[发明专利]分段快速加热流体

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求申请日为2008年2月11日、申请号为2008900634的澳大利亚临时申请的优先权，所述临时申请的内容通过引用加入本文。

技术领域

本发明涉及用于快速加热流体的装置、系统和方法，更特别地，涉及使用电能快速加热流体的装置、系统和方法。

背景技术

在发达国家的大量居民和商业房屋内安装有各种形式的热水系统。在许多国家，最普遍的用于加热水的能源是电能。

当然，众所周知的是通过燃烧化石燃料产生电能会引起污染和全球变暖。例如，在1996年，美国最大的电能消耗部门是居民家庭，这些家庭对20％的二氧化碳排放负有责任。来自电能消耗部分的所有二氧化碳排放中的63％直接归因于生产电能的部分燃烧化石燃料。

在发达国家，电能目前被认为是居民房屋的实际必需品，并且从1990年每个家庭的电能消耗每年约增长1.5％，家庭部分在电能消耗上的预计增长已经成为关于二氧化碳排放稳定性和满足东京协议目标的争论的焦点。

从1982年至1996年美国家庭数量每年增长1.4％，而同时期居民的电能消耗每年增长2.6％。因此，到2010年美国家庭数量预计每年增长1.1％，而同时期居民的电能消耗预计每年增长1.6％。

1995年估计全球约4千万的家庭使用电热水系统。最普遍的电热水加热系统包括储罐，在储罐内随着时间水被慢慢地加热到预定的温度。由于水从储罐内抽出并使用冷进水补充，储罐内的水保持预定的温度。通常，储罐包括连接到主电源的沉入水中的电阻加热元件，电阻加热元件的运行通过温度调节设备或温度检测设备来控制。

由于电热水储蓄系统的运行原理是储蓄并加热水至预定的比使用所需的温度更高的温度，即使用户至到将来的某个时间不需要热水，所以电热水储蓄系统通常被认为是低能效的。由于热能从储罐内的热水中流失，就要进一步消耗电能来再次加热所述水至预定的温度。最终，用户在相当长的时间内不需要热水。但是，在这段时间内，很多电热水储蓄系统持续消耗电能加热热水以备用户在随时需要热水。

在短时间内快速加热水使得水温达到预定的水平能够使得系统避免存储热水所必然出现的低效率。使用气体(例如天然气或LPG(液化石油气))和电能作为能源的快速加热或“即时”热水系统目前是可利用。在使用天然气和LPG的情况下，它们是特别适合快速加热流体的燃料源，因为这些燃料的引燃能够给予流体有效的热能传递，并且流体的温度能在相对短的时间内在可控的条件下上升到令人满意的水平。

但是，虽然可使用天然气燃料源来快速加热水，但这些燃料源不是总能容易地得到。相比较而言，发达国家的大多数家庭能容易地得到电能供应。

还有其他现有的“即热式”电热水系统。一种加热方法被成为热金属丝系统，其中金属丝被设置在电绝缘的环境或外壳内。运行时，水与所述金属丝或金属丝外壳接触并且非常接近所述金属丝或金属丝外壳来通过所述环境或经过金属丝外壳。结果给予电压的金属丝加热并传递热量给水。通常通过监测水的输出温度并且将其与预先设定的温度相比较来实现控制。根据所监测的水的输出温度，向金属丝施加控制电压，直至水的温度达到期望的预先设定的温度。

虽然热金属丝型的系统避免了热水储蓄引起的能量低效率，但不幸会出现许多的其他缺点。特别地，必需要把金属加热至比其周围水温度更高的温度。这会引起以不同浓度出现在水中的溶解盐(例如碳酸钙和硫酸钙)形成水垢的不利影响。与水直接接触的金属丝或外壳的热区域为这些水垢的形成提供了很好的环境，这些水垢导致金属丝或外壳被“包裹”并因此减小金属丝向周围水热传递的效率。由于水管的直径通常相对比较小，水垢的形成也能减小通过水管的水流。另外，为了有效运行，热金属丝型的系统需要相对高的水压，因此这些系统在水压相对低或在使用高峰期水压频繁下降的区域使用没有效率。

另一种可能的即热式热水系统是运行方式类似变压器的电磁感应系统。在这种情况下变压器的二次绕组内所感应的电流引起二次绕组被加热。此处所产生的热量由循环水被分散，该循环水流经围绕二次绕组的水套。所述被加热的水然后被分配到所述系统以供使用。通常通过监测来自水套的水的输出温度以及将其与预先设定的温度相比较来实现控制。根据监测到的水的输出温度，可变化施加到初级绕组上的电压(该电压改变二级绕组内所感应的电流)，直至水的温度达到预期的预先设定的温度。