電鍋爐加熱元件的製作方法

2023-06-06 01:24:26

專利名稱：電鍋爐加熱元件的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種管狀電鍋爐加熱元件，與面複合瓷質電熱層、面複合電極有關，它屬於一種節能、長壽命、快速啟動、結構合理、製造成本極低的電鍋爐加熱元件。
背景技術：
沿用了上百年歷史的電熱絲元件始終在電鍋爐行業佔絕對統治地位，約96％以上的電鍋爐採用電熱絲為電發熱體製成的電熱管作為電鍋爐加熱元件。這種電鍋爐加熱元件的功率密度通常高達20-60瓦/平方釐米，在這樣高的功率密度下通電加熱，造成了一系列難以克服的性能缺陷，如耗電極高(俗稱電老虎)、壽命較短(工作壽命僅2000-5000小時)、加熱不均勻(電鍋爐元件表面易結水垢)、需經常維修更換電鍋爐加熱元件(電熱絲工作溫度高，造成電熱管超溫爆裂，導致電鍋爐維修費用較高)。電鍋爐行業共同認知的理論和實踐是電鍋爐加熱元件的性能/壽命與加熱元件的功率密度成反比，就是說「電鍋爐加熱元件的功率密度越低，其性能/壽命就越好」。但降低電熱絲加熱元件的功率密度就意味著若干倍的提高元件成本和元件體積。國外採用耐高溫氧化的特殊鋼種和精度極高的電熱絲拔絲技術，雖然加熱元件體積降下來了，但加熱元件成本仍比普通電熱絲鍋爐元件高出5-10倍。這是電鍋爐行業延續至今一直未能解決的技術難題。也就是說，電鍋爐行業至今仍未能開發出替代電熱絲元件的新型電鍋爐加熱元件。

發明內容
本實用新型的目的在於提出一種不採用電熱絲作為電發熱體的新型電鍋爐加熱元件。本實用新型採用金屬管作為管狀底材，在管狀底材的內/外表面製備絕緣防腐層，在管狀底材外表面的絕緣防腐層上面，相繼製備界面過渡層、面複合電極、面複合瓷質電熱層，通過電極環卡與電源連接。
本實用新型設計原理本實用新型採用無縫、薄壁金屬管作為管狀底材。絕緣防腐層的作用是(1)將金屬管與管內的水隔絕，起到防腐蝕和防漏電的作用；(2)作為面複合瓷質電熱層的絕緣底層；界面過渡層的作用是提高面複合瓷質電熱層的牢固度，防止在通電加熱和斷電冷卻的反覆冷熱循環中，面複合瓷質電熱層因膨脹係數不匹配而產生微觀裂紋(甚至剝落)；面複合電極的作用是導入和引出電流(與電源連接)，使面複合瓷質電熱層的電流分布更均勻；面複合瓷質電熱層的作用是在電流通過時，直接將電能轉換成熱能，並經界面熱傳導的方式，將熱能直接傳導給管內流動的水。本實用新型的特點是管狀加熱元件外表面的整個瓷質電熱層既是加熱面，又是界面導熱面，這是電熱絲根本無法實現的一體化的複合面加熱方式，是目前公認的具有「單向導熱性」(單向導熱係數高達0.98以上)的加熱方式(電熱絲屬於非緊密接觸的點/線加熱方式，不具有單向導熱性，熱效率較低)。具有加熱面積大(加熱元件功率密度大幅降低，達到電熱絲元件無法實現的0.2--8瓦/平方釐米的極優化的低功率密度)，導熱界面大、導熱熱阻小(導熱速率接近無窮大)等技術優勢，實現了向管內的「平衡加熱」(加熱元件無需工作在高溫下，很低的溫度梯度即能實現向管內的、接近無窮大的導熱速率)。上述獨特的技術優勢，使本實用新型在性能方面實現了重大突破，熱效率高達98％以上(節電達30％以上)，工作壽命長達10萬小時以上，
本實用新型製造方法本實用新型採用耐熱玻璃管(長度不限)作為管狀底材(硼矽玻璃、95玻璃、高硼玻璃、微晶玻璃、鋼化或強化玻璃均可)。在承受水壓達標的情況下，玻璃管的壁厚應儘可能薄一些(壁厚1.5-8.0毫米)，這樣有利於傳熱。本實用新型的面複合電極是銀基電極，採用銀基電極的標準印刷/燒結工藝製備在管狀底材外表面的適當部位，面複合電極的導電界面應匹配元件的工作電流強度。面複合電極的方塊電阻為0.01--0.0001歐姆/方塊，寬度為3--20毫米，厚度為0.1--0.8毫米(形狀和長度不限)。
本實用新型的面複合瓷質電熱層採用「碳/矽基標準複合材料和標準工藝」製備在管狀底材表面，同時搭接在面複合電極上，與面複合電極的搭接界面應能承受工作電流。面複合瓷質電熱層的方塊電阻為3-120歐姆/方塊，功率密度為0.1--6瓦/平方釐米，厚度為0.05--0.8毫米(形狀適當)。
本實用新型通常採用電極環卡(國家標準允許時，可採用焊接方式連接電源)與電源連接(普通交流或直流、低壓或高壓電源)；根據國家安全標準的要求，可在面複合瓷質電熱層表面的適當部位安裝控溫器，以實現自動限溫保護；面複合電極/面複合瓷質電熱層與玻璃管內水流之間的耐壓、洩漏電流應符合國家安全標準。
本實用新型的有益效果●實現了一體化的複合面加熱方式，單向導熱係數高達0.98以上，熱效率高，節電效果顯著(達30％以上)；●本實用新型熱惰性小、熱啟動快、具有快熱快冷的特性，通水通電5-8分鐘即可連續供給熱水，斷電後的餘熱很小，冷卻很快；
●採用耐熱玻璃作為管狀底材，具有絕緣性好、耐高壓性極強、防腐蝕、不易結水垢、透明等特點(採用抗震、防衝擊結構，可避免玻璃易碎的弱點)；●面複合電極、面複合瓷質電熱層均採用無機/矽酸鹽材料製成，絕無有機高分子材料，長期使用不老化、不變質，性能穩定，使用壽命極長(達10萬小時以上)；●全部基礎材料均為普通化工原料(絕無稀貴材料)，因此，本實用新型的製造成本很低，平均約為5元-8元/千瓦元件，具有極強的市場競爭力(在經濟方面完全可以和電熱絲元件競爭)；●採用本實用新型製造的電鍋爐，在保溫隔熱結構方面可極其簡化，這樣即可減小電鍋爐的整機體積，又可大幅降低製造成本；●本實用新型極易實現元件標準化(玻璃管加熱元件的維修、更換十分方便)，同一種玻璃管加熱元件，通過串/並聯，可十分方便的製成不同加熱功率的系列電鍋爐加熱機芯、進而製成系列電鍋爐整機產品；●本實用新型的投資費用不高，設計原理和製造工藝有中級技術人員既可勝任，生產環節的操作工人屬於熟練工種。
●獨特的優越性能、低廉的製造成本使本實用新型在電鍋爐領域具備了極強的市場競爭力和廣闊的市場前景，在今後的十年中，本實用新型必將在電鍋爐領域廣泛替代電熱絲加熱元件，而成為新一代節能/環保電鍋爐的核心電熱元件。
以下結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。


圖1電鍋爐玻璃管加熱元件結構示意圖。
圖2螺紋鎖緊式外連接結構示意圖。
圖3法蘭螺紋鎖緊式外連接結構示意圖。
圖4螺栓/法蘭拉緊式外連接結構示意圖。
圖中1.電極環卡螺釘，2.控溫器絕緣墊，3.面接觸控溫器，4.面複合瓷質電熱層，5.電極環卡，6.電源，7.面複合電極，8.面複合瓷質電熱層，9.管狀底材，10.外連接管件，11.電鍋爐玻璃管加熱元件，12.外護套，13.橡膠密封圈，14.絕緣內護套，15.外連接管件，16.法蘭鎖緊件，17.外護套，18.橡膠密封圈，19.電鍋爐玻璃管加熱元件，20絕緣內護套，21.外連接管件，22.法蘭，23.外護套，24.拉緊螺栓，25.電鍋爐玻璃管加熱元件，26.橡膠密封圈，27.絕緣內護套。
具體實施方式
實施例1(
圖1)管狀底材(7)選用長800毫米、直徑50毫米、壁厚2.5毫米的高硼玻璃管作為管狀底材(9)，在管狀底材(9)的外表面的適當部位製備面複合電極(7)，面複合電極(7)採用銀基電極的標準印刷/燒結工藝製備，面複合電極(7)的寬度為15毫米，厚度為0.50毫米，方塊電阻小於0.0001歐姆/方塊；面複合瓷質電熱層(4、8)採用「碳/矽基標準複合材料和標準工藝」製備在管狀底材(9)的表面，同時與面複合電極(7)搭接(搭接寬度大於3毫米)，面複合瓷質電熱層(4、8)的功率電阻為9.68歐姆，加熱功率為5千瓦(220伏交流電源)，功率密度為4.3瓦/平方釐米；選用0.1毫米人造雲母紙作為控溫器絕緣墊(2)，面接觸控溫器(3)緊密壓接觸(中間墊有控溫器絕緣墊)在面複合瓷質電熱層(4、8)的表面，控溫器的斷電溫度為180-260攝氏度；電極環卡(2)選用0.5毫米銅板、電鍍厚銀層的工藝製備，電極環卡(5)鎖緊時應確保與面複合電極(7)的環形表面直接緊密接觸。本實施例是一種通用的電鍋爐玻璃管加熱元件，熱效率高達98％以上，使用壽命10萬小時以上，可廣泛用於各種供熱電鍋爐作為加熱元件。
實施例(2)(圖2)本實施例通過外連接管件(10)、外護套(12)、橡膠密封圈(13)實現了電鍋爐玻璃管加熱元件(11)與外部管路的連接。絕緣內護套(14)可提高本實施例的安全性(國家安全標準允許的情況下，可省去絕緣內護套)。連接管件(10)和外護套(12)可採用塑料或金屬製成，由螺紋連接並鎖緊，同時將橡膠密封圈(13)壓緊；橡膠密封圈(13)可採用耐熱橡膠(如矽橡膠)；絕緣內護套(14)可採用人造雲母紙或耐溫聚酯薄膜製成；本實施例的技術參數是選用長度800毫米、直徑30毫米、壁厚2.0毫米的硼矽玻璃管作為管狀底材，(面複合電極、面複合瓷質電熱層的材質和製備工藝、控溫器參數均可參照實施例(1))，加熱功率為2千瓦(220伏交流電源)，功率電阻為24.2歐姆，功率密度為2.87瓦/平方釐米。本實施例可用於較小管徑的玻璃管加熱元件。
實施例(3)(圖3)本實施例通過外連接管件(15)、法蘭鎖緊件(16)、外護套(17)、橡膠密封圈(18)完成了電鍋爐玻璃管加熱元件(19)與外部管路的連接。絕緣內護套(20)用於提高本實施例的安全性(國家安全標準允許的情況下，可省去絕緣內護套)。外連接管件(15)、法蘭鎖緊件(16)、外護套(17)可採用塑料或金屬製成，法蘭鎖緊件(16)通過螺紋與外護套(17)連接並鎖緊，同時將外連接管件(15)與橡膠密封圈(18)壓緊；橡膠密封圈(18)可採用耐熱橡膠(如矽橡膠)製成；絕緣內護套(20)可採用人造雲母紙或耐溫聚酯薄膜製成；本實施例的技術參數選用長度1000毫米、直徑60毫米、壁厚2.5毫米的95玻璃管作為管狀底材，(面複合電極、面複合瓷質電熱層的材質和製備工藝、控溫器參數均可參照實施例(1))，加熱功率為8千瓦(220伏交流電源)，功率電阻為6.05歐姆，功率密度為4.52瓦/平方釐米。本實施例可用於中等管徑的加熱元件。
實施例(4)(圖4)本實施例通過外連接管件(21)、法蘭(22)、拉緊螺栓(24)、橡膠密封圈(26)，完成了電鍋爐玻璃管加熱元件(25)與外部管路的連接。絕緣內護套(27)和外護套(23)用於提高本實施例的安全性(國家安全標準允許的情況下可省去)。外連接管件(21)、法蘭(22)可採用塑料或金屬製成，拉緊螺栓(24)通過法蘭(22)將外連接管件(21)拉緊，同時將橡膠密封圈(26)壓緊；橡膠密封圈(26)採用耐熱橡膠(如矽橡膠)製成；絕緣內護套(27)可採用人造雲母紙或耐溫聚酯薄膜製成；外護套(23)可採用塑料或金屬製成。本實施例的技術參數選用長度1000毫米、直徑80毫米、壁厚3毫米的高硼玻璃管作為管狀底材，(面複合電極、面複合瓷質電熱層的材質和製備工藝、控溫器參數均可參照實施例(1))，加熱功率為12千瓦(220伏交流電源)，功率電阻為4.03歐姆，功率密度為5.08瓦/平方釐米。本實施例可用於較大管徑的玻璃管加熱元件。
權利要求1.一種電鍋爐玻璃管加熱元件，其特徵是在管狀底材(9)的外表面相繼製備面複合電極(7)和面複合瓷質電熱層(4、8)。
2.根據權利要求1所述的電鍋爐玻璃管加熱元件，其特徵是管狀底材(7)為耐熱玻璃管，壁厚為1.5-8.0毫米。
3.根據權利要求1所述的電鍋爐玻璃管加熱元件，其特徵是面複合電極(7)的方塊電阻為0.01--0.0001歐姆/方塊，寬度為3--20毫米，厚度為0.1--0.8毫米。
4.根據權利要求1所述的電鍋爐玻璃管加熱元件，其特徵是面複合瓷質電熱層(4、8)的方塊電阻為3-120歐姆/方塊，功率密度為0.1--6瓦/平方釐米，厚度為0.05--0.8毫米。
5.根據權利要求1所述的電鍋爐玻璃管加熱元件，其特徵是通過外連接管件(10)、外護套(12)、橡膠密封圈(13)構成了電鍋爐玻璃管加熱元件與外部管路的連接，連接管件(10)和外護套(12)由螺紋連接並鎖緊，同時將橡膠密封圈(13)壓緊。
6.根據權利要求1所述的電鍋爐玻璃管加熱元件，其特徵是通過外連接管件(15)、法蘭鎖緊件(16)、外護套(17)、橡膠密封圈(18)構成了電鍋爐玻璃管加熱元件與外部管路的連接，法蘭鎖緊件(16)通過螺紋與外護套(17)連接並鎖緊，同時將外連接管件(15)、橡膠密封圈(18)壓緊。
7.根據權利要求1所述的電鍋爐玻璃管加熱元件，其特徵是通過外連接管件(21)、法蘭(22)、拉緊螺栓(24)、橡膠密封圈(26)，構成了電鍋爐玻璃管加熱元件與外部管路的連接，拉緊螺栓(24)通過法蘭(22)將外連接管件(21)拉緊，同時將橡膠密封圈(26)壓緊。
專利摘要一種電鍋爐加熱元件，採用耐熱玻璃管作為管狀底材(9)，在管狀底材(9)的外表面相繼製備界面複合電極(7)、面複合瓷質電熱層(4、8)，通過電極環卡(5)、電極環卡螺釘(1)與電源連接(6)，控溫器絕緣墊(2)和面接觸控溫器(3)是為防止水溫超高而設置的。本實用新型是一種節能(30％以上)、長壽命(10萬小時以上)、快速啟動、結構合理、製造成本極低的電鍋爐玻璃管加熱元件。
文檔編號F24H9/18GK2781279SQ200520011790
公開日2006年5月17日 申請日期2005年4月13日 優先權日2005年4月13日
發明者尹維平 申請人:尹維平