专利名称：按需式电水加热器和水加热系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及水加热器。更具体地说，本实用新型涉及使用电阻性加热元件 (resistive heating element)的水力口热器类型。
背景技术：
典型的“按需式(On Demand)”或“即热式(Instant) ”类型的电水加热器(加热 器)通常由电加热系统、电源以及传感器和控制系统组成。这些部件通常封装在金属或塑 料外壳内，作为完整的、可以安装的热水加热器。由于外壳由许多部件制成，所以制造和组 装相对昂贵。更普遍的是，为了安全运行，常规即热式水加热器还设置了昂贵和复杂的安全装置。而且，常规即热式水加热器中使用了相对昂贵的镍铬合金线作为浸没式加热元 件。所有这些特征使常规商用即热式电水加热器的设计和制造相对复杂。而且，对普 通用户来说，这些特征也使常规商用即热式电水加热器的价格相对较高。本实用新型涉及简单的按需式电水加热器和水加热系统。
实用新型内容本实用新型的一个创新方面是采用简单、整体模制的塑料主体，塑料主体也形成 加热器内部的水流道(water flow-channel)。主体还形成水加热器的外壳和用于安装其他 必需部件和配线的框架。在本实用新型的另一创新方面，在电加热元件和其电源触点(powercontact)之 间设置有易熔连接装置(fusible connection)，以便在电源过载情形时切断通向加热元件 的电源。在本实用新型的另一创新方面中，在电加热元件和其电源触点之间设置有“水桥 (water-bridge) ”，以防止在加热器内没有水流时接通电加热元件的电源。本实用新型的另一创新方面是，用较便宜的不锈钢线加热元件代替电水加热器的 较昂贵的镍铬合金线加热元件。在本实用新型的优选实施方式中，按需式电水加热器包括内部形成有水流道的外 壳和电流通路(electrical flow pathway) 0电流通路包括设置在水流道中的浸没式加热 元件、电连接到浸没式加热元件和电源的继电器开关以及设置在水流道中的水桥。通过水 桥空隙的水流激活继电器开关，从而给浸没式加热元件提供电源。在本实用新型的另一方面，浸没式加热元件由不锈钢形成。[0015]在本实用新型的又一方面，浸没式加热元件是不锈钢线。在本实用新型的另一方面，不锈钢线为盘绕式的。在本实用新型的另一方面，浸没式加热元件设计成在规定的电过载的情况下烧 断，从而切断通过电路的电流。在本实用新型的另一方面，浸没式加热元件通过易熔连接装置与电流通路连接， 易熔连接装置设计成在规定的电过载的情况下熔化，从而切断通过电路的电流。在本实用新型的另一方面，外壳制造成单件主体。在本实用新型的另一方面，水加热系统包括上述多个按需式电水加热器。在本实用新型的另一方面，模块化按需式电水加热器包括多个水加热元件模块。 每个加热元件模块包括在其内部形成有水流道的外壳和设置在水流道中的浸没式加热元 件。外壳制造成单件主体。浸没式加热元件连接到电流通路，电流通路包括电连接到浸没 式加热元件、电源和设置在水流道中的水桥的继电器开关。通过水桥空隙的水流激活继电 器开关，从而给浸没式加热元件提供电源。浸没式加热元件是盘绕式的不锈钢线。另外，浸 没式加热元件通过易熔连接装置连接到电流通路，易熔连接装置设计成在规定的电过载的 情况下熔化，从而切断通过电路的电流。
图1为使用单个加热元件模块的水加热系统的示意图。加热元件模块采用金属线 圈作为浸没式加热元件。图2为使用单个加热元件模块的水加热系统的示意图。加热元件模块采用金属棒 作为浸没式加热元件。图3为使用多个加热元件模块的水加热系统的示意图，且加热元件模块具有单个 水桥和继电器，以控制经过浸没式加热元件的电流。为了提供较高的水温，水以串行方式流 过加热元件模块。图4为使用多个加热元件模块的水加热系统的示意图。水桥位于每个加热元件模 块的出水口。水桥以串联方式连接到单个继电器，继电器控制经过所有的连接着的浸没式 加热元件的电流。为了提供较高的水温，水以串行方式流过加热元件模块。图5为使用多个加热元件模块的水加热系统的示意图。水桥位于每个加热元件模 块的出水口。水桥以串联方式连接到单个继电器，继电器控制经过所有的连接着的浸没式 加热元件的电流。为加大水的流量，水以并行方式流过加热元件模块。图6为使用多个加热元件模块的水加热系统的示意图。水桥位于每个加热元件模 块的出水口。每个水桥连接到对应的继电器，该继电器控制经过相关加热元件模块的浸没 式加热元件的电流。为加大水的流量，水以并行方式流过加热元件模块。图7为使用多个加热元件模块的水加热系统的示意图。每个水桥连接到对应的继 电器，该继电器控制经过其相关加热元件模块的浸没式加热元件的电流。为提供较高的水 温，水以串行方式流过加热元件模块。图8A显示了整体式外壳的等距正面图。图8B显示了图8A整体式外壳的背面图。
具体实施方式
如此处使用的，术语“浸没式加热元件”描述与水“直接接触”或由于与水接触“被 浸湿”的电阻性元件。图1显示了根据本实用新型的水加热系统100的一个方面。水加热系统100包括 加热元件模块10、电磁开关14、水桥18和互相连接的电线。加热元件模块10包括内含电 加热元件IOh的外壳10x。外壳IOx的物理结构见图8A和图8B。外壳IOx配置为单件，其 中设置有一个或多个水流道10c。进水口 IOci提供冷水从外部水源到水流道IOc的流体相 通。出水口 IOce提供热水从水流道IOc到热水使用设备(hot water consuming fixture) 的流体相通。热水使用设备可以是淋浴喷头或水龙头或诸如洗碗机或洗衣机或热水分配管 道系统等的任何热水使用设备。电加热电极IOh位于外壳IOx的进水口 IOci和出水口 IOce之间。电极IOh配置 成细金属线圈10hs，其相对于类似的铜线的电阻对于电流具有高电阻。众所周知，当电流 过电阻时，相对较高的电阻将使线IOhs变热。任何合适的金属线都可以用作加热元件。例 如，常规使用的镍铬合金线可用作加热元件。但是，本实用新型的优选实施方式使用不锈钢 线，因为它的成本相对低于镍铬合金线。外壳IOx由诸如塑料等的适当的非导电材料制成，通过诸如模制的适当的加工工 艺，外壳可以做成整体。在优选实施方式中，流道IOc构造为管，其的相对端IOca和IOcb 分别被封闭。显然，为了在紧凑的外壳内容纳所需要长度的线10hs，流道IOc可以构造为蜿 蜒状或螺旋状或其他任何盘旋状的通道设计。另外，外壳IOx可设计为包括其他部件，例如 用于辅助电气部件的安装支架(mounting bracket)。在优选实施方式中，电极IOh由盘旋的拉伸弹簧形状的不锈钢线IOhs形成，并沿 流道IOc的纵向轴线延伸。电极IOh的第一端IOha与电连接器12a连接，而电连接器12a 又通过流道IOc的第一封闭端IOca伸出。作为安全装置，电极IOh的第一端IOha和电连接 器12a之间的连接装置IOhf由诸如焊料的温度熔点相对较低的材料制造。这样，连接装置 IOhf用作熔线，并且当通过电极IOh的电流超过预设的设计值或电极因任何原因开始过热 时就会熔化。易熔连接装置IOhf的熔化将切断电流到与之相连接的电极IOh的流动。因 此，已熔连接装置作为安全装置操作，其减少因电极加热元件IOh的过热而对加热器100或 其周围环境造成损害的可能性。作为可选方案，电极IOh本身可被设计为当遭受规定的过载情况时“烧断”。这样 就不需要上述易熔连接装置IOhf 了。可选地，可以同时使用有“烧断”能力的电极IOh和 易熔连接装置IOhf来提供不同程度的操作安全性。在其第二端，电极IOh与第二电连接器12b连接，而电连接器12b又通过流道IOc 的第二封闭端IOcb伸出。当将电流应用于连接器12a和12b时，电流通过易熔连接装置 IOhf和电极12h，从而使电极12h发热。由于电极12h与冷水直接接触，所以来自电极12h 的热被迅速传导至冷水中。这导致冷水几乎被“瞬时”加热。另外，所产生的热几乎全部传 导到了冷水中，且基本没有到周围环境的热损失。在优选实施方式中，在邻近流道IOc的第一封闭端IOca处设置了进水口 10ci。在 邻近水流道IOc的第二封闭端IOcb处设置了出水口 10ce。待加热的水通过进水口 IOci被 引入水流道10c。这样，水沿加热电极12h的路线流动并被加热。加热后的水通过出水口IOce流出流道10c。电源开关16设置为与电极12h串联，以根据需要接通或断开电极，从而提供所需 的功率水平或水温。如下文所述，电源开关16也可以放置在电路的其它位置，例如，放置在 以下关于图2描述的继电器控制电路中。作为额外的安全装置，在流道IOc的出水口 IOce处设置了 “水桥” 18。如此处定 义的，“水桥”是一对非接触电触点，其通过导电流体“搭桥”，以使电流能够从第一触点到第 二触点。因此，只要没有流体为两个触点电搭桥，两个触点之间便没有电流。这样，水桥就 起到了自动安全装置的作用，因为如果没有流体桥接两个触点，电路中便没有电流。水桥18包括一对电触点，分别是18a和18b，其位于出水口 IOce处，两者之间有空 隙log。当空隙IOg中有水时，水桥18被接通，且电流从触点18a和18b之间流过，并且允 许激活电磁开关14，而电磁开关14又激活加热元件IOhs的电源，如下面所描述的。如前所述，电极IOh通过电源开关16连接到标准120伏交流电或其他合适的电 源。图1所示的电路非常简单，且对电领域的普通技术人员来说是显然的。因此，对于了解 本实用新型来说，书面详细描述电路被认为是多余的。为使加热系统100自动运行，配置了电磁开关14，电磁开关14的触点作为加热系 统100的主开关。开关14由通过水桥18的空隙IOg的水流激活。可选地，可以采用流量 开关或证实水在加热器中流动的其它装置来激活开关14。当水封闭水桥18的空隙IOg时， 电流如前所述从水桥18的触点18a流到触点18b，并且激活电磁开关14以接通其的两个触 点，从而为电极IOh提供电流。这样，电极IOh开始自动加热水，但只有在本安全装置证实 水流道IOc中有水时才能加热。如果水加热器中没有水，那么此安全装置就不可能启动电 磁开关14，从而防止在干的加热器中电接通电极10h。本实用新型的水桥18还可以用作主电源电路的一部分。但是，这种布局可能不如 将水桥置于电磁电路的低功率一侧那样理想。另外，本实用新型的水桥18可以用作电源控制传感器(power controlsensor)。 这可以通过配置水桥18来实现，使得水桥触点18a和18b响应于水流或水压或水速或其他 这样的参数适当地被浸湿。这样，水桥18的电阻变化可作控制信号使用，该信号又可用于 确定和控制水加热系统100的合适功率水平。对于本领域技术人员同样显然的是，上述加热系统100的元件可以按其他配置来 安排而不偏离本实用新型的精神。另外，可以对加热系统100的某些或全部元件做功能上 的置换而不偏离本实用新型的精神。例如，在图2显示的水加热系统110中，加热棒IOhr可以换成加热线圈10hs，同 时保持加热系统100的其他元件与图1中的相同。在例如烤箱(toaster oven)等的电加 热设备中使用电热棒在本领域中是众所周知的。这个知识可以轻松移植到图1电加热系统 100的设计中。图1所显示的多个加热元件模块10可以按各种组合使用，以提高水温或水流量， 或同时提高水温和水流量。例如，图3所显示的水加热系统120具有3个加热元件模块10， 其以串联水流配置来布置。这样，当水从第一个水加热元件模块10流向第二个水加热元件 模块10、流向第三个水加热元件模块10时，水可以被累进加热。出于简洁和经济上的考虑， 在第三个加热元件模块10的出水口 IOce设置了单个水桥18，以激活共用电磁开关14，电磁开关14向水加热系统120的所有电极IOh供电。电水加热系统120的电路和运行类似 于以上关于图1所描述的电路和运行，且这对于电领域普通技术人员来说是显然的。作为本实用新型多功能性的另一例子，图4显示的水加热系统130具有3个加热 元件模块10，其以之前图3所显示和描述的串联水流配置来布置。但是，在这个实施方式 中，每个加热元件模块10的出水口 IOce处都设置了专用水桥18，用于激活共用电磁开关 14。尽管为简化起见而未显示，但是三个水桥是串联连接的。这样，任一水桥停止工作都会 关闭开关14并切断水加热系统130的电源。电水加热系统130的电路和运行类似于以上 关于图1所描述的电路和运行，且这对于电领域普通技术人员来说是显然的。作为本实用新型多功能性的又一例子，图5显示的水加热系统140具有2个加热 元件模块10，其以并行水流配置来布置。因而，与具有单个加热元件模块的水加热系统相 比，可以加热两倍的水量。每个加热元件模块10的出水口 IOce处都设置了专用水桥18， 用于激活水加热系统140的电极IOh的电源。尽管为简化起见而未显示，但是两个水桥是 串联连接的。这样，任一水桥停止工作都会关闭单个电磁开关14的电源，所述单个电磁开 关14用于接通水加热系统140的电极IOh的电源。电水加热系统140的电路和运行类似 于以上关于图1所描述的电路和运行，且这对于电领域普通技术人员来说是显然的。作为本实用新型多功能性的另一例子，图6显示的水加热系统150具有2个加热 元件模块10，其以并行水流配置来布置。因而，与具有单个加热元件模块的水加热系统相 比，可以加热两倍的水量。每个加热元件模块10的出水口 IOce处都设置了了专用水桥18， 用于激活水加热系统150的电极IOh的电源。尽管为简化起见而未显示，但是两个水桥与 其各自的电磁开关14串联连接，并且彼此呈并联状态。这样，水桥18停止工作会关闭其相 关加热元件模块10的电极IOh的电源。电水加热系统150的电路和运行类似于以上关于 图1所描述的电路和运行，且这对于电领域普通技术人员来说是显然的。作为本实用新型多功能性的又一例子，图7显示的水加热系统160具有2个加热 元件模块10，其以串联水流配置来布置。这样，当水从第一个加热元件模块10流向第二个 加热元件模块10时，水可以被累进加热。每个加热元件模块10的出水口 IOce处都设置了 专用水桥18，用于激活水加热系统160的电极IOh的电源。两个水桥与其各自的电磁开关 14串联连接，且彼此呈并联状态。这样，水桥18停止工作会关闭其相关加热元件模块10的 电极IOh的电源。电水加热系统160的电路和运行类似于以上关于图1所描述的电路和运 行，且这对于电领域普通技术人员来说是显然的。进一步，以上描述的水加热系统元件可以按其他配置安排而不背离本实用新型的 精神，这对于本领域技术人员来说是显然的。例如，虽然图1显示了一个流道10c，但根据水所需要的最大温度提升，可以在外 壳10中以串联流配置设置任何数量的流道10c。在这种配置中，为控制对于水的热输入而 获得低于最大设计温度的温度，流道的电极IOh可以按并联配置用线连接。这样，可以运行 所选数目的电极(其余的不参与)，以获得所需的水温。可选地，可在外壳IOx中以并联流 配置设置任何数量的流道10c，以提高水加热模块的水流量。此外，包括多个流道的多个水加热模块中的每个水加热模块并行地布置，以容纳 较大的加热水流。此外，尽管图3-7显示的开关16是独立开关，但这些开关也可以配置成单个选择器开关，其按序增加或减少运行电极12h的数量，从而增加或减少对水的热输入。此外，可以在单个水加热器中的不同位置使用多个水桥，以提供额外的操作安全性。对上述工艺的所有这些修改都被认为落在本实用新型的范围之内。本领域技术人员将容易地想到对于为了说明的目的而在此选择的实施方式的各 种其他修改和变更。在此意义上，这样的修改和变更不背离本实用新型的精神，其应包括在 本实用新型的范围内，本实用新型的范围只能根据对以下权利要求的合理解释来确定。
权利要求1.一种按需式电水加热器，其特征在于，其包括 外壳，其内部形成有水流道；以及电流通路，其包括浸没式加热元件，其位于所述水流道中； 继电器开关，其电连接到所述浸没式加热元件和电源；以及水桥，其位于所述水流道中，通过所述水桥的空隙的水流激活所述继电器开关，从而为 所述浸没式加热元件提供电源。
2.如权利要求1所述的按需式电水加热器，其特征在于，所述浸没式加热元件由不锈 钢形成。
3.如权利要求1所述的按需式电水加热器，其特征在于，所述浸没式加热元件通过易 熔连接装置与所述电流通路连接。
4.如权利要求2所述的按需式电水加热器，其特征在于，所述不锈钢浸没式加热元件 通过易熔连接装置与所述电流通路连接。
5.如权利要求2所述的按需式电水加热器，其特征在于，所述不锈钢浸没式加热元件 是通过易熔连接装置与所述电流通路连接的线。
6.如权利要求1所述的按需式电水加热器，其特征在于，所述外壳制造为单件主体。
7.一种水加热系统，其包括多个在权利要求1到6中描述的所述按需式电水加热器。
8.一种按需式电水加热器，其特征在于，其包括 外壳，其内部形成有水流道；以及电浸没式加热元件，其位于所述水流道中。
9.如权利要求8所述的按需式电水加热器，其特征在于，所述浸没式加热元件由不锈 钢形成。
10.如权利要求8所述的按需式电水加热器，其特征在于，所述外壳制造为单件主体。
11.如权利要求9所述的按需式电水加热器，其特征在于，所述外壳制造为单件主体。
12.—种水加热系统，其包括多个在权利要求8到11中描述的所述按需式电水加热器。
13.一种按需式电水加热器，其包括 外壳，其内部形成有水流道；以及电流通路，其包括位于所述水流道中的浸没式加热元件，其特征在于，所述浸没式加热 元件通过易熔连接装置与所述电流通路连接。
14.如权利要求13所述的按需式电水加热器，其特征在于，所述浸没式加热元件由不 锈钢形成。
15.如权利要求13所述的按需式电水加热器，其特征在于，所述外壳制造为单件主体。
16.如权利要求14所述的按需式电水加热器，其特征在于，所述外壳制造为单件主体。
17.—种水加热系统，其包括多个在权利要求13到16中描述的所述按需式电水加热ο
18.一种按需式电水加热器，其包括外壳，其内部形成有水流道，其特征在于，所述外壳制造为单件主体；以及 电浸没式加热元件，其位于所述水流道中。
19.如权利要求18所述的按需式电水加热器，其特征在于，所述浸没式加热元件由不锈钢形成。
20.一种水加热系统，其包括多个在权利要求18到19中描述的所述按需式电水加热ο
21.一种模块化按需式电水加热器，其特征在于，其包括多个水加热模块，每个水加热模块包括内部形成有水流道的外壳和位于所述水流道中 的浸没式加热元件；以及电流通路，其包括继电器开关，其电连接到所述浸没式加热元件和电源；以及水桥，其位于水流道中，通过所述水桥的空隙的水流激活所述继电器开关，从而为所述 浸没式加热元件提供电源。
22.如权利要求21所述的模块化按需式电水加热器，其特征在于，所述浸没式加热元 件由不锈钢形成。
23.如权利要求21所述的模块化按需式电水加热器，其特征在于，所述浸没式加热元 件通过易熔连接装置与所述电流通路连接。
24.如权利要求22所述的模块化按需式电水加热器，其特征在于，所述浸没式加热元 件通过易熔连接装置与所述电流通路连接。
25.如权利要求22所述的模块化按需式电水加热器，其特征在于，所述不锈钢浸没式 加热元件是通过易熔连接装置与所述电流通路连接的线。
26.如权利要求21所述的模块化按需式电水加热器，其特征在于，所述外壳制造为单 件主体。
27.如权利要求22所述的模块化按需式电水加热器，其特征在于，所述外壳制造为单 件主体。
专利摘要本实用新型涉及按需式电水加热器和水加热系统。公开了一种包括一个或多个加热元件模块的简单的水加热系统。每个加热元件模块包括外壳和浸没式加热元件。为降低成本，外壳被做成单件。为进一步降低成本，加热元件为不锈钢线圈。作为第一个安全装置，在加热元件和其电连接点之间设置有熔线，以在电过载条件的情况下切断通向加热元件的电源。作为第二个安全装置，设置了水桥，以防止在干的加热器中接通加热元件的电源。
文档编号F24H9/20GK201875872SQ20092026897
公开日2011年6月22日 申请日期2009年10月28日 优先权日2009年5月16日
发明者丹尼尔·马克·圣路易斯 申请人:丹尼尔·马克·圣路易斯