专利名称：管状加湿元件的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种管状加湿元件，与面复合瓷质电热层、面复合电极有关，它属于一种高效节能、寿命长、启动快、结构更简单、制造成本更低的新型管状加湿元件。
背景技术：
截至目前，在电加湿领域90％以上的电加湿器采用压电陶瓷片作为加湿器换能元件，其工作原理是在脉冲电压作用下，压电陶瓷片产生超声波段的高频振动，将水震碎形成大量微小水珠，进而产生雾状湿气。这种压电超声加湿器的主要缺点是产生的(含有大量微小水珠)雾状湿气的成份与槽中水的成份相同；若槽中水不够洁净，含有微生物、病菌、病毒、有机或无机毒性物质，这些有害物质就会被(含有大量微小水珠)雾状湿气带到空气中，人吸入后会直接危及健康。因此，欧、美、日本等发达国家对这种压电超声加湿器的使用制定了严格的安全标准，限定使用注射级生理盐水，每次使用前必须对水槽严格消毒，因此这种压电超声加湿器的使用是很不方便的。(我国的压电超声加湿器生产厂家和消费者都未能充分重视上述问题，这必然造成在加湿的同时污染室内空气，进而危害人的健康)近年来，国外开发出一种电热蒸汽加湿器，使用这种蒸汽加湿器时，即使槽中水有污染，所产生的蒸汽对人也是无害的，这就彻底消除了压电超声加湿器对水质要求很高的限制，但由于这种蒸汽加湿器采用电热丝作为蒸汽元件，这就不可避免的存在电热丝元件寿命较短、耗能较高、易结水垢、散发较多无功热量的缺陷；另外，这种蒸汽加湿器也未能解决好“微区沸腾”的技术难点(“微区沸腾”是蒸汽加湿领域的关键技术难点)。
发明内容
本实用新型的目的在于提出一种管状加湿元件，其特征是在管状底材外表面制备面复合电极、面复合瓷质电热层，通过银基焊点的引线焊接或其他机械的电连接方式与电源连接。
本实用新型设计原理本实用新型采用管状底材，管状底材的材质是防腐绝缘的非金属材料或经表面防腐绝缘处理的金属材料；面复合电极的作用是导入和引出电流，使面复合瓷质电热层的电流分布均匀；面复合瓷质电热层的作用是在电流通过时，直接将电能转换成热能，并经界面热传导方式，将热能直接传导给管内的水。本实用新型的独特之处在于整个面复合瓷质电热层既是加热面，又是界面导热面，这是电热丝根本无法实现的一体化的面复合加热方式，是目前公认的具有“单向导热性”(单向导热系数高达0.98以上)的新型加热方式；这种加热方式具有加热面积大(元件功率负荷密度大幅降低，达到电热丝元件无法实现的0.1-5.0瓦/平方厘米的极优化的低负荷功率密度)，导热界面大、热阻小等技术优势，实现了向管内的“平衡加热”(管状加湿元件工作温度不高，很低的温度梯度即能实现向管内的快速导热)。上述特有的技术优势，使本实用新型在性能方面实现了重大突破，热效率高达98％以上；工作寿命长达10万小时以上；管状加湿元件通电工作时无“红热明火”，无需保温隔热；为解决“微区沸腾”的技术难点，本实用新型将管状加湿元件直立安装(也可倾斜安装，只是在强制水流动时才可以水平安装)，并在其中安装一个同轴空心内管(对启动速度要求不高的加湿系统可装/可不装同轴空心内管)，在保持足够大的电加热面积(低负荷功率密度)的前提下，将管状加湿元件内沸腾区的水量大幅减少，实现了快速启动、小功耗“微区沸腾”的持续加湿，这就是本实用新型的“管状微区沸腾”独特设计；这种设计方案，集面复合电加热方式、低负荷功率密度、沸腾微区与储水槽即通水又自然隔热、沸腾微区的容水量可任意减少等诸多技术优势为一体，是截至目前解决“微区沸腾”关键技术难点的最佳、制造成本最低的全新技术方案。
本实用新型制造方法本实用新型采用管状底材，其材质分为两类一类是防腐绝缘的非金属材料，包括硼硅玻璃、95玻璃、高硼玻璃、微晶玻璃、钢化或强化玻璃、耐热玻璃、耐热陶瓷及其他硅酸盐材料，非金属管状底材壁厚应尽可能薄一些(管壁厚度为0.8-3.0毫米)，这样有利于传热。另一类是经表面绝缘防腐处理的金属材料，包括有色金属和黑色金属；表面绝缘防腐处理方法是在金属管的内外表面涂制并烧结无机硅酸盐瓷釉层(下称瓷釉层)，可重复制备瓷釉层，直至瓷釉层表面无毛细孔并达到国家安全标准的防腐绝缘要求；金属管应采用薄壁无缝金属管，管壁厚度范围是0.2-2.5毫米，瓷釉层厚度范围是0.05-0.8毫米，管状底材内安装的同轴空心内管外径与管状底材内径差值在不影响蒸汽流通的前提下较小一些会强化“微区沸腾”。
本实用新型的面复合瓷质电热层分为“超薄型”和“普通型”两类采用“超薄型”面复合瓷质电热层的工艺顺序是先在管状底材外表面制备“超薄型”面复合瓷质电热层(采用气相生长工艺)，然后在“超薄型”面复合瓷质电热层表面的适当位置再制备面复合电极；“普通型”面复合瓷质电热层的制备顺序正好相反先制备面复合电极，然后采用“碳/硅基标准复合材料和标准工艺”在管状底材外表面制备“普通型”面复合瓷质电热层；两类面复合瓷质电热层都必须与面复合电极搭接，搭接宽度均应大于2毫米，两类面复合瓷质电热层的方块电阻均为10-1500欧姆/方块，功率负荷密度为0.1-5.0瓦/平方厘米，“超薄型”面复合瓷质电热层(透明)的厚度为0.01-0.5微米；“普通型”面复合瓷质电热层的厚度为0.05-0.8毫米(两类瓷质电热层的形状均不限)。
本实用新型的面复合电极是银基电极，采用银基电极标准印刷/烧结工艺制备，面复合电极的导电界面应匹配加湿元件的工作电流强度，面复合电极的方块电阻为0.01-0.0001欧姆/方块，宽度为3-10毫米，厚度为0.1--0.8毫米(形状不限)。
本实用新型采用银基焊点的引线焊接或其他机械的电连接方法与电源连接；采用双向可控硅可方便的实现加湿功率从零至额定功率之间的连续调整；根据国家安全标准的要求，可在面复合瓷质电热层表面的适当部位安装温控器，以实现自动限温保护；面复合电极/面复合瓷质电热层与管状底材内的水之间的耐压绝缘、泄漏电流、接地电阻(金属管材应接地)应符合国家安全标准。
本实用新型的有益效果●百分之百的水分子蒸汽加湿，对水质无特殊要求，确保了加湿绝不污染空气；●独特的“管状微区沸腾”设计，实现了快启动、小功耗持续加湿；●通过调整功率，可十分方便的连续调整加湿量；
●采用一体化的面复合加热方式，元件功率负荷低(0.1-5.0瓦/平方厘米)，热效率高达98％，节电效果显著；●面复合电极、面复合瓷质电热层均采用无机材料制成，元件长期工作不老化，使用寿命长达10万小时以上；●本实用新型制造成本很低，在价格方面完全可以和电热丝元件竞争；●独特的技术优势、低廉的制造成本使本实用新型在电加湿领域具备了极强的市场竞争力和广阔的应用前景。
以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1管状加湿元件结构示意图图2金属管状底材结构示意图图3内置式加湿器结构示意图图4外置式加湿系统结构简图图5透明管状加湿元件结构示意图图中1.管状底材，2.面复合瓷质电热层，3.面复合电极，4.银基焊点，5.金属管状底材，6.瓷釉层，7.薄壁无缝金属管，8.导向喷头，9.回流漏斗，10.加水口，11.管状加湿元件，12.水，13.底座，14.定时器，15.温控器，16.水槽盖，17.水槽，18.同轴空心内管，19.橡胶连管，20.水位控制器，21.调功器/开关，22.电源线，23.水槽，24.管状加湿元件，25.橡胶连管，26.管状底材，27.面复合瓷质电热层，28.面复合电极，29.银基焊点。
具体实施方式
实施例1(
图1)选用长250毫米、外径20毫米、壁厚1.2毫米的高硼玻璃管作为管状底材(1)，在其外表面制备面复合电极(3)，电极距管状底材(1)下管口的距离为10毫米，电极宽度为6毫米，厚度为0.30毫米，两个电极的间距为150毫米，面复合电极(3)采用银基电极标准印刷/烧结工艺制备，其方块电阻小于0.001欧姆/方块；“普通型”面复合瓷质电热层(2)采用“碳/硅基标准复合材料和标准工艺”制备在管状底材(1)的(靠下端、在两电极间)表面，同时与面复合电极(3)搭接(搭接宽度为2毫米)；银基焊点(4)制备在面复合电极(3)两端的玻璃表面，并与面复合电极(3)搭接，搭接面积大于0.5平方厘米，银基焊点(4)的方块电阻小于0.00001欧姆/方块，在银基焊点(4)上直接焊接引线并与电源连接。本实施例的功率电阻为2420欧姆，加热功率为20瓦(220伏交流电源)，“普通型”面复合瓷质电热层(2)的功率负荷密度为0.22瓦/平方厘米。本实施例是一种通用的玻璃管状蒸汽加湿元件，热效率高达98％，使用寿命10万小时，可广泛用于各种小功率加湿器。
实施例2(图2)选用长250毫米、外径20毫米、壁厚0.25毫米的薄壁无缝金属管(7)作为管状底材(5)的基材，在薄壁无缝金属管(7)的内外表面涂制并烧结无机硅酸盐瓷釉层(6)，可重复制备瓷釉层，直至瓷釉层表面无毛细孔并达到国家安全标准的防腐绝缘要求，瓷釉层厚度为0.35毫米；本实施例可作为实施例1的管状底材，广泛用于制备各种蒸汽加湿元件。
实施例3(图3)本实施例将管状加湿元件(11)直立安装在加湿器中心位置(管内径为18毫米，管长200毫米)，同时安装一个同轴空心内管(18)(管外径为13毫米，管长230毫米，端口封闭)，两者之间环状水流通道的宽度为2.5毫米，水槽(17)内的水通过橡胶连管(19)与管状加湿元件(11)的下端口连接；本实施例在通电工作时，环状水流通道内的水被管状加湿元件(11)加热至沸腾产生蒸汽，通过导向喷头(8)将蒸汽喷出；冷凝水经回流漏斗(9)流回到环状水流通道内，水槽盖(16)上的加水口(10)是为方便向水槽(17)内注水而专门设置的，水位控制器(20)的作用是当水槽内水位降至警戒水位时自动关闭电源，温控器(15)的作用是当意外因素(如电源电压意外超高)导致管状加湿元件(11)的工作温度超高时自动关闭电源，定时器(14)的作用是到达设定工作时限时自动关闭电源，调功器/开关(21)选用双向可控硅调功开关电路，可方便的实现零至额定功率之间的连续调整，底座(13)的设计(外形不限)和电源线(22)的选用应符合国家安全标准。本实施例的特点是采用“管状微区沸腾”的设计方案，管状加湿元件(11)仅加热环状水流通道内(微区)的水，而水槽(17)中的水不会被加热，这就巧妙地实现了连续供水和“管状微区沸腾”；将管状加湿元件(11)直立安装在加湿器中心位置，使得加湿器外观更加简洁；本实施例的性能参数是加湿功率为0-100瓦连续可调(220伏交流电源)，额定功率电阻为484欧姆，百分之百水分子蒸汽加湿，洁净、舒适、绝无污染，对水质无特殊限制，可长期连续加湿，热效率高，启动快/余热小，节电效果显著；本实施例安装有水位控制器(20)、温控器(15)、定时器(14)和调功器/开关(21)，功能更强、使用更方便、更安全。本实施例是内置式小功率加湿器的一种典型设计，具有广泛的实际应用价值。
实施例4(图4)本实施例给出了外置式加湿系统结构简图，水槽(23)内储水，管状加湿元件(24)直立安装在水槽(23)的外部侧面，由橡胶连管(25)将它们连接在一起。本实施例通电工作时，管状加湿元件(24)内的水被加热至沸腾产生蒸汽，蒸汽经管状加湿元件(24)上口喷出。本实施例的其他功能、结构、电控配置参见实施例3。
实施例5(图5)选用长250毫米、外径20毫米、壁厚1.2毫米的耐热玻璃管作为管状底材(26)，在其外表面(采用气相生长工艺)制备“超薄型”(透明)面复合瓷质电热层(27)，在“超薄型”(透明)面复合瓷质电热层(27)表面制备(采用银基电极标准印刷/烧结工艺)面复合电极(28)，然后在面复合电极(28)两端的玻璃表面制备银基焊点(29)，并与面复合电极(28)搭接，搭接面积大于0.5平方厘米。本实用新型的电性能参数与实施例1相同，本实施例是一种通用的玻璃(透明)管状蒸汽加湿元件，可广泛用于各种加湿器。
权利要求1.一种管状加湿元件，其特征是在管状底材外表面制备面复合瓷质电热层、面复合电极。
2.根据权利要求1所述的管状加湿元件，其特征是管状底材的材质包括硼硅玻璃、95玻璃、高硼玻璃、微晶玻璃、钢化或强化玻璃、耐热玻璃或耐热陶瓷，非金属管状底材壁厚为0.8-3.0毫米。
3.根据权利要求1所述的管状加湿元件，其特征是管状底材采用经表面绝缘防腐处理的金属管，包括有色金属和黑色金属，在金属管的内外表面制备硅酸盐瓷釉层，可重复制备瓷釉层，直至瓷釉层表面无毛细孔并达到国家标准的防腐绝缘要求，瓷釉层厚度为0.05-0.8毫米，金属管采用薄壁无缝金属管，管壁厚度为0.2-2.5毫米。
4.根据权利要求1所述的管状加湿元件，其特征是管状加湿元件直立或倾斜安装，在管状加湿元件内可安装同轴空心内管，对启动速度要求不高的加湿系统可装/可不装同轴空心内管。
5.根据权利要求1所述的管状加湿元件，其特征是面复合瓷质电热层的方块电阻为10-1500欧姆/方块，功率负荷密度为0.1-5.0瓦/平方厘米，“超薄型”厚度为0.01-0.5微米，“普通型”厚度为0.05--0.8毫米。
6.根据权利要求1所述的管状加湿元件，其特征是面复合电极是银基电极，其方块电阻为0.01-0.0001欧姆/方块，宽度为3-10毫米，厚度为0.1--0.8毫米，面复合电极可制备在面复合瓷质电热层的上面或下面，与面复合瓷质电热层的搭接宽度大于2毫米。
7.根据权利要求1所述的管状加湿元件，其特征是采用银基焊点的引线焊接或其他机械的电连接方式与电源连接。
专利摘要一种管状加湿元件，其特征是在管状底材(1)外表面制备面复合电极(3)和面复合瓷质电热层(2)，通过银基焊点(4)的引线焊接或其他机械的电连接方式与电源连接；本实用新型首创了“管状微区沸腾”技术方案，实现了百分之百的水分子蒸汽加湿，确保了加湿绝不污染空气，热效率高达98％，使用寿命长达10万小时；本实用新型制造成本很低，在价格方面完全可以和电热丝元件竞争，在电加湿领域具有广阔的应用前景。
文档编号F24F6/00GK2816658SQ20052001819
公开日2006年9月13日 申请日期2005年5月10日 优先权日2005年5月10日
发明者尹维平 申请人:尹维平