专利名称：一种防电解裸丝电热水器的加热机构的制作方法
技术领域：
本发明涉及水的电加热技术领域，尤其是采用裸丝加热技术的即热式电热水器、即热式电热水龙头、台下热水器等裸丝电热水器的加热机构。
背景技术：
近年来，裸丝加热技术逐渐在快速电热水器中得到应用，其优点有电热丝直接置于水体内加热，电热丝产生的热量即刻被水带走，没有间接传导和辐射，因而热效率很高；加热时电热丝直接受水流冲击而自身温度相对较低，因此不易结垢。由于电热丝直接置于水体内，而水是可以导电的，为此一般需要使用“隔电墙”(即“水电阻衰减隔离法”)，使漏电电流限定在安全范围内，即利用水本身所具有的电阻(如国标规定自来水在15°C时电阻率
应大于1300Ω · cm)，选用绝缘材料作为电热水器内通水管的材质，再采用适当的管径与长度比，可以形成“隔电墙”。当电热水器通电工作时，加热内胆的水即使有电，也会在通过“隔电墙”时被水自身的电阻衰减掉，从而达到将电隔离的目的，使热水器进出水两端的漏电电流达到极微弱，可以充分保障人身安全。公告号为CN201700028U的中国专利公开了一种采用裸丝加热技术的裸丝加热体结构，将这种加热体应用于电热水器还通常需要在进水通道上串接一个水流开关，水流开关检测加热体内是否有足够流量的水流通过，并配合控制电路使用。当加热体内通过的水达到一定流量时加热体才接通电源，对通过的水流进行加热，否则加热体不通电，以防止干烧。在进水通道和出水管通道上还可以增加气泡感应、水电阻检测、水温检测、水流量检测等系列装置与控制电路配合工作以达到更安全和舒适的使用效果。从裸丝电加热器目前的技术发展现状来看，虽然它具有结构紧凑、成本低廉、快速安全、适合大功率电热水器等优点，但也存在着电热丝在水中容易被电解腐蚀而导致使用寿命缩短、水质易受电解污染等问题。同时，目前市场上的裸丝电热水器还普遍存在着加热体设计不当的缺点，较普遍地体现在加热室设计的长径比不够，以cm为单位的长度数值只有以cm2为单位的通径截面面积数值的16倍左右，并且没有设置保护性电极，直接导致电加热丝，尤其是电加热丝两端相对电势较高更容易吸附离子的表面，其电解电流密度远大于
I.8ma/cm2，会发生严重的电解腐蚀。实验测算，50HZ交流电解电流密度小于I. 8ma/cm2时镍合金电化学分解反应极为缓慢或停止；大于I. 8ma/cm2时镍合金电化学分解反应随电流增大而急剧加快，电流继续增大I至2倍时，分解反应会加快几十至几百倍。电加热丝使用几百小时就会出现严重的电解腐蚀，导致功率衰减，变脆，甚至断裂。在电热丝工作过程中，其表面在过大交流电解电流密度而产生的过高极化电压的作用下表面金属失去电子被氧化，形成阳离子而脱离金属表面被溶解到水中，形成腐蚀。脱离的金属离子会污染水质，表面析出的气体也会影响散热。经过实验测算，如果50HZ交流电解电流密度大于I. 8ma/cm2,超过部分的电流值大概会以O. lg/ (A · h)至O. 3g/ (A · h)不等的当量溶解镍合金，而不是镍的标准电化学当量I. 095g/ (A .h)0这主要是因为镍合金表面阴阳极性以一分秒(O. 01秒)的速度交替变化，上一分秒作为阳极溶出的离子很大一部分(约70%至90%)会在下一分秒电极转变为阴极时重新还原，总有部分(约10%至30%)扩散了的离子被水流冲走而无法还原。当然，影响还原的因素很多，水温、水流速度、水质等都会严重影响其还原率，因此要精确计算交流电解速度是十分困难的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提出一种可延长裸露电加热丝使用寿命，并能有效减少水质污染的防电解裸丝电热水器的加热机构。为解决上述技术问题，本发明一种防电解裸丝电热水器的加热机构包括由耐高温绝缘材料制成的进水通道、出水通道和加热通道，所述加热通道设于所述进水通道和出水通道之间，所述加热通道内直接内置有螺旋形裸露电加热丝，所述螺旋形裸露电加热丝的两端分别设置有通电引线端子，所述进水通道和出水通道分别连接在所述通电引线端子的外侧端；所述通电引线端子处有较大金属面与被加热水体相接触成为裸露电加热丝的保护性电极，所述保护性电极与被加热水体的接触面积的数值以cm2为单位的计值为所述加 热通道的以cm2为单位的通径截面积数值与所述加热通道的以cm为单位的长度数值的比值的30倍或30倍以上。上述一种防电解裸丝电热水器的加热机构，所述通电引线端子与所述保护性电极可以为整体结构，也可以为分体式结构再由电导体相连成近似于等势体。上述一种防电解裸丝电热水器的加热机构，所述螺旋形裸露电加热丝的螺距从进水端到出水端逐渐加大，使出水端的螺距为进水端的螺距的I. 5倍至3倍。上述一种防电解裸丝电热水器的加热机构，所述保护性电极与被加热水体的接触面积数值以cm2为单位的计值为所述加热通道的以cm2为单位的通径截面积数值与所述加热通道的以cm为单位的长度数值的比值的50至200倍。上述一种防电解裸丝电热水器的加热机构，所述通电引线端子和所述保护性电极的材质可以为镍合金、不锈钢、钛合金或钴铬合金。上述一种防电解裸丝电热水器的加热机构，所述保护性电极为空腔形电极。上述一种防电解裸丝电热水器的加热机构，所述保护性电极为片状、柱状、球状或螺旋状结构。上述一种防电解裸丝电热水器的加热机构，所述加热通道的长度数值以cm为单位的计值为以cm2为单位的通径截面积数值的30倍或30倍以上。上述一种防电解裸丝电热水器的加热机构，所述进水通道和出水通道的以cm为单位的长度数值分别为所述进水通道和出水通道的以cm2为单位的通径截面积数值的100倍或100倍以上。本发明由于采用了上述技术方案，在通电引线端子处设计有较大金属面与被加热水体相接触成为裸露电加热丝的保护性电极，电加热丝、通电引线端子和保护性电极都用镍合金或其它电极电位相近的耐腐蚀材料制造，能吸附和扩散过剩电荷(正离子和负离子)，将所有与水体接触的表面的双电层电势差控制在O. 8V以下，例如O. 7V或更低一点，多给出些安全余量，就能预防镍合金被电解，可以制造出使用寿命很长的裸丝电热水器，并有效减少水质污染，使裸丝电热水器能更好地应用于人们的生活。
图I是本发明加热机构的内部结构示意图。
具体实施例方式如图I所示，本发明一种防电解裸丝电热水器的加热机构包括有“隔电”作用的由耐高温绝缘材料制成的进水通道I、出水通道2和加热通道3，进水通道I、出水通道2和加热通道3均为管道，加热通道3设于进水通道I和出水通道2的中间。加热通道3内直接内置有螺旋形裸露电加热丝4，螺旋形裸露电加热丝4的两端分别设有一个通电引线端子5，通电引线端子5处有较大金属面与被加热水体相接触成为裸露电加热丝的保护性电极6。保护性电极6与被加热水体的接触面积的数值(以cm2为单位)为加热通道3的通径截面积数值(以cm2为单位)与加热通道3的长度数值(以cm为单位)的比值的126倍(可以在30倍及30倍以上的值中选择)。螺旋形裸露电加热丝4的螺距从进水端到出水端逐渐加大，使出水端的螺距为进水端的螺距的2倍(可以在I. 5倍至3倍的范围内变化)。螺旋形裸露电加热丝4和通电引线端子5以及保护性电极6均由镍合金材料制成(也可以采用不锈钢、钛合金、钴铬合金或其它材料制成)。保护性电极6为空腔形电极，加热通道3的两端分别与通电引线端子5的内侧端通过橡胶密封圈7密封相连，进水通道I和出水通道2分别与 通电引线端子5的外侧端通过橡胶密封圈7密封相连。加热通道3的长度数值(以cm为单位)为其通径截面积数值(以cm2为单位)的30倍(也可在30倍以上的数值中选择)。进水通道I和出水通道2的长度数值(以cm为单位)分别为进水通道I和出水通道2的通径截面积数值(以cm2为单位)的120倍(可以在100倍及以上的数值中选择)。裸丝电热水器接通交流电工作时，电热丝表面不同位置总会有电势差产生，与水接触的表面就成了交替变换的阳极和阴极，水体就成了电解质。电极与电解质溶液界面上存在的大小相等符号相反的电荷层，称双电层。利用好双电层的超级电容效应就能让电极工作在“非法拉第过程”之中，从而有效规避电极被“法拉第过程”电解。在电极的金属一电解质的两相界面存在电势，将产生双电层，其总厚度一般约为O. 2^30纳米。电极的金属相为良导体，过剩电荷集中在表面；电解质的电阻较大，过剩电荷只部分紧贴相界面，称紧密双层；余下部分呈分散态，称分散双层。电极反应的核心步骤都需在紧密层中进行，影响电极反应的吸附和脱附过程也发生在双电层中。双电层中真正的离子放电化学反应只有当离子(电荷)累积到一定程度，电极极化到一定电压值时才发生。故双电层结构可以近似地看成一个耐电压较低而电容量超级巨大的电容；电解质主体可以看成一个电阻；可以把电极双电层和电解质总体看成一个电容串联电阻的分压电路。改变水体的几何尺寸可以改变电阻，可以控制双电层附近单位截面的电流密度；改变电极表面积大小也可以改变双电层附近单位截面的电流密度。当50HZ交流电的电流密度限定在I. 8ma/cm2时，电极双电层的平均有效电容值在7uf/cm2以上(实际双电层电容是不断变化中的微分电容。电容值随双电层电势差变化，小到2uf/cm2左右,大到50uf/cm2以上),根据容抗计算公式得知电极双电层分压大约为O. 8V。通过大量实验发现只要控制好镍合金表面的双电层电势差就能防止镍合金被快速连续地电解。下面，通过简单的镍合金分解测定实验予以说明。在玻璃杯中加入普通自来水并插入两片面积大小一致的镍合金作电极，组成电解槽。将可调直流电源串联电流表与两片电极相连；两片电极同时还并联有电压表。以O. IV间距为一档上调电压，等待电流稳定后以表格方式记录实验中的电压值和电流值，得到如下表格
权利要求
1.一种防电解裸丝电热水器的加热机构，包括由耐高温绝缘材料制成的进水通道、出水通道和加热通道，所述加热通道设于所述进水通道和出水通道之间，所述加热通道内直接内置有螺旋形裸露电加热丝，其特征在于，所述螺旋形裸露电加热丝的两端分别设置有通电引线端子，所述进水通道和出水通道分别连接在所述通电引线端子的外侧端；所述通电引线端子处有较大金属面与被加热水体相接触成为裸露电加热丝的保护性电极，所述保护性电极与被加热水体的接触面积的数值以Cm2为单位的计值为所述加热通道的以Cm2为单位的通径截面积数值与所述加热通道的以cm为单位的长度数值的比值的30倍或30倍以上。
2.如权利要求I所述的一种防电解裸丝电热水器的加热机构，其特征在于，所述螺旋形裸露电加热丝的螺距从进水端到出水端逐渐加大，使出水端的螺距为进水端的螺距的I.5倍至3倍。
3.如权利要求I所述的一种防电解裸丝电热水器的加热机构，其特征在于，所述通电引线端子与所述保护性电极可以为整体结构，也可以为分体式结构再由电导体相连成近似于等势体。
4.如权利要求I或2或3所述的一种防电解裸丝电热水器的加热机构，其特征在于，所述保护性电极与被加热水体的接触面积数值以cm2为单位的计值为所述加热通道的以cm2为单位的通径截面积数值与所述加热通道的以cm为单位的长度数值的比值的50至200 倍。
5.如权利要求I或2或3所述的一种防电解裸丝电热水器的加热机构，其特征在于，所述通电引线端子和所述保护性电极的材质可以为镍合金、不锈钢、钛合金或钴铬合金。
6.如权利要求I或2或3所述的一种防电解裸丝电热水器的加热机构，其特征在于，所述保护性电极为空腔形电极。
7.如权利要求I或2或3所述的一种防电解裸丝电热水器的加热机构，其特征在于，所述保护性电极为片状、柱状、球状或螺旋状结构。
8.如权利要求I或2或3所述的一种防电解裸丝电热水器的加热机构，其特征在于，所述加热通道的长度数值以cm为单位的计值为以cm2为单位的通径截面积数值的30倍或30倍以上。
9.如权利要求I或2或3所述的一种防电解裸丝电热水器的加热机构，其特征在于，所述进水通道和出水通道的以cm为单位的长度数值分别为所述进水通道和出水通道的以cm2为单位的通径截面积数值的100倍或100倍以上。
全文摘要
本发明公开了一种防电解裸丝电热水器的加热机构，包括由耐高温绝缘材料制成的进水通道、出水通道和加热通道，加热通道设于进水通道和出水通道之间，加热通道内直接内置有螺旋形裸露电加热丝，螺旋形裸露电加热丝的两端分别设置有通电引线端子，进水通道和出水通道分别连接在通电引线端子的外侧端；通电引线端子处有较大金属面与被加热水体相接触成为裸露电加热丝的保护性电极，保护性电极与被加热水体的接触面积的数值以cm2为单位的计值为加热通道的以cm2为单位的通径截面积数值与加热通道的以cm为单位的长度数值的比值的30倍或30倍以上。本发明加热机构可大幅减少电解腐蚀和电解污染，有效延长裸露电加热丝的使用寿命。
文档编号F24H1/10GK102878666SQ20121037262
公开日2013年1月16日 申请日期2012年9月29日 优先权日2012年9月29日
发明者沈永明 申请人:沈永明