间接通220V的交流电源，使总的电热转换功率是单根管的两倍。下支承(6)内水的流道如图所示。(8)是堵住孔(9)的堵头，以防从孔(10)进入下支承的水从孔(9)向右端流出。(11)是水流开关(水压键)，当有一定压力的冷水进入(11)的膜片时，水流开关(11)控制可控硅管(12)接通发热管两端间220V的交流电源，使发热管开始加热工作。可控硅管(12)通过一个金属块与冷水接触是为了散热。在回水管(1)的出口设置了一个节流片(13)，其中间的小阻尼孔是为了使从回水管(1)出来的水以小流量高速向外喷出。上支承(5)通过横向孔(14)将回水管(1)的进水孔和两根发热管的出水孔沟通并在孔(14)的右端设置了限温开关(15)，当水的加热温度超过设定的最高出水温度65℃±5℃时，串接在主电路中的该限温开关即切断电源停止发热管的加热工作。
由上述办法制成的DSK-20热水器经过多次试验后证实它们在加热过程中当进水口冷水温度为10℃左右，出水口热水温度在不同流量的情况下为25℃～45℃时就会出现断电、停止加热这一现象，稍过一段时间后又自动恢复了加热工作。进水量愈小，水压愈低，这一断断续续的不稳定现象愈严重。这就是说该热水器的可靠性较差。其原因是发热管(2)、(3)的出水口和回水管(1)的进水口用孔(14)直接相连不可取。由流体力学可知在发热管(2)的出水口与孔(14)的交汇结点M处从管(2)流出的水有分别向左、向右两边流动的趋势，趋于向右流动的水必然阻止从管(3)流出的水向左边流动，也就是对管(3)流出的水形成了一种背压，因而在总进水量小，水压低的情况下，管(3)中的进、出水压差太小使得其中的热水很难回到回水管(1)，甚至只好滞留在管(3)之中，形成管(3)上端局部水温过高，其结果是发热管(3)由电能转化而来的热能不能充分被水带走，热量不能完全释放出来，发热管(3)未能发挥应有的作用，造成出水温度不高，总的热效率低下。与此同时，由于限温开关(15)刚好设置在死水高温区，因而限温开关在局部高温水达到设定的最高出水温度值65℃±5℃时，该限温开关就切断主电路停止加热管的工作，经过一段时间降温后该限温开关又接通主电路开始恢复工作，这就是为什么在发热管的工作过程中当出水温度较低时也会出现断电、不稳定的原因。
本实用新型的目的是要提供一种改进的新型快速电热水器，它不仅能稳定可靠地工作，同时会使发热效率大大提高。
本实用新型的目的是这样实现的1.将排列方向相同的(M×N)根(M根/行×N行)发热管通过密封垫和拉紧螺栓或其它机械夹紧装置密封在上、下两绝缘耐温座的固定孔内，并将该二座固定在金属底板上(图中未表示)；将所有发热管外表面两端分别用导电性能良好的金属件并联起来，并在并联的两端间施以220V或低于220V的交流电源，使总的电热转换功率是性能相同的单根管的(M×N)倍。
1>将密封在上、下两座固定孔内的每行M根发热管的供水回路通过两座上的圆孔或/和沟槽互相串联起来，我们把这种供水回路称为单独串联式的串联供水回路，如图2所示。其中(1)是水流开关，(2)是堵头，(3)是作并联发热管外表面两端用的镀银铜带(实际上是每两根发热管并联后通过接线架连接)，(4)是可控硅管，(5)是用于密封沟槽的密封垫，(6)是压板，(7)是限温开关，(8)是第1根发热管(以下将“发热管”简称为“管”)，(9)是第2根管，(10)是第3根管，(11)是第M根管。
2>将密封在上、下两座固定孔内的N行发热管的供水回路通过同一下座中两边的孔或沟槽分别并联起来，但总的进、出水通道(孔或沟槽)必须在N行的对称位置，使得进入每一行的水压基本平衡，水在每一行发热管中的流量也基本相同，我们把这种供水回路称为多路并联式的并联供水回路，如图3所示。其中，箭头向上表示从下座的一边进冷水，箭头向下表示从同一下座的另一边出热水。图3(a)是当N为奇数时的情况，图3(b)是当N为偶数时的情况。
2.将排列方向相同的(M×N)根(M根/排×N排)发热管通过密封垫和拉紧螺栓或其它机械夹紧装置密封在(N+1)个绝缘耐温座的固定孔内并将该(N+1)个座固定在金属底板上(图中未表示)。将每排发热管外表面两端分别用导电性能良好的金属件并联起来，并在并联的两端间施以220V或低于220V的交流电源，使总的电热转换功率是性能相同的单根管的(M×N)倍。其供水回路采用完全串联式的串联供水回路，即从第1排第1根发热管(以下将“发热管”简称为“管”)流出的水通过第二个绝缘耐温座(以下将“绝缘耐温座”简称为“座”)进入第2排第1根管，从第2排第1根管流出的水通过第三个座进入第3排第1根管，......，如此类推，直至从第N排第1根管流出的水通过第(N+1)个座返回到第N排第2根管，如此循环往复，直至从第1排第M根管流出，如图4所示。其中，(1)是可控硅管，(2)、(3)、(5)是堵头，(4)、(6)、(8)是作并联发热管外表面两端用的镀银铜带(实际上是每两根发热管并联后通过接线架连接)，(7)是水流开关(水压键)，(9)是限温开关，(10)是节流片(阻尼孔)，(11)是用于密封沟槽的密封垫，(12)是压板，(13)是第一个座，(14)是第1排第1根管，(15)是第N排第1根管，(16)是第(N+1)个座，(17)是第三个座，(18)是第二个座，(19)是第1排第M根管。
3.在每一串联供水回路的出水口处设置限温开关，在接近出水口处设置水流开关(水压键)，在每一串联供水回路要设立一条控制电路，当接近出水口处发热管内水流的压力低于水流开关所需压力时，水流开关就不能使可控硅管接通发热管两端间的交流电源而工作；当从出水处流出的热水温度超过所需最高值时，限温开关就应切断发热管的供电电源而停止其工作(限温开关和水流开关的具体设置如图2、图4所示)。
4.在不需要一打开进水阀(图中未表示)就能立即使用热水的情况宜采用单独串联式和完全串联式的串联供水回路或多路并联式的并联供水回路；在需要一打开进水阀(图中未表示)就能立即使用热水的情况应采用多管并联式的并联供水回路，但多管并联式的并联供水回路的总进出水通道(孔或沟槽)必须设置在并联发热管的对称位置，使得进入每根发热管中水的流量基本相同。水流开关(水压键)应摆在入水口处，但限温开关仍应摆在出水口处。(注多管并联式的并联供水回路与多路并联式的并联供水回路的根本区别是在上、下两座固定孔内N行发热管中前者每行仅有一根管，后者每行有M根管。)5.为了降低水流在两种串联供水回路及多管并联式的并联供水回路发热管内的压力衰减，可将所有发热管按(由其轴线所组成的平面)水平方向排列，但总的进、出水方向还是铅垂方向。
6.通过水流开关(水压键)来控制用以接通发热管供电电源的可控硅管应通过一个金属块安装在水流的入水口处，以使其冷却散热，当用此法不足以散热时，还应将可控硅管与散热器相连。
7.在每一只发热管和回水管外包裹绝缘保温层，以阻止发热管和回水管中的热水向外辐射热能、提高整个系统的发热效率，并使其它电器元件免受高温之害。
8.在总出水口处应设置阻尼孔，以使进入总出水口处的水以小流量高速向外喷出。
9.控制电路应使电热转换功率可调，做到在必要时节省能源。
本实用新型因为不论采用哪种供水回路，都不会出现热水在部分发热管中大量滞留这一情况，每一只发热管由电能转化而来的热能基本上都能被水吸收并带走，热量较能充分释放出来；同时由于发热管和回水管外表面包裹有保温层以防止热辐射，因而整个系统的发热效率会大大提高。还因为限温开关设置在供水回路的末端，即出水口处，出水口处的水温总是会比其它部位的水温高，所以只要出水口处的水温不超过设定的最高值，只要限温开关本身不存在质量问题，则限温开关就不会切断加热电路停止发热管的工作。对于多管并联式的并联供水回路而言，虽然水流开关(水压键)设置在入水口处，但只要水流一进入水流开关也就进入了发热管，因此水流开关控制可控硅管使发热管开始加热也就不会使发热管干烧。对于两种串联供水回路而言，因为水流开关是设置在接近出水口处，此处水压低于进水口处及其它部位的水压，只要水流到达此处且此处水压大于水流开关所需压力，则发热管工作且不会使其干烧。否则，发热管就不会接通电源而工作。这就是本实用新型所提供的一种快速电热水器能稳定可靠地工作的原因。
只是对于并联供水回路而言，很难真正做到所有发热管的进、出水压差完全一致。在多管并联的情况下，由于平均每根发热管中水流的流量仅有总流量的1/N(设总共有N根发热管)，所以当总流量较小时，就难免部分发热管中不存在热水的滞留现象，因而就影响了整个系统的发热效率。
对于串联供水回路而言，由于水流通道没有旁路，同时也不允许有泄漏，故每根发热管流进流出的水是完全相同的，其流量也就是总的进出水流量。对于这样一个系统而言，当发热管按水平方向排列时，只要总的进、出水压差能足以使水流动，就绝不会出现部分发热管存在热水滞留这一现象。但是，当发热管按铅垂方向排列而发热管内水流方向又是从上往下流动时就不能完全做到较热的水从管的下方流出，这是因为较热的水比较冷的水比重小，前者总是趋于浮在管的上部。
至于串、并联供水回路应如何选择，则应视发热管的多少即功率的大小，是否需要一打开进水阀就能立即使用热水以及热水器的总体结构尺寸、外形、制造工艺难易等因素来综合考虑。一般而言，串联供水回路的结构较简单，易于实现。实际上往往应采取串、并联相结合的供水回路。
实用新型的具体结构由以下的实施例及其附图给出。
图5是根据本实用新型提出的一打开进水阀(图中未表示)就能立即使用热水的改进后的DSK-20功率为2000W的连续快速电热水器结构简图，供水形式为并联供水回路。
图6是根据本实用新型提出的不需要一打开进水阀(图中未表示)就能立即使用热水的改进后的DSK-20功率为2000W的连续快速电热水器结构简图，供水形式为串联供水回路。
下面先结合图5详细说明依据本实用新型提出的热水器的具体结构细节及工作情况。
其中，回水管(1)、两根发热管(2)和(3)、密封垫(4)、上支承(5)、下支承(6)、发热管的两并联镀银铜带(7)、水流开关(水压键)(11)、节流片(12)与图一中相关元件的安装方式方法基本相同，只是在发热管的两铜带(7)之间及回水管的全长之外用石棉绳包紧，并在石棉绳之外涂刷一层绝缘耐温粘结剂，以防止热量及石棉的粉尘向外扩散，其次将可控硅管(9)及其金属块的安装位置移至图一的堵头(8)处，目的是尽量简化结构，而限温开关(10)设置在下支承(6)的出水口处，也可以设置在上支承的堵头(15)或(17)处，堵头(15)处的出水温度最高，但不反映真正的出水温度。上支承内通过孔(13)(14)将两发热管的出水口并联起来，再用孔(16)与回水管(1)连通。孔(14)应在两发热管轴线的对称位置。堵头(15)、(17)、(18)以防从发热管流出的水在上支承中外溢。
其工作情况与图一也基本相同，只是两发热管的出口并不是直接与回水管(1)连通，而是通过工艺孔(13)(14)(16)与回水管相连，只有这样才能达到两发热管进、出水压差基本相等，通过两发热管的水流量也基本相同，使两发热管中都不出现热水滞留这一情况，热量都能完全释放出来，于是热效率自然会提高。
限温开关(10)安装在出水口处或堵头(15)(17)处是只要这些位置的水温不超过设定的最高值，热水器就会稳定可靠地工作，否则限温开关就会切断电源，停止热水器的工作。
本热水器同图一所示的热水器一样是通过调节进水阀(图中未表示)流量的大小来调节出水温度的。从图5可以看出，这种供水回路的热水器的结构是相当复杂的，水流是不畅的，这是它的弱点。但是，只要水流开关(11)的膜片有一定压力的冷水进入，该开关(11)即控制可控硅管(9)接通发热管两端间220V交流电源，使发热管开始加热工作，因此，水从发热管一流出即被加热。这是它的优点。
再结合图6详细说明依据本实用新型提出的热水器的另一种具体结构细节及工作情况。
其中，发热管(1)、(2)、密封垫(3)、上支承(4)、下支承(5)、发热管的两并联镀银铜带(6)及其间的保温层石棉绳(7)、可控硅管(8)、限温开关(9)、节流片(10)与图5中相关元件的安装方法基本相同。只是将水流开关(水压键)(11)移至上支承(4)的左侧，即发热管(2)的出水口处，也可安排在发热管(2)的出水口和发热管(1)的入水口之间，如图中双点划线所示。其所以如此，是因为只有将水流开关安排在接近出水口处，当水流一到达水流开关(11)，水流也就到达了发热管(1)，此时水流开关便通过可控硅管接通发热管的电源而使其工作，只有发热管(1)中也有水，它开始工作才是安全的。如果将水流开关安排在发热管(2)的入水口处，则水流开关通过可控硅管而使发热管(1)、(2)同时工作时，水流尚未到达发热管(1)，这样管(1)就可能出现干烧现象，这是不能允许的。
从图中可以看出，当冷水一进入可控硅管的金属块时也就进入了发热管(2)的下端，水从管(2)流出时，通过上支承座中的横向孔(12)进入水流开关(11)的膜片室，与此同时也就进入了发热管(1)的上端，水在管(1)中往下流动时由于节流片(10)中阻尼孔的阻尼作用而使管(1)、管(2)、横向孔(12)、水流开关(11)的膜片室、限温开关(9)等处都充满了水。从图中可以看出这种串联供水回路的结构十分简单，水的流动十分畅通，只是发热管开始工作时，冷水几乎已到达出水口，所以要使用热水，尚需等待片刻，这是它的不足之处。
权利要求1.一种电热水器，特别是一种新型的快速电热水器，它由带有一层透明电热膜的发热元件、水流开关，可控硅管，限温开关，节流片，安装和固定上述元件的密封垫，绝缘耐温座、拉紧螺栓，供电与控制等元件和装置组成，其特征在于给电热膜发热元件提供水源的回路为单独串联式和完全串联式的串联供水回路以及多路并联式和多管并联式的并联供水回路。
2.根据权利要求1所述的电热水器，其特征是将每一种供水回路的所有发热元件外表面两端分别用导电性能良好的金属件并联起来，并在并联的两端间施以220V或低于220V的交流电源。
3.根据权利要求1所述的电热水器，其特征是在多路并联式的并联供水回路中，其总的进、出水通道必须设置在多路的对称位置，在多管并联式的并联供水回路中，其总的进、出水通道必须设置在并联发热元件的对称位置。
4.根据权利要求1所述的电热水器，其特征是在每一只发热元件和回水管外表面包裹绝缘保温层。
5.根据权利要求1所述的电热水器，其特征是可将单独串联式和完全串联式的串联供水回路以及多管并联式的并联供水回路的所有发热元件按水平方向排列。
6.根据权利要求1所述的电热水器，其特征是在单独串联式和完全串联式的串联供水回路的出水口处设置限温开关，在接近出水口处设置水流开关。
7.根据权利要求3所述的电热水器，其特征是在多管并联式的并联供水回路中，在供水回路的总进水处设置水流开关，在总出水处设置限温开关。
专利摘要本实用新型涉及一种电热水器，特别是一种新型的快速电热水器。其主要技术特征在于给电热膜发热管提供水源的回路为单独串联式和完全串联式的串联供水回路以及多路并联式和多管并联式的并联供水回路。这些供水回路都避免了热水在发热管中大量滞留这一现象，发热管由电能转化而来的热能会充分释放出来，因而这种电热水器的热效率较高。同时还因为限温开关设置在供水回路的末端，即出水口处，这就能使热水器在设定的最高出水温度范围以内稳定、可靠地工作。
文档编号F24H1/12GK2546794SQ01252610
公开日2003年4月23日 申请日期2001年11月28日 优先权日2001年11月28日
发明者罗志强 申请人:罗志强