[发明专利]一种板式电加热器

说明书

本发明公开了一种板式电加热器，涉及加热器领域，包括正极板，负极板和发热部件；所述正极板和所述负极板分别设置在发热部件的两端；所述发热部件被设置为泡沫金属。本发明的板式加热器表面功率分布均匀、具有高的表面功率密度且其加热部件的厚度易于焊接。

技术领域

本发明涉及加热器领域，尤其涉及一种板式电加热器。

背景技术

电加热设备在工业应用及实验研究等诸多领域均有着广泛的应用。近年来，在两相流研究领域，平板矩形通道由于其在反应堆设计(如韩国的KIJANG研究堆)、紧凑型换热器以及微电子领域的广泛应用而吸引了越来越多科研工作者对板式矩形通道进行工程性以及机理性研究。为研究矩形通道的沸腾换热特性，需使用板式电加热器对通道进行加热。实验研究或工程应用对高功率板式电加热器(表面功率密度大于50w/cm^2)均有必要的需求。

电加热器多为利用电流的焦耳效应将电能转换为热能以加热物体。现有的板式电加热器主要可分为不锈钢电热板、陶瓷电热板、铸铝铸铁电热板、ITO电加热以及金属薄膜电加热等。前三者的区别在于使用的板面材料不同，从而获得了不同的传热、耐腐蚀、耐温等特性，其产热部件均为布置于内部的电阻丝或加热管。ITO电加热方式则为直接对氧化铟锡膜通电进行加热，其主要的优点为表面加热功率分布均匀。金属薄膜电加热与ITO类似，直接对金属薄膜通电进行加热。

采用电阻丝加热的电加热板由于内部热源为电阻丝而非整体发热，受电阻丝布置及内部填充材质的影响，其表面功率分布不够均匀，此外受限于电阻丝的布置空间需求，该类型电加热板最大表面功率亦有所受限(市场常见的最大表面功率密度仅为10w/cm^2左右)，为获得大的加热功率需要体积较大。ITO电加热虽能使加热板表面功率分布均匀，但其最大功率极低,通常整体加热功率仅为十几瓦特，无法应用于高加热功率需求场所。金属薄膜电加热方式，可获得较为均匀得表面功率分布，且理论上可达到较大得加热功率，但实际应用中，由于金属材料低电阻率的特性，为达到高的加热功率，在加热板面积一定的条件下，一方面需要采用低电压大电流的电源对其进行供电，另一方面需要使用尽可能薄的金属膜。电路铜排与金属薄膜之间存在接触电阻，若接触电阻较大，则会在接触处大量产热，不仅会使得电能有效利用率降低还会产生安全隐患。降低接触电阻最有效的方式为焊接，然而金属薄膜由于厚度过小，无法与铜排进行焊接，仅可依靠压紧的方式进行固定。因此，实际使用中，金属薄膜电加热亦无法达到高的加热功率。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种板式电加热器，其表面功率分布均匀、具有高的表面功率密度且其加热部件的厚度易于焊接。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种表面功率分布均匀、具有高的表面功率密度且其加热部件的厚度易于焊接的电加热器。

泡沫金属亦称高孔率金属，是指具有三维网状结构、在金属基体中分布着大量连通或不连通孔洞的新型轻质结构-功能材料。由常用作电加热材料的铁铬铝、镍铬等合金制备的泡沫金属，其电阻率可达传统同材料合金的几十倍，且同样具备耐高温氧化、使用温度高等特性。对于大功率电热器，作为与外部电源正负极连接的铜排和发热元件之间的接触电阻是限制金属薄膜电加热器最大功率的主要原因之一。本发明核心思想为使用通孔泡沫金属代替金属薄膜，使得在同等电阻及加热板面积的情况下，泡沫金属的厚度可达到金属薄膜厚度的数十倍。从而满足铜排与发热元件焊接的条件，减小接触电阻，进而使得板式的电加热器可在高功率下运行。

由于通孔泡沫金属内部存在大量孔隙，若加热板为封闭式设计，则充斥在孔隙中的静止空气会在一定程度上影响加热板传热效果，为增强导热效果，提高加热板表面功率分布的均匀化程度，本发明认为封闭加热器设计，可向泡沫金属加热板孔隙内填充合适的导热物质，若所采用的泡沫金属为粗孔材料(孔径50μm),推荐通过挤压方式使用导热硅脂填充泡沫金属内部孔隙，若所使用泡沫金属属于中孔(2μm孔径50μm)材料，则可使用导热油通过浸泡方式填充泡沫金属内部孔隙。