CN109717735B

CN109717735B - 内胆组件以及液体加热器

Info

Publication number: CN109717735B
Application number: CN201711039863.XA
Authority: CN
Inventors: 梅长云; 马向阳; 李兴航; 李康; 何柏锋; 刘华; 柳维军
Original assignee: Foshan Shunde Midea Electrical Heating Appliances Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Foshan Shunde Midea Electrical Heating Appliances Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2017-10-27
Filing date: 2017-10-27
Publication date: 2021-03-19
Anticipated expiration: 2037-10-27
Also published as: CN109717735A

Abstract

本发明公开一种内胆组件以及液体加热器，其中，所述内胆组件包括内胆、电热管、高导热层以及低导热涂层，所述低导热涂层附着在所述内胆底壁的外表面，所述低导热涂层的导热系数小于或者等于50W/m.k，所述高导热层附着在所述低导热涂层的外表面，且所述高导热层的导热系数大于或者等于100W/m.k，所述电热管安装在所述高导热层上。本发明提供的液体加热器中，通过在电热管和内胆底壁的外表面之间设置所述低导热涂层，减缓了热量沿内胆底壁的厚度方向的传递速度，改进了现有的内胆与电热管接触区域的功率密度较高，产生较大噪声的问题。

Description

内胆组件以及液体加热器

技术领域

本发明涉及生活电器技术领域，特别涉及一种内胆组件以及液体加热器。

背景技术

目前市场上液体加热器，例如电热水壶，大都采用电热管加热，请参阅图1，电热管多呈环绕状，电热管与壶体的底壁之间接触区域小，因而形成了对接触区域集中加热，而远离接触区域加热效果较差，导致局部功率密度较高，局部产生大量的小汽泡且更易脱离底壁，并在水中爆炸，产生较大噪声。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种内胆组件以及液体加热器，旨在解决现有的液体加热器的局部功率密度较高，局部产生大量的小汽泡在水中爆炸，产生较大噪声的问题。

为实现上述目的，本发明提出的内胆组件，用于液体加热器，所述内胆组件：

内胆；

低导热涂层，附着在所述内胆底壁的外表面，所述低导热涂层的导热系数小于或者等于50W/m.k；

高导热层，附着在所述低导热涂层的外表面，且所述高导热层的导热系数大于或者等于100W/m.k；以及，

电热管，安装在所述高导热层上。

优选地，所述低导热涂层的导热系数小于或者等于10W/m.k。

优选地，所述低导热涂层的厚度为0.1mm到1.5mm。

优选地，所述低导热涂层的材料为Fe、304不锈钢、430不锈钢、Al₂O₃或ZrO₂。

优选地，所述高导热层为导热板。

优选地，所述高导热层的厚度为0.5mm到2mm。

优选地，所述低导热涂层呈环状，所述高导热层的中部设有嵌入所述低导热涂层的中部通孔并直接与所述内胆底壁的外表面热接触的凸台。

优选地，所述低导热涂层覆盖整个所述内胆底壁的外表面，所述高导热层至少覆盖所述电热管及其环绕的周边区域。

优选地，所述高导热层覆盖整个所述低导热涂层，且延伸至至少所述内胆侧壁底部的外表面。

本发明还提出的一种液体加热器，包括内胆组件，所述内胆组件包括：

内胆；

电热管，安装在所述高导热层上。

本发明提供的技术方案中，高导热层不仅能将电热管的热量尽快传递至整个低导热涂层的表面，还能避免电热管的热量散发不出去而损坏。低导热涂层的导热系数小于或者等于50W/m.k，能减缓热量沿内胆底壁厚度方向传递的速度，相应的增加了热量沿内胆底壁厚度方向传递的时间。由于电热管沿内胆底壁厚度方向热传递时间的延长，内胆与电热管接触区域向内胆底壁所在平面所传递的热量就会相应的增加，使得内胆与电热管接触区域的功率密度降低，从而减少了内胆与电热管接触区域产生的气泡数量，进而降低了内胆组件在加热过程中产生的噪声。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为现有的液体加热器的内胆组件的加热原理示意图；

图2为本发明提供的液体加热器的第一实施例的立体结构示意图；

图3为本发明提供的内胆组件的第一实施例的立体结构示意图；

图4为图3中的内胆组件的加热原理示意图；

图5为图4中A处的局部放大示意图；

图6为本发明提供的内胆组件的第二实施例的结构示意图；

图7为图6中B处的局部放大示意图；

图8为本发明提供的内胆组件的第三实施例的结构示意图；

图9为图8中C处的局部放大示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				100	内胆组件	4	低导热涂层
1	内胆	200	液体加热器
				11	底壁	5	壶盖
12	侧壁	6	开盖按键
				2	电热管	7	手柄
21	铝板	8	开关
				3	高导热层	9	底座
31	凸台	10	外壳

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提供一种液体加热器，液体加热器可以是电热水壶、电热水瓶或咖啡壶等，以下将以电热水壶为例进行介绍，液体加热器可以是双层壶体结构，即为包括内胆和外壳，也可以单层壶体结构，即为只包括内胆。图2为本发明提供的液体加热器的第一实施例，液体加热器包括内胆组件。

请参阅图2，在本实施例中，液体加热器200包括内胆组件、壶盖5、开盖按键6、手柄7、开关8、底座9以及外壳10，内胆组件设于外壳10内，通过开盖按键6控制壶盖5，打开和盖合内胆组件，可以通过手柄7提起壶体，放置在底座9上为内胆组件供电。本实施例针对的是双层电水壶，外壳10的材质可以是塑料也可以是金属。值得注意的是，对于单层不锈钢水壶来说，是没有外壳的。

图3至图5为本发明提供的内胆组件的第一实施例，请参阅图3至图5，内胆组件100包括内胆1、低导热涂层4、高导热层3以及电热管2，低导热涂层4附着在内胆1底壁11的外表面，低导热涂层4的导热系数小于或者等于50W/m.k，高导热层3附着在低导热涂层4的外表面，且高导热层3的导热系数大于或者等于100W/m.k，电热管2安装在高导热层3上。低导热涂层4最佳为孔隙率低于5％的金属涂层或者金属盐涂层，例如孔隙率可以为2％、3％和4％的Fe涂层、304不锈钢涂层、430不锈钢涂层、Al₂O₃涂层或者ZrO₂涂层。

本发明提供的技术方案中，高导热层3不仅能将电热管2的热量尽快传递至整个低导热涂层4的表面，还能避免电热管2的热量散发不出去而损坏。低导热涂层4的导热系数小于或者等于50W/m.k，能减缓热量沿内胆1底壁11厚度方向传递的速度，相应的增加了热量沿内胆1底壁11厚度方向传递的时间。由于电热管2沿内胆1底壁11厚度方向热传递时间的延长，内胆1与电热管2接触区域向内胆1底壁11所在平面所传递的热量就会相应的增加，使得内胆1与电热管2接触区域的功率密度降低，从而减少了内胆1与电热管2接触区域产生的气泡数量，进而降低了内胆组件100在加热过程中产生的噪声。

低导热涂层4的导热系数越小，对接触区域纵向传热的减缓效果也越好，为了更好的降低液体加热器200工作时所产生的噪音，在第一实施例中，低导热涂层4的导热系数小于或者等于10W/m.k，如此设置，在保证液体加热器200的加热效率满足使用要求的基本前提下，液体加热器200的降噪效果也较好。

为了验证低导热涂层4的导热系数对噪声的影响，本发明给出一实验，如下：

实验一

实验条件：选用加热功率1800W电热水壶，壶内水量为1.3L—1.7L，直径为100mm的电热管，电热水壶最低热效率值应不小于85％。

实验步骤：1、在消声室外连续烧开两壶满刻度水并倒掉；2、冷却水壶后第三次加入最大刻度水量并放置测试台正中间；3、温度传感器置于水壶中心的水位高度的中间处；4、按下水壶的“启动”键，同时开始计时；5、壶内水温上升到跳停时停止计时测量；5、剔除声功率值≤45dB的噪声值，对测试噪声值进行A计权，取平均声功率作为主要判定值，最大声功率作为辅助判定值。

先选用具有如图1结构所示现有的电热水壶，内胆1底壁11的材料为304不锈钢，导热系数为43，厚度为0.5mm，铝板21厚度为0.5mm，导热系数为237，直径为110mm，测得实验数据具体见下表1。

表1

最大声功率/dB	平均声功率/dB	热效率值
			70.05	64.15	89.0％

再选用具有如图4结构的电热水壶，设置低导热涂层4(直径120mm，厚度为0.5mm)和高导热层3(直径为110mm，厚度为0.5mm的铝板，导热系数为237)，测得低导热涂层4在导热系数不同时所对应的实验数据具体见下表2。

表2

低导热涂层导热系数	最大声功率/dB	平均声功率/dB	热效率值
				50	59.05	57.15	89.3％
40	57.17	55.26	88.8％
				29	55.05	54.15	88.0％
20	54.23	53.32	87.5％
				15	54.17	52.29	87.4％
13	53.76	51.61	87.3％
				11	53.14	51.09	87.2％
10	51.49	50.47	86.9％
				9	51.21	50.21	86.4％
7	50.87	49.79	86.2％
				5	50.65	49.65	86.0％

对比表1和表2中的数据可知，当低导热涂层4的导热系数小于或者等于50W/m.k时，液体加热器200工作时所产生的噪音的平均声功率降低了至少7dB，最大声功率降低了至少11dB，并且，液体加热器200的热效率值都在85％以上，满足使用要求，符合安规规定。

单独看表2中的数据可知，随着低导热涂层4的导热系数逐渐变小，热效率值会逐渐降低，且当低导热涂层4的导热系数在29和50之间时，加热效率与现有产品的热效率相差不大，在1个百分点之内，平均声功率降低了至少7dB，，降噪效果和加热效率都能达到较佳。

单独看表2中的数据可知，随着低导热涂层4的导热系数逐渐变小，最大声功率和平均声功率都会降低，当低导热涂层4的导热系数小于或者等于10W/m.k时，尽管热效率下降得比较快，但与现有技术的差值也在3个百分点之内，但噪音数值相对于现有技术则有更明显的降低，至少下降了13dB。例如，可以选用导热系数为10的ZrO₂以及导热系数更低的材质制成低导热涂层4，但低导热涂层4的导热系数最好不要低于5％。

要获得上述导热系数范围内的低导热涂层4，在第一实施例中，是通过选用低导热系数的材料喷涂形成低导热涂层4，例如，低导热涂层4的材料可以为Fe、304不锈钢、430不锈钢、Al2O3或者ZrO2(Fe的导热系数为48，304不锈钢和430不锈钢的导热系数为45，Al2O3的导热系数为29，ZrO2的导热系数为10)，此些材料制成的低导热涂层4不但可以减缓接触区域的纵向传热，降低了液体加热器200工作时的噪音，并且，生产制造成本相对较低，性价比高。如上所介绍的，选用Al₂O₃或ZrO₂制成低导热涂层4，如此得到的低导热涂层4各项综合性能较佳。

除了低导热涂层4的导热系数和材料等因素之外，低导热涂层4的厚度对减缓热量沿内胆1底壁11厚度方向传递的速度也存在影响，在第一实施例中，低导热涂层4的厚度为0.1mm到1.5mm，低导热涂层4设置太薄，易脱落，降噪效果不好，在第一实施例中，通过对低导热涂层4厚度范围的限定，在保证能够较好地降低液体加热器200工作时的噪音的前提下，还能避免过厚的设置低导热涂层4造成成本的浪费，并且也影响液体加热器200的加热效率的问题，当然，低导热涂层4厚度跟低导热涂层4的导热系数相关，导热系数越小，低导热涂层4厚度可以相对设置的薄一些。

为了验证低导热涂层4的厚度对噪声的影响，本设计又给出了一实验：

实验二

实验条件：跟实验一相同。

实验步骤：跟实验一相同。

再选用具有如图4结构的电热水壶，设置低导热涂层4(直径120mm，材料为Al₂O₃，导热系数为29)和高导热层3(直径为110mm，材料为Al，厚度为0.5mm的涂层，导热系数为237)，测得低导热涂层4在厚度不同时所对应的实验数据具体见下表3。

表3

低导热涂层厚度mm	最大声功率/dB	平均声功率/dB	热效率值
				0.1	62.89	60.14	88.7％
0.3	57.57	55.89	88.4％
				0.5	55.05	54.15	88.0％
0.7	52.85	50.98	87.5％
				1.0	50.98	48.99	86.9％
1.2	49.57	47.56	86.1％
				1.5	48.79	47.25	85.2％

对比表1和表3中的数据可知，当低导热涂层4的厚度为0.1mm到1.5mm时，平均声功率降低了至少4.01dB，最大声功率降低了至少7dB，并且，热效率值都在85％以上，满足使用要求，符合安规规定。

单独看表3中的数据可知，随着低导热涂层4的厚度逐渐增加，平均声功率降、最大声功率和热效率值都会下降，当时低导热涂层4的厚度为0.3mm到0.7mm时，热效率值与现有产品的热效率值(89.0％)相差在1.5个百分点之内，但噪声下降了至少8dB，最多有13dB以上。

单独看表3中的数据可知，随着低导热涂层4的厚度逐渐增加，噪音会逐渐降低，故一般可以设置低导热涂层4的厚度在0.3mm至0.7mm范围内，例如为0.5mm，不但降噪效果良好，加热效率跟现有产品差不多，综合性能较佳。

如上述所介绍的低导热涂层4的导热性能较差，可以减缓热量的传递，故为了避免低导热涂层4与电热管2直接接触，影响到电热管2热量对外的传递，造成电热管2的干烧，影响电热管2的使用寿命，请参阅图4和图5，低导热涂层4的外表面还附着有高导热层3，高导热层3的导热系数大于或者等于100W/m.k(例如，6061铝合金的导热系数为155W/m.k)，电热管2安装在高导热层3上，高导热层3的设置避免了低导热涂层4与电热管2的直接接触，不仅有利于电热管2的对外快速传热，还能降低对电热管2所造成的损伤，因此高导热层3的导热系数可以尽可能的高，在第一实施例中，采用的高导热层3是铝涂层，导热系数大于或者等于200W/m.k，达到237W/m.k，如此更有利于电热管2热量的对外传递。

要获得上述导热系数范围内的高导热层3，在第一实施例中，是通过选用高导热系数的材料来制成高导热层3，除了上述的铝之外，还可以选用铜制成高导热层3，铜的导热系数为401，通过上述材料制成的高导热层3不但具有良好的导热性能，而且，生产成本相对较低，各种综合性能较佳。

除了高导热层3的材料和导热系数会影响到电热管2的对外传热效果之外，高导热层3的厚度也对电热管2的对外传热存在影响，高导热层3的厚度是跟高导热层3的设置形式(高导热层3可以为金属导热板或者喷涂层，金属导热板生产成本相对较低，喷涂层可以增大高导热层3与其它层之间的有效热接触面积)相关的，具体地，当高导热层3为金属导热板时，金属导热板的厚度为0.5mm到2mm；当高导热层3为喷涂层时，喷涂层的厚度为0.1mm到0.5mm，如此设置，不但可以保证电热管2的热量能够较好的对外传递，减小低导热涂层4的设置对电热管2所带来的影响，并且也避免过厚的设置高导热层3导致成本浪费的问题。

如上所介绍的，设置高导热层3的主要作用是将电热管2的热量有效对外传递，避免低导热涂层4直接与电热管2直接接触，电热管2干烧的问题，故高导热层3的设置跟低导热涂层4所布设区域相关的，如下将详细介绍。

当低导热涂层4的布设区域覆盖内胆1底壁11的中心时，例如，请参阅图4和图5，低导热涂层4覆盖整个内胆1底壁11的外表面，对应的高导热层3只需覆盖电热管2及其环绕的周边区域，即可避免低导热涂层4直接与电热管2直接接触，但是，在第一实施例中，高导热层3的布设区域不但覆盖电热管2及其环绕的周边区域，而且还覆盖低导热涂层4下表面的中心，如此设置，电热管2的热量可以通过高导热层3沿高导热层3所在平面传递，进一步降低了接触区域的功率密度，提升了降噪效果，并且加工工艺相对较为简单，例如，可以先打磨内胆1底壁11的外表面后，在整个底壁11的外表面喷涂低导热涂层4，再在低导热涂层4的外表面喷涂高导热层3，最后打磨高导热层3的外表面与电热管2焊接，如果是冷喷形成高导热层3可以不用打磨高导热层3的外表面。

低导热涂层4的作用是减缓热量沿内胆1底壁11厚度方向传递的速度，低导热涂层4的布设区域要至少覆盖接触区域，故低导热涂层4可以布设在一环状区域内，当低导热涂层4的布设区域呈环状时，请参阅图6和图7，在第二实施例中，低导热涂层4呈环状，高导热层3附着在低导热涂层4的外表面，且高导热层3的中部设有嵌入低导热涂层4的中部通孔并直接与内胆1底壁11的外表面热接触的凸台31，通过凸台31的设置可以增加沿内胆1底壁11所在平面的传热，增加了对内胆1底部的加热面积，进一步降低液体加热器200的工作时产生的噪音。

要实现上述效果的凸台31的设置方式有多种，请参阅图6和图7，在第二实施例中，高导热层3与凸台31为一体成型的，采用相同的材料和方式制成高导热层3与凸台31，例如，可以是先打磨内胆1底壁11的外表面后，在整个底壁11的外表面喷涂环状的低导热涂层4，再在低导热涂层4的外表面喷涂高导热层3与凸台31，最后打磨高导热层3的外表面与电热管2焊接，如果是冷喷形成高导热层3可以不用打磨高导热层3的外表面，如此设置加工工艺较为简单。

要实现上述效果的凸台31的设置方式还可以是采用不同于高导热层3的材料和/或方式制作凸台31，例如，请参阅图8和图9，在第三实施例中，高导热层3为铝板，凸台31为喷涂层，要制作此种内胆组件100可以是先打磨内胆1底壁11的外表面后，在整个底壁11的外表面喷涂环状的低导热涂层4，然后在低导热涂层4的环形中心区域喷涂形成凸台31，再将铝板焊接在低导热涂层4的外表面，最后将电热管2焊接至铝板上，如此设置，通过铝板连接电热管2，有利于对电热管2进行安装定位。

为了验证环状设置低导热涂层4对噪声的影响，，本设计又给出了一实验：

实验三

实验条件：跟实验一相同。

实验步骤：跟实验一相同。

再选用具有如图7结构的电热水壶，选用低导热涂层4(外径为120mm，材料为Al₂O₃，导热系数为29，厚度为0.5mm)和高导热层3(材料为Al，厚度为0.5mm的涂层，导热系数为237，外径为110mm，高导热层3中部设有嵌入低导热层内且与内胆外表面热接触的凸台)，测得了低导热涂层4在内径尺寸不同时所对应的实验数据，具体分别见下表4。

表4

低导热涂层内径mm	最大声功率/dB	平均声功率/dB	热效率值
				75	49.17	47.97	88.8％
60	49.98	48.87	88.2％
				45	50.59	49.78	87.7％
30	52.68	51.79	87.1％
				15	53.59	52.68	86.7％
0	55.09	54.18	86.3％

对比表1和表4中的数据可知，无论低导热涂层4是呈环形设置还是覆盖整个内胆1底壁11，平均声功率降低了至少10dB，最大声功率降低了至少15dB，降噪效果明显，并且热效率值与现有产品的差值均在1个百分点之内。

单独看表4中的数据可知，当低导热涂层4的内径从0到75mm时，平均声功率降和最大声功率下降，并且热效率值会有所提升，热效率值的提升也意味着电热管2的热量能有效对外传递，从而降低了对电热管2的损伤。

高导热层3除了上述设置方式之外，高导热层3还可以覆盖整个低导热涂层4，且延伸至至少内胆1侧壁12底部的外表面，通过在内胆1侧壁12的外表面设置高导热层3，进一步增加内胆1底部的加热面积，使内胆1底部的受热更加均匀，降低了液体加热器200工作时所产生的噪音，并且，提升了液体加热器200的加热效率。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims

1.一种内胆组件，用于液体加热器，其特征在于，所述内胆组件包括：

内胆；

电热管，安装在所述高导热层上；

所述低导热涂层呈环状，所述高导热层的中部设有嵌入所述低导热涂层的中部通孔并直接与所述内胆底壁的外表面热接触的凸台。

2.如权利要求1所述的内胆组件，其特征在于，所述低导热涂层的导热系数小于或者等于10W/m.k。

3.如权利要求1所述的内胆组件，其特征在于，所述低导热涂层的厚度为0.1mm到1.5mm。

4.如权利要求1所述的内胆组件，其特征在于，所述低导热涂层的材料为Fe、304不锈钢、430不锈钢、Al₂O₃或ZrO₂。

5.如权利要求1所述的内胆组件，其特征在于，所述高导热层为导热板。

6.如权利要求1所述的内胆组件，其特征在于，所述高导热层的厚度为0.5mm到2mm。

7.如权利要求1所述的内胆组件，其特征在于，所述低导热涂层覆盖整个所述内胆底壁的外表面，所述高导热层至少覆盖所述电热管及其环绕的周边区域。

8.如权利要求1所述的内胆组件，其特征在于，所述高导热层覆盖整个所述低导热涂层，且延伸至至少所述内胆侧壁底部的外表面。

9.一种液体加热器，其特征在于，包括如权利要求1至8任意一项所述的内胆组件。