帶防爆體的高傳熱分系數石英加熱管的制作方法
【專利摘要】一種帶防爆體的高傳熱分系數石英加熱管，在石英管外表面涂覆有電熱膜，電熱膜的上端為上電極，下端為下電極，在石英管的內壁安裝有防爆體，防爆體上分布有水流通道，所述防爆體上分布有多個尖刺部，尖刺部和水流通道交替分布，尖刺部的頂端直徑小于0.1mm，其尖角與管壁的夾角為0度到90度之間。該結構的石英加熱管結構使過熱水能迅速氣化，形成持續的小氣泡群，利于水體吸收熱量均勻，提高了石英加熱管的傳熱分系數，避免了“氣爆”現象的發生。
【專利說明】帶防爆體的高傳熱分系數石英加熱管
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種速熱式熱水器的加熱元件，特別是一種帶防爆體的高傳熱分系數石英加熱管。
【背景技術】
[0002]沸騰傳熱技術，是指熱量從壁面傳遞給液體，使液體沸騰氣化的對流傳熱過程。按照液體所處的空間位置的不同，沸騰傳熱分為池內沸騰和管內沸騰兩種情形。
[0003]傳熱分系數又稱傳熱膜系數、給熱系數或放熱系數，是衡量對流傳熱強弱程度的一個參數，是流體在單位時間內，在單位溫度差推動下，經單位傳熱面積所傳遞的熱量。傳熱分系數越高，單位時間內流經的水體吸收的熱量越多，水體的熱平衡程度越高。
[0004]速熱式石英管加熱技術屬于管內沸騰技術。電熱管外層涂有電熱膜，電熱膜的兩端設置有電極。電熱膜通電后發熱，進而熱傳遞到石英管，冷水從石英管內部流過，迅速從室溫加熱到95至100度左右。特別是當冷水有一定壓力時，水的沸點將提高。當水以一定流速經過石英管時，接觸管壁的水溫將達到100度甚至更高，成為不穩定的過熱水。
[0005]形成氣泡的條件是:1、液體必須過熱；2、要有氣化核心，在一個絕對光滑的平面上是不能產生氣泡的。
[0006]由于玻璃管壁光滑，不能提供氣化核心，因此接觸管壁的過熱水難以形成氣泡。由于水本身導熱較慢，進而致使靠近管壁的水達到過熱狀態，而管內中央部分的水又低于水的沸點，致使水體受熱不均勻，熱量集中在石英管的管壁附近，傳熱分系數低。
[0007]但是一旦氣泡產生，氣泡本身成為了過熱水的氣化核心，附近的過熱水會迅速以該氣泡為中心迅速氣化，凝結成體積較大氣泡，沖擊管壁和出水口，引起氣爆現象。氣爆會使加熱管振動，并發出膨膨的燒水聲，使熱水器產生噪聲。由于氣爆時，石英管內的壓力會顯著提升，使冷水難以進入加熱管內，引發干燒，損害加熱膜。當氣爆嚴重時，氣爆甚至會導致石英管爆，或者石英管兩端的密封件損壞。
[0008]而傳熱分系數低時，水體受熱不均勻，靠近管壁的水溫度高，石英管中心的水溫度較低，為了使出水達到合適的水溫，又勢必要提高電熱膜的功率，提高熱流密度，降低了電熱膜的使用壽命，同時向外界的熱輻射損失增大。
[0009]因此管內加熱技術需要有序地產生小氣泡，減少過熱水的聚集，提高石英管的傳熱分系數，同時又要避免氣爆，減少大體積氣泡的產生。
[0010]如專利號200910155202.2“防爆管型即熱式飲水機”中，提到在石英管中設置一防爆隔層，在防爆隔層上設置有水流通道，可以提高石英管的傳熱分系數，減少氣爆的產生。但該方法較石英管直接加熱，其傳熱分系數得到了提高，實驗效果仍然不夠理想，氣泡產生較為隨機，不能形成連續穩定的小氣泡團。同時，由于防爆層沒有與內壁貼合，防爆層和內壁之間仍然有水流過，而防爆層阻礙了水體流動，阻礙了管壁的水和防爆層內部的水進行交換，過熱水仍然聚集在管壁表面。
【發明內容】

[0011]本實用新型所要解決的技術問題:提供一種帶防爆體的高傳熱分系數石英加熱管。
[0012]本實用新型解決上述問題所采用的技術方案為:一種帶防爆體的高傳熱分系數石英加熱管，在石英管外表面涂覆有電熱膜，電熱膜的上端為上電極，下端為下電極，在石英管的內壁安裝有防爆體，防爆體上分布有水流通道，其特征在于:所述防爆體上分布有多個尖刺部，尖刺部和水流通道交替分布。
[0013]所述尖刺部的頂端直徑小于0.1mm。
[0014]所述尖刺部的尖角與石英管的管壁之間夾角為O度到90度之間。
[0015]所述尖刺部分布在內網的上半部分。
[0016]所述防爆體為篩網結構，防爆體的外側光滑，與石英管的管壁貼合，防爆體上的水流通道為篩孔，尖刺部設置在篩孔的上方。
[0017]所述防爆體為彈簧結構，防爆體的外壁與石英管的管壁貼合，水流通道為間隙，尖刺部分布在防爆體的內側。
[0018]所述防爆體為螺桿狀，防爆體的上下兩端有安裝部，固定在石英管中心，防爆體的外緣和石英管的管壁貼合，形成螺旋狀的水流通道，尖刺部分布在螺紋面上。
[0019]與現有技術相比，本實用新型的優點在于:該石英加熱管可以準確控制小氣泡在內網的尖刺部產生，尖刺部對過熱水形成氣化核心，并形成連續不斷的小氣泡團，帶動熱水擾動，利于加熱管中心處的水進行熱交換，使管壁和中心的水溫趨近一致，增加了冷水的吸熱效率，提高了石英加熱管的傳熱分系數。
[0020]實施例一為篩網加工而成，實施例二為經過粗糙加工的彈簧，加工安裝方便。實施例三的成本相對較高，能形成螺旋狀的水流，氣泡和水不斷混合翻轉，而且加熱管中心位置被防爆體占據，該方案的傳熱分系數最高，效果好。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1、石英加熱管的外觀圖。
[0022]圖2、實施例一的結構示意圖。
[0023]圖3、圖2中A處的放大圖。
[0024]圖4、實施例二的結構示意圖。
[0025]圖5、圖4中B處的放大圖。
[0026]圖6、實施例三的結構示意圖。
[0027]圖7、實施例三中防爆體的立體圖。
【具體實施方式】
[0028]一種帶防爆體的高傳熱分系數石英加熱管，在石英管I的外表面涂覆有電熱膜3，電熱膜的上端為上電極21，下端為下電極22。
[0029]在石英管的內壁安裝有防爆體3，防爆體上分布有水流通道，所述防爆體上分布有多個尖刺部，尖刺部和水流通道交替分布。
[0030]防爆體由金屬材料制成，能起到良好的導熱效果，優選不銹鋼或鋁合金。它除了起到防爆效果外，也加強了熱水的一端和冷水的一端熱傳遞，有利于提高加熱管的傳熱分系數。
[0031]所述尖刺部的頂端直徑小于0.1mm，并且尖刺部的尖角與管壁的夾角為O度到90度之間，向上方揚起。特別是當尖刺部仰角為30度到50度左右時，過熱水流經尖刺部時，小氣泡能快速形成并且迅速脫離尖刺部，因此會在尖刺部的頂端能持續產生小氣泡。
[0032]由于加熱管從底部進水，頂部出水，底部的水溫較低，水溫達不到沸點，因此尖刺部只需要設置在防爆體的上半部分即可。
[0033]實施例一中，第一種防爆體31為篩網結構,其加工方法為在金屬片上開豎直孔，并在孔上半部分向一側卷曲出尖刺部，然后將金屬片水平方向拉伸開，形成篩網結構，再將有尖刺部的一側向內卷曲，形成篩網狀的防爆體31。將其放入石英管內，依靠其自身的彈性撐開，固定在石英管內壁上。
[0034]如圖2及圖3所示，第一種防爆體31上有多個篩孔41，篩孔作為水流通道，利于管壁的水和加熱管中心的水體之間流動。當加熱管工作時，石英管I的管壁發熱，將冷水加熱至沸點。篩孔41處利于氣泡的形成和聚集。尖刺部51位于篩孔的上方，水蒸氣形成的氣泡容易包裹住尖刺部，并且在尖刺部的頂端脫離，形成連續不斷的小氣泡，加速了冷熱水之間的對流，使冷水加熱效果更加均勻，提高了石英加熱管的傳熱分系數。此方法也避免了過多的過熱水聚集，形成大氣泡，引起“氣爆”。
[0035]如圖4及圖5所示，實施例二的第二種防爆體32為彈簧結構，其加工方法和實施例一不同。在一根金屬絲上進行粗糙處理，使金屬絲的表面形成多個直徑小于0.5mm的尖刺部，再將金屬絲彎曲成彈簧狀，并對其外表面進行拋光處理，而保留內部的尖刺部。再將其放入石英管內，依靠其自身的彈性撐開，固定在石英管內壁上。
[0036]外表面經過拋光處理后的彈簧狀防爆體，和管壁貼合緊密，利于水體加熱。
[0037]如圖5所示，第二種防爆體32的內側分布有多個尖刺部52，金屬絲之間的縫隙42形成了水流通道，利于過熱水產生氣泡，并迅速通過尖刺部的頂端形成持續的小氣泡。
[0038]如圖6和圖7所示，實施例三中，第三種防爆體33為一螺桿狀。防爆體的上下兩端有安裝部6，用于將防爆體固定在石英管中心，防爆體的外緣和石英管的管壁貼合，形成螺旋狀水流通道43，尖刺部53分布在螺紋面上，尖刺部的頂端朝上。
[0039]第三種防爆體33的成本最貴，它占據了加熱管的中心部分，迫使流過加熱管的水形成旋轉的水流，有利于水體內部的熱傳遞，水流通道上設置了多個尖刺部，有利于過熱水形成氣泡，并且該氣泡容易脫離防爆體和加熱管的管壁，形成持續的小氣泡群，使水體熱分布均勻，采用第三防爆體的石英加熱管的傳熱分系數最高，水體的熱平衡效果最好。
【權利要求】
1.一種帶防爆體的高傳熱分系數石英加熱管，在石英管(I)外表面涂覆有電熱膜(2)，電熱膜的上端為上電極(21)，下端為下電極(22)，在石英管的內壁安裝有防爆體(3)，防爆體上分布有水流通道，其特征在于:所述防爆體上分布有多個尖刺部(52)，尖刺部和水流通道交替分布。
2.根據權利要求1所述的帶防爆體的高傳熱分系數石英加熱管，其特征在于:所述尖刺部(52)的頂端直徑小于0.1mm。
3.根據權利要求1所述的帶防爆體的高傳熱分系數石英加熱管，其特征在于:所述尖刺部(52)的尖角與石英管的管壁之間夾角為O度到90度之間。
4.根據權利要求1所述的帶防爆體的高傳熱分系數石英加熱管，其特征在于:所述尖刺部(52)分布在內網的上半部分。
5.根據權利要求1所述的帶防爆體的高傳熱分系數石英加熱管，其特征在于:所述防爆體為篩網結構，防爆體的外側光滑，與石英管的管壁貼合，防爆體上的水流通道為篩孔，尖刺部設置在篩孔的上方。
6.根據權利要求1所述的帶防爆體的高傳熱分系數石英加熱管，其特征在于:所述防爆體為彈簧結構，防爆體的外壁與石英管的管壁貼合，水流通道為間隙，尖刺部分布在防爆體的內側。
7.根據權利要求1所述的帶防爆體的高傳熱分系數石英加熱管，其特征在于:所述防爆體為螺桿狀，防爆體的上下兩端有安裝部，固定在石英管中心，防爆體的外緣和石英管的管壁貼合，形成螺旋狀的水流通道，尖刺部分布在螺紋面上。
【文檔編號】A47J31/58GK203723915SQ201420021393
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年1月14日 優先權日:2014年1月14日
【發明者】徐建成, 楊寧恩, 商家瑞, 虞立其 申請人:寧波金陽光電熱科技有限公司