CN106382669A - 发热装置的设计方法、发热装置及电暖器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发热装置的设计方法、发热装置及电暖器。所述发热装置包括发热丝，所述设计方法包括：将所述发热丝的功率密度设置为低于预定值。本发明提供的发热装置的设计方法对发热丝的功率密度进行设置，将发热丝的功率密度设置为低于预定值，通过对发热丝功率密度的控制能够有效避免发热丝在工作过程中出现发红现象，进而保证其使用安全及可靠性。

Description

发热装置的设计方法、发热装置及电暖器

技术领域

本发明涉及加热领域，更具体地涉及一种发热装置的设计方法、发热装置及电暖器。

背景技术

现有发热装置的发热丝在工作过程中经常会出现发红现象，导致发热丝散热不均匀，容易引起采用其的产品局部表面温度超标的问题，存在安全隐患且影响发热丝的使用寿命。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种能够有效避免发热丝发红现象的发热装置的设计方法、发热装置及电暖器。

第一方面，提供一种发热装置的设计方法。

一种发热装置的设计方法，所述发热装置包括发热丝，所述设计方法包括：根据所述发热丝的功率密度对发热丝进行设计；

所述功率密度为发热丝的功率与发热丝整个外轮廓的表面积之比。

优选地，将所述发热丝的功率密度设置为小于预定值。

优选地，所述预定值D由如下公式获得：

D＝kP_额定/S；

其中，k，发红系数；

P_额定，发热丝的额定功率；

S，发热丝整个外轮廓的表面积。

优选地，所述发热系数k满足，1<k≤1.5。

第二方面，提供一种发热装置。

一种发热装置，包括至少一排发热丝，所述发热丝的功率密度设置为小于预定值。

优选地，所述发热装置包括多排发热丝，相邻两排发热丝之间的最小距离为大于6mm。

优选地，所述发热装置包括至少一组发热丝组，所述发热丝组包括首尾依次相接的多排发热丝，起始排发热丝的自由端连接第一接线端子，末尾排发热丝的自由端连接第二接线端子，当末尾排发热丝的自由端与起始排发热丝的自由端位于所述发热装置的同一端时，末尾排发热丝的自由端经导电条与所述第二接线端子连接，以使得所述第一接线端子和所述第二接线端子分别位于所述发热装置的两端。

优选地，所述导电条和与其相邻排的发热丝之间的最小距离大于5mm。

优选地，所述发热装置还包括绝缘体，同一组的多排发热丝首尾经紧固件依次相接；和/或，

起始排发热丝的自由端连同所述第一接线端子一起经紧固件固定于所述绝缘体上；和/或，

所述导电条的第一端连同所述第二接线端子一起经紧固件固定于所述绝缘体上；和/或，

所述导电条的第二端连同与其相邻的末尾排发热丝的自由端一起经紧固件固定于所述绝缘体上。

优选地，所述发热装置包括功率不同的多组发热丝组。

优选地，相邻的两组发热丝组共用同一所述导电条和/或同一第二接线端子。

优选地，所述发热装置还包括绝缘体，所述发热丝设置于所述绝缘体上，所述绝缘体的长边上设置有包边，所述包边和与其相邻排的发热丝之间的最小距离大于5mm。

优选地，所述包边的侧边设置有弯折部。

优选地，所述绝缘体的材料为金云母。

第三方面，提供一种电暖器。

一种电暖器，包括如上所述的发热装置。

本发明提供的发热装置的设计方法对发热丝的功率密度进行设置，通过对发热丝功率密度的控制能够有效避免发热丝在工作过程中出现发红现象，进而保证其使用安全及可靠性。

本发明提供的发热装置采用上述发热丝，能够有效避免发热丝在工作过程中出现发红现象，进而保证其使用安全及可靠性。

本发明提供的电暖器采用上述发热装置，能够有效避免电暖器局部表面温度超标，提高电暖器的使用安全及可靠性。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1示出本发明具体实施方式提供的发热装置的主视图；

图2示出本发明具体实施方式提供的发热装置的俯视图；

图3示出本发明具体实施方式提供的发热装置的左视图；

图4示出本发明具体实施方式提供的发热装置的立体图；

图5示出本发明具体实施方式提供的发热装置的爆炸图。

图中，1、绝缘体；11、第一基板；12、第二基板；13、安装孔；21、第一发热丝；22、第二发热丝；31、第三发热丝；32、第四发热丝；41、第一接线端子；42、第二接线端子；43、第一接线端子；5、导电条；61、第一大铆钉；62、第二大铆钉；63、第三大铆钉；64、第四大铆钉；65、第五大铆钉；66、第六大铆钉；71、第一小铆钉；72、第二小铆钉；73、第三小铆钉；74、第四小铆钉；8、包边；81、弯折部。

具体实施方式

以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件并没有详细叙述。

此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。

除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

本发明中所指的“上”“下”“左”“右”为如图3所示的方位。

现有发热装置的发热丝在工作过程中经常会出现发红现象，针对这一问题，本发明将功率密度的概念引入发热丝的设计中，将发热丝的功率密度进行量化，通过控制发热丝的功率密度来避免发热丝产生发红现象。

具体地，本发明提供了一种发热装置的设计方法，发热装置包括发热丝，该设计方法包括：根据发热丝的功率密度对发热丝进行设计，功率密度为发热丝的功率与发热丝整个外轮廓的表面积之比。发热丝整个外轮廓的表面积为发热丝端面周长乘以发热丝的总长度，再加上发热丝两端面的端面面积。

进一步地，将发热丝的功率密度设置为小于预定值D，从而保证发热丝在工作过程中不会出现发红现象。预定值D的具体数值不限，可根据发热丝的具体材质以及尺寸等因素进行设置，也可通过实验获得。

在一个具体的实施例中，发热丝的截面呈矩形，发热丝的根数为n，其长宽高分别表示为a、b、c，则发热丝的总表面积S＝n*2*(a*b+b*c+c*a)，设发热丝的功率为P，则发热丝的功率密度＝P/S＝P/{n*2*(a*b+b*c+c*a)}。由于发热装置在额定功率P_额定下正常发热时，发热丝不能发红，管控发热体不发红的参数就是确定功率密度的值。为匹配电暖器整机实验，通常将额定功率提高k倍，发热丝不能发红。所以规定发热丝的功率密度值小于D＝kP_额定/{n*2*(a*b+b*c+c*a)}，k为发红系数，其满足1<k≤1.5，进一步优选为1.15。

进一步具体地，假设额定功率P_额定＝2000W,由4根发热丝组成(n＝4)，发热丝的长a＝11200mm，b＝2.2mm，c＝0.19mm。那么就规定功率密度小于1.15P/{n*2*(a*b+b*c+c*a)}＝(1.15*2000)/{4*2*(11200*2.2+2.2*0.19+0.19*11200)}＝2300W/214147.344mm²＝0.01074W/mm²。即确定功率密度值规定小于0.01074W/mm²，保证发热丝正常工作不会产生发红现象。

具体地，可通过设计发热丝的长度、截面形状、截面尺寸等来保证发热丝的功率密度小于预定值。

本发明还提供一种发热装置，将发热装置的发热丝的功率密度设置为小于预定值，从而避免发热丝产生发红现象。

进一步地，如图1至图5所示，该发热装置包括绝缘体1以及设置于绝缘体1上的发热丝，发热丝可以为一排也可以为多排，优选地，一排发热丝可以由一条发热丝迂回弯折形成，绝缘体1上设置有多个安装孔13，发热丝的多个凸起结构分别插入多个安装孔13内。当发热丝为一排时，绝缘体1上设置一排安装孔，当发热丝为多排时，相应地，绝缘体1上设置多排安装孔。

进一步地，现有发热装置当设置多排发热丝时容易出现扎尖短路的问题，本发明发现该问题是由于发热丝之间的爬电距离不合理造成的，本发明通过调整发热丝之间的距离以及发热丝与其他金属结构之间的距离来避免上述问题。现有的发热丝之间的距离一般设置为4mm，该距离过小容易造成扎尖短路，基于此，本发明提供的发热装置包括多排发热丝且相邻排发热丝之间的最小距离大于6mm，最小距离即指两排发热丝相对的两个面之间的垂直距离，另外，发热丝之间的距离也不宜过大，过大会导致体积增大，增加成本，因此进一步优选地，相邻两排发热丝之间的最小距离为6至8mm。

在一个具体的实施例中，如图5所示，该发热装置包括四排发热丝，两排位于绝缘体1的第一侧，两排位于绝缘体1的第二侧，其排布方式如图3所示，四排发热丝均错开设置，自左至右依次为第一发热丝21、第二发热丝22、第三发热丝23和第四发热丝24，其中，第一发热丝21和第三发热丝23位于绝缘体1的第一侧即图中所示的上侧，第二发热丝22和第四发热丝24位于绝缘体1的第二侧即图中所示的下侧。第一发热丝21与第二发热丝22之间的最小距离L1为6.45mm，第三发热丝23与第四发热丝24之间的最小距离L2为6.10mm。

进一步地，发热装置包括至少一组发热丝组，发热丝组包括首尾依次相接的多排发热丝，起始排发热丝的自由端连接第一接线端子，末尾排发热丝的自由端连接第二接线端子。第一接线端子和第二接线端子分别连接火线和零线，从而将一组发热丝组接入电路。进一步地，为方便接线，需要将第一接线端子和第二接线端子分别设置于发热装置的两端，如此，当该组发热丝的排数为偶数时，即末尾排发热丝的自由端与起始排发热丝的自由端位于发热装置的同一端时，末尾排发热丝的自由端经导电条与第二接线端子连接，以使得第一接线端子和第二接线端子分别位于发热装置的两端，方便对发热装置的接线，布局合理。

例如如图2和图3中所示，第一发热丝21和第二发热丝22组成第一发热丝组，该组发热丝组中，第一发热丝21为起始排发热丝，第二发热丝22为末尾排发热丝，第一发热丝21与第二发热丝22端部连接，第一发热丝21的自由端连接第一接线端子41。第二发热丝22的自由端经导电条5与第二接线端子42连接。再例如，第三发热丝23和第四发热丝24组成第二发热丝组，第四发热丝24为起始排发热丝，第三发热丝23为末尾排发热丝，第三发热丝23与第四发热丝24端部连接，第四发热丝24的自由端连接第一接线端子43，第三发热丝23的自由端经导电条5与第二接线端子42连接。

进一步地，发热装置包括功率不同的多组发热丝组，将不同的发热丝组接入电路以获得不同的发热功率，从而实现发热装置的多档位工作。例如，如图3中所示包括由第一发热丝21和第二发热丝22组成的第一发热丝组，以及，由第三发热丝23和第四发热丝24组成的第二发热丝组，第一发热丝组的功率大于第二发热丝组，从而，可分别将第一发热丝组和第二发热丝组接入电路以实现两档工作。

进一步地，同一组的多排发热丝首尾经紧固件依次相接，起始排发热丝的自由端经紧固件固定于绝缘体上，导电条的第一端连同第二接线端子一起经紧固件固定于绝缘体上，导电条的第二端连同与其相邻的末尾排发热丝的自由端一起经紧固件固定于绝缘体上，如此设置能够简化结构且提高结构强度。紧固件的具体结构不限，能够实现固定即可，优选为如图中所示的大铆钉。

在进一步优选地实施例中，为简化结构，可将相邻的两组发热丝组设置为共用同一导电条和/或同一第二接线端子，当然，共用同一导电条和第二接线端子为最优的实施例。

具体地，如图中所示，第一发热丝组和第二发热丝组共用同一导电条5和同一第二接线端子42，即第二发热丝22和第三发热丝23的自由端经同一导电条5与第二接线端子42连接。进一步具体地，第一发热丝21与第二发热丝22的端部经第一大铆钉61固定于绝缘体1上，第三发热丝23与第四发热丝24的端部经第二大铆钉62固定于绝缘体1上。第一发热丝21的自由端连同一第一接线端子41一起经第三大铆钉63固定于绝缘体1上，第四发热丝24的自由端连同另一第一接线端子43一起经第四大铆钉64固定于绝缘体1上，为提高第一接线端子43的连接牢固性，两个第一接线端子还分别通过第一小铆钉71和第二小铆钉72与绝缘体1固定。导电条5的第一端连同第二接线端子42一起经第五大铆钉65固定于绝缘体1上，为提高第二接线端子42的连接牢固性，第二接线端子42还通过第三小铆钉73与绝缘体1固定。导电条5的第二端连通第二发热丝22以及第三发热丝23的自由端一起经第六大铆钉66固定于绝缘体1上。导电条5还通过沿其长度方向均匀间隔排布的多个第四小铆钉74与绝缘体1固定，第四小铆钉74的数量例如可以为如图5中所示的八个。上述的结构能够将发热丝以及导电条5牢固地固定于绝缘体1上，提高结构强度，避免发热装置发生变形。

如此，当接通第二接线端子42以及与第一发热丝21连接的第一接线端子41时，发热装置一档工作，当接通第二接线端子42以及与第四发热丝24连接的第二接线端子43时，发热装置二档工作。

进一步地，现有发热丝与金属结构之间的距离一般设置为4mm，该距离也易出现因爬电距离不合理造成的扎尖短路现象，因此本发明将导电条5和与其相邻排的发热丝之间的最小距离设置为大于5mm，最小距离即指导电条5和与其相邻的发热丝相对的两个面之间的垂直距离。

在一个具体的实施例中，如图所示，与导电条5距离最小的是第三发热丝23，导电条5与第三发热丝23之间的最小距离L3为5.9mm。

进一步地，在绝缘体1的长边上设置有包边8，长边即绝缘体1长度较长的边。具体地，绝缘体1包括上下两块基板，分别为第一基板11和第二基板12，第一基板11上开有两排安装孔13，第一发热丝21和第三发热丝23分别穿设于第一基板11的两排安装孔13中，第二基板12上也开有两排安装孔13，第二发热丝22和第四发热丝24分别穿设于第二基板12的两排安装孔13中。第一基板11和第二基板12上下合并从而将发热丝的部分结构夹置在两基板之间。通过上下两个包边8实现第一基板11和第二基板12之间的固定，包边8的截面呈n形，第一基板11和第二基板12的长边分别插入包边8内，然后通过在包边8上形成多个压合点的方式将第一基板11、第二基板12与包边8固定。

现有发热丝与金属结构之间的距离一般设置为4mm，该距离也易出现因爬电距离不合理造成的扎尖短路现象，因此本发明将包边8和与其相邻排的发热丝之间的最小距离设置为大于5mm，最小距离即指包边8和与其相邻的发热丝相对的两个面之间的垂直距离。

在一个具体的实施例中，如图所示，与包边8距离最小的是第一发热丝21，包边8与第一发热丝21之间的最小距离L4为6.08mm。

进一步优选地，包边8的侧边还设置有弯折部81，从而进一步提高发热装置的结构强度，避免发热装置因冷热冲击而发生变形。具体地，包边8的侧边分别向背离绝缘体1的方向弯折形成弯折部81，弯折的角度不限，优选为90°。

进一步地，现有发热装置的绝缘体材料选用白云母，而白云母耐温只能达到550°，当发热装置的功率较大时无法满足耐温要求。针对这一问题，本发明提供的绝缘体选用能够耐高温的金云母材料，其与具有弯折部的包边结构配合，能够保证发热装置的整体强度和耐高温要求，抗冷热冲击试验得到提高，不会产生冷热冲击变形。

进一步地，本发明还提供了一种电暖器，其采用如上所述的发热装置，能够有效避免电暖器局部表面温度超标，提高电暖器的使用安全及可靠性。

本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各优选方案可以自由地组合、叠加。

应当理解，上述的实施方式仅是示例性的，而非限制性的，在不偏离本发明的基本原理的情况下，本领域的技术人员可以针对上述细节做出的各种明显的或等同的修改或替换，都将包含于本发明的权利要求范围内。

Claims (16)

1.一种发热装置的设计方法，其特征在于，所述发热装置包括发热丝，所述设计方法包括：根据所述发热丝的功率密度对发热丝进行设计；

所述功率密度为发热丝的功率与发热丝整个外轮廓的表面积之比。

2.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，将所述发热丝的功率密度设置为小于预定值D。

3.根据权利要求2所述的设计方法，其特征在于，所述预定值D由如下公式获得：

D＝kP_额定/S；

其中，k，发红系数；

P_额定，发热丝的额定功率；

S，发热丝整个外轮廓的表面积。

4.根据权利要求3所述的设计方法，其特征在于，所述发热系数k满足，1<k≤1.5。

5.一种发热装置，包括至少一排发热丝，其特征在于，所述发热丝的功率密度设置为小于预定值。

6.根据权利要求5所述的发热装置，其特征在于，所述发热装置包括多排发热丝，相邻两排发热丝之间的最小距离大于6mm。

7.根据权利要求5所述的发热装置，其特征在于，所述发热装置包括至少一组发热丝组，所述发热丝组包括首尾依次相接的多排发热丝，起始排发热丝的自由端连接第一接线端子，末尾排发热丝的自由端连接第二接线端子，当末尾排发热丝的自由端与起始排发热丝的自由端位于所述发热装置的同一端时，末尾排发热丝的自由端经导电条与所述第二接线端子连接，以使得所述第一接线端子和所述第二接线端子分别位于所述发热装置的两端。

8.根据权利要求7所述的发热装置，其特征在于，所述导电条和与其相邻排的发热丝之间的最小距离大于5mm。

9.根据权利要求7所述的发热装置，其特征在于，所述发热装置还包括绝缘体，同一组的多排发热丝首尾经紧固件依次相接；和/或，

起始排发热丝的自由端连同所述第一接线端子一起经紧固件固定于所述绝缘体上；和/或，

所述导电条的第一端连同所述第二接线端子一起经紧固件固定于所述绝缘体上；和/或，

所述导电条的第二端连同与其相邻的末尾排发热丝的自由端一起经紧固件固定于所述绝缘体上。

10.根据权利要求7所述的发热装置，其特征在于，所述发热装置包括功率不同的多组发热丝组。

11.根据权利要求10所述的发热装置，其特征在于，相邻的两组发热丝组共用同一所述导电条和/或同一第二接线端子。

12.根据权利要求5所述的发热装置，其特征在于，所述发热装置还包括绝缘体，所述发热丝设置于所述绝缘体上，所述绝缘体的长边上设置有包边。

13.根据权利要求12所述的发热装置，其特征在于，所述包边和与其相邻排的发热丝之间的最小距离大于5mm。

14.根据权利要求12所述的发热装置，其特征在于，所述包边的侧边设置有弯折部。

15.根据权利要求9、12至14任一项所述的发热装置，其特征在于，所述绝缘体的材料为金云母。

16.一种电暖器，其特征在于，包括如权利要求5至15任一项所述的发热装置。