用于防止和移除流体加热装置中的化学沉积物的系统和方法与流程

用于防止和移除流体加热装置中的化学沉积物的系统和方法
1.相关申请的交叉参考
2.本技术要求2020年4月9日提交的第16/844,071号美国专利申请的权益，所述美国专利申请的全部内容及其实质以全文引用的方式并入本文中，如同在下文中完整阐述一样。
技术领域
3.当前公开的主题大体上涉及一种增强的流体加热装置，特别是涉及用于使用一个或多个超声换能器防止或减少流体加热装置的加热元件上的化学沉积物的系统和方法。


背景技术：

4.水加热系统可以在包含工业和住宅应用的多种应用中使用。与水加热系统相关联的主要问题是，可能在加热元件或与水接触的加热腔室的内壁上形成水垢。当流经水加热系统的水包含例如钙和镁等矿物质污染物时，可能出现水垢。当水被加热时，这些矿物质污染物可能沉积到水加热系统的加热腔室和加热元件的表面上。这些矿物质可能附着在系统的加热腔室或加热元件的金属表面，而不是流经系统。结垢的典型迹象包含矿物质沉积物、污渍或表面上形成白膜，且结垢常常可能在由不锈钢、瓷砖、玻璃或其它材料制成的表面上出现。
5.这些矿物质沉积物可能随时间积聚，从而导致水加热系统的效力和效率的许多问题。举例来说，结垢可能在加热腔室和加热元件的内壁或箱体的表面上积聚，从而致使水的流动受限。此外，结垢可能导致水的加热不均匀。对于即热式水加热系统来说，情况可能尤其如此，因为矿物质沉积物可能涂覆加热元件，从而可能抑制从加热元件到水的热传递且因此使得较难从加热元件接收水。类似地，加热腔室内的压力水平可能变得不平衡，从而导致水加热系统的效率降低。此外，结垢还可能提供容易滋生细菌的环境。细菌通常将在水加热系统内朝向结垢迁移，作为逸出某些化学物质的方式。最终，结垢可能缩短水加热系统的使用寿命，从而为用户和企业招致不必要的经济成本。
6.从水加热系统的加热腔室内移除结垢可能是一个困难且成本较高的过程。从加热腔室移除结垢的一个传统方法涉及，将醋或其它化学物质添加到箱体或加热腔室持续相当长的时间周期，例如持续大致六个小时或更长时间，然后必须冲洗掉醋或其它化学物质。从水加热系统移除结垢的另一传统方法涉及使用水软化剂。水软化剂移除导致结垢的钙和镁离子。然而，此方法的主要挑战是，水软化化学物质必须不断地补给，因为水加热系统将钙和镁离子交换为另一离子(通常为钠)。最终，钠离子将耗尽且需要更换。总体上，这些方法都是劳动力密集型的，且通常需要直接接达被污染的表面才能奏效。因此，需要一种减少和/或防止水加热系统内的结垢的需要极少用户干预或无用户干预的有效且高效的方法。


技术实现要素：

7.可通过本文中所公开的技术的实施例解决这些和其它问题。所公开技术涉及一种
流体加热装置，其包含具有加热元件的加热腔室。所公开技术包含一种超声换能器，其与加热腔室连通且可将超声波发射到加热腔室内的流体中。
8.超声换能器可定位于多种位置和配置中。超声换能器可定位在超声换能器组合件上或中、加热腔室的外表面上、加热腔室内、加热腔室附近，或超声换能器可从其提供超声波的加热腔室的加热元件下或附近的任何其它位置。流体加热装置可包含布置成阵列的多个超声换能器，其可实现矿物质沉积物的有效除垢并防止矿物质积聚。流体加热装置可包含与流体加热装置的组件电连通的控制器。控制器能够接收信息，且将指令输出到装置的组件。
9.所公开技术包含一种用于流体加热装置内的超声清洁的方法，其可包含：在控制器处从流量传感器接收流量数据；由控制器且基于所述流量数据确定流体正流经加热腔室；以及由控制器输出使超声换能器输出超声波的指令。
10.所述用于超声清洁的方法可包含在预定频率或可变频率下发射超声波持续预定时间间隔或可变时间间隔。
11.本文中更详细地论述所公开技术的额外特征、功能性和应用。
附图说明
12.现将参考附图，附图未必是按比例绘制的，且其中：
13.图1a是根据所公开技术的流体加热装置的前透视图。
14.图1b是根据所公开技术的流体加热装置的透视图。
15.图2是示出根据所公开技术的与控制器连通的流体加热装置的组件的示意图。
16.图3是示出根据所公开技术的与控制器和超声换能器控制器连通的流体加热装置的组件的示意图。
17.图4是根据所公开技术的超声换能器在加热腔室内发射超声波的图式。
18.图5示出根据所公开技术的空泡内爆过程。
具体实施方式
19.所公开技术涉及一种流体加热装置，所述流体加热装置可包含：加热腔室，其与用于加热流经流体加热装置的流体的加热元件连通；以及超声换能器，其定位于加热腔室上或附近，在流经加热腔室的流体内发射超声波。超声波的发射可生成空泡，空泡可在达到不稳定尺寸后内爆。空泡的内爆可产生射流，所述射流以足够的力接触加热腔室或加热元件的内壁以使粘附于加热腔室或加热元件的内壁的污染物颗粒移位，或搅拌加热腔室或加热元件的内壁附近的流体使得防止污染物颗粒一开始就粘附或附著到相应表面。
20.本文参考加热“流体”或“水”论述所公开技术的实例。应了解，所公开技术可以与包含水在内的多种流体一起使用。因此，虽然可具体地关于加热水描述一些实例，但除非另外规定，否则所公开技术的所有实例可以与除水以外的流体一起使用。
21.本文中关于“加热腔室”参考所公开技术，加热腔室可指代流体加热装置的其中提供热量和/或将热量传递到流体的区域或部分。流体加热装置和其加热组件可通过电力、气体或任何其它燃料源提供动力。
22.将在下文中参考附图更充分描述所公开技术。然而，此所公开的技术可以许多不
同形式体现，且不应被理解为限于本文中所阐述的实例。下文中描述为组成所公开技术的各个要素的组件既定为说明性而非限制性的。将执行与本文中所描述的组件相同或类似的功能的许多合适的组件既定涵盖在所公开的电子装置和方法的范围内。本文中未描述的此些其它组件可包含(但不限于)例如在开发所公开技术之后开发的组件。
23.在以下描述中，陈述许多特定细节。但应理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所公开技术的实例。在其它情况下，未详细展示众所周知的方法、结构和技术，以免使对本说明书的理解模糊不清。“一个实施例”、“一实施例”、“实例实施例”、“一些实施例”、“某些实施例”、“各种实施例”等的提及指示，如此描述的所公开技术的实施例可包含特定特征、结构或特性，但并非每个实施例必定包含所述特定特征、结构或特性。另外，重复使用短语“在一个实施例中”未必是指同一实施例，尽管其可为同一实施例。
24.贯穿本说明书和权利要求书，除非上下文指示其它情况，否则以下术语至少采用本文中明确地关联的含义。术语“或”希望表示包含性“或”。此外，除非另外规定或从上下文清楚地了解针对单数形式，否则术语“一”和“所述”希望表示一个或多个。
25.除非另外规定，否则使用序数形容词“第一”、“第二”、“第三”等来描述共同对象，仅指示提及相同对象的不同例项，且并不希望暗示如此描述的对象应在时间上、空间上、等级上或以任何其它方式呈给定序列。
26.图1a和1b示出包含超声换能器124的实例流体加热装置100。超声换能器124可生成和发射超声波202。虽然图1a和1b描绘某些组件的特定布置，但所公开技术不限于此，而是包含使用额外或更少组件的其它布置。
27.流体加热装置100可包含加热腔室102、加热元件104、流量传感器110、一个或多个温度传感器116、118、控制器114和超声换能器组合件122。流体加热装置100可包含单个加热腔室102。或者，流体加热装置100可包含多个加热腔室102。无关于加热腔室102的数目，每一加热腔室102可包含加热元件104，例如如图1a中所示出。或者，给定的加热腔室102可包含多个加热元件104。每一加热元件104可由金属制成，例如铜、镍、铝、钼、铁、钨，或包含这些和/或其它材料的合金。加热元件104可具有任何有效形式或形状。举例来说，加热元件可以是金属丝、带状物或可包括金属箔。加热元件104可包含浸渍有导体的陶瓷、塑料或硅酮。加热元件104可以是电阻加热元件，其可在加热元件104经受电流时将电能转换为热能。
28.流量传感器110可与控制器114电连通。流量传感器110可定位在流体入口106附近，如图1a中所示出，但流量传感器110可定位于其它位置中，只要流量传感器110所在的位置使其可检测流体是否正流经或离开流体加热装置100即可。流量传感器110可被配置成检测流经或离开加热腔室102的流体的流量，且可将流量数据发射到控制器114。
29.流体加热装置100可包含一个或多个温度传感器116、118，所述温度传感器位于流体加热装置内或附近的一个或多个位置处，且温度传感器116、118可与控制器114电连通。温度传感器116、118可为例如温度计、热敏电阻、热电偶、电阻式温度计，或任何其它温度测量装置。如图1a所示，温度传感器116可位于加热腔室102的入口处或附近，且另一温度传感器118可位于加热腔室102的出口处或附近。每一温度传感器116、118可被配置成检测温度传感器116、118的位置处的流体的温度，且可将温度数据发射到控制器114。
30.控制器114可被配置成从各个传感器和组件(例如，流量传感器100、加热元件104、温度传感器116、118)接收数据，基于接收到的数据确定将由一个或多个组件执行的动作，
且输出执行那些动作的指令。控制器114可安装在流体加热装置100上，或可相对于流体加热装置100远程定位。控制器114可被配置成调节电流到所述一个或多个加热元件104的流动。控制器114可将控制信号直接输出到加热元件104，且所述控制信号可包含关于是否允许电流流动以生成热量、允许多少电流，和/或生成多少热量的指令。控制器114可输出控制信号以个别地激活单个加热元件104。或者，控制器114可输出控制信号以同时激活一些或所有加热元件104。所述一个或多个加热元件104可经由电线接收功率，且可被配置成提供所指示的所要量的热量。
31.控制器114可基于从传感器或流体加热系统100的其它组件(例如入口温度传感器116、出口温度传感器118或流量传感器110)接收的数据调节电流到一个或多个加热元件104的流动。举例来说，控制器114可基于从流量传感器110接收的流量数据确定正请求水，且可将进行接通的指令输出到加热元件104。作为另一实例，控制器114可基于从入口温度传感器116接收的温度数据确定进水的温度低于所请求水温，且可取决于进水温度和所请求水温将适当加热所述水的指令输出到加热元件104。作为另一实例，控制器114可基于基于从出口温度传感器118接收的温度数据确定出水的温度低于所请求水温，且可取决于进水温度和所请求水温将适当加热所述水的指令输出到加热元件104。
32.控制器114可被配置成控制和调节加热元件104的温度。出口温度传感器118可检测流出流体出口118的流体的温度，且可将信号发送到控制器114，从而允许控制器114确保流体的温度是与使用温度控制器112设定的所确定阈值大致相同的温度。流体加热装置100可进一步包含恒温器，其可任选地执行控制器114的一些或全部功能。
33.流体加热装置100可包含超声换能器124。或者，流体加热装置100可包含多个超声换能器124。超声换能器124可集成到流体加热装置100中。替代地或另外，超声换能器124可附接到流体加热装置100，使得流体加热装置100可经改造以包含超声换能器124(例如，超声换能器124可集成到可附接到流体加热装置100的一个或多个超声换能器组合件122中)。超声换能器124可将电流转换为超声波202。超声是高于典型人类听觉范围的声音，且通常指代具有20千赫兹(khz)或更大的频率的声音。超声换能器124能够生成超声波202并且接收超声振动。举例来说，超声换能器124可包含超声发射器和超声接收器。超声换能器124的有源元件可以是压电材料，特别是压电晶体，其可将电能转换为超声能量。压电材料可包含钛酸铅锆(pzt)、钛酸铅、钛酸铋、压电单晶体等。超声换能器124可接收在形成超声波202时生成的超声能量，且将超声能量转换回电能，从而实现连续的循环。
34.超声换能器124可包含压电材料作为有源元件。压电材料可发射多个超声波202。压电材料可被配置成接收、检测或测量来自所发射超声波202的振动或回波。压电材料可安置于第一金属块和第二金属块之间。第一金属块可以是辐射锥。第一金属块可具有任何有效形状或几何结构，包含但不限于大体上圆锥形形状、大体上截头圆锥形形状、大体上圆柱形形状、大体上球面形状、大体上立方体形状、大体上圆柱形形状，或大体上立方体形状。第二金属块可以是谐振块体。第二金属块可具有任何有效形状或几何结构，包含但不限于大体上圆锥形形状、大体上截头圆锥形形状、大体上圆柱形形状、大体上球面形状、大体上立方体形状、大体上圆柱形形状，或大体上立方体形状。超声换能器124还可包括一个或多个电极。电极可以是导电金属，包含铝、黄铜或不锈钢。
35.超声换能器124的压电材料可具有大体上矩形形状。压电材料可定位于支撑隔膜
上方，且一个或多个电极可定位在压电材料的每一侧上。超声换能器组合件122可包含一个或多个超声换能器124(例如，一个或多个超声发射器、一个或多个超声发射器和一个或多个超声接收器)，且超声换能器组合件122可任选地包含超声换能器124可附接或附连到的板、套筒或某一其它衬底，其实例为图1a中示出的超声换能器组合件122。举例来说，超声换能器组合件122可包含可包覆或包封加热腔室102的至少一部分的套筒或部分套筒，例如图1a中示出。超声换能器组合件122可包含能够促进超声波202的发射的材料。超声换能器124可定位成将传出的超声波202导向加热腔室102。超声换能器组合件122可定位在加热元件104附近，使得超声换能器124被定位成将传出的超声波导向加热元件104。超声换能器组合件122可定位在加热腔室102附近，直接位于加热腔室102的外表面上，或在加热腔室102内。超声换能器组合件122可定位成使得一个或多个超声换能器124与流体直接接触。
36.如上文所提及，流体加热装置100可包含多个超声换能器124。作为非限制性实例，流体加热装置100可包含两个超声换能器124，如图1a中所示出，但审慎考虑包含三个、四个、五个、六个、十个或任何其它数目的超声换能器124。可针对每一加热元件104存在单独的超声换能器124。或者，可针对给定的加热元件104存在两个或更多个超声换能器124，或者单个超声换能器124可定位成将超声波202提供到多个加热元件104。
37.多个超声换能器124可布置成阵列以经由超声波202生成策略性地提供有效且高效的除垢并防止化学沉积物。所述多个超声换能器124可布置成阵列，使得超声换能器124中的每一个可输出导向共同位置(例如，污染物颗粒沉积处、污染物颗粒很可能沉积、附着或粘附的位置)的超声波202。所述多个超声换能器124可定位成使得每一超声换能器124的输出的超声波202可瞄准加热腔室102的污染物颗粒204很可能沉积到的区域或部分。举例来说，具有脊部或波状构形的区域可能容易发生污染物颗粒204沉积。可能容易发生污染物颗粒204沉积的其它区域可包含加热腔室102、入口106、出口108，或者弯曲或以其它方式改变流体的流量的任何其它区域的部分。当流体在弯曲中改变方向时，流体压力可改变，从而导致较多矿物质污染物积聚的可能性。一个或多个超声换能器124可在超声换能器组合件122上等距离定位，和/或可沿着加热腔室102等距离定位，这可便于在整个加热腔室102中均匀地发射超声波202。
38.超声换能器124可与控制器114电连通，且控制器114可被配置成控制或操作超声换能器124。控制器114可包含处理器，其能够执行所存储指令且对所存储数据操作以执行与所公开的实例和实施例相关的某些功能。控制器114可包含被配置成存储信息的一个或多个存储装置。控制器114可包含存储器，所述存储器包含指令以使处理器能够执行一个或多个应用，例如服务器应用、网络通信过程，和已知在计算机系统上可用的任何其它类型的应用或软件。或者，指令、应用程序等可存储在外部存储器中或可经由网络从存储器获得。所述一个或多个存储装置可以是易失性或非易失性、磁性、半导体、磁带、光学、可移除式、不可移除式，或者其它类型的存储装置或有形计算机可读介质。
39.可经由任何合适的类型的网络(包含经由例如蜂窝式或wifi网络等因特网的个别连接)促进流体加热装置100的组件之间(包含温度传感器、流量传感器、超声换能器和控制器之间)的通信。网络可使用直接连接来连接终端，例如射频识别(rfid)、近场通信(nfc)、bluetooth
tm
、低能量bluetooth
tm
(ble)、wifi
tm
、zigbee
tm
、环境反向散射通信(abc)协议、usb、wan或lan。基于网络的通信的益处可包含实时数据获取，其是准确、可靠、实时的数据
发射。
40.控制器114可包含图形接口。图形接口可与移动计算装置通信且使用移动计算装置显示，所述移动计算装置包含智能电话、平板电脑、可穿戴式装置、便携式膝上型计算机、可穿戴式扩增现实装置，或其它移动计算装置，或包含台式计算机的固定装置。
41.控制器114可激活超声换能器124，使得电流传递到超声换能器124的一个或多个电极，且致使超声换能器124输出超声波202。控制器114可从流量传感器110接收流量数据，且从温度传感器116、118接收温度数据。控制器114可(例如，基于从加热元件104接收的信号、基于由控制器114输出到加热元件104的最近指令)确定加热元件104当前是否接通。控制器114可基于流量数据确定流体是否正流经加热腔室102，且控制器114可基于温度数据或加热元件104当前是否接通的另一确定来确定加热元件104是否接通。
42.响应于确定流体正流经加热腔室102和/或加热元件104已接通，控制器114可激活超声换能器124。控制器114可被配置成在加热元件104已经断开之后(例如，在加热元件已完成加热水且已切断之后)接通超声换能器124持续预定时间量。举例来说，控制器114可指示超声换能器124在加热元件104已经断开之后输出超声波202持续5秒、10秒、30秒、60秒、2分钟、5分钟，或任何其它时间周期。替代地或另外，控制器114可被配置成按照预定时间表激活超声换能器124(例如，每小时一次、每6小时一次、每天一次)。控制器114可指示超声换能器124在超声换能器124接通的同时提供超声波202的恒定输出。或者，控制器114可指示超声换能器124在超声换能器124接通的同时提供超声波202的脉冲式输出。脉冲式输出可以指代例如输出和不输出超声波202的交替周期。控制器114可被配置成至少部分地基于所接收的流量数据、温度数据和从加热元件104接收的信号确定超声波输出的适当持续时间和类型(例如，超声波202的恒定输出、超声波202的脉冲式输出，或某一其它类型的超声波202输出)。任选地，超声换能器组合件122可包含污染物传感器，其被配置成检测流经加热腔室102的流体中的一种或多种污染物的存在和量，且将污染物数据发射到控制器114。控制器114可接收污染物数据，且至少部分地基于污染物数据确定超声波输出的适当持续时间和类型。
43.电流的流动可致使压电材料快速改变形状，这可以产生超声波202。相反，当超声波202回传到压电材料时，可发射电流。同一超声换能器124可接收振动。或者，单独的超声换能器124可接收振动。超声换能器124和控制器114之间的电连通可控制加热元件104和加热腔室102的化学沉积物的移除和防止。
44.参看图2，单个控制器114可被配置成执行本文所论述的所有控制器功能。或者，参考图3，超声换能器组合件122可包含专用超声换能器控制器302，其被配置成从流体加热装置100的控制器114接收各种数据和/或直接从流体加热装置100的各种传感器和组件接收数据。举例来说，此配置可便于将超声换能器组合件122安装在现有的流体加热装置100上。
45.图4示出将超声波202发射到加热腔室102中以及朝向加热元件104发射的实例超声换能器124。超声换能器124可在预定或可变频率下和/或以预定或可变时间间隔发射超声波202。预定频率可基于(作为非限制性实例)污染物颗粒204的所估计量、加热腔室102和/或加热元件104的尺寸、加热腔室102和/或加热元件104的材料的类型、超声换能器124的类型和数目和位置、流体的类型、流体的温度，以及流体的流率确定。或者，预定频率可以是默认值，或可以是用户输入的值。
46.可变频率可由控制器114(或控制器302)基于由超声换能器124检测到的返回频率而调整。也就是说，超声换能器124可包含接收器，其被配置成检测和测量声波且将检测到的频率数据发射到控制器114、302。检测到的声波可对应于先前发射的超声波202。检测到的频率数据可指示超声波202的输出和超声换能器124检测到与初始超声波202相关联的回波或回弹声波之间的时间量。控制器114、302可使用此信息来确定安置在加热元件104上和/或加热腔室102内的污染物颗粒204的量和/或位置的近似值。控制器114、302因此可将指令输出到超声换能器124以基于检测到的声波调整输出的超声波202的频率。
47.预定或可变频率可在1khz和50khz之间。预定时间间隔可基于(作为非限制性实例)污染物颗粒204的所估计量、加热腔室102和/或加热元件104的尺寸、加热腔室102和/或加热元件104的材料的类型、超声换能器124的类型和数目和位置、流体的类型、流体的温度，以及流体的流率确定。或者，预定时间间隔可以是默认值，或可以是用户输入的值。
48.可变时间间隔可由控制器114(或控制器302)基于由超声换能器124检测到的返回时间间隔而调整。也就是说，超声换能器124可包含接收器，且所述接收器可被配置成检测和测量声波且将检测到的声波数据发射到控制器114、302。检测到的声波数据可指示检测到的声波，且检测到的声波可以是对应于先前发射的超声波202的返回或“回弹”波。换句话说，检测到的时间间隔数据可指示超声波202的输出和超声换能器124检测到与初始超声波202相关联的回波或回弹声波之间的时间量。基于检测到的声波数据，控制器114、302可确定或近似安置在加热元件104上和/或加热腔室102内的污染物颗粒204的量和/或位置。控制器114、302因此可将指令输出到超声换能器124以基于检测到的声波调整输出的超声波202的时间间隔。
49.一旦控制器114、302检测到流体正流经加热腔室102，预定或可变时间间隔就可开始。或者，一旦控制器114、302确定加热元件104已经断开，预定或可变时间间隔就可开始。或者，一旦控制器114、302确定流体已经停止流经加热腔室102，预定或可变时间间隔就可开始。因此，作为实例，控制器114、302可被配置成在流体正流经加热腔室102的同时接通超声换能器124，和/或接通超声换能器124持续某一时间间隔(预定或可变)，一旦流体停止流经加热腔室和/或一旦加热元件104断开，所述时间间隔就开始。预定或可变时间间隔可在大致一秒到大致三十分钟之间。举例来说，取决于加热腔室102的温度，一旦加热腔室102的温度低于预定值，所述预定或可变时间间隔可为一秒到几分钟。
50.超声换能器124可在一个或多个预定或可变频率下发射超声波202，且在所述一个或多个频率之间振荡持续一个或多个预定或可变时间间隔、保持在第一频率持续第一时间间隔、保持在第二频率持续第二时间间隔，以及针对总的所确定频率继续并针对每一相应所确定频率持续所确定时间间隔。此循环可重复。作为实例，流体加热装置100可起始一过程，在所述过程中，在25khz的频率下发射多个超声波202持续30秒，且随后立即在45khz的频率下发射多个超声波202持续30秒。此循环可在预定时间间隔内重复预定次数(例如，十分钟内十次)。
51.经由加热腔室102的流体发射的所述多个超声波202可形成多个空泡206。空泡206可主要由气体填充，所述气体主要是空气和水蒸气且通常在流体经历低压力时出现和形成。当流体归因于生成多个超声波202而置于显著张力状态时，所述多个空泡206可从微核形成和生长为不稳定尺寸。
52.从多个超声波202生成的声压可产生流体中的显著应力。超声波202可包括压缩和折射循环。在循环的折射部分期间，流体中的压力为负。在循环的压缩部分期间，流体中的压力为正。正发射到流体中的多个超声波202可致使负压力区域的量值继续增加。最终，负压力的量值可能变得如此大，流体将断裂，从而致使产生空泡206的微核。
53.一旦形成空泡206，空泡206就可持续生长。空泡206可从小核生长到其原始尺寸的许多倍。在每一折射循环期间，空泡206可生长。尽管空泡206的尺寸可在每一压缩循环期间减小到某一程度，但大体趋势是，在所述多个压缩和折射循环内，当生成多个超声波202时，空泡206的尺寸可增加。空泡206通常生长直至空泡206达到不稳定尺寸。
54.通常，所施加频率越低，则空泡206越大，而所施加频率越高，则空泡206越小。当频率为低时，空泡206可变大且在内爆后释放较多能量。尽管可在内爆后释放较多能量，但发生较少内爆事件。当频率为高时，空泡206较小且在内爆后释放较少能量。
55.图5示出空泡206的内爆的图式。空泡206的内爆或崩溃可产生压力和温度的瞬时极值。空泡206可含有部分真空。空泡206内的腔可包括呈空气(主要)和水蒸气的形式的气体。随着空泡206周围的压力增加，最终空泡206变得不稳定，且来自外部的流体冲入空泡206内部。当此发生时，可形成流体的射流402。流体的射流402可具有每秒250米的速率。射流402可与空泡206尺寸的大致十分之一一样小。当此内爆发生时，空泡206内部的气体被压缩且随后可致使温度升高。环绕空泡206的流体可由于空泡206的内爆而增加。内爆的空泡206内的高压力、内爆的空泡206和周围流体内的高温，以及射流402接触加热腔室102或加热元件104的内壁208时射流402的速率的组合可使粘附于加热腔室102或加热元件104的内壁208的一个或多个污染物颗粒204移位。射流402的小尺寸和生成的大量能量允许可能位于加热腔室102内的小缝隙或脊部中的污染物颗粒204移位。此过程可有效地且高效地防止污染物颗粒204粘附到加热腔室102或加热元件104的内壁208，从而防止水垢积聚。
56.移位的多个污染物颗粒204可流动穿过加热腔室102且离开流体出口108。污染物颗粒204的直径小于曝气机网的孔隙的直径，从而允许污染物颗粒204容易地流经流体出口108且离开施配龙头。包括所述多个污染物颗粒204的常见矿物质包含钙和镁，其通常对于人体是安全的。因此，所述多个污染物颗粒204可流动穿过流体加热装置100且经由龙头离开，对人类没有不利影响。当污染物颗粒206流动穿过流体加热装置100而不粘附到加热腔室102或加热元件104的内壁208时，可减少且可防止导致结垢的污染物颗粒204的积聚。