受迫对流换热发生器是一 种用于水加热装置的受迫对流换热发生器,其特征在于包括底座,在底座的下方设有拱形腔,在底座上设有隔热外罩,在隔热外罩与底座围成的汽化腔内设有调节阀,该调节阀包括阀体,在阀体内设有浮球,在阀体上设有进出水口和进出气口且进出水口与进出气口位于浮球的上下两端,在阀体上设有气孔,在进出气口上设有管,该管自汽化腔延伸至隔热外罩的外部,上述调节阀的底部延伸至底座下方的拱形腔内且进出水口也位于该拱形腔内,在调节阀阀体与底座之间设有环形通道。
受迫对流换热发生器是一 种用于水加热装置的受迫对流换热发生器,其特征在于包括底座,在底座的下方设有拱形腔,在底座上设有隔热外罩,在隔热外罩与底座围成的汽化腔内设有调节阀,该调节阀包括阀体,在阀体内设有浮球,在阀体上设有进出水口和进出气口且进出水口与进出气口位于浮球的上下两端,在阀体上设有气孔,在进出气口上设有管,该管自汽化腔延伸至隔热外罩的外部,上述调节阀的底部延伸至底座下方的拱形腔内且进出水口也位于该拱形腔内,在调节阀阀体与底座之间设有环形通道。
开水壶是典型的大容器燃气加热装置,由于主要通过壶底的热传导和热原进行热交换,其热效率很低。日常使用的燃气热水器由于采用了管内受迫对流换热的传热方式,实现了即开即热,满足人们日常生活需要。即利用水的管网压力和管壁的几何形状,使流体在管内的流动成紊流状态,强化流体和管壁的热交换。在这过程中,流体的导热也是由温度梯度和热导率决定的,而热量的转移主要依靠流体产生的位移。
为了解决这个问题,通常的做法是设法增大热传导面积。例如公告号CN2408798的节能热水壶专利。该专利的特点是壶体有一个至多个贯穿壶体底部和顶部的通气孔,当盛水后置于炉具上受热时,底部受热,燃烧的火焰可以从通气孔内往上冒,而孔的四周都是壶体,使热量得到充分吸收,同时火焰不再从壶体四周向外扩散,避免了热能的浪费。为了增大传热面积,该实用新型对传统壶体做了很大改动,不仅有损外形的美观,而且工艺较复杂。尽管其连通底部和顶部的通气孔形成的火焰通道确能增大热传导面积,提高热效率,但作为寻常百姓家的日用品,却带来了使用上的不方便和不安全。
让热水壶中静止的流体在底部传热面上流动起来,并且形成紊流,产生受迫对流换热,热水壶的热效率就能和燃气热水器媲美,要使达到节能和省时的目的。受迫对流换热发生器使水流在壶底传热面上形成放射状或汇聚状的交替流动,随着加热时间的延续,其交替的频率越来越快。无论是放射状还是汇聚状流动,又都可以形成三维流动。正是这种三维的,正、反向交替流动状态下产生的流动惯性,使流体在传热面上发生剧烈的瞬间堆积、挤压和位移,形成紊流,由此在传热面上形成强烈的受迫对流换热。
1.不需借助外来能源的驱动,即可使热水壶中原来静止的流体在壶底传热面上流动起来,产生受迫对流换热。
2.利用壶底圆形传热面的几何形状进行的结构设计,形成了流体在壶底传热面上的独特流动。即不断变换正、反方向的汇聚状或放射状的脉冲式流动,利用流体运动的惯性,使流体形成紊流,达到强化传热的目的。
3.本实用新型是一个开口系统,运行压力低,不会产生高压,使用安全。
4.本实用新型没有任何污染物释放,不会对水质产生任何影响。
5.结构简单,制作成本很低,可直接安装在热水壶内,无需对热水壶的结构和外观做任何改动,易于推广。
1.本实用新型改变了热水壶的传热方式,由以热传导为主改变为受迫对流换热。热传导是由温差决定的热量由高温处向低温处的自发传递。受迫对流换热是导热和热对流联合作用的热量传递过程,其热量的转移主要依靠流体产生的位移。
2.受迫对流换热的强度主要由流体流动的状态决定的。当流体的流动成层流状态时,各部分之间换热靠导热方式,换热过程较缓慢。当流体的流动成紊流状态时,热量和动量的传递都大大增强,热量传递主要依靠流体本身各部分之间的扰动混合。本实用新型形成的水流在壶底传热面上的流动,是在壶底圆形加热面上方向正反向变化的,呈放射状或汇聚状的交替流动,并且随着加热时间的延续,其变化的频率越来越快。在流动惯性作用下,流体在壶底传热面上发生剧烈的瞬间堆积、挤压和位移。因此,流体在壶底传热面上的流动一直处于不规则的混乱状态,即紊流状态。在这过程中,层流边界层遭有效破坏,热阻减小,在传热面上形成强烈的受迫对流换热。
3.由于水流的交替方向的流动,使壶内的波面产生小幅上下波动,同时带动壶内整个流体的小幅振荡;再加上水流在圆环型导流板外沿的流出和流入形成的入口效应;以及调 压管内因水蒸气的扩散产生的相变凝结传热都加速了壶内的热交换。
1.在热水壶中水位差的作用下,水流沿导流板,经壶底传热面,通过拱形腔,从环形通道进入汽化腔中的存水盘。此时,浮球处于调节阀的下方,调节阀上的管呈开启状态,汽化腔内外气体压力平衡。
2.随着水位升高,浮球不断上升,当水位达到设计高度时,在浮力作用下,浮球关闭调节阀上的管,汽化腔处于密闭状态,水蒸气分压力升高并趋向该温度点的饱和压力,致使汽化腔内混合气体的压力升高。
3.在汽化腔内气体压力的作用下,存水盘中的水流通过环形通道反向流出,在导流板的约束下,在传热面上呈放射状向四周流动。此时,在水压作用下,浮球一直处于调节阀的上部,关闭住调节阀上的管。
4.当水位低于环形通道时,在压力作用下,致使拱形腔内的水流继续向四周流动,直至水位低于调节阀的进出水口时,浮球脱离调节阀上的管。这时,汽化腔内处饱和状态的水蒸气通过调节阀上的小孔,经调节阀上的管向壶内扩散,并在该管内发生相变,向壶内凝结传热。汽化腔内外压力又趋向平衡。
5.在水位差作用下,水流又由四周经导流板向拱形腔中心汇聚流动,并经环形通道进入汽化腔中的存水盘,又一循环开始。
6.装置的启动有一个预热过程,约需要2-3分钟。由于装置特殊的对流换热功能,一经启动,进入汽化腔的水流温度很快就会升高,使汽化腔内一直保持较高的运行温度,从而形成足够的压力差,驱使水流反向流动。