CN212936226U - 金属加热体及金属加热装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种金属加热体及金属加热装置，包括铝制基材和电热层，电热层与铝制基材相固定，在远离铝制基材的方向，电热层包括氧化铝薄膜区和加热区，氧化铝薄膜区隔离加热区和铝制基材，氧化铝薄膜区和加热区为一体结构，金属加热体还具有两个电极层，氧化铝薄膜区的一部分位于电极层与铝制基材之间，其中一个电极层的至少部分与加热区的一端电连接，另一个电极层的至少部分与加热区的另一端电连接。金属加热体的电热层具有加热区和氧化铝薄膜区，结构稳定，使其可以在高低温冲击下，不容易脱落、龟裂，性能稳定。

Description

金属加热体及金属加热装置

技术领域

本实用新型涉及电加热领域，尤其涉及一种金属加热体及金属加热装置。

背景技术

一般的电加热产品有采用电阻丝加热方式或者膜加热方式。以电阻丝为加热方式的加热部件是用镁粉等密封填充于铝管内，通过加热管对流体进行加热。以膜加热方式的加热部件是将金属电阻膜印刷在加热部件上，在印刷金属电阻膜前需要先印刷一层绝缘层，而且金属电阻膜需要通过多次印刷烧结，多层印刷结构在多次冷热冲击后容易破裂剥离。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种耐高低温冲击、且结构稳定的金属加热体及金属加热装置。

为实现上述目的，采用如下技术方案：一种金属加热体，包括铝制基材和电热层，所述电热层与铝制基材相固定，在远离所述铝制基材的方向，所述电热层包括氧化铝薄膜区和加热区，所述氧化铝薄膜区隔离所述加热区和所述铝制基材，所述氧化铝薄膜区和所述加热区为一体结构，所述金属加热体还具有两个电极层，所述氧化铝薄膜区的一部分位于所述电极层与所述铝制基材之间，其中一个电极层的至少部分与所述加热区的一端电连接，另一个电极层的至少部分与所述加热区的另一端电连接。

所述氧化铝薄膜区与所述加热区的材料不同，所述氧化铝薄膜区包括融合区，所述融合区中融入有与所述加热区的材料相同的材料。

所述铝制基材包括铝管或铝板，所述铝制基材厚度为0.05-5毫米之间；所述电热层连续不间断的面覆盖所述铝制基材，所述加热区以连续不间断的面覆盖所述铝制基材。

所述金属加热体的加热区的电阻系数为85％-115％，所述电阻系数是指工作电阻与常温电阻之比值。

所述铝制基材为铝管，所述铝管管径为6-80mm，所述铝管的加热功率为10-3000W，所述铝管的加热区的功率密度为1-100w/cm²。

所述融合区厚度在0.1-10μm范围内，所述加热区厚度在1-30μm范围内，所述氧化铝薄膜区厚度在3-40μm范围内。

还包括电绝缘层，所述电绝缘层覆盖所述电热层；

所述金属加热体还包括烧结涂层，所述烧结涂层由负温度系数电阻性能材料制成，所述烧结涂层位于所述电绝缘层，所述负温度系数电阻性能材料的烧结涂层为NTC性能的烧结涂层。

所述氧化铝薄膜区通过对铝制基材进行阳极氧化而形成。

为实现上述目的，采用如下技术方案：一种金属加热装置，包括固定架和根据上述技术方案所述的金属加热体，所述金属加热体为铝管，所述金属加热体固定于所述固定架，所述金属加热装置具有进口和出口，所述进口与所述出口与所述铝管内腔连通。

上述技术方案的金属加热体包括铝制基材和电热层，电热层与铝制基材相固定，电热层具有加热区和氧化铝薄膜区，氧化铝薄膜区和加热区为一体结构，结构稳定，使其可以在高低温冲击下，不容易脱落、龟裂，性能稳定。

附图说明

图1为本实用新型金属加热体的一种实施方式结构示意图；

图2为本实用新型金属加热体的一种实施方式的剖面示意图；

图3为本实用新型金属加热体的另一种实施方式的剖面示意图；

图4为本实用新型金属加热体的又一种实施方式的剖面示意图；

图5为现有膜加热管的结构示意图；

图6为现有膜加热片的结构示意图；

图7为本实用新型金属加热装置的一种实施方式的简略示意图。

具体实施方式

参照图1-图4，图1示意出一种金属加热体的结构示意图，金属加热体包括铝制基材1和电热层2，电热层2与铝制基材1相固定，这两者相固定是指电热层附着在铝制基材1上后不掉落保持两者为一个整体结构。

在远离所述铝制基材的方向，电热层2具有氧化铝薄膜区21和加热区 23，氧化铝薄膜区21和加热区23为一体结构，氧化铝薄膜区21隔离加热区23和铝制基材1，本文中，氧化铝薄膜区21和加热区23为一体结构是指氧化铝薄膜区21和加热区23为同一层的结构。其中，远离铝制基材的方向是指以铝制基材为中心向外辐射方向。

本文中，铝制基材包括铝、铝合金等材料。

金属加热体还具有两个电极层3，氧化铝薄膜区21的一部分位于电极层3与铝制基材1之间，其中一个电极层3的至少部分与加热区23的一端电连接，另一个电极层3的至少部分与加热区的另一端电连接。当然在金属加热体以金属板或金属片等结构时，加热区23呈圆形或方形或其他不规则结构时，加热区的一端代表圆形或方形或其他不规则结构的某一个部位，加热区的另一端代表圆形或方形或其他不规则结构的另一个部位，即本文中的一端、另一端更倾向于是电流流动时的端部，电极层3也可以为3个或更多。

氧化铝薄膜区21与加热区23的材料不同，氧化铝薄膜区21包括融合区22，融合区22中融入有与加热区23的材料相同的材料。

氧化铝薄膜区21的形成是通过对铝制基材进行阳极氧化处理，以在铝制基材表面形成氧化铝薄膜，氧化铝薄膜致密和连续不间断，然后将纳米材料通过真空蒸镀或气相沉积或离子溅射或等离子镀等方式覆盖于氧化铝薄膜，如此形成电热层2，电热层包括氧化铝薄膜区21和加热区。氧化铝薄膜区21以一片式连续不间断的面覆盖铝制基材，由于氧化铝的硬度高，氧化铝薄膜区21在金属加热体结构中起着铝制基材与融合区、加热区之间的电绝缘作用，保证金属加热体的用电安全。

氧化铝薄膜区21具有融合区22，由于融合区22里纳米材料与氧化铝融合，使得氧化铝薄膜区21、加热区23形成一层致密的结构，结构稳定，使其可以在高低温冲击下，不容易脱落、龟裂，性能稳定。

铝制基材1可以为铝管或铝板或铝片等，铝制基材1厚度为0.05-5 毫米之间；加热区23以一片式连续不间断的面覆盖所述铝制基材1。本文中，一片式是指加热区23不分开，呈整片形式。由于加热区23以一片式覆盖铝制基材1，在金属加热体被通电时，整个加热区23迅速加热，使得整片加热区23覆盖的铝制基材1具有差不多的温度，一方面使得铝制基材1对欲加热的流体可以实现均匀地加热，另一方面，均匀受热的加热区23 对铝制基材1的应力比较均匀，有助于铝制基材1的抗裂、防变形。

具体的，当铝制基材1为铝管时，加热区23可以连续不间断的面包覆在铝管外周，加热区23位于铝管中部区域，加热区23包覆区域占铝管表面积的60-90％。在加热区23位于铝管内表面时，加热区23包覆区域占铝管内表面积的60-90％，在电热层2位于铝管外表面时，加热区23包覆区域占铝管外表面积的60-90％。

当铝制基材1为铝板或铝片时，加热区23可以连续不间断的面覆盖在铝板或铝片，电热层2位于铝板或铝片中部区域，加热区23包覆区域占铝板或铝片表面积的60-90％。

金属加热体的加热区的电阻系数为85％-115％，其中，电阻系数是指工作电阻与常温电阻之比值。例如，当金属加热体未工作时，电阻为R1，当金属加热体通电加热时，工作电阻为R2，电阻系数＝R2/R1，金属加热体的电阻系数接近于1，能使金属加热体在加热时的加热效率较高，同时由于金属加热体在工作及常温下的电阻变化不大，也更易于金属加热体的温度控制。

金属加热体的功率密度可以在1-150w/cm²范围内，功率密度是指功率与加热区面积的比值。功率密度范围很广，可适用于产品较多。当铝制基材1为铝管时，铝管管径为6-80mm，铝管的加热功率可以为10-3000W，铝管的加热区的功率密度为1-100w/cm²。功率密度较高，使得加热区面积较小的情况下即可实现高功率，在能实现较高功率满足应用所需的情况下，金属加热体整体结构可以做的很小，结构小巧。由于金属加热体具有铝制基材，铝制基材上固定的电热层具有氧化铝薄膜区和加热区，加热区的功率密度可以非常小，例如1-10w/cm²时，这时可以通过电池等驱动。

金属加热体的融合区22厚度在0.1-10μm范围内，加热区23厚度在 1-30μm范围内，氧化铝薄膜区21厚度在3-40μm范围内。虽然加热区23 厚度在1-30μm范围，厚度非常小，但由于氧化铝薄膜区21具有一个融合区22，且融合区22厚度在0.1-10μm范围，强力地保证了加热区23和氧化铝薄膜区21之间的连接，使得加热区结构稳定，不容易脱落、破裂。另外，由于氧化铝薄膜区21是通过对铝制基材进行阳极氧化而形成的，厚度可以非常小，同时也由于融合区22的存在，融合区22内纳米材料与氧化铝融合，提升了氧化铝薄膜区的金属导热性，更进一步使得氧化铝薄膜区 21厚度较小，在3-40μm范围内，如此，电热层2厚度很薄，也有利于电热层2的均匀性。

具体的，作为一种实施方式，加热区23包括SnO₂金属氧化物纳米材料，氧化铝薄膜区21包括非金属可烧结固化的玻璃体或者有机涂层材料。

作为另一种实施方式，加热区23包括石墨烯纳米材料，所述氧化铝薄膜区21包括非金属可烧结固化的玻璃体或者有机涂层材料。

作为其他实施方式，加热区23可以包括ZO金属氧化物纳米加热材料、 In₂O₃金属氧化物纳米加热材料、ZnO金属氧化物纳米加热材料、LiO金属氧化物纳米加热材料、SnO₂金属氧化物纳米加热材料、Ca₂InO₄金属氧化物纳米加热材料、石墨烯纳米加热材料、纳米银加热材料中的至少一种。例如，加热区23包括ZO金属氧化物纳米加热材料、In₂O₃金属氧化物纳米加热材料、ZnO金属氧化物纳米加热材料、LiO金属氧化物纳米加热材料、 SnO₂金属氧化物纳米加热材料、Ca₂InO₄金属氧化物纳米加热材料、石墨烯纳米加热材料、纳米银加热材料中的两种以上，使得加热区的导电性更强。

电热层2的电极层3是通过将银浆料丝网印刷烧结固定于电热层，烧结温度为120-500℃。参照图3，电极层3可部分覆盖于加热区23，使得电极层3与加热区23电连接较好。参照图2，电极层3也可以紧贴着加热区23，通过电极层3向加热区23供电。电极层3距离金属导电部件的距离要远于氧化铝薄膜区21距离金属导电部位的距离，保证电气安全距离。

参照图4，金属加热体还可以包括电绝缘层4，电绝缘层4覆盖电极层 3和加热区23。电绝缘层4是通过将绝缘材料通过丝网印刷烧结固定于加热区23而形成。

金属加热体还包括烧结涂层5，所述烧结涂层5由负温度系数电阻性能材料制成，所述烧结涂层5位于所述电绝缘层4，所述负温度系数电阻性能材料的烧结涂层5为NTC性能的烧结涂层5。

作为对比，图5和图6就是现有厚膜式加热膜的结构图，图5和图6 示意出的加热部件具有基材1’、加热膜2’和电极3’，图5和图6中的加热膜2’是间隔分开设置。在设置有金属膜的区域加热温度高，在未设置有金属膜的区域加热温度低，如此容易使基材破裂，且流体加热的均匀性也较差。

参照图7，图7示意出一种金属加热装置的简略结构示意图。金属加热装置包括金属加热体10、固定架13，金属加热体10为铝管，金属加热体10固定于固定架13，金属加热装置具有进口11和出口12，进口11与出口12与所述铝管内腔连通。金属加热装置可应用于各种即热需求的加热场所。

需要说明的是：以上实施例仅用于说明本实用新型而并非限制本实用新型所描述的技术方案，例如对“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”等方向性的界定，尽管本说明书参照上述的实施例对本实用新型已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，所属技术领域的技术人员仍然可以对本实用新型进行相互组合、修改或者等同替换，而一切不脱离本实用新型的精神和范围的技术方案及其改进，均应涵盖在本实用新型的权利要求范围内。

Claims (9)

1.一种金属加热体，其特征在于，包括铝制基材和电热层，所述电热层与铝制基材相固定，在远离所述铝制基材的方向，所述电热层包括氧化铝薄膜区和加热区，所述氧化铝薄膜区隔离所述加热区和所述铝制基材，所述氧化铝薄膜区和所述加热区为一体结构，所述金属加热体还具有两个电极层，所述氧化铝薄膜区的一部分位于所述电极层与所述铝制基材之间，其中一个电极层的至少部分与所述加热区的一端电连接，另一个电极层的至少部分与所述加热区的另一端电连接。

2.根据权利要求1所述的金属加热体，其特征在于，所述氧化铝薄膜区与所述加热区的材料不同，所述氧化铝薄膜区包括融合区，所述融合区中融入有与所述加热区的材料相同的材料。

3.根据权利要求1或2所述的金属加热体，其特征在于，所述铝制基材包括铝管或铝板，所述铝制基材厚度为0.05-5毫米之间；所述电热层以连续不间断的面覆盖所述铝制基材，所述加热区以连续不间断的面覆盖所述铝制基材。

4.根据权利要求1或2所述的金属加热体，其特征在于，所述金属加热体的加热区的电阻系数为85％-115％，所述电阻系数是指工作电阻与常温电阻之比值。

5.根据权利要求1或2所述的金属加热体，其特征在于，所述铝制基材为铝管，所述铝管管径为6-80mm，所述铝管的加热功率为10-3000W，所述铝管的加热区的功率密度为1-100w/cm²。

6.根据权利要求2所述的金属加热体，其特征在于，所述融合区厚度在0.1-10μm范围内，所述加热区厚度在1-30μm范围内，所述氧化铝薄膜区厚度在3-40μm范围内。

7.根据权利要求1或2或6所述的金属加热体，其特征在于，还包括电绝缘层，所述电绝缘层覆盖所述电热层；

所述金属加热体还包括烧结涂层，所述烧结涂层由负温度系数电阻性能材料制成，所述烧结涂层位于所述电绝缘层，所述负温度系数电阻性能材料的烧结涂层为NTC性能的烧结涂层。

8.根据权利要求1或2或6所述的金属加热体，其特征在于，所述氧化铝薄膜区通过对铝制基材进行阳极氧化而形成。

9.一种金属加热装置，其特征在于，包括固定架和根据权利要求1-8中任一项所述的金属加热体，所述金属加热体为铝管，所述金属加热体固定于所述固定架，所述金属加热装置具有进口和出口，所述进口与所述出口与所述铝管内腔连通。

Images