CN1735770B - 散热管 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种能以这样的方式提高热效率的电散热管，即，多孔的工作介质和挥发性的工作流体的混合物被填充到散热管中，多孔的工作介质基于粘度差而被快速加热，密集填充的工作流体在加热的工作介质的基础上相变为高温蒸汽或高温液体。在包括一定形状的管体以及穿过管体(其中管体的两端都被插塞帽所密封)的内部的加热丝的散热管中，提供一种包括被混合以及填充到管体内部之中的多孔的可燃工作介质和挥发性的工作流体的电散热管，其中，工作流体相对于工作介质的气体容积具有20-80％的气体容积比。

Description

散热管
技术领域
本发明涉及能够将在加热丝中产生的热辐射到外部从而实现加热操作的电散热管，尤其涉及一种能以这样的方式提高加热效率的电散热管，即，多孔的工作介质和挥发性的工作流体的混合物被填充到散热管中，多孔的工作介质基于粘度差而被快速加热，密集填充的工作流体在加热的工作介质的基础上相变为高温蒸汽或高温液体。另外，本发明涉及一种能够使用散热管节省能耗和减少加热时间的电散热设备，例如电加热器(electric boiler)、电热垫(electric mat)和电暖器(electric radiator)。
背景技术
通常，为了使用电能实现加热操作，存在有安装在地板中的电加热器、用于提高温度的便携式电热垫、以及以直立状安装的用于升高室内温度的散热器(散热单元)。
加热丝安装在电加热器或电热垫中，其中加热丝在获得电能供应的基础上被加热。可以使用相对便宜的电代替昂贵的油或气来实现加热效果。
但是，在传统的电加热器或电热垫中，因为加热丝基于简单方法被布置在垫中，因此其除了加热功能和热传导功能以外没有其它功能。另外，因为加热丝的加热操作和热保持操作只由电能的供应来维持，所以为了升高温度以及长时间地保持升高的温度，会大量增加电能消耗。
为了克服上面的问题，一种填充有固体或液体工作流体的散热管(其中装有加热丝)取代电热丝被安排用于利用加热丝中产生的热量对再生性液体进行加热并且利用加热的再生性液体升高温度。
但是，为了加热散热管中的再生性液体，需要相对长的时间，并且初始的加热效率被延迟一定的时间周期。因为要对全部再生性液体进行加热，所以消耗过多能量。
另外，在使用散热器的情况下，当使用油或气将蒸汽或热水从蒸汽锅炉或热水锅炉供应到某个地方时会发生较大的热损耗。另外，散热器是固定类型的，它不可能被移动到某个地方。
为了克服上面的问题，提供了具有一定形状的散热管和散热板。使用电作为燃料的电暖器被开发和使用。在上述电暖器中，再生性液体利用加热丝中产生的热量被加热。散热器的温度通过加热的再生性液体被升高从而实现加热操作。
但是，当温度被升高到某个温度并且停止供电时，温度逐渐并有利地降低，但是初始加热效率却很低。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种填充有的工作介质和工作流体的散热管，该散热管能够以这样的方式提高热效率，即，多孔的工作介质和挥发性(volatile)的工作流体的混合物被填充到散热管中，多孔的工作介质基于粘度差而被快速加热，密集填充的工作流体相变为高温蒸汽或高温液体。
本发明的另一目的是提供一种电加热设备，例如电加热器、电热垫和电暖器，其能够使用填充有多孔的工作介质和操作液体的混合物的散热管节约能量消耗和降低加热时间。
许多符合本发明的上述目的的效果将参照附图而更加易于理解。
为了实现上面的目的，在本发明中，挥发性的工作流体被填充到细密的分子结构的再生的工作介质的细密的孔中，从而加热工作介质以及升高温度。填充的挥发性的工作流体通过工作介质被加热，使得在最短的时间间隔内实现到蒸汽的相变化，从而使用加热的蒸汽对散热管的整个部分进行加热。
为了实现上面的目的，在包括一定形状的管体以及穿过管体(其中管体的两端都被插塞帽所密封)的内部的加热丝的散热管中，提供一种包括被混合以及填充到管体内部之中的多孔的(porous)可燃(inflammable)工作介质和挥发性的工作流体的电散热管，其中，工作流体相对于工作介质的气体容积具有20-80％的气体容积比。
工作介质具有1-3mm的尺寸且被形成为圆形形状、椭圆形状或多边形形状，并且选自包括赭石颗粒、炭、砾石、沸石、多孔棉、免织织物、棉和绳的组。
为了实现上面的目的，提供一种电热垫，其包括安装在地板上的绝热部件、一定形状的管体、密封管体两端的插塞帽、插入管体且具有能够在获得能量时产生热量的加热丝的散热管、安装在散热管的上侧的电板以及安装在电板上侧的饰面材料层，提供一种包括被混合以及插入到所述散热管内部之中的多孔的可燃工作介质和挥发性的工作流体的电热垫。
为了实现上面的目的，提供一种电暖器，其包括由一定形状管体形成的散热管、安装在散热管中并在获得能量时产生热量的加热丝以及多个相对于散热管垂直安装并且产生散热管的热量的散热板，提供一种电暖器，包括被混合以及插入到所述散热管内部之中的多孔的可燃工作介质和挥发性的工作流体。
为了实现上面的目的，在包括一定形状管体、能够密封管体的两端的插塞帽以及插入到管体中且能够在获得能量时产生热量的加热丝的电加热器中，提供一种电加热器，包括被混合以及插入到所述散热管内部之中的多孔的可燃工作介质和挥发性的工作流体。
附图的简要说明
本发明通过参照附图将变得更加易于理解，附图仅以示例的方式给出，因此并不对本发明进行限制，其中：
图1是表示按照本发明的电散热管的截面图；
图2是表示具有按照本发明的电散热管的电热垫的接合状态的图；
图3是表示具有按照本发明的电管的电加热器的接合状态的图；及
图4是具有按照本发明的电散热管的电暖器的主要部分的截面图。
实现本发明的最佳方式
按照本发明的本发明的结构、操作和效果将参照附图进行描述。
图1是表示按照本发明的电散热管的截面图，图2是表示具有按照本发明的电散热管的电热垫的接合状态的图，图3是表示具有按照本发明的电管的电加热器的接合状态的图，以及图4是具有按照本发明的电散热管的电暖器的主要部分的截面图。
如图1所示，按照本发明一个实施方案的散热管包括具有一定长度的管体2、适合紧密地覆盖管体2的两端的插塞帽3、基于绝缘方法被容纳在管体2的内部之中并且通过供应给它的能量而被加热的加热丝5、以及多孔的(porous)可燃(inflammable)工作介质6和挥发性(volatile)的工作流体7，多孔的可燃工作介质6和其中带有的工作流体7一起围绕加热丝，并且被填充到管体2的内部之中。另外，它还安装有能够测量管体2的内部之中的温度和压力的双金属器件(bimetal)8。
管体2由能够承受超过100℃的高温和高压并且具有耐热性和耐久性以及耐腐蚀性能的excel、PPC、金属板等形成。特别地，管体2由某种能够耐受当工作流体7变成某种气体状态时所增大的压力的材料形成。
插塞帽3由橡胶等形成。插塞帽3被完全密封，以使得即使在工作流体7被加热和变成气体时工作流体7也不会泄漏。这时，利用硅等使插塞帽与管体完全密封。插塞帽3包括有孔，电缆4和双金属器件8密封地从孔中穿过。
加热丝5利用涂覆在诸如镍铬合金丝或铜丝的传导材料上的诸如硅的三重保护涂剂而被隔离，并且被安装在管体之中。
工作介质由从颗粒型材料和非颗粒型材料中选出的一种而形成。上述颗粒型材料例如为具有湿气以及可燃且密集的稠密孔的赭石(yellowearth)、炭、沸石等。上述非颗粒型材料例如为棉、非织造的织物、受压纤维等。特别地，工作介质优选地填充在管体2之中并且由覆盖加热丝5的可燃的压缩纤维形成。
当挥发性的工作流体7以分子状态填充在多孔的工作介质中且被加热时，产生从液态到气态的相变。这时，在工作介质的密度显著增加的情况下，散热管的重量增加。在工作介质的密度减小的情况下，挥发性的工作流体的相变所需的时间延长。
工作流体7由诸如水、盐水、乙酸苏打与水的混合物的挥发性液体形成。工作流体7可基于用来在工作介质中存储空气的孔容积的容积而被选择性地使用。也就是说，在孔的容积为0的情况下，工作流体7未被注入。在孔的容积为100％的情况下，工作流体7被完全注入到纤维中。当工作流体的注入相对于孔的容积低于20％时，可以使用少量的工作流体将散热管加热到适合垫或加热器的使用的温度。当对工作流体的使用相对于孔的容积超过80％时，因为加热的工作流体不容易蒸发，因此需要更多的加热时间和能量消耗。
当能量供应给散热管1的加热丝时，在加热丝5中产生热，并且工作介质6和工作流体7被加热。具有快速升温性能的固态的工作介质加热其表面以及包含在表面上和其内部的湿气。因此，湿气被蒸发或者加热到高温液体，使得整个散热管1被均匀和快速地加热。
也就是说，工作介质6被形成为由加热丝5产生的热所加热，并且包含在其中的湿气被二次加热且变成热蒸汽或高温液体。蒸发的蒸汽或高温液体作为润湿热(wetting heat)被均匀地传递到散热管1的内部截面区域并且被传导给其整个部分从而实现均匀的散热。另外，加热和蒸发的蒸汽与管体的内部截面区域接触、与其进行热交换并且被冻结和凝结为液体。凝结的水滴基于它们的重力和表面张力而通过工作介质6的表面被吸收并且被再加热。水通过蒸发、凝结和吸收被重复处理。
双金属器件8通过插塞帽3被安装在管体2的内部之中。供应给加热丝5的能量通过对管体2的内侧的温度和大气压力的测量而被断开。也就是说，双金属器件8测量从液相变成气相的工作流体7的温度和压力(具体而言是大气压力)，以使得能量被自动断开。因此，就可防止影响管体2的工作流体7影响管体2或者插塞帽3。
散热管包括用于测量作为散热器来使用管体2的外部中的外部温度的温度检测器9，并且包括连接到双金属器件8和温度检测器9从而控制能量的温度调节单元10。
温度检测器9安装在管体的外部并且连接到能够控制散热管的温度的温度调节单元10。
温度调节单元10包括连接到外部电源(未示出)的电源插头以及延伸到管体2且穿过插塞帽的孔连接到加热丝5的电缆4。
在工作流体与工作介质以一定比例混合时加热效率的改变将在本发明的下面的实施方案的基础上进行描述。
[实施方案1]
在散热管中，加热丝穿过由材料X-L形成且具有15mm的直径和1m的高度的管体的内部。作为工作介质(固体)使用的由1～3mm的颗粒形成的赭石和作为工作流体(液体)使用的水按照一定比例被填充到管体中。在实验室的温度维持在12～13℃的情况下，工作介质和工作流体按照不同比例混合并且由相同水平的电能加热以相同的时间周期。工作介质和工作流体的温度使用数字温度计每隔一分钟测量一次持续一个小时，测量结果在下面的表中示出。这时，固体+流体的状态代表了这样一种状态，其中在固体被完全填充的情况下液体以表中的注释栏所指示的量被增加。
[表1]
  类型\   时间   5分钟   10   15   20   25   30   35   40   45   50   55   60   注释
  液体   18.9°   24.6°   28.2°   31.5°   32.4°   33.7°   34.3°   35.7°   36.7°   37.5°   38.4°   39.5°   水
  固体   21.3°   31.2°   38.4°   41.8°   44.9°   45.4°   46.2°   46.5°   46.8°   47.2°   47.8°   48.5°   赭石颗粒
  固体+   液体   23.4°   34.6°   40.8°   45.2°   49.2°   49.8°   50.8°   52°   52.4°   53.2°   53.6°   54.2°   水   10～15ml
  固体+   液体   20.5°   32.1°   39.1°   44.3°   48.2°   49.6°   51.2°   52.5°   53.8°   54.2°   55.2°   56.4°   水   30～35ml
  固体+   液体   19.7°   32°   38.3°   45.1°   49.2°   49.7°   52.3°   53.6°   54.3°   55.6°   56.4°   57.8°   水   40～45ml
如上面的表1所示，在只填充工作流体的情况下，与只填充工作流体的情况相比较，散热管温度的增加更加平缓。因此可知，工作介质具有较好的加热效率。在少量的工作流体被填充到填充有工作介质的散热管中的情况下，与仅填充工作介质时相比，其加热效率显著较高。
另外，当工作流体被填充40-45ml时，可以达到使湿气不会在工作介质的表面上形成水滴的状态。在填充过量工作流体的情况下，工作介质的量会过多，从而使得湿气形成水滴并且在散热管内部之中流动。上面的结果在实验结果的基础上得到。这里，工作流体的量不局限于此。
[实施方案2]
在本发明的第一实施方案中使用的填充有工作介质(固体)和工作流体(液体)的管体被加热一个小时，并且电能的供应被断开。每5分钟检查一次散热管的温度的下降，在相同条件下的散热管的温度在下面的表2中示出。
[表2]
  类型\   时间   5分钟   10   15   20   25   30   35   40   45   50   55   60   注释
  液体   35.9°   29.9°   25.7°   23.8°   22.3°   20.6°   20.1°   18.8°   18.2°   17.7°   17.4°   17.1°   水
  固体   44.2°   33.9°   27.2°   24°   21.3°   19.8°   18.6°   17.5°   17.2°   17°   16.8°   16.4°   赭石颗粒
  固体+   液体   49.2°   37.2°   30.7°   26.2°   24.2°   21.1°   19.7°   18.1°   17.4°   17.2°   17.1°   16.6°   水   10～15ml
  固体+   液体   49.3°   38.1°   31.5°   27.3°   24.3°   21.8°   20.2°   18.4°   17.8°   17.3°   17.2°   17°   水   30～35ml
  固体+   液体   49.6°   38.8°   31.7°   27.8°   24.9°   22.3°   20.9°   18.9°   18.2°   17.5°   17.4°   17.2°   水   40～45ml
如上面的表2所示，在只填充工作流体的情况下，可知与只填充工作介质时相比其温度下降的速度较慢。因此，与只填充工作介质时相比，只填充工作流体的操作可以更有效地用于保持长时间的加热。
另外，工作介质和工作流体以不同比例填充到散热管中，并且测量温度。作为测量的结果，与只填充工作介质时相比，将工作介质和工作流体以某个适当的量填充到散热管中的操作具有所希望得到的加热持续效果。
因此，作为对表1和2的分析，与工作介质或工作流体被填充到散热管中时相比，当工作介质和工作流体以某个适当比例被填充到散热管中时具有提高的加热效率。
但是，当工作介质和工作流体被混合且被填充到散热管中时，如果超过40～45ml的量的工作流体与工作介质相混合，即，在工作流体不在工作介质的表面上流下的情况下，工作流体在散热管的下侧之中聚集。因此，会不利地得到低于散热管温度的温度。所以，优选地按照使工作流体不在工作介质的表面上流动的方式将工作介质和工作流体混合并填充到散热管中。
[实施方案3]
由直径为15mm以及高度为10m的excel管形成的五个管体在室温为7～8℃处被排列为Z字形的形状。另外，每米具有20W/H的镍铬合金加热丝在管体的内部之中以每圈10m的长度被排列为两行。由水和乙酸苏打形成的工作流体被注入到起工作介质作用的聚酯压缩棉中，该聚酯压缩棉在相对于管体的内部容积分别为15％的容积(10m的管体的1.5m的高度)、22％的容积(10m的管体的2.2mm的高度)和29％的容积(10m的管体的2.9mm的高度)的基础上具有600cm3的体积以及20g的重量。数字温度计被插入到第三和第四散热管之间。在30分钟之后检查几次平均温度，测量的结果在下面的表3中示出。
[表3]
  散热管(工作流体的量)   温度(℃)
  散热管被注入15％   73～75
  散热管被注入22％   70～73
  散热管被注入29％   67～70
[比较1]
相同的加热丝被插入与本发明的实施方案3的管体相同的管体中。在没有插入可燃纤维的情况下，只有工作流体被100％填充，数字温度计被插入到第三和第四散热管之间。在30分钟之后测量几次平均温度。
作为测量的结果，在电能供应大约30分钟之后，温度被升高到37～39℃。
如以上在本发明的第一和第三实施方案中所述的那样，与传统的填充有普通液体工作流体的散热管相比，按照本发明的散热管可在短时间间隔内被加热到高温，这样就可以降低实现用于加热操作所需的温度的所需电能消耗。
按照本发明的电热垫将参照图2进行描述。
如图中所示，在本发明的电热垫11中，具有绝热性能的绝热部件12(例如聚氨脂)以一定的厚度被形成在地板上，软管容纳部分13在绝热部件12上被形成为Z字形的形状以用于安装散热管1。
与软管容纳部分13具有相同形状的散热管1被布置在形成于绝热部件12中的软管容纳部分13中，并且在散热管1的上侧安装有电板(electricplate)14。这时，电板14由具有优良的热传导性能的金属板形成。
电热垫11终结于处在电板14上侧之上的垫层15。
适合于检测温度的温度检测器9安装在散热管1的外部或者安装在电板14中，温度检测器9与能够调节散热管1的散热程度的温度调节单元10连接。
按照本发明的另一实施方案的电加热器安装在韩国的地下加热的房间中。
如图中所示，在电加热器21中，直线形或曲线形软管容纳部分(未示出)以Z字形的形状被安装在韩国的地下加热的房间22的地板上，散热管1基于软管容纳部分的类型被容纳。
之后，电板23被安装在散热管1的上侧上以用于传递散热管中产生的热。装饰材料24和饰面材料25被安装在电板23的上侧上，这样就完成了具有电加热器21的韩国的地下加热的房间。这时，温度检测器9被安装于在设置于散热管外的电板23中，从而检测电板23的温度。
温度调节单元10被安装在墙表面的一侧，且适合于调节供应给电缆的电能。
具有按照本发明的另一实施方案的散热管的电暖器将参照图4进行描述。
在按照本发明的电暖器30中，加热丝5被提供且在向与一般的传统散热器具有相同结构的散热管32供应电能时产生热。多个能够辐射散热管32的热的散热板33相对于散热管32被垂直安装。循环路径34被形成在散热板33中以用于循环高温气体或者高温液体。
在安装在如图2到4所示的电热垫11或电加热器21或电暖器31中的散热管中，当电能供应给安装在如图1所示的管体2中的加热丝5时，环绕热量的工作介质6被加热，在加热丝5产生热量时温度升高。随着工作介质的温度升高，发生从液态到气态的相变。润湿热被均匀地扩散到散热管1的内部截面区域，从而使得散热均匀的进行以实现所需的加热功能。
加热和蒸发的蒸汽进行热交换，同时与散热管1的管体的内部截面区域接触，并且被冻结为低温液体且被凝结。凝结的水滴基于重力作用和表面张力而通过工作介质的接触表面被吸收并且被再加热。蒸发、凝结和吸收的过程被重复执行，从而实现加热操作。
在工作流体7蒸发时，管体2的温度和压力利用双金属器件8得到测量。当测量的温度和压力超过设定的温度和压力的情况下，供应给加热丝5的电能被自动地断开。
如上所述，如果电能可被很好地适配，则按照本发明的填充有工作介质和工作流体的散热管可以生成在获得电能供应时能够产生热并实现加热功能的所有类型的加热设备，从而提高加热效率。
本发明不局限于上面的描述。本发明可适合于所有使用电能的设备。
另外，工作流体相对于填充到散热管中的工作介质的比例可基于散热管的尺寸和工作介质的湿气吸收率而进行各种改变。设定适当比例的操作以及根据所设定的比例将工作流体与工作介质的混合的操作包括在本发明的范围内。
工业应用性
如上所述，在本发明中，在按照本发明的用于电加热器的散热管中，工作介质和工作流体以适当的比例被混合和填充到散热管中，这样加热丝中产生的热可使工作介质的温度快速升高，并且工作介质的热量被传递到工作流体。因此，工作流体在短时间周期内被快速地蒸发至高温蒸汽，以使得散热管的整体部分被均匀地加热从而提高加热效率。
另外，因为采用了多孔的工作介质，所以在形成于工作介质中的孔的基础上，工作流体的蒸发或凝结的过程可以容易地重复。
此外，使用适合作为散热管中的工作介质的多孔压缩纤维，工作流体的量被减少，从而使得电的负担被显著降低。
本发明并不局限于上面的实施方案。本发明可以不同的方式被实现而不会脱离其精神或本质特征。应该理解，上面描述的实施例不被前面的描述的细节所限制，除非另有说明，否则应在由附加的权利要求所限定的精神和范围内广泛说明，因此落在权利要求范围内的所有变化和修订或者这些范围的等同物都应被所附权利要求涵盖。

Claims (2)

1.一种散热管，其包括具有一定形状的管体以及加热丝，所述加热丝穿过所述管体的内部，其中所述管体的两端由插塞帽密封，所述散热管包括：
被混合并填充到所述管体内部之中的多孔的可燃工作介质以及挥发性的工作流体，
其中，所述工作流体相对于所述工作介质的气体容积具有20-80％的气体容积比。
2.如权利要求1所述的散热管，其中，所述工作介质由从颗粒型材料和非颗粒型材料中选出的一种形成。
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