柔性石墨片纏繞式電加熱管及其制備方法
【專利摘要】一種柔性石墨片纏繞式電加熱管及其制備方法，采用超薄柔性石墨片作為電加熱元件纏繞于絕緣體的外表面，然后在超薄柔性石墨片的兩端采用紫銅箔作為電極并與市電相連，由此對絕緣體內(nèi)表面水進(jìn)行加熱，實現(xiàn)即熱式水電分離式電加熱管；石墨片外層包裹有絕緣絕熱材料以進(jìn)行電絕緣和保溫處理，該絕緣絕熱材料為玻璃纖維布和/或聚四氟乙稀高溫布；本發(fā)明加熱器的熱流密度可達(dá)到0.6～0.8MW/m2；同時解決高熱流密度下加熱管外表面溫度過高存在的安全性問題和加熱管內(nèi)部流體區(qū)域發(fā)生沸騰不穩(wěn)定現(xiàn)象導(dǎo)致的爆管問題，安全性很好。
【專利說明】 柔性石墨片纏繞式電加熱管及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種日常用品領(lǐng)域的技術(shù)，具體是一種柔性石墨片纏繞式電加熱管及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]即熱式電熱水器在我們的日常生活中應(yīng)用得越來越廣泛，相對于貯水式電熱水器來說，其體積小功率大，加熱速度快。要保證即熱式電熱水器的安全，最重要的是看其加熱方法。目前的加熱方法都或多或少地存在一些問題，還有待改進(jìn)。
[0003]通過調(diào)查現(xiàn)有即熱式電熱水器的現(xiàn)狀，我們發(fā)現(xiàn)金屬電熱管加熱容易結(jié)水垢，而且在高熱流密度下容易燒壞，表面鍍膜加熱對鍍膜工藝要求比較嚴(yán)格，成本較高，另外，現(xiàn)有的采用鍍膜石英管加熱的即熱式電熱水器存在爆管問題，安全性能不好。
[0004]石墨片是一種全新的導(dǎo)熱材料，其沿兩個方向?qū)峋鶆?，表面可以與金屬、塑膠、不干膠等其它材料組合以滿足更多的設(shè)計功能和需要；具有高的導(dǎo)熱系數(shù)(150?1200W/m.k)，其導(dǎo)熱性能比金屬的導(dǎo)熱還好，其耐溫可達(dá)400°C，熱阻低，是一種比較理想的加熱材料。目前已經(jīng)具備穩(wěn)定和高效的石墨片的工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)，柔性石墨片的成本低廉，耐高溫且性能穩(wěn)定，為我們的新型電加熱器的研發(fā)奠定了基礎(chǔ)。
[0005]經(jīng)過對現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利文獻(xiàn)號CN103801227A公開(公告)日2014.05.21，公開了一種人造金剛石石墨管式加熱結(jié)構(gòu)，其用于對一合成柱進(jìn)行加熱，其包括葉臘石塊、鋼帽、石墨片、石墨管、陶瓷杯以及鋼杯；其中，所述葉臘石塊位于最外層；所述鋼帽分別設(shè)置于葉臘石塊的頂部和底部；所述鋼帽的底部抵接于石墨片上；所述鋼杯、陶瓷杯、石墨管依次包覆于合成柱上；所述石墨片位于石墨管的上下兩端；所述石墨管為無接口的石墨管。該技術(shù)的人造金剛石石墨管式加熱結(jié)構(gòu)采用壓制的石墨管，其密度高且均勻，同時沒有接口，對合成柱加熱時具有發(fā)熱均勻，加熱速度快，有利于金剛石的生長。但該技術(shù)采用石墨管作為加熱元件，發(fā)熱元件的電阻會很小，需要匹配特殊的小電壓大電流電源才能使用，因此只適用于特殊的工業(yè)生產(chǎn)過程，而不能普遍適用于常規(guī)民用220伏或110伏的電源。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提出一種柔性石墨片纏繞式電加熱管及其制備方法，采用厚度為0.0lmm?0.5mm超薄柔性石墨片作為加熱元件,纏繞在絕緣體表面對被加熱物體進(jìn)行加熱，在石墨片外面包裹絕緣絕熱材料，進(jìn)行電絕緣和保溫處理。本發(fā)明具有穩(wěn)定耐用、高能高效、成本低廉和制作工藝簡單的特點，通過控制其厚度和纏繞方式容易加工并匹配合適的電阻，適用于各種不同的電源類型；其良好的柔性特點，也適用于各種不同形狀和功率的被加熱物體，可廣泛應(yīng)用于各類電加熱設(shè)備，既適用于大批量工業(yè)生產(chǎn)，也使用于實驗室簡易高能加熱器的設(shè)計和制作。
[0007]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0008]本發(fā)明涉及一種柔性石墨片纏繞式電加熱管的制備方法，采用超薄柔性石墨片作為電加熱元件纏繞于絕緣體的外表面，然后在超薄柔性石墨片的兩端采用紫銅箔作為電極并與電源相連，由此對絕緣體內(nèi)表面水進(jìn)行加熱，實現(xiàn)即熱式水電分離式電加熱管。
[0009]所述的石墨片外層包裹有絕緣絕熱材料以進(jìn)行電絕緣和保溫處理，該絕緣絕熱材料優(yōu)選為玻璃纖維布和/或聚四乙稀高溫布。
[0010]本發(fā)明涉及上述方法制備得到的柔性石墨片纏繞式電加熱管，可以實現(xiàn)0.6?0.8MW/m2的熱流密度可達(dá)，且石墨的電阻率具有負(fù)溫度效應(yīng)，其制成的加熱管不會隨時間而降低功率；
[0011]所述的超薄柔性石墨片的厚度為0.0lmm?0.5mm。
[0012]所述的絕緣體采用但不限于石英玻璃、陶瓷、陽極氧化絕緣鋁合金和/或經(jīng)表面處理的不導(dǎo)電管材。
技術(shù)效果
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用超薄柔性石墨片作為電加熱元件，其導(dǎo)熱系數(shù)高，力口熱管表面的溫度均勻性好，且石墨片耐高溫，加熱過程中能夠保持良好的完整性?？梢詫崿F(xiàn)極高的熱流密度(0.6?0.8MW/m2)。
[0014]對于I支有效加熱長度(電極之間的距離)為10mm長，外徑為20mm的電加熱管，加熱功率可以達(dá)到約3700?4900kW的功率；同時解決高熱流密度下加熱管外表面溫度過高存在的安全性問題和加熱管內(nèi)部流體區(qū)域發(fā)生沸騰不穩(wěn)定現(xiàn)象導(dǎo)致的爆管問題，安全性很好。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0016]下面對本發(fā)明的實施例作詳細(xì)說明，本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實施，給出了詳細(xì)的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實施例。
實施例1
[0017]如圖1所示，本實施例包括:絕緣加熱管基體1、纏繞于加熱管基體外表面超薄柔性石墨片3及其兩端的紫銅箔電極2和石墨片外層包裹絕緣絕熱材料4。
[0018]所述的絕緣加熱管基體采用了導(dǎo)熱性很好的氧化鋁陶瓷管1，它是一種以氧化鋁Al2O3為主體的陶瓷材料，具有較好的傳導(dǎo)性、機械強度高，而且耐高溫性，在0.8MW/m2高熱流密度下，陶瓷管外表面的溫度不超過400°C，安全性好。
[0019]所述的加熱管的加熱元件采用石墨片3，其導(dǎo)熱系數(shù)高，加熱管表面的溫度均勻性好，且石墨片耐高溫，加熱過程中能夠保持良好的完整性。且柔性石墨片易于剪裁，可以根據(jù)不同的需要方便的制作出不同形狀并匹配電源、功率和電阻；同時超薄柔性石墨片具有很好的柔韌性能完美的纏繞或貼合在被加熱絕緣體表面和具有優(yōu)異的橫向?qū)嵝阅?000ff/m.K，能實現(xiàn)熱量高效的傳遞，使設(shè)計出的加熱器具有高能高效的特點。
[0020]所述的加熱管在超薄柔性石墨片兩端采用紫銅箔2作為電極接普通電源，石墨片外層包裹絕緣絕熱材料4例如玻璃纖維布、聚四乙稀高溫布等進(jìn)行電絕緣和保溫處理。這種水電分離式電加熱管可以實現(xiàn)極高的熱流密度。
[0021]本實施實例中，所述的陶瓷管I長度為120mm，直徑為16mm，石墨片3厚度為0.05mm,長度為800mm,寬度為4mm ;把石墨片以蛇形纏繞的方式纏繞在陶瓷管I外占據(jù)80mm管長，在石墨片3的兩端分別連上紫銅箔電極2，然后在石墨片外表面包裹一層高溫絕緣絕熱玻璃纖維布4并粘貼固定，此方法制作簡單，造價低廉，制作的加熱管功率可達(dá)到3KW以上，熱流密度可達(dá)到70W/cm2，具有很好的實用價值。
【權(quán)利要求】
1.一種柔性石墨片纏繞式電加熱管的制備方法，其特征在于，采用超薄柔性石墨片作為電加熱元件纏繞于絕緣體的外表面，然后在超薄柔性石墨片的兩端采用紫銅箔作為電極并與市電相連，由此對絕緣體內(nèi)表面水進(jìn)行加熱，實現(xiàn)即熱式水電分離式電加熱管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性石墨片纏繞式電加熱管的制備方法，其特征是，所述的石墨片外層包裹有絕緣絕熱材料以進(jìn)行電絕緣和保溫處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的柔性石墨片纏繞式電加熱管的制備方法，其特征是，所述的絕緣絕熱材料為玻璃纖維布和/或聚四乙稀高溫布。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性石墨片纏繞式電加熱管的制備方法，其特征是，所述的超薄柔性石墨片的厚度為0.0lmm?0.5mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性石墨片纏繞式電加熱管的制備方法，其特征是，所述的絕緣體采用石英玻璃、陶瓷、陽極氧化絕緣鋁合金或其組合。
6.一種根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述方法制備得到的柔性石墨片纏繞式電加熱管，其特征在于，熱流密度達(dá)到0.6?0.8MW/m2，且石墨的電阻率具有負(fù)溫度效應(yīng)，其制成的加熱設(shè)備不會隨時間而降低功率。
【文檔編號】H05B3/42GK104470006SQ201410778262
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月15日
【發(fā)明者】龔圣捷, 王馳, 梅勇, 顧漢洋, 陳書琦, 馬衛(wèi)民 申請人:上海交通大學(xué)