L形状石英电热管的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种L形状石英电热管，它由一个L形状的石英管装嵌电热丝、陶瓷芯、接线柱、耐高温电源线、端盖和外接电源线构成。本实用新型适用于对液体加热，既耐强酸高温，又实现了从液体底部直接加热。采用红外光热辐射、传导和对流原理，管体散热性能优秀、升温快、节能、环保、可维护，并解决了聚四氟乙稀管散热慢、金属管不能耐酸碱，传统的直电热管无法实现从底部中心纵横加热等问题，真正实现了电热器材领域上的革新。
【专利说明】L形状石英电热管
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电热装置，具体是一种用于给液体加热升温的装置，它是耐强酸高温(氢氟酸除外)、并直接从液体底部加热的、安全、环保、节能、高效的单端接电的L形状石英电热管。
【背景技术】
[0002]现时的电热管分别有金属外壳的电热管，金属外包聚四氟乙稀的电热管，两头通电或普通石英直管等等，它们均无法既同时合理利用到电热丝所发出的红外光热辐射、热传导、热对流三种效应，又无法同时在强酸高温的情况下实现对液体进行直接的底部中心加热。且忽略利用石英(即二氧化硅)的特性来制作出一体成型的、环保可维护的、大功率的L形状的石英电热管。所以，现时的行业现状就是无法在响应各国政策关于环保、安全、节能、高效、可维护的情况下提供出这种可浸入液体底部的、耐强酸高温的、可从液体底部中央加热的电热产品，往往造成耗电、耗时、升温效率低、管体易腐蚀溶解造成严重污染、不可维护造成极大浪费等等不良后果。
实用新型内容
[0003]本实用新型就是填补和解决历史【背景技术】中的空白和不足，提供一种同时满足简单合理的、非焊接的一体成型的、可维护的、耐强酸高温的、能有效利用红外光热辐射、热传导、热对流三种效应的、且高效快速的、能直接从液体底部加热的L形状的石英电热管。同时实现环保节能高效的理想目标。
[0004]并且，本实用新型中的主体部件L形状石英管的管体在制作方法上，由于石英管的管体是单个一体成型的，底端是封口的，另一端是开口的，即类似于试管或玻璃瓶，所以可制作该管体的磨具，再采用现成的制作玻璃瓶的吹瓶机械，使得石英材料在吹瓶机上1300摄氏度熔融状态下一次性吹管成形，然后冷却脱模，这样可减少制作工序和生产成本，且快捷简单易行，产品形状规格统一。如果没有吹瓶机械，也可以用市场上现成的石英直管切割成一定长度之后，再用氢火在1250摄氏度的基础上将石英直管烤至变软，再进行弯管和烧口封底等操作，从而实现制成单端开口的L形状石英管。整管一体化，免除了二次焊接，亦因此免除了因焊接引起的表面不平整，及分子间应力不平衡等因素导致的高温状态或冷缩热涨过程中受力时管体容易拉裂和爆炸的危险可能性。另外，通常情况下，石英管(尤其是乳白管)自身能吸收4微米以下波长的红外光谱，使管体本身发热增加了热能辐射，在5-13微米远红外波段内发射率达90%以上，是效率最高的选择性吸收加热元件材料。
[0005]本实用新型的技术方案是这样实现的，一种L形状石英电热管，它包括一个L形状的石英管，石英管内有螺旋状的电热丝，螺旋状的电热丝内装嵌着陶瓷芯，陶瓷芯内部装嵌着耐高温电源线，电热丝和耐高温电源线通过接线柱与外接电源线相接，并穿过石英管顶端的塑料端盖伸出管体外部。这样便构成一个L形状石英电热管。另外，又可以这样实现，一种L形状石英电热管，它包括一个L形状的石英管，石英管内有螺旋状的电热丝，螺旋状的电热丝内装嵌着陶瓷芯，陶瓷芯内部装嵌着耐高温电源线，电热丝和耐高温电源线通过接线柱与外接电源线相接，并穿过石英管顶端的塑料端盖伸出管体外部，管体外部装上护套。
[0006]为了更好地实现好本实用新型，本实用新型的产品结构中有以下注意事项:
[0007]第一，关于石英管的取材规格方面:一方面，L形状的底端封口的石英管，外表特征是L形状的，上下两边呈垂直状态，管体转弯角位是直角，即转弯处的内角和外角均为直角，石英管的底端是封口的，另一端即顶端接电线处是开口的。第二方面，石英管的外表特征是L形状的，上下两边呈垂直状态，管体转弯角位是圆弧形的，即转弯处的内角和外角均有一定的弧度，内弧的半径是0.01—10厘米，外弧的半径是0.01—20厘米，石英管的底端是封口的，另一端即顶端接电线处是开口的。第三方面，所述的L形状的底端封口的石英管，它的底边水平长度是10——200厘米，它的垂直高度是10——200厘米，它的管体外部直径是0.4—10厘米，它的管壁厚度是0.1—3厘米。考虑到安全节能和便于安装，建议不要超出上述取值范围，建议其中最佳取值是:底边水平长度是36厘米，垂直高度是90厘米，管体外部直径是3.5厘米，内径是2.9厘米，管壁厚度是0.3厘米，管体转弯处的内弧半径是5厘米，外弧半径是8.5厘米。
[0008]第二，关于陶瓷芯的材料和结构方面:一方面，陶瓷芯是由陶瓷珠构成，且由陶瓷珠用耐高温电源线串连起来而成为陶瓷芯，陶瓷珠的外表直径0.19——5厘米，高度
0.1—5厘米，内孔直径0.1—4.9厘米。第二方面，陶瓷芯是由陶瓷环构成，且由陶瓷环用耐高温电源线串连起来而成为陶瓷芯，陶瓷环的外表直径0.19—5厘米，高度0.1—5厘米，内孔直径0.1—4.9厘米。本实用新型的陶瓷芯是由5—60个陶瓷珠或陶瓷环构成，考虑到安全节能和便于安装，最佳取值是:外径2厘米，高度2厘米，内径0.6厘米。
[0009]第三，关于电热丝的材质形状规格方面，电热丝的丝体直径是0.01——0.5厘米，电热丝卷成每圈直径相等、间距相等且平行排列的螺旋形状，其卷成螺旋状后的内孔直径参数是0.2——6厘米之间，外径是0.3——8厘米。电热丝宜采用铁铬铝合金或碳纤合金的材质，该类电热丝丝体较柔软，易于安装，且寿命长。最佳取值为内孔直径是2.2厘米，外径2.29厘米。
[0010]第四，关于耐高温电源线的材质规格方面，可以采用两种:一种是行业内现成的通用的耐高温电源线，即聚四氟乙烯编织套包硅胶包铜芯；另一种是直接采用镍铬合金不锈钢丝做耐高温电源线。在本实用新型当中，两种耐高温电源线都需要用到，镍铬合金不锈钢丝用作贯穿并固定陶瓷芯，因为它有一定的硬度强度且抗锈蚀；而通用的聚四氟乙烯编织套包硅胶包铜芯种类的耐高温电源线则用于连接电热丝和外部电源线，因为它柔软和外表绝缘，便于装配。
[0011]第五，关于护套。由于石英管受撞击易碎，在L形状石英电热管的内部结构装配好之后，再在外表加装护套。护套的材料可以采用现成的耐酸碱的塑料管(例如聚四氟乙稀塑料管)制作而成。具体的制作方法是:根据L形状石英管的长度、高度和直径取材，用两段塑料管分别套入L形状石英管的管体外，转弯角位(即连接处)用高温熔融焊接的方法沾合成L形状即可；注意:无论护套表面的开孔数量和程度多么频密，如果电热管外表加装了护套，必定会影响电热管本身的散热，并导致电热管容易烧毁或缩短使用寿命，所以在不必要的情况下，建议不要加装护套。
[0012]技术原理分析:首先，由于石英管能吸收并向外辐射电热丝产生的红外光和热能；第二，电热丝产生的强大热能又可通过石英管的管体传导出去；第三，由于石英管管体是L形状的，电热丝安装延伸并水平横向充满管体的底部，该管的底端能有效延伸至液体的底部中心加热，按照热的对流原理，热量自管体产生，辐射和传导给液体的底部，再根据热能上升的原理方式在液体内部向上对流扩散传播，使得液体受热均匀，不至于局部散失或传不到底部。
[0013]至于非单端接电的、非L形状的石英电热管根本不能做到同时利用热的这三种传播效能，当然也就无法实现高效节能的目的。至于非一体成型的、靠焊接的异形石英电热管，其安全系数存在争议而且难以维护，不能实现安全环保的目标。至于金属外壳的电热管根本不能耐强酸高温，烧坏后无法维护且必须丢弃，不能实现安全环保的目标。至于聚四氟乙稀的电热管，其散热能力相对欠佳，而且制作方面受诸多因素影响，造价成本高，烧坏后无法维护且必须丢弃，不能实现安全环保的目标。
[0014]因此，本实用新型达到的有益效果是，造出一种能同时满足简单合理、一体成型的、可维护的、耐强酸高温的、能有效利用红外光热辐射、热传导、热对流三种效应的、能直接从液体底部加热的L形状的石英电热管，且安全、环保、节能。本实用新型的面世正好弥补行业内的缺陷，并且，本实用新型无论从外观、结构、用料和利用热能的方式等方面均有别于市场上现有的电热器材，所以本实用新型是一种技术和概念上的创新，对社会有正面的利益作用和积极上进的推动意义。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是本实用新型的外观示意图；其中石英管的外表特征是L形状，上下两边呈垂直状态，管体转弯角位是圆弧形的，即转弯处的内角和外角均有弧度。
[0016]图2是本实用新型的竖直剖面图。
[0017]图3是本实用新型中的陶瓷芯零部件(即单个陶瓷珠)的外观示意图。
[0018]图4、图5、图6是本实用新型中的陶瓷芯零部件(即单个陶瓷珠)的三视图，其中图4是主视图，图5是左视图，图6是俯视图。
[0019]图7是本实用新型中的陶瓷芯零部件(即单个陶瓷珠)的正面竖直剖面图。
[0020]图8是本实用新型中的陶瓷芯的外观示意图，即多个陶瓷珠被耐高温电源线串连而形成陶瓷芯的外观示意图。
[0021]图9是将陶瓷芯整体穿进罗旋状的电热丝中间内孔情况下的外观示意图。
[0022]图10是由耐高温电源线、陶瓷芯、电热丝、接线柱、塑料端盖和外接电源线构成的发热芯总成的外观示意图。
[0023]图11是本实用新型L形状石英电热管加装上护套之后的外观示意图。
[0024]图12也是本实用新型的外观示意图，其中石英管的外表特征是L形状的，上下两边呈垂直状态，管体转弯角位是直角，即转弯处的内角和外角均为直角，石英管的底端是封口的，另一端即顶端接电线处是开口的。
[0025]图中数字代号解释:L形状石英管1，接线柱(即螺丝)2，陶瓷芯3，电热丝4，耐高温电源线5，接线柱6，耐高温电源线7，塑料端盖8，接线柱9，外接电源线10，护套11。[0026]图中相同的数字代表相同的装置、部件器件，附图是示意性的，用以说明本实用新型的构成和主要特征。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图对本实用新型及其实施方式作进一步的详细说明。
[0028]实施例一:参阅图2。
[0029]以一个用电参数为:额定电压是交流220伏特，功率是2千瓦的L形状石英电热管，为例说明实施方法。
[0030]材料选择:
[0031]石英管管体1:高度90厘米，底部水平长度36厘米，外径3.5厘米，内孔直径2.9厘米，管体转弯处的内弧半径是5厘米，外弧半径是8.5厘米。石英管的底端是封口的，另一端即顶端接电线处是开口的，材质是乳白色石英。数量I个。
[0032]接线柱(螺丝)2:螺丝杆0.5 X 2厘米，配2个平戒指和I个螺母。数量I套。
[0033]陶瓷芯3:材料是由20个陶瓷珠通过耐高温电源线串连起来构成，单个陶瓷珠的外径2厘米，高度2厘米，内径0.6厘米，材质是氧化铝。数量I套。
[0034]电热丝4:额定电压交流220伏特，功率2千瓦，电热丝卷成每圈直径相等、间距相等且平行排列的螺旋形状(即类似于弹簧状)，卷成螺旋状后内孔直径为2.2厘米。数量I个。
[0035]耐高温电源线5:截面2平方毫米，长度60厘米。数量I条。
[0036]接线柱6:陶瓷小5孔接线柱(行业市场内通称)。数量I个。
[0037]耐高温电源线7:截面2平方毫米，长度60厘米。数量2条。
[0038]塑料端盖8:外径6厘米，内径5.5厘米，长8厘米(行业市场内有通用现成规格的)。数量I个。
[0039]接线柱9:陶瓷中5孔(行业市场内通称)。数量I个。
[0040]外接电源线10。2X2平方毫米，长度100厘米。数量I条。
[0041]另外，准备玻璃胶一瓶。
[0042]装配方法步骤:
[0043](一)、首先将20个陶瓷珠用耐高温电源线5穿起来形成陶瓷芯3(即陶瓷珠串)，然后将陶瓷芯3整个穿入电热丝4的中间内孔，该耐高温电源线5的一端与电热丝4相同方向的一端用接线柱(螺丝)2拧紧固定；该耐高温电源线5的另一端与电热丝4的另一端用接线柱6固定；
[0044]( 二 )、将耐高温电源线7的一端接到接线柱6上，将耐高温电源线7的另一端接到接线柱9上，然后将外接电源线10的一端穿过塑料端盖8，并且接到接线柱9上，这样便形成一套发热芯总成，再将这套发热芯总成装入石英管管体I内，用木棍一直将该发热芯推到石英管的底端尽头。
[0045](三)、盖上塑料端盖8，再在塑料端盖8与石英管管体I之间的缝隙之中涂上玻璃胶。待玻璃胶干结凝固之后，一件完整的L形状石英电热管成品便装配完成，从而实现了本实用新型。
[0046]实施例二:L形状石英电热管加装护套的实施方法，参阅图11。[0047]护套11的材料规格:塑料管(材质是聚四氟乙稀)2根，内径7厘米，外径8厘米，其中一根的长度是38厘米，另一根的长度是92厘米，自攻螺丝2个(规格4X 15毫米)
[0048]制作和安装方法:在塑料管的管身上开孔，孔的直径2厘米，孔的数量80个，尽量保持相邻两孔的孔与孔之间的边距小于I厘米。将两根塑料管对应石英管的长度分别套入L形状石英管的管体外(即长度为92厘米的塑料管套入L形状石英管长度为90厘米的一边，长度为38厘米的塑料管套入L形状石英管长度为36厘米的一边)，转弯角位(即连接处)用高温熔融焊接的方法沾合，从而构成护套，护套11靠近L形状石英电热管的塑料端盖的一端，用2个自攻螺丝固定在塑料端盖上，即可。
[0049]故障维修方法:
[0050]经长时间使用后，如发生电热丝4烧坏。此时，可将塑料端盖8取下，用手紧握耐高温电源线7，将整个内部发热芯总成一起拉出来，更换上新的电热丝4，之后再按照原来的安装方法把它装配好，便可。
[0051]实验测试、性能效果对比:
[0052]用本实用新型制作出的产品(即L形状石英电热管，以无护套的L形状石英电热管作为实验品)与市面上具有较好性能的直的电热管进行对比测试。两者使用相同的电压:交流220伏特，相同的功率:2千瓦，在相同的室内环境下(室温28摄氏度)分别对两个相同的水槽进行加热，并监测两水槽的水温变化。水槽规格尺寸:长X宽X高=50X40X40厘米，分别内装有水的重量是75公斤。分别将两个电热管放置在两个水槽的边沿角位，将两支水银温度计放置于电热管的对角(或对边)，然后接通电源，在不搅拌的情况下，在相同的时间内，两个水槽中的水温变化，分别得出以下参数:
[0053]
【权利要求】
1.一种L形状石英电热管，它包括一个L形状的石英管，石英管内有螺旋状的电热丝，螺旋状的电热丝内装嵌着陶瓷芯，陶瓷芯内部装嵌着耐高温电源线，电热丝和耐高温电源线通过接线柱与外接电源线相接，并穿过石英管顶端的塑料端盖伸出管体外部。
2.根据权利要求1所述的L形状石英电热管，其特征是所述的L形状的底端封口的石英管，石英管的外表特征是L形状的，上下两边呈垂直状态，管体转弯角位是直角，即转弯处的内角和外角均为直角，石英管的底端是封口的，另一端即顶端接电线处是开口的。
3.根据权利要求1所述的L形状石英电热管，其特征是所述的L形状的底端封口的石英管，石英管的外表特征是L形状的，上下两边呈垂直状态，管体转弯角位是圆弧形的，即转弯处的内角和外角均有一定的弧度，内弧的半径是0.0l—10厘米，外弧的半径是0.01——20厘米，石英管的底端是封口的，另一端即顶端接电线处是开口的。
4.根据权利要求1所述的L形状石英电热管，其特征是所述的L形状的底端封口的石英管，它的底边水平长度是10——200厘米，它的垂直高度是10——200厘米，它的管体外部直径是0.4—10厘米，它的管壁厚度是0.1—3厘米。
5.根据权利要求1所述的L形状石英电热管，其特征是所述的电热丝的丝体直径是0.01—0.5厘米，电热丝卷成每圈直径相等、间距相等且平行排列的螺旋形状，其卷成螺旋状后的内孔直径参数是0.2—6厘米之间，外径是0.3—8厘米。
6.根据权利要求1所述的L形状石英电热管，其特征是所述的陶瓷芯是由陶瓷珠构成，且由陶瓷珠用耐高温线串连起来而成为陶瓷芯，陶瓷珠的外表直径0.19——5厘米，高度0.1——5厘米，内孔直径0.1——4.9厘米。
7.根据权利要求1所述的L形状石英电热管，其特征是所述的陶瓷芯是由陶瓷环构成，且由陶瓷环用耐高温线串连起来而成为陶瓷芯，陶瓷环的外表直径0.19—5厘米，高度0.1——5厘米，内孔直径0.1——4.9厘米。
8.—种L形状石英电热管，它包括一个L形状的石英管，石英管内有螺旋状的电热丝，螺旋状的电热丝内装嵌着陶瓷芯，陶瓷芯内部装嵌着耐高温电源线，电热丝和耐高温电源线通过接线柱与外接电源线相接，并穿过石英管顶端的塑料端盖伸出管体外部，管体外部装上护套。
【文档编号】H05B3/78GK203608385SQ201320116726
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2013年3月13日 优先权日:2013年3月13日
【发明者】钟志伟 申请人:钟志伟