CN103976651A - 带防爆体的高传热分系数石英加热管 - Google Patents

Abstract

一种带防爆体的高传热分系数石英加热管，在石英管外表面涂覆有电热膜，电热膜的上端为上电极，下端为下电极，在石英管的内壁安装有防爆体，防爆体上分布有水流通道，所述防爆体上分布有多个尖刺部，尖刺部和水流通道交替分布，尖刺部的顶端直径小于0.1mm，其尖角与管壁的夹角为0度到90度之间。该结构的石英加热管结构使过热水能迅速气化，形成持续的小气泡群，利于水体吸收热量均匀，提高了石英加热管的传热分系数，避免了“气爆”现象的发生。

Description

带防爆体的高传热分系数石英加热管

技术领域

本发明涉及一种速热式热水器的加热元件，特别是一种带防爆体的高传热分系数石英加热管。

背景技术

沸腾传热技术，是指热量从壁面传递给液体，使液体沸腾气化的对流传热过程。按照液体所处的空间位置的不同，沸腾传热分为池内沸腾和管内沸腾两种情形。

传热分系数又称传热膜系数、给热系数或放热系数，是衡量对流传热强弱程度的一个参数，是流体在单位时间内，在单位温度差推动下，经单位传热面积所传递的热量。传热分系数越高，单位时间内流经的水体吸收的热量越多，水体的热平衡程度越高。

速热式石英管加热技术属于管内沸腾技术。电热管外层涂有电热膜，电热膜的两端设置有电极。电热膜通电后发热，进而热传递到石英管，冷水从石英管内部流过，迅速从室温加热到95至100度左右。特别是当冷水有一定压力时，水的沸点将提高。当水以一定流速经过石英管时，接触管壁的水温将达到100度甚至更高，成为不稳定的过热水。

形成气泡的条件是：1、液体必须过热；2、要有气化核心，在一个绝对光滑的平面上是不能产生气泡的。

由于玻璃管壁光滑，不能提供气化核心，因此接触管壁的过热水难以形成气泡。由于水本身导热较慢，进而致使靠近管壁的水达到过热状态，而管内中央部分的水又低于水的沸点，致使水体受热不均匀，热量集中在石英管的管壁附近，传热分系数低。

但是一旦气泡产生，气泡本身成为了过热水的气化核心，附近的过热水会迅速以该气泡为中心迅速气化，凝结成体积较大气泡，冲击管壁和出水口，引起气爆现象。气爆会使加热管振动，并发出嘭嘭的烧水声，使热水器产生噪声。由于气爆时，石英管内的压力会显著提升，使冷水难以进入加热管内，引发干烧，损害加热膜。当气爆严重时，气爆甚至会导致石英管爆，或者石英管两端的密封件损坏。

而传热分系数低时，水体受热不均匀，靠近管壁的水温度高，石英管中心的水温度较低，为了使出水达到合适的水温，又势必要提高电热膜的功率，提高热流密度，降低了电热膜的使用寿命，同时向外界的热辐射损失增大。

因此管内加热技术需要有序地产生小气泡，减少过热水的聚集，提高石英管的传热分系数，同时又要避免气爆，减少大体积气泡的产生。

如专利号200910155202.2“防爆管型即热式饮水机”中，提到在石英管中设置一防爆隔层，在防爆隔层上设置有水流通道，可以提高石英管的传热分系数，减少气爆的产生。但该方法较石英管直接加热，其传热分系数得到了提高，实验效果仍然不够理想，气泡产生较为随机，不能形成连续稳定的小气泡团。同时，由于防爆层没有与内壁贴合，防爆层和内壁之间仍然有水流过，而防爆层阻碍了水体流动，阻碍了管壁的水和防爆层内部的水进行交换，过热水仍然聚集在管壁表面。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：提供一种带防爆体的高传热分系数石英加热管。

本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种带防爆体的高传热分系数石英加热管，在石英管外表面涂覆有电热膜，电热膜的上端为上电极，下端为下电极，在石英管的内壁安装有防爆体，防爆体上分布有水流通道，其特征在于：所述防爆体上分布有多个尖刺部，尖刺部和水流通道交替分布。

所述尖刺部的顶端直径小于0.1mm。

所述尖刺部的尖角与石英管的管壁之间夹角为0度到90度之间。

所述尖刺部分布在内网的上半部分。

所述防爆体为筛网结构，防爆体的外侧光滑，与石英管的管壁贴合，防爆体上的水流通道为筛孔，尖刺部设置在筛孔的上方。

所述防爆体为弹簧结构，防爆体的外壁与石英管的管壁贴合，水流通道为间隙，尖刺部分布在防爆体的内侧。

所述防爆体为螺杆状，防爆体的上下两端有安装部，固定在石英管中心，防爆体的外缘和石英管的管壁贴合，形成螺旋状的水流通道，尖刺部分布在螺纹面上。

与现有技术相比，本发明的优点在于：该石英加热管可以准确控制小气泡在内网的尖刺部产生，尖刺部对过热水形成气化核心，并形成连续不断的小气泡团，带动热水扰动，利于加热管中心处的水进行热交换，使管壁和中心的水温趋近一致，增加了冷水的吸热效率，提高了石英加热管的传热分系数。

实施例一为筛网加工而成，实施例二为经过粗糙加工的弹簧，加工安装方便。实施例三的成本相对较高，能形成螺旋状的水流，气泡和水不断混合翻转，而且加热管中心位置被防爆体占据，该方案的传热分系数最高，效果好。

附图说明

图1、石英加热管的外观图。

图2、实施例一的结构示意图。

图3、图2中A处的放大图。

图4、实施例二的结构示意图。

图5、图4中B处的放大图。

图6、实施例三的结构示意图。

图7、实施例三中防爆体的立体图。

具体实施方式

一种带防爆体的高传热分系数石英加热管，在石英管1的外表面涂覆有电热膜3，电热膜的上端为上电极21，下端为下电极22。

在石英管的内壁安装有防爆体3，防爆体上分布有水流通道，所述防爆体上分布有多个尖刺部，尖刺部和水流通道交替分布。

防爆体由金属材料制成，能起到良好的导热效果，优选不锈钢或铝合金。它除了起到防爆效果外，也加强了热水的一端和冷水的一端热传递，有利于提高加热管的传热分系数。

所述尖刺部的顶端直径小于0.1mm，并且尖刺部的尖角与管壁的夹角为0度到90度之间，向上方扬起。特别是当尖刺部仰角为30度到50度左右时，过热水流经尖刺部时，小气泡能快速形成并且迅速脱离尖刺部，因此会在尖刺部的顶端能持续产生小气泡。

由于加热管从底部进水，顶部出水，底部的水温较低，水温达不到沸点，因此尖刺部只需要设置在防爆体的上半部分即可。

实施例一中，第一种防爆体31为筛网结构，其加工方法为在金属片上开竖直孔，并在孔上半部分向一侧卷曲出尖刺部，然后将金属片水平方向拉伸开，形成筛网结构，再将有尖刺部的一侧向内卷曲，形成筛网状的防爆体31。将其放入石英管内，依靠其自身的弹性撑开，固定在石英管内壁上。

如图2及图3所示，第一种防爆体31上有多个筛孔41，筛孔作为水流通道，利于管壁的水和加热管中心的水体之间流动。当加热管工作时，石英管1的管壁发热，将冷水加热至沸点。筛孔41处利于气泡的形成和聚集。尖刺部51位于筛孔的上方，水蒸气形成的气泡容易包裹住尖刺部，并且在尖刺部的顶端脱离，形成连续不断的小气泡，加速了冷热水之间的对流，使冷水加热效果更加均匀，提高了石英加热管的传热分系数。此方法也避免了过多的过热水聚集，形成大气泡，引起“气爆”。

如图4及图5所示，实施例二的第二种防爆体32为弹簧结构，其加工方法和实施例一不同。在一根金属丝上进行粗糙处理，使金属丝的表面形成多个直径小于0.5mm的尖刺部，再将金属丝弯曲成弹簧状，并对其外表面进行抛光处理，而保留内部的尖刺部。再将其放入石英管内，依靠其自身的弹性撑开，固定在石英管内壁上。

外表面经过抛光处理后的弹簧状防爆体，和管壁贴合紧密，利于水体加热。

如图5所示，第二种防爆体32 的内侧分布有多个尖刺部52，金属丝之间的缝隙42形成了水流通道，利于过热水产生气泡，并迅速通过尖刺部的顶端形成持续的小气泡。

如图6和图7所示，实施例三中，第三种防爆体33为一螺杆状。防爆体的上下两端有安装部6，用于将防爆体固定在石英管中心，防爆体的外缘和石英管的管壁贴合，形成螺旋状水流通道43，尖刺部53分布在螺纹面上，尖刺部的顶端朝上。

第三种防爆体33的成本最贵，它占据了加热管的中心部分，迫使流过加热管的水形成旋转的水流，有利于水体内部的热传递，水流通道上设置了多个尖刺部，有利于过热水形成气泡，并且该气泡容易脱离防爆体和加热管的管壁，形成持续的小气泡群，使水体热分布均匀，采用第三防爆体的石英加热管的传热分系数最高，水体的热平衡效果最好。

Claims (7)

1.一种带防爆体的高传热分系数石英加热管，在石英管（1）外表面涂覆有电热膜（2），电热膜的上端为上电极（21），下端为下电极（22），在石英管的内壁安装有防爆体（3），防爆体上分布有水流通道，其特征在于：所述防爆体上分布有多个尖刺部（52），尖刺部和水流通道交替分布。

2.根据权利要求1所述的带防爆体的高传热分系数石英加热管，其特征在于：所述尖刺部（52）的顶端直径小于0.1mm。

3.根据权利要求1所述的带防爆体的高传热分系数石英加热管，其特征在于：所述尖刺部（52）的尖角与石英管的管壁之间夹角为0度到90度之间。

4.根据权利要求1所述的带防爆体的高传热分系数石英加热管，其特征在于：所述尖刺部（52）分布在内网的上半部分。

5.根据权利要求1所述的带防爆体的高传热分系数石英加热管，其特征在于：所述防爆体为筛网结构，防爆体的外侧光滑，与石英管的管壁贴合，防爆体上的水流通道为筛孔，尖刺部设置在筛孔的上方。

6.根据权利要求1所述的带防爆体的高传热分系数石英加热管，其特征在于：所述防爆体为弹簧结构，防爆体的外壁与石英管的管壁贴合，水流通道为间隙，尖刺部分布在防爆体的内侧。

7.根据权利要求1所述的带防爆体的高传热分系数石英加热管，其特征在于：所述防爆体为螺杆状，防爆体的上下两端有安装部，固定在石英管中心，防爆体的外缘和石英管的管壁贴合，形成螺旋状的水流通道，尖刺部分布在螺纹面上。