CN1157395A - 器件化广谱红外液体动态速热管 - Google Patents

Abstract

器件化广谱红外液体动态速热管属于有源的液体加热器。目的在于一改传统的静态厚钝固/液吸附膜热惯性极大的慢速热交换的加热机理，开创以高效红外辐射直接加热为主，以动态超薄吸附膜热交换间接加热为辅的双重速热机制设计。本发明由广谱红外发射体、通液盘管柱、隔热真空室包衣及磁化节组合而成，并且器件化，适于工业和民用液体加热场合，无污染，无触电无毒杀风险，节能，液温无热惯性，可实现真正自动控制。若用于家庭淋浴，即开即用，因季节不同仅需200～500瓦电耗。

Description

器件化广谱红外液体动态速热管

本发明属于有源的液体加热器。

传统的液体加热器几乎无一例外地只是固/液界面厚钝静态吸附膜热交换，近年来市售咖啡壶似乎引入了红外辐射直接加热机制，然而却无红外辐射回收装置，而且辐射吸收面积过小；全玻璃真空太阳能集热器(中国专利851001424)，虽然较多地考虑了管壁对太阳能的充分吸收，但仍属于单一的静态厚钝吸附膜热交换。因此，包括化学反应鉴在内的液体加热器，几乎都未从液体本身的加热物理进行设计。它们存在明显缺陷：热效率低，加热慢，非动态，设备体积庞大，液体热惯性大，加热后液体分子理化状态，尤其是，热水分子对人体保健状态不明朗，而且液温严重滞后加热而制约了液温自动控制。

本发明目的在于克服上述缺陷，开创以高效红外辐射直接加热为主和动态超薄吸附膜快速热交换为辅的超高效速热动态液体加热器，并且令其器件化，使热工设计便于直接引入电子线路的思想方法。

本发明结构如图1所示，工件分别是广谱红外发射体(1)，通液盘管柱(2)，盘管柱的隔热保温真空室包衣(3)，液体磁化节(4)。选取高硼玻璃、石英玻璃、氮化硅或聚合物(po1ymer)的管料盘绕成单层密绕线圈形盘管柱(2)，盘管柱用同料质真空室做包衣(3)以隔热保温，盘管柱盘管的管料上、下口分别穿出包衣，下口为进液口(5)，上口为出液口(6)。制作时，先于溅射台，对盘管柱的外壁，用磁控溅射法溅射“选择吸收·全反射”渐变薄膜Al-N/Al(9)。内层选择吸收层Al-N厚0.08～0.25μm，它可强烈吸收部分近红外和全部中红外及远红外；外层全反射层Al厚0.1～0.5μm，它对红外全反射。溅射好的盘管柱封入由套管(7)(8)构成的包衣内，然后抽真空封口。真空度保障包衣的内套管(7)及外套管(8)距盘管的间距分别大于真空室残余气体的平均自由程，例如真空度不小于5×10^-3乇。此后，盘管柱包衣(3)外套管(8)的外壁用化学气相淀积、化学镀、磁控溅射、真空蒸发或等离子体喷镀等技术，淀积一层厚0.2～0.5μm的金属或合金膜(10)，如Cr膜、Al膜，做全反射膜(10)。

组装：将高强度硬质陶瓷管或掺杂不锈钢管制成的广谱红外发射体(1)，置于包衣内套管(7)的心轴，彼此间有绝缘支撑，发射体高度小于或等于盘管柱总高。盘管柱的进液口(5)与磁化节(4)相连接，保障液体不渗漏。磁化节是能使高速穿过的液体分子产生化学键核磁共振的强磁体，如稀土强磁体。液体磁化一来保障对盘管内壁无“有害”杂质垢沉积；二来保障液体分子磁化后理化性能得到改善；再者是液体磁化变轻。

运行：广谱红外发射体(1)上、下端与馈电线连接；盘管柱出液口(6)及磁化节(4)分别与热态出液管、冷态供液管连通。通液与馈电同步进行，使磁化后的液体冷态入，逐步盘升加热，随后热态流出。液体分子吸收红外辐射而瞬态直接加热；透过液体的残余红外辐射由盘管柱外壁镀膜(9)的选择吸收层Al-N强吸收，再余下的由盘管柱外壁镀膜(9)的全反射层Al层反射，使选择吸收层及液体吸收出现二次过程；最后泄漏的红外辐射，由全反射膜(10)反射回收。

选择吸收全反射膜(9)的内层Al-N所能吸收的红外辐射热向内传至固/液界面，使液体高速流动而减薄的“动态超薄吸附膜”的内层液体分子靠热传导加热；吸附膜内外液体分子受浓度梯度驱动彼此扩散。扩散至膜外的受热液体分子又迅速被液流带走，使吸附膜内外保持浓度梯度。这一动态超薄吸附膜热交换间接加热过程也几乎是瞬态完成的，而且属于辅助的加热过程；相比之下，液体红外的直接加热是主体加热过程。

液体磁化变轻，液体受热变轻，这二种力使液体在盘管柱的盘管内上浮自然盘升，减轻了对入液口的液压要求，甚至可以是零压力。若迭加外界液压，盘升会更快，小尺度盘升可以忽略科里奥利(Coriolis)力，液体会产生巨大的离心力和与之相平衡的指向轴心的负压力；这负压力为应用中液体缓冲器提供附加的中心向上的提升力。总之，运行不用燃气，水电严格分离，安全。

实施例与效果：

实施例1：(见图1)管料外径12mm，盘管外径100mm高200mm，真空室包衣外径110mm，磁化节尺寸与之相配合，发射体外径30mm高180mm功率500W，按图1安装。经运行，速热管流量为8L/min时，出液口液体温升达30℃。用于家庭淋浴器，即开即用，因季节不同，发射体只需200～500瓦电耗。

实施例2：(为液体缓冲器提供附加的提升力，见图2)速热管同实施例1，上连液体缓冲器。由于高速盘升的液流，从速热管向液体缓冲器注入时，液流仍然维持高速旋转，指向轴心的负压力使液流在缓冲器中心向上的出口喷出，因此，为液体提供了附加的提生力。

实施例3：(器件化的应用，见图3(a))速热管规格同实施例1，速热管三体并联，每管流量F₁，温升ΔT，入液口液温T₀，则出液口流量F＝3F₁，出液口液温T＝T₀＋ΔT。

实施例4：(用意同例3，见图3(b))，速热管规格同实施例1，速热管三体串联，每管流量F₁温升ΔT，总入液口液温T₀，则出液口总流量F＝F₁，出液口总液温T＝T＋3ΔT₀。

实施例5：(用意同例3，见图3(c))，速热管规格同实施例1，四管串并联，总入液口液温T₀，则总出液口流量F＝2F₁，总出液口液温T＝T₀＋2ΔT₀。

显然，本领域技术人员在本发明构思保护范围之内所做的各种变体，都不超出本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种器件化广谱红外液体动态速热管，其特征是，由广谱红外发射体(1)、通液盘管柱(2)、盘管柱的隔热保温真空室包衣(3)及液体磁化节(4)组成，前三者同轴配置，发射体在内，盘管柱在外，真空室是整个盘管的包衣，磁化节与盘管柱盘管的管料下口(5)连接。

2.根据权利要求1所述速热管，其特征在于广谱红外发射体(1)是高强度陶瓷管或掺杂不锈钢管，通电后发射近红外、中红外和远红外的连续谱红外线。

3.根据权利要求1所述速热管，其特征在于通液管柱(2)是由高硼玻璃、石英玻璃、氮化硅或耐热耐压聚合物(polymer)管料密绕而成的单层线圈形的盘管柱，盘管柱盘管管料的下口是进液口(5)，管料上口是出液口(6)；在盘管柱的外壁淀积由内向外渐变的“选择吸收·全反射”薄膜Al-N/Al(9)，内层选择吸收红外线辐射的Al-N厚0.08～0.25μm，外层全反射红外线的Al厚0.1～0.5μm。

4.根据权利要求1和3所述速热管，其特征在于真空室包衣(3)的料质与盘管柱(2)相同，而且二者成为一体；盘管柱盘管的出液口和入液口分别穿出包衣；构成包衣的内套管(7)及外套管(8)与盘管之间的间距大于包衣真空室内残余气体的平均自由程；外套管(8)的外壁淀积一层金属或合金膜作红外线的全反射膜(10)，膜厚0.2～0.5μm。

5.根据权利要求1所述速热管，其特征在于磁化节(4)是能使高速穿过的液体分子产生化学键核磁共振的强磁体。

6.液体速热管的一种使用方法，其特征是广谱红外发射体(1)的通电和通液盘管柱(2)的通液二者同步进行。

7.液体速热管的功能，其特征是一保障液体冷态入，磁化后盘升逐步加热，热态出，使液体磁损小；二使液体的红外辐射直接加热和动态超薄吸附膜热交换间接加热的二种机制并行运作，实现对液体呈动态、高效和无热惯性的瞬态加热。

8.液体速热管运行的效果，其特征其一是液体磁化变轻、液体加热变轻，二种力使液体在盘管内自然盘升，来降低进液口处液压要求，甚至零压力；其二液体在盘管内迅速盘升，液体产生离心力及与之相对应的向心负压力，为应用中的液体缓冲器提供中心向上的提升力；其三水电严格分离，安全。

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