CN101487125B - 电阻器阳极组件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种牺牲阳极组件。该牺牲阳极组件包括：牺牲阳极；绝缘体，其围绕该阳极的一端部设置；电耦合器，其围绕该绝缘体设置并延伸超过阳极的该端部，并且该电耦合器与阳极电绝缘；电阻器，其具有第一引线和第二引线，该第一引线电连接至阳极，该第二引线电连接至电耦合器；和帽，该帽围绕电耦合器设置，同时电连接至电耦合器并与阳极电绝缘。该帽将电阻器、第一引线和第二引线完全地封装起来。

Description

电阻器阳极组件
背景技术
腐蚀是一种涉及有阳极、电解液和阴极参与的电化学过程。当一块金属腐蚀时，电解液向金属提供带电的氢离子和氢氧化物分子。当带电的氢氧离子与金属结合时，腐蚀发生，产生金属氢氧化物，使金属析出进入电解液中。通过这个反应，电子被释放进入金属中。当氢离子流过电解液到阴极时，平衡的阴极反应同样发生，电子从金属中释放出来并形成了氢气。这些反应包括电荷的转移，因此通过钢和铝的腐蚀(阳极反应)所释放的电子总数一定会被析氢(阴极反应)所消耗。
在热水器中实施阴极保护系统以阻止热水器箱体的腐蚀。该阴极保护系统包括电连接至金属热水器箱体的阳极棒。该阳极棒由金属组成，例如像铝、镁、锌、或其他比热水器的金属箱体更为活泼的合金。该热水器箱体通常由涂覆了玻璃的钢组成。
当水被引入热水器箱体时，在金属箱体(和/或连接件)与阳极棒之间形成电流回路。结果，电流从阳极流至阴极，而离子流过水以完成阳极和阴极之间的回路，从而，阳极棒开始腐蚀。该供水可以被模拟为处于电路中的电阻器。如果该供水具有高的矿物含量，则通过水的电阻小而电流将增高，从而导致了阳极棒的消耗相应增加。
在电流回路中电阻器的添加可以降低阳极的使用寿命。诸如已授予罗登(Roden)的美国专利第5,256,267号和第5,334,299号中所揭示的阻碍电流的阳极较难组装而且该组件是脆弱的。在安装进热水器的过程中和在热水器和/或阳极组件的运送和操作过程中，电阻器第一引线至金属帽的暴露的焊点易遭受损坏。脆弱的电阻器连接会破损，并会造成阳极至热水器箱体的连接断开，从而导致热水器箱体的腐蚀失效加速。
发明内容
在一个实施方案中，本发明提供了一种牺牲阳极组件，该牺牲阳极组件包括具有一端部的牺牲阳极、绝缘体、电耦合器、具有第一引线和第二引线的电阻器、和帽。绝缘体围绕牺牲阳极设置，而电耦合器围绕该绝缘体设置。该电耦合器延伸超过牺牲阳极的该端部并且不直接电连接至牺牲阳极，其中，所述电耦合器是金属圆筒。电阻器的第一引线连接至牺牲阳极而电阻器的第二引线连接至该电耦合器。帽围绕该电耦合器设置以使得该帽直接电连接至电耦合器，而并不直接电连接至牺牲阳极。
在另一个实施方案中，本发明提供了一种制备电阻器阳极组件的方法，该方法包括：围绕阳极设置绝缘体；围绕该绝缘体设置金属圆筒；连接电阻器的第一引线至阳极；连接该电阻器的第二引线至金属圆筒；以及安装导电端帽在该金属圆筒上以使得该导电端帽电短接至电阻器的第二引线但并不电短接至阳极。
在另一个实施方案中，本发明提供了一种热水器，该热水器包括箱体、用以加热箱体中的水的加热元件、用以添加水至箱体的入口、用以从箱体中排除水的出口以及电连接至箱体的牺牲阳极组件。该牺牲阳极组件包括：牺牲阳极；绝缘体，其围绕该牺牲阳极的端部设置；电耦合器，其围绕该绝缘体设置并延伸超过牺牲阳极的该端部，并且该电耦合器不直接电连接至牺牲阳极，其中，所述电耦合器是金属圆筒；电阻器，其具有第一引线和第二引线，该第一引线连接至牺牲阳极而第二引线连接至电耦合器；和帽，其围绕电耦合器设置，并且直接电连接至电耦合器而不直接电连接至牺牲阳极。
因此，该电阻器阳极组件的优点是其更易于制造并且易受损坏性降低。
根据详细的描述和附图，本发明的其他方面将是显而易见的。
附图说明
图1是包括电阻器阳极组件的热水器的剖视透视图。
图2是依照本发明的电阻器阳极组件的结构的剖视图。
图3是依照本发明的牺牲阳极的机械加工过的端部的结构的透视图。
图4是依照本发明的电阻器阳极组件的绝缘体和阳极的结构的透视图。
图5是依照本发明的电阻器阳极组件的电耦合器和电阻器的结构的透视图。
图6是安装在依照本发明的图4的阳极和绝缘体上的图5所示电阻器和电耦合器的组件的结构的透视图。
图7是安装在依照本发明的图6的组件上的端帽的结构的透视图。
图8是依照本发明的图6的组件的可选结构的透视图。
图9是依照本发明的电阻器阳极组件的另一结构的剖视图。
图10是图9的阳极组件的绝缘体和电阻器的结构的透视图。
图11是图9的阳极组件的电阻器的结构的透视图。
图12是图9的阳极组件的分组件的结构的透视图。
具体实施方式
在详细解释本发明的任何实施方案之前，应理解本发明不限于其应用在下面的描述中或下面的图例说明中所呈现的结构细节和部件布置。本发明能够是其他实施方案和以各种方式实施或执行。同样地，应理解此处使用的措词和术语是用于描述的目的而不应被当作限制。此处使用的“包含(including)”，“包括(comprising)”或“具有(having)”和它们的变体意味着包含其后所列的条目和它们的等效物以及额外的条目。除另外规定或限定外，术语“安装(mounted)”、“连接(connected)”、“支撑(supported)”，和“耦合(coupled)”以及它们的变体被广义地使用，包含直接和非直接安装、连接、支撑和耦合。进一步地，“连接(connected)”、“耦合(coupled)”不限于物理的或机械的连接或耦合。
图1示出了热水器200，其包括永久封闭的水箱205，包围水箱205的壳体210，和充填在水箱205与壳体210之间的环形空间中的泡沫绝缘材料215。水入口管路220和水出口管路225进入水箱205的顶部。水入口管路220具有用于在靠近水箱205的底部添加冷水的入口230。水出口管路225具有用于从靠近水箱205顶部来排除热水的出口235。该热水器200还包括一个或多个延伸通过水箱205的壁的电阻加热元件240，和电阻器阳极组件245。尽管所展示的是电热水器，然而本发明可以用于诸如气体热水器等其他的热水器类型，并且可以采用其他的热水器设计。
图2-8示出了电阻器阳极组件245的结构。如图2中所示，该组件245包括具有芯线255的牺牲阳极250、绝缘体260、金属帽或安装塞265、电耦合器270、和具有第一引线277与第二引线278的电阻器275。
如图3中所示，邻近阳极250的顶端部280的阳极250的一部分被加工(例如通过机械加工)以呈现阳极250的直径减小的部分285。芯线255基本上延伸通过阳极250中心的整个长度，并在该整个长度上被电连接至阳极250。芯线255也延伸越过阳极250的顶端部280一定距离。阳极250的直径减小的部分285进一步被加工以形成由中间部分305所隔开的第一凹槽295和第二凹槽300。阳极250的直径减小的部分285形成了肩部310。
图4示出了阳极250上的绝缘体260的设置情形。绝缘体260可以由合适的材料构造以将阳极250同电耦合器270电绝缘开。在所示的结构中，绝缘体260是热收缩的塑料而电耦合器270是金属圆筒。然而，可以考虑其他的绝缘体和电耦合器。绝缘体可以包括绝缘带和/或有机涂层，例如特氟纶
Figure GSB00000897257500041
或环氧树脂。例如，在一些结构中，绝缘体可被形成为在金属圆筒电耦合器的内部上或者在阳极的已加工部分的外部上的环氧树脂涂层。
在所示的结构中，绝缘体260被置于阳极250的直径减小的部分285之上，并且从肩部310延伸至越过阳极250的顶端部280的位置。而后将绝缘体260加热以使得该绝缘体260收缩而形成围绕阳极250的直径减小的部分285的配合。
图5示出了电阻器275的第一引线277至电耦合器270的连接(例如，通过焊接或熔焊)。该连接造成了电阻器275和电耦合器270之间的电和物理连接。如图6中所示，电耦合器270而后被设置在阳极250的直径减小的部分285和绝缘体260之上，使得电耦合器270的底端部355同阳极250的肩部310隔开一定距离。这阻止了电耦合器270和阳极250之间的直接电连接(例如电短路)。电耦合器270而后被卷曲到阳极250的第一凹槽295中以将电耦合器270保持在相对于阳极250的适当的位置。在其他结构中，电耦合器270可以通过其他合适的方法(例如粘合剂)被保持在适当的位置。电阻器275的第一引线277至电耦合器270的连接部位也同阳极250的的顶端部280保持着一定距离以阻止电阻器275的第一引线277接触阳极250。电阻器275而后被平行于阳极250的顶端部280设置，而电阻器275的第二引线278连接(例如通过焊接或熔焊)至阳极250的芯线255。
如图7中所示，金属帽或安装塞265而后被设置在电耦合器270上。在其他的结构中，金属帽265可以由另一种合适的导电材料构造。在所示的结构中，金属帽265包括多边形形状的头部370、螺纹部分375、和基部380。头部370允许例如扳手的工具将电阻器阳极组件245紧固至热水器。螺纹部分375被容纳于热水器箱中的螺纹孔中。当电阻器阳极组件245被安装至热水器时，帽265的螺纹部分375直接电连接至热水器箱。金属帽265的尺寸应使得基部380被布置在与阳极250的直径减小的部分285的第二凹槽300同样的高度上。当金属帽265处于适当位置时，基部380连同电耦合器270一起，被卷曲到第二凹槽300中，从而将金属帽265保持在相对于阳极250的适当位置处，并将电阻器275、第一引线277和第二引线278完全地封装起来。金属帽265由此直接电连接至电耦合器270和电阻器275的第一引线277。在其他的结构中，金属帽265可以通过其他合适的方法(例如导电粘合剂)保持在适当的位置。
当电阻器阳极组件245被装配于热水器中时，热水器箱与金属帽或安装塞265具有直接的电连接。热水器箱和金属帽265还通过卷曲的基部380直接电连接至电耦合器270。电耦合器270直接电连接至电阻器275的第一引线277，而电阻器275的第二引线278直接电连接至阳极250。
图8展示了电阻器阳极组件245的另一可选择的结构。在所示的该结构中，热收缩的绝缘体260被注射成型的塑料帽400所替代。该塑料帽400可以包括将电阻器275与引线277和278保持在适当位置的凸起部405。该凸起部405能够对电阻器275提供额外的支撑并进一步减少了在操作和装配过程中电阻器阳极组件245遭受损坏的风险。
图9-12示出了电阻器阳极组件500的另一种结构。如图9中所示，该组件500包括具有芯线510的牺牲阳极505、绝缘体515、金属帽或安装塞520、电耦合器525，和具有第一引线535和第二引线540的电阻器530。
图10示出了绝缘体515和电阻器530的结构。绝缘体515是注射成型的塑料帽。绝缘体515包括一对电阻器固定凸起部550，一对支撑凸起部555，第一基座560，和第二基座565。将电阻器固定凸起部550成形为使得电阻器530能够被夹于两凸起部550之间的位置并被保持在其位置。支撑凸起部555支撑和帮助布置电阻器530的第一引线535和第二引线540。第一基座560和第二基座565分别容纳第一引线535和第二引线540的端部。第一基座560和第二基座565帮助保持引线535和540的位置分别紧邻电耦合器525和芯线510。在电阻器530已被夹入两凸起部550之中后，粘合剂可以被添加至基座560和565以进一步保持引线535和540在其位置，但这不是必需的。
图11展示了电阻器530的结构。电阻器530是柱体型的电阻器，其中第一引线535从柱体570的一端延伸而第二引线540从柱体570的相反端延伸。第一引线535被形成为二分之一的六边形。第二引线540被弯曲成90度。第一引线535和第二引线540被形成为处于单一平面内。虽然已描述了电阻器530的一种结构，但是还可以想到电阻器530的其他结构。
图12展示了电阻器阳极组件500的分组件575的结构。该分组件575包括电阻器530、绝缘体515、电耦合器525、阳极505、和芯线510。预制成的电阻器530的柱体570被夹入绝缘体515的电阻器固定凸起部550之中，而第一引线535和第二引线540的端部分别被设置在第一基座560和第二基座565中。可选地，粘合剂可以被施加至搁在第一基座560和第二基座565中的引线535和540的端部。而后将电耦合器525配合到绝缘体515上。电耦合器525可以通过摩擦配合特性、绝缘体515的带状、或其他合适的方法被保持在绝缘体515上的适当位置。接下来将绝缘体515设置在阳极505上。电耦合器525而后被机械地成形(例如卷曲)至阳极505上以保持绝缘体515、电阻器530和电耦合器525处于阳极505上的适当位置，从而形成分组件575。第一引线535的一部分580被设置成紧邻电耦合器525，而第二引线540被设置成紧邻芯线510。在分组件575中，第一引线535和第二引线540分别紧临电耦合器525和芯线510的设置方式使得焊机可以将第一引线535焊接至电耦合器525上和将第二引线540焊接至芯线510上。最后，金属帽520设置在分组件之上，并被机械地成形(例如卷曲)至阳极505。
从而，本发明尤其提供了具有易加工性和改进的易受损坏性的电阻器阳极组件。本发明的各种特征和优点展现于所附权利要求中。

Claims (22)

1.一种牺牲阳极组件，包括：
牺牲阳极，其具有端部；
绝缘体，其设置为围绕所述牺牲阳极；
电耦合器，其围绕所述绝缘体设置，并且延伸超过牺牲阳极的所述端部，所述电耦合器不直接电连接至所述牺牲阳极，其中，所述电耦合器是金属圆筒；
电阻器，其具有第一和第二引线，所述第一引线连接至牺牲阳极，所述第二引线连接至电耦合器；和
帽，其围绕所述电耦合器设置，并且直接电连接至所述电耦合器而不直接电连接至所述牺牲阳极。
2.根据权利要求1所述的牺牲阳极组件，其中所述绝缘体由热收缩的材料构成。
3.根据权利要求1所述的牺牲阳极组件，其中所述绝缘体是电耦合器上的不导电的有机涂层。
4.根据权利要求1所述的牺牲阳极组件，其中所述绝缘体是注射成型的帽。
5.根据权利要求4所述的牺牲阳极组件，其中所述绝缘体包括多个凸起部，所述凸起部将所述电阻器与所述第一和第二引线保持在适当位置。
6.根据权利要求5所述的牺牲阳极组件，其中所述电阻器的引线被预制成使得第一引线的一部分紧邻着延伸超过牺牲阳极的所述端部的芯线设置，并且第二引线的一部分紧邻着所述电耦合器设置，所述引线设置成易于通过焊机进行焊接。
7.根据权利要求1所述的牺牲阳极组件，其中所述牺牲阳极包括延伸超过所述端部的芯线，第一引线焊接至所述芯线。
8.根据权利要求1所述的牺牲阳极组件，其中所述电阻器与所述第一和第二引线被完全地封装在所述帽中。
9.根据权利要求1所述的牺牲阳极组件，其中所述牺牲阳极包括第一凹槽和第二凹槽。
10.根据权利要求9所述的牺牲阳极组件，其中所述电耦合器被卷曲到第一凹槽中。
11.根据权利要求9所述的牺牲阳极组件，其中所述帽被卷曲到第二凹槽中。
12.一种制造电阻器阳极组件的方法，包括：
围绕阳极设置绝缘体；
围绕所述绝缘体设置金属圆筒；
将电阻器的第一引线连接至所述阳极；
将电阻器的第二引线连接至所述金属圆筒；和
在所述金属圆筒上安装导电端帽以使得导电端帽被电短接至电阻器的第二引线但并不电短接至阳极。
13.根据权利要求12所述的制造电阻器阳极组件的方法，其中所述电阻器、第一引线和第二引线被完全地封装在所述导电端帽中。
14.根据权利要求12所述的制造电阻器阳极组件的方法，进一步包括机械加工阳极的第一端部。
15.根据权利要求14所述的制造电阻器阳极组件的方法，其中阳极的第一端部被机械加工成直径小于阳极的直径，并且第一凹槽和第二凹槽被机械加工成阳极第一端部的直径缩小的部分。
16.根据权利要求12所述的制造电阻器阳极组件的方法，进一步包括将所述电阻器安装至所述绝缘体，所述绝缘体上的多个凸起部将所述电阻器保持在适当位置。
17.根据权利要求16所述的制造电阻器阳极组件的方法，进一步包括形成包含所述绝缘体、所述电阻器、所述金属圆筒、和所述阳极的分组件。
18.根据权利要求17所述的制造电阻器阳极组件的方法，其中通过焊机对分组件进行操作来将所述第一引线连接至所述阳极和将所述第二引线连接至所述金属圆筒。
19.一种热水器，包括：
箱体；
加热箱体中的水的加热元件；
向箱体添加水的入口；
从箱体中排除水的出口；和
电连接至箱体的牺牲阳极组件，所述牺牲阳极组件包括：
牺牲阳极，
绝缘体，其围绕所述牺牲阳极的端部设置，
电耦合器，其围绕所述绝缘体设置并延伸超过牺牲阳极的所述端部，并且不直接电连接至牺牲阳极，其中，所述电耦合器是金属圆筒，
电阻器，其具有第一引线和第二引线，所述第一引线连接至牺牲阳极，所述第二引线连接至电耦合器，和
帽，其围绕所述电耦合器设置，并且直接电连接至所述电耦合器而不直接电连接至所述牺牲阳极。
20.根据权利要求19所述的热水器，其中所述电阻器、所述第一引线和第二引线被完全地封装在所述帽中。
21.根据权利要求19所述的热水器，其中所述帽包括外螺纹，并被容纳于箱体的螺纹孔中。
22.根据权利要求21所述的热水器，其中所述帽直接电连接至箱体上。
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