CN113163534A - 管状加热装置及加热系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种管状加热装置及加热系统，管状加热装置包括：管状基体、第一绝缘层和至少两层发热层，管状基体内侧具有允许流体流通的流路，第一绝缘层设置于管状基体的外表面；发热层层叠设置于第一绝缘层上；其中，发热层包括连接体、发热体和第二绝缘层，发热体与连接体导电连接，第二绝缘层设置于发热体和连接体上。本申请可降低管状加热装置长时间使用时存在的损坏风险。

Description

管状加热装置及加热系统

技术领域

本申请涉及发热技术领域，具体涉及一种管状加热装置及加热系统。

背景技术

管状加热的原理为需要被加热的流体从管内流通时吸收管外加热体产生的热量从而被加热。目前市场上的管状加热装置主要依靠单层发热层发热。一旦要增加管状加热装置的发热功率，则会导致发热层的功率密度过高，也即单位面积内发热层的发热量过高。此种单层发热层的管状加热装置一旦长时间使用，其容易被烧毁，损坏的风险较高。

申请内容

鉴于此，本申请提供一种管状加热装置及加热系统，以降低管状加热装置长时间使用时存在的损坏风险。

本申请还提出了一种管状加热装置，所述管状加热装置包括：

管状基体，其在内侧具有允许流体流通的流路，所述管状基体采用金属材料、无机非金属材料、聚合物中的任意一种制成；

第一绝缘层，设置于管状基体的外表面；

至少两层发热层，层叠设置于第一绝缘层上；

所述发热层包括连接体、发热体和第二绝缘层，发热体与连接体导电连接，第二绝缘层设置于发热体和连接体上。

可选地，所述管状基体采用无机非金属材料或聚合物制成；至少两层发热层层叠设置于管状基体的外表面。

可选地，所述发热层还包括第一电极和第二电极；所述连接体包括第一连接件和第二连接件，第一连接件的一端连接第一电极，另一端连接所述发热体；第二连接件的一端连接第二电极，另一端连接所述发热体；

各层发热层的第一电极和第二电极之间的位置沿第一方向间隔排布；每一发热层上具有多个第一留白区域和多个第二留白区域，第一电极设置于第一留白区域并暴露第一电极，第二电极设置于第二留白区域并暴露第二电极。

可选地，所述发热体包括多个发热件，所述多个发热件沿第二方向间隔排布；

所述连接体还包括多个第三连接件，第三连接件沿第三方向间隔排布，每一第三连接件的两端分别连接相邻两个发热件或者连接一发热件；第一连接件通过第三连接件与发热件连接，第二连接件通过第三连接件与发热件连接。

可选地，所述管状加热装置还包括温度检测件，设置于未被所述发热层和第一绝缘层覆盖的区域，或者设置于所述第一绝缘层上，或者设置于所述发热层上；温度检测件用于检测管状加热装置的温度。

可选地，所述温度检测件包括热敏电阻。

可选地，所述管状加热装置还包括至少一个温度控制器，设置于未被所述发热层和第一绝缘层覆盖的区域，或者设置于所述第一绝缘层上，或者设置于所述发热层上；温度控制器用于在管状加热装置的温度大于预设值时控制管状加热装置断电。

可选地，所述管状基体的外表面具有第三留白区域，第三留白区域未被所述发热层和第一绝缘层覆盖；所述管状加热装置还包括接地线，连接于所述第三留白区域。

可选地，所述管状基体包括圆柱状管体。

本申请还提出了一种加热系统，所述加热系统包括控制单元和管状加热装置，所述控制单元与至少两层发热层连接，所述控制单元用于控制所述发热层工作。

本申请通过设置层叠的至少两个发热层，并控制发热层上的发热体发热，相当于增加了管状加热装置的发热面积。相较于现有技术，在同等发热功率需求下，降低了管状加热装置在单位面积内的功率密度，从而可降低因功率密度过高，长时间使用时管状加热装置损坏的概率。上述管状加热装置通过控制不同的发热层工作，可实现控制单层或多层发热层发热，具有加热功率可控制的优点。

另外，管状基体通过采用金属材料、无机非金属材料、聚合物中的任意一种制成，使得管状基体具有较大的硬度，且结构强度高，导热快。

附图说明

图1是本申请一实施例的管状加热装置的结构示意图；

图2是本申请一实施例中的连接体、发热体的示意图；

图3是图1所示的管状加热装置的剖面图；

图4是图1所示的管状加热装置的平面展开图

图5a和图5b是连接体、发热体的平面展开示意图；

图6是本申请另一实施例中连接体、发热体的示意图；

图7是本申请另一实施例的管状加热装置的剖面图；

图8是本申请一实施例的加热系统的原理框图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例及附图，对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述实施例仅是一部分实施例，而非全部。基于本申请中的实施例，在不冲突的情况下，下述各个实施例及其技术特征可以相互组合。

应理解，在本申请实施例的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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申请相应实施例的技术方案和简化描述，而非指示或暗示装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

请参阅图1至图3，该管状加热装置100包括管状基体10、第一绝缘层20和至少两层发热层30。

管状基体为内部中空的柱状结构，内侧具有允许流体流通的流路。

管状基体可采用金属材料，具体可以是纯金属材料，如金、银、铜、铁或铝等，也可以是合金材料，如不锈钢，铝合金等；管状基体也可采用无机非金属材料制成，如陶瓷、玻璃等；当然，管状基体也可采用聚合物制成，例如塑料、橡胶等。

第一绝缘层20设置于管状基体10的外表面，第一绝缘层20可完全覆盖管状基体10的外表面，亦可不完全覆盖管状基体10的外表面，以预留面积适当的留白区域，具体视具体情况而定。第一绝缘层可采用无机非金属材料制成，例如玻璃釉等。

各层发热层30层叠设置于第一绝缘层20上，发热层30可完全覆盖第一绝缘层20，亦可不完全覆盖第一绝缘层20，以预留面积适当的留白区域。与之对应地，发热层30上所层叠设置的发热层30可完全覆盖被其层叠设置的发热层30，亦可不完全覆盖被其层叠设置的发热层30，具体视具体情况而定。

于此，发热层30、第一绝缘层20和管状基体10之间形成热传递路径，通过控制各发热层30工作，可将各层发热层30产生的热量经由第一绝缘层20、管状基体10向管状基体10内部的流体传递，实现为流体加热的效果。

参阅图2和图3，发热层30包括连接体32、发热体31和第二绝缘层312和322，发热体与连接体导电连接，第二绝缘层312和322设置于发热体和连接体上。

第一绝缘层20层叠设置于管状基体10的外表面，第一绝缘层20完全覆盖管状基体10的外表面，亦可不完全覆盖管状基体10的外表面，以预留面积适当的留白区域，具体视具体情况而定。

各层发热层30层叠设置于第一绝缘层20上，发热层30可完全覆盖第一绝缘层20，亦可不完全覆盖第一绝缘层20，以一个或多个预留面积适当的留白区域。与之对应地，发热层30上所层叠设置的发热层30可完全覆盖被其层叠设置的发热层30，亦可不完全覆盖被其层叠设置的发热层30，具体视具体情况而定。

连接体可用于连接管状加热装置100的供电源。供电源、连接体和发热体之间的形成闭合回路，进而供电源为发热体供电。第二绝缘层312和322可将两层发热层30隔离，以避免或减少两发热体或两连接体之间的导电接触，从而减少两发热层30之间发生短路的概率。

本实施例的管状加热装置100设置了多层发热层30，增加了管状加热装置100的发热面积。相较于现有单层发热层30的管状加热装置100，在同等发热功率需求下，降低了管状加热装置100在单位面积内的功率密度，从而可降低因功率密度过高，长时间使用时管状加热装置100损坏的概率。从另一角度而言，相较于现有单层发热层30的管状加热装置100，在同等功率密度的需求下，本实施例的管状加热装置100具有较高的发热功率。

另外，上述管状加热装置100可通过控制不同的发热层30工作，可实现控制单层或多层发热层30发热，具有发热功率可控制的优点。管状基体10通过采用金属材料、无机非金属材料、聚合物中的任意一种制成，使得管状基体具有较大的硬度，且结构强度高，导热快。

请继续参照图2，在一实施例中，发热层30还包括第一电极34a和第二电极34b。在一种管状加热装置100采用直流电供电的场景下，第一电极34a可用于与供电源的正极导电连接，第二电极34b可用于与供电源的负极导电连接；在一种管状加热装置100采用交流电供电的场景下，第一电极34a可用于与供电源的火线导电，第二电极34b可用于与供电源的零线导电连接。

连接体包括第一连接件321和第二连接件322，第一连接件321的一端连接第一电极34a，另一端连接发热体31；第二连接件322的一端连接第二电极34b，另一端连接发热体31。管状加热装置100的供电源、第一连接件321、第二连接件322和发热体之间形成了闭合回路，从而导电发热。

参照图4，各层发热层的第一电极和第二电极之间的位置沿第一方向x间隔排布，使得第一电极34a和第二电极34b之间的位置不交叠。具体可参照图5a和图5b，图5a中发热层30层叠设置于图5b中发热层30时，各个发热层30的第一电极34a和第二电极34b不会交叠；每一发热层30上具有多个第一留白区域和多个第二留白区域，第一电极34a设置于第一留白区域并暴露第一电极34a，第二电极34b设置于第二留白区域并暴露第二电极34b，由此可形成图3所述结构。需要说明的是，为有助于对本实施例的理解，图4和图5仅示出了两层发热层30，但不意味着本申请的管状加热装置100仅包含两层发热层30。

该实施例通过设置各个发热层30的第一电极34a和第二电极34b之间的位置不交叠，并将各层发热层30的第一电极34a和第二电极34b分别连接供电源对应的电极，可实现控制不同的发热层30工作，从而实现发热功率可控。

请继续参照图2，在一种具体实施方式中，发热体31包括多个发热件311，多个发热件311沿第二方向y间隔排布。发热体可采用银钯或者石墨制作而成。

连接体32还包括多个第三连接件323，第三连接件323沿第三方向z间隔排布，每一第三连接件323的两端分别连接相邻两个发热件311，或者连接一发热件311；第一连接件321通过第三连接件323与发热件311连接，第二连接件322通过第三连接件323与发热件311连接。第一连接体、第二连接体和第三连接体可采用导电性能良好的材料制成，具体可以是纯金属或合金，例如银浆，或者可以是石墨材料。

在另一种具体实施方式中，参照图6的发热层30平面展开图，在一实施例中，发热体31包括发热件311，各个发热件311分别沿第二方向y’间隔排布。

连接体还包括多个第三连接件323’，第三连接件323’沿第三方向z’间隔排布；每一第三连接件323’的两端分别连接相邻两个发热件311；第一连接件321的一端连接一沿第三方向y’首端的发热件311，另一端连接第一电极34a；第二连接件322的一端连接沿第二方向y’末端的发热件311，另一端连接第二电极34b。

换言之，上述发热层30可视为采用蛇形方式排布。发热件311和第三连接件323的具体数量可根据实际情况需求进行设定。这些发热件311之间的距离可以相等，亦可不等，第三连接件322的长度可根据第一发热件311之间的距离以及发热件311的宽度设置。

在不改变管状基体10尺寸和发热层30的面积的情况下，可通过控制相邻两个第一发热件311之间的距离尽可能小，便可以排布更多的发热件311、311’，由此能够提高发热件311、311’在发热层30的面积占比，从而有利于提高管状加热装置100的发热功率。

另外，上述第一连接件321、第二连接件322和第三连接件323、323’均可采用具有发热性能较佳的材料来实现，并作为辅助加热器件，从而增加发热层30的发热功率。

在一实施例中，上述管状基体10包括圆柱状的管体，使得其内侧的流体能够均匀流动，且发热层30能够均匀层叠设置，同时具有较好的导热性。当然，上述管状基体10也包括多边柱状管体，例如三棱柱、四棱柱、五棱柱等，此处不一一说明。

上述实施例可通过印刷的方式制作，例如先将玻璃釉印刷在管状基体10的外表面，形成第一绝缘层，然后在第一绝缘层20印刷第一发热件311和第二发热件311，再在第一绝缘层20的第一预设位置印刷第一连接件321和第二连接件322，最后在第一绝缘层20的第二预设位置印刷第一电极34a和第二电极34b。

请继续参照图4、图5a和图5b，在一实施例中，管状加热装置100还包括温度检测件60，用于检测管状加热装置100的温度。

管状基体10的外表面具有第三留白区域，该区域未被发热层30和第一绝缘层20覆盖的区域，从而暴露管状基体10，温度检测件60可设置于第三留白区域，也即温度检测件60设置于管状基体10的外表面；或者温度检测件60还可设置于未被发热层30覆盖的区域，也即设置于第一绝缘层20上；当然，还可以设置于发热层30上，例如远离管状基体10的的发热层30，也即管状加热装置100沿竖直方向摆放时最外层的发热层30。

温度检测件60可连接一具有数据传输和数据处理功能的控制器件。温度检测件60在检测到检测管状基体10的温度可传输给控制器件进行数据处理，可实现检测管状基体10的温度的功能。当然，通过控制器件的数据处理，温度检测件60还可间接实现流体温度检测的作用。

在一具体实施方式中，温度检测件60可以采用热敏电阻实现，例如PTC(PositiveTemperature Coefficient，正温度系数)电阻或NTC(NegativeTemperature Coefficient)电阻，从而可更精确地检测管状基体10的温度。

请继续参照图1，在一实施例中，管状加热装置100还包括至少一个温度控制器40，温度控制器40用于在管状加热装置的温度大于预设值时控制管状加热装置断电。

管状基体10的外表面具有第四留白区域，该区域未被发热层30和第一绝缘层20覆盖的区域，从而暴露管状基体10，温度检测器可设置于第三留白区域，也即温度检测件60设置于管状基体10的外表面；或者温度检测器还可设置于未被发热层30覆盖的区域，也即设置于第一绝缘层20上；当然，还可以设置于发热层30上，例如远离管状基体10的的发热层30，也即管状加热装置100沿竖直方向摆放时最外层的发热层30。

上述温度控制器40可用于控制发热层30通电或者控制发热层30断电。具体地，当管状基体10的温度大于或等于预设值时，温度控制器40控制发热层30发热，即控制发热层30断电；当温度控制器40接收到发热触发动作或者管状基体10的温度小于预设值时，温度控制器40控制发热层30发热，即控制发热层30通电，于此，管状加热装置100可实现防止过度加热或者干烧的功能。

在一具体的应用场景中，温度控制器40可以是机械式地控制发热层30通电或断电。在具体实现时，温度控制器40可包括对温度敏感的弹性件，例如采用热敏金属制成的弹片或弹簧。

当管状基体10的温度低于弹性件的温度承受区间，也即当管状基体10的温度小于预设值时，发热层30的供电回路导通，弹性件不发生弹性动作。

当管状基体10的温度高于弹性件的温度承受区间，也即当管状基体10的温度大于或等于预设值时，弹性件通过弹性动作将发热层30的供电回路断开，从而发热层30断电停止发热。

在一具体的应用场景中，温度控制器40可以结合控制电路控制发热层30通电或断电。在具体实现时，温度控制器40可包括温度传感器、处理器件和控制器件，并通过温度传感器、处理器件和控制器件之间的电连接进行数据传。当温度传感器检测到管状基体10的温度大于或等于预设值时，处理器件向控制器件发送第一控制信号，以使控制器件控制发热层30断电；当温度传感器检测到管状基体10的温度小于预设值时，处理器件向控制器件发送第二控制信号，以使控制器件控制发热层30通电。

参照图1，在一实施例中，管状基体10的外表面具有第三留白区域，第三留白区域未被发热层30和第一绝缘层20覆盖；管状加热装置100还包括接地线50，设置于第三留白区域。具体地，管状基体10可采用金属材料制成，在管状基体10的外表设置接地线50可在管状加热装置100漏电时，通过接地线将漏电电流导入大地，提高管状加热装置100的安全性。

图7是本申请另一实施例的管状加热装置200，参照图7，该管状加热装置100包括管状基体210和至少两层发热层230。其中，管状基体210电阻率大于或等于10¹⁰Ω·m，也即管状基体210的采用绝缘材料制成，如无机非金属材料。

管状基体210的内侧具有允许流体流通的流路；各层发热层30层叠设置于管状基体210的外表面。发热层230包括连接件232、发热件231和第二绝缘层233，发热件231与连接件232导电连接，第二绝缘层233设置于发热件231上。

管状基体210通过采用电阻率大于或等于10¹⁰Ω·m且小于或等于10²²Ω·m的材料制成，其本身具有较佳的绝缘性能，因此，在管状基体210与发热层230之间无需设置绝缘层。

本实施例的管状加热装置200的部分说明可参照上述管状加热装置200的实施例，在此不再一一赘述。

该实施例通过在管状加热装置200的管状基体210的外表面层叠设置至少两个发热层230，并控制发热层230上的发热体发热，增加了管状加热装置200的发热面积。相较于现有技术，在同等发热功率需求下，降低了管状加热装置200在单位面积内的功率密度，从而可降低因功率密度过高，长时间使用时管状加热装置200损坏的概率。

另外，上述管状加热装置200通过控制不同的发热层230工作，可实现控制单层或多层发热层230发热，具有加热功率可控制的优点。

图8是本申请一实施例的加热系统，参照图8，该系统包括控制单元300和管状加热装置400。控制单元300与至少两层管状加热装置的发热层41连接。控制单元300用于控制至少一个发热层41工作。

需要说明的是，此处，控制单元可间接与管状加热装置的发热层连接，亦可是直接与管状加热装置的发热层连接，从而实现控制。例如，在管状加热装置的发热层间接与控制单元连接的实施方式下，控制单元可向与发热层连接的供电源发送控制信号，通过控制供电源与各层发热层的供电回路的通短来控制各层发热层工作。

尽管已经相对于一个或多个实现方式示出并描述了本申请，但本领域技术人员基于对本说明书和附图的阅读和理解将会想到等价变型和修改。本申请包括所有此修改和变型，并且由所附权利要求的范围限制。特别地关于由上述组件执行的各种功能，用于描述这样的组件的术语旨在于执行所述组件的指定功能(例如其在功能上是等价的)的任意组件(除非另外指示)，即使在结构上与执行本文所示的本说明书的示范性实现方式中的功能的公开结构不等同。

即，以上所述仅为本申请的部分实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本说明书及附图内容所作的等效结构变换，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素，此外，不同实施例中具有同样命名的部件、特征、要素可能具有相同含义，也可能具有不同含义，其具体含义需以其在该具体实施例中的解释或者进一步结合该具体实施例中上下文进行确定。

另外，尽管本文采用术语“第一、第二、第三”等描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式。术语“或”和“和/或”被解释为包括性的，或意味着任一个或任何组合。仅当元件、功能、步骤或操作的组合在某些方式下内在地互相排斥时，才会出现该定义的例外。

Claims (10)

1.一种管状加热装置，其特征在于，所述管状加热装置包括：

管状基体，其在内侧具有允许流体流通的流路，所述管状基体采用金属材料、无机非金属材料、聚合物中的任意一种制成；

第一绝缘层，设置于管状基体的外表面；

至少两层发热层，层叠设置于第一绝缘层上；

所述发热层包括连接体、发热体和第二绝缘层，发热体与连接体导电连接，第二绝缘层设置于发热体和连接体上。

2.根据权利要求1所述的管状加热装置，其特征在于，所述管状基体采用无机非金属材料或聚合物制成；至少两层发热层层叠设置于管状基体的外表面。

3.根据权利要求1或2所述的管状加热装置，其特征在于，所述发热层还包括第一电极和第二电极；所述连接体包括第一连接件和第二连接件，第一连接件的一端连接第一电极，另一端连接所述发热体；第二连接件的一端连接第二电极，另一端连接所述发热体；

各层发热层的第一电极和第二电极之间的位置沿第一方向间隔排布；每一发热层上具有多个第一留白区域和多个第二留白区域，第一电极设置于第一留白区域并暴露第一电极，第二电极设置于第二留白区域并暴露第二电极。

4.根据权利要求3所述的管状加热装置，其特征在于，所述发热体包括多个发热件，所述多个发热件沿第二方向间隔排布；

所述连接体还包括多个第三连接件，第三连接件沿第三方向间隔排布，每一第三连接件的两端分别连接相邻两个发热件或者连接一发热件；第一连接件通过第三连接件与发热件连接，第二连接件通过第三连接件与发热件连接。

5.根据权利要求1所述的管状加热装置，其特征在于，所述管状加热装置还包括温度检测件，设置于未被所述发热层和第一绝缘层覆盖的区域，或者设置于所述第一绝缘层上，或者设置于所述发热层上；温度检测件用于检测管状加热装置的温度。

6.根据权利要求5所述的管状加热装置，其特征在于，所述温度检测件包括热敏电阻。

7.根据权利要求1所述的管状加热装置，其特征在于，所述管状加热装置还包括至少一个温度控制器，设置于未被所述发热层和第一绝缘层覆盖的区域，或者设置于所述第一绝缘层上，或者设置于所述发热层上；温度控制器用于在管状加热装置的温度大于预设值时控制管状加热装置断电。

8.根据权利要求6所述的管状加热装置，其特征在于，所述管状基体的外表面具有第三留白区域，第三留白区域未被所述发热层和第一绝缘层覆盖；所述管状加热装置还包括接地线，连接于所述第三留白区域。

9.根据权利要求1所述的管状加热装置，其特征在于，所述管状基体包括圆柱状管体。

10.一种加热系统，其特征在于，所述加热系统包括控制单元，以及权利要求1－9任意一项所述的管状加热装置，所述控制单元与至少两层发热层连接，所述控制单元用于控制所述发热层工作。

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