专利名称：高频电磁中央热水装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及热水器的制造。
目前市场上销售的热水器大体上有三类；燃气热水器、太阳能热水器和电热水器。燃气热水器的优点是体积小、热得快、随用随烧比较方便。缺点是供水量小、易受燃气压力、自来水压力和燃气表容量等因素影响，在沐浴中，可能因为燃气压力不稳或气表容量不足造成出水不热、中途灭火等现象；又由于是瞬间加热，不能短时间内放出大量热水，多路供水无法达到满意效果。另外，直排式热水器在使用中要求环境通风，人机分离，以免造成煤气中毒；强排式热水器安装要有风管，并且国家规定使用寿命为八年，超期使用易发生危险。太阳能热水器的优点是符合环保要求，节约能源。缺点是受季节气候和场地的影响较大，且安装维护较难，因此城市市场较难打开。电热水器由于克服了上述缺点，又由于价格低廉、使用方便等优点，而日亦受到人们的青睐。目前市场上销售的电热水器有两类一类是开启式；一类是封闭循环保温式。开启式电热水器的优点是结构简单、价格低廉、蓄水量大、不用保温、随用随烧封闭循环保温式电热水器的优点是卫生、保温、压力循环水、可多管路24小时供热水，并设有多种保护装置(如过热、过压、漏电等)。缺点是各类各型电热水器在设计上，尽管不断推陈出新，你用氧化镁微晶体绝缘；他用耐热陶瓷管隔离水电。但都没有解决水电分离的难题，而仅仅是在加强绝缘，强化保护上作文章，最终结果还是发热管浸泡在水箱里，水电一体，不能可靠保证人身安全。因此，一旦发热管腐蚀渗漏或陶瓷管体产生裂纹破损，则用户仍有触电的危险。还有一些厂家(如海尔电热水器)为了确保人身安全，不得不采取出水就断电的方式。可以说，目前市场上销售的电热水器，都没有真正解决水电分离的难题。
本实用新型的目的是一种新型高频电磁中央热水装置，可以克服电热水器的上述缺点，真正达到水电分离，向市场提供一种安全性能好、热效率高、经济耐用的热水器。
本实用新型包括外壳、保温层、水箱、进水管、单向泄压安全阀、出水管、三通、调温阀、喷头、蛇皮软管、阳极镁棒、励磁线圈、导磁条、热敏电阻、电源指示灯、电气控制印刷电路板、电源开关、温控器、工作指示灯、感温泡、冷风扇、通风口、电源线、插销和接地极构成。
本实用新型可以概括为水箱装置(外壳、保温层、不锈钢水箱、进水管、单向泄压安全阀、出水管、三通、调温阀、喷头、蛇皮软管、阳极镁棒)；励磁装置(整流器、扼流圈、滤波电容、高频励磁、谐振电容、大功率开关管、稳压二极管)；控制装置(比较整形电路、控制电平形成电路、脉宽控制电路、激励电路、感温泡、温控器、电源开关、电源指示灯、工作指示灯、电路板)；保护装置(开机瞬间保护、延时触发保护、过热保护、过电压保护、欠电压保护、过电流保护、冷风扇)。
本实用新型结合附图详细说明如下
图1是高频电磁中央热水装置的整体结构示意图。
图2是高频电磁中央热水装置的电气控制原理图。
如图所示，1是外壳，2是保温层，3是水箱，4是进水管，5是单向泄压安全阀，6是出水管，7是三通，8是调温阀，9是喷头，10是蛇皮管，11是阳极镁棒，12是检查孔盖，13是石棉层，14是励磁线圈，15是导磁条，16是热敏电阻，17是电源指示灯，18是电气控制印刷电路板，19是电源开关，20是温控器，21是工作指示灯，22是感温泡，23是冷风扇，24是通风口，25是电源线，26是插销，27是接地极。
将进水管4、出水管6、阳极镁棒11、感温泡管22焊接固定在不锈钢水箱内。在靠近阳极镁棒11一侧开一检查孔并用防水垫和钢板构成的检查孔盖(12)封闭(镙丝固定)。然后将水箱3装在PVC塑料外壳1内。除靠近感温泡22一侧外四周留出间隔并填充保温层2。在没有保温层一侧中心位置安装热敏电阻16，然后安装隔热石棉板13。在靠近石棉板中心下部安装励磁线圈14、导磁条15。在其后安装印刷电路板18。在靠近电气控制印刷电路板上下对称的外壳上开通风口23，并在顶部通风口下面安装冷风扇24。在外壳上安装电源指示灯17、工作指示灯21、温控器20、电源开关19。将插销26与电源线25一头连接，将另一头火线、零线分别与电源开关19的一头和整流器D27的2号接线柱连接，接地线与接地极27连接。
本实用新型的工作原理当电热水器安装好后，打开进水管与出水管的阀门，自来水经调温阀冷水入口、单向泄压安全阀、进水管注入水箱。当水经出水管、三通、调温阀、蛇皮管、喷头流出后，关闭出水管阀门。插上电源线，将温控器调到摄氏80度，合上电源开关K1。这时工作指示灯亮，220V交流工频市电经过桥式全波整流器D27和由扼流圈RFC与电容C31构成的滤波网络滤波后，将交流电变成直流电，再送到由励磁线圈L1、谐振电容C30、大功率开关管VT、稳压二级管D25、26组成的逆变电路上。大功率开关管VT在控制电路发出的矩形脉冲F控制下，作导通、截止工作。当大功率开关管VT导通时，直流电路向励磁线圈L1充电，电流上升并达最大值。当大功率开关管VT截止时励磁线圈L1与谐振电容C1串联谐振，G点产生高压正脉冲。当该脉冲降至零时，控制电路矩形脉冲再次加到大功率开关管VT上，使之导通。
由于大功率开关管的导通、截止的速度很快，所以通过励磁线圈中的电压和电流频率很高，约20-35千赫。根据电磁感应原理，在通电的励磁线圈周围将产生高频交变磁场。磁力线穿过不锈钢水箱将产生涡流，使水箱发热，达到加热里面水的目的。
本实用新型的整个电路由励磁装置、控制装置、保护装置三部分组成。其中励磁装置由整流电路、滤波电路、谐振电路、倒相电路组成。控制电路由比较整形电路、控制电平形成电路、脉宽控制电路、激励电路、温控器组成。保护装置由开机瞬间保护、延时触发保护、过热保护、过电压保护、欠电压保护、过流保护电路组成。
1、励磁装置工作原理当市电接通后，频率为50赫芝的交流电经过D27全波整流及由扼流圈RFC与电解电容C31构成的滤波网络滤波后，变为直流电。该直流电通过励磁线圈L1加到大功率开关管VT上。大功率开关管VT将根据控制电路中发出的激励信号F的脉宽大小，在主电路中起电流开关作用。它控制着励磁线圈中电流大小及通断的时间。当大功率开关管VT导通时，电流通过；当开关管截止时，L1、C30发生串连谐振，电路中并产生高压脉冲，L1向C30充电。当该脉冲降至零时，控制脉冲F在次加到大功率开关管VT的基极，使之导通。由于大功率开关管导通截止的频率相当快，所以励磁线圈L1中流过的电流频率很高，约20-35千赫芝。根据电磁感应原理，此时励磁线圈周围将产生高频交变磁场。这个高频交变磁场将在不锈钢水箱上产生涡流，水箱被加热并将热能传递给水。
2、控制装置工作原理如图2所示，控制电路由比较整形电路(JC2c、JC3a)控制电平形成电路JC3b、脉宽调节电路JC2d、激励级(BG7-BG11)、温控器WK1组成。谐振电路产生的信号G反馈，经R33、R34分压变成信号A输入到比较整形电路JC2c的第六脚后，在先与整流电路送至比较整形电路JC2c的第七脚的信号B比较后，经整形获得方波脉冲C。再经过JC3a整形后，由2脚输出信号。该信号经过C13、R43微分电路，形成锯齿波信号D。锯齿波信号输入到脉宽调节电路JC2d的正向输入端第11脚，而由控制电平电路输出的信号输入JC2d的反向输入端第10脚。结果是由JC2d输出的是脉宽可调的信号E。再经由BG7-BG11构成的激励级进行整形与功率放大，形成脉宽可调的激励信号F，输出到大功率开关管VT的基极，驱动大功率开关管做高频快速通断。从而控制功率大小。
温度控制当水箱内水温达到摄氏80度时，插入水箱内的感温泡中的液体乙醚澎涨，驱动温控器WK1动作，切断电源，高频电磁热中央水器停止工作。当水箱内水温降到摄氏60度时感温泡中液体乙醚收缩，驱动温控器WK1动作，接通电源，高频电磁中央热水器工作。
3、保护装置工作原理由图2可知，电磁热水器保护电路有开机瞬间保护、延时触发保护、过热保护、过电压保护、欠电压保护、过电流保护和功率控制。在电磁热水器的开机瞬间，电网电压突变，如不采取保护措施，很容易将大功率开关管烧毁。瞬间保护电路将解决这一问题。在电源电压Vb+出现突变变量时，该变量将通过电容C1输入到瞬间保护器JC1a，经JC1a倒相输出使二极管D2导通，封锁住高频振荡器，从而保护大功率开关三极管。BG1、JC1b供作延时触发之用。
为了防止高频电磁中央热水器加热温度失控，本实用新型在高频电磁中央热水器水箱上装有探温元件热敏电阻R14。当高频电磁中央热水器水温上升时，R14的阻值减小，JC2a的反向输入端的电位升高。当超过设定温度摄氏90度时，JC2a、JC2b工作状态翻转使信号E处于零电位，使电路停止工作。
电网电压不足时，极易损坏机内器件。本机电路设置了欠压保护电路。电源变压器的次级18V交流电经D28整流后，形成脉动电压。经BG3、BG2放大接到JC2b的正相输入端。电源电压越低，BG2集电极电压越低。当低于JC2b反相端电位时，输出端由开路状态跳至零电平，使E为零。
过压保护电路由BG4、D6组成。当电压正常时，BG4截止。当过电压时，D6击穿，M电位幅度增加，并经BG4倒相后，去泄放控制电平形成级输入端的电容C23两端的电荷，使I电位降低。
开关管过电流时，阻尼管D25、D26正向压降将增大。BG6集电极输出脉冲宽度也将增加，经C14滤波后，使J电平升高。因此，由BG6组成的电路具有过流保护作用。
功率调节从图2可知，H为高频电磁中央热水器功率电平的置定。经过电流互感器S1、整流二极管D27滤波电容C27的负反馈信号为取样电位L。L电位体现输出加热功率的大小。H、L共同汇集于控制电平形成电路的直流放大器JC2b并在13端输出J。J是整机总电流的取样电平，它与整个高频振荡器组成功率调节电路(或称恒功率电路)。即取自开关管的正反馈信号G，经分压、整形、微分电路形成锯齿波信号D，加到比较器JC2d的同相输入端；而取自调节取样电路的控制信号J，加到比较器JC2d的反向端。假设功率调节电平逐渐减小，J的电平逐渐升高，则E和F的脉宽逐渐减小。G的有效值也随之减小。反之亦然。
本实用新型的技术指标电源220V50HZ功率800W、1500W水箱压力0.6MPa热效率85％加热方式高频电磁波、(水箱体外无接触)控温范围摄氏30-90度功能密封保温、循环水、24小时多管路中央供热水安全性能水电分离保护设置防干烧、防过热、防超压、防回水、防静电和感应电。
自动化程度自动蓄水、自动断水、自动泄压、自动加热和自动控温。
本实用新型的优点1、水电分离、安全防触电。本实用新型由于摒弃了电热水器发热元件安装在水箱内的传统作法，采用全新的磁场感应涡流加热技术，在不锈钢水箱外5-10毫米处，安装高频励磁线圈。通电后高频励磁线圈产生的强磁场在含铁质的不锈钢水箱上形成铁分子共震，高速运动生成数以万计的涡流，并转换成高效热能，直接加热水箱中水。因此，本实用新型彻底解决了电热水器不能实现水电分离的这一难题，使交流220V市电与水箱从真正意义上实现了水电分离，保证了用户的用电安全。
2、热效率高节能省电。本实用新型由于采用了高频磁场感应涡流加热方法，因此热效率高达85％。而一般采用电阻发热方法，热效率仅为56％。而采用燃烧发热方法，热效率更低，仅为50％。因此，在节约能源上本实用新型比普通电热水器节约能源29％；比天燃气燃烧节能35％。以天津市现行电价1度电为0.38元，天然气现价1立方米为1.6元计算，使用本实用新型，1度电中将有0.32元的电能转换成热能，损失仅为0.057元；而用电炉，1度电中仅有0.213元的电能转换成热能，转化损失高达0.167元。而用煤气燃烧的方式进行热转换损失更大。燃烧的热效率为50％，在转换中你仅能得到0.8元的热能，而另一半就在转化过程中白白浪费了。
3、本实用新型对水有磁化，对人体有磁疗保健作用。本实用新型在工作时，高频电磁场不仅在不锈钢水箱上产生涡流发热，而且对水箱中的水也有磁化作用。经过磁化的水，呈顺磁现象，使氢、氧原子结构均匀排列，水中含氧量、渗透压、电导率、盐类溶解度等均发生变化，长期使用有健身防病的作用。对调节植物神经功能，溶解排出体内各种结石，对高血压、冠心病、肥胖症等均有疗效。
4、本实用新型属于环保产品，对人体无害；对视听家电无任何干扰。本实用新型在工作时不产生任何明火和废气，对人体无害。由于它的工作频率设计在20-35千赫芝，对人体无幅射热，安全性能较好。为了防止高频信号向外幅射泄漏，造成对邻近家用电器干扰，本实用新型首先对高频电路进行了屏蔽设计，其次为了防止高频信号沿着电源线向外泄漏，在电源部分加了高频扼流圈和滤波电容，并在设计上使主电路工作电流频率基本上接近于正弦波波形。有效地防止了高频泄漏。在防静电、感应电对人体的伤害上，本实用新型做了良好的接地设计，以确保人身安全。
权利要求1.一种高频电磁中央热水装置，其特征在于它由外壳(1)、保温层(2)、水箱(3)、进水管(4)、单向泄压安全阀(5)、出水管(6)、三通(7)、调温阀(8)、喷头(9)、蛇皮管(10)、阳极镁棒(11)、检查盖(12)、石棉垫(13)、励磁线圈(14)、导磁条(15)、热敏电阻(16)、电源指示灯(17)、电气控制印刷电路板(18)、电源开关(19)、温控器(20)、工作指示灯(21)、感温泡(22)、冷风扇(23)、通风口(24)、电源线(25)、插销(26)、接地极(27)；将进水管(4)、出水管(6)、阳极镁棒(11)、感温泡管(22)固定在不锈钢水箱内；在靠近阳极镁棒(11)一侧开一检查孔并用防水垫和钢板构成的检查孔盖(12)封闭；然后将水箱(3)装在外壳(1)内；除靠近感温泡(22)一侧外四周留出间隔并填充保温层(2)；在没有保温层一侧中心位置安装热敏电阻(16)，然后安装隔热石棉板(13)；在靠近石棉板中心下部安装励磁线圈(14)、导磁条(15)；在其后安装电气控制印刷电路板(18)；在靠近印刷板上下对称的外壳上开通风口(23)，并在顶部通风口下面安装冷风扇(24)；在外壳上安装电源指示灯(17)、工作指示灯(21)、温控器(20)、电源开关(19)；将插销(26)与电源线(25)一头连接，将另一头火线、零线分别与电源开关(19)的一头和整流器D27的2号接线柱连接，接地线与接地极(27)连接。
2.根据权利要求1所述的高频电磁中央热水装置，其特征在于所述的进水管(4)插入水箱约2厘米；出水管(6)插入水箱距离顶部约3厘米。
3.根据权利要求1所述的高频电磁中央热水装置，其特征在于所述的(3)水箱与碟型高频励磁线圈(14)之间，间隔不超过10毫米，其间并有隔热石棉保护层。
4.根据权利要求1所述的高频电磁中央热水装置，其特征在于所述的碟型励磁线圈(14)下面，装有6根高频导磁条。
5.根据权利要求1所述的高频电磁中央热水装置，其特征在于靠近励磁线圈(14)一侧上下有对称的通风栅栏孔。
专利摘要本实用新型是高频电磁中央热水装置。本实用新型克服了现有电热水器的缺点,它是由水箱、励磁装置、控制装置、保护装置组成。由于它采用高频电磁波感应涡流发热新技术,不仅解决了电热水器“水电分离”的难题,而且热效率达85%,比电热水器提高29%。它不仅适用于家庭联网向厨房、卫生间供应热水,而且适用于餐馆、理发店、小集体等对热水的需要。
文档编号F24H1/18GK2457502SQ00265378
公开日2001年10月31日 申请日期2000年12月13日 优先权日2000年12月13日
发明者张培青, 张卫东 申请人:张培青