專利名稱：高效蜂窩陶瓷紅外發(fā)熱模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及發(fā)熱裝置，更具體地說是用于吸塑機中的發(fā)熱裝置。
背景技術(shù)：
蜂窩陶瓷紅外發(fā)熱模塊是一種應用在吸塑機中的發(fā)熱裝置，蜂窩陶瓷紅外發(fā)熱裝置雖然相比于更早前的僅靠纏繞電阻絲于耐火耐瓷盤的方式有所改進，但效率的提高很有 限。實際表明，已有的蜂窩陶瓷發(fā)熱磚存在著效率不高、輻射溫度不夠等問題，如果進一步 提高輻射溫度必將導致功率的增加，這不僅損失效率，而且大大縮短了發(fā)熱元件的壽命。

實用新型內(nèi)容本實用新型是為避免上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足之處，提供一種高效蜂窩陶瓷紅 外發(fā)熱模塊，以期提高熱效率，延長發(fā)熱元件的使用壽命。本實用新型解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案本實用新型高效蜂窩陶瓷紅外發(fā)熱模塊的結(jié)構(gòu)特點是在所述發(fā)熱模塊的殼體內(nèi)，發(fā)熱絲層設置在具有蜂窩孔的蜂窩陶瓷面板的背部， 自發(fā)熱絲層至后蓋板依次設置的各結(jié)構(gòu)層分別為凝膠絕熱層、中間絕熱層、第二絕熱層以 及紅外反射絕熱層；設置h/Φ =2. 5 4.1，其中，h為所述蜂窩陶瓷面板的厚度，Φ為所 述蜂窩陶瓷面板上蜂窩孔的孔徑。本實用新型的結(jié)構(gòu)特點也在于所述紅外反射絕熱層是在石英基底表面形成有納 米材料的紅外反射膜；所述紅外反射膜的折射率為1. 2-1. 6。與已有技術(shù)相比，本實用新型有益效果體現(xiàn)在1、本實用新型熱損失小、熱效率高、節(jié)能效率顯著，較之已有技術(shù)，節(jié)能達30%以 上。2、本實用新型在減小熱損失的同時，有效保護設備，延長設備壽命，降低使用成 本。

圖1為本實用新型內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實用新型背部結(jié)構(gòu)示意圖。圖3a為本實用新型中蜂窩陶瓷面板主視示意圖。圖3b為圖3a的A-A剖視圖。圖4a為本實用新型中陶瓷蓋板主視示意圖。圖4b為圖4a的B-B剖視圖。圖5為本實用新型中蜂窩陶瓷面板與陶瓷蓋板的對合結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為本實用新型中蜂窩陶瓷面板中蜂窩結(jié)構(gòu)示意圖。圖7為本實用新型中溫度分布曲線。[0020] 圖中標號1蜂窩陶瓷面板、Ia定位槽、Ib縱向凸筋、Ic散熱孔、2發(fā)熱絲層、3陶瓷 蓋板、4 二氧化硅氣凝膠絕熱層、5后蓋板、6第二絕熱層、7中間絕熱層、8紅外反射絕熱層、 9測溫熱電偶、10陶瓷螺栓、11圍板。
具體實施方式
參見圖1、圖2，本實施例發(fā)熱模塊殼體的結(jié)構(gòu)設置為分體設置圍板11、后蓋板5 和蜂窩陶瓷面板1，后蓋板5與圍板11通過陶瓷螺栓10固定連接；蜂窩陶瓷面板1扣入圍 板11的內(nèi)周；在殼體內(nèi)，發(fā)熱絲層2設置在蜂窩陶瓷面板1的背部，自發(fā)熱絲層2至后蓋板 5依次設置的各結(jié)構(gòu)層分別為陶瓷蓋板3、二氧化硅氣凝膠絕熱層4、中間絕熱層7、第二絕 熱層6以及紅外反射絕熱層8。在最靠近發(fā)熱部件的區(qū)域溫度為最高，本實施例中，采用了與蜂窩陶瓷面板1的 材質(zhì)相同的陶瓷蓋板3作為多層絕熱的第一道高溫熱屏障，兼具固定發(fā)熱絲的作用；在陶 瓷蓋板3上無間隙覆蓋一層厚度為3mm的二氧化硅氣凝膠絕熱層4，二氧化硅氣凝膠絕熱層 4具有高熱阻、低熱容，其強度高、密度低、耐高溫，并且導熱系數(shù)極低、疏水、不可燃、綠色環(huán) 保、耐腐蝕，常溫下導熱系數(shù)為0. 015 (w/m · k)。中間絕熱層7用于屏蔽從二氧化硅氣凝膠絕熱層4傳導過來的熱量，選用市售低 導熱的硅酸鹽復合絕熱氈，其對流和熱輻射值小、綜合絕熱效率高，在實施例中體現(xiàn)出良好 的絕熱性能，尤其是它的導熱系數(shù)比較平穩(wěn)，適應溫區(qū)較寬，密度小、導熱系數(shù)低、熱穩(wěn)定性 好、使用溫度較高、吸濕率較小、氯離子含量低、具有一定的抗拉強度、加工性能好等特點， 使產(chǎn)品性價比得以大幅度提高。第二絕熱層6選用KN納米微孔絕熱材料，它具有很低的熱傳導率，體密度為 330kg/m3,100°C時導熱系數(shù)為 0. 020ff/m. K。本實施例中，紅外反射絕熱層8是在石英基底表面形成有納米材料的紅外反射 膜，紅外反射膜是以納米Ti02-Si02為原料、控制合適的Si-Ti比，以調(diào)節(jié)使得薄膜的折射 率在1.2-1. 6之間，本實施例中按重量比選用Si Ti為1 1的用量，以噴涂法或凝膠法 在石英基底表面形成紅外反射膜，輻射到紅外反射膜表面的紅外線可望有80% -90%甚至 更高地被反射回來，以紅外反射絕熱層8上的紅外反射膜形成一道高質(zhì)量的熱屏障，熱量 不致被散發(fā)出去，一方面可以大大提高熱效率，另一方面也有效保護了設備，延長設備使用 壽命；采用多層組合的絕熱結(jié)構(gòu)后可以最有效地利用各層的熱物理性能，適于高溫區(qū)域 的材料和適于中溫、低溫區(qū)域的絕熱材料均可各得其所地發(fā)揮作用，既做到了使產(chǎn)品具有 良好的節(jié)能性能，又可使產(chǎn)品達到最佳的性價比。本實施例中，在后蓋板5與各結(jié)構(gòu)層中，貫穿設置有測溫孔，測溫熱電偶9設置在 測溫孔中，測溫熱電偶的感溫端抵于發(fā)熱絲層2的表面，發(fā)熱絲層2的連接導線以及測溫熱 電偶9的信號線分別在后蓋板5中引出，反映被測溫度的熱電偶電勢由信號線引出后接于 控制用單片機輸入端以實現(xiàn)溫度自動控制。本實施例中設置所述蜂窩陶瓷面板1與陶瓷蓋板3構(gòu)成對合結(jié)構(gòu)，以形成盒體，盒 體內(nèi)以平行設置在蜂窩陶瓷面板ι上的各道縱向凸筋I(lǐng)b形成定位槽la，發(fā)熱絲層2嵌合在 定位槽Ia中，蜂窩孔位于定位槽Ia的所在位置處，在各道縱向凸筋I(lǐng)b上，均勻分布有各散熱孔lc。本實施例中采用盒式蜂窩，電熱絲被置入盒體內(nèi)的定位槽中，既相當于增加了一道 絕熱層，又可以使電熱絲緊卡于槽內(nèi)，不受電磁力抖動的擾動，非?？捎^地增加了電熱絲的 使用壽命。蜂窩陶瓷面板的材質(zhì)為多孔性工業(yè)用陶瓷，目前市售的該材質(zhì)主要是由堇青石 (2MgO. 2AL203. 5Si02)、鈦酸鋁(AL2Ti05)、莫來石(3AL203. 2Si02)和剛玉(AL203)復合而 成，其內(nèi)部有許多貫通的蜂窩形狀的平行通道，其功能是消除發(fā)熱模塊表面的熱擾動，抑制 對流、減少熱損失，可以大大改善熱流的均勻分布，使發(fā)熱元件產(chǎn)生的熱量主要通過遠紅外 在一定的角度范圍內(nèi)向受熱體輻射，具有熱阻小、導熱性能好、耐熱沖擊強等綜合優(yōu)點。具體實施中，基于熱力學原理，采用CFD軟件對蜂窩結(jié)構(gòu)模型進行模擬計算，采用 連續(xù)性方程、動量方程、能量方程及標準k- ε方程建立蜂窩傳熱的數(shù)學模型，運用FLUENT 軟件對模型進行求解。通過求解得到了蜂窩傳熱的詳盡信息，特別是針對較大孔徑對合式 蜂窩結(jié)構(gòu)中對流_輻射耦合的傳熱計算和針對蜂窩結(jié)構(gòu)抑制對流、減少熱損失效應進行的 多輪試驗研究，確立了在吸塑機使用條件下，對合式蜂窩幾何尺寸的最佳比例為h/Φ = 2. 5 4. 1，其中，h為蜂窩陶瓷面板的厚度，Φ為蜂窩陶瓷面板上蜂窩的孔徑，如圖6所示。試驗表明，本實施例中蜂窩陶瓷面板1與陶瓷蓋板3構(gòu)成對合結(jié)構(gòu)，以及蜂窩結(jié) 構(gòu)的設置具有理想的熱輻射角度，非常適宜于吸塑機及需要一定距離烘烤的加熱設備的使 用，其經(jīng)過優(yōu)化計算的烘烤溫度分布如圖7所示，圖中縱坐標為距發(fā)熱模塊中軸線170mm平 面上的烘烤溫度T，以相對值表示，設中軸線處的溫度為100% ；橫坐標為17mm平面上沿模 塊長度方向兩側(cè)的溫度分布衰減曲線。正是這一溫度分布曲線及其紅外輻射角度大大提高 了發(fā)熱模塊陣列的烘烤溫度，相對于加工同一產(chǎn)品，陣列所需模塊數(shù)將可望明顯減少，從而 可在模塊本身節(jié)能的基礎上，由于減少模塊數(shù)量使吸塑機額外地實現(xiàn)節(jié)能。
權(quán)利要求高效蜂窩陶瓷紅外發(fā)熱模塊，其特征是在所述發(fā)熱模塊的殼體內(nèi)，發(fā)熱絲層(2)設置在具有蜂窩孔的蜂窩陶瓷面板(1)的背部，自發(fā)熱絲層(2)至后蓋板(5)依次設置的各結(jié)構(gòu)層分別為凝膠絕熱層(4)、中間絕熱層(7)、第二絕熱層(6)以及紅外反射絕熱層(8)；設置h/Φ＝2.5～4.1，其中，h為所述蜂窩陶瓷面板(1)的厚度，Φ為所述蜂窩陶瓷面板(1)上蜂窩孔的孔徑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效蜂窩陶瓷紅外發(fā)熱模塊，其特征是所述紅外反射絕熱層 (8)是在石英基底表面形成有納米材料的紅外反射膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高效蜂窩陶瓷紅外發(fā)熱模塊，其特征是所述紅外反射膜的折 射率為1.2-1.6。
專利摘要本實用新型公開了一種高效蜂窩陶瓷紅外發(fā)熱模塊，其特征是在發(fā)熱模塊的殼體內(nèi)，發(fā)熱絲層設置在具有蜂窩孔的蜂窩陶瓷面板的背部，自發(fā)熱絲層至后蓋板依次設置的各結(jié)構(gòu)層分別為凝膠絕熱層、中間絕熱層、第二絕熱層以及紅外反射絕熱層；設置h/Φ＝2.5～4.1，其中，h為蜂窩陶瓷面板的厚度，Φ為蜂窩陶瓷面板上蜂窩孔的孔徑。本實用新型可以有效提高熱效率，延長發(fā)熱元件的使用壽命。
文檔編號B29C51/42GK201769360SQ20102028807
公開日2011年3月23日 申請日期2010年8月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月4日
發(fā)明者余世杰, 華青梅, 張培山, 杜賢平 申請人:安徽鑫陽能源開發(fā)有限公司