CN107514798A - 新一代模块化加热系统 - Google Patents

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Abstract

本发明说明了一种用于加热流体的加热单元，所述加热单元包括：第一歧管，所述第一歧管具有至少一个入口；第二歧管，所述第二歧管连接到第一歧管并且具有至少一个出口；和第三歧管。加热单元还包括一个或多个加热系统，所述一个或多个加热系统从第三歧管经由第二歧管延伸到第一歧管，其中一个或多个加热系统具有内管和外管。另外，加热单元包括流体流动路径，所述流体流动路径从至少一个入口经由第一歧管、介于内管与外管之间的区域、内管的内部和第二歧管到至少一个出口。

Description

新一代模块化加热系统
本申请是国际申请号为PCT/US2013/050897、国际申请日为2013年07月17日、国家申请号为201380046720.5、进入国家阶段日期为2015年03月09日、发明名称为“新一代模块化加热系统”的发明专利申请的分案申请。
相关申请的交叉参考
本申请基于并且要求享有2012年7月17日提交的美国临时申请No 61/672,336和2012年12月21日提交的美国临时申请No 61/740,653的优先权，所述美国临时申请的整个内容通过参考包含于此。
背景技术
近年来，即热式热水器作为瞬间提供加热的水的方式已经变得更为普遍。各种用于加热水的方法是可用的，例如，裸线加热器，以便提供该瞬间加热的水。即热式热水器还提供按需加热水的能力并且不需要如传统热水器所要求的那样不断地维持热水供给。然而，如果穿过即热式热水器的水流对于即热式热水器有效处理而言太大，则会产生问题。另外，即热式热水器有时会是笨重的，并且需要大量的空间来用于安装。即热式热水器的制造和组装由于其设计的复杂性也会是麻烦的。
发明内容
在所选的实施例中，加热单元包括：第一歧管，所述第一歧管具有至少一个入口；第二歧管，所述第二歧管连接到第一歧管并且具有至少一个出口；和第三歧管。加热单元还包括一个或多个加热系统，所述一个或多个加热系统从第三歧管经由第二歧管延伸到第一歧管，其中一个或多个加热系统具有内管和外管。另外，加热单元包括流体流动路径，所述流体流动路径从至少一个入口经由第一歧管、介于内管与外管之间的区域、内管的内部和第二歧管到至少一个出口。
在附图中和以下说明中阐述了一个或多个实施方案的细节。其它特征、目标和优点将从说明书和附图以及从权利要求书而变得显而易。
附图说明
图1A是根据一个示例的加热单元的侧视图；
图1B是根据一个示例的加热单元的侧视图；
图1C是根据一个示例的加热单元的侧视图；
图2A是根据一个示例的加热单元的侧视图，其示出横截面；
图2B是图2A的根据一个示例的加热单元的剖视图；
图3A是根据一个示例的加热单元的顶视图；
图3B是根据一个示例的加热单元的底视图；
图4A是根据一个示例的加热单元的透视图；
图4B是根据一个示例的加热单元的透视图；
图5A是与根据一个示例的加热单元有关的加热室的侧视图；
图5B是具有光学组件的、图5A的根据一个示例的加热室的剖视图；
图6是在根据一个示例的加热室上形成光学组件的三维视图；
图7是根据一个示例的模块化加热单元的外视图；
图8是根据一个示例的模块化加热单元的剖视图；
图9A示出根据一个示例的底部歧管的一侧；
图9B示出根据一个示例的底部歧管的另一侧；
图10是根据一个示例的压力平衡罩的视图；
图11A示出根据一个示例的入口歧管；
图11B示出根据一个示例的入口歧管盖；
图12是根据一个示例的模块化加热单元的分解图；
图13是根据一个示例的模块化加热单元的剖视图；
图14是根据一个示例的模块化加热单元的剖视图；
图15是根据一个示例的控制单元的框图；
图16是根据一个示例的模块化加热单元的分解图。
在各种附图中相同的附图标记指示相同的元件。
具体实施方式
现在通过参照附图说明所选的实施例，其中，贯穿若干视图相同的附图标记指示相同的或相对应的部件。应注意到，如在本说明书和附图中所使用的，单数形式的不定冠词和定冠词可以包括复数参考，除非上下文另外明确地规定以外。
裸线加热单元
图1A至图1C示出根据示例性实施例的加热单元1。在图1A中，加热单元1包括管10，所述管10具有圆柱形形状，其在一个端部处具有法兰12。法兰12相对于管的出口24为外部部件提供连接点。管10被模制或加工成围绕管10的圆周具有至少一个索引槽18。至少一个索引槽18是设置在管10中的凹槽，所述凹槽围绕管10的圆周连续地延伸。在所选的实施例中，管10将具有任何数量的多个索引槽18，所述任何数量的多个索引槽18相对于管10的长度沿着管10的本体以预定的间隔布置，如在图1A至图1C中所示。索引槽18可以基于管10的长度以彼此相等的距离被加工或模制，或可以沿着管10的长度在预设的位置处被加工或模制。额外地，管10具有入口26，通过所述入口26流体可以传输通过管10。然而，在所选的实施例中，如果流体的流动反向，则入口26和出口24可以颠倒。
管10被模制或加工成充当用于至少一个电阻加热元件14的支撑结构，所述至少一个电阻加热元件14沿着管10的长度延伸。在所选的实施例中并且如在图1A至图1C中所示，加热单元1可以包括多个电阻加热元件14a至14d。每个电阻加热元件14都经由端子连接器16和至少一个固定夹22机械地连接到管10，所述端子连接器16延伸通过法兰12，所述至少一个固定夹22设置在索引槽18之一上。端子连接器16包括至少一个孔，以便使诸如螺钉的紧固装置20可以用于将电阻加热元件14附着到管10。在所选的实施例中，端子连接器16可以是单个部件或是附装到法兰12的任一侧的两个单独的部件。电力从诸如电路的外部电源经由端子连接器16从外部施加到电阻加热元件14。在所选的实施例中并且如在图1A至图1C中所示，加热单元1将包括单个固定夹22，所述单个固定夹22连接电阻加热元件14中的一个或多个。然而，多个固定夹22可以设置在索引槽18中的一个或多个内，由此提供多个连接点以用于一个或多个电阻加热元件14。另外，固定夹22可以被模制或加工成为管10的一部分，或可以是可从管10去除的单独的部件。
固定夹22形成为提供枢转点以用于与该固定夹22连接的电阻加热元件14。换言之，固定夹22可以沿着索引槽18被线性地调节，在所述索引槽18处固定夹布置成线性地调节电阻加热元件14放置在管10的表面上的位置。例如，在图1A中，电阻加热元件14b示出为沿着管10的底部在第一位置28处连接到固定夹22。第一位置28基于在索引槽18内的固定夹22的调节来确定。然而，在图1B中，可以看到，电阻加热元件14b基于在索引槽18内的固定夹22的线性调节而位于第二位置30处。另外，图1C示出相对于图1A和图1B的管10的相对的一侧，并且示出电阻加热元件14d基于固定夹22的线性调节而在管10的底部处的第一位置32。
经由固定夹在索引槽18内线性地调节电阻加热元件14的能力提供了多个优点。例如，其中施加有加热单元1的每个系统都可以被测试以基于系统的特性确定最好的传热性能，使得可以调节电阻加热元件14的位置而使该系统内的传热最大化。另外，若是传热特征在某一点处改变，则加热单元1的电阻加热元件14的位置可以容易地被修改以补偿该改变。
图2A示出根据示例性实施例的加热单元1的侧视图。重复相同的附图标记，并且因此加热单元1提供一种管10，所述管10具有入口26和出口24。加热单元1还包括法兰12、端子连接件16、索引槽18、固定夹22和电阻加热元件14。图2B示出横过图2A中所示的分段“B”所剖开、图2A的加热单元1的剖视图。
如图2B中所示，加热单元1具有端子连接器16、法兰12、紧固装置20和电阻加热元件14。图2B还清楚地示出围绕管10的外表面的圆周延伸的索引槽18。如本文先前所述的，索引槽18是在管10的外表面中的凹槽。索引槽18的凹槽的深度可以是从管10的外表面34到管10的内表面36的任何位移量。如图2B中所示，索引槽18围绕管10的圆周以直线圆形的连续方式被加工或模制。然而，在其它所选的实施例中，索引槽18可以围绕管10的圆周以不同的形状被加工或模制，以便使固定夹22可以相对于管10的长度沿着各种方向调节。另外，在所选的实施例中，管10可以被加工或模制以容纳上述索引槽18的不同组合。图2B还示出流体流动路径37，流体通过所述流体流动路径37从入口26通过管10流到出口24。流入管10中的流体是已经通过流过电阻加热元件14而被加热的流体和/或是通过穿过管10而被加热的流体，所述管10通过电阻加热元件14从外部加热。如本文先前所述的，在所选的实施例中，流体流动路径37可以反向，由此入口26和出口24颠倒。
图3A示出根据示例性实施例的加热单元1的顶视图。如图3A中所示，该图是法兰12的顶视图，所述法兰12具有多个端子连接件16以用于机械地和电力地附装每个相应的电阻加热元件14。图3A还示出经由出口24从管10出来的示例性流体流动方向。图3B示出根据示例性实施例的加热元件的底视图。如图3B中所示，该图是法兰12和管10的底视图。多个电阻加热元件14被附装到固定夹22，所述固定夹22被放置在管10的索引槽18上和/或内(由于角度而未示出)。在所选的实施例中，电阻加热元件14经由固定夹22的至少一个钩部39附装到固定夹22。在所选的实施例中，钩部39可以用屏蔽元件遮盖，以便防止损坏所连接的电阻加热元件14散热。由于在所选的实施例中固定夹22是可去除的，固定夹22不需要围绕管10的圆周完全延伸。然而，在所选的实施例中，固定夹22可以围绕管10完全延伸。图3B还示出经由入口26进入管的示例性流体流动方向。
图4A示出根据示例性实施例的加热单元1的透视图。在图4A中，可以看到，电阻加热元件14沿着管10的表面的长度定位，直到电阻加热元件14与固定夹22连接为止。因此，如图2B中所示，电阻加热元件14定位在管10的表面上。然而，可替代地或另外地，电阻加热元件14可以通过将固定夹22用作支撑结构而远离管的表面悬置，如图4B中所示。在该情况下，电阻加热元件14经由从固定夹22的表面升高的钩部39而附装到固定夹22。因此，如图4B中所示，通过将固定夹22用作支撑结构，在管10的表面与电阻加热元件14的表面之间有空隙40。另外，在所选的实施例中，每个电阻加热元件14都可以通过将固定夹22以类似的方式用作支撑结构而升离管10的表面。另外，可以在各种索引槽18处设置额外的固定夹22，由此在沿着管10的长度的各种位置处在管10的表面与电阻加热元件14的表面之间设置空隙。例如，在所选的实施例中，第一固定夹(未示出)可以设置在第一索引槽18a处并且固定夹22可以放置在第二索引槽18b处(如图所示)，由此将电阻加热元件14的整个升离管10的表面，并且在管10的表面与电阻加热元件14的表面之间设置较大的空隙以用于增强它们之间的流体流动。
将固定夹22用作支撑结构而在管10的表面与电阻加热元件14的表面之间设置空隙，这样提供了各种优点。例如，通过以这种方式使用固定夹，将增强流体流过电阻加热元件14，由此提供增强的冷却效果，这降低了烧坏或损坏电阻加热元件14的风险。另外，将电阻加热元件14以这种方式连接到固定夹22，这样为电阻加热元件14提供了预定的张紧量，由此防止电阻加热元件14下垂或松弛。当加热流体经过电阻加热元件14时，一个或多个固定夹22的使用还提供更匀称的温度分布，并且进一步帮助防止在电阻加热元件14的表面上局部沸腾，所述局部沸腾会由于较低的流速或较小的与电阻加热元件14的表面接触的流动停滞面积而导致。可替代地或另外地，索引槽18自身可以被模制或加工成使得索引槽18升高到管10的表面上方，由此提供将电阻加热元件14升高到管10的表面上方的支撑结构。固定夹22继而可以在升高的索引槽18上用于调节电阻加热元件14的位置，如本文先前所述的。
图5A示出加热系统50，所述加热系统50包括加热室51，所述加热室51部分地封装根据示例性实施例的加热单元1。如图5A中所示，加热室51包括第一连接部分52以用于连接到外部部件。加热室51还包括第二连接部分53以用于连接到在加热系统50外部的其它部件。加热室51还包括至少一个连接端口59，所述至少一个连接端口59具有开口60，通过所述开口60可看到至少一个电阻加热元件14。换言之，加热室51被模制或加工成使得当加热单元被加热室51封装时加热室51包括至少一个开口60至加热单元1的部件。图5A还示出光学组件55，所述光学组件55附着到连接端口59的开口60。在所选的实施例中，注意到，加热室51可以包括多个连接端口59以及一个或多个相对应的光学组件55，所述多个连接端口59具有相对应的开口60。
图5B示出沿着由图5A中的字母“C”所指示的剖面线而得到的加热系统50的剖视图。在图5B中，连接端口59在加热室51的表面内提供开口60，以便使电阻加热元件14位于可经由开口60看见的该位置处或附近。光学组件55包括：至少一个背板54，所述至少一个背板54具有附装的至少一个光学传感器56；遮光元件57；和半透明的滤光器58。如图5B中所示，半透明的滤光器58设置在连接端口59的开口60上方。遮光元件57设置在半透明的滤光器58上方，并且背板54设置在遮光元件57上方，背板的至少一个光学传感器56放置在面对遮光元件57、半透明的滤光器58和开口60的一侧上。光学传感器56可以包含有透镜，所述透镜具有光滑表面以防止钙化或颗粒粘连。光学组件55还可以可调节地定位在一距离处以相对于电阻加热元件14具有特定的焦点。
图6示出将系统50和光学组件55组装在加热室51的连接端口59上的方法。如图6中所示，具有电阻加热元件14的加热单元1被部分地封装在加热室51内，以便在管10与加热室51之间在电阻加热元件14上方设置有流动通道38。在所选的实施例中，液体流动从外部被指引到流动通道38中，以便使液体朝向入口26流动。液体继而从外部被指引到入口26中并且通过管10从出口24流出。因此，液体通过既在流动经过电阻加热元件14的同时又在流动穿过管10的同时通电而被高效地加热。在所选的实施例中，加热室51可以除了在入口26处以外完全封装加热单元1，以便使流体可以经由在入口26周围的区域进入加热室51中，使得流体围绕电阻加热元件14被指引到入口26中。
在图6中还示出多个连接端口。具有开口60的连接端口59升高到加热室51的外表面上方。然而，在所选的实施例中，连接端口59可以与加热室51的外表面齐平。半透明的滤光器58放置在连接端口59的全部或一部分上方并且完全遮盖开口60。在图6中示出半透明的滤光器58，所述半透明的滤光器58具有凹入形状，但是可以采取如由本领域的技术人员所认识到的任何形状。遮光元件57继而被定位在半透明的滤光器58以及连接端口59上方。背板54继而被定位在遮光元件57上方。由于光学传感器56处于背板54的面对开口60的一侧上，所以光学传感器56处于背板54的下侧上，并且在图6中看不到。至少一个紧固件位置64也设置在连接端口59内，以便使遮光元件57和背板54的相对应的紧固位置66可以坚固地附着到加热室51。
光学组件55为加热系统50提供高效检测电阻加热元件14的过热的能力。在正常条件下，电阻加热元件14将不发出任何可见光，而是将仅放出热能。然而，如果电阻加热元件14中的至少一个在不存在流体的情况下被干烧或在延长的时间段上已经激励停滞流体，则电阻加热元件14将开始放出在可见光谱内的光能。例如，在该情况下，电阻加热元件14可以开始发出可见红色、橙色或黄色的光芒。光学传感器56是如由本领域的技术人员所认识到的光学传感器，并且被校准、选择和/或过滤，以便使光学传感器56将检测从一个或多个过热的电阻加热元件14发出的光。为了减少可以导致光学传感器56错误读数的、电阻加热元件14中的一个或多个的非可见红外线发射量，设置如本文所述的至少一个半透明的滤光器58，所述至少一个半透明的滤光器58在被光学传感器56检测之前过滤红外发射。在所选的实施例中，光学传感器56还可以构造成检测红外波长，所述红外波长共同涉及在用于电阻加热元件14的正常操作条件以上的预定元件表面温度。这提供了提前告警，如在电阻加热元件14开始放出在可见光谱内的光能之前电阻加热元件14是否会过热。
为了防止光学传感器56进一步错误读数，遮光元件57设置在半透明的滤光器58的部分上方以防止环境光在加热室51与半透明的滤光器57之间和/或在半透明的滤光器57与背板54之间进入加热室51的开口60。另外，在所选的实施例中，加热室51可以由不透明的材料模制或加工以进一步减少可以进入加热室51的内表面的环境光的量。额外地，在所选的实施例中，背板54可以由印刷电路板(PCB)组成，所述印刷电路板(PCB)由不透明的材料制成，以便防止环境光进入PCB的背面和防止影响由光学传感器56所得到的读数。电力经由背板54提供到光学传感器56，所述背板54从外部电源供以电力，如将由本领域的技术人员所理解的。
上述加热系统50具有加热室51，所述加热室51包括光学组件55，所述光学组件55可以检测封装的加热单元1的电阻加热元件14的过热，所述加热系统50提供了多个优点。在光学传感器56检测正从电阻加热元件14中的至少一个发出的可见光的任何点处，可以通过光学传感器56产生信号，并且所述信号通过PCB处理以将切断电源的信号传送到特定的过热电阻加热元件14或所有电阻加热元件。从光学传感器56输出的信号还可以进一步通过软件或硬件过滤以忽略掉来自外部电源的环境光并且限制对于由电阻加热元件14发出的、在特定的可见光谱内的光的检测和警告。另外，经由光学传感器56通过检测光而检测过热的步骤提供了对于使一个或多个电阻加热元件14断电而言极高的光反应时间速度。因此，加热系统50可以容易防止电阻加热元件14或其它部件损坏，由此总体上增加了系统的寿命和减少了用于替换部件的成本。
应当注意到，虽然以上参照图1至图6的说明书说明了加热单元1和加热系统50的各种部件，但是鉴于以上教导能够有多个修改方案和变型方案。例如，每个电阻加热元件14都可以提供不同的长度并且在索引槽18处经由与其它电阻加热元件14的固定夹不同的固定夹22连接到管。或者，每个电阻加热元件14都可以具有比在图1A至图1C中所示的长度更短的长度并且在离法兰12更近的索引槽18处附装到相同的固定夹22。这允许使用相同的管10基于各个客户的需求提供各种构造，以便基于各种系统的特性提供优化的用于传热的构造和提供“一种尺寸适合所有需求”以降低生产成本。另外，系统需要的热量越少，会采用越少的电阻加热元件14，而系统需要的热量越多，会采用额外的电阻加热元件。
经由用于加热室51的设计选项，能够有额外的构造，以便使加热室51可以被加工有或模制有一个或多个连接端口59和开口60。因此，加热室51可以在加热室51的各种侧上具有连接端口59，以便使多个电阻加热元件14可通过开口60看见。因此，多个光学组件55可以附着到连接端口59以提供增强的热检测和安全激活程序来减少损坏电阻加热元件14的机会。为了使提供加热系统50的成本越低，用于检测从一个或多个电阻加热元件14发出的光的光学组件55会越少。在该构造中，光学传感器56可以构造成检测较低水平的可见光的量，以便可以在连接端口59的与附装有光学组件55的侧相对的侧上检测由过热的电阻加热元件14所发出的光。另外，在所选的实施例中，反射镜片可以放置在管10的外表面和/或加热室51的内表面上，以便使由过热的电阻加热元件14发出的光通过加热系统51的内部传输和/或被放大以用于增强光学传感器56的检测。另外，管10的内部可以被制造成具有光泽，由此提供增强的反射特性。在该构造中，需要的光学组件可以越少，则可以节约成本。
在所选的实施例中，上述部件可以经由如将由本领域的技术人员所理解的注射模制或加工而制造。因此，管10和加热室51可以被模制成任何形状或由任何材料制成，例如，热塑性或热固性聚合物，如将由本领域的技术人员所理解的。因此，可以利用常见的聚合物，例如，环氧树脂、酚醛树脂、尼龙、聚乙烯或聚苯乙烯。该材料被进给到加热的桶中、被混合和被压入模具型腔(由诸如钢或铝的材料形成，并且被加工成具有期望的部件的特征的形式)中，在所述模具型腔处该材料冷却和硬化成型腔的构造。可以用于这种处理的示例性制模机包括Ferromatik milcaron注塑机或由阿博格制造的那些。
诸如加热单元1和加热室51的上述部件还可以被手工地精密加工或通过计算机数控(CNC)被自动地精密加工，如将由本领域的技术人员所理解的。因此，部件可以由诸如钢或铝的金属形成，并且经由车削、钻孔、铣削、塑造、规划、镗孔、拉削和锯削的组合形成。
电阻加热元件14可以由任何类型的合金制成，如将由本领域的技术人员所理解的。例如，电阻加热元件14可以由耐高温合金组成，例如，镍铬合金或铁铬铝合金。这些合金可以形成为如在图1至图6中所示的线圈，或可以围绕管10成圈或蜿蜒地卷绕。电阻加热元件14可以是一个连续的元件、多个单独的元件，并且是有护套的或无护套的。
在所选的实施例中，光学传感器56可以是任何电光传感器，如由本领域的技术人员所认识到的。光学传感器测量光线的物理量并且将该信息转化成电子信号，所述电子信号由PCB处理。半透明的滤光器57可以是任何这样的滤光器，即，所述滤光器可以阻隔红外波长，但是可以穿过可见光，如将由本领域的技术人员所理解的。例如，半透明的滤光器可以是红外截止滤光器或吸热滤光器，其在穿过可见光的同时反射或阻隔红外波长。
模块化加热单元
图7示出根据一个示例的模块化加热单元700的外视图。如图7中所示，模块化加热单元700包括出口歧管702，所述出口歧管702具有出口歧管盖706和出口708，所述出口歧管盖706带有紧固装置707。模块化加热单元700还包括入口歧管710，所述入口歧管710具有入口714。额外地，模块化加热单元700包括加热系统50中的一个或多个。底部歧管716还设置为模块化加热单元700的一部分。
入口歧管710提供用于液体的入口通道以使液体经由入口714进入模块化加热单元700。应当注意到，在所选的实施例中，模块化加热单元700可以包含有超过一个的入口714。可以从任何源经由连接到入口714的入口管(未示出)接收液体。
出口歧管702提供用于液体的出口以使液体经由出口708离开模块化加热单元700。在所选的实施例中并且正如入口714一样，模块化加热单元700可以包含有超过一个的出口708。离开出口708的液体可以经由连接到出口708的出口管(未示出)被传输到任何目的地，例如，淋浴或水槽。出口歧管702还包括出口歧管盖706以在液体经由出口708向外部传输之前将液体容纳在出口歧管702内。出口歧管盖706经由紧固装置707附装到出口歧管702。可替代地或另外地，可以围绕入口歧管710和出口歧管702径向地设置额外的紧固装置。
加热系统50经由入口歧管710在出口歧管702与底部歧管716之间延伸。术语加热系统50在本文用于表示一个或多个加热系统50。在所选的实施例中，一个或多个加热系统可以是本文先前所述的加热系统50，而在其它实施例中可以利用其它类型的加热系统。另外，可以在模块化加热单元700中采用加热系统50和其它加热系统的组合。有利地，可以基于用户需求、水流和温度要求在模块化加热单元700中采用任何数量的加热系统50。
图8是根据一个示例的模块化加热单元700的剖视图。如图8中所示，可在剖视图中看到两个加热系统50。每个加热系统50都包括管10、加热元件14、加热室51、光学组件55、连接端口59和开口60。在管10与加热室51之间设置有可以供液体流过的流动通道38。另外，流动路径804示出了用于进入模块化加热单元700和离开模块化加热单元700的液体的流动路径。虽然所示的流动路径是层流式流动路径，但是流动路径也可以相对于在加热室51与管10之间的加热系统50的环形区是螺旋的或气旋的，如本文进一步说明的。这有利地在加热系统50内提供更好的混合。
流动路径804示出了从液体的入口经由入口歧管710的入口714、加热系统50的流动通道38、底部歧管716、管10的内部、直通通路818和出口歧管702的出口708的流动路径。更具体地，液体经由入口714进入入口歧管710的内部，并且继而经由入口歧管710中的开口808进入流动通道38，所述开口808连接到介于管10与加热室51之间的空间。开口808是在接收管10的入口歧管710的开口与管10自身之间的空间。液体继而沿着流动通道38流入底部歧管716中。
底部歧管716包含有多个开口810以接收加热系统50和在流动通道38中流动的液体。如图8中所示，开口810终止于至少两个抛物线状弯曲部812以将液体流动沿着流动路径804指引到管10的内部中。虽然在图8中示出两个抛物线状弯曲部812，但是将应理解，额外的抛物线状弯曲部可以基于各种流动特征要求而被模制到底部歧管716中。底部歧管716还容纳有一个或多个通孔814，所述一个或多个通孔814允许液体进入在底部歧管716与压力平衡罩816之间的轨道或通道902(图9中所示)。通道902是在加热系统50之间的共用通道，所述共用通道允许通道902填满有液体，由此从流动路径804去除气穴或停滞空气。可替代地或另外地，泄压阀可以连接到共用通道以允许空气待从模块化加热单元700释放。
基于液体压力和抛物线状弯曲部812，液体沿着流动路径804连续进入管10的内部中并且沿着加热系统50的长度聚集。液体继而经由直通通路818被传送到出口歧管702的室中。已加热的液体继而经由出口歧管702的出口708从模块化加热单元700传输出来。如本文先前参照加热系统50所述的，模块化加热单元700的流动路径804可以反向。
在所选的实施例中，可以在出口歧管702中或在出口708中包括一个或多个温度传感器，以便测量经由出口708离开出口歧管702的液体的温度。也可以在出口歧管702中或在出口708中包括一个或多个流量传感器，以便测量经由出口708离开出口歧管的液体的流动。在所选的实施例中，也可以在入口歧管710中或在入口714中包括一个或多个流量传感器，以便测量进入模块化加热单元700的液体的流动。因此，可以在出口708处或基于模块化加热单元700的入口714与出口708之间的压差测量液体的流动。可替代地或另外地，在模块化加热单元700已经从流量开关接收信号之后，可以通过模块化加热单元700的入口714和出口708之间的温差测量流动。通过进一步参照图15所述的控制装置执行这些测量。
图8还示出模块化加热单元700的元件之间的互连性。具体地，模块化加热单元700包括耳轴820，所述耳轴820连接出口歧管702、入口歧管710和底部歧管716。耳轴820通过模块化加热单元700的中心线延伸并且经由紧固装置707紧固到模块化加热单元700。耳轴820能够使模块化加热单元700容易组装并且使模块化加热单元700的元件容易互连。另外，通过添加、去除或替换加热系统50而容易重构模块化加热单元700。照此，在所选的实施例中，可以去除附装到底部歧管716的紧固装置707，由此允许底部歧管716拆卸。一旦底部歧管716被拆卸，则可以容易添加、去除或替换模块化加热单元700的加热系统50。一旦重构完成，则底部歧管仅需要被替换和经由紧固装置707紧固。
图9A和图9B是根据一个示例的底部歧管716的视图。图9A示出底部歧管716的一侧，并且图9B示出底部歧管716的另一侧。图9A示出底部歧管716的开口810，所述开口810接收加热系统50。在所选的实施例中，加热系统50可以经由加热室51的法兰53连接到底部歧管716。在其它所选的实施例中，加热系统50可以通过与底部歧管716的开口810模制成为一个件或通过与底部歧管716的开口810作为单独的件模制在一起而连接到所述底部歧管716的开口810。图9A还示出开口900，所述开口900接收耳轴820并且能够使耳轴820穿过底部歧管716以待由紧固装置707紧固。图9B示出底部歧管716的底部部分，并且类似地包括开口900。图9B还示出底部歧管716的通孔814，所述通孔814允许液体进入通道902，在所述通道902中可以去除气穴，如本文先前所述的。可以设置一个或多个额外的轨道904以接受一个或多个O型环来完全封装具有通孔的共用轨道。
图10是根据一个示例的压力平衡罩816的视图。压力平衡罩816包括开口900，所述开口900允许耳轴820穿过压力平衡罩816，以便使耳轴820可以通过紧固装置707被紧固。另外，如本文先前所述的，压力平衡罩816连接到具有通道902的底部歧管716的底侧。照此，除了额外的轨道904以外，压力平衡罩816用于完全封装共用通道902。
图11A示出根据一个示例的入口歧管710。如图11A中所示，入口歧管包含有至少一个入口714，并且在所选的实施例中，入口歧管可以包括一个或多个额外的入口714。入口歧管714还包含有多个开口1100以用于接收加热系统50。在所选的实施例中，加热系统50连接成使得加热室51连接到入口歧管710的底部部分1102，而内管10通过入口歧管710延伸到出口歧管702中。照此，在开口1100与内管10之间存在有空间，由此允许液体从入口714经由流动路径804传入加热系统50中。在其它实施例中，加热室51的法兰52紧固到入口歧管710的开口1100，但是仍然在开口1100与内管10之间留有空间。在其它所选的实施例中，加热系统50可以与入口歧管710模制成为一个件或与入口歧管710作为两个单独的件模制在一起。图11B示出根据一个示例的具有开口1108的入口歧管盖1106。入口歧管710和入口歧管盖1106还分别可以包含有一个或多个紧固点1104和1107，所述一个或多个紧固点1104和1107径向地设置以用于将入口歧管710紧固到具有开口1108的入口歧管盖1106，所述开口1108与入口歧管710的开口1100相对应。入口歧管盖1106的开口1108用于接收和密封相应的加热系统50的法兰52。
图12示出根据一个示例的模块化加热单元700的分解图。在图12中并且在所选的实施例中，耳轴820(未示出)从压力平衡罩816延伸到出口歧管盖706并且经由紧固装置707被保持在适当的位置中。紧固装置707分别经由垫圈1200附装到压力平衡罩816和出口歧管盖706。然而，可以使用如将由本领域的技术人员所理解的其它紧固装置。压力平衡罩816经由耳轴820连接到底部歧管716。底部歧管716经由在底部歧管716的相应开口810内的相应加热室51的法兰53连接到加热系统50的一侧。加热系统50的另一侧经由加热室51的法兰52连接到入口歧管的相应的开口1100。如上所述，经由入口歧管710的入口714接收液体。入口歧管710连接到入口歧管盖1106，所述入口歧管盖1106继而连接到多个挡圈1202，每个所述挡圈1202均与入口歧管盖1106的相应开口1108和入口歧管710的相应开口1100相对应。挡圈1202连接到一个或多个相应的适配器凸台1204，所述一个或多个相应的适配器凸台1204继而连接到出口歧管702。出口歧管710经由一个或多个O型环1206连接到出口歧管盖706。紧固装置707经由一个或多个垫圈1200连接到耳轴820以将模块化加热单元700一起保持为一个单元。虽然在图12中示出，但是如在图8和图13中进一步示出，加热系统50的管10从底部歧管716经由入口歧管710延伸到出口歧管702。
图12通过突出显示可以组装模块化加热单元700的容易性而示出模块化加热单元700的设计的优点。另外，在所选的实施例中，出口歧管702和入口歧管710设计成为相同的件以减少总制造成本。如图所示，加热系统50中的一个或多个可以通过从耳轴820去除紧固装置707而被容易地去除、替换或添加，由此允许去除模块化加热单元700的其它元件。
图13示出根据一个示例的模块化加热单元的剖视图。在图13中，可以看到，出口歧管702包含有两个出口706，并且入口歧管710包含有两个入口714。该图示出加热系统50的光学组件55和开口以及底部歧管708和压力平衡罩816。入口歧管710设计成和用于均匀地分散从入口714进入与入口歧管710连接的一个或多个加热系统50中的液体入流。当入口歧管710的任何开口1100没有接收加热系统50时，开口1100被阻塞以确保液体不进入该开口1100。入口歧管710的入口714(如图11A中所示)被定位成从入口歧管710的中心线偏移，以便使入口714不直接地处于开口1100上方，并且随着进来的液体被进给到一个或多个加热系统50中而产生气旋流动分布。因此，进入加热系统50的液体将以气旋的方式沿着流动通道38向下流动并且经由流动路径804沿着管10的内部向上流动。这有利地优化电阻加热元件14与液体之间的传热并且将使由加热室51内的压降所导致的问题最小化。如图13中所示并且参照图8，流动路径804在入口714的入口点处开始，进入入口歧管710中，并且进入在入口歧管的开口1100与加热系统50的管10之间的开放空间1300中。液体继而进入流动通道38，如本文先前所述的。
图14是根据一个示例的模块化加热单元700的剖视图。如在图13中一样，图14示出入口歧管710和出口歧管702以及入口714和出口708。该图还示出加热系统50的管10以及在入口歧管710的开口1100与加热系统50的管10之间的空间1300，所述空间1300允许液体进入入口714以遵循从入口歧管710到加热系统50中的流动路径804。图14还示出流动调制装置1400，其用于控制和/或限制从出口歧管702经由出口708输出已加热的液体的速率。流动调制装置1400通过阻塞从加热系统50经由入口歧管710接收已加热的液体的、出口歧管702的相应开口的部分而限制水。
流动调制装置1400有利地允许模块化加热单元700基于模块化加热单元700的期望温度和加热能力而校正和调制液体流动。例如，如果经由出口708离开出口歧管702的液体的流速对于加热系统50有效地加热而言太高，则流速可以经由流动调制装置1400限制以使液体能够被加热到所需温度。在所选的实施例中，流动调制装置1400是齿轮，所述齿轮通过小齿轮或经由一个或多个电磁阀电磁地被致动。因此，同时地基于齿轮经由齿轮齿1402遮盖每个开口的部分的运动，出口歧管702的每个开口都限制相同的量。然而，在所选的实施例中，流动调制装置1400可以包括单独地控制的齿轮，以便可以限制出口歧管702的某些开口，而同时可以完全限制或根本不限制出口歧管702的其它开口。
图15是根据一个示例的控制单元1500或控制装置的框图。此处根据如参照15图所述的示例性实施例提供控制单元1500的硬件说明。控制单元1500可以位于模块化加热单元700上或中或与模块化加热单元700远程地设置。在图15中，控制单元1500包括CPU 1500，所述CPU 1500执行对模块化加热单元700的处理的控制，所述处理例如是测量(经由流量传感器和温度传感器)和控制加热液体和加热系统50的流动和温度。处理数据和指令可以被存储在存储器1502中。这些处理和指令也可以被存储在诸如硬盘驱动器(HDD)的存储介质盘1504或便携式存储介质上，或者可以被远程地存储。另外，所要求保护的进步不受到上面存储有本发明处理的指令的计算机可读介质的形式限制。例如，指令可以被存储在CD、DVD上、被储存在FLASH存储器、RAM、ROM、PROM、EPROM、EEPROM、硬盘中或被存储在与控制单元1500通信的任何其它信息处理装置中，例如，服务器或计算机。
另外，这些处理可以被提供为与CPU 1500和操作系统协作执行的实用应用程序、后台守护进、或操作系统的部件、或它们的组合，所述操作系统例如是MicrosoftWindows7、UNIX、Solaris、LINUX、和其它本领域的技术人员已知的系统或定制的操作系统。
CPU 1500可以是美国英特尔的Xenon或酷睿处理器、美国AMD的皓龙处理器或由爱特梅尔公司制造的爱特梅尔芯片，或可以是将由本领域的技术人员所认识到的其它处理器类型。或者，可以在FPGA、ASIC、PLD上执行或使用离散逻辑电路执行CPU 1500，如本领域的技术人员将认识到的。另外，CPU 1500可以与执行上述本发明处理的指令并行地执行为合作工作的多个处理器。
在图15中的控制单元1500还包括网络控制器1506，例如，美国英特尔公司的英特尔以太网PRO网络接口卡，用于接入网络1524。如可以理解，网络1500可以是诸如因特网的公共网络，或诸如LAN或WAN网络的专用网络，或它们的任何组合，并且也可以包括PSTN或ISDN子网络。网络1524也可以是有线网络，例如，以太网络，或可以是无线网络，例如，包括EDGE、3G和4G无线蜂窝系统的蜂窝网络。无线网络也可以是WiFi、蓝牙或任何其它已知的无线通信形式。
控制单元1500还可以包括显示控制器1508，例如，美国NVIDIA公司的NVIDIAGeForce GTX或Quadro图形适配器，用于接入显示器1510，例如，惠普HPL2445w LCD显示器。显示器1510也可以是位于模块化加热单元700自身上的小液晶屏。显示器1510可以提供信息，所述信息允许用户经由CPU 1500互动以向模块化加热单元700提供设置。例如，显示器1510可以允许用户设定温度、改变公制单位、流速、软件版本、错误代码或错误消息，并且识别出负载功率百分比。在设定温度时，控制单元1500将指挥权施加到电阻加热元件14，直到在温度传感器与流量传感器之间确定合适的液体温度为止。错误消息可以包括通信的事件代码和故障代码，直到它们被解析为止。这些错误消息作为非限制性示例包括，热敏电阻超出范围、检测到的温度没有变化、检测到泄漏、检测到过大或最小的流量、入口温度太热而发热或通信问题。通用I/O接口1512可以接入键盘和/或鼠标1514以及在显示器1510上或与显示器1510分离的触摸屏面板1516。通用I/O接口还可以连接到多个灯，所述多个灯可以基于由控制单元1500在模块化加热单元700内所识别出的预定条件而照明。通用I/O接口1512也可以用于启用或禁用显示器以及通过输入预定代码、设定按钮或保持按钮预定的时间段来锁定显示器。
还可以在控制单元1500中设置声卡1520，例如，Creative的Sound Blaster X-FiTitanium，以便接入扬声器/麦克风1522，由此提供声音和/或音乐。控制单元1500还可以基于预定条件的识别而发出与错误消息相对应的某些代码或声音模式以提醒用户关于模块化加热单元700的问题或疑虑。
通用存储控制器1524将存储介质硬盘1504与通信总线1526连接，所述通信总线1526可以是ISA、EISA、VESA、PCI或类似物，用于将控制单元1500的所有部件互连。本文为了简便起见省略了显示器1510、键盘和/或鼠标1514以及显示控制器1508、存储控制器1524、网络控制器1506、声卡1520和通用I/O接口1512的一般特征和功能的说明，这是由于这些部件是已知的。
如本文所述的，控制单元1500从一个或多个诸如流量传感器和温度传感器的传感器测量值，并且基于这些测量值控制流动调制装置1300的反馈或运动以适当地限制或扩大出口歧管702的开口。这些测量值可以由控制单元1500在本地接收或经由网络1524无线地接收。控制单元1500还可以经由网络1524无线地向模块化加热单元提供控制命令。
图16是根据一个示例的模块化加热单元700的分解图。在该实施例中，模块化加热单元700包括额外的加热系统1600以用于加热进入模块化加热单元700的液体。如图16中所示，入口歧管710的入口歧管盖1106的开口1108分别连接到在加热系统1600的一侧上的入口1602。加热系统1600的另一侧具有出口1604，所述出口1604每个分别连接到挡圈1202。在该实施例中，向进入模块化加热单元700的液体提供额外的加热，以便使经由入口歧管盖1106离开入口歧管710的已加热的液体传输到额外的加热系统1600的入口1602中，所述额外的加热系统1600进一步加热穿过的液体。已加热的液体继而经由出口1604从额外的加热系统1600传输出来而传输到出口歧管710。在所选的实施例中，加热系统1600每个都由空心内管和外管制成，在所述空心内管与外管之间压实有加热元件以加热穿过内管的液体。
虽然在图16中示出两个类型的加热系统50/1600，但是可以使用额外的加热系统，或加热系统50/1600可以混杂。另外，可以在模块化加热单元内串联地使用相同类型的加热系统以提供额外的加热能力。因此，在所选的实施例中，模块化加热单元700可以包含有各种加热系统50/1600构造以基于客户需求提供额外的加热能力。另外，某些加热系统会比其它加热系统制造更加昂贵，由此基于制造成本和客户端要求提供可易于配置的模块化加热单元700。
另外，虽然未示出，但是一个模块化加热单元700可以连接到一个或多个其它模块化加热单元700以基于客户需求提供额外的加热能力。照此，在所选的实施例中，一个模块化加热单元700的出口708可以连接到另一个模块化加热单元700的入口714，诸如此类。因此，例如，具有较大流量和可变温度要求的客户可以根据需要将许多模块化加热单元700链接在一起以满足他们的流动和温度需求。
由模块化加热单元700提供的另一个优点是紧凑型设计。由于加热系统的平行放置以及由于入口歧管、出口歧管和底部歧管的紧凑放置，模块化加热单元700可以如对于某些客户会要求的那样放置在较小的位置中。
在所选的实施例中，上述模块化加热单元的部件可以经由如将由本领域的技术人员所理解的注射模制或加工而制造。因此，部件可以被模制成任何形状或由任何材料制成，例如，热塑性或热固性聚合物，如将由本领域的技术人员所理解的。因此，可以利用常见的聚合物，例如，环氧树脂、酚醛树脂、尼龙、聚乙烯或聚苯乙烯。该材料被进给到加热的桶中、被混合和被压入模具型腔(由诸如钢或铝的材料形成，并且被加工成具有期望的部件的特征的形式)中，在所述模具型腔处该材料冷却和硬化成型腔的构造。可以用于这种处理的示例性制模机包括Ferromatik milcaron注塑机或由阿博格制造的那些。
上述模块化加热单元700的部件还可以被手工地精密加工或通过计算机数控(CNC)被自动地精密加工，如将由本领域的技术人员所理解的。因此，部件可以由诸如钢或铝的金属形成，并且经由车削、钻孔、铣削、塑造、规划、镗孔、拉削和锯削的组合形成。
明显地，本发明的改进鉴于以上教导能够有多个修改方案和变型方案。因此，将应理解，在所附权利要求书的范围内，本发明的改进除了如本文具体说明的以外可以另外实行。

Claims (11)

1.一种加热单元，其包括：
第一歧管，所述第一歧管具有至少一个入口；
第二歧管，所述第二歧管连接到所述第一歧管并且具有至少一个出口；
第三歧管；
一个或多个加热系统，所述一个或多个加热系统从所述第三歧管经由所述第二歧管延伸到所述第一歧管，所述一个或多个加热系统具有内管和外管；和
流体流动路径，所述流体流动路径将所述至少一个入口连接到所述至少一个出口，所述流体流动路径从所述第一歧管延伸到介于所述内管与所述外管之间的区域，延伸到所述内管的内部，并且延伸到所述第二歧管。
2.根据权利要求1所述的加热单元，其中，所述第三歧管包括多个开口以接收所述一个或多个加热系统，每个开口都终止于至少两个抛物线状弯曲部以将所述流动路径指引到所述内管的内部中。
3.根据权利要求1所述的加热单元，其中，所述一个或多个加热系统能从所述加热单元拆卸。
4.根据权利要求1所述的加热单元，其中，所述第一歧管和所述第三歧管经由在所述第一歧管与所述第三歧管之间延伸的耳轴而附装起来。
5.根据权利要求4所述的加热单元，其中，所述第二歧管经由所述耳轴附装到所述第一歧管和所述第三歧管。
6.根据权利要求1所述的加热单元，其中，所述至少一个入口从所述第一歧管的中心线偏移，以便对于进入所述加热单元的液体而言产生气旋流动分布。
7.根据权利要求1所述的加热单元，其中，所述第二歧管包括流动调制装置以限制所述流体流动路径。
8.根据权利要求1所述的加热单元，其中，所述流动流体路径在介于所述内管与外管之间的区域与所述内管的内部之间延伸通过所述第三歧管。
9.根据权利要求8所述的加热单元，其中，所述第三歧管包括压力平衡轨道以从所述流体流动路径中的液体去除气穴。
10.一种多级加热系统，其包括：
至少两个根据权利要求1所述的加热单元，
其中，所述至少两个加热单元彼此连接，以便使一个加热单元的出口连接另一个加热单元的入口。
11.一种制造加热单元的方法，所述方法包括：
提供第一歧管，所述第一歧管具有至少一个入口；
提供第二歧管，所述第二歧管连接到所述第一歧管并且具有至少一个出口；
提供第三歧管；
提供一个或多个加热系统，所述一个或多个加热系统从所述第三歧管经由所述第二歧管延伸到所述第一歧管，所述一个或多个加热系统具有内管和外管；和
提供流体流动路径，所述流体流动路径将所述至少一个入口连接到所述至少一个出口，所述流体流动路径从所述第一歧管延伸到介于所述内管与所述外管之间的区域，延伸到所述内管的内部，并且延伸到所述第二歧管。
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