一种智能高效水体发热式即热电热水器的制作方法

本发明涉及一种即热电热水器，特别涉及一种智能高效水体发热式即热电热水器。

背景技术：

普通电热水器是一种用于家庭中淋浴及向厨房和卫生间供热水的小家电产品，该产品按加热方式可分为间接加热式和直接加热式、按容积可分为储水式和即热式（或称快热式），储水式电热水器具有加热功率小、可断电供热水的优点，即热式电热水器具有即开即热、节水节电、体积小、重量轻的优点。

目前国内生产销售的即热式电热水器普遍采用上述间接加热式，该间接加热式的加热电流通过发热元件、发热元件产生热量、该热量再通过热传导的方式间接加热水体，该间接加热式按发热元件可分为电热管加热式、石英管电热膜加热式、铸铝电热管加热式、半导体陶瓷（ptc）加热式等几种，该间接加热式的加热功率一般为4kw-8.5kw、产品电热（电能-热能）转换效率一般为65%-85%、发热元件的表面温度一般为260℃-700℃、家用电器电击防护分类一般为ⅰ类（基本绝缘附加保护接地）；而上述直接加热式无发热元件，加热电极的电压直接施加在水体上、加热电流直接通过水体的水电阻、水电阻产生热量进而使水体自发热，该直接加热式的电热转换效率可接近100%，同时具有不易结水垢、使用寿命长、加热热惯性小等优点，但水体的水电阻受水质硬度和水温影响较大，而水质硬度与水中以离子形式存在的可溶性盐类物质有直接关系，自来水的水质硬度一般为300mg-450mg/l，国内不同地区、不同季节的自来水水温范围一般为5℃-25℃，该水质硬度和水温较高时水电阻的阻值减小、反之则水电阻的阻值增大。

但上述产品也存在一些缺陷和局限性，例如1：上述间接加热式产品的电击防护分类普遍为ⅰ类，而ⅰ类电击防护依靠基本绝缘和保护接地，由于即热式电热水器必须通电才能供热水，因此当用户家中交流电源保护接地缺失或接地电阻较大时，如果用户在使用中发热元件漏电，将会造成较大的安全风险；上述间接加热式产品的发热元件结构中普遍存在电绝缘介质（例如：电热管中的氧化镁粉、石英管电热膜中的石英管），该电绝缘介质使发热元件电热转换效率降低，并且该发热元件普遍发热面积较小、表面温度较高、在使用中较易结水垢，而水垢使发热元件电热转换效率进一步降低，由于发热元件电热转换效率较低，并且发热元件对水流的加热时间较短，因此该间接加热式产品的加热功率普遍较大，由于对用户家中交流电源线和电度表有较高的要求，因此造成该产品安装比较困难；例如2：上述直接加热式由于交流输入电源与加热电极直接电连接，而加热电极又与水体直接接触，因此存在较大的安全隐患，并且由于国内各地自来水的水质硬度和水温变化范围较大，因此造成该直接加热式的加热电流变化范围也较大，由于上述原因，该直接加热式对自来水的水质硬度和水温要求较高、并且在水体加热后必须断电才能安全使用，因此该直接加热式的技术原理仅适用于储水式电热水器；由于即热式电热水器必须在通电状态下才能供热水，因此该直接加热式的技术原理目前不适用于即热式电热水器产品；随着国内经济的发展和居民生活水平的提高，人们对即热式电热水器产品功能和性能的要求也不断提高，该产品尚不能完全满足需要。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有电热水器技术的不足之处，提供一种具有智能控温、高效节电、使用安全可靠、安装简便等特点，并且符合相关国家标准和行业标准、适合工业化生产的智能高效水体发热式即热电热水器。

本发明的技术方案是：

一种智能高效水体发热式即热电热水器，包括热水器外壳，置于该热水器外壳内部的电路板、水冷散热器、加热器、水温传感器、漏电断路器、隔离变压器、加热器接线端、水流传感器，置于该热水器外壳外部的热水器出水口、室温传感器、输入电源线、热水器进水口，其中输入电源线、漏电断路器、电路板、隔离变压器、加热器接线端依次串联电连接，而电路板分别与水温传感器、室温传感器、水流传感器电连接，其中热水器进水口、水流传感器、水冷散热器、加热器、热水器出水口依次串联水路连接。

上述电路板包括igbt管、整流桥堆、电流传感器、高频逆变、功率设定、温度显示、智能控温、温度设定，其中高频逆变分别与igbt管、整流桥堆、电流传感器、功率设定、智能控温电连接，而智能控温分别与温度显示、温度设定电连接，其中电路板中的整流桥堆与上述漏电断路器电连接，其中电路板中的高频逆变与上述隔离变压器电连接，其中电路板中的智能控温分别与上述水温传感器、室温传感器、水流传感器电连接。

上述水冷散热器包括铜板，置于该铜板一面的铜管，该铜板与铜管通过钎焊连接，该铜管一端为散热器进水口，另一端为散热器出水口，该铜板另一面用于安装陶瓷绝缘片、上述电路板中的igbt管、上述电路板中的整流桥堆，该igbt管和整流桥堆产生的热量通过铜管中的水流进行散热，同时该热量也对水流进入加热器之前进行预热。

上述加热器包括加热器外壳，置于该加热器外壳内部的等电位导电板、加热电极，置于该加热器外壳外部的加热器出水口、加热器进水口、加热器接线端，其中加热电极与加热器接线端电连接，其中等电位导电板用于消除加热器进水口与加热器出水口之间水流的电位差，水流通过加热器进水口进入加热器内，加热电极的高频电压施加在水流上，水流的水电阻产生热量进而使水体自发热，加热后的水流经加热器出水口流出。

本发明与现有技术相比有益效果是：

本发明提供了一种具有智能控温、双重电击防护等功能，具有使用安全可靠、高效节电、安装简便、不易结水垢、使用寿命长、出水热惯性小等特点的智能高效水体发热式即热电热水器。

本发明与现有上述间接加热式产品相比，由于本发明采用了隔离变压器、电击防护不再依靠保护接地，因此安全性能得到了较大提高；由于本发明水流加热采用了水体发热式、高频逆变采用了开关电源模式、主要功率元器件igbt管和整流桥堆采用了水冷散热器、隔离变压器采用了高效铁芯，因此本发明的整体电热转换效率可达99%以上，而现有的上述间接加热式产品的整体电热转换效率平均为75%左右，因此本发明的节电效果显著；通过上述智能控温、室温传感器、水温传感器使本发明具有了智能设定水温、智能控制水温的功能；由于本发明的加热效率较高、输入功率相对较小、并且可以设定输入功率，因此本发明的安装较简便。

本发明的水体发热式与上述直接加热式的发热原理类似，但该水体发热式着重解决了该直接加热式的缺陷和局限性，例如：1、主要通过上述漏电断路器、高频逆变、隔离变压器解决了该直接加热式的电击防护问题；2、主要通过上述igbt管、电流传感器、高频逆变使该直接加热式的加热电流保持稳定，从而解决了该直接加热式对国内各地自来水水质硬度和水温的适应性问题；上述两个关键问题的解决使该直接加热式的技术原理在即热式电热水器产品中的实际应用成为可能，同时该直接加热式的诸多优点通过本发明的水体发热式得以充分展现，本发明的技术方案可用于即热式电热水器、也可用于储水式电热水器，具有较大的推广应用价值。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明的整体电路控制框图。

图3为本发明的水冷散热器结构示意图。

图4为本发明的加热器剖面结构示意图。

图中：1热水器外壳，2电路板，3水冷散热器，4加热器，5水温传感器，6热水器出水口，7室温传感器，8漏电断路器，9输入电源线，10隔离变压器，11加热器接线端，12水流传感器，13热水器进水口，14铜板，15铜管，16陶瓷绝缘片，17igbt管，18整流桥堆，19散热器进水口，20散热器出水口，21加热器出水口，22等电位导电板，23加热器外壳，24加热电极，25加热器进水口。

具体实施方式

本发明的具体实施方式如下：

如图1所示，一种智能高效水体发热式即热电热水器，包括热水器外壳1，置于该热水器外壳1内部的电路板2、水冷散热器3、加热器4、水温传感器5、漏电断路器8、隔离变压器10、加热器接线端11、水流传感器12，置于该热水器外壳1外部的热水器出水口6、室温传感器7、输入电源线9、热水器进水口13，其中输入电源线9、漏电断路器8、电路板2、隔离变压器10、加热器接线端11依次串联电连接，而电路板2分别与水温传感器5、室温传感器7、水流传感器12电连接，其中热水器进水口13、水流传感器12、水冷散热器3、加热器4、热水器出水口6依次串联水路连接。

如图1、图2所示，本实施例中，所述电路板2包括igbt管17、整流桥堆18、电流传感器、高频逆变、功率设定、温度显示、智能控温、温度设定，其中高频逆变分别与igbt管17、整流桥堆18、电流传感器、功率设定、智能控温电连接，而智能控温分别与温度显示、温度设定电连接，其中电路板2中的整流桥堆18与上述漏电断路器8电连接，其中电路板2中的高频逆变与上述隔离变压器10电连接，其中电路板2中的智能控温分别与上述水温传感器5、室温传感器7、水流传感器12电连接。

如图1、图3所示，本实施例中，所述水冷散热器3包括铜板14，置于该铜板14一面的铜管15，该铜板14与铜管15通过钎焊连接，该铜管15一端为散热器进水口19，另一端为散热器出水口20，该铜板14另一面用于安装陶瓷绝缘片16、上述电路板2中的igbt管17、上述电路板2中的整流桥堆18，该igbt管17和整流桥堆18产生的热量通过铜管15中的水流进行散热，同时该热量也对水流进入加热器4之前进行预热。

如图1、图4所示，本实施例中，所述加热器4包括加热器外壳23，置于该加热器外壳23内部的等电位导电板22、加热电极24，置于该加热器外壳23外部的加热器出水口21、加热器进水口25、加热器接线端11，其中加热电极24与加热器接线端11电连接，其中等电位导电板22用于消除加热器进水口25与加热器出水口21之间水流的电位差，其中加热器外壳23采用玻璃纤维增强尼龙等绝缘材料，其中等电位导电板22和加热电极24采用耐电腐蚀的石墨或钛合金等导电材料，水流通过加热器进水口25进入加热器4内，加热电极24的高频电压施加在水流上，水流的水电阻产生热量进而使水体自发热，加热后的水流经加热器出水口21流出。

如图1所示，本实施例中，所述隔离变压器10包括铁基超微晶（纳米晶）环形铁芯、在该环形铁芯外部缠绕的多股漆包绞线，为了提高隔离变压器10的工作效率、该隔离变压器10初级与次级采用1:1的匝数比。

如图1、图2、图3所示，本实施例中，本发明电路控制中的漏电断路器8、igbt管17、整流桥堆18、电流传感器、水温传感器5、室温传感器7、水流传感器12等主要元器件均采用通用品，上述电路板2中的高频逆变采用开关电源通用的电流型脉宽调制（pwm）ic，该脉宽调制ic与igbt管17、电流传感器、功率设定等配合，在智能控温、功率设定、水电阻值大范围变化时，通过调整高频逆变中的高频电压、电流的脉宽进而对交流输入电流及加热电流进行控制，上述电路板2中的智能控温采用通用运算放大器ic，该运算放大器ic与室温传感器7配合可以智能设定水温，该运算放大器ic与水温传感器5配合可以智能控制水温。

如图1、图2、图4所示，本实施例中，本发明的工作原理是：本发明接通交流输入电源及自来水，水流动时、水流传感器12的电信号使上述智能控温和高频逆变启动，该智能控温根据水温传感器5和室温传感器7的反馈信号进行智能设定和控制出水温度，在室温低于30℃时、本发明开机后自动将水温设定为40℃，而在室温高于30℃时、自动将水温设定为36℃，水温智能设定后可通过上述温度设定进一步手动微调，该设定的温度通过上述温度显示予以指示，本发明开机后自动将交流输入功率设定为3500w（对应的电源铜线为2.5mm²、交流输入电流不大于16a），如果用户家中电源铜线不小于4mm²、开机后可通过上述功率设定将交流输入功率选择在5500w（对应的交流输入电流不大于25a），本发明的交流输入功率较大时、水温保持不变、但水流相应增大，上述高频逆变根据智能控温、功率设定、电流传感器的控制信号对高频电压、电流的脉宽进行调整，调整后的高频电压经隔离变压器10进行电安全隔离后接至加热器4，该高频电压通过加热电极24直接施加在水流上，水流的水电阻产生热量进而使水体自发热，通过控制加热电极24的脉冲电流进而控制水电阻的发热量，该发热量的变化进而使热水器出水口6的水温保持恒定，该水温控制范围为30℃-50℃。