CN1804494A - 双重绝缘高效安全电热水器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双重绝缘高效安全电热水器，属于家用电器技术领域。该电热水器包括安置在外壳中的储水内胆、安装在内胆中的曲折电热管、接电热管的控制电路，所述电热管插装在内部形状与电热管包络外形基本吻合的导热绝缘套管内，所述导热绝缘套管穿过金属安装端帽紧插在内部形状与导热绝缘套管外形吻合的金属支撑管内，所述金属支撑管的尾端与金属安装端帽端面密封焊接，所述安装端帽的外螺纹与内胆安装孔的内螺纹密封旋合。与现有技术相比，本发明无需改变包括内胆在内热水器的原有结构，成本经济，不仅可以在电热管外形成双重绝缘，而且在与内胆连接处也形成同样的双重绝缘，因此避免了防漏电的薄弱环节。

Description

双重绝缘高效安全电热水器

技术领域

本发明涉及一种电热水器，尤其是一种具有通过绝缘结构改进确保安全的电热水器，属于家用电器技术领域。

背景技术

电热水器使用方便，显著提高了生活质量，因此得到推广应用。现有电热水器主要由壳体上的控制电路、安置在外壳中的储水内胆、安装在内胆中的电加热器件构成。为了既便于安装，又降低自身功率密度，现有电热水器普遍采用U形电加热器。

为了防止漏电，确保使用安全，设计者们除了采取外壳接地、增设防电引流管等措施外，主要集中注意力，对漏电的根源--电加热提出了各种设置双重绝缘的安全措施。然而，经过深入细致的研究，申请人发现，现有电加热器的双重绝缘结构均存在不足之处。

例如，申请号为CN94218994.9的实用新型专利公开了在加热元件与外壳之间充填作为附加绝缘传热介质的结构，从而使加热器具有双重绝缘功能，其主要缺陷是结构不紧凑，装在内胆中将占据较大的空间，并且从工艺角度考虑，由于无法进行缩径处理，因此难以保证填充致密，而如果填充材料中含有空气，很容易导致使用中管壁爆裂。CN97224405.0公开的双重绝缘电加热器在普通金属电热管外表面覆盖一层连续均匀的无机胶膜，然后无间隙地封装在金属外套内，从而在带电部件与外层金属护套之间构成双重漏电保护，该专利克服了前一专利的缺点，但显然只适用于直管，难以在U形电热管上实现，并且由于无机胶膜的热膨胀系数与金属管有较大差异，使用后容易产生裂纹而丧失绝缘性。

CN99234598.7和CN99234808.0中国专利公开的双重绝缘结构均由金属管以及涂附有电热膜的玻璃管构成，其工艺比较复杂，也难以在U形等曲折电热管上实现。

实验表明，上述现有双重绝缘结构的电加热器件由于自身存在的种种不足，均不能很好地满足即将发布执行的GB4706.1《家用和类似用途电器的安全》标准，尤其是无法在曲折电加热器件上实现，从而在既满足加强绝缘要求的同时，依然保持良好的加热性能。

此外，上述改进对电加热器件与热水器内胆的绝缘连接未提出实质性的改进，因此即使采用双重绝缘结构，依然存在漏电的薄弱环节。

发明内容

本发明的首要目的在于：针对上述现有技术存在的种种缺陷，提出一种适合采用曲折电热管、可以在加强绝缘同时保持良好导热性能、并且结构紧凑的双重绝缘高效安全电热水器，从而在成本增加有限的前提下，有效保证电热水器的安全性满足相关国家标准要求。

本发明进一步的目的在于：提出一种电加热器件与内胆合理连接的双重绝缘高效安全电热水器，从而进一步保证电热水器的安全性。

为了达到以上首要目的，本发明的双重绝缘高效安全电热水器包括安置在外壳中的储水内胆、安装在内胆中的曲折电热管、接电热管的控制电路，所述电热管插装在内部形状与电热管包络外形基本吻合的导热绝缘套管内，所述导热绝缘套管采用紧密烧结的导热绝缘陶瓷材料制成。以上导热绝缘陶瓷材料为氧化铝、氮化铝、氮化硅、黑晶、氧化镁、碳化硅、无膨胀陶瓷(2LiO+2AL2O3+5SiO2)等类似材料中的一种。

这种套管结构十分适合U形等在电热水器中得到普遍采用的曲折电热管，并且结构十分紧凑，与原先单层绝缘的电热管体积相差不多。紧密烧结的导热绝缘陶瓷材料不会被水湿润，整个电热水器不仅依然具有良好的加热性能，而且绝缘性能有了双重保障，可以满足各项国家标准的要求。

为了达到本发明进一步的目的，所述导热绝缘套管穿过金属安装端帽紧插在内部形状与导热绝缘套管外形吻合的金属支撑管内，所述金属支撑管的尾端与金属安装端帽端面密封焊接，所述安装端帽的外螺纹与内胆安装孔的内螺纹密封旋合。

安装时，将安装端帽旋合在热水器内胆的安装孔中即可，不仅十分方便，而且在与内胆连接处也形成同样的双重绝缘，因此避免了防漏电的薄弱环节。

实验证明，本发明的套管结构可以克服现有技术的以下问题：

1、不易损坏--现有在加热元件与外壳之间充填绝缘传热介质的双重绝缘结构(例如CN94218994.9)难以采用缩管工艺，因此绝缘传热介质中难免存在气隙，加热后容易因空气膨胀而导致爆管；在金属管上涂覆无机胶膜或在玻璃管上涂覆电热膜的双重绝缘结构(例如CN97224405.0)，由于涂膜与基材热膨胀系数差异较大，因此容易因反复加热出现裂纹而损坏；本发明的导热绝缘套管不存在以上现有技术的问题，因此即使长期使用也不会损坏；

2、双重保险--以上充填绝缘传热介质类的双重绝缘当外管渗漏时，水将渗入绝缘传热介质，使整个电加热器件的绝缘性大大降低；涂膜类的双重绝缘结构当出现裂纹时，也将失去绝缘效果，影响整体性能；本发明的两重绝缘则相互不会产生不良影响：当里层绝缘破坏时，外层不受影响；当外面的金属支撑管破坏时，绝缘套管不会降低绝缘性能，因此具有双保险的绝缘效果；

3、耐受干烧--现有各种双重绝缘结构当热水器在无水情况下非正常工作时，将因金属管烧穿、电阻丝烧断而损毁；本发明的双重绝缘结构中，导热绝缘套管不仅自身具有一定的热容量，而且可以及时将热量传递到外部的金属支撑管，金属支撑管则可以在干烧时借助较大的表面积散热到周围空气，加之安装端帽与内胆的合理密封旋合结构也具有向内胆壁传热的作用，因此本发明可以抗干烧。

总之，本发明可以形成完整的双重绝缘，从多方面克服了现有技术存在的缺点，因此具有显著的实质性特点和突出的进步。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明实施例一的结构示意图。

图2为图1实施例的截面图。

图3、4、5、6分别为其它实施例的截面图。

具体实施方式

实施例一

本实施例的双重绝缘高效安全电热水器为优选例，主要由壳体上的控制电路、安置在外壳中的储水内胆、安装在内胆中的U形电热管组成。除电加热器件外，其它部分与现有电热水器相同，切实可行。

电加热器件如图1、2所示，电热管1的基本结构与普通电热管相同，外管3中装有电阻丝2，外管与电阻丝之间填充经缩管后致密的氧化镁之类的绝缘粉4。与普通电热管不同的是，本实施例的U形电热管1加热段的截面如图2所示，由两对折合拢的半圆形截面电热管构成，因此整个U形电热管的合拢部分形同一根圆柱形管，可以很方便地紧插在内腔与之吻合的圆柱形导热绝缘管7内。该导热绝缘管由紧密烧结的氧化铝导热绝缘陶瓷材料制成，其材质中的各成分为：α-AL2O3＞99.2％，SiO2＜0.4％，MgO＜0.3％，CaO+Fe2O3微量。此氧化铝导热绝缘陶瓷套管紧插在内部形状与之相配的圆柱形不锈钢支撑管6内。

U形电热管1的接线端呈V形分叉，分叉段的截面保持圆形，此段外套的导热绝缘管7呈与之相配的喇叭口状，该喇叭口形的导热绝缘管楔入不锈钢安装端帽10中。不锈钢支撑管6的尾端与安装端帽10端面密封焊接。安装端帽的外螺纹与焊接在内胆8上的安装孔9内螺纹密封旋合。U形电热管1接线端的接线柱外套有绝缘套管5。

实践证明，本实施例电热水器加热器件的改进设计巧妙合理，半圆对合的U形电热管不仅结构紧凑，外部套管形状规则，工艺性好，而且便于保证外部绝缘管、支撑管的紧密贴合，从而使整个电加热器件具有理想的导热性，基本保持原电热管的加热效果，绝缘性和安全性则大大提高，完全可以满足国家II类电器的安全标准，使用时无需接地装置。长期使用，也不会出现爆裂、裂纹，因此能够始终确保使用安全，彻底避免漏电现象。

以下是可以证明本实施例双重绝缘高效安全电热水器绝缘导热性能的对比实验表

	套管双绝缘	填充双绝缘	涂层双绝缘	单绝缘
					绝缘的独立性	独立。两重绝缘完成独立，不相互影响，每层绝缘破坏后对另一层没有影响，能达到双重保护。	不独立。两重绝缘不独立，在里面的一层套管破裂后，外面的绝缘也破坏，不能形成双重保护	不独立。两重绝缘不独立，在里外的一层套管破裂后，绝缘也破坏，不能形成双重保护	只能起到单重保护，一旦绝缘破坏就失效
附加绝缘	满足附加绝缘的要求	不满足附加绝缘的要求	不满足附加绝缘的要求	无
					电气强度	能经受3750V，1min的电气强度	能经受3750V，1min的电气强度	能经受3750V，1min的电气强度	只能经受1250V，1min的电气强度
热效率	96％	96％	96％	97％
					抗干烧性	能经受1000度的高温而绝缘性能不降低	可以经受高温	无法经受高温，在经受高温时，涂层容易开裂而失效	可以经受高温

由上表可以看出，本发明的套管式双重绝缘电热水器与各种现有技术相比，在保持热效率基本不变的前提下，可以满足电器安全标准的各项要求，并具有理想的抗干烧性。

其它实施例

除上述对合半圆形电热管外，在基本结构与实施例一相同的情况下，电热管的截面还可以有多种变化，从而形成其它实施方式。

例如，可以如图3所示，由两对折合拢的矩形截面电热管构成，整个U形电热管的合拢部分形同一根方柱，紧插在内腔与之吻合的方形截面导热绝缘管内。也可如图4所示，由两对折合拢的圆形截面电热管构成，整个U形电热管的合拢部分紧插在内腔与之包络外形吻合的椭圆截面导热绝缘管内。还可以如图5所示，由两反向对折合拢的半圆形截面电热管构成，整个U形电热管的合拢部分紧插在方形截面导热绝缘管内。或如图6所示，由两对折合拢的方截面电热管紧插在内腔与之吻合的矩形截面导热绝缘管内。

以上各实施例导热绝缘管的外面均紧套截面形状与之吻合的不锈钢支撑管。以上各处的不锈钢也可以用普通钢管表面涂搪瓷或防腐表面处理层或其它防腐蚀金属材料取代。除上述实施例外，本发明还可以有许多其他实施方式。例如，电加热管制成螺旋U形、W形等；又如，导热绝缘套管也可以穿过金属安装法兰紧插在内部形状与导热绝缘套管外形吻合的金属支撑管内，金属支撑管的尾端与金属安装法兰端面可以通过螺纹、螺钉、压合铆接等固定连接方式连接，安装法兰端面与内胆安装面密封固连等，再如，电热管的接线端呈V形分叉包含了类似的垂直90度分叉、U形；又再如，为了尽可能排除空气，更好的导热，在加热管与绝缘管或绝缘管与金属外套之间填充导热粉(如MGO)，等等。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种双重绝缘高效安全电热水器，包括安置在外壳中的储水内胆、安装在内胆中的曲折电热管、接电热管的控制电路，其特征在于：所述电热管插装在内部形状与电热管包络外形基本吻合的导热绝缘套管内，所述导热绝缘套管采用紧密烧结的导热绝缘陶瓷材料制成。

2.根据权利要求1所述双重绝缘高效安全电热水器，其特征在于：所述导热绝缘套管穿过金属安装端帽紧插在内部形状与导热绝缘套管外形吻合的金属支撑管内，所述金属支撑管的尾端与金属安装端帽端面密封焊接，所述安装端帽的外螺纹与内胆安装孔的内螺纹密封旋合。

3.根据权利要求1所述双重绝缘高效安全电热水器，其特征在于：所述导热绝缘套管穿过金属安装法兰紧插在内部形状与导热绝缘套管外形吻合的金属支撑管内，所述金属支撑管的尾端与金属安装法兰端面密封固定连接，所述安装法兰端面与内胆安装面密封固连。

4.根据权利要求2或3所述双重绝缘高效安全电热水器，其特征在于：所述导热绝缘陶瓷材料为氧化铝、氮化铝、氮化硅、黑晶、氧化镁、碳化硅、无膨胀陶瓷中的一种。

5.根据权利要求4所述双重绝缘高效安全电热水器，其特征在于：所述电热管的加热段由两对折合拢的半圆形截面电热管构成，所述合拢部分紧插在圆柱形导热绝缘管中，所述导热绝缘管紧插在圆柱形金属支撑管内。

6.根据权利要求4所述双重绝缘高效安全电热水器，其特征在于：所述电热管的加热段由两对折合拢的矩形截面电热管构成，所述合拢部分紧插在方形截面导热绝缘管内，所述导热绝缘管紧插在方形截面金属支撑管内。

7.根据权利要求4所述双重绝缘高效安全电热水器，其特征在于：所述电热管的加热段由两对折的圆截面电热管构成，所述对折部分紧插在椭圆形截面导热绝缘管中，所述导热绝缘管紧插在椭圆形截面金属支撑管内。

8.根据权利要求4所述双重绝缘高效安全电热水器，其特征在于：所述电热管的加热段由两反向对折合拢的半圆形截面电热管构成，所述对折部分紧插在方截面导热绝缘管中，所述导热绝缘管紧插在方截面金属支撑管内。

9.根据权利要求5所述双重绝缘高效安全电热水器，其特征在于：所述电热管的接线端呈V形分叉，所述分叉段外套的导热绝缘管呈与之相配的喇叭口状，所述喇叭口状的导热绝缘管楔入防腐蚀金属安装端帽中。

10.根据权利要求9所述双重绝缘高效安全电热水器，其特征在于：所述加热管与绝缘管或绝缘管与金属外套之间填充导热粉。

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