用于欧姆加热流体的装置的制作方法

本申请是2019年4月30日提交的美国专利申请No.16/346,354的部分延续申请，该美国专利申请No.16/346,354是2017年11月6日提交的PCT国际申请No.PCT/US2017/060192的国家阶段，该PCT国际申请No.PCT/US2017/060192转而要求2017年2月13日提交的美国临时专利申请No.62/458,201的权益，和2016年11月7日提交的美国临时申请No.62/418,493的权益，其公开通过引用并入本文。

背景技术

本公开涉及欧姆流体加热装置及加热流体的方法。欧姆流体加热器可用于加热导电流体，例如饮用水。这种加热器通常包括多个相互间隔开的电极。这些电极与待加热流体接触，从而使得流体充满相邻电极之间的空间。两个或更多个电极与电源连接，使得不同的电势施加到不同的电极上。例如，在使用普通交流电源(例如可从家用电插头获得的电源)操作欧姆加热器时，将会有至少一个电极连接到一个带有交流电势的极上，而至少一个其他电极将会连接到带有中性极或接地极的相反极上。电流通过电极之间的至少一个空间的流体在电极之间流动，并且电能通过流体的电阻转化为热能。

控制加热器的电能转化为热能的速率(加热速率)是被期望的，以实现被加热流体可以达到期望温度。研究人员提议，通过机械地将电极彼此更靠近地移动从而改变电极之间的电阻来改变加热速率。然而，上述布置需要复杂的机械元件，如暴露在流体中的移动部件。除此之外，很难使这种机械结构快速响应以应对快速变化的条件。例如，若欧姆加热器用于“瞬时加热”布置，以加热供应给诸如淋浴头等卫浴设备的水，当设备在使用时，水会不断地通过加热器直接进入该设备。如果用户(例如通过打开设备上的阀门)突然增加水的流速，加热器应迅速反应，以增加加热速率，从而将供应到设备的水保持在基本恒定的温度。

还提出提供具有电源开关和大量电极的欧姆加热器以选择性地将不同的电极连接到电源的极。例如，电极阵列可以以电极之间具有空间的线性布置设置。该阵列包括位于阵列的端的两个电极和两个端电极之间的多个中间电极。为了提供最小的加热速率，端电极连接到电源的相反极，中间电极与电源极隔离。电流从一个端电极通过第一空间中的流体到达最近的一个中间电极，然后通过下一个空间中的流体到达下一个隔离电极，依此类推，直到它到达最后一个中间电极，并从最后的中间电极流动到另一个端电极。因此，所有空间内的流体在两个端电极之间串联电连接。这种连接方案提供了电源的极之间的高电阻和低加热速率。

为了最大的加热速率，所有的电极都连接到极，使得每个电极都连接到其下一个最近的相邻电极的相反极。换句话来讲，电极中的备用电极连接到热极和中性极。在这种情况下，每个空间中的流体直接连接在电源的极之间，且与每个其他空间中的流体并联。这种连接方案提供了极之间的最小电阻。可以通过将各种电极组合连接到电源的极以实现中间加热速率。例如，在一个这种连接方案中，中间电极中的两个连接到电源的相反极，且其余电极与电源的极电隔离。被连接的中间电极被一些其他的中间电极和空间彼此隔开，从而使得只有少数空间中的流体在极之间串联连接。这种连接方案提供的极之间的电阻高于最大加热速率方案中的电阻，但低于最小加热速率方案中的电阻。对于具有已知电导率的流体，不同的连接方案将在极之间提供不同的电阻，从而提供不同的加热速率。因为一个已知连接方案的电阻随着电导率的增加而减小，因此在本文中称为“比电阻”的参数在本公开中用于表征具有通过流体电连接的元件的电路或电路中的一部分。比电阻是电路或电路的一部分的电阻与电路中流体的电阻率之比。

通常，开关是可电控开关，例如半导体开关元件(如晶体闸流管)。这种类型的欧姆加热器可以在连接方案之间快速切换，从而实现了不同加热速率之间的切换。这种加热器不需要任何与流体接触的移动部件来控制加热速率。然而，这种类型的欧姆加热器只能从一组由电极的物理配置确定的比电阻中进行选择，从而逐步选择加热速率。在某些条件下，可用的加热速率可能与产生所需流体温度的加热速率不匹配。对于在一系列不同条件下使用的加热器，例如导电性差异很大的流体，以不同速率流过加热器的流体的不同流速，不同的流体入口温度和不同的流体出口温度，这些缺点将会呈现的更加明显。例如，如果加热器提供一组最高比电阻与最低比电阻之间的不同比电阻，则只有可用的比电阻的小的子集会在用于调节特定流体的温度的范围内，其中，最高比电阻能够利用具有相对高的电导率的流体提供低加热速率，最低比电阻能够利用具有低电导率的流体提供高加热速率。增加更多的电极会增加加热器的成本和尺寸。此外，附加电极能够产生冗余连接方案，从而使得不同的连接方案在电源的极之间提供相同的比电阻，对于这种情况，附加电极没有任何好处。

在美国专利7，817，906和8，861，943中公开了该问题的一种解决方法，其公开的内容通过引用并入本文。如这些所公开的，以在相邻电极对之间具有非均匀比电阻的布置方式设置电极，例如以非均匀间隔的方式设置电极，能够提供适合在大范围条件下操作的欧姆加热器。理想地，相邻电极对之间的比电阻被选择，使得对于给定电导率的流体，使用不同连接方案的可用的功率档位包含了在非常宽的范围内延伸的一系列非冗余比电阻。例如，这种加热器可以以大体对数级数形式提供60或更大的比电阻，即一些列比电阻，从而使得每个比电阻和下一个较低比电阻之间的比率基本上恒定。这种布置提供了一种有效的解决方法，该解决方法已在商业上用于要求严苛的应用中，例如用于家用热水的瞬时加热器。

然而，仍然需要进一步改进。例如，在上述‘706和‘943专利中公开的加热器的商业实施中已经使用了导电板形式的电极，这些电极设置在绝缘外壳中，使得板将外壳的内部细分为通道。外壳包括引导流体通过这些通道的通路。虽然这种布置对于中等规模的可批量生产的加热器(例如用于私人住宅或个人公寓的家用热水器)效果良好，但并不是大型工业和商业加热器的最佳选择。此类加热器通常是按照定制尺寸制作以适合应用。设计和制造复杂绝缘外壳以适应定制布置所需的特定电极设置的成本可能是巨大的。此外，如果组件经受工业和商业加热器中可能遇到的诸如极端压力和温度之类的条件，组件可能会被损坏，并且可能难以修理或更换。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施例的加热器的剖视示意图；

图2是了图1的加热器中的电路的示意图；

图3是根据本发明另一实施例的加热器的透视示意图；

图4是图3中沿线4-4的局部剖视图；

图5是根据本发明另一实施例的加热器的剖视示意图；

图6是根据本发明又一实施例的加热器的剖视示意图；

图7是本发明另一实施例中的电路的示意图；

图8是与图7的电路一起使用的加热器的剖视示意图；

图9、10、11和12是示出了图8的加热器的操作中使用的某些连接模式的示意图；

图13是根据本发明的另一实施例的加热器中的电极阵列的示意图。

具体实施方式

根据本发明的一个实施例的一种加热器包括外壳20和在附图的平面内在外壳内延伸的多个棒状电极，这些电极被设置为不规则二维阵列。如图1所示，这些电极为圆柱体，因此如图1中的横截面所示这些电极为圆形。在这个不规则阵列中，每个电极均具有多个相邻电极。例如电极22a、22b、22c和22d均与电极22e相邻。除另有说明，本文所用的棒状或圆柱形电极的位置是指电极的轴的位置。电极22b、22c、22d、22f和22g为本文所提及的“外电极”，因为它们共同限定了阵列的外边界24。如本公开所提及的，阵列的外边界24是由虚构的直线的最短可能组合构成的多边形，从而使得所有电极的轴位于外边界内或外边界上，其中虚构的直线在轴之间在垂直于一些电极22的轴26的平面中延伸。相比之下，电极22e、22a和22h为本文所提及的内电极，因为它们的轴26位于外边界24内，但不在外边界24上。

在图1所示的不规则阵列中，电极彼此之间具有许多不同的距离。图1的阵列是二维不规则的，因为在图1中，在垂直于电极的轴的两个方向上，电极的轴之间的间隔由箭头X和Y表示。

加热器包括电路(如图2所示)，该电路包括导体38和40形式的两个极的电源36。这些导体连接至电源(例如公用电源)。这些导体被布置为使得在操作中可将不同的电势施加至极38和40。例如，导体40可以是接收中性电压的中性导体，该中性电压通常接近接地电压，而半导体38可以是用于接收公用电源提供的交流电压的“热导体”。该特定电源是单相电源，因为仅使用一个交流电压。电源开关48连接在电极22和电源36之间，电源开关48被布置为使得每个电极均可以连接到极38和40中的一个或与极隔离。如在本公开中所使用的，术语“开关”包括可以手动致动或由诸如继电器等装置致动的机械开关，并且还包括可以被致动以在具有非常高阻抗的非导电状态和具有非常低阻抗的导电状态之间切换的固态装置。固态开关的示例包括三段双向可控硅开关元件、MOSFET、晶闸管和IGBT等元件。在所述描述的特定布置中，两个单独的单极开关与每个电极22相关联，每个开关可操作以使得相关联的电极与不同的极连接，并且当两个开关都打开时，电极与两个极隔离。然而，这种布置可以由任何其他电等效的开关布置代替。

在操作中，导电流体，例如饮用水一类的导电液体流过外壳20，使得流体填充外壳内的空间并与电极22的表面接触。一个或更多个电极22通过电源开关48与热极38连接，而一个或更多个电极22与中性极40连接，从而使得电流通过容纳在外壳中的流体在不同的极之间流动。电流与两极之间的电阻成反比地变化。极之间的电阻取决于所有电流路径的比电阻，这些电流路径通过连接到不同极的成对电极之间的流体形成彼此并联的导电路径。此外，在这种布置中，在一个给定的电极和每一个间隔的电极之间存在通过流体的导电路径。例如，如果只有电极26c和22g被连接到相反的极，电流将会在这些电极之间流动。因为其他电极，例如电极22e和22h被设置在流动的电流路径中，并且这些电极是导电的，因此一些电流将会流过这些电极，并且电极22c和22b之间的电流路径的比电阻将明显不同于不存在电极22e和22h的假设系统。如果仅有相邻的电极22c和22b连接到相反的极，电流将在这些电极之间流动。电流流过腔室内的所有流体，但这种流动的主要流动路径位于连接两个电极的直线附近。因此其他电极(诸如电极26e)的存在将在一定程度上影响电流，但是与前面示例中的电极22e和22h的影响相比，这种影响很小。因为不同电极之间通过流体的距离彼此不同，并且其他电极的影响也不同，因此不同对的两个电极之间的比电阻彼此不同。在这一方面，内部电极有助于在极38和40之间提供大范围的比电阻，这可以通过将不同的电极连接到极上来形成，从而使得加热器可以提供大范围的加热速率和大量的在这个范围内的不同的加热速率。可以在紧凑的单元中提供这种大范围的加热速率。特别地，该组件在横向于电极的轴线的尺寸可以是紧凑的。这在待加热液体处于压力下以使得容纳电极的外壳必须是压力容器的情况下尤其理想。承受给定压力所需的压力容器的壁的成本和重量随着容器横截面尺寸的增加而增加。

上述所讨论的加热器还包括可选的控制电路56(如图2所示)。尽管本文示出并讨论了特定的控制电路，但是应当理解的是，加热器可以通过手动控制开关来进行控制，并且控制电路是可省略的。特定控制电路56包括控制处理单元58和用于检测加热器的一个或更多个操作参数的一个或更多个传感器。在一个示例中，一个或更多个传感器可以仅包括出口温度传感器(未示出)，该出口温度传感器通过物理方式安装在外壳20的出口中或出口附近，以检测从加热器排出的流体的温度。温度传感器可以包括常规元件，诸如一个或更多个热电偶、热敏电阻和电阻随温度变化的电阻元件。控制处理单元58与电源开关48连接，以使得控制处理单元58能够致动开关以提供所讨论的各种连接方案。控制处理单元可以包括存储器70，如非易失性存储器、随机存取存储器或其他常规存储元件。存储器理想地存储可通过开关的操作获得的各种连接方案中的至少一些数据。每个连接方案的表中的数据可以包括用于每个电源开关48的设置以形成特定连接方案，以及明确或隐含地指定存储的连接方案按其比电阻排序的数据。例如，每个连接方案的数据可以包括该连接方案的极之间的比电阻，或等效数据(如各种连接方案的电阻值或电导率值)，所有这些数据都是针对空间充满给定的电导率的流体的情况测量或计算的。或者，显式数据可能只是每个连接方案的序数。在隐式排序的示例中，指定每个连接方案的开关设置的数据可以存储在存储器内的地址处，使得位于最低位地址的数据指定具有最低比电阻的连接方案的开关设置，数据在下一个最低位地址指定具有下一个最低比电阻的连接方案的数据，依此类推。

控制处理单元58还包括与存储器70连接的逻辑单元72，逻辑单元具有一个或更多个例如通过被设置为将逻辑单元提供的信号转换为适当的电压或电流以驱动开关的常规驱动器电路(未示出)连接到电源开关48的输出端。逻辑单元可以包括被编程为执行本文讨论的操作的通用处理器、硬连线逻辑电路、可编程门阵列或能够执行本文讨论的操作的任何其他逻辑元件。尽管本文使用了术语“单元”，但这并不要求构成单元的元件设置在各自的位置。例如，控制处理单元的部分或逻辑单元的部分可以设置在物理上分开的位置，并且可以通过任何通信介质彼此可操作地连接。

在操作中，控制单元可以通过检索具有最高比电阻(最低加热速率)的连接方案的开关设置数据并相应地设置开关来启动加热器运行，以使得该连接方案被设置为使用中的第一连接方案。在启动后，控制单元定期将出口温度传感器确定的流体的出口温度与设定温度进行比较。若出口温度低于设定点温度超过预设容差，控制单元检索比电阻比当时使用的连接方案低一级的连接方案的开关设置数据，以提供更大的加热速率，并相应地设置开关。这个过程循环重复，直到出口温度达到设定点。若出口温度高于设定点超过预设容差，控制单元在下一个循环中选择比电阻高一级的连接方案，以降低加热速率。以这种方式，控制电路最终会以一定的加热速率稳定下来，该加热速率使流体达到所需的输出温度。理想地，当施加到电源的热极38的交流电压为零或接近零时，控制系统致动开关以改变控制方案。这种过零时段在传统交流波形的每个周期内发生两次。这种设置使开关瞬变和电噪声的产生最小化。在一些其他的实施例中，控制逻辑可以使用测量的极之间的电流和测量的液体的流速来确定加热器内的预测温度增长，并将预测温度增长与进入加热器的液体的测量入口温度相加以达到预测出口温度。若预测的出口温度低于设定点温度超过预设容差，则控制逻辑切换到具有较低比电阻的连接方案以增加电流。如果预测的出口温度高于设定点温度，则控制逻辑采取相反的动作。

加热器的电路可任选地包括一个或更多个分流母线52和分流开关50，分流开关50可操作以将每个电极连接到一个或更多个分流母线，并断开每个电极与一个或更多个分流母线的连接。每个分流母线可用于在任何两个未连接到极的电极之间建立低电阻导电路径。在上面的示例中，只有电极22c和22g连接到电源的相反极，其他电极与电源的极断开并且也与分流母线断开，电流路径的比电阻也是相对较高的。然而，若电极22h和22e均与分流母线相连，导电路径将是两条平行路径的组合，即如上所述从电极22c直接到电极22g的第一路径，以及从电极22c到电极22e，通过分流总线到电极22h并从电极22h到电极22g的第二路径。因为分流开关50和分流总线52具有非常低的阻抗，通过电极22e和22h以及分流总线的路径将占主导地位。在这种情况下，电极22c和22g之间的比电阻将会低的多。在包括分流总线的情况下，提供了还具有不同比电阻的附加的连接方案。这些附加的连接方案被包括在控制单元56的存储器70中存储的指定各种连接方案和各种连接方案的比电阻的数据中，并且控制单元被连接到分流开关52，从而使得控制单元能够根据需要打开和关闭分流开关。

棒状电极极大地简化了加热器的结构。例如，如图3所示，外壳可以是具有一对端壁104和106的细长中空体102。圆柱形电极122延伸穿过端壁104中的孔108(图4)。虽然为了清楚说明在图3中仅描绘了两个圆柱形电极122，但实际上电极阵列理想地包括彼此平行延伸且平行于体102的伸长轴110的多个电极。电极可以通过以期望的配置形成孔108而被简单地定位在任何期望的阵列中，这有助于定制特定应用的加热器。不需要复杂的挡板系统来引导流体通过电极之间的单独的通路。中空体的端壁可以由绝缘材料(如高分子聚合物)构成，也可以由导电材料(如金属)构成，并且装备有在孔108内的绝缘套管(未示出)。电极的暴露端125可以被容易地连接到电路。穿过端壁的单个电极可以通过通常用于固定诸如穿过壁的管的元件的任何公知技术被固定并密封到端壁。例如密封可以由位于电极上的凹槽128中的O形环126形成，并且可以通过电极上的螺纹(未示出)与孔108中的相应的螺纹(未示出)结合来固定电极。根据需要，电极能够被容易地拆卸、维修或更换。入口(未示出)和出口(未示出)设置在相对端壁104和106中以使得流体流经加热器的内部。

如图5所示，根据本发明的另一实施例的加热器包括在进入和离开图5所示的附图的平面的方向上彼此平行延伸的棒状电极322的阵列。在本实施例中，所述阵列部分是规则的，部分是不规则的。电极被设置在沿箭头“Y”表示的方向延伸的列301中和沿箭头“X”表示的方向延伸的并垂直于方向Y的行中，这两个方向都垂直于电极的轴。例如，电极322aa、322ab和322ac构成列301a，而电极322aa、322ba、322ca、322da和322ea构成行303a。每一行的电极被设置在Y方向的相同位置，电极在Y方向上彼此规则地隔开，以使得相邻行303之间在Y方向上的距离相等。每一列的电极被设置在X方向的相同位置。然而互相相邻列之间的距离C彼此是不相等的，以使得在X方向上列彼此不规则地间隔开。例如，列301a和301b之间的距离Cab要大于列301b和301c之间的距离Cbc。在图5所示的阵列中，设置在外列301a和301e中的那些电极，和设置在外行301a和301c中的那些电极构成了外电极并限定了阵列的边界，而那些即不设置在外行也不在外列的电极(电极322bb、322cb和322db)构成了边界内的内电极。

图5所示的阵列被设置在具有绝缘壁的外壳320中。在所描述的特定实施例中，外壳被设置使得通过加热器的液体主要在横向于电极的轴的方向(即这种情况下所描述的X方向)上流动，从入口307到出口309通过阵列。同样，不需要复杂的结构来引导流体通过阵列的各个空间。或者，流体可以大体沿平行于电极的轴的方向流动。

电极322被连接到与上述类似的电源，使得每个电极可以连接到电源的一个或另一个极，或者可以保持断开。在电源包括如上所述的分流母线的情况下，电源可以将与电极断开的两个或更多个电极连接到如上所述的分流母线。这种类型的阵列可以提供电流路径的多种组合，这些组合在电源的极之间提供多种不同的比电阻。

在如上所述的参考图5所讨论的阵列的变型中，列之间的一些或者所有间隔可以彼此相等。在所有间隔C都相同的极端情况下，该阵列是完全规则的阵列。然而，即使在这种情况下，也可以提供大量具有不同比电阻的导电方案。如上所述，结合图1所示的加热器，连接到电源的不同极的指定电极对之间的比电阻会受到其他电极的影响，并且这种影响会随着其他电极相对所连接的电极对的位置而变化。这种影响增加了阵列可以提供的不同导电方案的数量。例如在图5所示的阵列中，电极322aa和322ab之间的比电阻将不同于电极322ba和322bb之间的比电阻。后者电极对(322ba和322bb)具有四个紧邻的其他电极，而前者电极对(322aa和322bb)只有两个紧邻的其他电极。通常，彼此相距给定距离设置的一对外电极之间的比电阻将不同于彼此相距相同距离设置的一对包括一个或更多个内电极的电极之间的比电阻。这种影响在电极之间距离相对较小的紧凑阵列中更大。紧凑性的一种测量方法是相邻电极之间的平均距离。例如，平均距离可以小于单个电极平均直径的五倍，更期望小于单个电极平均直径的三倍，更期望小于单个电极平均直径的两倍。

本发明的另一实施例(图6)提供的加热器包括外壳420和棒状电极422的阵列，所述阵列具有设置在外圆401上的外电极，外圆401具有围绕中心轴410的半径RO。尽管为了清除说明将圆410示出为实线，但圆410是电极的轨迹，并不是物理结构。十二个外电极被提供，并以规则的圆周间隔α隔开，其中α＝30°。因此外电极限定了阵列的边界为规则的十二边多边形424，图6中仅描绘了其中的一部分。所述阵列还包括六个内部棒状电极423，内部棒状电极423以2α的规则圆周间隔设置在与外圆和中心轴410同轴的内圆403上，内圆的半径RI小于RO。内电极的第一个423a在围绕中心轴410的圆周方向上从外电极的第一个422a偏移α/2度。因此每一个间隔的内电极423也位于两个最接近的外电极的圆周位置之间的圆周位置中间。所有电极彼此平行地延伸并平行于中心轴410。同样在本实施例中，每个电极都可以连接到电源的任一极，或者保持与电源断开连接。在提供分流母线的情况下，与电源断开的电极可以连接到分流母线。同样，尽管该电极的阵列具有一定程度的规律性，但它在各种电极组合之间提供了大量独特的比电阻。在本设置的变型中，内电极423之间的圆周间隔、外电极442之间的圆周间隔或两者可以是完全或部分不规则的。在进一步的变型中，可以在阵列内添加另外的电极，并且这些电极可以布置在另外的圆上的位置处。在又一个变型中，内电极可以设置在与外圆不同轴的内圆上。

三相电力通常用于为耗电量在千瓦级或更高的大型工业和商业电气设备供电。用于三相电源的电源536包括三个极540、542和546，三个极540、542和546可连接到三相公用电路(未示出)以接收彼此相位偏移120°(即0°、120°和240°的相位角)的等幅交流电势。同样，电源开关548被提供用于选择性地将每个电极连接到极之一。为了清楚说明，图7中仅描绘了两个电极522，通常为每个电极提供功率开关548的相同设置。电源开关被描绘为包括与每个电极相关联的三个开关，使得任何电极都可以连接到任何极。然而在多数情况下，没有必要包括所有的这些开关。例如，电源开关可以只包括用于每个电极的单个开关，使得指定的电极可以连接到其中一个极或保持断开连接。在这种情况下，与不同电极相关联的电源开关被设置为将不同的电极连接到不同的极。可选地，还可以提供一个或多个分流总线552和分流开关550。在三相操作中，电流流过电极并流过每对极之间(即，极540和542之间，极540和544之间，以及极542和544之间)的流体中的电流路径。在如图7所示的三相电源的运行中，非常希望维持这三个电流彼此相等。换句话说，每对极之间的电阻理想地等于其他对极之间的电阻。假设与电极接触的流体的电阻率沿流体中的每个电流路径相同，则每对极之间的比电阻应该相等。

一种可与图7的电源一起使用的加热器如图8所示。加热器包括布置在绝缘外壳520中的电极522。所述电极期望地设置在如图8所示的六边形点阵的位置处。同样，所有的电极522都是棒状的并且相互平行地延伸进入并穿出图的平面。在六边形点阵中，电极排列成行方向相互成60°角的行，每行中电极的中心设置在沿行方向延伸的行轴上(图9中表示为A、B和C)。尽管为了清楚说明，图9中仅描绘了几个行轴，但是存在沿着电极的其他行延伸的类似的行轴。彼此平行的行轴以彼此相同的间距设置，以便在多个等边三角形的顶点处定义交点，并且阵列的轴设置在至少一些顶点处。同样，该阵列包括在本实施例中限定外正六边形的外电极和限定内六边形的内电极。行轴还限定中心顶点510。中心轴平行于电极的轴延伸通过中心顶点，并且阵列关于中心轴具有六重对称性。

相同的阵列也可以描述为电极设置在同轴的圆上布置，其中所有设置在内六边形上的电极都位于围绕中心顶点的半径为RI的内圆(未示出)上，电极设置在外六边形的拐角处，位于与内圆和中心顶点510同轴的半径为RO的最外圆(未示出)上，图9中阴影所示的外六边形边上的电极设置在与内圆和外圆同轴的半径为RINT的中间圆(未示出)上，其中RI＜RINT＜RO。

在连接方案中，电源被布置为将电极中的至少一些连接到电源的极，使得连接的电极包括连接到电源的极540、542和544中的不同者的三组电极(图7)。图9中描绘了这样的一种连接方案，其中第一组的电极522a、第二组的电极522b和第三组的电极522c以不同的交叉影线示出。在该特定方案中，阵列的所有电极522都连接到极以在极之间提供低比电阻。在另一种模式中，(图10)每组电极522a、522b、522c仅包括一个电极，这些电极是位于六边形阵列拐角处的外部电极，以在极之间提供非常高的比电阻，从而提供最小加热速率。在此种模式中，其余电极与电源的极断开。用于在极之间提供许多不同的比电阻的许多中间方案可以被形成，图11示出了一种这样的中间方案。在上述每种连接方案中，每个连接的电极和另外两组的对应电极都设置在其中心位于阵列的中心轴的等边三角形的顶点处。例如，如图11所示，电极522a1、522b1和522c1设置在一个等边三角形的顶点处，而电极522a2、522b2和522c2设置在另一个等边三角形的顶点处。换句话说，在以上讨论的每个连接方案中，每个的连接电极设置在其他组的连接电极的位置处，其他组的连接电极从另一组的位置绕中心轴510旋转120°。在这些连接方案中，电极组围绕中心轴具有三重对称性。因此这些电极组在电源的所有三对极之间提供基本一致的电流路径，并且相邻电极对电流路径的影响将是相同的。因此这些连接方案在极之间提供基本相等的比电阻。在其他连接方案中，例如图12中所述的方案，连接的电极522a、522b和522c设置在不以中心轴512为中心的等边三角形的顶点处。传导回路具有相等的长度，并且除了可能由相邻电极效应的差异引起的任何差异之外，将具有相等的比电阻。

尽管希望在极之间提供相等的电阻率，但也并不要求完全相等。因此，连接方案可以包括以引起不平等的方式连接到一个或两个极的一个或更多个电极。然而，选择电极是期望的，使得至少很大一部分电流，甚至希望至少大部分电流流过具有相等比电阻的电流路径。这可以提供与完全相等可实现的加热速率不同的额外加热速率，同时仅在不同相的电流中引入有限量的不平衡。在该方案的变型中，引起不等电流流动的电极可以被循环连接。在每个循环中，将引起不等电流以最大电流流过一个极的电极连接一段时间，然后断开连接并由第二电极代替，并且然后断开第二电极并由第三电极代替，其中，该第二电极能够引起相应不等流以最大电流流过第二极，第三电极引起相应的不等电流以最大电流流过第三极。第三电极在下一个循环开始时断开并由第一电极代替。以这种方式，不等电流在极间旋转，这在各相之间分散过剩电流的影响。

除了正六边形阵列之外的阵列可以提供具有上述三重对称性的电流路径。例如，图13所示的电极阵列包括622a、622b和622c三组电极。每组内的电极以相同的阴影示出。每组内的电极以距中心轴610不规则的半径设置，并且在围绕轴的圆周方向上以不规则的间隔设置。然而，多组彼此一致，但每组是从另一组的位置旋转120°。电源被设置为连接电极组，使得连接的电极包括来自所有三组的对应电极。再次，阵列关于中心轴具有三重对称性，因此电极位于中心在中心轴610的等边三角形的顶点上。

当分流母线与关于绕轴具有三重对称性的阵列一起使用时，三条分流母线被使用，使得通过每条母线彼此连接的一组电极与通过另一条母线连接的一组电极一致，但从其他组的位置旋转120°。

在上面的讨论中，假设通过加热器的液体具有均匀的比电阻。然而，大多数液体的比电阻随液体温度而变化。在液体流动主要平行于电极的轴的情况下，这种效应往往会同等地影响所有电流路径。如果较热的液体具有较低的比电阻，则每条电流路径中靠近电极下游端的部分将比同一回路中靠近上游端的部分承载更大的电流，但不同路径承载的电流之间的关系将不受影响。然而，如果电极和流体流动的方向水平延伸，对流可能导致较热的液体优先流过布置在阵列的顶部附近的那些电流路径。当阵列连接到三相电源时，这就可能会导致极之间的电流不对称。为了抑制这种影响，外壳内设置叶片(未示出)以引起围绕外壳的轴线的旋转流，使得液体遵循大致螺旋形路径。也可以通过配置入口、出口或同时配置两者来实现相同的效果，使得进入外壳、从外壳出去或两者的液体的流动将引起围绕外壳的轴线的旋转流。

在上面讨论的每个实施例中，棒状电极是直圆柱体的形式。然而，也可以采用其他细长棒状元件。例如，棒状元件可以是锥形的。在其他布实施例中，棒状电极在暴露于液体的电极区域中可具有非圆形横截面形状。这些电极通常可以是圆柱形或圆锥形的，以在穿过外壳的壁的电极区域中提供圆形横截面形状。

在上述讨论的实施例中，电极具有相等的直径。然而，电极的直径可以是不相等。此外，如图8所示的点阵布置具有以相等间隔设置的所有电极。这种布置可能会有所不同。例如，可以稍微增加中间圆的直径，使中间圆上的电极远离中心轴。在这种情况下，如图12所示，三个连接电极的较小三角形组在连接电极之间的距离不相等，因此可能会导致一些相位不等，但会有额外的特有的比电阻。图8的阵列只是阵列的一个示例，其中整个阵列关于中心轴具有N重对称性，其中N是3或3的倍数。此外，图8的阵列包括关于其他轴具有N重对称性的电极子组。具有这些特性之一或二者的其他阵列可用于提供三相平衡。

在上述的所有布置中，电极的数量可以根据需要改变。

由于可以采用以上讨论的特征的这些和其他变化和组合，因此上述描述应当以说明的方式来理解，而不是作为对本发明的限制。