CN207963127U - 液体加热器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种液体加热器，其可搅动液体以获得更加均匀的加热，以保证水温平稳；同时在同等加热功率下，减小了加热时发热元件的表面温度，从而进一步改善了EMC指标，减小了水垢析出量。一种液体加热器，包括加热器外壳，加热器外壳内插入加热管并被固定，具有进水通道的端盖与加热器外壳固定连接并形成密封配合，加热管具有贯穿该加热管的加热腔，并且加热腔与进水通道、出水通道相连通，加热腔内设有搅流器，搅流器包括设于加热腔内且用于搅动水流的旋翼。

Description

液体加热器

技术领域

本实用新型属于对液体进行加热的加热装置的技术领域，具体地说是涉及用于小厨宝、温水龙头、饮水机、智能座便器上的液体加热器。

背景技术

公开号CN104776587 B、授权日为2017年11月24日的本公司实用新型专利公开了一种不需要流量计的快速水加热装置及控制方法，其包括水箱壳体，壳体上设有进水口和出水口，壳体内设有管状加热元件，所述加热元件和加热控制板相连，所述水箱壳体上靠近出水口处设有出水温度传感器，所述水箱壳体上出水口处设有整流腔，所述出水温度传感器的头部感应点及杆体位于整流腔中，所述出水温度传感器和加热元件之间的距离为1～15mm；加热管与水箱外壳间有圆筒型的导流体，倒流体上有螺旋前进的导流槽。

这种结构的液体加热器比行业内早期的加热器在可靠性和安全性上有了很大改进（一根1500W，长度为94mm，直径11.6mm，在水中加热的陶瓷加热管，在传统无导流体的方案中，加热管全功率工作时表面温度最高为108℃左右；实施实用新型专利CN104776587 B方案后，全功率加热时，与水接触的陶瓷表面温度最高为94℃左右，安全性和寿命都提高了）。但此方案在加热过程中只有加热管外腔的水流是螺旋渐进均匀受热的；内腔的水流未作处理，受热不够均匀，热传递速度还不够快；使得加热元件工作时，加热管表面温度仍维持比较高的温度。

从而导致：1、冷态启动与全功率稳态工作时的内部发热丝仍然较高，冷态启动电流与全功率稳态工作电流之比较大（需要增加额外的元件成本改善EMC指标）；2、水中的钙镁离子和碳酸根离子，在高温下还是比较容易结晶析出形成水垢；3、对控制系统的要求很高，出水温度的平稳性主要依赖于软件算法，研发调试成本高。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种液体加热器，在加热管内腔中增加了搅流器，其在工作时可搅动液体以获得更加均匀的加热，以保证水温平稳，降低研发调试成本；进一步的，减小内腔流路的截面积，使液体流速增加，提高加热管内腔的热传递速度，进而降低整个加热管的工作温度，使得减小水垢的生成和堆积。

进一步的，由于加热管的工作温度降低了，在同样的发热功率下，冷态启动电流I0和全功率工作电流I之比也减小了，冷态启动电流I0减小了，EMC指标也更容易控制。

为解决上述技术问题，本实用新型的目的是这样实现的：

一种液体加热器，包括加热器外壳，加热器外壳内插入加热管并被固定，具有进水通道的端盖与加热器外壳固定连接并形成密封配合，加热管具有贯穿该加热管的加热腔，并且加热腔与进水通道、出水通道相连通，加热腔内设有搅流器，搅流器包括设于加热腔内且用于搅动水流的旋翼。

在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：所述搅流器还包括杆部，所述杆部供旋翼安装并支撑旋翼。

在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：所述搅流器被自由滑动地设于所述加热腔内。

在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：所述杆部设有封闭且与加热腔不连通的腔室；所述腔室至少有局部仅采用可变形的材料制成,当杆部置于水中且水结成冰时，所述腔室被挤压变形而释放出空间。

在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：所述杆部包括空心管和堵头，空心管具有敞开口的空腔，敞开口插入堵头，并且堵头与空心管形成密封配合，所述杆部采用可变形的材料制成。

在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：所述材料包括金属或特氟龙，杆部的壁厚为0.2~0.6mm。

在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：所述敞开口具有2个并且各敞开口均插有所述堵头，每一堵头供所述旋翼安装。

在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：所述堵头的端部设有球面部，在加热器外壳的右端设有凸台，凸台供球面部相抵。

在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：所述旋翼相对于所述杆部可转动。

在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：所述加热管包括陶瓷基体、发热丝和陶瓷外层，发热丝设于陶瓷基体和陶瓷外层之间，所述加热管至少有局部的外侧面与加热器外壳的内侧面具有间隙而形成加热流路腔，并且加热流路腔与所述加热腔相连通；所述出水通道设于加热器外壳上，并且进水通道依次经加热腔、加热流路腔后而与出水通道相连通。

本实用新型相比现有技术突出且有益的技术效果是：

本实用新型液体加热器，采用了旋翼结构，其在水流的作用下能够转动，进而能够搅动液体而使其均匀受热，从而使液体在第一流路中沿液体流动方向呈稳定的梯度分布。进一步的，由于搅流器的存在，减小了加热管内腔流路的截面积，使得液体在加热管内表面的流速增加，提高了热传递速度，使得在同样的发热功率下，比实用新型专利CN104776587B方案，加热管表面温度继续降低了5~6℃，进一步降低了水垢的析出量，延长了加热管寿命；转动的搅流器还能够使液体中的杂质或析出的水垢流动起来而被冲走，不会在第一流路中沉淀而造成流路堵塞。

进一步的，由物理公式电阻变化公式R=(R0+ΔR），以及电阻温度变化公式ΔR=TCR*ΔT*R0，可推导知:

R0= ΔR/( TCR*ΔT)= (R- R0)/( TCR*ΔT)

R0= R/(1+ TCR*ΔT) 公式1

（R为全功率工作时发热元件的电阻，R0发热元件为冷态时的电阻，ΔR为冷态到稳定全功率工作时的电阻变化值； TCR为平均温度电阻系数，ΔT为冷态到稳定全功率工作时的温升。）

同时，由全功率工作电流I=U/R,冷态电流I0=U/R0，可知冷态启动电流I0和全功率工作电流I之比：

K= I0/I= R/R0= (1+ TCR*ΔT) 公式2

加热管中的发热丝的温度电阻系数TCR一般在0.002~0.004之间，由于在同样的发热功率下工作温升ΔT降低了，由公式2可知，冷态启动电流I0和全功率工作电流I之比也减小了，冷态启动电流I0减小了，EMC指标也更容易控制。

如果维持全功率工作时的表面温升不变，那么在同样的发热元件寿命条件下，加热管的设计发热功率可以继续安全地提升10%左右，从而制作出更大功率的小型液体加热器。

附图说明

图1是本实用新型一实施例的整体结构示意图。

图2是本实用新型一实施例的爆炸图。

图3是本实用新型一实施例的剖视图。

图4是本实用新型一实施例的搅流器的结构示意图。

图5是本实用新型一实施例的旋翼的结构示意图。

图6是本实用新型一实施例的搅流器的爆炸图。

图7是本实用新型一实施例的加热管的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于已给出的实施例，本领域普通技术人员在未做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”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申请和简化描述，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申请的限制。

在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。

在本申请的描述中，方位词“上、下、左、右、内、外”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了描述本申请的技术方案或简化描述，而不是指示或者暗示所必须具有的特定方位、位置构造，因此不能理解为对本申请的限制。

本实用新型公开了一种液体加热器，其为电加热，作为用于小厨宝、温水龙头、饮水机、智能座便器上的加热装置。本实用新型所公开的液体加热器，一方面可搅动液体以获得更加均匀的加热，以保证水温平稳，另一方面，可提升加热功率，同时还能够保证流路不容易被杂质和污垢堵塞；再一方面，还能够防止加被冻裂。

本实用新型的液体加热器，包括加热器外壳1、加热管2、端盖3和搅流器4。

加热器外壳1内插入加热管2并被固定。具有进水通道31的端盖3与加热器外壳1固定连接并形成密封配合，加热管2具有贯穿该加热管2的加热腔21，并且加热腔21与进水通道31、出水通道10相连通。

下面将通过不同的实施例对加热器外壳1、加热管2、端盖3、出水通道10的结构作进一步的禅述。

实施例一、

液体加热器包括加热器外壳1、加热管2、端盖3。其中，端盖3仅具有一个。

具体地，参见图1-图3，加热器外壳1上设有一出水通道10，其与加热器外壳1为一体结构。加热器外壳1还设有容置腔11，容置腔11具有一开口端12。出水通道10与开口端12相邻近。在加热器外壳1内位于容置腔11的右端设有凸台13。

参见图7，加热管2大致呈管状结构，由内向外依次具有陶瓷基体、发热丝和陶瓷外层。其中，发热丝为电加热结构。参见图3，加热管2具有轴向贯穿加热管2的加热腔21。

加热管2插入容置腔11内。参见图3，凸台13有局部伸入到加热腔21内，由此，加热管2在径向获得定位。

在加热器外壳1的开口端12固定连接有端盖3，端盖3的端部紧抵住加热管2的凸沿22，而使加热管2的凸沿22紧靠在加热器外壳1的凸肩14上，并且凸沿22还通过密封圈与凸肩14形成密封连接。

在加热管2的进口端套设有密封帽5，密封帽5的外侧面还与端盖3形成密封连接。密封帽5的端面还设有通孔51以使成型在端盖3上的进水通道31通过该通孔51流进加热腔21内。

所述加热管2至少有局部的外侧面与加热器外壳1的内侧面具有间隙而形成加热流路腔6。如图3所示，在加热管2上位于凸沿22右侧的部分、凸沿22和加热器外壳1部分共同构建出加热流路腔6。

加热流路腔6与所述加热腔21相连通。需要指出的是，通常在凸台13上设有沟槽（图上未示），通过沟槽结构，以使加热管2内的液体流出加热腔21。当然，也可以在加热管2的管壁上设置通孔，以使加热腔21内的液体流出。

进水通道31依次经加热腔21、加热流路腔6后而与出水通道10相连通。在本实施例的液体加热器的结构中，加热腔21作为第一加热流路，加热管2上位于凸沿22右侧的部分、凸沿22和加热器外壳1部分共同构建出加热流路腔6作为第二加热流路。当液体流经第一加热流路获得加热后，再经过第二加热流路继续获得加热。由于第二加热流路采用加热管2的外侧面来构建，即第一加热流路和第二加热流路形成折回设计，在液体加热器整体长度不变的前提下可增加加热流路的长度，以使液体得到更加充分的换热。

加热腔21内设有搅流器4，搅流器4包括设于加热腔21内且用于搅动水流的旋翼41。

在水流的作用下，水流作用在旋翼41的翼片411从而引起旋翼41转动，因而搅动液体，液体能够均匀被加热，使得液体在第一流路中沿液体流动方向呈稳定的梯度分布。同时，转动的搅流器4还能够使液体中的杂质或水垢流动起来而被冲走，不会在第一流路中沉淀而造成流路堵塞。

在一实施例中，参见图3、图4、图5，所述搅流器4包括旋翼41、杆部42。所述杆部42供旋翼41安装并支撑旋翼41。需要指出的是，这里所称的支撑是指在水流的作用下不会引起杆部42的轴向压缩。

在本实施例中，所述搅流器4被自由滑动地设于所述加热腔21内。作为这种结构的直接变形，杆部42或者其它部位也可以采用与加热管2形成固定连接，以使搅流器4在轴向上获得固定。需要指出的是，所述搅流器4优选采用自由滑动地设于所述加热腔21内，这样在水流的作用下，能够引起搅流器4整体转动，从而具有更佳的搅流效果。

优选地，所述杆部42设有封闭且与加热腔21不连通的腔室；所述腔室至少有局部仅采用可变形的材料制成,当杆部42置于水中且水结成冰时，所述腔室被挤压变形而释放出空间。

参见图6，所述杆部42包括空心管421和堵头422，空心管421具有敞开口的空腔，敞开口插入堵头422，并且堵头422与空心管421形成密封配合，空心管421和堵头422共同构建出封闭的腔室。所述杆部42采用可变形的材料制成。通常，所述材料包括金属或特氟龙，杆部42的壁厚为0.2~0.6mm。其中，金属可以是304不锈钢、铜等金属。通常，杆部42的直径是4~5mm。

在一实施例中，端盖3上的内径为12mm，加热管2内径为6.7mm，杆部42的外径为4mm。水从端盖3的进水通道31流入，再进入第一加热流路（搅流器4与加热管2之间的空隙）时，流道截面积从113mm2突变为22.7 mm2，截面积缩小80%，因而水在加热管2内表面的流动速度相应地增加为原来的5倍，热交换速度大幅提升。另一方面，前进的水流推动旋翼41转动，使水在加速前进的同时，在加热管2内表面产生螺旋紊流，使热量的交换更均匀。同时，由于搅流杆的转动，使杂质和水垢不易生成和沉淀，保证水路畅通。

通过设置杆部42的结构，相应地减少了加热管2内第一流路的截面积，从而加快了液体在加热管2第一流路截面积内的流动速度，加快了热交换速度，因而降低陶瓷内部加热丝的温升ΔT，根据电阻公式R = R0*(1+ TCR*ΔT)可知，加热丝阻值降低。进而根据功率公式 W = U2/R可知，加热管2的加热功率增加。实验测试，在1400W的智能马桶即热模块中加入搅流器后，系统的最大加热功率提升了10%，出水水温波动减小了15%，改善效果明显。

如图中所示，堵头422供所述旋翼41安装。在本实施例中，所述敞开口具有2个并且各敞开口均插有所述堵头422。相应的，堵头422设置2个，旋翼41也设置2个。这样在液体加热器内具有两个位置引起液体搅动。由于旋翼41设置2个，并被杆部42所支撑，第一流路内的液体由位于左侧的旋翼41引起搅动，第二流路内的液体由位于右侧的旋翼41引起搅动。

在一实施例中，所述堵头422的端部设有球面部，球面部供凸台相抵。由于采用球面部与凸台13相接触，使得搅动器转动轻便，不会被卡死。优选地，所述旋翼41相对于所述杆部42可转动。

在加热器外壳上邻近出水通道10的位置还设有温度传感器7，温度传感器伸入加热流路腔6以监测出水温度。

实施例二

在另一实施中，液体加热器包括加热器外壳、加热管、搅流器、两个端盖。其中，加热器外壳具有两个开口端，加热管穿设在加热器外壳中，两个端盖各自设在一开口端上并且与加热器外壳相固定连接，两个端盖上的通道分别作为进水通道和出水通道。搅流器采用实施例一中的搅流器结构，这里不再赘述。

上述实施例仅为本实用新型的较佳实施例，并非依此限制本实用新型的保护范围，故：凡依本实用新型的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种液体加热器，包括加热器外壳，加热器外壳内插入加热管并被固定，具有进水通道的端盖与加热器外壳固定连接并形成密封配合，加热管具有贯穿该加热管的加热腔，并且加热腔与进水通道、出水通道相连通，其特征在于：加热腔内设有搅流器，搅流器包括设于加热腔内且用于搅动水流的旋翼。

2.根据权利要求1所述的液体加热器，其特征在于：所述搅流器还包括杆部，所述杆部供旋翼安装并支撑旋翼。

3.根据权利要求2所述的液体加热器，其特征在于：所述搅流器被自由滑动地设于所述加热腔内。

4.根据权利要求2所述的液体加热器，其特征在于：所述杆部设有封闭且与加热腔不连通的腔室；所述腔室至少有局部采用可变形的材料制成,当杆部置于水中且水结成冰时，所述腔室被挤压变形而释放出空间。

5.根据权利要求4所述的液体加热器，其特征在于：所述杆部包括空心管和堵头，空心管具有敞开口的空腔，敞开口插入堵头，并且堵头与空心管形成密封配合，所述杆部采用可变形的材料制成。

6.根据权利要求4所述的液体加热器，其特征在于：所述材料包括金属或特氟龙，杆部的壁厚为0.2～0.6mm。

7.根据权利要求5所述的液体加热器，其特征在于：所述敞开口具有2个并且各敞开口均插有所述堵头，每一堵头供所述旋翼安装。

8.根据权利要求5所述的液体加热器，其特征在于：所述堵头的端部设有球面部，在加热器外壳的右端设有凸台，凸台供球面部相抵。

9.根据权利要求2所述的液体加热器，其特征在于：所述旋翼相对于所述杆部可转动。

10.根据权利要求1-9任一项所述的液体加热器，其特征在于：所述加热管包括陶瓷基体、发热丝和陶瓷外层，发热丝设于陶瓷基体和陶瓷外层之间，所述加热管至少有局部的外侧面与加热器外壳的内侧面具有间隙而形成加热流路腔，并且加热流路腔与所述加热腔相连通，所述出水通道设于加热器外壳上，并且进水通道依次经加热腔、加热流路腔后而与出水通道相连通。