CN110762597B - 一种碳热红外电加热采暖装置 - Google Patents

Abstract

本公开提出了一种碳热红外电加热采暖装置，包括：加热腔体，所述加热腔体的管道中内设置有单端碳热红外电加热元件，管道的一端为密封端，单端碳热红外电加热元件的扁平端与管道的密封端之间通过密封装置密封；所述密封装置包括密封套、压紧螺母及保护垫；该密封方式特别设计了带有内锥面的密封套、压紧保护垫及压紧螺母的端面A三重防止退结构，这对于电加热承压锅炉尤其重要。

Description

一种碳热红外电加热采暖装置

技术领域

本公开涉及采暖设备技术领域，特别是涉及一种碳热红外电加热采暖装置。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

碳热红外电加热元件是一种非金属的新材料应用技术，是在不断开发和完善的一种电热转换元件，相比于传统的金属电阻丝、碳化硅和PTC电加热元件具有电热转换效率高、远红外辐射加热强度高、加热速度快、启动工作过程无冲击电流、使用寿命长等特点，广泛应用在各个领域的加热和采暖设备中。

发明人在研究使用中发现，目前技术生产的碳热红外电加热元件所存在的缺点：外壁绝缘材料为石英材质的石英管，表面光滑，摩擦系数低，使用过程中易碎，大大限制了它广泛的应用范围。

另外，单端碳热红外电加热元件导电用的两个电极是在一端通过石英绝缘管加热密封压封后端部形成扁平形状，且二次外接两根通电导线通过二次绝缘瓷件穿过热压封后扁平形状进入碳热红外电加热元件的加热的腔体内。单端碳热红外电加热元件在使用的过程中需要放置在构成液体和空气加热腔体的管道中，常规的单端碳热红外电加热元件应用是将该加热元件垂直放入加热腔中，为防止震动，加热腔体的内径与加热元件外径相吻合，加热腔体内壁加工成螺旋槽状用做于加热的储水腔体，显而易见该加热储水腔体储水量较少。该装置只是密封了加热元件接线端的光滑圆柱面。由于碳红外电加热元件加热效率高，加热速度快，水加热使用过程储水螺旋槽内有限的储水量在热交换过程极容易造成水汽化，形成汽爆和管震，又由于水体密封只密封光滑圆柱面，在腔体螺旋槽内水压力和汽化蒸汽压力的双重作用下，碳热红外电加热元件容易沿着轴向位移和窜出，导致加热装置失效或损坏，因此，需要将单端碳热红外电加热元件的扁平形状端与管道的一端相密封，由于单端碳热红外电加热元件使用过程中因水流冲刷或物流运输引起震动破碎问题，因此，单端碳热红外电加热元件的扁平形状端与管道的一端相密封的性能和防止单端碳热红外电加热元件与腔体内壁碰撞是解决上述问题的关键。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本公开实施例子提供了一种碳热红外电加热采暖装置，由于采用了密封结构，能够实现室内空间区域内良好的加热效果，安全性好，加热效率高。

为了实现上述目的，本申请采用以下技术方案：

一种碳热红外电加热采暖装置，包括：加热腔体，所述加热腔体的管道中内设置有单端碳热红外电加热元件，管道的一端为密封端，单端碳热红外电加热元件的扁平端与管道的密封端之间通过密封装置密封；

所述密封装置包括密封套、压紧螺母及保护垫；

所述管道的密封端包括直管端面、端口内表面前端为呈锥角的锥面，密封端的外表面设置有外螺纹；所述密封套设置在所述密封端的直管端面，所述压紧螺母压紧所述保护垫，旋紧在所述密封端的外表面的外螺纹上；

所述密封套内部预埋弹性膨胀体和环形凹槽压环，所述密封套一端为圆柱体，另一端是呈锥角的椎体，其锥角与管道的密封端的锥角相等，使其等锥角贴合，圆锥的大圆直径与圆柱体外径的直径差形成一个端面，与管道的密封端的直管端面贴合；

所述密封套锥度一端设有内孔，其孔径尺寸稍微小于单端碳热红外电加热元件的外径，内孔为盲孔，该盲孔的底端为球面，该球面与单端碳热红外电加热元件压封形成的弧面相接触；

所述密封套的另一端为长方孔，该长方孔深度与内孔相通，其尺寸大小以使单端碳热红外电加热元件压封后形成的扁平形状和绝缘瓷件穿过；

所述压紧螺母压紧保护垫旋紧在所述管道的密封端的外表面的外螺纹上，形成一个密封腔，防止加热水由此溢出。

进一步的技术方案，所述压紧螺母由六角方钢加工制成，内螺纹与密封端外螺纹相匹配，内螺纹所在圆的内径稍大于密封套圆柱体的外径，内螺纹所在圆的内径为盲孔，压紧螺母另一端设置有内孔，内孔内径尺寸大于单端碳热红外电加热元件压封端扁平形状的对角尺寸；内孔长度大于单端碳热红外电加热元件的压封端；

通过旋紧压紧螺母，由盲孔和内孔直径差形成的端面经过保护垫向密封套提供压紧力。

进一步的技术方案，所述保护垫设置在由盲孔和内孔直径差形成的端面与密封套大端面之间；

所述保护垫为呈一定厚度的圆形垫片，中间为长方孔，其尺寸大小以单端碳热红外电加热元件压封后形成的扁平形状和绝缘瓷件穿过，所述保护垫上均匀分布若干个圆形凸起，与密封套的环形凹槽压环相接触；

所述压紧螺母旋压时，其压力通过压紧螺母端面传递给保护垫，保护垫通过均布的圆形凸起和端面将压力传递给密封套的环形凹槽压环和大端面；

所述保护垫当加热腔体内部压力增大时，防止单端碳热红外电加热元件随同密封套向外移动。

进一步的技术方案，所述压紧螺母沿旋紧方向旋紧时，加热腔体密封端的端面产生一个F2的压力，其锥面对密封套施加一个F1的分压力，使密封套8的内孔紧紧包裹单端碳热红外电加热元件的外壁；

另外当压紧螺母沿旋紧方向旋紧的同时，密封套内预埋弹性膨胀体在轴向挤压下沿弧面向外膨胀，产生一个挤压螺母内壁的力F4和一个挤压单端碳热红外电加热元件外壁的压力F3，该过程产生了F1、F2、F3、F4四个方向的膨胀压力，四个接触面双重密封。

进一步的技术方案，所述加热腔体靠近出水口的管道上设置有水位检测管，所述水位检测管为外径不等且存在锥角过渡的管状体，水位检测管的上端及侧壁上分别开口，开口所在的管壁分别设置有与浮球液位阀和排气阀相配合的管螺纹，在加注液体的过程中，水位检测管上端的气体经由排气阀排出，保证浮球液位阀的浮球与水位接触，水位检测管的圆柱空腔，保证浮球液位阀的浮球上下滑动自如，不与腔壁接触；

水位检测管下端外径与与之相连的直管的管径相匹配，水位检测管下端内径的孔与加热腔体内液体相连。

进一步的技术方案，电加热元件支撑架套入单端碳热红外电加热元件的前、后端，所述电加热元件支撑架为弹性体，内、外径尺寸能随外力而发生变化；

在循环加热过程中循环水所施加的流动冲击力会导致单端碳热红外电加热元件的振动时，所述电加热元件支撑架有效防止单端碳热红外电加热元件与管壁接触。

进一步的技术方案，所述密封套的材质为耐高温硅橡胶。

进一步的技术方案，所述加热腔体的密封端端面和内锥面涂抹润滑脂，将装配了密封套和电加热元件支撑架的单端碳热红外电加热元件，放入加热腔体的管腔中；

将装配了密封套和电加热元件支撑架的单端碳热红外电加热元件，通过用压紧螺母压紧保护垫旋紧在加热腔体管壁的前端外螺纹上。

进一步的技术方案，所述加热腔体为采用金属管、铸铁、铸钢、工程塑料、石英和陶瓷材料通过不同的成形制造组成串联或并联的循环水流通道。

进一步的技术方案，所述加热腔体的进水端通过进水管分别连接至回水管路及补水管路，在所述回水管路上设置有循环泵，循环泵连接至回水口，在所述补水管路上设置有三通阀，所述三通阀一端连接至进水管，一端连接至膨胀罐，另一端连接至软化水罐，所述软化水罐连接至补水口。

更进一步的技术方案，所述软化水罐进水端所在管路及出水端所在管路分别设置有手动控制阀。

进一步的技术方案，所述循环泵进水端所在管路及出水端所在管路分别设置有手动控制阀。

更进一步的技术方案，所述循环泵进水端所在管路还设置有Y型过滤阀。

进一步的技术方案，所述加热循环管路的外表面还设置有外壳保温层。

单端碳热红外电加热元件密封原理在另一实例承压电锅炉上的应用如下：

承压单端碳热红外电加热锅炉加热采暖装置，包括多个单端碳热红外电加热管，每个单端碳热红外电加热管通过密封装置固定在加热锅炉管板中；

密封装置包括加热锅炉压紧螺母、加热锅炉压紧保护垫、加热锅炉密封套；

管板孔的一端为锥形孔另一端为圆柱腔，两者连通，锥形孔所在大圆与圆柱腔形成一个截面，该截面与密封套的锥面和密封套的圆柱体外圆所形成的截面相匹配，管板孔的锥角与密封套的锥角一致，密封套的圆柱体为直径不等的圆柱体，两个不同的直径形成台阶结构，该台阶结构与压紧螺母的设有外螺纹的圆柱体结构相匹配，设有外螺纹的圆柱体结构抵住台阶结构，进行力的传递，压紧螺母内部直径不等的孔连通，且内部形成的台阶处放置压紧保护垫，压紧保护垫具有导向及压紧的功能，压紧螺母在旋紧的同时，在压紧保护垫的作用下，将压紧保护垫及密封套旋紧在加热锅炉管板孔中，同时，加热锅炉管板、压紧螺母、密封套、压紧保护垫共同构成密封结构，实现单端碳热红外电加热元件的密封。

与现有技术相比，本公开的有益效果是：

1、本公开压紧螺母的作用：一是通过旋紧螺母，由D2和D1直径差形成的端面A经过压紧垫向密封套提供的压紧力；二是内径D1的内孔长度大于单端碳热红外电加热元件的压封端，保护单端碳热红外电加热元件不被碰坏；三是由于单端碳热红外电加热采暖装置是密封的，工作过程中，加热腔体内压力大于外部大气压，为防止单端碳热红外电加热元件经过压紧螺母的内孔D1向外移动，该密封方式特别设计了带有内球面的密封套、压紧保护垫及压紧螺母的端面A三重防止退结构，这对于电加热承压锅炉尤其重要。

2、本公开将装配了密封套和电加热元件支撑架的单端碳热红外电加热元件，通过用压紧螺母压紧保护垫旋紧在加热腔体管壁的前端外螺纹上，形成一个密封腔，防止加热水由此溢出。

3、本公开电加热元件支撑架可以随需要添加，本示意图安装2个，其作用：一是在循环加热过程中循环水所施加的流动冲击力会导致单端碳热红外电加热元件的振动，该支架可有效防止单端碳热红外电加热元件与管壁接触；二是起到扰流的作用，使热量传递更加均匀；三是防止运输过程中碰撞导致单端碳热红外电加热元件损坏。

4、本公开压紧保护垫的作用：一是压紧螺母旋压时，其压力通过压紧螺母小端面A传递给压紧保护垫，压紧保护垫通过均布的六个圆形凸起和端面将压力传递给密封套的环形凹槽压环和大端面；二是当加热腔体内部压力增大时，防止单端碳热红外电加热元件随同密封套向外移动。

5.本公开当压紧螺母沿旋紧方向旋紧时，加热腔体密封端的端面产生一个F2的压力，其锥面对密封套施加一个F1的分压力，使密封套的内孔D2紧紧包裹单端碳热红外电加热元件的外壁；另外当压紧螺母沿旋紧方向旋紧的同时，密封套内预埋弹性膨胀体在轴向挤压下沿弧面向外膨胀，产生一个挤压螺母内壁D2的力F4和一个挤压单端碳热红外电加热元件外壁的压力F3，该过程产生了四个方向的膨胀压力，四个接触面双重密封。压紧螺母沿旋转旋进方向旋紧越紧，四个方向的压力F1、F2、F3和F4越大，密封性能越好。

6.本公开将高效的碳热红外电加热元件应用于采暖，并设计安全可靠的电采暖装置。增加碳热红外电加热元件的尺寸、功率和支数，可广泛应用于各种大功率的电加热采暖设备或电采暖锅炉。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。

图1(a)为本公开实施例子碳热红外电加热管采暖装置的整体结构示意图；

图1(b)为本公开实施例子碳热红外电加热管采暖装置的端部密封方式局部放大图；

图2为本公开实施例子碳热红外电加热采暖装置中加热腔体的结构图；

图3为本公开实施例子直管密封端结构图；

图4(a)-图4(c)为本公开实施例子水位监测管结构图；

图5为本公开实施例子电加热元件支撑架套入单端碳热红外电加热元件的前、后端结构图；

图6(a)-图6(c)为本公开实施例子电加热元件支撑架结构图；

图7为本公开实施例子将密封套套入单端碳热红外电加热元件前端结构图；

图8(a)-图8(e)为本公开实施例子密封套结构图；

图9(a)-图9(e)为本公开实施例子压紧螺母结构图；

图10(a)-图10(c)为本公开实施例子压紧保护垫结构图；

图11为本公开实施例子单端碳热红外电加热采暖装置的密封原理图；

图12(a)-图12(d)为另一公开实例碳红外电加热承压锅炉三根单端碳热红外电加热管为一组的结构图；

图12(e)为本公开实施例中一根碳热红外电加热管密封端A处的局部放大图；

图13(a)-图13(c)为本公开实施例子碳热红外电加热元件管板的结构图；

图14(a)-图14(d)为本公开实施例子压紧螺母的结构图；

图15(a)-图15(d)为本公开实施例子密封套的结构图；

图16为本公开实施例子碳热红外电加热采暖装置应用于地暖采暖工程流程图；

图17为本公开实施例子碳热红外电加热采暖装置应用于暖气片采暖工程流程图；

图中，1.手动控制阀；2.软化水罐；3.三通接头；4.膨胀罐；5.加热腔体；6.腔体保温层；7.循环水；8.密封套；9.单端碳热红外电加热元件；10.压紧保护垫；11.压紧螺母；12.电加热元件支撑架；13.防干烧温控传感器；14.浮球液位阀；15.排气阀；16.水温温控传感器；17.循环泵；18.Y型过滤；19.补水口接管；

2-1加热锅炉管板、2-2、加热锅炉压紧螺母；2-3、加热锅炉单端碳热红外电加热元件；2-4、加热锅炉压紧保护垫；2-5、加热锅炉密封套；2-6、支撑架固定螺母；2-7、固定螺栓；2-8、加热锅炉本体。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本公开的一种典型的实施方式中，参见附图1(a)-附图1(b)所示，公开了一种碳热红外电加热采暖装置，包括：加热腔体5，所述加热腔体的管道中内设置有单端碳热红外电加热元件9，管道的一端为密封端，单端碳热红外电加热元件的扁平端与管道的密封端之间通过密封装置密封；

密封装置包括密封套8、压紧螺母11及压紧保护垫10；

管道的密封端包括直管端面、端口内表面前端为呈锥角的锥面，密封端的外表面设置有外螺纹；所述密封套设置在所述密封端的直管端面，所述压紧螺母压紧所述保护垫，旋紧在所述密封端的外表面的外螺纹上；

密封套内部预埋弹性膨胀体和环形凹槽压环，所述密封套一端为圆柱体，另一端是呈锥角的椎体，其锥角与管道的密封端的锥角相等，使其等锥角贴合，圆锥的大圆直径与圆柱体外径的直径差形成一个端面，与管道的密封端的直管端面贴合；

密封套锥度一端设有内孔，其孔径尺寸稍微小于单端碳热红外电加热元件的外径，内孔为盲孔，该盲孔的底端为球面，该球面与单端碳热红外电加热元件压封形成的弧面相接触；

密封套的另一端为长方孔，该长方孔深度与内孔相通，其尺寸大小以使单端碳热红外电加热元件压封后形成的扁平形状和绝缘瓷件穿过；

压紧螺母压紧保护垫旋紧在所述管道的密封端的外表面的外螺纹上，形成一个密封腔，防止加热水由此溢出。

具体实施例子中，可以根据该装置型号不同、用途不同，准备不同的加热腔体5，该加热腔体5可以采用金属管、铸铁、铸钢、工程塑料、石英和陶瓷材料通过不同的成形制造组成串联或并联的循环水流通道。

参见附图2所示，是碳热红外电加热采暖装置中加热腔体5的结构图，该加热腔体5由直管、弯头、汇管、异心异径接管和水位监测管组成串联流水通道，第一直管左端部为密封端，回水口、出水口外接供暖密封管路，补水口通过三通接头外接膨胀罐和自来水，形成一个密封的相互串联的供暖循环管路，三个加热管从回水口到出水口依顺序加热，无逆向热阻，液体流动更顺畅。

第一直管的内径应与单端碳热红外电加热元件9的外径尺寸相匹配，如果直径差太小，而单端碳热红外电加热元件9的加热效率高，加热速度快，液体容量不足容易形成气爆或管震，造成采暖装置有噪音或失效损坏。

第一直管密封端结构见附图3所示，有直管端面、端口内表面前端为α锥角的锥面，与密封套8小端面、外锥面相接触，密封端口外表面为外螺纹，与压紧螺母11内螺纹相匹配。

该加热腔体5右上方水位监测管，为预防干烧而设置，与防干烧温控传感器13形成双重保护，其结构如图4(a)-图4(c)所示。

该水位检测管为外径D3、D5锥角β过渡的管状体，图中G1、G2分别为与浮球液位阀14和排气阀15相配合的管螺纹，在加注液体的过程中，水位检测管上端的气体经由排气阀15排出，保证浮球液位阀14的浮球与水位接触，内径D2和长度L形成的圆柱空腔，保证浮球液位阀14的浮球上下滑动自如，不与腔壁接触。外径D5与与之相连的第二直管的管径相匹配，内径D4的孔与加热腔体内液体相连，加热腔体5的管道上还设置有水温温控传感器16。

该水位检测管位置也可根据需求设置为其它检测元件，如水流开关、压力开关等，其相应结构随检测元件的不同而重新设计。

将电加热元件支撑架12套入单端碳热红外电加热元件9的前、后端，如下图5所示。

电加热元件支撑架12为弹性体，内、外径尺寸可以随外力而发生变化，如下图6(a)-图6(c)所示。

该电加热元件支撑架12可以随需要添加，本示意图安装2个，其作用：一是在循环加热过程中循环水所施加的流动冲击力会导致单端碳热红外电加热元件9的振动，该支架可有效防止单端碳热红外电加热元件9与管壁接触；二是起到扰流的作用，使热量传递更加均匀；三是防止运输过程中碰撞导致单端碳热红外电加热元件9损坏。

将密封套8套入单端碳热红外电加热元件9前端，如图7所示。

密封套8的材质为耐高温硅橡胶，内部预埋弹性膨胀体和环形凹槽压环，其结构如图8(a)-图8(e)所示。

该密封套8的结构特点：密封套8一端为直径为D6的圆柱体，另一端是锥角为α的椎体，其锥角α与加热腔体5密封端的锥角α相等，使其等锥角贴合；圆锥的大圆与外径D6直径差形成一个小端面，与加热腔体5密封端的端面贴合；密封套8锥度一端有内径为D7的内孔，其孔径D7尺寸稍微小于电加热管9的外径，孔径D7的孔为盲孔，该盲孔的底端是球面，该球面与电加热管9压封形成的弧面相接触；密封套8的另一端为一L1×L2的长方孔，该长方孔深度与内径为D7的内孔相通，其尺寸大小以使电加热管9压封后形成的扁平形状和绝缘瓷件穿过为宜。

将加热腔体5的密封端端面和内锥面涂抹润滑脂，然后将装配了密封套8和电加热元件支撑架12的单端碳热红外电加热元件9，放入加热腔体5的管腔中。

将装配了密封套8和电加热元件支撑架12的单端碳热红外电加热元件9，通过用压紧螺母11压紧保护垫10旋紧在加热腔体5管壁的前端外螺纹上，形成一个密封腔，防止加热水由此溢出。

压紧螺母11的结构如图9(a)-图9(e)所示，该螺母由六角方钢加工制成，内螺纹M与加热腔体5密封端外螺纹相匹配，其深度为L9，内径D10与内螺纹M小径相同，稍大于密封套8外径D6，使其方便进入，螺母内径D10为盲孔，深度为L8；压紧螺母另一端为内径为D9内孔，其深度与D10内孔相通，内径D9尺寸大于单端碳热红外电加热元件9压封端扁平形状的对角尺寸，使其顺利穿过。压紧螺母11的作用：一是通过旋紧螺母，由D9和D10直径差形成的端面A经过压紧保护垫12向密封套8提供的压紧力；二是内径D9的内孔长度大于单端碳热红外电加热元件9的压封端，保护单端碳热红外电加热元件9不被碰坏；三是由于单端碳热红外电加热采暖装置是密封的，工作过程中，加热腔体5内压力大于外部大气压，为防止单端碳热红外电加热元件9经过压紧螺母11的内孔D9向外移动，该密封方式特别设计了带有内球面的密封套8、压紧保护垫10及压紧螺母11的端面A三重防止退结构，这对于电加热承压锅炉尤其重要。

压紧保护垫10的结构如图10(a)-图10(c)所示，压紧垫10为厚度L12直径为d1的圆形垫片，中间为L1×L2的长方孔，其尺寸大小以单端碳热红外电加热元件9压封后形成的扁平形状和绝缘瓷件穿过为宜，压紧垫直径d2上分布6个圆形凸起，总高度为L11。压紧保护垫10的作用：一是压紧螺母11旋压时，其压力通过压紧螺母11小端面A传递给压紧保护垫10，压紧保护垫10通过均布的六个圆形凸起和端面将压力传递给密封套8的环形凹槽压环和大端面；二是当加热腔体5内部压力增大时，防止单端碳热红外电加热元件9随同密封套8向外移动。

单端碳热红外电加热采暖装置的密封原理，见图11所示，当压紧螺母11沿旋紧方向旋紧时，加热腔体5密封端的端面产生一个F2的压力，其锥面对密封套8施加一个F1的分压力，使密封套8的内孔D7紧紧包裹单端碳热红外电加热元件9的外壁；另外当压紧螺母11沿旋紧方向旋紧的同时，密封套8内预埋弹性膨胀体在轴向挤压下沿弧面向外膨胀，产生一个挤压螺母内壁D10的力F4和一个挤压单端碳热红外电加热元件9外壁的压力F3，该过程产生了四个方向的膨胀压力，四个接触面双重密封。压紧螺母8沿旋转旋进方向旋紧越紧，四个方向的压力F1、F2、F3和F4越大，密封性能越好。

用管道接头和图1中所示的各种零件连接在一起，组成封闭循环系统。系统中：手动控制阀1的设置，方便工作中检修，关闭相应水道；软化水罐2的设置，对进入管道的自来水进行软化处理，防止管道中结垢；三通接头3便于实现不同流向的控制，膨胀罐4的设置，将封闭系统中由于温度升高造成的液体膨胀由膨胀罐吸收或释放；加热腔体外设置有腔体保温层6，Y型过滤阀18的设置，将循环水中的杂质过滤掉，延长循环泵使用寿命；循环泵17，提供液体循环水7，送至散热器散热，保证供暖需求，补水口接管用于在水位低时及时补充水。

上述装置配上控制电路，将该循环系统中部分或者全部装配在外壳内，即可应用于换热采暖。

实施例子二

实施例子一中的密封原理在承压单端碳热红外电加热锅炉中的应用，见图12(a)-图12(d)所示：该图示表示为三根单端碳热红外电加热管为一组的结构，相当于上述实施例子一中的加热腔体中的一根单端碳热红外电加热元件，将图示中的加热单元通过法兰与电锅炉本体连接，电锅炉本体由直管、汇管、弯头组成类似本加热腔体的串联水路。

图12(e)所示，每个加热锅炉单端碳热红外电加热元件2-3的一端均固定在加热锅炉管板2-1中，管板2-1通过固定螺栓2-7固定在加热锅炉本体2-8上，为了实现每个单端碳热红外电加热元件的扁平端与加热锅炉管板的密封，对应的密封装置包括加热锅炉压紧螺母2-2、加热锅炉压紧保护垫2-4、加热锅炉密封套2-5。

在具体实施例子中，三个单端碳热红外电加热元件在腔体内利用带有三个均布孔的支撑板支撑，支撑架固定螺母2-6一端与支撑板固定连接，另一端固定在加热锅炉管板2-1上。

加热锅炉压紧螺母由于将位于加热锅炉管板孔与密封套之间，因此，加热锅炉压紧螺母上设有外螺纹，加热锅炉管板孔内表面设有内螺纹。

管板孔的一端为锥形孔另一端为圆柱腔，两者连通，锥形孔所在大圆与圆柱腔形成一个截面，该截面与密封套的锥面和密封套的圆柱体外圆所形成的截面相匹配，管板孔的锥角与密封套的锥角一致，密封套的圆柱体为直径不等的圆柱体，两个不同的直径形成台阶结构，该台阶结构与压紧螺母的设有外螺纹的圆柱体结构相匹配，设有外螺纹的圆柱体结构抵住台阶结构，进行力的传递，压紧螺母内部直径不等的孔连通，且内部形成的台阶处放置压紧保护垫，压紧保护垫具有导向、压紧及止退的功能，压紧螺母在旋紧的同时，在压紧保护垫的作用下，将其旋紧在加热锅炉管板孔中，同时，加热锅炉管板、压紧螺母、密封套、压紧保护垫共同构成密封结构，当压紧螺母旋紧时，密封套端面、锥面及密封套内部的预埋的弹性膨胀体同样产生图11所示F1、F2、F3及F4四个方向的力，实现单端碳热红外电加热元件的的密封。

对于采用碳热红外电加热元件作为加热元件的电加热承压锅炉而言，压紧保护垫是必须的，炉内压力推动单端碳热红外电加热管向外移动，如果没有密封套的内球面和压紧保护垫，单端碳热红外电加热元件就会在压力的作用下向外移出，造成热水外溢，致使电加热承压锅炉失效。

采用碳热红外电加热元件的电加热承压锅炉的密封原理与碳热红外电加热的采暖装置的密封原理一致，由于加热管功率不同，所以其尺寸大小不同，各相应零件尺寸和结构略有不同。

图13(a)-图13(c)为碳热红外电加热元件管板的结构图，每一个管板上安装3根碳热红外电加热元件。

图14(a)-图14(d)为压紧螺母的结构图，将采暖装置中使用的压紧螺母11的内螺纹改为外螺纹，图15(a)-图15(d)为密封套5的结构图，结构尺寸发生变化，但密封原理不变。

碳热红外电加热采暖装置应用于地暖采暖工程，见附图16，及碳热红外电加热采暖装置应用于暖气片采暖工程，见附图17。

碳热红外电加热采暖装置，管体材质为石英的碳热红外电加热元件应用于采暖领域，与其它相关配件组成封闭的一个循环系统，为用户提供一种新型高效的采暖装置。

本公开提供了多组碳热红外电加热元件应用在水加热电采暖领域；

本公开解决了单端碳热红外电加热元件水腔体的密封；

本公开解决了单端碳热红外电加热元件使用过程中因水流冲刷、物流运输引起震动破碎问题；

本公开在水循环系统中增加了实时水质软化罐，避免加热过程中循环水结垢；

本公开该装置中，增加了膨胀罐，使水循环系统可以组成封闭系统。

本公开一种碳热红外电加热采暖装置，包括若干单端碳热红外电加热管，若干单端碳热红外电加热管设置在外壳内，加热外壳内的工质，被加热后的工质输送至采暖设备，可以为地暖或者壁暖设备，用于供暖或者给其他设备传递热量。

需要说明的是，关于单端碳热红外电加热管，即加热管的引线均从一端引出，使用起来更加方便，便于后续的密封，提高加热的效率。

在一种实施例子中，能量传递的工质采用水，利用补水口进水，水先经过软化水罐进行软化，软化后的水能够避免形成水垢，防止水管道积留水垢、经常堵塞、热效率低等现象，软化后的水经过三通阀通过入口管路进入加热循环管路中形成循环水。

在一实施例子中，加热循环管路根据实际加热的需要设置相应数量的单端碳热红外加热管，在该实施例子中，单端碳热红外加热管的数量为三个，当然，若供暖设备需要的热量小时，也可减少单端碳热红外加热管的数量，同样的，若供暖设备需要的热量大时，则需要增加单端碳热红外加热管数量或者增大单端碳热红外加热管尺寸，增大单端碳热红外加热管的加热功率。

由于水在加热循环管路中受热会膨胀，因此，为了避免水由于加热导致的膨胀的问题，在三通阀的一端还连接有膨胀罐，当外界有压力的水或液体工质(包括初期注水、水位下降补水、加热膨胀的水)进入膨胀罐时，密封在罐内的气体被压缩，气体受到压缩后体积变小压力升高，直到膨胀罐内气体压力与水(初期注水、水位下降补水、加热膨胀的水)的压力达到一致时停止进水，当水流失压力减低时膨胀罐内气体压力大于水的压力，此时气体膨胀将水挤出。

在实施例子中，加热循环管路包括U型弯管及直管，U型弯管及直管均为水平布置，该布置方式便于水循环流动，并且防止密封端有窝气产生，U型弯管及直管内分别设置有单端碳热红外电加热管，U型弯管通过汇管连接至直管，由于加热时，单端碳热红外电加热管需要密封在管道内，因此，单端碳热红外电加热管的接线端通过密封装置密封安装在U型弯管及直管的开口端。

加热后的水从出水口进入采暖设备，采暖设备吸收水的热量后供暖，释放热量后的水通过回水口在循环泵的作用下从新返回至循环水的入口管路，然后在进入加热循环管路进行加热，实现水的循环使用。加热循环管路作为外壳，在外壳外还设置外壳保温层，避免热能量的流失。

循环泵的进水端及出水端分别设置有手动控制阀，在循环泵需要更换或者维修时，利用手动控制阀关闭管路，使得水不再循环，更换或者维修结束后，在打开手动控制阀，继续水循环，另外，在循环泵的进水端还设置有Y型过滤阀，由于热水在采暖设备内使用时，会存在对水质的改变，因此，采用Y型过滤阀进行过滤，使得水质能够满足加热循环水的要求。

还有，在软化水罐的进水口及出水口所在的管路上分别设置有手动控制阀，同样的道理，也能够实现在软化水罐进行维修或者加软化材料的时候，关闭其两端的手动控制阀，在材料增加完毕后，再打开其两端的手动控制阀，实现管路的正常运行。

在一种实施例子中，在加热的过程中如何保持加热循环管路的密封性，提高单端碳热红外电加热管的加热效率，因此，如何实现对易碎的单端碳热红外电加热管进行密封是比较重要的。由于碳热红外电加热管是单端的，因此，只需要在该碳热红外电加热管的接线端实现与循环管路的密封固定即可。

在另一实施例子中，还公开了一种碳热红外电加热采暖装置的温度控制系统，为了更好的实现对上述实施例子的采暖设备的温度控制的作用，在入口管路上设置有管道水温温控采集设备，加热循环管路的出水端所在的外壳上设置有防干烧温控采集设备，具体的，温控采集设备可选择为温度传感器，通过检测管道循环水的温度，及时调整所加热的单端碳热红外电加热管的功率，例如，当检测到管道水温低于设定值时，可以开启单端碳热红外电加热管工作，当检测到管道水温高于设定值时，可以停止单端碳热红外电加热管工作，使得温度不至于太高。

具体的，上述温度控制系统可以包括控制器，控制器分别连接至上述两个温度传感器，接收两个温度传感器的采集的数据并作出判断，或者根据需要设定上下限值，进行报警等。

在一种典型的应用例子中，上述碳热红外电加热采暖装置的出水口端可连接至散热片的进水端，散热片的出水端连接至碳热红外电加热采暖装置的回水口，在散热片的出水端于回水口之间还设置有排水阀，根据需要实现对加热片的排水。

在另一种典型的应用例子中，上述碳热红外电加热采暖装置的出水口端可连接至地暖分水器的进水端，地暖分水器的出水端连接至回水口。

本公开上述实施例子中的加热循环管路的加热工质包括但不限为液体水，也可以为其他液体工质，例如导热油等。

本公开的实施例子是将高效的碳热红外电加热元件应用于采暖，通过增加碳热红外电加热管的尺寸、功率和根数，可广泛应用于各种大功率的电加热采暖设备或电采暖锅炉。

本公开的实施例子提供了多组单端碳热红外电加热元件应用在水加热电采暖领域；解决了单端碳热红外电加热元件水腔体的密封；解决了单端碳热红外电加热元件使用过程中因水流冲刷引起震动破碎问题；在水循环系统中增加了实时水质软化罐，避免加热过程中循环水结垢；该装置中，增加了膨胀罐，使水循环系统可以组成封闭系统。

本公开的实施例子管体材质为石英的碳热红外电加热管，应用于采暖领域，与其它相关配件组成封闭的一个循环系统，为用户提供一种新型高效的采暖装置。

上述采暖装置具体实施过程，需要经过以下步骤进行：

根据该装置型号不同、用途不同，准备不同的外壳，该外壳可以采用金属管、铸铁、铸钢、工程塑料和陶瓷材料通过不同的成形制造工艺组成串联的循环水流通道。

将加热管支撑架套入单端碳热红外电加热管尾部，将密封套套入单端碳热红外电加热管前端，将装配了密封套和加热管支撑架的单端碳热红外电加热管，放入外壳5的管腔中，将装配了密封套和加热管支撑架的单端碳热红外电加热管，通过用压紧螺母压紧保护垫旋紧在外壳管壁的前端外螺纹上，形成一个密封腔，防止加热水由此溢出。

用管道接头和图示中的各种零件连接在一起，组成封闭循环系统。具体实施时，配上控制电路，将该循环系统中部分或者全部装配在外壳内，即可应用于换热采暖。

上述实施例子中，碳热红外电加热采暖装置中各零件序号的安装顺序、排列位置、管道走向和整体结构构成均为本申请实施例子中所优选的方式。

可以理解的是，在本说明书的描述中，参考术语“一实施例”、“另一实施例”、“其他实施例”、或“第一实施例～第N实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种碳热红外电加热采暖装置，其特征是，包括：加热腔体，所述加热腔体的管道中内设置有单端碳热红外电加热元件，管道的一端为密封端，单端碳热红外电加热元件的扁平端与管道的密封端之间通过密封装置密封；

所述密封装置包括密封套、压紧螺母及保护垫；

所述管道的密封端包括直管端面、端口内表面前端为呈锥角的锥面，密封端的外表面设置有外螺纹；所述密封套设置在所述密封端的直管端面，所述压紧螺母压紧所述保护垫，旋紧在所述密封端的外表面的外螺纹上；

所述密封套内部预埋弹性膨胀体和环形凹槽压环，所述密封套一端为圆柱体，另一端是呈锥角的椎体，其锥角与管道的密封端的锥角相等，使其等锥角贴合，圆锥的大圆直径与圆柱体外径的直径差形成一个端面，与管道的密封端的直管端面贴合；

所述密封套锥度一端设有内孔，其孔径尺寸稍微小于单端碳热红外电加热元件的外径，内孔为盲孔，该盲孔的底端为球面，该球面与单端碳热红外电加热元件压封形成的弧面相接触；

所述密封套的另一端为长方孔，该长方孔深度与内孔相通，其尺寸大小以使单端碳热红外电加热元件压封后形成的扁平形状和绝缘瓷件穿过；

所述压紧螺母压紧保护垫旋紧在所述管道的密封端的外表面的外螺纹上，形成一个密封腔，防止加热水由此溢出。

2.如权利要求1所述的一种碳热红外电加热采暖装置，其特征是，所述压紧螺母由六角方钢加工制成，内螺纹与密封端外螺纹相匹配，内螺纹所在圆的内径稍大于密封套圆柱体的外径，内螺纹所在圆的内径为盲孔，压紧螺母另一端设置有内孔，内孔内径尺寸大于单端碳热红外电加热元件压封端扁平形状的对角尺寸；内孔长度大于单端碳热红外电加热元件的压封端；

通过旋紧压紧螺母，由盲孔和内孔直径差形成的端面经过保护垫向密封套提供的压紧力。

3.如权利要求1所述的一种碳热红外电加热采暖装置，其特征是，所述保护垫设置在由盲孔和内孔直径差形成的端面与密封套大端面之间；

所述保护垫为呈一定厚度的圆形垫片，中间为长方孔，其尺寸大小以单端碳热红外电加热元件压封后形成的扁平形状和绝缘瓷件穿过，所述保护垫上均匀分布若干个圆形凸起，与密封套的环形凹槽压环相接触；

所述压紧螺母旋压时，其压力通过压紧螺母端面传递给保护垫，保护垫通过均布的圆形凸起和端面将压力传递给密封套的环形凹槽压环和大端面；

所述保护垫当加热腔体内部压力增大时，防止单端碳热红外电加热元件随同密封套向外移动。

4.如权利要求1所述的一种碳热红外电加热采暖装置，其特征是，所述压紧螺母沿旋紧方向旋紧时，加热腔体密封端的端面产生一个F2的压力，其锥面对密封套施加一个F1的分压力，使密封套(8)的内孔紧紧包裹单端碳热红外电加热元件的外壁；

另外当压紧螺母沿旋紧方向旋紧的同时，密封套内预埋弹性膨胀体在轴向挤压下沿弧面向外膨胀，产生一个挤压螺母内壁的力F4和一个挤压单端碳热红外电加热元件外壁的压力F3，该过程产生了F1、F2、F3、F4四个方向的膨胀压力，四个接触面双重密封。

5.如权利要求1所述的一种碳热红外电加热采暖装置，其特征是，加热腔体靠近出水口的管道上设置有水位检测管，所述水位检测管为外径不等且存在锥角过渡的管状体，水位检测管的上端及侧壁上分别开口，开口所在的管壁分别设置有与浮球液位阀和排气阀相配合的管螺纹，在加注液体的过程中，水位检测管上端的气体经由排气阀排出，保证浮球液位阀的浮球与水位接触，水位检测管的圆柱空腔，保证浮球液位阀的浮球上下滑动自如，不与腔壁接触；

水位检测管下端外径与与之相连的直管的管径相匹配，水位检测管下端内径的孔与加热腔体内液体相连。

6.如权利要求1所述的一种碳热红外电加热采暖装置，其特征是，电加热元件支撑架套入单端碳热红外电加热元件的前、后端，所述电加热元件支撑架为弹性体，内、外径尺寸能随外力而发生变化；

在循环加热过程中循环水所施加的流动冲击力会导致单端碳热红外电加热元件的振动时，所述电加热元件支撑架有效防止单端碳热红外电加热元件与管壁接触。

7.如权利要求1所述的一种碳热红外电加热采暖装置，其特征是，所述密封套的材质为耐高温硅橡胶。

8.如权利要求1所述的一种碳热红外电加热采暖装置，其特征是，所述加热腔体的密封端端面和内锥面涂抹润滑脂，将装配了密封套和电加热元件支撑架的单端碳热红外电加热元件，放入加热腔体的管腔中；

将装配了密封套和电加热元件支撑架的单端碳热红外电加热元件，通过用压紧螺母压紧保护垫旋紧在加热腔体管壁的前端外螺纹上。

9.如权利要求1所述的一种碳热红外电加热采暖装置，其特征是，所述加热腔体为采用金属管、铸铁、铸钢、工程塑料、石英和陶瓷材料通过不同的成形制造组成串联或并联的循环水流通道；

所述加热腔体的进水端通过进水管分别连接至回水管路及补水管路，在所述回水管路上设置有循环泵，循环泵连接至回水口，在所述补水管路上设置有三通阀，所述三通阀一端连接至进水管，一端连接至膨胀罐，另一端连接至软化水罐，所述软化水罐连接至补水口。

10.承压单端碳热红外电加热锅炉加热采暖装置，其特征是，包括多个单端碳热红外电加热管，每个单端碳热红外电加热管通过密封装置固定在加热锅炉管板中；

密封装置包括加热锅炉压紧螺母、加热锅炉压紧保护垫、加热锅炉密封套；

管板孔的一端为锥形孔另一端为圆柱腔，两者连通，锥形孔所在大圆与圆柱腔形成一个截面，该截面与密封套的锥面和密封套的圆柱体外圆所形成的截面相匹配，管板孔的锥角与密封套的锥角一致，密封套的圆柱体为直径不等的圆柱体，两个不同的直径形成台阶结构，该台阶结构与压紧螺母的设有外螺纹的圆柱体结构相匹配，设有外螺纹的圆柱体结构抵住台阶结构，进行力的传递，压紧螺母内部直径不等的孔连通，且内部形成的台阶处放置压紧保护垫，压紧保护垫具有导向、压紧及止退的功能，压紧螺母在旋紧的同时，在压紧保护垫的作用下，将其旋紧在加热锅炉管板孔中，同时，加热锅炉管板、压紧螺母、密封套、压紧垫片共同构成密封结构，当压紧螺母旋紧时，密封套端面、锥面及密封套内部预埋的弹性膨胀体同样产生F1、F2、F3及F4四个方向的力，实现单端碳热红外电加热元件的密封。

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