CN102084715A - 加热装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种加热装置。在本发明中，在传热部件的附近设置用于加热流过加热室的内部通道的流体的碳纳米管加热元件。碳纳米管加热元件与传热部件的接触面积是传热部件与流体的接触面积的50％或更多。由此，根据本发明，能够更高效地加热流体。
Description
技术领域
本发明涉及一种加热装置，且更具体而言，涉及一种用于加热流体的加热装置。
背景技术
加热装置使用多种加热器来加热流体。通常，加热较小量流体的加热装置使用护套式加热器或PTC加热器(正温度系数加热器)。然而，护套式加热器或PTC加热器所存在的问题在于其热效率较低并且在几何形状设计上有许多限制。
发明内容
技术问题
本发明的一个目的在于提供一种能更为有效地加热流体的加热装置。
本发明的另一目的在于提供一种能够构设多种加热器的加热装置。
技术方案
为实现本发明的目的，根据一个实施例的加热装置包括：加热室，其形成有供流体流过的流道；传热部件，其向流经该流道的流体传热；以及多个碳纳米管加热元件，其通过接收电能而产生通过传热部件传导至流体的热量，其中碳纳米管加热元件与传热部件的接触面积的总和为传热部件与流体的接触面积的50％或更多。
根据本发明的另一实施例的加热装置包括：加热室，其形成有供流体流过的流道；传热部件，其一侧与流经该流道的流体接触；两个电极，设置在传热部件的另一侧上并且与电源连接；多个碳纳米管加热元件，彼此隔开地设置在传热部件的另一侧上并分别连接两个电极，并且利用经由电极供给的电能产生热量；以及绝缘构件，其使电极与碳纳米管加热元件绝缘，其中碳纳米管加热元件与传热部件的接触面积的总和为传热部件与流体的接触面积的50％或更多。
有益效果
根据本发明，能够更为有效地实现高效率加热。
附图说明
图1为示出根据本发明的加热装置的第一实施例的立体图。
图2为示出本发明第一实施例的分解立体图。
图3为示出几种加热器的热效率的图表。
图4为示出根据本发明的加热装置的第二实施例的主要部件的纵向剖视图。
图5为示出根据本发明的加热装置的第三实施例的主要部件的纵向剖视图。
具体实施方式
以下，结合附图详细描述根据本发明的加热装置的第一实施例的构造。
图1为示出根据本发明的加热装置的第一实施例的立体图，图2为示出本发明第一实施例的分解立体图。
参照图1和图2，加热装置100包括加热室110、多个生热部件、以及传热部件120。生热部件和传热部件120在加热装置100中形成为一个单元。在加热室110中设置有流道P。生热部件产生热量以加热流经流道P的流体，传热部件120将生热部件的热量传递到流体。
在此实施例中，如图1所示，加热室110包括第一加热室110、第二加热室110′和第三加热室110″。第一加热室110通过入口管Ti接收流体，第一加热室110和第二加热室110′通过第一连接管Tc1连接。此外，第二加热室110′和第三加热室110″通过第二连接管Tc2连接，第三加热室110″通过出口管To传送流体。这是为了根据需要加热的流体量来调整加热室110、110′、110″的数量。
同时，参照图2，加热室110包括加热室主体111、加热室盖116和多个密封件119。加热室主体111和加热室盖116可由耐热合成树脂制成。此外，当加热室主体111和加热室盖116由金属制成时，可额外设置用于隔绝流过流道P的流体的隔热件。
加热室主体111大体上形成为一侧敞开的多面体形状。在加热室主体111中形成有用来构成流道P的预定空间。
此外，在加热室主体111中设有多个分隔肋(section rib)112。分隔肋112将加热室主体111的内部空间加以分隔，以使流道P整体上蜿蜒延伸。详细而言，在加热室主体111中，分隔肋112在加热室主体111的内短边方向上形成为长形。分隔肋112的一端连接于加热室主体111的长边方向的一端，而分隔肋112的另一端与加热室主体111的长边方向的另一端相隔开。
另一方面，通过分隔肋112的分隔而蜿蜒延伸的流道P具有多个平直段P1和多个连接段P2。平直段P1在加热室主体111的短边方向上形成为长形，而连接段P2在加热室主体111的长边方向上将两个相邻的平直段P1的端部连接。
一些分隔肋112(在此实施例中为两个分隔肋112)形成为具有比其它分隔肋112相对更大的宽度。以下，为便于说明，将分隔肋112中具有相对更大宽度的分隔肋112称作固定肋113。
加热室主体111设置有与流道P的两端连通的两个连通孔(未示出)。这些连通孔连接于入口管Ti(流体从外部经由该入口管流入)或出口管To(经加热的流体经由该出口管流向外部)，或者与第一连接管Tc1或第二连接管Tc2连接。
此外，在加热室主体111的边缘和固定肋113上分别形成有多个第一固定孔114和第二固定孔115。第一固定孔114用于固定加热室盖116，而第二固定孔115用于固定传热部件120。
另一方面，加热室盖116形成为使得其尺寸和形状能够覆盖加热室主体111的敞开的一侧。此外，加热室盖116在其一侧边缘与加热室主体111的边缘紧密接触的状态下由固定件(未示出)固定。为实现这种构造，在加热室盖116中形成有第一通孔117。第一通孔117是使得插入到第一固定孔114中的固定件所穿过的部分。
密封件119用于防止流经流道P的流体发生泄漏。密封件119设置在加热室主体111与加热室盖116之间，详细而言是设置在彼此紧密接触的加热室主体111的边缘和加热室盖116一侧的边缘之间。
传热部件120设置在加热室110内，亦即设置在加热室主体111与加热室盖116之间。传热部件120将生热部件的热量传递到流经流道P的流体。传热部件120与加热室主体111共同形成流道P。因此，流经流道P的流体与传热部件120的一侧接触。为此目的，传热部件120由具有预定导热性的材料制成并且形成为其尺寸和形状能够覆盖加热室主体111的内部空间。因此，在此实施例中，传热部件120形成为矩形的金属板。此外，在传热部件120中形成有多个第二通孔121。第二通孔121是为了固定传热部件120使得插入到第二固定孔115中的固定件(未示出)穿过的部分。
生热部件设置在传热部件120的另一侧上，该另一侧是传热部件120的与流经流道P的流体接触的一侧的相对侧。在此实施例中，生热部件包括两个电极131、多个碳纳米管加热元件133和绝缘构件135。
详言之，电极131彼此隔开地设置在传热部件120的另一侧上。在此实施例中电极131在传热部件120的长边方向上形成为长形并且在传热部件120的短边方向上彼此隔开。
此外，碳纳米管加热元件133(以下称为“CNT加热元件”)是指一种由碳纳米管构成的材料，该碳纳米管具有将多个由六个碳原子形成的六角形彼此连接而构成的管形形状。CNT加热元件133在传热部件120的短边方向上形成为长形而在传热部件120的宽度方向上彼此隔开。在这种构造下，CNT加热元件133设置在除了对应于固定肋113的区域之外的、遍及于传热部件120的与流经流道P的流体相接触的区域中。设置多个CNT加热元件133的原因在于，即使一个或多个CNT加热元件133断开连接，其它CNT加热元件133仍会正常工作。此外，CNT加热元件133的两端分别连接至电极131。在这种构造下，相邻的CNT加热元件133之间的间距被设定为等于或小于CNT加热元件133在传热部件120的短边方向上的宽度。此外，多个CNT加热元件133与传热部件120的接触面积的总和被设定成至少为传热部件120与流经流道P的流体接触的面积的50％或更多。这是为了在CNT加热元件133不致断开连接的范围内最大程度地加热流经流道P的流体。
此外，绝缘构件135使电极131与CNT加热元件133绝缘。例如，绝缘构件135可以完全敷设或涂覆在传热部件120的设有电极131和CNT加热元件133的另一侧上。
此外，加热装置100包括三个双金属片(bimetal)140，用以防止CNT加热元件133过热。当CNT加热元件133的温度大于预定的安全温度时，双金属片140中断对CNT加热元件133的供电。在此实施例中，双金属片140固定至安装托架150，而安装托架150与传热部件120一起固定至加热室主体111。为实现这种构造，穿过安装托架150形成有多个第三通孔151。此外，穿过第三通孔151和第二通孔121的固定件插入第二固定孔115中。在此实施例中，双金属片140实质上感测加热室110的内部温度。然而，双金属片140也可以直接感测CNT加热元件133的温度。
另一方面，根据CNT加热元件133的输出，电极131可以连接至单相或三相输入电源。例如，当CNT加热元件133的输出为4kW或更低时连接单相输入电源，而当输出为4kW或更高时可以连接三相输入电源。
以下，结合附图详细描述根据本发明的加热装置的第一实施例的操作。
图3为示出几种加热器的热效率的图表。
首先，流体通过入口管Ti流入加热室110，亦即流入流道P中。在流道P中流动的流体流过流道P并随后通过出口管To流出加热室110外。此外，当设置有多个加热室110时，流体经由连接管Tc1、Tc2沿着多个加热室110的流道P流动。
当供电时，CNT加热元件133产生热。CNT加热元件133的热量通过传热部件120传递到流经流道P的流体。也就是说，流经流道P的流体被CNT加热元件133加热。
然而，在此实施例中，CNT加热元件133被配置成能够在它们之间不致断开连接的范围内最大程度地加热流经流道P的流体。因此，通过使用CNT加热元件133可以更为稳定和高效地加热流经流道P的流体。
此外，当CNT加热元件133过热时，向CNT加热元件133的供电被双金属片140中断。因此，能够避免由于CNT加热元件133的过热而导致的问题，例如能够防止流经流道P的流体过热或者传热部件120或加热室110损坏的问题。
另一方面，参照图3，可以看到的是，CNT加热元件133的热效率比作为用于加热流体的加热源的PTC(正温度系数)加热器和护套式加热器的热效率相对更高。换言之，当供给相同的电能时，CNT加热元件133的热效率约为95％，而PTC加热器的热效率约为55％，护套式加热器的热效率为65％。
此外，与护套式加热器相比，CNT加热元件133在设计上可具有多种形状变化。此外，与PTC加热器相比，CNT加热元件133能够容易地确保刚性。因此可以说，与现有技术中典型的PTC加热器或护套式加热器相比，CNT加热元件133在热效率方面具有突出的优点。
应该理解的是，本领域技术人员可以在本发明的基本技术思想的范围内以多种方式加以变型，本发明的保护范围应该基于所附的权利要求书来解释。
虽然在上述实施例中共设置有三个双金属片，但并不以此为限。也就是说，可以根据加热室的尺寸将双金属片设定为不同的数量。
此外，虽然设置有三个加热室并且将加热室在短边方向上彼此隔开，但加热室的数量和配置方向不限于此。
发明实施方式
以下结合附图详细描述根据本发明的加热装置的第二实施例。
图4为示出根据本发明的加热装置的第二实施例的主要部件的纵向剖视图。在此实施例中，与上述本发明第一实施例的组件相同的组件由图1和图2中所用的附图标记表示，并省略对其详细的描述。
参照图4，在此实施例中，在传热部件120上设有多个补强成形部123。补强成形部123是通过使传热部件120的一部分成型而形成，以防止传热部件120热变形。在这种构造下，是通过将传热部件120的一部分朝向流道P的相对侧(即朝向加热室盖116，而非加热室主体111)成型来形成补强成形部123。因此，借助补强成形部123可以最小化对流经流道P的流体的干扰，并且可相对地增大与流经流道P的流体的接触面积。
以下结合附图详细描述根据本发明的加热装置的第三实施例。
图5为示出根据本发明的加热装置的第三实施例的主要部件的纵向剖视图。在此实施例中，与上述本发明第一实施例的组件相同的组件由图1和图2中所用的附图标记表示，并省略对其详细的描述。
参照图5，在此实施例中，加热室盖116的内侧设有多个补强肋118。补强肋118用于防止传热部件120热变形。为此目的，补强肋118从加热室盖116的内侧延伸，并且补强肋118的前端与传热部件120的另一侧紧密接触。更优选的是，补强肋118形成在与任一分隔肋112对应的位置。因此，传热部件120被彼此对应的分隔肋112和补强肋118压迫，从而能够更有效地防止传热部件120的热变形。
工业实用性
基于具有根据本发明的上述构造的加热装置，可期望获得下列效果。
首先，在本发明中，利用碳纳米管加热元件来加热流体。因此，可借助碳纳米管加热元件更有效地加热流体。
在本发明中，形成供流体流过其中的流道的加热室和碳纳米管加热元件被形成为一个单元。因此，可简化加热装置的构造并且能够简化加热装置的安装。
此外，在本发明中，可根据所需的加热量来连接并使用多个加热室。因此，易于根据所需的加热量来改变加热装置的设计。
此外，在本发明中，多个碳纳米管加热元件与同流体接触的传热部件的接触面积的总和被设定为传热部件与流体的接触面积的50％或更多。此外，碳纳米管加热元件之间的间隔设定为等于或小于碳纳米管加热元件的宽度。因此，碳纳米管加热元件可在能避免传热部件热变形的范围内最大程度地加热流体。
此外，在本发明中，供流体流过的流道整体上蜿蜒延伸，并且碳纳米管加热元件沿平行于供流体流过的该流道的方向设置。因此，流经该流道的流体被碳纳米管加热元件更高效地加热。
此外，在本发明中，通过双金属片依据碳纳米管加热元件是否过热来选择性地对碳纳米管加热元件供电。由此，能够更安全地加热流体。
Claims (25)
1.一种加热装置，包括：
加热室，其形成有供流体流过的流道；
传热部件，其将热量传递到流过所述流道的流体；以及
多个碳纳米管加热元件，其通过接收电能产生热量，所产生的热量被经由所述传热部件传递给所述流体，
其中所述碳纳米管加热元件与所述传热部件的接触面积的总和为所述传热部件与所述流体的接触面积的50％或更多。
2.如权利要求1所述的加热装置，其中所述流道包括多个平行的平直段和连接相邻的所述平直段的端部的连接段；以及
所述碳纳米管加热元件与所述平直段平行地形成为长形。
3.如权利要求2所述的加热装置，其中与所述平直段平行的所述碳纳米管加热元件彼此间隔开一间距，该间距小于所述碳纳米管加热元件在与所述平直段平行的方向上的宽度。
4.如权利要求1所述的加热装置，其中所述传热部件形成了所述流道的一个侧面。
5.如权利要求1所述的加热装置，其中所述加热室包括：
加热室主体，其一侧是敞开的，并且所述流道在所述加热室主体内；以及
加热室盖，其覆盖所述加热室主体的敞开的所述一侧。
6.如权利要求5所述的加热装置，其中所述加热室还包括设置在所述加热室主体和所述加热室盖之间的密封件。
7.如权利要求6所述的加热装置，其中在流过所述流道的流体的流向上，所述分隔肋中的至少任一个分隔肋形成为比其它所述分隔肋要厚，并且用于固定所述加热室盖的固定件插入所述至少任一个分隔肋中。
8.如权利要求5所述的加热装置，其中所述传热部件与流过所述流道的流体接触，并且其边缘支撑在所述加热室主体与所述加热室盖之间。
9.如权利要求8所述的加热装置，其中在所述加热室主体和所述加热室盖两者的至少任一个之中设有支撑所述传热部件的支撑构件。
10.如权利要求8所述的加热装置，其中所述支撑构件包括：
第一支撑构件，设置在所述加热室主体中并且支撑所述传热部件的一侧；以及
第二支撑构件，设置在所述加热室盖中并且支撑所述传热部件的另一侧。
11.如权利要求1所述的加热装置，其中所述加热室由耐热合成树脂或金属制成，并且当所述加热室由金属制成时，所述加热装置还包括覆盖所述加热室的隔热件。
12.如权利要求1所述的加热装置，其中所述加热室是由多个加热室所构成，所述多个加热室的流道通过多个连接构件相连接。
13.如权利要求1所述的加热装置，其中所述传热部件设有补强部，用以防止由于碳纳米管加热元件的发热而导致的热变形。
14.如权利要求13所述的加热装置，其中所述补强部是通过使所述传热部件的一部分成型而形成的补强成形部，或者是固定至所述传热部件的补强肋。
15.如权利要求1所述的加热装置，其中当所述碳纳米管加热元件的输出为4kW或更高时连接三相输入电源。
16.一种加热装置，包括：
加热室，其形成有供流体流过的流道；
传热部件，其一侧与流过所述流道的所述流体接触；
两个电极，设置在所述传热部件的另一侧上并且与电源连接；
多个碳纳米管加热元件，彼此隔开地设置在所述传热部件的所述另一侧上并分别连接所述两个电极，并且利用经由所述电极供给的电能产生热量；以及
绝缘构件，其使所述电极与所述碳纳米管加热元件绝缘，
其中所述碳纳米管加热元件与所述传热部件的接触面积的总和为所述传热部件与所述流体的接触面积的50％或更多。
17.如权利要求16所述的加热装置，其中所述传热部件形成为矩形板形状。
18.如权利要求17所述的加热装置，其中所述碳纳米管加热元件沿所述传热部件的短边方向形成为长形，以沿所述加热部件的长边方向相隔开预定的间隙。
19.如权利要求18所述的加热装置，相邻的碳纳米管加热元件之间的间隙等于或小于所述碳纳米管加热元件沿所述传热部件的长边方向的宽度。
20.如权利要求16所述的加热装置，还包括一安全装置，用以防止所述碳纳米管加热元件过热。
21.如权利要求20所述的加热装置，其中所述安全装置是至少一个双金属片，该双金属片根据所述传热部件的温度选择性地对所述碳纳米管加热元件供电。
22.如权利要求21所述的加热装置，其中所述双金属片固定至所述传热部件的所述另一侧上，以及
所述碳纳米管加热元件设置在所述传热部件的所述另一侧上的除安装有所述双金属片的部分之外的其它部分上。
23.如权利要求21所述的加热装置，其中所述双金属片与所述传热部件一起固定在所述加热室内侧。
24.权利要求23所述的加热装置，其中所述传热部件和所述双金属片通过固定件固定至多个分隔肋中的至少一个上，所述分隔肋设置在所述加热室中以使所述流道整体上蜿蜒延伸。
25.如权利要求16所述的加热装置，其中所述传热部件固定在所述加热室内，并且所述电极、所述碳纳米管加热元件和所述绝缘构件固定在所述传热部件的另一侧上。
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