一种纳米碳纤维膜红外辐射加热管

技术领域

本申请涉及电加热管领域，具体而言，涉及一种纳米碳纤维膜红外辐射加热管。

背景技术

电加热管是一种电热元件，一般为圆管状，常用的有金属加热管和石英加热。石英加热管的发热丝为钨丝或碳丝，碳丝即以长丝碳纤维及其编织线为加热丝，这种加热管也叫碳纤维加热管。碳纤维加热管作为一种高端产品，有其他加热管不可比拟的优势：升温快，电热转换效率高，产生红外辐射加热，具有保健功能，可见光少，耐高温，使用寿命长。

目前采用的碳纤维发热丝，为微米级直径的碳纤维长丝编织而成。发热管的发热量由发热丝决定，而每根发热丝的发热量是由包含的碳纤维长丝长度、数量决定的。在高加热功率的应用需求下，仍需要多根加热管联用，所以提高碳纤维加热管在单位体积内的发热性能是很有必要的，一般也是通过加长碳丝长度或增加碳纤维丝数来实现的。如实用新型专利(CN203813980U)公开的一种碳纤维加热管，改进了以往单碳丝加热的结构，将单根加热管内的碳丝增加到三至六根，发热效率大于相同碳丝数量的单碳丝加热管。实用新型专利(CN209964314U)公开的一种两端密绕螺旋碳纤维加热管，将碳纤维丝卷绕成弹簧形状的螺旋，相当于延长单碳丝的长度，以提高其发热效率。

但是这些常规的碳丝型碳纤维加热管，当需要提高加热效果时，只能通过加大石英玻璃圆管尺寸去容纳更多碳纤维丝，这导致碳丝型碳纤维加热管体积较大，比较笨重，限制了其应用范围。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种纳米碳纤维膜红外辐射加热管。

第一方面，本申请提供一种纳米碳纤维膜红外辐射加热管，包括：

管体；

纳米碳纤维膜，沿管体的长度方向铺设在管体内；

电极，电极包括第一电极和第二电极，第一电极、纳米碳纤维膜、第二电极设置在管体内；以及

通电导线，连接于电极，且其自由端置于管体外部。

本申请的纳米碳纤维膜红外辐射加热管通过设置纳米碳纤维膜，不需要像碳丝加热管一样只能采用加大石英玻璃圆管尺寸去容纳更多碳纤维丝，去提高加热效率。由于本申请采用的纳米碳纤维膜密度小、厚度薄，制作出来的加热元件成更加轻薄。从而相较于目前的碳丝型碳纤维加热管，本申请的纳米碳纤维膜红外辐射加热管体积更小、红外辐射更高、升温速率更快、电热转化效率更高。

在本申请的其他实施例中，第一电极包括第一镍环和第一泡沫镍片；第一镍环和第一泡沫镍片设置于纳米碳纤维膜的第一端；第二电极包括第二镍环和第二泡沫镍片；第二镍环和第二泡沫镍片设置于纳米碳纤维膜的第二端。

在本申请的其他实施例中，第一镍环和第二镍环均包括两个，第一泡沫镍片和第二泡沫镍片均包括两个，两个第一镍环、两个第一泡沫镍片与纳米碳纤维膜叠放在第一端；两个第二镍环、两个第二泡沫镍片与纳米碳纤维膜叠放在第二端；密封于管体内的两个第一镍环的部分和两个第二镍环的部分用于将第一泡沫镍片、第二泡沫镍片和纳米碳纤维膜夹紧固定于管体内，管体外的部分第一镍环和第二镍环用于与通电导线形成电连接。

在本申请的其他实施例中，管体是由两端开口的方形管和两端的密封盖通过高温熔融形成的密封管。

在本申请的其他实施例中，管体的形状为扁平的长条状，纳米碳纤维膜与管体的扁平的表面平行设置。

在本申请的其他实施例中，纳米碳纤维膜红外辐射加热管还包括绝缘盖，用于包覆第一镍环或第二镍环；绝缘盖上具有通孔，通电导线的自由端穿出于通孔。

在本申请的其他实施例中，管体上有抽真空后熔融密封处理留下的玻璃圆点。

在本申请的其他实施例中，纳米碳纤维膜的厚度为30-100μm，面密度为6-20g/m

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例提供的纳米碳纤维膜红外辐射加热管的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的纳米碳纤维膜红外辐射加热管的长度方向截面示意图；

图3为图2中部分的放大示意图；

图4为本申请实施例提供的纳米碳纤维膜红外辐射加热管的第一镍环示意图；

图5为本申请实施例提供的纳米碳纤维膜红外辐射加热管的宽度方向截面图；

图6为本申请实施例提供的纳米碳纤维膜红外辐射加热管的另一视角的示意图。

图标：100-纳米碳纤维膜红外辐射加热管；110-管体；111-方形管；1112-第一开口端；1113-第二开口端；112-密封盖；113-绝缘盖；1131-通孔；114-玻璃圆点；120-纳米碳纤维膜；131-第一电极；1312-第一镍环；1313-第一泡沫镍片；132-第二电极；1322-第二镍环；1323-第二泡沫镍片；140-通电导线。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

参照图1～图6，本申请实施方式提供了一种纳米碳纤维膜红外辐射加热管100，包括：管体110、纳米碳纤维膜120、电极以及通电导线140。

进一步地，管体110是由两端开口的方形管111和两端的密封盖112通过高温熔融形成的密封管。

进一步地，方形管111具有第一开口端1112和相对的第二开口端1113。密封盖112通过高温熔融在方形管111的第一开口端1112和第二开口端1113与方形管111密封，形成密封管。

在本申请的一些实施方式中，上述的方形管111的材质为石英玻璃。

在本申请的一些实施方式中，上述的密封盖112的材质为石英玻璃。

进一步地，在本申请一些实施方式中，上述的密封盖112与方形管111的材质相同，均为石英玻璃，从而可以采用加热熔融的方式实现密封连接。具体而言，对方形管111和密封盖112进行加热，使得二者熔融，冷却后形成密封。

在图示的实施例中，由于方形管111的内壁与密封盖112之间设置用于电极穿出方形管111的缝隙，因此密封盖112的大小略小于方形管111的开口。当经过加热熔融冷却后依然能够形成密封效果。

通过设置密封盖112能够使得方形管111内部保持密封状态，从而能够避免空气进入到方形管111内部，将方形管111内部的纳米碳纤维膜120氧化。

进一步地，在本申请一些实施方式中上述的管体110的形状为扁平的长条状。

进一步地，纳米碳纤维膜120与管体110的扁平的表面平行设置。

在图示的实施例中，扁平的长条状的管体110的上下相对的两个表面为平面，纳米碳纤维膜120与管体110的两个平面平行设置。

通过将上述的管体110的形状设置为扁平的长条状，相较于传统的圆管形碳纤维加热管，扁平的长条状的管体110的体积更小；从而能够极大地减小加热管的体积。

进一步地，管体110上有抽真空后熔融密封处理留下的玻璃圆点114。

通过对管体110内部进行抽真空，能够进一步地保护管体110内部的纳米碳纤维膜120。

进一步地，纳米碳纤维膜120沿管体110的长度方向铺设在管体110内。

进一步地，参照图5和6，绝缘盖113设置在密封盖112的外部，盖合于管体110。绝缘盖113用于包覆第一镍环1312或第二镍环1322。

通过设置绝缘盖113，能够有效地避免漏电。

进一步地，绝缘盖113上具有通孔1131，通电导线140的自由端穿出于通孔1131。

通过设置该通孔1131，便于将通电导线140穿出于该绝缘盖113，连接外电源。

进一步地，电极包括第一电极131和第二电极132。

进一步地，第一电极131包括第一镍环1312和第一泡沫镍片1313。

进一步地，第二电极132包括第二镍环1322和第二泡沫镍片1323。

进一步地，第一镍环1312和第一泡沫镍片1313设置于纳米碳纤维膜120的第一端。

进一步地，第二镍环1322和第二泡沫镍片1323设置于纳米碳纤维膜120的第二端。

在图示的实施例中，上述的第一泡沫镍片1313、第二泡沫镍片1323的大小与第一镍环1312和第二镍环1322的接触面相等。

通过设置第一泡沫镍片1313和第二泡沫镍片1323不仅能够起到缓冲减震的作用，也能够起到导通的作用。

在本申请一些实施方式中，第一镍环1312和第二镍环1322均包括两个，第一泡沫镍片1313和第二泡沫镍片1323均包括两个，两个第一镍环1312、两个第一泡沫镍片1313与纳米碳纤维膜120叠放在第一端；两个第二镍环1322、两个第二泡沫镍片1323与纳米碳纤维膜120叠放在第二端。

进一步地，密封于管体110内的两个第一镍环1312的部分和两个第二镍环1322的部分用于将第一泡沫镍片1313、第二泡沫镍片1323和纳米碳纤维膜120夹紧固定于管体110内，管体110外的部分第一镍环1312和第二镍环1322用于与通电导线140形成电连接。

参照图2和图3，在图示的实施例中，两个第一镍环1312和两个第二镍环1322均设置在第一开口端1112处和第二开口端1113处。同样地，两个第一泡沫镍片1313和两个第二泡沫镍片1323均设置在第一开口端1112处和第二开口端1113处，从而能够从两端对纳米碳纤维膜120进行固定。

进一步地，纳米碳纤维膜120的厚度为30-100μm，面密度为6-20g/m

进一步可选地，纳米碳纤维膜120的厚度为35-95μm，面密度为7-19g/m

进一步可选地，纳米碳纤维膜120的厚度为40-90μm，面密度为8-18g/m

示例性地，纳米碳纤维膜120的厚度为45μm、50μm、55μm、60μm、65μm、70μm、75μm、80μm或者85μm，面密度为9、10、11、12、13、14、15、16或17g/m

进一步地，纳米碳纤维膜120是通过静电纺丝技术先制备纳米碳纤维的前驱体，一般为PAN等高分子聚合物纳米纤维膜，再通过预氧化、碳化、石墨化等高温处理工艺，制成纳米碳纤维膜。

由静电纺丝技术制备的纳米碳纤维膜120呈大尺寸的膜片状，可裁切成任意尺寸、形状，且纤维连续性强，导电性优于传统的编织碳纤维布或针刺碳纤维毡，且厚度薄、密度小，能够作为一种性能优越的膜片状红外加热体。

相比于微米级碳纤维发热丝，本申请的纳米碳纤维膜120的纤维直径更细，比表面积更大，单位体积内碳纤维丝的数量更多，且呈网络结构，能提供更高的发热效率，远红外发射率也更高。另外，微米级碳纤维发热丝呈线状，单根纤维发生断裂的时候，该纤维就因形成断路而失去了发热功能，与此不同的是，本申请的纳米碳纤维膜120是片状材料，纤维直径形成三维导电网络，不存在因断丝而出现断路的情况，且膜强度较好，较为耐用。

本申请实施方式将纳米碳纤维膜120作为发热材料应用于加热管中，有别于常规的线状加热体，能够达到更好的红外加热效果，不需要像碳丝加热管一样需要加大石英玻璃圆管尺寸去容纳更多碳纤维丝。而且纳米碳纤维膜密度小、厚度薄，制作出来的加热元件成更加轻薄。

示例性地，本申请的纳米碳纤维膜红外辐射加热管100是这样使用的：

在使用时，外部电源经通电导线140对纳米碳纤维膜红外辐射加热管100进行供电，电流经第一镍环1312、第一泡沫镍片1313、第二泡沫镍片1323、第二镍环1322并通过纳米碳纤维膜120，使纳米碳纤维膜120发热升温。经测试，本申请实施例提供的纳米碳纤维膜红外辐射加热管100的功率为800W，在220V的交流电压下，在50秒内升温达到了800℃，升温速率16℃/s。相较于目前的碳丝型碳纤维加热管，本申请实施例提供的纳米碳纤维膜红外辐射加热管100体积更小、红外辐射更高、升温速率更快、电热转化效率更高。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。