CN212566262U - 一种管状加热装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种管状加热装置，包括：管状基体，其在内侧具有允许流体流通的流路；发热体，与管状基体导热接触；温度控制器；支架，包括第一定位件、第二定位件和第三定位件，第一定位件和第二定位件分别间隔设置于管状基体的两端，第三定位件位于第一定位件和第二定位件之间且两端分别与第一定位件和第二定位件固定，温度控制器固定于第三定位件上，且温度控制器与管状基体或发热体接触。本实用新型通过支架的三个定位件即可将温度控制器固定与管状基体或发热体接触，安装工艺简单，多个定位件的定位稳定性较高，有利于温度控制器与发热体的持久稳定接触，感温响应及时准确。

Description

一种管状加热装置

技术领域

本实用新型涉及加热技术领域，具体涉及电阻加热领域，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。传统的管状加热装置会发热体上安装温度控制器，用来检测发热体的温度，以及保护发热体不在极端情况下(比如干烧等)工作。当前，温度控制器安装工艺比较复杂，并且温度控制器与发热体很难紧密贴合，导致感温响应较难及时准确。

发明内容

有鉴于此，本实用新型提供一种管状加热装置，以解决现有温度控制器安装工艺复杂及感温响应较难及时准确的问题。

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；

温度控制器；

支架，包括第一定位件、第二定位件和第三定位件，所述第一定位件和第二定位件分别间隔设置于所述管状基体的两端，所述第三定位件位于所述第一定位件和第二定位件之间，且其两端分别与第一定位件和第二定位件固定，所述温度控制器固定于所述第三定位件上，且所述温度控制器与所述管状基体或发热体接触。

可选地，第三定位件为设有开口的板体，温度控制器包括主体部和从主体部向外延伸的翼部，主体部插置于板体的开口中，翼部抵接板体背向管状基体的侧面，并与板体采用螺丝固定。

可选地，支架还设置有弹性件，弹性件位于第三定位件和管状基体之间且两端分别连接第三定位件和管状基体，弹性件在自由状态下的长度小于或等于第三定位件和管状基体之间的距离。

可选地，所述弹性件的数量为多个，多个弹性件分布于所述温度控制器的至少两侧。

可选地，多个弹性件对称分布于温度控制器的侧方。

可选地，所述弹性件为弹簧。

可选地，第三定位件上设置有限位柱，弹性件套设于限位柱上。

可选地，第一定位件或第二定位件上开设有通孔，与温度控制器连接的走线和/或与发热体连接的走线穿设通孔。

可选地，第一定位件或者第二定位件凸出于管状基体的尺寸小于温度控制器凸出于管状基体的尺寸。

可选地，第一定位件和第二定位件的结构相同。

本实用新型通过支架的三个定位件即可将温度控制器固定与管状基体或发热体接触，安装工艺简单，多个定位件的定位稳定性较高，有利于温度控制器与发热体的持久稳定接触，感温响应及时准确。

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是本实用新型一实施例的加热装置的结构示意图；

图2是本实用新型一实施例的发热体在展开时的结构俯视图；

图3是本实用新型另一实施例的发热体在展开时的结构俯视图。

具体实施方式

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，下述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是本实用新型一实施例的管状加热装置的结构示意图，图2是本实用新型一实施例的发热体在展开时的结构俯视图。请一并参阅图1和图2，管状加热装置10包括管状基体11、发热体12、温度控制器14、以及固定所述温度控制器14的支架15。

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，于此，发热体12与导热管11之间接触并实现热传递路径。

支架15包括第一定位件151、第二定位件152和第三定位件153。所述第一定位件151 和第二定位件152分别间隔设置于管状基体的两端，所述第三定位件153位于第一定位件 151和第二定位件152之间，且其两端分别与第一定位件151和第二定位件152固定。温度控制器14固定于第三定位件153上，且温度控制器14与管状基体11或发热体12接触，于此温度控制器14可以执行感温响应。

由此可知，通过支架15的三个定位件即可将温度控制器14固定，并与管状基体11或发热体12接触，温度控制器14的安装工艺简单，多个定位件协同合作的定位稳定性较高，有利于温度控制器14与管状基体11或发热体12的持久稳定接触，感温响应及时准确。

在一实施例中，第一定位件151可以将管状加热装置10的输出管161与管状基体11固定连通，第二定位件152可以将管状加热装置10的输入管162与管状基体11固定连通。

结合图1所示，所述第三定位件153可以为设有开口的板体，该板体153可以呈长条形，且沿管状基体11的延伸方向而延伸。对于设置有主体部141和从主体部141向外延伸的翼部142的温度控制器14，第三定位件153的开口可以允许其主体部141穿过并与管状基体11或发热体12接触。具体而言，其主体部141插置于板体153的开口中，所述翼部 142伸展开后的尺寸大于板体153开口的尺寸，于此翼部142并不会穿过该开口，而是抵接所述板体153背向所述管状基体11的侧面，并与所述板体153采用螺丝固定。

进一步地，第一定位件151和第二定位件152中任一者凸出于管状基体11的尺寸，小于温度控制器14凸出于管状基体11的尺寸。这三个定位件的凸出于管状基体11的尺寸较小，从而能够降低支架15所占空间，有利于管状加热装置10的小型化和多用途设计。

为便于采用同一模具制备以降低生产成本，所述第一定位件151和第二定位件152的结构及尺寸可以完全相同。

请继续参阅图1所示，所述支架15还可以设置有弹性件，所述弹性件位于第三定位件 153和管状基体11之间，且其两端分别连接第三定位件153和管状基体11。所述弹性件在自由状态下的长度小于或等于第三定位件153和管状基体11之间的距离。

该弹性件具有可伸缩特性，即弹性件可沿其长度延伸方向伸展和压缩，以此对其连接的第三定位件153和管状基体11施加相应的作用力。在第三定位件153发生形变或其他原因导致第三定位件153和管状基体11之间的距离变大时，弹性件可以利用自身的收缩力保持第三定位件153和管状基体11之间的距离符合设计需求，即保持温度控制器14与管状基体11或发热体12的稳定接触。

为了确保第三定位件153和管状基体11从弹性件受到均匀的作用力，可以设置弹性件的数量为多个，且这些弹性件对称或者均匀分布于温度控制器14的相对两侧或者四周。

在应用场景中，弹性件可以为弹簧，而为了避免弹簧在受压时左右偏移，本实施例可以在第三定位件153上设置限位柱，该限位柱与弹簧一一对应设置，每一限位柱插置于相对应的一弹簧中。所述限位柱可以为螺钉。

请参阅图2，所述发热体12设置有主发热线圈121，该主发热线圈121包括若干第一发热体121a和多个第二发热体121b。

在所述发热体12处于平面展开状态下，若干第一发热体121a沿第一方向x平行间隔排列，多个第二发热体121b沿第二方向y间隔排布，其中，所述第一方向x和第二方向y 相垂直，例如第一方向x可以为水平方向，第二方向y为竖直方向。另外，每一第二发热体121b的两端分别连接相邻两个第一发热体121a。

换言之，所述主发热线圈121可视为采用蛇形方式排布，第一发热体121a和第二发热体121b的具体数量可以根据实际情况需求进行设定。以图2所示为例，所述主发热线圈121设置有10个第一发热体121a和9个第二发热体121b。沿第一方向x上，这些第一发热体121a之间的距离可以相等。发热体12的上端分布有5个第二发热体121b，发热体12 的下端分布有4个第二发热体121b。

第一发热体121a的长度远大于第二发热体121b的长度，第二发热体121b用于实现相邻第一发热体121a之间的导电连接，但第二发热体121b也属于发热体。于此，第一发热体121a可视为管状加热装置10的主要发热体，这些第一发热体121a平行间隔排列，在不改变管状基体11尺寸的情况下，发热体12的尺寸不变，设置主发热线圈121的区域尺寸不变，通过控制相邻两个第一发热体121a之间的距离尽可能小，便可以排布更多的第一发热体121a，当然也排布了更多的第二发热体121b，由此能够提高发热体在管状基体11上的面积占比，从而有利于提高热转换效率。

对于采用电加热方式的设计，所述管状加热装置10还可以设有正电极和负电极(图中未示出)、以及两个第一导电焊盘131，发热体12还设置有两个第三发热体121c，每一第三发热体121c与每一第一导电焊盘131连接，其中一个第一导电焊盘131连接与正电极连接，另一个第一导电焊盘131连接与负电极连接。

进一步地，如图1和图2所示，管状加热装置10还可以设置有第二导电焊盘132。温度控制器14与第二导电焊盘132可选择性插接，在插接时温度控制器14可以检测当前加热温度，用于控制切换快速加热和保温功能。所述第一定位件151或第二定位件152上可以开设有通孔，与所述温度控制器14连接的走线和/或与发热体12连接的走线可以穿设所述通孔。该第二导电焊盘132可以排布于发热体12的上端，基于此，主发热线圈121需要绕过该第二导电焊盘132进行前述排布，这会导致第一发热体121a的长度并非完全相同，例如，最端侧的4个第一发热体121a的长度相等，其余6个第一发热体121a的长度相等，但前者的长度大于后者的长度。发热体12上端的5个第二发热体121b中，位于中间的3 个低于另外2个，发热体12下端的4个第二发热体121b可以位于同一直线上。

为了节约空间并进一步提高主发热线圈121在管状基体11上的面积占比，两个第三发热体121c可以位于发热体12的下端，并且位于最端侧的两个第一发热体121a之间，于此，每一第三发热体121c连接位于最端侧的第一发热体121a的一端，而最端侧的第一发热体 121a的另一端连接第二发热体121b。进一步地，两个第三发热体121c可以沿第一方向x排布，且两者位于同一直线上。

在一应用场景中，所述主发热线圈121可以为电阻线圈，其采用电阻体(例如导线)按照前述排布方式环绕于管状基体11的外侧而成。沿流体在管状基体11内的流通方向，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，第一发热体121a的数量越多，第二发热体121b 的数量越多，主发热线圈121的密度越大。

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。主发热线圈121的密度越大，单位时间内传递至流体的热量越多，因此能够提高热转换效率。

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，当热量传递至其上时，管状基体11产生热膨胀，与主发热线圈121的接触更加紧密，进一步有利于主发热线圈121的热量快速传递至管状基体11。此时，主发热线圈121的外层应当包裹有绝缘层，以实现主发热线圈121和管状基体11之间的绝缘，避免加热时出现短路。

在一实施例中，所述绝缘层可以为发热体12的绝缘衬底。具体地，所述发热体12可以设置有绝缘衬底和封装层，主发热线圈121设置于该绝缘衬底上，封装层覆盖于绝缘衬底上，并且包覆主发热线圈121。其中，所述绝缘衬底可以通过绝缘材料，采用例如溅射等成膜方式直接形成于管状基体11外侧面上，或者绝缘衬底也可以通过粘胶贴附于管状基体11上。该封装层可以为电绝缘层。

在另一实施例中，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，主发热线圈121的外部可以无需包裹有绝缘层。所述主发热线圈121围设于绝缘导热层的外表面上，于此，主发热线圈121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，作为发热体的主发热线圈121可通过贴膜或者印刷方式设置于发热体 12上。并且，主发热线圈121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、绝缘导热层及主发热线圈121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。

应理解，对于上述结构设计的主发热线圈121，所述第一发热体121a、第二发热体121b 和第三发热体121c可以为片状结构。相比较于发热丝或导线，所述发热片的发热面积较大，于此，在同样的能耗下，发热片发热较快，有利于提高加热速率。

本实用新型实施例可采用同一道工艺形成主发热线圈121，即主发热线圈121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的外部，或者在绝缘导热层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，最后去除剩余的光刻胶，保留的金属套件即为上述主发热线圈121。

在加热程中，理论上主发热线圈121的各部位接收到的电压和电流相同，主发热线圈 121任意位置产生的热量相同，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。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。

为了解决这一问题，请继续参阅图1，本实用新型可以设计若干第一发热体121a沿第二方向y依次间隔排布，其中第二方向y与流体在流路上的流通方向(由左往右)相垂直，或者，若干第一发热体121a沿第一方向x依次间隔排布，该第一方向x与流体在流路上的流通方向(由下往上)相垂直。并且，在这两种情况下，沿流体在流路上的流通方向，相邻第一发热体121a之间的距离可以递减。

这些主发热线圈121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，从而有利于热量被流体有效吸收，提高热转换效率。并且，即使在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，上端的温度保持于相对较低的状态，发热体12不易被烧毁，有利于延长其使用寿命。

图3是本实用新型另一实施例的发热体在展开时的结构示意图。请一并参阅图3，所述发热体12还可以设置有副发热线圈122，副发热线圈122包括若干第四发热体122a和多个第五发热体122b。

若干第四发热体122a沿第一方向x平行间隔排列，多个第五发热体122b沿第二方向 y间隔排布，每一第五发热体122b的两端分别连接相邻两个第四发热体122a，沿所述第二方向y上，相邻两个第四发热体122a和相邻两个第一发热体121a依次交错间隔设置。

其中，第四发热体122a的长度远大于第五发热体122b的长度，第五发热体122b用于实现相邻第四发热体122a之间的导电连接，但第五发热体122b也属于发热体。于此，第四发热体122a可视为副发热线圈122的主要发热体。该主要发热体的宽度小于第一发热体121a的宽度，于此，副发热线圈122较细，主发热线圈121较粗。

根据焦耳定律的关系式1-1、以及电阻与热量关系式1-2，可知，导线的电阻与横截面积呈反比例关系，导线的电阻与热量呈反比关系，则可以计算得到热量与横截面积呈正比例关系。

Q＝U²*R*t 关系式1-1

R＝ρ*L/S 关系式1-2

其中，Q表示热量，单位是焦耳(J)；U表示电压，单位是伏特(V)；R表示电阻，单位是欧姆(Ω)；t表示时间，单位是秒(s)。ρ表示导线的电阻率，S表示导线的横截面积，L表示导线的长度。

对于电阻率相同的两个发热线圈，副发热线圈122较细，主发热线圈121较粗，因此在接受相同电压时，副发热线圈122的发热量较小，主发热线圈121的发热量较大。

于此，电加热装置10利用主发热线圈121和副发热线圈122共同工作，总发热量为主发热线圈121的发热量Q1和副发热线圈122的发热量Q2之和，即总发热量Q0大于任一发热线圈的发热量，Q0＞Q1且Q0＞Q2，从而有利于实现快速加热。而在快速加热之后，例如水烧开之后，管状加热装置10可以仅利用副发热线圈122进行保温。综合而言，该管状加热装置10能够兼顾快速加热和保温两种功能。

请继续参阅图3，所述副发热线圈122还可以设置有两个第六发热体122c和两个第三焊盘133，每一第六发热体122c与每一第三焊盘133连接，其中一个第三焊盘133连接与正电极连接，另一个第三焊盘133连接与负电极连接。

为了节约空间并进一步提高副发热线圈121在管状基体11上的面积占比，两个第六发热体122c可以位于发热体12的上端，并且位于最端侧的两个第四发热体122a之间，于此，每一第六发热体122c连接位于最端侧的第四发热体122a的一端，而最端侧的第四发热体 122a的另一端连接第五发热体122b。进一步地，两个第六发热体122c可以沿第一方向x排布，且两者位于同一直线上。

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，凡是利用本说明书及附图内容所作的等效结构变换，例如各实施例之间技术特征的结合，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，在前述实施例的描述中，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”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，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。

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；

发热体，与所述管状基体导热接触；

温度控制器；

支架，包括第一定位件、第二定位件和第三定位件，所述第一定位件和第二定位件分别间隔设置于所述管状基体的两端，所述第三定位件位于所述第一定位件和第二定位件之间，且其两端分别与第一定位件和第二定位件固定，所述温度控制器固定于所述第三定位件上，且所述温度控制器与所述管状基体或发热体接触。

2.根据权利要求1所述的管状加热装置，其特征在于，所述第三定位件为设有开口的板体，所述温度控制器包括主体部和从主体部向外延伸的翼部，所述主体部插置于所述板体的开口中，所述翼部抵接所述板体背向所述管状基体的侧面，并与所述板体采用螺丝固定。

3.根据权利要求1所述的管状加热装置，其特征在于，所述支架还设置有弹性件，所述弹性件位于所述第三定位件和管状基体之间且两端分别连接所述第三定位件和管状基体，所述弹性件在自由状态下的长度小于或等于所述第三定位件和管状基体之间的距离。

4.根据权利要求3所述的管状加热装置，其特征在于，所述弹性件的数量为多个，多个弹性件分布于所述温度控制器的至少两侧。

5.根据权利要求4所述的管状加热装置，其特征在于，所述多个弹性件对称分布于所述温度控制器的侧方。

6.根据权利要求3所述的管状加热装置，其特征在于，所述弹性件为弹簧。

7.根据权利要求5所述的管状加热装置，其特征在于，所述第三定位件上设置有限位柱，所述弹性件套设于所述限位柱上。

8.根据权利要求1所述的管状加热装置，其特征在于，所述第一定位件或第二定位件上开设有通孔，与所述温度控制器连接的走线和/或与所述发热体连接的走线穿设所述通孔。

9.根据权利要求1所述的管状加热装置，其特征在于，所述第一定位件或者所述第二定位件凸出于所述管状基体的尺寸小于所述温度控制器凸出于所述管状基体的尺寸。

10.根据权利要求1所述的管状加热装置，其特征在于，所述第一定位件和第二定位件的结构相同。

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