基本信息
- 項目名稱：
- 螺旋式發(fā)熱片速熱型防輻射電磁熱水器
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 作品運用了物理學、流體力學、傳熱學等方面的知識，在現(xiàn)有熱水器的基礎上，對其結構與技術上的改良，利用螺旋形發(fā)熱片，增大水的受熱面積，促進流體處于湍流狀態(tài)，強化對流換熱，整體上形成 “水包熱”和“熱包水”加熱效果。作品采用水電分離加熱，解決了漏電的問題；利用渦流效應加熱水，對水磁化，避免水垢產(chǎn)生，并且具有分解鈣質、抗菌消炎等作用；沒有預熱時的熱量散失，及儲水式熱水器剩余熱水的浪費現(xiàn)象，更加環(huán)保節(jié)能。
- 詳細介紹：
- 引言： 通過對當前熱水器的調查，發(fā)現(xiàn)占主導地位的是燃氣熱水器和電熱水器。燃氣熱水器雖然容易取得供熱源，但使用過程中會排出的廢氣和毒氣，具有污染環(huán)境、損害人體健康、熱效率低等缺點，特別是這個假期身邊有名同學在家煤氣中毒死亡，讓我不得不深思其安全性。電熱水器種類可分為儲水式和即熱式，儲水式熱水器的體積比較大，有水量限制，在使用前需要預熱20到30分鐘，并且存在散熱損失；即熱式熱水器，依舊是電阻式加熱，加大其功率，并在出水口采取再加熱的方式，由傳統(tǒng)的“水包熱”變成了“熱包水”，雖有所改進但仍舊需要幾分鐘的預熱時間。這些問題一來受到當前家庭居住面積制約，二來也與追求效率的時代時間觀相左，正是電阻熱水器市場發(fā)展緩慢的關鍵。所以探討和研究電磁熱水器的性能和優(yōu)缺點顯得尤為重要。 優(yōu)勢 本作品是由交變電流產(chǎn)生的感應電動勢作用在電阻率很小金屬材料中，會使整塊金屬內部激起強大的渦電流，進而放出焦耳熱。螺旋形的發(fā)熱片設計可以增大水流通過時的受熱面積，強化對流換熱，整個布局就形成了“水包熱”和“熱包水”兩種加熱模式。并使得水流通過的路徑由直線改為曲線，增加總的路程，延長加熱時間，使其被充分加熱，也可以改變水流截面積，使流速得以控制，進而找到使對流換熱系數(shù)h達到一個最大值的平衡點?？紤]到電磁輻射作為人為電磁波污染的一種和對人體、環(huán)境、設備都會產(chǎn)生影響，設計中在降溫層的外圍加上了屏蔽體并同時將屏蔽體接地來解決交變電場和高頻磁場所帶來的不良后果，最后在外殼內側涂上以鐵氧體為主的磁介質吸波劑，從而解決電磁輻射的問題，用戶可以放心使用。 相關設計 ①傳統(tǒng)熱水器采用的是在內膽中進行電阻式加熱，由于內膽的保溫功能并不能達到理想的絕熱狀態(tài)，所以此方式必然會有一部分熱量損失，而設計作品的加熱方式是遵循電能—磁能—熱能的轉換模式，加熱的水直接就被使用，速熱型電磁熱水器因不用提前預熱，也就沒有預熱時的熱量散失，也沒有儲水式熱水器多加熱的未用的剩余熱水的浪費，以短時間加熱流水，從而真正做到了節(jié)省。經(jīng)過計算可知它比傳統(tǒng)的儲水式熱水器節(jié)省30%-50%左右的電能，從這一點，更加顯示了其優(yōu)勢。 ②據(jù)了解對于熱水器廠商給定的保修年限中，維修的主要對象是加熱管，內膽是熱水器中原材料最貴的一個，也是最不容易維修的一個，一旦壞掉整個熱水器是也就報廢了。這種速熱型是不同于儲熱型，省去了內膽中這一耗費最大的材料，降低了產(chǎn)品造價。 ③產(chǎn)品的初步設計尺寸是Φ100*200的大小，體積小巧，占用空間少，在極大程度上改善了家居布置的情況。用此種熱水器時不用擔心熱水夠不夠用，也無須像儲水式熱水器那樣不用時也要通電保持水溫，這些優(yōu)點是電阻熱水器所達不到的。 ④運用單片基的知識可以到達智能化，使其具有自動記憶功能，下一次開啟時會自動設置為用戶上一次的使用溫度，減少按鍵的使用次數(shù)，增加元件使用壽命，節(jié)約成本。 ⑤在選用熱水器的時候人們關注的第一個要點就是安全，只有在保障安全的前提下才能放心的使用，電熱水器普遍的加熱過程是：水在加熱體中流動，水電混合，一旦發(fā)熱體漏電，水中即帶有電流，造成危險。此設計采用了水電分離的非接觸式加熱，水和發(fā)熱體之間有一定距離空間，這空氣是絕對絕緣，產(chǎn)品根本涉及不到絕緣不絕緣的問題，更不會傳到水中，所以是不存在漏電之后引發(fā)用戶被電到的情況，這也是本設計最具優(yōu)勢的特征，使用很安全。 相信在不久的將來，熱水器市場必將發(fā)展成以電磁熱水器為主導的新局面，本作品涉及的技術改良和優(yōu)勢創(chuàng)新的特點也會被廣泛的應用于新型的電磁熱水器中去。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 目的：使熱水器實現(xiàn)節(jié)能、環(huán)保、安全、、速熱、小型化的目的。 思路：強化對流換熱，縮短加熱時間，并增強熱效率，減少電磁輻射危害。創(chuàng)新點及技術關鍵：①螺旋發(fā)熱片通過渦流熱效應放出焦耳熱，使整體受熱均勻，減少了熱應力的產(chǎn)生。②此發(fā)熱片設計可以增大水流通過時的受熱面積，整個布局就形成了“水包熱”和“熱包水”兩種加熱模式。曲線路徑增加了總的路程，延長加熱時間。尺寸設計、位置布置、水流截面積等因素的綜合整理找到使h達到一個最大值的平衡點。③此設備為電磁波污染的一種，設計中在導溫層的外圍加上了接地的屏蔽體，在外殼內側涂上以鐵氧體為主的磁介質吸波劑，從而解決電磁輻射的問題。 熱水器中水吸收的熱量:P1=CpMΔt/60 參考數(shù)據(jù)：水的設計體積流量為2.5L/min,熱水器進出水溫升為30℃,水的比熱為4200J/kg℃,要求電磁渦流熱水器的熱效率為93%,由傳熱公式求得電磁渦流熱水器熱負荷為:Q=4200× 2.5× 30/60=5250W 所需的電功率為 Q=5250/93%=5645W 水的體積流量為 2.5L/min,水的質量流量為 2.5/60=0.042kg/s,進出水溫差 20℃。水吸收的熱量:P1=4200× 0.042× 20=3528J/s 測得電源電壓 220V, 線圈中通過的電流為 17A,電磁渦流熱水器的輸入功率為:P=UI=220× 17=3740W 故電磁渦流熱水器樣機的熱效率為: η=P1/P=3528/3740=94.33%
科學性、先進性
- ①傳統(tǒng)熱水器是在內膽中采用的電阻式加熱方法，本作品的加熱方式是利用渦流效應遵循電能—磁能—熱能的轉換模式，加熱的水直接被使用，沒有預熱時的熱量散失，也沒有儲水式熱水器多加熱的剩余熱水的浪費，比傳統(tǒng)的儲水式熱水器節(jié)省30%-50%左右的電能。同時，利用螺旋發(fā)熱片的結構，強化了換熱的效果，在等量的換熱量下，降低了功率。 ②據(jù)了解，熱水器維修的主要對象是加熱管，內膽是熱水器中原材料最貴﹑最不容易維修的，一旦壞掉整個熱水器等同報廢了。這種速熱型是不同于儲熱型，省去了內膽中這一耗費最大的材料，降低了產(chǎn)品造價。 ③產(chǎn)品的初步設計尺寸是Φ100*200的大小，體積小巧，占用空間少，在極大程度上改善了家居布置的情況，同時用此種熱水器時不用擔心熱水夠不夠用。 ⑤選用熱水器時，只有在保障安全的前提下才能放心的購買使用，傳統(tǒng)電熱水器的加熱過程，水電混合，一旦發(fā)熱體漏電，水中即帶有電流，造成危險。此設計采用了水電分離加熱，避免了直接接觸，所以不存在漏電引發(fā)危險的情況，確保了使用的安全。
獲獎情況及鑒定結果
- 河北工業(yè)大學“挑戰(zhàn)杯”評比獲特等獎
作品所處階段
- 設計計算階段
技術轉讓方式
- 合作生產(chǎn)
作品可展示的形式
- 模型
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 打開電源開關，只需定好洗浴溫度即可。 說明及分析與預測：加熱原理來源于渦流熱效應，是水電隔離加熱方式，使用安全度高。螺旋式發(fā)熱片增大對流換熱系數(shù)和表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，減小加熱時間和增大熱功率，從而節(jié)省電量。它是微電腦智能控制的，在控制面板上只有三個按鈕（開關、增加和減少溫度），操作方便簡單。加熱同時對水進行磁化、軟化，降低水的硬度，避免水垢的產(chǎn)生。 據(jù)國務院發(fā)展研究中心中國家電市場聯(lián)合調研課題組的調查顯示,目前我國城市居民家庭熱水器擁有率為72%,尚未達到飽和狀態(tài).有45.8%的城市居民家庭未來3年內有購買熱水器的意愿.目前我國城市家庭有1.5億戶,如果按照50%的購買率計算,對熱水器的實際需求量就達7500萬臺,平均每年的最低需求維持在1000萬臺左右。所以整個熱水器的市場空間是具有很大潛力的。而該作品在設計和使用上都優(yōu)于現(xiàn)有的同類產(chǎn)品，一旦開發(fā)成功，其銷售市場是可想而知的。整個產(chǎn)品的成本預計是在1000元到1500元之間。
同類課題研究水平概述
- 通過在中國知網(wǎng)上的查詢了解到，電磁熱水器的開發(fā)與研究主要集中在微電腦控制及電路這兩項，市面上也有不少電磁熱水器的產(chǎn)品。關于加強水與發(fā)熱片之間的熱量交換和防止家電電磁輻射的方向還接近于空白。在針對如何到達速熱的問題，不僅僅是高功率能解決的，對于處理電磁輻射的積累效應，也是需要重視的。電磁加熱原理各個廠家都懂，簡單的運用也都會，盡管其附加功能每年推陳出新，但是同一類型產(chǎn)品如何在市場上取得領先地位注重的就是其核心技術，對電磁熱水器的開發(fā)依舊是任重而道遠。
