热水器的感应加热设备及配备有该种设备的热水器 |
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| 申请号 | CN201380042803.7 | 申请日 | 2013-08-05 | 公开(公告)号 | CN104781616B | 公开(公告)日 | 2017-09-26 |
| 申请人 | 温思林姆公司; | 发明人 | 让·伊夫·加斯帕尔; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种 热 水 器 的 感应加热 设备及配备有该种设备的热水器。热水器(8)的特征在于，加热装置(2,4,5,7)包括发 电机 (7)和由至少一个感应器(2)以及至少一个负载形成的感应模 块 ，感应器(2)配置用来产生负载中所感生的 电流 ，感应器(2)和至少一个负载浸没在待加热的水量中。本发明应用在家庭或者专业热水器领域。 | ||||||
| 权利要求 | 1.热水器(8)，包括加热主体和感应加热设备，所述感应加热设备包括发电机(7)和感应模块，所述感应模块包括至少一个感应器(2)以及至少一个负载(4,5)，所述至少一个感应器(2)配置用来在所述至少一个负载(4,5)中产生感应电流，其特征在于，所述至少一个感应器(2)和所述至少一个负载(4,5)被设置浸没在所述加热主体中，以能够浸没在所述热水器的水中，所述热水器包括位于所述至少一个感应器(2)与所述至少一个负载(4,5)之间的中间空间，所述中间空间配置用来允许水出现在所述至少一个感应器(2)与所述至少一个负载(4,5)之间。 |
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| 说明书全文 | 热水器的感应加热设备及配备有该种设备的热水器[0001] 本发明涉及热水器的感应加热设备及配有该种设备的热水器，并由此涉及也被称为热水器的水加热电器领域，该水加热电器利用感应原理进行加热。 [0002] 热水器是可以加热水的设备，用于满足各种家庭或者工业的需要。热水器可以理解为是指具有至少一个容器的蓄水池设备，所述容器用作用于存储热水的加热主体，其也常常被称为水槽。本发明所述的热水器也可以理解为是一种瞬间加热设备。该容器为水可以在其中加热的区域。所述容器常常被称为加热主体或者水槽。此类容器的容量根据蓄水池设备所要满足的需求可以较大也可以较小，例如通过与一个或者多个脸盆龙头、淋浴和/或者浴盆等连接。 [0004] 在一已知方式中，电热水器具有浸没在用作加热主体的容器中的加热元件，可以加热容纳在其中的水。所述加热元件通常为被称为“保护元件”的元件，该元件具有适当的尺寸并且由于其技术而提供有特别小的与水的交换表面。因此，保护元件的功率不很高，以防该保护元件引起局部沸腾，并且防止该保护元件在覆盖有水垢以及不再能够正常地与待加热的水进行能量交换时被损坏。 [0005] 几乎可以在任何位置的水中都可以发现悬浮的水垢，并且当用作加热主体的容器中所容纳的水被加热时，分子搅动会引起水垢的沉积或者使保护元件以及通常包括热水器管道的热的部分上覆盖有水垢。覆盖水垢是热水器的主要问题，因为根据水的属性，加热元件在连续运行加热后会覆盖有水垢。这会带来双重效应，一方面降低了与水的热交换，另一方面减少了加热元件的服役寿命，使其过热并且最终损坏。堆积的水垢会减少水的热量传递，并且使加热元件过热。若加热元件被水垢过多覆盖，水的热量传递就会变的很困难，且水也不能被正常加热，这是因为恒温器在没有达到加热水的设定温度以保护加热元件之前就停止了加热，从而具有受损的风险，或是因为恒温器没有检测到加热元件的过热而继续加热并随后被损坏。 [0006] 为防止覆盖这种水垢，可利用插在护套中的加热元件。所述加热元件被称为滑石加热元件，这来源于支撑所述电阻元件的绝缘体的名称。所述加热元件因此不再与水接触并由此不会覆盖有水垢。然而，这仅仅是将问题转移给了有利地由钢制成的护套，该护套浸没在水中并间接成为加热水的元件，并由此覆盖上了水垢。因此，使用这种用于加热元件的护套并不能解决能量传递退化的问题。 [0007] 而且，加热元件和护套之间的热量传递并不好，因此这种配有护套的加热元件并不能令人满意。 [0008] 据此可知，配有至少一个采用加热电阻形式的加热元件的热水器并不能提供非常令人满意的性能。而且，所述加热元件仅由恒温器调节且以开关模式运行，这与新的发电技术或者家庭自动化安装不相容，而且其与这种安装的结合也是不适当的。 [0009] 考虑到绿色能源的出现以及智能的能源管理系统的广泛使用，这种不相容尤为不足。 [0010] 风力涡轮机或光电池等绿色能源的问题是难以使发电技术与其用途匹配。风力涡轮机会在刮风天气发电，而光电池会在晴朗的天气下发电。在这些条件下匹配发电需求是不可能的。这种解决方案包含存储如以电池中的电能形式或者热水器中热水形式存在的能量。 [0011] 配有常规加热元件的热水器并不能很好的适用于这种需求。事实上，这种加热元件是在开关模式下运转的，换言之，其在满功率条件可以关闭也可以操作运行。 [0012] 文件EP-A2-2420755描述了用于煮沸水的设备。该设备包括用于水循环的回路，以及置于其周围的用于通过感应线圈加热回路管路的系统。这种本质上追求瞬间加热的技术将线圈设置在管路周围，水通过该管路循环。 [0013] 本发明要解决的一个问题在于提供一种可以在不同功率水平下运转的电热水器，其具有良好的性能并且适用于很容易地与热水器外部的智能能源管理系统结合。 [0014] 为了实现这个目的，本发明提供了一种用于与热水器相互作用的感应加热设备，其包括发电机和由至少一个感应器以及至少一个负载(charge)形成的感应模块，感应器配置用来在负载中产生感应电流，其特征在于，所述感应器和所述负载配置浸没在所述热水器的所述加热主体中。 [0015] 具体地，所述热水器包括加热主体和感应加热设备，所述感应加热设备包括发电机和包括至少一个感应器以及至少一个负载的感应模块，所述至少一个感应器配置用来在所述负载中产生感应电流，其特征在于，所述至少一个感应器和至少一个负载设置浸没在所述加热主体中。 [0016] 所产生的技术效果在于保证了由感应器以及至少一个负载组成的感应模块和容纳在热水器中的水之间的直接热量交换。感应器的引起损耗的不可避免的加热被回收，也可以用来加热容纳在热水器中的水。将感应器放置在水中对于本领域技术而言并不是一种常规的技术方案。 [0017] 因此，浸没可以理解为是指感应器和负载被浸没并由此与加热主体中所容纳的水接触。在一有利方式中，感应器和负载之间的中间空间可以使水出现在所述两个组件之间。 [0018] 本发明所述的热水器还可以选择性的具有以下任意特征： [0019] -所述感应模块包括作为感应器的至少一个线圈，所述至少一个负载包括负载板，所述至少一个线圈的对称平面和所述板的平面基本平行； [0020] -所述感应模块的所述至少一个线圈为扁平式，优选地，其各个表面被负载板环绕； [0021] -其包括两个被设置浸没在所述加热主体中的负载； [0022] -所述至少一个线圈具有椭圆形形状； [0023] -各负载板基本上均为矩形且具有朝所述至少一个线圈弯曲的纵向边缘，所述负载板与其间至少部分地形成平行六面体形状； [0024] -至少一个负载板具有多个通孔，以便于水通过所述负载板循环； [0025] -所述感应模块包括作为感应器的至少一个电力印刷电路； [0026] -所述感应模块包括至少一个作为感应器的螺线管形式的线圈，所述至少一个负载包括至少一个与所述至少一个线圈同心设置的管； [0027] -包括两个浸没在所述加热主体中的负载，设置外负载环绕所述感应器以及设置内负载使其被所述感应器环绕； [0028] -至少一个负载管具有多个通孔，以便于水通过所述负载管循环； [0029] -所述感应模块包括至少一个作为感应器的螺线管形式的线圈； [0031] -所述至少一个负载包括至少一个活动球，该至少一个活动球被笼保持在所述至少一个线圈的磁场中，所述笼优选与所述至少一个线圈同心设置； [0032] -所述球笼配置用来使所述球能够发生搅动； [0033] -其包括环绕所述至少一个感应器的电绝缘材料； [0034] -其包括环绕所述至少一个感应器的防水材料； [0035] -所述防水材料和所述电绝缘材料形成单独的外壳； [0036] -所述外壳为在所述至少一个感应器周围包塑成型的壳； [0037] -所述外壳由塑料、复合树脂制成； [0038] -所述感应模块的所述至少一个负载具有导电性且优选具有导磁率，有利地，具有高的相对导磁率； [0039] -所述至少一个负载配置为在加热期间会变形或者涂覆有具有不粘性的食品级成分，以限制在其加热期间水垢在所述至少一个负载(4,5)上的堆积； [0040] -其包括所述感应模块的所述至少一个感应器的安装件，其设置在所述至少一个感应器和至少一个负载之间； [0042] -所述发电机设置在所述加热主体外部； [0043] -所述至少一个负载由居里点低于所述热水器中的水的最大预定温度的材料制成，优选低于100摄氏度； [0044] -所述安装件通过舱口穿过所述热水器，所述安装件包括支撑浸没在加热主体中的第一部分，以及在加热主体外部朝所述发电机延伸的第二部分，所述第一部分有利地宽于所述第二部分并邻接于覆盖所述舱口的闭合板，所述闭合板具有足够大的开口，以使所述第二部分能够经由其通过； [0045] -所述闭合板包括用于接收待加热的水的进水管的接头； [0046] -所述感应模块布置成其纵向轴线跟随限定了加热主体的长度的纵向轴线延续至少一个长度值，此长度值介于所述加热主体的长度的八分之一和一半之间； [0047] -所述热水器被称为扁平热水器，其具有基本为平行六面体形的加热主体； [0048] -其包括多条并置的纵向通道，所述通道之间彼此流体连通，至少一个纵向通道接收所述感应加热设备的所述感应模块； [0049] -所述感应模块相对所述加热主体的厚度和宽度对中设置； [0050] -为使其冷却，所述感应发电机与流向或者来自所述加热主体的水的循环区域进行交换； [0051] -所述感应模块在感应器和所述至少一个负载之间形成水通道，所述感应器使水暴露于磁场中，以防止所述至少一个负载的水垢堆积； [0052] -所述加热主体具有超过10升的容量，优选为20升。 [0053] 根据另一个方面，本发明涉及一种下文所述的各种实施例所述的感应模块的负载。 [0054] 根据另一个方面，本发明涉及一种下文所述的各种实施例所述的包括负载和感应器的感应模块。 [0056] -图1为本发明所述的热水器的一部分的一实施例的纵切面的示意图，该热水器为扁平状且配有感应加热设备。然而，应该牢记的是，可以使用扁平状以外的其它形状的热水器来实现感应加热，尤其是圆柱形热水器； [0057] -图2为本发明一实施例所述的热水器的前视示意图，该热水器为扁平状且配有感应加热设备； [0058] -图3为本发明所述的热水器的一实施例的立体纵切面的示意图，该热水器为扁平状且配有感应加热设备； [0059] -图4为本发明所述的具有椭圆形线圈和大致为矩形的负载板的感应模块的一实施例的纵向立体示意图； [0060] -图5为图4所述的具有两个负载板的感应模块的立体示意图。 [0061] 图1-3所示的热水器包括用于容纳一定量水的加热主体、用于待加热的水的进水管12、用于加热后的水的出水管13、以及有利地意在使加热主体能够完全排空的排水管12b。该用于待加热的水的进水管12有利地通向加热主体的底部，优选邻近可以加热水的感应模块。用于加热后的水的出水管13可以有利地收集来自加热主体顶部的水。有利地，该热水器为存储型，这意味着水并不是处于动态循环状态。因此，该热水器具有加热水阶段和出水阶段，这两个阶段通常是分开的且是非连通的。 [0062] 一般地说，参考图1-5，重要的是要记住感应加热设备1会使用将供电系统的低频电流-通常为50-60赫兹-转换为高频电流的发电机7。所述电流用来为至少一个以至少一个感应线圈形式存在的感应器2供电，该感应线圈除了包括磁路以及电和热绝缘体外，其主要由感应绕组(bobinage)组成。 [0063] 发电机7包括在其上装配有各种组件14的印刷电路，所述组件14包括其损耗以热量的形式散发的功率组件。所述功率组件热固定至优选由铝制成的散热器上。所述散热器配置用来消散功率组件所散发出的热量，以防其过热。发电机7可以置于收纳盒17中，该收纳盒17用于保护发电机7和/或者使发电机7电绝缘和/或者使发电机7与水隔离。收纳盒17限定了发电机7的外轮廓，且可以具有基本为矩形乃至圆形的形状。发电机7通过电接头10连接至感应器2。 [0064] 有高频电流穿过的线圈2在其附近区域中产生具有变频的电磁场。该线圈2有利地由安装件3支撑。 [0065] 常被称为负载4，5并且浸没于所述变化磁场中的导电物体具有穿过其的感应电流，也被称为涡电流，从而通过焦耳效应加热导电物体。有利地，负载4，5为环绕感应器2的负载板形式。该板可以为两个分开的相对感应器2的平面对称排放的板或者为相对感应器2的平面形成两个对称负载的单独弯曲部分。所述负载4、5通过有利地为电绝缘的间隔件6与感应器2保持分开，例如通过分布在具有有利矩形形状的负载板4，5的四个角落处，或者位于负载4，5的中央位置处的间隔间6。负载板4，5有利地固定至安装件3上。 [0066] 采用至少一个线圈和至少一个负载4，5形式的至少一个感应器2的组件被称为感应模块。在随后的描述中，该感应模块包括两个负载4，5以及一个感应器2，而没有任何的限制作用。 [0068] 根据本发明的优选实施例，感应模块包括具有紧密性以及电绝缘性能的外壳。 [0070] 有利地，所用材料以及与待加热的水接触的材料具有食品级属性。 [0071] 若所述密封材料也为电绝缘体，那么就没必要提供覆盖有绝缘体的绕组。 [0072] 根据第二示例，可以提供配置为密封和电绝缘的线圈的导线，例如用于浸没的导线。 [0073] 有利地，感应器2的外壳构成感应器2的安装件3。优选地，包塑成型可以生产具有多种形状的安装件3。例如，该安装件3呈具有与负载板4,5尺寸相似的安装板的形状。该安装板插在彼此基本平行的负载板之间。优选地，间隔件6使三个板3,4,5保持间隔分开。 [0074] 本发明所述的热水器8包括用于容纳水的加热主体，以及用于加热该加热主体中所容纳的一定量水的加热装置。 [0075] 感应加热设备1所产生的损耗可以占到传输功率的5％，若线圈2的绕组在主要的经济制约下加工，则这种损耗甚至会更多。所述损耗极大地限制了作为加热主体的容器的延伸加热并且常常需要通风加热装置，主要是需要通风其采用线圈形式的感应器。这样会使该设备的成本过高，若将其放置在热水器的外部，又会使在使用该设备产生噪音。 [0076] 在许多情况下，通过散热器和强制通风来冷却设备发电机所谓的电子功率组件也很必要。利用后者还具有不可忽略的损耗程度，使设备的性能降低。 [0077] 为了至少部分地抵消上述损耗，本发明提供了设置在加热主体内部的感应器2，该感应器2优选地被直接放置在加热主体所容纳的水中，至少一个负载4或者5也被浸没在该水中。 [0078] 根据观察，感应加热设备1的主要损耗是通过感应器2产生的。如此，感应器2和至少一个负载4,5与水交换它们的损耗，所述损耗由此被回收以加热热水器8中的水。 [0079] 感应器可以类似于电磁炉中所用的感应器，该感应器为扁平线圈型，也被称为盘形线圈。所述类型的线圈优选为对称型，这意味着两个面所产生的磁场相等。通常，一个面提供有磁路，该磁路用来传递一般位于感应器底部的磁场，并且使该磁场朝通常倚靠在形成感应器的线圈的顶部上的负载返回。 [0080] 通过推断本发明所述的感应加热设备1的所述特征以及由此通过提供在两个面上产生磁场的扁平线圈作为感应器2，还可以利用在该扁平线圈的每个面上待加热的负载4,5，其中所述负载4,5具有足够的铁磁特性。因此，在感应器2中节约使用一个磁路也是可能的。 [0081] 扁平或者平扁的可以理解为线圈的厚度小于所述的其它尺寸，尤其小于长度和宽度。因此该线圈具有两个相对的平行面。有利地，该线圈具有椭圆形状。其长度大于其宽度。 [0082] 这样还可以增加，或者尤其可以加倍交换表面，并由此减小功率损耗，使与水有更好的能量交换。作为非限制性示例，感应器2及其负载4,5因此由中央扁平线圈和两个与线圈2磁性耦合的铁磁板4,5构成，其中负载4,5中的至少一个和优选两个被浸没。当线圈2由发电机1提供时，所述两个板4,5为涡电流源，并且可以用来加热水。 [0083] 所述构型还具有特别好的优点，例如，在热水器8的具体实施例中，例如扁平状热水器，3厘米的厚度可以有助于使其一体化。 [0084] 可以节约感应加热设备1，尤其是感应器2的成本。例如，可以按照较良好的工程实践所应用的方式不太复杂的方式加工绕组来实现这种节约。也可以例如通过使绕组的截面最小化，或者利用实心导体乃至功率印刷电路制造绕组来实现这种节约。 [0085] 在这种情况下，损耗会更大，但是在了解到这些损耗被传递到水中并由此转换为再生能量的情况下，所计算的损耗对于设备1也是可接受的。 [0086] 除两个面均为扁平的感应线圈之外，可以想到感应线圈2的其它形状。能够用于本发明内容的线圈2可以采用具有内和/或者外负载的螺线管形式，使得该负载如与两个负载板4,5一样，还可以作为磁路。 [0087] 一个或者多个负载4,5采用管状形式，该管状有利地具有大致延伸到感应器2的整个高度的圆截面。该负载管4,5与电磁线圈同心设置。 [0088] 内负载管布置在线圈内部，而外负载布置在线圈外部。该内负载由线圈环绕，而外负载环绕着该线圈。 [0089] 就板而言，负载管4,5优选被穿孔以提高水的流通。 [0090] 根据一有利的可能性，内负载管4,5可以为用于待加热的水的进水管12，其浸没在加热主体中。有利地，用于待加热的水的进水管12可以支撑感应模块：感应器2以及至少一个浸没的负载4,5。 [0091] 为便于装配热水器，将用于待加热的水的进水管12固定至热水器的舱口9的闭合板11。 [0092] 为了使发电机7能够冷却，将用于待加热的水的进水管12有利地热连接至支撑发电机7的功率组件14的散热器。 [0093] 负载4,5由导电材料制成，该材料可以是磁性的，也可以是非磁性的。 [0094] 同样还可以利用例如100微米级的铝的小厚度的导电、无磁性材料来制作负载4,5，该类材料优选附接至可以确保其力学阻力的非磁性、非导电基底。 [0095] 所述负载4,5可以具有具体的形状或者表面状况，从而可以提高与水的热交换，以及优化与感应线圈2的耦合，而尽可能多地防止覆盖水垢。 [0096] 根据一优选的可能性，负载板4,5基本为平面状并且包括多个若干毫米的通孔。这些通孔改善了水的流通并由此提高了感应模块周围的热交换，而不会损失效率。 [0097] 在这种情况下，应该考虑到，负载4,5成为加热元件，并由此水垢倾向于在负载4,5上堆积而不是线圈2上。然而，所述现象被最小化，因为对于一个给定功率，功率密度要低的多，因此表面也不太热。还应该注意的是，加热元件由于过热而产生破坏的风险会消失，这是因为负载4,5是纯粹被动的，其并不能被可能的过热影响。 [0098] 由于居里点是指温度，在该温度以上铁磁材料的导磁率达到μr＝1—即该材料变成非磁性—感应现象在温度到达组成负载4,5的材料的居里点时会停止。因此，以简单说明的及非限制的方式，利用具有优选低于100摄氏度的低居里点(例如90摄氏度或者更低)的材料制作负载4,5可能是有利的。 [0099] 在这种情况下，感应器2在其温度不超过100摄氏度时间接加热负载4,5。超过所述温度，材料经过其居里点，变成非磁性，这意味着线圈的磁流量不再通过负载，使线圈阻抗的活跃部分显著减少，使发电机无法运行。加热只有在负载4,5的材料冷却，且其温度降低到居里点以下，换言之进入铁磁区域之后才能恢复。 [0100] 用这种具有低居里点的铁磁材料来生产负载4,5可以确保感应器2以及容纳该感应器2的加热设备1具有绝对和额外的热安全性。 [0101] 也可以优化负载4,5的形状、材料和/或者附件来使其在加热时能够变形，所述变形可以防止或者移除可能覆盖负载的水垢。可以使用例如具有形状记忆的可变形材料。 [0103] 一般而言，具体地，根据包括采用具有圆形截面的内和/或者外负载4,5的螺线管形式的感应器2的一实施例，可以提供至少部分地采用至少一个活动电导体元件形式的负载4,5，其中活动导电元件保持在有利地至少部分地与感应器2的磁场的活动区域匹配的区域中。该至少一个导电元件优选在所述区域中自由移动。所述至少一个导电元件有利地配置为通过加热主体中水的流动来移动，尤其通过感应器2的磁场的活动区域中的水的流动。为了移动该至少一个元件，优选地将用于待加热的水的进水管12放置在感应器2的下方，使得加热主体中水的注入能够搅动至少一个元件。所述搅动限制了水垢的堆积并且有选择地帮助去除水垢，具体地通过将至少一个元件与另一个至少一个元件撞击或者与上文所述的固持装置撞击。该至少一个元件具有限制水垢粘合以及/或者便于去除水垢的形状和/或者特性。所述至少一个元件通过保持装置保持在感应器2的磁场的活动区域中，例如通过在其上至少一个元件活动至少一个自由度的轴，或者例如通过界定必须将至少一个元件保持在其中的区域的笼，让其可以根据每个自由度自由的移动。 [0104] 根据一个实施例，至少一个元件为至少一个球。优选地，负载4,5为固定在区域中的球，有利地，该区域至少部分地对应于感应器2的磁场的活动区域。所述区域优选地由笼界定，该笼例如由形成电屏的层构成，其可选择地具有导电性、且成某种形状，以界定出用于接纳球的空间。 [0105] 例如，所述球由铁磁材料制成，该铁磁材料由感应器2所感生的磁场加热。该球可以具有多种形状：其中有具有圆形或者圆柱形截面的形状。相同负载4,5的球可以具有不同的形状。这些球配置用来可以生产负载且由此产生足够的感应加热，以及使水垢的硬壳最小化并选择性地帮助去除水垢。 [0106] 所述笼配置为能够使球移动并尤其使球之间能够发生碰撞。优选具有圆截面的球的实际形状限制了水垢的堆积。而且，球之间的碰撞有助于去除水垢的堆积。优选地，各负载4,5的笼由非导体材料制成，使得其不会变热也不会有覆盖有水垢的风险。该笼配置为使球与水之间能够发生尽可能高效的热交换。 [0107] 例如，所述球被固定与线圈同心的环形区域中。 [0108] 根据一实施例，其中至少一个负载4,5采用布置在螺线管形式的感应器内部的内球笼形式，该内笼有利地由螺线管形成。所述球被放置在螺线管界定的内部体积中，螺线管的端部通过壁闭合，优选地，屏的筛孔尺寸小于球的最小截面，以将球固定住，而使任何从球上松脱的水垢能够穿过筛孔，并且确保球周围的水具有良好的流通性。 [0109] 外球笼优选由至少一个环绕感应器2的管状屏形成。 [0110] 根据一优选可能性，如同感应器2一样，负载4,5固定至闭合板11，以便于布置和移除感应模块。 [0111] 所述负载4,5的结构是有利的，因为其有助于感应模块中和周围的水流通。 [0112] 所述球具有例如15毫米左右的尺寸。各负载4,5可以由10至30个球组成。其交换面至少可以比得上具有矩形形状的负载的表面。 [0113] 优选重量很轻的球，以便于搅动它们。而且，感应现象发生在所谓的“皮肤”厚度上。由此可以减小至少一个导电元件的导电材料的厚度。 [0114] 其余描述会结合球进行说明，而不会暗示任何限制。球可以是仅具有导电材料的外壳的实心或者空心球体。所述负载可以由不同性质的球构成。 [0115] 对于磁性材料而言，0.5毫米的厚度对直径15毫米的球及20赫兹的磁场频率是足够的，所述线圈为空心状或者由优选轻于导电材料的材料制成。 [0116] 对于非磁性材料而言，所述球优选包括小厚度、导电、非磁性的外壳，以使在感应器中不会产生不适当的阻抗。在这种情况下，所述外壳的厚度优选小于皮肤的厚度，在一优选示例中，外壳厚度大约为皮肤厚度的1/10。所述线圈为空心状或者由非导电材料以及优选轻于导电材料的材料制成。 [0117] 铁素体球同时受到考虑中的频率的作用，产生与其磁导率有关的吸引力，以及与感应电流有关的排斥力，且两者合力基本为零。另一方面，导电层厚度为皮肤厚度的1/10左右的非磁性球仅受到与感应电流有关的排斥力，该排斥力被称为拉普拉斯力。根据球的重量，所述力能够足以使这些球运动并且使其之间发生具有去除水垢效果的碰撞，若再加上用于待加热的水的出水管12产生的水流，则这种现象更会增强。 [0118] 根据现有技术，已有许多磁性防垢系统的实施例，这些系统要么具有永磁铁，要么具有在可以达到100赫兹的频率范围内产生可变磁场的线圈。利用所述原理的电子防垢电器，虽然价格昂贵，但还是具有至多数万伏安的适度功率，以及产生数万安-米的弱磁场。 [0119] 另一方面，本发明所述的用于设备1的被浸没的感应器2具有数千伏安的高功率，并且该感应器尤其会在感应器2和负载4,5之间的气隙中及20至50赫兹的相同频率范围中产生高于1000安-米的高磁场。因此，使冷水入口或者简单的水循环出现在负载4,5之间可能是很有意义的，这样可使水经过强烈的磁场。由此，该强烈的磁场可以作用于水中悬浮的离子，并且不会使所述离子沉积在热元件上，换言之，其可以防止水垢的沉淀。因此，这可能是采用浸没在热水器8中的反应器2的一有益结果，但并不是所寻求的主要效果。 [0120] 通过将负载4,5形成特定的几何形状，可以促进负载4,5之间的水循环，例如将板4,5的侧边之一弯曲，使两个相对板4,5形成一种长方形盒，感应线圈2被布置在该长方形盒的中心，并且来自热水器8的冷水经过该长方形盒。 [0121] 这种类型的闭合形状在使用用作非磁性或者由复合材料制成的加热主体的容器的背景下还是很有意义的。在这种情况下，尽可能最好的引导绕组发出的磁场是很方便的。有利地，闭合的几何形状能够引导磁流并由此使其更容易地符合与电磁干扰有关的标准。 [0122] 感应器2浸没在热水器8的水中也是很有意义的，因为其提供了一种完整的电子系统，举例来说： [0123] -利用至少一个浸没的NTC(负温度曲线)传感器(即，采用热敏电阻形式的传感器，其电阻根据温度降低)进行非常精细的温度调节。可选地，可以使用PCT(正温度曲线)传感器，即采用热敏电阻形式的传感器，其电阻根据温度增加。因此，可以利用预定的热循环来调节温度，或者可以在特定时间预期或通过示教编程计算对热水的需求；事实上，现有的热水器配备有恒温器，其在车间或者被安装者进行了恒定调节，但不能被使用者调节。然而，众所周知，水越热，自然冷却所产生的损耗也就越多。因此，为使损耗最小化，不仅根据需求通过示教编程来计划加热是有意义的，而且调节温度或加热主体的温度以优化所要求的值也是很有意义的。 [0124] -了解和精细控制注入至一个或多个感应器2中的功率。 [0125] 后者的优势对于新能源及其用途尤为重要。事实上，可以快速与能量管理系统进行通讯交流，以使所提取的能量与可利用的能量相匹配，以及在保持高性能的条件下精细地调节能量直至极低和/或者极高的功率。 [0126] 感应器2浸没在热水器8的水中相对于直接加热用作加热主体的容器的感应器尤其有利。事实上，这可以使接收来自用作加热主体的容器以及由此来自大地的能量的负载4,5电绝缘，并由此能够显著减小负责消除高频率组件朝供电系统或者地面脱落的电子滤波器的尺寸。 [0127] 也许可以将感应器2的相同原理应用到发电机的电子组件14上，即固定住热连接至用作加热主体的容器并由此尽可能靠近地连接至水中的简约散热器的所述组件。 [0128] 当热水器8中的水是冷水时，功率需求最大化，因此加压当时温度保持在100摄氏度左右以下的发电机7的组件14所需要的能量也就很高。之后调节水的温度使例如容器的底部不要超过60摄氏度，由此，所调节的水对于发电机7的组件14的损耗是良好的散热器，这对加热设备的性能起到了一定作用，虽然所起的作用在程度上要比感应器2轻。 [0129] 当水开始加热时，虽然消散效应较小，但能量需求也是如此，因此发电机7的所述组件14仍然能够有效冷却。这能够使散热器的尺寸及通常用于家庭感应加热设备1的发电机7的通风设备的超压显著降低。 [0130] 作为说明性和非限制性的示例，本发明被应用于100升的热水器8中。在感应加热设备1中，感应器2为一种具有与230伏特下的16安的电流相对应的3700瓦最大功率的连续半桥换流器。 [0131] 为说明性和非限制的目的，感应器2为具有55x340x4毫米尺寸且垂直置于热水器8中的扁平线圈。该扁平线圈2由提供第一电绝缘的24圈多股漆包线组成，圈数和与板4,5的距离可以确保谐振发电机7具有与待传输的功率相容的阻抗。 [0132] 有利地，感应线圈为由铜或铝制成的实心导体的一股绞线的绕组。举例说明，该绕组之后与电绝缘材料进行包塑成型，使得可以为浸没的组件提供必要的绝缘性，所述与水接触的材料此外还具有食品级属性。NTC组件被置于绕组的中心位置并与该绕组包塑成型。作为传感器，NTC组件提供了能够精细调节感应器2的温度读数。因为管理多个多路传感器很容易，所有获得加热主体内部或者外部多个点处或者位于加热主体内部或外部的组件的精确温度信息也是很容易的。 [0133] 将两个铁素体板放置在6毫米距离处的感应器绕组的任意一侧上，使水能够在板4,5和感应器2之间流通，其中，所述两个铁素体板具有能够有利地从6/12变化至12/10的厚度，并且在其相互面对面安装时可以在一侧上弯曲90度以形成平行六面体。有利地，板4,5具有380毫米x270毫米的尺寸。 [0134] 根据一优选实施例，负载4,5固定至有利地由塑料或复合物制成的安装件3上，从而转而有利地至少紧靠于或者固定至热水器8的舱口9的闭合板11上，使得负载4,5是电浮动的。 [0135] 感应器2和温度传感器通过电接头10有利地电连接至发电机7，该发电机7有利地固定至舱口9的闭合板11的另一侧并由此固定至热水器8的外部。发电机7的功率组件14可以热连接至舱口9的闭合板11并由此还能够将其热量消散到作为加热主体的容器的水中。 [0136] 发电机7连接至置于热水器8前面的控制接口并能够可选择地显示热水器以及电力网的操作和状态参数。例如，所述接口配备有用于与当地通信网络进行通讯的模块。这种网络不仅可以与用于管理电能的中央系统交换热水器8的耗费信息，还可以通过该系统运行。 [0137] 本发明所述的感应加热设备1布置在邻近以及热水器8的中线下部中的位置处，发电机7设置在热水器8的外部，当后者垂直延伸时，发电机有利地布置在热水器8的下面。 [0138] 像其安装板3一样通过电接头10连接至发电机7的设备1的感应器2，经由设置在热水器8的中线下部的舱口9，通过渗透到所述热水器8中被设置在热水器8的内部。 [0139] 一个有利的可能性由提出感应设备，即支撑感应模块以及发电机7的舱口9的闭合板11组成。因此，仅仅通过插入该设备就可以提供具有感应加热装置的感应模块，而不会影响热水器力学性能。例如，发电机7可以为圆形或者矩形，可以关于冷水进水管12铰链连接，也可以固定至闭合板11上。 [0140] 椭圆形的线圈和通常为长方形的感应模块有助于它们通过具有最小尺寸的舱口9在加热主体中安装和移除，从而提高对热水器压力的抵抗。 [0141] 当电磁线圈及其采用在暴露于感应线圈的磁场的有限区域中被限制运动的球的形式的负载为圆形时，笼还具有帮助感应模块在加热主体中安装和移除的形状。 [0142] 感应模块和负载的各种备选方案并不是排外的，其可以合并使用。 [0143] 根据一优选实施例，加热主体中用于待加热的进水管12垂直地与感应模块线性布置。该布置使水能够进入加热区域，由此提高水的流通。用于待加热的水的进水管12优选设置在闭合板11上。 [0144] 感应器2延伸到热水器8的长度的一部分。该感应器设置在热水器的底部。作为非限制性示例，感应器2至多占去热水器长度的一半，优选地在热水器8长度的八分之一和四分之一之间。 [0145] 根据一个实施例，感应器2的安装件3具有第一部分3b，其在例如为扁平的形成感应器2的线圈周围包塑成型，并且所述部分3b用于完全插入到热水器8中，例如，形成由其外壳覆盖的感应器2的线圈为扁平状。 [0146] 如前文所述，在形成感应器2的线圈的内部，有利地在线圈的中间长度处可以提供至少一个温度传感器，例如NTC或者PTC传感器。所述温度传感器被浸没在热水器8的内部，并输出传送至设备1的发电机7的温度值。 [0147] 安装件3还包括第二部分3a，其宽度比第一部分3b小，所述第二部分3a位于热水器8的外部并通过仅支撑电接头10朝发电机7延伸第一部分3b。第一部分3b和具有较小宽度的第二部分3a之间的连接处例如具有侧肩部15。 [0148] 例如，舱口9可以具有矩形外轮廓，这使其实质上并不同于通常为圆形的在现有技术的热水器中用于电子加热元件的通道的舱口。该舱口9通过至少一个闭合板11关闭，其中所述闭合板11通过例如螺钉的活动固定装置固定至舱口9上，闭合板11和舱口9之间有利地插入有密封垫。所述闭合板11包括中心矩形开口，其仅足够大到使安装板3的第二部分3a能够穿过该开口，肩部15在支撑板3的第一部分3b和内部邻接于闭合板11的第二部分3a的连接处由第一部分3b支撑。当线圈2与塑料材料包塑成型时，闭合板11可以直接固定至安装件3上。 [0150] 本发明所述的热交换装置包括散热器，功率组件热连接至该散热器。根据一个可能性，该散热器包括形成用于排放发电机7以及热水器8运行期间所产生的热量的外壳的部分。为此，为流向加热主体的水的循环提供了回路。附件理解为是指水循环回路和功率组件之间的接口。所述外壳理解为是指环绕用于朝加热主体循环水的回路的散热器。该循环回路优选连接至用于待加热的水的进水管12。 [0151] 根据所示的一个可能性，所述外壳简化为与用于待加热的水的进水管12的一部分相互作用的套筒16。该外壳可以热连接至水循环回路，甚至可以形成水循环回路。在后者情况下，水直接在外壳中流通。 [0152] 根据一个可能性，组件包括附加回路。水龙头可以由进水管12提供，以在罩壳17内部形成附加的水循环回路。 [0153] 当被另一个热交换装置取代或者补充此类热交换的套筒16不用来排放来自发电机7的热量时，套筒16还可以分别发挥主要或附加的功能，使发电机7的罩壳17相对于进水管12固定，这有利于固定罩壳17。 [0154] 为了冷却，将发电机7热连接至热水器，特别地，将其热连接至支撑发电机7的功率组件的散热器。 [0155] 根据一优选实施例，将发电机7和尤其是散热器热隔离，以限制与外部空气的热交换，并集中与流向或者位于加热主体内部的水的循环区域进行热交换。 [0156] 发电机7和热水器8中待加热的水之间的其它热交换构造也是可能的，其中，热水器8中待加热的水换言之为容纳在加热主体8中或者正在到达加热主体8中的水。 [0157] 举例来说，作为可选方案或者除水循环回路外，在热交换器有利地布置在加热主体和发电机7之间的情况下，特别是在散热器热连接至加热主体的情况下，发电机7可以附接至位于没有热隔离的区域中的加热主体外部。 [0158] 在一个可选方案中，加热主体没有热隔离的区域是指闭合板11。发电机7的功率组件可以热连接至下文所述的舱口9的闭合板11，优选通过散热器，将它们的热量直接消散到加热主体所容纳的水中。在包含水循环回路的可选方案中，用于待加热的水的进水管12可以固定至闭合板11。该用于待加热的水的进水管12优选由铝制成并且可以提高热交换。 [0159] 例如，在一可选或者附加方式中，无论是否在加热主体所容纳的水和发电机7之间设置热交换器，发电机7均可以设置浸没在热水器8的加热主体中。 [0160] 根据一种变型，仅将散热器设置浸没在加热主体中，发电机7的其余部分位于加热主体外部。直接传导存在于散热器和水之间。举例来说，在内部和外部延伸的阳极氧化铝的单一部分可以作为待加热的水的管12的连接件，也可以作为用于功率组件的散热器，还可以作为用于发电机的外安装件以及用于感应模块的内安装件。所述单一部分的优点在于其通过传导和由于待加热的水的流通而产生的对流合并了散热器的功能。 [0161] 即使根据包括流向加热主体的水的实施例以及即使当加热主体未填充，通过对流冷却发电机7也是可能的。事实上，由交换装置产生的热交换将循环区域中的水进行了加热并将发电机7局部进行了冷却，尤其是将散热器冷却，这是因为来自已加热的循环区域的水经历了对流运动，使得该水移动远离循环区域并使较冷的水靠近循环区域，从而产生对流流动。有利地，所述效果通过热水器的容器下面的发电机7的布置以及朝着容器上升的热水的运动得到加强。根据一优选实施例，将交换装置放置在尽可能靠近加热主体的位置。 [0162] 图1至3显示了采用所谓的扁平热交换器形式的热水器8的下部的纵切面示意图。所述扁平热水器，即基本为平行六面体形状的热水器包括用于待加热的水的进水管12和排水管12b以及用于待加热的水的出水管13。该热水器配有周期间隔的嵌入壁19，其延伸穿过热水器8的整个长度，例如热水器8提供有四个嵌入壁19。 [0163] 所述嵌入壁19具有与热水器8的厚度等值的宽度，由此为嵌入壁19之间的水的流通界定出纵向通道。感应加热设备1的感应模块2位于这种通道中，优选位于热水器8中间位置处的一个通道中。 [0164] 嵌入壁19按照规律间隔具有开口20，其使两个邻近通道相通。所述嵌入壁19除了使加热主体中的水能够流通外，还可以加固热水器8。 [0165] 有利地，将感应模块放置在加热主体中，使得其厚度可以根据热水器的主体的厚度设置。在含有通道和配备有开口20的嵌入壁19的实施例中，由此放置的感应模块有助于水通过开口20以及在负载板4,5周围流通。 [0166] 在另一个实施例中，纵向通道有利地对应于多个容器。例如，热水器8可以由三个用作基本的圆柱加热主体的容器组成。有利地，所述容器具有基本上与纵向通道的截面相同的截面。 [0167] 参考标记 [0168] 1、设备 [0169] 2、感应器 [0170] 3、安装件 [0171] 3a、第一部分 [0172] 3b、第二部分 [0173] 4、负载 [0174] 5、负载 [0175] 6、间隔件 [0176] 7、发电机 [0177] 8、热水器 [0178] 9、舱口 [0179] 10、电接头 [0180] 11、闭合板 [0181] 12、进水管 [0182] 12b、排水管 [0183] 13、出水管 [0184] 14、组件 [0185] 15、肩部 [0186] 16、套筒 [0187] 17、盒子 [0188] 19、嵌入壁 [0189] 20、开口 |
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