专利名称：具有可调式阴极保护的蓄水热水器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种蓄水热水器，特别是具有双重阴极保护的电热水器，以及需要 获得所述双重阴极保护的装置。
本发明还涉及一种用于含铁材料的热水器箱体防电蚀保护的方法。
背景技术：
不管是燃气式或电气式的蓄水热水器的箱体， 一般都由涂有釉面、镀锌或合成 材料层的含铁材料制成；箱体的内部一般包含加热元件(通管或电阻)以及护套， 该护套带有一个或多个由温度调节及保护恒温器控制的温度传感器。 箱体的内部还常包含设计用来防止金属箱体腐蚀的阴极保护装置。 阴极保护装置可以是由阳极(一般是镁)组成的"牺牲阳极"，设计成用来保护 含铁材料的箱体。
或者，可通过使用"外加电流(impressed-current)"阴极保护系统获得阴极保护， 该系统由装在箱体内部的电极(作为阳极)组成，并需要在箱体(作为阴极)和内 部电极之间，按照所需防止腐蚀的量，施加较高的电压以降低箱体的电势(也就是 获得足够的负值和足够的高绝对值)。
文献EP 1 426 467指出根据热水器的工作状态应适当调整外加电^L并推荐了 获得这种结果的最合适的方法；更具体的，该文献指出供给活性电阻的电流大于非 活性电阻所需的电流。
但是，众所周知，外加电流由于水解会引起氢的形成，虽然因为确保防腐蚀保 护所需的电势绝对值一般是，但不总是，远小于产生大量氢所需的值，这种可能性 很小；在代数式中这意味着确保必要保护的负电势一般远高于引起大量氢的值。
所有这些装置，特别是热水器的装置，如该发明的说明书中实施例所述的，为 实际需要，虽没必要但最好安装在箱体的单个封闭法兰上。
现在所知的腐蚀保护装置出现了几个问题并在效率上有局限。
尽管这些装置简单并且购买价格低，但是基于"牺牲阳极"的阴极保护出现的问
题在于需要经常的控制磨损和及时更换严重磨损的"牺牲阳极"。
外加电流阴极保护系统出现的问题在于仅当有电时可以保证热水器保护，但 没有电源供给时不能提供任何保护(一般是指当热水器没有通电的时候，如其被安 装在已完工但还没人入住的房间内并装满水时会发生的情形)。
发明内容
本发明的目的在于提供一种解决蓄水热水器至少一部分已知问题的方案，更具 体的，提供解决上述问题的方案。
为实现上述目的，本发明提供了权利要求1所述的热水器和权利要求15, 18, 19 以及20所述的热水器的含铁箱体防腐蚀保护的方^去。
通过从属权利要求中所述的附加特征还可得到其它优点。
以下参考附图描述根据本专利权利要求的发明的可行实施例，其中 图1示出了根据第一实施例的热水器截面的示意图； 图2示出了根据第二实施例的热水器截面的示意图； 图3示出了根据第一实施例的流程图； 图4示出了根据第二实施例的流程图。
具体实施例方式
在附图中，标记l指整个热水器，包括含铁材料的箱体2和用螺栓固定在箱体 上的金属法兰3。
箱体2包括设计成低于箱体2电势的防腐蚀装置4、 5，防止其被电蚀。 所述防腐蚀装置4、 5由与箱体2电连接的牺牲阳极4、以及外加电流阳极5组
成，外加电流阳极5通过绝缘装置10与法兰3电绝缘，并由供给必需电能的电源6
控制以确保对所述箱体2的阴极保护。
同样设想了具有安装在护套8内部的温度传感器7的自动恒温器T，使加热元
件(本例中，为电阻9)工作和不工作。
根据所述的实施例，箱体2内所含的水由安装在箱体内的电阻9加热。 本领域的一般技术人员能意识到本发明也可应用到燃气式蓄水热水器。 控制系统SC控制防腐蚀保护装置。
更具体的，当加热元件(具体指电阻9)不工作时，控制系统SC能够储存必须 施加的外加电流Id的值；进行进一步的说明，根据本发明的方法，控制系统也提 供至少改变外加电流M值所必要的存储和处理功能。
所述控制系统SC也可以具有其它的处理功能，适合进行EP1426467所述的操 作，更具体的，当使加热元件(具体指电阻9)工作时，计算必须供给的外加电流 Ia。
在给热水器1供电和电源断电时，牺牲阳极4和外加电流阳极5的组合都确保 了箱体2的阴极保护，同时减少了阴极保护装置保养工作的频率，从而延长了箱体 2的寿命。
牺牲阳极4由比箱体2较不贵重的金属制成，以允许电流通过箱体内的水从牺 牲阳极4到箱体2持续的流动，并确保箱体的电阴极保护。
如果箱体2是含铁材料，牺牲阳极4可以由镁(Mg)材料的阳极组成。
电源6在外加电流阳极5和作为阴极的箱体2之间产生电势差，以通过箱体2 自身包含的水在外加电流阳极5和箱体2之间产生直流电。
通过绝缘装置IO，外加电流阳极5明显地与箱体2电绝缘，以允许施加不同的 电势。
外加电流阳极5最好应由钛(Ti)审诚。
根据现有技术，甚至使用镀钛阳极5更好，设计成具有一层混合金属氧化物以 提高阳极的导电性。
根据本发明设计的热水器1在正常工作条件下抗腐蚀归功于由电源6适当供电 的外加电流阳极5。
当无电源供电时，箱体2通过牺牲阳极4得到保护。
如图1所示的第一实施例中，牺牲阳极4通过直流电路连接到箱体2:该电路 在图1中所示通过电源线，但最好由将牺牲阳极4固定在法兰3上的金属装置，并 通过该装置将法兰3固定在箱体2上来确保电连接。
在此情况下，即使在外加电流阳极5工作时，牺牲阳极4虽然只是在有限的禾呈 度上，也可以有助于阴极保护；但是如果后者施加的电势高于牺牲阳极4的电化学 电势，则限制了后者的消耗。
在图2所示的第二实施例中，牺牲阳极4安装在法兰3上，通过电绝缘12与箱 体2电绝缘，并且通过电线11和可由控制系统SC控制的开关13获得在牺牲阳极4 和箱体2之间的电连接。
以这种方式，在外加电流阳极5工作期间通过使牺牲阳极4的消耗中断，可以 使箱体2和镁阳极4之间的电连接失效(当发电机6在外加电流阳极5和箱体2之 间供t合电势时)。
热水器最好安装适合测量牺牲阳极4消耗量的装置。
根据这种测量方法的第一实施例，热水器可以包括，如图1所示，当电源6断 开时，将箱体2的电压与参比电极比较的电压表。 参比电极最好是外加电流阳极5。
在图1的第一实施例中，测量出箱体2和外加电流阳极5之间的电势V。 对于电热水器，最好当每次自动恒温器断开时都进行测量(也就是在技术上，
自动调温器断开之间的时间间隔内， 一般指"自动调温"周期)，即当电阻断开时防止
干扰读数。
在通过开关15关掉电源6、并通过关联开关16使电表14工作后，并在从最后使 加热元件(例子中所示电阻9)不工作的预定时间间隔m届满之后，由控制系统SC 测量电势Vs。
然后将电势Vs与参考值Vo进行比较并保存在存储器中。 如果电势Vs高于参考值Vo，结果被保存在控制系统SC中并完成程序。 如果电势Vs在后续n个程序中高于参考值VQ，启动警报发出牺牲阳极4需要 更换的信号。
参考值V。最好应等于-1.5V。 预设的间隔m最好应至少为15分钟。 该程序在图3的流程图的左边部分中描述。
图2所示的第二实施例中，安装在牺牲阳极4和箱体2之间电路11上的电压表 14可被替换为能够测量特定范围(大约0-20mA)电流的电流表17或与该电流表 集成在一起。
当牺牲阳极4工作时，电表15测量电流Is提供牺牲阳极4磨损程度信息。 为了检査牺牲阳极磨损程度，需要断开开关15使外加电流阳极5的电、源6不工作。
最好从使外加电流阳极不工作起至少为15分钟的预定时间间隔m之后，检测 从牺牲阳极4到箱体2流过的电流。
在所述间隔时间m届满后，箱体2和牺牲阳极4之间的电流Is由电流表15检 然后将电流Is与参考值Isref比较并保存在存储器中。
如果电流低于参考值Isref的情况达到n次，启动警报发出牺牲阳t及4需要更换 的信号。
参考值Isref最好应在0到3 mA的范围之间。
预设间隔m最好应为15分钟。
图4流程图的左边部分描述了所述步骤。
在用来控制牺牲阳极4磨损的方法的两个实施例中，需要更换牺^fe阳极4的警 报信号保持工作直到阳极被更换，并且为了保证利用外加电流来保护箱体2，需要 保持电源接通的信号也是如此。
当更换好阳极，警报解除。
同样，最好通过在箱体2和外加电流阳极5之间施加电势，来预知外加电流W
的定期控制和调整设定。
当缺少牺牲阳极时，外加电流Id的控制和调整设定也可以有用。
首先，外加电流Id的控制和调整设定可包括给外加电流阳极5分配最合适的工
作电流值Id。
当电阻不工作时进行上述控制和调整操作，并且在自动调温器T断开后立即启 动，也就是在调温周期的结尾。
电位计14用来测量外加电流阳极5和箱体2之间的电势Vi。 然后保存测出的电势V并与参考值^比较。
如果电势Vi (在代数式中)大于参考值Vi，利用加热元件不工作，在预知的工 作的外加电流值Id上施加预定的增加值AId或电势Vi减去预定值AVi,两者在技术 上相当。
重复增加外加电流Id直到电势Vi低于Vi。
当电势Vi低于参考值Vi时，电势Vi与第二参考值VH比较，其代表一个界限， 低于这个界限就有形成大量氢的危险。
如果电势Vi高于第二参考值VH (也就是没有形成氢的危险)，工作电流值Id 与最后的分配值保持相等；外加电流Id的控制和调整设定完成，并在予页定时间周期 之后(也就是在P次自动调温工作之后)由控制系统SC重新激活，该预定时间周 期与所需保护条件可能发生变化相比被认为足够短。
如果电势V低于第二参考值VH (也就是有形成氢的危险)，将工作电流值Id重 新设置为在最后分配值之前一次的值；外加电流Id的控制和调整设定完成并且，如 上所述，在预定的时间间隔之后被重新激活。
在后一种情况下，因为电势Vi几乎是最优值，值Id足以确保达到良好的保护。
随着时间过去，这变得甚至更加有效率，因为热水器中形成的石灰沉积及时降 低了需要估计这种条件的电流值。
对于具有釉面涂层的箱体，在加热元件不工作时的工作电流值Id，最好应为
6mA，同时对于加热元件工作时的工作电流值Ia为9 - 12 mA。
对于具有釉面涂层的箱体，电势的参考值Vi最好应是-1.8 V,同时电势的第二 参考惶Vh最好是-2.5V。
也可以使用电子逻辑方法来决定使电压发生器6和电位计14什么时候工作，例 如每P次自动调温工作。
图3和4的流程图的右边部分以相同的用语说明了上述程序。
权利要求
1.蓄水热水器(1)包括金属箱体(2)，加热元件(9)，加热所述金属箱体(2)内的水，其特征在于，所述加热元件(9)由电阻(9)组成，自动调温装置(T)，使所述加热元件(9)工作/不工作，外加电流阴极保护装置(5，6，SC)，保护所述箱体(2)免受电解腐蚀，其特征在于所述装置(5，6，SC)由外加电流阳极(5)，向所述外加电流阳极(5)提供直流电(DC)的电源(6)，以及适合调节所述直流电源(6)的控制系统(SC)组成，其特征在于，具有附加装置(5，14，SC)，所述附加装置定期地调整上述电源(6)的电流(Id)以使所述箱体(2)的电势(Vi)保持在预定范围内。
2、 如前一权利要求所述的蓄水热水器(1)，其特征在于，用来定期地调 整所述电流(Id)的所述装置(5， 14， SC)包括浸入所述箱体(2)的电极(5)，电位计(14)，设计成测量所述箱体(2)和由所述直流电源(6)供电的 所述外加电流阳极(5)之间的电势差Vi。
3、 如前一权利要求所述的蓄水热水器U)，其特征在于，用来定期地调 整所述电流(Id)的所述装置(5， 14， SC)进一步包括计时器(SC)，用来在所述加热元件(9)不工作的时间间隔期间，进行上述 箱体(2)电势的检测，用来根据所测得的电势来改变所述电源(6)的电流(I)的装置(SC)。
4、 至少如权利要求2所述的蓄水热水器(l)，其特征在于，浸入所述箱体 (2)的所述电极(5)，对应所述外加电流阳极(5)。
5、 如上述任一权利要求所述的蓄水热水器(1)，其特征在于，其还包括 牺牲阳极(4)。
6、 如前一权利要求所述的蓄水热水器(1)，其特征在于，所述牺牲阳极 (4)通过开关(13)与所述箱体(2)电连接，所述开关的设计是用来中断所述电源(6)给所述外加电流阳极(5)供电时形成的电连接。
7、 如权利要求5或6所述的蓄水热水器(1)，其特征在于，其安装有用 来监控所述牺牲阳极(4)磨损的装置(14， 17， 15， T， SC)。
8、 如权利要求7所述的蓄水热水器(1)，尤其具有在用来加热水的所述 装置(9)包括至少一个电阻(9)时的设置，其特征在于用来监控所述牺牲阳 极(4)的磨损的所述装置(14， 17， 15， T， SC)包括定期中断所述电流阳极(5)和所述电阻(9)的工作的装置(14， 17， 15， T， SC)，计时器(SC)，用来从所述外加电流阳极(5)和所述电阻(9)断开连接之 后即刻在预定的时间间隔(m)之后执行至少一次所述电势(Vs)的检测。
9、 至少如前一权利要求所述的热水器，其特征在于，所述时间间隔(m) 为至少15分钟。
10、 如权利要求8或9所述的蓄水热水器(1)，其特征在于，包括以下 附加元件电压表(14)，设计成检测参比电极(5)与所述箱体(2)之间的电势差(Vs)， 当所述电势差(Vs)超过参考值(Vo)时发出信号的装置。
11、 如前一权利要求所述的蓄水热水器(1),其特征在于，用于上述电 势差(Vs)的所述参考值(Vo)为至少-1.5V。
12、 如权利要求8或9所述的蓄水热水器(1)，其特征在于，进一步包括电流表(17),设计成用来检测所述牺牲阳极(5)和所述箱体(2)之间的 电流(Is)，当所述牺牲电流(4)和所述箱体(2)之间的电流(Is)下降到预定的阈值(Kef)以下时发出信号的装置(SC)。
13、 如前一权利要求所述的蓄水热水器(1),其特征在于，所述电流(Is) 的预定阈值(lsref)范围从0到3mA。
14、 如上述任一权利要求所述的蓄水热水器(1)，其特征在于，所述电 源(6)可依据自动调温装置(T)是否已使所述加热元件(9)工作或不工作来调 节。
15、 保护如权利要求1所述蓄水热水器(1)的含铁材料的箱体(2)的方 法，其特征在于，包括以下步骤a) 在所述加热元件(9)不工作的时间间隔期间，检测所述箱体(2)的电势；b) 保存所测得的电势(Vi)，c) 将所测得的电势(Vi)与第一参考值(Vi)比较，d) 如果所述电势(Vi)高于所述参考值(Vi)，所述外加电流值的输入电流 Id增加预定值AId，从而降低所述电势(Vi)，e) 重复步骤d)直到所述电势(Vi)低于所述参考值(Vj)，f) 将所测得的电势(Vi)与第二参考值(VH)比较，以及g) 如果所述电势(Vi)高于所述参考值(VH)，保持通过连续增加AId获得的 所述最后工作电流(Id),并结束所述步骤，否则，在通过降低Ald返回到最后工 作电流(W)之前一次的工作电流，并结束所述步骤。
16、 如前一权利要求所述的保护箱体(2)的方法，其特征在于，上述步 骤以预定时间间隔重复。
17、 如前一权利要求所述的保护箱体(2)的方法，其特征在于，所述预 定时间间隔与预定数量的自动调温周期(p)的间隔相等。
18、 保护如权利要求5所述蓄水热水器(1)的含铁材料的箱体(2)的方 法，其特征在于，包括下述步骤-通过牺牲阳极(4)保护所述箱体(2);以及如果热水器通过电源加热，通过外加电流阳极(5)同时保护所述箱体(2)。
19、 保护如权利要求6所述蓄水热水器(1)的含铁材料的箱体(2)的方 法，其特征在于，包括下述步骤-通过牺牲阳极(4)允许所述箱体(2)的保护装置不工作， 以及通过外加电流阳极(5)同时保护所述箱体(2)。
20、 保护如权利要求5所述蓄水热水器U)的含铁材料的箱体(2)的方 法，其特征在于，包括定期地监控所述牺牲阳极(4)磨损的步骤。
21、 如权利要求20所述的方法，其特征在于，执行上述周期性监控所述牺 牲阳极磨损的步骤-在所述自动温度调节工作完成之后的预定时间间隔(m)内； 通过使外加电流的电源(6)不工作。
22、 如权利要求21所述的方法，其特征在于，所述牺牲阳极(4)磨损的 周期性监控进一步包括以下步骤a) 检测所述箱体(2)和参比电极(5)之间的电势(Vs),b) 将所测得的电势(Vs)与参考值(Vo)比较，c) 如果所述电势(Vs)低于所述参考值，保存结果。
23、 如前一权利要求所述的方法，其特征在于，如果所述电势(Vs)在n次 连续的监控工作中持续低于所述参考值(V。)，产生警报发出所述牺牲阳极(4) 磨损的信号，并且所述警报仅在下一次周期性监控工作确认所述牺牲阳极(4) 处于正常工作状态之后才解除。
24、 如权利要求21所述的方法，其特征在于，所述牺牲阳极(4)磨损的 周期性监控进一步包括下述步骤a) 检测在所述牺牲阳极(4)和所述箱体(2)之间流过的电流(Is)，b) 将所述电流(Is)与参考值(Kef)比较，c) 如果所述电流(Is)低于所述参考值(Isref)就保存结果。
25、 如前一权利要求所述的方法，其特征在于，如果在n次连续的监控工 作期间，电流(Is)低于所述参考值(ISref)，产生警报发出所述牺牲阳极(4)磨损 的信号，并且所述警报仅在下一次周期性监控工作确认所述牺牲阳极(4)处 于正常工作状态之后才解除。
26、 如权利要求21所述的方法，其特征在于，在自动调温工作完成之后 的所述预定时间间隔(m)为15分钟。
27、 至少如权利要求15所述的方法，其特征在于，具有釉面的箱体所用 的电势参考值(V1)为-1.8V并且所述第二电势参考值(VH)为-2.5V。
28、 如权利23或25所述的方法，其特征在于，只要所述警报处于工作状 态，则使用基于所述外加电流的方法自动执行所述阴极保护。
全文摘要
本发明涉及安装有外加电流腐蚀保护装置(5，6，SC)的蓄水热水器(1)。本发明也说明了一种定期检测所施加的外加电流(Id)值的方法。所述蓄水热水器(1)可另外安装一个具有牺牲阳极(4)的阴极保护装置。本发明也涉及另一种用于保护牺牲阳极(4)或外加电流的操作方法，以及用来控制所述牺牲阳极(4)出现磨损和磨损程度的方法。
文档编号C23F13/22GK101374977SQ200680014484
公开日2009年2月25日 申请日期2006年2月23日 优先权日2005年7月20日
发明者A·斯托珀尼, A·曼奇尼, L·拉蒂尼, R·萨姆鲍雷斯 申请人:默洛尼卫生洁具有限公司