专利名称：发热丝可独立更换的蜂窝陶瓷红外发热模块的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及发热装置，更具体地说是用于吸塑机中的发热装置。
背景技术：
蜂窝陶瓷红外发热模块是一种应用在吸塑机中的发热装置，已有结构形式的蜂窝陶瓷发热砖为整体烧结，作为发热元件的发热丝在损坏之后就必须报废整个发热砖，原本 可以进行再生利用的部分也随之被弃，而就这些部分本身在制造过程中需要耗费相当的电 能或热能进行烧结，因此显然造成了浪费，包括能源和资源两方面的浪费都较大。
实用新型内容本实用新型是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种发热丝可独立更 换的蜂窝陶瓷红外发热模块，以期能够独立更换发热元件、降低使用成本。本实用新型解决技术问题采用如下技术方案本实用新型发热丝可独立更换的蜂窝陶瓷红外发热模块的结构特点是所述发热模块的壳体是由围板、后盖板和具有蜂窝孔的蜂窝陶瓷面板构成，设置 所述蜂窝陶瓷面板与陶瓷盖板构成对合的结构，以对合结构形成盒体，在所述陶瓷面板的 内壁上设置有定位槽，所述发热丝层嵌合在所述定位槽中；在所述陶瓷盖板的背部，自陶瓷 盖板至后盖板依次设置的各结构层分别为凝胶绝热层、中间绝热层、第二绝热层以及红外 反射绝热层。本实用新型的结构特点也在于在所述以对合结构形成的盒体内，以平行设置在蜂窝陶瓷面板内壁上的各道纵向 凸筋形成定位槽，发热丝层嵌合在定位槽中，蜂窝孔位于定位槽的所在位置处，在各道纵向 凸筋上，均勻分布有各散热孔。设置h/Φ = 2. 5 4. 1，其中，h为所述蜂窝陶瓷面板的厚度，Φ为所述蜂窝陶瓷 面板上蜂窝孔的孔径。与已有技术相比，本实用新型有益效果体现在1、本实用新型设置蜂窝陶瓷面板与陶瓷盖板构成对合的结构，以对合结构形成盒 体，位于盒体内的发热丝可独立更换，消除了不必要的浪费。2、本实用新型设置多结构层，热损失小、热效率高、节能效率显著。3、本实用新型在减小热损失同时，有效保护了设备，延长设备使用寿命，降低使用 成本。
图1为本实用新型内部结构示意图。图2为本实用新型背部结构示意图。图3a为本实用新型中蜂窝陶瓷面板主视示意图。[0017]图3b为图3a的A_A剖视图。图4a为本实用新型中陶瓷盖板主视示意图。图4b为图4a的B-B剖视图。图5为本实用新型中蜂窝陶瓷面板与陶瓷盖板的对合结构示意图。图6为本实用新型中蜂窝陶瓷面板中蜂窝结构示意图。图7为本实用新型中温度分布曲线。图中标号1蜂窝陶瓷面板、1a定位槽、1b纵向凸筋、1c散热孔、2发热丝层、3陶瓷盖板、4 二氧化硅气凝胶绝热层、5后盖板、6第二绝热层、7中间绝热层、8红外反射绝热层、 9测温热电偶、10陶瓷螺栓、11围板。
具体实施方式
参见图1、图2，本实施例发热模块壳体的结构设置为分体设置围板11、后盖板5 和蜂窝陶瓷面板1，后盖板5与围板11通过陶瓷螺栓10固定连接；蜂窝陶瓷面板1扣入围 板11的内周；在壳体内，发热丝层2设置在蜂窝陶瓷面板1的背部，自发热丝层2至后盖板 5依次设置的各结构层分别为陶瓷盖板3、二氧化硅气凝胶绝热层4、中间绝热层7、第二绝 热层6以及红外反射绝热层8 ；本实施例中，采用了与蜂窝陶瓷面板1的材质相同的陶瓷盖板3作为多层绝热的 第一道高温热屏障，兼具固定发热丝的作用；二氧化硅气凝胶绝热层4具有高热阻、低热 容，其强度高、密度低、耐高温，并且导热系数极低、疏水、不可燃、绿色环保、耐腐蚀，常温下 导热系数为0. 015 (w/m · k)；中间绝热层7用于屏蔽从二氧化硅气凝胶绝热层4传导过来 的热量，选用市售低导热的硅酸盐复合绝热毡，其对流和热辐射值小、综合绝热效率高；第 二绝热层6选用KN纳米微孔绝热材料，它具有很低的热传导率，体密度为330kg/m3，100°C 时导热系数为0. 020w/m. K ；红外反射绝热层8是在石英基底表面形成有红外反射膜，以红 外反射绝热层8上的红外反射膜形成一道高质量的热屏障，热量不致被散发出去，一方面 可以大大提高热效率，另一方面也有效保护了设备，延长设备使用寿命；本实施例中，在后盖板5与各结构层中，贯穿设置有测温孔，测温热电偶9设置在 测温孔中，测温热电偶的感温端抵于发热丝层2的表面。在后盖板5上，位于其内侧的外周有一凸沿，后盖板5是以其凸沿与围板11通过 陶瓷螺栓固定连接，如果需要更换电热丝，则可以打开陶瓷螺栓，取出对合式蜂窝并更换其 中损坏的发热部件，其余部分可多次使用，节约了材料和成本。发热丝层2的连接导线以及测温热电偶9的信号线分别在后盖板5中引出，反映 被测温度的热电偶电势由信号线引出后接于控制用单片机输入端以实现温度自动控制。本实施例中设置所述蜂窝陶瓷面板1与陶瓷盖板3构成对合结构，以对合结构形 成盒体，盒体内以平行设置在蜂窝陶瓷面板1上的各道纵向凸筋Ib形成定位槽la，发热丝 层2嵌合在定位槽Ia中，蜂窝孔位于定位槽Ia的所在位置处，在各道纵向凸筋Ib上，均勻 分布有各散热孔lc。本实施例中采用盒式蜂窝，电热丝被置入盒体内的定位槽中，既相当 于增加了一道绝热层，又可以使电热丝紧卡于槽内，不受电磁力抖动的扰动，非常可观地增 加了电热丝的使用寿命。蜂窝陶瓷面板的材质为多孔性工业用陶瓷，目前市售的该材质主 要是由堇青石(2MgO. 2AL2O3. 5SiO2)、钛酸铝(AL2TiO5)、莫来石(3AL2O3. 2SiO2)和刚玉(AL203)复合而成，其内部有许多贯通的蜂窝形状的平行通道，其功能是消除发热模块表面 的热扰动，抑制对流、减少热损失，可以大大改善热流的均勻分布，使发热元件产生的热量 主要通过远红外在一定的角度范围内向受热体辐射，具有热阻小、导热性能好、耐热冲击强 等综合优点。具体实施中，基于热力学原理，采用CFD软件对蜂窝结构模型进行模拟计算，采用 连续性方程、动量方程、能量方程及标准k- ε方程建立蜂窝传热的数学模型，运用FLUENT 软件对模型进行求解。通过求解得到了蜂窝传热的详尽信息，特别是针对较大孔径对合式 蜂窝结构中对流-辐射耦合的传热计算和针对蜂窝结构抑制对流、减少热损失效应进行的 多轮试验研究，确立了在吸塑机使用条件下，对合式蜂窝几何尺寸的最佳比例为h/Φ = 2. 5 4. 1，其中，h为蜂窝陶瓷面板的厚度，Φ为蜂窝陶瓷面板上蜂窝的孔径，如图6所示。模块后盖板5和围板11是以高强度二氧化硅和三氧化二铝复合材料烧制而成的 陶瓷板，盖板和外壳的装配采用陶瓷螺栓及螺孔工艺，既考虑到元件的绝热性能，又增加了 电气绝缘的可靠性，陶瓷螺栓的装卸极为方便，便于发热部件的维修及有用部分的回收和 再利用。试验表明，本实施例中蜂窝陶瓷面板1与陶瓷盖板3构成对合结构，以及蜂窝结 构的设置具有理想的热辐射角度，非常适宜于吸塑机及需要一定距离烘烤的加热设备的使 用，其经过优化计算的烘烤温度分布如图7所示，图中纵坐标为距发热模块中轴线170mm平 面上的烘烤温度T，以相对值表示，设中轴线处的温度为100% ；横坐标为17mm平面上沿模 块长度方向两侧的温度分布衰减曲线。正是这一温度分布曲线及其红外辐射角度大大提高 了发热模块阵列的烘烤温度，相对于加工同一产品，阵列所需模块数将可望明显减少，从而 可在模块本身节能的基础上，由于减少模块数量使吸塑机额外地实现节能。
权利要求发热丝可独立更换的蜂窝陶瓷红外发热模块，其特征是所述发热模块的壳体是由围板(11)、后盖板(5)和具有蜂窝孔的蜂窝陶瓷面板(1)构成，设置所述蜂窝陶瓷面板(1)与陶瓷盖板(3)构成对合的结构，以对合结构形成盒体，在所述陶瓷面板(1)的内壁上设置有定位槽(1a)，所述发热丝层(2)嵌合在所述定位槽(1a)中；在所述陶瓷盖板(3)的背部，自陶瓷盖板(3)至后盖板(5)依次设置的各结构层分别为凝胶绝热层(4)、中间绝热层(7)、第二绝热层(6)以及红外反射绝热层(8)。
2.根据权利要求1所述的发热丝可独立更换的蜂窝陶瓷红外发热模块，其特征是在所 述以对合结构形成的盒体内，以平行设置在蜂窝陶瓷面板(1)内壁上的各道纵向凸筋(Ib) 形成定位槽(Ia)，发热丝层(2)嵌合在定位槽(Ia)中，蜂窝孔位于定位槽(Ia)的所在位置 处，在各道纵向凸筋(Ib)上，均勻分布有各散热孔(Ic)。
3.根据权利要求1所述的发热丝可独立更换的蜂窝陶瓷红外发热模块，其特征是设置 h/Φ = 2. 5 4. 1，其中，h为所述蜂窝陶瓷面板(1)的厚度，Φ为所述蜂窝陶瓷面板(1) 上蜂窝孔的孔径。
专利摘要本实用新型公开了一种发热丝可独立更换的蜂窝陶瓷红外发热模块，其特征是发热模块的壳体是由围板、后盖板和具有蜂窝孔的蜂窝陶瓷面板构成，设置蜂窝陶瓷面板与陶瓷盖板构成对合的结构，以对合结构形成盒体，在所述陶瓷面板的内壁上设置有定位槽，所述发热丝层嵌合在所述定位槽中；在所述陶瓷盖板的背部，自陶瓷盖板至后盖板依次设置的各结构层分别为凝胶绝热层、中间绝热层、第二绝热层以及红外反射绝热层。
文档编号B29C51/42GK201769361SQ20102028807
公开日2011年3月23日 申请日期2010年8月4日 优先权日2010年8月4日
发明者余世杰, 华青梅, 张培山, 杜贤平 申请人:安徽鑫阳能源开发有限公司