一种综合利用多层次换热的集成式电加热器的制作方法

1.本发明涉及电加热技术，特别涉及一种综合利用多层次换热的集成式电加热器。


背景技术：

2.现有的智能马桶或智能马桶盖通常都会配备小型电加热器，以便在30秒左右就能将室温下自来水加热到适合人体体温的38～39℃左右。
3.为了满足预热快速化需求，目前此类加热器通常采用两种应对措施。其中一种方案是采用延长加热水管长度的做法以提高预热速度，但延长加热水管的有效加热长度，也就意味着增加加热器整体体积。另一种方案是采用在煮水式加热器，并在其内部增加扰流装置以满足出水温度均匀的要求。由于煮水式加热器中水处于积蓄状态，存在远离电热管或电阻丝的水受热不均，造成出水温度不稳定的现象；而增加扰流装置则意味着需要将电热管或电阻丝金属部件结合密封圈进行装配形成煮水腔，导致工艺复杂、生产成本高。
4.根据消费者的使用体验，应用于智能马桶的加热器技术发展趋势是向着体积小型化、预热快速化、水温恒定化、性能集成化和成本低廉化方向发展。现有加热器存在的整体体积大、预热速度慢、水温不恒定、工艺复杂、制造成本高等问题，已不能适应市场需求，有必要提出合理解决方案。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种用于智能马桶的双层水管加热器。
6.为解决上述技术问题，本发明采用的解决方案是：
7.提供一种综合利用多层次换热的集成式电加热器，包括：电热管，呈中空的螺旋环状多层结构，其两端为接线端；外水管，呈中空的螺旋环状多层结构，与电热管具有相同的环形径向尺寸，且两者各层之间交错嵌套安装从而形成螺旋结构的组合体；以外水管的第一末端作为进水口；内水管，呈中空的螺旋环状多层结构，内水管的第一末端与外水管的第二末端相接；导热体，是金属材质的压铸件或浇铸件，在其内部设有顶端开口的腔体，内置杯形的不锈钢储水槽；所述内水管、外水管和电热管均嵌入固定在导热体的内部，内水管环绕储水槽布置，外水管与电热管组合体环绕内水管布置，实现依次嵌套安装；内水管的第二末端位于储水槽中；水槽盖，固定安装在导热体腔体的开口处用于对储水槽密封；在水槽盖上设有出水口、水温传感器和温控器。
8.作为本发明的优选方案，在外水管与电热管组合体中，相邻各层管壁之间紧密贴合或保持相等间距。
9.作为本发明的优选方案，外水管与电热管组合体的内侧表面紧贴于内水管的螺旋结构外侧表面布置。
10.作为本发明的优选方案，内水管和外水管均由金属材质的直管弯制而成。
11.作为本发明的优选方案，内水管的第一末端与外水管的第二末端相接处以焊接、
扩口套接或导管连接方式固定后，经压铸或浇铸固定于导热体内部；或者，内水管的第一末端与外水管的第二末端位于导热体外部，以焊接、扩口套接或导管连接方式实现固定连接。
12.作为本发明的优选方案，内水管的第一末端与外水管的第二末端并列设于导热体外部，分别套装在连接卡扣的连接管中；一个u形的连接导管从连接卡扣的另一侧套装在所述连接管中；在连接管的外侧设卡箍，用于实现紧固连接。
13.作为本发明的优选方案，所述温控器以螺钉固定在水槽盖上，在其底部设置测温探头；其中：水槽盖主体为金属薄板，测温探头与水槽盖表面紧密贴合；或者水槽盖主体为塑料薄板且开有开孔，开孔处设金属挡片，测温探头与金属挡片紧密贴合。
14.作为本发明的优选方案，所述水槽盖设有安装孔，所述水温传感器由螺钉实现固定安装，传感器本体穿过安装孔且末端位于储水槽的中心位置。
15.作为本发明的优选方案，所述导热体上有保险丝安装槽，槽内装有保险丝线束并通过压片实现固定，电热管的接线端通过导线依次连接保险丝线束和电源接线端子。
16.作为本发明的优选方案，所述水槽盖包括薄板状的水槽盖本体，以及位于水槽盖本体上侧的块状出水结构；所述出水口位于出水结构的顶部或侧面，且经由出水结构内部的通道与储水槽相连；在出水结构的侧面设有与通道相连的开孔，开孔外侧依次布置密封圈和金属挡片；所述温控器通过螺钉固定在出水结构上，其底部测温探头与金属挡片紧密相接；在金属挡片和导热体上分别设有接地孔，接地线通过螺钉安装于接地孔处。
17.与现有技术相比，本发明的技术效果是：
18.1、本发明采用内外套设螺旋状水管结构并交错嵌套安装部分水管和电热管，在较小的产品体积内有效地增加水管螺旋长度，满足了加热器体积小型化要求。
19.2、内外套设螺旋状水管结构提高了水管有效加热面积，优化水管在加热体内分布，提高热传导效率，保证加热器预热快速化要求。
20.3、由于换热行程被延长，本发明水管中的水流能得到充分预热，受热均匀保障了智能马桶加热器水温恒定化要求。
21.4、本发明采用压铸或浇铸方式将内外水管和电热管制作成整体式结构，省去了传统煮水式加热器将压铸或浇铸后配件再进行装配的复杂工艺，降低了产品的生产成本。
22.5、在水槽盖上安装水温传感器可以有效检测水槽内的水温，保障水槽盖出水温恒定。在水槽盖上安装有温控器能实时监测出水温度，避免高温超标引起安全事故；
23.6、接地线和保险丝线束的使用，能够避免加热器漏电故障和加热器温度超高对产品和人体造成伤害，起到安全保护作用。
附图说明
24.图1为本发明中加热器的结构爆炸图；
25.图2水管与电热管的组装示意图；
26.图3加热器的内部剖视示意图。
27.图中附图标记为：1导热体；2接地孔；3保险丝线束；4连接导管；5连接卡扣；6外水管；7内水管；8保险丝卡槽；9压片；10螺钉；11电热管；12储水槽；13密封圈；14螺钉；15水温传感器；16密封圈；17水槽盖；18螺钉；19开孔；20盖密封圈；21金属挡片；22温控器；23接地孔；24接地孔；25螺钉；26螺钉；27螺钉；28接地线；29出水口；30安装孔。
具体实施方式
28.本技术中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本技术所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。在本技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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技术和简化描述，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技术的限制。
29.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
30.下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述。
31.本发明所述综合利用多层次换热的集成式电加热器，包括：电热管11、外水管6、内水管7、导热体1、储水槽12和水槽盖17.
32.其中，电热管11呈中空的螺旋环状多层结构，其两端为接线端。外水管6呈中空的螺旋环状多层结构，与电热管11具有相同的环形径向尺寸，且两者各层之间交错嵌套安装从而形成螺旋结构的组合体，以外水管6的第一末端作为进水口。内水管7呈中空的螺旋环状多层结构，内水管7的第一末端与外水管6的第二末端相接；导热体1是金属材质的压铸件或浇铸件，在其内部设有顶端开口的腔体，内置杯形的不锈钢材质的储水槽12。内水管7、外水管6和电热管11均通过压铸或浇铸工艺嵌入固定在导热体1的内部，内水管7环绕储水槽12布置，外水管6与电热管11组合体环绕内水管7布置，实现依次嵌套安装；内水管7的第二末端位于储水槽12中。储水槽12与导热体1腔体之间紧密贴合安装，以强化热传导。储水槽12的横截面可选是圆形、椭圆形或矩形。水槽盖17通过螺钉18固定安装在导热体腔体的的开口处，以实现对储水槽12的密封，在水槽盖17与导热体1之间或与储水槽12之间设密封圈13。在水槽盖17上设有出水口29、水温传感器15和温控器22。
33.作为示例，外水管6和内水管7分别选择直径为4mm和5mm的金属管。其中，外水管6和内水管7均弯折呈螺旋线状：电热管11螺旋1圈半，外水管6螺旋1圈半，内水管7螺旋两圈。外水管6、内水管7和加热管11的螺旋结构呈圆心分布。
34.通常情况下，导热体1采用熔点较低的金属材质(如铝合金)制成压铸件或浇铸件。但由于自来水容易对铝合金产生腐蚀作用，在长期使用情况下容易造成器件损坏或水质变差等问题。为此，本发明采用单体结构的不锈钢材质的储水槽12。可选地，在储水槽12的底部开孔，将内水管7的第二末端穿过开孔，并利用螺母和密封圈进行固定，同时避免泄露。导热体1上有保险丝安装槽8，槽内装有保险丝线束3，电热管11的接线端通过导线依次连接保险丝线束3和电源的接线端子。保险丝线束3通过压片9和螺钉10固定在导热体1的表面上，用于对加热器进行过热保护。
35.内水管7和外水管6均采用易传热的金属材质(如铁、铜或铝合金)弯制而成，以强化换热效果。作为可选方案，在外水管6与电热管11的组合体中，相邻各层管壁之间紧密贴
合或保持相等间距；同时，该组合体的内侧表面紧贴于内水管7的螺旋结构外侧表面布置。这样的设计可以强化换热效果，以尽量提升外水管7中的水流温度。或者，可以进一步在内水管7和外水管6的内壁设置纹路，以制造紊流来强化换热。
36.可选地，内水管7的第一末端与外水管6的第二末端相接处以焊接、扩口套接或导管连接方式固定后，经压铸或浇铸固定于导热体内部。或者，内水管7的第一末端与外水管6的第二末端位于导热体1的外部，然后以焊接、扩口套接或导管连接方式实现固定连接。如图1所示，内水管7的第一末端与外水管6的第二末端并列设于导热体1的外部，分别套装在连接卡扣5的连接管中；一个u形的连接导管4从连接卡扣5的另一侧套装在连接管中；在连接管的外侧设卡箍，用于实现紧固连接。
37.本发明中，水槽盖17设有安装孔30，水温传感器15由螺钉14实现固定安装，传感器本体穿过安装孔30且末端位于储水槽12的中心位置。水温传感器15通过导线连接至主控电路板，通过监测到的水温来控制微型水泵的启停，通过改变换热器进水量来控制换热过程，最终将储水槽12中的水温控制在设定范围内。
38.为了避免在失控情况下水温过高造成器件损坏或人身伤害，本发明还设置了温控器22对出水口29之前的水温进行监测。温控器22通过导线连接至主控电路板，当监测到水温超设定值时做出断电处置。温控器22底部设置测温探头，且用螺钉固定在水槽盖17上。水槽盖主体可选为金属薄板，测温探头与水槽盖表面紧密贴合以进行水温监测。为降低制造成本同时进一步降低热量外传，水槽盖17可选以塑料材质替代。此时，水槽盖主体为塑料薄板且开有通孔，通孔处设金属挡片，测温探头与金属挡片紧密贴合。
39.以图1、3所示产品为例，为方便水温传感器15和温控器22的安装，水槽盖17采用薄板状塑料材质加工水槽盖本体，并在水槽盖本体上侧设置块状的出水结构，这两部分可通过注塑方式加工为一体式结构。出水口29位于出水结构的顶部或侧面，且经由出水结构内部的通道与储水槽12相连；在出水结构的侧面设有与通道相连的开孔19，在开孔19是外侧依次布置密封圈20和金属挡片21；温控器22通过螺钉26固定在出水结构上，其底部的测温探头与金属挡片21紧密相接。由于选用了塑料材质的水槽盖17，需要在金属挡片21和导热体1上分别设置接地孔23、24和接地孔2，并分别通过螺钉25、27等将接地线28等安装于接地孔处，防止产品使用过程中的漏电事故造成伤害。
40.为实现对水的加热，本发明产品中采用了多层次换热方式：首先利用外水管与电热管的交错嵌套安装，最大程度地实现近距离热交换，提高电热管的加热效率。其次，外水管与电热管组合体环绕内水管布置，使后者能够在利用导热体传导热量的同时，进一步直接吸收电热管散失的热量。最后，设于导热体内腔中的储水槽位于最中心位置，能够吸收导热体和内水管散失温度，最大程度上避免热量散失。
41.基于上述设计，本发明的产品在将产品体积小型化、性能集成化的同时，能够实现水温预热快速化、水温恒定化和产品加工成本低廉化的技术目的。此外，由于上述结构设计带来的产品特点，本发明也不仅仅局限于使用于智能马桶，诸如即热水龙头、整体式水槽等需要小流量低温加热的场景，均可得到应用。