一種水加熱單元以及包含其的熱水器、地暖加熱裝置和家庭供熱系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及水加熱單元以及包含其的熱水器、地暖加熱裝置和家庭供熱系統(tǒng)。水加熱單元包括：內(nèi)壁制有螺旋形溝槽的外管、插入外管內(nèi)的石英碳纖維加熱管，石英碳纖維加熱管的外壁與外管內(nèi)壁的螺旋形溝槽之間形成螺旋形水道，外管的下端和上端分別制有進(jìn)水口和出水口，外管的上端與石英碳纖維加熱管之間密封。水從進(jìn)水口進(jìn)入，沿多螺旋水道流動，使水迅速擾動充分受熱；同時由于螺旋形溝槽采用光亮處理，充分將遠(yuǎn)紅外、可見光、熱輻射等反射回來以達(dá)到充分利用熱能的目的，使石英碳纖維加熱管產(chǎn)生的熱量得以最大的利用，充分加熱后的水從出水口流出。水加熱單元可單獨(dú)使用或串、并聯(lián)使用，在配以其它設(shè)備（如管道、水泵等）組成更復(fù)雜的裝置產(chǎn)品。
【專利說明】一種水加熱單元以及包含其的熱水器、地暖加熱裝置和家庭供熱系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及水加熱單元以及包含其的熱水器、地暖加熱裝置和家庭供熱系統(tǒng)，特別是基于碳纖維石英管的水加熱結(jié)構(gòu)。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著生活條件的不斷提高，人們對供暖設(shè)備的要求也日益增高，尤其是我國北方以及較寒冷的冬令時節(jié)，更是對取暖設(shè)備有很大的需求。
[0003]目前，市場上有儲能式和即熱式兩種加熱方式，儲能式多采用金屬作為加熱元件，由于直接與水流接觸加熱，很容易有水垢產(chǎn)生造成熱效率下降，而且水電不分離存在安全隱患。而即熱式采用外來熱源，能夠起到水電分離的安全作用，但是由于使用的是電阻絲加熱，熱功率大，耗電大，且熱輻射波不穩(wěn)定，并且其材質(zhì)的壽命也存在問題。由于即熱式的突出特點(diǎn)，其改進(jìn)就成了供暖設(shè)備首要解決的核心所在。
[0004]碳纖維發(fā)熱體是一種純黑體材料，具有升溫迅速、熱滯后小、發(fā)熱均勻、熱輻射傳遞距離遠(yuǎn)、熱轉(zhuǎn)換速度快等特點(diǎn)。通電發(fā)熱過程中光通量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于金屬發(fā)熱體，電熱轉(zhuǎn)換效率高達(dá)95%以上，在惰性氣體中耐高溫1000°C以上，石英碳纖維加熱管的能量發(fā)射方式是以遠(yuǎn)紅外輻射為主，它所發(fā)射的遠(yuǎn)紅外波長在3μπι?14 μπι之間，這段波長的遠(yuǎn)紅外線譜被稱為“生命之光”，占整體波長的80%以上。能穿透水分子的空隙并吸收產(chǎn)生共振摩擦熱效應(yīng)，可快速加熱水的作用。同時還對水有殺菌、消毒、抗菌等效果。
[0005]可見利用石英碳纖維加熱管加熱水可以產(chǎn)生良好的效益，但是如何利用石英碳纖維加熱管加熱水使得熱損失最小、熱轉(zhuǎn)換效率最高是當(dāng)前需解決的難題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本實(shí)用新型的目的在于，克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種水加熱單元，使石英碳纖維加熱管加熱水效率達(dá)到最大，最大程度地降低了熱損失。
[0007]上述目的由下述技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):本實(shí)用新型提供的水加熱單元，其特征在于包括:內(nèi)壁制有螺旋形溝槽的外管、插入外管內(nèi)的石英碳纖維加熱管，所述石英碳纖維加熱管的外壁與外管內(nèi)壁的螺旋形溝槽之間形成螺旋形水道，所述外管的下端和上端分別制有進(jìn)水口和出水口，所述外管的上端與石英碳纖維加熱管之間密封。
[0008]本實(shí)用新型水加熱單元還具有如下改進(jìn)是:
[0009]1、所述外管內(nèi)壁為可反射的拋光鏡面。
[0010]2、所述外管下端設(shè)置有端頭封蓋，所述端頭封蓋與外管內(nèi)壁間設(shè)有用于支撐石英碳纖維加熱管的簧片支架。
[0011]3、所述外管上端設(shè)置有帶內(nèi)螺紋的固定座，與該固定座配合的帶有外螺紋的壓緊螺帽，所述固定座與壓緊螺帽之間設(shè)有耐高溫密封填料圈，所述石英碳纖維加熱管與外管的上端通過該耐高溫密封填料圈密封。
[0012]4、所述石英碳纖維加熱管具有石英管、置于石英管內(nèi)的螺旋形碳纖維發(fā)熱絲、與碳纖維發(fā)熱絲兩端電連接并伸出的電極。
[0013]5、所述外管內(nèi)壁具有數(shù)個并行的螺旋形溝槽。
[0014]6、所述石英碳纖維加熱管用其他類型的遠(yuǎn)紅外加熱管代替。
[0015]此外，本實(shí)用新型還提供了一種即熱式熱水器，其特征在于:包含有數(shù)個前述水加熱單元，所述數(shù)個水加熱單元之間采用并聯(lián)或/和串聯(lián)連接形成水加熱組件。
[0016]一種地暖加熱裝置，其特征在于:包含有數(shù)個前述水加熱單元，所述數(shù)個水加熱單元之間采用并聯(lián)或/和串聯(lián)連接形成水加熱組件。
[0017]一種家庭供熱系統(tǒng)，包括熱水器和地暖加熱裝置，其特征在于:熱水器和地暖加熱裝置均包含有數(shù)個前述水加熱單元，所述數(shù)個水加熱單元之間采用并聯(lián)或/和串聯(lián)連接形成水加熱組件。
[0018]本實(shí)用新型水加熱單元的原理如下:
[0019]水從進(jìn)水口進(jìn)入，沿多螺旋水道流動，使水迅速擾動充分受熱；同時由于螺旋形溝槽采用光亮處理，充分將遠(yuǎn)紅外、可見光、熱輻射等反射回來以達(dá)到充分利用熱能的目的，使石英碳纖維加熱管產(chǎn)生的熱量得以最大的利用，充分加熱后的水從出水口流出。
[0020]外管可以是一次性壓制成型的帶螺紋不銹鋼管，也可以使內(nèi)部銑出螺紋的不銹鋼管、鋁管或銅管；石英玻璃的軟化點(diǎn)溫度約1730°C，可在高溫下長時間使用，而且日常生活中比較耐腐濁，其耐酸能力是陶瓷的30倍，不銹鋼的150倍，尤其是在高溫下的化學(xué)穩(wěn)定性，是其他任何工程材料都無法比擬的。透光性能好，石英玻璃在紫外線到紅外線的整個光譜波段都有較好的透光性能，可見光透過率在93%以上，特別是在紫外光譜區(qū)，最大透過率可達(dá)80以上。電絕緣性能好，石英玻璃的電阻值相當(dāng)于普通玻璃的一萬倍，是極好的電絕緣材料，即使在高溫下也具有良好的絕緣性能。熱穩(wěn)定性好，石英玻璃的熱膨脹系數(shù)極小，能承受劇烈的溫度變化，將石英玻璃加熱至1100°C左右，放入常溫水中也不會炸裂。碳纖維材質(zhì)的發(fā)熱絲在有機(jī)溶劑、酸、堿中不溶不脹，耐蝕性出類拔萃穩(wěn)定性極佳，并且耐高溫、耐磨擦、導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能優(yōu)異，并且做成盤旋狀以增加其有限空間內(nèi)的長度，這樣可以使得加熱效率更加提聞。
[0021]本實(shí)用新型通過石英管和內(nèi)螺紋外管配合，形成螺旋形水道，即解決了原有的水容積過大造成熱效率不足的問題，在這個基礎(chǔ)上將其熱效率大大提高的同時還解決了水電不隔離的安全問題。并且本實(shí)用新型無安裝使用限定，可任意方向角度使用，并可任意串、并連組合使用不受限制。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1是水加熱單元結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖2是水加熱單元加熱原理示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0024]如圖1所述，本實(shí)施例水加熱單元，包括:內(nèi)壁制有螺旋形溝槽的不銹鋼材質(zhì)的外管6、插入外管6內(nèi)的石英碳纖維加熱管I，外管內(nèi)壁為可反射紅外光的拋光鏡面，盡量反射紅外光以及可見光，使碳纖維管發(fā)出的熱量盡量被水吸收。石英碳纖維加熱管I的外壁與外管6內(nèi)壁的螺旋形溝槽之間形成螺旋形水道5，外管6的下端和上端分別制有進(jìn)水口 A和出水口 B，外管6的上端與石英碳纖維加熱管I之間密封。
[0025]如圖1的本實(shí)施例，外管6下端設(shè)置有端頭封蓋8，端頭封蓋8與外管6內(nèi)壁上固定有用于支撐石英碳纖維加熱管I的簧片支架7。石英碳纖維加熱管I下端為弧形，被簧片支架7所支撐；而石英碳纖維加熱管I的上端則通過一密封機(jī)構(gòu)固定，主要包括有設(shè)置在外管上端且?guī)?nèi)螺紋的固定座4，與該固定座4配合的帶有外螺紋的壓緊螺帽2，固定座4與壓緊螺帽2之間設(shè)有耐高溫密封填料圈3，石英碳纖維加熱管與外管的上端通過該耐高溫密封填料圈密封。旋緊壓緊螺帽2之后，耐高溫密封填料圈3被固定座4與壓緊螺帽2在軸向上擠壓，徑向變形從而夾緊石英碳纖維加熱管I外壁，并且由于填料圈3的彈性，實(shí)現(xiàn)該處的水封。
[0026]本實(shí)用新型的石英碳纖維加熱管的電極位于同側(cè)，方便安裝。石英碳纖維加熱管包含有石英管10、置于石英管10內(nèi)的螺旋形碳纖維發(fā)熱絲9、與碳纖維發(fā)熱絲兩端電連接并伸出的電極11。
[0027]為了提高水通量，在外管內(nèi)壁可以設(shè)置數(shù)個并行的螺旋形溝槽，比如2個、3個、4個、5個、6個等。石英碳纖維加熱管也可以用其他類型的遠(yuǎn)紅外加熱管代替。
[0028]如圖2所示為水加熱單元的水加熱原理圖。圖中6為制有內(nèi)螺紋的不銹鋼外管，該外管為一次性壓制成型，9為石英碳纖維加熱管的加熱絲，10為石英碳纖維加熱管的石英管，C表示水流方向。
[0029]被加熱的水沿螺旋形水流道螺旋上升，途中被加熱絲發(fā)出的紅外線均勻加熱，從而達(dá)到高效、均勻加熱目的。
[0030]本實(shí)施例水加熱單元可單獨(dú)使用或串并聯(lián)使用，在配以其它設(shè)備(如管道、水泵等)組成更復(fù)雜的裝置產(chǎn)品。本【具體實(shí)施方式】部分，不進(jìn)行詳細(xì)方案的闡述，本領(lǐng)域技術(shù)人員了解水加熱單元的結(jié)構(gòu)之后，結(jié)合本領(lǐng)域公知技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)這樣的產(chǎn)品。
[0031]除上述實(shí)施例外，本實(shí)用新型還可以有其他實(shí)施方式。凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本實(shí)用新型要求的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種水加熱單元，其特征在于包括:內(nèi)壁制有螺旋形溝槽的外管、插入外管內(nèi)的石英碳纖維加熱管，所述石英碳纖維加熱管的外壁與外管內(nèi)壁的螺旋形溝槽之間形成螺旋形水道，所述外管的下端和上端分別制有進(jìn)水口和出水口，所述外管的上端與石英碳纖維加熱管之間密封。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水加熱單元，其特征在于:所述外管內(nèi)壁為可反射的拋光鏡面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水加熱單元，其特征在于:所述外管下端設(shè)置有端頭封蓋，所述端頭封蓋與外管內(nèi)壁間設(shè)有用于支撐石英碳纖維加熱管的簧片支架。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的水加熱單元，其特征在于:所述外管上端設(shè)置有帶內(nèi)螺紋的固定座，與該固定座配合的帶有外螺紋的壓緊螺帽，所述固定座與壓緊螺帽之間設(shè)有耐高溫密封填料圈，所述石英碳纖維加熱管與外管的上端通過該耐高溫密封填料圈密封。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水加熱單元，其特征在于:所述石英碳纖維加熱管具有石英管、置于石英管內(nèi)的螺旋形碳纖維發(fā)熱絲、與碳纖維發(fā)熱絲兩端電連接并伸出的電極。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水加熱單元，其特征在于:所述外管內(nèi)壁具有數(shù)個并行的螺旋形溝槽。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的水加熱單元，其特征在于:所述石英碳纖維加熱管用其他類型的遠(yuǎn)紅外加熱管代替。
8.一種即熱式熱水器，其特征在于:包含有數(shù)個權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述水加熱單元，所述數(shù)個水加熱單元之間采用并聯(lián)或/和串聯(lián)連接形成水加熱組件。
9.一種地暖加熱裝置，其特征在于:包含有數(shù)個權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述水加熱單元，所述數(shù)個水加熱單元之間采用并聯(lián)或/和串聯(lián)連接形成水加熱組件。
10.一種家庭供熱系統(tǒng)，包括熱水器和地暖加熱裝置，其特征在于:熱水器和地暖加熱裝置均包含有數(shù)個權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述水加熱單元，所述數(shù)個水加熱單元之間采用并聯(lián)或/和串聯(lián)連接形成水加熱組件。
【文檔編號】F24D13/04GK203980608SQ201420347704
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年6月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月26日
【發(fā)明者】陳順龍, 宋永江 申請人:陳順龍, 宋永江