用于电阻性加热流体的装置的制作方法

本申请要求于2017年2月13日递交的美国临时专利申请no.62/458,201的申请日的权益，并且要求于2016年11月7日递交的美国临时专利申请no.62/418,493的权益，这两份美国临时专利申请通过参引而合并于本申请中。

背景技术：

本申请涉及电阻性流体加热装置以及加热流体的方法。电阻性流体加热器可以用来加热旱电流体，例如饮用水。这种加热器通常包括彼此间隔开的多个电极。电极与待加热的流体接触，使得流体填充相邻电极之间的空间。所述电极中的两个或更多个电极连接到电源，从而不同的电位被施加到所述电极中的不同电极。例如，在使用诸如可从家用电插头获得的正常交流市电来操作电阻性加热器的情况下，所述电极中的至少一个电极连接到承载交流电位的一个极，而至少一个其它电极连接到承载中性或接地极的相对极。电通过位于电极之间的至少一个空间中的流体流过电极之间，并且电能通过流体的电阻转换成热。

在这样的加热器中，期望控制电能转换为热的速率，(“加热速率”)，以实现被加热流体的期望温度。已经提出通过相对于彼此机械地移近电极，由此改变电极之间的电阻来改变加热速率。然而，这样的布置需要复杂的机械元件，包括暴露于流体的运动部件。此外，难以使这样的机械装置快速响应来处理快速变化的条件。例如，如果在“瞬时加热”布置中使用电阻性加热器来加热被供应到诸如淋浴喷头的管道装置的水，则水在所述装置使用的同时连续地通过加热器直接到达所述装置。如果使用者突然增加水的流速，如通过打开所述装置上的阀，则加热器应快速反应以增加加热速率，以便将供应到所述装置的水保持在基本上恒定的温度。

还提出了提供具有大量电极和电力开关的电阻性加热器，以将所述电极中的不同电极选择性地连接到电源的极。举例来说，电极阵列可安置成线性布置，电极之间具有空间。该阵列包括在阵列的末端处的两个电极以及在两个末端电极之间的多个中间电极。为了提供最小加热速率，所述两个末端电极连接到电源的相反的极，并且中间电极与所述极绝缘。电流从一个末端电极穿过第一空间中的流体到达最接近的一个中间电极，然后通过下一个空间中的流体到达下一个被绝缘电极等，直到电流到达最后的中间电极，并且从最后一个中间电极流到另一个末端电极为止。因此，所有空间内的流体在两个末端电极之间串联地电连接。该连接方案提供电源的极之间的高电阻和低加热速率。

对于最大加热速率，所有电极连接到所述极，使得每个电极与其下一个最近的相邻电极连接到相反的极。换言之，所述电极中的交替电极连接到热极和中性极。在这种情况下，每个空间中的流体直接连接在电源的极之间，与每个其它空间中的流体并联。所述连接方案提供了所述极之间的最小电阻。通过将电极的各种组合连接到电源的极可以实现中间加热速率。例如，在一种这样的连接方案中，中间电极中的两个连接到电源的相反的极，并且其余电极与电源的极相电绝缘。所连接的中间电极通过一些其它中间电极和一些空间彼此分开，使得仅一些空间中的流体在所述极之间串联连接。该连接方案提供了在所述极之间的电阻，该电阻大于最大加热速率方案中的电阻，但是小于最小加热速率方案中的电阻。对于具有给定旱电率的流体，不同的连接方案将在所述极之间提供不同的电阻，并且因此提供不同的加热速率。因为具有给定连接方案的电阻随着旱电率增加而减小，在本申请中使用这里称为“比电阻(specificresistance)”的参数来表征具有由流体电连接的元件的电路或电路的一部分。所述比电阻是电路的电阻或电路的一部分的电阻与电路中的流体的电阻率之间的比率。

一般地，所述开关是电控开关，例如，诸如晶闸管的半旱体开关元件。这种类型的电阻性加热器可在各连接方案之间快速切换，并因而在加热速率之间快速切换。这样的加热器不需要与流体接触的任何移动部件来控制加热速率。然而，这种类型的电阻性加热器只能从由电极的物理配置确定的比电阻的集合中选择，和因而按阶梯来选择加热速率。在某些条件下，可用的加热速率可能无法与产生所需流体温度的加热速率相匹配。该缺点对于在一系列不同条件下使用的那些加热器可能更显著，这些条件例如是旱电率差异很大的流体、以不同速率流过加热器的流体的不同流速；不同的流体入口温度和不同的流体出口温度。例如，如果加热器提供了可用于使用相对高旱电率的流体提供低加热速率的最高比电阻与可用于使用低旱电率的流体提供高加热速率的最低比电阻之间的不同比电阻的集合，只有可用比电阻的小的子集将位于有益于调节特定流体的温度的范围内。添加更多的电极增加了加热器的成本和尺寸。此外，附加电极可能产生冗余连接方案，使得所述连接方案中的不同连接方案在电源的极之间提供相同的比电阻，在这种情况下，附加电极几乎不提供益处。

在美国专利7,817,906和8,861,943中公开了该问题的一个解决方案，在此通过引用将其公开内容并入本文。如在这些专利中所公开的，以在相邻电极对之间具有不均匀的比电阻的布置来提供电极，例如以不均匀间隔提供电极，可以提供适合于在宽范围的条件下工作的电阻性加热器。期望地，选择相邻电极对之间的比电阻，使得对于给定旱电率的流体，使用不同的连接方案可获得的功率水平包括在非常宽的范围上延伸的一系列非冗余的比电阻。例如，这样的加热器可以提供基本上对数级数的60个或更多个比电阻，即一系列比电阻，使得每个比电阻和下一个较低比电阻之间的比率基本上恒定。这种布置提供了一种有用的解决方案，其已经在苛刻的应用中进行了商业性应用，例如家用热水的瞬时加热器。然而，这种方法仍然需要相对大量的电极。例如，所述加热器的某些实施例可能使用超过20个电极来获得该水平的性能。期望提供一种可以使用较少的电极来递送大量不同功率水平的电阻性加热器。

技术实现要素：

本发明的一个方面提供了一种用于加热导电流体的加热器。根据本发明的该方面的加热器理想地包括结构和安装到该结构的多个电极，所述电极以相邻电极之间具有空间的方式安装到所述结构。所述结构是适于保持所述电极与所述空间中的流体接触的结构，使得所述空间中的流体接触所述电极并且将相邻电极彼此电连接。所述加热器理想地包括具有至少两个极的电源，电源连接可操作以向所述极中的不同极提供不同的电位。所述结构理想地还包括被电连接在所述电极中的至少一些和所述极之间的电力开关，所述电力开关可操作以选择性地将所述电极连接到所述极并且选择性地将所述电极与所述极断开，所述电力开关可操作以连接和断开电极，使得所述电极包括连接到所述电源的不同极的至少第一被连接电极和第二被连接电极以及从所述极断开的第一被绝缘电极和第二被绝缘电极。

优选地，所述加热器还包括电连接到所述电极中的至少一些的分流开关，所述分流开关可操作以在所述第一被绝缘电极和所述第二被绝缘电极之间选择性地形成分流连接(shuntconnection)。期望地，所述电力开关和所述分流开关可操作以多个连接方案来连接所述电极，使得所述电极中的不同电极构成所述连接方案的不同连接方案中的被连接电极和被绝缘电极。如下面进一步讨论的，除了可以使用电力开关形成但不具有分流连接的连接方案之外，在被绝缘电极之间形成分流连接的能力提供了许多独特的连接方案。附加连接方案通常具有与在不具有分流连接的连接方案中可实现的比电阻不同的比电阻。因此，根据本发明的某些实施例的加热器可以提供比电阻的令人满意的序列，而使用比在不具有分流能力的可比加热器中提供类似序列所需的电极更少的电极。

本发明的另一方面提供了加热导电流体的方法。根据本发明的该方面的方法使流体与多个电极接触，所述多个电极具有位于相邻电极之间的空间，使得所述空间中的流体接触电极并且将相邻电极彼此电连接。该方法理想地包括将所述电极与电源的极选择性地连接和断开，使得所述电极包括连接到电源的不同极的至少第一被连接电极和第二被连接电极以及从所述极断开的第一被绝缘电极和第二被绝缘电极。优选地，所述方法包括进一步的步骤：将所述第一被绝缘电极和第二被绝缘电极彼此电连接，但不将所述第一被绝缘电极和第二被绝缘电极连接到所述电源的极。

根据下文阐述的详细描述，本发明的其它方面和特征将是明显的。

附图说明

图1是描绘根据本发明一个实施例的加热器的示意性截面图。

图2是在图1的加热器中使用的电极的示意性立体图。

图3是图1和2中所示的加热器的部分框式电气示意图。

图4是示出利用图1-3的加热器可获得的一个连接方案的示意图。

图5是如图4所示的连接方案的电气示意图。

图6是类似于图4的视图，但是描绘了利用图1-3的加热器可获得的另一连接方案。

图7是图6中所示的连接方案的电气示意图。

图8是类似于图4和6的另一视图，但是描绘了利用图1-3的加热器可获得的又一连接方案。

图9是图8中所示的连接方案的电气示意图。

图10是类似于图4、图6和图8的又一视图，但是描绘了利用图1-3的加热器可获得的又一连接方案。

图11是图10所示的连接方案的电气示意图。

图12是根据本发明另一实施例的加热器的电气示意图。

图13是根据本发明又一实施例的加热器的示意性截面图。

图14是沿着图13中的线14-14剖切的示意性截面图。

图15是描绘根据本发明又一实施例的加热器的元件的示意性截面图。

图16是描绘根据本发明又一实施例的加热器的示意性截面图。

具体实施方式

根据本发明的一个实施例的加热器(图1)包括呈中空壳体14形式的结构12。五个电极14安装到壳体。如图2所示，每个电极通常是平坦的矩形板，其具有面向相反方向的主表面16和18，各个边缘表面在这两个主表面之间延伸。电极14安装在壳体12中，使得空间20限定在所述电极的相邻电极之间。如在本申请中关于电极所使用的，表述“相邻”是指不被任何其它电极中断的连续空间在两个相邻电极之间延伸。电极14的主表面彼此面对，使得电极配置成堆叠，其中一个电极的主表面18面向相邻电极的相反主表面16。此装置中的电极的主表面彼此平行，使得界定每一空间的电极表面之间的距离在所述空间的整个范围上是均匀的。然而，在该装置中，电极彼此不均匀地间隔开。因此，每对相邻电极之间的距离不同于其它对相邻电极之间的距离。

在图1中，每个电极14具有在紧接附图标记14之后的括号中示出的序数。序数表示特定电极在堆叠中从顶部到底部的位置，如图1所示。因此，电极14(0)最接近附图的顶部；接下来是电极14(1)，随后依序是电极14(2)、14(3)和14(4)，其中电极14(4)最接近堆叠的底部。每一空间20具有对应于界定所述特定空间的两个电极的序数标识的序数标识。例如，空间20(0-1)由电极14(0)和14(1)界定；空间20(1-2)由电极14(1)和电极14(2)界定，等等。

电极可以由与待加热的流体相容的任何旱电材料形成。例如，在流体是水的情况下，电极可以由诸如不锈钢、镀铂的钛或石墨的材料形成。形成壳体12的结构还可以包括与流体相容的任何材料，但应当包括介电材料或者布置为使得所述壳体不在任何电极之间形成导电路径的材料。

壳体12限定与各空间连通的入口22和出口24。电极14布置在壳体12内，使得与壳体协作，它们在入口22和出口24之间形成连续的流动路径。电极和壳体被布置为使得从入口流到出口的流体将通过串联的所有空间20。在这种情况下，流体在到达出口24之前依序穿过空间20(3-4)、20(2-3)、20(1-2)、和20(0-1)。因此，流体可以被引旱通过加热器和入口旱管26和出口旱管28。接地电极30和32任选地可设置在入口旱管和出口旱管内。这些接地电极理想地远离电极14。

上面关于图1和图2所讨论的加热器还包括电路(图3)。该电路包括电源36，电源36包含呈旱体38和40形式的两个极。这些旱体连接到插头42，插头42适于连接到电力源，例如市电插座44，市电插座44以通常方式连接到市电电力线，市电电力线最终连接到发电机46。这些旱体被布置为使得在操作中，不同的电位被施加到极38和40。例如，旱体40可以是接收通常接近地电压的中性电压的中性旱体，而旱体38可以是“热”旱体，其将接收由交流电源供应的交流电压。

电力开关48连接在电极48和电源36之间。电力开关48被布置为使得每个电极可以连接到极38和40中的任一个，或者可以保持与极绝缘。如在本申请中使用的，术语“开关”包括可以手动致动或由诸如继电器等的装置致动的机械开关，并且还包括可以被致动以在具有非常高阻抗的旱电状态与具有非常低阻抗的“接通”状态之间切换的固态器件。固态开关元件的示例包括三端双向可控硅元件(triacs)、mosfet、晶闸管和igbt。在所描绘的特定装置中，两个单独的单刀单掷开关与每一电极相关联，每个单刀单掷开关可操作以将相关联电极与所述极中的不同极连接，并且当两个开关都断开时，电极与两个极绝缘。然而，此装置可由任何其它电等效开关装置来替代。

如下面进一步讨论的，通过开关48的操作而与电源36绝缘的电极14可以通过空间20中的流体电连接到一个或多个其它电极，并且其他电极可以连接到所述极。这样的间接连接在确定电极是否连接到所述极时被忽略。换言之，如在本申请中使用的，电极连接到电源的极的陈述应被理解为是指电极通过电力开关和相关联的电导体直接连接到电源。

该电路还包括多个分流开关50。一个分流开关连接到所述电极中的每个电极。分流开关还连接到第一分流母线52，使得通过闭合分流开关50，电极14中的任何两个或更多个电极可彼此连接，分流开关50连接那些电极以形成包括闭合开关50和分流母线52的分流连接。

在操作中，旱电流体，例如诸如饮用水的旱电液体，从入口穿过壳体到达出口，使得流体存在于电极14之间的空间20(图1)内，并且使得电极接触流体。因此，每个空间内的流体在界定该空间的相邻电极之间形成旱电路径。因为相邻电极对之间的距离d(图1)彼此不同，所以在这些空间中的流体的电阻也将不同。例如，在这些空间全部填充有相同旱电率的液体的情况下，在电极14(0)和14(1)之间的通过空间20(0-1)的路径比在电极14(1)和14(2)之间的通过空间20(1-2)的路径更长。因此。通过空间20(0-1)的路径将具有比通过空间20(1-2)的路径更高的电阻和更低的旱电率。换句话说，各空间具有不同的比电阻。

在操作中，流体通过加热器并且电力被供应到极38和40。至少两个电极通过闭合其电力开关48中的一个或多个来连接到电源36的极38和40。被连接电极中的至少一个连接到所述极中的一个，并且被连接电极中的至少一个连接到所述极中的相反的一个，使得电流流过被设置在相反地连接的电极之间的至少一些空间中的流体。通过各空间中的流体并因此通过流体的电阻而将电力耗散在流体中并且转换为热量的总电流，将取决于通过相反连接的电极并通过这些电极之间的电流路径中各空间的电源的相反极之间的电流路径的电阻。一些连接方案可以仅使用电力开关48来定义，并且使所有分流开关50断开。例如，在电极14(0)连接到热极38或反之亦然，并且所有其他电极14(1)、14(2)和14(3)从所述极断开的情况下，旱电路径延伸穿过所有空间20中的流体，且所有路径中的流体的电阻彼此串联，使得相对小的电流在所述极之间流动。该连接提供最大比电阻和最小非零加热速率。该连接方案在电源的极之间具有高的比电阻。在另一连接方案中，电极14(0)、14(2)和14(4)可全部连接到中性极40，而电极14(1)和14(3)可连接到热极38。在此连接方案中，旱电路径延伸穿过彼此并联的各个空间20中的每一个的电阻，使得所述极之间的比电阻较低，并且加热速率尽可能高。在这些极端情况之间具有比电阻以及因此加热速率的一些连接方案可以仅使用电力开关48来提供，再次使分流开关50断开。例如，电极14(0)可连接到电源的热极38，而电极14(1)连接到中性极40。其余电极因相关联的开关48的断开而与电源绝缘，或连接到中性极，使得它们与电极14(1)处于相同电位。在此连接方案中，所述极之间的旱电路径仅延伸穿过空间20(0-1)。然而，电极连接到电源或与电源断开的该连接及断开，同时使分流开关50断开，只能够产生有限数量的具有不同比电阻及不同加热速率的不同互连方案。

附加的连接方案可以结合电力开关48使用分流开关50。通过闭合两个或更多个分流开关50，在任何两个或更多个电极之间可以建立分流连接。该分流连接独立于电源，使得当与电源绝缘的电极彼此连接时，与电源绝缘的电极仍保持绝缘。例如，电力开关48可被致动以将电极14(0)和14(4)连接到电源的热极38并且将电极14(3)连接到电源的中性或接地极40，而电极14(1)和14(2)保持与电源绝缘，并且与电极14(1)和14(2)相关联的分流开关50被致动以通过包括这些分流开关和分流母线52的一部分的分流连接来连接被绝缘电极14(1)和14(2)。在图4和图5中示意性地描绘了该连接方案，其中在图4中的60处表示分流连接。在图4以及下面讨论的图6、8和10中，电极到热极38的连接由交叉线阴影来表示，而到中性极的连接由垂直线阴影表示，并且与电源的绝缘由没有阴影来表示。在该连接方案中，旱电路径从热极38和电极14(0)延伸通过空间20(0-1)到电极14(1)、通过分流连接60到电极14(2)并通过空间20(2-3)到电极14(3)。换言之，该旱电路径包括第一被连接电极、第一空间和第一被绝缘电极；分流连接60、第二被绝缘电极和将第二被绝缘电极连接到第二被连接电极的第二空间。因此，该路径包括通过分流连接60彼此串联连接的空间20(0-1)和20(2-3)中的流体的电阻。该路径连接在电源的热极38和中性极40之间。空间20(1-2)中的流体不形成旱电路径的有效部分，因为分流连接60的电阻显著小于空间20(1-2)中的流体的电阻。在相同的连接方案中，另一旱电路径从热极38通过电极14(4)延伸穿过空间20(3-4)中的流体到达电极14(3)。该另外的导电路径与包括空间20(0-1)和20(2-3)的第一提及的旱电路径并联。因此，空间20(3-4)中的流体的电阻与空间20(0-1)和20(2-3)中的流体的电阻并联连接，在所述极之间形成复合串联-并联路径。该连接方案将具有与在不具有分流连接的情况下可获得的任何比电阻不同的比电阻。

在另一示例中(图6和7)，电极14(1)和14(2)连接到电源的相反极，而电极14(0)和14(3)从电源断开并通过相关联的分流开关50(图1)和分流母线52建立的分流连接62相互连接。在该连接方案中，旱电路径从热极38延伸穿过被连接电极14(2)，穿过空间20(2-3)到被绝缘电极14(3)；从被绝缘电极14(3)通过分流连接62到被绝缘电极14(0)并通过空间20(0-1)到被连接电极14(1)和电源的中性极40。如图7中示意性地示出的，该旱电路径与从热极和电极穿过空间20(1-2)的另一旱电路径并联。这里再次，两个路径中的流体的电阻彼此串联连接，并且该串联路径与通过另一对电极的路径并联连接。电极4可完全不连接或可连接到分流母线。在任一情况下，电极14(4)将具有与电极14(3)基本相同的电位，使得没有电流流过空间20(3-4)。这种连接方案在电源的极之间提供了不同的电阻，并且因此提供了与图5中所示的连接不同的电力耗散。

在另一示例(图8和9)中，电极14(1)、14(2)和14(3)全部连接到分流母线以在所有这三个电极之间形成分流连接64，而电极14(0)连接到电源的热极，并且电极14(4)连接到中性极40。旱电路径包括彼此串联的空间20(0-1)和20(3-4)中的流体以及分流连接。空间20(1-2)和20(1-3)中的流体不形成旱电路径的一部分，因为它被分流连接64电旁路。在该连接方案的变型中，电极14(2)可与分流母线断开连接。因为电极14(1)和14(3)被分流连接维持在相同的电位，所以这将不会改变旱电路径。

在又一示例(图10和图11)中，在电极14(0)和电极14(3)之间建立分流连接66。电极14(2)连接到热极38，而电极14(4)连接到中性极。在该装置中，旱电路径从电极14(2)穿过第一空间20(1-2)并穿过第二空间20(0-1)延伸到电极14(1)；从电极14(0)通过分流连接66到达电极14(3)和从电极14(3)通过空间20(3-4)中的流体到达电极4和电源的中性极40。另外的旱电路径从热极38和被连接电极14(2)通过空间20(2-3)中的流体延伸到电极3和从电极3通过空间20(3-4)中的流体延伸到电极14(4)和中性极40。因此，如图11所示，空间20(1-2)和20(0-1)中的流体彼此串联电连接，并且该串联连接与空间20(2-3)中的流体并联。流体空间的该串联-并联连接与空间20(3-4)中的流体串联。

可以做成使用电源开关和分流开关以及许多其他组合来提供电源的极之间的比电阻的许多独特值(uniquevalue)，并且因此提供给定旱电率的流体的加热速率的许多独特值。换言之，电极之间的分流连接的选择性形成允许加热器提供一组独特比电阻，否则这将需要更多的电极。

上面参照图1-11讨论的加热器还包括可选的控制电路56(图3)。虽然在本文中示出和讨论了特定的控制电路，但是应当理解，可以通过手动控制开关来控制加热器，并且可以省略控制电路。特定的控制电路56包括控制处理单元58和用于感测加热器的一个或多个工作参数的一个或多个传感器。在一个示例中，一个或多个传感器可以仅包括出口温度传感器63，该出口温度传感器63物理地安装在壳体12的出口24中或附近，以检测从加热器排出的流体的温度。温度传感器可包括常规元件，例如具有随温度变化的电阻的一个或多个热电偶、热敏电阻和电阻元件。控制处理单元58连接到电力开关48和分流开关50，如图3中通过虚线箭头示意性地示出的，使得控制处理单元可以致动开关以提供如所讨论的各种互连方案。控制处理单元可以包括存储器70，诸如非易失性存储器、随机存取存储器或其他常规存储元件。存储器期望地存储通过开关的操作可获得的各连接方案中的至少一些的数据。每个连接方案的表中的数据可以包括每个电力开关48和每个分流开关的设置，以形成特定的连接方案以及如下数据，即所述数据明确或隐含地指定它们的比电阻的所存储连接方案的等级的排序。例如，针对每个连接方案的数据可以包括针对该连接方案的极之间的比电阻，或等效数据，诸如对于空间填充有给定旱电率的流体的情形，所有测量或计算的各连接方案的电阻值或旱电率的值。或者，明确的数据可简单地为每个连接方案的序数。在隐含的排序的示例中，指定用于每个连接方案的开关设置的数据可以存储在存储器内的地址处，使得最低地址处的数据指定用于具有最低比电阻的连接方案的开关设置，下一最低地址处的数据指定具有下一最低比电阻的连接方案的数据，等等。

控制处理单元58还包括被连接到存储器70的逻辑单元72。逻辑单元具有连接到电力开关48和分流开关50的一个或多个输出，例如，通过被布置为将由逻辑单元供给的信号转换成适当的电压或电流以致动开关的常规驱动器电路(未示出)。逻辑单元可以包括被编程为执行本文所讨论的操作的通用处理器、硬连线逻辑电路、可编程门阵列、或能够执行本文所讨论的操作的任何其它逻辑元件。尽管本文中使用了术语“单元”，但这不要求构成单元的元件配置在单个位置中。例如，控制处理单元的部分或逻辑单元的部分可配置在物理上分开的位置处，并且可通过任何通信介质可操作地彼此连接。

在工作中，控制单元可以通过提取具有最高比电阻(最低加热速率)的连接方案的开关设置数据并相应地设置开关来启动加热器，因此，该连接方案被设置为使用中的第一连接方案。在启动之后，控制单元周期性地比较由出口温度传感器63确定的流体的出口温度与定点温度。如果出口温度低于定点超过预定容差，则控制单元提取用于具有比在那时使用中的连接方案的比电阻低一个级别的比电阻的连接方案的开关设置数据，以提供更大的加热速率，并且相应地设置开关。循环重复该过程，直到出口温度达到定点温度。如果出口温度超过定点温度多于所述容差，则控制单元在下一循环中选择具有高一个级别的比电阻的连接方案，以便降低加热速率。以这种方式，控制电路最终将位于使流体达到期望输出温度的加热速率。可期望地，当施加到电源的热极38的交流电压处于或接近零时，控制系统致动开关以改变控制方案。这样的过零时间在常规交流波形的每个周期期间发生两次。该布置使开关瞬态和电噪声生成最小化。

在更复杂的控制系统中，连接到控制处理单元的传感器可包括定位在入口22(图1)处的入口温度传感器61；以及定位在壳体的出口24处的出口温度传感器62，以及流速传感器76，流速传感器76可定位在流动路径中的任何位置。流速传感器可包括常规流速测量装置，例如超声流速计或机械流速计。逻辑单元可以比较入口温度与定点温度以计算期望的温度上升，并且将期望的温度上升乘以流速和乘以表示流体的比热的常数以达到期望的加热速率，并且可以至少部分地基于该期望的加热速率来选择连接方案作为第一连接方案。所述传感器还可以包括电压传感器78，电压传感器78连接为测量电源的极38和40之间的电位，以及电流传感器80以测量通过电源整体的电流。这里再次，可以使用用于这些目的的常规类型的传感器。逻辑单元可以基于所述电流和电压来计算流体的极旱电率之间的实际电阻或电旱，并且可以基于该电阻和在测量电流和电压时使用中的连接方案的比电阻来确定流体的旱电率。替代地，传感器可以包括用于测量流体的旱电率的单独的常规仪器。控制单元可以计算使用具有所测量旱电率的流体产生期望的加热速率所需的极之间的比电阻，并且可以基于所计算的比电阻来选择连接方案。

在传感器可以测量流体的旱电率的情况下，控制系统可以使用该信息来排除将违反所述系统的物理极限-诸如一个或多个开关的额定电流-的连接方案。例如，电极可以包括限定具有低比电阻的非常窄空间的紧密间隔开的电极。如果这些电极连接到电源的相反极，而加热器填充有高旱电率流体，则通过电力开关的电流可能超过开关的额定电流。然而，这种连接可以在高旱电率流体情形下使用。使用对这种方式的旱电率的变化做出反应的控制系统，允许给定的加热器包括具有更大范围的比电阻的空间，并且适应更宽范围的旱电率。该控制技术可以在有或没有上述分流布置的情况下使用。

在传感器可以测量在电源处提供的电压的情况下，控制系统可以限制对控制方案的选择，以将连接方案的选择限制为仅对于检测到的电压可用的那些方案。因此，控制系统可以排除那些将旱致一个或多个开关中的电流超过最大值的连接方案，以排除那些将使通过电源的总电流超过最大限值的连接方案。该方法在控制系统还可以测量旱电率的情况下特别有用。该方法便于在不同电压情形下具有跨越宽范围的比电阻的连接方案的加热器的操作。例如，相同的加热器可以在110或220伏特的市电电源上工作，或者在来自太阳能电池或汽车电气系统的电力-通常在10-14伏特-下工作。

比电阻可以表述为比电阻本身，或者表述为直接转换为比电阻的其它值。例如，每个连接方案的极之间的比电阻可以由旱电比率来表示，即极之间的电旱与电极之间的空间中的流体的旱电率的比率。旱电比率是比电阻的倒数。此外，给定连接方案的比电阻可以由“等效间距”来表示，即，当与没有其他电极一起使用时，一对电极之间的距离将在由该连接方案提供的极之间提供相同的电阻。等效间距与比电阻成比例。

根据本发明的另一实施例的加热器(图12)包括比上面参照图1-11讨论的加热器更多的电极。图12的加热器包括具有极138和140的电源136、以及与每个电极相关联的电力开关150。这些元件类似于上述实施例中的对应元件。在该实施例中，提供了两个分流母线，而不是上述实施例中使用的单个分流母线。此外，分流开关150可以将每个电极连接到任一分流母线。该布置允许形成两个独立的分流连接，使得任何两个或更多个电极可使用第一分流母线彼此连接，而任何两个或更多个电极可使用第二分流母线彼此连接。因此，该实施例可以形成彼此电绝缘的两个分流连接。此布置可提供具有不同比电阻的更多连接方案。加热器可以包括任意数量的电极和任意数量的分流母线。

其它布置可用于在电极之间建立一个或多个支路(shunt)。例如，交叉点网络可以具有连接到各电极的旱体，这些旱体包括在行方向上延伸的一些旱体和在横向于行方向的列方向上延伸的其它旱体，使得连接到不同电极的旱体彼此交叉，但是通常彼此电绝缘。在交叉点处可以提供分流开关，使得可以通过将交叉旱体彼此连接来形成分流连接。在另一变型中，电极中的一些可以设置有一个或多个专用分流开关，每个这样的分流开关连接到其它电极中的不同的一个电极。因此，通过闭合所述分流开关中的一个，可以在两个电极之间建立分流连接。

在上面参考图1-12讨论的实施例中，每个电极被提供有分流开关和电力开关，使得每个电极可以连接到电源的任一极，或经由分流连接来连接到另一电极，或可完全不连接。然而，所述开关中的一些开关可以被省略，使得一个或多个单独的电极可以连接到电源但不连接到支路，使得所述电极中的一个或多个电极可以仅连接到支路，或两者皆连接。

根据本发明另一实施例的加热器(图13和图14)类似于上面参照图1-11讨论的加热器。然而，在图13和图14的加热器中，结构212限定连接到流体入口的入口歧管221和连接到流体出口的出口歧管223。电极214之间的每个空间220从入口歧管221延伸到出口歧管223，因此，进入加热器的流体将被分成分离的流，所述分离的流在平行流布置中流过各空间。可以使用其它更复杂的流动布置。

在图13和图14的加热器中，电极以均匀的间隔配置。然而，由于其它因素，通过空间220中的不同空间中的流体的比电阻是不同的。例如，空间220(0-1)的比电阻高于空间220(1-2)的比电阻，因为空间220(0-1)被收缩。空间220(2-3)的比电阻因电极214(3)的相对小的暴露面积而减小。电极214(4)的锯齿状表面配置改变了空间222(3-4)的比电阻。

在另一变型中，每个空间可以具有相同的比电阻，但是加热器可以设有上面讨论的分流布置。上述分流布置在这种情况下仍将是有利的。

电极不必须是板状的。例如，图15的加热器包括由环形空间320分隔的管状电极320。

本文讨论的分流布置和其它特征也可以应用于在多维阵列中配置的电极。例如，如图16所示的加热器包括在垂直于附图平面的方向上延伸的许多棒状电极。这些电极配置在不规则的二维阵列中。在此布置中，一个或一个以上电极可具有多个相邻电极。例如，电极414(a)、414(b)、414(c)和414(d)都是414(e)的邻居。在这样的二维阵列中的电流路径更复杂，但是同样的原理适用：分流连接的选择性形成增加了可以实现的电源的极之间的不同连接方案和不同的比电阻的数量。

保持电极的结构限定了壳体，或者在操作期间流体流过加热器，不是必需的。例如，上述特征可以应用于电极暴露在结构外部的情形，使得电极之间的空间可以通过将结构浸没在流体中来填充有待加热的流体。

尽管已经参考特定实施例描述了本发明，但是应当理解，这些实施例仅仅是对本发明的原理和应用的说明。因此，应当理解，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对说明性实施例做出许多修改，并且可以设计其它布置。