贮水箱式热水器的加温系统 本发明涉及贮水箱式热水器的加温系统，该系统使贮存在贮水箱中的水处于比较高的温度以便满足用水管理和抑制细菌生长的需要，同时要将供给使用者的水加热到没有烫伤危险的温度。
在直耗式系统，例如在提供生活用水时通常使用的系统中，可以通过把水的最大加热温度固定在60℃这样比较低的温度下来最大限度地减小烫伤的危险。这样做的缺点是在不冷不热的水温下会有助于细菌的生长；此外，当需要频繁地再加热时，上述做法很浪费。
为了克服这些缺点，迄今已经提出了多种用于贮水箱式热水器的加温系统。其中在Perlman等人的U.S5,115,491号专利中公开了这样一种系统，该系统进一步的优点在于它能够改善原有的传统热水器系统。
上述Perlman等人的专利中所公开的加温系统是这样一种系统，其包括：带有加热装置的贮水箱，根据需要把热水送到配水系统的排水装置，和根据需要把贮水箱再装满的冷水给水装置。排水装置和冷水给水装置通过热交换器相连以便在排出的热水和进入贮水箱地冷水之间进行热交换。当从水箱中排出的水的温度低于某个值时，将启动阀门使进入的冷水绕过热交换器。
本发明是对Perlman等人所提系统的改进，本发明的系统使贮存在贮水箱中的水保持中温，该温度略低于已有系统中所需的温度但仍然能适应用水和抑制细菌生长的需要，同时能提供避免出现烫伤危险的热水。
按照本发明，在所述类型的加温系统中，冷水给水装置包括：第一水管，其穿过热交换器并吸收从水箱中排出的热水的热量，第二水管，其绕过热交换器并与水箱的下部区域连通以便直接向水箱输送冷水，和三通分流阀，其把第一水管和第二水管与一个共用总入口彼此内连。可以根据从贮水箱中排出的水的温度来控制分流阀以便在第一和第二水管之间均匀地分配冷水流。用温度传感器来测量从水箱中排出的热水温度。
在本发明的优选实施例中，分流阀是一个三通平衡液压阀，它具有三个工作位置，即，第一位置，在该位置上由于温度传感器测得的水温高于最大设定值，所以分流阀打开第一水管而关闭第二水管；第二位置，在该位置上由于温度传感器测得的水温低于最小设定值，所以分流阀关闭第一水管而打开第二水管；和中间位置，在该位置上由于测得的水温在最大和最小设定值之间，分流阀均分第一水管和第二水管之间的冷水流。
下面将参照附图举例说明本发明的优选实施例。
图1是本发明所述电动操作的直耗式家用热水加温系统的示意图；
图2表示与图1相同但改变了进水口接头的加温系统；
图3是表示与加热器电连接的示意性线路图。
如上所述，本发明的加温系统是对Perlman等人的U.S5,115,491号专利中所述系统的改进，该专利在此引用作为参考。如图1所示，热水贮水器10中装有分别设在水箱贮水空间下部和上部区域内的电热元件11、12，加热元件象下文所述那样与电源30相连以便加热水箱中的水。用例如玻璃纤维等绝缘材料14包住水箱10以便把所存热水的热散失减至最小。
该系统设有一个与贮水箱上部区域连通的排水管15，其用于根据需要向配水系统16输送热水，还设有根据需要将水箱再次灌满的冷水给水装置17、18，以及将排水管15和冷水给水装置连起来以便把从水箱中排出的热水热量传送到进入水箱的冷水中的热交换器19。按照本发明，冷水给水装置包括第一给水管17和第二给水管18，如下所述，这两个给水管通过一个分流阀21与一个共用主入口20相连。
把热交换器装在冷水给水管17和排水管15之间。热交换器19最好是上述Perlman等人的专利中描述的那种铜板热交换器。两个水管15、17穿过热交换器，热交换器上设有用于在排水管15和第一给水管17之间传热的传热介质，这样两个水管就不会直接接触而是彼此隔开。由水管15、17通过热交换器传输的最佳水流是并流，也就是说，是相同方向的水流。
按照流过热交换器的顺序，对排水管15中的热水进行加热，并用传输到第一给水管17的热量使进入的冷水加温。最好是使传热进行的完全并使从热交换器排出的水在两个水管中处于相同温度。
通过具有致动器22的分流阀21把给水管17、18连接到共用主入口20上，致动器响应安装在水箱10上的温度传感器信号并受该传感器的控制。把温度传感器装在合适的位置上使之对水箱上部区域中的水温作出反应。分流阀最好是一个三通平衡液压阀，例如由Honeywell生产的VC系列阀。该阀具有一个与共用主入口20直接相连的主入口，一个与第一给水管17相连的第一出口，和一个与第二给水管18相连的第二出口。分流阀21具有三个工作位置，各工作位置由致动器20根据温度传感器23测得的热水温度进行确定。即，当由温度传感器23测得的水箱上部区域中的水温上升到高于最大设定值时，致动器把阀移到第一工作位置，在该位置上打开第一给水管17并关闭第二给水管18从而使引入的所有冷水流过热交换器19。当由温度传感器23测得的水箱上部区域中的热水温度低于最小设定值时，将阀移到第二工作位置，在该位置上关闭第一给水管17并打开第二给水管18以便使引入的所有冷水流过给水管18。给水管18绕过热交换器19并与水箱入口24相连，该入口与水箱10下部区域连通从而能把引入的冷水直接输送到水箱中。
当温度传感器23指示的热水温度处于最大设定值和最小设定值之间时，分流阀21移到中间位置，在该位置上分流阀将引入的冷水流分到第一和第二给水管。
第一给水管17终止在贮水箱空间13中上下区域之间的中间区域上，而且在该给水管的终止端上装有终端漫射器25，漫射器将引入的预热水漫射到中间区域中。
作为防止可致烫伤的水进入配水系统的一个附加安全特征，在热交换器19和配水系统16之间的排水管15中设置了独立的安全截流阀26和温度传感器27。当提供的水超过最大设定温度值时，截流阀26将响应温度传感器27的信号并关闭排水管15，由此中止向配水系统供水。
现在参照图2，将电源30连接到高温极限控制温度调节器31上，当检测到水箱10中的水超过设定的最大极限温度时，温度调节器31将自动切断电源30。在生活用热水供应系统中的这个最大极限温度是根据政府标准确定的。在北美洲，通常把生活用热水器的标准定为90-96℃(194-205°F)，但是工业系统并不受此限制，如果用合适的材料来制作水箱则可以将最大极限温度设得更高。
连接到加热元件和12上的电源与双掷或双稳态多谐振荡继电器32连通，继电器与温度调节器相结合以便在水箱中水的温度降到最小设定值，即，一般为50-60℃(122-140°F)以下时断开其与其中一个加热元件的连接。
一次只启动一个加热元件或12。通常是使元件12工作直到将水箱中的水加热到温度调节器31的设定点。然后温度调节器启动继电器32使电源与元件12之间断开，并且将电源与温度调节器33接通。
按照本发明，通过一个常闭合式断路继电器34形式的用水控制装置把继电器32连接到下部的温度调节器33上。闭合时，断路器能够使温度调节器33工作以检测贮水箱中元件11周围的水温，并且当水温降到最小设定值即一般为50-60℃(122-1400F)以下时启动元件11。断开时，断路器34与调温器33断开，从而间接地使元件11中止启动。
总之，该系统是按以下方式工作的。在非最大值期间，通过由下部的温度调节器33控制的下部加热元件11把贮水箱10中的水加热到75℃。在排放热水时，从水箱10中排出的水流经排水管15、热交换器19和截流阀26。只要由温度传感器27测得的流过截流阀26的水温低于65℃，截流阀将保持断开状态，而一旦温度超过65℃，截流阀将闭合。来自共用主入口20的冷水必须流过分流阀21。如果由温度传感器23测得的热水温度高于77℃，则通过给水管17把引入的冷水转向热交换器，在此对来自水箱10的原有热水进行加热。如果水温在63℃和77℃之间，分流阀21将移至中间位置上，以便在两个给水管17、18之间分配引入的水流。如果从水箱中排出的水温低于63℃，分流阀将移至第二工作位置，在此位置上通过第二给水管18把引入的所有冷水都送到水箱入口24。
在最大值期间，通过定时控制开关34切断供给下部加热元件11和温度调节器34的电源。如果由上部温度调节器32测得的水温低于50℃，则启动上部加热元件12把元件上面的水加热到50℃。
如果水箱上部的水温升到94℃以上，则启动限高温温度调节器切断供给加热元件的电源。断开供给加热元件的电源之后，分流阀21和安全截流阀26将保持在电源切断前所处的位置上。定时控制器上带有为延续的周期保持时钟时间的备用电池，这样可以在再次接通电源时确保热水器能重新进行正常工作。