CN108826658B - 全水体安全接地的即热式加热器及其加热方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了全水体安全接地的即热式加热器及其加热方法。所述全水体安全接地的即热式加热器包括陶瓷加热管、螺旋金属线、散热接地片和可控硅元件。所述螺旋金属线具有直线部、折弯部和主体螺旋部。本发明公开的全水体安全接地的即热式加热器及其加热方法，螺旋金属线与散热接地片之间为物理接触，使得陶瓷加热管内腔和陶瓷加热管外腔内与螺旋金属线接触的水体都处于安全可靠的接地保护状态。螺旋金属线与陶瓷加热管、加热器外壳一起，使得上述陶瓷加热管外腔形成螺旋前进的加热流路，从而使水体的加热程度更加均匀、大幅提升流速、降低陶瓷加热管的表面温度，同时还有助于减少水垢生成和水垢沉淀，延长加热器使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于水体加热技术领域，具体涉及全水体安全接地的即热式加热器及其加热方法。
背景技术
目前，市售的大部分即热式流体加热器，未充分考虑将整个加热腔体中的水体接地，而仅在出水口采用铜片接地。上述接地方式存在缺陷，一方面与水体的接触不充分不可靠，另一方面也没有保护进水口以前的水路及其他设备免于加热器故障引起的触电风险。
同时，另有部分即热式流体加热器在进水口与出水口都实现了接地处理。然而，上述接地方式同样存在缺陷，主要体现在：1、没有对整个水加热的腔体接地，仅靠进水、出水两个点接地，大部分的接地点结构设计简单，接地不够充分，影响安全；2、两个接地点之间需要一个额外的可靠的接地连接媒介，导致具体工艺难度较高，组装检测成本也比较高。
发明内容
本发明针对现有技术的状况，提供一种全水体安全接地的即热式加热器和一种全水体安全接地的即热式加热器的加热方法。
本发明采用以下技术方案，所述全水体安全接地的即热式加热器包括加热器外壳，所述加热器外壳的中部设有出水口，所述加热器外壳的一端设有进水端盖，所述进水端盖设有进水口，其特征在于，所述全水体安全接地的即热式加热器包括：
陶瓷加热管，所述陶瓷加热管内置于加热器外壳，所述陶瓷加热管与加热器外壳之间的间隙形成陶瓷加热管外腔，所述陶瓷加热管内置有陶瓷加热管内腔，上述陶瓷加热管外腔与陶瓷加热管内腔连通；
螺旋金属线，所述螺旋金属线具有直线部、折弯部和主体螺旋部，所述折弯部的两侧分别与直线部和主体螺旋部一体成型，所述直线部位于上述陶瓷加热管内腔，所述主体螺旋部位于上述陶瓷加热管外腔，所述主体螺旋部缠绕于陶瓷加热管，使得整根螺旋金属线同时设置于上述陶瓷加热管外腔和陶瓷加热管内腔并且充分浸润于水体中；
散热接地片和可控硅元件，所述散热接地片固定安装于加热器外壳，所述散热接地片同时与可控硅元件和螺旋金属线物理接触，所述散热接地片同时与上述水体相互接触，所述可控硅元件的输出功率可调。
根据上述技术方案，所述散热接地片的其中一部分为平面，该部分的散热接地片与可控硅元件物理接触；所述散热接地片的其中一部分与上述水体相互接触。
根据上述技术方案，所述全水体安全接地的即热式加热器还包括温度断路器，所述散热接地片的其中一部分与温度断路器物理接触，所述温度断路器串联在可控硅元件所在的加热回路中。
根据上述技术方案，所述主体螺旋部由若干首尾相接的螺旋线圈组成，所述螺旋金属线的靠近进水口的端部还具有端部螺旋部。
根据上述技术方案，所述螺旋金属线的线径大于1mm，所述螺旋金属线的展开后的总长度大于100mm。
根据上述技术方案，所述散热接地片包括散热接地片本体和散热加速层，所述散热加速层贴合于散热接地片本体的下侧，所述散热接地片本体与可控硅元件物理接触，所述散热接地片本体同时与水体相互接触。
根据上述技术方案，所述散热接地片本体由不锈钢材料或者铜合金材料等强度高且导电且在水中耐腐蚀的材料制成，所述散热加速层由铝材料或者或铜合金材料等导热性能好的材料制成。
根据上述技术方案，所述陶瓷加热管内置有两组由可控硅元件独立控制的发热丝，上述两组发热丝将发热总功率分割为1/2、1/2或者1/3、2/3的两部分。
本发明专利申请还公开了全水体安全接地的即热式加热器的加热方法，包括以下步骤：
步骤S1：温度传感器获取出水口处的出水温度T0，同时设置加热器的目标温度T1；
步骤S2：控制电路板根据上述出水温度T0设定可控硅元件的初始输出功率；
步骤S3：控制电路板根据上述出水温度T0和目标温度T1之间的差值动态调节可控硅元件的输出功率。
根据上述技术方案，所述全水体安全接地的即热式加热器的加热方法还包括步骤S4，所述步骤S4位于步骤S3之后：
步骤S4：温度断路器判断水体温度是否高于预置的临界值，如果是则温度断路器切断可控硅元件的功率输出，否则执行步骤S3。
本发明公开的全水体安全接地的即热式加热器及其加热方法，其有益效果在于，由于螺旋金属线与散热接地片之间为物理接触，使得陶瓷加热管内腔和陶瓷加热管外腔内与螺旋金属线接触的水体都处于安全可靠的接地保护状态。螺旋缠绕于陶瓷加热管的螺旋金属线，除了可以发挥水体可靠接地的作用外，客观上还与陶瓷加热管、加热器外壳一起，使得上述陶瓷加热管外腔形成螺旋前进的加热流路，从而使水体的加热程度更加均匀、大幅提升流速、降低陶瓷加热管的表面温度，同时还有助于减少水垢生成和水垢沉淀，延长加热器使用寿命。
附图说明
图1是本发明优选实施例的整体结构图。
图2是本发明优选实施例的爆炸结构图。
图3A是本发明优选实施例的陶瓷加热管的结构示意图。
图3B是本发明优选实施例的螺旋金属线的结构示意图。
图3C是本发明优选实施例的陶瓷加热管与螺旋金属线的装配示意图。
附图标记包括：10-陶瓷加热管；20-螺旋金属线；21-直线部；22-折弯部；23-主体螺旋部；24-端部螺旋部；30-加热器外壳；31-进水口；32-出水口；33-进水端盖；40-散热接地片；41-散热接地片本体；43-散热加速层；51-可控硅元件；52-温度断路器；53-控制电路板；54-温度传感器。
具体实施方式
本发明公开了一种全水体安全接地的即热式加热器和一种全水体安全接地的即热式加热器的加热方法，下面结合优选实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。
参见附图的图1和图2以及图3A至图3C，图1示出了所述全水体安全接地的即热式加热器的整体结构，图2示出了所述全水体安全接地的即热式加热器的分解（爆炸）结构，图3A示出了陶瓷加热管10的相关结构，图3B示出了螺旋金属线20的相关结构，图3C示出了所述陶瓷加热管10和螺旋金属线20的组合（装配）结构。
优选地，所述全水体安全接地的即热式加热器包括加热器外壳30，所述加热器外壳30的中部设有出水口32，所述加热器外壳30的一端设有进水端盖33，所述进水端盖33设有进水口31，其（所述全水体安全接地的即热式加热器）的特征在于，所述全水体安全接地的即热式加热器包括：
陶瓷加热管10，所述陶瓷加热管10内置于加热器外壳30，所述陶瓷加热管10与加热器外壳30之间的间隙形成陶瓷加热管外腔，所述陶瓷加热管10内置有陶瓷加热管内腔，上述陶瓷加热管外腔与陶瓷加热管内腔连通；
螺旋金属线20，所述螺旋金属线20具有直线部21、折弯部22和主体螺旋部23，所述折弯部22的两侧分别与直线部21和主体螺旋部23一体成型，所述直线部21位于上述陶瓷加热管内腔，所述主体螺旋部23位于上述陶瓷加热管外腔，所述主体螺旋部23缠绕于陶瓷加热管10，使得整根螺旋金属线20同时出现在上述陶瓷加热管外腔和陶瓷加热管内腔并且充分浸润于水体中；
散热接地片40和可控硅元件51，所述散热接地片40固定安装于加热器外壳30，所述散热接地片40同时与可控硅元件51和螺旋金属线20物理接触，所述散热接地片40同时与上述水体相互接触，所述可控硅元件51的输出功率可调，使得冷水通过进水端盖33进入陶瓷加热管内腔，经过内腔加热的水再折返到陶瓷加热管外腔继续加热，经过外腔加热的水从加热器外壳30的出水口32排出；同时散热_接地片兼具散热与接地保护两个功能；通过螺旋金属线20与兼具散热与接地保护两个功能的散热接地片40的物理直接接触以及两者之间的水膜接触，从而使得处于陶瓷加热管内腔和陶瓷加热管外腔的水同时处于可靠接地状态。
进一步地，所述散热接地片40的其中一部分为平面，该部分的散热接地片40与可控硅元件51物理接触，用于收集可控硅元件的热量。
进一步地，所述散热接地片40的其中一部分与上述水体相互接触，以便将可控硅元件51的热量传导给上述水体。
进一步地，所述全水体安全接地的即热式加热器还包括温度断路器52，所述散热接地片40的其中一部分与温度断路器52物理接触，所述温度断路器52串联在可控硅元件51所在的加热回路中。当水体温度高于温度断路器52预置的临界值时，温度断路器52切断可控硅元件51的功率输出，实现高温保护的目的。
进一步地，所述加热器壳体30的内表面具有若干与螺旋金属线20配合的限位槽（图中未示出），各个限位槽用于限定螺旋金属线20的位置，同时方便安装螺旋金属线20。
进一步地，所述主体螺旋部23由若干首尾相接的螺旋线圈组成。
其中，所述主体螺旋部23的螺旋线圈的数量优选为7圈。
进一步地，所述螺旋金属线20的靠近进水口31的端部还具有端部螺旋部24，以缩小水分子与螺旋金属线20的直线距离。
其中，所述端部螺旋部24由若干首尾相接的螺旋线圈组成。
其中，所述端部螺旋部24的螺旋线圈的数量优选为1.5圈。
优选地，上述陶瓷加热管内腔或者陶瓷加热管外腔中任一一个水分子与所述螺旋金属线20的直线距离不超过3.5mm。
优选地，所述螺旋金属线20的线径大于1mm，所述螺旋金属线20的展开后的总长度大于100mm。
根据上述优选实施例，由于螺旋金属线20与散热接地片40之间为物理接触，使得陶瓷加热管内腔和陶瓷加热管外腔内与螺旋金属线20接触的水体都处于安全可靠的接地保护状态。
值得一提的是，一旦出现陶瓷加热管10破损漏电等情况，陶瓷加热管10的内外两腔体的水体将可能带电。由于内外两腔体中任何一个水分子离接地的螺旋金属线20的距离都小于3.5mm（在进水口和出水口，水分子与螺旋金属线20的直线距离进一步缩减为2.5mm以内），且螺旋金属线20充分浸润在水中，与水的接触面积大于300mm2，因此螺旋金属线20与内外两腔体的水体的接触电阻很小，泄漏电流将通过螺旋金属线20从地线流走，保护前后水路，免于触电风险。
需要说明的是，螺旋缠绕于陶瓷加热管10的螺旋金属线20，除了可以发挥水体可靠接地的作用外，客观上还与陶瓷加热管10、加热器外壳30一起，使得上述陶瓷加热管外腔形成螺旋前进的加热流路，从而使水体的加热程度更加均匀、大幅提升流速、降低陶瓷加热管10的表面温度，同时还有助于减少水垢生成和水垢沉淀，延长加热器使用寿命。
本发明专利申请公开的全水体安全接地的即热式加热器，在上述优选实施例的基础上，还包括第一变形实施例。上述第一变形实施例与优选实施例基本相同，其区别在于，将散热接地片40替换为：
所述散热接地片40由两层或者两层以上的金属和/或合金材料构成。
优选地，所述散热接地片40由散热接地片本体41和散热加速层43复合而成，所述散热加速层43贴合于散热接地片本体41的下侧，所述散热接地片本体41与可控硅元件51物理接触，所述散热接地片本体41同时与水体相互接触。
其中，所述散热接地片本体41由不锈钢材料或者铜合金材料等强度高且导电的材料制成，所述散热加速层43由铝材料或者铜合金材料等导热性能好的材料制成，在满足散热条件的前提下有效地降低铜金属的使用量，进而降低成本。
本发明专利申请公开的全水体安全接地的即热式加热器，在上述优选实施例的基础上，还包括第二变形实施例。上述第二变形实施例与优选实施例基本相同，其区别在于，在优选实施例的基础上，所述全水体安全接地的即热式加热器还包括控制电路板53和温度传感器54，所述可控硅元件51内置于控制电路板53，所述温度传感器54位于出水口32处，所述温度传感器54用于检测出水口32的出水温度T0，所述控制电路板53根据出水温度T0和目标温度T1输出可控硅元件51的初始输出功率，所述控制电路板53根据出水温度T0与目标温度T1之间的差值（以及温度变化速率、前一刻的输出功率等参数）动态调整可控硅元件51的输出功率，以稳定出水口32的出水温度T0。
进一步地，所述陶瓷加热管10内置有两组由可控硅元件51独立控制的发热丝（图中未示出），上述两组发热丝将发热总功率分割为1/2、1/2或者1/3、2/3的两部分，通过控制电路板53的控制可以有效地降低大功率加热过程中的骚扰功率干扰、电磁辐射、谐波电流和电压闪烁值等EMC指标。
本发明专利申请还公开了上述全水体安全接地的即热式加热器的全水体安全接地的即热式加热器的加热方法，包括以下步骤：
步骤S1：温度传感器54获取出水口32处的出水温度T0，同时设置加热器的目标温度T1；
步骤S2：控制电路板53根据上述出水温度T0设定可控硅元件51的初始输出功率；
步骤S3：控制电路板53根据上述出水温度T0和目标温度T1之间的差值动态调节可控硅元件51的输出功率。
进一步地，所述全水体安全接地的即热式加热器的加热方法还包括步骤S4，所述步骤S4位于步骤S3之后：
步骤S4：温度断路器52判断水体温度是否高于预置的临界值，如果是则温度断路器52切断可控硅元件51的功率输出，否则执行步骤S3。
对于本领域的技术人员而言，依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种全水体安全接地的即热式加热器，包括加热器外壳，所述加热器外壳的中部设有出水口，所述加热器外壳的一端设有进水端盖，所述进水端盖设有进水口，其特征在于，所述全水体安全接地的即热式加热器包括：
陶瓷加热管，所述陶瓷加热管内置于加热器外壳，所述陶瓷加热管与加热器外壳之间的间隙形成陶瓷加热管外腔，所述陶瓷加热管内置有陶瓷加热管内腔，上述陶瓷加热管外腔与陶瓷加热管内腔连通；
螺旋金属线，所述螺旋金属线具有直线部、折弯部和主体螺旋部，所述折弯部的两侧分别与直线部和主体螺旋部一体成型，所述直线部位于上述陶瓷加热管内腔，所述主体螺旋部位于上述陶瓷加热管外腔，所述主体螺旋部缠绕于陶瓷加热管，使得整根螺旋金属线同时设置于上述陶瓷加热管外腔和陶瓷加热管内腔并且充分浸润于水体中；
散热接地片和可控硅元件，所述散热接地片固定安装于加热器外壳，所述散热接地片同时与可控硅元件和螺旋金属线物理接触，所述散热接地片同时与上述水体相互接触，所述可控硅元件的输出功率可调。
2.根据权利要求1所述的全水体安全接地的即热式加热器，其特征在于，所述散热接地片的其中一部分为平面，该部分的散热接地片与可控硅元件物理接触；所述散热接地片的其中一部分与上述水体相互接触。
3.根据权利要求2所述的全水体安全接地的即热式加热器，其特征在于，所述全水体安全接地的即热式加热器还包括温度断路器，所述散热接地片的其中一部分与温度断路器物理接触，所述温度断路器串联在可控硅元件所在的加热回路中。
4.根据权利要求1所述的全水体安全接地的即热式加热器，其特征在于，所述主体螺旋部由若干首尾相接的螺旋线圈组成，所述螺旋金属线的靠近进水口的端部还具有端部螺旋部。
5.根据权利要求1所述的全水体安全接地的即热式加热器，其特征在于，所述螺旋金属线的线径大于1mm，所述螺旋金属线的展开后的总长度大于100mm。
6.根据权利要求1所述的全水体安全接地的即热式加热器，其特征在于，所述散热接地片由散热接地片本体和散热加速层复合而成，所述散热加速层贴合于散热接地片本体的下侧，所述散热接地片本体与可控硅元件物理接触，所述散热接地片本体同时与水体相互接触。
7.根据权利要求6所述的全水体安全接地的即热式加热器，其特征在于，所述散热接地片本体由在水中耐腐蚀且导电的不锈钢材料或者铜合金材料制成，所述散热加速层由导热良好的铝或者铜合金材料制成。
8.根据权利要求1所述的全水体安全接地的即热式加热器，其特征在于，所述陶瓷加热管内置有两组由可控硅元件独立控制的发热丝，上述两组发热丝将发热总功率分割为1/2、1/2或者1/3、2/3的两部分。
9.根据权利要求1-8中任一权利要求所述的全水体安全接地的即热式加热器的加热方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：温度传感器获取出水口处的出水温度T0，同时设置加热器的目标温度T1；
步骤S2：控制电路板根据上述出水温度T0设定可控硅元件的初始输出功率；
步骤S3：控制电路板根据上述出水温度T0和目标温度T1之间的差值动态调节可控硅元件的输出功率。
10.根据权利要求9所述的全水体安全接地的即热式加热器的加热方法，其特征在于，所述全水体安全接地的即热式加热器的加热方法还包括步骤S4，所述步骤S4位于步骤S3之后：
步骤S4：温度断路器判断水体温度是否高于预置的临界值，如果是则温度断路器切断可控硅元件的功率输出，否则执行步骤S3。
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