CN106678937A - 一种新型智能电加热装置 - Google Patents

Abstract

一种新型智能电加热装置属于智能自动化控制技术领域，目的在于解决现有技术存在的室内热分布不均衡、用户体感舒适度差以及不能有效避免墙角结露结霜的问题。本发明包括一侧的长方体状主体加热区和另一侧的线路控制区；主体加热区的内部由下至上通过透气格栅钢板分割为一级加热进风段、二级加热段和三级加热辐射段，并分别设置有U型碳纤维加热管，主体加热区的后壁板内侧设置有铝箔反光热膜，主体加热区侧壁和一级加热进风段对应位置设置有进风口，上盖板设置有出风导流口，前壁板和三级加热辐射段内的U型碳纤维加热管对应位置设置有热辐射口；线路控制区内的控制电路通过引线和主体加热区的U型碳纤维加热管顺次连接加热。

Description

一种新型智能电加热装置

技术领域

本发明属于智能自动化控制技术领域，具体涉及一种新型智能电加热装置。

背景技术

目前，人们依靠暖气进行冬季采暖，采用暖气取暖基本都是通过集中供热实现的，暖气一般都安装在墙壁处，对于空间较大的室内或者有阻碍物遮挡，普通电暖气无法达到室内均匀供热的效果。

为解决上述技术问题，现有技术中普遍应用电暖气进行取暖，现有的电暖气有带有功率调节功能的，并且为一级加热。单纯依靠对流换热，或辐射换热，室内热分布不均衡，用户体感不舒适，在外窗及门口处尤其严重。室内空气循环无组织，室内环境热均衡性差，舒适范围有限，甚至出现在墙角拐角处结露结霜现象。普通功能电暖气很难做到在提高环境温度的基础上，统一室内循环气流组织，屏蔽外窗冷风，中和门口处冷风渗透。并且依据个人喜好分时段进行温度调节及低温防冻保护，最大限度的达到节能防冻的目的。

发明内容

本发明的目的在于提出一种新型智能电加热装置，解决现有技术存在的室内热分布不均衡、用户体感舒适度差以及不能有效避免墙角结露结霜的问题，达到室内循环气流组织统一，屏蔽外窗冷风，中和门口处冷风渗透的效果。

为实现上述目的，本发明的一种新型智能电加热装置包括一侧的长方体状主体加热区和另一侧的线路控制区；

所述主体加热区的内部由下至上通过透气格栅钢板分割为一级加热进风段、二级加热段和三级加热辐射段，所述一级加热进风段、二级加热段和三级加热辐射段中分别设置有U型碳纤维加热管，所述主体加热区的后壁板内侧设置有铝箔反光热膜，所述主体加热区侧壁和一级加热进风段对应位置设置有进风口，上盖板设置有出风导流口，前壁板和三级加热辐射段内的U型碳纤维加热管对应位置设置有热辐射口；

所述线路控制区内的控制电路通过引线和主体加热区的U型碳纤维加热管顺次连接加热，所述线路控制区内的控制电路通过外置的调压器进行功率调节。

所述控制电路包括还包括调压器、过载保护开关、继电器、低温保护温控器和三相温度过热保护；所述三相温度过热保护一端分别接有零线和火线，另一端分别和主体加热区U型碳纤维加热管连接，并设置有调压器和过载保护开关，所述三相温度过热保护一端和主体加热区的外壳连接，另一端和接地线连接，所述三相温度过热保护并联有继电器，所述继电器和低温保护温控器连接。

所述三相温度过热保护为三相温度187度过热保护，所述继电器为220V变12V继电器，所述低温保护温控器为12V低温保护温控器。

所述电加热装置还包括并联的红外移动热源感应装置和声音振动器，所述的红外移动热源感应装置和声音振动器与低温保护温控器并联。

所述透气格栅钢板为带有圆形透气格栅的201不锈钢板。

所述主体加热区的后壁板外侧由内向外依次设置有保温玻璃岩棉和不锈钢板。

所述保温玻璃岩棉厚度为2cm，所述不锈钢板为厚度.0.6mm的201不锈钢板。

所述一级加热进风段高度为14cm，一级加热进风段内的U型碳纤维加热管距离进风口的竖直高度为7cm，靠近前壁板一侧的加热管与前壁之间的水平距离为2cm；所述二级加热段高度为18cm，宽度为8cm，二级加热段内的U型碳纤维加热管竖直方向上设置在二级加热段中间位置，靠近前壁板一侧的加热管与前壁之间的水平距离为2cm；所述三级加热辐射段高度为15cm，三级加热辐射段内的U型碳纤维加热管距离下方最近的透气格栅钢板的竖直距离为5cm，所述热辐射口下边缘距离下方最近的透气格栅钢板的竖直距离为6cm，上边缘距离下方最近的透气格栅钢板的竖直距离为8.6cm。

所述电加热装置整体的长高比为1:0.618。

本发明的有益效果为：本发明的一种新型智能电加热装置为带温度实时监测，智能化控制的电暖气系统，包括有热气幕屏蔽并收集来自外窗体的冷气，远端红外线二次加热循环气流送风段，中和冷风侵入及气流回流段，电子集成编程对路控制，三级逐层加热技术，防止无效热损失保温层。热气幕屏蔽收集冷气，远端红外线二次加热循环气流送风段，中和冷风侵入及气流回流段，是依据气流被收集，加热，二次加热，回流依次进行。热气幕屏蔽是冷空气被电暖气进行三级逐层加热，通过狭长的出风导流口，上升的热空气形成热气幕，有效的屏蔽并收集了外窗的冷空气下降的冷空气通过电暖气背部，被进风口的负压吸入电暖气内部。暖气背部设置的轻量化玻璃岩棉铝箔组热板。热气流经过出风导流口上升，沿天棚进入室内的过程中进行对流换热。暖气内部设置三级加热室，暖气前壁板上侧设置热辐射口，使U型碳纤维加热管发热产生的红外线达到远端天棚。热气流在天棚红外线加热区进行二次被动对流换热。热空气沿着门，墙壁下降贴地面回流过程中，与门缝冷风侵入汇合，在门口处形成涡流加快中和冷风侵入。低温保护温控器，在房间无人时段进行5℃低温保护，防止室内结露结霜。智能温控器包括温度传感器电子集成控制器，通过12--220v继电器与电暖气连接。工作时段，依据人员活动时间安排，合理调控室内温度水平。最大效率的达到智能优化电采暖，绿色节能的目的。

所述的热气幕屏蔽并收集来自外窗体的冷气。冬季室外与室内存在温差，在玻璃处存在温度梯度产生冷风渗透，在窗缝隙处存在冷风侵入。电暖气加热空气，通过狭长的出风导流口，在纵向空间形成平行于出气口的热气幕。上升的热气幕热气流屏蔽收集了来自外窗的冷风。冷风沿着外窗依据重力作用下行，经过电暖气背部狭小的路径流到电暖气下部的进气口，被电暖气内部的负压吸入，进行加热。本发明利用空气动力学原理，自然对流屏蔽并聚集冷气。

轻量化保温材质隔热。电暖气背部靠外墙面设有2.0cm保温玻璃岩棉以及铝箔反光热膜。在热传导方面热阻系数大，在热辐射方面铝箔纸阻隔红外线。最大限度的防止电暖气无效散热面的热损失。保护了电暖气背部下降冷空气不受热，不产生气流扰流，使下降冷空气路径通畅。

电暖气本身为三级加热。利用一级加热进风段进行空气在进风口处预热。二级加热段中空气进行充分的对流辐射对流换热，并且在空气穿过透气格栅钢板处，进行充分的空气搅拌混合，暖气内气流热分布更均匀。在三级加热辐射区，空气主要靠对流换热，辐射热通过辐射口，辐射到远端天棚处。热空气通过出气导流口，形成长条形空气幕，有效阻隔了来自外窗的冷风。

远端红外线二次加热循环气流。红外线照射到远端天棚处，在该处产生温升。热空气在对流换热过程中温度下降，密度增大而产生下降趋势，在经过红外线辐射温升区，对下降空气二次被动对流换热，增高气流温度，气流组织在该处温度上升，继续前进进行与房间内的对流换热。有效的扩大了房间热气流自然循环半径，有效的避免了冬季房间远端受热不均结露的现象。

红外线辐射区扩大后的室内气流半径，可抵达门口处与冷风侵入交汇，冷热对流形成涡旋，阻隔冷风侵入前进速度，并且加快冷气流温升与回流有效融合为一体，统一室空气循环流经。室内热分布均衡、用户体感舒适达到室内循环气流组织统一，屏蔽外窗冷风，中和门口处冷风渗透的效果。

附图说明

图1为本发明的一种新型智能电加热装置整体结构示意图；

图2为本发明的一种新型智能电加热装置内部结构示意图；

图3为本发明的一种新型智能电加热装置控制电路示意图；

图4为本发明的一种新型智能电加热装置工作过程示意图；

其中：1、前壁板，2、后壁板，3、铝箔反光热膜，4、保温玻璃岩棉，5、不锈钢板，6、出风导流口，7、进风口，8、调压器，9、三相温度过热保护，10、一级加热进风段，11、二级加热段，12、三级加热辐射段，13、U型碳纤维加热管，14、线路控制区，15、热辐射口，16、过载保护开关，17、继电器，18、低温保护温控器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

参见附图1-附图3，本发明的一种新型智能电加热装置包括一侧的长方体状主体加热区和另一侧的线路控制区14；

所述主体加热区的内部由下至上通过透气格栅钢板分割为一级加热进风段10、二级加热段11和三级加热辐射段12，所述一级加热进风段10、二级加热段11和三级加热辐射段12中分别设置有U型碳纤维加热管13，所述主体加热区的后壁板2内侧设置有铝箔反光热膜3，所述主体加热区侧壁和一级加热进风段10对应位置设置有进风口7，上盖板设置有出风导流口6，前壁板1和三级加热辐射段12内的U型碳纤维加热管13对应位置设置有热辐射口15；

所述线路控制区14内的控制电路通过引线和主体加热区的U型碳纤维加热管13顺次连接加热，所述线路控制区14内的控制电路通过外置的调压器8进行功率调节。

所述控制电路包括还包括调压器8、过载保护开关16、继电器17、低温保护温控器18和三相温度过热保护9；所述三相温度过热保护9一端分别接有零线和火线，另一端分别和主体加热区U型碳纤维加热管13连接，并设置有调压器8和过载保护开关16，所述三相温度过热保护9一端和主体加热区的外壳连接，另一端和接地线连接，所述三相温度过热保护9并联有继电器17，所述继电器17和低温保护温控器18连接。

所述三相温度过热保护9为三相温度187度过热保护，所述继电器17为220V变12V继电器17，所述低温保护温控器18为12V低温保护温控器18。

所述电加热装置还包括并联的红外移动热源感应装置和声音振动器，所述的红外移动热源感应装置和声音振动器与低温保护温控器18并联。

所述透气格栅钢板为带有圆形透气格栅的201不锈钢板5。

所述主体加热区的后壁板2外侧由内向外依次设置有保温玻璃岩棉4和不锈钢板5。

所述保温玻璃岩棉4厚度为2cm，所述不锈钢板5为厚度.0.6mm的201不锈钢板5。

所述一级加热进风段10高度为14侧面，一级加热进风段10内的U型碳纤维加热管13距离进风口7的竖直高度为7cm，靠近前壁板1一侧的加热管与前壁之间的水平距离为2cm；所述二级加热段11高度为18cm，宽度为8cm，二级加热段11内的U型碳纤维加热管13竖直方向上设置在二级加热段11中间位置，靠近前壁板1一侧的加热管与前壁之间的水平距离为2cm；所述三级加热辐射段12内的U型碳纤维加热管13距离下方最近的透气格栅钢板的竖直距离为5cm，所述热辐射口15下边缘距离下方最近的透气格栅钢板的竖直距离为6cm，上边缘距离下方最近的透气格栅钢板的竖直距离为8.6cm。保证辐出来的红外线加热区域在房间中心部位。电暖气右侧为线路控制区14，宽度为7cm，加热管的引线接入该线路控制区14内的控制电路，左侧留有3.5cm的引线区，保证导线引出，避免导线因为加热段的高温而出现烤化短路等现象。

根据有限体积法进行体积计算，在单位时间内对电暖气内部流体、温升，时间进行时间阶梯型计算，在单位时间内电暖气内部预热体积进行积分，一维导热控制方法，空间上以e为起点以w为终点的空间段内，温度随时间变化所形成的的温度梯度变化为：

其中：ρ为室内空气密度；

c为室内温度状态点空气比热容；

T为温度的变化量；

t为导热时间(s)；

k为导热系数；

x为水平导热长度；

dx为单位水平导热长度；

dt为单位导热时间。

电加热器水平投影为矩形，空气经过狭长进气口呈矩形进入电暖气内部进行空气加热，再经狭长出气口流流出。则把加热过程看做平板气流，加热过程遵循平板热流动：

q＝α(T_aw-T_δ)-εδ₀T_δ ⁴

其中：q为进入电暖气空气热流密度，kw/㎡；

α为对流热系数，kw/(㎡*k)；

T^sw为空气绝热壁温度，k；

T_δ为表面温度，k；

ε为壁表面黑度；

δ₀为黑体辐射常数，5.67*10^-6kw/(m²k⁴)。

在电暖气内部热传导能量遵循傅里叶热传导能量公式：

q_c＝-λgradT

其中：q_c为热传导能量；

λ为导热系数；

gradT为空间某点温度梯度。

假定温度在空间，时间的分布均为阶梯型，考虑气流在逐级加热上升中温升随时间的变化，温度在时间，加热级段分布梯度在空气经过进气口呈平板流入电加热器，经过电加热管辐射热以及对流换热进行温升，同时空气在暖气内部空间也有温度梯度分布进行传热。通过科学分析计算，实物三级加热高度结构试验，得到电加热器单级加热高度的高度比。一级加热高度:二级加热高度：三级加热高度＝1:1.3:1.1

所述电加热装置整体的长高比为1:0.618，长为77cm，高为47cm。

电热器采用三级加热。不同于市场电热设备，采用科学的能量分析方法，运用流体力学，传热学的理论，分三级逐层加热。底层为一级预热段，中层为微高压换热段，顶层为对流辐射段。从狭长出风导流口6，依据自身空气动力学原理，形成动态稳定的热气幕。

电暖气增设铝板反光层，将电暖气前壁板1与暖气内部发热元件隔开，防止暖气前壁因受热而出现表面过热，引发人员烫伤的危险。

电热器内部元器件接线构架：考虑U型碳纤维加热管13本身加热程度与系统电压有关，为了是电暖气换热均匀，操控统一合理，采用并联方法进行连接。

U型碳纤维加热管13采用碳纤维发热丝石英管为加热材料。本发热材料在220v额定电压下表面温度可达到450--550的高温。同时具备对流换热与辐射换热的双重加热优点。满足本新型电暖气调节室内空气路径统一性换热的目的。并且本身电阻为同等长度镍镉加热丝电阻的1.3倍，有效的节约了材料的使用率。碳纤维密度小于铝，强度大于钢，耐腐蚀耐高温导电性能好。有效的降低了电暖气金属损耗，延长了暖气使用寿命，增大了耐热性。碳纤维石英加热管预热时间1--3秒，并且遇低温不易炸裂，加热时没有金属气味。高效节能底损耗，适合当代市场需求。

本设计为可调温度，发热率的智能电加热器在电路中设计了动调温调压器8，与电子集成对路控制自动控温的低温保护控制器。两组控制器为并联关系，依据个人喜好可对电路进行微电子智能控制，也可手动人工控制。满足不同环境，时间段的用户需求。

考虑民业用电电压为220v，电源线承受额定功率为2500w。设置220v，10a的双p过载保护装置，控制电暖气内部设置额定功率2000w石英碳丝发热器(U型碳纤维加热管13与调压器8共同完成)。防止电路电流过大，烧毁电源线或在出现短路情况下切断电源防止电火产生。

三相温度187度过热保护：防止机身带电并且有效监控温度范围。温度超过187度进行断路保护，防止电源线过热融化造成短路危险。

低温保护温控器18：在待机时间下，室内环境温度低于10℃，低温保护温控器18自动开启电暖气呈工作状态，进行室内温升。当室内温度环境高于10℃，开启电暖气待机状态，使室内温度在待机时间内不低于10℃。防止室内围护结构结露，结霜。

参见附图4，低温保护温控器18按照房间内的人员流动作息情况人工设定有人时间段即为工作时间段，房间内无人时段即为待机时间段。

在工作时间段内，按照个人需求分时段设计不同时段的最低温度参数。此时，在该时间段内，低温保护温控器18内的温度感应探头将温度信号转变为电信号与系统在该时间段内的最低温度进行对比。当温度低于最低温度时，低温保护温控器18三项继电器17开关右偏，内部电磁继电器17接通电路，通过12v--220v变压器直接控制220v电暖气开启。低温保护温控器18的温度感应探头实时监测房间内的温度。当房间内温度达到或高于该时间段内设定的温度参数值，低温保护温控器18三项继电器17左偏，内部电磁继电器17断开电路，通过12v--220v变压器直接断开电暖气。

在待机时间段内，低温保护温控器18外部设有红外移动热源感应装置和声音震动器。红外移动热源感应装置与声音震动器二者为并联关系，即为室内在有人员移动，或者有声音震动的情况下将采集的信号传输到低温保护温控器18，控制电路接通。当在待机时间段内，红外移动热源感应装置与声音振动器并联配合：当室内无人时，红外移动热源感应装置与声音振动器将光信号与声音信号转换为电信号给低温保护温控器18。低温保护温控器18依据人工设定的待机温度，当房间温度低于设定值，继电器17接通电暖气的电路，电暖气工作提高房间内的温度，使温度达到待机时设定的温度值。温度感应探头实时进行探温，将温度信号转变为电信号与低温保护温控器18的温度参数进行比对。当温度高于设定的待机温度时，低温保护温控器18给继电器17电信号，三项继电器17开关左偏，内部电磁继电器17断开电路，通过12v---220v继电器17直接断开电暖气停止加热升温。当红外移动热源感应装置或声音振动器在待机时间段内检测到室内有人员活动时，将光信号或声音信号转换为电信号传送给智能温控器，低温保护温控器18根据上午某一工作时间段内设定的温度参数为依据，调整系统为工作状态该时间段的温度参数。并进行该相应参数的温度控制。当红外移动热源装置与声音振动器监测到人员离开，则将光信号与声音信号转换为电信号给低温保护温控器18，低温保护温控器18依据系统设定的参数，调整为房间无人时段的相应状态。

红外移动热源感应装置与声音振动器并联配合。保证可以探知房间内有无人员。防止因人员活动而声音过小，或者房间内人员有声音但无过大动作，系统出现判断失误的现象。

红外移动热源感应装置与声音振动器都设置在智能温控器的表面。最大限度的收集房间内人员移动信息以及声音信息。

Claims (9)

1.一种新型智能电加热装置，包括一侧的长方体状主体加热区和另一侧的线路控制区(14)；其特征在于，

所述主体加热区的内部由下至上通过透气格栅钢板分割为一级加热进风段(10)、二级加热段(11)和三级加热辐射段(12)，所述一级加热进风段(10)、二级加热段(11)和三级加热辐射段(12)中分别设置有U型碳纤维加热管(13)，所述主体加热区的后壁板(2)内侧设置有铝箔反光热膜(3)，所述主体加热区侧壁和一级加热进风段(10)对应位置设置有进风口(7)，上盖板设置有出风导流口(6)，前壁板(1)和三级加热辐射段(12)内的U型碳纤维加热管(13)对应位置设置有热辐射口(15)；

所述线路控制区(14)内的控制电路通过引线和主体加热区的U型碳纤维加热管(13)顺次连接加热，所述线路控制区(14)内的控制电路通过外置的调压器(8)进行功率调节。

2.根据权利要求1所述的一种新型智能电加热装置，其特征在于，所述控制电路包括还包括调压器(8)、过载保护开关(16)、继电器(17)、低温保护温控器(18)和三相温度过热保护(9)；所述三相温度过热保护(9)一端分别接有零线和火线，另一端分别和主体加热区U型碳纤维加热管(13)连接，并设置有调压器(8)和过载保护开关(16)，所述三相温度过热保护(9)一端和主体加热区的外壳连接，另一端和接地线连接，所述三相温度过热保护(9)并联有继电器(17)，所述继电器(17)和低温保护温控器(18)连接。

3.根据权利要求2所述的一种新型智能电加热装置，其特征在于，所述三相温度过热保护(9)为三相温度187度过热保护，所述继电器(17)为220V变12V继电器(17)，所述低温保护温控器(18)为12V低温保护温控器(18)。

4.根据权利要求2或3所述的一种新型智能电加热装置，其特征在于，所述电加热装置还包括并联的红外移动热源感应装置和声音振动器，所述的红外移动热源感应装置和声音振动器与低温保护温控器(18)并联。

5.根据权利要求1所述的一种新型智能电加热装置，其特征在于，所述透气格栅钢板为带有圆形透气格栅的201不锈钢板(5)。

6.根据权利要求1所述的一种新型智能电加热装置，其特征在于，所述主体加热区的后壁板(2)外侧由内向外依次设置有保温玻璃岩棉(4)和不锈钢板(5)。

7.根据权利要求1所述的一种新型智能电加热装置，其特征在于，所述保温玻璃岩棉(4)厚度为2cm，所述不锈钢板(5)为厚度.0.6mm的201不锈钢板(5)。

8.根据权利要求1或2所述的一种新型智能电加热装置，其特征在于，所述一级加热进风段(10)高度为14cm，一级加热进风段(10)内的U型碳纤维加热管(13)距离进风口(7)的竖直高度为7cm，靠近前壁板(1)一侧的加热管与前壁之间的水平距离为2cm；所述二级加热段(11)高度为18cm，宽度为8cm，二级加热段(11)内的U型碳纤维加热管(13)竖直方向上设置在二级加热段(11)中间位置，靠近前壁板(1)一侧的加热管与前壁之间的水平距离为2cm；所述三级加热辐射段(12)的高度为15cm，三级加热辐射段(12)内的U型碳纤维加热管(13)距离下方最近的透气格栅钢板的竖直距离为5cm，所述热辐射口(15)下边缘距离下方最近的透气格栅钢板的竖直距离为6cm，上边缘距离下方最近的透气格栅钢板的竖直距离为8.6cm。

9.根据权利要求1或2所述的一种新型智能电加热装置，其特征在于，所述电加热装置整体的长高比为1:0.618。