一种具有不同功率电加热器的太阳能热水器.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 103542555 A (43)申请公布日 2014.01.29 CN 103542555 A (21)申请号 201310552497.3 (22)申请日 2013.05.03 201310159967.X 2013.05.03 F24J 2/40(2006.01) F24J 2/46(2006.01) F24H 1/20(2006.01) F24H 9/20(2006.01) C22C 21/16(2006.01) C22C 30/00(2006.01) (71)申请人 南阳师范学院 地址 473061 河南省南阳市卧龙区卧龙路 1638 号 (72)发明人 王兴。

2、 张丽 刘金江 贾晓 李贞双 (74)专利代理机构 济南智圆行方专利代理事务 所 ( 普通合伙企业 ) 37231 代理人 王立晓 (54) 发明名称 一种具有不同功率电加热器的太阳能热水器 (57) 摘要 本发明提供了一种太阳能热水器， 所述太阳 能热水器包括集热器和与集热器连接的水箱， 水 箱包括内胆， 内胆中设置电加热器， 第一、 第二、 第 三、 第四电加热器陆续的启动， 第四电加热器的功 率大于第三电加热器的功率， 第三电加热器的功 率大于第二电加热器的功率， 第二电加热器的功 率大于第一电加热器的功率。本发明设置不同功 率的电加热器在不同的温度下启动， 保证加热温 度的均匀。 (6。

3、2)分案原申请数据 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 9 页 附图 3 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书9页 附图3页 (10)申请公布号 CN 103542555 A CN 103542555 A 1/2 页 2 1. 一种具有不同功率电加热器的太阳能热水器， 包括中央控制器、 集热器和与集热器 连接的水箱， 集热器的进水口通过管道与外部水源连通， 其特征在于， 所述集热器包括 ： 温度传感器、 光照传感器、 流量计、 第一流量控制器 ； 所述温度传感 器为两个， 分别设置在集热器的进水口和出水口， 用于测量集热器的进水。

4、口和出水口的水 的温度 ； 光照传感器设置在集热器的吸热部， 用于检测太阳光的强度 ； 流量计设置在进水 口与外部水源的连接管道上， 用于测量进入集热器的水的流量 ； 第一流量控制器设置在进 水口与外部水源的连接管道上， 用于控制进入集热器的水的流量 ； 所述温度传感器、 光照传 感器、 流量计、 第一流量控制器与所述中央控制器之间通讯连接 ； 所述中央控制器包括第一 调节单元， 所述第一调节单元根据温度传感器、 光照传感器和流量计的测量值， 产生控制所 述第一流量控制器的调节信号， 以改变流入所述集热器的水的流量， 使得所述集热器内的 流体温度保持不变 ； 所述水箱包括 ： 水箱内胆、 电加。

5、热器、 水入口管、 热水出口管、 温度传感器、 水位控制器、 第二流量控制器、 流量传感器 ； 所述内胆包括有四层结构， 每相邻的两层紧密贴合， 由内至 外的第一层是内涂料层， 第二层是合金层， 第三层是不锈钢层， 第四层是外涂料层 ； 所述水 箱内胆从内向外， 每层的热膨胀系数依次变大 ； 热水出口管和水入口管的一端与水箱内胆 连接， 水入口管的另一端与集热器的出水口连接， 所述的温度传感器、 水位控制器、 第二流 量控制器、 流量传感器、 电加热器与所述中央控制器之间通讯连接， 所述内胆包括四个侧壁 和一个底壁， 在底壁和每个侧壁上分别设置有四个电加热器， 分别是第一电加热器、 第二电 加。

6、热器、 第三电加热器和第四电加热器， 用于对热水器中的水进行加热 ； 当开始加热时， 底 壁和每个侧壁上的所述的第一电加热器启动加热， 第二电加热器、 第三电加热器和第四电 加热器不启动加热 ； 当水的温度达到第一温度时， 底壁和每个侧壁上的所述的第二电加热 器开始启动加热， 底壁和每个侧壁上的所述的第一电加热器、 第二电加热器一起加热， 底壁 和每个侧壁上的第三电加热器和第四电加热器不启动加热 ； 当温度达到第二温度时， 底壁 和每个侧壁上的所述的第三电加热器开始启动， 底壁和每个侧壁上的所述的第一电加热 器、 第二电加热器、 第三电加热器一起对水进行加热， 底壁和每个侧壁上的第四电加热器不。

7、 启动加热 ； 当温度达到第四温度时， 底壁和每个侧壁上的所述的第四电加热器开始启动， 底 壁和每个侧壁上的所述的所有电加热器一起对水进行加热 ； 所述温度传感器设置在内胆 内， 用于测量水的温度， 所述流量传感器和流第二量控制器设置在热水器入口管上， 所述流 量传感器用于测量流入水箱内胆的水的流量 ； 所述的第二流量控制器用来控制水入口管上 的水的流速， 所述水位控制器用于测量水箱内胆的水位， 所述中央控制器包括第二调节单 元， 所述第二调节单元根据所述温度传感器测量的水的温度， 产生控制所述电加热器的调 节信号 ； 为了保证内胆的水位保持一定的高度， 中央控制器根据测量的内胆水位和流量来 。

8、控制第二流量控制器的流速 ； 为了保证内胆的水的温度达到预定温度， 中央控制器能够根 据内胆水温、 集热器出水口的水温和流入内胆的流量控制第二流量控制器的流速 ； 所述水箱的底壁上的第四电加热器的功率大于第三电加热器的功率， 第三电加热器的 功率大于第二电加热器的功率， 第二电加热器的功率大于第一电加热器的功率。 2. 根据权利要求 1 所述的太阳能热水器， 其特征在于， 所述水箱的每个侧壁上的第四 电加热器的功率大于第三电加热器的功率， 第三电加热器的功率大于第二电加热器的功 率， 第二电加热器的功率大于第一电加热器的功率。 权 利 要 求 书 CN 103542555 A 2 2/2 页 。

9、3 3. 根据权利要求 2 的所述的太阳能热水器， 其特征在于， 所述的水箱每个侧壁上的电 加热器沿水箱内胆的高度方向分布， 其中从水箱内胆下部往上依次是第四电加热器、 第二 电加热器、 第一电加热器、 第三电加热器 ； 所述的每个侧壁和 / 或底壁上的电加热器沿水箱 内胆的高度错列分布。 权 利 要 求 书 CN 103542555 A 3 1/9 页 4 一种具有不同功率电加热器的太阳能热水器 技术领域 0001 本发明属于太阳能领域， 尤其涉及一种不同功率电加热器的太阳能热水器。 背景技术 0002 太阳能作为一种洁净的可再生能源， 具有其它能源无可比拟的无环境污染、 无安 全隐患等优点。

10、。随着全国各地用电、 用气的日益紧张， 太阳能热水器越来越受到人们的青 睐。传统的太阳能热水器将集热管和水箱安装在建筑物的楼顶， 集热管吸收太阳的热量使 水温升高， 热水储备于水箱中， 当需要的时候， 热水由户外的热水管引入室内， 供人们使用。 在夏季， 由于光照时间长、 强度高， 造成水箱内水温过高， 热水不能直接使用， 需依靠热水管 与自来水管连接， 由混合阀来调节水温的高低， 这样出水温度波动大， 在使用时常常需要反 复调节， 不仅麻烦， 而且大大降低了洗浴的舒适性。在冬季， 尤其是在北方， 因光照时间短、 强度小， 水箱内的热水往往达不到人们需要的温度， 此时水箱内的加热器工作， 先将。

11、热水加 热到所需的温度， 由此人们在冬季使用时很不方便， 易发生感冒， 不但洗浴的舒适性较差， 而且还造成了水资源的浪费。 发明内容 0003 本发明所要解决的技术问题在于提供一种能够恒温出水的太阳能热水器温度控 制系统。 0004 为了实现上述目的， 本发明的技术方案如下 ： 一种具有不同功率电加热器的太阳 能热水器， 包括中央控制器、 集热器和与集热器连接的水箱， 集热器的进水口通过管道与外 部水源连通， 所述集热器包括 ： 温度传感器、 光照传感器、 流量计、 流量控制器 ； 所述温度传 感器为两个， 分别设置在集热器的进水口和出水口， 用于测量集热器的进水口和出水口的 水的温度 ； 光。

12、照传感器设置在集热器的吸热部， 用于检测太阳光的强度 ； 流量计设置在进 水口与外部水源的连接管道上， 用于测量进入集热器的水的流量 ； 流量控制器设置在进水 口与外部水源的连接管道上， 用于控制进入集热器的水的流量 ； 所述温度传感器、 光照传感 器、 流量计、 流量控制器与所述中央控制器之间通讯连接 ； 所述中央控制器包括第一调节单 元， 所述第一调节单元根据温度传感器、 光照传感器和流量计的测量值， 产生控制所述流量 控制器的调节信号， 以改变流入所述集热器的水的流量， 使得所述集热器内的流体温度保 持不变 ； 所述水箱包括 ： 水箱内胆、 电加热器、 水入口管、 热水出口管、 温度传感。

13、器、 水位控制器、 流量控制器、 流量传感器 ； 所述内胆包括有四层结构， 每相邻的两层紧密贴合， 由内至外的 第一层是内涂料层， 第二层是合金层， 第三层是不锈钢层， 第四层是外涂料层 ； 所述水箱内 胆从内向外， 每层的热膨胀系系数逐渐升高 ； 热水出口管和水入口管的一端与水箱内胆连 接， 水入口管的另一端与集热器的出水口连接， 所述的温度传感器、 水位控制器、 流量控制 器、 流量传感器、 电加热器与所述中央控制器之间通讯连接， 所述内胆包括四个侧壁和一个 底壁， 在底壁和每个侧壁上分别设置有四个电加热器， 分别是第一电加热器、 第二电加热 说 明 书 CN 103542555 A 4 。

14、2/9 页 5 器、 第三电加热器和第四电加热器， 用于对热水器中的水进行加热 ； 当开始加热时， 底壁和 每个侧壁上的所述的第一电加热器启动加热， 第二电加热器、 第三电加热器和第四电加热 器不启动加热 ； 当水的温度达到第一温度时， 底壁和每个侧壁上的所述的第二电加热器开 始启动加热， 底壁和每个侧壁上的所述的第一电加热器、 第二电加热器一起加热， 底壁和每 个侧壁上的第三电加热器和第四电加热器不启动加热 ； 当温度达到第二温度时， 底壁和每 个侧壁上的所述的第三电加热器开始启动， 底壁和每个侧壁上的所述的第一电加热器、 第 二电加热器、 第三电加热器一起对水进行加热， 底壁和每个侧壁上的。

15、第四电加热器不启动 加热 ； 当温度达到第四温度时， 底壁和每个侧壁上的所述的第四电加热器开始启动， 底壁和 每个侧壁上的所述的所有电加热器一起对水进行加热 ； 所述温度传感器设置在内胆内， 用 于测量水的温度， 所述流量传感器和流量控制器设置在热水器入口管上， 所述流量传感器 用于测量流入水箱内胆的水的流量 ； 所述的流量控制器用来控制水入口管上的水的流速， 所述水位控制器用于测量水箱内胆的水位， 所述中央控制器包括第二调节单元， 所述第二 调节单元根据所述温度传感器测量的水的温度， 产生控制所述电加热器的调节信号 ； 为了 保证内胆的水位保持一定的高度， 中央控制器根据测量的水位和流量来控。

16、制流量控制器的 流速 ； 为了保证内胆的水的温度达到预定温度， 中央控制器能够根据内胆水温、 集热器出水 口的水温和流入内胆的流量控制第二流量控制器的流速 ； 所述水箱进一步包括保温层， 保温层具有三层， 从内向外保温层的每层的热膨胀系数 逐渐升高。 0005 所述水箱内的温度传感器为多个， 其中至少一个温度传感器设置在内胆的热水出 口位置， 用来测量出口热水的温度， 至少一个温度传感器设置在内胆的水入口位置， 用来测 量入口水的水温， 其中至少一个温度传感器设置在水箱内胆的其他位置， 用来测量水箱内 胆内水的温度， 所述调节单元通过多个温度传感器测量的温度的平均值来产生控制所述水 箱的调节信。

17、号。 0006 所述水箱的每个侧壁和 / 或底壁上的第四电加热器的功率大于第三电加热器的 功率， 第三电加热器的功率大于第二电加热器的功率， 第二电加热器的功率大于第一电加 热器的功率。 0007 所述的水箱每个侧壁上的电加热器沿水箱内胆的高度方向分布， 其中从水箱内胆 下部往上依次是第四电加热器、 第二电加热器、 第一电加热器、 第三电加热器 ； 所述的每个 侧壁和 / 或底壁上的电加热器沿水箱内胆的高度错列分布。 0008 所述的水箱的每个侧壁上的电加热器沿水箱内胆的高度呈直线分布， 在高度方向 上， 第二电加热器与第一电加热器是第一电加热器与第三电加热器距离的 0.8-0.9 倍， 第 。

18、四电加热器与第二电加热器的距离是第二电加热器与第一电加热器距离的 0.7-0.75 倍。 0009 水箱的第二层为铝合金层， 所述铝合金层的铝合金的组分的质量百分比如下 ： 6.0 Cu ， 0.9 Mg ， 0.6 Ag ， 0.8 Mn ， 0.13 Zr ， 0.1 Ce ， 0.10 Ti， 0.15 Si， 其余为 Al 。 0010 电加热器由电热合金组成， 所述电热合金的质量百分比如下 Ni 34 ； Cr 18 ； Al 5； C 0.05； B 0.006； Co 2； W 4； Mo 4； Ti 2； Nb 0.1； La 0.2% ； Ce 0.2 ； Fe 余量。 00。

19、11 进入集热器的水的单位时间的流量值的公式为 ： V （R A） /（CL 说 明 书 CN 103542555 A 5 3/9 页 6 （T3 T） ） ， 其中 V 为管道内流体单位时间的流量值， R 为太阳辐射值， A 为集热器有效吸 热面积， 为热损失系数， 取值范围为 0.95-0.98 之间， 为管道内水的密度， T3 是集热 器需要达到的水温， T 集热器的平均水温， 即 T=(T1+T2)/2,T1、 T2 分别为集热器出口和集 热器入口的温度， CL 为管道内水平均温度的比热。 0012 所述集热器内设置电加热装置 ； 所述集热器包括三层结构， 从内向外的每层热膨 胀系数逐。

20、渐降低。 0013 所述热水器还包括太阳能跟踪系统。 0014 所述的每个侧壁上的电加热器沿热水器内胆的高度呈直线分布， 所述直线与侧壁 的中线的夹角为 30 45。 0015 集热器中， 根据时间段来调整流量， 包括设定时间段， 测得每个所述时间段平均太 阳辐照值 ； 测得每个所述时间段平均集热器的出口温度 T1 ； 测得每个所述时间段的平均所 述集热器出口温度 T2 ； 根据设定集热器终端温度 T3 以及测量的数值计算集热器的水的流 量。 0016 与现有技术相比较， 本发明太阳能热水器具有如下的优点 ： 1） 通过水箱的辅助加热， 来实现出水的温度恒定， 例如当集热器的水温偏低的时候， 。

21、通 过启动水箱的电热装置进行加热。 0017 2） 可以通过测量温度和光照强度， 通过控制流量来实现热水器温度的恒定 ； 3） 通过设置电加热装置， 可以实现在天气不好的情况下对热水器独立进行加热控制， 也可以同温度传感器、 光照传感器、 流量计和中央控制器一起实现对热水器温度的共同控 制。 0018 4） 可以按照时间段对热水器温度进行控制。 0019 5） 通过设置多个电加热器， 在热水器刚开始加热的时候， 只启动其中一个电加热 器， 从而慢慢的提升水的温度， 从而避免了水的温度快速提高， 避免了水箱内胆的快速热 胀 ； 当达到一定水温后， 此时的热水器内壁已经慢慢的热涨到一定程度， 因此。

22、此时在加大加 热功率， 并不会产生加热初期的热水器的热涨的速度， 因此提高了热水器的使用寿命。 0020 6) 通过在四个侧壁和底壁都设置电加热器， 可以保证加热的水温均匀 ； 7） 将电加热器设置在水箱内胆的高度方向上， 而且将首先启动加热的电加热器放置在 三个电加热器的中间， 从而降低首先启动的电加热器对内胆底壁的热涨现象。 0021 8） 通过水位控制器、 流量控制器、 流量传感器， 实现对进入热水器的流速的控制。 0022 9） 通过设置多个温度传感器， 以保证测量的水温的准确。 0023 10） 通过电加热器间距和加热功率的设置， 实现对水的均匀加热。 0024 11） 通过对铝合金。

23、层的铝合金的组分的质量百分比的合理分配， 提高内胆的合金 层的高耐热性和高温抗拉强度。 0025 12） 通过对电热合金的组分的设置， 使得电热合金具有高的抗氧化性和抗腐蚀能 力。 0026 附图说明 0027 图 1 是本发明集热器的工作示意图 ； 说 明 书 CN 103542555 A 6 4/9 页 7 图 2 是水箱内胆的结构图 图 3 是水箱内胆的外观整体图 图 4 是本发明水箱内胆工作的示意图 图 5 是水箱内胆侧壁上的电加热器其中一种分布图 图 6 是水箱内胆侧壁上的电加热器其中另一种分布图 附图标记如下 ： 1 中央控制器 水箱的附图标记如下 ： 2 第一侧壁的第一电加热器，。

24、 3 第一侧壁的第二电加热器， 4 第一侧壁的第三电加热 器， 5 第一侧壁的第四电加热器， 6 水入口管， 7 热水出口管， 8 温度传感器， 9 温度传感器， 10 温度传感器， 11 流量传感器， 12 流量控制器， 13 水箱内胆， 14 底壁的第三电加热器， 15 底 壁的第一电加热器， 16 底壁的第二电加热器， 17 底壁的第四电加热器， 18 第二侧壁的第一 电加热器， 19 第二侧壁的第二电加热器， 20 第二侧壁的第三电加热器， 21 第二侧壁的第四 电加热器， 22 内胆的第一层， 23 内胆的第二层， 24 内胆的第三层 ,25 内胆的第四层， 26 内胆 的外壳 ； 。

25、集热器的部分的附图标记如下 ： 27 集热器， 28 集热器出口的温度传感器的位置， 29 集热器入口的温度传感器的位置， 30 流量计的位置， 31 电加热装置， 32 流量控制器的位置。 具体实施方式 0028 下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。 0029 下面先介绍集热器的相关部件。 0030 首先， 请参考图 1， 一种太阳能热水器， 包括集热器 27， 集热器 27 的进水口通过管 道与外部水源连通， 热水器还包括温度传感器、 光照传感器、 流量计、 流量控制器和中央控 制器 ； 所述温度传感器为两个， 分别设置在集热器的进水口的位置 29 和出水口位置 28 上， 用。

26、于测量集热器的进水口和出水口的水的温度 ； 光照传感器设置在集热器的吸热部 （图 1 没有示出） ， 用于检测太阳光的强度 ； 流量计设置在进水口与外部水源的连接管道上， 如图1 所示的附图标记 30 的位置， 用于测量进入集热器的水的流量 ； 流量控制器设置在进水口与 外部水源的连接管道上， 如图 1 所示的附图标记 32 的位置， 用于控制进入集热器的水的流 量 ； 所述温度传感器、 光照传感器、 流量计、 流量控制器与所述中央控制器 1 之间通讯连接 ； 所述中央控制器包括第一调节单元， 所述第一调节单元根据温度传感器和光照传感器测量 值， 产生控制所述流量计的调节信号， 以改变流入相应。

27、的所述集热器的水的流量， 使得所述 集热器内的流体温度保持不变。 0031 集热器 27 的出水口与水箱的进水口相连。 0032 所述集热器 27 包括三层结构， 从内向外每层的热膨胀系数逐渐降低。这是因为在 集热的过程中， 集热器的外部先受热， 先膨胀， 然后依次向内是第二层、 第三层受热膨胀， 因 此从内向外三层膨胀次数依次降低可以保证膨胀率基本保持一致， 保证各层连接的紧密性 和稳定性。 0033 所述太阳辐射值计算管道内水的单位时间的流量值的公式为 ： V （R 说 明 书 CN 103542555 A 7 5/9 页 8 A） /（CL（T3 T） ） ， 其中 V 为管道内流体单位。

28、时间的流量值， R 为太阳辐 射值， A 为集热器有效吸热面积， 为热损失系数， 取值范围为 0.95-0.98 之间， 为管道 内水的密度， CL 为管道内水所在温度区间的平均比热， T3 是集热器需要达到的水温， T 集 热器的平均水温， 即 T=(T1+T2)/2,T1、 T2 分别为集热器出口和集热器入口的温度。 0034 当然， 集热器的平均温度还有许多其他的测量方式， 例如在集热器的多个位置处 设置温度传感器， 通过计算多个位置处的水的平均温度来测量集热器的水温。如果采取此 种方式， 则不需要在集热器进出口设置温度传感器， 而需要在集热器内部设置温度传感器。 0035 中央控制器 。

29、1 还包括数据存储单元、 逻辑控制器， 数据存储单元用于存储温度传 感器、 光照传感器、 流量计测量的数值以及流量值的公式， 所述逻辑控制器根据所述测量的 数值以及流量值的公式计算单位时间的流量值， 使得所述管道内的流体温度保持不变。 0036 所述集热器内设置电加热装置 31， 所述电加热装置可以在没有阳光 （例如晚上或 者阴天） 的情况下独立工作， 也可以在阳光无法满足正常的热水使用的情况下， 在中央控制 器的控制下， 配合温度传感器、 光照传感器、 流量计和中央控制器一起实现对热水器温度的 共同控制。 0037 此外， 中央控制器1可以独立控制电加热装置3来实现集热器需要达到的水温， 例。

30、 如可以在集热器箱体中设置至少一个温度传感器， 根据温度传感器测量的水温来控制电加 热装置 31 进行加热。也可以根据集热器进水口和出水口测量的水温的平均值来控制电加 热装置 31 进行加热。 0038 所述集热器还包括太阳能跟踪系统， 通过太阳能跟踪系统， 可以使集热器实时的 跟踪太阳， 已达到最大的利用太阳能。 0039 集热器 27 的温度控制可以实时进行控制， 也可以根据时间段进行控制。根据时间 段控制得情况下， 需要设定时间段， 测得每个所述时间段平均太阳辐照值 ； 测得每个所述时 间段平均集热器的出口温度 T1 ； 测得每个所述时间段的平均所述集热器出口温度 T2 ； 根据 设定集。

31、热器终端温度 T3 以及测量的数值计算集热器的水的流量。 0040 调节单元通过调整阀门的开度大小改变流入相应的所述集热器 27 的水的流量。 当然调整流量的大小还有其他方法， 例如通过控制泵等。 0041 与集热器相连的水箱的结构如下 ： 首先， 请参考图 2， 所述水箱包括水箱内胆 13 和外壳 26, 热水器下部设置水入口管 6， 上部的一侧设置有热水出口管7， 集热器的加热的水通过水入口管6进入水箱内胆13， 然后 在水箱内胆 13 内进行加热， 然后通过热水出口管 7 流出。 0042 当然， 水入口管还可以同时连接外部冷水， 当天气不好的时候， 可以关闭与集热器 相连的水入口， 打。

32、开外部冷水的连接， 从而实现水箱的独立加热。当然， 也可以集热器加热 的热水和外部冷水同时连接， 已达到集热器的水和外部冷水混合， 达到迅速实现合适的水 温的需求。 0043 图 3 展示了水箱内胆 13 的示意图。水箱内胆 13 分为四层， 每相邻的两层紧密贴 合， 从内向外分别是内涂料层 22、 合金层 23、 不锈钢层 24 和外涂料层 25， 水箱内胆 13 由于 采用了上述结构， 第一层是内涂料层， 可以避免出现腐蚀， 第二层是铝合金层， 使得传热均 匀效果好， 第三层是不锈钢层， 使内胆的外表面不仅美观， 还能使得内胆的传热更快， 第四 层是外涂料层， 可以保护铜层避免产生锈蚀。 。

33、说 明 书 CN 103542555 A 8 6/9 页 9 0044 优选的， 所述合金层为铝合金层。 0045 图 3 展示的内胆 13 的侧壁和底壁呈大于 90的钝角， 当然， 内胆的侧壁和底壁不 局限于附图的形式， 内胆和侧壁可以呈 90的角， 内胆可以呈立方体形状， 有四个互相垂直 的侧壁和底壁组成。 0046 对于内胆 13 中的材料不局限于上述描述的材料， 本领域技术人员可以进行合理 的选择， 但是对于内胆的四层结构的材料的选择， 要求是由内向外的四层结构的热膨胀系 数逐渐增大， 也就是说， 最内层的热膨胀系数最低， 第二层其次， 第三层大于第二层但小于 第四层， 第四层最大。之。

34、所以这样的设置， 因为在加热的过程中， 第一层先受热， 先膨胀， 然 后依次是第二层、 第三层、 第四层受热膨胀， 因此四层膨胀系数依次增大可以保证膨胀率基 本保持一致， 保证各层连接的紧密性和稳定性。 0047 所述水箱包括保温层， 保温层具有三层， 从内向外保温层的每层的热膨胀系数逐 渐升高。更优选的是， 水箱从内向外， 从内胆到保温层， 每层的热膨胀系数逐渐升高。从而 实现保证膨胀率基本保持一致， 保证各层连接的紧密性和稳定性 如图 4 所示， 所述水箱包括电加热器、 温度传感器， 其中热水出口管 7 和水入口管 6 与 水箱内胆 13 连接， 所述的温度传感器 8-10、 电加热器 2。

35、-5,14-17,18-21 与所述中央控制器 1 之间通讯连接， 所述内胆 13 包括四个侧壁 （图 3 中只展示了两个侧壁） 和一个底壁， 在底 壁和每个侧壁上分别设置有四个电加热器。如图 3 所示， 在图 3 的水箱内胆的第一侧壁上 分别是第一电加热器 2、 第二电加热器 3、 第三电加热器 4 和第四电加热器 5， 同理在图 3 的 水箱内胆的第二侧壁上分别是第一电加热器18、 第二电加热器19、 第三电加热器20和第四 电加热器 21， 同时水箱内胆的两外两个侧壁的电加热器的设置与第一侧壁和第二侧壁的设 置相同， 分别设置有四个电加热器 ； 在内胆 13 的底壁设置有四个电加热器， 。

36、分别是第三电 加热器 14、 第一电加热器 15、 第二电加热器 16 和第四电加热器 17， 上述设置的电加热器用 于对热水器中的水进行加热， ； 当开始加热时， 底壁和每个侧壁上的所述的第一电加热器 2、 18、 15（包括未示出的两个侧壁上的第一电加热器） 启动加热， 第二电加热器、 第三电加热 器和第四电加热器不启动加热 ； 当水的温度达到第一温度时， 底壁和每个侧壁上的所述的 第二电加热器开始启动加热， 底壁和每个侧壁上的所述的第一电加热器、 第二电加热器一 起加热， 底壁和每个侧壁上的第三电加热器和第四电加热器不启动加热 ； 当温度达到第二 温度时， 底壁和每个侧壁上的所述的第三电。

37、加热器开始启动， 底壁和每个侧壁上的所述的 第一电加热器、 第二电加热器、 第三电加热器一起对水进行加热， 底壁和每个侧壁上的第四 电加热器不启动加热 ； 当温度达到第三温度时， 底壁和每个侧壁上的所述的第四电加热器 开始启动， 底壁和每个侧壁上的所述的所有电加热器一起对水进行加热 ； 所述中央控制器 1 包括第二调节单元， 所述第二调节单元根据所述温度传感器测量的水的温度， 产生控制所 述水箱的调节信号。 0048 在实际加热的过程中， 只要水的温度低于第一温度， 则只启动底壁和四个侧壁的 第一电加热器， 如果水的温度在第一温度和第二温度之间时， 则同时启动底壁和四个侧壁 的第一电加热器和第。

38、二电加热器， 如果水的温度在第二温度和第三温度之间时， 则同时启 动底壁和四个侧壁的第一电加热器、 第二电加热器和第三电加热器， 当水的温度达到或者 超过第三温度时， 则所有的电加热器同时启动进行加热。 0049 当然， 本领域技术人员可以根据需要设定需要加热的最高温度， 例如设置温度输 说 明 书 CN 103542555 A 9 7/9 页 10 入控制板控制加热的温度。如果需要加热到第二温度， 则第三加热器和第四加热器不需要 启动， 只需要根据温度启动第一电加热器和第二电加热器即可。 0050 通过设置水箱内的电加热器， 可以实现水箱的独立加热， 也可以实现水箱辅助加 热。即当集热器输入。

39、的水温偏低， 水箱电加热器启动加热， 已达到所需的水温。 0051 所述温度传感器为多个， 都设置在内胆 5 内。如图 3 所示， 其中一个温度传感器 8 设置在内胆的热水出口位置， 用来测量出口热水的热水温度， 其中一个温度传感器 9 设置 在内胆的冷水入口位置， 用来测量入口冷水的水温， 其中至少一个温度传感器 10 设置在水 箱内胆的其他位置， 用来测量水箱内胆 10 内水的温度， 例如如图 3 所示的设置在内胆 5 的 底部。 所述调节单元通过多个温度传感器测量的温度的平均值来产生控制所述电加热器的 调节信号。 0052 虽然图 4 中的温度传感器的数量为 3 个， 实际上， 温度传感。

40、器的数量不局限于 3 个， 例如热水器热水出口位置、 冷水入口位置以及其他位置处的传感器的数量都可以是两 个以上。通过设置多个温度传感器可以增加水温的测量准确性。 0053 当然， 本领域技术人员也可以根据需要选择将温度传感器设置在热水入口管和 / 或冷水出口管上， 与设置在内胆的温度传感器一起来计算测量温度的平均值。 0054 为了保证内胆的水的温度达到预定温度， 中央控制器能够根据内胆水温、 集热器 出水口的水温和流入内胆的流量控制第二流量控制器的流速。例如， 当内胆中的水温温度 偏低而集热器的水温温度偏高， 则可以提高集热器的出口热水流入内胆的速度， 反之， 则可 以适当降低从集热器流入。

41、内胆的水的流量。因为水箱的入口还可以连接外部水源 （如自来 水水源） ， 如果集热器水温偏高， 则还可以通过加大外部水源的流入速度来降低水箱中的水 温。 0055 如果集热器水温也偏低， 则可以启动集热器和 / 或水箱中的电加热系统， 通过电 加热系统辅助加热， 提高水温， 如果加热器水温偏高， 则可以通过加大加热器的入水口的流 速来降低温度， 也可以通过加大外部冷水源的流速来降低水箱的水温， 或者可以采取集热 器和水箱同时入口冷水的流速来降低水箱和集热器中的水温。 0056 此外， 为了控制外部冷水源的流速， 可以在外部冷水源的管道上设置流量控制器、 流量传感器， 用于检测外部冷水源的管道上。

42、的流速和控制流量， 以便控制进入内胆的外部 水源的流量。 0057 如图 4 所示， 所述的第一侧壁的电加热器沿水箱内胆的高度方向分布， 其中从水 箱内胆下部往上依次是第四电加热器5、 第二电加热器3、 第一电加热器2、 第三电加热器4。 其他侧壁的电加热器的设置与第一侧壁的设置相同。 0058 所述的每个侧壁上的电加热器沿水箱内胆的高度呈直线分布， 在高度方向上， 第 二电加热器 3 与第一电加热器 2 是第一电加热器 2 与第三电加热器 4 距离的 0.8-0.9 倍， 第四电加热器 5 与第二电加热器 3 的距离是第二电加热器 3 与第一电加热器 2 距离的 0.7-0.75 倍。其他侧。

43、壁的电加热器的设置与第一侧壁的设置相同。 0059 第四电加热器 5 的功率大于第三电加热器 4 的功率， 第三电加热器 4 的功率大于 第二电加热器 3 的功率， 第二电加热器 3 的功率大于第一电加热器 2 的功率。其他侧壁的 电加热器的设置与第一侧壁的设置相同。 0060 所述冷水入口 6 设置在底壁上的底壁与侧壁连接的位置附近， 底壁的电加热器距 说 明 书 CN 103542555 A 10 8/9 页 11 离水入口管 6 距离由近及远的分布为 ： 第四电加热器 17、 第二电加热器 16、 第一电加热器 15 和第三电加热器 14。 0061 底壁上中， 第四电加热器17的功率大。

44、于第三电加热器14的功率， 第三电加热器14 的功率大于第二电加热器 16 的功率， 第二电加热器 16 的功率大于第一电加热器 15 的功 率。 0062 通过上述的位置和功率的设置， 可以提高水的加热的均衡性， 保证各壁面温度提 升的一致性。 0063 所述的水箱还包括水位控制器 （图 3 未示出） 、 流量控制器 12、 流量传感器 11， 水位 控制器、 流量控制器 12、 流量传感器 11 与中央控制器 1 通讯连接， 流量传感器 11 和流量控 制器 12 设置在热水器入口管 6 上， 所述流量传感器 11 用于测量流入水箱内胆 5 的水的流 量 ； 所述的流量控制器 12 用来控。

45、制热水器入口管 6 上的水的流速， 所述水位控制器用于测 量水箱内胆的水位， 并将测量结果传递给中央控制器 1， 中央控制器 1 根据测量的水位和流 量来控制流量控制器 12 的流速， 中央控制器 1 还可以根据水温和流量控制流量控制器 12 的流速。例如， 如果水箱内的水温超过了用户的需求， 则通过设置增加水的流量在降低水 温， 同理， 如果水箱内的水温低于用户的需求， 则可以通过减少水的流量来保证水的快速加 热。用户的需求可以通过用户界面 （未示出） 进行设置。如果水位下降， 则通过控制增加流 速来增加进入内胆的水的流量， 如果水位过高， 则通过降低或者停止水的流速来减少或者 避免进入内道。

46、的水流量。 0064 如图 5 展示了第一侧壁的电加热器沿水箱内胆的高度错列分布。当然每一个侧壁 和底壁上的电加热器都可以采用如图 4 所示的错列分布， 所述的每个侧壁上的电加热器沿水箱内胆的高度呈直线分布， 如图 5 所示， 所述直线 与侧壁的中线的夹角为 30 45 （图 5 所示的两条虚线所成的角度） 。当然底壁上的电加 热器都可以采用如图 5 所示的错列分布。 0065 通过上述的电加热器位置设置， 可以提高水的加热的均衡性， 保证各壁面温度提 升的一致性。 0066 在实际应用中， 还可以设置防烧干装置， 以保证进行加热的电加热器都浸泡在水 中。如果电加热器没有浸泡在水中， 则电加热。

47、器自动停止加热， 防止干烧。等水位上升淹没 电加热器时再进行加热。 0067 铝合金层的铝合金的组分的质量百分比如下 ： 6.0 Cu ， 0.9 Mg ， 0.6 Ag ， 0.8 Mn ， 0.13 Zr ， 0.1 Ce ， 0.10 Ti， 0.15 Si， 其余为 Al 。 0068 铝合金的制造方法为 ： 采用真空冶金熔炼， 氩气保护浇注成圆坯， 经过 600均匀 化处理， 在 400， 采用热挤压成棒材， 然后再经过 580固溶淬火后， 在 200进行人工时 效处理。合金的抗拉强度 b ： 室温 550MPa， 200 440MPa， 300 -230MPa。 0069 电加热器。

48、由电热合金组成， 所述电热合金的质量百分比如下 Ni 34 ； Cr 18 ； Al 5 ； C 0.05 ； B 0.006 ； Co 2 ； W 4 ； Mo 4 ； Ti 2 ； Nb 0.1 ； La 0.2% ； Ce0.2 ； Fe 余量。 0070 电热合金的制造方法为 ： 通过在真空感应炉中按照电热合金的成分熔炼浇注成 锭， 然后在 1200 -900将合金锭热锻成棒材， 在 1200 -900热轧成盘材， 再在室温冷 拔成不同规格的丝材。 说 明 书 CN 103542555 A 11 9/9 页 12 0071 为了代替广泛使用的NiCr系Cr20Ni80合金， 而制造了低成本的电热合金， 合金的 抗氧化性与 Cr20Ni80 对比如下 ： 虽然本发明已以较佳实施例披露如上， 但本发明并非限定于此。 任何本领域技术人员， 在不脱离本发明的精神和范围内， 均可作各种更动与修改， 因此本发明的保护范围应当以 权利要求所限定的范围为准。 说 明 书 CN 103542555 A 12 1/3 页 13 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103542555 A 13 2/3 页 14 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 103542555 A 14 3/3 页 15 图 5 图 6 说 明 书 附 图 CN 103542555 A 15 。