CN200958800Y - 电暖器之热交换增益构造 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种电暖器之热交换增益构造，尤指提供以矿物油为导热工作之电暖器，相关油叶之回路部分可达成较高热交换速率，其主要是拉近油体管路内管壁相对距离，并形成有比例为大于6∶1以上之长边侧及短边侧，利用短边侧拉近长边侧内表相对壁面，而让流通之导热油可易于突破临界雷诺数，以致易于产生紊流，增加热交换功。

Description

电暖器之热交换增益构造

【技术领域】

本实用新型涉及一种电暖器之热交换增益构造，尤指应用于油叶式电暖器。

【背景技术】

相关油叶式电暖器由于不耗氧以及不具灼伤高温之特点，于是广泛被使用，昔用者由于油叶管路为了对抗内压，而采圆形截面，以有效分散应力，因此无法提供导热油快速交递出热能，使温度感应器对加热器的电性操作失控，使加热器超温工作，也因加热器超温工作，而造成机体内压提升因此机壳爆裂形成漏油或炸开等缺失。

另有扁平截面之管路设计，唯该长宽比例未能满足导热应用之矿物油粘滞性要求，而无法增加热交换速率，所得仅管路中心点之热油，可得与管路壁面较短小的热导路径。

前述为圆形截面之油路，若为容易得到紊流效应，则其直径必需缩小，相对在等压力值的情况下，其流速必然增加，减少与管内壁的交换时间，因此交换功率亦相对减小。

相关所使用之导热油，一般为高挥发点之矿物油作为热导媒介，然经久使用之后，该油质会劣化失去导热效果，以及质地劣变后其粘滞性和润滑度皆大为降低，因此到达性能衰减时期必须予以更换，然依商业数据略估，生产该油叶式电暖器的厂家至少有三家为大型公司，且每年出产数量皆上千万，而且若每一机台里部需承纳有1-3公升甚至以上的导热油，则回收后会造成严重污染，况且回收后该油脂由于劣化，也无法转为其它再生用途，对于环保问题存在明显的弊端。

相关油叶式电暖器之主体构造请参阅图1所示，该电暖器1主要是由多数的油叶2以并连方式连结，每一油叶2藉由上下油包21、22彼此穿通，机体一侧设有调控开关11，在下方油包2 2里部设有一加热器12。

油叶2幅面中央形成有油管3，藉由油管3及油包21、22而规范出一回流区28，该回流区28系由封合线24所围绕，油叶2外围再由封边线23封合。

其工作状态请参阅图2所示，油叶2与加热器12之间形成串接，导热油则藉由回流路径L以形成一回流循环，导热油进入加热器12之后接载热能流进油叶2，而受油叶2吸收带放出热温，温降后之油液则再回流入加热器12吸热以构成一回流式对外加温工作。

昔用之油叶2所设油管3其中心点对外因直径均等曲率关系而有较长距离，因此无法快速全面形成热交换，如图3所示；

该油管3为一圆形截面，导热油受热后流进油管3，其中导热油5接近轴心部A1的部份其流速必然大于外围贴近内壁311的辐向部A2，因此导热油5所能形成交换工作的油体仅为接近管壁36外围的辐向部A2，而轴心部A1的温度由于与外壁312之间形成较长距离，而无法快速被带换，加上轴心部A1其流速大于辐向部A2因此快速通流，得是轴心部A1所储之热能无法有效被交换。

构成油管3之构造为由一前叶25相对一后叶26彼此对合而成，在油叶2的外围由封边线23所围封，油叶2边缘相关第一油管3的角接处又由封合线24结合，因此热能向外传递路径原则上仅在油管3的管壁36做对外散发，而部分热能则由油叶2的辐边20往外传递，但该辐边20的存在仅作为辅助性的散热，主要目的是作外围性的机械强化保护油管3，及该封合线24围廓在油管3外围的目的，是为了强化油管3形成管体的机械力，可有效对抗内压避免油管爆开或变形，本质上辐边20热交换操作不明显，而只依据油管3之管壁36对外带放，于是也形成热交换迟钝。

相关昔用电暖器工作到达工作温度时，则其开关即形成频率式的开关动作，如图4所示；

当温度到达一定工作温度的时候，其温度工作曲线明显形成波浪状，该波浪状的形成系开关间接动作而造成，相对该开关必须以较高频率间歇动作而易于损害开关甚至加热器，最主要的是前述加热器受到常态的开关反复操作，而易于使组件劣化损害，以及邻近加热器的导热油，由于无法全面热交换，部份油液回流到加热器时，再接收热能而累积高热，或由于结构死角，且其混流状态不佳，使部份油液与加热器表面较长的亲合时间，该累积高热或较长亲合时间会造成油质过热而产生劣化，油质经由高热变化之后，其带热性能因而减弱，且该油液劣化速度极快，一般使用三年之后，带热性能明显失能而需更新，废油无法再利用而构成环保一大负担。

前述之缺失为回流过程无法全面热交换，及带热速率缓慢所造成，其二为电暖器1，请配合图1所示，机体外部所设调控开关11的位置，设有一温度感应开关110，该温度感应开关110是感应机体外围的室内温度，感应开关110所接受的温度与加热器12周边的温度有明显的差异，一般有20℃以上，若依使用设定条件，感应开关110感应到95℃的温度，经由空气传播到达室内可能造成暖和之温度，然该加热器12工作温度实际上以操作115℃，因此使流过加热器12表面的温度会因高温而产生焦化，一般常见加热器12拆卸之后，其表体有一层明显的焦碳层，也因该焦碳层使加热器12内部之温度无法快速往外带换形成恶性循环。

再者，由于该感应开关110工作感应依据设定要求，若在美国安规UL的条件下为室温加上108℃，而IEC的规格也需求室温加上85℃，然该加热器12因前述感应开关110无法快速得到指令温度，则易于失控，持续指令加热器12工作，则加热器12的工作温度，必然明显高温，由于该高温相对影响导热油受热膨胀的物理效应，而会产生内压到达0.08至0.12mpa因此造成高压，或者该感应开关110失灵时，且持续指令加热器12进行电热工作，则因油体过热密度变化，积结大幅内压，若超过0.16mpa则始发生爆裂问题，甚至爆炸。

昔用之油管3会设计成圆形截面，则为考量该高压的对抗，为了强化机械力及应力分散而采用圆形，其依据主要是对抗内部会产生高压而设计，该设计即造成前述的缺失，以及该高压会让油叶2的烧焊结合处易于爆裂而渗油，甚至爆炸为常见昔用电暖器的缺失，和该加热器12因高温度工作邻近的油液产生大比例的膨胀，因此而使油液分子之间距离拉开而影响带热的总合能量，使其带热能量降低，上述总缺失相乘后形成恶性循环，于是市场上尚有使用者宁愿采用陶瓷或电热式或炭素灯管加温器作为居家取暖应用。

昔用者另有长方形或棱形截面之管路设计，唯其长宽比例之设计依据，仅考量到管路分布均等外观，或制作时的便利，而忽略现行常用之矿物油粘滞性，易于混流需求，以致于失去能满足之比例设计，使其热带换速度不尽完善。

有关管体提供油体于管内新进的状态，在混压及低流速的条件下，该管体内部之流线为层流状，若满足过临界雷诺数，则会形成紊流，有关导热油循环室电暖器其循环驱动系藉由加热器本身升温之后，利用油体受热后密度改变而形成不等比重，于是形成热升效应而达成上下循环，唯该驱动能量极为微小，也相当于油叶所设管路所提供之油液流速为非常缓慢，在缓慢的前提之下，难以造成管壁内之紊流，且依雷诺数之定义为油管管内流变为紊流的临界条件，其主要是由流体的密度乘上流体运行速度乘上管壁相对距离之后，除以粘滞系数所得，得是管壁相对距离若为较大的情况，则较难以达到临界雷诺数以形成紊流，若为管内流轻易获得紊流的放置，为缩进管路内壁相对距离，其方法有将管口之截面积缩小，以及利用扁平状截面，但缩小后又会大幅删除载流量，以及在同等压力下会增加管内流之流速，应该流速增加而失去交换时间，因此其热交换功大为减低。

【发明内容】

本实用新型的主要目的在于提供一种电暖器之热交换增益构造，尤指应用于油叶式电暖器，提升油叶热交换速率之构造，其包含有一纵向幅面设有至少一管路之油叶，依据管路周边往内规范形成一回流区，上下端结合油包向外串通一加热器，藉以形成一导热油回流路径，其特征在于该油叶所设管路之截面积为由长边侧及短边侧共构截面为长孔状之管路，且长边侧与油叶幅面平行，且长边侧尺寸与短边侧尺寸比例以6∶1为佳。

本实用新型可让导热油全面热交换以提高热交换速率，可避免昔用缺失，进而将该油叶作大辐改进，和相关导热油实施有增加带热效率之载热粒子，相乘之后可让电暖器热交换速率提高到良好境界。

本实用新型为利用比热值小于矿物油之导热液，贯流于油叶等热交换路径，而得高速带换温度。

【附图说明】

图1为一般电暖器之立体外观图。

图2为回流式电暖器工作原理示意图。

图3为昔用电暖器油管结构俯视剖视图。

图4为昔用电暖器其工作时间温度曲线图。

图5为本实用新型油叶之俯视剖视图。

图6为本实用新型多数油叶并排后之侧视图。

图7为本实用新型油叶管路之侧剖视图。

图8为本实用新型工作之温度时间曲线图。

图9为本实用新型之压力温度曲线图。

图10为本实用新型油叶管路另一实施例。

图11为本实用新型单一半角孔实施管路之示意图。

图12为本实用新型管路形成另一实施之一。

图13为本实用新型管路另一实施之二。

图14为本实用新型管路另一实施之三。

图15为本实用新型管路长边侧实施有凹肋之示意图之一。

图16为本实用新型管路长边侧实施有凹肋之示意图之二。

图17为本实用新型在油叶辐边实施辅助性热交换工作之立体示意图。

元件符号：

电暖器..1          感应开关..10        调控开关..11

加热器..12         油叶..2             辐边..20

油包..21、22       封边线..23          封合线..24

前叶..25           后叶..26            对隔带..27

回流区..28         流布区..29          油管..3

管路..30           长孔...300          梯形孔..301

长菱形孔..302      长腰形孔..303       长眼形孔..304

长边侧..31         内壁..311           外壁..312

短边侧..32         半角部..33、34      凹肋..35

管壁..36           转换装置..4         涂层..41

导热油..5          轴心部..A1          辐向部..A2

回流路径..L        距离...D

【具体实施方式】

有关本实用新型之实施内容，首先请参阅图5所示，图5为本实用新型油叶之俯视剖视图，其中油叶2是由前叶25相对后叶26对合，幅面中央形成有管路30，该管路30是由长边侧31角接短边侧32所构成一截面为长孔300之管路30。

在油叶2的截面可分设有多数的管路30提供导热油5穿流，相邻管路30之间有对隔带27所对隔，基本上形成管路30之方式为在前后叶25、26各别形成有半角部33、34对构而成，而且长边侧31与对隔带27之尺寸比例为大于或等于2∶1为佳，当然对隔带27可再缩小，相对可在一定宽度的油叶2分布有较多的管路30或扩大管路的长侧边31，前述条件为在机械强度许可的前提下，由于本实用新型的油叶2结构会让流过之导热油5快速热交换，以及加热器不会超温工作而避免产生内部高压，则其材质可薄化，藉以减轻重量和容易加工冲制，相对都会节省生产成本。

管路30截面为一长孔300的样态，因此其热交换主要是利用长边侧31的幅面对外交换，而且长边侧31的边缘与管路30的中心点距离为大辐拉近，得是中心的导热油5所承载之热能则易于与长边侧31产生热交换，当然短边侧32同样具有热交换能力。

其中该管路30之长孔300边线比例采长边侧31为6，短边侧32为1，依据6∶1的比例可提供目前常用之导热油易于产生黏滞效应，藉以达成提高对外热交换速率。

上述比例需求在大于或等于6∶1为佳。

本实用新型经由上述之管路设计，利用短边侧32拉近长边侧31内表相对面的距离D之后，则相关雷诺数之计算为缩减其D值。

雷诺数基础原理为流体密度ρ×流速V×内侧距离D/粘滞系数μ，由上述雷诺数式子之中，我们了解其中该D若为减小的时候，则临界雷诺数之值为较低，则可易于使管内流形成紊流，当然上述之式子为相同可计算在圆形截面之管体，其中该速度的存在已经由一定面积和压力所决定，得是该D的意义在于管壁内相对的距离，  由该式子之中我们也可了解，若其中密度ρ因热效应而变大时，则会迟缓到达临界雷诺数，但其改变值不大而不明显，其中粘滞性μ为依据油体之性质而决定。

得是本实用新型利用短边侧32拉近相对长边侧31内表距离，而可让其紊流状态容易产生，且紊流作用在于金属油叶所设管路里部，因背向受到一压力，则其紊流向量会依据油体的前进方向形成立体化角位之前进向量，若垂直于因管壁粘滞所发生剪应力的部分，则会造成力矩效果，更让油体可得一指向管路内壁之向量而撞击交换，和因紊流的速度改变而产生段落路径里单位点的压力差，藉该压力差会得到冲压效应，该冲压效应所得之能量，则又可搅拌混流油体分子如冷热不同之分子，而达成热温快速均匀传递及交换。

本实用新型依据现有常态应用之矿物油，经测试结果，利用长边侧与短边侧之比例为大于或等于6∶1以上之比值，可让其紊流效果明显，其所既定之长扁状截面提供一定压力之导热油所流动，导热油之压力为油体受到加热器加热所形成，因此在一定压力值的情况之下，其压力的改变仅在紊流的点形成冲压效应改变，并不会明显影响整体的循环行进速度。

请再参阅图6所示，图6为本实用新型多数油叶并排后之侧视图，其中油叶分布有管路30，每一油叶由一上下油包21、22串接并形成横向通路，在下油包22里部穿置有加热器12，该加热器12则对下油包22之导热油5做加热，由于物质冷热效应会让受热之油液往管路30的方向往上扶流，到达上油包21之后形成汇聚，汇聚后再受到下方的高温压力而形成一同向之回路前进，最后如图2所示再进入加热器12接受热温。

请再参阅图7所示，图7为本实用新型油叶管路之侧剖视图，其中管路30是由长边侧31内表以较接近距离对立，于是里部之导热油5进入之后，会因油体与内管壁的黏滞效应形成扰流状态，该扰流状态则可让导热油5所存在的热能易于与长边侧31的内壁全面产生交换，进而使油叶快速对外热交换。

依据本实用新型之实验结果，在上下油包21、22(请参阅图6所示)，各别量取的工作温度有20度的温差，而且高温部份是处在上油包21，低温部份是在下油包22，下油包22的温度若95℃，则上油包约有115℃的工作温度，其状态之原因为实际上加热器12所激发为115℃的温度，由于导热油5为惯性流动，其油热会快速往上油包21的位置游进，相对加热器12的工作温度可维持在115℃即可，而无须超温工作，相对以同类属之矿物油为导热油，则该油液不会受到超温工作而劣化。

请再参阅图8，图8为本实用新型工作之温度时间曲线图，其中该升温到达一定工作温度时，该工作温度为一非常稳定的线性关系，相对其开关可形成常开状态，也就是加热器12为常开动作，相对图4其开关为频率式开关跳动动作，除了会让加热器因电流冲击效应而易于损害之外，更由于其温降与升温之间的操作点接近，而形成多数的发电流开启工作相对耗电，更让自动开关易于损坏，而且昔用之油液由于受到间歇加温，其流动速率也因此造成走走停停，本质动能大幅因冷停而消耗，热驱动初期，加热器又需时间加热，该时间内黏贴于加热器表面的油液则也因冗长时间受热而劣化。

本实用新型则可完全屏除昔用之缺失，依惯性原理，若加热器工作为稳定的状态，其所需电流电压为一定，而造就稳定需求功率，昔用者由于其内部有频段式的开关动作，也使之高低温变换，在低温要升温的过程当中需求较大电流，而造成电力明显消耗，以及回流动作在失去动能惯性的情况下，会让亲和于加热器表面的油液难以游走，而使油质劣化和让加热器表面发焦。

请再参阅图9所示，图9为本实用新型之压力温度曲线图，其中由于本实用新型之导热油循环回流速度恒定，而且由图6、图7、图8的良好反应结果，得是其内部工作压力可维持在0.05Mpa左右，工作条件以机体外围之温度测试上油包之温度到达100℃以上，依据0.05Mpa的压力为低于标准测试压力柜0.16Mpa的三分之一以下，相对本实用新型的工作压力非常安全，而且导热油不受过热影响而可维持良好的热传递性质，相对对油液作良好的性能维持，及油叶材质可薄化减轻重量。

请再参阅图10，图10是为本实用新型油叶管路另一实施例，其中油叶2所设管路30另可采用单一半角部33，相对一平整状之前叶25，以ㄇ形状围构成一长孔300，半角部33则属于后叶26所形成，或反向变换为前叶25所形成皆可，主要系将后叶26产生方波形半角部33对合平整前叶25，既可达成一长方形具有长孔300截面之管路30。

请再参阅图11所示，图11为本实用新型单一半角孔实施管路之示意图，依据单一半角部33的实施，其半角部33之短边侧可形成斜向，而形成一具有梯形孔301截面之管路30。

请再参阅图12所示，图12为本实用新型管路形成另一实施之一，其中管路30是由两相对半角部33、34对合而成，其中短边侧32可形成斜边角接长边侧31，据以形成一截面为长菱形孔302之管路30。

请再参阅图13所示，图13为本实用新型管路另一实施之二，其中在短边侧32的位置可依据弧形线角接长边侧31，据以形成具有一截面为长腰形孔303之管路30。

请再参阅第14图所示，管路30则由短边侧32依据抛物线对向连接，抛物线过程当中形成长边侧31，据以形成一截面为长眼形孔304之管路30。

前述图5、图11、图12、图13、图14，皆让管路30形成一长孔状之截面，使长边侧31内表壁面相对距离拉近，提供导热油能适度有效黏滞后，藉由该黏滞力形成混流，进而让导热油潜在之热能易于向管壁长边侧31传递。

请再参阅图15所示，图15为本实用新型管路长边侧实施有补强肋之示意图之一，其中管路30之长边侧31可设有凹入之凹肋35，该凹肋35也可成为一纵向之凹面。

请再参阅图16所示，图16为本实用新型管路长边侧实施有凹肋之示意图之二，其中前后长边侧31的辐向表面纵向各别凹设有凹肋35，且该前后凹肋35为错开状。

前述图15、图16所示，该凹肋35相对设立而可更拉近长边侧31之内表面距离，让管路中心点与外表面更为接近之外，更藉由该凹肋35的存在而可强化管路之纵向机械力，以及利用该凹肋之凹角的位置而让油液更容易产生混流干涉，使其搅动翻滚速率增加，进而提升与管路30内壁接触的工作机会。

请再参阅图17所示，图17为本实用新型在油叶辐边实施辅助性热交换工作之立体示意图，其中油叶2是由前叶25及相对后叶26对合而成，中央形成有至少一道以上之管路30，相关油包22与管路30的周围，假设为回流区28，主要受热后之导热油，会从油包22穿经管路30所形成之回流区28而往上回流，其中本实用新型为了增加辅助热交换工作依据，而在回流区28边线与油叶2外围位置增设有一流布区29，该流布区29是由封边线23规范导通到管路30外围并与之相连，于是下油包22所产生之热油，除了由管路30往上回流之外，更会穿过辐边20里部之流布区29，藉由该流布区29的辅助，让导热油全面充斥在油叶2的整个幅面，藉以提升总体热交换速率。

实施有多数管路30者，则在管路30彼此之间经由对隔带27所连结，藉由该对隔带27而可达成幅面中央机械力的强化，并藉以区隔出多数管路30。

本实用新型进一步在油叶2的外表面实施有远红外线转换装置4，该远红外线转换装置4是可接收油叶2的热波而对外转换放射出特定之远红外线波，其中该转换装置4可利用具有远红外线转换元素之涂层41，以涂布方式覆盖在油叶2的整体表面，进而达成全体性的转换。

以上所述诸多形式之管路30，内表壁面为了增加紊流状态，则可在管路30内表壁面实施为粗糙面，该粗糙面会让所流经之流体增加摩擦力，该摩擦力以物理现象会消耗掉压力动能将之转换为热能，但其影响状态系因流体的剪应力大小而决定，经由压力或流速之条件改变，而可易于满足其消耗需求，唯经由该粗糙面之设计，会让流经之油体行径之向量产生多角折的变化，利用该反射角位的变化，而让油体运动向量改变而增加与壁面接触之机会，以及该转折过程当中所形成之紊流，油体冷热分子之交替可得一机械能量之交换操作，进以提升油体之热往管壁代换之速率。

以上实施例说明为本实用新型之最佳实施例，反举类似相等技艺或类等功效之设计，皆为本实用新型权利所达及范围。

Claims (10)

1.一种电暖器之热交换增益构造，其包含有一纵向幅面设有至少一管路之油叶，依据管路周边往内规范形成一回流区，上下端结合油包向外串通一加热器，其特征在于该油叶所设管路之截面积为由长边侧及短边侧共构截面为长孔状之管路，且长边侧与油叶幅面平行，且长边侧尺寸与短边侧尺寸比例为6∶1。

2.根据权利要求1所述之电暖器之热交换增益构造，其特征为该管路为二道以上平行安排，并结合上下油包形成一回流区。

3.根据权利要求1所述之电暖器之热交换增益构造，其特征为该管路为由两半角部对合而成。

4.根据权利要求1所述之电暖器之热交换增益构造，其特征为该管路为由一半角部贴合一平板状前叶而成。

5.根据权利要求4所述之电暖器之热交换增益构造，其特征为该半角部为梯形孔。

6.根据权利要求3或4所述之电暖器之热交换增益构造，其特征为该管路之短边侧为垂直角接长边侧。

7.根据权利要求3或4所述之电暖器之热交换增益构造，其特征为该管路之短边侧为以弧线角接长边侧。

8.根据权利要求7所述之电暖器之热交换增益构造，其特征为以弧线连接长边侧之管路截面为长腰形孔。

9.根据权利要求3或4所述之电暖器之热交换增益构造，其特征为管路之长边幅面凹设有补强肋。

10.根据权利要求1所述之电暖器之热交换增益构造，其特征为在该油叶之外表实施有远红外线转换涂层。

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