一種防電解裸絲電熱水器的加熱機構的製作方法

2023-06-22 07:44:21 3

專利名稱：一種防電解裸絲電熱水器的加熱機構的製作方法
技術領域：
本發明涉及水的電加熱技術領域，尤其是採用裸絲加熱技術的即熱式電熱水器、即熱式電熱水龍頭、臺下熱水器等裸絲電熱水器的加熱機構。
背景技術：
近年來，裸絲加熱技術逐漸在快速電熱水器中得到應用，其優點有電熱絲直接置於水體內加熱，電熱絲產生的熱量即刻被水帶走，沒有間接傳導和輻射，因而熱效率很高；加熱時電熱絲直接受水流衝擊而自身溫度相對較低，因此不易結垢。由於電熱絲直接置於水體內，而水是可以導電的，為此一般需要使用「隔電牆」(即「水電阻衰減隔離法」)，使漏電電流限定在安全範圍內，即利用水本身所具有的電阻(如國標規定自來水在15°C時電阻率
應大於1300Ω · cm)，選用絕緣材料作為電熱水器內通水管的材質，再採用適當的管徑與長度比，可以形成「隔電牆」。當電熱水器通電工作時，加熱內膽的水即使有電，也會在通過「隔電牆」時被水自身的電阻衰減掉，從而達到將電隔離的目的，使熱水器進出水兩端的漏電電流達到極微弱，可以充分保障人身安全。公告號為CN201700028U的中國專利公開了一種採用裸絲加熱技術的裸絲加熱體結構，將這種加熱體應用於電熱水器還通常需要在進水通道上串接一個水流開關，水流開關檢測加熱體內是否有足夠流量的水流通過，並配合控制電路使用。當加熱體內通過的水達到一定流量時加熱體才接通電源，對通過的水流進行加熱，否則加熱體不通電，以防止幹燒。在進水通道和出水管通道上還可以增加氣泡感應、水電阻檢測、水溫檢測、水流量檢測等系列裝置與控制電路配合工作以達到更安全和舒適的使用效果。從裸絲電加熱器目前的技術發展現狀來看，雖然它具有結構緊湊、成本低廉、快速安全、適合大功率電熱水器等優點，但也存在著電熱絲在水中容易被電解腐蝕而導致使用壽命縮短、水質易受電解汙染等問題。同時，目前市場上的裸絲電熱水器還普遍存在著加熱體設計不當的缺點，較普遍地體現在加熱室設計的長徑比不夠，以cm為單位的長度數值只有以cm2為單位的通徑截面面積數值的16倍左右，並且沒有設置保護性電極，直接導致電加熱絲，尤其是電加熱絲兩端相對電勢較高更容易吸附離子的表面，其電解電流密度遠大於
I.8ma/cm2，會發生嚴重的電解腐蝕。實驗測算，50HZ交流電解電流密度小於I. 8ma/cm2時鎳合金電化學分解反應極為緩慢或停止；大於I. 8ma/cm2時鎳合金電化學分解反應隨電流增大而急劇加快，電流繼續增大I至2倍時，分解反應會加快幾十至幾百倍。電加熱絲使用幾百小時就會出現嚴重的電解腐蝕，導致功率衰減，變脆，甚至斷裂。在電熱絲工作過程中，其表面在過大交流電解電流密度而產生的過高極化電壓的作用下表面金屬失去電子被氧化，形成陽離子而脫離金屬表面被溶解到水中，形成腐蝕。脫離的金屬離子會汙染水質，表面析出的氣體也會影響散熱。經過實驗測算，如果50HZ交流電解電流密度大於I. 8ma/cm2,超過部分的電流值大概會以O. lg/ (A · h)至O. 3g/ (A · h)不等的當量溶解鎳合金，而不是鎳的標準電化學當量I. 095g/ (A .h)0這主要是因為鎳合金表面陰陽極性以一分秒(O. 01秒)的速度交替變化，上一分秒作為陽極溶出的離子很大一部分(約70%至90%)會在下一分秒電極轉變為陰極時重新還原，總有部分(約10%至30%)擴散了的離子被水流衝走而無法還原。當然，影響還原的因素很多，水溫、水流速度、水質等都會嚴重影響其還原率，因此要精確計算交流電解速度是十分困難的。

發明內容
本發明所要解決的技術問題在於提出一種可延長裸露電加熱絲使用壽命，並能有效減少水質汙染的防電解裸絲電熱水器的加熱機構。為解決上述技術問題，本發明一種防電解裸絲電熱水器的加熱機構包括由耐高溫絕緣材料製成的進水通道、出水通道和加熱通道，所述加熱通道設於所述進水通道和出水通道之間，所述加熱通道內直接內置有螺旋形裸露電加熱絲，所述螺旋形裸露電加熱絲的兩端分別設置有通電引線端子，所述進水通道和出水通道分別連接在所述通電引線端子的外側端；所述通電引線端子處有較大金屬面與被加熱水體相接觸成為裸露電加熱絲的保護性電極，所述保護性電極與被加熱水體的接觸面積的數值以cm2為單位的計值為所述加 熱通道的以cm2為單位的通徑截面積數值與所述加熱通道的以cm為單位的長度數值的比值的30倍或30倍以上。上述一種防電解裸絲電熱水器的加熱機構，所述通電引線端子與所述保護性電極可以為整體結構，也可以為分體式結構再由電導體相連成近似於等勢體。上述一種防電解裸絲電熱水器的加熱機構，所述螺旋形裸露電加熱絲的螺距從進水端到出水端逐漸加大，使出水端的螺距為進水端的螺距的I. 5倍至3倍。上述一種防電解裸絲電熱水器的加熱機構，所述保護性電極與被加熱水體的接觸面積數值以cm2為單位的計值為所述加熱通道的以cm2為單位的通徑截面積數值與所述加熱通道的以cm為單位的長度數值的比值的50至200倍。上述一種防電解裸絲電熱水器的加熱機構，所述通電引線端子和所述保護性電極的材質可以為鎳合金、不鏽鋼、鈦合金或鈷鉻合金。上述一種防電解裸絲電熱水器的加熱機構，所述保護性電極為空腔形電極。上述一種防電解裸絲電熱水器的加熱機構，所述保護性電極為片狀、柱狀、球狀或螺旋狀結構。上述一種防電解裸絲電熱水器的加熱機構，所述加熱通道的長度數值以cm為單位的計值為以cm2為單位的通徑截面積數值的30倍或30倍以上。上述一種防電解裸絲電熱水器的加熱機構，所述進水通道和出水通道的以cm為單位的長度數值分別為所述進水通道和出水通道的以cm2為單位的通徑截面積數值的100倍或100倍以上。本發明由於採用了上述技術方案，在通電引線端子處設計有較大金屬面與被加熱水體相接觸成為裸露電加熱絲的保護性電極，電加熱絲、通電引線端子和保護性電極都用鎳合金或其它電極電位相近的耐腐蝕材料製造，能吸附和擴散過剩電荷(正離子和負離子)，將所有與水體接觸的表面的雙電層電勢差控制在O. 8V以下，例如O. 7V或更低一點，多給出些安全餘量，就能預防鎳合金被電解，可以製造出使用壽命很長的裸絲電熱水器，並有效減少水質汙染，使裸絲電熱水器能更好地應用於人們的生活。


圖I是本發明加熱機構的內部結構示意圖。
具體實施例方式如圖I所示，本發明一種防電解裸絲電熱水器的加熱機構包括有「隔電」作用的由耐高溫絕緣材料製成的進水通道I、出水通道2和加熱通道3，進水通道I、出水通道2和加熱通道3均為管道，加熱通道3設於進水通道I和出水通道2的中間。加熱通道3內直接內置有螺旋形裸露電加熱絲4，螺旋形裸露電加熱絲4的兩端分別設有一個通電引線端子5，通電引線端子5處有較大金屬面與被加熱水體相接觸成為裸露電加熱絲的保護性電極6。保護性電極6與被加熱水體的接觸面積的數值(以cm2為單位)為加熱通道3的通徑截面積數值(以cm2為單位)與加熱通道3的長度數值(以cm為單位)的比值的126倍(可以在30倍及30倍以上的值中選擇)。螺旋形裸露電加熱絲4的螺距從進水端到出水端逐漸加大，使出水端的螺距為進水端的螺距的2倍(可以在I. 5倍至3倍的範圍內變化)。螺旋形裸露電加熱絲4和通電引線端子5以及保護性電極6均由鎳合金材料製成(也可以採用不鏽鋼、鈦合金、鈷鉻合金或其它材料製成)。保護性電極6為空腔形電極，加熱通道3的兩端分別與通電引線端子5的內側端通過橡膠密封圈7密封相連，進水通道I和出水通道2分別與 通電引線端子5的外側端通過橡膠密封圈7密封相連。加熱通道3的長度數值(以cm為單位)為其通徑截面積數值(以cm2為單位)的30倍(也可在30倍以上的數值中選擇)。進水通道I和出水通道2的長度數值(以cm為單位)分別為進水通道I和出水通道2的通徑截面積數值(以cm2為單位)的120倍(可以在100倍及以上的數值中選擇)。裸絲電熱水器接通交流電工作時，電熱絲表面不同位置總會有電勢差產生，與水接觸的表面就成了交替變換的陽極和陰極，水體就成了電解質。電極與電解質溶液界面上存在的大小相等符號相反的電荷層，稱雙電層。利用好雙電層的超級電容效應就能讓電極工作在「非法拉第過程」之中，從而有效規避電極被「法拉第過程」電解。在電極的金屬一電解質的兩相界面存在電勢，將產生雙電層，其總厚度一般約為O. 2^30納米。電極的金屬相為良導體，過剩電荷集中在表面；電解質的電阻較大，過剩電荷只部分緊貼相界面，稱緊密雙層；餘下部分呈分散態，稱分散雙層。電極反應的核心步驟都需在緊密層中進行，影響電極反應的吸附和脫附過程也發生在雙電層中。雙電層中真正的離子放電化學反應只有當離子(電荷)累積到一定程度，電極極化到一定電壓值時才發生。故雙電層結構可以近似地看成一個耐電壓較低而電容量超級巨大的電容；電解質主體可以看成一個電阻；可以把電極雙電層和電解質總體看成一個電容串聯電阻的分壓電路。改變水體的幾何尺寸可以改變電阻，可以控制雙電層附近單位截面的電流密度；改變電極表面積大小也可以改變雙電層附近單位截面的電流密度。當50HZ交流電的電流密度限定在I. 8ma/cm2時，電極雙電層的平均有效電容值在7uf/cm2以上(實際雙電層電容是不斷變化中的微分電容。電容值隨雙電層電勢差變化，小到2uf/cm2左右,大到50uf/cm2以上),根據容抗計算公式得知電極雙電層分壓大約為O. 8V。通過大量實驗發現只要控制好鎳合金表面的雙電層電勢差就能防止鎳合金被快速連續地電解。下面，通過簡單的鎳合金分解測定實驗予以說明。在玻璃杯中加入普通自來水並插入兩片面積大小一致的鎳合金作電極，組成電解槽。將可調直流電源串聯電流表與兩片電極相連；兩片電極同時還並聯有電壓表。以O. IV間距為一檔上調電壓，等待電流穩定後以表格方式記錄實驗中的電壓值和電流值，得到如下表格
權利要求
1.一種防電解裸絲電熱水器的加熱機構，包括由耐高溫絕緣材料製成的進水通道、出水通道和加熱通道，所述加熱通道設於所述進水通道和出水通道之間，所述加熱通道內直接內置有螺旋形裸露電加熱絲，其特徵在於，所述螺旋形裸露電加熱絲的兩端分別設置有通電引線端子，所述進水通道和出水通道分別連接在所述通電引線端子的外側端；所述通電引線端子處有較大金屬面與被加熱水體相接觸成為裸露電加熱絲的保護性電極，所述保護性電極與被加熱水體的接觸面積的數值以Cm2為單位的計值為所述加熱通道的以Cm2為單位的通徑截面積數值與所述加熱通道的以cm為單位的長度數值的比值的30倍或30倍以上。
2.如權利要求I所述的一種防電解裸絲電熱水器的加熱機構，其特徵在於，所述螺旋形裸露電加熱絲的螺距從進水端到出水端逐漸加大，使出水端的螺距為進水端的螺距的I.5倍至3倍。
3.如權利要求I所述的一種防電解裸絲電熱水器的加熱機構，其特徵在於，所述通電引線端子與所述保護性電極可以為整體結構，也可以為分體式結構再由電導體相連成近似於等勢體。
4.如權利要求I或2或3所述的一種防電解裸絲電熱水器的加熱機構，其特徵在於，所述保護性電極與被加熱水體的接觸面積數值以cm2為單位的計值為所述加熱通道的以cm2為單位的通徑截面積數值與所述加熱通道的以cm為單位的長度數值的比值的50至200 倍。
5.如權利要求I或2或3所述的一種防電解裸絲電熱水器的加熱機構，其特徵在於，所述通電引線端子和所述保護性電極的材質可以為鎳合金、不鏽鋼、鈦合金或鈷鉻合金。
6.如權利要求I或2或3所述的一種防電解裸絲電熱水器的加熱機構，其特徵在於，所述保護性電極為空腔形電極。
7.如權利要求I或2或3所述的一種防電解裸絲電熱水器的加熱機構，其特徵在於，所述保護性電極為片狀、柱狀、球狀或螺旋狀結構。
8.如權利要求I或2或3所述的一種防電解裸絲電熱水器的加熱機構，其特徵在於，所述加熱通道的長度數值以cm為單位的計值為以cm2為單位的通徑截面積數值的30倍或30倍以上。
9.如權利要求I或2或3所述的一種防電解裸絲電熱水器的加熱機構，其特徵在於，所述進水通道和出水通道的以cm為單位的長度數值分別為所述進水通道和出水通道的以cm2為單位的通徑截面積數值的100倍或100倍以上。
全文摘要
本發明公開了一種防電解裸絲電熱水器的加熱機構，包括由耐高溫絕緣材料製成的進水通道、出水通道和加熱通道，加熱通道設於進水通道和出水通道之間，加熱通道內直接內置有螺旋形裸露電加熱絲，螺旋形裸露電加熱絲的兩端分別設置有通電引線端子，進水通道和出水通道分別連接在通電引線端子的外側端；通電引線端子處有較大金屬面與被加熱水體相接觸成為裸露電加熱絲的保護性電極，保護性電極與被加熱水體的接觸面積的數值以cm2為單位的計值為加熱通道的以cm2為單位的通徑截面積數值與加熱通道的以cm為單位的長度數值的比值的30倍或30倍以上。本發明加熱機構可大幅減少電解腐蝕和電解汙染，有效延長裸露電加熱絲的使用壽命。
文檔編號F24H1/10GK102878666SQ20121037262
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月29日 優先權日2012年9月29日
發明者沈永明 申請人:沈永明