CN103363656B - 一种具有水位控制功能的电热水器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种具有水位控制功能的电热水器，所述电热水器包括热水器内胆、电加热器、冷水入口管、热水出口管、温度传感器、水位控制器、流量控制器、流量传感器和中央控制器，所述流量传感器用于测量流入热水器内胆的水的流量；所述的流量控制器用来控制热水器入口管上的水的流速，所述水位控制器用于测量热水器内胆的水位，中央控制器根据测量的水位和流量来控制流量控制器的流速，从而保证内胆的水位保持一定的高度。本发明可以根据测量的水位和流量控制水位，保证加热的安全。

Description

一种具有水位控制功能的电热水器

技术领域

本发明属于热水器领域，尤其涉及一种具有水位控制功能的电热水器。

背景技术

目前家庭中普遍使用的电热水器的加热功率比较单一，一般只有一种加热功率，加热功率也不会随着水的温度的提高而进行变化。因此此种情况下，对于加热功率比较大的热水器来说，一旦开始加热，则水的温度提升速度很快，对于热水器的内胆来说，由于热胀冷缩的作用，快速的温升会导致内胆的快速的膨胀，多次的快速膨胀容易导致内胆与其他壳体材料的结合度松弛，而且也会降低内胆的使用频率；有的热水器加热功率较低，虽然会使得水升温速度慢，从而减少内胆的快速受热膨胀，但是整体水的加热速度较慢，因此影响了使用的及时性。

本发明针对已有技术的不足，提供一种具有水位控制功能的电热水器。电热水器可以根据热水器的水温自动选择合适的加热功率，达到自动在较短的时间内供给大量热水的目的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种具有水位控制功能的电热水器，从而有效的降低内胆的快速膨胀，保证了热水的及时供应。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种具有水位控制功能的电热水器，所述电热水器包括热水器内胆、电加热器、冷水入口管、热水出口管、温度传感器、水位控制器、流量控制器、流量传感器和中央控制器，所述内胆包括有四层结构，每相邻的两层紧密贴合，由内至外的第一层是内涂料层，第二层是铝合金层，第三层是不锈钢层，第四层是外涂料层，热水出口管和冷水入口管与热水器内胆连接，其特征在于，所述的温度传感器、、水位控制器、流量控制器、流量传感器、电加热器与所述中央控制器之间通讯连接，所述内胆包括四个侧壁和一个底壁，在底壁和每个侧壁上分别设置有四个电加热器，分别是第一电加热器、第二电加热器、第三电加热器和第四电加热器，用于对热水器中的水进行加热；当开始加热时，底壁和每个侧壁上的所述的第一电加热器启动加热，第二电加热器、第三电加热器和第四电加热器不启动加热；当水的温度达到第一温度时，底壁和每个侧壁上的所述的第二电加热器开始启动加热，底壁和每个侧壁上的所述的第一电加热器、第二电加热器一起加热，底壁和每个侧壁上的第三电加热器和第四电加热器不启动加热；当温度达到第二温度时，底壁和每个侧壁上的所述的第三电加热器开始启动，底壁和每个侧壁上的所述的第一电加热器、第二电加热器、第三电加热器一起对水进行加热，底壁和每个侧壁上的第四电加热器不启动加热；当温度达到第四温度时，底壁和每个侧壁上的所述的第四电加热器开始启动，底壁和每个侧壁上的所述的所有电加热器一起对水进行加热；所述温度传感器设置在内胆内，用于测量水的温度，所述流量传感器和流量控制器设置在热水器入口管上，所述流量传感器用于测量流入热水器内胆的水的流量；所述的流量控制器用来控制热水器入口管上的水的流速，所述水位控制器用于测量热水器内胆的水位，并将测量结果传递给中央控制器，中央控制器根据测量的水位、流量来控制流量控制器的流速，所述中央控制器包括调节单元，所述调节单元根据所述温度传感器测量的水的温度，产生控制所述电热水器的调节信号，同时产生控制流量控制器的流速的信号。

所述温度传感器为多个，其中至少一个温度传感器设置在内胆的热水出口位置，用来测量出口热水的温度，至少一个温度传感器设置在内胆的冷水入口位置，用来测量入口冷水的水温，其中至少一个温度传感器设置在热水器内胆的其他位置，用来测量热水器内胆内水的温度，所述调节单元通过多个温度传感器测量的温度的平均值来产生控制所述电加热器的调节信号。

所述的每个侧壁上的电加热器沿热水器内胆的高度方向分布，其中从热水器内胆下部往上依次是第四电加热器、第二电加热器、第一电加热器、第三电加热器。

所述的每个侧壁和/或上的电加热器沿热水器内胆的高度错列分布。

所述的每个侧壁上的电加热器沿热水器内胆的高度呈直线分布，在高度方向上，第二电加热器与第一电加热器是第一电加热器与第三电加热器距离的0.8-0.9倍，第四电加热器与第二电加热器的距离是第二电加热器与第一电加热器距离的0.7-0.75倍。

所述的每个侧壁上的电加热器沿热水器内胆的高度呈直线分布，所述直线与侧壁的中线的夹角为30－45°。

所述冷水入口管设置在底壁上的底壁与侧壁连接的位置附近，底壁的电加热器距离冷水入口管距离由近及远的分布为：第四电加热器、第二电加热器、第一电加热器和第三电加热器。

铝合金层的铝合金的组分的质量百分比如下：6.0％ Cu ，0.9％ Mg ，0.6％ Ag ，0.8％ Mn ，0.13％ Zr ，0.1％ Ce ，0.10％ Ti，0.15％ Si，其余为 Al 。

每个侧壁和/或底壁上的第四电加热器的功率大于第三电加热器的功率，第三电加热器的功率大于第二电加热器的功率，第二电加热器的功率大于第一电加热器的功率。

电加热器由电热合金组成，所述电热合金的质量百分比如下Ni 34％；Cr  18％；Al  5％；C 0.05％；B 0.006％； Co  2％；W  4％；Mo 4％；Ti 2％；Nb 0.1％；La 0.2%；Ce 0.2％；Fe余量。

所述第一温度为50摄氏度，第二温度为60摄氏度，第三温度为75摄氏度。

与现有技术相比较，本发明具有如下的优点：

1）通过设置多个电加热器，在热水器刚开始加热的时候，只启动其中一个电加热器，从而慢慢的提升水的温度，从而避免了水的温度快速提高，避免了热水器内胆的快速热胀；当达到一定水温后，此时的热水器内壁已经慢慢的热涨到一定程度，因此此时在加大加热功率，并不会产生加热初期的热水器的热涨的速度，因此提高了热水器的使用寿命。

2)通过在四个侧壁和底壁都设置电加热器，可以保证加热的水温均匀；

3）将电加热器设置在热水器内胆的高度方向上，而且将首先启动加热的电加热器放置在三个电加热器的中间，从而降低首先启动的电加热器对内胆底壁的热涨现象。

4）通过水位控制器、流量控制器、流量传感器，实现对进入热水器的流速的控制。

5）通过设置多个温度传感器，以保证测量的水温的准确。

6）通过电加热器间距和加热功率的设置，实现对水的均匀加热。

7）通过对铝合金层的铝合金的组分的质量百分比的合理分配，提高内胆的合金层的高耐热性和高温抗拉强度。

8）通过对电热合金的组分的设置，使得电热合金具有高的抗氧化性和抗腐蚀能力。

附图说明

图1是热水器内胆的结构图

图2是热水器的外观整体图

图3是本发明电热水器工作的示意图

图4是侧壁上的电加热器其中一种分布图

图5是侧壁上的电加热器其中另一种分布图

附图标记如下：1中央控制器，2第一侧壁的第一电加热器，3第一侧壁的第二电加热器，4第一侧壁的第三电加热器，5第一侧壁的第四电加热器，6冷水入口管，7热水出口管，8温度传感器，9温度传感器，10温度传感器，11流量传感器，12流量控制器，13 热水器内胆，14 底壁的第三电加热器，15 底壁的第一电加热器，16底壁的第二电加热器，17 底壁的第四电加热器，18第二侧壁的第一电加热器，19 第二侧壁的第二电加热器，20第二侧壁的第三电加热器，21 第二侧壁的第四电加热器，22内胆的第一层，23内胆的第二层，24内胆的第三层,25内胆的第四层，26外壳

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。 

首先，请参考图1，一种具有水位控制功能的电热水器，所述电热水器包括热水器内胆13和外壳26,热水器下部设置冷水入口管6，上部的一侧设置有热水出口管7，冷水通过冷水入口管6进入热水器内胆13，然后在热水器内胆13内进行加热，然后通过热水出口管7流出。

图2展示了热水器内胆13的示意图。热水器内胆13分为四层，每相邻的两层紧密贴合，从内向外分别是内涂料层22、铝合金层23、不锈钢层24和外涂料层25，热水器内胆13由于采用了上述结构，第一层是内涂料层，可以避免出现腐蚀，第二层是铝合金层，使得传热均匀烹饪效果好，第三层是不锈钢层，使内胆的外表面不仅美观，还能使得内胆的传热更快，第四层是外涂料层，可以保护铜层避免产生锈蚀。

图2展示的内胆13的侧壁和底壁呈大于90°的钝角，当然，内胆的侧壁和底壁不局限于附图的形式，内胆和侧壁可以呈90°的角，内胆可以呈立方体形状，有四个互相垂直的侧壁和底壁组成。

对于内胆13中的材料不局限于上述描述的材料，本领域技术人员可以进行合理的选择，但是对于内胆的四层结构的材料的选择，要求是由内向外的四层结构的热膨胀系数逐渐增大，也就是说，最内层的热膨胀系数最低，第二层其次，第三层大于第二层但小于第四层，第四层最大。之所以这样的设置，因为在加热的过程中，第一层先受热，先膨胀，然后依次是第二层、第三层、第四层受热膨胀，因此四层膨胀次数依次增大可以保证膨胀率基本保持一致，保证各层连接的紧密性和稳定性。

如图3所示，所述电热水器包括电加热器、温度传感器和中央控制器1，其中热水出口管7和冷水入口管6与热水器内胆13连接，所述的温度传感器8-10、电加热器2-5,14-17,18-21与所述中央控制器1之间通讯连接，所述内胆13包括四个侧壁（图3中只展示了两个侧壁）和一个底壁，在底壁和每个侧壁上分别设置有四个电加热器。如图3所示，在图3的热水器内胆的第一侧壁上分别是第一电加热器2、第二电加热器3、第三电加热器4和第四电加热器5，同理在图3的热水器内胆的第二侧壁上分别是第一电加热器18、第二电加热器19、第三电加热器20和第四电加热器21，同时热水器内胆的两外两个侧壁的电加热器的设置与第一侧壁和第二侧壁的设置相同，分别设置有四个电加热器；在内胆13的底壁设置有四个电加热器，分别是第三电加热器14、第一电加热器15、第二电加热器16和第四电加热器17，上述设置的电加热器用于对热水器中的水进行加热，；当开始加热时，底壁和每个侧壁上的所述的第一电加热器2、18、15（包括未示出的两个侧壁上的第一电加热器）启动加热，第二电加热器、第三电加热器和第四电加热器不启动加热；当水的温度达到第一温度时，底壁和每个侧壁上的所述的第二电加热器开始启动加热，底壁和每个侧壁上的所述的第一电加热器、第二电加热器一起加热，底壁和每个侧壁上的第三电加热器和第四电加热器不启动加热；当温度达到第二温度时，底壁和每个侧壁上的所述的第三电加热器开始启动，底壁和每个侧壁上的所述的第一电加热器、第二电加热器、第三电加热器一起对水进行加热，底壁和每个侧壁上的第四电加热器不启动加热；当温度达到第三温度时，底壁和每个侧壁上的所述的第四电加热器开始启动，底壁和每个侧壁上的所述的所有电加热器一起对水进行加热；所述中央控制器1包括调节单元，所述调节单元根据所述温度传感器测量的水的温度，产生控制所述电热水器的调节信号。

在实际加热的过程中，只要水的温度低于第一温度，则只启动底壁和四个侧壁的第一电加热器，如果水的温度在第一温度和第二温度之间时，则同时启动底壁和四个侧壁的第一电加热器和第二电加热器，如果水的温度在第二温度和第三温度之间时，则同时启动底壁和四个侧壁的第一电加热器、第二电加热器和第三电加热器，当水的温度达到或者超过第三温度时，则所有的电加热器同时启动进行加热。

所述温度传感器为多个，都设置在内胆5内。如图3所示，其中一个温度传感器8设置在内胆的热水出口位置，用来测量出口热水的热水温度，其中一个温度传感器9设置在内胆的冷水入口位置，用来测量入口冷水的水温，其中至少一个温度传感器10设置在热水器内胆的其他位置，用来测量热水器内胆10内水的温度，例如如图3所示的设置在内胆5的底部。所述调节单元通过多个温度传感器测量的温度的平均值来产生控制所述电加热器的调节信号。

虽然图3中的温度传感器的数量为3个，实际上，温度传感器的数量不局限于3个，例如热水器热水出口位置、冷水入口位置以及其他位置处的传感器的数量都可以是两个以上。通过设置多个温度传感器可以增加水温的测量准确性。

当然，本领域技术人员也可以根据需要选择将温度传感器设置在热水入口管和/或冷水出口管上，与设置在内胆的温度传感器一起来计算测量温度的平均值。

如图3所示，所述的第一侧壁的电加热器沿热水器内胆的高度方向分布，其中从热水器内胆下部往上依次是第四电加热器5、第二电加热器3、第一电加热器2、第三电加热器4。其他侧壁的电加热器的设置与第一侧壁的设置相同。

所述的每个侧壁上的电加热器沿热水器内胆的高度呈直线分布，在高度方向上，第二电加热器3与第一电加热器2是第一电加热器2与第三电加热器4距离的0.8-0.9倍，第四电加热器5与第二电加热器3的距离是第二电加热器3与第一电加热器2距离的0.7-0.75倍。其他侧壁的电加热器的设置与第一侧壁的设置相同。

第四电加热器5的功率大于第三电加热器4的功率，第三电加热器4的功率大于第二电加热器3的功率，第二电加热器3的功率大于第一电加热器2的功率。其他侧壁的电加热器的设置与第一侧壁的设置相同。

所述冷水入口6设置在底壁上的底壁与侧壁连接的位置附近，底壁的电加热器距离冷水入口管6距离由近及远的分布为：第四电加热器17、第二电加热器16、第一电加热器15和第三电加热器14。

底壁上中，第四电加热器17的功率大于第三电加热器14的功率，第三电加热器14的功率大于第二电加热器16的功率，第二电加热器16的功率大于第一电加热器15的功率。

通过上述的位置和功率的设置，可以提高水的加热的均衡性，保证各壁面温度提升的一致性。

所述的电热水器还包括水位控制器（图3未示出）、流量控制器12、流量传感器11，水位控制器、流量控制器12、流量传感器11与中央控制器1通讯连接，流量传感器11和流量控制器12设置在热水器入口管6上，所述流量传感器11用于测量流入热水器内胆5的水的流量；所述的流量控制器12用来控制热水器入口管6上的水的流速，所述水位控制器用于测量热水器内胆的水位，并将测量结果传递给中央控制器1，中央控制器1根据测量的水位和流量来控制流量控制器12的流速，中央控制器1还可以根据水温和流量控制流量控制器12的流速。例如，如果水箱内的水温超过了用户的需求，则通过设置增加水的流量在降低水温，同理，如果水箱内的水温低于用户的需求，则可以通过减少水的流量来保证水的快速加热。用户的需求可以通过用户界面（未示出）进行设置。如果水位下降，则通过控制增加流速来增加进入内胆的水的流量，如果水位过高，则通过降低或者停止水的流速来减少或者避免进入内道的水流量。

如图4展示了第一侧壁的电加热器沿热水器内胆的高度错列分布。当然每一个侧壁和底壁上的电加热器都可以采用如图4所示的错列分布，

所述的每个侧壁上的电加热器沿热水器内胆的高度呈直线分布，如图5所示，所述直线与侧壁的中线的夹角为30－45°（图5所示的两条虚线所成的角度）。当然底壁上的电加热器都可以采用如图5所示的错列分布。

通过上述的电加热器位置设置，可以提高水的加热的均衡性，保证各壁面温度提升的一致性。

在实际应用中，还可以设置防烧干装置，以保证进行加热的电加热器都浸泡在水中。如果电加热器没有浸泡在水中，则电加热器自动停止加热，防止干烧。等水位上升淹没电加热器时再进行加热。

铝合金层的铝合金的组分的质量百分比如下：6.0％ Cu ，0.9％ Mg ，0.6％ Ag ，0.8％ Mn ，0.13％ Zr ，0.1％ Ce ，0.10％ Ti，0.15％ Si，其余为 Al 。

铝合金的制造方法为：采用真空冶金熔炼，氩气保护浇注成圆坯，经过600℃均匀化处理，在400℃，采用热挤压成棒材，然后再经过580℃固溶淬火后，在200℃进行人工时效处理。合金的抗拉强度σ b ：室温≥550MPa，200℃≥440MPa，300℃≥-230MPa。

电加热器由电热合金组成，所述电热合金的质量百分比如下Ni 34％；Cr  18％；Al  5％；C 0.05％；B 0.006％； Co  2％；W  4％；Mo 4％；Ti 2％；Nb 0.1％；La 0.2%；Ce0.2％；Fe余量。

电热合金的制造方法为：通过在真空感应炉中按照电热合金的成分熔炼浇注成锭，然后在1200℃-900℃将合金锭热锻成棒材，在1200℃-900℃热轧成盘材，再在室温冷拔成不同规格的丝材。

为了代替广泛使用的NiCr系Cr20Ni80合金，而制造了低成本的电热合金，合金的抗氧化性与Cr20Ni80对比如下：

虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (1)

1.一种自动温度控制的电热水器，所述电热水器包括热水器内胆、电加热器、冷水入口管、热水出口管、温度传感器、水位控制器、流量控制器、流量传感器和中央控制器，所述内胆包括有四层结构，每相邻的两层紧密贴合，由内至外的第一层是内涂料层，第二层是铝合金层，第三层是不锈钢层，第四层是外涂料层，热水出口管和冷水入口管与热水器内胆连接，其特征在于，所述的温度传感器、水位控制器、流量控制器、流量传感器、电加热器与所述中央控制器之间通讯连接，所述内胆包括四个侧壁和一个底壁，在底壁和每个侧壁上中的每一个上都设置有四个电加热器，分别是第一电加热器、第二电加热器、第三电加热器和第四电加热器，用于对热水器中的水进行加热；当开始加热时，底壁和每个侧壁上的所述的第一电加热器启动加热，第二电加热器、第三电加热器和第四电加热器不启动加热；当水的温度达到第一温度时，底壁和每个侧壁上的所述的第二电加热器开始启动加热，底壁和每个侧壁上的所述的第一电加热器、第二电加热器一起加热，底壁和每个侧壁上的第三电加热器和第四电加热器不启动加热；当温度达到第二温度时，底壁和每个侧壁上的所述的第三电加热器开始启动，底壁和每个侧壁上的所述的第一电加热器、第二电加热器、第三电加热器一起对水进行加热，底壁和每个侧壁上的第四电加热器不启动加热；当温度达到第四温度时，底壁和每个侧壁上的所述的第四电加热器开始启动，底壁和每个侧壁上的所述的所有电加热器一起对水进行加热；所述温度传感器设置在内胆内，用于测量水的温度，所述流量传感器和流量控制器设置在热水器入口管上，所述流量传感器用于测量流入热水器内胆的水的流量；所述的流量控制器用来控制热水器入口管上的水的流速，所述水位控制器用于测量热水器内胆的水位，所述中央控制器包括调节单元，所述调节单元根据所述温度传感器测量的水的温度，产生控制所述电加热器的调节信号；为了保证内胆的水位保持一定的高度，中央控制器根据测量的水位和流量来控制流量控制器的流速；为了保证内胆的水的温度达到预定温度，中央控制器能够根据水温和流量控制流量控制器的流速；所述电热水器包括防烧干装置，以保证进行加热的电加热器都浸泡在水中，如果电加热器没有浸泡在水中，则电加热器自动停止加热，防止干烧，等水位上升淹没电加热器时再进行加热；所述的每个侧壁上的电加热器沿热水器内胆的高度方向分布，其中从热水器内胆下部往上依次是第四电加热器、第二电加热器、第一电加热器、第三电加热器；所述的每个侧壁上的电加热器沿热水器内胆的高度呈直线分布，在高度方向上，第二电加热器与第一电加热器是第一电加热器与第三电加热器距离的0.8-0.9倍，第四电加热器与第二电加热器的距离是第二电加热器与第一电加热器距离的0.7-0.75倍。

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