一種加熱器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種加熱器，涉及電加熱設施技術領域，包括引出電極、發(fā)熱元件、冷端元件以及限位套；引出電極分別延伸出一個固定端，冷端元件一端與引出電極的固定端連接，另一端與發(fā)熱元件連接，發(fā)熱元件另一端與限位套連接，發(fā)熱元件由碳纖維、石墨或碳素材料制成。通過由一個引出電極、冷端、發(fā)熱元件通過限位套與以一個或兩個發(fā)熱元件、冷端、引出電極順次連接，可以形成一個安整的二相或三相電回路，實現(xiàn)電阻加熱過程；通過使用碳纖維、石墨或碳素材料制作發(fā)熱元件，解決現(xiàn)有技術中存在的因發(fā)熱元件材料的限制，電、熱轉化率低導致加熱器效率低，使用成本高的技術問題。
【專利說明】
一種加熱器
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及電加熱設施技術領域，尤其是涉及一種加熱器。
【背景技術】
[0002]加熱器體積小，加熱功率高，使用十分廣泛，人們越來越離不開它。加熱器原理的核心的是能量轉換，最廣泛的就是電能轉換成熱能。比如電加熱器，而電加熱器的加熱方式中常見的為電阻加熱，所謂電阻加熱是利用電流的焦耳效應將電能轉變成熱能以加熱物體。通常分為直接電阻加熱和間接電阻加熱。前者的電源電壓直接加到被加熱物體上，當有電流流過時，被加熱物體本身(如電加熱熨平機)便發(fā)熱。間接電阻加熱需由專門的合金材料或非金屬材料制成發(fā)熱元件，由發(fā)熱元件產(chǎn)生熱能，通過輻射、對流和傳導等方式傳到被加熱物體上。由于被加熱物體和發(fā)熱元件分成兩部分，因此被加熱物體的種類一般不受限制，操作簡便。
[0003]間接電阻加熱的發(fā)熱元件所用材料，一般要求電阻率大、電阻溫度系數(shù)小，在高溫下變形小且不易脆化。常用的有鐵鋁合金、鎳鉻合金等金屬材料和碳化硅、二硅化鉬等非金屬材料。金屬發(fā)熱元件的最高工作溫度，根據(jù)材料種類可達1000?1500°C ;非金屬發(fā)熱元件的最高工作溫度可達1500?1700°C。后者安裝方便，可熱爐更換，但它工作時需要調(diào)壓裝置，壽命比合金發(fā)熱元件短，一般用于高溫爐、溫度超過金屬材料發(fā)熱元件允許最高工作溫度的地方和某些特殊場合。發(fā)熱元件的最高工作溫度低、電、熱轉化率低既限制了加熱器的工作場合還造成電能、熱能的浪費，所以需要一種新型的高效節(jié)能的加熱器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種加熱器，以解決現(xiàn)有技術中存在的因發(fā)熱元件材料的限制，電、熱轉化率低導致加熱器效率低，使用成本高的技術問題。
[0005]本發(fā)明是一種加熱器，包括引出電極、發(fā)熱元件、冷端元件以及限位套；
[0006]所述引出電極分別延伸出一個固定端；
[0007]所述冷端元件一端與引出電極的固定端連接，另一端與發(fā)熱元件連接；
[0008]所述發(fā)熱元件另一端與限位套連接；
[0009]所述發(fā)熱元件由碳纖維、石墨或碳素材料制成。
[0010]進一步的，所述引出電極有兩個且分別延伸出一個固定端；
[0011]所述冷端元件由第一冷端和第二冷端組成，一個所述引出電極的固定端與所述第一冷端連接，另一個引出電極的固定端與所述第二冷端連接，所述第一冷端與所述第二冷端互不接觸；
[0012]所述發(fā)熱元件有兩個，一個發(fā)熱元件的一端與所述第一冷端連接，另一個發(fā)熱元件的一端與所述第二冷端連接；
[0013]所述發(fā)熱元件的另一端都與限位套連接。
[0014]進一步的，還包括保護管，所述保護管包括外保護管和測溫熱偶管；
[0015]所述外保護管內(nèi)放置第一冷端、第二冷端、發(fā)熱元件以及限位套，所述測溫熱偶管放置在第一冷端和第二冷端之間；
[0016]所述測溫熱偶管和外保護管由氮化硅陶瓷制成。
[0017]進一步的，所述外保護管內(nèi)部空間裝有絕緣、散熱性好、傳熱性好的填充粉體。
[0018]進一步的，所述填充粉體為粉末狀的氮化硼陶瓷、氮化硅陶瓷或氧化鋁。
[0019]進一步的，所述外保護管內(nèi)部環(huán)境為真空。
[0020]進一步的，所述限位套位于所述外保護管的底部；
[0021]所述限位套上面設有凹槽，所述測溫熱偶管的底部抵在所述凹槽上。
[0022]進一步的，所述限位套由石墨、碳素或碳纖維材料制成。
[0023]進一步的，還包括隔熱片，所述隔熱片位于所述引出電極和所述第一冷端之間以及所述引出電極和所述第二冷端之間。
[0024]進一步的，還包括上連接片和下連接片；
[0025]所述上連接片和下連接片由氮化硼、氮化硅或氧化鋁制成；
[0026]所述上連接片和下連接片將第一冷端和第二冷端相對固定連接；
[0027]所述第一冷端和第二冷端互不接觸。
[0028]有益效果:本實施例提供的加熱器，由一個引出電極、冷端、發(fā)熱元件通過限位套與以一個或兩個發(fā)熱元件、冷端、引出電極順次連接，形成一個安整的二相或三相電回路，實現(xiàn)電阻加熱過程;其中，冷端元件具有數(shù)倍于發(fā)熱體的橫截面積，其電阻遠小于發(fā)熱元件，加熱過程中只產(chǎn)生較低的熱量，溫度幾乎不會變化，防止了引出電極在連接處溫度過熱而損壞;限位套與發(fā)熱元件固定，以限制發(fā)熱元件的移動，發(fā)熱元件由碳纖維、石墨或碳素材料制成，碳纖維、石墨、碳素材料電、熱轉化率可達到70-97 %，且不產(chǎn)生電磁場，使其擁有高效、節(jié)能、環(huán)保的優(yōu)點，并且其耐高溫，電阻率大的特點可以實現(xiàn)加熱器的小規(guī)格、大功率化，具有較高的實用價值。
【附圖說明】
[0029]為了更清楚地說明本發(fā)明【具體實施方式】或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對【具體實施方式】或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施方式，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0030]圖1為本發(fā)明實施例提供的一種加熱器的剖面結構示意圖。
[0031]附圖標記:
[0032]1、引出電極；2、隔熱片；3、上連接片；
[0033]4、冷端元件；5、下連接片；6、填充粉體；
[0034]7、發(fā)熱元件；8、測溫熱偶管；9、外保護管；
[0035]10、限位套； 11、固定端； 41、第一冷端；
[0036]42、第二冷端。
【具體實施方式】
[0037]下面將結合附圖對本發(fā)明的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0038]在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，術語“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，術語“第一”、“第二”、“第三”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。
[0039]在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接;可以是機械連接，也可以是電連接;可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發(fā)明中的具體含義。
[0040]圖1為本發(fā)明實施例提供的一種加熱器的剖面結構示意圖。
[0041]本發(fā)明提供的加熱器包括引出電極1、發(fā)熱元件7、冷端元件4以及限位套10;所述引出電極I分別延伸出一個固定端11;所述冷端元件4一端與引出電極I的固定端11連接，另一端與發(fā)熱元件7連接;所述發(fā)熱元件7另一端與限位套10連接;所述發(fā)熱元件7由碳纖維、石墨或碳素材料制成。即由一個引出電極1、冷端、發(fā)熱元件7通過限位套10與以一個或兩個發(fā)熱元件7、冷端、引出電極I順次連接，形成一個安整的二相或三相電回路，實現(xiàn)電阻加熱過程。發(fā)熱元件7由碳纖維、石墨或碳素材料制成，碳纖維、石墨、碳素材料電、熱轉化率可達至Ij70_97%，且不產(chǎn)生電磁場，使其擁有高效、節(jié)能、環(huán)保的優(yōu)點，并且其耐高溫，電阻率大的特點可以實現(xiàn)加熱器的小規(guī)格、大功率化，具有較高的實用價值。
[0042]本實施例提供的一種加熱器是一種二相加熱器，如圖1所示，所述引出電極I有兩個且分別延伸出一個固定端11;所述冷端元件4由第一冷端和第二冷端組成，一個所述弓I出電極I的固定端11與所述第一冷端連接，另一個引出電極I的固定端11與所述第二冷端連接，所述第一冷端與所述第二冷端互不接觸;所述發(fā)熱元件7有兩個，一個發(fā)熱元件7的一端與所述第一冷端連接，另一個發(fā)熱元件7的一端與所述第二冷端連接;所述發(fā)熱元件7的另一端都與限位套1連接。
[0043]本實施例提供的加熱器，設置的冷端元件4由第一冷端41和第二冷端42組成，并分別連接引出電極I和發(fā)熱元件7，由于第一冷端41和第二冷端42的阻值遠小于發(fā)熱元件7的阻值所以相比于發(fā)熱元件7，其在加熱器工作時產(chǎn)生的熱量非常小，溫度幾乎不會變化，防止了引出電極I在連接處溫度過熱而損壞;限位套10與發(fā)熱元件7固定，以限制發(fā)熱元件7的移動，由于本實施例提供的加熱器為管型加熱器，所以第一冷端41和第二冷端42在本實施例中的形狀為沿圓面正中截開的半個空心圓柱，兩半個空心圓柱互不接觸;第一冷端41和第二冷端42也由碳纖維、石墨或碳素材料制成且通過增大橫截面積的方式使電阻遠小于發(fā)熱元件7的電阻。
[0044]對冷端元件4來說，碳纖維、石墨、碳素材料電、熱轉化率可達到70-97%，且不產(chǎn)生電磁場，本實施例中，加熱器選用石墨制作發(fā)熱元件7、第一冷端41和第二冷端42。石墨的熔點為3850 ±50°C，沸點為4250°C，即使經(jīng)超高溫電弧灼燒，重量的損失很小，熱膨脹系數(shù)也很小；石墨強度隨溫度提高而加強，在2000°C時，石墨的強度更是提高一倍；因此用石墨作為發(fā)熱元件7可以提高加熱器的使用壽命。
[0045]更重要的，常溫下石墨的電阻率為(8?13) X 10—6 Ω.m，相比于各金屬的電阻率:鎳鉻合金1.0X10—6Ω.πι和鐵鋁合金(1.57?1.68)Χ10—6Ω.m，石墨的電阻率更大，同樣的長度和橫截面積，石墨的電阻阻值更大，在電流一定的情況下放出的熱能越多，又由于石墨的耐高溫性能，可以在其兩端輸出更大的電壓，既可以實現(xiàn)更大功率工作，所以，用石墨作為發(fā)熱元件7可以在保持原規(guī)格甚至更小規(guī)格的情況下實現(xiàn)更大功率工作，大大提高了加熱器的工作效率。
[0046]值得注意的，根據(jù)加熱器的加熱模式有二相加熱以及三相加熱，發(fā)熱元件7數(shù)目為兩個或三個以及它們的倍數(shù)，根據(jù)加熱器的工作環(huán)境以及發(fā)熱元件7的電阻以及電阻率的影響選擇使用不同相的加熱器，常用的，選擇二相加熱器，此時發(fā)熱元件7的數(shù)目為二或二的倍數(shù);如果為了避免工作中出現(xiàn)電網(wǎng)三相負載不平衡以及需要調(diào)壓的問題，選擇三相加熱器，此時發(fā)熱元件7的數(shù)目為三或三的倍數(shù)。
[0047]作為本實施例的進一步改進，除了可以通過增加發(fā)熱元件7的數(shù)目來完成快速均勻散熱目的，還可以通過增加發(fā)熱元件7的表面積來達成該目的，即可以將線材改為管材或板材。
[0048I本實施例的保護管包括外保護管9和測溫熱偶管8，外保護管9內(nèi)放置第一冷端41、第二冷端42、發(fā)熱元件7以及限位套10，測溫熱偶管8放置在第一冷端41和第二冷端42之間。外保護管9和測溫熱偶管8—起將第一冷端41、第二冷端42和發(fā)熱元件7封閉在密閉空間里，防止工作時發(fā)熱元件7高溫氧化，同時在測溫熱偶管8的空心內(nèi)還可以插入熱偶傳感器以便隨時檢測溫度變化。
[0049]現(xiàn)有技術中，大部分的加熱器的保護管即外殼都是采用不銹鋼制成，在使用鎳鉻合金、鐵鋁合金等作為發(fā)熱元件7時，由于本身的電、熱轉化率不高，導致加熱器升溫緩慢，不銹鋼可以適應該程度的溫差變化，但將石墨作為發(fā)熱元件7后，由于其高效電、熱轉化率，使加熱器升溫很快，作為保護管的不銹鋼不能很好的適應該程度的溫差變化從而導致保護管損壞進而影響加熱器的功能。作為本實施例的進一步改進，測溫熱偶管8和外保護管9由氮化硅陶瓷制成。
[0050]氮化硅(Si3N4)陶瓷材料作為一種優(yōu)異的高溫工程材料，最能發(fā)揮優(yōu)勢的是其在高溫領域中的應用。首先它極耐高溫，且在不太高的溫度下，氮化硅具有較高的強度和抗沖擊性，強度一直可以維持到1200 °C的高溫而不下降，受熱后不會熔成融體，一直到1900 °C才會分解，但由于氮化硅在1200°C以上會隨使用時間的增長而出現(xiàn)破損，使其強度降低，在1450°C以上更易出現(xiàn)疲勞損壞，所以氮化硅的使用溫度一般不超過1300°C。氮化硅的使用溫度大于發(fā)熱元件7石墨的最高工作溫度，滿足加熱器的需求。
[0051]再者，氮化硅有驚人的耐化學腐蝕性能，能耐幾乎所有的無機酸和30%以下的燒堿溶液，也能耐很多有機酸的腐蝕，使其能適應更多不銹鋼不能完成的工作場合；同時氮化硅的理論密度低，比不銹鋼和其他工程超耐熱合金鋼輕得多，用氮化硅制作保護管的加熱器重量更小。再者氮化硅熱膨脹系數(shù)低、導熱率高，故其耐熱沖擊性極佳，在保證強度，耐磨損，耐腐蝕的基礎上，能更好的將熱量傳遞出去，進一步的提高了加熱器的工作效率。
[0052]最重要的，溫差變化對氮化硅影響不大，熱壓燒結的氮化硅加熱到100tC后投入冷水中也不會破裂，與用石墨制作的發(fā)熱元件7更配合，提高了加熱器的使用壽命。
[0053]發(fā)熱元件7可以快速產(chǎn)生熱能，但想要測溫熱偶管8和外保護管9快速升溫，中間還需要能快速傳熱，發(fā)熱元件7與測溫熱偶管8和外保護管9均不接觸，所以其中間還裝有絕緣、散熱性好、傳熱性好的填充粉體6。
[0054]在本實施例中，填充粉體6選用粉末狀的氮化硼、氮化硅、氧化鋁，這些材料具有優(yōu)異的導熱性，是高溫、絕緣、散熱性能良好的載體，同時將發(fā)熱元件7與空氣隔絕，保護發(fā)熱元件7在高溫下不被空氣氧化。
[0055]發(fā)熱元件7為石墨、碳纖維或碳素材料可以在工作狀態(tài)下快速升溫，并且可以上升到100tC以上，但在有氧狀態(tài)下，碳元素在600°C就容易產(chǎn)生氧化反應，所以用測溫熱偶管8和外保護管9將發(fā)熱元件7封閉起來，一方面為了防止發(fā)生觸電事故，另一方面就是為了保護發(fā)熱元件7工作時不被氧化。但為了更進一步的阻止發(fā)熱元件7被氧化，作為本實施例的進一步改進，對外保護管9內(nèi)部的空間進行抽真空處理，將外保護管9內(nèi)部空氣全部趕出，最后用耐高溫膠泥封閉發(fā)熱元件7與外界的聯(lián)系。
[0056]值得注意的，在加熱器的上半部分有兩半個空心圓柱只能稍微限制測溫熱偶管8的左右晃動，且還不能限制測溫熱偶管8的上下移動;所以限位套10除了與發(fā)熱元件7固定，防止發(fā)熱元件7在外力作用下移動或斷裂，還可以限制測溫熱偶管8的移動，限位套10設置在外保護管9的底部，限位套10上面設有凹槽，測溫熱偶管8的底部抵在所述凹槽上。這樣，限位套10被固定在外保護管9的底部，測溫熱偶管8受凹槽的限制不能水平晃動，達到了加熱器內(nèi)部的相對靜止，提高了加熱器的穩(wěn)定性。
[0057]在本實施例中，冷端元件4通過增大橫截面積以減少電阻值，進而減少熱能、控制溫度升高達到防熱的目的，但隨著加熱器工作時間的延長，發(fā)熱元件7產(chǎn)生的溫度還是會傳到冷端元件4，使冷端元件4溫度升高進而對引出電極I造成影響。所以進一步的，本加熱器還設有隔熱片2，隔熱片2位于引出電極I和第一冷端41之間以及引出電極I和第二冷端42之間，在本實施例中，隔熱片2整體為有一定厚度的圓柱體，且圓面只設有兩個供引出電極I固定端11通過的孔洞，隔熱片2進一步的組織熱量向外散發(fā)。
[0058]作為本實施例的進一步改進，還包括使第一冷端41和第二冷端42相對固定連接的上連接片3和下連接片5，在本實施例中，上連接片3和下連接片5可以是圓形也可以是長方形，且其與第一冷端41和第二冷端42之間為螺釘連接，設置上連接片3和下連接片5的目的是為了使兩冷端相對固定在一位置且互不接觸，因此上連接片3和下連接片5是采用氮化硅、氧化鋁或氮化硼材料，它們都有很好的絕緣性和較強的機械強度，且就如氮化硅來說，除了是一種高性能電絕緣材料，還具有耐高溫等其他性能，在加熱器工作狀態(tài)轉換間產(chǎn)生的高溫和驟變的溫差也不會對上連接片3和下連接片5造成損壞，進一步提高了加熱器的使用壽命。
[0059]最后應說明的是:以上各實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案，而非對其限制;盡管參照前述各實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解:其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術方案的范圍。
【主權項】
1.一種加熱器，其特征在于，包括引出電極、發(fā)熱元件、冷端元件以及限位套； 所述引出電極分別延伸出一個固定端； 所述冷端元件一端與引出電極的固定端連接，另一端與發(fā)熱元件連接； 所述發(fā)熱元件另一端與限位套連接； 所述發(fā)熱元件由碳纖維、石墨或碳素材料制成。2.根據(jù)權利要求1所述的加熱器，其特征在于，所述引出電極有兩個且分別延伸出一個固定端； 所述冷端元件由第一冷端和第二冷端組成，一個所述引出電極的固定端與所述第一冷端連接，另一個引出電極的固定端與所述第二冷端連接，所述第一冷端與所述第二冷端互不接觸； 所述發(fā)熱元件有兩個，一個發(fā)熱元件的一端與所述第一冷端連接，另一個發(fā)熱元件的一端與所述第二冷端連接； 所述發(fā)熱元件的另一端都與限位套連接。3.根據(jù)權利要求2所述的加熱器，其特征在于，還包括保護管，所述保護管包括外保護管和測溫熱偶管； 所述外保護管內(nèi)放置第一冷端、第二冷端、發(fā)熱元件以及限位套，所述測溫熱偶管放置在第一冷端和第二冷端之間； 所述測溫熱偶管和外保護管由氮化硅陶瓷制成。4.根據(jù)權利要求3所述的加熱器，其特征在于，所述外保護管內(nèi)部空間裝有絕緣、散熱性好、傳熱性好的填充粉體。5.根據(jù)權利要求4所述的加熱器，其特征在于，所述填充粉體為粉末狀的氮化硼陶瓷、氮化硅陶瓷或氧化鋁。6.根據(jù)權利要求3所述的加熱器，其特征在于，所述外保護管內(nèi)部環(huán)境為真空。7.根據(jù)權利要求3所述的加熱器，其特征在于，所述限位套位于所述外保護管的底部； 所述限位套上面設有凹槽，所述測溫熱偶管的底部抵在所述凹槽上。8.根據(jù)權利要求7所述的加熱器，其特征在于，所述限位套由石墨、碳素或碳纖維材料制成。9.根據(jù)權利要求2所述的加熱器，其特征在于，還包括隔熱片，所述隔熱片位于所述引出電極和所述第一冷端之間以及所述引出電極和所述第二冷端之間。10.根據(jù)權利要求1所述的加熱器，其特征在于，還包括上連接片和下連接片； 所述上連接片和下連接片由氮化硼、氮化硅或氧化鋁制成； 所述上連接片和下連接片將第一冷端和第二冷端相對固定連接； 所述第一冷端和第二冷端互不接觸。
【文檔編號】H05B3/14GK105960033SQ201610547908
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年7月12日
【發(fā)明人】王征, 王濤, 王勇, 王魁久, 王宇時, 王雪瑩
【申請人】北京中興實強陶瓷軸承有限公司