CN211509317U - 管状加热装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种管状加热装置。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；发热体，与所述管状基体导热接触，且沿流体在所述管状基体的流路上的流通方向，所述发热体的加热功率递减。基于此，本实用新型能够提高管状加热的热转换效率，并且有利于延长加热器件的使用寿命。

Description

管状加热装置

技术领域

本实用新型涉及流体加热技术领域，具体而言涉及电阻加热领域，特别地涉及一种管状加热装置。

背景技术

管状加热的原理为需要被加热的液体从管内流通时吸收管外加热体产生的热量从而被加热。当前的管状加热技术通常是在液体流通路径上的加热功率保持相同，也就是说，对任何位置的液体的加热是相同的。以液体从管的一端流入并从管的另一端流出为例，管下端的液体由于刚刚进入管体，受热时间较短，温度较低，而管上端的液体进入管体时间较长，受热时间长，温度较高。基于此，液体温度较低的位置，保持较大的加热功率，自然有利于加热效果，而液体温度较高的位置，如果继续保持较大的加热功率，热量不能有效的被液体吸收，热转换效率则会降低。尤其是，当发生缺水这种极端状况时，管的上端会最先出现缺水，加热体出现干烧，易被烧毁。由此可见，现有管状加热技术的热转换效率有待提高，并且不利于延长加热器件的使用寿命。

发明内容

有鉴于此，本实用新型提供一种管状加热装置，以解决现有管状加热技术的热转换效率不高并且不利于延长加热器件的使用寿命的问题。

本实用新型提供的一种管状加热装置，包括：

管状基体，其在内侧具有允许流体流通的流路；

发热体，与所述管状基体导热接触，且沿流体在所述管状基体的流路上的流通方向，所述发热体的加热功率递减。

可选地，所述管状加热装置还包括与所述发热体连接的正电极和负电极，所述发热体的一端与所述正电极连接，所述发热体的另一端与所述负电极连接。

可选地，所述发热体包括多个分部，各个所述分部之间相互独立，每一所述分部的一端作为正电极，另一端作为负电极。

可选地，所述发热体包括由电阻体环绕所述管状基体设置的电阻圈，沿流体在所述管状基体的流路上的流通方向，所述电阻圈的环绕密度递减。

可选地，所述发热体包括沿所述流路的方向间隔布置且依次连接的多个发热片，所述多个发热片的内侧面与管状基体贴合，沿流体在管状基体的流路上的流通方向，相邻两个发热片的间距递减。

可选地，所述多个发热片的围设形状均与所述管状基体的截面形状相同，所述多个发热片为金属筒体蚀刻多个穿孔而形成的一体结构。

可选地，所述发热体通过贴膜、印刷及缠绕中的任一方式与所述管状基体导热接触。

可选地，所述发热体附着于所述管状基体的外侧。

可选地，所述发热体埋设于所述管状基体的内部。

本实用新型通过设计沿流体在管状基体的流路上的流通方向，所述发热体的加热功率递减，在流体温度较低的位置，保持较大的加热功率，在流体温度较高的位置，保持较低的加热功率，相当于根据温度高低实现针对性加热，有利于加热产生的热量被流体有效吸收，提高热转换效率，并且最先出现缺水的管状基体的上端的加热功率最低，即使在发生缺水这种极端状况时，管状基体的上端的温度也保持于相对较低的状态，发热体不易被烧毁，从而有利于延长其使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型第一实施例的管状加热装置的结构示意图；

图2是图1所示的管状加热装置的剖面结构示意图；

图3是本实用新型第二实施例的管状加热装置的结构示意图；

图4是图3所示的管状加热装置的剖面结构示意图；

图5是本实用新型一实施例的管状加热方法的流程示意图。

具体实施方式

为了解决现有管状加热技术的热转换效率不高且不利于延长加热器件的使用寿命的问题，本实用新型实施例的管状加热装置设计为：沿流体在管状基体的流通方向，发热体的加热功率递减。其中，流体流通的流路设置于管状基体的内侧，发热体与管状基体导热接触。

基于此，本实用新型实施例在流体温度较低的位置，保持较大的加热功率，在流体温度较高的位置，保持较低的加热功率，相当于根据温度高低实现针对性加热，以此有利于加热产生的热量被流体有效吸收，提高热转换效率，并且最先出现缺水的管状基体的上端的加热功率最低，即使在发生缺水这种极端状况时，管状基体的上端的温度也保持于相对较低的状态，发热体不易被烧毁，有利于延长其使用寿命。

应该理解到，所述管状基体包括但不限于为圆管、椭圆管、多边形管等，其主要材料可以为金属、玻璃或者陶瓷等。

下面结合附图，对本实用新型实施例的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而非全部实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。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。

图1是本实用新型第一实施例的管状加热装置的结构示意图，图2 是图1所示的管状加热装置的剖面结构示意图。请一并参阅图1和图2 所示，管状加热装置10包括管状基体11和发热体12，管状基体11为内部中空的柱状结构，发热体12围设于管状基体11的外表面上，于此，发热体12与导热管11之间接触并实现导热传递路径。

对于采用电加热方式的设计，管状加热装置10还可以设有正电极和负电极(图中未示出)，发热体12沿管状基体11的延伸方向设有两端，其中一端位于管状基体11的上端，另一端位于管状基体11的下端，发热体12的一端与正电极连接，另一端与负电极连接。

在一应用场景中，所述发热体12可以为电阻圈(又可称之为电阻线圈)，其采用电阻体(例如导电走线)环绕于所述管状基体11的外侧而成。沿流体在所述管状基体11内的流通方向，所述电阻圈12的环绕密度递减，结合图1和图2所示，对于管状基体11的下端为流体入口、上端为流体出口的设计，流体在管状基体11内的流通方向为从下往上，电阻圈12的环绕密度从下往上递减，也就是说，最下方的相邻两圈电阻之间的环绕间距最小，越往上相邻两圈电阻之间的环绕间距越大，最上方的相邻两圈电阻之间的环绕间距最大。

基于此，对正电极和负电极分别施加正性电压和负性电压时，发热体12可视为电阻，在电压驱动下发热，热量传递至管状基体11，以此来加热位于管状基体11内的流体。

在这一过程中，理论上发热体12的各部位接收到的电压和电流相同，发热体12任意位置产生的热量相同，电阻圈12的环绕密度从下往上递减，环绕密度越大的位置热量越多，温度越高，对应地环绕密度越小的位置热量越多，温度越低，由此，在流体温度较低的管状基体11 下端，保持较大的加热功率，在流体温度较高的管状基体11下端，保持较低的加热功率，相当于根据温度高低实现针对性加热，从而有利于加热产生的热量被流体有效吸收，提高热转换效率。并且，即使在发生缺水这种极端状况时，最先出现缺水的管状基体11的上端的加热功率最低，管状基体11的上端的温度也保持于相对较低的状态，发热体12 不易被烧毁，有利于延长这一加热器件的使用寿命。

在本实施例中，所述管状基体11可以采用热膨胀系数合适的材料，例如金属材质制得，当热量传递至其上时，管状基体11产生热膨胀，与发热体12的接触更加紧密，进一步有利于发热体12的热量快速传递至管状基体11。此时，发热体12的外层应当包裹有绝缘层，以实现发热体12和管状基体11之间的绝缘，避免加热时出现短路。

在其他实施例中，所述管状基体11的外侧可以设置有绝缘导热层，该绝缘导热层包裹附着于该管状基体11的外表面，此时，所述发热体 12的外部可以无需包裹有绝缘层。所述发热体12围设于绝缘导热层的外表面上，于此，所述发热体12与管状基体11之间通过绝缘导热层实现绝缘隔离，但同时仍可以实现热传导。

在前述基础上，作为加热器件的电阻圈12可以通过贴膜、印刷及缠绕中的任一方式环绕于管状基体11设置。并且，所述发热体12不仅可以附着于管状基体11的外侧，也可以埋设于管状基体11的内部。

本实用新型实施例可根据实际需求设计管状基体11、绝缘导热层及发热体12的结构及尺寸。例如，管状基体11可以为不锈钢管材，绝缘导热层可以为绝缘釉层或喷涂的其他绝缘导热层。

图3是本实用新型第二实施例的管状加热装置的结构示意图，图4 是图3所示的管状加热装置的剖面结构示意图。请一并参阅图3和图4 所示，管状加热装置20包括管状基体21、绝缘导热层24、发热体22、正电极231和负电极232，其中，管状基体21为内部中空的柱状结构，绝缘导热层24附着于管状基体21的外部，发热体22围设于绝缘导热层24的外表面上，于此，发热体22与管状基体21之间通过绝缘导热层24实现隔离。发热体22沿管状基体21的延伸方向设有两端，其中一端与正电极231连接，另一端与所述负电极232连接。

其中，所述发热体22包括依次连接的多个发热片221，这些发热片 221一圈一圈的围设于绝缘导热层24的外表面上，并且这些发热片221 的围设形状均与管状基体21的截面形状相同，由此这些发热片221的内侧表面均与绝缘导热层24的外表面相匹配并贴合于该外表面上。这些发热片221沿所述管状基体21的长度延伸方向间隔布置，且其中任意相邻两个发热片221之间的距离是不相等的，即这些发热片221并非以等间距方式间隔围设于绝缘导热层24的外部。相邻发热片221之间通过片状的连接部222实现连接。

具体地，沿流体在所述管状基体21内的流通方向，这些发热片221 的环绕密度递减。对于管状基体21的下端为流体入口、上端为流体出口的设计，流体在管状基体21内的流通方向为从下往上，这些发热片 221的环绕密度从下往上递减，也就是说，最下方的相邻发热片221之间的环绕间距最小，越往上相邻发热片221之间的环绕间距越大，最上方的相邻发热片221之间的环绕间距最大。

基于此，对正电极231和负电极232分别施加正性电压和负性电压时，这些发热片221可视为电阻，在电压驱动下发热，热量传递至管状基体21，以此来加热位于管状基体21内的流体。

同样地，在此过程中，理论上这些发热片221的各部位接收到的电压和电流相同，发热体22任意位置产生的热量相同，这些发热片221 的环绕密度从下往上递减，环绕密度越大的位置热量越多，温度越高，对应地环绕密度越小的位置热量越多，温度越低，由此，在流体温度较低的管状基体21下端，保持较大的加热功率，在流体温度较高的管状基体21下端，保持较低的加热功率，相当于根据温度高低实现针对性加热，从而有利于加热产生的热量被流体有效吸收，提高热转换效率。并且，即使在发生缺水这种极端状况时，最先出现缺水的管状基体21 的上端的加热功率最低，管状基体21的上端的温度也保持于相对较低的状态，发热体22不易被烧毁，有利于延长其使用寿命。

其中，所述管状基体21可以采用热膨胀系数合适的材料，例如金属材质制得，当热量传递至其上时，管状基体21产生热膨胀，与发热片221的接触更加紧密，进一步有利于发热体22的热量快速传递至管状基体11并最终传递给需要被加热的流体。

对于上述结构设计的发热体22，本申请可采用同一道工艺制成，即发热体22为采用同一道工艺制成的一体形成结构。以刻蚀工艺为例，本实用新型实施例可以首先提供一金属套件(例如金属筒)，该金属套件能够紧密套设于绝缘导热层24的外部，或者在绝缘导热层24的外部包覆一整面金属层以形成该金属套件，接着在该金属套件上沉积一整面光刻胶，然后采用光罩对该光刻胶进行曝光，被曝光部分的光刻胶被显影去除以暴露金属套件，而未曝光部分的光刻胶被保留，接着刻蚀去除金属套件的被暴露部分，而被光刻胶遮挡的部分被保留，于此，该金属套件被蚀刻形成多个穿孔，这些穿孔界定了上述发热片221，最后去除剩余的光刻胶，保留的金属套件即为上述发热体22。

当然，上述发热片221可以通过贴膜、印刷及缠绕中的任一方式环绕于管状基体21设置。并且，所述发热体22不仅可以附着于管状基体 21的外侧，也可以埋设于管状基体21的内部。

所述正电极231和负电极232可以分别为导电金属线，两者分别与最上方和最下方的发热片221焊接。

相比较于发热丝，上述发热片221的发热面积较大，而相比较于发热膜，上述发热片221的面积较小，发热所需的能耗较小，于此，在同样的能耗下，发热片221发热较快，有利于提高加热速率。

在前述图1～图4所示实施例的管体加热装置中，发热体作为一个整体存在，其仅连接有一个正电极和一个负电极，由此向发热体的任意位置施加的电压和电流都是相同的。而为了更灵活更有针对性的加热，本实用新型的其他实施例可以设置所述发热体包括多个分部，这些分部之间是相互独立的，各自之间是没有连接的(或者说是断开的)，每一所述分部的一端作为正电极，另一端作为负电极，于此，每一分部的发热体可以接受独立的电压，可以自由控制各个分部的热加温度。

本实用新型还提供一实施例的管状加热方法，如图5所示，所述管状加热方法包括如下步骤S51和S52。

S51：提供管状基体和发热体，所述管状基体在内侧具有允许流体流通的流路，所述发热体与所述管状基体导热接触。

S52：当流体在所述管状基体的流路上流通时，沿所述流体的流通方向，控制所述发热体的加热功率递减。

所述管状加热方法可以基于前述任一实施例的管状加热装置，管状基体和发热体的结构设计以及各种结构设计的工作原理及过程，因此具有与其相同的有益效果，具体可参阅前述，此处不再赘述。

尽管已经相对于一个或多个实现方式示出并描述了本实用新型，但是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。本实用新型包括所有这样的修改和变型，并且仅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对应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，以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，例如各实施例之间技术特征的相互结合，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

另外，在本实用新型实施例的描述中，需要理解的是，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”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实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的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实用新型的限制。另外，对于特性相同或相似的结构元件，本实用新型可采用相同或者不相同的标号进行标识。此外，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。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，“示例性”一词是用来表示“用作例子、例证或说明”。本实用新型中被描述为“示例性”的任何一个实施例不一定被解释为比其它实施例更加优选或更加具优势。为了使本领域任何技术人员能够实现和使用本实用新型，本实用新型给出了以上描述。在以上描述中，为了解释的目的而列出了各个细节。应当明白的是，本领域普通技术人员可以认识到，在不使用这些特定细节的情况下也可以实现本实用新型。在其它实施例中，不会对公知的结构和过程进行详细阐述，以避免不必要的细节使本实用新型的描述变得晦涩。因此，本实用新型并非旨在限于所示的实施例，而是与符合本实用新型所公开的原理和特征的最广范围相一致。

Claims (9)

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；

发热体，与所述管状基体导热接触，且沿流体在所述管状基体的流路上的流通方向，所述发热体的加热功率递减。

2.根据权利要求1所述的管状加热装置，其特征在于，所述管状加热装置还包括与所述发热体连接的正电极和负电极，所述发热体的一端与所述正电极连接，所述发热体的另一端与所述负电极连接。

3.根据权利要求1所述的管状加热装置，其特征在于，所述发热体包括多个分部，各个所述分部之间相互独立，每一所述分部的一端作为正电极，另一端作为负电极。

4.根据权利要求2或3所述的管状加热装置，其特征在于，所述发热体包括由电阻体环绕所述管状基体设置的电阻圈，沿流体在所述管状基体的流路上的流通方向，所述电阻圈的环绕密度递减。

5.根据权利要求2或3所述的管状加热装置，其特征在于，所述发热体包括沿所述流路的方向间隔布置且依次连接的多个发热片，所述多个发热片的内侧面与所述管状基体贴合，沿流体在所述管状基体的流路上的流通方向，相邻两个发热片的间距递减。

6.根据权利要求5所述的管状加热装置，其特征在于，所述多个发热片的围设形状均与所述管状基体的截面形状相同，所述多个发热片为金属筒体蚀刻多个穿孔而形成的一体结构。

7.根据权利要求1所述的管状加热装置，其特征在于，所述发热体通过贴膜、印刷及缠绕中的任一方式与所述管状基体导热接触。

8.根据权利要求7所述的管状加热装置，其特征在于，所述发热体附着于所述管状基体的外侧。

9.根据权利要求7所述的管状加热装置，其特征在于，所述发热体埋设于所述管状基体的内部。

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