一种高效节能型加热管及其制备方法与流程

本发明属于电加热领域，特别涉及到一种高效节能型加热管及其制备方法。

背景技术：

高温加热棒的表面温度在400-500℃，传统的高温加热棒为钨丝材质和石墨材质。钨丝加热和石墨棒加热目前是石英加热管内发热的主要材质，电压和功率较高，二维石墨烯是新型材料，具有较好的电导率和电热转换效率，将石墨烯做成薄膜具有质地轻、强度高、发热快等优点。前常规的采用钨丝加热和石墨棒加热一般需要220v电压、350-450w的功率，电压和能耗较大，同时发热温度不高，发热过程时间长，热电转化效率低，进而导致了采用以上方式材料使用寿命不高，一般为5000小时左右，这样就导致了材料利用率不高，造成了成本升高。

技术实现要素：

本发明的目的在于为了克服以上现有技术的不足而提供一种高效节能型加热管及其制备方法，通过特定的结构和材料的组合设置，提升加热管加热速率与使用电压，降低能耗，同时提高电转化效率。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种高效节能型加热管，包括发热膜以及在发热膜的两端分别设置有铜片、钼片、卯定螺丝和导线，其中设置方式为依次按照铜片、发热膜、钼片、铜片的顺序进行排布，然后通过卯定螺丝卯定在一起，形成发热膜组合结构，发热膜组合结构两端均采用导线与钼片连接；发热膜组合结构封装于封装管中，封装管两端分别通过陶瓷接头进行真空封装，所述导线穿过陶瓷接头后引出。

进一步地，所述的高效节能型加热管，所述发热膜为碳材料发热膜。

进一步地，所述的高效节能型加热管，发热膜的两端与铜片和钼片结合的部位均涂刷有银浆层。

进一步地，所述的高效节能型加热管，陶瓷接头真空封装后在封装管中充入保护性气体。

更进一步地，所述的高效节能型加热管，所述碳材料发热膜可选择石墨烯膜、碳纳米管膜、碳纤维膜或石墨烯-碳纤维-碳纳米管复合膜中的任意一种。

进一步地，所述的高效节能型加热管，所述封装管为石英管、玻璃管、陶瓷管或氧化铝管中的任意一种。

更进一步地，所述的高效节能型加热管，所述保护性气体为氮气或惰性气体。

进一步地，所述的高效节能型加热管，所述的封装管直径为10-100mm，壁厚为2~10mm。

以上任一项所述的高效节能型加热管，在电烤箱、电加热炉、浴霸、烤漆远红外加热灯、化工加热或医疗加热消毒领域的应用。

一种以上所述的高效节能型加热管的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，在发热膜两侧涂刷银浆后固化；

步骤2，将银浆固化后的发热膜两端分别按照铜片、发热膜、钼片、铜片的顺序贴合在一起，然后通过卯定螺丝卯定成一体，得到发热膜组合结构；

步骤3，在发热膜组合结构的两端采用导线与钼片连接；

步骤4，将发热膜组合结构放置于封装管内，采用陶瓷接头将封装管两头封装，并将导线穿过陶瓷封头引出封装管外，封装过程中将封装管内抽真空并充入惰性气体。

本发明提供的高效节能型加热管中，采用铜片、钼片以及发热膜表面涂覆银浆的操作，共同组成了发热膜组合结构，利用钼片作为通电连接件，实现了良好的一体化，通过陶瓷接头实现加热管两端的绝缘保护，通过银浆、铜片、钼片以及卯定螺丝形成了特定的接头接电结构，不仅起到了固定发热膜的作用，同时能够很好的形成加热管整体，协同发挥良好的加热性能。

本发明提供的高效节能型加热管中发热膜采用石墨烯膜、碳纳米管膜、石墨烯-碳纳米管复合膜、石墨烯-碳纤维复合膜、石墨烯-碳纤维-碳纳米管复合膜中的任意一种替代传统的钨丝和石墨棒，使用过程中的条件为60-80v电压、150-200w的功率，有效的降低了能耗，使用寿命达到了10000小时以上。

本发明提供的高效节能型加热管发热膜具有低电压、低功率、低能耗的优点，且能10秒内快速加热并在20秒内达到指定加热温度（如400℃）。

目前常规钨丝和石墨棒的热电转化效率为70%左右，本发明提供的高效节能型加热管的膜热电转化效率达到了98%左右。本发明能够很好的应用于电烤箱、电加热炉、烤漆远红外加热灯、化工加热行业、医疗加热消毒等领域。

附图说明

图1为本发明实施例1中提供的高效节能型加热管示意图；

图2为本发明实施例1中提供的高效节能型加热管中发热膜组合结构的一端连接结构示意图；

图3为本发明实施例1中提供的高效节能型加热管中发热膜组合结构的一端连接结构侧视图；

以上图1-图3中，1为发热膜，2为封装管，3为陶瓷接头，4为银浆层，5为铜片，6为钼片，7为卯定螺丝，8为导线。

具体实施方式：

以下通过实施例来进一步帮助本行业技术人员来理解本发明，但不限制本发明的修改和突破，在不脱离本发明的前提下做任何修改都属于本发明的保护范围之内。

实施例1

如图1-图3所示，分别为本实施例提供的高效节能型加热管示意图以及发热膜组合结构的一端连接结构示意图和侧视图，包括发热膜1以及在发热膜1的两端分别设置有铜片5、钼片6、卯定螺丝7和导线8，其中设置方式为依次按照铜片5、发热膜1、钼片6、铜片5的顺序进行排布，然后通过卯定螺丝7卯定在一起，形成发热膜组合结构，发热膜组合结构两端均采用导线8与钼片6连接；发热膜组合结构封装于封装管2中，封装管2两端分别通过陶瓷接头3进行真空封装，所述导线8穿过陶瓷接头3后引出。

以上所述的发热膜1可采用碳材料的发热膜，具体可以为石墨烯膜、碳纳米管膜、碳纤维膜或石墨烯-碳纤维-碳纳米管复合膜中的任意一种；发热膜1的两端与铜片5和钼片6结合的部位均涂刷有银浆层；所述封装管可以采用石英管、玻璃管、陶瓷管或氧化铝管中的任意一种；在陶瓷接头真空封装后在封装管中充入保护性气体。

本实施例中提供的高效节能型加热管，通过采用铜片、钼片以及涂刷银浆层的发热膜组成发热膜组合结构，通过卯定螺丝实现了一体化，通过陶瓷接头实现加热管两端的绝缘保护，通过银浆、铜片、钼片以及卯定螺丝形成了特定的接头接电结构，不仅起到了固定发热膜的作用，同时能够很好的形成加热管整体，协同发挥良好的加热性能。

实施例2

一种高效节能型加热管的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，将300mm×10mm尺寸的石墨烯膜两端涂刷银浆后固化，100℃固化30min；

步骤2，将银浆固化后的石墨烯膜两端分别按照铜片、发热膜、钼片、铜片的顺序贴合在一起，然后通过卯定螺丝卯定成一体，得到发热膜组合结构；

步骤3，在发热膜组合结构的两端采用导线与钼片连接；

步骤4，将发热膜组合结构放置于石英管内，采用陶瓷接头将石英管两头封装，并将导线穿过陶瓷封头引出石英管外，封装过程中将石英管内抽真空并充入惰性气体。

实施例3

一种高效节能型加热管的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，将300mm×20mm尺寸的石墨烯膜两端涂刷银浆后固化，100℃固化30min；

步骤2，将银浆固化后的石墨烯膜两端分别按照铜片、发热膜、钼片、铜片的顺序贴合在一起，然后通过卯定螺丝卯定成一体，得到发热膜组合结构；

步骤3，在发热膜组合结构的两端采用导线与钼片连接；

步骤4，将发热膜组合结构放置于300mm长、20mm宽、2mm厚的陶瓷管内，采用陶瓷接头将陶瓷管两头封装，并将导线穿过陶瓷封头引出封装管外，封装过程中将陶瓷管内抽真空并充入惰性气体。

实施例4

一种高效节能型加热管的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，将300mm×30mm尺寸的碳纳米管膜两端涂刷银浆后固化，100℃固化30min；

步骤2，将银浆固化后的石墨烯膜两端分别按照铜片、发热膜、钼片、铜片的顺序贴合在一起，然后通过卯定螺丝卯定成一体，得到发热膜组合结构；

步骤3，在发热膜组合结构的两端采用导线与钼片连接；

步骤4，将发热膜组合结构放置于300mm长、30mm宽、2mm厚的玻璃管内，采用陶瓷接头将玻璃管两头封装，并将导线穿过陶瓷封头引出玻璃管外，封装过程中将玻璃管内抽真空并充入惰性气体。

实施例5

一种高效节能型加热管的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，将300mm×10mm尺寸的石墨烯-碳纳米管复合膜两端涂刷银浆后固化，100℃固化30min；

步骤2，将银浆固化后的石墨烯膜两端分别按照铜片、发热膜、钼片、铜片的顺序贴合在一起，然后通过卯定螺丝卯定成一体，得到发热膜组合结构；

步骤3，在发热膜组合结构的两端采用导线与钼片连接；

步骤4，将发热膜组合结构放置于300mm长、10mm宽、2mm厚的氧化铝管内，采用陶瓷接头将氧化铝管两头封装，并将导线穿过陶瓷封头引出氧化铝管外，封装过程中将氧化铝管内抽真空并充入氮气。

实施例6

一种高效节能型加热管的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，将400mm×10mm尺寸的石墨烯-碳纤维复合膜两端涂刷银浆后固化，100℃固化30min；

步骤2，将银浆固化后的石墨烯膜两端分别按照铜片、发热膜、钼片、铜片的顺序贴合在一起，然后通过卯定螺丝卯定成一体，得到发热膜组合结构；

步骤3，在发热膜组合结构的两端采用导线与钼片连接；

步骤4，将发热膜组合结构放置于400mm长、15mm宽、4mm厚的石英管内，采用陶瓷接头将石英管两头封装，并将导线穿过陶瓷封头引出石英管外，封装过程中将石英管内抽真空并充入惰性气体。

实施例7

一种高效节能型加热管的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，将400mm×20mm尺寸的石墨烯-碳纳米管-碳纤维复合膜两端涂刷银浆后固化，100℃固化30min；

步骤2，将银浆固化后的石墨烯膜两端分别按照铜片、发热膜、钼片、铜片的顺序贴合在一起，然后通过卯定螺丝卯定成一体，得到发热膜组合结构；

步骤3，在发热膜组合结构的两端采用导线与钼片连接；

步骤4，将发热膜组合结构放置于400mm长、30mm宽、10mm厚的石英管内，采用陶瓷接头将石英管两头封装，并将导线穿过陶瓷封头引出石英管外，封装过程中将石英管内抽真空并充入惰性气体。

实施例8

一种高效节能型加热管的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，将300mm×10mm尺寸的石墨烯-碳纳米管复合膜两端涂刷银浆后固化，100℃固化30min；

步骤2，将银浆固化后的石墨烯膜两端分别按照铜片、发热膜、钼片、铜片的顺序贴合在一起，然后通过卯定螺丝卯定成一体，得到发热膜组合结构；

步骤3，在发热膜组合结构的两端采用导线与钼片连接；

步骤4，将发热膜组合结构放置于300mm长、20mm宽、10mm厚的陶瓷管内，采用陶瓷接头将陶瓷管两头封装，并将导线穿过陶瓷封头引出封装管外，封装过程中将陶瓷管内抽真空并充入惰性气体。

实施例9

一种高效节能型加热管的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，将400mm×30mm尺寸的石墨烯膜两端涂刷银浆后固化，100℃固化30min；

步骤2，将银浆固化后的石墨烯膜两端分别按照铜片、发热膜、钼片、铜片的顺序贴合在一起，然后通过卯定螺丝卯定成一体，得到发热膜组合结构；

步骤3，在发热膜组合结构的两端采用导线与钼片连接；

步骤4，将发热膜组合结构放置于400mm长、30mm宽、10mm厚的玻璃管内，采用陶瓷接头将玻璃管两头封装，并将导线穿过陶瓷封头引出玻璃管外，封装过程中将玻璃管内抽真空并充入惰性气体。

实施例10

一种高效节能型加热管的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，将500mm×20mm尺寸的石墨烯膜两端涂刷银浆后固化，100℃固化30min；

步骤2，将银浆固化后的石墨烯膜两端分别按照铜片、发热膜、钼片、铜片的顺序贴合在一起，然后通过卯定螺丝卯定成一体，得到发热膜组合结构；

步骤3，在发热膜组合结构的两端采用导线与钼片连接；

步骤4，将发热膜组合结构放置于500mm长、20mm宽、8mm厚的氧化铝管内，采用陶瓷接头将氧化铝管两头封装，并将导线穿过陶瓷封头引出氧化铝管外，封装过程中将氧化铝管内抽真空并充入惰性气体。

实施例11

一种高效节能型加热管的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，将500mm×30mm尺寸的石墨烯膜两端涂刷银浆后固化，100℃固化30min；

步骤2，将银浆固化后的石墨烯膜两端分别按照铜片、发热膜、钼片、铜片的顺序贴合在一起，然后通过卯定螺丝卯定成一体，得到发热膜组合结构；

步骤3，在发热膜组合结构的两端采用导线与钼片连接；

步骤4，将发热膜组合结构放置于500mm长、30mm宽、10mm厚的氧化铝管内，采用陶瓷接头将氧化铝管两头封装，并将导线穿过陶瓷封头引出氧化铝管外，封装过程中将氧化铝管内抽真空并充入惰性气体。

以上实施例制备得到的高效节能型加热管，经性能测试得到，其具有加热速度快，能耗低，电转化率高的特点，其中工作电压60-80v，工作功率150-200w，能在20秒内加热至400-500℃，同时热电转化效率达到了98%，远远优于现有技术的70%。