一种红外薄膜热水器的制作方法

本发明涉及电热水器，特别是一种红外薄膜热水器。

背景技术：

文献记载，预计2020年我国大陆居民生活用电将高达14576亿kw·h，达总用电的20.33％。居民生活电力消费量的快速增长，将加剧中国的能源与环境压力[朱凯，尹海涛，中国居民生活电力消费的分解分析[j]，中国电力，2014年3月第47卷第3期].

文献记载：2014年中国家用电热水器产量及其增长年度统计数据分析2014年度产量超过3420万台[数据来源：国家统计局，中国产业信息网整理chyxx.com/data/201504/309603.html].还有文献记载：在有些城市，电热水器的耗电量占家庭总能耗的20％～40％[牛纪德，周遵凯，杨先亮，电热水器运行方式与能耗的理论分析[j].山西建筑2012年9月第38卷，第26期].因此，不用置疑，电热水器的节能潜力巨大。电热水器节能措施将会在节约能源方面产生巨大的经济效益，同时在降低碳排放，保护环境方面也将会有重要的意义。

电热水器耗电大部分是由于使用了储水式电热水器，储水式电热水器的保温储水桶的桶壁传导耗热属于显而易见的浪费。

保温储水桶的桶壁耗热计算可知：

保温储水桶的桶壁耗热q＝f.k(t-t)；

式中：k——储水桶的桶壁传热系数；

a1——储水桶的桶壁与环境墙体等放热系数w/m²℃；

a2——储水桶的桶内热水对储水桶的桶内壁的放热系数w/m²℃；

δ1——储水桶的桶外壁材料厚度mm；

δ2——储水桶的桶隔热材料厚度mm；

δ3——储水桶的桶内壁材料厚度mm；

λ1——储水桶的桶外壁材料导热系数w/m²℃；

λ2——储水桶的桶隔热材料导热系数w/m²℃；

λ3——储水桶的桶内壁材料导热系数w/m²℃；

文献记载，通常环境墙体等表面的放热系数a1——储水桶的桶壁与环境墙体等放热系数w/m²℃，≈8.7～11.6w/m²℃；[杨磊，制冷原理与技术[m].科学出版社，1988.北京]

参考文献记载，a2——储水桶的桶内热水对储水桶的桶内壁的放热系数≈3500w/m²℃；[苏庆瑞，李华春，制冷与空调[m].辽宁科学技术出版社，1983.沈阳]

δ1——储水桶的桶外壁材料厚度，通常采用0.8mm碳钢板制造；

δ2——储水桶的桶隔热材料厚度，通常采用聚氨酯发泡塑料制造，厚度为25mm；

δ3——储水桶的桶内壁材料厚度，有采用搪瓷保护碳钢板制造，厚度常采用0.8mm；

λ1——储水桶的桶外壁材料导热系数，48.5w/m²℃

λ2——储水桶的桶隔热材料导热系数0.02w/m²℃

λ3——储水桶的桶内壁材料导热系数17w/m²℃

以国内某知名品牌产品为例，80升容量的外形尺寸为，长863mm，保温储水桶的桶壁对环境传热的面积为463mm×π×863mm+(π(463mm/2)²×2端面)

＝1592016.8mm²

＝1.5920168m²。

依据传热系数：

k＝0.74822w/m².℃

保温储水桶的桶壁耗热q＝f.k(t-t)

式中：f-保温储水桶的桶壁面积m²；＝1.42351m²。

k-储水桶的桶壁传热系数k＝0.74822w/m²℃(0.6434692kcal/m².h.℃)

t——桶内热水温度65℃，(现有家用电热水器商品，大多数标定为上限温度70℃，取65℃)；

t——桶外环境温度20℃(北方冬季室内温度因备有采暖条件，大多数为18～23℃，南方地区由于未备有采暖设施，冬季室内温度5～12℃，取20℃)；

保温储水桶的桶壁耗热为：

q＝0.6434692kcal/m²·h·℃×1.5920168m²(65℃-20℃)＝46.099kcal/h

根据计算热水器保温储水桶的桶壁传导耗热系数；

计算每台热水器保温储水桶的桶壁年耗热：46.099kcal·h×24h(天)×365天(年)＝403823.91kcal.h。

将kcal换算kj单位为：1千卡/小时(kcal.h)＝4.184千焦耳(kj)

403823.91×4.184＝1689599.23944(kj)

国内某知名品牌储水式电热水器80升容量型号，保温桶一年传热耗散的电量是1689599.23944kj/3600＝469.33度。

现有电热水器，对水加热电加热管是管状电热元件，它是由不锈钢外管、螺旋状电阻丝及绝缘材料结晶氧化镁粉组成。

不锈钢管内均匀地分布高温电阻丝，处于不锈钢管内中央，在空隙部分填入绝缘性能良好的结晶氧化镁粉，高温电阻丝中有电流通过时，产生的热通过氧化镁粉向金属管表面扩散，金属管表面扩散温升，再通金属管表面形成高温，高温向低温水侧传递，达到把水加热的目的。

电阻丝温度愈高，通过结晶氧化镁粉传导至不锈钢管效率愈高，但是电阻丝温度愈高，结晶氧化镁粉碳化趋势就越突出，结晶氧化镁粉完全碳化就失去绝缘性能。电阻丝产生的热量通过氧化镁和不锈钢管壳热阻才能传递至需要加热的水，多层热阻是电热管式加热器热效率低的主要原因。

技术实现要素：

本发明针对现有储水式电热水器的保温结构传热耗能和电热管加热方式热效率低问题，提出一种红外薄膜热水器技术方案。

红外薄膜热水器工作原理

水分子由一个氧原子和两个氢原子组成。是强极性分子。在范德华力作用下，水分子有相互吸引成团状的趋势。含氢键的双原子和多原子分子在2～18um的电磁辐射范围内有一个普遍吸收带，在这个吸收带上有它自己的最高吸收峰和两个较高吸收峰。

当红外薄膜以2～18um的电磁辐射作用于水分子，水分子吸收后转换成的一种热效应。这一热效应是水分子吸收该能量后，即会出现运动效应，这一运动效应，随吸收量的增加而增强。

红外薄膜热水器是以高比表面积的薄膜红外发射器作为加热元件，流过红外薄膜的水即被加热，红外薄膜以0.1w/cm²面载功率，使得红外薄膜与水的具备巨大的接触面。最大限度的提高红外能的热效率。

红外薄膜热水器属于匹配吸收技术，匹配吸收是指红外薄膜发射出来的热辐射，以选择性辐射频率与被加水分子本身的振动频率相一致，此时引起的共振吸收即为匹配吸收。

匹配吸收对于薄层加热也具有重要意义，红外薄膜热水器的水流采用了薄膜流态水膜形式，有利提高红外薄膜热水器的能效系数。

与现有储水式、即热式电热水采用电热丝发热机理相比，电热丝发热机理是通过电热丝电阻元件在通电后形成高温散发热量，通过传导传热来使水的温度升高，这种方式的主要缺陷是需要克服绝缘材料和不锈钢管壳传热热阻，导致热量利用率较低。而红外薄膜技术则是通过以热辐射的方式将电能直接在水中转化成热能，其热能利用率能达到甚至超过95％以上。

实现本发明的技术方案

红外薄膜热水器外部结构圆筒形式，圆筒外壳的顶端圆心处安装出水管，圆筒外壳的底端径向安装进水管。

红外薄膜以螺旋筒形式结构，与圆筒外壳轴向平行安装，红外薄膜上方螺旋嵌槽与红外薄膜下方螺旋嵌槽对称安装，红外薄膜以螺旋式分布固定在红外薄膜上方螺旋嵌槽与红外薄膜下方螺旋嵌槽形成螺旋流水通道。由进水管进入的自来水，即沿着螺旋流水通道，螺旋进入圆心出热水通道，由圆心出热水通道通过出水管流出。

所述的红外薄膜，由两层高分子绝缘薄膜组成密封夹层结构薄膜，夹层间涂布导电涂层。当导电涂层通电时即形成红外辐射，当水流通过红外薄膜以螺旋式分布构成螺旋流水通道时，红外薄膜的红外辐射被水吸收，水吸收红外辐射即产生温升，出水管流出即为热水。

所述的夹层间涂布的导电涂层由碳系微纳米材料混合粘合剂组成。

所述的碳系微纳米材料是，碳黑、微纳米石墨粉体、碳纳米纤维、碳纳米管、石墨烯，其中的两种，或三种、四种组合。

其中，石墨烯50～54％或微纳米石墨粉体50～54％，碳黑8～10％，碳纳米线5～7％，粘合剂33～37％，优选的，石墨烯53％，碳黑10％，碳纳米线7％，粘合剂30％。

所述的粘合剂，是通过粘附和内聚等作用使导电物质颗粒连接在一起，使孤立分散的导电粒子紧密连接，形成导电网络，在导电涂层中起到支撑结构作用。粘结剂可选用丙烯酸树酯、聚偏氟乙烯、酚醛树酯、环氧树酯、乳胶、聚氨酯其中一种，优选的聚偏氟乙烯。

所述的高分子绝缘材料薄膜选用选用聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜、乙烯一醋酸乙烯酯共聚物薄膜、聚双烯丙基二甘醇碳酸酯薄膜、硅橡胶薄膜、聚酰亚胺树脂薄膜其中一种，优选的聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜薄膜。

所述的顶端封盖，包括圆心出热水通道、红外薄膜上方螺旋嵌槽、红外薄膜上方限位螺旋凸筋结构。

所述的底端封盖，包括红外薄膜下方螺旋嵌槽、红外薄膜下方限位螺旋凸筋结构。

本发明的积极效果

红外薄膜热水器无需储水式电热水器保温隔热桶，克服了储水式电热水器保温隔热桶传热带来的热能消耗，红外薄膜热水器的红外薄膜加热方式与现有电热管加热方式比较，克服了电热管的传热需要克服绝缘材料和不锈钢管壳传热热阻，导致热量利用率较低的问题。

附图说明

图1是本发明红外薄膜热水器示图；

图中，1进水管、2圆筒外壳、5出水管；

图2是图1的a-a剖视图

图中，1进水管、2圆筒外壳、3红外薄膜、5出水管、6顶端封盖、7底端封盖；

图3是图1的b-b剖视图；

图中，1进水管、2圆筒外壳、3红外薄膜、4螺旋流水通道、5a圆心出热水通道；

图4是底端封盖示图；

图中，7-1红外薄膜下方螺旋嵌槽、7-2红外薄膜下方限位螺旋凸筋；

图5是顶端封盖示图；

图中，5a圆心出热水通道、6-2红外薄膜上方螺旋嵌槽、6-1红外薄膜上方限位螺旋凸筋；

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。

如图1所示，圆筒外壳2的顶端圆心处安装出水管5，圆筒外壳2的底端径向安装进水管1。

如图2、图3所示，红外薄膜3以螺旋筒形式结构，红外薄膜3与圆筒外壳2轴向平行安装，红外薄膜上方螺旋嵌槽6-2与红外薄膜下方螺旋嵌槽7-1对称安装，如图3所示，红外薄膜3以螺旋式分布固定在红外薄膜上方螺旋嵌槽6-2与红外薄膜下方螺旋嵌槽7-1形成螺旋流水通道4。进水管1进入自来水，即沿着螺旋流水通道4螺旋进入圆心出热水通道5a，由圆心出热水通道5a通过出水管5流出。

所述的红外薄膜3由两层高分子绝缘材料薄膜组成密封夹层结构薄膜，夹层间涂布导电涂层。当导电涂层通电时即形成红外辐射，当水流通过红外薄膜3以螺旋式分布固定在红外薄膜上方螺旋嵌槽6-2与红外薄膜下方螺旋嵌槽7-1形成螺旋流水通道4时，红外薄膜3的红外辐射被水吸收，水吸收红外辐射即产生温升，出水管5流出即为热水。