CN112165739A - 发热片、发热管、电器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了发热片、发热管、电器。所述发热片包括：石墨片基体，所述石墨片基体具有发热区，所述发热区具有多个串联的发热单元，所述发热单元包括首尾依次相连的第一部、第二部、第三部和第四部，所述第一部和所述第三部沿第一方向延伸，所述第二部和所述第四部沿第二方向延伸，所述第一方向和所述第二方向相交，所述第二方向为所述石墨片基体延伸的方向，所述第二部的宽度和所述第四部的宽度均不小于所述石墨片基体宽度的20％。由此，该发热片具有以下优点的至少之一：加热效率高、响应速度快、升温快速、回温快速；制作工艺难度低，成本低；具有较佳的抗跌落性能，延长发热片的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及电器技术领域，具体地，涉及发热片、发热管、电器。
背景技术
目前，电烤箱、微波炉、蒸烤箱等电器中的发热管主要为金属发热管或者石英发热管。然而，上述发热管均为线性发热管，存在加热效率低、温升速度慢的劣势，使得能量无法有效集中，在烧烤过程中很难实现食物的外焦里嫩，且回温较慢，烹饪时间较长，影响用户使用体验。
因此，目前的发热管仍有待改进。
发明内容
本发明旨在至少一定程度上缓解或解决上述提及问题中的至少一个。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种发热片。所述发热片包括：石墨片基体，所述石墨片基体具有发热区，所述发热区具有多个串联的发热单元，所述发热单元包括首尾依次相连的第一部、第二部、第三部和第四部，所述第一部和所述第三部沿第一方向延伸，所述第二部和所述第四部沿第二方向延伸，所述第一方向和所述第二方向相交，所述第二方向为所述石墨片基体延伸的方向，所述第二部的宽度和所述第四部的宽度均不小于所述石墨片基体宽度的20％。由此，该发热片具有以下优点的至少之一：加热效率高、响应速度快、升温快速、回温快速；制作工艺难度低，成本低；具有较佳的抗跌落性能，延长发热片的使用寿命。
进一步的，所述第二部和所述第四部的宽度分别独立的为1-8mm。
进一步的，所述第二部和所述第四部的长度分别独立的为1.5-20mm。
进一步的，所述第一方向与所述第二方向垂直。
进一步的，所述第一部和所述第三部在所述第二方向上的尺寸分别独立的为0.5-25mm。
进一步的，所述第一部和所述第三部在所述第一方向上的尺寸分别独立的为0.1-6mm。
进一步的，所述第二部的宽度和所述第四部的宽度一致，所述第二部的长度和所述第四部的长度一致。
进一步的，所述第一部在所述第二方向上的尺寸，与所述第三部在所述第二方向上的尺寸一致，所述第一部在所述第一方向上的尺寸，与所述第三部在所述第一方向上的尺寸一致。
进一步的，所述石墨片基体进一步具有导体区，所述发热区包括第一发热区和第二发热区，所述导体区位于所述第一发热区和所述第二发热区之间。
进一步的，所述石墨片基体的宽度为5-10mm。
在本发明的另一方面，本发明提出了一种发热管。所述发热管包括：前面所述的发热片；外管，所述发热片设置在所述外管中；引线和连接端子，所述发热片通过所述引线与所述连接端子相连。由此，该发热管具有前面所述的发热片的全部特征以及优点，在此不再赘述。总的来说，该发热管具有加热效率高、响应速度快、升温快速、回温快速、成本低、使用寿命长等优点。
在本发明的另一方面，本发明提出了一种电器。所述电器包括前面所述的发热管。由此，该电器具有前面所述的发热管的全部特征以及优点，在此不再赘述。总的来说，该电器具有加热效率高、响应速度快、升温快速、回温快速、成本低、使用寿命长等优点。
进一步的，所述电器包括电烤箱、微波炉或者蒸烤箱。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1显示了根据本发明一个实施例的发热片的结构示意图；
图2显示了根据本发明一个实施例的发热单元的结构示意图；
图3显示了根据本发明另一个实施例的发热单元的结构示意图；
图4显示了根据本发明一个实施例的发热片的结构示意图；
图5显示了根据本发明一个实施例的发热管的结构示意图；
图6显示了实施例1的发热片经跌落试验后的照片；
图7显示了对比例1的发热片经跌落试验后的照片。
附图标记说明：
100：石墨片基体；110：发热区；111：第一发热区；112：第二发热区；120：连接区；130：导体区；10：发热单元；11：第一部；12：第二部；13：第三部；14：第四部；200：外管；300：引线；400：连接端子。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种发热片。根据本发明的实施例，参考图1-图3，该发热片包括石墨片基体100，石墨片基体100具有发热区110，发热区110具有多个串联的发热单元10(参考图1)，发热单元10包括首尾依次相连的第一部11、第二部12、第三部13和第四部14，其中，第一部11和第三部13沿第一方向延伸，第二部12和第四部14沿第二方向延伸，第一方向和第二方向相交(参考图2)，且第二方向为石墨片基体100延伸的方向，第二部12的宽度(如图3中所示出的d2)和第四部14的宽度(如图3中所示出的d4)均不小于石墨片基体100宽度(如图1中所示出的d0)的20％。由此，该发热片具有以下优点的至少之一：加热效率高、响应速度快、升温快速、回温快速；制作工艺难度低，成本低；具有较佳的抗跌落性能，延长发热片的使用寿命。
根据本发明的实施例，本发明的发热片为面发热源，因此，相较于传统的发热丝具有较高的加热效率、较快的响应速度、较快的升温速度和较快的回温速度。此外，本发明发热片中的发热单元10包括首尾依次相连的第一部11、第二部12、第三部13和第四部14，即第一部11的尾端与第二部12的首端相连，第二部12的尾端与第三部13的首端相连，第三部13的尾端与第四部14的首端相连，第四部14的尾端与下一个发热单元中的第一部11的首端相连，其中，第一部11和第三部13沿第一方向延伸，第二部12和第四部14沿第二方向延伸，第一方向和第二方向相交，第二方向为石墨片基体100的延伸方向。具有上述结构的发热片具有较佳的加热性能，且制作工艺难度较低、成本较低。
此外，发明人发现，具有上述结构的发热片若尺寸设计不合理，会导致发热片在跌落时易发生断裂，如在安装过程中发生跌落，则发热片存在较高的报废风险，增加发热片的成本，且影响发热片的使用。发明人经过深入研究发现，在发热片跌落的过程中，发热单元中的第一部11和第二部12会不断发生扭动，导致应力集中在第二部12处，使得发热片在跌落时易在第二部12处发生断裂。类似的，第四部14处也易发生断裂。本发明通过对第二部12的宽度以及第四部14的宽度进行设计，具体的，令第二部12的宽度和第四部14的宽度均不小于石墨片基体100宽度的20％，可有效降低发热片跌落时发生断裂的风险，延长发热片的使用寿命，降低发热片的成本，提升发热片的使用性能。
根据本发明的实施例，第二部12和第四部14的宽度可以分别独立的为1-8mm，如1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm。由此，可有效降低发热片跌落时发生断裂的风险。此外，发明人发现，若第二部和第四部的宽度过大，一方面，会使得整个发热片的宽度过大，在组装发热管时，会影响发热片在外管中的安装；另一方面，会增加发热片的功率，外管通常为石英管，若发热片功率过高，会导致温度过高，易超过石英管的耐受温度，影响发热管的使用。因此，本发明将第二部和第四部的宽度设置在上述范围内，还具有便于安装以及利于使发热片具有合适功率的优点。
根据本发明的实施例，石墨片基体100的宽度d0可以为5-10mm。由此，发热片具有合适的宽度，便于形成前面描述的结构，且便于安装。
根据本发明的实施例，第一方向可以与第二方向垂直(参考图2)，也即是说，第一部11和第三部13是沿垂直于石墨片基体100延伸的方向延伸的。由此，发热片的结构更加稳固，且易于加工。
根据本发明的实施例，参考图3，第一部11和第三部13在第二方向上的尺寸可以分别独立的为0.5-25mm，也即是说，第一部11的宽度d1和第三部13的宽度d3可以分别独立的为0.5-25mm，如0.5mm、1mm、2mm、5mm、8mm、10mm、12mm、15mm、18mm、20mm、22mm、25mm。由于发热片在跌落时第二部和第四部处易发生断裂，第一部和第三部处不易发生断裂，因此，第一部和第三部的宽度相较于第二部和第四部的宽度可以较小，但第一部和第三部的宽度也不宜过小，以防止增加发热片发生断裂的风险。本发明将第一部和第三部的宽度设置在0.5mm以上，可进一步降低发热片在跌落时发生断裂的风险，将第一部和第三部的宽度设置在25mm以下，利于使发热片获得合适的功率，以防止发热片功率过高而导致石英管承受不住高温而影响发热管的使用。
根据本发明的实施例，参考图3，第二部12的长度(如图3中所示出的L2)和第四部14的长度(如图3中所示出的L4)可以分别独立的为1.5-20mm，如1.5mm、2mm、2.5mm、5mm、8mm、10mm、12mm、15mm、18mm、20mm。由此，第一部和第三部不接触，利于发热片产热和散热，使发热片具有较佳的加热性能。此外，发明人发现，若第二部和第四部的长度过大，会降低发热片的功率，影响发热片的使用。本发明将第二部和第四部的长度设置在上述范围内，还具有利于使发热片具有合适功率的优点，以满足常用电器的使用功率。
根据本发明的实施例，参考图3，第一部11和第三部13在第一方向上的尺寸可以分别独立的为0.1-6mm，也即是说，第一部11的长度L1和第三部13的长度L3可以分别独立的为0.1-6mm，如0.1mm、0.5mm、1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm。第一部和第三部的长度可根据石墨片基体的宽度、第二部的宽度以及第四部的宽度确定。将第一部和第三部的长度设置在上述范围内，利于发热片产热和散热，使发热片具有较佳的加热性能，且利于使发热片具有合适的功率，以满足常用电器的使用功率。
根据本发明的实施例，第一部11的电阻R1可根据公式(1)进行计算，第二部12的电阻R2可根据公式(2)进行计算，第三部13的电阻R3可根据公式(3)进行计算，第四部14的电阻R4可根据公式(4)进行计算，发热单元的总电阻R单可根据公式(5)进行计算，发热片的总电阻R总可根据公式(6)进行计算：
R单＝R1+R2+R3+R4 (5)
R总＝nR单 (6)
其中，ρ为石墨片基体的电阻率，σ为石墨片基体的厚度，n为发热单元的重复个数。
关于发热片中发热单元的个数n不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际所需的功率以及石墨片基体的总长度进行设计。关于石墨片基体的具体长度不受特别限制，例如，石墨片基体100的长度可以为200-400mm。由此，利于使发热片获得合适的功率，且具有合适的长度以与电器的尺寸相匹配。关于石墨片基体的具体厚度也不受特别限制，例如，石墨片基体100的厚度可以为0.08-0.5mm。
根据本发明的实施例，第一部、第二部、第三部、第四部的长度和宽度分别满足上述条件时，发热片的功率在1000W左右，满足常用电器的使用功率，且发热片在跌落时不易发生断裂，具有较佳的抗跌落性能。关于第一部、第二部、第三部、第四部的具体长度和宽度，本领域技术人员可以根据实际所需的功率进行选择和调整。
关于第二部和第四部的尺寸关系，以及第一部和第三部的尺寸关系不受特别限制，优选的，第二部12的宽度和第四部14的宽度一致，第二部12的长度和第四部14的长度一致，第一部11在第二方向上的尺寸，与第三部13在第二方向上的尺寸一致，即第一部11的宽度和第三部13的宽度一致，第一部11在第一方向上的尺寸，与第三部13在第一方向上的尺寸一致，即第一部11的长度和第三部13的长度一致。由此，发热单元具有对称的结构，使得发热片加热更加均匀。
本领域技术人员能够理解的是，石墨片基体100还具有连接区120，连接区120位于发热区110的两端(参考图1)，在组装发热管时，连接区120用于与引线连接，以对发热片施加电压。关于连接区120的长度(如图1中所示出的H1和H2)不受特别限制，只要可实现发热片与引线的牢固连接即可，本领域技术人员可以根据具体情况进行设计。
根据本发明的实施例，参考图4，石墨片基体100还可以具有导体区130，发热区110包括第一发热区111和第二发热区112，导体区130位于第一发热区111和第二发热区112之间。石墨片基体位于导体区的部分可充当导线的作用，使得从第一发热区流出的电流经导体区流入第二发热区内。在发热片工作的过程中，随着时间的延长，热量会集中在发热片的中间区域，因此，通过在第一发热区和第二发热区之间设置导体区，可避免热量在中间区域的过度集中，提升热量分布的均匀性，使得食物实现更加均匀的受热，提升烹饪效果。
关于第一发热区和第二发热区的具体长度(如图4中所示出的S1、S2)不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际所需的功率进行设计。关于导体区的具体长度(如图4中所示出的S3)也不受特别限制，本领域技术人员可以根据不同的应用场景调节S3的长度，改变功率分配，以适用于不同的应用场景。
根据本发明的实施例，石墨片基体100的热传导率为1200-1500W/(m2·k)。由此，该发热片具有良好的热传导性。根据本发明的实施例，该石墨片基体的热传导率在1000W/(m2·k)以上，虽然发热片在通电后，其电阻率会随温度而升高，然而由于该石墨片基体的热传导率较高，使得通电后的发热片的工作电阻升高较少(本发明发热片通电后的工作电阻通常为其冷态电阻的2倍左右，而传统发热丝通电后的工作电阻为其冷态电阻的10倍左右)，从而可显著降低冲击电流。
在本发明的另一方面，本发明提出了一种发热管。根据本发明的实施例，参考图5，该发热管包括：发热片100、外管200、引线300和连接端子400，发热片100为前面描述的发热片，发热片100设置在外管200中，发热片100通过引线300与连接端子400相连。由此，该发热管具有前面描述的发热片的全部特征以及优点，在此不再赘述。总的来说，该发热管具有加热效率高、响应速度快、升温快速、回温快速、成本低、使用寿命长等优点。
根据本发明的实施例，外管200中填充有惰性气体，以在发热片和外管之间形成保护气体，使发热管具备发热特性，提升产品使用寿命。
在本发明的另一方面，本发明提出了一种电器。根据本发明的实施例，该电器包括前面描述的发热管。由此，该电器具有前面描述的发热管的全部特征以及优点，在此不再赘述。总的来说，该电器具有加热效率高、响应速度快、升温快速、回温快速、成本低、使用寿命长等优点。
根据本发明的实施例，该电器可以包括电烤箱、微波炉或者蒸烤箱。由此，上述电器具有加热效率高、响应速度快、升温快速、回温快速、成本低、使用寿命长等优点。
下面通过具体的实施例对本发明的方案进行说明，需要说明的是，下面的实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
实施例1
该发热片包括石墨片基体，石墨片基体具有发热区和连接区，发热区具有多个发热单元，发热单元包括首尾依次相连的第一部、第二部、第三部和第四部，第一部和第三部沿垂直于石墨片基体延伸的方向延伸，第二部和第四部沿石墨片基体延伸的方向延伸。
其中，第一部、第二部、第三部、第四部的宽度d1、d2、d3、d4均为1.6mm，第一部和第三部的长度L1和L3均为4.8mm，第二部和第四部的长度L2和L4均为3.8mm。
石墨片基体的宽度d0为8mm，厚度σ为0.2mm，电阻率ρ为0.00029Ω·cm。
第一部和第三部的电阻分别为0.0435Ω，第二部和第四部的电阻分别为0.0344375Ω，发热单元的总电阻为0.155875Ω。
石墨片基体的总长度为240mm，连接区的长度H1和H2分别为15.8mm，则发热区的长度为208.4mm，由发热区的长度、第二部的长度、第四部的长度、第三部的宽度可计算得出发热单元的个数为47个。
该发热片的总电阻为0.155875Ω×47＝7.3Ω。该发热片的功率约为1102/(7.3×2)＝828.8W。
对比例1
本对比例的发热片与实施例1的发热片基本相同，所不同的是，第二部和第四部的宽度均为1mm，第一部和第三部的长度L1和L3均为6mm。
第一部和第三部的电阻分别为0.054375Ω，第二部和第四部的电阻分别为0.0551Ω，发热单元的总电阻为0.21895Ω。
该发热片的总电阻为0.21895Ω×47＝10.3Ω。该发热片的功率为1102/(10.3×2)＝587.4W。
分别对实施例1和对比例1中的发热片与外管、引线和连接端子进行组装，组装为发热管。分别对实施例1和对比例1的发热管进行跌落试验，观察发热管是否有裂纹或者缺口，还观察发热管内部的发热片是否有裂纹或者断裂。跌落试验的具体实验条件为：将发热管水平放置，从25cm的高处水平跌落到厚度为10mm橡胶板。
参考图6，进行过跌落实验的实施例1的发热管无裂纹、无缺口，发热管内部的发热片各部分均未发生断裂、未发生变形，功率偏差满足要求。参考图7，进行过跌落实验的对比例1的发热管无裂纹、无缺口，发热管内部的发热片在第二部处(图7中虚线所示出的区域)发生断裂，功率偏差不满足要求。
分别将实施例1和对比例1中的发热片与外管、引线和连接端子进行组装，组装为发热管。分别对实施例1和对比例1的发热管进行机械振动测试试验，观察发热管内部的发热片是否发生断裂和变形。机械振动测试的具体测试条件为：按照下表1要求，在X、Y、Z三个方向，每个方向30分钟进行周期性正弦振动。
表1
进行过机械振动测试的实施例1发热管内部的发热片未发生断裂、未发生变形，功率偏差满足要求。进行过机械振动测试的对比例1发热管内部的发热片发生断裂、发生变形，功率偏差不满足要求。
根据实施例1与对比例1的跌落实验和机械振动测试的测试结果，说明本申请的发热片可有效降低跌落时发生断裂的风险，延长发热片的使用寿命，提升发热片的使用性能。
在本发明的描述中，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“另一个实施例”等的描述意指结合该实施例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。另外，需要说明的是，本说明书中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (13)
1.一种发热片，其特征在于，包括：
石墨片基体，所述石墨片基体具有发热区，所述发热区具有多个串联的发热单元，所述发热单元包括首尾依次相连的第一部、第二部、第三部和第四部，所述第一部和所述第三部沿第一方向延伸，所述第二部和所述第四部沿第二方向延伸，所述第一方向和所述第二方向相交，所述第二方向为所述石墨片基体延伸的方向，所述第二部的宽度和所述第四部的宽度均不小于所述石墨片基体宽度的20％。
2.根据权利要求1所述的发热片，其特征在于，所述第二部和所述第四部的宽度分别独立的为1-8mm。
3.根据权利要求1所述的发热片，其特征在于，所述第二部和所述第四部的长度分别独立的为1.5-20mm。
4.根据权利要求1-3任一项所述的发热片，其特征在于，所述第一方向与所述第二方向垂直。
5.根据权利要求4所述的发热片，其特征在于，所述第一部和所述第三部在所述第二方向上的尺寸分别独立的为0.5-25mm。
6.根据权利要求4所述的发热片，其特征在于，所述第一部和所述第三部在所述第一方向上的尺寸分别独立的为0.1-6mm。
7.根据权利要求1所述的发热片，其特征在于，所述第二部的宽度和所述第四部的宽度一致，所述第二部的长度和所述第四部的长度一致。
8.根据权利要求4所述的发热片，其特征在于，所述第一部在所述第二方向上的尺寸，与所述第三部在所述第二方向上的尺寸一致，
所述第一部在所述第一方向上的尺寸，与所述第三部在所述第一方向上的尺寸一致。
9.根据权利要求1所述的发热片，其特征在于，所述石墨片基体进一步具有导体区，所述发热区包括第一发热区和第二发热区，所述导体区位于所述第一发热区和所述第二发热区之间。
10.根据权利要求1所述的发热片，其特征在于，所述石墨片基体的宽度为5-10mm。
11.一种发热管，其特征在于，包括：
权利要求1-10任一项所述的发热片；
外管，所述发热片设置在所述外管中；
引线和连接端子，所述发热片通过所述引线与所述连接端子相连。
12.一种电器，其特征在于，包括权利要求11所述的发热管。
13.根据权利要求12所述的电器，其特征在于，所述电器包括电烤箱、微波炉或者蒸烤箱。
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