柔性石墨片纏繞式電加熱管及其制備方法技術

一種柔性石墨片纏繞式電加熱管及其制備方法，采用超薄柔性石墨片作為電加熱元件纏繞于絕緣體的外表面，然后在超薄柔性石墨片的兩端采用紫銅箔作為電極并與市電相連，由此對絕緣體內表面水進行加熱，實現即熱式水電分離式電加熱管；石墨片外層包裹有絕緣絕熱材料以進行電絕緣和保溫處理，該絕緣絕熱材料為玻璃纖維布和/或聚四氟乙稀高溫布；本發明專利技術加熱器的熱流密度可達到0.6～0.8MW/m2；同時解決高熱流密度下加熱管外表面溫度過高存在的安全性問題和加熱管內部流體區域發生沸騰不穩定現象導致的爆管問題，安全性很好。

【技術實現步驟摘要】
柔性石墨片纏繞式電加熱管及其制備方法
本專利技術涉及的是一種日常用品領域的技術，具體是一種柔性石墨片纏繞式電加熱管及其制備方法。
技術介紹
即熱式電熱水器在我們的日常生活中應用得越來越廣泛，相對于貯水式電熱水器來說，其體積小功率大，加熱速度快。要保證即熱式電熱水器的安全，最重要的是看其加熱方法。目前的加熱方法都或多或少地存在一些問題，還有待改進。通過調查現有即熱式電熱水器的現狀，我們發現金屬電熱管加熱容易結水垢，而且在高熱流密度下容易燒壞，表面鍍膜加熱對鍍膜工藝要求比較嚴格，成本較高，另外，現有的采用鍍膜石英管加熱的即熱式電熱水器存在爆管問題，安全性能不好。石墨片是一種全新的導熱材料，其沿兩個方向導熱均勻,表面可以與金屬、塑膠、不干膠等其它材料組合以滿足更多的設計功能和需要；具有高的導熱系數(150～1200W/m·k)，其導熱性能比金屬的導熱還好,其耐溫可達400℃，熱阻低，是一種比較理想的加熱材料。目前已經具備穩定和高效的石墨片的工業生產技術，柔性石墨片的成本低廉，耐高溫且性能穩定，為我們的新型電加熱器的研發奠定了基礎。經過對現有技術的檢索發現，中國專利文獻號CN103801227A公開(公告)日2014.05.21，公開了一種人造金剛石石墨管式加熱結構，其用于對一合成柱進行加熱，其包括葉臘石塊、鋼帽、石墨片、石墨管、陶瓷杯以及鋼杯；其中，所述葉臘石塊位于最外層；所述鋼帽分別設置于葉臘石塊的頂部和底部；所述鋼帽的底部抵接于石墨片上；所述鋼杯、陶瓷杯、石墨管依次包覆于合成柱上；所述石墨片位于石墨管的上下兩端；所述石墨管為無接口的石墨管。該技術的人造金剛石石墨管式加熱結構采用壓制的石墨管，其密度高且均勻，同時沒有接口，對合成柱加熱時具有發熱均勻，加熱速度快，有利于金剛石的生長。但該技術采用石墨管作為加熱元件，發熱元件的電阻會很小，需要匹配特殊的小電壓大電流電源才能使用，因此只適用于特殊的工業生產過程，而不能普遍適用于常規民用220伏或110伏的電源。
技術實現思路
本專利技術針對現有技術存在的上述不足，提出一種柔性石墨片纏繞式電加熱管及其制備方法，采用厚度為0.01mm～0.5mm超薄柔性石墨片作為加熱元件，纏繞在絕緣體表面對被加熱物體進行加熱，在石墨片外面包裹絕緣絕熱材料，進行電絕緣和保溫處理。本專利技術具有穩定耐用、高能高效、成本低廉和制作工藝簡單的特點，通過控制其厚度和纏繞方式容易加工并匹配合適的電阻，適用于各種不同的電源類型；其良好的柔性特點，也適用于各種不同形狀和功率的被加熱物體，可廣泛應用于各類電加熱設備，既適用于大批量工業生產，也使用于實驗室簡易高能加熱器的設計和制作。本專利技術是通過以下技術方案實現的：本專利技術涉及一種柔性石墨片纏繞式電加熱管的制備方法，采用超薄柔性石墨片作為電加熱元件纏繞于絕緣體的外表面，然后在超薄柔性石墨片的兩端采用紫銅箔作為電極并與電源相連，由此對絕緣體內表面水進行加熱，實現即熱式水電分離式電加熱管。所述的石墨片外層包裹有絕緣絕熱材料以進行電絕緣和保溫處理，該絕緣絕熱材料優選為玻璃纖維布和/或聚四乙稀高溫布。本專利技術涉及上述方法制備得到的柔性石墨片纏繞式電加熱管，可以實現0.6～0.8MW/m2的熱流密度可達，且石墨的電阻率具有負溫度效應，其制成的加熱管不會隨時間而降低功率；所述的超薄柔性石墨片的厚度為0.01mm～0.5mm。所述的絕緣體采用但不限于石英玻璃、陶瓷、陽極氧化絕緣鋁合金和/或經表面處理的不導電管材。技術效果與現有技術相比，本專利技術采用超薄柔性石墨片作為電加熱元件，其導熱系數高，加熱管表面的溫度均勻性好，且石墨片耐高溫，加熱過程中能夠保持良好的完整性?？梢詫崿F極高的熱流密度(0.6～0.8MW/m2)。對于1支有效加熱長度(電極之間的距離)為100mm長，外徑為20mm的電加熱管，加熱功率可以達到約3700～4900kW的功率；同時解決高熱流密度下加熱管外表面溫度過高存在的安全性問題和加熱管內部流體區域發生沸騰不穩定現象導致的爆管問題，安全性很好。附圖說明圖1為本專利技術結構示意圖。具體實施方式下面對本專利技術的實施例作詳細說明，本實施例在以本專利技術技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本專利技術的保護范圍不限于下述的實施例。實施例1如圖1所示，本實施例包括：絕緣加熱管基體1、纏繞于加熱管基體外表面超薄柔性石墨片3及其兩端的紫銅箔電極2和石墨片外層包裹絕緣絕熱材料4。所述的絕緣加熱管基體采用了導熱性很好的氧化鋁陶瓷管1，它是一種以氧化鋁Al2O3為主體的陶瓷材料，具有較好的傳導性、機械強度高，而且耐高溫性，在0.8MW/m2高熱流密度下，陶瓷管外表面的溫度不超過400℃，安全性好。所述的加熱管的加熱元件采用石墨片3，其導熱系數高，加熱管表面的溫度均勻性好，且石墨片耐高溫，加熱過程中能夠保持良好的完整性。且柔性石墨片易于剪裁，可以根據不同的需要方便的制作出不同形狀并匹配電源、功率和電阻；同時超薄柔性石墨片具有很好的柔韌性能完美的纏繞或貼合在被加熱絕緣體表面和具有優異的橫向導熱性能1000W/m·K，能實現熱量高效的傳遞，使設計出的加熱器具有高能高效的特點。所述的加熱管在超薄柔性石墨片兩端采用紫銅箔2作為電極接普通電源，石墨片外層包裹絕緣絕熱材料4例如玻璃纖維布、聚四乙稀高溫布等進行電絕緣和保溫處理。這種水電分離式電加熱管可以實現極高的熱流密度。本實施實例中，所述的陶瓷管1長度為120mm，直徑為16mm，石墨片3厚度為0.05mm，長度為800mm，寬度為4mm；把石墨片以蛇形纏繞的方式纏繞在陶瓷管1外占據80mm管長，在石墨片3的兩端分別連上紫銅箔電極2，然后在石墨片外表面包裹一層高溫絕緣絕熱玻璃纖維布4并粘貼固定，此方法制作簡單，造價低廉，制作的加熱管功率可達到3KW以上，熱流密度可達到70W/cm2，具有很好的實用價值。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種柔性石墨片纏繞式電加熱管的制備方法，其特征在于，采用超薄柔性石墨片作為電加熱元件纏繞于絕緣體的外表面，然后在超薄柔性石墨片的兩端采用紫銅箔作為電極并與市電相連，由此對絕緣體內表面水進行加熱，實現即熱式水電分離式電加熱管。

【技術特征摘要】
1.一種柔性石墨片纏繞式電加熱管的制備方法，其特征在于，該電加熱管的熱流密度達到0.6～0.8MW/m2，采用超薄柔性石墨片作為電加熱元件纏繞于絕緣體的外表面，然后在超薄柔性石墨片的兩端采用紫銅箔作為電極并與市電相連，由此對絕緣體內表面水進行加熱，實...

【專利技術屬性】
技術研發人員：龔圣捷，王馳，梅勇，顧漢洋，陳書琦，馬衛民，
申請(專利權)人：上海交通大學，
類型：發明
國別省市：上海;31