專利名稱：高頻電磁中央熱水裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及熱水器的制造。
目前市場(chǎng)上銷售的熱水器大體上有三類；燃?xì)鉄崴?、太?yáng)能熱水器和電熱水器。燃?xì)鉄崴鞯膬?yōu)點(diǎn)是體積小、熱得快、隨用隨燒比較方便。缺點(diǎn)是供水量小、易受燃?xì)鈮毫?、自?lái)水壓力和燃?xì)獗砣萘康纫蛩赜绊?，在沐浴中，可能因?yàn)槿細(xì)鈮毫Σ环€(wěn)或氣表容量不足造成出水不熱、中途滅火等現(xiàn)象；又由于是瞬間加熱，不能短時(shí)間內(nèi)放出大量熱水，多路供水無(wú)法達(dá)到滿意效果。另外，直排式熱水器在使用中要求環(huán)境通風(fēng)，人機(jī)分離，以免造成煤氣中毒；強(qiáng)排式熱水器安裝要有風(fēng)管，并且國(guó)家規(guī)定使用壽命為八年，超期使用易發(fā)生危險(xiǎn)。太陽(yáng)能熱水器的優(yōu)點(diǎn)是符合環(huán)保要求，節(jié)約能源。缺點(diǎn)是受季節(jié)氣候和場(chǎng)地的影響較大，且安裝維護(hù)較難，因此城市市場(chǎng)較難打開。電熱水器由于克服了上述缺點(diǎn)，又由于價(jià)格低廉、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，而日亦受到人們的青睞。目前市場(chǎng)上銷售的電熱水器有兩類一類是開啟式；一類是封閉循環(huán)保溫式。開啟式電熱水器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、蓄水量大、不用保溫、隨用隨燒封閉循環(huán)保溫式電熱水器的優(yōu)點(diǎn)是衛(wèi)生、保溫、壓力循環(huán)水、可多管路24小時(shí)供熱水，并設(shè)有多種保護(hù)裝置(如過(guò)熱、過(guò)壓、漏電等)。缺點(diǎn)是各類各型電熱水器在設(shè)計(jì)上，盡管不斷推陳出新，你用氧化鎂微晶體絕緣；他用耐熱陶瓷管隔離水電。但都沒有解決水電分離的難題，而僅僅是在加強(qiáng)絕緣，強(qiáng)化保護(hù)上作文章，最終結(jié)果還是發(fā)熱管浸泡在水箱里，水電一體，不能可靠保證人身安全。因此，一旦發(fā)熱管腐蝕滲漏或陶瓷管體產(chǎn)生裂紋破損，則用戶仍有觸電的危險(xiǎn)。還有一些廠家(如海爾電熱水器)為了確保人身安全，不得不采取出水就斷電的方式?？梢哉f(shuō)，目前市場(chǎng)上銷售的電熱水器，都沒有真正解決水電分離的難題。
本實(shí)用新型的目的是一種新型高頻電磁中央熱水裝置，可以克服電熱水器的上述缺點(diǎn)，真正達(dá)到水電分離，向市場(chǎng)提供一種安全性能好、熱效率高、經(jīng)濟(jì)耐用的熱水器。
本實(shí)用新型包括外殼、保溫層、水箱、進(jìn)水管、單向泄壓安全閥、出水管、三通、調(diào)溫閥、噴頭、蛇皮軟管、陽(yáng)極鎂棒、勵(lì)磁線圈、導(dǎo)磁條、熱敏電阻、電源指示燈、電氣控制印刷電路板、電源開關(guān)、溫控器、工作指示燈、感溫泡、冷風(fēng)扇、通風(fēng)口、電源線、插銷和接地極構(gòu)成。
本實(shí)用新型可以概括為水箱裝置(外殼、保溫層、不銹鋼水箱、進(jìn)水管、單向泄壓安全閥、出水管、三通、調(diào)溫閥、噴頭、蛇皮軟管、陽(yáng)極鎂棒)；勵(lì)磁裝置(整流器、扼流圈、濾波電容、高頻勵(lì)磁、諧振電容、大功率開關(guān)管、穩(wěn)壓二極管)；控制裝置(比較整形電路、控制電平形成電路、脈寬控制電路、激勵(lì)電路、感溫泡、溫控器、電源開關(guān)、電源指示燈、工作指示燈、電路板)；保護(hù)裝置(開機(jī)瞬間保護(hù)、延時(shí)觸發(fā)保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)、過(guò)電壓保護(hù)、欠電壓保護(hù)、過(guò)電流保護(hù)、冷風(fēng)扇)。
本實(shí)用新型結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明如下


圖1是高頻電磁中央熱水裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是高頻電磁中央熱水裝置的電氣控制原理圖。
如圖所示，1是外殼，2是保溫層，3是水箱，4是進(jìn)水管，5是單向泄壓安全閥，6是出水管，7是三通，8是調(diào)溫閥，9是噴頭，10是蛇皮管，11是陽(yáng)極鎂棒，12是檢查孔蓋，13是石棉層，14是勵(lì)磁線圈，15是導(dǎo)磁條，16是熱敏電阻，17是電源指示燈，18是電氣控制印刷電路板，19是電源開關(guān)，20是溫控器，21是工作指示燈，22是感溫泡，23是冷風(fēng)扇，24是通風(fēng)口，25是電源線，26是插銷，27是接地極。
將進(jìn)水管4、出水管6、陽(yáng)極鎂棒11、感溫泡管22焊接固定在不銹鋼水箱內(nèi)。在靠近陽(yáng)極鎂棒11一側(cè)開一檢查孔并用防水墊和鋼板構(gòu)成的檢查孔蓋(12)封閉(鏍絲固定)。然后將水箱3裝在PVC塑料外殼1內(nèi)。除靠近感溫泡22一側(cè)外四周留出間隔并填充保溫層2。在沒有保溫層一側(cè)中心位置安裝熱敏電阻16，然后安裝隔熱石棉板13。在靠近石棉板中心下部安裝勵(lì)磁線圈14、導(dǎo)磁條15。在其后安裝印刷電路板18。在靠近電氣控制印刷電路板上下對(duì)稱的外殼上開通風(fēng)口23，并在頂部通風(fēng)口下面安裝冷風(fēng)扇24。在外殼上安裝電源指示燈17、工作指示燈21、溫控器20、電源開關(guān)19。將插銷26與電源線25一頭連接，將另一頭火線、零線分別與電源開關(guān)19的一頭和整流器D27的2號(hào)接線柱連接，接地線與接地極27連接。
本實(shí)用新型的工作原理當(dāng)電熱水器安裝好后，打開進(jìn)水管與出水管的閥門，自來(lái)水經(jīng)調(diào)溫閥冷水入口、單向泄壓安全閥、進(jìn)水管注入水箱。當(dāng)水經(jīng)出水管、三通、調(diào)溫閥、蛇皮管、噴頭流出后，關(guān)閉出水管閥門。插上電源線，將溫控器調(diào)到攝氏80度，合上電源開關(guān)K1。這時(shí)工作指示燈亮，220V交流工頻市電經(jīng)過(guò)橋式全波整流器D27和由扼流圈RFC與電容C31構(gòu)成的濾波網(wǎng)絡(luò)濾波后，將交流電變成直流電，再送到由勵(lì)磁線圈L1、諧振電容C30、大功率開關(guān)管VT、穩(wěn)壓二級(jí)管D25、26組成的逆變電路上。大功率開關(guān)管VT在控制電路發(fā)出的矩形脈沖F控制下，作導(dǎo)通、截止工作。當(dāng)大功率開關(guān)管VT導(dǎo)通時(shí)，直流電路向勵(lì)磁線圈L1充電，電流上升并達(dá)最大值。當(dāng)大功率開關(guān)管VT截止時(shí)勵(lì)磁線圈L1與諧振電容C1串聯(lián)諧振，G點(diǎn)產(chǎn)生高壓正脈沖。當(dāng)該脈沖降至零時(shí)，控制電路矩形脈沖再次加到大功率開關(guān)管VT上，使之導(dǎo)通。
由于大功率開關(guān)管的導(dǎo)通、截止的速度很快，所以通過(guò)勵(lì)磁線圈中的電壓和電流頻率很高，約20-35千赫。根據(jù)電磁感應(yīng)原理，在通電的勵(lì)磁線圈周圍將產(chǎn)生高頻交變磁場(chǎng)。磁力線穿過(guò)不銹鋼水箱將產(chǎn)生渦流，使水箱發(fā)熱，達(dá)到加熱里面水的目的。
本實(shí)用新型的整個(gè)電路由勵(lì)磁裝置、控制裝置、保護(hù)裝置三部分組成。其中勵(lì)磁裝置由整流電路、濾波電路、諧振電路、倒相電路組成?？刂齐娐酚杀容^整形電路、控制電平形成電路、脈寬控制電路、激勵(lì)電路、溫控器組成。保護(hù)裝置由開機(jī)瞬間保護(hù)、延時(shí)觸發(fā)保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)、過(guò)電壓保護(hù)、欠電壓保護(hù)、過(guò)流保護(hù)電路組成。
1、勵(lì)磁裝置工作原理當(dāng)市電接通后，頻率為50赫芝的交流電經(jīng)過(guò)D27全波整流及由扼流圈RFC與電解電容C31構(gòu)成的濾波網(wǎng)絡(luò)濾波后，變?yōu)橹绷麟?。該直流電通過(guò)勵(lì)磁線圈L1加到大功率開關(guān)管VT上。大功率開關(guān)管VT將根據(jù)控制電路中發(fā)出的激勵(lì)信號(hào)F的脈寬大小，在主電路中起電流開關(guān)作用。它控制著勵(lì)磁線圈中電流大小及通斷的時(shí)間。當(dāng)大功率開關(guān)管VT導(dǎo)通時(shí)，電流通過(guò)；當(dāng)開關(guān)管截止時(shí)，L1、C30發(fā)生串連諧振，電路中并產(chǎn)生高壓脈沖，L1向C30充電。當(dāng)該脈沖降至零時(shí)，控制脈沖F在次加到大功率開關(guān)管VT的基極，使之導(dǎo)通。由于大功率開關(guān)管導(dǎo)通截止的頻率相當(dāng)快，所以勵(lì)磁線圈L1中流過(guò)的電流頻率很高，約20-35千赫芝。根據(jù)電磁感應(yīng)原理，此時(shí)勵(lì)磁線圈周圍將產(chǎn)生高頻交變磁場(chǎng)。這個(gè)高頻交變磁場(chǎng)將在不銹鋼水箱上產(chǎn)生渦流，水箱被加熱并將熱能傳遞給水。
2、控制裝置工作原理如圖2所示，控制電路由比較整形電路(JC2c、JC3a)控制電平形成電路JC3b、脈寬調(diào)節(jié)電路JC2d、激勵(lì)級(jí)(BG7-BG11)、溫控器WK1組成。諧振電路產(chǎn)生的信號(hào)G反饋，經(jīng)R33、R34分壓變成信號(hào)A輸入到比較整形電路JC2c的第六腳后，在先與整流電路送至比較整形電路JC2c的第七腳的信號(hào)B比較后，經(jīng)整形獲得方波脈沖C。再經(jīng)過(guò)JC3a整形后，由2腳輸出信號(hào)。該信號(hào)經(jīng)過(guò)C13、R43微分電路，形成鋸齒波信號(hào)D。鋸齒波信號(hào)輸入到脈寬調(diào)節(jié)電路JC2d的正向輸入端第11腳，而由控制電平電路輸出的信號(hào)輸入JC2d的反向輸入端第10腳。結(jié)果是由JC2d輸出的是脈寬可調(diào)的信號(hào)E。再經(jīng)由BG7-BG11構(gòu)成的激勵(lì)級(jí)進(jìn)行整形與功率放大，形成脈寬可調(diào)的激勵(lì)信號(hào)F，輸出到大功率開關(guān)管VT的基極，驅(qū)動(dòng)大功率開關(guān)管做高頻快速通斷。從而控制功率大小。
溫度控制當(dāng)水箱內(nèi)水溫達(dá)到攝氏80度時(shí)，插入水箱內(nèi)的感溫泡中的液體乙醚澎漲，驅(qū)動(dòng)溫控器WK1動(dòng)作，切斷電源，高頻電磁熱中央水器停止工作。當(dāng)水箱內(nèi)水溫降到攝氏60度時(shí)感溫泡中液體乙醚收縮，驅(qū)動(dòng)溫控器WK1動(dòng)作，接通電源，高頻電磁中央熱水器工作。
3、保護(hù)裝置工作原理由圖2可知，電磁熱水器保護(hù)電路有開機(jī)瞬間保護(hù)、延時(shí)觸發(fā)保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)、過(guò)電壓保護(hù)、欠電壓保護(hù)、過(guò)電流保護(hù)和功率控制。在電磁熱水器的開機(jī)瞬間，電網(wǎng)電壓突變，如不采取保護(hù)措施，很容易將大功率開關(guān)管燒毀。瞬間保護(hù)電路將解決這一問(wèn)題。在電源電壓Vb+出現(xiàn)突變變量時(shí)，該變量將通過(guò)電容C1輸入到瞬間保護(hù)器JC1a，經(jīng)JC1a倒相輸出使二極管D2導(dǎo)通，封鎖住高頻振蕩器，從而保護(hù)大功率開關(guān)三極管。BG1、JC1b供作延時(shí)觸發(fā)之用。
為了防止高頻電磁中央熱水器加熱溫度失控，本實(shí)用新型在高頻電磁中央熱水器水箱上裝有探溫元件熱敏電阻R14。當(dāng)高頻電磁中央熱水器水溫上升時(shí)，R14的阻值減小，JC2a的反向輸入端的電位升高。當(dāng)超過(guò)設(shè)定溫度攝氏90度時(shí)，JC2a、JC2b工作狀態(tài)翻轉(zhuǎn)使信號(hào)E處于零電位，使電路停止工作。
電網(wǎng)電壓不足時(shí)，極易損壞機(jī)內(nèi)器件。本機(jī)電路設(shè)置了欠壓保護(hù)電路。電源變壓器的次級(jí)18V交流電經(jīng)D28整流后，形成脈動(dòng)電壓。經(jīng)BG3、BG2放大接到JC2b的正相輸入端。電源電壓越低，BG2集電極電壓越低。當(dāng)?shù)陀贘C2b反相端電位時(shí)，輸出端由開路狀態(tài)跳至零電平，使E為零。
過(guò)壓保護(hù)電路由BG4、D6組成。當(dāng)電壓正常時(shí)，BG4截止。當(dāng)過(guò)電壓時(shí)，D6擊穿，M電位幅度增加，并經(jīng)BG4倒相后，去泄放控制電平形成級(jí)輸入端的電容C23兩端的電荷，使I電位降低。
開關(guān)管過(guò)電流時(shí)，阻尼管D25、D26正向壓降將增大。BG6集電極輸出脈沖寬度也將增加，經(jīng)C14濾波后，使J電平升高。因此，由BG6組成的電路具有過(guò)流保護(hù)作用。
功率調(diào)節(jié)從圖2可知，H為高頻電磁中央熱水器功率電平的置定。經(jīng)過(guò)電流互感器S1、整流二極管D27濾波電容C27的負(fù)反饋信號(hào)為取樣電位L。L電位體現(xiàn)輸出加熱功率的大小。H、L共同匯集于控制電平形成電路的直流放大器JC2b并在13端輸出J。J是整機(jī)總電流的取樣電平，它與整個(gè)高頻振蕩器組成功率調(diào)節(jié)電路(或稱恒功率電路)。即取自開關(guān)管的正反饋信號(hào)G，經(jīng)分壓、整形、微分電路形成鋸齒波信號(hào)D，加到比較器JC2d的同相輸入端；而取自調(diào)節(jié)取樣電路的控制信號(hào)J，加到比較器JC2d的反向端。假設(shè)功率調(diào)節(jié)電平逐漸減小，J的電平逐漸升高，則E和F的脈寬逐漸減小。G的有效值也隨之減小。反之亦然。
本實(shí)用新型的技術(shù)指標(biāo)電源220V50HZ功率800W、1500W水箱壓力0.6MPa熱效率85％加熱方式高頻電磁波、(水箱體外無(wú)接觸)控溫范圍攝氏30-90度功能密封保溫、循環(huán)水、24小時(shí)多管路中央供熱水安全性能水電分離保護(hù)設(shè)置防干燒、防過(guò)熱、防超壓、防回水、防靜電和感應(yīng)電。
自動(dòng)化程度自動(dòng)蓄水、自動(dòng)斷水、自動(dòng)泄壓、自動(dòng)加熱和自動(dòng)控溫。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)1、水電分離、安全防觸電。本實(shí)用新型由于摒棄了電熱水器發(fā)熱元件安裝在水箱內(nèi)的傳統(tǒng)作法，采用全新的磁場(chǎng)感應(yīng)渦流加熱技術(shù)，在不銹鋼水箱外5-10毫米處，安裝高頻勵(lì)磁線圈。通電后高頻勵(lì)磁線圈產(chǎn)生的強(qiáng)磁場(chǎng)在含鐵質(zhì)的不銹鋼水箱上形成鐵分子共震，高速運(yùn)動(dòng)生成數(shù)以萬(wàn)計(jì)的渦流，并轉(zhuǎn)換成高效熱能，直接加熱水箱中水。因此，本實(shí)用新型徹底解決了電熱水器不能實(shí)現(xiàn)水電分離的這一難題，使交流220V市電與水箱從真正意義上實(shí)現(xiàn)了水電分離，保證了用戶的用電安全。
2、熱效率高節(jié)能省電。本實(shí)用新型由于采用了高頻磁場(chǎng)感應(yīng)渦流加熱方法，因此熱效率高達(dá)85％。而一般采用電阻發(fā)熱方法，熱效率僅為56％。而采用燃燒發(fā)熱方法，熱效率更低，僅為50％。因此，在節(jié)約能源上本實(shí)用新型比普通電熱水器節(jié)約能源29％；比天燃?xì)馊紵?jié)能35％。以天津市現(xiàn)行電價(jià)1度電為0.38元，天然氣現(xiàn)價(jià)1立方米為1.6元計(jì)算，使用本實(shí)用新型，1度電中將有0.32元的電能轉(zhuǎn)換成熱能，損失僅為0.057元；而用電爐，1度電中僅有0.213元的電能轉(zhuǎn)換成熱能，轉(zhuǎn)化損失高達(dá)0.167元。而用煤氣燃燒的方式進(jìn)行熱轉(zhuǎn)換損失更大。燃燒的熱效率為50％，在轉(zhuǎn)換中你僅能得到0.8元的熱能，而另一半就在轉(zhuǎn)化過(guò)程中白白浪費(fèi)了。
3、本實(shí)用新型對(duì)水有磁化，對(duì)人體有磁療保健作用。本實(shí)用新型在工作時(shí)，高頻電磁場(chǎng)不僅在不銹鋼水箱上產(chǎn)生渦流發(fā)熱，而且對(duì)水箱中的水也有磁化作用。經(jīng)過(guò)磁化的水，呈順磁現(xiàn)象，使氫、氧原子結(jié)構(gòu)均勻排列，水中含氧量、滲透壓、電導(dǎo)率、鹽類溶解度等均發(fā)生變化，長(zhǎng)期使用有健身防病的作用。對(duì)調(diào)節(jié)植物神經(jīng)功能，溶解排出體內(nèi)各種結(jié)石，對(duì)高血壓、冠心病、肥胖癥等均有療效。
4、本實(shí)用新型屬于環(huán)保產(chǎn)品，對(duì)人體無(wú)害；對(duì)視聽家電無(wú)任何干擾。本實(shí)用新型在工作時(shí)不產(chǎn)生任何明火和廢氣，對(duì)人體無(wú)害。由于它的工作頻率設(shè)計(jì)在20-35千赫芝，對(duì)人體無(wú)幅射熱，安全性能較好。為了防止高頻信號(hào)向外幅射泄漏，造成對(duì)鄰近家用電器干擾，本實(shí)用新型首先對(duì)高頻電路進(jìn)行了屏蔽設(shè)計(jì)，其次為了防止高頻信號(hào)沿著電源線向外泄漏，在電源部分加了高頻扼流圈和濾波電容，并在設(shè)計(jì)上使主電路工作電流頻率基本上接近于正弦波波形。有效地防止了高頻泄漏。在防靜電、感應(yīng)電對(duì)人體的傷害上，本實(shí)用新型做了良好的接地設(shè)計(jì)，以確保人身安全。
權(quán)利要求1.一種高頻電磁中央熱水裝置，其特征在于它由外殼(1)、保溫層(2)、水箱(3)、進(jìn)水管(4)、單向泄壓安全閥(5)、出水管(6)、三通(7)、調(diào)溫閥(8)、噴頭(9)、蛇皮管(10)、陽(yáng)極鎂棒(11)、檢查蓋(12)、石棉墊(13)、勵(lì)磁線圈(14)、導(dǎo)磁條(15)、熱敏電阻(16)、電源指示燈(17)、電氣控制印刷電路板(18)、電源開關(guān)(19)、溫控器(20)、工作指示燈(21)、感溫泡(22)、冷風(fēng)扇(23)、通風(fēng)口(24)、電源線(25)、插銷(26)、接地極(27)；將進(jìn)水管(4)、出水管(6)、陽(yáng)極鎂棒(11)、感溫泡管(22)固定在不銹鋼水箱內(nèi)；在靠近陽(yáng)極鎂棒(11)一側(cè)開一檢查孔并用防水墊和鋼板構(gòu)成的檢查孔蓋(12)封閉；然后將水箱(3)裝在外殼(1)內(nèi)；除靠近感溫泡(22)一側(cè)外四周留出間隔并填充保溫層(2)；在沒有保溫層一側(cè)中心位置安裝熱敏電阻(16)，然后安裝隔熱石棉板(13)；在靠近石棉板中心下部安裝勵(lì)磁線圈(14)、導(dǎo)磁條(15)；在其后安裝電氣控制印刷電路板(18)；在靠近印刷板上下對(duì)稱的外殼上開通風(fēng)口(23)，并在頂部通風(fēng)口下面安裝冷風(fēng)扇(24)；在外殼上安裝電源指示燈(17)、工作指示燈(21)、溫控器(20)、電源開關(guān)(19)；將插銷(26)與電源線(25)一頭連接，將另一頭火線、零線分別與電源開關(guān)(19)的一頭和整流器D27的2號(hào)接線柱連接，接地線與接地極(27)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高頻電磁中央熱水裝置，其特征在于所述的進(jìn)水管(4)插入水箱約2厘米；出水管(6)插入水箱距離頂部約3厘米。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高頻電磁中央熱水裝置，其特征在于所述的(3)水箱與碟型高頻勵(lì)磁線圈(14)之間，間隔不超過(guò)10毫米，其間并有隔熱石棉保護(hù)層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高頻電磁中央熱水裝置，其特征在于所述的碟型勵(lì)磁線圈(14)下面，裝有6根高頻導(dǎo)磁條。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高頻電磁中央熱水裝置，其特征在于靠近勵(lì)磁線圈(14)一側(cè)上下有對(duì)稱的通風(fēng)柵欄孔。
專利摘要本實(shí)用新型是高頻電磁中央熱水裝置。本實(shí)用新型克服了現(xiàn)有電熱水器的缺點(diǎn),它是由水箱、勵(lì)磁裝置、控制裝置、保護(hù)裝置組成。由于它采用高頻電磁波感應(yīng)渦流發(fā)熱新技術(shù),不僅解決了電熱水器“水電分離”的難題,而且熱效率達(dá)85%,比電熱水器提高29%。它不僅適用于家庭聯(lián)網(wǎng)向廚房、衛(wèi)生間供應(yīng)熱水,而且適用于餐館、理發(fā)店、小集體等對(duì)熱水的需要。
文檔編號(hào)F24H1/18GK2457502SQ00265378
公開日2001年10月31日 申請(qǐng)日期2000年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月13日
發(fā)明者張培青, 張衛(wèi)東 申請(qǐng)人:張培青