CN209706197U - 一种新型电加热装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型为一种新型电加热装置，该装置包括螺旋形肋片电加热体、下方管道、中间管道、上方管道、枝状散热单元、条形磁铁块、管道封头和异形磁铁块；上述的上方管道、中间管道和下方管道构成热媒管道，在热媒管道中流动有磁性纳米流体热媒；在每个中间管道上沿上下方向均安装有一个枝状散热单元，相邻两个枝状散热单元之间沿上下方向均匀布置有多个条形磁铁块，在两个中间管道之间的上方管道和下方管道上均布置有异形磁铁块；所述异形磁铁块的中心设置有能嵌套上方管道或下方管道的圆柱形凹槽。该装置通过使用磁性纳米流体可以提高加热速度，减少预热时间，使用螺旋形肋片电加热体可提高对流换热系数，并使加热过程更稳定。
Description
技术领域
本实用新型涉及家用电加热采暖设备领域，具体涉及一种新型电加热装置。
背景技术
在南方缺少集中供暖的地区以及北方寒冷地区，为保持环境舒适需要依靠电暖器、空调等加热采暖设备进行辅助加热，电暖器可广泛应用于住宅、办公场所、宾馆、医院等民用建筑及公共场所中。辐射换热与自然对流换热是电暖器的主要工作方式，即通过散热片表面的高温及大的表面积对环境空气进行有效加热。而在电暖器的内部，热媒介质的自然对流是对热媒介质加热的主要方式。
目前，常见的电暖器普遍以水或导热油为热媒介质，但热媒介质水的自然对流的换热系数较低，导热油的预热时间较长且所需功率较大。另外，电暖器中的加热装置常采用圆管形电加热棒，其有效加热面积较小且在加热过程中的导热热阻较大，如专利号为201721284997.3的中国专利公开的一种新型的油汀电暖器，以及申请号为201711319626.9的中国专利公开的板式油汀电暖器，其热媒介质为导热油，且使用圆形加热棒进行加热，由于导热油的比热容较大故其初始加热时间较长，在达到相同加热温度的条件下，所需的加热功率以及所需加热量均较大，不利于降低能耗，另外由于加热热媒介质的过程中，导热油会在圆形加热棒上形成厚厚的温度边界层，加热棒的热量不能进行高效传递，阻碍了其对流换热过程降低了导热油的对流传热系数，故其加热效率较低。总之，热媒介质的选用及电加热器形式的改进是目前市场上的电暖器所急需面对和解决的问题。
实用新型内容
针对现有技术的不足，本实用新型拟解决的技术问题是，提出了一种新型电加热装置，该装置通过使用磁性纳米流体可以提高加热速度，减少预热时间，另外使用螺旋形肋片电加热体可提高热媒介质的对流换热系数，并使加热过程更加均匀稳定。
本实用新型解决所述技术问题采用的技术方案是：提供一种新型电加热装置，其特征在于该装置包括螺旋形肋片电加热体、下方管道、中间管道、上方管道、枝状散热单元、条形磁铁块、管道封头和异形磁铁块；在上、下方管道之间等间距布置有多个中间管道，中间管道一端与上方管道下端连接，一端与下方管道上端连接；在上方管道的两端及下方管道的一端均设置有管道封头，下方管道的另一端通过安装螺旋形肋片电加热体进行密封；所述螺旋形肋片电加热体位于下方管道的内部，与下方管道同轴，螺旋形肋片电加热体的外壁面上具有螺旋形肋片，内部连接有导线可与外界电源相连；上述的上方管道、中间管道和下方管道构成热媒管道，在热媒管道中流动有磁性纳米流体热媒；在每个中间管道上沿上下方向均安装有一个枝状散热单元，相邻两个枝状散热单元之间沿上下方向均匀布置有多个条形磁铁块，在两个中间管道之间的上方管道和下方管道上均布置有异形磁铁块；所述异形磁铁块的中心设置有能嵌套上方管道或下方管道的圆柱形凹槽；
所述枝状散热单元的横截面为矩形，包括四个结构相同的枝状散热部分，四个枝状散热部分以相应的中间管道为中心呈前后、左右对称布置，每个枝状散热部分的主干上连接多个直散热翅片，且位于主干一侧的多个直散热翅片相互平行，主干的根部连接中间管道；
在两个相邻的枝状散热单元的相对的侧面上均匀布置有若干个用于固定条形磁铁块的凹槽，该凹槽数量与条形磁铁块的数量相匹配；
条形磁铁块的长度为每个枝状散热单元的凹槽深度及相邻两个枝状散热单元之间的孔隙宽度之和。
与现有装置相比，本实用新型的有益效果为：
1、本实用新型创新性地使用磁性纳米流体作为加热工质，磁性纳米流体属于固液两相混合物，通过加入导热系数更大的磁性纳米颗粒，可有效提高磁性纳米流体的换热系数，同时配合有布置在枝状散热单元之间的条形磁铁块以及上、下方管道上布置的异形磁铁块，可以通过产生磁场来强化热媒管道中Fe3O4纳米粒子与水的相互作用，并通过磁性纳米粒子的运动降低传热热阻，提高局部导热系数，进而增强加热性能及枝状散热单元的散热效果。
2、采用螺旋形肋片电加热体可以通过螺旋形肋片增加加热体的对流换热面积，同时可破坏传热过程中的热边界层，从而减小加热热阻，提高热媒介质与加热体之间的对流换热系数，从而达到更高的加热效率。
3、枝状散热单元可以通过增加分叉的散热翅片数量来增加装置的有效散热面积，另外，在枝状散热单元的相应位置设置凹槽以便于布置条形磁铁块，并与中间管道中的磁性纳米流体相互配合，提高散热能力。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型的设计方案，下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。
图1为本实用新型一种新型电加热装置的立体结构示意图；
图2为本实用新型一种新型电加热装置沿整体中心线纵切后的剖面示意图；
图3为本实用新型一种新型电加热装置的螺旋形肋片电加热体的结构示意图；
图4为本实用新型一种新型电加热装置的枝状散热单元的结构示意图；
图5为本实用新型一种新型电加热装置的枝状散热单元的横截面示意图；
图6为本实用新型一种新型电加热装置的异形磁铁块8的立体结构示意图；
图中，螺旋形肋片电加热体1，下方管道2，中间管道3，上方管道4，枝状散热单元5，条形磁铁块6，管道封头7，异形磁铁块8。
具体实施方式
下面通过附图及实施例对本实用新型的技术方案进行详细的说明，但所述实施例仅为示例说明作用，并不以此作为对本实用新型保护范围的限定。
本实用新型一种新型电加热装置(简称装置，参见图1-5)包括：螺旋形肋片电加热体1、下方管道2、中间管道3、上方管道4、枝状散热单元5、条形磁铁块6、管道封头7和异形磁铁块8；在上、下方管道之间等间距布置有多个中间管道3，中间管道3一端与上方管道下端连接，一端与下方管道上端连接；在上方管道的两端及下方管道的一端均设置有管道封头7，下方管道的另一端通过安装螺旋形肋片电加热体进行密封；所述螺旋形肋片电加热体1位于下方管道2的内部，与下方管道2同轴，螺旋形肋片电加热体1的外壁面上具有螺旋形肋片，内部连接有导线可与外界电源相连；上述的上方管道、中间管道和下方管道构成热媒管道，在热媒管道中流动有磁性纳米流体热媒；在每个中间管道上沿上下方向均安装有一个枝状散热单元5，相邻两个枝状散热单元5之间沿上下方向均匀布置有多个条形磁铁块6，在两个中间管道3之间的上方管道4和下方管道2上均布置有异形磁铁块8；所述异形磁铁块8的中心设置有能嵌套上方管道或下方管道的圆柱形凹槽；
所述枝状散热单元5的横截面为矩形，包括四个结构相同的枝状散热部分51，四个枝状散热部分以相应的中间管道为中心呈前后、左右对称布置，每个枝状散热部分的主干上连接多个直散热翅片，且位于主干一侧的多个直散热翅片相互平行，主干的根部连接中间管道；
在两个相邻的枝状散热单元的相对的侧面上均匀布置有若干个用于固定条形磁铁块6的凹槽，该凹槽数量与条形磁铁块的数量相匹配；
条形磁铁块6的长度为每个枝状散热单元5的凹槽深度及相邻两个枝状散热单元5之间的孔隙宽度之和，所述异形磁铁块8的尺寸根据上方管道4、下方管道2的管径及中间管道3的间距来确定。
本实用新型的进一步特征在于，所述枝状散热单元5还包括单支散热直翅片52，单支散热直翅片位于两个枝状散热部分之间，且单支散热直翅片与相邻的枝状散热部分一侧的直散热翅片平行，且间距相等；单支散热直翅片52的一端直接连接中间管道。
本实用新型的进一步特征在于，所述枝状散热单元中位于前后侧面上的直散热翅片之间的间距大于位于左右侧面上的直散热翅片之间的间距。位于前后侧面上的直散热翅片之间的间距是位于左右侧面上的直散热翅片之间的间距的1.1～1.5倍。
本实用新型的进一步特征在于，所述螺旋形肋片电加热体的长度为下方管道长度的2/3～3/4。螺旋形肋片电加热体的直径10-15mm，长度450-500mm，肋片高度2-5mm，肋片间距5-10mm。
所述螺旋形肋片电加热体1的左端设置有螺纹，与下方管道2的螺纹进行配合，在下方管道2的另一端设置管道封头7，对下方管道2进行密封；螺旋形肋片电加热体1上的螺旋形肋片可以通过焊接的形式根据所述设计尺寸进行布置；螺旋形肋片电加热体1采用直接电阻加热的方式，即利用流过电阻的电流通过焦耳热效应将电能直接转变为热能进行加热，螺旋形肋片可以增加螺旋形肋片电加热体1的有效加热面积，同时可以减薄或缩短加热过程产生的热边界层，进而减小对流换热过程中的传热热阻，提高装置的加热效率，减少预热时间。
本实用新型的进一步特征在于，枝状散热单元的直散热翅片及单支散热直翅片的材质均为铝合金材料，每个翅片的厚度为1mm，枝状散热单元的整体长度为100-110mm，宽度为65-75mm，高度为470-520mm，相邻两个枝状散热单元之间的间距为5-10mm。
本实用新型的进一步特征在于，所述条形磁铁块6为长方体形磁铁块，材质为铁氧体黑磁铁，上下相邻的条形磁铁块的极性方向相同，即第一个条形磁铁块的左右侧面如果是左侧为N极右侧为S极布置，则其下方的条形磁铁块也都是呈左侧为N极右侧为S极布置。条形磁铁块的宽度与枝状散热单元的宽度相匹配，高度与枝状散热单元上的凹槽长度一致。
本实用新型的进一步特征在于，所述上方管道与下方管道的直径均为30mm，长度700-750mm，间距550-600mm，中间管道的直径为20mm，中间管道的数量为5-9个。
本实用新型的进一步特征在于，所述异形磁铁块8由两个对称结构组成，每个对称结构上均设置有半圆形凹槽，两个对称结构的半圆形凹槽正好构成一个圆柱形凹槽，该圆柱形凹槽的尺寸与上方管道或下方管道的管径相匹配，两个对称结构通过磁力吸附在一起。
枝状散热单元5可有效增加与外界环境的对流换热面积以及辐射换热面积，提高换热量，缩短对外界环境的加热时间。条形磁铁块6及异形磁铁块8产生磁场可以增强磁性纳米粒子的扰动作用，使所有热媒管道内的边界层减薄、降低传热热阻，同时增强了纳米颗粒的导热过程，进而强化磁性纳米流体的换热性能。
本实用新型的工作原理为：装置中的磁性纳米流体在下方螺旋形肋片电加热体1的加热下，温度升高密度变小在重力作用下逐渐向上运动，同时上方温度较低的热媒介质向下运动；加热后的磁性纳米流体在中间管道3中通过枝状散热单元5进行散热，固定在枝状散热单元5上的条形磁铁块6及固定在上方管道4和下方管道2上的异形磁铁块8通过产生的磁场影响热媒管道中的磁性纳米粒子的运动，一方面可以使磁性纳米粒子与水的相互作用加剧，提高磁性纳米流体的局部对流换热系数，另一方面磁性纳米粒子的运动导致传热热阻降低，从而提高局部导热系数，同时枝状散热单元5紧密型的翅片布置形式可增加装置的散热面积，两者结合可有效强化传热过程，增强散热效果。
本实用新型中所述磁性纳米流体为将磁性纳米颗粒与去离子水混合所制得的一种流体，其传热性能更好，磁性纳米流体可以为Fe3O4/水磁性纳米流体、Fe3O4/导热油磁性纳米流体或其他具有铁磁性的纳米流体。
实施例1
本实施例一种新型电加热装置，包括：螺旋形肋片电加热体1、下方管道2、中间管道3、上方管道4、枝状散热单元5、条形磁铁块6、管道封头7和异形磁铁块8。
如图1所示，在上、下方管道之间等间距布置有多个中间管道3，中间管道3一端与上方管道下端连接，一端与下方管道上端连接，在上方管道4的两端及下方管道2的一端均设置有管道封头7，下方管道2的另一端通过安装螺旋形肋片电加热体1进行密封；螺旋形肋片电加热体1位于下方管道2的内部，与下方管道2同轴，螺旋形肋片电加热体1的外壁面上具有螺旋形肋片，内部连接有导线可与外界电源相连。
本实施例中，螺旋形肋片电加热体1的长度为下方管道2长度的3/4。螺旋形肋片电加热体1的直径15mm，长度500mm，肋片高度5mm，肋片间距10mm。
如图4所示，在每个中间管道3上沿上下方向均安装有一个枝状散热单元5，枝状散热单元5的横截面为矩形，包括四个结构相同的枝状散热部分51和单支散热直翅片52，相邻两个枝状散热单元5之间沿上下方向均匀布置有多个条形磁铁块6。另外，在两个中间管道3之间的上方管道4和下方管道2上均布置有异形磁铁块8；
本实施例中，上方管道4与下方管道2的直径均为30mm，长度750mm，间距600mm，中间管道3的直径为20mm，中间管道3的数量为7个。枝状散热单元5的直散热翅片及单支散热直翅片的材质均为铝合金材料，每个翅片的厚度为1mm，枝状散热单元的整体长度为110mm，宽度为75mm，高度为520mm，相邻两个枝状散热单元5之间的间距为10mm。枝状散热单元5中位于前后侧面上的直散热翅片之间的间距是位于左右侧面上的直散热翅片之间的间距的1.5倍。
条形磁铁块6为长方体形磁铁块，材质为铁氧体黑磁铁，上下相邻的条形磁铁块的极性方向相同，条形磁铁块6的宽度与枝状散热单元5的宽度相匹配，高度与枝状散热单元5上的凹槽长度一致。异形磁铁块8由两个对称结构组成，每个对称结构上均设置有半圆形凹槽，两个对称结构的半圆形凹槽正好构成一个圆柱形凹槽，该圆柱形凹槽的尺寸与上方管道或下方管道的管径相匹配，两个对称结构通过磁力吸附在一起。
本实施例中，所述磁性纳米流体为Fe3O4/水磁性纳米流体，纳米Fe3O4的质量分数为0.5％。本实施例中的装置可明显强化换热过程，磁性纳米流体在螺旋形肋片电加热体1及条形磁铁块6的作用下，可增加对流换热面积、减薄热边界层，又可通过提高中间管道3中热媒介质的对流换热系数，进而增强枝状散热单元5处的散热效果。在相同的加热功率1000W下，保持相同15min的加热时间，本实施例中的热媒温度升高了28℃，而相同参数下应用普通圆管电加热体、热媒为水的装置温度升高了22℃，故本实施例可明显提高加热速度，缩短加热时间。
实施例2
本实施例一种新型电加热装置各部分的组成结构与连接方式同实施例1，不同之处在于，本实施例中，螺旋形肋片电加热体1的长度为下方管道2长度的2/3。螺旋形肋片电加热体1的直径10mm，长度450mm，肋片高度2mm，肋片间距5mm。
本实施例中，上方管道4与下方管道2的直径均为30mm，长度700mm，间距550mm，中间管道3的直径为20mm，中间管道3的数量为6个。枝状散热单元5的直散热翅片及单支散热直翅片的材质均为铝合金材料，每个翅片的厚度为1mm，枝状散热单元的整体长度为100mm，宽度为65mm，高度为470mm，相邻两个枝状散热单元5之间的间距为5mm。枝状散热单元5中位于前后侧面上的直散热翅片之间的间距是位于左右侧面上的直散热翅片之间的间距的1.1倍。
本实施例中，所述磁性纳米流体为Fe3O4/水磁性纳米流体，纳米Fe3O4的质量分数为0.5％。同样在相同的加热功率1000W下，保持相同15min的加热时间，本实施例中的热媒温度升高了29℃，而相同参数下应用普通圆管电加热体、热媒为水的装置温度升高了21℃，故本实施例同样可明显提高加热速度，缩短加热时间。
实施例3
本实施例一种新型电加热装置，包括：螺旋形肋片电加热体1、下方管道2、中间管道3、上方管道4、枝状散热单元5、条形磁铁块6、管道封头7和异形磁铁块8；在上、下方管道之间等间距布置有多个中间管道3，中间管道3一端与上方管道下端连接，一端与下方管道上端连接；在上方管道4的两端及下方管道2的一端均设置有管道封头7，下方管道2的另一端通过安装螺旋形肋片电加热体1进行密封；螺旋形肋片电加热体1位于下方管道2的内部，与下方管道2同轴，螺旋形肋片电加热体1的外壁面上具有螺旋形肋片，内部连接有导线可与外界电源相连。
在每个中间管道3上沿上下方向均安装有一个枝状散热单元5，相邻两个枝状散热单元5之间沿上下方向均匀布置有多个条形磁铁块6，在两个中间管道3之间的上方管道4和下方管道2上均布置有异形磁铁块8，异形磁铁块8的中心设置有能嵌套上方管道或下方管道的圆柱形凹槽；枝状散热单元5的横截面为矩形，包括四个结构相同的枝状散热部分51以及单支散热直翅片52，四个枝状散热部分以相应的中间管道为中心呈前后、左右对称布置，每个枝状散热部分的主干上连接多个直散热翅片，且位于主干一侧的多个直散热翅片相互平行，主干的根部连接中间管道；
在两个相邻的枝状散热单元的相对的侧面上均匀布置有若干个用于固定条形磁铁块6的凹槽，该凹槽数量与条形磁铁块的数量相匹配；
单支散热直翅片位于两个枝状散热部分之间，且单支散热直翅片与相邻的枝状散热部分一侧的直散热翅片平行，且间距相等；单支散热直翅片52的一端直接连接中间管道。枝状散热单元5中位于前后侧面上的直散热翅片之间的间距是位于左右侧面上的直散热翅片之间的间距的1.3倍。
本实用新型中所述的前后左右上下等方位词是一个相对概念，以设置枝状散热单元的凹槽位置为左右方向，没有设置凹槽的两个相对侧面为前后方向。
本实用新型未述及之处适用于现有技术。
Claims (10)
1.一种新型电加热装置，其特征在于该装置包括螺旋形肋片电加热体、下方管道、中间管道、上方管道、枝状散热单元、条形磁铁块、管道封头和异形磁铁块；在上、下方管道之间等间距布置有多个中间管道，中间管道一端与上方管道下端连接，一端与下方管道上端连接；在上方管道的两端及下方管道的一端均设置有管道封头，下方管道的另一端通过安装螺旋形肋片电加热体进行密封；所述螺旋形肋片电加热体位于下方管道的内部，与下方管道同轴，螺旋形肋片电加热体的外壁面上具有螺旋形肋片，内部连接有导线可与外界电源相连；上述的上方管道、中间管道和下方管道构成热媒管道，在热媒管道中流动有磁性纳米流体热媒；在每个中间管道上沿上下方向均安装有一个枝状散热单元，相邻两个枝状散热单元之间沿上下方向均匀布置有多个条形磁铁块，在两个中间管道之间的上方管道和下方管道上均布置有异形磁铁块；所述异形磁铁块的中心设置有能嵌套上方管道或下方管道的圆柱形凹槽；
所述枝状散热单元的横截面为矩形，包括四个结构相同的枝状散热部分，四个枝状散热部分以相应的中间管道为中心呈前后、左右对称布置，每个枝状散热部分的主干上连接多个直散热翅片，且位于主干一侧的多个直散热翅片相互平行，主干的根部连接中间管道。
2.根据权利要求1所述的新型电加热装置，其特征在于，所述枝状散热单元还包括单支散热直翅片，单支散热直翅片位于两个枝状散热部分之间，且单支散热直翅片与相邻的枝状散热部分一侧的直散热翅片平行，且间距相等；单支散热直翅片的一端直接连接中间管道。
3.根据权利要求2所述的新型电加热装置，其特征在于，枝状散热单元的直散热翅片及单支散热直翅片的材质均为铝合金材料，每个翅片的厚度为1mm，枝状散热单元的整体长度为100-110mm，宽度为65-75mm，高度为470-520mm，相邻两个枝状散热单元之间的间距为5-10mm。
4.根据权利要求1所述的新型电加热装置，其特征在于，所述枝状散热单元中位于前后侧面上的直散热翅片之间的间距大于位于左右侧面上的直散热翅片之间的间距。
5.根据权利要求1所述的新型电加热装置，其特征在于，位于前后侧面上的直散热翅片之间的间距是位于左右侧面上的直散热翅片之间的间距的1.1～1.5倍。
6.根据权利要求1所述的新型电加热装置，其特征在于，所述螺旋形肋片电加热体的长度为下方管道长度的2/3～3/4。
7.根据权利要求1所述的新型电加热装置，其特征在于，螺旋形肋片电加热体的直径10-15mm，长度450-500mm，肋片高度2-5mm，肋片间距5-10mm。
8.根据权利要求1所述的新型电加热装置，其特征在于，所述条形磁铁块为长方体形磁铁块，材质为铁氧体黑磁铁，上下相邻的条形磁铁块的极性方向相同，条形磁铁块的宽度与枝状散热单元的宽度相匹配。
9.根据权利要求1所述的新型电加热装置，其特征在于，所述异形磁铁块由两个对称结构组成，每个对称结构上均设置有半圆形凹槽，两个对称结构的半圆形凹槽正好构成一个圆柱形凹槽，该圆柱形凹槽的尺寸与上方管道或下方管道的管径相匹配，两个对称结构通过磁力吸附在一起。
10.根据权利要求1所述的新型电加热装置，其特征在于，所述磁性纳米流体为Fe3O4/水磁性纳米流体。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112075422A (zh) * | 2020-10-22 | 2020-12-15 | 湖南惠民生物科技有限公司 | 一种用于农药制剂的制备方法及生产设备 |
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2018
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