CN108449814A - 一种加热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种加热器，包括金属基体层，印烧在金属基体层上的绝缘介质层，印烧在绝缘介质层上的第一电极和第二电极，以及印烧在所述绝缘介质层上的发热电阻，所述发热电阻包括第一连接端和第二连接端，所述第一连接端连接第一电极，所述第二连接端连接第二电极，还包括印烧在所述绝缘介质层上的温度保险丝，所述温度保险丝的一端横跨所述第一连接端的发热电阻，所述温度保险丝的另一端横跨所述第二连接端的发热电阻。本发明提供的加热器，可以在发生异常状况时，提供安全保护，以避免引发严重的风险。

Description

一种加热器

技术领域

本发明涉及加热电器设备技术领域，尤其涉及一种用于加热器。

背景技术

一般来说，加热器在工作异常时过热位置在发热电阻上，但发热电阻在工作时带电，需要在发热电阻表面垫上绝缘层后，安装突跳式温控器，利用双金属片感温保护加热器过热。

以厚膜加热器为例，正常情况下，厚膜加热器的突跳式温控器可以在厚膜加热器在干烧或者部分干烧等异常情况下通过切断供电电源的方式，达到保护厚膜加热器的目的。但是，也有温控器保护失效，导致厚膜加热器在异常加热状态下仍然没有及时切断电源，导致厚膜加热器上温度过高，存在引发火灾的风险。造成这种原因主要是由于厚膜加热器温升速率高，特别是处于干烧状态时，突跳式温控器双金属片/温度保险丝感温路径为：发热电阻和绝缘层间隙→绝缘层→绝缘层和双金属片间隙→双金属片，传递热阻大，当大功率厚膜加热器处于干烧状态时，温升速率可以达到100℃/秒，当热量经过大热阻路径传到温控器时，需要的响应时间长，当达到温控器的保护温度时，发热电阻的温度已经升至600℃以上，极易引起明火发生燃烧。另一方面，温控器也存在老化或者故障的可能，如果温控器在使用过一段时间后老化或者发生了故障失效，也会导致加热器在异常加热时不能及时切断供电电源，引发异常高温，有烫伤人或者引起火灾的风险。

发明内容

针对现有加热器的温控器存在反映时间长或者老化、故障等原因导致异常加热时不能及时切断供电电源的问题，本发明实施例提供一种加热器，可以在发生这种异常状况时，提供安全保护，以避免引发严重的风险。

本发明实施例提供了一种加热器，包括金属基体层，印烧在金属基体上的绝缘介质层，印烧在绝缘介质层上的第一电极和第二电极，以及印烧在绝缘介质层上的发热电阻，发热电阻包括第一连接端和第二连接端，第一连接端连接第一电极，第二连接端连接第二电极，还包括印烧在绝缘介质层上的温度保险丝，温度保险丝的一端横跨第一连接端的发热电阻，温度保险丝的另一端横跨第二连接端的发热电阻。

本发明实施例提供的加热器，第一电极、发热电阻和第二电极构成了加热器的发热电路回路，其中第一电极和第二电极外接供电电路可为发热电路回路提供电源。加热器主要靠发热电阻通电发热来提供热量，并将热量通过金属基体层传递到盛放在金属基体层内的液体、或者放置在金属基体层上的容器的液体或者流过金属基体层内的液体。在加热器正常工作时，印烧在绝缘介质层上，并且连接发热电阻第一连接端和第二连接端的温度保险丝电阻阻值在千欧级，流过温度保险丝电流在毫安级，温度保险丝功率为百毫瓦级；即温度保险丝虽然连接了发热电阻的第一连接端和第二连接端，但是由于温度保险丝电阻相对发热电阻来说非常大，温度保险丝提供的还是相当于开路。当加热器处于干烧状态或控制异常时，发热电阻温度急剧升高，温度保险丝在温度达到设定的温度值时，电阻阻值急剧下降，当温度保险丝周围的发热电阻温度升高到一定温度时，温度保险丝电阻阻值急速下降至百欧级，温度保险丝相当于在发热电阻的第一连接端和第二连接端形成了一个短接电路，在此过程中，温度保险丝的电流由毫安级到达安级，功率急剧增大到百瓦级，温度保险丝电流回路与发热电阻电流叠加，功率增大，温度急剧升高，发热电阻的第一连接端和第二连接端均会在温度保险丝横跨处被熔断，在发热电阻线条线瞬间熔断，温度保险丝的印烧线也被熔断，从而切断加热电源回路，实现断电保护。

即本发明提供的加热器，印烧在绝缘介质层上的温度保险丝，其对加热器的保护是一种破坏性的保护，即彻底熔断发热电路，也是提供的最后一道保护程序，要保护的也是加热器有可能发生烫伤人、引发火灾等高风险情形下的保护。另一方面，通过将温度保险丝印烧在绝缘介质层中，可以使温度保险丝和印烧在绝缘介质层上的其他部件，发热电阻等保持一致的物理特性，比如他们的厚度基本可以保持一致，而不会突出来，同时也保持了整个发热电路可以做到比较轻薄，减小发热电路占用的空间。使设备可以小型化。

优选地，温度保险丝的宽度设为D，温度保险丝如果温度逐渐上升，阻值变小，自身功率增大，建立正反馈，到一定的温度时，发热电阻第一连接端和第二连接端处分别熔断形成熔断间隔，所述熔断间隔在第一电极、第二电极通工作电压时不会被击穿。

温度保险丝的长度要能跨越发热电阻第一连接端到第二连接端的距离，同时还要能横跨第一连接端和第二连接端的发热电阻横截面。同时，温度保险丝的宽度D也需要合理设置，宽度D的最小值以当温度保险丝熔断后，在发热电阻第一连接端和/或第二连接端处形成的熔断间隔，不会在通电的情况下被击穿。通电的电压根据加热器的工作电压确定，对于家庭使用的加热器，如电热水壶、豆浆机、咖啡机等，工作电压为市电，而对于工业应用的加热器，工作电压为工业用电电压。同时通过合理印烧温度保险丝的宽度，可以控制温度保险丝熔断点，即熔断温度的范围，通过改变温度保险丝的宽度大小，即改变温度保险丝的阻值，阻值越小，熔断温度越低，阻值越大，熔断温度越高。改变温度保险丝发热电阻和整个发热电阻的比例，温度保险丝发热电阻越大，熔断温度越高；温度保险丝回路发热电阻越小，熔断温度越低。

优选地，金属基体层为不锈钢金属基体层。金属基体层可以选用常用的金属制作，一种经济实用的材料是选用不锈钢。由不锈钢制成不锈钢金属基体层。

优选地，温度保险丝设于所述发热电阻形成的发热电路的发热中心。

优选地，金属基体层为金属圆筒，绝缘介质层印烧在金属圆筒外表面上、发热电阻绕金属圆筒的圆筒表面印烧在绝缘介质层上。

优选地，金属基体层为金属板，绝缘介质层印烧在金属板外表面上、发热电阻布设在金属板外表面并印烧在绝缘介质层上。

优选地，还包括第一温控NTC(Negative Temperature Coefficient，负温度系数热敏电阻器)，所述第一温控NTC通过绝缘介质层与金属基体层接触，第一温控NTC连接第一控制器，第一控制器调节加热功率或进水流量。

优选地，还包括第二温控NTC，第二温控NTC设置发热中心附近，与发热电阻绝缘，第二温控NTC连接第二控制器，第二控制器控制供电电路开关。

优选地，还包括隔热绝缘保护壳，隔热绝缘保护壳将绝缘介质层、发热电阻、温度保险丝均密封在所述隔热绝缘保护壳与金属基体层之间，隔热绝缘保护壳在第一电极、第二电极处设有接口，供第一电极与所述第二电极外接供电电路。

附图说明

图1为本发明实施例中加热器结构示意图；

图2为本发明实施例中形成的等效电路图；

图3为本发明实施例中温度保险丝熔断后的等效电路图。

图中：10、加热器；100、金属基体层；200、绝缘介质层；301、第一电极；302、第二电极；310、发热电阻；320、温度保险丝；330、第一温控NTC；30、第二温控NTC；R11、第一发热电阻；R12、第二发热电阻；R13、第三发热电阻。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

实施例1：

如图1所示，本发明实施例提供了一种加热器10，包括金属基体层100，印烧在金属基体层100上的绝缘介质层200，印烧在绝缘介质层200上的第一电极301和第二电极302，印烧在绝缘介质层200的发热电阻，发热电阻310包括第一连接端R11和第二连接端R12及R13其中，第一连接端R11连接第一电极301，第二连接端R12连接第二电极302，还包括印烧在绝缘介质层200上的温度保险丝320，温度保险丝320的一端横跨第一连接端的发热电阻R11，温度保险丝320的另一端横跨第二连接端的发热电阻R12。

本发明实施例提供的加热器，第一电极301、发热电阻310和第二电极302构成了加热器的发热电路回路，以提供热量给金属基体层100。其中第一电极301和第二电极302外接供电电路可为发热电路提供电源。外接的电源可以是直流电源，也可以是交流电源。当接的是直流电源时，如果第一电极301接电源的正极，则第二电极302接电源的负极。反过来接也可以，即第一电极301接电源的负极，第二电极302接电源的正极。即第一电极301和第二电极302都可以接电源的正极或者负极，本发明提供的加热器对电极的接法不做限制。如果接的供电电源是交流电，第一电极301和第二电极302也是可以不用区分零线N和相线L，只要第一电极301和第二电极302以及连接在他们之间的发热电阻310和温度保险丝320之间形成电路通路即可。

本发明提供的加热器，其等效电路图如图2所示，发热电阻310相当于被温度保险丝320等效分成了三个发热电阻，包括第一发热电阻R11、第二发热电阻R12和第三电阻发热R13，其中，第一发热电阻R11为发热电阻310中从第一电极301至温度保险丝320与第一连接端的连接点15这一段发热电阻的等效电阻，第二发热电阻R12为发热电阻310中从第二电极302至温度保险丝320与第二连接端的连接点16这一段发热电阻的等效电阻，第三发热电阻R13为发热电阻310其余部分的电阻，即连接发热电阻310中连接第一连接端和第二连接端部分的发热电阻310的等效电阻。即从构成的电路来看，相当于温度保险丝320的等效电阻R14与第三发热电阻R13并联后再与第一发热电阻R11和第二发热电阻R12串联。

加热器工作时，提供热量的电路为第一电极301、第二电极302以及串联在第一电极301、第二电极302之间的第一发热电阻R11、第二发热电阻R12、和第三发热电阻R13。其中，尤其是第三发热电阻可以根据金属基体层的形状和设计需要进行布设，提供发热的主要热源。如形成第三发热电阻R13的发热电阻可以根据圆筒或者平板金属基体层的需要，横向或者纵向布设在圆筒表面上，或者平板金属基体上。其中第一电极301和第二电极302分别连接相线L和零线N，发热电路为如图2中的发热回路17，同时，等效电阻R11、R12、和R14形成保护回路18。

在加热器正常工作时，温度保险丝320的电阻R14阻值在千欧级，流过温度保险丝320电流在毫安级，温度保险丝320功率为百毫瓦级；温度保险丝的电阻远远大于第三发热电阻R13的阻值，温度保险丝提供的是近似于开路。当加热器处于干烧状态或控制异常时，第一发热电阻R11、第二发热电阻R12和第三发热电阻R13温度急剧升高，温度保险丝320电阻R14阻值急剧下降，当温度保险丝320周围的第三发热电阻R13温度升高到一定温度时，温度保险丝320电阻R14阻值急速下降至百欧级，温度保险丝320相当于在发热电阻的第一连接端和第二连接端形成了一个短接电路，在此过程中，温度保险丝320的电流由毫安级到达安级，功率急剧增大到百瓦级，温度保险丝320电流回路的发热电阻线条电流叠加，功率增大，温度急剧升高，将发热电阻310在第一连接端和第二连接端均熔断，即发热电阻310从连接点15、16之间断为三节，分为第一发热电阻R11、第二发热电阻R12和第三发热电阻R13。同时，温度保险丝320也被熔断。其等效电路如图3所示。温度保险丝在加热器正常时，发热电阻平均温度为130℃左右，当加热器干烧或处于异常状态时，发热电阻平均温度会急剧上升，为了不至于发生燃烧产生危险，将发热电阻平均温度控制在250～280℃，当发热电阻平均温度达到250～280℃时，温度保险丝阻值急剧下降，温度保险丝回路电流急剧上升，温度保险丝功率急剧增大，温度急速上升，形成正反馈，与此同时，温度保险丝回路电流叠加在发热电阻回路共同的发热电阻线条上，公共发热电阻线条电流急剧上升，功率增大，发热电阻温度急剧上升。

当温度保险丝周围发热电阻温度达到250℃左右时，温度保险丝温度接近250℃，在30毫秒后，温度保险丝温度达到500℃左右，靠近温度保险丝回路的发热电阻温升到1000℃以上，发热电阻在此位置被熔断，发热电阻电源被切断而保护。

即本发明提供的加热器，印烧在绝缘介质层200上的温度保险丝320，其对加热器的保护是一种破坏性的保护，即彻底熔断发热电路，也是提供的最后一道保护程序，要保护的也是加热器有可能发生烫伤人、引发火灾等高风险情形下的保护。另一方面，通过将温度保险丝印烧在绝缘介质层200中，可以使温度保险丝和印烧在绝缘介质层200上的其他部件，如发热电阻310保持一致的物理特性，比如他们的厚度基本可以保持一致，而不会突出来，同时也保持了整个发热电路可以做到比较轻薄，减小发热电路占用的空间。使设备可以小型化。

加热器主要靠发热电阻310通电发热来提供热量，并将热量通过金属基体层100，再由金属基体层将热量传递到其他地方。

如一种实施方式中，加热器设置为厚膜加热器，加热器的金属基体层100一般设置为中空的圆筒，形成金属圆筒，金属圆筒内一般还嵌套一内筒，在金属圆筒和内筒之间形成夹层，通过设置夹层的间隙来设置通过的液体的量。需要加热的液体可以直接流经夹层，也可以流经设置在夹层中的液体管道。金属圆筒再将热量传递到流经金属圆筒内的液体。

另一种实施方式中，加热器设置为液体加热器，如即热热水器、咖啡加热器等，加热器的金属基体层100一般设置为中空的圆筒，形成金属圆筒，需要加热的液体流经中空的金属圆筒，金属圆筒再将热量传递到流经金属圆筒内的液体。

另一种实施方式中，金属基体层100设置为内空的金属圆筒，即加热器设置为家用发热部位在桶侧壁上的电热设备，如热水壶，或者豆浆机等，绝缘介质层200印烧在金属圆筒外表面上、发热电阻310绕金属圆筒的圆筒表面印烧在绝缘介质层200上。加热器为盛放在金属圆筒里的液体加热。

本发明提供的第三种实施方式中，加热器设置为电加热器，如电热水壶，包括平底的金属壶体，加热器设置为电热水壶的加热底座，即金属基体层为金属板，绝缘介质层印烧在金属板外表面上、发热电阻布设在金属板外表面并印烧在绝缘介质层上。加热器通过金属板将热量传递到金属壶体中，为金属壶体内的液体，比如水进行加热。

其中，上述实施例中用到的金属，如金属基体层、金属圆筒、金属板和金属壶体，优选不锈钢。

同时，理论上来说，只要通过设置温度保险丝320，将发热电阻310在温度保险丝与发热电阻的连接点15、16处截断，发热电路就会形成开路，可以彻底断开加热电路，达到保护的目的。但为了达到更好的保护效果，温度保险丝320需要设置一定的宽度，可设为宽度D，发热电阻第一连接端和第二连接端处分别隔断形成熔断间隔，熔断间隔在第一电极、第二电极通工作电压时不会被击穿为最低要求，宽度D设置的大小以满足当温度保险丝熔断前或同时，温度保险丝与发热电阻的连接点15、16处熔断，即设计应能够满足在发热电阻熔断前的过流能力。。

同时通过合理印烧温度保险丝320的宽度，可以控制温度保险丝熔断点，即熔断温度的范围，通过改变温度保险丝的宽度大小，即改变温度保险丝的阻值，阻值越小，熔断温度越低，阻值越大，熔断温度越高。改变温度保险丝发热电阻和整个发热电阻的比例，温度保险丝发热电阻越大，熔断温度越高；温度保险丝回路发热电阻越小，熔断温度越低。

优选地，温度保险丝320设于发热电阻310形成的发热电路的发热中心附近，优选设置在发热中心。发热中心里面的温度相对于其他地方更高，通过将温度保险丝320设置在发热中心，可以检测到发热电阻的最高温部分，使得温度保险丝320可以更加灵敏地检测到发热电阻的温度异常升高处，及时做出保护。

优选地，还包括第二温度保险丝，第二温度保险丝印烧在绝缘介质层上并且横跨发热电阻形成回路的电路上，第二温度保险丝设置在发热电路的第二发热中心。通过设置第二温度保险丝，可以将温度保险丝320和第二温度保险丝合理设置在不同的发热电阻位置，可以实现更为全面地检测发热电阻的发热温度，避免发热时检测不及时的问题。第二温度保险丝起的作用和温度保险丝起的作用相同，通过将温度保险丝320和第二温度保险丝分别设置在发热电阻的两个集中发热的区域，可以避免发热不均匀时的检测误差，只要其中一点的温度异常升高，都可以及时检查并做出保护。同理，根据加热器的大小，可以在发热电阻上设置多个温度保险丝，发热电阻310构成的发热电阻回路范围比较大时，通过多个点同时监测发热电阻异常发热的情况，只要其中一个发现发热异常，即可使该处的温度保险丝阻值发生变化，并熔断该处的温度保险丝，达到断开整个发热电路的作用，避免部分异常发热时监测不到的问题，使得本发明提供的加热器保护更加灵敏。

优选地，还包括第一温控NTC330，第一温控NTC330通过绝缘介质层200与金属基体层100接触，第一温控NTC330连接第一控制器，第一控制器控制发热电阻功率或进水流量。通过第一温控NTC330可以通过检测金属基体层100的温度来间接检测液体的温度，可以控制在液体温度达到一定值时，通过控制器控制发热电阻功率或进水流量控制加热液体的温度的目的。

优选地，还包括第二温控NTC340，第二温控NTC340设置在发热中心附近，即第二温控NTC340可以设置成靠近发热中心，其中，第二温控NTC340以设置在发热中心的检测效果最佳。同时第二温控NTC340与发热电阻310绝缘，第二温控NTC340连接第二控制器，第二控制器外接供电电路。通过第二温控NTC340用来检测发热电阻发热中心附近的温度，在温度达到一定值时，可以判断为存在干烧、半干烧等异常加热情况，通过第二控制器来控制电路开关断开供电电源，实现对出现干烧和半干烧等异常加热的常规可恢复的保护。

优选地，还包括隔热绝缘保护壳，隔热绝缘保护壳将绝缘介质层200、发热电阻310、温度保险丝320均密封在所述隔热绝缘保护壳与金属基体层100之间，隔热绝缘保护壳在所述第一电极301、第二电极302处设有接口，供所述第一电极301与所述第二电极302外接供电电路。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种加热器，其特征在于，包括金属基体层，印烧在金属基体层上的绝缘介质层，印烧在绝缘介质层上的第一电极和第二电极，以及印烧在所述绝缘介质层上的发热电阻，所述发热电阻包括第一连接端和第二连接端，所述第一连接端连接第一电极，所述第二连接端连接第二电极，还包括印烧在所述绝缘介质层上的温度保险丝，所述温度保险丝的一端横跨所述第一连接端的发热电阻，所述温度保险丝的另一端横跨所述第二连接端的发热电阻。

2.如权利要求1所述加热器，其特征在于，所述温度保险丝的宽度设为D，所述温度保险丝随温度逐渐上升，阻值变小，自身功率增大，建立正反馈，到预定的温度时，发热电阻第一连接端和第二连接端处分别熔断形成熔断间隔，所述熔断间隔在第一电极、第二电极通工作电压时不会被击穿。

3.如权利要求2所述加热器，其特征在于，所述金属基体层为不锈钢金属基体层。

4.如权利要求3所述的加热器，其特征在于，所述温度保险丝设于所述发热电阻形成的发热电路的发热中心。

5.如权利要求1至4任一所述的加热器，其特征在于，所述金属基体层为金属圆筒，所述绝缘介质层印烧在所述金属圆筒外表面上、所述发热电阻绕所述金属圆筒的圆筒表面印烧在所述绝缘介质层上。

6.如权利要求1至4任一所述的加热器，其特征在于，所述金属基体层为金属板，所述绝缘介质层印烧在所述金属板外表面上、所述发热电阻布设在所述金属板外表面并印烧在所述绝缘介质层上。

7.如权利要求1至4任一所述的加热器，其特征在于，还包括第一温控NTC，所述第一温控NTC通过绝缘介质层与金属基体层接触，所述第一温控NTC连接第一控制器，所述第一控制器调节加热器功率或进水流量。

8.如权利要求7所述的加热器，其特征在于，还包括第二温控NTC，所述第二温控NT设置在发热中心附近，并与所述发热电阻绝缘，所述第二温控NTC连接第二控制器，所述第二控制器控制供电电路开关。

9.如权利要求5所述的加热器，其特征在于，还包括隔热绝缘保护壳，所述隔热绝缘保护壳将所述绝缘介质层、发热电阻、温度保险丝均密封在所述隔热绝缘保护壳与金属基体层之间，所述隔热绝缘保护壳在所述第一电极、第二电极处设有接口，供所述第一电极与所述第二电极外接供电电路。

10.如权利要求6所述的加热器，其特征在于，还包括隔热绝缘保护壳，所述隔热绝缘保护壳将所述绝缘介质层、发热电阻、温度保险丝均密封在所述隔热绝缘保护壳与金属基体层之间，所述隔热绝缘保护壳在所述第一电极、第二电极处设有接口，供所述第一电极与所述第二电极外接供电电路。