CN112212507B - 热交换器及包含其的热水器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热交换器及包含其的热水器。该热交换器包括：检测电路、换热管、阳极棒、驱动件和电连接件；检测电路用于检测阳极棒的消耗状态，检测电路在电连接件抵接阳极棒时接通；阳极棒插设于换热管中，阳极棒的第一端相对于换热管固定，电连接件面对阳极棒的第二端设置，驱动件设于换热管中并用于根据换热管中的流体的温度推动电连接件抵接和远离阳极棒的第二端。该热交换器通过设置根据换热管中的流体温度推动电连接件的驱动件，实现根据换热管中的流体的温度来实现阳极棒的检测电路的通断，从而在热水器使用时即热交换器内充满热水时，使得检测电路断开，避免人体因为接触水流而触电。

Description

热交换器及包含其的热水器

技术领域

本发明涉及热水器领域，特别涉及一种热交换器及包含其的热水器。

背景技术

热水器有很多组成部分，其中，阳极棒是热水器中必不可少的部件。这是因为通常流入内胆里的水都不是纯净的水，总含有各种各样的杂质并具有一定的腐蚀性，内胆就会被腐蚀。而阳极棒的主要成份是镁，在热水器的内胆里面，它和内胆(主要成份是铁)同时与水接触，由于化学原理而形成原电池。由于镁比铁更活泼，更容易成为镁离子(Mg²⁺)，因而镁离子可以先被溶解在水中，此时，镁离子优先脱离镁棒与氧结合，腐蚀过程结束。换句话说，镁棒被腐蚀，保证了内胆的完好无缺。所以，绝大多数厂家都会给热水器安装镁棒，既保护了内胆，又延长了电热水器的使用寿命。

在此基础上，为了能够及时判断阳极棒的腐蚀消耗程度，会设置检测装置来实时监测，以进行及时更换。而由于检测的电路系统带电，阳极棒处于内胆中，所以检测系统的持续开始，会使阳极棒所接触的流体带电，导致热水器在使用过程中的水流可能带电，所以存在一定危险性，当水流流过人体的皮肤时会产生触电的酥麻感，导致用户的使用体验变差。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术监测阳极棒的电路系统工作会使水流带电的缺陷，提供一种热交换器及包含其的热水器。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

一种热交换器，其包括：检测电路、换热管、阳极棒、驱动件和电连接件；

所述检测电路用于检测所述阳极棒的消耗状态，所述检测电路在所述电连接件抵接所述阳极棒时接通；

所述阳极棒插设于所述换热管中，所述阳极棒的第一端相对于所述换热管固定，所述电连接件面对所述阳极棒的第二端设置，所述驱动件设于所述换热管中并用于根据所述换热管中的流体的温度推动所述电连接件抵接和远离所述阳极棒的第二端。

在本方案中，该热交换器通过设置根据换热管中的流体温度推动电连接件的驱动件，实现根据换热管中的流体的温度来实现阳极棒的检测电路的通断，从而在热水器使用时即热交换器内充满热水时，使得检测电路断开，避免人体因为接触水流而触电。

优选地，所述驱动件包括第一弹性件；

所述第一弹性件由记忆合金材料制成并且在使得所述电连接件远离所述阳极棒的第二端的方向上偏压所述电连接件。

在本方案中，利用记忆合金材料具有高温下恢复形状的特性，使得第一弹性件在换热管中有热水时，弹性系数变大，从而带动阳极棒远离电连接件。

优选地，所述驱动件还包括接合件，所述第一弹性件作用于所述接合件，所述接合件相对于所述电连接件固定地接合于所述电连接件。

在本方案中，通过设置接合件，方便第一弹性件带动电连接件运动。

优选地，所述电连接件包括导电的第二弹性件，所述接合件接合于所述第二弹性件，所述第二弹性件处于压缩状态。

在本方案中，通过设置第二弹性件来确保检测电路在换热管中的流体低温时接通。

优选地，所述接合件接合于所述第二弹性件的长度方向上的中部。

在本方案中，将接合件设置在所述第二弹性件的长度方向上的中部，便于第一弹性件作用于第二弹性件。

优选地，所述电连接件还包括电极片，所述电极片以所述第二弹性件为中心设于所述阳极棒的相反侧，所述第二弹性件的第一端面对所述阳极棒的一端，所述电极片固定于所述第二弹性件的另一端。

在本方案中，通过电极片，将阳极棒接入检测电路。

优选地，所述换热管的内壁上设置有抵接部，所述第一弹性件的一端抵接于所述抵接部，所述第一弹性件的另一端抵接于所述接合件。

在本方案中，通过设置抵接部来方便第一弹性件的设置。

优选地，所述第一弹性件设于所述接合件的靠近所述阳极棒的一侧，所述第一弹性件处于压缩状态。

优选地，所述第二弹性件为弹簧，所述接合件套设于所述第二弹性件。

优选地，所述接合件包括抵接盘和一个或多个横筋；

所述抵接盘的中心设有通孔，所述横筋设置在抵接盘的一侧表面或两侧表面并设置成跨越所述通孔。

在本方案中，通过设置如上的接合件，确保接合件可以确实地固定于第二弹性件，且方便第一弹性件的抵接，以及方便将第二弹性件安装于接合件。

优选地，所述驱动件设置成在所述换热管中的流体的温度大于预定阈值时推动所述电连接件远离所述阳极棒的第二端。

优选地，所述第一弹性件为弹簧，和/或，所述阳极棒为镁棒。

优选地，所述热交换器还包括筒状的主体，所述主体内部形成烟道，所述换热管穿设于所述烟道并围绕所述主体设置。

一种热水器，其包括如上所述的热交换器。

本发明的积极进步效果在于：该热交换器通过设置根据换热管中的流体温度推动电连接件的驱动件，实现根据换热管中的流体的温度来实现阳极棒的检测电路的通断，从而在热水器使用时即热交换器内充满热水时，使得检测电路断开，避免人体因为接触水流而触电。该热水器具有上述相同效果。

附图说明

图1为根据本发明的一实施例的燃气热水器的结构示意图。

图2为根据本发明的一实施例的热交换器的立体结构示意图。

图3为根据本发明的一实施例的热交换器的正视结构示意图，其中，检测电路接通。

图4为根据本发明的一实施例的热交换器的另一正视结构示意图，其中，检测电路未接通。

图5为图3中的A部分的放大结构示意图。

图6为根据本发明的一实施例的第二弹性件和接合件的组合的立体结构示意图。

图7为根据本发明的一实施例的接合件的立体结构示意图。

图8为根据本发明的一实施例的接合件的另一立体结构示意图。

图9为根据本发明的一实施例的检测电路的第一电路示意图。

图10为根据本发明的一实施例的检测电路的第二电路示意图。

附图标记说明：

热水器100

热交换器110

主体111

烟道112

换热管113

阳极棒114

第一弹性件121

第二弹性件122

抵接部131

电极片132

接合件140

抵接盘141

横筋142

通孔143

检测电路150

控制模块151

连接电路152

开关控制电路155

具体实施方式

下面结合附图，通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在的实施例范围之中。

如图1所示，本实施例提供了一种热水器100。本实施例的热水器100为燃气热水器100。可选择地，本发明也适用于电热水器100、太阳能热水器100等。

该热水器100包括热交换器110。热交换器110用于对流经其中的流体进行热交换，以便加热流经其中的流体。

对于本实施例的燃气热水器100，如图2所示，热交换器110包括筒状的主体111和换热管113，主体111内部形成烟道112，换热管113穿设于烟道112并围绕主体111设置，即换热管113的一部分围绕主体111，而换热管113的另一部分穿过烟道112。烟道112用于流通燃气燃烧产生的烟气，在烟道112内，烟气经过换热管113从而与换热管113发生热交换以加热换热管113中的流体。

对于电热水器100、太阳能热水器100等其他热水器100，热交换器110的形式可以不同，其对换热管113的加热方式也可以是多样的，本领域的技术人员可以根据需要进行设置。

如图3-5所示，热交换器110还包括：检测电路150、阳极棒114、驱动件和电连接件。

图3和4为清楚示意换热管113的内部，对换热管113进行了部分剖切。

检测电路150用于检测阳极棒114的消耗状态，检测电路150在电连接件抵接阳极棒114时接通。后面将详细描述。

阳极棒114插设于换热管113中，阳极棒114的第一端相对于换热管113固定，电连接件面对阳极棒114的第二端设置，驱动件设于换热管113中并用于根据换热管113中的流体的温度推动电连接件抵接和远离阳极棒114的第二端。

该热交换器110通过设置根据换热管113中的流体温度推动电连接件的驱动件，实现根据换热管113中的流体的温度来实现阳极棒114的检测电路150的通断，从而在热水器100使用时即热交换器110内充满热水时，使得检测电路150断开，避免人体因为接触水流而触电。

驱动件设置成在换热管113中的流体的温度大于预定阈值时推动电连接件远离阳极棒114的第二端。

该预定阈值可以设定为热水器100启动后，换热管113中的流体将会达到的温度，例如50摄氏度。

在本实施中，驱动件采用了记忆合金的形式，但是本发明不限于此。也可以采用电动式的驱动件，利用温度传感器感应换热管113中的流体的温度，然后根据温度传感器的检测结果，控制驱动件动作以推动电连接件移动。

驱动件包括第一弹性件121和接合件140。

第一弹性件121由记忆合金材料制成并且在使得电连接件远离阳极棒114的第二端的方向上偏压电连接件。第一弹性件121作用于接合件140，接合件140相对于电连接件固定地接合于电连接件。

利用记忆合金材料具有高温下恢复形状的特性，使得第一弹性件121在换热管113中有热水时，弹性系数变大，从而带动阳极棒114远离电连接件。通过设置接合件140，方便第一弹性件121带动电连接件运动。

第一弹性件121的材料可以根据上述的预定阈值进行选取。记忆合金材料可以在以下材料中选取：Au-Cd、Ag-Cd、Cu-Zn、Cu-Zn-Al、Cu-Zn-Sn、Cu-Zn-Si、Cu-Sn、Cu-Zn-Ga、In-Ti、Au-Cu-Zn、NiAl、Fe-Pt、Ti-Ni、Ti-Ni-Pd、Ti-Nb、U-Nb和Fe-Mn-Si等。

电连接件包括导电的第二弹性件122，接合件140接合于第二弹性件122，第二弹性件122处于压缩状态。通过设置第二弹性件122来确保检测电路150在换热管113中的流体低温(低于预定阈值)时接通。

接合件140接合于第二弹性件122的长度方向上的中部。将接合件140设置在第二弹性件122的长度方向上的中部，便于第一弹性件121作用于第二弹性件122。

换热管113的内壁上设置有抵接部131，第一弹性件121的一端抵接于抵接部131，第一弹性件121的另一端抵接于接合件140。在本实施例中，抵接部131为径向向内的环形凸起。通过设置抵接部131来方便第一弹性件121的设置。

第一弹性件121设于接合件140的靠近阳极棒114的一侧(右侧)，第一弹性件121处于压缩状态。

在本实施例中，第二弹性件122为弹簧。在其他实施例中，第二弹性件122也可以为其他形式，例如盘簧等。

如图6所示，接合件140套设于第二弹性件122。

如图7-8所示，接合件140包括抵接盘141和一个或多个横筋142；抵接盘141的中心设有通孔143，横筋142设置在抵接盘141的两侧表面并设置成跨越通孔143。可选择地，也可以只在抵接盘141的一侧表面设置横筋142。

在本实施例中，通过在抵接盘141的一侧面设置一个横筋142，在抵接盘141的另一侧面设置两个横筋142，方便第二弹性件122装入接合件140并相对于接合件140固定。

横筋142穿设在第二弹性件122(弹簧)的相邻的两个螺旋线圈之间，从而将接合件140固定于第二弹性件122。

第二弹性件122通过螺旋地穿过通孔143而相对于接合件140安装。

抵接盘141用于第一弹性件121的抵接。

通过设置如上的接合件140，确保接合件140可以确实地固定于第二弹性件122，且方便第一弹性件121的抵接，以及方便将第二弹性件122安装于接合件140。

在本实施例中，第一弹性件121为弹簧。

阳极棒114一般为镁棒，用于防止金属内胆腐蚀和软化水质。

金属换热管113和阳极棒114形成原电池，阳极棒114为电池的阳极，而金属水管为电池的阴极，通过优先消耗作为阳极的阳极棒114而避免作为阴极的金属水管被腐蚀。

可选地，金属换热管113的内壁面设有搪瓷涂层，在搪瓷涂层完整的情况下，阳极棒114和金属换热管113之间无法实现电路导通，但是当搪瓷涂层局部出现裂纹时，金属换热管113的金属表面与金属换热管113内的流体(一般为自来水，自来水中具有少量游离的金属离子而使得自来水可导电)接触，金属换热管113和阳极棒114之间的电阻变小，金属换热管113和阳极棒114之间形成电路导通，阳极棒114输出电流，以在金属换热管113的露出的金属表面上形成一种极化膜，修补破损的搪瓷，防止金属水管被腐蚀。

电连接件还包括电极片132，电极片132以第二弹性件122为中心设于阳极棒114的相反侧，第二弹性件122的第一端面对阳极棒114的一端，电极片132固定于第二弹性件122的另一端。

通过电极片132，将阳极棒114接入检测电路150。

以下结合图9和10详细描述检测电路150。

检测电路150还包括控制模块151和连接电路152。

连接电路1522用于根据控制信号输出电信号并发送至控制模块151，控制模块151用于根据电信号生成用于表征阳极棒114消耗量的检测结果。

例如，分别获取多个阳极棒114在不同电信号的情况下对应的剩余量，进而计算得到阳极棒114在不同电信号下的消耗量。

对于全新的阳极棒114安装在热水器100中且连接电路152开启工作时，获取连接电路152输出的初始电信号；然后随着阳极棒114的消耗，连接电路152输出不同时间点对应的电信号，从而获取不同时刻的电信号对应的阳极棒114被消耗程度；即通过预先建立电信号与阳极棒114消耗量的对应关系，以实时、快速且准确地向用户反馈阳极棒114在不同阶段对应的消耗情况，提升了用户的使用体验。

控制模块151还用于判断电信号是否达到设定阈值，若是，则生成更换阳极棒114的报警信号；和/或，控制连接电路152停止检测。

具体地，如图9所示，本实施例的连接电路152包括开关控制电路155和第一电阻R1。

具体地，开关控制电路155的输入端与控制模块151的驱动信号输出端电连接，开关控制电路155的第一连接端和第二连接端分别与阳极棒114的两端电连接，开关控制电路155的输出端分别与第一电阻R1的一端和控制模块151的信号输入端电连接，第一电阻R1的另一端接。

其中，电信号为电压信号，控制模块151用于根据电压信号和第一电阻R1的阻值计算得到阳极棒114中的电流值，并判断电流值是否小于设定阈值，若是，则生成更换阳极棒114的报警信号。

具体地，如图10所示，开关控制电路155包括第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第一晶体管Q1、第二晶体管Q2、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3和二极管D1。

第二电阻R2的一端与控制模块151的驱动信号输出端电连接，第二电阻R2的另一端分别与第一晶体管Q1的基极和第三电阻R3的一端电连接，第七电阻的另一端与第五电阻的一端电连接；第四电阻R4的一端与电源端VCC电连接，第四电阻R4的另一端分别与第一电容C1的一端、第二电容C2的一端、接线端A的一端电连接，第一电容C1的另一端分别与第一晶体管Q1的集电极、第二晶体管Q2的集电极、第二电容C2的另一端和接线端A的另一端电连接，第一晶体管Q1的发射极与第二晶体管Q2的基极电连接，第二晶体管Q2的发射极分别与第一电阻R1的一端和第五电阻R5的一端电连接，第五电阻R5的另一端分别与第六电阻R6的一端、二极管D1的阳极和第三电容C3的一端和控制模块151的信号输入端电连接，二极管D1的阴极与外接电源电连接，第六电阻R6的另一端和第三电容C3的另一端均接地。接线端A与阳极棒114的两端电连接。

可选地，第一电容包括电解电容，第一晶体管Q1和第二晶体管Q2均为NPN型三极管，控制模块151为单片机。

当电连接件抵接阳极棒114时，检测电路150接通，单片机的驱动信号输出端输出高电平，使三极管Q1和三极管Q2均导通，将电源端VCC的电压施加在阳极棒114的两端，同时单片机的信号输入端通过对地的采样电阻R1检测阳极棒114的两端的外部所接零部件的电流。若单片机检测到的电流小于X，则单片机的驱动信号输出端继续输出高电平；若单片机检测到的电流大于或者等于X，则单片机的驱动信号输出端输出低电平，使三极管Q1和三极管Q2截止，此时阳极棒114两端没有电压，并且发出更换阳极棒114的报警信号。

以下，简要描述上述热交换器110的工作方式。

当热水器100未工作时，热交换器110的换热管113中的流体的温度较低，低于预定阈值，此时，第一弹性件121未发生形状恢复，第二弹性件122克服第一弹性件121的作用力伸长并抵接于阳极棒114的第二端，如图3和5所示，此时，检测电路150接通，对阳极棒114的消耗进行正常检测，一旦检测到阳极棒114消耗殆尽，则提示更换阳极棒114。

当热水器100开始工作时，热交换器110的换热管113中的流体被加热升温，高于预定阈值，此时，第一弹性件121受热发生形状恢复，第一弹性件121的弹性系数增大且伸长，从而推动接合件140朝向电极片132的方向运动，接合件140带动第二弹性件122朝向电极片132收缩，使得第二弹性件122的端部(图4中的右端)脱离阳极棒114的第二端，使得检测电路150断开，避免了热水器100使用时的水流带电隐患。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式作出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种热交换器，其特征在于，其包括：检测电路、换热管、阳极棒、驱动件和电连接件；

所述检测电路用于检测所述阳极棒的消耗状态，所述检测电路在所述电连接件抵接所述阳极棒时接通；

所述阳极棒插设于所述换热管中，所述阳极棒的第一端相对于所述换热管固定，所述电连接件面对所述阳极棒的第二端设置，所述驱动件设于所述换热管中并用于根据所述换热管中的流体的温度推动所述电连接件抵接和远离所述阳极棒的第二端；

所述驱动件包括第一弹性件；

所述第一弹性件由记忆合金材料制成并且在使得所述电连接件远离所述阳极棒的第二端的方向上偏压所述电连接件。

2.如权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述驱动件还包括接合件，所述第一弹性件作用于所述接合件，所述接合件相对于所述电连接件固定地接合于所述电连接件。

3.如权利要求2所述的热交换器，其特征在于，所述电连接件包括导电的第二弹性件，所述接合件接合于所述第二弹性件，所述第二弹性件处于压缩状态。

4.如权利要求3所述的热交换器，其特征在于，所述接合件接合于所述第二弹性件的长度方向上的中部。

5.如权利要求3所述的热交换器，其特征在于，所述电连接件还包括电极片，所述电极片以所述第二弹性件为中心设于所述阳极棒的相反侧，所述第二弹性件的第一端面对所述阳极棒的一端，所述电极片固定于所述第二弹性件的另一端。

6.如权利要求3所述的热交换器，其特征在于，所述换热管的内壁上设置有抵接部，所述第一弹性件的一端抵接于所述抵接部，所述第一弹性件的另一端抵接于所述接合件。

7.如权利要求3所述的热交换器，其特征在于，所述第一弹性件设于所述接合件的靠近所述阳极棒的一侧，所述第一弹性件处于压缩状态。

8.如权利要求3所述的热交换器，其特征在于，所述第二弹性件为弹簧，所述接合件套设于所述第二弹性件。

9.如权利要求8所述的热交换器，其特征在于，所述接合件包括抵接盘和一个或多个横筋；

所述抵接盘的中心设有通孔，所述横筋设置在抵接盘的一侧表面或两侧表面并设置成跨越所述通孔。

10.如权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述驱动件设置成在所述换热管中的流体的温度大于预定阈值时推动所述电连接件远离所述阳极棒的第二端。

11.如权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述第一弹性件为弹簧，和/或，所述阳极棒为镁棒。

12.如权利要求1-11中任一项所述的热交换器，其特征在于，所述热交换器还包括筒状的主体，所述主体内部形成烟道，所述换热管穿设于所述烟道并围绕所述主体设置。

13.一种热水器，其特征在于，其包括如权利要求1-12中任一项所述的热交换器。

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