CN104214932B - 水冷预热式加热体 - Google Patents

Abstract

一种水冷预热式加热体，包括加热管、出水管、电极卡箍，加热管为石英管，其外表面涂覆有电热涂层，电热涂层两端涂有电极，电极卡箍夹在电极上，加热管与出水管相连，其特征在于：所述加热管安装在散热外壳内，散热外壳包括至少一个加热腔和预热腔，加热管的两端通过密封圈固定在散热外壳的加热腔内，预热腔的进水口与进水管相通，预热腔的出水口与加热管相通。本发明结构紧凑，安装方便，利用冷水预热的方式，收集加热管向外发出的热辐射，对水进行预热，既节约了能源，提高了热功率，又有效地解决了加热管温升的问题，可以加大电热膜的功率密度，减少加热管体积。

Description

水冷预热式加热体

技术领域

本发明涉及一种加热器件，特别是一种水冷预热式加热体。

背景技术

石英电热管在快热式热水器和热水壶上作为加热器件在广泛使用。其加热元件如专利号CN03225162.9“快热式电热水器加热管组件”。其结构为为一根或多根石英玻璃管，插装在上下导水槽之间，石英玻璃管外表面的两端涂有银浆电极，两电极之间涂覆有电热膜，当两电极通电后，电热膜发热，通过石英玻璃管热传导，将通过玻璃管内的水流迅速加热。

该结构的电热管在产品上安装在一个接地的金属固定架中，该金属固定架对电热管起到支撑和保护的作用，热敏元件安装在金属固定架上，测量电热管表面温度，当管内无水时，保护电路自动切断加热电源，防止电热管干烧，造成损坏。

由于电热管通过石英管热传导方式加热，电热膜位于石英玻璃管的外表面，工作时温度高达200多度，电热管向外界大量热辐射，热损耗严重，浪费电能，而且这种热辐射又导致热水器或热水壶内部元件以及外壳热老化，减少其使用寿命，为减少热辐射的损害，需要对内部元件采用抗热材料，提高了成本；或者预留出较大的隔离及散热空间，又增大了产品体积。

由于加热涂层的热辐射问题难以解决，因此电热涂层的热功率密度不能过高，造成了大功率电热管体积很大，成本高。

另一个问题是当石英管破裂时，由于电热管没有密封，会造成漏水漏电，存在安全隐患。

为解决上述问题，我公司研发了“开水机电热水器的余热收集装置”，专利号为CN201220501849.3，在电热膜外包围一导热层，导热层外包围一热收集流水腔，热收集流水腔的上端又通过一余热水收集管连至电热水管低端的进水口，实现利用流动水吸收电热管热辐射，并对流动水实现预热，起到了提高热利用率的目的。但该产品体积大，结构复杂，不便于安装，也难以实现多管并联的效果，并且余热水管在回水的过程中又将一部分热量散失到空气中，仍存在热量浪费；并且在该结构中由于电热膜外包围有数层导热层和流水层，感温器只能测量预热收集管附近的温度变化，不能直接接触到电热膜附近的温度变化，响应速度慢，因此出现干烧情况时，不能迅速切断电源，易造成电热管损坏。

又如专利号201220520169.6“一种新型电热水装置”，它在加热管外套有绝缘管，在绝缘管和冷却外壳之间注水，水体经过绝缘管外壁后再进入发热管加热，以吸收热量。该专利中由于发热管与绝缘管完全被水体包围，因此无法加装感温器感知发热管的温度变化，当发热管内缺水时，不能自动切断加热电源，容易造成发热管损坏。而且发热管浸在水中，容易漏水，造成发热管短路，引起故障，安全性不好。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：提供一种结构紧凑、适应性好、安装方便、安全耐用的水冷预热式加热体。

本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种水冷预热式加热体，包括加热管、出水管、电极卡箍，加热管为石英管，其外表面涂覆有电热涂层，电热涂层两端涂有电极，电极卡箍夹在电极上，加热管与出水管相连，其特征在于：所述加热管安装在散热外壳内，散热外壳包括至少一个加热腔和预热腔，加热管的两端通过密封圈固定在散热外壳的加热腔内，预热腔的进水口与进水管相通，预热腔的出水口与加热管相通；所述预热腔和加热腔各自独立。

当只有一个加热管和预热腔相连时，所述加热管和预热腔相连的连接管为U形。

所述密封圈与散热外壳配合，将加热管的电热涂层部分密封在加热腔内。

所述加热管的电热涂层与加热腔的内壁之间留有2mm-5mm的间隙。

所述散热外壳的外表面有一平面，平面上贴有温控器。

所述散热外壳采用导热性能良好的金属制造。

所述散热外壳接地。

与现有技术相比，本发明的优点在于：利用冷水预热的方式，收集加热管向外散发的热辐射，对水进行预热，既节约了能源，提高了热效率，又有效地解决了加热管温升的问题，可以加大电热膜的功率密度，减少加热管体积。本发明结构紧凑，安装方便。还可以采用多组加热管阵列分布结构，进一步减少加热管长度。

普通石英玻璃管电热涂层式加热管，由于工作温度高，对电热涂层会造成损伤，发热效率（即热功率）逐渐下降。国家标准中规定，加热管使用1000小时后，热功率衰减应小于10%。增加了水冷预热结构后，工作温度大大降低，1000小时后，热功率衰减低于2%，加热管的使用寿命更长。

附图说明

图1、实施例一的立体图。

图2、实施例一零件爆炸图。

图3、实施例一中散热外壳的立体图。

图4、实施例一中改进型散热外壳的立体图。

图5、实施例二的立体图（连接管未画出）。

图6、实施例三的散热外壳的立体图。

具体实施方式

如图所示，实施例一为单管式水冷预热式加热体，实施例二为双管结构的水冷预热式加热体，实施例三为多管结构的水冷预热式加热体（图示为四管式）。

下面结合附图对本发明的实施作进一步描述：一种水冷预热式加热体，由出水管1、电极卡箍2、密封圈3、进水管4、散热外壳6、加热管7、温控器8、连接管9组成。

所述加热管7为石英管，管内通水，外表面涂覆有电热涂层72，电热涂层两端涂有电极71，电极为银浆电极。电极卡箍2 卡在电极71上，电极卡箍作为连接元件，与加热电路相连。

加热管的两端还套有密封圈3，密封圈为硅胶或塑料制成。密封圈将加热管固定在散热外壳6的加热腔61内，并将加热管的电热涂层72进行密封。加热管的电热涂层与散热外壳之间留有2.5mm的间隙，防止电热涂层漏电。

散热外壳6由导热性优良的金属制成，如纯铝材料及铝合金材料。散热外壳内部有加热腔61和预热腔62。所述预热腔和加热腔各自独立。

预热腔的进水口和进水管4相连，另一端通过连接管9和加热管7相连。连接管9为U形管。

散热外壳的外表面有一平面63，平面上安装有温控器8，温控器位于加热腔的外壁直接接触，监视散热外壳的温度变化。当发生干烧时，散热外壳的温度会迅速升高，温控器立刻做出响应，切断加热电源。

使用时，水从进水口进入预热腔，吸收加热管热辐射的热量，再通过连接管进入加热管中加热，最后通过出水管流出。加热管不断向外散发的热辐射，被散热外壳吸收并将热量传递给预热腔，预热腔内的热量迅速被冷水吸收，起到预热作用。减少了热量散失，提高了加热效率。

散热外壳6接地，并且与漏电保护电路相连。若加热管发生破裂，渗出的水也被密封圈和散热外壳组成的腔体密封，不会渗出。同时漏电保护电路启动，切断加热电源，防止漏水漏电。

图4所示为改进型散热外壳5，其作用等同于图1中的散热外壳6，改进型散热外壳将预热腔52改进成三面包围加热腔51，剩下一面为平面53，用于安装温控器8。改进型散热外壳，增大了冷水与加热腔的接触面积，提高了散热效果。为提高散热外壳的强度，预热腔52中增加了加强筋54。散热外壳上还增加了固定筋55，固定筋上有螺纹，可用螺栓将密封套和散热外壳固定。

实施例二为双管结构的水冷预热式加热体，有两套加热管和预热腔，可增大热水的出水量。其中电极卡箍2’为接触式卡箍，散热外壳6’是双管结构，预热腔夹在加热腔内，密封圈3’为一体式结构，将两个加热腔一起密封。

图5所示中的预热腔，也可以合并为一个，通过水槽后，再流入加热管内，合并后的预热腔的位置位于两加热腔之间，可以充分吸收加热管向外散发的热量。

进一步的，实施例三为多管结构的水冷预热式加热体，可以进一步增大水流量。

本发明在热效率方面，提升明显，试验结果如下：

同等条件下，采用每平方厘米18瓦电热涂层的加热管，将室温23度的水加热至98度，原未装冷水冷预热结构的普通电热管1分钟出水145毫升，加热管外壁温度达到240度。Q吸=145*4.186*（98-23）=45522焦耳；发热电功率为953瓦， Q放=953*60=57180焦耳，所以原加热管热效率为79.6%。

而用实施例二所述的双管结构，同样将室温23度的水加热至98度，1分钟出水达375毫升，散热外壳温度为38度，Q吸’=375*4.186*（98-23）=117731焦耳，发热电功率为2000W，Q放’=2000*60=120000 焦耳，热效率达到98%以上。

该产品经过试验确认，同等的发热功率和同样的功率密度条件下，普通电热管表面温度高达200度以上，而本发明的散热外壳表面温度仅40多度，电热转化效率提升明显，冷却效果好，特别是在大功率的热水器上使用，节能效果明显。采用新结构的加热管，可直接与电热产品的外壳接触，减少了快热式热水器的体积，降低了热水器的整体成本。

Claims (7)

1.一种水冷预热式加热体，包括加热管（7）、出水管（1）、电极卡箍（2），加热管为石英管，其外表面涂覆有电热涂层（72），电热涂层两端涂有电极（71），电极卡箍夹在电极上，加热管与出水管相连，其特征在于：所述加热管（7）安装在散热外壳（6）内，散热外壳包括至少一个加热腔（61）和预热腔（62），加热管的两端通过密封圈（3）固定在散热外壳的加热腔内，预热腔（62）的进水口与进水管（4）相通，预热腔的出水口与加热管相通；预热腔与加热腔平行设置且预热腔部分包围加热腔。

2.根据权利要求1所述的水冷预热式加热体，其特征在于：当只有一个加热管和预热腔相连时，所述加热管和预热腔相连的连接管为U形。

3.根据权利要求1所述的水冷预热式加热体，其特征在于：所述密封圈（3）与散热外壳（6）配合，将加热管（7）的电热涂层（72）密封在加热腔（61）内。

4.根据权利要求1或权利要求3所述的水冷预热式加热体，其特征在于：所述加热管的电热涂层（72）与加热腔（61）的内壁之间留有2mm-5mm的间隙。

5.根据权利要求1所述的水冷预热式加热体，其特征在于：所述散热外壳（6）的外表面有一平面（63），平面上贴有温控器（8）。

6.根据权利要求1所述的水冷预热式加热体，其特征在于：所述散热外壳（6）采用导热性能良好的金属制造。

7.根据权利要求1所述的水冷预热式加热体，其特征在于：所述散热外壳（6）接地。