CN116255737A - 加热装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种加热装置，该加热装置包括加热管和导流柱，导流柱容置于加热管的内腔，并与加热管的内壁围合形成加热通道，以使加热管能够对流经加热通道的液体加热；导流柱包括柱本体，以及沿柱本体轴向间隔分布的多个扰流件，各扰流件均沿柱本体的径向延伸，以能够将液体沿柱本体的径向方向导流，具体加热工作时，由于各扰流件均沿柱本体的径向延伸，以能够将液体沿柱本体的径向方向导流，从而扰乱液体流形成紊流，通过液体质点间的混掺来进行热量交换，从而通过紊流来消除蒸汽膜对热量交换性能的影响，以提高加热装置的加热效率。

Description

加热装置

技术领域

本发明涉及加热器技术领域，尤其涉及一种加热装置。

背景技术

电加热器是一种利用电能达到加热效果的电器。通常情况下，电加热器的加热管能够对其内流经的水进行加热，在加热时，由于莱顿弗罗斯特效应，水发生膜态沸腾，加热管壁面和水之间生成极薄的蒸汽膜，蒸汽膜的绝热性使热量交换变得较差，使得加热管内的水无法被有效加热，加热效率不足。

发明内容

本发明的目的在于提出了一种加热装置，旨在解决现有电加热器在加热时，加热管与水的热量交换较差，加热效率不足的问题。

本发明提供了一种加热装置，包括加热管和导流柱，所述导流柱容置于所述加热管的内腔，并与所述加热管的内壁围合形成加热通道，以使所述加热管能够对流经所述加热通道的液体加热；

所述导流柱包括柱本体，以及沿所述柱本体轴向间隔分布的多个扰流件，各所述扰流件均沿所述柱本体的径向延伸，以能够将所述液体沿所述柱本体的径向方向导流。

在其中一种实施例中，所述扰流件环设于所述柱本体，各所述扰流件将所述加热通道分隔形成多个加热腔，各所述扰流件上均开设有缺口，各所述缺口连通相邻两个所述加热腔。

在其中一种实施例中，一个所述扰流件的缺口相对于其相邻的所述扰流件的缺口错位分布。

在其中一种实施例中，各所述扰流件上均开设有多个缺口，各所述缺口在每个所述扰流件上沿所述扰流件的周向间隔分布。

在其中一种实施例中，各所述扰流件包括第一环件和第二环件，所述第一环件和所述第二环件均呈圆环状，所述第一环件设有相对设置的第一缺口和第二缺口，所述第二环件设有相对设置的第三缺口和第四缺口，所述第一缺口和所述第二缺口之间的连线垂直于所述第三缺口和所述第四缺口之间的连线，所述第一环件和所述第二环件均设有多个，并在所述柱本体的轴向交替间隔分布。

在其中一种实施例中，所述导流柱还包括进液端盖和出液端盖，所述进液端盖和所述出液端盖分别设置于所述柱本体的两端；

所述进液端盖与所述柱本体的外壁、所述扰流件和所述加热管的内壁围合形成所述加热通道的进液腔，所述柱本体设有进液通道，以及与所述进液通道相连通的第一开口和第二开口，所述第一开口开设于所述柱本体的轴向端部，所述第二开口开设于所述柱本体的径向外壁，并与所述进液腔相连通。

在其中一种实施例中，所述第二开口开设有多个，并在所述柱本体的周向外壁间隔分布；和/或

所述进液端盖环设于所述柱本体的端部，所述进液端盖开设有与所述进液腔相连通的第三开口，所述第三开口设有多个，并在所述进液端盖的周向间隔分布。

在其中一种实施例中，所述进液端盖和所述出液端盖的结构相同，并对称设置于所述柱本体的两端，所述出液端盖与所述柱本体的外壁、所述扰流件和所述加热管的内壁围合形成所述加热通道的出液腔；

所述柱本体设有出液通道，以及与所述出液通道相连通的第四开口和第五开口，所述第四开口开设于所述柱本体的轴向端部，所述第五开口开设于所述柱本体的径向外壁，并与所述出液腔相连通。

在其中一种实施例中，所述加热装置还包括外壳、进液接头和出液接头，所述加热管的两端分别与所述进液接头和所述出液接头相卡合，以将所述加热管悬置于所述进液接头和所述出液接头之间，所述外壳套装于所述加热管的外部，并分别与所述进液接头和所述出液接头相连接，所述外壳的内壁与所述加热管的外壁间隔设置。

在其中一种实施例中，所述加热装置还包括进液密封圈和出液密封圈，所述进液接头朝向所述加热管一侧开设有第一安装槽，所述进液密封圈设于所述第一安装槽内，所述进液密封圈朝向所述加热管一侧开设有第一密封槽，所述出液接头朝向所述加热管一侧开设有第二安装槽，所述出液密封圈设于所述第二安装槽内，所述出液密封圈朝向所述加热管一侧开设有第二密封槽，所述加热管的两端分别弹性卡合于所述第一密封槽和所述第二密封槽内。

采用本发明实施例，具有如下有益效果：

采用本发明的加热装置，导流柱容置于加热管的内腔，并与加热管的内壁围合形成加热通道，以使加热管能够对流经加热通道的液体加热，具体加热工作时，由于各扰流件均沿柱本体的径向延伸，以能够将液体沿柱本体的径向方向导流，从而扰乱液体流形成紊流，通过液体质点间的混掺来进行热量交换，从而通过紊流来消除蒸汽膜对热量交换性能的影响，以提高加热装置的加热效率。

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。

其中：

图1为一个实施例中加热装置的示意图。

图2为图1所示加热装置的爆炸图。

图3为图1所示加热装置的主视图。

图4为图3中A-A剖视图。

图5为图1所示加热装置的半剖视图一。

图6为图1所示加热装置的半剖视图二。

图7为图1所示加热装置的半剖视图三。

图8为图1所示加热装置中导流柱的示意图。

图9为图8所示导流柱的半剖视图一。

图10为图8所示导流柱的半剖视图二。

图11为图8所示导流柱的侧视图。

附图标号：100、加热管；110、加热通道；111、加热腔；112、出液腔；113、进液腔；200、导流柱；210、柱本体；211、进液通道；212、第一开口；213、第二开口；214、出液通道；215、第四开口；216、第五开口；220、扰流件；221、第一环件；222、第二环件；230、进液端盖；231、第三开口；240、出液端盖；241、第六开口；250、缺口；251、第一缺口；252、第二缺口；253、第三缺口；254、第四缺口；300、外壳；410、进液接头；411、第一安装槽；420、出液接头；421、第二安装槽；510、进液密封圈；511、第一密封槽；520、出液密封圈；521、第二密封槽；610、安装件。

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作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。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果所述特定姿态发生改变时，则所述方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个所述特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

莱顿弗罗斯特效应：指液体不会润湿炙热的表面，而仅仅在其上形成一个蒸气层的现象。膜态沸腾：指在加热壁面上生成一层连续的蒸汽膜覆盖壁面产生蒸汽的现象。紊流：又称湍流，是流体的一种流动状态。紊流特点：无序性：流体质点相互混掺，运动无序，运动要素具有随机性。扩散性：除分子扩散外，还有质点紊动引起的传质、传热和传递动量等扩散性能。扰流：打乱流体稳定流动状态，使其流动紊流程度增加。

本发明实施例提供了一种加热装置，该加热装置主要用于对液体进行加热，请参阅图1至图4，该加热装置包括加热管100和导流柱200，导流柱200容置于加热管100的内腔，并与加热管100的内壁围合形成加热通道110，以使加热管100能够对流经加热通道110的液体加热，从而将液体加热至预设温度。

在本实施例中，导流柱200包括柱本体210，以及沿柱本体210轴向间隔分布的多个扰流件220，各扰流件220均沿柱本体210的径向延伸，以能够将液体沿柱本体210的径向方向导流，从而扰乱液体流形成紊流。

可以理解的是，由于莱顿弗罗斯特效应，水发生膜态沸腾，加热管100壁面和水之间生成极薄的蒸汽膜，蒸汽膜的绝热性使热量交换变得较差，使得加热管100内的水无法被有效加热，在水流经过光滑直管或有规则流动时，可近似认为水流为层流状态，相邻流体层之间只有分子热运动造成的能量交换，传热效率低，从而使得加热效率不足。

由于本实施例的加热装置中，各扰流件220均沿柱本体210的径向延伸，以能够将液体沿柱本体210的径向方向导流，从而扰乱液体流形成紊流，通过液体质点间的混掺来进行热量交换，从而通过紊流来消除蒸汽膜对热量交换性能的影响，紊流的传热速率远大于层流，以提高加热装置的加热效率。

同时，由于提高了加热管100的热交换效率，从而能够使得加热管100的壁面能够有效被液体冷却，以能够将加热管100的壁面温度控制在预设范围内，以降低加热管100被烧毁的危险。

在本实施例中，导流柱200为PPSU材料制作而成的结构件。PPSU材料耐高温、耐腐蚀、耐热氧化、抗蠕变性能优良、无毒、绝缘性好、容易成型加工。

在一实施例中，请一并参阅图8，扰流件220环设于柱本体210，各扰流件220将加热通道110分隔形成多个加热腔111，各扰流件220上均开设有缺口250，各缺口250连通相邻两个加热腔111。通过上述缺口250的设置，能够将各加热腔111依次连通以形成加热通道110。

进一步的，在本实施例中，请参阅4至图7，一个扰流件220的缺口250相对与其相邻的扰流件220的缺口250错位分布，液体在通过缺口250的过程中大体上是轴向流动的，液体在流动至扰流件220后，能够将液体沿柱本体210的径向方向导流，从而扰乱液体流形成紊流，从而能够对各加热腔111中的液体流进行扰乱形成紊流。

进一步的，在本实施例中，请参阅图4至图10，各扰流件220上均开设有多个缺口250，各缺口250在每个扰流件220上沿扰流件220的周向间隔分布，从而能够将相邻的加热腔111通过多个缺口250进行连通，因而液体能够通过多个缺口250自一个加热腔111流动至与其相邻的加热腔111，以产生多个液体流，多个液体流在流动至扰流件220后，能够将多个液体流分别沿柱本体210的径向方向导流，从而能够增加液体流的扰乱效果。

通过本实施例的导流柱200结构能够提高液体流的紊流程度，尽可能减小莱顿弗罗斯特效应对加热的影响，保护加热管100不被烧毁，同时，加热管100内液体水流形成充分紊流，提高加热效率和温度均匀性。

在本实施例中，各扰流件220能够具有多种设置方式，各扰流件220的具体设置可根据加热装置的具体设置要求进行配置。

在一实施方式中，请参阅图4至图10，各扰流件220包括第一环件221和第二环件222，第一环件221和第二环件222均呈圆环状，第一环件221设有相对设置的第一缺口251和第二缺口252，第二环件222设有相对设置的第三缺口253和第四缺口254，第一缺口251和第二缺口252之间的连线垂直于第三缺口253和第四缺口254之间的连线，第一环件221和第二环件222均设有多个，并在柱本体210的轴向交替间隔分布，通过上述设置，各缺口250能够连通相邻两个加热腔111，同时，液体在流动至扰流件220后，能够将液体沿柱本体210的径向方向导流，从而扰乱液体流形成紊流。

在本实施方式中，第一缺口251和第二缺口252之间的连线垂直于第三缺口253和第四缺口254之间的连线，因而从一缺口250往下一缺口250方向流动，使液体流在径向发生分离和旋转，使相邻扰流件220间径向的液体质点充分混掺，通过上述过程，液体质点间发生轴向和径向的混掺，在较小的流速下产生紊乱度较大的紊流，从而使加热管100内温度更加均匀。同时，紊流的形成会破坏边界层，加热管100管壁的热量能更快的传递到中间部分，降低接触管壁部分的液体质点的温度，有效冷却加热管100管壁，使其低于水的莱顿弗罗斯特点，有效避免膜态沸腾，从而既提高了加热效率，又降低了加热管100的壁面温度，减少了加热管100烧毁的风险。

在另一实施方式中，各扰流件220包括第一环件221、第二环件222和第三环件，第一环件221设有相对设置的第一缺口251和第二缺口252，第二环件222设有相对设置的第三缺口253和第四缺口254，第三环件设有相对设置的第五缺口250和第六缺口250，第一环件221的第一缺口251和第二缺口252、第二环件222上的第三缺口253和第四缺口254，以及第三环件的第五缺口250和第六缺口250相互错位分布。当然，在其他实施方式中，各扰流件220还可包括第四环件。

在又一实施方式中，各扰流件220包括第一环件221和第二环件222，第一环件221设有三个缺口250，第二环件222设有三个缺口250，第一环件221的三个缺口250与第二环件222的三个缺口250错位分布。当然，在其他实施方式中，第一环件221还可设有四个或更多缺口250，第二环件222的缺口250数量可与第一环件221的缺口250数量相同或不同。

在一实施例中，请参阅图4至图11，导流柱200还包括进液端盖230和出液端盖240，进液端盖230和出液端盖240分别设置于柱本体210的两端；进液端盖230与柱本体210的外壁、扰流件220和加热管100的内壁围合形成加热通道110的进液腔113，柱本体210设有进液通道211，以及与进液通道211相连通的第一开口212和第二开口213，第一开口212开设于柱本体210的轴向端部，第二开口213开设于柱本体210的径向外壁，并与进液腔113相连通。通过上述设置，液体能够自径向方向流入进液腔113内，便于液体流向加热管100的内壁，并与加热管100的内壁碰撞产生紊流。

进一步的，在本实施例中，第二开口213开设有多个，并在柱本体210的周向外壁间隔分布，通过设置多个第二开口213能够同时提供多个进液的液体流，从而使得液体流在进液腔113内更加的紊流。

进一步的，在本实施例中，进液端盖230环设于柱本体210的端部，进液端盖230开设有与进液腔113相连通的第三开口231，第三开口231设有多个，并在进液端盖230的周向间隔分布。通过上述设置，能够将部分液体沿轴向方向输送至进液腔113内，并与进液腔113内径向流动的液体碰撞，从而使得进液腔113内的液体更加的紊流。

优选的，进液端盖230和出液端盖240的结构相同，并对称设置于柱本体210的两端，从而便于进液端盖230和出液端盖240的生产制造和装配，降低生产组装成本。

具体的，出液端盖240与柱本体210的外壁、扰流件220和加热管100的内壁围合形成加热通道110的出液腔112；柱本体210设有出液通道214，以及与出液通道214相连通的第四开口215和第五开口216，第四开口215开设于柱本体210的轴向端部，第五开口216开设于柱本体210的径向外壁，并与出液腔112相连通，从而能够将液体通过第五开口216、第四开口215输出。

同时，出液端盖240环设于柱本体210的端部，出液端开设有与出液腔112相连通的第六开口241，第六开口241设有多个，并在出液端盖240的周向间隔分布，从而能够将液体通过第六开口241输出。

当然，在其他实施例中，进液端盖230和出液端盖240的结构还可不同，进液端盖230和出液端盖240的具体结构设置，可根据加热装置的具体生产和组装需要进行调整。

在一实施例中，请参阅图1至图4，加热装置还包括外壳300、进液接头410和出液接头420，加热管100的两端分别与进液接头410和出液接头420相卡合，以将加热管100悬置于进液接头410和出液接头420之间，外壳300套装于加热管100的外部，并分别与进液接头410和出液接头420相连接，外壳300的内壁与加热管100的外壁间隔设置，以将加热管100、导流柱200、进液接头410和出液接头420集成装配在外壳300上，从而形成模块化的加热装置，便于加热装置的对外装配。

通过上述装配设置，能够方便的将导流柱200精准的装配于加热管100内，再将外壳300套装于加热管100的外部，最终将进液接头410和出液接头420装配于加热管100的两端，组装方便，加热装置安装省时，省力，便于加热装置的大规模加工生产。具体的，导流柱200与加热管100、进液接头410以及出液接头420同轴设置，从而便于各相关部件的同轴装配。

进一步的，在本实施例中，加热装置还包括进液密封圈510和出液密封圈520，进液接头410朝向加热管100一侧开设有第一安装槽411，进液密封圈510设于第一安装槽411内，进液密封圈510朝向加热管100一侧开设有第一密封槽511，出液接头420朝向加热管100一侧开设有第二安装槽421，出液密封圈520设于第二安装槽421内，出液密封圈520朝向加热管100一侧开设有第二密封槽521，加热管100的两端分别弹性卡合于第一密封槽511和第二密封槽521内，从而实现加热管100与进液接头410、出液接头420的密封装配。

组装时，先将导流柱200装配在加热管100内，再将进液密封圈510和出液密封圈520分别卡接在加热管100的两端，之后将前述结构单元整体装至外壳300内，最后将进液接头410和出液接头420分别安装于外壳300的的两端，同时，进液接头410和出液接头420能够分别与进液密封圈510和出液密封圈520相卡合，以将加热管100、进液密封圈510和出液密封圈520夹设于进液接头410和出液接头420之间，此时，导流柱200能够被进液密封圈510和出液密封圈520夹紧在加热管100内，实现导流柱200的稳定装配。本实施例的加热装置，结构简单，加工方便，安装简单。

在本实施例中，加热装置还包括安装件610，进液接头410和出液接头420分别通过安装件610固定于外壳300的两端，安装件610可选为螺钉或螺柱。进一步的，安装件610可设置有多个，并在进液接头410和出液接头420的周向间隔分布，从而保证进液接头410和出液接头420在外壳300上安装的稳定性和可靠性。具体的，安装件610可设有八个，以能够通过四个安装件610安装进液接头410，通过四个安装件610安装出液接头420。当然，在其他实施例中，安装件610还可设有六个、十个或更多。

具体加热工作时，加热装置竖直放置，出液接头420高于进液接头410设置，液体自进液接头410输入，液体的一部分通过第三开口231进入加热通道110内，另一部分通过第一开口212、第二开口213进入加热通道110内，液体在加热通道110内向上、轴向流动的过程中，会受到扰流件220的阻挡，从缺口250处向上、轴向流动，由于相邻的扰流件220的缺口250错位分布，因而流过缺口250的液体会受到一下个扰流件220的阻挡，从而形成轴向的涡流。

同时，随着流体泵持续驱动液体进入，液体流持续通过各缺口250向上、轴向流动，因此液体流实际的流动轨迹是轴向涡流，以及从一缺口250往下一缺口250方向流动的混合，轴向涡流使相邻扰流件220间轴向的液体质点充分混掺。在本实施例中，流体泵可选为水泵。

在本实施例中，液体可选为液体可选为水、牛奶和咖啡等。本实施例的加热装置能够应用在速热饮水机、速热咖啡机、速热热水器和速热温奶机等热饮设备。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种加热装置，其特征在于，包括加热管和导流柱，所述导流柱容置于所述加热管的内腔，并与所述加热管的内壁围合形成加热通道，以使所述加热管能够对流经所述加热通道的液体加热；

所述导流柱包括柱本体，以及沿所述柱本体轴向间隔分布的多个扰流件，各所述扰流件均沿所述柱本体的径向延伸，以能够将所述液体沿所述柱本体的径向方向导流。

2.根据权利要求1所述的加热装置，其特征在于，所述扰流件环设于所述柱本体，各所述扰流件将所述加热通道分隔形成多个加热腔，各所述扰流件上均开设有缺口，各所述缺口连通相邻两个所述加热腔。

3.根据权利要求2所述的加热装置，其特征在于，一个所述扰流件的缺口相对于其相邻的所述扰流件的缺口错位分布。

4.根据权利要求2所述的加热装置，其特征在于，各所述扰流件上均开设有多个缺口，各所述缺口在每个所述扰流件上沿所述扰流件的周向间隔分布。

5.根据权利要求4所述的加热装置，其特征在于，各所述扰流件包括第一环件和第二环件，所述第一环件和所述第二环件均呈圆环状，所述第一环件设有相对设置的第一缺口和第二缺口，所述第二环件设有相对设置的第三缺口和第四缺口，所述第一缺口和所述第二缺口之间的连线垂直于所述第三缺口和所述第四缺口之间的连线，所述第一环件和所述第二环件均设有多个，并在所述柱本体的轴向交替间隔分布。

6.根据权利要求1所述的加热装置，其特征在于，所述导流柱还包括进液端盖和出液端盖，所述进液端盖和所述出液端盖分别设置于所述柱本体的两端；

所述进液端盖与所述柱本体的外壁、所述扰流件和所述加热管的内壁围合形成所述加热通道的进液腔，所述柱本体设有进液通道，以及与所述进液通道相连通的第一开口和第二开口，所述第一开口开设于所述柱本体的轴向端部，所述第二开口开设于所述柱本体的径向外壁，并与所述进液腔相连通。

7.根据权利要求6所述的加热装置，其特征在于，所述第二开口开设有多个，并在所述柱本体的周向外壁间隔分布；和/或

所述进液端盖环设于所述柱本体的端部，所述进液端盖开设有与所述进液腔相连通的第三开口，所述第三开口设有多个，并在所述进液端盖的周向间隔分布。

8.根据权利要求7所述的加热装置，其特征在于，所述进液端盖和所述出液端盖的结构相同，并对称设置于所述柱本体的两端，所述出液端盖与所述柱本体的外壁、所述扰流件和所述加热管的内壁围合形成所述加热通道的出液腔；

所述柱本体设有出液通道，以及与所述出液通道相连通的第四开口和第五开口，所述第四开口开设于所述柱本体的轴向端部，所述第五开口开设于所述柱本体的径向外壁，并与所述出液腔相连通。

9.根据权利要求1所述的加热装置，其特征在于，所述加热装置还包括外壳、进液接头和出液接头，所述加热管的两端分别与所述进液接头和所述出液接头相卡合，以将所述加热管悬置于所述进液接头和所述出液接头之间，所述外壳套装于所述加热管的外部，并分别与所述进液接头和所述出液接头相连接，所述外壳的内壁与所述加热管的外壁间隔设置。

10.根据权利要求9所述的加热装置，其特征在于，所述加热装置还包括进液密封圈和出液密封圈，所述进液接头朝向所述加热管一侧开设有第一安装槽，所述进液密封圈设于所述第一安装槽内，所述进液密封圈朝向所述加热管一侧开设有第一密封槽，所述出液接头朝向所述加热管一侧开设有第二安装槽，所述出液密封圈设于所述第二安装槽内，所述出液密封圈朝向所述加热管一侧开设有第二密封槽，所述加热管的两端分别弹性卡合于所述第一密封槽和所述第二密封槽内。

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