CN1112549C - 塑料制成的热水器、特别是耐压热水器箱 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用塑料制成的热水器(11)，特别是一种耐压热水器箱，包括包括锅炉体(12)、绝热层(13)及外壳(16)，该锅炉体(12)和绝热层(13)用热塑聚合材料或热塑聚合材料的混合物制成，其中，用于锅炉体(12)和绝热层(13)的热塑聚合材料或热塑聚合材料的混合物彼此不同，并从彼此相容或通过相容剂而彼此相容的材料或混合物中进行选择。另外，外壳(16)也可用热塑聚合材料或热塑聚合材料的混合物制成，该材料或混合物与用于锅炉体(12)或绝热层(13)的材料或混合物不同。

Description

塑料制成的热水器、特别是耐压热水器箱

技术领域

本发明涉及用塑料制成的热水器，特别、但不限于用作耐压热水器箱。该整个装置用塑料制成。

背景技术

众所周知，电热水器和热水箱一般用钢制筒制成，其圆筒部热轧、上下壁部拉制。

各部件焊接在一起后其内部部件涂上防锈材料，以便延长使用寿命。

长期以来困扰着家用热水器制造者的一个问题是如何使内部部件上的防锈涂层尽可能均匀，以确保可靠性和使用寿命。

为了克服这一问题人们提出了种种方案，这些方案大都涉及喷涂工艺和使用特殊材料。所使用的材料中包括涂锌低合金钢；釉面低合金钢，该釉面由热定形环氧酚醛或预聚合类树脂混合物构成；或涂釉钢，用精细的喷涂、硬化装置形成瓷面；内表面没有涂层的铜板(在英美各国中特别流行)；替代低合金钢的不锈钢；最后还有在内表面上涂热塑聚酰胺树脂的(PA 12-Polyamide RIISAN)。

低合金钢热水器使用镁基可换件，在腐蚀过程中取代热水器的钢制部件。

上述钢材料和涂层的使用只解决部分问题，在热水器寿命结束前仍会发生腐蚀，从而给热水器的可靠性带来问题。

此外，这类问题和腐蚀现象不利于厂家形象，不利于热水器的销售。

主要缺点涉及热水器所用钢材，它有时与技术要求、保护涂层以及制造工艺各阶段所使用的工艺条件的可变性不符。

通常，比方说用低合金碳钢制成的电热水器箱包括：一内装电阻元件的高压凸缘组，其能力与该热水器的容量和使用有关；进水管和出水管；由充填有碳酸钙的聚丙烯外壳构成的外覆盖层，其主要功能是美观(箱体与外壳之间通常充填半刚性聚氨酯泡沫，该泡沫用作绝热，并在一定程度上用作聚丙烯(PP)外壳的内部支撑，PP外壳在使用中不受应力)；除了电阻元件，高压凸缘也支撑一恒温***和一主要由镁制成、用作锅炉内部防锈的牺牲件(该锅炉最好涂有15-40微米的加热硬化釉，在某些情况下，在长寿命热水器中，锅炉的内表面用釉料瓷化)。

如上所述，近年越来越注重解决质量和可靠性问题。

因此人们设法用热塑材料制造热水器。

除了本发明，这些方法至今未能商业化。

特别是，这些方法未能解决热水器耐压问题。

在提供塑料的再次利用的机会方面，欧洲专利EP 0 674 139显示出一定的进步，因为其公开了这样一种热水器，其中锅炉体、绝热层以及外壳均采用同样的单一材料制成。因此，可以对热水器进行回收利用。但是，该结构存在着以下明显缺陷，即由于各部件采用统一的单一材料制成，必然需要在材料的选择上采用折衷方案，即不允许为每个部件选择最适宜的材料，以满足其不同的特定功能和需要，这必然会削弱热水器的性能及寿命。

相反，本发明在克服上述问题的同时可满足上述特殊要求。

本发明基于下述研究工作：

-使用与其他聚合物复合、从而受到改良的聚合材料，以提高热水器在工作条件下的耐热性，用保护层防止腐蚀。材料的选择因素包括外观新颖、设计新颖和与常见卫生设备更相配；

-使用最新模压方法，包括多层模压；

-通过使用可迅速、经济回收的均质或相互通用材料，整个热水器可回收(除了加热和热控部件)，不仅包括水在其中加热和存储、容量为5-100升的容器，还包括必要的绝热层和外壳。

本申请人的研究项目特别注重所使用材料，用热塑材料、特别是可回收热塑材料，以获得最佳结果。

众所周知，近几十年来，钢、陶瓷和水泥/纤维日益为塑料所替代。

这一发展克服了一系列问题，包括腐蚀(包括外部腐蚀)、连接和密封、重量(塑料比钢轻)、制造和模制成本，更不用说材料本身的成本。

例如，(用乙烯低压聚合而成的)高密度聚乙烯有助于克服由高压流体流动造成的问题，而且聚乙烯的热焊接性加快了水管管道的铺设工作、无需费钱维修。

发明内容

本发明的基础研究工作涉及寻求基本的机械特性，从而在平均压力条件(即市内水管压力)和在家用水箱正常储水/放空的加热过程中所达到的最高温度条件下获得高质量和一定使用寿命。

本发明的另一个目的是满足热塑材料以及合金部件和附件的卫生要求，因此本发明符合国际上对有机和无机物的毒性和污染性的卫生要求。

此外，寻求可用注入成形、吹模或热成形方法从原材料转变成成品的可塑性。这些与热塑制品的形状直接有关的特性对加工过程至关重要，但还关系到其后与热水器各部件的不变形性(与冷却有关的结晶)和焊接技术有关的问题。

本发明的另一个重要目的是，部件应该符合现有法规而全部可回收，并进一步能符合未来的法规(未来的法规会越来越严)。

本发明的另一个目的是在很长的使用时间中具有很高可靠性-市场已要求5年或5年以上的保质期。上述目的所突出的问题给制造符合所有这些要求的热水器带来真正障碍。

人们千方百计用热塑材料代替金属。

特别是，一部分努力是使用不起机械作用和绝热作用的外部涂层，它在整个制造领域中只能用于低压小水箱。

因此市场上(意大利、德国、西班牙)已可见到容量为5-12升的热水器-其功能显然有限。

把基于12碳原子聚酰胺(PA)的成膜树脂用作防锈内涂层的效果也不佳，不管其原因是由于聚酰胺树脂的吸水性还是由于有气孔，过一段时间后薄膜涂层底下的潮气造成腐蚀。

为了解决所有上述问题，本发明提供一种新热水器，其锅炉可有各种容量(例如5-100升)、用具有可使用形状的聚合塑料制成，其中，根据热塑材料的特性通过对热塑材料的选择及其形状和结构设计，使得锅炉在8巴和95°下足以承受反复的P/T周期，并将其抗老化寿命提高到至少5年。

因此本发明涉及一种用塑料制成的热水器，特别是一种耐压热水器箱，它包括锅炉体、绝热层及外壳，该锅炉体和绝热层用热塑聚合材料或其混合物制成，其中，用于锅炉体和绝热层的热塑聚合材料或其混合物彼此不同，并从彼此相容或通过相容剂而彼此相容的材料或混合物中进行选择，以便于整体回收。

所述外壳在较小容量水箱中也可用与锅炉体相容的材料制成，在较大水箱中可用传统材料制成。

按照本发明，锅炉体最好用聚烯烃、基于苯乙烯和/或丁二烯和/或丙烯酸酯的聚合和共聚材料、聚酰胺、聚乙基苯、聚乙基砜(polyethylsulfone)和聚砜树脂或其键合物或其聚合混合物制成。

按照本发明，锅炉体制作材料中可添加加固剂或填料，其百分比为10-40％，最好为20-30％，以用于提高机械性能和尺寸稳定性。

特别是，加固剂可使用玻璃纤维或玻璃球，而填料可使用滑石粉或碳酸钙或云母。加固材料显然可与填料一起使用。

可添加称为偶合剂的其他材料提高加固剂和填料与聚合物或混合物的粘性。

此外，如使用聚合物的键合物或混合物，可添加各种相容剂或其混合物，以提高聚合力。上述各种添加剂也可用于绝热材料和外壳。

此外，对于结晶材料最好使用成核剂。

还可添加抗静电剂、抗UV剂、防火材料、着色剂和润滑剂。

最后，可添加各种性质和组成的稳定剂，使聚合物特性不因长期使用而改变。

本发明锅炉体可通过压制、注入成型、吹塑等方法制成。

在本发明一实施例中，锅炉体可由两个或多个部分比方说用热焊、压结或粘结连接而成。

按照本发明，外壳可与绝热层分开制造，也可制成为绝热层的外皮。

附图说明

下面结合附图仅举例说明本发明，附图中：

图1为现有热水器的剖面图；

图2为本发明热水器一实施例的剖面图。

图1所示现有热水器包括一内装电阻3和牺牲阳极4的金属锅炉体2。

具体实施方式

锅炉体2的外部为绝热层5，绝热层5上覆盖用塑料制成的外壳6。

显然热水器1具有所有上述缺点。

图2热水器11包括一用聚合热塑材料制成、由两个半部比方说热焊在一起的锅炉体12。

用与锅炉体12材料相容材料制成的绝热层13(便于热水器报废时回收)布置在锅炉体12外部。

外壳16也用与锅炉体12相容的材料制成。

电阻14和自动调温器15位于锅炉体12内部。

如上所述，在用作母体的热塑材料中，可添加各种填料和加固剂，即控制结晶过程的添加剂、与尺寸稳定性、热现象和机械现象有关的添加剂(包括在制作过程中与内部应力有关的现象)和氧化稳定剂。所有这些添加剂都可大大延长母体材料的使用寿命。

还可添加修正剂，以便改变粘性和一般地改变流变性，以便于在制造时把各部分压制在一起而获得正规形状和宽度。

如锅炉体12用不仅适合于热塑材料、而且适合于高弹体和热定形材料的最常用技术之一即注入成形制成，则在用注入成形制成锅炉体12的一个或两个组成部分后用本发明所开发的实验方法焊接一起。

由一层或多层构成的锅炉体12也可用称为吹模的压制方法制成，其优点是，由于吹头的中心核可移动以及模具的特殊外形，锅炉体各壁的宽度可更正规。这在当今是一种先进技术，简化了具有复杂外形的锅炉的制作。

当今用通常经卤化(FCKW11、12、113-115)氯氟烷烃处理的两种预聚合成分(异氰酸酯和多元醇)混合而成的聚氨酯(polyeurethane)由于低密度(0.02-0.08克/立方厘米)而具有良好的绝热性。

但是，这些制品由于温室效应在新法规下肯定会逐步停用。用二氧化碳作为媒介的PUR泡沫的制造正改为使用非破坏性无氯H-FKWs。

其他正在开发的替代技术将导致消除FCKW，这些技术基于用真空件部分替代泡沫塑料。这一工艺很难应用于热水器。在锅炉绝热层中，即使很少使用氯，为在热水器寿命结束时有利于回收，新工艺和新材料已替代基于PUR的制品，并努力避免使可回收的材料与其他不同材料混合。

在本发明中，热水器的绝热层13用由化学发泡、对环境无害、密度与PUR相同的热塑材料制成的壳体压制而成。

绝热层使用聚烯烃或聚苯乙烯聚合物〔以与锅炉体材料和涂层(如有涂层的话)相容〕。

至于该涂层，按照本发明特别使用热压而成化学发泡聚烯烃得到的该装置可不用外壳，而用填充有碳酸钙的聚丙烯树脂注入成形而成，这是一种与热塑片材的热成形工艺，是一种现代的发泡绝热层制作工艺。

这样，锅炉体上的涂层用泡沫材料制成，其外表面上有一层用泡沫与一片材完美粘结的″外皮″，其材料均质或与锅炉和绝热层的制作材料相容。

仅出于举例，下面详细说明按照本发明构作的优选实施例之一，用来制作一小容量热水器的球形锅炉，其容量为10升，内径为270mm。

使用具有良好机械特性的丙烯、在气态状态下聚合并小心控制结晶速度以避免生成大球粒，得到宽度为15-25mm的一锅炉，其蠕变因子可确保抗得住水管压力，在工作温度下可使用5年。

该锅炉可用注入成形的两个半部用转动热压焊接在一起，也可用吹模制成整件。

Claims (16)

1、一种用塑料制成的热水器(11)，特别是一种耐压热水器箱，包括锅炉体(12)、绝热层(13)及外壳(16)，该锅炉体(12)和绝热层(13)用热塑聚合材料或热塑聚合材料的混合物制成，其特征在于，用于锅炉体(12)和绝热层(13)的热塑聚合材料或热塑聚合材料的混合物彼此不同，并从彼此相容或通过相容剂而彼此相容的材料或混合物中进行选择。

2、按权利要求1所述的热水器(11)，其特征在于，所述外壳(16)也用热塑聚合材料或热塑聚合材料的混合物制成，该材料或混合物与用于锅炉体(12)或绝热层(13)的材料或混合物不同，其与热水器(11)中使用的其它材料或混合物相容或通过相容剂而相容。

3、按权利要求1或2所述的热水器(11)，其特征在于，所述锅炉体(12)用聚烯烃、基于苯乙烯和/或丁二烯和/或丙烯酸酯的聚合和共聚材料、聚酰胺、聚乙基苯、聚乙基砜和聚砜树脂或其键合物或其聚合混合物制成。

4、按权利要求1或2所述的热水器(11)，其特征在于，在锅炉体(12)的制作材料中添加加固剂或填料，其百分比为10-40％，最好为20-30％。

5、按权利要求4所述的热水器(11)，其特征在于，加固剂使用玻璃纤维或玻璃球。

6、按权利要求4所述的热水器(11)，其特征在于，填料使用滑石粉、碳酸钙或云母。

7、按权利要求4所述的热水器(11)，其特征在于，在所述材料中添加偶合剂或其混合物，以提高加固剂和填料的粘性。

8、按权利要求1或2所述的热水器(11)，其特征在于，在使用聚合物的混合物的情况下，添加各种相容剂或其混合物，以利于各聚合物相互混合。

9.按权利要求1或2所述的热水器(11)，其特征在于，在绝热层(13)和/或外壳(16)由聚合物的混合物制成的情况下，也在这些部件中使用相容剂或其混合物。

10、按权利要求1或2所述的热水器(11)，其特征在于，为使热塑材料最佳地结晶，添加成核剂。

11、按权利要求1或2所述的热水器(11)，其特征在于，添加抗静电剂、抗UV剂、防火材料、着色剂和润滑剂。

12、按权利要求1或2所述的热水器(11)，其特征在于，添加各种性质和组成的稳定剂，使聚合物特性不因长期使用而改变。

13、按权利要求1或2所述的热水器(11)，其特征在于，锅炉体(12)通过注入成型或吹塑方式形成。

14、按权利要求1或2所述的热水器(11)，其特征在于，所述锅炉体(12)由两个半部用热焊接、压结或粘结连接而成。

15、按权利要求1或2所述的热水器(11)，其特征在于，所述外壳(16)与绝热层(13)分开制造。

16.按权利要求1或2所述的热水器(11)，其特征在于，外壳(16)制成为绝热层(13)的一外皮。