CN108425120A - 储水式热水器防腐装置、控制方法和热水器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种储水式热水器防腐装置、控制方法和热水器，装置包括水箱、电池、电控芯片、辅助电极和参比电极；辅助电极和参比电极焊接在一起并置于水箱内部，参比电极与水箱绝缘连接固定，提供水箱电位测量基准；电控芯片引出第一引脚、第二引脚、第三引脚和第四引脚，其中，第一引脚和第二引脚分别连接电池的正、负极，第三引脚与参比电极电连接，第四引脚连接于水箱的外表面；电控芯片接收参比电极反馈的电信号，并基于电信号控制水箱的电位维持在设定范围内，电池阳极部件可更换，在用户选择热水器断电或热水器以外断电时仍对热水器水箱提供持续防腐保护，腐蚀防护不间断，实现无需安装镁棒、不依靠市电、长效安全的储水式热水器的防腐效果。

Description

储水式热水器防腐装置、控制方法和热水器

技术领域

本发明属于热水器技术领域，具体地说，是涉及一种储水式热水器防腐装置、控制方法和热水器。

背景技术

目前的电热水器、热泵热水器通常以碳钢材料的水箱作为热水存储容器，为了提高碳钢水箱的耐蚀性，普遍采用以下三种方式实现水箱防腐：“镁棒+搪瓷”的牺牲阳极法、“镁棒+电子阳极”的阴极保护法和变更水箱材质。这其中，变更水箱材质是采用塑料等耐蚀性材料制作储水水箱，与金属材质相比，塑料等材质水箱虽然耐蚀性高，但承压能力、高温老化、寿命等方面尚需进一步实践检验其可靠性，市场上尚未规模推广。

现有技术中，为了提高碳钢水箱的耐蚀性，通常做法是在碳钢水箱的内表面涂覆玻璃质的搪瓷来阻断碳钢与水的直接接触，“镁棒+搪瓷”的牺牲阳极法中，利用金属活性比碳钢高的镁棒作为牺牲阳极，该方案的缺陷在于，搪瓷在水箱内部的涂覆存在不均匀、不致密的问题，不能完全阻隔水与碳钢的直接接触，且在水体加热-冷却的过程中会发生热胀冷缩，产生裂纹并逐步剥落；镁棒与水发生电化学反应逐渐消耗，镁棒释放的部分电子传导至碳钢水箱，抑制碳钢腐蚀，但镁棒本身生成的氢氧化镁、碳酸镁等水垢成分会附着在加热管、水箱内壁等处，影响热水器的加热效率，为细菌等微生物滋生提供场所，导致水质变色、异味等水质问题。“镁棒+电子阳极”的阴极保护法，是在传统“镁棒+搪瓷”的基础上，利用不溶性阳极材料作为辅助阳极，利用市电对碳钢水箱进行外加电流阴极保护，由于用户用水习惯不同或处于安全顾虑、市政供电不稳定等因素，当用户主动关闭热水器供电电源，或发生市电断电等情况下，电子阳极装置不起保护作用，此时的热水器与传统热水器无异，依然需要镁棒对水箱进行保护。

发明内容

本申请提供了一种储水式热水器防腐装置、控制方法和热水器，无需安装镁棒、不依靠市电、长效安全地实现储水式热水器的防腐。

为解决上述技术问题，本申请采用以下技术方案予以实现：

提出一种储水式热水器防腐装置，包括水箱，还包括电池、电控芯片、辅助电极和参比电极；所述辅助电极和所述参比电极焊接在一起并置于所述水箱内部；且所述参比电极与所述水箱连接固定;所述参比电极提供所述水箱电位测量基准；所述电控芯片引出第一引脚、第二引脚、第三引脚和第四引脚，其中，所述第一引脚和所述第二引脚分别连接所述电池的正、负极，所述第三引脚与所述参比电极电连接，所述第四引脚连接于所述水箱的外表面；所述电控芯片，用于接收所述参比电极反馈的电信号，并基于所述电信号控制所述水箱的电位维持在设定范围内。

进一步的，所述电池包括金属阳极、电解液、空气阴极和封装结构；所述电解液置于所述封装结构中，所述金属阳极浸于所述电解液中，所述空气阴极的两端面分别与所述电解液和空气相接触；所述金属阳极为所述电池的负极，所述空气阴极为所述电池的正极。

进一步的，所述电池还包括附着于所述空气阴极上的催化剂。

进一步的，所述空气阴极为透气防水膜材料制作。

进一步的，所述第四引脚连接有多根连接线，多根连接线的末端分别连接于所述水箱外表面的不同部位。

进一步的，所述参比电极通过绝缘的螺纹连接件与所述水箱连接固定。

进一步的，所述电控芯片包括变压电路。

进一步的，所述封装结构将所述金属阳极和所述空气阴极以榫卯连接方式组装在一起。

提出一种热水器，包括上述的储水式热水器防腐装置。

提出一种储水式热水器防腐控制方法，应用于上述的储水式热水器防腐装置中，包括：所述电控芯片从所述第三引脚接收所述参比电极和所述辅助电极反馈的电信号；基于所述电信号判断所述水箱内的电位是否属于设定范围；若否，控制所述第三引脚和所述第四引脚之间的输出电压，以使得水箱的电位维持在所述设定范围内。

与现有技术相比，本申请的优点和积极效果是：本申请提出的储水式热水器防腐装置、控制方法和热水器中，包括电池、电控芯片、辅助电极和参比电极；参比电极一端与辅助电极焊接在一起，置于水箱内部，参比电极另一端与水箱绝缘连接固定，其作用一是用于定位辅助电极位置，使辅助电极与水箱之间产生的电场在整个水箱空间内均匀分布，二是参比电极提供水箱电位测量基准点，向电控芯片反馈水箱的实时电极电位。电控芯片根据水箱的实时电极电位调整输出，对水箱进行实时防护。水箱内无需安装镁棒等牺牲阳极，避免了镁棒在防腐过程中产生水垢对热水器加热效率产生影响，同时避免了镁棒消耗带来的水质恶化；电池的应用使得防腐工作不依赖于市电，在用户选择热水器断电或热水器以外断电时仍对热水器水箱提供持续防腐保护，腐蚀防护不间断。

进一步的，本申请中的电池的能量密度数十倍于现有锂电池、铅酸盐电池，能够为水箱提供长效防腐保护；金属阳极为一次性消耗阳极，电池无须充电，更安全；通过榫卯封装结构，使得金属阳极可方便替换，与镁棒消耗的寿命相比更具有显著的长寿命优势。

结合附图阅读本申请实施方式的详细描述后，本申请的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1 为本申请提出的储水式热水器防腐装置的结构图；

图2为本申请提出的电池的组成架构图；

图3为本申请中电池的升压电路应用实施例；

图4为本申请提出的储水式热水器防腐控制方法的方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本申请的具体实施方式作进一步详细地说明。

本申请提出的储水式热水器防腐装置，如图1所示，包括水箱1、电池2、电控芯片3、辅助电极4和参比电极5；辅助电极4和参比电极5焊接在一起并置于水箱1内部；且参比电极5与水箱1连接固定，参比电极5提供水箱电位测量基准；电控芯片3引出有第一引脚P1、第二引脚P2、第三引脚P3和第四引脚P4，其中，第一引脚P1和第二引脚P2分别连接电池的正、负极，第三引脚P3与参比电极5电连接，第四引脚P4连接于水箱的外表面；电控芯片3用于接收参比电极反馈的电信号，并基于电信号控制水箱的电位维持在设定范围内。

也即，电控芯片根据参比电极反馈的电信号，将电池的输出电压进行变换后向第三引脚P3和第四引脚P4输出，使水箱的电位维持在合理范围内。

辅助电极4和参比电极5焊接在一起并共同置于水箱内，完全浸没于水中，参比电极的另一端通过绝缘的螺纹连接件与水箱连接固定，并与电控芯片的第三引脚P3电连接，参比电极为耐高温（0℃-100℃）电极，其电极电位不受水温、水质电导率等因素变化影响，优选的，该参比电极为Ag/AgCl电极或Ti/Ti电极；辅助电极为不溶性阳极，优选的，该辅助电极为表面涂覆有导电性混合金属氧化物的钛电极。

电控芯片的第四引脚P4通过连接导线与水箱外表面连接，且与第四引脚P4连接的连接导线可以为多根，多根连接导线的另一端焊接到水箱外表面的不同部位，起到水箱内电场分布更均匀的目的。

本申请实施例中电池可更换，相比市电供电，电池供电不受用户切断热水器电源或市电断电的影响，能维持防腐装置持续工作，使得腐蚀防护不间断，优选的，本申请实施例提出的电池如图2所示，包括金属阳极21、电解液22、空气阴极23和封装结构24。

电解液置于封装结构中，金属阳极浸于电解液中，空气阴极的两端面分别与电解液和空气相接触；其中，金属阳极为电池的负极，空气阴极为电池的正极。该电池还包括附着于空气阴极23上的催化剂。具体应用中，电解液为金属盐水溶液，优选为NaCl水溶液，其浓度为1%-5%wt；金属阳极浸于电解液中，发生阳极溶解并释放电子，优选采用锂、镁、铝、锌及其合金；空气阴极为透气防水膜材料制作，主表面分别与电解液和空气接触，一方面可以防止电解液外渗，另一方面允许空气中的氧气透过并通过电解液与金属阳极发生电化学反应，该空气阴极材料优选醋酸纤维膜，催化剂附着于空气阴极上，用于催化电池电极反应，该催化剂优选为钴锰氮三元催化剂。封装结构将金属阳极、空气阴极等各组件以榫卯连接方式组装在一起，方便金属阳极和/或空气阴极的更换。

储水式热水器水箱的标准保护电流密度小于等于22.5mA/m²，以60L容积电热水器为例，其水箱内表面积约为0.8-1，当本申请中的电池中的金属阳极选择铝材料时，500g的铝阳极可为电热水器提供持续8年的腐蚀保护电量，与现有镁棒的设计寿命2年相比，具有显著的长寿命优势。

本申请实施例中，电控芯片包括有升压电路，当水箱内电位小于设定范围下限时，通过升压电路增大第三引脚与第四引脚之间的输出电压，如图3所示，为升压电路的一个具体实施例，该升压电路包括电源P、开关S、开关管VT1和VT2、以及感应电路T，当需要升压时，控制开关S闭合，开关管VT1和VT2导通，感应电路T工作得到升高的电压输出。

基于上述提出的储水式热水器防腐装置，本申请还保护一种热水器，该热水器应用有上述的储水式热水器防腐装置，其辅助电极和参比电极焊接在一起置于水箱内部，辅助电极通电后产生电场，使得水箱内表面因腐蚀产生的电子迁移得到抑制，起到防腐作用，参比电极提供水箱电位测量基准点，其作为辅助电极的延伸段，使辅助电极电场在中均匀分布，起到对水箱内壁均匀的防腐保护，水箱内无需安装镁棒等牺牲阳极，避免了镁棒在防腐过程中产生水垢对热水器加热效率产生影响，同时避免了镁棒消耗带来的水质恶化，免去人工维护；电池的应用使得防腐工作不依赖于市电，在用户选择热水器断电或热水器以外断电时仍对热水器水箱提供持续防腐保护，腐蚀防护不间断。且本申请中的电池通过榫卯封装结构，使的金属阳极可方便替换，与镁棒消耗的寿命相比具有显著的长寿命优势。

且本申请提出的储水式热水器防腐装置和热水器中，可以通过电控芯片自动判断和输出适合水箱的腐蚀电位，可适用于不同地区的复杂水质条件。

如图4所示，本申请基于上述提出的储水式热水器防腐装置还提出一种储水式热水器防腐控制方法，该方法包括如下步骤：

步骤S41：电池电路连通。

电池工作后向电控芯片输出电压、电流，满足电控芯片启动条件。

步骤S42：电控芯片启动，延时设定时长后启动第三引脚和第四引脚工作，以读取水箱腐蚀电位。

步骤S43：电控芯片从第三引脚接收参比电极反馈的电信号。

参比电极稳定作为电位测量基准，可视为零电位，其与辅助电极焊接在一起，传导辅助电极的电信号。

步骤S44：基于电信号判断水箱内的电位是否属于设定范围。

电控芯片接收到参比电极的电信号后，基于电信号表征的水箱电位数值大小，判断其是否处于设定范围，若否，

步骤S45：控制第三引脚和第四引脚之间的输出电压，以使得水箱的电位维持在设定范围内。

具体的，若水箱电位大于设定范围的上限，电控芯片则减小第三引脚和第四引脚之间的输出电压，若水箱电位小于设定范围的下限，电控芯片则增大第三引脚和第四引脚之间的输出电压，保证水箱电位维持在设定范围内。

应该指出的是，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.储水式热水器防腐装置，包括水箱，其特征在于，还包括电池、电控芯片、辅助电极和参比电极；

所述辅助电极和所述参比电极焊接在一起并置于所述水箱内部，所述参比电极与所述水箱连接固定;

所述电控芯片引出第一引脚、第二引脚、第三引脚和第四引脚，其中，所述第一引脚和所述第二引脚分别连接所述电池的正、负极，所述第三引脚与所述参比电极电连接，所述第四引脚连接于所述水箱的外表面；

所述电控芯片，用于接收所述参比电极反馈的电信号，并基于所述电信号控制所述水箱的电位维持在设定范围内。

2.根据权利要求1所述的储水式热水器防腐装置，其特征在于，所述电池包括金属阳极、电解液、空气阴极和封装结构；

所述电解液置于所述封装结构中，所述金属阳极浸于所述电解液中，所述空气阴极的两端面分别与所述电解液和空气相接触；所述金属阳极为所述电池的负极，所述空气阴极为所述电池的正极。

3.根据权利要求2所述的储水式热水器防腐装置，其特征在于，所述电池还包括附着于所述空气阴极上的催化剂。

4.根据权利要求2所述的储水式热水器防腐装置，其特征在于，所述空气阴极为透气防水膜材料制作。

5.根据权利要求1所述的储水式热水器防腐装置，其特征在于，所述第四引脚连接有多根连接线，多根连接线的末端分别连接于所述水箱外表面的不同部位。

6.根据权利要求1所述的储水式热水器防腐装置，其特征在于，所述参比电极通过绝缘的螺纹连接件与所述水箱连接固定。

7.根据权利要求1所述的储水式热水器防腐装置，其特征在于，所述电控芯片包括变压电路。

8.根据权利要求2所述的储水式热水器防腐装置，其特征在于，所述封装结构将所述金属阳极和所述空气阴极以榫卯连接方式组装在一起。

9.热水器，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的储水式热水器防腐装置。

10.储水式热水器防腐控制方法，应用于如权利要求1-8任一项所述的储水式热水器防腐装置中，其特征在于，包括：

所述电控芯片从所述第四引脚接收所述参比电极和所述辅助电极反馈的电信号；

基于所述电信号判断所述水箱内的电位是否属于设定范围；若否，

控制所述第三引脚和所述第四引脚之间的输出电压，以使得水箱的电位维持在所述设定范围内。