[发明专利]使用PTC塑料导电电极的即时热水器

说明书

技术领域

本发明涉及一种即时热水器，用于加热在两个浸入水中的电极之间流动的水。

背景技术

本发明涉及这种类型的热水器，其加热在两个电极之间流动的水，而不是通过提供与水接触的发热元件来加热。在本发明中，当水在两个电极之间时，通过流过水的电流来加热水。

所谓的“即时”热水器不同于传统的存储型热水器之处在于它们没有热水的存储箱。即时热水器不是加热和存储水以便未来使用，而是接受冷水或者凉水，将其加热，并在需要时将其直接提供到使用点。虽然它们可以被提供用于需要热水的任何其它用途，但是这样的热水器最常用于洗涤盆的横向龙头、淋浴器和管道。

其优点之一是它们可以被放置在很接近使用点的位置。例如，在热水从中央源到达之前，不需要排空相当长的管道的冷水。而且，相对于提供远处的水箱或者提供用于从中央源向远处的使用点传输水的长管道，更容易布置到远处的热水器的电路。

众所周知的军团病就是水在中温下长时间存储的后果。根本没有水的存储大大地减少了这样的疾病的风险。

当前已知的即时热水器具有较多的缺点，包括短产品寿命、干烧烧坏、短使用期限、易于有水渍、中等的流速、高能耗和向水中释放金属离子。

现有的即时热水器的另一个缺点是它们不能适应随同匹配其预期用途的水流而改变输入电压和电流强度。经常听到的抱怨是按照许多不同的样机购买了错误的即时热水器。变量的必需的宽范围(诸如电压和电路断路器安培值和以加仑计的服务流量)对于许多消费者实在是太混乱。

现有的即时热水器的另一个缺点是它们经常由于水冲击、在水管中的空气或者电流过载而烧坏或者损坏线圈。由于有电的损坏线圈端与水直接接触，所以这些引起用电危险。电流直接通过水。使用接地导线接地的歧管被腐蚀，并且，腐蚀的歧管或者烧坏的线圈向水中释放全电流并向使用的水龙头或者其它管道夹具放出电流而危害用户仅仅是时间问题而已。

传统的电极加热器的缺点是必须与在美国和世界其它地区中的饮用水的水传导率的宽变化抗衡。以微西门子(microsiemens)来测量水传导率，微西门子与微姆欧相同。姆欧是欧姆的倒数，因此表示水(其在传导性变得更强时吸收更多的功率)的导电特性。美国的水传导率可以从50微西门子延伸到超过1,500微西门子。外国可以具有高达1,800微西门子。

当必须将它们的电极定出大小以便它们能够获得对于50微西门子的水的满意性能、然后控制水在1,500微西门子时流出的潜在的危险的30倍电流时发生所述缺点。例如，具有50安培的断路器的电极热水器必须获得温度从其冷水入口到其热水出口提高40度的可接受性能。如果水具有50微西门子的传导性，并且加热器每分钟通过1加仑，则所需要的电源在220伏特交流电压下为26.8安培。在这种情况下，使用电极没有坏处，因为这低于其50安培断路器的额定电流。如果例如水的传导率是1,500微西门子，则可能的负荷变为804安培。该功率必须被调节为小于50安培断路器，更具体地调节为26.8安培以满足每分钟1加仑(大约3.78升)温度升高40度。当需要每分钟3加仑(大约11.34升)时加重了所述条件。用于所述流速的潜在电流是难以置信的2,400安培。

因为在本发明以前，不能在运行中将电极重新定大小，因此调节该功率的数值的成本很大。通常，用于电极热水器设计的常用手段是使用三端双向可控硅开关元件、绝缘栅双极晶体管(IGBT)、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)和其它正弦波斩波装置来调节高电流，以使得断路器不跳闸。对于诸如调光器之类的低功率要求，这是优选的和便宜的方法。然而，为了调节电极热水器的高电流电势，这些方法在经济上和技术上是不可接受的。

提出使用所述斩波装置的功率调节的方法的电极热水器的另一个缺点是这样的装置会在线路中引入谐波，并且在电路断路器不跳闸的情况下加热导线。导线能够变得极热，引起严重的火险。对于这个缺陷条件的一种解决方案被称为“电流匹配”。然而，没有像在大的昂贵的工业电极烧水器中那样机械地移动电极的情况下，对于这样的宽变化的电负荷几乎不可能完成电极热水器和烧水器的电流匹配。在诸如即时热水器的家用器具中如此进行成本太大，并且将引入大大提高所述装置的失效模式的磨损部件。

经由交流斩波装置的电子调节高电流的另一个缺点是扰乱通信电视信号和产生无线电静态干扰的电磁发射。这些发射是在欧洲的“闪变标准(Flicker Standard)”中不允许的，并且会违反美国通信委员会规定。