CN102410621A - 基于碳纤维远红外辐射的快速加热水装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于碳纤维远红外辐射的快速加热水装置，其加热单元包括石英管碳纤维式电加热体，还包括于电加热体外周设置的被加热体——带有水腔的容器，二者间相对固定设置，水腔与石英管的外壁间留有间隙。本发明能够提高产品的电热转化率，在功率一定、水量恒定的情况下，升温速率有显著提高，即相同时间内的温度差显著提高，满足较大出水量的需求。本发明的水与加热体间不相接触，具有结构简单、性能稳定、使用寿命长、占地面积小、功率低节能环保、安全卫生的特点，可以根据需求设定水温，适用于人们的日常生活和生产活动中所需热水的加热，如用作饮水机的加热装置、洗浴用的电热水器的加热装置、取暖循环水系的加热装置等。

Description

基于碳纤维远红外辐射的快速加热水装置

技术领域

本发明属于热交换领域，尤其是涉及水加热装置，具体地说是一种基于碳纤维远红外辐射的快速加热水装置。 

背景技术

燃气热水器和电热水器为目前热水器的两大类型。由于燃气热水器的安全隐患问题，电热水器逐渐成为主流产品。 

电热水器可以分为储能式、即热式两种类型。其中储能式电热水器是采用金属管作为加热元件，直接与水接触加热，水电不分离，在电热管和水的界面容易结垢，使得热效率下降，电耗大，而且水电不分离也造成安全隐患；即热式电热水器采用外热式，达到了安全使用的目的，但是由于需要长程持续加热，而这种加热器功率大至十几个千瓦，耗能极高。 

碳纤维加热以其远红外辐射的加热效率高，除臭、杀菌等多种优异性能，最近在加热和干燥等装置上开始广泛使用，人们开发了碳纤维电加热的热水器装置，并且不断地进行改进以提高其电热转化率。 

专利号为2009200733670的中国发明专利，公开了一种“碳纤维热水器”，包括石英玻璃管和碳纤维发热体，石英玻璃管为双层结构，碳纤维发热体设置在石英玻璃管的内层之中，碳纤维发热体两端接电源。该产品专利被加热液体设于两层石英玻璃管之间，为即流即热的直热式产品，存在易损且无法满足大需求量水供应的不足。 

专利号为2008201164827的中国发明专利，涉及“一种用碳纤维作为发热体的热水器”，包括密闭窗口式壳体以及设于壳体内的预热管、发热体，其发热体可以是由石英管及其外表面上的碳纤维构成，发热体与预热管用水管连接后封装于壳体内，并留有进水管接口与出水管接口。该产品专利被加热的液体直接与发热体相接触，容易结垢，严重影响热效率。 

另外，碳纤维加热技术还有很多问题没有解决，比如即热式快速热水器会需要很多碳纤维热水器串联使用，这就增加了热量的损失和加工制备的复杂性；另外，由于石英管尺寸及其导致的热水管尺寸的限制，无法满足较大出水量的需求。 

发明内容

本发明要解决的技术问题，是提供一种基于碳纤维远红外辐射的电热水装置，它能够提高产品的电热转化率，在功率一定、水量恒定的情况下，升温速率有显著提高，即相同时间内的温度差显著提高，满足较大出水量的需求。 

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是： 

一种基于碳纤维远红外辐射的快速加热水装置，其主体为加热单元，所述加热单元包括石英管碳纤维式电加热体，还包括于石英管碳纤维电加热体外周设置的被加热体——带有水腔的容器，电加热体与被加热体间相对固定设置，水腔与石英管的外壁间留有间隙；所述带有水腔的容器带有进水口与出水口。

作为一种优化，所述容器外壁附着有高发射率远红外线涂层。 

作为另一种优化，所述加热单元有至少两个，它们相互并联且它们的出水口汇流。

作为第三种优化，它还包括壳体；所述壳体设于容器外，壳体内壁附着有高反射率远红外涂层，电加热体与被加热体均封装于壳体内。 

本发明还有一种优化，所述容器为螺旋盘管；所述石英管碳纤维式电加热体包括石英管及设于石英管内的碳纤维，碳纤维与设于石英管外的电源接头连接；所述石英管位于螺旋盘管的轴线处，所述螺旋盘管的高度与石英管的长度相适配。 

作为进一步优化，所述螺旋盘管为双层螺旋结构，其进水口与出水口设于同一端，其分布为以下两种状态之一，即： 

①从设于下端的进水口始，自下而上盘绕至达顶部处再自上而下盘绕将其出水口设于下端；或

②从设于上端的进水口始，自上而上盘绕至达顶部处再自下而上盘绕将其出水口设于上端。

壳体的内壁附着有高发射率远红外线涂层。 

作为更进一步优化，所述螺旋盘管有至少两根，它们的进水口汇流且它们的出水口汇流。 

所述螺旋盘管有至少两根，它们的进水口汇流且它们的出水口汇流。 

本发明工作原理：电能在碳纤维芯体转化为热能，主要以远红外线形式发射，远红外线的温热效应和共振效应迅速加热水分子螺旋形状的热水管使水的受热面增大，水的被加热行程大大加长，加上远红外线在喷涂高发射率远红外线涂层的热水管外部得到加强，进一步地在外部红外反射保护层处反射，不但使得远红外线损失减少，而且激发了新远红外线的产生，放大了能量，提高了远红外线对水加热的速率，即单位时间能的温度差提高。 

由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，所取得的技术进步在于：本发明的碳纤维加热装置在石英管内部、水则是在热水管内部，实现了水电的真正分离，安全可靠；采用了双层螺旋结构，利用碳纤维远红外辐射与热水管外部的高发射率远红外线涂层相结合，实现了碳纤维发射的远红外线的加热效率提高，使得冷水在经过加热装置后快速升温，电能转化率高，节电节能；并联设计可以满足各种出水流量的需求；碳纤维产生的远红外线对人体健康有益，符合环保要求。本发明具有结构简单、性能稳定、使用寿命长、占地面积小、功率低节能环保、安全卫生的特点，可以根据需求设定水温，适用于人们的日常生活和生产活动中所需热水的加热，如用作饮水机的加热装置、洗浴用的电热水器的加热装置、取暖循环水系的加热装置等等。 

本发明下面将结合说明书附图与具体实施例作进一步详细说明。 

附图说明

图1为本发明实施例1的外部结构示意图； 

图2为本发明实施例2的外部结构示意图；

图3为本发明实施例1与实施例2中螺旋盘管的整体结构示意图，图中箭头表示流体流动方向；

图4为图3的俯视图，图中箭头表示流体流动方向。

图中：1—石英管，2—螺旋盘管，4—进水口，5—出水口，8—高发射率远红外线涂层，9—壳体。 

具体实施方式

实施例１

图1所示为一种基于碳纤维远红外辐射的电热水装置，其主体为加热单元。加热单元包括电加热体、被加热体——螺旋盘管2以及壳体9。

加热单元为石英管碳纤维式电加热器，它包括石英管1及设于石英管1内的碳纤维，碳纤维于石英管1内的设置方式可以为常规方式。碳纤维能够与电源接通生热。 

石英管1位于螺旋盘管2的轴线处，螺旋盘管2的高度与石英管1的长度相适配，二者间留有间隙。 

螺旋盘管2外壁涂覆有高发射率远红外线涂层8。 

如图3与图4所示，螺旋盘管2为双层螺旋方式，其进水口4与出水口5均设于下端，即：从设于下端的进水口4始，自下而上盘绕至达顶部处再自上而下盘绕将其出水口5设于下端。 

（螺旋盘管2可以有两根或两根以上，它们的进水口汇流且它们的出水口汇流。螺旋盘管也可以为三层螺旋或更多层螺旋的方式，奇数层时进出水口同端设置，偶数层时进出水口异端设置——一上一下） 

螺旋盘管2与石英管1均封装于保护层即壳体9内，保护层为内壁涂有高反射率远红外涂层的小厚度铁皮筒。保护层对其内部部件进行支撑与保护，避免它们接触外物导致碰损。

实施例2

图2所示为一种基于碳纤维远红外辐射的电热水装置，其主体为两个并联的加热单元。

每一加热单元包括电加热体、被加热体——螺旋盘管2以及壳体9。 

加热单元为石英管碳纤维式电加热器，它包括石英管1及设于石英管1内的碳纤维，碳纤维于石英管1内的设置方式可以为常规方式。碳纤维能够与电源接通生热。 

石英管1位于螺旋盘管2的轴线处，螺旋盘管2的高度与石英管1的长度相适配，二者间留有间隙。 

螺旋盘管2外壁涂覆有高发射率远红外线涂层8。 

如图3与图4所示，螺旋盘管2为双层螺旋方式，其进水口4与出水口5均设于下端，即：从设于下端的进水口4始，自下而上盘绕至达顶部处再自上而下盘绕将其出水口5设于下端。 

（螺旋盘管2可以有两根或两根以上，它们的进水口汇流且它们的出水口汇流。螺旋盘管也可以为三层螺旋或更多层螺旋的方式，奇数层时进出水口同端设置，偶数层时进出水口异端设置——一上一下） 

螺旋盘管2与石英管1均设于壳体9内，壳体9内壁也附着有高发射率远红外线涂层8。

加热单元的出水口汇流。 

螺旋盘管2与石英管1均封装于保护层即壳体9内，保护层为内壁涂有高反射率远红外涂层的小厚度铁皮筒。保护层对其内部部件进行支撑与保护，避免它们接触外物导致碰损。 

Claims (9)

1.一种基于碳纤维远红外辐射的快速加热水装置，其特征在于：其主体为加热单元，所述加热单元包括石英管碳纤维式电加热体，还包括于石英管碳纤维电加热体外周设置的被加热体——带有水腔的容器，电加热体与被加热体间相对固定设置，水腔与石英管的外壁间留有间隙；所述带有水腔的容器带有进水口与出水口。

2.根据权利要求1所述的基于碳纤维远红外辐射的快速加热水装置，其特征在于：所述容器外壁附着有高发射率远红外线涂层。

3.根据权利要求1所述的基于碳纤维远红外辐射的快速加热水装置，其特征在于：所述加热单元有至少两个，它们相互并联且它们的出水口汇流。

4.根据权利要求1所述的基于碳纤维远红外辐射的快速加热水装置，其特征在于：它还包括设于容器外的壳体，壳体内壁附着有高反射率远红外涂层，电加热体与被加热体均封装于壳体内。

5.根据权利要求1—4中任一项所述的基于碳纤维远红外辐射的快速加热水装置，其特征在于：

所述容器为螺旋盘管；

所述石英管碳纤维式电加热体包括石英管及设于石英管内的碳纤维，碳纤维与设于石英管外的电源接头连接；

所述石英管位于螺旋盘管的轴线处，所述螺旋盘管的高度与石英管的长度相适配。

6.根据权利要求5所述的基于碳纤维远红外辐射的快速加热水装置，其特征在于所述螺旋盘管为双层螺旋结构，其进水口与出水口设于同一端，其分布为以下两种状态之一，即：

①从设于下端的进水口始，自下而上盘绕至达顶部处再自上而下盘绕将其出水口设于下端；或

②从设于上端的进水口始，自上而上盘绕至达顶部处再自下而上盘绕将其出水口设于上端。

7.根据权利要求4所述的基于碳纤维远红外辐射的快速加热水装置，其特征在于：壳体的内壁附着有高发射率远红外线涂层。

8.根据权利要求5所述的基于碳纤维远红外辐射的快速加热水装置，其特征在于：所述螺旋盘管有至少两根，它们的进水口汇流且它们的出水口汇流。

9.根据权利要求6或7所述的基于碳纤维远红外辐射的快速加热水装置，其特征在于：所述螺旋盘管有至少两根，它们的进水口汇流且它们的出水口汇流。

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