即热式热水器的制作方法

本发明涉及一种热水器，更具体地，涉及一种“即热式”热水器，该“即热式”热水器具有电动加热部件和相对较小的水箱以用于对水进行大致瞬间的加热。

背景技术

多年来，许多类型的即热式热水器已经被设计出了，这些即热式热水器包括具有设置在塑料壳体内的电动式加热部件的热水器。即热式热水器常常被定向到使用点，即热水器设置在热水使用装置(如水槽或淋浴设备)的正上游。

许多即热式热水器制造商提供多个水壳体，这些水壳体可以是通过管道并联和/或串联连接。另外一个制造商使用单个金属水箱来容纳电动加热器。典型地，进入到一个或多个壳体中的进水口和从一个或多个壳体中引出的出水口具有减少的3/8英寸的管道直径。这受限制的管道部分倾向于在水箱的部分内产生高流速以将经过的液体中的气泡带至出口，从而尝试避免壳体腔室中不期望的空气囊。此外，受限制的入口和出口产生高的压降，以使得该单元不适应于多种应用。许多加热器的出水口从水箱壳体的底部延伸。

现有技术的即热式热水器的缺点在于，热水器的安装方向受限制，许多加热器必须安装为使得中央水箱轴垂直。当加热器关闭后，关闭后的潜热使得水热于所期望的壳体腔室中剩余的水，因此许多现有的即热技术的热水器使得用户遭受滚烫的条件。当加热器关闭之后，由于加热的环境和仍然热的加热部件，水温继续升高，当同一个用户或其他用户再次启用热水器时，过热的热水随后被释放。其他的即热式热水器包含非常少的水，并且在第一个用户完成后，使用热水的第二个用户并不受益于热水器中储存的水量。另外其它的即热式热水器使用昂贵的流控传感器或者根本不准确地检测“流动”情况，从而不能有效地控制水的热度。一些即热式热水器包括混合阀以混合从加热器排出的热水，从而引起用户的另一个开支。

现有技术专利包括美国专利5,216,743；7,616,873；5,866,880；6,080,971和6,246,831。美国专利5,216,743；5,866,880；6,080,971；6,246,831和7,616,873公开了具有塑料外壳和改善的加热控制装置的即热式热水器。美国专利6,909,843；7,567,751和7,779,790公开了一种在其中具有一个或多个加热部件的单个腔室加热器。

本发明克服了现有技术的缺点，在下文中公开一种改善的即热式热水器。

技术实现要素：

在一种实施方式中，热水器包括大体上为圆柱形的水箱壳体，该水箱壳体具有内直径和中央水箱轴线。一个或多个电动加热部件设置在内部腔室中以加热水。水入口管道从所述水箱壳体的外侧延伸至所述水箱壳体的细长的入口，并且水出口管道从两个或多个出口延伸，第一出口位于所述水箱的上部，第二口间隔设置于所述第一出口的下方。具体地，当所述水箱轴线为水平时，设置在所述内部腔室中的流动分流器与所述第二出口流体连通。所述流动分流器入口位于所述第一出口的下方，以便于来自所述第二出口的温水与来较高的第一出口的热水混合。

通过下面详细的描述将清楚本发明的这些和更多的特征和优点，其中，附图中的图形有参考标记。

附图说明

图1是即热式热水器的等轴测视图；

图2是图1中示出的热水器的分解视图；

图3是图1中示出的热水器的侧视图；

图4是图3中示出的热水器的剖视图；

图5是图1中示出的热水器的另一个侧视图；

图6是图5中示出的热水器的另一个剖视图；

图7是合适的分流器的测视图；

图8是图7中所示的分流器的剖视图；

图9是图7中所示的分流器的另一个剖视图；

图10是热水器外壳的等轴测视图；

图11是图1中所示的热水器的俯视图；

图12是图1中所示的热水器的仰视图；

图13是图7中所示的分流器的等轴测视图；

图14是图6中所述的外壳的上部分的放大视图。

具体实施方式

如图1中所示的一种实施方式的即热式热水器10包括大体上为圆柱形的水箱壳体12，其中水箱壳体12具有内部腔室和中央水箱轴线16。如随后所公开的，一个或多个电动加热部件设置在内部腔室中以加热水。水入口管道24从水箱壳体12外延伸至水箱壳体的入口，而水出口管道20从水箱壳体中两个间隔设置的出口延伸。许多用于印刷电路板的安装凸台53可以设置在水箱壳体的外部以用于安装电路和其它部件(例如电力控制器46)。覆盖安装凸台55从水箱壳体12的下部径向向外延伸，并且优选地，覆盖安装凸台55与壳体一体，如图4中所示。图4中也示出了支撑在覆盖安装凸台55上的安装板54。在图1中，底盖26示出在热水器的下端。

参考图2，底盖26具有内螺纹以与水箱壳体上的外螺纹28相配合，底盖26和水箱壳体12之间具有密封圈30。分流器60设置在水箱壳体的内部腔室中，其在下面将被进一步描述。

热水器包括一个或多个电动加热部件18以加热水箱壳体12中的内部腔室14(见图4)中的水。优选地，腔室14为大体圆柱形，并且具有与中央水箱轴线16对齐的腔室轴线，如图1中所示。如图2中所示的加热部件18的电源通过加热部件的头19提供。加热部件可以由环盖或压盖34支撑，环盖或压盖34可以螺纹安装于水箱壳体的上部。图2中所示的热水器的其他部件包括入口热敏电阻37和出口热敏电阻36、散热器插头38、双向晶闸管40、连接于一个或多个凸台的端线板33、高限温度开关44、控制器46(如pcb逻辑板)和继电器48。水位检测螺钉50可以用于检测靠近腔室上部的液体高度(检测在此高度有或没有液体)。来自这传感器的信号被输入到控制器以用于检测和确认液体高度的目的。液体流过散热器以冷却控制开关(当需要加热时，控制开关被激活)。可以设置合适的密封件以与壳体侧壁一起密封部件。

图3是图2中所示的装配的侧视图。图3和图4示出底盖26，底盖26具有明显地在水箱壳体12底部下方的最低表面27(见图4)，因此允许加热部件18(如果需要)在水箱壳体12下方延伸并且延伸至设置在底盖27中的最下方的轴向延伸腔体中。因此，如果加热部件18比图4中所示的短，那么可以使用具有大体上在外壳的下端的高度的下表面的标准底盖，而具有更深的腔体的底盖26可以用于容纳长于图4中所示的加热部件，同时继续保持水箱壳体12和连接于水箱壳体12的部件的整体结构。图3示出当垂直其轴线安装时，管道24的入口螺纹接头21和管道20的出口螺纹接头25各自位于大体上高于水箱壳体12的上端的高度，从而与例如直接螺纹连接于水箱壳体12的管路相比可减少连接泄漏。优选地，每个液体入口管道24和液体出口管道20都具有大于0.6英寸的内直径。管道20，24各自的入口和出口与水箱壳体的任意部分至少间隔内部腔室14直径的50％。圆柱形水箱壳体具有直径大于2.0英寸的内部腔室。图4还描绘了在图2中示出的双向晶闸管40以及热敏电阻36和入口管道20。

图4公开了具有细长的液体分配槽58的液体入口管道20，细长的液体分配槽58提供入口管道和腔室内部之间的连通。理想地，进来的水沿液体分配槽58的轴向通路进入内部腔室，液体分配槽58的长度超出内部腔室轴向长度的40％，从而有助于很好地混合进来的水和所有已经在腔室中被加热的水，并且有助于沿加热部件的轴向在液体被引导的方向上的均匀加热。细长的液体分配槽58允许进入的水均匀地分布在热水器的上部，并且该进入的水将通过预先由前一个用户加热并且保留在腔室上部的水迅速地预加热，因此使用这些热水(不是过热的水)不仅可以预加热进来的水，而且可以冷却过热的水以有助于防止滚烫的水。液体分配槽58将水排入内部腔室14的上部和下部。优选地，细长的液体分配槽58还沿加热部件的轴向长度的大部分分配水以更好地分配传递至腔室中的液体的热量。

图5示出同样具有整合在水箱壳体12的液体入口管道24和液体出口管道20的热水器。图6为穿过液体出口管道和在水箱壳体12内的内部腔室14的剖视图，并且图6也示出分流器60。分流器60分流并且控制从下部出口引入的较冷液体的百分比，从而分流和控制从具有来自腔室上部出口的较热的液体的腔室的下部的液体，从而分流和控制来自腔室上部的液体，以使得所得到的出来的水将不超过最低烫伤温度。分流器60控制液体进入出口管道20的下端。如图14中所示的上孔70使得来自腔室上部的较热的液体直接进入出口管道20，以用于与来自腔室下部的较冷的液体混合。

排气孔90将来自内部腔室14的冷凝的气体/空气排出至出口管道20。只需要具有3/16英寸或更小的示例性直径的小排气孔来将来自腔室的冷凝的气体/空气可靠地排出或排至出口管道20。改变上出口孔70的尺寸可控制来自孔70的热水和来自分流器的温水的混合率。因此，较小的孔70提供较大程度的保护以避免烫伤。孔70的大小取决于应用和该应用减少烫伤的需要。

图7为合适的分流器60的侧视图，分流器60用作液体出口，并且控制来自下出口孔的水的速度，从而控制来自出口管道下部的水的速度。因此，分流器分流和控制从腔室的下部通过分流器60引入的较冷的水，分流器60具有如图9中所示的垂直剖面主体71和如图8中所示的水平剖面62。分流器的水平剖面包括入口65，入口65将液体导向弯曲的流动通路63，流动通路63在分流器出口处连接于腔室66，从而腔室66流体连通壳体内的下出口孔68(见图6)，从而流体连通出口管道22的内部。因此，分流器60抵靠壳体的弯曲的内侧壁设置，并且分流来自分流器上部和/或下部和临近壳体内侧壁中的一者的水至出口通道20。当中央水箱轴线16垂直时，下出口孔68位于腔室的下部。当壳体的轴线为水平时(可选的安装技术方案)，如图7至图9中所示的分流器60取走来自腔室的下部或中部(腔室下部或中部的水冷于腔室最上部的水)的水，并且类似地，通过通道63将水分流至出口管道20。由于腔室中的热水会上升而冷水会下沉，来自热的加热部件(甚至当加热部件关闭时)的升高温度的水的“过热点”上升至腔室的上部。图13示出对分流器60的描绘。

如上简述，热水器可以垂直安装从而中央水箱轴线16大体上垂直，或者热水器可以水平安装，从而中央水箱轴线16大体上水平。对于垂直安装的应用，水通过液体分配槽58流出入口通道，优选地，液体分配槽58为大体垂直的槽，从而沿壳体中的内部腔室的大部分的长度输入冷水，从而导向穿过加热部件的大部分长度。如图6所示，下出口孔68在壳体的下部，因此，下出口孔68将水从腔室的下部排出。因此，穿过下出口孔68流出腔室的水通常较冷，并且由于热水的对流和分流，穿过下出口孔68流出腔室的水可以明显地冷于腔室上部的水。这在在先前使用后启动热水器时尤其明显。来自下出口孔68的水随后在出口管道20处与来自上出口孔70的热水混合，而这种混合很好地减少烫伤，尤其在当用户关闭水时水流过热水器的情况下。上出口70通常具有小于下出口68的横截面区域。由于加热部件中的潜热，在使用即热式热水器时烫伤尤其成问题，这是因为与在热水器中所有液体的低容量相比相对较高的功率趋向于提高腔室上部的温度(无论是垂直安装或水平安装)以使其高于所需的设定值，同时热水器下部的水的温度随着腔室的温度分层而降低。大部分热水器将水从腔室的最热部分排出，并且当同一用户或其他用户启用热水器时，用户可能会烫伤。通过将水的至少一部分从腔室的下部取出，烫伤的机会大大降低。例如，与孔70设置在孔68上部并与孔68间隔2英寸相比，将上孔70设置在腔室最上部的20％中并且将下孔68设置在腔室最下部的20％中提高了水以所期望的温度流出装置的可重复性。

对于水平安装的应用，入口管道内的水流过流体分配槽58(在这种情况下，流体分配槽58为大体上水平的槽)以沿腔室和壳体中的加热部件大体上水平的长度输入水。如图6所示的下出口孔68不在壳体的下部，但当分流器60用于水平安装应用时，分流器60保证水从水平腔室的下部流出，这是因为在水平安装应用中，至分流器的入口低于孔68，因此接收比腔室上部的水冷的水。因此，腔室下部的水排出并且与来自腔室上部的水混合，如同在垂直安装应用中那样。来自腔室上部的水可以流过上出口孔70至出口管道，并且与来自腔室下部的冷水混合以再次防止烫伤。尽管只示出了出口孔70和68，然而一个或多个额外的出口可以设置在腔室14和管道20之间。

对于水平安装的应用，优选地，至腔室的液体入口58来自腔室的上出口孔70大体上位于相同的高度，从而使得开启装置时，从液体入口58进入的冷水与临近上出口孔70的热水混合以最小化烫伤。每个液体分配槽58和水的上出口孔70优选地设置在水平安装的腔室上部的至少三分之一，而下出口孔68设置在腔室的下部。优选地，流体分配槽58和上出口孔70大体上位于同一高度，而在大多数应用中，其高度差的变化将小于1/2英寸。入口管道24和出口管道20的每个优选地在水平安装的圆柱形壳体的上端以90°象限间隔。因此，对从装置排出的水的温度的有效控制通过腔室上部的热水与腔室下部冷水的混合而增强。

分流器60中的流经孔的尺寸和上出口孔70的尺寸可以选择为使得每个应用中的热水器的性能最大化。例如，对于每个应用，可平衡到达设定点的时间与潜在的烫伤。在没有第二混合装置的情况下，热水器允许这种平衡容易地实现。一旦已使用热水器，热水器便会有存贮预先加热的水，从而允许第二个用户在一小时或更长的时间内瞬时得到热水。

当水箱中心线水平或竖直时，如图14中所示的排气孔90起到排气口的作用以将来自腔室的气体排至出口管道20。因此，排气孔90理想地设置，以便于当竖直或水平地安装时，孔位于腔室的最上部。当热水器水平安装时，第一孔70沿圆周方向设置，以便于第一孔70将腔室上部的水排出并且将腔室上部的气体排出，而导流器60将水从腔室上部排出。当水平安装时，优选地，入口通道24和出口通道20在一个水平面内(两个通道的轴线在单个水平面)。这允许进入的水和经过上出口孔70输出的水混合。优选地，无论垂直安装或水平安装，通道20和24还在水箱壳体的象限内沿圆周间隔。

图10是水箱壳体12的示意图，同时，图10示出与水箱壳体12一体形成并且与水箱壳体12同材质的部件，包括入口管道24、出口管道20和用于支撑壁安装板54的安装凸台55(见图1)。通过设置与壳体一体形成的入口管道和出口管道，到达和来自热水器的泄漏通道的数量大大减少，并且如先前所述至入口管道和出口管道的每个的流动通道的互联可以设置在与水箱壳体12间隔的位置。整体水箱壳体12、入口管道24和出口管道20还提供强度和大大减少在安装或修理热水器的过程中部件破裂或其它损坏的可能性，这是因为壳体和流动通道的组合的结构整体性大大减少了破坏其中一条管道或其与壳体的连接的可能性。

图11是图1中所述的热水器的俯视图，其中加热部件环盖或压盖34设置在环盖34的内部。图12为相同的热水器的仰视图，其示出底盖26和各种支撑在水箱壳体12上的电力部件。

图14是图6中所示的壳体的上部的放大图，并且示出内部腔室14和水的出口管道20之间的上出口孔70。上出口孔70设置在腔室的最上部以释放腔室上部的气体，并且用于使来自腔室顶部的加热的水流至出口通道20以与来自出口通道的下孔的液体混合，出口通道的下孔接收来自分流器60的液体。少量来自入口管道24的液体流过液体分配槽58并且直接流入腔室的上部以与腔室上部的其它液体混合，从而防止当水流经热水器时腔室中的液体过热。可选地，如图14中所示的排气孔90可以设置在腔室的上部之间以将气体排至水的出口管道20。

图14还示出部件环盖34和水箱壳体12之间的螺纹连接。拧紧环盖34以向下压向头19的法兰，从而压缩密封件80。通过在腔室14和环盖34之间设置流体拧紧密封件80，盖和壳体之间的螺纹82被保护以防止与腔室中的液体结合，并因此热流体在螺纹上的化学腐蚀。这种方式有助于可靠的密封，这在盖螺纹和壳体螺纹暴露于加热流体中的情况下不能获得。

本发明的特征为以下方案：通过控制器决定现存的流动情况，即，流体流过壳体，这确定影响热水器的可操作性。更具体地，现有技术的热水器基于直接响应水的流动的昂贵的探测器或仅仅基于在使用中不能可靠地提供流量的指示的温度传感器来确定流动状态和非流动状态。根据本发明，流动由控制器基于来自传感器85(图6中所示)的入口温度信号和来自传感器87的出口温度信号来确定。更具体地，控制器46基于通过例如热敏电阻37(见图2)在入口的上游检测到的温度的变化的绝对值的变化以及通过热敏电阻36在上出口孔70的下游检测到的温度的变化的绝对值来确定流动状态。申请人发现，来自这两个传感器的结合的温度差的绝对值的总和提供精确的并且大体上即时的流动情况的确定，这可以可靠地通过控制器(例如控制器46)使用，以控制加热部件的功率。在正常的“无流动”情况下，来自入口温度传感器的温度和来自出口温度传感器的温度变化将小于所选定的参考温度，因此加热器保持在“待用”状态。当流体开始流动时，控制器46通常在几秒内(例如少于两秒)根据入口温度的变化的绝对值加以出口温度的变化的绝对值的总和对比于参考温度来确定流动。因此，可以在没有任何机械流动检测装置的情况下和没有提供任何对腔室的辅助加热以维持入口温度和出口温度的温度差的情况下确定流动。

本发明的热水器可以用于使用点应用，即热水器紧密地靠近(例如十尺)使用安装。在公共实验室应用中，热水器可以直接设置在每个水槽下或一个热水器可以提供热水至两个或更多水槽。对于这些应用，用于容纳水的腔室的尺寸是重要的，并且对于这种尺寸的腔室，加热部件有优选的功率范围。更具体地，申请人已确定的是，在腔室中一个或多个电动加热器具有2千瓦到10千瓦的结合功率的情况下，瞬时的或“即热式”热水器优选地具有20盎司到80盎司的内壳体腔室。热水器可以用于“加热和升高”应用，其中在此公开的热水器提供有预热液体并且“升高”液体温度以用作特殊用途。热水器还可以用于独立或“全屋”加热应用。

虽然在此所公开的热水器尤其适于加热水，然而热水器可以用于加热其它液体，如洗涤液。虽然热水器尤其适于利用具有一个或多个电动加热部件来加热液体，但本发明的多个概念，包括在流体出口结合以混合冷液和液体的间隔孔的使用可以用于瞬时气体加热的应用。

尽管在此详细地描述了本发明的具体实施方式，但并不是唯一用于解释本发明的多个方面的目的，并且并不意味着限制如下述权利要求中所公开的本发明的范围。本领域技术人员将理解的是，在不脱离本发明的范围的情况下，所示和所述的实施方式是示例性的，并且多种其它的置换、变更和修改，包括但不限制于在此公开的可选设计方案，可以用于实践本发明。