CN203364423U - 一种离子加热即热热水器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种离子加热即热热水器，属于电热水器领域。该热水器利用水中离子在交流电场中振动摩擦生热，调整电极间距离和作用面积达到调整功率的效果，使用感应线圈感应负载电流大小，通过LED或LCD指示当前工作状态，引导用户准确操作热水器；本热水器包括用旋钮手动控制电极片动作的手动调整方式，还包括用电机自动控制极片动作的自动调整方式。本实用新型首次将离子加热方式和电子控制结合在一起，并解决了一系列其它技术问题，使离子加热技术真正达到商业应用水平。

Description

一种离子加热即热热水器

技术领域

本实用新型属于热水器领域，特别是一种利用水中离子加热的电热水器。 

背景技术

   在末来相当长的一段时间，在中国和所有发展中国家，电热水器以其低价格、高可靠性、电能可再生、清洁等优势，依然将是市场的主流，而即热热水器以其小巧、节能、即开即热等特点将成为电热水器的发展方向。从欧美发达国家热水器发展历程来看，即热热水器替代贮水式热水器不可避免，同时太阳能热水器和空气能热水器也将在未来一定程度上取代电热水器的地位。我们正处于即热热水器的发展阶段，由于居民消费水平的影响，这个阶段不可避免的存在，发展中国家大部分家庭没有能力消费昂贵的空气热水器，也不方便安装太阳能热水器。再者，空气能热水器和太阳能热水器也存在诸多问题，并过份依赖气温和气候。另外，对于小家庭用热水不多的情况来看，空气能热水器节能所产生的效益可能还抵消不了它的制造和维护成本。所以，就中国国情而言，发展比贮水式热水器节能的即热热水器是现实而且是有益的。 

目前即热热水器使用传统的金属电热管、电热膜电热管、PTC加热器、祼丝加热，由于即热热水器体积小、功率大，使用这些传统电热方式存在先天不足：除PTC加热器外，其它加热方式在干烧时温度升至很高，这种小体积大功率的即热热水器，一有水压波动或其它异常，极易导致发热器或温度保险烧毁；其中石英玻璃电热膜加热管还易漏水、易爆管；大功率的PTC加热器由于功率衰减问题实际在热水器中已经淘汰；裸丝加热价格高。使用传统的电热方式，不仅发热体本身价格较高、易烧机，还需要较复杂的电子电路板与之配合，也需要更耐热的材料制成发热芯壳体，这样一来，成本自然就高，较复杂的电子电路板也成为薄弱环节，容易出现各种问题。高价格和高返修率制约了即热热水器的发展。 

    离子加热技术直接利用流过电极片间水中离子在交流电场中摩擦生热，当水流过电极片间的缝隙时，水中离子在交流电场下振荡摩擦生热，由于没有热传递的过程，所以完全没有热阻和热惯性，经测试其电热效率达到99.5%以上；并且由于微弱电解反应的客观存在，在电极片上不会产生水垢；水的温度不会高于100度，所以也绝对不会出现温度过高而烧机情况，无水则自然行成断路停止加热；惰性电极石墨材料也相当便宜。综上所述，离子加热技术可以解决即热热水器面临的问题。关于此技术，在十多年前就有人提出专利申请，后续也有不少人提出各种方案，但都存在各种不足，离真正成为被使用的技术相去甚远。这些专利都存在以下一些的问题：1、没考虑各地水质差异而设计成可活动的电极片结构来调整间距或作用面积以满足不同水质要求。2、没考虑各种水质下电极片表面电流密度尽量均衡以获得一致的使用寿命3，没考虑人机交互，使用者无法知道当前功率大小，由于各地自来水的电阻率差异大，电阻不确定，所以没有电子电路来控制就无法使用。4、没有考虑到电解反应对电极的电解腐蚀，没对电极材料做相关的限定。5、没考虑成本因素，设计出相当复杂的结构，使生产没有经济性。6、没考虑国家安全标准，无法通过安规认证。 

因此，在如今节能减排、低碳生活的大势下，提出一种切实可行的低价格高可靠性的离子加热即热热水器是迫切需要解决的问题。 

发明内容

为解决现有即热热水器的不足，本实用新型提供了一种离子加热即热热水器。 

    本实用新型的目的是通过下面技术解决方案解决的： 

  1、一种离子加热即热热水器，它包括外壳、发热芯、旋钮、进水口、出水口、电源线，其特征在于：所述发热芯壳体内设有间隔排列的石墨电极，与进出水口形成水流通道，其中至少一个电极与活动机构连接，活动机构与旋钮连接，所述石墨电极由石墨片、金属连接件组成，相邻两电极分别与电源火零线连接，进出水口与石墨电极之间设置了一定截面和长度的绝缘水道，所述离子加热即热热水器还包括电路板，所述电路板包含电流检测电路和指示电路。

  2、根据权利要求1所述的一种离子加热即热热水器，其特征在于：还包括水压开关，水压开关顶针顶在脱扣机构的传动杆上。 

  3、根据权利要求1所述的一种离子加热即热热水器，其特征在于：还包括水流开关，装在进水口位置，水流开关的信号线与电路板相连。 

  4、根据权利要求1所述的一种离子加热即热热水器，其特征在于：所述发热芯还包括螺杆、压板，螺杆与活动电极的螺纹配合，压板用螺丝连接在发热芯壳体上，压板压紧螺杆。 

  5、根据权利要求1所述的一种离子加热即热热水器，其特征在于：所述发热芯还包括螺杆、拉板和导滑板，螺杆与拉板用螺纹连接，拉板与活动电极用滑轨结构配合，活动电极侧边与导滑板有凸起和沟槽结构配合。 

  6、一种离子加热即热热水器，它包括外壳、发热芯、操作钮、进水口、出水口、电源线，其特征在于：所述发热芯壳体内设有间隔排列的石墨电极，与进出水口形成水流通道，其中至少一个电极与活动机构连接，活动机构与电机传动轴连接，所述石墨电极由石墨片、金属连接件组成，相邻两电极分别与电源火零线连接，进出水口与石墨电极之间设置了一定截面和长度的绝缘水道，所述离子加热即热热水器还包括电路板，所述电路板包括电机驱动电路、电流检测电路和指示电路。 

  7、根据权利要求6所述的一种离子加热即热热水器，其特征在于：还包括水压开关，水压开关顶针顶在脱扣机构的传动杆上。 

  8、根据权利要求6所述的一种离子加热即热热水器，其特征在于：还包括水流开关，装在进水口位置，水流开关的信号线与电路板相连。 

  9、根据权利要求6所述的一种离子加热即热热水器，其特征在于：所述发热芯还包括螺杆、压板，螺杆与活动电极的螺纹配合，压板用螺丝连接在发热芯壳体上，压板压紧螺杆。 

  10、根据权利要求6所述的一种离子加热即热热水器，其特征在于：所述发热芯还包括螺杆、拉板和导滑板，螺杆与拉板用螺纹连接，拉板与活动电极用滑轨结构配合，活动电极侧边与导滑板有凸起和沟槽结构配合。 

本实用新型的基本思想是融合机械和电子控制使离子加热方式可控可调；通过对电极材料选择，对电极电气连接结构的特别设计，解决阳极氧化问题和不同材质电气连接位置电化学腐蚀问题；通过对活动电极活动方式的设计使热水器在不同水质下保证一致的使用寿命；通过对隔电墙的设计解决电气绝缘问题。 

附图说明

  下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明： 

  图1是旋钮版本整体外观图；

  图2是旋钮版本装配示意图；

  图3是发热芯的分解图；

  图4是发热芯的剖开图；

  图5是电极片分解图；

  图6是水压开关结构图；

  图7是水流开关示意图；

  图8是电机驱动版整体外观图；

  图9是电机驱动版内部结构示意图；

  图10是防电墙结构示意图；

  图11-1是另一种发热芯结构的俯视图；

  图11-2是另一种发热芯结构的主视图；

  图12是本实用新型旋钮版本的电路框图；

  图13是本实用新型电机驱动版本的电路框图。

图中：

A. 发热芯组件；   B. PCB组件一 ；  C. PCB组件二  ； D. 水压开关组件；

1. 前壳；  2. 后盖  ；3. 发热芯壳体；  4. 发热芯上盖 ； 5. 发热芯下盖；  6. 出水接头 ； 7. 进水接头  ；8. 固定电极 ； 9. 活动电极 ； 10. 导滑板 ； 11. 拉板 ； 12. 旋钮 ；13. 螺杆 ； 14. 压块 ； 15. 密封圈 ； 16. 水压开关皮碗  17. 水压开关顶针 ； 18. 螺杆密封圈 ； 19. 悬臂  ；20. 传动杆；  21. 复位钮 ； 22. 插销  ；23. 指示灯；  24. 操作钮  ；25. 显示窗 ； 26. 马达 ； 27. 从动齿轮 ； 28. 主动齿轮 ； 29. 温度传感器 ； 30. 水流开关  ；31. 电源线 ； 

9a . 石墨片  ；9b. 塑料框架  ；9c. 金属连接件；  9d. 铆钉。

具体实施方式

   下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。 

   本实用新型的基本思想是融合机械和电子控制使离子加热方式可控可调；通过对电极材料选择，对电极电气连接结构的特别设计，解决阳极氧化问题和不同材质电气连接位置电化学腐蚀问题；通过对活动电极活动方式的设计使热水器在不同水质下保证一致的使用寿命；通过对隔电墙的设计解决电气绝缘问题。 

   实施例一

     如图1所示，热水器面板包括旋钮12和指示灯23也可以是LCD显示窗，通过旋转旋钮调整功率，指示灯指示当前功率和工作状态，引导用户调到合适的功率。如图2所示，发热芯组件A和PCB组件一B按图示装配在前壳1内；进水口7和出水口6通过粘接或者用螺丝连接到发热芯组件A上；水压开关组件D装在发热芯组件A上，水压开关组件跟PCB组件一B的动触点配合，水压开关组件D和PCB组件一B的脱扣器结构详细节构如图6所示：水压开关组件由水压开关皮碗16和水压开关顶针17组成，装配在发热芯壳体3上，由发热芯上盖4压紧，当热水器通水时，水流通过发热芯壳体3上的小孔进入到水压开关皮碗16内，水的静压胀开水压开关皮碗16，皮碗把水压开关顶针17顶起，顶针顶住传动杆20向上运动，传动杆通过插销22带动悬臂19向上，悬臂压紧动触点32贴合定触点33使电路导通；关水时没有水压，水压开关皮碗16靠自身弹力复位，动触点32靠动触片的弹力回弹，从而断开电路；当电路异常时，包括电流过载、漏电等情况，电路板主控单元给脱扣线圈通电，吸引铁芯内缩，带动插销22脱开传动杆20的卡槽，使传动杆20无法把力传递给悬臂19，此时悬臂可沿传动杆上下自由运动，动触片回弹，断开电路；当电路回复正常时，电磁铁断电，铁芯在复位弹簧带动下复位，此时按下复位钮21使插销22重新卡入传动杆20的卡槽，脱扣机构恢复正常。图3和图4展示了发热芯组件A的详细构造，其中图3为分解图，图4为装配状态剖开图，为图面清晰取消了所有剖面线，在本实用新型的最佳实施方案中：使用了一片固定电极片8和两片活动电极片9，固定电极片接火线，活动电极片接零线，此接法使进出水可起到接零保护；活动电极片9装在拉板11的滑轨上，活动电极片侧边的凸台与导滑板10的滑槽配合；螺杆13与拉板11用螺纹传动，当旋转旋钮12时，螺杆13带动拉板11上下运动，拉板带动活动电极片9上下运动，活动电极片在导滑板10滑槽的限制下沿拉板11滑轨附加横向运动，从而同时改变电极片间的间距和作用面积，最大限度的放大了可调整的功率范围，满足各地水质要求，并减小在各种水质差异下电极片表面电流密度差异，保证比较一致的使用寿命。当然本实用新型也可以只采用一块活动极片，或者是所有极片都可以活动做相对运动，图111和图112展示了另一种发热芯结构，使用一片固定电极8和一片活动电极9，活动电极直接和螺杆13用螺纹传动，压块14把螺杆压紧在发热芯壳体上，旋转螺杆调整两片电极的间距。其活动机构的结构也不限于此，其核心在于电极片至少有一片是活动的，而不拘泥于活动极片的数量和动作方式，任何由此方案能轻易想到的改动方案都在此实用新型的保护范围内。图5展示了电极片的结构，本结构的指导思想是：使用廉价的隋性电极材料石墨解决阳极氧化问题，对电气连接位置密封设计解决电化学腐蚀问题，通过和塑料框架的组合满足结构设计要求，在本实用新型的最佳实施方案中：金属连接件9c和石墨片9a用铆钉9d进行电气连接,然后把此组件作镶件放入注塑模具中注射塑料框架9b，当然本实用新型还可以通过以下方案实现：石墨片9a和金属连接件9c连接后，在连接部位涂密封材料，再和已经单独注塑好的塑料框架9b装配在一起。在图10中展示了本实用新型的防电墙结构，在发热芯売体3上设计迂回水道，用胶圈彼此隔离，形成一段细长绝缘水道，经测算，在本机器要求的最低自来水电阻率1300欧.厘米的条件下，此防电墙能保证1兆欧的电阻要求，而我国自来水电阻率远高于1300欧.厘米，另外此结构加强了发热芯壳体的强度。此结构还可以通过以下方式实现：1，在进出水口和发热芯之间直接连一段胶管作为防电墙；2，在进出水口和发热芯之间增加一设置了防电墙结构的塑料件。图12为旋钮版本的电路框图，通过感应线圈感应主路电流大小，经IC处理后通过LED或LCD显示当前档位的功率，当功率达到时相应的指示灯亮；当电流过大时，过流保护单元动作，IC给脱扣线圈通电，脱扣机构动作断开电路；温度感应单元是通过在出水水路上设置温度传感器实现的，把温度变化转化为传感器的电阻变化，经IC处理后通过LCD显示即时温度；相线反接报警电路是为了进出水接零保护而设计，通过三极管、二极管、LED、偏置电阻、限流电阻这些元件的组合实现相线反接时灯光报警；漏电保护单元跟普通漏电保护器原理完全一样。

实施例二

如图8所示，热水器面板包括操作钮24和显示窗25，通过操作钮调整功率或温度，显示窗指示当前工作状态，引导用户调到合适的档位。如图9所示，发热芯组件A和PCB组件二C按图示装配在前壳1内；进水口7和出水口6通过粘接或者用螺丝连接到发热芯组件上，在出水水道上设置了温度传感器29；电机26通过齿轮副或者涡轮涡杆或者带轮机构传递扭矩至螺杆13，水压开关组件D装在发热芯组件A上，水压开关组件跟PCB组件二的动触点配合，水压开关和PCB上的脱扣器详细结构完全同实施例一。发热芯组件A的详细构造除用电机及传动机构取代旋钮之外完全同实施例一。电极结构和防电墙结构完全同实施例一。图12为电机驱动版本的电路框图，通过感应线圈感应主路电流大小，由主控单元处理后根据水温情况控制电机运转，自动调整功率，电机在设定的功率范围内自动调整；当电路异常导致电流过大时，过流保护单元动作，IC给脱扣线圈通电，脱扣机构动作断开电路；温度感应单元是通过在出水水路上设置温度传感器实现的，把温度变化转化为传感器的电阻变化，经IC处理后通过LCD显示即时温度；相线反接报警电路是为了进出水接零保护而设计，通过三极管、二极管、LED、偏置电阻、限流电阻这些元件的组合实现相线反接时灯光报警；漏电保护单元跟普通漏电保护器原理完全一样。

实施例三

如图7所示，水流开关30装在进水口位置，其信号线与PCB相连。当有一定水流量通过时，磁芯在水流作用下位移并带动磁源产生磁控作用，传感器输出“1”开关信号，电路板主控单元控制电磁铁吸合，电路导通；当水流过小或没有水流通过时，磁芯在弹簧力作用下复位，传感器输出“0”开关信号，电路板主控单元控制电磁铁断开，电路断开。此水流开关结构用于取代实施例一和实施例二的水压开关，除此，其它结构完全同上述两种实施例结构。

   以上结合附图对本实用新型具体实施方式做了说明，但这些说明不能理解为限制了本实用新型的范围，本实用新型的保护范由随附的权利要求书限定，任何由权利要求书轻易想到的改动都在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种离子加热即热热水器，它包括外壳、发热芯、旋钮、进水口、出水口、电源线，其特征在于：所述发热芯壳体内设有间隔排列的石墨电极，与进出水口形成水流通道，其中至少一个电极与活动机构连接，活动机构与旋钮连接，所述石墨电极由石墨片、金属连接件组成，相邻两电极分别与电源火零线连接，进出水口与石墨电极之间设置了一定截面和长度的绝缘水道，所述离子加热即热热水器还包括电路板，所述电路板包含电流检测电路和指示电路。

2.  根据权利要求1所述的一种离子加热即热热水器，其特征在于：还包括水压开关，水压开关顶针顶在脱扣机构的传动杆上。

3.  根据权利要求1所述的一种离子加热即热热水器，其特征在于：还包括水流开关，装在进水口位置，水流开关的信号线与电路板相连。

4.根据权利要求1所述的一种离子加热即热热水器，其特征在于：所述发热芯还包括螺杆、压板，螺杆与活动电极的螺纹配合，压板用螺丝连接在发热芯壳体上，压板压紧螺杆。

5.根据权利要求1所述的一种离子加热即热热水器，其特征在于：所述发热芯还包括螺杆、拉板和导滑板，螺杆与拉板用螺纹连接，拉板与活动电极用滑轨结构配合，活动电极侧边与导滑板有凸起和沟槽结构配合。

6.  一种离子加热即热热水器，它包括外壳、发热芯、操作钮、进水口、出水口、电源线，其特征在于：所述发热芯壳体内设有间隔排列的石墨电极，与进出水口形成水流通道，其中至少一个电极与活动机构连接，活动机构与电机传动轴连接，所述石墨电极由石墨片、金属连接件组成，相邻两电极分别与电源火零线连接，进出水口与石墨电极之间设置了一定截面和长度的绝缘水道，所述离子加热即热热水器还包括电路板，所述电路板包括电机驱动电路、电流检测电路和指示电路。

7. 根据权利要求6所述的一种离子加热即热热水器，其特征在于：还包括水压开关，水压开关顶针顶在脱扣机构的传动杆上。

8.  根据权利要求6所述的一种离子加热即热热水器，其特征在于：还包括水流开关，装在进水口位置，水流开关的信号线与电路板相连。

9.根据权利要求6所述的一种离子加热即热热水器，其特征在于：所述发热芯还包括螺杆、压板，螺杆与活动电极的螺纹配合，压板用螺丝连接在发热芯壳体上，压板压紧螺杆。

10. 根据权利要求6所述的一种离子加热即热热水器，其特征在于：所述发热芯还包括螺杆、拉板和导滑板，螺杆与拉板用螺纹连接，拉板与活动电极用滑轨结构配合，活动电极侧边与导滑板有凸起和沟槽结构配合。

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