一種帶有金屬陶瓷發(fā)熱體的膽內(nèi)液體熱交換器制造技術(shù)

本申請涉及一種帶有金屬陶瓷發(fā)熱體的膽內(nèi)液體熱交換器，其包括耐高溫傳熱外殼和金屬陶瓷發(fā)熱體，所述耐高溫傳熱外殼設(shè)有供液體通過的內(nèi)流腔，所述金屬陶瓷發(fā)熱體包括一體連接的發(fā)熱段和過熱緩沖段，所述發(fā)熱段位于內(nèi)流腔中且發(fā)熱功率額定，所述耐高溫傳熱外殼由一體連接的外殼主體和無孔傳熱部組成，所述過熱緩沖段組裝于外殼主體上，所述無孔傳熱部的內(nèi)側(cè)面熱接觸于發(fā)熱段，所述無孔傳熱部的外側(cè)面安裝有溫度開關(guān)，所述溫度開關(guān)基于無孔傳熱部的溫度是否超過溫度閾值以控制金屬陶瓷發(fā)熱體通斷電。本申請具有提高M(jìn)CH的溫度監(jiān)測靈敏度以防止MCH過熱干燒的效果。以防止MCH過熱干燒的效果。以防止MCH過熱干燒的效果。

A kind of liquid heat exchanger with cermet heater

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種帶有金屬陶瓷發(fā)熱體的膽內(nèi)液體熱交換器


[0001]本申請涉及快速加熱器的領(lǐng)域，尤其是涉及一種帶有金屬陶瓷發(fā)熱體的膽內(nèi)液體熱交換器。

技術(shù)介紹

[0002]現(xiàn)有的MCH金屬陶瓷發(fā)熱體具有發(fā)熱快、高熱傳導(dǎo)、高絕緣、高節(jié)能、高溫下無明火、極佳的水電分離、不易結(jié)水垢等極佳的電器特性，但是限制其投入商用的不足之處在于，金屬陶瓷的比熱容大，熱慣性大，實(shí)驗(yàn)測得，常溫水和沸水的比熱容均接近為4210J/kg﹒K，金屬陶瓷的比熱容在22
°
C為7790.1 J/kg﹒K，在427
°
時(shí)為11482.2J/kg﹒K，在727
°
C時(shí)為12239.9 J/kg﹒K，顯然，在高溫下，金屬陶瓷的比熱達(dá)到了水的數(shù)倍，在斷電后金屬陶瓷發(fā)熱體內(nèi)部的熱量繼續(xù)向表面擴(kuò)散，使得MCH金屬陶瓷發(fā)熱體表面溫度繼續(xù)往上升，按實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在發(fā)熱體表溫100℃時(shí)斷電，表溫最高會(huì)升到200℃左右；在表溫200℃時(shí)斷電，表溫最高會(huì)升到350℃左右。由于MCH金屬陶瓷發(fā)熱體升溫速率非常快，10秒內(nèi)可升溫200℃，若沒有高靈敏的斷電裝置，發(fā)熱體表面最高溫度可達(dá)500℃以上，其帶來的高溫容易對電器設(shè)備中密封件或?qū)Ь€的絕緣層等組件造成不可逆損害，從而導(dǎo)致安全隱患。綜上，MCH金屬陶瓷發(fā)熱體的熱慣性問題一直無法克服，致使問世以來，一直無法應(yīng)用在家電液體加熱領(lǐng)域上。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

[0003]為了提高M(jìn)CH的溫度監(jiān)測靈敏度以防止MCH過熱干燒，本申請?zhí)峁┮环N帶有金屬陶瓷發(fā)熱體的膽內(nèi)液體熱交換器。
[0004]本申請?zhí)峁┑囊环N帶有金屬陶瓷發(fā)熱體的膽內(nèi)液體熱交換器，采用如下的技術(shù)方案：
[0005]一種帶有金屬陶瓷發(fā)熱體的膽內(nèi)液體熱交換器，包括耐高溫傳熱外殼和金屬陶瓷發(fā)熱體，所述耐高溫傳熱外殼設(shè)有供液體通過的內(nèi)流腔，所述金屬陶瓷發(fā)熱體包括一體連接的發(fā)熱段和過熱緩沖段，所述發(fā)熱段位于內(nèi)流腔中且發(fā)熱功率額定，所述耐高溫傳熱外殼由一體連接的外殼主體和無孔傳熱部組成，所述過熱緩沖段組裝于外殼主體上，所述無孔傳熱部的內(nèi)側(cè)面熱接觸于發(fā)熱段，所述無孔傳熱部的外側(cè)面安裝有溫度開關(guān)，所述溫度開關(guān)基于無孔傳熱部的溫度是否超過溫度閾值以控制金屬陶瓷發(fā)熱體通斷電。
[0006]通過采用上述技術(shù)方案，當(dāng)液體流入內(nèi)流腔時(shí)，液體與發(fā)熱段進(jìn)行熱交換，由于金屬陶瓷發(fā)熱體具有較高的熱慣性，也就是說溫度的變化相比于電流的變化具有滯后性，因此通常不采用控制電流改變發(fā)熱溫度的方法。由于熱交換速率與溫度差相關(guān)，因此當(dāng)內(nèi)流腔中液體流速越高時(shí)，液流的平均換熱速率就越快，因此在本方案中采取的做法是，發(fā)熱段保持額定的發(fā)熱功率，再通過改變內(nèi)流腔中液流的流速以實(shí)現(xiàn)對出液溫度的調(diào)節(jié)。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)液體即熱即用，通常金屬陶瓷發(fā)熱體的發(fā)熱功率會(huì)設(shè)置較高，如2KW的功率，在該高加熱功率下，一旦液流速度變慢甚至斷流容易使得液體快速沸騰，沸騰將會(huì)產(chǎn)生大量的蒸汽，蒸汽將會(huì)減小金屬陶瓷發(fā)熱體和液流的接觸面積，進(jìn)一步加劇金屬陶瓷發(fā)熱
體的溫度上升，從而導(dǎo)致干燒的發(fā)生。因此在本液體熱交換器中，外殼由陶瓷材料制成，陶瓷材料具有耐高溫且傳熱效率高的特點(diǎn)。無孔傳熱部與發(fā)熱段進(jìn)行熱接觸，能夠?qū)l(fā)熱段的熱量快速傳導(dǎo)到溫度開關(guān)上，因此該結(jié)構(gòu)具有對熱檢測高靈敏度的特點(diǎn)。當(dāng)溫度開關(guān)測得發(fā)熱段過熱時(shí)，溫度開關(guān)控制發(fā)熱段斷電，阻止熱量的進(jìn)一步產(chǎn)生，防止金屬陶瓷發(fā)熱體過溫導(dǎo)致內(nèi)部液體劇烈沸騰而發(fā)生干燒，從而避免發(fā)生干燒導(dǎo)致液體熱交換器整體過熱而影響外部設(shè)備。
[0008]目前，在相關(guān)的液體加熱器產(chǎn)品中，有的出于成本考慮，使用塑料材質(zhì)作為發(fā)熱器的外殼，并在外殼上穿孔以使得測溫件探入內(nèi)流腔中以對發(fā)熱體進(jìn)行測溫。但是對于金屬陶瓷發(fā)熱體這種發(fā)熱體而言，其高功率和高熱慣性導(dǎo)致其在發(fā)生干燒時(shí)會(huì)上升一定的溫度，容易導(dǎo)致塑料殼體發(fā)生熔化。此外，在塑料殼體上開孔，一方面會(huì)使得塑料殼體的機(jī)械強(qiáng)度降低，另一方面還需要增加橡膠圈這一類密封件的使用，由于金屬陶瓷發(fā)熱體具有高溫的特點(diǎn)，密封件在長期受熱下容易發(fā)生老化，影響產(chǎn)品的壽命。
[0009]在本方案中，采用高熔點(diǎn)、高傳熱效率的材料制成耐高溫傳熱外殼，由于無孔傳熱部與金屬陶瓷發(fā)熱體和溫度開關(guān)同時(shí)抵接，能夠快速將熱量傳遞到溫度開關(guān)，使得溫度開關(guān)能夠高靈敏地被觸發(fā)以使得金屬陶瓷發(fā)熱體斷電，從而防止金屬陶瓷發(fā)熱體過熱干燒。
[0010]由于金屬陶瓷發(fā)熱體與耐高溫傳熱外殼組裝連接，因此其連接處通常需要添加密封件進(jìn)行液密處理，以防止內(nèi)流腔中的液體向外滲出。同時(shí)，密封件將會(huì)對金屬陶瓷發(fā)熱體產(chǎn)生支撐效果。該組裝式設(shè)計(jì)相比于殼體和發(fā)熱體的一體連接式設(shè)計(jì)，有利于后期對部件進(jìn)行更換和維護(hù)，同時(shí)也有利于加工生產(chǎn)。
[0011]過熱緩沖段同樣有陶瓷材料制成，其內(nèi)部不設(shè)置有發(fā)熱電路，因此金屬陶瓷發(fā)熱體在使用過程中并不主動(dòng)發(fā)熱，且在發(fā)熱段的溫度傳遞到過熱緩沖段上時(shí)，液流也將會(huì)將過熱緩沖段的熱量快速帶走，從而使得過熱緩沖段的溫度和連于過熱緩沖段的發(fā)熱段一端的溫度保持在一個(gè)較低的水準(zhǔn)。當(dāng)金屬陶瓷發(fā)熱體溫度快速升高而發(fā)生干燒時(shí)，在發(fā)生斷電之后金屬陶瓷發(fā)熱體還有一段升溫的過程，由于陶瓷材料的熱慣性較大，因此過熱緩沖段的溫度升高較慢且升高幅度小，避免過熱緩沖段與殼體連接處的密封件過熱發(fā)生熔化。
[0012]由于過熱緩沖段與發(fā)熱段一體連接且均為陶瓷材料制成，溫度在過熱緩沖段到發(fā)熱段之間連續(xù)變化，避免了溫度驟變發(fā)生陶瓷斷裂的現(xiàn)象。如果使用其它的高隔熱材料來替代陶瓷材料，則會(huì)導(dǎo)致過熱緩沖段和發(fā)熱段之間需要膠水或其它固定件進(jìn)行連接，不僅結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，且連接處的膠水在長期受熱下會(huì)有老化或熔化或?qū)嵝再|(zhì)變差的風(fēng)險(xiǎn)。
[0013]優(yōu)選的，所述耐高溫傳熱殼體為陶瓷殼體或不銹鋼殼體或銅合金殼體。
[0014]通過采用上述技術(shù)方案，在有些相關(guān)的液體加熱器產(chǎn)品中，有的出于實(shí)現(xiàn)殼體的高強(qiáng)度和高導(dǎo)熱性而考慮，使用不銹鋼等金屬材料作為發(fā)熱器的外殼，但是對于金屬而言，其在固液截面存在著一個(gè)能夠結(jié)垢的電化學(xué)能場，即偶電場，偶電場是由兩種不同的、相對接觸且各有著不同電極電位的物質(zhì)形成，對于水系統(tǒng)管道、設(shè)備器壁電位的高低正負(fù),受器壁材料性質(zhì)和所處環(huán)境情況的影響；水的電位受器壁電位、水的溫度和水中離子電荷量的影響。它們的電位差別越大,偶電層電位勢差就越大,偶電層能場的能量也越大,而且總是在器壁一側(cè)形成負(fù)極電位,當(dāng)有礦物溶質(zhì)離子吸附時(shí)產(chǎn)生結(jié)垢。從鈣離子和碳酸根例子的電性符號上可以看出,當(dāng)這些帶電離子或離子團(tuán)在水流或熱擴(kuò)散的帶動(dòng)下,進(jìn)入偶電層引力范圍時(shí),偶電層的狹窄距離(10~60nm)和相對較高的電位差[(0.01~0.1)+X]伏特及約0.2
伏特/立方米的電荷面密度,會(huì)使正負(fù)離子在偶電層相對,并使趨陽電性離子的電子讓給一個(gè)鄰近的趨陰電性離子(或分子),然后它們就排列成一個(gè)晶體,并逐漸形成結(jié)晶垢層。因此,結(jié)垢主要是由于水中有帶電的礦物溶質(zhì)離子和偶電層電位勢差所形成的電化學(xué)能場的存在而產(chǎn)生的。結(jié)垢的導(dǎo)熱系數(shù)的大約是不銹鋼的4%~5%左右，當(dāng)結(jié)垢過厚時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致發(fā)熱體的熱量難以及本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】

【技術(shù)特征摘要】
1.一種帶有金屬陶瓷發(fā)熱體的膽內(nèi)液體熱交換器，其特征在于，包括耐高溫傳熱外殼(1)和金屬陶瓷發(fā)熱體(3)，所述耐高溫傳熱外殼(1)設(shè)有供液體通過的內(nèi)流腔(10)，所述金屬陶瓷發(fā)熱體(3)包括一體連接的發(fā)熱段(31)和過熱緩沖段(32)，所述發(fā)熱段(31)位于內(nèi)流腔(10)中，所述耐高溫傳熱外殼(1)由一體連接的外殼主體(171)和無孔傳熱部(172)組成，所述過熱緩沖段(32)組裝于外殼主體(171)上，所述無孔傳熱部(172)的內(nèi)側(cè)面熱接觸于發(fā)熱段(31)，所述無孔傳熱部(172)的外側(cè)面安裝有溫度開關(guān)(5)，所述溫度開關(guān)(5)基于無孔傳熱部(172)的溫度是否超過溫度閾值以控制金屬陶瓷發(fā)熱體(3)通斷電。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有金屬陶瓷發(fā)熱體的膽內(nèi)液體熱交換器，其特征在于，所述外殼主體(171)的側(cè)面在靠近過熱緩沖段(32)的位置設(shè)置有入液口(14)，所述外殼主體(171)的側(cè)面在遠(yuǎn)離過熱緩沖段(32)的位置設(shè)置有出液口(15)，所述發(fā)熱段(31)沿由入液口(14)向出液口(15)的方向設(shè)置。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的帶有金屬陶瓷發(fā)熱體的膽內(nèi)液體熱交換器，其特征在于，所述內(nèi)流腔(10)分為連續(xù)設(shè)置的液體加熱段(11)、熱液輸出段(12)和氣化緩沖段(13)，所述發(fā)熱段(31)位于液體加熱段(11)內(nèi)，所述入液口(14)連通于液體加熱段(11)，所述出液口(15)連通于熱液輸出段(12)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的帶有金屬陶瓷發(fā)熱體的膽內(nèi)液體熱交換器，其特征在于，所述金屬陶瓷發(fā)熱體(3)為單端開口的管體，所述金屬陶瓷發(fā)熱體(3)將液體加熱段(11)分為內(nèi)加熱流道(33)和外加熱流道(34)，所述金屬陶瓷發(fā)熱體(3)背離入液口(14)的側(cè)壁上開設(shè)有連通內(nèi)加熱流道(33)和外加熱流道(34)的導(dǎo)流孔(35)。5.根據(jù)權(quán)利要求1~3任意一項(xiàng)所述的帶有金屬陶瓷發(fā)熱體的膽內(nèi)液體熱交換器，其特征在于，所述...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：鄭勸文，王相臣，
申請(專利權(quán))人：艾銳斯電子深圳有限公司，
類型：新型
國別省市：