CN102753890A - 流体加热器 - Google Patents

Abstract

本发明流体加热器包括：内部形成有空间并且具备有供液体流入的流入口与供流体流出的流出口的外壳、加热从上述流入口流入的液体的离心加速单元、驱使上述离心加速单元旋转的电机；上述离心加速单元包括旋转筒及多个板状板叶片；上述旋转筒可旋转地配置在上述外壳的内部空间，具备有朝上述流入口形成开口部的侧墙部并形成筒状，上述侧墙部贯穿地形成有多个排放孔以便让从上述开口部流入的液体以交叉于该流入方向的方向流出；上述多个板状板叶片位于上述旋转筒的外周，在上述旋转筒的旋转中心轴方向对齐地互相隔离配置，在上述旋转筒上一体地形成，与上述旋转筒一起旋转时，为了让通过上述排放孔从旋转筒出来的液体受到离心力而把该液体推向上述旋转筒旋转的方向以强迫其旋转，从而使得从上述排放孔出来的液体速度上升而发生气穴；上述排放孔从上述侧墙部的内周面一体地贯穿上述板叶片地形成，上述外壳与上述电机以该电机的电机轴为媒介在空间上互相隔离地配置，与上述流入口相对的上述侧墙部的端部通过轴承支撑构件被上述外壳可旋转地支撑。

Description

流体加热器

技术领域

本发明涉及一种流体加热装置，尤其是一种以流体内部发生气穴(cavitation)的方式加热该流体的流体加热器。

背景技术

一般来说，水之类液体的加热装置包括燃烧燃料并凭借该热加热液体的装置、利用电能加热液体的装置等。

只要供应了电源，利用电能加热液体的装置就能在任何地方轻易地使用，由于不必燃烧燃料，因此不会在使用地点排放有害物质。

利用电能加热液体的装置包括使用电热机构的装置、使用液体流动所致热量的装置。

对于使用电热机构的装置来说，电热机构通常与液体接触，由于只在电热机构的附近加热，因次不能让液体被整体加热。而且，电热机构的温度远高于液体，如果液体是暴露于高温时会变性的液体则不宜使用。不仅如此，如果在电热机构被打开的状态下没有适当地供应液体，装置会出现过热的危险。

为了解决上述使用电热机构的装置所遇到的问题，人们开发了使用液体流动所致热量的装置。

对于使用液体流动所致热量加热该液体的装置，该装置利用液体流动时和其它物体摩擦生成的摩擦热或液体之间的摩擦。近来，为了提高液体的温度上升速度，还利用气穴(cavitation-空洞现象)所生成的气泡内曝(implosion)所发生的热量。

气穴指的是液体压力下降到液体蒸汽压以下时该液体变成蒸汽而生成气泡的现象。液体内部因气穴而生成的气泡在流动时将在液体压力高于蒸汽压的部位急剧地内曝。气泡急剧地内曝时会放出很多能量而使得该部分的温度急剧上升。因此，液体内部气穴生成量越多，液体的整体温度上升也会越快。

气穴在液体压力较低的部位发生，根据白努力定律，液体流速越快液体压力越低，因此流速快的部位容易发生气穴。

图1与图2图示了利用气穴加热液体的现有液体加热器的一例。图1是现有液体加热器的概略分解立体图，图2是图1所示液体加热器的概略剖视图。

请参阅图1到图2，现有液体加热器1包括外壳10、旋转筒20、固定筒40及电机30。

上述外壳10具备有外壳本体11与盖12。上述外壳本体11在其周缘的一侧形成有允许液体流出的流出口16。上述盖12结合在上述外壳本体11并且在其内部划分空间，一侧则形成有允许液体流入的流入口14。

上述旋转筒20可旋转地配置在上述外壳10的内部空间。上述旋转筒20形成圆筒形，直径相异的多个旋转筒20互相固定。旋转筒20上形成有多个贯通孔22。

上述固定筒40为了固定地配置在外壳10的内部空间而固定在上述盖12上。固定筒40承圆筒形，直径相异的多个固定筒20互相固定。固定筒40在多个旋转筒20之间交替地配置。固定筒40上也形成有多个贯通孔42。

上述电机30固定结合在上述外壳本体11，电机30的电机轴32则贯穿外壳本体11并且可旋转地安装。上述电机轴32通过机械式轴封(mechanical seal)之类的适当密封件(未图示)可旋转地且不泄漏液体地结合在外壳本体11。

为了驱使上述旋转筒20旋转，电机30的电机轴32的端部固定结合在旋转筒20。

下面说明现有液体加热器的运行原理。

起动电机30而驱使旋转筒20在外壳10内部旋转，在该状态下为流入口14注入液体。

进入流入口14的液体将进入直径较小的旋转筒20的内部，然后通过旋转筒20的贯通孔22朝外壳本体11的内周面移动。

液体朝外壳本体11的内周面移动时，将交替地通过形成于旋转筒20的贯通孔22和形成于固定筒40的贯通孔42，由于旋转筒20对固定筒40进行相对旋转而局部地形成涡流。形成涡流的部位将使得液体压力反复地增建，在该过程中液体压力将低于或高于液体的蒸汽压。因此，气穴所导致的气泡生成及气泡内曝也会反复发生，进而使该部分的温度上升。温度上升的液体则从流出口16流出。

然而，现有液体加热器1让液体交替地通过旋转筒20与固定筒40，因此液体在流入口14朝外壳本体11的内周面移动时受到较多抵抗。因此，液体的整体移动速度会变慢，使得气穴无法广泛地发生而只能局部地发生。

而且，液体由于受到较多的抵抗而使得整体移动速度较慢，单位时间内流出的液体量较少。因此，单位时间内加热的液体量也不多。

由本申请人申请专利并获得登记的专利注册第0933072号改善了前述问题。

然而，上述第0933072号专利所揭示的液体加热器中加热液体的离心加速单元与驱动该离心加速单元的电机互相接触地结合，因此在上述离心加速单元加热液体的过程中可能会让上述电机受到热损伤。

而且，上述第0933072号专利所揭示的液体加热器中构成上述离心加速单元的多个旋转板以可拆卸的方式和旋转筒结合，因此上述离心加速单元高速旋转时难以维持真圆度而发生不必要的振动，该振动所引起的摩擦热将使机械式轴封受损。

而且，上述第0933072号专利所揭示的液体加热器的上述离心加速单元以只有电机侧被固定的悬臂梁(cantilever)形态安装，因此旋转时的稳定性不好。

发明需要解决的技术课题

为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种流体加热器，在继承注册专利第0933072号优点的同时改善该专利所发生的问题而得以在动作时防止电机损伤并提高离心加速单元的旋转稳定性。

解决课题的技术方案

为了达到上述目的，本发明一实施例的流体加热器包括：内部形成有空间并且具备有供液体流入的流入口与供流体流出的流出口的外壳、加热从上述流入口流入的液体的离心加速单元、驱使上述离心加速单元旋转的电机；

上述离心加速单元包括旋转筒及多个板状板叶片；

上述旋转筒可旋转地配置在上述外壳的内部空间，具备有朝上述流入口形成开口部的侧墙部并形成筒状，上述侧墙部贯穿地形成有多个排放孔以便让从上述开口部流入的液体以交叉于该流入方向的方向流出；

上述多个板状板叶片位于上述旋转筒的外周，在上述旋转筒的旋转中心轴方向对齐地互相隔离配置，在上述旋转筒上一体地形成，与上述旋转筒一起旋转时，为了让通过上述排放孔从旋转筒出来的液体受到离心力而把该液体推向上述旋转筒旋转的方向以强迫其旋转，从而使得从上述排放孔出来的液体速度上升而发生气穴；

上述排放孔从上述侧墙部的内周面一体地贯穿上述板叶片地形成，

上述外壳与上述电机以该电机的电机轴为媒介在空间上互相隔离地配置，

与上述流入口相对的上述侧墙部的端部通过轴承支撑构件被上述外壳可旋转地支撑。

优选地，还具备有液体放射体，其以能够和上述旋转筒一起旋转地配置在上述旋转筒的内部空间，其外周具备有旋转时把进入上述旋转筒内部的液体推向上述旋转筒的侧墙部的翼。

优选地，上述板叶片中的一部分板叶片不具备上述排放孔。

优选地，上述各板叶片的外周面上形成有在圆周方向互相隔离地配置的多个槽。

上述外壳的内周面形成有多个突起。

优选地，上述各突起沿着和上述旋转筒的旋转方向交叉的方向形成预定长度。

上述外壳包括圆筒状外壳本体、以覆盖上述外壳本体开放的一侧面地结合在上述外壳本体的盖及以覆盖上述外壳本体开放的另一侧面地结合在上述外壳本体的底部；上述流入口形成于上述盖，上述流出口形成于上述外壳本体并且偏向上述外壳本体的底部地形成，优选地，上述底部安装有防止上述离心加速单元所收容的液体泄漏到上述外壳外部的机械式轴封构、及让上述离心加速单元顺畅地旋转的轴承构件。

优选地，上述外壳侧与上述电机侧通过联轴器结合方式可分离地结合在上述电机轴上，上述联轴器结合方式具备有弹簧以吸收上述电机轴在该电机轴方向的游动。

附图说明

图1是现有液体加热器的概略分解立体图，

图2是图1所示液体加热器的概略局部侧面剖视图，

图3是本发明一实施例的流体加热器的概略分解立体图，

图4是图3所示流体加热器的概略局部侧面剖视图，

图5是图3所示流体加热器的概略正面剖视图，

图6是图5所示VI部分的放大图，

图7是图3所示流体加热器的外壳的概略局部剖切立体图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的一实施例。

图3是本发明一实施例的流体加热器的概略分解立体图，图4是图3所示流体加热器的概略局部侧面剖视图，图5是图3所示流体加热器的概略正面剖视图，图6是图5所示VI部分的放大图，图7是图3所示流体加热器的外壳的概略局部剖切立体图。

请参阅图3到图7，本实施例的流体加热器2包括外壳100、离心加速单元200、电机300、液体放射体500。

上述外壳100具备有外壳本体101与盖102及底部103。

上述外壳本体101形成为圆筒形状。外壳本体101具备有为了使液体流出而贯穿内周面与外周面地形成的流出口160。上述外壳本体101的内周面形成有多个突起120。上述突起120沿着上述外壳本体101的周缘方向互相隔离地配置。上述突起120沿着上述外壳本体101的长度方向按照预定长度延伸。在本实施例中，上述突起120从上述外壳本体101的一端部附近延伸到另一端部附近。

上述盖102以覆盖上述外壳本体101开放的一侧面地配置。上述盖102可以通过焊接或螺栓之类的紧固构件结合在上述外壳本体。上述盖102与外壳本体101及后述底部103一起形成内部空间110。上述盖102形成有让液体流入外壳100内部空间110的流入口140。上述盖102在相对于后述旋转筒202侧墙部204端部的部位具备有轴承支撑构件150。上述轴承支撑构件150结合在上述盖102的内面凹入地形成的槽部上，并且可旋转地结合了后述旋转筒202的侧墙部204的端部。亦即，与上述流入口140相对的上述侧墙部204的端部固定在上述轴承支撑构件150的内轮，上述轴承支撑构件150的外轮则固定在上述外壳100。

上述底部103是一种为了覆盖上述外壳本体101开放的另一端部而配置的构件。上述底部103和上述盖102一样可以通过焊接或螺栓之类的紧固手段结合在上述外壳本体101。上述底部103形成有插孔130，该插孔130可以让驱使后述离心加速单元200旋转的电机轴320插入。上述底部103上安装有机械式轴封构件132与轴承构件134。上述机械式轴封构件132可以防止后述离心加速单元200所收容的液体泄露到上述外壳100外部。上述轴承构件134可以让后述离心加速单元200顺畅地旋转。

上述流出口160偏向上述底部103地形成。

上述离心加速单元200包括旋转筒202、板叶片240、排放孔210。上述离心加速单元200是一种能够加热从上述流入口140流入的液体的装置。

上述旋转筒202可旋转地配置在上述外壳100的内部空间110。上述旋转筒202是一种一侧面开放的圆筒状构件。亦即，上述旋转筒202如图3与图4所示地具备有侧墙部204与开口部201。

上述侧墙部204形成上述旋转筒202的周缘，整体上朝流入口140形成有开口部201。上述侧墙部204形成有多个排放孔210。上述排放孔210能够让从开口部201流入的液体以交叉于该流入方向的方向，亦即，朝向外壳100的内周面112的方向脱离侧墙部204。上述排放孔210贯穿后述板叶片240地形成。

上述板叶片240位于上述旋转筒202的侧墙部204的外周。上述板叶片240与上述旋转筒202一体地形成。上述板叶片240形成有复数个。上述板叶片240与上述旋转筒202一体地旋转。上述板叶片240在上述旋转筒202的长度方向隔离地配置。亦即，上述板叶片240在旋转筒202的旋转中心轴C方向互相隔离地配置。上述板叶片240沿着上述旋转筒202的周缘延伸并形成板状形态。上述排放孔210贯穿上述板叶片240地形成。

各板叶片240的外周面241在圆周方向形成有互相隔离地配置的多个槽248，该槽248呈半圆形态。

上述排放孔210和上述旋转筒202与上述板叶片240一体地形成，因此与上述旋转筒202成为一体地旋转。上述排放孔210把上述旋转筒202排放出来的液体推向旋转筒202旋转的方向R而强迫其旋转。

因此，为了使通过该排放孔210后从旋转筒202出来的液体受到离心力，具备有形成于多个板叶片240的排放孔210的离心加速单元200把该液体推向旋转筒202旋转的方向R而强迫其旋转。旋转筒202排放出来的液体被离心加速单元200强制旋转时，该液体受到离心力而朝离开旋转筒202的方向移动，从而会提高从旋转筒202的排放孔210出来的液体速度。此时，液体从排放孔210出来的速度足够高而使得液体压力低于该液体的蒸汽压时就会发生气穴。上述板叶片240的一部分没有形成排放孔210。更具体地说，上述板叶片240中配置在后述液体放射体500安装部位的板叶片240上没有具备排放孔210。

上述电机300驱使上述旋转筒202旋转，上述外壳100与上述电机300以该电机300的电机轴320为媒介在空间上互相隔离地配置。更具体地说，外壳侧联轴器324与电机侧联轴器326隔着弹簧325可互相分离地结合在上述电机轴320上。上述电机轴320可以通过上述弹簧325的弹性恢复力一定程度地吸收该电机轴320方向的游动。

上述外壳100与上述电机300在空间上互相隔离地配置的理由是防止安装在上述外壳100里的离心加速单元200在运行中发出的热量导致上述电机300因热受损。可以在上述外壳100与上述电机300之间安装支撑构件(未图示)。更具体地说，上述支撑构件可以在上述底部103与上述电机300之间以可旋转地支撑上述电机轴320的方式安装。亦即，上述支撑构件是一种安装在上述外壳100与上述电机300之间并可旋转地支撑该电机的电机轴320的构件。更具体地说，优选地，上述支撑构件以同时支撑上述外壳侧联轴器324与上述电机侧联轴器326的方式安装。

上述电机轴320的一部分通过外壳100的电机轴插孔130插入外壳100的内部空间110。电机轴320与外壳100的电机轴插孔130之间安装有机械式轴封构件132之类的适当密封构件，能让电机300的电机轴320旋转，也能防止外壳100内部空间110里的液体泄漏到电机轴插孔130。本实施例在上述底部103安装了机械式轴封构件132与轴承构件134。

上述电机300的电机轴320的一端部与上述旋转筒202结合。

上述液体放射体500配置在旋转筒202的内部空间，为了凭借电机300地与旋转筒202一起旋转而通过螺丝703固定结合在电机300的电机轴320的端部，液体放射体500整体呈圆筒形，其外周形成有多个翼510。上述翼510在液体放射体500旋转时把进入旋转筒202内部的液体推向旋转筒202的侧墙部204而强制其移动。

另外，如图7所示，在上述外壳100的内周面112，亦即，在外壳本体101的内周面112具备有多个突起120，其沿着和旋转筒202的旋转方向R交叉的方向形成预定长度。上述突起120沿着旋转筒202的内周面112在该旋转筒202的长度方向较长地延伸。

下面说明本实施例的流体加热器2的动作原理及效果。

从外壳100的流入口140注入液体并起动电机300，驱使旋转筒202与离心加速单元200及液体放射体500一起旋转。注入流入口140的液体则经过旋转筒202的开口部201进入旋转筒202的内部空间。

如图6所示，在旋转筒202内部旋转的液体放射体500把进入旋转筒202内部空间的液体推向旋转筒202的侧墙部204，然后液体通过侧墙部204上形成的排放孔210排放到旋转筒202外部。从侧墙部204出来的液体则沿着位于侧墙部204外周的离心加速单元200的板叶片240上形成的排放孔210移动。离心加速单元200的板叶片240被电机300驱使而与旋转筒202一起旋转。板叶片240上的排放孔210旋转并推动从侧墙部204出来的液体强迫其旋转。被排放孔210强制旋转的液体受到离心力而朝离开旋转筒202的方向移动。液体朝离开旋转筒202的方向移动时，板叶片240的外侧端部附近的压力将下降，凭借旋转筒202的内外侧压力差驱使液体通过板叶片240与旋转筒202的排放孔210排出。

图6利用流线F图示了从板叶片240的排放孔210出来的液体速度。流线F之间的宽度越窄液体速度越快。请参阅图6，液体速度在离排放孔210一定距离的缩流断面(vena contracta)L最快。通过缩流断面L后液体会扩散而使得液体速度变慢。

电机300的单位时间转数越多，缩流断面L的液体速度越快，缩流断面L的压力则下降(白努力定律)。电机300的单位时间转数达到一定数值时，缩流断面L的压力将下降到液体蒸汽压以下。因此，缩流断面L上发生气穴。气穴所导致的气泡则经过缩流断面L后流到液体速度变慢的部位H。在液体速度变慢的H由于液体压力高于缩流断面L而使得气穴导致的气泡引起内曝。气泡内曝时放出大量能量而使得液体温度上升。当电机300的单位时间转数足够高而使得液体里的气穴更广泛地发生，液体的温度就会更快地上升。

而且，电机300的单位时间转数越大，旋转筒202内部的液体放射体500的单位时间转数也会越大，液体放射体500的单位时间转数越大，液体放射体500越能强力地把旋转筒202内部的液体推向转筒202的侧墙部204。因此，旋转筒202内部的液体将更快地通过排放孔210而使得板叶片240的外部更容易发生气穴。

尤其是，现有液体加热器1驱使液体交替地通过旋转筒20与固定筒40导致液体速度整体较慢而使得气穴局部地发生，本实施例的流体加热器2的液体速度则整体较快而使得气穴广泛地发生。而且，由于液体快速通过外壳100内部，每单位时间内流出的液体量及气穴使得每单位时间内生成的气泡量也远多于现有液体加热器1。因此，本实施例的流体加热器2可以快速地提高大量液体的温度。

凭借气穴及气泡内曝被加热的液体在旋转筒202的旋转R方向进行旋转并从离心加速单元200脱离。脱离了离心加速单元200的液体接触外壳100的内周面112并进行旋转而且朝外壳100的流出口160方向移动。

液体在离心加速单元200与外壳100的内周面112之间旋转地朝流出口160移动时，形成于板叶片240的外周面241的多个槽248将局部地引起涡流。因此，板叶片240与液体之间的摩擦及液体与液体之间的摩擦会增加，该摩擦热则进一步提高液体温度。

而且，液体在离心加速单元200与外壳100的内周面112之间旋转并朝向流出口160移动时，液体会一边碰撞外壳100内周面112的突起120一边移动而导致液体与突起120之间发生摩擦并形成涡流，液体与液体之间的摩擦也会增加。因此会进一步提高液体温度。尤其是，如本实施例所示地流出口160形成于偏向外壳本体101底部103的位置时，脱离了离心加速单元200的液体在到达流出口160的过程中，其移动距离会变长。因此，液体与突起120发生摩擦的频率也会增加而得以更加有效地提高液体温度。

具有上述结构的本发明流体加热器2解决了专利登记第0933072号可能发生的问题。亦即，第0933072号专利所揭示的离心加速单元由于没有和旋转筒一体地形成，当该离心加速单元进行3000rpm以上的高速旋转时因为旋转筒与离心加速单元之间的旋转不一致而导致振动，进一步发生噪音并降低流体加热器的耐久性，本发明却解除了上述问题。

而且，本发明流体加热器2的旋转筒的两端部被坚固地支撑，可以在离心加速单元200高速旋转时显著地减少振动。亦即，第0933072号专利的旋转筒的一端部以悬臂梁形态得到支撑，本发明流体加热器2的上述旋转筒202的一端部通过轴承支撑构件150被上述外壳100支撑，另一端部则被上述电机轴320可旋转地支撑，因此上述离心加速单元2000的两端部都被坚固地支撑。因此，本发明流体加热器2的旋转稳定性优异而显著地提高了耐久性。

而且，本发明流体加热器2的上述外壳100与上述电机300在空间上隔离地配置，从而解决了上述外壳100所发生的热量导致电机300受损的问题。

前文详细说明了本发明的一些实施例，但不能因此把本发明限定于此，可以在其技术思想范畴内实现各种形态的具体变化。

产业上的用途

本发明流体加热器与现有流体加热器相比，可以在液体里广泛地发生气穴而使得液体温度上升速度非常快，因此可以在短时间内加热较多液体量。而且，本发明流体加热器的高速旋转的离心加速单元具备了优异的旋转稳定性，该离心加速单元所发生的热量不会直接传达到电机而得以防止电机受损。

符号说明

2：流体加热器      100：外壳(Housing)

150：轴承支撑构件  200：离心加速单元

202：旋转筒        210：排放孔

240：板叶片        300：电机

320：电机轴        324：外壳侧联轴器

325：弹簧          326：电机侧联轴器

500：液体放射体    325：弹簧

Claims (8)

1.一种流体加热器，其特征在于：

包括：内部形成有空间并且具备有供液体流入的流入口与供流体流出的流出口的外壳、加热从上述流入口流入的液体的离心加速单元、驱使上述离心加速单元旋转的电机；

上述离心加速单元包括旋转筒及多个板状板叶片；

上述旋转筒可旋转地配置在上述外壳的内部空间，具备有朝上述流入口形成开口部的侧墙部并形成筒状，上述侧墙部贯穿地形成有多个排放孔以便让从上述开口部流入的液体以交叉于该流入方向的方向流出；

上述多个板状板叶片位于上述旋转筒的外周，在上述旋转筒的旋转中心轴方向对齐地互相隔离配置，在上述旋转筒上一体地形成，与上述旋转筒一起旋转时，为了让通过上述排放孔从旋转筒出来的液体受到离心力而把该液体推向上述旋转筒旋转的方向以强迫其旋转，从而使得从上述排放孔出来的液体速度上升而发生气穴；

上述排放孔从上述侧墙部的内周面一体地贯穿上述板叶片地形成，

上述外壳与上述电机以该电机的电机轴为媒介在空间上互相隔离地配置，

与上述流入口相对的上述侧墙部的端部通过轴承支撑构件被上述外壳可旋转地支撑。

2.根据权利要求1所述的流体加热器，其特征在于：

还具备有液体放射体，其以能够和上述旋转筒一起旋转地配置在上述旋转筒的内部空间，其外周具备有旋转时把进入上述旋转筒内部的液体推向上述旋转筒的侧墙部的翼。

3.根据权利要求1所述的流体加热器，其特征在于：

上述板叶片中的一部分板叶片不具备上述排放孔。

4.根据权利要求3所述的流体加热器，其特征在于：

上述各板叶片的外周面上形成有在圆周方向互相隔离地配置的多个槽。

5.根据权利要求1所述的流体加热器，其特征在于：

上述外壳的内周面形成有多个突起。

6.根据权利要求5所述的流体加热器，其特征在于：

上述各突起沿着和上述旋转筒的旋转方向交叉的方向形成预定长度。

7.根据权利要求6所述的流体加热器，其特征在于：

上述外壳包括圆筒状外壳本体、以覆盖上述外壳本体开放的一侧面地结合在上述外壳本体的盖及以覆盖上述外壳本体开放的另一侧面地结合在上述外壳本体的底部；

上述流入口形成于上述盖，上述流出口形成于上述外壳本体并且偏向上述外壳本体的底部地形成，

上述底部安装有防止上述离心加速单元所收容的液体泄漏到上述外壳外部的机械式轴封构件；及让上述离心加速单元顺畅地旋转的轴承构件。

8.根据权利要求1所述的流体加热器，其特征在于：

上述外壳侧与上述电机侧凭借联轴器结合方式可分离地结合在上述电机轴上，上述联轴器结合方式具备有弹簧以吸收上述电机轴在该电机轴方向的游动。

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