本實(shí)用新型涉及電加熱設(shè)施技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種加熱器。

背景技術(shù)：

加熱器體積小，加熱功率高，使用十分廣泛，人們?cè)絹?lái)越離不開它。加熱器原理的核心的是能量轉(zhuǎn)換，最廣泛的就是電能轉(zhuǎn)換成熱能。比如電加熱器，而電加熱器的加熱方式中常見的為電阻加熱，所謂電阻加熱是利用電流的焦耳效應(yīng)將電能轉(zhuǎn)變成熱能以加熱物體。通常分為直接電阻加熱和間接電阻加熱。前者的電源電壓直接加到被加熱物體上，當(dāng)有電流流過(guò)時(shí)，被加熱物體本身(如電加熱熨平機(jī))便發(fā)熱。間接電阻加熱需由專門的合金材料或非金屬材料制成發(fā)熱元件，由發(fā)熱元件產(chǎn)生熱能，通過(guò)輻射、對(duì)流和傳導(dǎo)等方式傳到被加熱物體上。由于被加熱物體和發(fā)熱元件分成兩部分，因此被加熱物體的種類一般不受限制，操作簡(jiǎn)便。

間接電阻加熱的發(fā)熱元件所用材料，一般要求電阻率大、電阻溫度系數(shù)小，在高溫下變形小且不易脆化。常用的有鐵鋁合金、鎳鉻合金等金屬材料和碳化硅、二硅化鉬等非金屬材料。金屬發(fā)熱元件的最高工作溫度，根據(jù)材料種類可達(dá)1000～1500℃；非金屬發(fā)熱元件的最高工作溫度可達(dá)1500～1700℃。后者安裝方便，可熱爐更換，但它工作時(shí)需要調(diào)壓裝置，壽命比合金發(fā)熱元件短，一般用于高溫爐、溫度超過(guò)金屬材料發(fā)熱元件允許最高工作溫度的地方和某些特殊場(chǎng)合。發(fā)熱元件的最高工作溫度低、電、熱轉(zhuǎn)化率低既限制了加熱器的工作場(chǎng)合還造成電能、熱能的浪費(fèi)，所以需要一種新型的高效節(jié)能的加熱器。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于提供一種加熱器，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的因發(fā)熱元件材料的限制，電、熱轉(zhuǎn)化率低導(dǎo)致加熱器效率低，使用成本高的技術(shù)問(wèn)題。

本實(shí)用新型是一種加熱器，包括引出電極、發(fā)熱元件、冷端元件以及限位套；

所述引出電極分別延伸出一個(gè)固定端；

所述冷端元件一端與引出電極的固定端連接，另一端與發(fā)熱元件連接；

所述發(fā)熱元件另一端與限位套連接；

所述發(fā)熱元件由碳纖維、石墨或碳素材料制成。

進(jìn)一步的，所述引出電極有兩個(gè)且分別延伸出一個(gè)固定端；

所述冷端元件由第一冷端和第二冷端組成，一個(gè)所述引出電極的固定端與所述第一冷端連接，另一個(gè)引出電極的固定端與所述第二冷端連接，所述第一冷端與所述第二冷端互不接觸；

所述發(fā)熱元件有兩個(gè)，一個(gè)發(fā)熱元件的一端與所述第一冷端連接，另一個(gè)發(fā)熱元件的一端與所述第二冷端連接；

所述發(fā)熱元件的另一端都與限位套連接。

進(jìn)一步的，還包括保護(hù)管，所述保護(hù)管包括外保護(hù)管和測(cè)溫?zé)崤脊埽?/p>

所述外保護(hù)管內(nèi)放置第一冷端、第二冷端、發(fā)熱元件以及限位套，所述測(cè)溫?zé)崤脊芊胖迷诘谝焕涠撕偷诙涠酥g；

所述測(cè)溫?zé)崤脊芎屯獗Ｗo(hù)管由氮化硅陶瓷制成。

進(jìn)一步的，所述外保護(hù)管內(nèi)部空間裝有絕緣、散熱性好、傳熱性好的填充粉體。

進(jìn)一步的，所述填充粉體為粉末狀的氮化硼陶瓷、氮化硅陶瓷或氧化鋁。

進(jìn)一步的，所述外保護(hù)管內(nèi)部環(huán)境為真空。

進(jìn)一步的，所述限位套位于所述外保護(hù)管的底部；

所述限位套上面設(shè)有凹槽，所述測(cè)溫?zé)崤脊艿牡撞康衷谒霭疾凵稀?/p>

進(jìn)一步的，所述限位套由石墨、碳素或碳纖維材料制成。

進(jìn)一步的，還包括隔熱片，所述隔熱片位于所述引出電極和所述第一冷端之間以及所述引出電極和所述第二冷端之間。

進(jìn)一步的，還包括上連接片和下連接片；

所述上連接片和下連接片由氮化硼、氮化硅或氧化鋁制成；

所述上連接片和下連接片將第一冷端和第二冷端相對(duì)固定連接；

所述第一冷端和第二冷端互不接觸。

有益效果：本實(shí)施例提供的加熱器，由一個(gè)引出電極、冷端、發(fā)熱元件通過(guò)限位套與以一個(gè)或兩個(gè)發(fā)熱元件、冷端、引出電極順次連接，形成一個(gè)安整的二相或三相電回路，實(shí)現(xiàn)電阻加熱過(guò)程；其中，冷端元件具有數(shù)倍于發(fā)熱體的橫截面積，其電阻遠(yuǎn)小于發(fā)熱元件，加熱過(guò)程中只產(chǎn)生較低的熱量，溫度幾乎不會(huì)變化，防止了引出電極在連接處溫度過(guò)熱而損壞；限位套與發(fā)熱元件固定，以限制發(fā)熱元件的移動(dòng)，發(fā)熱元件由碳纖維、石墨或碳素材料制成，碳纖維、石墨、碳素材料電、熱轉(zhuǎn)化率可達(dá)到70-97％，且不產(chǎn)生電磁場(chǎng)，使其擁有高效、節(jié)能、環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)，并且其耐高溫，電阻率大的特點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)加熱器的小規(guī)格、大功率化，具有較高的實(shí)用價(jià)值。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本實(shí)用新型具體實(shí)施方式或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)具體實(shí)施方式或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本實(shí)用新型的一些實(shí)施方式，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種加熱器的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)記：

1、引出電極； 2、隔熱片； 3、上連接片；

4、冷端元件； 5、下連接片； 6、填充粉體；

7、發(fā)熱元件； 8、測(cè)溫?zé)崤脊埽? 9、外保護(hù)管；

10、限位套； 11、固定端； 41、第一冷端；

42、第二冷端。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。

在本實(shí)用新型的描述中，需要說(shuō)明的是，術(shù)語(yǔ)“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本實(shí)用新型和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本實(shí)用新型的限制。此外，術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”、“第三”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性。

在本實(shí)用新型的描述中，需要說(shuō)明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語(yǔ)“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過(guò)中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)在本實(shí)用新型中的具體含義。

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種加熱器的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

本實(shí)用新型提供的加熱器包括引出電極1、發(fā)熱元件7、冷端元件4以及限位套10；所述引出電極1分別延伸出一個(gè)固定端11；所述冷端元件4一端與引出電極1的固定端11連接，另一端與發(fā)熱元件7連接；所述發(fā)熱元件7另一端與限位套10連接；所述發(fā)熱元件7由碳纖維、石墨或碳素材料制成。即由一個(gè)引出電極1、冷端、發(fā)熱元件7通過(guò)限位套10與以一個(gè)或兩個(gè)發(fā)熱元件7、冷端、引出電極1順次連接，形成一個(gè)安整的二相或三相電回路，實(shí)現(xiàn)電阻加熱過(guò)程。發(fā)熱元件7由碳纖維、石墨或碳素材料制成，碳纖維、石墨、碳素材料電、熱轉(zhuǎn)化率可達(dá)到70-97％，且不產(chǎn)生電磁場(chǎng)，使其擁有高效、節(jié)能、環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)，并且其耐高溫，電阻率大的特點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)加熱器的小規(guī)格、大功率化，具有較高的實(shí)用價(jià)值。

本實(shí)施例提供的一種加熱器是一種二相加熱器，如圖1所示，所述引出電極1有兩個(gè)且分別延伸出一個(gè)固定端11；所述冷端元件4由第一冷端和第二冷端組成，一個(gè)所述引出電極1的固定端11與所述第一冷端連接，另一個(gè)引出電極1的固定端11與所述第二冷端連接，所述第一冷端與所述第二冷端互不接觸；所述發(fā)熱元件7有兩個(gè)，一個(gè)發(fā)熱元件7的一端與所述第一冷端連接，另一個(gè)發(fā)熱元件7的一端與所述第二冷端連接；所述發(fā)熱元件7的另一端都與限位套10連接。

本實(shí)施例提供的加熱器，設(shè)置的冷端元件4由第一冷端41和第二冷端42組成，并分別連接引出電極1和發(fā)熱元件7，由于第一冷端41和第二冷端42的阻值遠(yuǎn)小于發(fā)熱元件7的阻值所以相比于發(fā)熱元件7，其在加熱器工作時(shí)產(chǎn)生的熱量非常小，溫度幾乎不會(huì)變化，防止了引出電極1在連接處溫度過(guò)熱而損壞；限位套10與發(fā)熱元件7固定，以限制發(fā)熱元件7的移動(dòng)，由于本實(shí)施例提供的加熱器為管型加熱器，所以第一冷端41和第二冷端42在本實(shí)施例中的形狀為沿圓面正中截開的半個(gè)空心圓柱，兩半個(gè)空心圓柱互不接觸；第一冷端41和第二冷端42也由碳纖維、石墨或碳素材料制成且通過(guò)增大橫截面積的方式使電阻遠(yuǎn)小于發(fā)熱元件7的電阻。

對(duì)冷端元件4來(lái)說(shuō)，碳纖維、石墨、碳素材料電、熱轉(zhuǎn)化率可達(dá)到70-97％，且不產(chǎn)生電磁場(chǎng)，本實(shí)施例中，加熱器選用石墨制作發(fā)熱元件7、第一冷端41和第二冷端42。石墨的熔點(diǎn)為3850±50℃，沸點(diǎn)為4250℃，即使經(jīng)超高溫電弧灼燒，重量的損失很小，熱膨脹系數(shù)也很?。皇珡?qiáng)度隨溫度提高而加強(qiáng)，在2000℃時(shí)，石墨的強(qiáng)度更是提高一倍；因此用石墨作為發(fā)熱元件7可以提高加熱器的使用壽命。

更重要的，常溫下石墨的電阻率為(8～13)×10^-6Ω·m，相比于各金屬的電阻率：鎳鉻合金1.0×10^-6Ω·m和鐵鋁合金(1.57～1.68)×10^-6Ω·m，石墨的電阻率更大，同樣的長(zhǎng)度和橫截面積，石墨的電阻阻值更大，在電流一定的情況下放出的熱能越多，又由于石墨的耐高溫性能，可以在其兩端輸出更大的電壓，既可以實(shí)現(xiàn)更大功率工作，所以，用石墨作為發(fā)熱元件7可以在保持原規(guī)格甚至更小規(guī)格的情況下實(shí)現(xiàn)更大功率工作，大大提高了加熱器的工作效率。

值得注意的，根據(jù)加熱器的加熱模式有二相加熱以及三相加熱，發(fā)熱元件7數(shù)目為兩個(gè)或三個(gè)以及它們的倍數(shù)，根據(jù)加熱器的工作環(huán)境以及發(fā)熱元件7的電阻以及電阻率的影響選擇使用不同相的加熱器，常用的，選擇二相加熱器，此時(shí)發(fā)熱元件7的數(shù)目為二或二的倍數(shù)；如果為了避免工作中出現(xiàn)電網(wǎng)三相負(fù)載不平衡以及需要調(diào)壓的問(wèn)題，選擇三相加熱器，此時(shí)發(fā)熱元件7的數(shù)目為三或三的倍數(shù)。

作為本實(shí)施例的進(jìn)一步改進(jìn)，除了可以通過(guò)增加發(fā)熱元件7的數(shù)目來(lái)完成快速均勻散熱目的，還可以通過(guò)增加發(fā)熱元件7的表面積來(lái)達(dá)成該目的，即可以將線材改為管材或板材。

本實(shí)施例的保護(hù)管包括外保護(hù)管9和測(cè)溫?zé)崤脊?，外保護(hù)管9內(nèi)放置第一冷端41、第二冷端42、發(fā)熱元件7以及限位套10，測(cè)溫?zé)崤脊?放置在第一冷端41和第二冷端42之間。外保護(hù)管9和測(cè)溫?zé)崤脊?一起將第一冷端41、第二冷端42和發(fā)熱元件7封閉在密閉空間里，防止工作時(shí)發(fā)熱元件7高溫氧化，同時(shí)在測(cè)溫?zé)崤脊?的空心內(nèi)還可以插入熱偶傳感器以便隨時(shí)檢測(cè)溫度變化。

現(xiàn)有技術(shù)中，大部分的加熱器的保護(hù)管即外殼都是采用不銹鋼制成，在使用鎳鉻合金、鐵鋁合金等作為發(fā)熱元件7時(shí)，由于本身的電、熱轉(zhuǎn)化率不高，導(dǎo)致加熱器升溫緩慢，不銹鋼可以適應(yīng)該程度的溫差變化，但將石墨作為發(fā)熱元件7后，由于其高效電、熱轉(zhuǎn)化率，使加熱器升溫很快，作為保護(hù)管的不銹鋼不能很好的適應(yīng)該程度的溫差變化從而導(dǎo)致保護(hù)管損壞進(jìn)而影響加熱器的功能。作為本實(shí)施例的進(jìn)一步改進(jìn)，測(cè)溫?zé)崤脊?和外保護(hù)管9由氮化硅陶瓷制成。

氮化硅(Si3N4)陶瓷材料作為一種優(yōu)異的高溫工程材料，最能發(fā)揮優(yōu)勢(shì)的是其在高溫領(lǐng)域中的應(yīng)用。首先它極耐高溫，且在不太高的溫度下，氮化硅具有較高的強(qiáng)度和抗沖擊性，強(qiáng)度一直可以維持到1200℃的高溫而不下降，受熱后不會(huì)熔成融體，一直到1900℃才會(huì)分解，但由于氮化硅在1200℃以上會(huì)隨使用時(shí)間的增長(zhǎng)而出現(xiàn)破損，使其強(qiáng)度降低，在1450℃以上更易出現(xiàn)疲勞損壞，所以氮化硅的使用溫度一般不超過(guò)1300℃。氮化硅的使用溫度大于發(fā)熱元件7石墨的最高工作溫度，滿足加熱器的需求。

再者，氮化硅有驚人的耐化學(xué)腐蝕性能，能耐幾乎所有的無(wú)機(jī)酸和30％以下的燒堿溶液，也能耐很多有機(jī)酸的腐蝕，使其能適應(yīng)更多不銹鋼不能完成的工作場(chǎng)合；同時(shí)氮化硅的理論密度低，比不銹鋼和其他工程超耐熱合金鋼輕得多，用氮化硅制作保護(hù)管的加熱器重量更小。再者氮化硅熱膨脹系數(shù)低、導(dǎo)熱率高，故其耐熱沖擊性極佳，在保證強(qiáng)度，耐磨損，耐腐蝕的基礎(chǔ)上，能更好的將熱量傳遞出去，進(jìn)一步的提高了加熱器的工作效率。

最重要的，溫差變化對(duì)氮化硅影響不大，熱壓燒結(jié)的氮化硅加熱到l000℃后投入冷水中也不會(huì)破裂，與用石墨制作的發(fā)熱元件7更配合，提高了加熱器的使用壽命。

發(fā)熱元件7可以快速產(chǎn)生熱能，但想要測(cè)溫?zé)崤脊?和外保護(hù)管9快速升溫，中間還需要能快速傳熱，發(fā)熱元件7與測(cè)溫?zé)崤脊?和外保護(hù)管9均不接觸，所以其中間還裝有絕緣、散熱性好、傳熱性好的填充粉體6。

在本實(shí)施例中，填充粉體6選用粉末狀的氮化硼、氮化硅、氧化鋁，這些材料具有優(yōu)異的導(dǎo)熱性，是高溫、絕緣、散熱性能良好的載體，同時(shí)將發(fā)熱元件7與空氣隔絕，保護(hù)發(fā)熱元件7在高溫下不被空氣氧化。

發(fā)熱元件7為石墨、碳纖維或碳素材料可以在工作狀態(tài)下快速升溫，并且可以上升到1000℃以上，但在有氧狀態(tài)下，碳元素在600℃就容易產(chǎn)生氧化反應(yīng)，所以用測(cè)溫?zé)崤脊?和外保護(hù)管9將發(fā)熱元件7封閉起來(lái)，一方面為了防止發(fā)生觸電事故，另一方面就是為了保護(hù)發(fā)熱元件7工作時(shí)不被氧化。但為了更進(jìn)一步的阻止發(fā)熱元件7被氧化，作為本實(shí)施例的進(jìn)一步改進(jìn)，對(duì)外保護(hù)管9內(nèi)部的空間進(jìn)行抽真空處理，將外保護(hù)管9內(nèi)部空氣全部趕出，最后用耐高溫膠泥封閉發(fā)熱元件7與外界的聯(lián)系。

值得注意的，在加熱器的上半部分有兩半個(gè)空心圓柱只能稍微限制測(cè)溫?zé)崤脊?的左右晃動(dòng)，且還不能限制測(cè)溫?zé)崤脊?的上下移動(dòng)；所以限位套10除了與發(fā)熱元件7固定，防止發(fā)熱元件7在外力作用下移動(dòng)或斷裂，還可以限制測(cè)溫?zé)崤脊?的移動(dòng)，限位套10設(shè)置在外保護(hù)管9的底部，限位套10上面設(shè)有凹槽，測(cè)溫?zé)崤脊?的底部抵在所述凹槽上。這樣，限位套10被固定在外保護(hù)管9的底部，測(cè)溫?zé)崤脊?受凹槽的限制不能水平晃動(dòng)，達(dá)到了加熱器內(nèi)部的相對(duì)靜止，提高了加熱器的穩(wěn)定性。

在本實(shí)施例中，冷端元件4通過(guò)增大橫截面積以減少電阻值，進(jìn)而減少熱能、控制溫度升高達(dá)到防熱的目的，但隨著加熱器工作時(shí)間的延長(zhǎng)，發(fā)熱元件7產(chǎn)生的溫度還是會(huì)傳到冷端元件4，使冷端元件4溫度升高進(jìn)而對(duì)引出電極1造成影響。所以進(jìn)一步的，本加熱器還設(shè)有隔熱片2，隔熱片2位于引出電極1和第一冷端41之間以及引出電極1和第二冷端42之間，在本實(shí)施例中，隔熱片2整體為有一定厚度的圓柱體，且圓面只設(shè)有兩個(gè)供引出電極1固定端11通過(guò)的孔洞，隔熱片2進(jìn)一步的組織熱量向外散發(fā)。

作為本實(shí)施例的進(jìn)一步改進(jìn)，還包括使第一冷端41和第二冷端42相對(duì)固定連接的上連接片3和下連接片5，在本實(shí)施例中，上連接片3和下連接片5可以是圓形也可以是長(zhǎng)方形，且其與第一冷端41和第二冷端42之間為螺釘連接，設(shè)置上連接片3和下連接片5的目的是為了使兩冷端相對(duì)固定在一位置且互不接觸，因此上連接片3和下連接片5是采用氮化硅、氧化鋁或氮化硼材料，它們都有很好的絕緣性和較強(qiáng)的機(jī)械強(qiáng)度，且就如氮化硅來(lái)說(shuō)，除了是一種高性能電絕緣材料，還具有耐高溫等其他性能，在加熱器工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換間產(chǎn)生的高溫和驟變的溫差也不會(huì)對(duì)上連接片3和下連接片5造成損壞，進(jìn)一步提高了加熱器的使用壽命。

最后應(yīng)說(shuō)明的是：以上各實(shí)施例僅用以說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述各實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本實(shí)用新型各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍。