CN106969489A - 一种即热式加热器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种即热式加热器，其特征在于，包括本体、控制部及设于本体上的进水端、出水端及连通进水端与出水端的水路，该水路上具有两个并排设置的加热棒，且两加热棒分别设置于沿水流上下游方向相互连通并分别连通进水端和出水端的预热腔和加热腔内，控制部用于控制从供给电源向加热棒供给的功率。本发明具有结构紧凑，加热响应迅速，加热功率控制精度高，出水温度稳定及安全性能好等优点。

Description

一种即热式加热器
技术领域
本发明涉及卫浴领域，尤其涉及一种主要用于加热智能座便器清洗用水的即热式加热器。
背景技术
传统的智能座便器加热通常采用储水式加热，由于此种方式是利用储水箱连续保温加热，闲置使用时易造成电能的浪费，另外，因为储水式水箱体积大，给智能座便器的外形和结构设计带来诸多限制。为了克服这一结构的弊端，目前市场上出现了一种即热式加热器，但是，市面上的即热式加热器的加热系统存在加热响应不及时，出水温度不稳定，且在对加热功率进行调整时易产生电压波动与闪烁。
因此，现有的即热式加热器结构有待进一步改进。
发明内容
本发明的目的在于提供一种即热式加热器,其具有结构紧凑,加热响应迅速，加热功率控制精度高，出水温度稳定及安全性能好等优点。
一种即热式加热器，包括本体、控制部及设于本体上的进水端、出水端及连通进水端与出水端的水路，该水路上具有两个并排设置的加热棒，且两加热棒分别设置于沿水流上下游方向相互连通并分别连通进水端和出水端的预热腔和加热腔内，控制部用于控制从供给电源向加热棒供给的功率配比。
优选地，所述的加热棒为陶瓷加热棒，所述的预热腔与加热腔均包括第一通电回路和第二通电回路，且第一通电回路和第二通电回路为并联连接，陶瓷加热棒外端部具有分别接通第一通电回路和第二通电回路的第一触头和第二触头,及用于并接第一通电回路和第二通电回路的公共端。
优选地，所述的控制部以相对于供电电源的正弦波的半波为一个单位，以该半波单位对加热棒进行通电和非通电的均匀间歇控制，组合多个半波单位来控制加热棒的总功率。
优选地，所述本体的进水端按水流方向依序设有电磁阀、减压阀流量计和温度传感器，且进水端的进水口处设有进水接头,出水端的出水口处设有出水接头。
优选地，所述的流量计为内置管式流量计，由进水斜水体、流量转子、磁铁及流量计本体组装而成，其中，流量计本体设于本体内的水路上并连通水路，流量转子转轴的一端插设于斜水体中心并使流量转子与进水斜水体保持间隙，流量转子转轴的另一端穿设于磁铁的中孔，且磁铁与转子一体转动连接，套接在一起的斜水体、流量转子及磁铁安装在流量计本体内部，进水斜水体的锥形端设于流量计本体的上游端，锥形体可有效对水流进行导通。
采用上述方案的有益效果如下：
1、由于水路上具有两个并排设置的加热棒，且两加热棒分别设置于沿水流上下游方向相互连通并分别连通进水端和出水端的预热腔和加热腔内，使得加热棒的纵向长度变短，不仅使得即热式加热器的整体构造更加紧凑，而且将水流的加热过程分为预热过程和加热过程，水流在本体内经迂回加热，不仅可使水流的加热效率更高，而且可使水流在与加热棒充分接触的过程中被均匀加热，使出水端出来的水流温度更加稳定。
2、由于预热腔与加热腔均包括第一通电回路和第二通电回路，且第一通电回路和第二通电回路为并联连接，可根据实际温度环境的加热需求，对预热腔与加热腔的通电回路进行选择，以输出合适的加热功率。
3、由于控制器以半波单位对加热棒进行通电和非通电的均匀间歇控制，从而控制加热棒的总功率，这样使得加热腔的水能够得到均匀加热，使得出水端水流温度更加平稳。
附图说明
图1为本发明的轴测图。
图2为本发明的立体分解图。
图3为本发明的局部剖视轴测图。
图4为本发明的第一剖视图。
图5为本发明的第二剖视图。
图6为本发明的第三剖视图。
图7为本发明的陶瓷加热棒整体结构示图。
图8为本发明的陶瓷加热棒端部结构示图。
图9为本发明的流量计整体结构示图。
图10为本发明的流量计纵向剖示图。
图11为本发明的控制原理图。
图12为可控硅控制丢波原理图一。
图13为可控硅控制丢波原理图二。
图14为可控硅控制丢波对应波形及导通波形图。
图中，
本体1 控制部2 进水端11 出水端12 第一加热棒31
第二加热棒32 预热腔301 加热腔302 第一触头311(321)
第二触头312(322) 公共端313(323) 第一电阻器R1
第二电阻器R2 第三电阻器R3 第四电阻器R4
温度传感器4 电磁阀5 减压阀6 流量计7 进水接头110
出水接头111 进水管112 水口51 阀芯61
进水斜水体71 流量转子72 磁铁73 流量计本体74
电路板10 控制部8 电源100 流量检测电路板103
第一开关部件104 第二开关部件105 第三开关部件106
第四开关部件107 温度传感器101 温度传感器102
温度保险丝108
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的技术方案及有益效果进行详细说明。
如图1至图6所示的一种即热式加热器，包括本体1、控制部2 及设于本体1上的进水端11、出水端12及连通进水端11与出水端 12的水路，该水路上具有并排设置的第一加热棒31和第二加热棒32，且第一加热棒31和第二加热棒32分别设置于沿水流上下游方向相互连通的预热腔301和加热腔302内。
如图7和图8所示，第一加热棒31和第二加热棒32均为陶瓷加热棒。其中，第一加热棒31和第二加热棒32均包括两个并联连接的通电回路，陶瓷加热棒外端部具有分别接通两通电回路的第一触头 311(321)和第二触头312(322),及用于并接两通电回路的公共端313(323)。具体地，第一加热棒31上设有第一电阻器R1和第二电阻器R2，第二加热棒32上设有第三电阻器R3和第四电阻器R4。
本体1的进水端11按水流方向依序还设有电磁阀5、减压阀6、流量计7和温度传感器4，且进水端11的进水口处设有进水接头110，出水端12的出水口处设有出水接头111。具体地，进水端11设于本体1的一侧壁上，而出水端12设于本体1的另一侧壁上。且在进水端11的进水口处设有一进水管112，进水管112的上游端设有电磁阀5，进水管112上电磁阀5的相对端设有减压阀6,使得电磁阀5的水口51正对减压阀6的阀芯61。
作为一种较佳的实施方式，如图9和图10所示，上述的流量计7为内置管式流量计，由进水斜水体71、流量转子72、磁铁73及流量计本体74组装而成。其中，流量计7本体74设于本体1内的水路上并连通水路，流量转子72转轴的一端插设于进水斜水体71中心并使流量转子72与进水斜水体71保持间隙，流量转子72转轴的另一端穿设于磁铁74的中孔，且磁铁74与流量转子72一体转动连接，套接在一起的进水斜水体71、流量转子72及磁铁73安装在流量计7 本体74内部，进水斜水体71的锥形端设于流量计本体74的上游端。
参考图11所示的电路原理控制图，本体1上设有电路板10，电路板10上设有控制部8、两个温度传感器101、102、流量检测电路板103、温度保险丝108及采用可控硅控制的第一开关部件104、第二开关部件105、第三开关部件106、第四开关部件107及温控开关，其中，电路板10上的两个温度传感器101、102分别伸入水路上预热腔301和加热腔302的进水口和出水口。控制部8用于控制从供给电源100向第一加热棒31和第二加热棒32供给的功率,流量检测电路板103与上述的内置管式流量计7保持电连接，温控开关上连接导热铜片，导热铜片伸入加热腔302内。
控制器8通过第一开关部件104、第二开关部件105、第三开关部件106及第四开关部件107分别控制第一电阻器R1、第二电阻器 R2、第三电阻器R3和第四电阻器R4的通电或断电状态，同时，以相对于供电电源100的正弦波的半波为一个单位，以该半波单位对第一加热棒31和第二加热棒32和各电阻进行通电和非通电的均匀间歇控制，组合多个半波单位来控制即热式加热器的总功率。
参考图13所示，可控硅作为开关部件，通过是否接收到控制信号来控制其输入输出引脚是否导通。如图12所示，控制器8通过交流电检测模块可以检测出交流电此时是否处于过零点(图示a点，为瞬时电压等于0的时刻，即前一个半波的终点、后一个半波的起点)。在过零点时，若控制器8此时给可控硅一个控制信号，则可控硅导通；若没有控制信号，则可控硅不导通。本发明通过可控硅均匀控制导通的半波个数，从而可实现均匀丢波控制功率。例如：控制开关部件每通电4个半波、断电1个半波，即可控制加热器实现80％的加热功率。
上述均匀丢波的控制方式以100个半波为一个控制周期为例进行列表说明，如图14所示，图中实心半波代表可控硅导通，且导通半波均匀的分布在一个控制周期中，如左列所示，具体计算方式如右列所示。
控制周期的选择：如果控制周期选择较小，将会导致功率精度降低，例如以10个半波为一个控制周期，其功率精度为10％的级别，选择100个半波为一个控制周期，其功率精度为1％的级别。如果控制周期选择过大，将会导致功率变化滞后。市面上智能马桶产品大多采用单根1200W加热棒，以控制周期100个半波为例，其控制精度为：
1200W/100＝12W
本发明采用的是2根加热棒(第一加热棒和第二加热棒)，4段电阻器，加热棒总功率1600W(每段电阻器的加热功率为400W)，控制周期100个半波，其控制精度为：
400W/100＝4W
根据进水流量检测及进水温度检测计算出所需要的加热功率：
例如，进水温度检测17℃，进水流量检测900mL/min，设定目标温度为37℃。
热量Q＝cm△T(c为比热容，水的比热容约为4.2；m为质量；△T为温度差)
体积V＝q(流量)×t＝900mL/min÷60×t(除60是将mL/min转化为mL/s)
质量m＝ρV(ρ为水的密度1g/cm3＝1g/mL)
电热P＝Wt(W为电功率；t为时间，单位s)
在不计能量损失的情况下：水升温到目标温度所需的热量Q＝电热P
即，cm△T＝Wt即c*ρ*q*t*△T＝Wt
所以，功率W＝c*ρ*q*△T,代入相关数据，得：
功率W＝4.2×1×(900/60)×(37-17)＝1260W
在实际加热过程中，将根据进水温度对加热功率进行一定的功率补偿，以消除系统水路所消耗的能量。
本发明的工作过程如下：
1.水流通过进水接头110进入到进水管112，再由电磁阀5控制水的通断，电磁阀5开，水进入减压阀6进行减压。
2.减压后的水经过流量计7测量流量大小后，进入加热腔体，加热腔体由两个小加热腔体即预热腔301和加热腔302组成，且在预热腔301前端的进水口处设有温度传感器101进水温度反馈,预热腔301 对水进行预加热，而加热腔302对水进行二次加热使得出水温度达到预定目标温度。
3.水进入加热腔302后通过第二加热棒32把水加热，热水通过导热铜片把温度传到温控开关，当温度过高时，温控开关作用，断开第一加热棒31和第二加热棒32的电源，停止加热。
4.加热后的水经过出水接头111出水，在出水处设有温度传感器 102可进行出水温度反馈。
上述即热式加热器的结构及其控制方式，具有以下优势：
1、由于采用均匀丢波的控制方式，提高了功率控制的稳定性。
2、将加热棒分为4段电阻器，可将控制精度提升4倍。(以加热器功率为1600W、控制周期100T为例，其控制精度为16W；而本发明使用4段400W电阻器，其总功率仍为1600W，但其相同条件下控制精度为4W)
3、在水路中设置进水温度检测与流量检测，开始加热时，可根据流量和进水温度计算出所需的加热功率，既保证温升响应速度又避免了温度过冲(例如冬天进水温度低，以较大功率加热能够保证温升迅速且能保证使用的舒适性；夏天进水温度高，以较小功率加热能够避免温升过快导致的温度过冲，避免烫伤)。
4、对于出水温度稳定性而言，现有的部分产品采用了小水箱来保证温度稳定，但会导致出水温升响应速度较慢的现象。而本发明采用流量检测，进水温度检测，出水温度检测，通过检测到的信息对加热功率进行实时调控，从而保证了出水温度的稳定。
5、对于安全性而言，具有流量检测、进水温度检测、出水温度检测、温度保险丝4重安全保障。
6、对于电磁兼容性能而言，本发明将普通的单根1600W加热棒拆分为两根4段400W加热棒，能够大幅降低使用时产生的电压波动与闪烁。
本发明的设计要点在于，即热式加热器采用两组加热棒加热，而每一组加热棒又采用双功率，即一组加热棒上有两组电阻器，在每一组加热棒额定功率一定的情况下，通过开关部件对每一组加热棒的电阻器进行选择及均匀丢波控制，从而控制加热棒的实际输出功率。此种方式，相对于储热式加热器而言，具有省电，并能保证温水的可持续性和持久性；而相对于其他即热式加热系统而言，具有加热响应迅速，加热功率控制精度高，出水温度稳定，安全性能好等优点。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改进与等同替换，均落入本发明保护范围之内。

Claims (5)

1.一种即热式加热器，其特征在于，包括本体、控制部及设于本体上的进水端、出水端及连通进水端与出水端的水路，该水路上具有两个并排设置的加热棒，且两加热棒分别设置于沿水流上下游方向相互连通并分别连通进水端和出水端的预热腔和加热腔内，控制部用于控制从供给电源向加热棒供给的功率配比。
2.如权利要求1所述的一种即热式加热器，其特征在于，所述的加热棒为陶瓷加热棒，所述的预热腔与加热腔均包括第一通电回路和第二通电回路，且第一通电回路和第二通电回路为并联连接，陶瓷加热棒外端部具有分别接通第一通电回路和第二通电回路的第一触头和第二触头,及用于并接第一通电回路和第二通电回路的公共端。
3.如权利要求1所述的一种即热式加热器，其特征在于，所述的控制部以相对于供电电源的正弦波的半波为一个单位，以该半波单位对加热棒进行通电和非通电的均匀间歇控制，组合多个半波单位来控制加热棒的总功率。
4.如权利要求1所述的一种即热式加热器，其特征在于，所述本体的进水端按水流方向设有电磁阀、减压阀、流量计和温度传感器，且进水端的进水口处设有进水接头,出水端的出水口处设有出水接头。
5.如权利要求1所述的一种即热式加热器，其特征在于，所述的流量计为内置管式流量计，由进水斜水体、流量转子、磁铁及流量计本体组装而成，其中，流量计本体设于本体内的水路上并连通水路，流量转子转轴的一端插设于斜水体中心并使流量转子与进水斜水体保持间隙，流量转子转轴的另一端穿设于磁铁的中孔，且磁铁与转子一体转动连接，套接在一起的斜水体、流量转子及磁铁安装在流量计本体内部，进水斜水体的锥形端设于流量计本体的上游端。
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