一種自動轉換加熱功率的電熱水器的製作方法
2023-07-31 04:32:11 1
專利名稱：一種自動轉換加熱功率的電熱水器的製作方法
技術領域：
本發明屬於熱水器領域，尤其涉及一種自動轉換加熱功率的電熱水器。
背景技術：
目前家庭中普遍使用的電熱水器的加熱功率比較單一，一般只有一種加熱功率，加熱功率也不會隨著水的溫度的提高而進行變化。因此此種情況下，對於加熱功率比較大的熱水器來說，一旦開始加熱，則水的溫度提升速度很快，對於熱水器的內膽來說，由於熱脹冷縮的作用，快速的溫升會導致內膽的快速的膨脹，多次的快速膨脹容易導致內膽與其他殼體材料的結合度鬆弛，而且也會降低內膽的使用頻率；有的熱水器加熱功率較低，雖然會使得水升溫速度慢，從而減少內膽的快速受熱膨脹，但是整體水的加熱速度較慢，因此影響了使用的及時性。本發明針對已有技術的不足，提供一種自動轉換加熱功率的電熱水器。電熱水器可以根據熱水器的水溫自動選擇合適的加熱功率，達到自動在較短的時間內供給大量熱水的目的。
發明內容
本發明所要解決的技術問題在於提供一種自動轉換加熱功率的電熱水器，從而有效的降低內膽的快速膨脹，保證了熱水的及時供應。為了實現上述目的，本發明的技術方案如下；一種自動轉換加熱功率的電熱水器，所述電熱水器包括熱水器內膽、電加熱器、冷水入口管、熱水出口管、溫度傳感器和中央控制器，所述內膽包括有四層結構，每相鄰的兩層緊密貼合，由內至外的第一層是內塗料層，第二層是鋁合金層，第三層是不鏽鋼層，第四層是外塗料層，熱水出口管和冷水入口管與熱水器內膽連接，其特徵在於，所述的溫度傳感器、電加熱器與所述中央控制器之間通訊連接，所述內膽包括四個側壁和一個底壁，在底壁和每個側壁上分別設置有四個電加熱器，分別是第一電加熱器、第二電加熱器、第三電加熱器和第四電加熱器，用於對熱水器中的水進行加熱；當開始加熱時，底壁和每個側壁上的所述的第一電加熱器啟動加熱，第二電加熱器、第三電加熱器和第四電加熱器不啟動加熱；當水的溫度達到第一溫度時，底壁和每個側壁上的所述的第二電加熱器開始啟動加熱，底壁和每個側壁上的所述的第一電加熱器、第二電加熱器一起加熱，底壁和每個側壁上的第三電加熱器和第四電加熱器不啟動加熱；當溫度達到第二溫度時，底壁和每個側壁上的所述的第三電加熱器開始啟動，底壁和每個側壁上的所述的第一電加熱器、第二電加熱器、第三電加熱器一起對水進行加熱，底壁和每個側壁上的第四電加熱器不啟動加熱；當溫度達到第四溫度時，底壁和每個側壁上的所述的第四電加熱器開始啟動，底壁和每個側壁上的所述的所有電加熱器一起對水進行加熱；所述中央控制器包括調節單元，所述調節單元根據所述溫度傳感器測量的水的溫度，產生控制所述電熱水器的調節信號。所述溫度傳感器為多個，其中至少一個溫度傳感器設置在內膽的熱水出口位置，用來測量出口熱水的溫度，至少一個溫度傳感器設置在內膽的冷水入口位置，用來測量入口冷水的水溫，其中至少一個溫度傳感器設置在熱水器內膽的其他位置，用來測量熱水器內膽內水的溫度，所述調節單元通過多個溫度傳感器測量的溫度的平均值來產生控制所述電加熱器的調節信號。所述的每個側壁上的電加熱器沿熱水器內膽的高度方向分布，其中從熱水器內膽下部往上依次是第四電加熱器、第二電加熱器、第一電加熱器、第三電加熱器。所述的每個側壁和/或上的電加熱器沿熱水器內膽的高度錯列分布。所述的每個側壁上的電加熱器沿熱水器內膽的高度呈直線分布，在高度方向上，第二電加熱器與第一電加熱器是第一電加熱器與第三電加熱器距離的0.8-0.9倍，第四電加熱器與第二電加熱器的距離是第二電加熱器與第一電加熱器距離的0.7-0.75倍。所述的每個側壁上的電加熱器沿熱水器內膽的高度呈直線分布，所述直線與側壁的中線的夾角為30-45°。所述冷水入口管設置在底壁上的底壁與側壁連接的位置附近，底壁的電加熱器距離冷水入口管距離由近及遠的分布為:第四電加熱器、第二電加熱器、第一電加熱器和第三電加熱器。鋁合金層的鋁合金的組分的質量百分比如下:6.0% Cu，0.9% Mg，0.6% Ag，0.8%Mn,0.13% Zr,0.1% Ce,0.10% Ti,0.15% Si，其餘為 Al。每個側壁和/或底壁上的第四電加熱器的功率大於第三電加熱器的功率，第三電加熱器的功率大於第二電加熱器的功率，第二電加熱器的功率大於第一電加熱器的功率。所述的電熱水器還包括水位控制器、流量控制器、流量傳感器，水位控制器、流量控制器、流量傳感器與中央控制器通訊連接，流量傳感器和流量控制器設置在熱水器入口管上，所述流量傳感器用於測量流入熱水器內膽的水的流量；所述的流量控制器用來控制熱水器入口管上的水的流速，所述水位控制器用於測量熱水器內膽的水位，並將測量結果傳遞給中央控制器，中央控制器根據測量的水位和流量來控制流量控制器的流速。流量控制器是閥門或泵。所述第一溫度為50攝氏度，第二溫度為60攝氏度，第三溫度為75攝氏度。電加熱器由電熱合金組成，所述電熱合金的質量百分比如下Ni34% ；Crl8% ；A15% ；C0.05% ；B0.006% ；Co2% ；W4% ；Mo4% ；Ti2% ；Nb0.1% ；La0.2% ；Ce0.2% ;Fe 餘量。與現有技術相比較，本發明具有如下的優點:I)通過設置多個電加熱器，在熱水器剛開始加熱的時候，只啟動其中一個電加熱器，從而慢慢的提升水的溫度，從而避免了水的溫度快速提高，避免了熱水器內膽的快速熱脹；當達到一定水溫後，此時的熱水器內壁已經慢慢的熱漲到一定程度，因此此時在加大加熱功率，並不會產生加熱初期的熱水器的熱漲的速度，因此提高了熱水器的使用壽命。2)通過在四個側壁和底壁都設置電加熱器，可以保證加熱的水溫均勻；3)將電加熱器設置在熱水器內膽的高度方向上，而且將首先啟動加熱的電加熱器放置在三個電加熱器的中間，從而降低首先啟動的電加熱器對內膽底壁的熱漲現象。4)通過水位控制器、流量控制器、流量傳感器，實現對進入熱水器的流速的控制。5)通過設置多個溫度傳感器，以保證測量的水溫的準確。
6)通過電加熱器間距和加熱功率的設置，實現對水的均勻加熱。
7)通過對鋁合金層的鋁合金的組分的質量百分比的合理分配，提高內膽的合金層的高耐熱性和高溫抗拉強度。
8)通過對電熱合金的組分的設置，使得電熱合金具有高的抗氧化性和抗腐蝕能力。
圖1是熱水器內膽的結構圖
圖2是熱水器的外觀整體圖
圖3是本發明電熱水器工作的示意圖
圖4是側壁上的電加熱器其中一種分布圖
圖5是側壁上的電加熱器其中另一種分布圖
附圖標記如下:1中央控制器，2第一側壁的第一電加熱器，3第一側壁的第二電加熱器，4第一側壁的第三電加熱器，5第一側壁的第四電加熱器，6冷水入口管，7熱水出口管，8溫度傳感器，9溫度傳感器，10溫度傳感器，11流量傳感器，12流量控制器，13熱水器內膽，14底壁的第三電加熱器，15底壁的第一電加熱器，16底壁的第二電加熱器，17底壁的第四電加熱器，18第二側壁的第一電加熱器，19第二側壁的第二電加熱器，20第二側壁的第三電加熱器，21第二側壁的第四電加熱器，22內膽的第一層，23內膽的第二層，24內膽的第三層，25內膽的第四層，26外殼具體實施方式
下面結合附圖對本發明的具體實施方式
做詳細的說明。
首先，請參考圖1，一種自動轉換加熱功率的電熱水器，所述電熱水器包括熱水器內膽13和外殼26，熱水器下部設置冷水入口管6，上部的一側設置有熱水出口管7，冷水通過冷水入口管6進入熱水器內膽13，然後在熱水器內膽13內進行加熱，然後通過熱水出口管7流出。
圖2展示了熱水器內膽13的示意圖。熱水器內膽13分為四層，每相鄰的兩層緊密貼合，從內向外分別是內塗料層22、鋁合金層23、不鏽鋼層24和外塗料層25，熱水器內膽13由於採用了上述結構，第一層是內塗料層，可以避免出現腐蝕，第二層是鋁合金層，使得傳熱均勻烹飪效果好，第三層是不鏽鋼層，使內膽的外表面不僅美觀，還能使得內膽的傳熱更快，第四層是外塗料層，可以保護銅層避免產生鏽蝕。
圖2展示的內膽13的側壁和底壁呈大於90°的鈍角，當然，內膽的側壁和底壁不局限於附圖的形式，內膽和側壁可以呈90°的角，內膽可以呈立方體形狀，有四個互相垂直的側壁和底壁組成。
對於內膽13中的材料不局限於上述描述的材料，本領域技術人員可以進行合理的選擇，但是對於內膽的四層結構的材料的選擇，要求是由內向外的四層結構的熱膨脹係數逐漸增大，也就是說，最內層的熱膨脹係數最低，第二層其次，第三層大於第二層但小於第四層，第四層最大。之所以這樣的設置，因為在加熱的過程中，第一層先受熱，先膨脹，然後依次是第二層、第三層、第四層受熱膨脹，因此四層膨脹次數依次增大可以保證膨脹率基本保持一致，保證各層連接的緊密性和穩定性。
如圖3所示，所述電熱水器包括電加熱器、溫度傳感器和中央控制器1，其中熱水出口管7和冷水入口管6與熱水器內膽13連接所述的溫度傳感器8-10、電加熱器2-5，14-17，18-21與所述中央控制器I之間通訊連接，所述內膽13包括四個側壁(圖3中只展示了兩個側壁)和一個底壁，在底壁和每個側壁上分別設置有四個電加熱器。如圖3所示，在圖3的熱水器內膽的第一側壁上分別是第一電加熱器2、第二電加熱器3、第三電加熱器4和第四電加熱器5，同理在圖3的熱水器內膽的第二側壁上分別是第一電加熱器18、第二電加熱器19、第三電加熱器20和第四電加熱器21，同時熱水器內膽的兩外兩個側壁的電加熱器的設置與第一側壁和第二側壁的設置相同，分別設置有四個電加熱器；在內膽13的底壁設置有四個電加熱器，分別是第三電加熱器14、第一電加熱器15、第二電加熱器16和第四電加熱器17，上述設置的電加熱器用於對熱水器中的水進行加熱，；當開始加熱時，底壁和每個側壁上的所述的第一電加熱器2、18、15(包括未不出的兩個側壁上的第一電加熱器)啟動加熱，第二電加熱器、第三電加熱器和第四電加熱器不啟動加熱；當水的溫度達到第一溫度時，底壁和每個側壁上的所述的第二電加熱器開始啟動加熱，底壁和每個側壁上的所述的第一電加熱器、第二電加熱器一起加熱，底壁和每個側壁上的第三電加熱器和第四電加熱器不啟動加熱；當溫度達到第二溫度時，底壁和每個側壁上的所述的第三電加熱器開始啟動，底壁和每個側壁上的所述的第一電加熱器、第二電加熱器、第三電加熱器一起對水進行加熱，底壁和每個側壁上的第四電加熱器不啟動加熱；當溫度達到第三溫度時，底壁和每個側壁上的所述的第四電加熱器開始啟動，底壁和每個側壁上的所述的所有電加熱器一起對水進行加熱；所述中央控制器I包括調節單元，所述調節單元根據所述溫度傳感器測量的水的溫度，產生控制所述電熱水器的調節信號。
在實際加熱的過程中，只要水的溫度低於第一溫度，則只啟動底壁和四個側壁的第一電加熱器，如果水的溫度在第一溫度和第二溫度之間時，則同時啟動底壁和四個側壁的第一電加熱器和第二電加熱器，如果水的溫度在第二溫度和第三溫度之間時，則同時啟動底壁和四個側壁的第一電加熱器、第二電加熱器和第三電加熱器，當水的溫度達到或者超過第三溫度時，則所有的電加熱器同時啟動進行加熱。
所述溫度傳感器為多個，都設置在內膽5內。如圖3所示，其中一個溫度傳感器8設置在內膽的熱水出口位置，用來測量出口熱水的熱水溫度，其中一個溫度傳感器9設置在內膽的冷水入口位置，用來測量入口冷水的水溫，其中至少一個溫度傳感器10設置在熱水器內膽的其他位置，用來測量熱水器內膽10內水的溫度，例如如圖3所示的設置在內膽5的底部。所述調節單元通過多個溫度傳感器測量的溫度的平均值來產生控制所述電加熱器的調節信號。
雖然圖3中的溫度傳感器的數量為3個，實際上，溫度傳感器的數量不局限於3個，例如熱水器熱水出口位置、冷水入口位置以及其他位置處的傳感器的數量都可以是兩個以上。通過設置多個溫度傳感器可以增加水溫的測量準確性。
當然，本領域技術人員也可以根據需要選擇將溫度傳感器設置在熱水入口管和/或冷水出口管上，與設置在內膽的溫度傳感器一起來計算測量溫度的平均值。
如圖3所示，所述的第一側壁的電加熱器沿熱水器內膽的高度方向分布，其中從熱水器內膽下部往上依次是第四電加熱器5、第二電加熱器3、第一電加熱器2、第三電加熱器4。其他側壁的電加熱器的設置與第一側壁的設置相同。所述的每個側壁上的電加熱器沿熱水器內膽的高度呈直線分布，在高度方向上，第二電加熱器3與第一電加熱器2是第一電加熱器2與第三電加熱器4距離的0.8-0.9倍，第四電加熱器5與第二電加熱器3的距離是第二電加熱器3與第一電加熱器2距離的
0.7-0.75倍。其他側壁的電加熱器的設置與第一側壁的設置相同。第四電加熱器5的功率大於第三電加熱器4的功率,第三電加熱器4的功率大於第二電加熱器3的功率，第二電加熱器3的功率大於第一電加熱器2的功率。其他側壁的電加熱器的設置與第一側壁的設置相同。所述冷水入口 6設置在底壁上的底壁與側壁連接的位置附近，底壁的電加熱器距離冷水入口管6距離由近及遠的分布為:第四電加熱器17、第二電加熱器16、第一電加熱器15和第三電加熱器14。底壁上中，第四電加熱器17的功率大於第三電加熱器14的功率，第三電加熱器14的功率大於第二電加熱器16的功率，第二電加熱器16的功率大於第一電加熱器15的功率。通過上述的位置和功率的設置，可以提高水的加熱的均衡性，保證各壁面溫度提升的一致性。所述的電熱水器還包括水位控制器(圖3未示出)、流量控制器12、流量傳感器11，水位控制器、流量控制器12、流量傳感器11與中央控制器I通訊連接，流量傳感器11和流量控制器12設置在熱水器入口管6上，所述流量傳感器11用於測量流入熱水器內膽5的水的流量；所述的流量控制器12用來控制熱水器入口管6上的水的流速，所述水位控制器用於測量熱水器內膽的水位，並將測量結果傳遞給中央控制器1，中央控制器I根據測量的水位和流量來控制流量控制器12的流速，中央控制器I還可以根據水溫和流量控制流量控制器12的流速。例如，如果水箱內的水溫超過了用戶的需求，則通過設置增加水的流量在降低水溫，同理，如果水箱內的水溫低於用戶的需求，則可以通過減少水的流量來保證水的快速加熱。用戶的需求可以通過用戶界面(未示出)進行設置。如果水位下降，則通過控制增加流速來增加進入內膽的水的流量，如果水位過高，則通過降低或者停止水的流速來減少或者避免進入內道的水流量。如圖4展示了第一側壁的電加熱器沿熱水器內膽的高度錯列分布。當然每一個側壁和底壁上的電加熱器都可以採用如圖4所示的錯列分布，所述的每個側壁上的電加熱器沿熱水器內膽的高度呈直線分布，如圖5所示，所述直線與側壁的中線的夾角為30-45° (圖5所示的兩條虛線所成的角度)。當然底壁上的電加熱器都可以採用如圖5所示的錯列分布。通過上述的電加熱器位置設置，可以提高水的加熱的均衡性，保證各壁面溫度提升的一致性。在實際應用中，還可以設置防燒乾裝置，以保證進行加熱的電加熱器都浸泡在水中。如果電加熱器沒有浸泡在水中，則電加熱器自動停止加熱，防止幹燒。等水位上升淹沒電加熱器時再進行加熱。鋁合金層的鋁合金的組分的質量百分比如下:6.0% Cu，0.9% Mg，0.6% Ag，0.8%Mn,0.13% Zr,0.1% Ce,0.10% Ti,0.15% Si，其餘為 Al。
鋁合金的製造方法為:採用真空冶金熔煉，氬氣保護澆注成圓坯，經過600°C均勻化處理，在400°C，採用熱擠壓成棒材，然後再經過580°C固溶淬火後，在200°C進行人工時效處理。合金的抗拉強度。b:室溫彡550MPa，200°C彡440MPa，300°C彡_230MPa。
電加熱器由電熱合金組成，所述電熱合金的質量百分比如下Ni34% ；Crl8% ；A15% ；C0.05% ；B0.006% ；Co2% ；W4% ；Mo4% ；Ti2% ；Nb0.1% ；La0.2% ；Ce0.2% ;Fe 餘量。
電熱合金的製造方法為:通過在真空感應爐中按照電熱合金的成分熔煉澆注成錠，然後在1200°C _90(TC將合金錠熱鍛成棒材，在1200°C -900°C熱軋成盤材，再在室溫冷拔成不同規格的絲材。
為了代替廣泛使用的NiCr系Cr20Ni80合金，而製造了低成本的電熱合金，合金的抗氧化性與Cr20Ni80對比如下:
權利要求
1.一種自動轉換加熱功率的電熱水器，所述電熱水器包括熱水器內膽、電加熱器、冷水入口管、熱水出口管、溫度傳感器和中央控制器，所述內膽包括有四層結構，每相鄰的兩層緊密貼合，由內至外的第一層是內塗料層，第二層是鋁合金層，第三層是不鏽鋼層，第四層是外塗料層，熱水出口管和冷水入口管與熱水器內膽連接，其特徵在於，所述的溫度傳感器、電加熱器與所述中央控制器之間通訊連接，所述內膽包括四個側壁和一個底壁，在底壁和每個側壁上分別設置有四個電加熱器，分別是第一電加熱器、第二電加熱器、第三電加熱器和第四電加熱器，用於對熱水器中的水進行加熱；當開始加熱時，底壁和每個側壁上的所述的第一電加熱器啟動加熱，第二電加熱器、第三電加熱器和第四電加熱器不啟動加熱；當水的溫度達到第一溫度時，底壁和每個側壁上的所述的第二電加熱器開始啟動加熱，底壁和每個側壁上的所述的第一電加熱器、第二電加熱器一起加熱，底壁和每個側壁上的第三電加熱器和第四電加熱器不啟動加熱；當溫度達到第二溫度時，底壁和每個側壁上的所述的第三電加熱器開始啟動，底壁和每個側壁上的所述的第一電加熱器、第二電加熱器、第三電加熱器一起對水進行加熱，底壁和每個側壁上的第四電加熱器不啟動加熱；當溫度達到第三溫度時，底壁和每個側壁上的所述的第四電加熱器開始啟動，底壁和每個側壁上的所述的所有電加熱器一起對水進行加熱；所述中央控制器包括調節單元，所述調節單元根據所述溫度傳感器測量的水的溫度，產生控制所述電熱水器的調節信號。
2.根據權利要求1所述的電熱水器，其特徵在於，所述溫度傳感器為多個，其中至少一個溫度傳感器設置在內膽的熱水出口位置，用來測量出口熱水的溫度，至少一個溫度傳感器設置在內膽的冷水入口位置，用來測量入口冷水的水溫，其中至少一個溫度傳感器設置在熱水器內膽的其他位置，用來測量熱水器內膽內水的溫度，所述調節單元通過多個溫度傳感器測量的溫度的平均值來產生控制所述電加熱器的調節信號。
3.根據權利要求2的電熱水器，其特徵在於，所述的每個側壁上的電加熱器沿熱水器內膽的高度方向分布，其中從熱水器內膽下部往上依次是第四電加熱器、第二電加熱器、第一電加熱器、第三電加熱器。
4.根據權利要求3的電熱水器，其特徵在於，所述的每個側壁和/或底壁上的電加熱器沿熱水器內膽的高度錯列分布。
5.根據權利要求1或2的電熱水器，其特徵在於，所述的每個側壁上的電加熱器沿熱水器內膽的高度呈直線分布，在高度方向上，第二電加熱器與第一電加熱器是第一電加熱器與第三電加熱器距離的0.8-0.9倍，第四電加熱器與第二電加熱器的距離是第二電加熱器與第一電加熱器距離的0.7-0.75倍。
6.根據權利要求1或2的電熱水器，其特徵在於，所述的每個側壁上的電加熱器沿熱水器內膽的高度呈直線分布，所述直線與側壁的中線的夾角為30-45°。
7.根據權利要求1或2的電熱水器，其特徵在於，所述冷水入口管設置在底壁上的底壁與側壁連接的位置附近，底壁的電加熱器距離冷水入口管距離由近及遠的分布為:第四電加熱器、第二電加熱器、第一電加熱器和第三電加熱器。
8.根據權利要求1或2的電熱水器，其特徵在於，鋁合金層的鋁合金的組分的質量百分比如下:6.0% Cu,0.9% Mg,0.6% Ag,0.8% Mn,0.13% Zr,0.1% Ce,0.10% Ti,0.15% Si,其餘為Al。
9.根據權利要求1或2的電熱水器，其特徵在於，每個側壁和/或底壁上的第四電加熱器的功率大於第三電加熱器的功率，第三電加熱器的功率大於第二電加熱器的功率，第二電加熱器的功率大於第一電加熱器的功率。
10.根據權利要求6所述電熱水器，其特徵在於:流量控制器是閥門或泵。
11.根據權利要求1或2所述電熱水器，其中電加熱器由電熱合金組成，所述電熱合金的質量百分比如下 Ni34% ；Crl8% ；A15% ；C0.05% ；B0.006% ；Co2% ；W4% ；Mo4% ；Ti2% ；Nb0.1% ；La0.2% ；Ce0.2% ；Fe 餘量。
全文摘要
本發明提供了一種自動轉換加熱功率的電熱水器，所述電熱水器包括熱水器內膽、所述的內膽由多層結構，電加熱器、熱水器內膽包括四個側壁和一個底壁，所述底壁和每個側壁的電加熱器為四個，隨著加熱溫度的升高，所述的電加熱器不斷的陸續的啟動加熱。本發明可以根據水溫來控制加熱功率，避免內膽的快速受熱膨脹，同時在側壁和底壁都設置加熱器，保證加熱溫度的均勻。
文檔編號C22C21/16GK103196219SQ20131010288
公開日2013年7月10日 申請日期2013年3月28日 優先權日2013年3月28日
發明者孫福振, 李豔, 郝身剛, 李業剛 申請人:山東理工大學