CN210137457U - 一种发热单元 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种发热单元，其特征在于，所述发热单元由铝合金框架型材和发热板式集合体组合而成，所述铝合金框架型材含有两个相对的镂空侧面，所述发热板式集合体包括纳米发热板和隔热防护体，所述发热板式集合体分别封装在所述型材的两个镂空侧面上，并与所述型材形成一个内置的空腔，所述空腔中容纳加热介质。所述发热单元升温速度快，热量利用率高，电热转换率高，密封性好。

Description

一种发热单元

技术领域

本实用新型属于发热设备技术领域，具体涉及一种发热单元。

背景技术

随着人民生活水平的提高，民用供热需求在不断上涨，主要体现在居民生活、汽车领域、热电领域、机械制造领域、医药领域、化学及食品领域。供热设备主要利用电热转换和电磁转换原理。然而，传统的电热转换率较低，主要是由于传热过程中的热能耗散、传热系数和保温等问题。电磁转换作为供热新技术，广泛应用于居民生活，由于磁场技术限制，电磁转换类供热设备体积较小，工业应用受到限制，另一方面，电磁转换类供热设备的噪音较大，并产生辐射，影响人类健康。电磁转换的热能转化率与传统的电热转换相比，有了较大提升，但仍然没有达到热量的充分利用。

目前，本领域技术人员已经开始研制开发利用新型发热材料的技术或设备。例如，专利CN201810993901.3提供了一种纳米电热管加热量子能传导液的电加热设备，包括外框架、底座、循环油泵、纳米加热管、加热器和调压罐装置，调压罐装置与加热器通过连通管连通，加热器包括内胆、外胆和盘管，内胆内部焊接有中隔圈，中隔圈与内胆的壳体形成环形盘管腔，中隔圈与内胆的顶面、底面形成内腔，中隔圈上部还设有连通环形盘管腔与内腔的连接管，循环油泵与纳米加热管均固定在加热器顶部，循环油泵的管路的两端分别延伸入环形盘管腔底部和内腔底部，纳米加热管插入加热器的内腔中，外框架固定在底座上且将调压罐装置与加热器包覆。

专利CN201020122180.8提供了一种纳米电暖器，包括中空壳体，壳体前端固定有网格状面网，壳体设置有温度控制装置，壳体内固定有平行于面网的纳米发热板，该纳米发热板与温度控制装置电连接，纳米发热板包括微晶玻璃基板，以及形成于基板表面的纳米发热膜，纳米发热膜正对面网。

现有的供热设备的电热转换率较低，结构设计不合理，导致热能利用率较低，造成产生热量的不必要的耗损。

实用新型内容

本实用新型提供了一种发热单元，所述发热单元由铝合金框架型材和发热板式集合体组合而成，所述铝合金框架型材含有两个相对的镂空侧面，所述发热板式集合体包括纳米发热板和隔热防护体，所述发热板式集合体分别封装在所述型材的两个镂空侧面上，并与所述型材形成一个内置的空腔，所述空腔中容纳加热介质。

优选的，所述铝合金框架型材为扁平形状，并且面积较大的两个侧面为镂空侧面，所述镂空侧面用于与发热板式集合体相连，所述发热板式集合体基板的没有纳米发热涂层的一面朝向所述镂空侧面，这样，传热面积较大，提高传热速率。

相比于传统的用于加热的金属型材，所述铝合金框架型材将传热面设计成镂空侧面，减少了金属用量和型材重量，使得成本降低，型材轻质化。

优选的，所述铝合金框架型材为一体化的，并包括第一端面和第二端面，所述第一端面设有与外界联通的进口，所述第二端面设有与外界联通的出口，所述进口和出口用于导入和输出加热介质。在本实用新型的一个具体实施方式中，所述第一端面和第二端面是封闭的，即所述铝合金框架型材采用模块化压铸，一体成型，使用时操作简便，密封性和保温性都较好，所述第一端面和第二端面上分别设有进口和出口，所述进口和出口供加热介质流入和流出铝合金框架型材。

优选的，所述铝合金框架型材为分体式的，所述型材两端的外侧设有第一封盖和第二封盖，所述第一封盖上设有进口，第二封盖上设有出口，所述第一封盖和第二封盖与型材两端连接。在本实用新型的另一个具体实施方式中，所述型材的两个端面是开放的，两个所述开放端面的外侧分别设置第一封盖和第二封盖，第一封盖上设有进口，第二封盖上设有出口，所述封盖与端面固定连接，使铝合金框架型材的两端封闭，加热介质依然从封盖的进口流入铝合金框架型材，再由出口流出，此种方式虽然使用时操作复杂，密封性和保温性都较差，但使用灵活，方便更换零部件。

所述封闭侧面设有预留孔，方便监控铝合金框架型材内部的加热介质的温度或液位。

优选的，所述铝合金框架型材的镂空侧面的四周边缘设有螺丝孔，便于固定发热板式集合体。

优选的，所述进口和出口采用冲压工艺，进口和出口的内部以及与铝合金框架型材连接的部分为圆扁口，所述圆扁口能够提升加热介质的流量，使得加热介质流动均匀，且与所述发热装置均匀贴合并带走热量。

优选的，两个所述镂空侧面的四周均设有凹槽，用于放置所述发热板式集合体，具体的，两个所述发热板式集合体分别镶嵌并粘合在所述凹槽内，使两个发热板式集合体与铝合金框架型材内部形成闭合空间，所述闭合空间为加热介质流动受热空间。所述凹槽能够增加粘合胶的饱和度，同时增大粘合胶的着力面积，最大限度保证粘合胶均匀附着，达到发热板式集合体和与铝合金框架型材的无缝结合。所述粘合胶为耐高温粘合胶。

更优选的，所述凹槽采用沙化面处理，进一步增强粘合胶面的附着力，让发热装置、粘合胶与铝合金框架型材更好的贴合，密封性较好。

优选的，所述铝合金框架型材的两端内部设有加热介质流道，所述流道的一端与所述进口或出口相连，另一端与所述型材内侧相连；更优选的，所述流道为漏斗形下凹流道，所述流道的窄口一端与所述进口或出口相联通，宽口一端与铝合金框架型材内侧相联通；所述流道增加了加热介质的流速，最大限度提升了加热介质的流量，使加热介质均匀地与发热装置贴合并带走热量，强化传热。

所述发热板式集合体包括纳米发热板和隔热防护体，所述隔热防护体由隔热绝缘板和保护板组成，所述隔热绝缘板与纳米发热板涂有纳米发热涂层的一面贴合在一起。具体的，所述隔热绝缘板设在所述纳米发热板涂有纳米发热涂层的一侧，所述保护板设在隔热绝缘板远离纳米发热板的一侧。

所述纳米发热板的一面涂有纳米发热涂层，用于向所述发热单元提供热量。

所述纳米发热涂层在接通电流情况下，可在短时间内激发原子间的共振效应，并释放出高能红外线或远红外线，被纳米发热涂层加热的物质，在原子共振谐振与高能红外线或远红外线的作用下能够迅速升温。

所述纳米发热涂层使用的纳米发热材料可以为市售的常规纳米发热材料。

优选的，所述纳米发热板的基板为微晶玻璃板，更优选的，所述基板为具有一个光滑平面和一个粗糙平面的微晶玻璃板。

优选的，所述纳米发热涂层喷涂在所述基板的粗糙平面，增大纳米发热涂层在基板上的附着摩擦力，增大所述涂层脱落的阻力，延长所述纳米发热板的使用寿命。

优选的，所述纳米发热涂层喷涂在所述基板粗糙平面的中部区域，所述中部区域的面积能够根据发热热量的需要进行调节。所述纳米发热涂层喷涂在基板粗糙平面的中部区域，既能够节约纳米发热涂层材料，提高纳米发热涂层的利用率，又能利用基板四周未喷涂纳米发热涂层的区域作为保温隔热层，防止纳米发热涂层产生的热量从基板四周扩散而损失热量，使得纳米发热涂层产生的热量集中用于加热，从而提高所述纳米发热板的电热转换效率；另一方面，为所述纳米发热板的电极预留位置。

使用时，由于纳米发热涂层接通电源，不能直接接触加热介质，避免造成短路，所以所述纳米发热板的基板的光滑平面直接接触加热介质，这样，纳米发热涂层与加热介质之间只相隔一层基板，尽量减少纳米发热涂层与加热介质之间的热阻隔，提高所述纳米发热板的热效率。所述纳米发热板的基板的光滑平面直接接触加热介质，优选的，所述微晶玻璃的光滑平面亮度和平整度较高，减少加热介质的流动阻力，节约加热介质的驱动能源，另一方面，当加热介质为水时，光滑平面基本杜绝水中水垢的附壁现象，进而基本杜绝水垢产生的传热阻力，从而提高所述纳米发热板的传热效率。

所述纳米发热板的一端靠近边缘处设有向内凹陷的盲孔，所述盲孔中灌注金属导电材料，所述金属导线材料中设有电线，所述电线外接电源，成为盲孔电极。优选的，所述盲孔电极表面涂覆一层绝缘物质，防止短路漏电，安全可靠。

优选的，所述金属导电材料选自银、铜、铝和铁，更优选的，所述导电材料为银，银的熔点较低，在熔化和灌注过程中操作方便。

具体的，将所述导电材料熔化后灌注在所述盲孔中，在导电材料凝固前，将电线放置在导电材料中；所述导电材料凝固后，电线牢固地连接在所述电极中。所述盲孔电极结构和制作方法均比较简单，电接触良好，成本较低，安全可靠，解决了传统电极焊接以及焊接不牢固的问题；相比代替传统的金属电极板，所述盲孔电极体积较小，使用灵活，安全可靠。

优选的，所述电线为耐高温电线。

所述发热板式集合体的所述隔热绝缘板设在纳米发热板涂有纳米发热涂层的一侧，隔热绝缘板具有绝缘、耐高温和隔热的特性，极大限度地杜绝纳米发热涂层产生的热量向没有加热介质的外界传播和流失，提高纳米发热涂层和其产生的热量的利用率，进而提高所述发热板式集合体的电热转换效率。

所述保护板设在隔热绝缘板远离纳米发热板的一侧，并保护内部的隔热绝缘板和纳米发热板的稳固。所述保护板的材质选自金属、木质和塑料，保护板具有耐高温和不易变形的性能。

所述纳米发热板没有纳米发热涂层的一面朝向所述镂空侧面。所述发热单元中，所述发热板式集合体设置在铝合金框架型材的两个相对的镂空侧面，发热板式集合体加热铝合金框架型材内部的加热介质。具体的，两个所述发热板式集合体的基板光滑平面分别朝向铝合金框架型材的两个镂空侧面，两个所述发热板式集合体分别镶嵌并粘合在所述两个镂空侧面的凹槽内，使两个发热板式集合体与铝合金框架型材内部形成闭合空间，所述闭合空间为加热介质流动受热空间；所述保护板通过螺丝固定在所述镂空侧面四周边缘的螺丝孔上，从而发热板式集合体与铝合金框架型材固定连接。

所述铝合金框架型材使得发热板式集合体直接接触加热介质，利用所述纳米发热板直接加热加热介质，去掉了传统加热器的中间传热隔层，最大限度的减少传热阻隔和热量损失；同时，发热板式集合体的隔热绝缘板和保护板防止所述纳米发热板产生的热量向外界扩散损失，提高了所述发热单元的电热转换效率。

在本实用新型的一个具体实施方式中，所述发热单元包括所述发热板式集合体和铝合金框架型材，发热板式集合体设在铝合金框架型材的两侧；具体的，所述发热板式集合体的基板和隔热绝缘板镶嵌并粘合在所述镂空侧面的凹槽内，基板的光滑平面面对铝合金框架型材的内部，基板的粗糙平面涂有所述纳米发热涂层，纳米发热涂层的两端边缘处设置所述盲孔电极，所述盲孔电极的表面上涂覆一层绝缘物质，保护电极和防止电极与其他设备零部件接触导致短路，所述基板的粗糙平面的侧面设有隔热绝缘板，防止纳米发热涂层产生的热量向没有加热介质的外界传播和流失，所述隔热绝缘板外侧设有所述保护板，保护板四周设有螺丝孔，用于与铝合金框架型材镂空侧面四周的螺丝孔对接，利用螺丝紧固所述发热单元，增加内部发热板式集合体的稳固性和加强隔热绝缘板的贴合性。

所述发热单元中，所述纳米发热板的升温速度快，所述发热板式集合体保护发出的热量，发热板式集合体直接设置在铝合金框架型材的镂空侧面，并直接接触加热介质，这样，将发出的热量充分利用，电热转换率高，密封性好，体积较小，使用时基本无嘈音、无辐射。

本实用新型所述的加热介质为能够被加热、传热的液体或气体，优选的，所述加热介质选自水、油和空气。

附图说明

图1是本实用新型的一种可选的铝合金框架型材1整体结构图

图2是进口104和出口105内部结构图。

图3是为流道110结构图。

图4是本实用新型的另一种可选的铝合金框架型材1结构图。

图5是本实用新型的纳米发热板2的微晶玻璃板的粗糙平面203示意图。

图6是本实用新型的纳米发热板2的微晶玻璃板的光滑平面204示意图。

图7是本实用新型的盲孔电极3结构图。

图8是本实用新型的发热板式集合体4结构图。

图9是本实用新型的发热单元5结构图。

附图中，1-铝合金框架型材，101-镂空侧面，102-封闭侧面，103-端面，104-进口，105-出口，106-预留孔，107-螺丝孔，108-扁平口，109-凹槽，110-流道，111-封盖，2-纳米发热板，201-纳米发热涂层，202-微晶玻璃板，203-微晶玻璃板的粗糙平面，204-微晶玻璃板的光滑平面，3-盲孔电极，301-盲孔，302-银，303-耐高温电线，4-发热板式集合体，401-隔热绝缘板，402-保护板，403-陶瓷绝缘物质，5-发热单元。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

以下实施例中基板为微晶玻璃板，加热介质为自来水。

制备例1铝合金框架型材

如图1所示，本制备例的铝合金框架型材1的两个相对的侧面镂空，与镂空侧面101相连的两个相对侧面为封闭侧面102，另外两个端面103(即第一端面和第二端面)是封闭的，并且两个端面103分别设有与外界联通的进口104和出口105。封闭侧面102设有预留孔106，方便监控铝合金框架型材1内部的温度。铝合金框架型材1的镂空侧面101的四周边缘设有螺丝孔107，便于固定发热板式集合体4。铝合金框架型材1的材质为耐高温、防腐蚀和导热性较好的铝合金材质。

如图2所示，铝合金框架型材1的进口104和出口105采用冲压工艺，进口104和出口105内部以及与铝合金框架型材1连接的部分为圆扁口108，圆扁口108能够提升自来水的流量，使得自来水流动均匀，且与发热板式集合体4均匀贴合并带走热量。两个镂空侧面101的四周均设有凹槽109，两个发热板式集合体4分别镶嵌并粘合在凹槽109内，使两个发热板式集合体4与铝合金框架型材1内部形成闭合空间，闭合空间为自来水的流动受热空间。凹槽109能够增加耐高温粘合胶的饱和度，同时增大粘合胶的着力面积，最大限度保证粘合胶均匀附着，达到发热板式集合体4和与铝合金框架型材1的无缝结合。凹槽109采用沙化面处理工艺处理，进一步增强粘合胶面的附着力，让发热板式集合体4、粘合胶与金属框架型1材更好的贴合，密封性较好。

如图3所示，铝合金框架型材1的两个端面103内部设有漏斗形下凹流道110，流道110的窄口一端与进口104或出口105相联通，宽口一端与铝合金框架型材1内侧相联通，流道110增加了自来水的流速，最大限度提升了自来水的流量，使得自来水均匀地与发热板式集合体4贴合并带走热量，强化传热。

制备例2铝合金框架型材

本制备例的铝合金框架型材1的结构图如图4所示，铝合金框架型材1的两个端面103是开放的，两个开放端面103的外侧分别设置封盖111，一个封盖111上设有进口104，另一个封盖111上设有出口105，使用时封盖111与端面103固定连接，使铝合金框架型材1的两端封闭，自来水依然从封盖111的进口104流入铝合金框架型材1，再由出口105流出，此种方式虽然使用时操作复杂，密封性和保温性都较差，但使用灵活，方便更换零部件。

本制备例的铝合金框架型材1的其他结构与制备例1的铝合金框架型材1的结构相同。

制备例3纳米发热板

本制备例的纳米发热板2结构图如图5所示，纳米发热板2包括纳米发热涂层201和微晶玻璃板202，纳米发热涂层201喷涂在微晶玻璃板的粗糙平面103的中部区域，纳米发热涂层201的厚度为五微米。

纳米发热涂层201在接通电流情况下，可在短时间内激发原子间的共振效应，并释放出高能红外线或远红外线，被纳米发热涂层201加热的物质，在原子共振谐振与高能红外线或远红外线的作用下能够迅速升温。纳米发热涂层201喷涂在微晶玻璃板的粗糙平面203，增大纳米发热涂层201在微晶玻璃板202上的附着摩擦力，增大脱落的阻力，延长纳米发热板2的使用寿命。纳米发热201喷涂在微晶玻璃板的粗糙平面203的中部区域，既能够节约纳米发热涂层201材料，并提高利用率，又能利用微晶玻璃板202四周未喷涂纳米发热涂层201的区域作为保温隔热层，防止纳米发热涂层201产生的热量从微晶玻璃板202四周扩散而损失热量，使得纳米发热涂层201产生的热量集中用于加热，从而提高纳米发热板2的电热转换效率；另一方面，为纳米发热板2的电极预留位置。

微晶玻璃板的光滑平面204如图6所示，纳米发热板2在使用时，由于纳米发热涂层201接通电源，不能直接接触自来水，避免造成短路，所以微晶玻璃板的光滑平面104直接接触自来水，这样，纳米发热涂层201与自来水之间只相隔一层微晶玻璃板202，尽量减少纳米发热涂层201与自来水之间的热阻隔，提高纳米发热板2的热效率；微晶玻璃板的光滑平面204直接接触自来水，减少自来水的流动阻力，节约驱动能源，另一方面微晶玻璃板的光滑平面204基本杜绝自来水中水垢的附壁现象，进而基本杜绝水垢产生的传热阻力，从而提高纳米发热板2的传热效率。

制备例4盲孔电极

本制备例的盲孔电极3结构图如图7所示，盲孔电极3包括盲孔301、导电材料和耐高温电线303。本制备例的导电材料选用金属银302，银302熔点较低，在熔化和灌注过程中操作方便。

盲孔电极3是在微晶玻璃板的粗糙平面203上设置盲孔301，盲孔301内部灌注金属银302，银302中设有耐高温电线303，耐高温电线303外接电源。

具体的，将银302熔化后灌注在盲孔301中，在银302凝固前，将耐高温电线303放置在银302中；银302凝固后，耐高温电线303牢固地连接在盲孔电极3中。盲孔电极3结构和制作方法均比较简单，电接触良好，成本较低，安全可靠，解决了传统电极焊接以及焊接不牢固的问题；相比代替传统的金属电极板，盲孔电极3体积较小，设置灵活。

制备例5发热板式集合体

本制备例的发热板式集合体4的结构图如图8所示，发热板式集合体4包括制备例3的纳米发热板2、隔热绝缘板401和保护板402，隔热绝缘板401设在纳米发热板2涂有纳米发热涂层201的一侧，保护板402设在隔热绝缘板401远离纳米发热板2的一侧。

纳米发热板2的纳米发热涂层201两端的边缘处分别设有制备例4的盲孔电极3，为纳米发热涂层201供电，盲孔电极3的表面涂覆一层陶瓷绝缘物质403，防止短路漏电，安全可靠。

具体的，隔热绝缘板401设在纳米发热板2的微晶玻璃板的粗糙平面203的旁边，隔热绝缘板401具有绝缘、耐高温和隔热的特性，极大限度地杜绝纳米发热涂层201产生的热量向没有自来水的外界传播和流失，提高纳米发热涂层201和其产生的热量的利用率，进而提高发热板式集合体4的电热转换效率。保护板402为金属材质，具有耐高温和不易变形的性能；保护板402设在隔热绝缘板401远离纳米发热板2的一侧，并保护内部的隔热绝缘板401和纳米发热板2的稳固。

实施例1发热单元

本实施例的发热单元5结构图如图9所示，发热单元5包括制备例3中的发热板式集合体4和制备例1中的铝合金框架型材1，发热板式集合体4设置在铝合金框架型材1的两侧，发热板式集合体4加热铝合金框架型材1内部的自来水。

铝合金框架型材1采用模块化压铸，一体成型。铝合金框架型材1使得发热板式集合体4直接接触自来水，利用纳米发热板2直接加热自来水，去掉了传统加热器的中间传热隔层，最大限度的减少传热阻隔和热量损失；同时，发热板式集合体4的隔热绝缘板401和保护板402防止纳米发热板2产生的热量向外界扩散损失，提高了发热单元5的电热转换效率。另一方面，铝合金框架型材1减少了金属用量和型材重量，使得成本降低，发热单元5轻质化。

Claims (10)

1.一种发热单元，其特征在于，所述发热单元由铝合金框架型材和发热板式集合体组合而成，所述铝合金框架型材含有两个相对的镂空侧面，所述发热板式集合体包括纳米发热板和隔热防护体，所述发热板式集合体分别封装在所述型材的两个镂空侧面上，并与所述型材形成一个内置的空腔，所述空腔中容纳加热介质。

2.根据权利要求1所述的发热单元，其特征在于，所述铝合金框架型材为一体化的，并包括第一端面和第二端面，所述第一端面设有与外界联通的进口，所述第二端面设有与外界联通的出口，所述进口和出口用于导入和输出加热介质。

3.根据权利要求1所述的发热单元，其特征在于，所述铝合金框架型材为分体式的，所述型材两端的外侧设有第一封盖和第二封盖，所述第一封盖上设有进口，第二封盖上设有出口，所述第一封盖和第二封盖与型材两端连接。

4.根据权利要求1所述的发热单元，其特征在于，所述隔热防护体由隔热绝缘板和保护板组成，所述隔热绝缘板与纳米发热板涂有纳米发热涂层的一面贴合在一起。

5.根据权利要求1所述的发热单元，其特征在于，所述纳米发热板的一端靠近边缘处设有向内凹陷的盲孔，所述盲孔中灌注金属导电材料，所述金属导电材料中设有电线。

6.根据权利要求1所述的发热单元，其特征在于，所述纳米发热板的一面涂有纳米发热涂层，用于向所述发热单元提供热量。

7.根据权利要求1所述的发热单元，其特征在于，所述纳米发热板没有纳米发热涂层的一面朝向所述镂空侧面。

8.根据权利要求1所述的发热单元，其特征在于，所述铝合金框架型材的两个镂空侧面设有凹槽，用于放置所述发热板式集合体。

9.根据权利要求2或3所述的发热单元，其特征在于，所述进口和出口的内部以及与铝合金框架型材连接的部分为圆扁口。

10.根据权利要求2所述的发热单元，其特征在于，所述第一端面和第二端面内部均设有加热介质流道，所述流道的一端与所述进口或出口相连，另一端与所述型材内侧相连。

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