CN108895515A - 智能高效节能电暖器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种智能高效节能电暖器，包括翅片散热体、接线端子、六组时间顺序控制开关和温度控制开关；翅片散热体由两组铝合金散热片组成，第一散热片和第二散热片的外面分别为铝合金制得的翅片的组合结构，有效增加散热面积；散热体内部设置内凹线槽，内凹线槽内镶嵌电热线，通过接线端子使电热线与六组时间顺序控制开关和温度控制开关连接，六组时间顺序控制开关实现每条电热线工作5分钟休息25分钟的轮流加热工作模式，3个55℃常闭温度控制开关实现低温时2条电热线同时工作，常温时1条电热线工作，让电热线始终工作在线性升温区，极大地提高了电热能转换效率，降低了消耗功率，运行费用低。
Description
技术领域
本发明属于电采暖电-热能转换技术领域，特别是涉及一种智能高效节能电暖器。
背景技术
固定电能作用于加热体完成电热能转换是有规律的，加热体温度上升先是陡峭线性上升、再缓慢线性上升、之后进入饱和状态，线性上升阶段电热转换效率是最高的(如电热线前段每分钟上升37℃)，饱和阶段电热转换效率最低，没有温升只是维持饱和温度。深度分析是因为加热体上的带电电子或离子在没有通电时是杂乱无章的自由状态，当加热体通电时带电电子或离子在电场的作用下高速运动撞击产生高温。温度陡峭上升阶段是因为带电电子或离子运动速度最高、排列最杂乱的阶段；进入温度缓慢上升阶段，带电电子或离子运动速度减缓、排列开始有序；进入饱和温度阶段，带电电子或离子有规律运动、排列有序，因此达到饱和温度状态时温度不升不降。
目前，先进的电暖器采用电热转换效率高的碳纤维电采暖技术，其次是导热油电暖器，大功率电锅炉，半导体电采暖锅炉等。上述所有的电采暖设备的加热体都是工作在饱和区，即使设计温度控制也只是当室内温度达到限制温度时切断电源，都没有测量加热体，且均认为加热体温度越高越好，造成消耗功率大、换热效率低、运行费用高。普通家庭不能长期使用，更是无法完全取代煤炭锅炉采暖。
发明内容
本发明的目的在于提供一种平均功率在240～480W，瞬时功率不高于480W，可采暖面积达20平方米的智能高效节能电暖器，以解决现有电采暖设备的加热体工作在饱和区，造成消耗功率大、换热效率低、运行费用高而无法完全取代煤炭锅炉采暖的问题，即可用本发明智能高效节能电暖器替换现在的煤炭锅炉采暖，取消循环热水管道、循环泵等，也可将其用于目前无法接入供热网的单体建筑、及农民家庭采暖。
本发明所采用的技术方案是，智能高效节能电暖器，包括翅片散热体，翅片散热体由第一散热片和第二散热片固定组成；第一散热片和第二散热片外面分别为铝合金制得的翅片的组合结构，第一散热片的里面是平面，第二散热片的里面是在平面上均匀设置内凹线槽；每组内凹线槽设有2个内凹线槽出口，所有内凹线槽出口在同一侧；每组内凹线槽内镶嵌1条电热线，电热线两端的2个线头从内凹线槽出口引出；翅片散热体侧面固定有长方体电气控制盒，长方体电气控制盒与电热线的线头位于同一侧面；长方体电气控制盒内固定接线端子和六组时间顺序控制开关；六组时间顺序控制开关内设置有行程开关和时间电机；接线端子两头设有输入输出接线柱；两个接线端子为一组，其中一组接线端子的输入接线柱接220V电源两端、输出接线柱接时间电机的220V输入电线；其余接线端子中，每组的一个接线端子的输入接线柱连接220V电源一端、另一个接线端子的输入接线柱卡接并用螺丝固定2条引出线；每个固定有引出线的接线端子的2条引出线中，任意一条引出线与一个行程开关的3#引脚连接，行程开关的1#引脚连接在一起接220V电源另一端；其余引出线，两条为一组用可插拔线鼻子连接温度控制开关两端；上述其余接线端子的输出接线柱与电热线的线头由上至下一一对应按顺序卡接，并用螺丝固定。
所述翅片散热体两侧设有4个用于固定智能高效节能电暖器的固定耳；所述长方体电气控制盒两侧设有4个用于固定长方体电气控制盒的固定脚。
所述翅片可设置多个，翅片表面做法兰或静电粉末喷涂处理；所述内凹线槽顶部圆滑过渡。
所述电热线数量为两条以上，电热线采用绝缘、耐高温180℃以上的柔性硅胶碳纤维电热线。
所述六组时间顺序控制开关还包括减速器，减速器固定在固定支架上，减速器下平面紧贴固定时间电机，时间电机的输出轴插入减速器的输入孔，时间电机的输出轴上设置有与其及减速器配套固定的小齿轮，该小齿轮与减速器内的齿轮啮合，减速器的上平面与行程开关固定座紧贴固定，减速器的输出轴套入行程开关固定座的中心孔后，安装凸轮转盘，行程开关固定座上固定均匀排列在凸轮转盘周围的行程开关，凸轮转盘外边缘设置凸出的扇面凸起，扇面凸起两边圆滑过渡。
所述行程开关上设置有控制其闭合与断开的限位键销，限位键销内有弹簧，行程开关通过刚性弹片限位杆连接限位轮；行程开关的数量与电热线数量一致。
所述时间电机的转速及减速器的减速比需保证凸轮转盘的转速，使凸轮转盘的转速及扇面凸起的扇形角度保证每个行程开关的闭合时间会使电热线始终工作在线性升温区。
所述温度控制开关可在环境温度低且翅片散热体温度未达到限定值时使多条电热线同时工作，温度控制开关采用55℃常闭温度控制开关，温度控制开关位于翅片散热体侧面、长方体电气控制盒下面。
所述凸轮转盘的凸出长度需保证凸轮转盘能够充分作用限位轮，使行程开关闭合。
本发明的有益效果是，智能高效节能电暖器的翅片散热体由两组铝合金翅片结构散热片组成，其中，第一散热片和第二散热片各加工成长度410mm、宽度45mm、厚度1.5mm 的翅片123条，两组散热片合计有246条翅片，每条翅片上有2个长410mm×宽45mm 的大侧面。所以，与平面翅片散热体相比纯增加的散热面积计算公式：长410mm×宽45 mm×翅片数量246×翅片的2个侧面＝9.0774平方米。而平面翅片散热体的面积计算公式：长850mm×宽410mm×电暖器的2个侧面＝0.697平方米。散热面积增加比是： 9.0774÷0.697＝13.0235294。本实施例可有效提高散热面积，使加热体产生的热能被充分散发出去。
智能高效节能电暖器采用分区分时加热技术，用“六组时间顺序控制开关”与“三个55℃常闭温度控制开关”组合，实现每条电热线工作5分钟休息25分钟的轮流加热工作模式，低温时2条电热线同时工作，常温时1条电热线工作，让电热线始终工作在线性升温区，智能高效节能电暖器240W工作时的换热效率与现有2000W采暖设备的换热效率相当，可节能2000W-240W＝1760W，1760÷2000＝88％，低功率运行可以释放高功率的热量。
智能高效节能电暖器由于采用了翅片散热体结构和分区分时加热技术，极大提高了电热能转换效率，小功率工作保证了智能高效节能电暖器运行费用低于集中供热采暖的运行费用，因此，可以替代集中供热的煤炭锅炉采暖。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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是本发明智能高效节能电暖器示意图；
图2是第二散热片后视图；
图3是电气控制盒线路连接关系图；
图4是六组时间顺序控制开关示意图；
图5是六组时间顺序控制开关俯视图。
图中，1.翅片散热体，2.第一散热片，3.第二散热片，4.翅片，5.内凹线槽，6.内凹线槽出口，7.电热线，8.固定耳，9.长方体电气控制盒，10.固定脚，11.接线端子，12.六组时间顺序控制开关，13.220V电源，14.引出线，15.行程开关，16.时间电机，17.温度控制开关，18.减速器，19.固定支架，20.行程开关固定座，21.凸轮转盘，22.扇面凸起， 23.限位键销，24.刚性弹片限位杆，25.限位轮。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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例，都属于本发明保护的范围。
智能高效节能电暖器，包括翅片散热体1，翅片散热体1由第一散热片2和第二散热片3固定组成；第一散热片2和第二散热片3的外面分别为123条长410mm、宽45mm、厚1.5mm、间隔为5mm的翅片4的组合结构，第一散热片2的里面是平面，第二散热片 3的里面是在平面上均匀设置六组内凹线槽5；每组内凹线槽5长度6300mm、宽2.5mm、深2.5mm，顶部圆滑过渡；每组内凹线槽5有两个内凹线槽出口6，十二个内凹线槽出口6在同一侧；每组内凹线槽5内分别镶嵌一条长6400mm、外径2.5mm的电热线7，电热线7两端的两个50mm的线头从内凹线槽出口6引出；翅片散热体1两侧设置四个横向向外延伸的固定耳8，固定耳8长25mm、宽25mm、厚10mm，每个固定耳8上加工一个12mm直径的通孔，固定耳8与墙体的膨胀螺栓连接，或与200mm高的地脚支架连接，用于固定智能高效节能电暖器；长方体电气控制盒9的五面封闭一面打开，打开一面在开口方向外凸四个设有M4圆孔的固定脚10，四个固定脚10由四个M4螺丝经隔热垫固定在翅片散热体1的电热线7的线头所在的侧面的四个凸起的螺丝座上；电气控制盒9内固定十四个接线端子11和一个六组时间顺序控制开关12；十四个接线端子11两头设有螺丝锁紧的输入输出接线柱，十四个接线端子11由上至下标记为1-14；标记为 1-12的接线端子11的输出接线柱与六条电热线7的十二个50mm的线头由上至下一一对应按顺序卡接，并用自带的螺丝拧紧固定；标记为1-12的接线端子11中，奇数标记的接线端子11的输入接线柱连接在一起接220V电源13一端，即为每条电热线7的一端连接220V电源13一端，偶数标记的接线端子11的输入接线柱各接两条引出线14并依次标记为卡接并用自带螺丝拧紧；六组时间顺序控制开关12内设置行程开关15和时间电机16；标记为的引出线14中，奇数标记的引出线14依次连接行程开关15 的3#引脚，行程开关15的1#引脚全部连接在一起接220V电源13另一端，偶数标记的引出线14每两条为一组分成三组，标记的②与⑧为一组、④与⑩为一组、⑥与为一组，用卡接的可插拔线鼻子与3个55℃常闭温度控制开关17一一对应连接；三个温度控制开关17安装在翅片散热体1侧面、长方体电气控制盒9下面；标记为13和14的接线端子 11的输入接线柱连接220V电源13两端、输出接线柱连接时间电机16的220V输入电线。
翅片4的金属材料为轻质铝合金，导热快，表面做法兰或静电粉末喷涂处理，增加外观美感。
电热线7采用绝缘、耐高温180℃以上的柔性硅胶碳纤维电热线。
六组时间顺序控制开关12包括减速比为30：1的减速器18，减速器18固定在固定支架19上，减速器18下平面固定连接每分钟1转的时间电机16，时间电机16的输出轴插入减速器18的输入孔，时间电机16的输出轴上设置有与其及减速器18配套固定的小齿轮，该小齿轮与减速器18内的齿轮啮合，减速器18的上平面与行程开关固定座20紧贴，四个角孔与减速器18输出传动轴上平面的的四个孔对准连接，用M3的螺丝拧紧固定好，保证同心度；减速器18的输出轴(减速器输出轴为大半圆形结构)套入行程开关固定座20的中心孔后，安装凸轮转盘21，行程开关固定座20上固定6个按60°角均匀排列在凸轮转盘21周围的行程开关15，凸轮转盘21外边缘设置突出长度为12mm的60°的扇面凸起22，扇面凸起22两边圆滑过渡。
行程开关15上设置有控制其闭合与断开的限位键销23，限位键销23内有弹簧，行程开关15通过刚性弹片限位杆24连接限位轮25。初始状态，一个行程开关15的限位轮 25与60°扇面凸起22作用，使其限位键销23在刚性弹片限位杆24作用下被压紧，行程开关15处于接通状态，剩余五个行程开关15的限位轮25与凸轮转盘21有2mm的间隙，五个行程开关15的限位键销23在弹簧作用下凸起，顶开刚性弹片限位杆24，使刚性弹片限位杆24处于倾斜状态，倾斜18°，五个行程开关15处于断开状态，每个行程开关 15用2个M3螺丝固定在平板底座上。
电源通电后时间电机16输出轴以每分钟1圈的速度旋转，输出轴经减速比为30：1的减速器18变速后，减速器18的输出轴每30分钟转一圈，带动凸轮转盘21每30分钟转一圈，凸轮转盘21的扇面凸起22按顺序作用六个限位轮25，使六个限位轮25分别压紧与其对应的行程开关15的限位键销23，保证六个行程开关15按顺序轮流接通5分钟，实现分区分时的工作程序。六组时间顺序控制开关12电子元器件少、故障率低、无需调试，可降低生产成本。
温度控制开关17优选55℃常闭温度控制开关，当环境温度低且翅片散热体1温度低于55℃时，三个温度控制开关17是闭合的，通过相应引出线14及接线端子11，使第一和第四条电热线7并联、第二条和第五条电热线7并联、第三条和第六条电热线7并联，在六组时间顺序控制开关12作用下，每五分钟有两条电热线7工作，加热功率是480W，可以快速提高翅片散热体1的温度和环境温度；当翅片散热体1温度高于55℃时，三个温度控制开关17断开，使第一条和第四条电热线7分开、第二条和第五条电热线7分开、第三条和第六条电热线7分开，每五分钟只有一条电热线7工作，加热功率是240W，保证翅片散热体1温度的前提下节约电能。
本发明采用立式的翅片4结构是依据空气动力学原理，冷空气遇到大面积翅片结构翅片散热体1加热变成热气后，向上流动，下面形成局部真空让冷空气填充进来，形成自然对流，起到快速散热效果。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.智能高效节能电暖器，其特征在于，包括翅片散热体(1)，翅片散热体(1)由第一散热片(2)和第二散热片(3)固定组成；第一散热片(2)和第二散热片(3)外面分别为铝合金制得的翅片(4)的组合结构，第一散热片(2)的里面是平面，第二散热片(3)的里面是在平面上均匀设置内凹线槽(5)；每组内凹线槽(5)设有2个内凹线槽出口(6)，所有内凹线槽出口(6)在同一侧；每组内凹线槽(5)内镶嵌1条电热线(7)，电热线(7)两端的2个线头从内凹线槽出口(6)引出；翅片散热体(1)侧面固定有长方体电气控制盒(9)，长方体电气控制盒(9)与电热线(7)的线头位于同一侧面；长方体电气控制盒(9)内固定接线端子(11)和六组时间顺序控制开关(12)；六组时间顺序控制开关(12)内设置有行程开关(15)和时间电机(16)；接线端子(11)两头设有输入输出接线柱；两个接线端子(11)为一组，其中一组接线端子(11)的输入接线柱接220V电源(13)两端、输出接线柱接时间电机(16)的220V输入电线；其余接线端子(11)中，每组的一个接线端子(11)的输入接线柱连接220V电源(13)一端、另一个接线端子(11)的输入接线柱卡接并用螺丝固定2条引出线(14)；每个固定有引出线(14)的接线端子(11)的2条引出线(14)中，任意一条引出线(14)与一个行程开关(15)的3#引脚连接，行程开关(15)的1#引脚连接在一起接220V电源(13)另一端；其余引出线(14)，两条为一组用可插拔线鼻子连接温度控制开关(17)两端；上述其余接线端子(11)的输出接线柱与电热线(7)的线头由上至下一一对应按顺序卡接，并用螺丝固定。
2.根据权利要求1所述的智能高效节能电暖器，其特征在于，所述翅片散热体(1)两侧设有4个用于固定智能高效节能电暖器的固定耳(8)；所述长方体电气控制盒(9)两侧设有4个用于固定长方体电气控制盒(9)的固定脚(10)。
3.根据权利要求1所述的智能高效节能电暖器，其特征在于，所述翅片(4)可设置多个；所述内凹线槽(5)顶部圆滑过渡。
4.根据权利要求1所述的智能高效节能电暖器，其特征在于，所述电热线(7)数量为两条以上，电热线(7)采用绝缘、耐高温180℃以上的柔性硅胶碳纤维电热线。
5.根据权利要求1所述的智能高效节能电暖器，其特征在于，所述六组时间顺序控制开关(12)还包括减速器(18)，减速器(18)固定在固定支架(19)上，减速器(18)下平面紧贴固定时间电机(16)，时间电机(16)的输出轴插入减速器(18)的输入孔，时间电机(16)的输出轴上设置有与其及减速器(18)配套固定的小齿轮，该小齿轮与减速器(18)内的齿轮啮合，减速器(18)的上平面与行程开关固定座(20)紧贴固定，减速器(18)的输出轴套入行程开关固定座(20)的中心孔后，安装凸轮转盘(21)，行程开关固定座(20)上固定均匀排列在凸轮转盘(21)周围的行程开关(15)，凸轮转盘(21)外边缘设置凸出的扇面凸起(22)，扇面凸起(22)两边圆滑过渡。
6.根据权利要求1或5所述的智能高效节能电暖器，其特征在于，所述行程开关(15)上设置有控制其闭合与断开的限位键销(23)，限位键销(23)内有弹簧，行程开关(15)通过刚性弹片限位杆(24)连接限位轮(25)；行程开关(15)的数量与电热线(7)数量一致。
7.根据权利要求1或5所述的智能高效节能电暖器，其特征在于，所述时间电机(16)的转速及减速器(18)的减速比需保证凸轮转盘(21)的转速，使凸轮转盘(21)的转速及扇面凸起(22)的扇形角度保证每个行程开关(15)的闭合时间会使电热线(7)始终工作在线性升温区。
8.根据权利要求1所述的智能高效节能电暖器，其特征在于，所述温度控制开关(17)可在环境温度低且翅片散热体(1)温度未达到限定值时使多条电热线(7)同时工作，温度控制开关(17)采用55℃常闭温度控制开关，温度控制开关(17)位于翅片散热体(1)侧面、长方体电气控制盒(9)下面。
9.根据权利要求5所述的智能高效节能电暖器，其特征在于，所述凸轮转盘(21)的凸出长度需保证凸轮转盘(21)能够充分作用限位轮(25)，使行程开关(15)闭合。
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