CN107543319A - 电极加热器及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了电极加热器及其应用，涉及采暖设备技术领域。该电极加热器，包括壳体和隔板，隔板位于壳体内部，并将壳体分割成各自封闭的加热腔和控制腔，加热腔为真空并填充有导热介质，加热腔还设有若干个电极，若干个电极浸入在导热介质中，通过接通电极对导热介质加热，改变了传统电阻丝在高温情况下，容易熔断、短路，缩短使用寿命的缺陷；同时，采用超导液或超导液与水的混合物作为导热介质，相变温度低，热量传递速度快，具有良好的导热效果，且在零下35℃也不结冻，低温使用性能佳，另外，超导液均采用无毒原料制备，对人体基本无害，安全环保。本发明还提供了电极加热器的应用，可将上述电极加热器应用于采暖设备领域。

Description

电极加热器及其应用

技术领域

本发明涉及采暖设备技术领域，具体而言，涉及电极加热器及其应用。

背景技术

现有的采暖设备多采用电阻丝进行加热，即电阻丝通电产生热量后，通过热传递对介质进行加热。当需要较大的采热量时，往往是通过增加电阻丝的长度或绕丝的直径来增大功率满足使用要求。而大功率的电阻丝处在高温情况下，容易造成电阻丝的熔断、短路，缩短使用寿命。且电阻丝加热主要是通过增大电阻丝的数量来满足较大功率的使用需求，对于大型设备而言，需要设置非常多的电阻丝，不仅占用大量的空间，且安装、拆卸、检修等也极为不便。

传统的采暖设备中的导热介质多选为水，水启动温度高，其强传递就必须超过或达到100℃，水升温很慢，传递更慢，一般水暖的启动升温必须经过一至二小时，才能达到室温，且需要耗费大量的水和能源。而且水暖设备在寒冷地区，只要停一天就会冻裂水管和暖气片。

鉴于此，有必要进行研究以提供一种技术方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电极加热器，用于改善传统采暖设备电阻丝容易损坏，且升温速度慢、传热效率低等技术问题。

本发明的目的在于提供一种电极加热器的应用。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

本发明提供的一种电极加热器，包括壳体和隔板，所述隔板位于所述壳体内部，并将所述壳体分割成各自封闭的加热腔和控制腔；

所述加热腔为真空并填充有导热介质，所述加热腔还设有若干个电极，若干个所述电极浸入在所述导热介质中，在所述加热腔对应的壳体上设置有导热介质入口和导热介质出口；

所述电极连接电源的一端穿过所述隔板伸入至所述控制腔内，所述电极通过线路与电源相连；

所述导热介质为超导液或超导液与水的混合物。

进一步的，所述电极远离隔板的一端设有固定板，所述固定板为绝缘固定板。

进一步的，所述隔板上设置有若干个安装孔，所述安装孔的数量与所述电极的数量一致；

所述电极连接电源的一端穿过所述隔板上的安装孔伸入至所述控制腔内。

进一步的，所述电极与所述安装孔的连接处还设有密封垫。

进一步的，所述控制腔内还设置有控制器。

进一步的，所述隔板通过紧固件与所述壳体连接。

进一步的，所述导热介质入口位于所述加热腔对应的壳体的一侧，所述导热介质出口位于所述加热腔的顶部；

所述导热介质入口与所述导热介质出口处均设置有密封盖。

进一步的，所述超导液主要由以下质量分数的原料制成：所述超导液主要由以下质量分数的原料制成：氯化钙5-10％，氯化钾2-5％，甲基硅油0.1-1％，石墨烯0.2-0.8％和蒸馏水85-92％；

优选的，所述超导液主要由以下质量分数的原料制成：氯化钙6％，氯化钾3％，甲基硅油0.3％，石墨烯0.5％和蒸馏水90.2％。

进一步的，所述超导液主要由以下质量分数的原料制成：溶剂油92-97％，三亚磷酸酯0.5-2％和石墨烯2-6％；

优选的，所述超导液主要由以下质量分数的原料制成：溶剂油95％，三亚磷酸酯1％和石墨烯4％。

本发明还提供了上述电极加热器在采暖设备中的应用。

与现有技术相比，本发明提供的电极加热器及超导液具有如下有益效果：

(1)本发明提供的电极加热器，包括壳体和隔板，隔板位于壳体内部，并将壳体分割成各自封闭的加热腔和控制腔，加热腔为真空并填充有导热介质，加热腔还设有若干个电极，若干个电极浸入在导热介质中，通过接通电极对导热介质加热，改变了传统电阻丝在高温情况下，容易熔断、短路，缩短使用寿命的缺陷。

(2)本发明提供的电极加热器，采用超导液或超导液与水的混合物作为导热介质，其中，超导液采用特定原料组成，通过各原料的协同配合作用，使所得到的超导液相变温度低，热量传递速度快，具有良好的导热效果，且在零下35℃也不结冻，低温使用性能佳，另外，超导液均采用无毒原料制备，对人体基本无害，安全环保。

(3)本发明提供的电极加热器的应用，将上述电极加热器应用于采暖设备中，具有与上述电极加热器同样的优势，启温低、升温快、高效、无声、美观、安装简便，可节能30％以上，节水90％以上，零下35℃不冻结，低温使用性能佳，有一定的实用价值和经济价值。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的电极加热器的结构示意图；

图2为图1电极加热器沿A-A方向的截面图；

图3为本发明的另一种电极加热器的结构示意图；

图4为本发明中电极与固定板的结构示意图；

图5为本发明中再一种的电极加热器的结构示意图。

图标：1-壳体；2-隔板；3-加热腔；4-控制腔；5-电极；31-导热介质入口；32-导热介质出口；6-固定板；7-密封垫；8-紧固件。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“一侧”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

根据本发明的一个方面，提供了一种电极加热器，其中，图1为本发明的电极加热器的结构示意图；图2为图1电极加热器沿A-A方向的截面图；图3为本发明的另一种电极加热器的结构示意图；图4为本发明中电极与固定板的结构示意图；图5为本发明中再一种的电极加热器的结构示意图。

如图1-3所示，该电极加热器包括壳体1和隔板2，隔板2位于壳体1内部，并将壳体1分割成各自封闭的加热腔3和控制腔4。

壳体1的形状可为多种，不作特别限定。在本发明中，优选为圆柱体结构。

加热腔3设有若干个电极5，电极5的数量根据实际加热量需要进行设定，可以为一个或者多个。若干个电极5沿圆柱形壳体1的轴向方向设置，并且沿圆柱形壳体1的周向方向均匀排布。

电极5作为电极加热器的关键部件，可实现对导热介质的快速加热，不仅热效率高，而且使用寿命长。电极5可以以电极棒或者电极板的形式存在，优选为不锈钢电极板或石墨电极棒。

加热腔3为真空并填充有导热介质，若干个电极5浸入在导热介质中，由于电极5与导热介质直接接触，故电极5采用耐腐蚀材料制作而成。在加热腔3对应的壳体1上设置有导热介质入口31和导热介质出口32，导热介质从导热介质入口31进入到加热腔3，从导热介质出口32排出。

作为本发明的一种优选方式，导热介质入口31位于加热腔3对应的壳体1的一侧，导热介质出口32位于加热腔3的顶部。

为了使得加热腔3形成密闭结构，在导热介质入口31与导热介质出口32处均设置有密封盖(在图中未标识出)。

壳体1内部设有隔板2，隔板2使得加热腔3和控制腔4各自独立，从而防止加热腔3的导热介质进入到控制腔4中。在本实施例中，隔板2通过紧固件8与壳体1连接。可选用的紧固件8的类型有多种，典型但非限制性的紧固件8为螺柱、螺母、螺钉、螺栓、垫圈、挡圈、销、木螺钉、自攻螺钉、铆钉、焊钉或上述的组合件。

电极5连接电源的一端穿过隔板2伸入至控制腔4内，电极5通过线路与电源相连。

具体的，在隔板2上设置有若干个安装孔，安装孔的数量与电极5的数量一致；

电极5连接电源的一端穿过隔板2上的安装孔伸入至控制腔4内。

为防止导热介质从电极5与安装孔的连接处进入控制腔4，电极5与安装孔的连接处还设有密封垫7。密封垫7可选用密封性能好且耐腐蚀的塑料或者橡胶制成。

在上述技术方案的基础上，在电极5远离隔板2的一端设有固定板6，具体如图3所示。固定板6与隔板2平行设置，垂直于电极5所在方向。固定板6为绝缘固定板。

固定板6的设置主要是为了防止电极5乱动，实现电极5在加热腔3中的稳定连接。固定板6的形状不作特殊限定，在本发明中，固定板6优选为圆盘形状。并在固定板6上开设若干个通孔，电极5的一端可贯通通孔。且通孔的数量大于电极5的数量，此目的是使得导热介质通过未贯穿有电极5的通孔，实现在加热腔3中的自由流动。

进一步的，固定板6的形状也可以为其他形状，比如“Y”字形结构，具体如图4所示。与电极5的位置相对应，固定板6上设置有与电极5数量相同的通孔，电极5的一端通过通孔贯穿固定板6。该固定板6上未设多余的通孔。由于固定板6本身近似“Y”字形结构，使得导热介质可以通过固定板6本身之间的间隙通过，实现导热介质的自由流通。

为实现固定板6的安装，固定板6可与壳体1连接。

图5为本发明电极加热器再一种的电极加热器的结构示意图，壳体1为一体成型，加热腔3和控制腔4均为圆柱体，但是加热腔3的内径小于控制腔4的内径。隔板2位于控制腔4与加热腔3的交汇处，隔板2的内径与控制腔4的内径一致。隔板2通过紧固件8与壳体1相连。

在加热腔3的侧面设置有导热介质入口31，加热腔3的顶部为导热介质出口32，以实现导热介质的输入与排出。

在控制腔4的一侧还设置有开孔，开孔的目的是实现电极5通过线路与外接电源相连。

另外，控制腔4内还设置有控制器。控制器可以控制电极5与电源的连接情况，并能通过感温器实时监测电极加热器的温度。

除了上述电极加热器的结构，导热介质作为传热的介质或者是能量的运输工具，也成为电极加热器中的另一关键部分。传统采暖设备的导热介质多选为水，水启动温度高，其强传递就必须超过或达到100℃，水升温很慢，传递更慢，一般水暖的启动升温必须经过一至二小时，才能达到室温。而且水暖设备在寒冷地区，只要停一天就会冻裂水管和暖气片。

为改善上述问题，本发明中所采用的导热介质为超导液或超导液与水的混合物。超导液的启动温度低，只需30-50℃即可开始传温，只需数分钟就可以把采暖设备加热，它的传递速度是水暖的数倍以上。且零下35℃不会结冰，没有设备冻结的隐患。

当导热介质为采用超导液与水的混合物时，超导液与水的比例不作特殊限定，只需要根据实际需要进行配置即可。

本发明提供的电极加热器采用的超导液具体种类可以有多种。

作为本发明中的一种优选方式，超导液主要由以下质量分数的原料制成：氯化钙5-10％，氯化钾2-5％，甲基硅油0.1-1％，石墨烯0.2-0.8％和蒸馏水85-92％；

优选的，所述超导液主要由以下质量分数的原料制成：氯化钙6％，氯化钾3％，甲基硅油0.3％，石墨烯0.5％，蒸馏水90.2％。

具体的，氯化钙典型但非限制性的质量分数为5％、6％、7％、8％、9％或10％；氯化钾典型但非限制性的质量分数为2％、3％、4％或5％；甲基硅油典型但非限制性的质量分数为0.1％、0.2％、0.4％、0.5％、0.6％、0.8％或1％；石墨烯典型但非限制性的质量分数为0.2％、0.4％、0.5％、0.6％或0.8％；蒸馏水典型但非限制性的质量分数为85％、86％、87％、88％、89％、90％、91％或92％。

通过氯化钙、氯化钾、甲基硅油、石墨烯、蒸馏水等各原料之间的配合，所得到的超导液在30-40℃即可发生相变，热量传递速度快，具有良好的导热效果，且在-35℃也不结冻，低温使用性能佳。

在本发明中的一种优选方式，超导液主要由以下质量分数的原料制成：溶剂油92-97％，三亚磷酸酯0.5-2％和石墨烯2-6％；

优选的，超导液主要由以下质量分数的原料制成：溶剂油95％，三亚磷酸酯1％和石墨烯4％。

溶剂油典型但非限制性的质量分数为92％、93％、94％、95％、96％或97％。三亚磷酸酯典型但非限制性的质量分数为0.5％、0.6％、0.8％、1％、1.2％、1.4％、1.5％、1.6％、1.8％或2％。石墨烯典型但非限制性的质量分数为2％、3％、4％、5％或6％。

该超导液主要用于高温环境(超过100℃)中。通过溶剂油、三亚磷酸酯和石墨烯等原料的配合，所得到的超导液在40-50℃即可发生相变，热量传递速度快，具有良好的导热效果，且在-30℃也不结冻，低温使用性能佳。

上述超导液的制备方法包括如下步骤：向配方量的各原料混合，搅拌均匀，得到超导液。

导热介质也可为上述超导液与水的混合物。水通过电极加热器通电后水正负离子争夺钠离子每秒摩擦生热最高温度达98℃，加超导液与水的混合物提温至160℃，大大节省了电能。

同时，超导液均采用无毒原料制备，对人体基本无害，安全环保。

本发明涉及的超导液综合了各原料的特点，各原料混合后其沸点低，活性大，加热快，导热效果非常显著。通过电极间接加热超导液，使其在热源的作用下上下翻滚，导热、散热，保证供热采暖，安全可靠。

本发明提供的电极加热器的工作原理：将加热腔内抽取为真空状态后注入导热介质，接通电极，电极释放电流与导热介质接触产生热量，对导热介质进行加热，直接将电能转换为热能。加热数分钟后，导热介质发生相变，由液体变为气体，从而对外界提供热源，而此时电极间的通路被切断。当导热介质由气态冷凝为液态时，控制器检测温度低于设定值时，再次接通电极，进而实现导热介质的循环传热。

由于本发明提供的电极加热器具有上述优势，使得其可广泛应用于采暖设备领域。经过广大用户长期使用可知，该电极加热器具有启温低、升温快、高效、节能、节水、无声、美观、安装简便，可节能30％以上，节水90％以上，零下35℃不冻，水温20℃暖气片就可启温，并能达到水温温度多高暖气片温度就有多高等特点。

下面结合具体实施例和对比例，对本发明作进一步说明。

实施例1

一种电极加热器，具体结构如图1所示，包括壳体和隔板，隔板位于壳体内部，并将壳体分割成各自封闭的加热腔和控制腔；

加热腔为真空并填充有导热介质，加热腔还设有若干个电极，若干个电极浸入在导热介质中，在加热腔对应的壳体上设置有导热介质入口和导热介质出口；

电极连接电源的一端穿过隔板伸入至控制腔内，电极通过线路与电源相连。

其中，导热介质为超导液，由以下质量分数的原料制成：氯化钙6％，氯化钾3％，甲基硅油0.3％，石墨烯0.5％和蒸馏水90％。

实施例2

一种电极加热器，除了导热介质具体组成不同外，其余结构与实施例1相同。

其中，导热介质为超导液，由以下质量分数的原料制成：氯化钙10％，氯化钾2％，甲基硅油0.1％，石墨烯0.2％和蒸馏水87.7％。

实施例3

一种电极加热器，除了导热介质具体组成不同外，其余结构与实施例1相同。

其中，导热介质为超导液，由以下质量分数的原料制成：氯化钙5％，氯化钾5％，甲基硅油1％，石墨烯0.8％和蒸馏水88.2％。

实施例4

一种电极加热器，具体结构如图3所示，包括壳体和隔板，隔板位于壳体内部，并将壳体分割成各自封闭的加热腔和控制腔；

加热腔为真空并填充有导热介质，加热腔还设有若干个电极，若干个电极浸入在导热介质中，在加热腔对应的壳体上设置有导热介质入口和导热介质出口；

电极连接电源的一端穿过隔板伸入至控制腔内，电极通过线路与电源相连；

在电极远离隔板的一端设有固定板，该固定板为绝缘固定板。

其中，导热介质为超导液，由以下质量分数的原料制成：溶剂油95％，三亚磷酸酯1％和石墨烯4％。

实施例5

一种电极加热器，除了导热介质具体组成不同外，其余结构与实施例4相同。

其中，导热介质为超导液，由以下质量分数的原料制成：溶剂油93％，三亚磷酸酯2％和石墨烯5％。

实施例6

一种电极加热器，除了导热介质具体组成不同外，其余结构与实施例4相同。

其中，导热介质为超导液，由以下质量分数的原料制成：溶剂油97％，三亚磷酸酯0.5％和石墨烯2.5％。

实验例1

对实施例1-6提供的电极加热器与普通的电阻丝水加热器进行比较。具体检测结果如表1所示。

表1各实施例电极加热器的测定结果

由表1中数据可以看出，与传统的电阻丝水加热器相比，且本发明提供的电极加热器相变温度在30-50℃之间，升温速度快，低温使用性能佳，有较好的传热效果，可应用于采暖设备领域。

最后应说明的是：以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施方式对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施方式技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种电极加热器，其特征在于，包括壳体和隔板，所述隔板位于所述壳体内部，并将所述壳体分割成各自封闭的加热腔和控制腔；

所述加热腔为真空并填充有导热介质，所述加热腔还设有若干个电极，若干个所述电极浸入在所述导热介质中，在所述加热腔对应的壳体上设置有导热介质入口和导热介质出口；

所述电极连接电源的一端穿过所述隔板伸入至所述控制腔内，所述电极通过线路与电源相连；

所述导热介质为超导液或超导液与水的混合物。

2.根据权利要求1所述的电极加热器，其特征在于，所述电极远离隔板的一端设有固定板，所述固定板为绝缘固定板。

3.根据权利要求1所述的电极加热器，其特征在于，所述隔板上设置有若干个安装孔，所述安装孔的数量与所述电极的数量一致；

所述电极连接电源的一端穿过所述隔板上的安装孔伸入至所述控制腔内。

4.根据权利要求3所述的电极加热器，其特征在于，所述电极与所述安装孔的连接处还设有密封垫。

5.根据权利要求1所述的电极加热器，其特征在于，所述控制腔内还设置有控制器。

6.根据权利要求1所述的电极加热器，其特征在于，所述隔板通过紧固件与所述壳体连接。

7.根据权利要求1所述的电极加热器，其特征在于，所述导热介质入口位于所述加热腔对应的壳体的一侧，所述导热介质出口位于所述加热腔的顶部；

所述导热介质入口与所述导热介质出口处均设置有密封盖。

8.根据权利要求1-7任意一项所述的电极加热器，其特征在于，所述超导液主要由以下质量分数的原料制成：氯化钙5-10％，氯化钾2-5％，甲基硅油0.1-1％，石墨烯0.2-0.8％和蒸馏水85-92％；

优选的，所述超导液主要由以下质量分数的原料制成：氯化钙6％，氯化钾3％，甲基硅油0.3％，石墨烯0.5％和蒸馏水90.2％。

9.根据权利要求1-7任意一项所述的电极加热器，其特征在于，所述超导液主要由以下质量分数的原料制成：溶剂油92-97％，三亚磷酸酯0.5-2％和石墨烯2-6％；

优选的，所述超导液主要由以下质量分数的原料制成：溶剂油95％，三亚磷酸酯1％和石墨烯4％。

10.权利要求1-9任意一项所述的电极加热器在采暖设备中的应用。