专利名称：一种能够承载高热流密度的发热线的制作方法
技术领域：
本发明涉及发热产品技术领域，具体涉及用于空调制冷、管道保温、建筑采暖等需 要电加热的地方，其产品主要体现在电发热线、电发热带、及其它形状的发热装置。
背景技术：
电发热线或电发热带是在空调制冷、管道保温、建筑采暖等许多领域都会应用到 的常用电加热产品，其种类有许多，但原理都相似，与其它合成橡胶相比，硅橡胶具有导热 性能好、柔软性，耐高温、耐老化、电气绝缘性能好等优点。硅橡胶发热线是以硅橡胶作为 包覆材料，以各种合金等为发热体，经橡胶挤出机挤出硫化成型。普通硅橡胶的导热性能较 差，导热系数通常只有0. 2ff/(m.K)左右，加入导热填料是一种可提高硅橡胶的导热性能的 方法。一般常用的导热填料有金属粉末、金属氧化物、氮化物等材料。A. Nakano等人用含 Al2O3是硅橡胶的3倍时制作电子元器件的导热层，材料的导热系数可达2. 72ff/(m · K)；汪 倩等人发现在RTV硅橡胶中添加SiC，导热系数可达2. 7ff/(m · K)，目前研究表明导热系数 的提高程度与填料品种、粒径及其分布有关。利用现有的硅橡胶发热线，在实践中发现硅橡胶发热线绕在被加热体上进行加 热时，其不与被加热体相接触一侧的温度会远高于与加热体相接触一侧的温度，且硅橡胶 绝缘层越厚，二者温差就越大。这是因为硅橡胶相对较低的导热系数所致，尽管复合材料的 硅橡胶比纯硅胶导热系数提高了 4 10倍，甚至更高，但总体而言还是小于普通金属一个 甚至几个数量级。由于硅橡胶的耐温程度有限，因此一般要求使用过程中最高点的温度低 于200°C，受两侧温差所限，硅橡胶发热线的额定工作热流密度降低。这样就使得传统的发 热线在加热过程中热量的损失比较严重，浪费了能源；而且绝缘层长期处于高温状态下也 比较容易老化受损，降低发热线的使用寿命，同时还增加了在额定热量需求下的发热线使用里。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种实现方法简单、效果好、能够承载高热流密 度的发热线。为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案一种具有能够承载高热流密度 的发热线，当然也包括发热带及其它形状的发热装置，其结构包括电阻丝和绝缘层，绝缘层 包裹在电阻丝外面，其特征在于所述发热线还包括由高导热系数材料制成的外包层，外包 层紧紧包裹在绝缘层外面；所述外包层为在相同温度下导热系数大于绝缘层之导热系数的 材料，也就是说，只要具有足够的延展性能够包裹到发热线的绝缘层外面，且导热系数大于 绝缘层的材料，都可以用于制作成外包层。进一步地，所述外包层为金属箔，通常金属箔既具有高导热系数，又有足够的延展 性，因此是用于制作外包层的较理想材料。进一步地，所述外包层为金箔、银箔、铝箔、铜箔、锡箔、铁箔、镍箔或锌箔等。
本发明通过在传统发热线的绝缘层外面包裹一层由导热系数大于绝缘层导热系 数的材料制成的外包层，通过该外包层将绝缘层的热量传递回被加热体，从而可提高发热 线的整体导热系数，强化发热线整体传热性能，降低内外侧的温度差，在没有保温层的情况 下，既可降低能量损耗，提高能源利用效率，起节约能源之功效，又可延长发热线的使用寿 命。由于可增加单位长度发热线所承载的热量，从而减少发热线的使用量，及被加热体的加 热面积。
图1为本发明发热线的结构示意图；图2为本发明发热线横截面的结构示意图；图3为本发明发热带的结构示意图；图4为两种发热线在相同热流密度下内外侧温差曲线图；图5为两种发热线在不同热流密度下的内外温度差曲线图；图6为两种发热线不同热流密度下的稳定时间曲线图；图7为两种发热线外表面温度与热流密度的关系曲线图。图中，1为电阻丝，2为绝缘层，3为外包层。
具体实施例方式本实施例中，参照图1、图2和图3，所述能够承载高热流密度的发热线，当然也包 括发热带，其结构包括电阻丝1、绝缘层2和外包层3，绝缘层2包裹在电阻丝1外面，外包 层3紧紧包裹在绝缘层2外面；电阻丝1为康铜合金，绝缘层2为硅橡胶，外包层3采用铝 箔，当然金箔、银箔、铝箔、铜箔、锡箔、铁箔、镍箔、锌箔等，或者其它导热系数高于硅橡胶导 热系数的材料也可作为外包层。在本实施例中，利用铝箔的高导热系数，纯铝在0 100°C时的导热系数为240w/ (m. K)左右，来提高发热线的整体导热系数。其中发热线直径为3mm，发热线外表面包裹铝 箔的厚度为0. 1mm。将传统发热线和本发明的发热线分别缠绕在长1200mm(有效缠绕长度 为1009mm)，内径11mm，壁厚Imm的紫铜光管上进行测试，外加50mm的玻璃棉作为保温层。测试结果如下参照图4，在紫铜管内水流速度为40g/s时，热流密度均为17277w/ Hl2的两种发热线内外表面温度随时间变化而变化。刚开始时，内外层温度均随时间增大而 升高，增大幅度随时间减弱，最后几乎保持不变。传统发热线的内层温度相对最低，最高为 31. 9°C，而外层温度升高较快，最高达到100. 1°C;而本发明的发热线内层温度升高，最高为 37. 70C，而外层最高温度降低至42. 50C。并且，当热流密度为17277w/m2时，传统发热线的内外温差可达到68. 2°C，而本发 明发热线内外温差只有4. 8°C。内外表面温差大幅度降低，下降63. 40C。且在相同热流密度 下，本发明发热线上的最高点温度比传统发热线最高点温度下降了 57.6°C。即在相同热流 密度下，降低了发热线上的最高点温度，延长使用寿命，同时与环境温差越小，热损失越少， 所以减少了发热线外侧的热损失，节约发热线用电量。参照图5，随着热流密度的增大，传统发热线的内外侧温差增大很快，而包裹铝箔 后，温差变化大幅度降低，从48. 1°C下降到2. 8°C，而且温差的变化随着热流密度几乎是成线性增加。参照图6，在水流速度为40g/s时，在不同的热流密度下，刚开始时，外层温度均 随时间增大而升高，但达到稳定传热状态所需的时间不同，当热流密度都为17277w/m2时， 传统发热线的外层温度升高较快，温度达到恒定的时间为582s ；包裹铝箔后，内层温度升 高，而外层温度升高至恒定所需的时间为212s，缩短了 370s。参照图7，传统发热线斜率要大于加铝箔包裹的新发热线，且当两者外表面温度都 达到109. 5°C时，结果表明新发热线所承受的热流密度是传统发热线的3. 83倍。即外表面 温度相同下，后者的热流密度将会高于前者。这是由于加了铝箔之后总体热阻减小，导热性 能提高。在应用中，单位面积能够承载的热流密度增加，当所需要的热量一定时，将会减少 传热面积，即节省管材，在本实施例中，如果传统发热线要承载66227W/m2热流密度下，则需 要将铜管增长到3. 83m,同时也需要将发热线增长3. 83倍。由此可知当温度达到109. 5°C时，传统发热线热流密度为17277W/m2，新发热线热 流密度为66227W/m2，有效提升了单位面积内的工作功率，提高值达到了 283. 3%以上，从而 可减少加热装置的体积和加热线用量。其它温度条件下原理亦同，都能够有效降低绝缘层 外侧表面的温度。以上已将本发明做一详细说明，以上所述，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能 限定本发明实施范围，即凡依本申请范围所作均等变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖范围 内。
权利要求
一种能够承载高热流密度的发热线，其结构包括电阻丝和绝缘层，绝缘层包裹在电阻丝外面，其特征在于所述发热线还包括由高导热系数材料制成的外包层，外包层紧紧包裹在绝缘层外面；所述外包层为在相同温度下导热系数大于绝缘层之导热系数的材料。
2.根据权利要求1所述的能够承载高热流密度的发热线，其特征在于所述外包层为金属箔。
3.根据权利要求1或2所述的能够承载高热流密度的发热线，其特征在于所述外包 层为金箔、银箔、铝箔、铜箔、锡箔、铁箔、镍箔或锌箔。
全文摘要
本发明公开了一种能够承载高热流密度的发热线，也包括发热带或其它形状的发热体，包括电阻丝、绝缘层和外包层，绝缘层包裹在电阻丝外面，外包层紧紧包裹在绝缘层外面；外包层由在相同温度下导热系数大于绝缘层之导热系数的材料制成；外包层如金箔、银箔、铝箔、铜箔、锡箔、铁箔、镍箔或锌箔等。本发明通过在传统发热线的绝缘层外面包裹一层由导热系数大于绝缘层导热系数的材料制成的外包层，通过该外包层将绝缘层的热量传递回被加热体，从而可提高发热线的整体导热系数，强化发热线整体传热性能，降低发热线内外侧温度差，可降低能量损耗，提高能源利用效率，及延长发热线寿命；且增加单位长度发热线所承载的热量，从而减少发热线的使用量。
文档编号H05B3/10GK101998708SQ20101053109
公开日2011年3月30日 申请日期2010年11月1日 优先权日2010年11月1日
发明者张金华, 林成祥, 蒲东琴, 陈颖 申请人:广东欧科空调制冷有限公司