柔性石墨片缠绕式电加热管的制作方法
【专利摘要】一种柔性石墨片缠绕式电加热管，包括作为电加热元件的超薄柔性石墨片、绝缘体、作为电极的紫铜箔，其中：超薄柔性石墨片缠绕设置于绝缘体的外表面，紫铜箔设置于超薄柔性石墨片的两端并与电源相连；本实用新型加热器的热流密度可达到0.6～0.8MW/m2；同时解决高热流密度下加热管外表面温度过高存在的安全性问题和加热管内部流体区域发生沸腾不稳定现象导致的爆管问题，安全性很好。
【专利说明】柔性石墨片缠绕式电加热管
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及的是一种日常用品领域的技术，具体是一种柔性石墨片缠绕式电加热管。
【背景技术】
[0002]即热式电热水器在我们的日常生活中应用得越来越广泛，相对于贮水式电热水器来说，其体积小功率大，加热速度快。要保证即热式电热水器的安全，最重要的是看其加热方法。目前的加热方法都或多或少地存在一些问题，还有待改进。
[0003]通过调查现有即热式电热水器的现状，我们发现金属电热管加热容易结水垢，而且在高热流密度下容易烧坏，表面镀膜加热对镀膜工艺要求比较严格，成本较高，另外，现有的采用镀膜石英管加热的即热式电热水器存在爆管问题，安全性能不好。
[0004]石墨片是一种全新的导热材料，其沿两个方向导热均匀，表面可以与金属、塑胶、不干胶等其它材料组合以满足更多的设计功能和需要；具有高的导热系数(150?1200W/m.k)，其导热性能比金属的导热还好，其耐温可达400°C，热阻低，是一种比较理想的加热材料。目前已经具备稳定和高效的石墨片的工业生产技术，柔性石墨片的成本低廉，耐高温且性能稳定，为我们的新型电加热器的研发奠定了基础。
[0005]经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN103801227A公开(公告)日2014.05.21，公开了一种人造金刚石石墨管式加热结构，其用于对一合成柱进行加热，其包括叶腊石块、钢帽、石墨片、石墨管、陶瓷杯以及钢杯；其中，所述叶腊石块位于最外层；所述钢帽分别设置于叶腊石块的顶部和底部；所述钢帽的底部抵接于石墨片上；所述钢杯、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两端；所述石墨管为无接口的石墨管。该技术的人造金刚石石墨管式加热结构采用压制的石墨管，其密度高且均匀，同时没有接口，对合成柱加热时具有发热均匀，加热速度快，有利于金刚石的生长。但该技术采用石墨管作为加热元件，发热元件的电阻会很小，需要匹配特殊的小电压大电流电源才能使用，因此只适用于特殊的工业生产过程，而不能普遍适用于常规民用220伏或110伏的电源。
实用新型内容
[0006]本实用新型针对现有技术存在的上述不足，提出一种柔性石墨片缠绕式电加热管，采用厚度为0.0lmm?0.5mm超薄柔性石墨片作为加热元件，缠绕在绝缘体表面对被加热物体进行加热，在石墨片外面包裹绝缘绝热材料，进行电绝缘和保温处理。本实用新型具有稳定耐用、高能高效、成本低廉和制作工艺简单的特点，通过控制其厚度和缠绕方式容易加工并匹配合适的电阻，适用于各种不同的电源类型；其良好的柔性特点，也适用于各种不同形状和功率的被加热物体，可广泛应用于各类电加热设备，既适用于大批量工业生产，也使用于实验室简易高能加热器的设计和制作。
[0007]本实用新型是通过以下技术方案实现的:
[0008]本实用新型包括:作为电加热元件的超薄柔性石墨片、绝缘体、作为电极的紫铜箔，其中:超薄柔性石墨片缠绕设置于绝缘体的外表面，紫铜箔设置于超薄柔性石墨片的两端并与电源相连。
[0009]所述的超薄柔性石墨片的厚度为0.0lmm?0.5mm。
[0010]所述的超薄柔性石墨片外层设有绝缘绝热材料，该绝缘绝热材料采用但不限于玻璃纤维布和/或聚四乙稀高温布。
[0011]所述的绝缘体采用但不限于石英玻璃、陶瓷、阳极氧化绝缘铝合金或其组合。
[0012]所述的柔性石墨片缠绕式电加热管，可以实现0.6?0.8MW/m2的热流密度可达，且石墨的电阻率具有负温度效应，其制成的加热管不会随时间而降低功率。
[0013]技术效果
[0014]与现有技术相比，本实用新型采用超薄柔性石墨片作为电加热元件，其导热系数高，加热管表面的温度均匀性好，且石墨片耐高温，加热过程中能够保持良好的完整性。可以实现极高的热流密度(0.6?0.8MW/m2)。
[0015]对于I支有效加热长度(电极之间的距离)为10mm长，外径为20mm的电加热管，加热功率可以达到约3700?4900kW的功率；同时解决高热流密度下加热管外表面温度过高存在的安全性问题和加热管内部流体区域发生沸腾不稳定现象导致的爆管问题，安全性很好。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本实用新型结构示意图。
【具体实施方式】
[0017]下面对本实用新型的实施例作详细说明，本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。
[0018]实施例1
[0019]如图1所示，本实施例包括:绝缘加热管基体1、缠绕于加热管基体外表面超薄柔性石墨片3及其两端的紫铜箔电极2和石墨片外层包裹绝缘绝热材料4。
[0020]所述的绝缘加热管基体采用了导热性很好的氧化铝陶瓷管I，它是一种以氧化铝Al2O3为主体的陶瓷材料，具有较好的传导性、机械强度高，而且耐高温性，在0.8MW/m 2高热流密度下，陶瓷管外表面的温度不超过400°C，安全性好。
[0021]所述的加热管的加热元件采用石墨片3，其导热系数高，加热管表面的温度均匀性好，且石墨片耐高温，加热过程中能够保持良好的完整性。且柔性石墨片易于剪裁，可以根据不同的需要方便的制作出不同形状并匹配电源、功率和电阻；同时超薄柔性石墨片具有很好的柔韧性能完美的缠绕或贴合在被加热绝缘体表面和具有优异的横向导热性能1000ff/m.K，能实现热量高效的传递，使设计出的加热器具有高能高效的特点。
[0022]所述的加热管在超薄柔性石墨片两端采用紫铜箔2作为电极接普通电源，石墨片外层包裹绝缘绝热材料4例如玻璃纤维布、聚四乙稀高温布等进行电绝缘和保温处理。这种水电分离式电加热管可以实现极高的热流密度。
[0023]本实施实例中，所述的陶瓷管I长度为120mm，直径为16mm，石墨片3厚度为0.05mm，长度为800mm，宽度为4mm ;把石墨片以蛇形缠绕的方式缠绕在陶瓷管I外占据80mm管长，在石墨片3的两端分别连上紫铜箔电极2，然后在石墨片外表面包裹一层高温绝缘绝热玻璃纤维布4并粘贴固定，此方法制作简单，造价低廉，制作的加热管功率可达到3KW以上，热流密度可达到70W/cm2，具有很好的实用价值。
【权利要求】
1.一种柔性石墨片缠绕式电加热管，其特征在于，包括:作为电加热元件的超薄柔性石墨片、绝缘体、作为电极的紫铜箔，其中:超薄柔性石墨片缠绕设置于绝缘体的外表面，紫铜箔设置于超薄柔性石墨片的两端并与电源相连； 所述的超薄柔性石墨片的厚度为0.0lmm?0.5mm ； 所述的超薄柔性石墨片外层设有绝缘绝热材料。
2.根据权利要求1所述的柔性石墨片缠绕式电加热管，其特征是，所述的绝缘绝热材料采用玻璃纤维布和/或聚四乙稀高温布。
3.根据权利要求1所述的柔性石墨片缠绕式电加热管，其特征是，所述的绝缘体采用石英玻璃、陶瓷、阳极氧化绝缘铝合金或其组合。
【文档编号】H05B3/42GK204244496SQ201420795093
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年12月15日 优先权日:2014年12月15日
【发明者】龚圣捷, 王驰, 梅勇, 顾汉洋, 陈书琦, 马卫民 申请人:上海交通大学