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基本信息
- 項目名稱：
- 新型便攜式碳纖維即熱水器
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 本作品由于使用無芯型真空石英碳纖維電熱管作為電熱水器的核心組件，因此在反應(yīng)速度方面明顯優(yōu)于現(xiàn)有的金屬電熱元件熱水器，且具有更長的使用壽命。本設(shè)計利用回旋式加熱方法代替了現(xiàn)用的固定式加熱方法。利用了碳纖維電熱元件發(fā)出紅外輻射的形式加熱水代替了金屬電熱元件接觸式的加熱過程，從而根本上即提高了電熱水器的效率又達(dá)到了節(jié)能減排的效果。也同時降低了整個裝置的重量，減小了整個設(shè)備的體積，節(jié)省了大部分空間。
- 詳細(xì)介紹：
- 本產(chǎn)品利用碳纖維電熱元件代替?zhèn)鹘y(tǒng)的金屬電熱元件對水進(jìn)行加熱，并在水流管路結(jié)構(gòu)和外部固定結(jié)構(gòu)上都進(jìn)行了創(chuàng)新。本設(shè)計將產(chǎn)品通過伸縮桿及卡口直接與水龍頭出水口相連接，使流出的水直接引入回旋式加熱系統(tǒng)中，以均勻厚度流過碳纖維電熱元件周圍，吸收碳纖維電熱元件所發(fā)出的紅外輻射，溫度持續(xù)升高，通過雙U型管道后流出，達(dá)到水流從出水口流出即達(dá)到所需溫度的效果。使用了基于碳纖維電熱元件的回旋式加熱結(jié)構(gòu)，首先提高了水對電熱元件熱輻射的吸收率，從而使得熱水過程更為高效節(jié)能，其次回旋式結(jié)構(gòu)充分縮小了電熱水器總體的質(zhì)量和體積，提高了電熱水器的使用壽命。使用了伸縮桿和卡口相結(jié)合，達(dá)到了可以非常簡便的拆卸、安裝及攜帶的效果。 本作品在設(shè)計中采用了回旋式加熱方法，充分分析碳纖維電熱元件的紅外輻射曲線，選取合適的水流厚度均勻流經(jīng)碳纖維電熱元件，還采用了雙U型結(jié)構(gòu)的管道路徑，在有限的空間內(nèi)保證了水在保持流動過程中有足夠的時間去吸收紅外輻射。由于碳纖維電熱元件熱輻射方式主要為紅外輻射，故均勻的水流流過后，水流吸收的熱量均勻，并在雙U型結(jié)構(gòu)中依次通過兩個碳纖維電熱元件，過程中熱量吸收充分，可將加熱效率大大提高且耗能少，同比將節(jié)約60%的能耗。且過程中水流一經(jīng)流出即達(dá)到可以使用的溫度，體現(xiàn)了即開即用的高效性。 此外，本設(shè)計在結(jié)合回旋式結(jié)構(gòu)減小了裝置整體的體積和質(zhì)量后，于外殼上安裝了伸縮桿和卡口，伸縮桿可以變換長度，以滿足不同型號的水龍頭和水池的要求，卡口設(shè)計利用了皮帶的扣緊原理配合伸縮桿將本設(shè)計固定于不同類型的水龍頭上，并且安裝和拆卸的操作簡便。本設(shè)計兼具了基于碳纖維電熱元件的回旋式結(jié)構(gòu)的高效節(jié)能和易于拆裝攜帶的便攜性雙重優(yōu)點，基本能滿足市場對電熱水器的要求。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 設(shè)計目的：基于目前市場上主要采用金屬電熱元件制熱的熱水器存在的高能耗、低效率、易損壞、安裝過程復(fù)雜等缺點，我們設(shè)計了這款基于碳纖維電熱元件的便攜式電熱水器，用以彌補(bǔ)現(xiàn)有電熱水器在能耗、制熱效率、使用壽命、安裝過程等方面的缺陷?；舅悸罚罕咀髌凡捎昧诵滦吞祭w維電熱元件，水流路徑與碳纖維管綁定的回旋式結(jié)構(gòu)，同時整個裝置體積大大縮小，配合伸縮桿和操作簡單的卡口設(shè)計實現(xiàn)了方便安裝的效果。創(chuàng)新點（1）能耗低：本產(chǎn)品只需消耗傳統(tǒng)金屬加熱裝置需要電能的50%即可達(dá)到同樣的加熱效果。（2）高效率：本產(chǎn)品采用新型碳纖維電熱元件（采用T300碳纖維），熱輻射主要集中于紅外輻射，結(jié)合回旋式水流管道的設(shè)計，加熱效率高（3）實用性強(qiáng)：本產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)上采用完全獨立于水管與水龍頭的設(shè)計思路，結(jié)合伸縮桿和卡口可在任意需要的場合安裝及使用本產(chǎn)品。主要技術(shù)指標(biāo)（1）整體裝置的卡口采用65號優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼（2）本設(shè)計的伸縮桿采用45號優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼（3）水流路徑保證水流流過兩條碳纖維電熱U型管受熱路徑大于100 mm。（4）碳纖維加熱管的加熱功率大于800 W。技術(shù)關(guān)鍵（1）碳纖維電熱絲必須封裝于真空石英管中，完全與助燃?xì)怏w隔絕。（2）回旋式水流管道采用無毒無害、保溫性能優(yōu)秀、具有優(yōu)良密封性的微孔塑覆銅水管。（3）產(chǎn)品的卡口直徑與水龍頭直徑之差應(yīng)控制在極小范圍內(nèi)以保證緊、穩(wěn)、固（4）伸縮桿的尺寸要滿足大部分規(guī)格的水龍頭的安裝、固定要求。（5）產(chǎn)品必須保證水流在管道內(nèi)通過的受熱路徑及碳纖維電熱元件的功率，使其實現(xiàn)即熱功能。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 市場現(xiàn)有的電熱水器大都采用傳統(tǒng)的金屬電熱元件，其耗能大，效率低，熱交換效率低；并且現(xiàn)有產(chǎn)品都為固結(jié)安裝，不能滿足不同場合下攜帶使用，因此市場上的現(xiàn)有即熱水器沒有廣泛得到認(rèn)可。本設(shè)計將產(chǎn)品通過伸縮桿及卡口直接與水龍頭出水口相連接，使流出的水直接引入回旋式加熱系統(tǒng)中，以均勻厚度流過碳纖維電熱元件周圍，吸收碳纖維電熱元件所發(fā)出的紅外輻射，溫度持續(xù)升高，通過雙U型管道后流出，達(dá)到水流從出水口流出即達(dá)到所需溫度的效果。使用了基于碳纖維電熱元件的回旋式加熱結(jié)構(gòu)，首先提高了水對電熱元件熱輻射的吸收率，從而使得熱水過程更為高效節(jié)能，其次回旋式結(jié)構(gòu)充分縮小了電熱水器總體的質(zhì)量和體積，提高了電熱水器的使用壽命。使用了伸縮桿和卡口相結(jié)合，達(dá)到了可以非常簡便的拆卸、安裝及攜帶的效果。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 我校第九屆“奮進(jìn)杯”課外科技學(xué)術(shù)作品競賽二等獎 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽上海市選拔賽二等獎
作品所處階段
- 實驗室中試成功，小型模型已經(jīng)完成。將要往工廠生產(chǎn)試用
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 使用說明書、說明書附圖、權(quán)利要求書，使用環(huán)境說明及使用注意事項、產(chǎn)品主要技術(shù)指標(biāo)
作品可展示的形式
- 模型 圖紙 現(xiàn)場演示 圖片 錄像 樣品
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 技術(shù)特點和優(yōu)勢：本設(shè)計打破了電熱水器采用金屬電熱元件嵌入式加熱的常規(guī)做法，利用碳纖維電熱元件，回旋式加熱結(jié)構(gòu)，電熱元件的反應(yīng)速度更快，紅外輻射熱傳遞更為高效，合理的水流管道設(shè)計使水流受熱均勻，能耗降低50%以上，重量降低了40%，體積減小了60%，加之安裝過程簡單的伸縮桿設(shè)計和卡口設(shè)計，使本設(shè)計能方便用戶攜帶與安裝，滿足不同環(huán)境的需要。其技術(shù)及實用性均優(yōu)于現(xiàn)有的電熱水器。適應(yīng)范圍：本產(chǎn)品拆裝方便，體積和質(zhì)量更小，基本滿足日常室內(nèi)對非飲用熱水的使用。隨著本產(chǎn)品的進(jìn)一步改進(jìn)，引入對水質(zhì)的改善，最終可以完全替代現(xiàn)有電熱水器產(chǎn)品并拓展到野外等本來無法使用電熱水器的領(lǐng)域。市場預(yù)測與經(jīng)濟(jì)學(xué)分析：（1）我國電力資源緊缺，如果推廣使用我們的產(chǎn)品，熱轉(zhuǎn)化效率提高17%必將大大緩解電力嚴(yán)重緊缺的現(xiàn)狀。（2）便攜式即熱水器需求空間巨大，便攜式電熱水器的增長速度卻在近年以來得到了迅猛的發(fā)展。增長速度超過了40％之多，本設(shè)計在能耗、效率、使用壽命、環(huán)保方面的優(yōu)勢必將得到市場的青睞。
同類課題研究水平概述
- 便攜式熱水器作為一種新型的熱水器，受使用環(huán)境和產(chǎn)品技術(shù)的影響，近年來正處于迅猛發(fā)展之中。市場在局部地區(qū)開始啟動，增長速度快速提升。 現(xiàn)在，便攜式熱水器行業(yè)中一些比較優(yōu)秀的品牌，向市場中推出了技術(shù)較為成熟的洗滌用洗澡用即熱式產(chǎn)品，但是更多的則是一些技術(shù)還不是很成熟、有待于市場檢驗的產(chǎn)品。雖然一些品牌以高利潤贏得了一部分代理商的青睞，但隨著產(chǎn)品質(zhì)量問題的出現(xiàn)，這種積極性就會再度被打消，市場的啟動周期依然會較長。表象的啟動也很有可能會嘎然而止。質(zhì)量和服務(wù)是產(chǎn)品的生命線，好多生產(chǎn)和銷售企業(yè)已經(jīng)認(rèn)識到這一點，低成本化、低耗電率以及高使用周期將是便攜式電熱水器發(fā)展的必由之路。 就我們國內(nèi)的一些相關(guān)研究來看，如專利號CN200610045899.4中的設(shè)計，一種用碳纖維復(fù)合材料加熱體制作的節(jié)能、環(huán)保智能型電熱水器，其自來水管下端連接盤與管狀碳纖維復(fù)合材料加熱體上端連接盤用內(nèi)接螺母螺旋式鑲嵌連接，專用水管兩端連接盤中間位置各設(shè)置有十字橫桿，將外包裹導(dǎo)熱耐溫絕緣防潮防水保護(hù)層的碳纖維復(fù)合材料束絲組合狀加熱體兩端分別固定在兩個十字橫桿上，直流正負(fù)極電源線一端沿連接盤上預(yù)留的凹型進(jìn)線槽達(dá)專用水管內(nèi)與碳纖維復(fù)合材料束絲組合狀加熱體接線柱連接，專用水管下端連接盤與交流電源開關(guān)式水管拉桿閥門用內(nèi)接螺母螺旋式鑲嵌連接，直流電源與溫控器相連接，溫控器與變電器連接，變電器與交流電源開關(guān)相連接。其雖然利用了碳纖維電熱元件本身特性達(dá)到了節(jié)能環(huán)保的特性，但盤與管狀的結(jié)構(gòu)不能良好的利用碳纖維電熱元件的紅外輻射，未能將碳纖維的特效最大化。并且仍舊采用了傳統(tǒng)的電熱元件嵌入式，導(dǎo)致裝置的體積與質(zhì)量都無法降低，加熱效率不足，安裝過程繁瑣，普通情況下無法任意攜帶。 就國外的一些相關(guān)研究來看，如專利號JP 2000311768 (A)中的設(shè)計，包括一個框架和基礎(chǔ)組件。基礎(chǔ)組件包括：碳纖維電熱棒，多元化流體管路；運(yùn)行過程中，碳纖維制成的加熱管分布在長管外殼的四周和中心，通過多元化管路流體水流流經(jīng)常駐的大型加熱器和周圍平面體，產(chǎn)生熱水或水蒸氣以供使用。其加熱效率雖高，但是其使用了大量的碳纖維電熱棒導(dǎo)致能量消耗極大，而且其裝置具有非常大的體積及質(zhì)量，無法所以安裝拆卸與移動，仍然無法滿足市場對電熱水器的需求。
