高效蜂窝陶瓷红外发热模块制造技术

本实用新型专利技术公开了一种高效蜂窝陶瓷红外发热模块，其特征是在发热模块的壳体内，发热丝层设置在具有蜂窝孔的蜂窝陶瓷面板的背部，自发热丝层至后盖板依次设置的各结构层分别为：凝胶绝热层、中间绝热层、第二绝热层以及红外反射绝热层；设置ｈ／Φ＝２．５～４．１，其中，ｈ为蜂窝陶瓷面板的厚度，Φ为蜂窝陶瓷面板上蜂窝孔的孔径。本实用新型专利技术可以有效提高热效率，延长发热元件的使用寿命。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及发热装置，更具体地说是用于吸塑机中的发热装置。
技术介绍
蜂窝陶瓷红外发热模块是一种应用在吸塑机中的发热装置，蜂窝陶瓷红外发热装置虽然相比于更早前的仅靠缠绕电阻丝于耐火耐瓷盘的方式有所改进，但效率的提高很有 限。实际表明，已有的蜂窝陶瓷发热砖存在着效率不高、辐射温度不够等问题，如果进一步 提高辐射温度必将导致功率的增加，这不仅损失效率，而且大大缩短了发热元件的寿命。
技术实现思路
本技术是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种高效蜂窝陶瓷红 外发热模块，以期提高热效率，延长发热元件的使用寿命。本技术解决技术问题采用如下技术方案本技术高效蜂窝陶瓷红外发热模块的结构特点是在所述发热模块的壳体内，发热丝层设置在具有蜂窝孔的蜂窝陶瓷面板的背部， 自发热丝层至后盖板依次设置的各结构层分别为凝胶绝热层、中间绝热层、第二绝热层以 及红外反射绝热层；设置h/Φ =2. 5 4.1，其中，h为所述蜂窝陶瓷面板的厚度，Φ为所 述蜂窝陶瓷面板上蜂窝孔的孔径。本技术的结构特点也在于所述红外反射绝热层是在石英基底表面形成有纳 米材料的红外反射膜；所述红外反射膜的折射率为1. 2-1. 6。与已有技术相比，本技术有益效果体现在1、本技术热损失小、热效率高、节能效率显著，较之已有技术，节能达30%以 上。2、本技术在减小热损失的同时，有效保护设备，延长设备寿命，降低使用成 本。附图说明图1为本技术内部结构示意图。图2为本技术背部结构示意图。图3a为本技术中蜂窝陶瓷面板主视示意图。图3b为图3a的A-A剖视图。图4a为本技术中陶瓷盖板主视示意图。图4b为图4a的B-B剖视图。图5为本技术中蜂窝陶瓷面板与陶瓷盖板的对合结构示意图。图6为本技术中蜂窝陶瓷面板中蜂窝结构示意图。图7为本技术中温度分布曲线。 图中标号1蜂窝陶瓷面板、Ia定位槽、Ib纵向凸筋、Ic散热孔、2发热丝层、3陶瓷 盖板、4 二氧化硅气凝胶绝热层、5后盖板、6第二绝热层、7中间绝热层、8红外反射绝热层、 9测温热电偶、10陶瓷螺栓、11围板。具体实施方式参见图1、图2，本实施例发热模块壳体的结构设置为分体设置围板11、后盖板5 和蜂窝陶瓷面板1，后盖板5与围板11通过陶瓷螺栓10固定连接；蜂窝陶瓷面板1扣入围 板11的内周；在壳体内，发热丝层2设置在蜂窝陶瓷面板1的背部，自发热丝层2至后盖板 5依次设置的各结构层分别为陶瓷盖板3、二氧化硅气凝胶绝热层4、中间绝热层7、第二绝 热层6以及红外反射绝热层8。在最靠近发热部件的区域温度为最高，本实施例中，采用了与蜂窝陶瓷面板1的 材质相同的陶瓷盖板3作为多层绝热的第一道高温热屏障，兼具固定发热丝的作用；在陶 瓷盖板3上无间隙覆盖一层厚度为3mm的二氧化硅气凝胶绝热层4，二氧化硅气凝胶绝热层 4具有高热阻、低热容，其强度高、密度低、耐高温，并且导热系数极低、疏水、不可燃、绿色环 保、耐腐蚀，常温下导热系数为0. 015 (w/m · k)。中间绝热层7用于屏蔽从二氧化硅气凝胶绝热层4传导过来的热量，选用市售低 导热的硅酸盐复合绝热毡，其对流和热辐射值小、综合绝热效率高，在实施例中体现出良好 的绝热性能，尤其是它的导热系数比较平稳，适应温区较宽，密度小、导热系数低、热稳定性 好、使用温度较高、吸湿率较小、氯离子含量低、具有一定的抗拉强度、加工性能好等特点， 使产品性价比得以大幅度提高。第二绝热层6选用KN纳米微孔绝热材料，它具有很低的热传导率，体密度为 330kg/m3,100°C时导热系数为 0. 020ff/m. K。本实施例中，红外反射绝热层8是在石英基底表面形成有纳米材料的红外反射 膜，红外反射膜是以纳米Ti02-Si02为原料、控制合适的Si-Ti比，以调节使得薄膜的折射 率在1.2-1. 6之间，本实施例中按重量比选用Si Ti为1 1的用量，以喷涂法或凝胶法 在石英基底表面形成红外反射膜，辐射到红外反射膜表面的红外线可望有80% -90%甚至 更高地被反射回来，以红外反射绝热层8上的红外反射膜形成一道高质量的热屏障，热量 不致被散发出去，一方面可以大大提高热效率，另一方面也有效保护了设备，延长设备使用 寿命；采用多层组合的绝热结构后可以最有效地利用各层的热物理性能，适于高温区域 的材料和适于中温、低温区域的绝热材料均可各得其所地发挥作用，既做到了使产品具有 良好的节能性能，又可使产品达到最佳的性价比。本实施例中，在后盖板5与各结构层中，贯穿设置有测温孔，测温热电偶9设置在 测温孔中，测温热电偶的感温端抵于发热丝层2的表面，发热丝层2的连接导线以及测温热 电偶9的信号线分别在后盖板5中引出，反映被测温度的热电偶电势由信号线引出后接于 控制用单片机输入端以实现温度自动控制。本实施例中设置所述蜂窝陶瓷面板1与陶瓷盖板3构成对合结构，以形成盒体，盒 体内以平行设置在蜂窝陶瓷面板ι上的各道纵向凸筋Ib形成定位槽la，发热丝层2嵌合在 定位槽Ia中，蜂窝孔位于定位槽Ia的所在位置处，在各道纵向凸筋Ib上，均勻分布有各散热孔lc。本实施例中采用盒式蜂窝，电热丝被置入盒体内的定位槽中，既相当于增加了一道 绝热层，又可以使电热丝紧卡于槽内，不受电磁力抖动的扰动，非常可观地增加了电热丝的 使用寿命。蜂窝陶瓷面板的材质为多孔性工业用陶瓷，目前市售的该材质主要是由堇青石 (2MgO. 2AL203. 5Si02)、钛酸铝(AL2Ti05)、莫来石(3AL203. 2Si02)和刚玉(AL203)复合而 成，其内部有许多贯通的蜂窝形状的平行通道，其功能是消除发热模块表面的热扰动，抑制 对流、减少热损失，可以大大改善热流的均勻分布，使发热元件产生的热量主要通过远红外 在一定的角度范围内向受热体辐射，具有热阻小、导热性能好、耐热冲击强等综合优点。具体实施中，基于热力学原理，采用CFD软件对蜂窝结构模型进行模拟计算，采用 连续性方程、动量方程、能量方程及标准k- ε方程建立蜂窝传热的数学模型，运用FLUENT 软件对模型进行求解。通过求解得到了蜂窝传热的详尽信息，特别是针对较大孔径对合式 蜂窝结构中对流_辐射耦合的传热计算和针对蜂窝结构抑制对流、减少热损失效应进行的 多轮试验研究，确立了在吸塑机使用条件下，对合式蜂窝几何尺寸的最佳比例为h/Φ = 2. 5 4. 1，其中，h为蜂窝陶瓷面板的厚度，Φ为蜂窝陶瓷面板上蜂窝的孔径，如图6所示。试验表明，本实施例中蜂窝陶瓷面板1与陶瓷盖板3构成对合结构，以及蜂窝结 构的设置具有理想的热辐射角度，非常适宜于吸塑机及需要一定距离烘烤的加热设备的使 用，其经过优化计算的烘烤温度分布如图7所示，图中纵坐标为距发热模块中轴线170mm平 面上的烘烤温度T，以相对值表示，设中轴线处的温度为100% ；横坐标为17mm平面上沿模 块长度方向两侧的温度分布衰减曲线。正是这一温度分布曲线及其红外辐射角度大大提高 了发热模块阵列的烘烤温度，相对于加工同一产品，阵列所需模块数将可望明显减少，从而 可在模块本身节能的基础上，由于减少模块数量使吸塑机额外地实现节能。权利要求高效蜂窝陶瓷红外发热模块，其特征是在所述发热模块的壳体内，发本文档来自技高网...

【技术保护点】
高效蜂窝陶瓷红外发热模块，其特征是：在所述发热模块的壳体内，发热丝层（２）设置在具有蜂窝孔的蜂窝陶瓷面板（１）的背部，自发热丝层（２）至后盖板（５）依次设置的各结构层分别为：凝胶绝热层（４）、中间绝热层（７）、第二绝热层（６）以及红外反射绝热层（８）；设置ｈ／Φ＝２．５～４．１，其中，ｈ为所述蜂窝陶瓷面板（１）的厚度，Φ为所述蜂窝陶瓷面板（１）上蜂窝孔的孔径。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杜贤平，华青梅，张培山，余世杰，
申请(专利权)人：安徽鑫阳能源开发有限公司，
类型：实用新型
国别省市：34[中国|安徽]