一种带有金属陶瓷发热体的胆内液体热交换器制造技术

本申请涉及一种带有金属陶瓷发热体的胆内液体热交换器，其包括耐高温传热外壳和金属陶瓷发热体，所述耐高温传热外壳设有供液体通过的内流腔，所述金属陶瓷发热体包括一体连接的发热段和过热缓冲段，所述发热段位于内流腔中且发热功率额定，所述耐高温传热外壳由一体连接的外壳主体和无孔传热部组成，所述过热缓冲段组装于外壳主体上，所述无孔传热部的内侧面热接触于发热段，所述无孔传热部的外侧面安装有温度开关，所述温度开关基于无孔传热部的温度是否超过温度阈值以控制金属陶瓷发热体通断电。本申请具有提高MCH的温度监测灵敏度以防止MCH过热干烧的效果。以防止MCH过热干烧的效果。以防止MCH过热干烧的效果。

A kind of liquid heat exchanger with cermet heater

【技术实现步骤摘要】
一种带有金属陶瓷发热体的胆内液体热交换器


[0001]本申请涉及快速加热器的领域，尤其是涉及一种带有金属陶瓷发热体的胆内液体热交换器。

技术介绍

[0002]现有的MCH金属陶瓷发热体具有发热快、高热传导、高绝缘、高节能、高温下无明火、极佳的水电分离、不易结水垢等极佳的电器特性，但是限制其投入商用的不足之处在于，金属陶瓷的比热容大，热惯性大，实验测得，常温水和沸水的比热容均接近为4210J/kg﹒K，金属陶瓷的比热容在22
°
C为7790.1 J/kg﹒K，在427
°
时为11482.2J/kg﹒K，在727
°
C时为12239.9 J/kg﹒K，显然，在高温下，金属陶瓷的比热达到了水的数倍，在断电后金属陶瓷发热体内部的热量继续向表面扩散，使得MCH金属陶瓷发热体表面温度继续往上升，按实验数据，在发热体表温100℃时断电，表温最高会升到200℃左右；在表温200℃时断电，表温最高会升到350℃左右。由于MCH金属陶瓷发热体升温速率非常快，10秒内可升温200℃，若没有高灵敏的断电装置，发热体表面最高温度可达500℃以上，其带来的高温容易对电器设备中密封件或导线的绝缘层等组件造成不可逆损害，从而导致安全隐患。综上，MCH金属陶瓷发热体的热惯性问题一直无法克服，致使问世以来，一直无法应用在家电液体加热领域上。

技术实现思路

[0003]为了提高MCH的温度监测灵敏度以防止MCH过热干烧，本申请提供一种带有金属陶瓷发热体的胆内液体热交换器。
[0004]本申请提供的一种带有金属陶瓷发热体的胆内液体热交换器，采用如下的技术方案：
[0005]一种带有金属陶瓷发热体的胆内液体热交换器，包括耐高温传热外壳和金属陶瓷发热体，所述耐高温传热外壳设有供液体通过的内流腔，所述金属陶瓷发热体包括一体连接的发热段和过热缓冲段，所述发热段位于内流腔中且发热功率额定，所述耐高温传热外壳由一体连接的外壳主体和无孔传热部组成，所述过热缓冲段组装于外壳主体上，所述无孔传热部的内侧面热接触于发热段，所述无孔传热部的外侧面安装有温度开关，所述温度开关基于无孔传热部的温度是否超过温度阈值以控制金属陶瓷发热体通断电。
[0006]通过采用上述技术方案，当液体流入内流腔时，液体与发热段进行热交换，由于金属陶瓷发热体具有较高的热惯性，也就是说温度的变化相比于电流的变化具有滞后性，因此通常不采用控制电流改变发热温度的方法。由于热交换速率与温度差相关，因此当内流腔中液体流速越高时，液流的平均换热速率就越快，因此在本方案中采取的做法是，发热段保持额定的发热功率，再通过改变内流腔中液流的流速以实现对出液温度的调节。
[0007]为了实现液体即热即用，通常金属陶瓷发热体的发热功率会设置较高，如2KW的功率，在该高加热功率下，一旦液流速度变慢甚至断流容易使得液体快速沸腾，沸腾将会产生大量的蒸汽，蒸汽将会减小金属陶瓷发热体和液流的接触面积，进一步加剧金属陶瓷发热
体的温度上升，从而导致干烧的发生。因此在本液体热交换器中，外壳由陶瓷材料制成，陶瓷材料具有耐高温且传热效率高的特点。无孔传热部与发热段进行热接触，能够将发热段的热量快速传导到温度开关上，因此该结构具有对热检测高灵敏度的特点。当温度开关测得发热段过热时，温度开关控制发热段断电，阻止热量的进一步产生，防止金属陶瓷发热体过温导致内部液体剧烈沸腾而发生干烧，从而避免发生干烧导致液体热交换器整体过热而影响外部设备。
[0008]目前，在相关的液体加热器产品中，有的出于成本考虑，使用塑料材质作为发热器的外壳，并在外壳上穿孔以使得测温件探入内流腔中以对发热体进行测温。但是对于金属陶瓷发热体这种发热体而言，其高功率和高热惯性导致其在发生干烧时会上升一定的温度，容易导致塑料壳体发生熔化。此外，在塑料壳体上开孔，一方面会使得塑料壳体的机械强度降低，另一方面还需要增加橡胶圈这一类密封件的使用，由于金属陶瓷发热体具有高温的特点，密封件在长期受热下容易发生老化，影响产品的寿命。
[0009]在本方案中，采用高熔点、高传热效率的材料制成耐高温传热外壳，由于无孔传热部与金属陶瓷发热体和温度开关同时抵接，能够快速将热量传递到温度开关，使得温度开关能够高灵敏地被触发以使得金属陶瓷发热体断电，从而防止金属陶瓷发热体过热干烧。
[0010]由于金属陶瓷发热体与耐高温传热外壳组装连接，因此其连接处通常需要添加密封件进行液密处理，以防止内流腔中的液体向外渗出。同时，密封件将会对金属陶瓷发热体产生支撑效果。该组装式设计相比于壳体和发热体的一体连接式设计，有利于后期对部件进行更换和维护，同时也有利于加工生产。
[0011]过热缓冲段同样有陶瓷材料制成，其内部不设置有发热电路，因此金属陶瓷发热体在使用过程中并不主动发热，且在发热段的温度传递到过热缓冲段上时，液流也将会将过热缓冲段的热量快速带走，从而使得过热缓冲段的温度和连于过热缓冲段的发热段一端的温度保持在一个较低的水准。当金属陶瓷发热体温度快速升高而发生干烧时，在发生断电之后金属陶瓷发热体还有一段升温的过程，由于陶瓷材料的热惯性较大，因此过热缓冲段的温度升高较慢且升高幅度小，避免过热缓冲段与壳体连接处的密封件过热发生熔化。
[0012]由于过热缓冲段与发热段一体连接且均为陶瓷材料制成，温度在过热缓冲段到发热段之间连续变化，避免了温度骤变发生陶瓷断裂的现象。如果使用其它的高隔热材料来替代陶瓷材料，则会导致过热缓冲段和发热段之间需要胶水或其它固定件进行连接，不仅结构更为复杂，且连接处的胶水在长期受热下会有老化或熔化或导热性质变差的风险。
[0013]优选的，所述耐高温传热壳体为陶瓷壳体或不锈钢壳体或铜合金壳体。
[0014]通过采用上述技术方案，在有些相关的液体加热器产品中，有的出于实现壳体的高强度和高导热性而考虑，使用不锈钢等金属材料作为发热器的外壳，但是对于金属而言，其在固液截面存在着一个能够结垢的电化学能场，即偶电场，偶电场是由两种不同的、相对接触且各有着不同电极电位的物质形成，对于水系统管道、设备器壁电位的高低正负,受器壁材料性质和所处环境情况的影响；水的电位受器壁电位、水的温度和水中离子电荷量的影响。它们的电位差别越大,偶电层电位势差就越大,偶电层能场的能量也越大,而且总是在器壁一侧形成负极电位,当有矿物溶质离子吸附时产生结垢。从钙离子和碳酸根例子的电性符号上可以看出,当这些带电离子或离子团在水流或热扩散的带动下,进入偶电层引力范围时,偶电层的狭窄距离(10~60nm)和相对较高的电位差[(0.01~0.1)+X]伏特及约0.2
伏特/立方米的电荷面密度,会使正负离子在偶电层相对,并使趋阳电性离子的电子让给一个邻近的趋阴电性离子(或分子),然后它们就排列成一个晶体,并逐渐形成结晶垢层。因此,结垢主要是由于水中有带电的矿物溶质离子和偶电层电位势差所形成的电化学能场的存在而产生的。结垢的导热系数的大约是不锈钢的4%~5%左右，当结垢过厚时，将会导致发热体的热量难以及本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种带有金属陶瓷发热体的胆内液体热交换器，其特征在于，包括耐高温传热外壳(1)和金属陶瓷发热体(3)，所述耐高温传热外壳(1)设有供液体通过的内流腔(10)，所述金属陶瓷发热体(3)包括一体连接的发热段(31)和过热缓冲段(32)，所述发热段(31)位于内流腔(10)中，所述耐高温传热外壳(1)由一体连接的外壳主体(171)和无孔传热部(172)组成，所述过热缓冲段(32)组装于外壳主体(171)上，所述无孔传热部(172)的内侧面热接触于发热段(31)，所述无孔传热部(172)的外侧面安装有温度开关(5)，所述温度开关(5)基于无孔传热部(172)的温度是否超过温度阈值以控制金属陶瓷发热体(3)通断电。2.根据权利要求1所述的带有金属陶瓷发热体的胆内液体热交换器，其特征在于，所述外壳主体(171)的侧面在靠近过热缓冲段(32)的位置设置有入液口(14)，所述外壳主体(171)的侧面在远离过热缓冲段(32)的位置设置有出液口(15)，所述发热段(31)沿由入液口(14)向出液口(15)的方向设置。3.根据权利要求2所述的带有金属陶瓷发热体的胆内液体热交换器，其特征在于，所述内流腔(10)分为连续设置的液体加热段(11)、热液输出段(12)和气化缓冲段(13)，所述发热段(31)位于液体加热段(11)内，所述入液口(14)连通于液体加热段(11)，所述出液口(15)连通于热液输出段(12)。4.根据权利要求3所述的带有金属陶瓷发热体的胆内液体热交换器，其特征在于，所述金属陶瓷发热体(3)为单端开口的管体，所述金属陶瓷发热体(3)将液体加热段(11)分为内加热流道(33)和外加热流道(34)，所述金属陶瓷发热体(3)背离入液口(14)的侧壁上开设有连通内加热流道(33)和外加热流道(34)的导流孔(35)。5.根据权利要求1~3任意一项所述的带有金属陶瓷发热体的胆内液体热交换器，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑劝文，王相臣，
申请(专利权)人：艾锐斯电子深圳有限公司，
类型：新型
国别省市：