專利名稱：分段快速加熱流體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于快速加熱流體的裝置、系統(tǒng)和方法，更特別地，涉及使用電能快速 加熱流體的裝置、系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
在發(fā)達(dá)國家的大量居民和商業(yè)房屋內(nèi)安裝有各種形式的熱水系統(tǒng)。在許多國家， 最普遍的用于加熱水的能源是電能。當(dāng)然，眾所周知的是通過燃燒化石燃料產(chǎn)生電能會引起污染和全球變暖。例如， 在1996年，美國最大的電能消耗部門是居民家庭，這些家庭對20%的二氧化碳排放負(fù)有責(zé) 任。來自電能消耗部分的所有二氧化碳排放中的63%直接歸因于生產(chǎn)電能的部分燃燒化石 燃料。在發(fā)達(dá)國家，電能目前被認(rèn)為是居民房屋的實(shí)際必需品，并且從1990年每個家庭 的電能消耗每年約增長1. 5%，家庭部分在電能消耗上的預(yù)計(jì)增長已經(jīng)成為關(guān)于二氧化碳 排放穩(wěn)定性和滿足東京協(xié)議目標(biāo)的爭論的焦點(diǎn)。從1982年至1996年美國家庭數(shù)量每年增長1.4%，而同時期居民的電能消耗每年 增長2.6%。因此，到2010年美國家庭數(shù)量預(yù)計(jì)每年增長1. 1%，而同時期居民的電能消耗 預(yù)計(jì)每年增長1.6%。1995年估計(jì)全球約4千萬的家庭使用電熱水系統(tǒng)。最普遍的電熱水加熱系統(tǒng)包括 儲罐，在儲罐內(nèi)隨著時間水被慢慢地加熱到預(yù)定的溫度。由于水從儲罐內(nèi)抽出并使用冷進(jìn) 水補(bǔ)充，儲罐內(nèi)的水保持預(yù)定的溫度。通常，儲罐包括連接到主電源的沉入水中的電阻加熱 元件，電阻加熱元件的運(yùn)行通過溫度調(diào)節(jié)設(shè)備或溫度檢測設(shè)備來控制。由于電熱水儲蓄系統(tǒng)的運(yùn)行原理是儲蓄并加熱水至預(yù)定的比使用所需的溫度更 高的溫度，即使用戶至到將來的某個時間不需要熱水，所以電熱水儲蓄系統(tǒng)通常被認(rèn)為是 低能效的。由于熱能從儲罐內(nèi)的熱水中流失，就要進(jìn)一步消耗電能來再次加熱所述水至預(yù) 定的溫度。最終，用戶在相當(dāng)長的時間內(nèi)不需要熱水。但是，在這段時間內(nèi)，很多電熱水儲 蓄系統(tǒng)持續(xù)消耗電能加熱熱水以備用戶在隨時需要熱水。在短時間內(nèi)快速加熱水使得水溫達(dá)到預(yù)定的水平能夠使得系統(tǒng)避免存儲熱水所 必然出現(xiàn)的低效率。使用氣體(例如天然氣或LPG(液化石油氣))和電能作為能源的快速 加熱或“即時”熱水系統(tǒng)目前是可利用。在使用天然氣和LPG的情況下，它們是特別適合快 速加熱流體的燃料源，因?yàn)檫@些燃料的引燃能夠給予流體有效的熱能傳遞，并且流體的溫 度能在相對短的時間內(nèi)在可控的條件下上升到令人滿意的水平。但是，雖然可使用天然氣燃料源來快速加熱水，但這些燃料源不是總能容易地得到。相比較而言，發(fā)達(dá)國家的大多數(shù)家庭能容易地得到電能供應(yīng)。還有其他現(xiàn)有的“即熱式”電熱水系統(tǒng)。一種加熱方法被成為熱金屬絲系統(tǒng)，其中 金屬絲被設(shè)置在電絕緣的環(huán)境或外殼內(nèi)。運(yùn)行時，水與所述金屬絲或金屬絲外殼接觸并且 非常接近所述金屬絲或金屬絲外殼來通過所述環(huán)境或經(jīng)過金屬絲外殼。結(jié)果給予電壓的金 屬絲加熱并傳遞熱量給水。通常通過監(jiān)測水的輸出溫度并且將其與預(yù)先設(shè)定的溫度相比較 來實(shí)現(xiàn)控制。根據(jù)所監(jiān)測的水的輸出溫度，向金屬絲施加控制電壓，直至水的溫度達(dá)到期望 的預(yù)先設(shè)定的溫度。雖然熱金屬絲型的系統(tǒng)避免了熱水儲蓄引起的能量低效率，但不幸會出現(xiàn)許多的 其他缺點(diǎn)。特別地，必需要把金屬加熱至比其周圍水溫度更高的溫度。這會引起以不同濃 度出現(xiàn)在水中的溶解鹽(例如碳酸鈣和硫酸鈣)形成水垢的不利影響。與水直接接觸的金 屬絲或外殼的熱區(qū)域?yàn)檫@些水垢的形成提供了很好的環(huán)境，這些水垢導(dǎo)致金屬絲或外殼被 “包裹”并因此減小金屬絲向周圍水熱傳遞的效率。由于水管的直徑通常相對比較小，水垢 的形成也能減小通過水管的水流。另外，為了有效運(yùn)行，熱金屬絲型的系統(tǒng)需要相對高的水 壓，因此這些系統(tǒng)在水壓相對低或在使用高峰期水壓頻繁下降的區(qū)域使用沒有效率。另一種可能的即熱式熱水系統(tǒng)是運(yùn)行方式類似變壓器的電磁感應(yīng)系統(tǒng)。在這種情 況下變壓器的二次繞組內(nèi)所感應(yīng)的電流引起二次繞組被加熱。此處所產(chǎn)生的熱量由循環(huán)水 被分散，該循環(huán)水流經(jīng)圍繞二次繞組的水套。所述被加熱的水然后被分配到所述系統(tǒng)以供 使用。通常通過監(jiān)測來自水套的水的輸出溫度以及將其與預(yù)先設(shè)定的溫度相比較來實(shí)現(xiàn)控 制。根據(jù)監(jiān)測到的水的輸出溫度，可變化施加到初級繞組上的電壓(該電壓改變二級繞組 內(nèi)所感應(yīng)的電流)，直至水的溫度達(dá)到預(yù)期的預(yù)先設(shè)定的溫度。雖然電磁感應(yīng)型的系統(tǒng)避免了熱水儲蓄引起的能量低效率，但不幸會出現(xiàn)許多的 其他缺點(diǎn)。特別地，需要將二次繞組加熱至比其周圍水溫度更高的溫度。這會具有引起上 述溶解鹽形成水垢的同樣影響。由于二次繞組與周圍水套之間的間隙通常相對狹窄，水垢 的形成也能減小流經(jīng)水套的水流。另外，二次繞組內(nèi)所感應(yīng)的大電流和所產(chǎn)生的磁場可能 導(dǎo)致令人不滿的電或射頻噪音。這種電或射頻噪音很難抑制或屏蔽，并且影響其他電磁場 范圍內(nèi)的電磁敏感設(shè)備。對本說明書內(nèi)所包括的文件、規(guī)律、材料、設(shè)備、物品或類似物的任何討論，目的僅 僅是為本發(fā)明提供背景。而不能被認(rèn)為是承認(rèn)任何的或所有的這些事物形成了部分現(xiàn)有技 術(shù)或是本發(fā)明相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)的公知常識，即使是本申請的每個權(quán)利要求的優(yōu)先權(quán)日之前已經(jīng)存在。貫穿整個說明書，“包括”應(yīng)該被認(rèn)為意味著包括確定的元件、整體或步驟，或者意 味著包括一組元件、整體或步驟，而并不意味著排除任何其他的元件、整體或步驟，或者是 排除一組元件、整體或步驟。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)第一方面，本發(fā)明提供一種用于加熱流體的方法，該方法包括沿流動路徑使所述流體從進(jìn)口流動至出口，所述流動路徑至少包括第一加熱部分 和第二加熱部分，所述第一加熱部分和第二加熱部分沿所述流動路徑設(shè)置從而使得流經(jīng)所 述第一加熱部分的流體隨后流經(jīng)所述第二加熱部分，每個加熱部分包括至少一對電極，在所述一對電極之間電流經(jīng)過所述流體以在所述流體沿所述流動路徑流動期間熱阻地加熱 所述流體，其中，至少一個所述加熱部分包括至少一個分段電極，所述分段電極包括多個能 電性地分開的節(jié)段，使得所述分段電極的有效活性區(qū)域通過選擇性地激活所述節(jié)段而被 控制，從而使得在將電壓施加到激活了的電極節(jié)段時，所獲得的電流將取決于有效活性區(qū) 域；在進(jìn)口處測量流體的導(dǎo)電率；根據(jù)所測量的流體的導(dǎo)電率，確定通過所述第一加熱部分提供給所述流體以將所 述流體的溫度提高第一期望量所需要的電壓和電流確定由所述第一加熱部分的運(yùn)行而導(dǎo)致的變化了的流體導(dǎo)電率；根據(jù)所述變化了的流體導(dǎo)電率，確定通過所述第二加熱部分提供給所述流體以將 所述流體的溫度提高第二期望量所需要的電壓和電流；以及以實(shí)現(xiàn)通過所述分段電極提供所期望的電流和電壓的方式激活所述分段電極的 節(jié)段。根據(jù)第二方面，本發(fā)明提供一種用于加熱流體的裝置，該裝置包括從進(jìn)口至出口的流體流動路徑；至少第一加熱部分和第二加熱部分，所述第一加熱部分和第二加熱部分沿所述流 體的流動路徑設(shè)置從而使得流經(jīng)所述第一加熱部分的流體隨后流經(jīng)所述第二加熱部分，每 個加熱部分包括至少一對電極，在所述至少一對電極對之間電流經(jīng)過所述流體以在流體沿 所述流動路徑流動期間熱阻地加熱所述流體，其中，至少一個所述加熱部分包括至少一個 分段電極，所述分段電極包括多個能電性地分開的節(jié)段，使得所述分段電極的有效活性區(qū) 域通過選擇性地激活所述節(jié)段而被控制，從而使得在將電壓施加到激活了的電極節(jié)段時， 所獲得的電流將取決于有效活性區(qū)域；用于在進(jìn)口處測量流體導(dǎo)電率的導(dǎo)電率傳感器；以及控制器，該控制器用于根據(jù)所測量的流體導(dǎo)電率確定通過所述第一加熱部分提供 給所述流體以將所述流體溫度提高第一期望量所需要的電壓和電流；用于確定由所述第一 加熱部分運(yùn)行所導(dǎo)致的變化了的流體導(dǎo)電率；用于根據(jù)所述變化了的流體導(dǎo)電率確定通過 所述第二加熱部分提供給所述流體以將所述流體溫度提高第二期望量所需要的電壓和電 流；以及用于以實(shí)現(xiàn)通過所述分段電極提供所期望的電流和電壓的方式激活所述分段電極 的節(jié)段。通過設(shè)置分段電極以及選擇性地激活分段電極的節(jié)段，本發(fā)明用于控制加熱部分 運(yùn)行所依據(jù)的電壓/電流環(huán)境(regime)。這使得本發(fā)明的實(shí)施方式更好地適應(yīng)依然位于電 壓和電流極限內(nèi)的不同位置和/或不同時期之間導(dǎo)電率的變化。在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式中，針對流進(jìn)的流體的導(dǎo)電率，基本上持續(xù)地適應(yīng)流體 導(dǎo)電率的變化。也可通過參考施加在一個或多個加熱部分的一個或多個電極上的電壓所獲 得的電流來確定流體導(dǎo)電率。流體導(dǎo)電率的變化將引起系統(tǒng)所獲得的電流大小的變化。本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式 防止引起峰值電流超過額定值的變化，在允許所述系統(tǒng)運(yùn)行前，通過使用所測量的導(dǎo)電率 值來初始地選擇電極節(jié)段的確定的相稱組合。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所選擇的電極節(jié)段的 結(jié)合表面區(qū)域被具體地計(jì)算以確保不超過所述系統(tǒng)的額定最大電流值。
本發(fā)明進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方式使用所測量的流體導(dǎo)電率來確保不超出可接受的 流體導(dǎo)電率的預(yù)先確定的范圍，所述系統(tǒng)被設(shè)計(jì)以在所述可接受的流體導(dǎo)電率的預(yù)先確定 的范圍內(nèi)運(yùn)行。在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式中，每個加熱部分包括分段電極。這些實(shí)施方式使得通 過選擇性地激活該加熱部分的分段電極的節(jié)段來控制每個加熱部分的有效電極區(qū)域。所述或每個分段電極優(yōu)選地被分割成大小不同的節(jié)段，以允許所選擇的節(jié)段的組 合能對期望有效區(qū)域的選擇提供不斷增加的精確度。例如，當(dāng)所述分段電極被分割成三個 節(jié)段，所述節(jié)段的相對有效區(qū)域的比 例優(yōu)選地為1 2 4，S卩，所述節(jié)段優(yōu)選地分別構(gòu)成總 的有效電極區(qū)域的七分之四、七分之二以及七分之一。在這些實(shí)施方式中適當(dāng)激活三個電 極節(jié)段使得可選擇七個可用的有效區(qū)域的任何一個。可設(shè)置選擇性的節(jié)段區(qū)域比例和節(jié)段 數(shù)量。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述分段電極的每個電極節(jié)段大體上垂直于流體的流動方 向延伸，以在大體整個流體流動路徑上使經(jīng)受熱阻加熱。進(jìn)一步地，電極節(jié)段的選擇優(yōu)選地以確保不超出峰值電流極值的方式實(shí)施。在這 些實(shí)施方式中，如果所述電流極值不能被安全地滿足，進(jìn)口導(dǎo)電率的測量結(jié)果將阻止設(shè)備 的運(yùn)行。在流體流速不是基本上恒定或是未知的實(shí)施方式中，優(yōu)選地設(shè)置流體流速表以輔 助確定在變化的流體流速下對電流、電壓和電極節(jié)段的激活的適當(dāng)控制。另外，通過設(shè)置多個加熱部分，本發(fā)明使得每個加熱部分以一種隨著流體的溫度 增加流體的導(dǎo)電率變化的方式被運(yùn)行。例如，水導(dǎo)電率隨著溫度每增加1攝氏度平均增加 約2%。當(dāng)水以攝氏溫度被加熱時，例如從室溫增加到60°C或90°C，進(jìn)口流體的導(dǎo)電率可完 全不同于出口流體的導(dǎo)電率。從而將所述流體在流動路徑的連續(xù)加熱部分處經(jīng)受熱阻加熱 能夠使得每個加熱部分在受約束的溫度范圍內(nèi)運(yùn)行。因此，每個加熱部分可施加在所述受 限溫度范圍內(nèi)適用于所述流體導(dǎo)電率的電壓和電流，而不是試圖關(guān)于整個溫度范圍的單獨(dú) 或平均導(dǎo)電率施加電壓和電流。本發(fā)明的實(shí)施方式優(yōu)選地進(jìn)一步包括下游的流體溫度計(jì)以在出口測量流體溫度， 從而允許反饋控制所述流體的加熱。優(yōu)選地，每個加熱部分包括大體上平面的電極，流體流動路徑經(jīng)過所述電極之間。 選擇性地，每個加熱部分可包括大體上同軸的圓柱形或平面電極，例如所述流體流動路徑 包括環(huán)狀橫截面的空間。所述流體流動路徑可為所述流體界定多個平行的流動路徑。在一個實(shí)施方式中，第二溫度測量元件測量位于第一加熱部分和第二加熱部分之 間的流體的溫度，并且控制元件根據(jù)所測量的溫度和每個各自的加熱部分內(nèi)期望的流體溫 度上升來控制所述第一加熱部分和第二加熱部分的功率。本發(fā)明的另一個實(shí)施方式可包括三個或更多個加熱部分，每個加熱部分具有進(jìn)口 和出口，所述加熱部分被串聯(lián)連接，并且根據(jù)所測量的流進(jìn)的水的導(dǎo)電率，所述控制元件初 始地選擇電極節(jié)段，并且根據(jù)所測量的每個加熱部分的進(jìn)口溫度和出口溫度以及每個加熱 部分的預(yù)先確定的期望溫度差來控制每個加熱部分的電極對的功率。在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式中，通過從AC主電源提供所選擇的全波周波 (full-wave cycle)，所述控制元件給每個加熱部分的電極對提供變化的電壓。例如，以由脈沖控制系統(tǒng)所確定并且作為AC主電源頻率的整數(shù)節(jié)段(integer fraction)的周波頻率(cycle frequency)提供全波周波，從而使得對提供給所選擇的電極節(jié)段組合的功率的控 制包括變化單位時間的控制脈沖的數(shù)量。使用者可通過可調(diào)整的控制元件來調(diào)整出口流體的期望溫度?？紤]到流體的流動，通過測量流體在其內(nèi)與電極接觸的通道的尺寸，可優(yōu)選地確 定在任何電極對之間流動的流體的體積。既定量的流體從電極接受電功率所用的時間可通過參考沿流體流動路徑的流體 的流速來確定。流體溫度的增加與施加到流體的電功率的大小成比例。提高確定數(shù)量的流 體的溫度所需要的電功率的大小與被加熱的流體的數(shù)量(體積)和流經(jīng)管道的流體的流速 是成比例的。流經(jīng)流體的電流的測量結(jié)果可作為對所述流體的導(dǎo)電率或比電導(dǎo)的測量，并 且因此允許選擇被激活的節(jié)段以及允許控制和管理保持電功率恒定所需要施加的電壓的 所需變化。所述被加熱的流體的導(dǎo)電率以及比電導(dǎo)隨著溫度的上升而變化，從而引起沿流 體流動路徑的比電導(dǎo)梯度。用于增加所述流體的溫度所需的能量可通過兩個公式的結(jié)合來確定公式m能量=比熱X密度X體積X溫度變化；或者用于增加流體溫度所需的單位時間的能量可通過下面的公式確定功率⑵=(比熱(SHC) X密度X體積(V) X溫度變化(Dt))/時間(T)為了分析的目的，例如水的比熱可被認(rèn)為在溫度0°C至100°C之間是恒定的。水的 密度等于1也可被認(rèn)為是恒定的。因此，在1秒中改變每單位水的溫度rc所需的能量大小 被認(rèn)為是恒定的并且被標(biāo)記為“K”。體積/時間等于流速(Fr)。因此，用于增加流體溫度 所需的每單位時間的能量可通過下面的公式確定功率(P) = (kX流速(Fr) X溫度變化(Dt))/時間(T)因此，如果所需的溫度變化是已知的，所述流速可被確定并且所需的功率能被計(jì) 算出。通常，當(dāng)使用者需要熱水時，打開水龍頭從而導(dǎo)致水流經(jīng)所述流體流動路徑。水的 流動可通過流速表來測定并且引起加熱序列的開啟。進(jìn)口水的溫度可被測量并且可與從系 統(tǒng)輸出的水的期望溫度相比較。根據(jù)這兩個值，從進(jìn)口至出口的水溫所需的變化可被確定。當(dāng)然，分段電極部分的進(jìn)口的水的溫度可不時地重復(fù)測量，并且當(dāng)所測量的進(jìn)口 水的溫度值變化時，分段電極部分的進(jìn)口至出口的所需溫度變化的計(jì)算值也從而可被調(diào) 整。類似地，隨著溫度、礦物質(zhì)的含量或類似物的變化，也會隨著時間的流逝出現(xiàn)流體的導(dǎo) 電率以及比電導(dǎo)的變化。因此，經(jīng)過流體的電流會變化從而引起施加到水的功率的變化，而 且這可通過選擇性地激活或無效加熱部分內(nèi)的分段電極的節(jié)段而被管理。不時地重復(fù)測量 加熱部分的輸出溫度以及將其與所計(jì)算的輸出溫度值相比較能夠重復(fù)計(jì)算以持續(xù)地優(yōu)化 施加到所述電極上的電壓。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，由微處理器控制管理系統(tǒng)設(shè)置的計(jì)算元件用于確定施加到 電極之間流動的流體的電功率，通過確定電功率值一該電功率能實(shí)現(xiàn)加熱部分的進(jìn)口與出 口之間的期望溫度變化，測量水的比電導(dǎo)的變化的實(shí)現(xiàn)，并因此選擇激活合適的電極段以 及計(jì)算需要施加到既定流速的電壓。
電功率控制公式(2)在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式中，測量流經(jīng)每個加熱部分的電極之間并因此流經(jīng)流體 的電流。也測量加熱部分的輸入和輸出溫度。電流和溫度的測量結(jié)果允許微處理器控制管 理系統(tǒng)的計(jì)算元件來確定需要施加到每個加熱部分內(nèi)流體的功率，以將流體的溫度提升期 望的大小。
在一個實(shí)施方式中，由微處理器控制管理系統(tǒng)設(shè)置的計(jì)算元件確定施加到每個加 熱部分的分段電極之間流動的流體的電功率、在每個分段電極中選擇應(yīng)該激活的節(jié)段、以 及計(jì)算需要被施加以實(shí)現(xiàn)期望溫度變化的平均電壓。下面的公式(2)有利于盡可能準(zhǔn)確地計(jì)算所施加的電功率，幾乎立刻地。當(dāng)應(yīng)用 到水加熱系統(tǒng)時，其能減少水的不必要的使用，否則這些水在有利于提供所需溫度的水之 前需要初始地流經(jīng)所述系統(tǒng)。這就提供了節(jié)約水或其他流體的潛力。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，由于已確定提供給流經(jīng)所述電極的流體的電功率，計(jì)算元 件以下述方式計(jì)算施加到每個電極部分(ES)的電壓。一旦電極部分所需要的功率被計(jì)算 出，通過電極(η)所獲得的電流就被測量出(對于分段電極，所述電流包括由分段電極部分 的激活了的節(jié)段所獲得的總電流)，因而公式(2)電壓ESn (Vappn)=功率 ESn (Preqn) / 電流 ESn (Isn)V =P /I
i_ww」^appn1 reqn7 丄sn作為部分的初始加熱序列，所施加的電壓被設(shè)置到相對較低的值，目的是為了確 定流經(jīng)電極的流體的初始傳導(dǎo)系數(shù)。電極上電壓的施加將導(dǎo)致從電極之間流經(jīng)的流體中獲 取電流。因此，由于已確定提供給流經(jīng)所述電極的流體的電功率，就可確定所需要的電壓， 該電壓被施加到這些電極上，目的是為了將每個加熱部分內(nèi)的電極之間流動的流體的溫度 增加所需的數(shù)量。從流體所獲取的即時電流的變化被優(yōu)選地沿流體流動路徑持續(xù)地監(jiān)控。 在沿所述通道的任何位置所獲得即時電流的任何變化顯示流體的導(dǎo)電率或比電導(dǎo)的變化。 電極部分內(nèi)的電極之間流經(jīng)的流體的表觀比電導(dǎo)(specific conductance apparent)的變 化值有效地界定沿加熱路徑的特定的導(dǎo)電率梯度。優(yōu)選地，各種參數(shù)被持續(xù)地監(jiān)控并且持續(xù)地進(jìn)行計(jì)算以確定需要提供給所述流體 的電功率和需要施加到電極上的電壓，目的是在給定的時間內(nèi)將流體的溫度提升到預(yù)先設(shè) 定的期望溫度。


將參考附圖描述本發(fā)明的實(shí)施方式，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方式的流體加熱系統(tǒng)的示意性模塊圖；圖2是一種包括三個節(jié)段的分段電極；圖3是流經(jīng)三個加熱部分的流體流動路徑的示意圖，每個加熱部分包括一個分為 三個節(jié)段的電極。
具體實(shí)施例方式圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方式的流體加熱系統(tǒng)100的示意性模塊圖，在該系統(tǒng)中使水流經(jīng)主體112。主體112優(yōu)選地由電絕緣材料制成，如合成塑料。但是，主體112 可能被連接到導(dǎo)電金屬水管上(例如銅管)。因此，在主體11的進(jìn)口和出口處包含圖1所 示的接地網(wǎng)孔柵極(mesh grid)，從而把連接到裝置100的任何金屬管道電性地接地。接地 柵極114理想地被連接到的電設(shè)備的導(dǎo)電地極，本實(shí)施例的加熱系統(tǒng)被安裝在所述電設(shè)備 內(nèi)。當(dāng)接地網(wǎng)孔柵極114通過流經(jīng)裝置100的水從電極獲取(draw)電流時，控制系統(tǒng)和/ 或斷路器內(nèi)的接地泄露保護(hù)裝置就會開啟或漏電器(RCD)就會開啟。在本實(shí)施方式的特別 優(yōu)選的方式中，所述系統(tǒng)包括接地泄露保護(hù)設(shè)備。當(dāng)出水龍頭(未示)打開時，水沿所示的流動路徑箭頭102流經(jīng)主體112。 限定流動路徑的管子112具有三個加熱部分，三個加熱部分包括各自的電極組 116、117和118。所述電極材料可以是任何合適的金屬或非金屬導(dǎo)電材料，例如導(dǎo)電塑料、 滲碳材料或類似的材料。重要的是電極選自一種能減小化學(xué)反應(yīng)和/或電解反應(yīng)的材料。通過單獨(dú)的電源控制設(shè)備Ql、Q2、…、Q9，將電極對的分段電極一即分段電極 116aU17a和118a_連接到公共的轉(zhuǎn)換回路119，而電極對的另外一個電極116b、117b和 118b分別連接到單項(xiàng)或三相輸入電源121、122和123。根據(jù)微處理器控制系統(tǒng)141提供的 電源管理控制，所述的單獨(dú)的電源控制設(shè)備Q1、Q2、…、Q9切換公共回路。提供給每個單獨(dú) 的加熱部分116、117和118的總電流分別由電流測量設(shè)備127、128和129來測量。電流測 量結(jié)果作為輸入信號通過輸入連接裝置133被提供給作為電源控制器的微處理器控制系 統(tǒng) 141。微處理器控制系統(tǒng)141通過輸入連接裝置133從流速測量設(shè)備104和溫度設(shè)定設(shè) 備(未示)接收信號，所述流速測量設(shè)備104設(shè)置在管子112內(nèi)，使用者能通過所述溫度設(shè) 定設(shè)備來設(shè)定期望的輸出溫度(Tout)。考慮到流體的流動，流經(jīng)任何電極組之間的流體的 體積可以通過提前測量在其內(nèi)流體與電極接觸的通道的尺寸而被精確地確定。類似地，既 定體積的流體從電極接受電功率所需的時間可通過測量流經(jīng)通道的流體的流速(Flw)來 確定。流體的溫度增加與施加到流體的電功率的數(shù)量的成比例。提高已知數(shù)量的流體的溫 度所需要的電功率的數(shù)量與被加熱的流體的數(shù)量(體積)以及流經(jīng)管道的流體的流速是成 比例的。流經(jīng)流體的電流的測量結(jié)果可作為對導(dǎo)電率(electric conductivity)或所述流 體的比電導(dǎo)(specific conductance)的測量，因此也能確定保持所施加的電功率恒定所需 要施加的電壓的變化。要被加熱的流體的所述導(dǎo)電率以及比電導(dǎo)隨著溫度的上升而變化， 從而引起沿流體流動路徑的比電導(dǎo)梯度(gradient)。所述微處理器控制系統(tǒng)141也通過信號輸入連接裝置133從用于測量輸入管112 的流體溫度的輸入溫度(Tin)測量設(shè)備135、用于測量流出管112的流體溫度的輸出溫度測 量設(shè)備136、測量加熱部分116和加熱部分117之間的流體溫度的第一中間溫度測量設(shè)備 138以及測量加熱部分117和加熱部分118之間的流體溫度的第二中間溫度測量設(shè)備139 接收信號。本實(shí)施方式的設(shè)備100進(jìn)一步能適應(yīng)流體導(dǎo)電率(Cin)的變化，無論導(dǎo)電率的變 化是由設(shè)備所安裝的特定位置引起的或在單獨(dú)的位置不時出現(xiàn)的。在這一點(diǎn)上，輸入流體 導(dǎo)電率傳感器106不斷地測量流體流動路徑112的進(jìn)口處流體的導(dǎo)電率。流體導(dǎo)電率的 變化會引起從電壓既定的每個電極所獲取的電流大小的變化。本實(shí)施方式監(jiān)控所述變化 并且確保所述設(shè)備通過使用所測量的導(dǎo)電率值以在允許系統(tǒng)運(yùn)行之前初始地選擇電極節(jié)段的相稱組合來獲取期望的電流水平。每個電極116a、117a、118a被分割成三個電極節(jié)段 116ai、116aii、116aiii、117ai、117aii、117aiii、118ai、118aii 和 118aiii。對于每個各自 的電極，ai節(jié)段被制作以通常形成約七分之一的電極的活性區(qū)域，aii節(jié)段被制作以通常 形成約七分之二的電極的活性區(qū)域，且aiii節(jié)段被制作以通常形成約七分之四的電極的 活性區(qū)域。因此，選擇適當(dāng)?shù)墓?jié)段或適當(dāng)?shù)墓?jié)段組合使得電極的有效區(qū)域成為電極區(qū)域的 七個有效值的任何一個。因此對于導(dǎo)電性高的流體，可選擇更小的電極區(qū)域，從而對于給定 的電壓，防止從電極所獲取的電流上升到期望或安全水平之上。相反地，對于導(dǎo)電性差的流 體，可選擇更大的電極區(qū)域，從而對于相同的給定的電壓，將獲得適當(dāng)?shù)碾娏饕詫?shí)現(xiàn)對流體 傳遞期望功率。通過激活或無效(deactivate)適當(dāng)?shù)墓β兽D(zhuǎn)換設(shè)備Q1、…、Q9能容易地 實(shí)現(xiàn)節(jié)段的選擇。特別地，所選擇的電極節(jié)段的組合表面區(qū)域被具體地計(jì)算以確保不超過系統(tǒng)的額 定最大電流值。微處理器控制系統(tǒng)141接收各種監(jiān)控到的輸入信號，并且關(guān)于電極活性區(qū)域的選 擇、期望的電極對的電壓和電流，執(zhí)行必要計(jì)算以提供計(jì)算出的功率，該功率被提供給流經(jīng) 通道112的流體。微處理器控制系統(tǒng)141根據(jù)連接到每個電極對116、117和118的三個單 獨(dú)的相控制的每個的脈沖電源。通過從微處理器控制系統(tǒng)141至功率開關(guān)設(shè)備Q1、…、Q9 的單獨(dú)的控制信號單獨(dú)地控制每個脈沖電源。 因此，可以看到，基于所述微處理器控制系統(tǒng)141接收典型輸入信號所使用的各 種參數(shù)，位于所述微處理器控制系統(tǒng)141內(nèi)的在軟件程序控制下的計(jì)算元件計(jì)算所述功率 開關(guān)設(shè)備所需的控制脈沖，目的是為了提供所需的電功率以給流經(jīng)通道112的水所需的溫 度變化，從而使得加熱了的水在受使用者控制的溫度設(shè)備設(shè)定的期望溫度下從通道112流
出ο當(dāng)使用者使用溫度設(shè)定設(shè)備設(shè)定所述期望的輸出水溫時，設(shè)定值被微處理器控制 系統(tǒng)141獲取并存儲在系統(tǒng)存儲器內(nèi)直至設(shè)定值被改變或重新設(shè)定。優(yōu)選地，預(yù)先設(shè)定的 50°C默認(rèn)值被保留在存儲器內(nèi)，并且溫度設(shè)定設(shè)備可設(shè)置溫度設(shè)定的可視顯示。微處理控 制系統(tǒng)141可具有所述溫度設(shè)定設(shè)備的預(yù)先設(shè)定的最大值，該值代表水不會被加熱到高于 預(yù)先設(shè)定的最大溫度值。因此，溫度設(shè)定設(shè)備的值不能大于所述最大設(shè)定值。所述系統(tǒng)被 設(shè)計(jì)使得對于任何的原因，如果輸出溫度設(shè)備136讀取的溫度大于所述設(shè)定的最大溫度， 所述系統(tǒng)將立刻關(guān)閉并且不起作用。所述微處理器控制系統(tǒng)141重復(fù)地執(zhí)行一系列的檢查，以確保(a)出口的水溫不超過最大允許溫度；(b)泄露到大地的電流不超過預(yù)先設(shè)定值；(c)系統(tǒng)電流不超過系統(tǒng)預(yù)先設(shè)定的電流極限值。當(dāng)所述裝置運(yùn)行時重復(fù)執(zhí)行這些檢查，并且任何的檢查顯示超出所述控制極限 值，所述系統(tǒng)立刻無效。當(dāng)所述初始的檢查圓滿地完成，執(zhí)行計(jì)算以確定必需施加到流經(jīng)通 道112的水的所需電壓，目的是改變期望大小的水溫。所述計(jì)算出的電壓過后被施加到電 極對116、117和118上，以便于當(dāng)水流經(jīng)所述通道112時快速地增加水溫。當(dāng)流經(jīng)通道112的水從通道的進(jìn)口增加溫度時，對應(yīng)增加的溫度，導(dǎo)電率變化。所 述中間溫度測量設(shè)備138和139以及輸出溫度測量設(shè)備136測量分別包括電極組116、117和118的通道112的三個加熱部分內(nèi)逐漸增加的溫度增加?？紤]到水的導(dǎo)電率的變化，各自的電極對116、117、118上施加的電壓也被改變，以確保沿通道112的長度出現(xiàn)平滑的溫 度上升，從而通過每組電極116、117、118保持大體恒定的功率輸入，并且確保在輸入溫度 測量設(shè)備135的輸入溫度測量結(jié)果與輸出溫度測量設(shè)備136的輸出溫度測量結(jié)果之間加熱 的水效率和穩(wěn)定性最好。通過管理由激活與所需功率相稱的功率開關(guān)設(shè)備Q1、…、Q9所提 供的控制脈沖來改變提供給流動水的功率。這就起到增加或減少通過單個電極對116、117、 118提供給水的功率。通過不斷地投入導(dǎo)電率傳感器106和查閱電流測量設(shè)備127、128、129和溫度測量 設(shè)備135、136、138和139，所述系統(tǒng)100重復(fù)監(jiān)控水的導(dǎo)電率的變化。所述系統(tǒng)內(nèi)水溫上升 導(dǎo)致的水的導(dǎo)電率值的變化、沿管112的長度檢測的水溫的變化、或從水中所獲取的檢測 電流的變化，導(dǎo)致計(jì)算元件計(jì)算施加到電極對上的修訂過的平均電壓值。輸入水的導(dǎo)電率 的變化引起微處理器控制系統(tǒng)141選擇性地激活電極節(jié)段116ai、116aii、116aiii、117ai、 117aii、117aiii、118ai、118aii、118aii變化了的組合，以使得不超過確定的最大電流值。 持續(xù)閉環(huán)監(jiān)控所述系統(tǒng)電流、單個的電極電流、電極節(jié)段的選擇以及水溫的變化，引起重算 施加到單個電極節(jié)段上的電壓，以使得所述系統(tǒng)提供相對恒定和穩(wěn)定的功率給流經(jīng)所述加 熱系統(tǒng)100的水。流經(jīng)單個的分段電極部分的流體或水的比電導(dǎo)的變化可采用這種方法單 獨(dú)地被管理。因此所述系統(tǒng)能有效地控制和管理越過整個系統(tǒng)的所導(dǎo)致的比電導(dǎo)梯度。因 此，當(dāng)提高流體或水的溫度期望大小時，本實(shí)施方式對溫度變化和所溶解的化學(xué)物質(zhì)和鹽 的濃度變化所引起的流體或水的導(dǎo)電率的變化以及在加熱流體或水的過程中改變可變電 壓所引起的流體或水的導(dǎo)電率的變化提供補(bǔ)償，以適應(yīng)(accommodate)導(dǎo)電率的變化。圖2是加熱部分216的分段電極216a的立體圖。所述分段電極216a包括三個節(jié) 段216ai、216aii和216aiii。合適的電開關(guān)使得三個節(jié)段的任何組合能在任何給定的時間 被選擇性地激活。電極216b位于電源的公共回路上。圖3是貫穿三個加熱部分316、317、318的流體流動路徑的示意圖。每個加熱部分 包括一個分割成三段的電極部分。美國專利第7，050, 706號的內(nèi)容通過引用被加入本文，該專利的教導(dǎo)可被用于控 制本裝置和系統(tǒng)的各方面的運(yùn)行。本發(fā)明分段電極可在流體加熱設(shè)備內(nèi)使用，這種流體加熱系統(tǒng)包括預(yù)熱儲水池， 在該儲水池內(nèi)流體被加熱值期望的預(yù)熱溫度并且被保持在儲水池內(nèi)，分段電極被用于在通 道的出口加熱流體，流體從所述儲水池流經(jīng)所述通道以供需要。在這點(diǎn)上，本申請人申請的 國際公開號為WO 2008/116247的國際申請的內(nèi)容通過引用被加入到本文。將意識到的是，在本發(fā)明的運(yùn)行中可使用任何合適數(shù)量的電極加熱部分。因此，雖 然本實(shí)施例描述了三個用于加熱流經(jīng)通道112的水的加熱部分，但是通道內(nèi)的加熱部分的 數(shù)量可根據(jù)加熱流體的需要或具體應(yīng)用而變化。例如，如果電極的數(shù)量增加到六對，關(guān)于電 極的電壓，每對可使用本實(shí)施方式所描述的方式單獨(dú)地被控制。類似地，每個單獨(dú)的電極被 分割的段數(shù)也可不同于三段。例如，將電極分割成比例為1 2 4 8四段的分段能夠 設(shè)置有效區(qū)域的15個值以供微處理器控制系統(tǒng)141選擇。在有關(guān)水加熱的地方，將意識的是，通過使用導(dǎo)致電流流經(jīng)水自身從而使得通過 水自身的電阻產(chǎn)生熱量的電極對，本發(fā)明避免使用傳統(tǒng)的電阻元件，因此改進(jìn)有關(guān)元件生銹或結(jié)垢的問題進(jìn)一步將意識到的是，本發(fā)明可被應(yīng)用在(包括但不限于)家庭熱水系統(tǒng)和家庭 接近沸騰的飲水機(jī)上。關(guān)于上述兩種用于家庭熱水需求的應(yīng)用，本發(fā)明有利于節(jié)省能量和 水。進(jìn)一步將意識到的是，設(shè)置包括獨(dú)立地起作用的節(jié)段的分段電極使得所述設(shè)備可安裝 在流體導(dǎo)電率廣泛不同的地方，遇到不需要費(fèi)力且昂貴地改變設(shè)備的物理結(jié)構(gòu)的情況下， 在所述地方微處理器控制系統(tǒng)141能使設(shè)備操作適應(yīng)特定的導(dǎo)電率。另外，系統(tǒng)的原理使 得制造簡單、使用時安裝簡單、具有美感并且能夠適應(yīng)已建立舒適要素的市場。在更加詳細(xì) 地描述這些應(yīng)用的操作方式時，首先考慮熱水系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式的熱水系統(tǒng)提供一種直流、即需式(instantaneous on-demand)的熱水系統(tǒng)，該熱水系統(tǒng)將溫度預(yù)先設(shè)置或固定的熱水提供至家庭內(nèi)的一個或 多個廚房、浴室和洗衣房。即使是常見的逆向供水條件下，輸出溫度能被精確控制并且保持 穩(wěn)定。這類應(yīng)用所需要的電功率通常位于3. OkW至33kW之間，并且需要單項(xiàng)或多項(xiàng)交流電 源。根據(jù)具體應(yīng)用的類型，電功率的需求是變化的。所述系統(tǒng)被設(shè)計(jì)以流速通常為0.5升/ min至15升/min提供熱水給使用者。這同樣取決于具體的應(yīng)用。輸出水溫能被固定并設(shè) 置在2°C至60°C之間，這溫度區(qū)間也取決于具體的應(yīng)用和家庭的調(diào)節(jié)。溫度上升的能力在 流速為10升/min時通常是50°C，但也取決于具體的應(yīng)用?，F(xiàn)在我們轉(zhuǎn)向根據(jù)本發(fā)明的另一個實(shí)施方式的沸水飲水機(jī)。在本發(fā)明的這個實(shí) 施方式中，提供一種直流、即沸式的沸水飲水機(jī)，該沸水飲水機(jī)被設(shè)計(jì)以提供固定輸出溫度 (最大溫度98°C)的熱水。這種裝置在使用時最常見安裝在廚房一類的環(huán)境中。輸出溫度 被精確地控制并且保持穩(wěn)定，即使是常見的逆向供水條件下。這類應(yīng)用所需要的電功率通 常位于1.2kW與6kW的范圍之間。這種飲水機(jī)的流速是固定的。該流速通常被固定在0.5 升/min至1. 2升/min的流速上，但是也取決于具體的應(yīng)用。功率需求也取決于具體應(yīng)用 的需要?，F(xiàn)在我們轉(zhuǎn)向根據(jù)本發(fā)明進(jìn)一步實(shí)施方式的直流式沸水飲水機(jī)。如果所述系統(tǒng)需 要即時地并且持續(xù)地以0. 5升/min至1. 2升/min的流速提供沸水而不需要儲蓄或預(yù)熱，則 通常需要6. 6kff的電功率并且需要安裝相稱的電源電路。只要需要，本實(shí)施方式能幾乎持 續(xù)不間斷地提供接近沸騰的水。將會出現(xiàn)每天2W的極其低的備用損失。以前，通過可用的 有競爭力的即時熱水系統(tǒng)技術(shù)是不能適應(yīng)持續(xù)的即需沸水供給，因?yàn)樾枰仨毮墚a(chǎn)生大于 2升/min的流速的高管道壓力。而對于沸水飲水機(jī)是不可能使用大于2升/min的流速。在本發(fā)明的另一個實(shí)施方式中，提供了一種兩階段沸水飲水機(jī)。如果使用普通的 單相功率出口，功率需求可被保持在1. SkW至2. 5kW之間，這對于標(biāo)準(zhǔn)的家庭功率表是可接 受的，并且不需要額外的或特別的功率電路。本實(shí)施方式需要一種兩階段的沸水飲水機(jī)系 統(tǒng)，該飲水機(jī)系統(tǒng)包括水儲備部件以及動力直流部件。這樣，水在儲備系統(tǒng)中首先被加熱至 65 0C，該儲備系統(tǒng)被設(shè)計(jì)用于通常保持1. 8升至2. 0升的水。一旦被加熱至65 °C，沸水飲水 機(jī)即可運(yùn)行，當(dāng)打開65°C的水，水通過動力部分被供給到供給出口。該動力部分將流速為 0. 5升/min至1. 2升/min的水按需要再加熱額外的30°C達(dá)95°C的輸出溫度。本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識到，對具體實(shí)施方式
所示的本發(fā)明進(jìn)行大量的變異或修 改，不超出本發(fā)明廣泛描述的范圍。因此，本實(shí)施方式在所有的方面被認(rèn)為是說明性的而非 限制性的。
權(quán)利要求
一種用于加熱流體的方法，該方法包括沿流動路徑使所述流體從進(jìn)口流動至出口，所述流動路徑至少包括第一加熱部分和第二加熱部分，所述第一加熱部分和第二加熱部分沿所述流動路徑設(shè)置從而使得流經(jīng)所述第一加熱部分的流體隨后流經(jīng)所述第二加熱部分，每個加熱部分包括至少一對電極，在所述一對電極之間電流經(jīng)過所述流體以在所述流體沿所述流動路徑流動期間熱阻地加熱所述流體，其中，至少一個所述加熱部分包括至少一個分段電極，所述分段電極包括多個能電性地分開的節(jié)段，使得所述分段電極的有效活性區(qū)域通過選擇性地激活所述節(jié)段而被控制，從而使得在將電壓施加到激活了的電極節(jié)段時，所獲得的電流將取決于有效活性區(qū)域；在進(jìn)口處測量流體的導(dǎo)電率；根據(jù)所測量的流體的導(dǎo)電率，確定通過所述第一加熱部分提供給所述流體以將所述流體的溫度提高第一期望量所需要的電壓和電流；確定由所述第一加熱部分的運(yùn)行而導(dǎo)致的變化了的流體導(dǎo)電率；根據(jù)所述變化了的流體導(dǎo)電率，確定通過所述第二加熱部分提供給所述流體以將所述流體的溫度提高第二期望量所需要的電壓和電流；以及以實(shí)現(xiàn)通過所述分段電極提供所期望的電流和電壓的方式激活所述分段電極的節(jié)段。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中針對流進(jìn)的流體的導(dǎo)電率的測量結(jié)果，大體上持續(xù) 地適應(yīng)流體導(dǎo)電率的變化。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中通過參考施加在一個或多個加熱部分的一個或 多個電極上的電壓所取得的電流來確定流體導(dǎo)電率。
4.如權(quán)利要求1至3的任一所述的方法，進(jìn)一步包括在允許所述系統(tǒng)運(yùn)行前，使用所 測量的導(dǎo)電率值來初始地選擇電極節(jié)段的確定的相稱組合，目的是為了防止流體導(dǎo)電率的 變化導(dǎo)致峰值電流超過額定值。
5.如權(quán)利要求1至4的任一所述的方法，進(jìn)一步包括如果所測量的流體導(dǎo)電率超出 可接受的流體導(dǎo)電率的預(yù)先確定的范圍，使所述電極無效。
6.如權(quán)利要求1至5的任一所述的方法，進(jìn)一步包括測量流體的流速，以輔助確定在 變化的流體流速下的合適的電流、電壓以及電極節(jié)段的激活。
7.如權(quán)利要求1至6的任一所述的方法，進(jìn)一步包括在出口處測量所述流體的溫度 以允許反饋控制所述流體的加熱。
8.如權(quán)利要求1至7的任一所述的方法，進(jìn)一步包括測量所述第一加熱部分和所述 第二加熱部分之間的所述流體的溫度，并且根據(jù)所測量的溫度以及每個加熱部分內(nèi)期望的 流體溫度上升來控制所述第一加熱部分和所述第二加熱部分的功率。
9.如權(quán)利要求1至8的任一所述的方法，其中所述流體的流動路徑包括三個或更多個 加熱部分，每個加熱部分具有進(jìn)口和出口，所述加熱部分串聯(lián)連接，所述方法進(jìn)一步包括 控制元件根據(jù)所測量的流進(jìn)的水的導(dǎo)電率初始地選擇電極節(jié)段，以及根據(jù)所測量的每個加 熱部分的進(jìn)口溫度和出口溫度以及每個加熱部分的預(yù)先確定的期望溫差來控制每個加熱 部分的電極對的功率。
10.一種用于加熱流體的裝置，該裝置包括從進(jìn)口至出口的流體流動路徑；至少第一加熱部分和第二加熱部分，所述第一加熱部分和第二加熱部分沿所述流體的流動路徑設(shè)置從而使得流經(jīng)所述第一加熱部分的流體隨后流經(jīng)所述第二加熱部分，每個加 熱部分包括至少一對電極，在所述至少一對電極對之間電流經(jīng)過所述流體以在流體沿所述 流動路徑流動期間熱阻地加熱所述流體，其中，至少一個所述加熱部分包括至少一個分段 電極，所述分段電極包括多個能電性地分開的節(jié)段，使得所述分段電極的有效活性區(qū)域通 過選擇性地激活所述節(jié)段而被控制，從而使得在將電壓施加到激活了的電極節(jié)段時，所獲 得的電流將取決于有效活性區(qū)域；用于在進(jìn)口處測量流體導(dǎo)電率的導(dǎo)電率傳感器；以及控制器，該控制器用于根據(jù)所測量的流體導(dǎo)電率確定通過所述第一加熱部分提供給所 述流體以將所述流體溫度提高第一期望量所需要的電壓和電流；用于確定由所述第一加熱 部分運(yùn)行所導(dǎo)致的變化了的流體導(dǎo)電率；用于根據(jù)所述變化了的流體導(dǎo)電率確定通過所述 第二加熱部分提供給所述流體以將所述流體溫度提高第二期望量所需要的電壓和電流；以 及用于以實(shí)現(xiàn)通過所述分段電極提供所期望的電流和電壓的方式激活所述分段電極的節(jié) 段。
11.如權(quán)利要求10所述的裝置，其中每個加熱部分包括分段電極。
12.如權(quán)利要求10或11所述的裝置，其中每個分段電極被分割成不同大小的節(jié)段，以 使得要選擇出的節(jié)段組合能對期望區(qū)域的選擇提供增加的精確度。
13.如權(quán)利要求12所述的裝置，其中所述分段電極被分割成η節(jié)段，所述η節(jié)段的相對 有效區(qū)域的比例為1 2 …2(η_υ。
14.如權(quán)利要求10至13的任一所述的裝置，其中所述分段電極的每個電極節(jié)段大體上 垂直于流體的流動方向延伸，以在大體整個流體流動路徑上使流體經(jīng)受熱阻加熱。
15.如權(quán)利要求10至14的任一所述的裝置，進(jìn)一步包括流速測量元件，該流速測量元 件用于測量流體流速，以輔助確定在變化的流體流速下的合適的電流、電壓和電極節(jié)段的 激活。
16.如權(quán)利要求10至15的任一所述的裝置，進(jìn)一步包括出口流體溫度測量元件，該出 口流體溫度測量元件用于在出口處測量流體溫度以允許反饋控制流體加熱。
17.如權(quán)利要求10至16的任一所述的裝置，進(jìn)一步包括流體溫度測量元件，該流體溫 度測量元件用于測量所述第一加熱部分和第二加熱部分之間的所述流體的溫度，以及用于 根據(jù)所測量的溫度以及每個加熱部分的期望流體溫度上升來控制所述第一加熱部分和所 述第二加熱部分的功率。
18.如權(quán)利要求10至17的任一所述的裝置，其中所述流體流動路徑包括三個或更多個 加熱部分，每個加熱部分具有進(jìn)口和出口，所述加熱部分被串聯(lián)連接。
全文摘要
一種流體加熱裝置具有從進(jìn)口至出口的流體流動路徑，具有多個沿所述流動路徑設(shè)置的加熱部分。每個加熱部分是至少一對電極，在所述一對電極之間電流流經(jīng)所述流體以在沿所述流動路徑的通道內(nèi)熱阻地加熱所述流體。至少一個加熱部分具有由多個電性分離的節(jié)段組成的分段電極。這使得可通過選擇性地激活所述節(jié)段來控制所述分段電極的有效活性區(qū)域?？刂破鞔_定所需要的電壓和電流，所需的電壓和電流通過每個加熱部分被提供給流體，并且能考慮到輸入導(dǎo)電率以及隨著溫度的變化而變化的流體導(dǎo)電率。所述控制器激活分段電極的所選擇的節(jié)段以通過分段電極實(shí)現(xiàn)給流體提供期望的電流和電壓。
文檔編號H05B3/03GK101952654SQ200980105304
公開日2011年1月19日 申請日期2009年2月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月11日
發(fā)明者塞德里克·伊斯雷爾森, 羅伯特·科內(nèi)利斯·范阿肯 申請人:密克羅希特技術(shù)公司