專利名稱：溫控型組裝式蜂窩陶瓷紅外發(fā)熱模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及發(fā)熱裝置，更具體地說是蜂窩陶瓷紅外發(fā)熱裝置，是用于吸塑 機(jī)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(yīng)用在吸塑機(jī)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(jìn)，但效率的提高 很有限。實(shí)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(jìn)一步提高輻射溫度必將導(dǎo)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。已有結(jié)構(gòu)形式的蜂窩陶瓷發(fā)熱磚也在以下方面存在問題因不能準(zhǔn)確測(cè)量發(fā)熱磚表面溫度，無法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的閉環(huán)溫度控制，不能滿足要 求較高的全自動(dòng)吸塑機(jī)的應(yīng)用；蜂窩陶瓷發(fā)熱磚為整體燒結(jié)，當(dāng)發(fā)熱元件(電阻絲)損壞后就必須報(bào)廢整個(gè)發(fā)熱 磚，原本可以進(jìn)行再生利用的部分也隨之被棄，而就這些部分本身在制造過程中需要耗 費(fèi)相當(dāng)?shù)碾娔芑驘崮苓M(jìn)行燒結(jié)，因此顯然造成了浪費(fèi)，包括能源和資源兩方面的浪費(fèi)都 較大。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型是為避免上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足之處，提供一種溫控型組裝式 蜂窩陶瓷紅外發(fā)熱模塊，以期能夠獨(dú)立更換構(gòu)件，提高效率，降低使用成本，延長(zhǎng)使用
壽命ο本實(shí)用新型解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案本實(shí)用新型溫控型組裝式蜂窩陶瓷紅外發(fā)熱模塊的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是發(fā)熱模塊殼體的結(jié)構(gòu)設(shè)置為分體設(shè)置圍板、后蓋板和帶有蜂窩孔的蜂窩陶瓷 面板，所述后蓋板與圍板通過陶瓷螺栓固定連接；所述蜂窩陶瓷面板扣入圍板的內(nèi)周；在所述殼體內(nèi)，發(fā)熱絲層設(shè)置在所述蜂窩陶瓷面板的背部，自發(fā)熱絲層至后蓋 板依次設(shè)置的各結(jié)構(gòu)層分別為陶瓷蓋板、二氧化硅氣凝膠絕熱層、中間絕熱層、第二 絕熱層以及紅外反射絕熱層；在所述后蓋板與各結(jié)構(gòu)層中，貫穿設(shè)置有測(cè)溫孔，測(cè)溫?zé)犭娕荚O(shè)置在所述測(cè)溫 孔中，所述測(cè)溫?zé)犭娕嫉母袦囟说钟诎l(fā)熱絲層的表面。設(shè)置所述蜂窩陶瓷面板與陶瓷蓋板構(gòu)成對(duì)合結(jié)構(gòu)，以對(duì)合結(jié)構(gòu)形成盒體，所述 陶瓷面板上設(shè)置有定位槽，所述發(fā)熱絲層嵌合在所述定位槽中。在所述后蓋板上，位于其內(nèi)側(cè)的外周有一凸沿，所述后蓋板是以其凸沿與圍板 通過陶瓷螺栓固定連接。所述發(fā)熱絲層的連接導(dǎo)線以及測(cè)溫?zé)犭娕嫉男盘?hào)線分別在后蓋板中引出。[0015]設(shè)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 瓷面板上的蜂窩孔的孔徑。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。與已有技術(shù)相比，本實(shí)用新型有益效果體現(xiàn)在1、本實(shí)用新型為組裝式結(jié)構(gòu)，各構(gòu)件可獨(dú)立更換，消除了不必要的浪費(fèi)。2、本實(shí)用新型針對(duì)每一發(fā)熱模塊分別設(shè)置測(cè)溫?zé)犭娕?，可以?zhǔn)確測(cè)量發(fā)熱磚的 表面溫度，以利于實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的閉環(huán)溫度控制，滿足要求較高的全自動(dòng)吸塑機(jī)的應(yīng)用；3、本實(shí)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)能可達(dá) 30%以上。4、本實(shí)用新型在減小熱損失的同時(shí)，有效保護(hù)了設(shè)備，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，降 低使用成本。

圖1為本實(shí)用新型內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實(shí)用新型背部結(jié)構(gòu)示意圖。圖3a為本實(shí)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(shí)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(shí)用新型中蜂窩陶瓷面板與陶瓷蓋板的對(duì)合結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為本實(shí)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(shí)用新型中溫度分布曲線。圖中標(biāo)號(hào)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(cè)溫?zé)犭娕肌?0陶瓷螺栓、11圍板。
具體實(shí)施方式
參見圖1、圖2，本實(shí)施例發(fā)熱模塊殼體的結(jié)構(gòu)設(shè)置為分體設(shè)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(shè)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(shè)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(shí)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?zé)崞琳?，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(qiáng)度高、密度低、耐高溫，并且導(dǎo)熱系數(shù)極低、疏 水、不可燃、綠色環(huán)保、耐腐蝕，常溫下導(dǎo)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(dǎo)過來的熱量，選用市售低導(dǎo)熱的硅酸鹽復(fù)合絕熱氈，其對(duì)流和熱輻射值小、綜合絕熱效率高，在實(shí)施例中體現(xiàn) 出良好的絕熱性能，尤其是它的導(dǎo)熱系數(shù)比較平穩(wěn)，適應(yīng)溫區(qū)較寬，密度小、導(dǎo)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(qiáng)度、 加工性能好等特點(diǎn)，使產(chǎn)品性價(jià)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(dǎo)率，體密度為 330kg/m3，100°C時(shí)導(dǎo)熱系數(shù)為 0.020W/m.K。本實(shí)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(shí)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(hù)了設(shè)備， 延長(zhǎng)設(shè)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(dá)到最佳的性價(jià)比。本實(shí)施例中，在后蓋板5與各結(jié)構(gòu)層中，貫穿設(shè)置有測(cè)溫孔，測(cè)溫?zé)犭娕?設(shè)置 在測(cè)溫孔中，測(cè)溫?zé)犭娕嫉母袦囟说钟诎l(fā)熱絲層2的表面。在后蓋板5上，位于其內(nèi)側(cè)的外周有一凸沿，后蓋板5是以其凸沿與圍板11通 過陶瓷螺栓固定連接，如果需要更換電熱絲，則可以打開陶瓷螺栓，取出對(duì)合式蜂窩并 更換其中損壞的發(fā)熱部件，其余部分可多次使用，節(jié)約了材料和成本。發(fā)熱絲層2的連接導(dǎo)線以及測(cè)溫?zé)犭娕?的信號(hào)線分別在后蓋板5中引出，反映 被測(cè)溫度的熱電偶電勢(shì)由信號(hào)線引出后接于控制用單片機(jī)輸入端以實(shí)現(xiàn)溫度自動(dòng)控制。本實(shí)施例中設(shè)置所述蜂窩陶瓷面板1與陶瓷蓋板3構(gòu)成對(duì)合結(jié)構(gòu)，以形成盒 體，盒體內(nèi)以平行設(shè)置在蜂窩陶瓷面板1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(shí)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(dāng)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(dòng)的擾 動(dòng)，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(2Mg0.2AL203.5Si02)、鈦酸鋁(AL2Ti05)、莫來 石(3AL203.2Si02)和剛玉(AL203)復(fù)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(dòng)，抑制對(duì)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(yuǎn)紅外在一定的角度范圍內(nèi)向受熱體輻 射，具有熱阻小、導(dǎo)熱性能好、耐熱沖擊強(qiáng)等綜合優(yōu)點(diǎn)。具體實(shí)施中，基于熱力學(xué)原理，采用CFD軟件對(duì)蜂窩結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行模擬計(jì)算， 采用連續(xù)性方程、動(dòng)量方程、能量方程及標(biāo)準(zhǔn)k_ ε方程建立蜂窩傳熱的數(shù)學(xué)模型，運(yùn)用 FLUENT軟件對(duì)模型進(jìn)行求解。通過求解得到了蜂窩傳熱的詳盡信息，特別是針對(duì)較大 孔徑對(duì)合式蜂窩結(jié)構(gòu)中對(duì)流_輻射耦合的傳熱計(jì)算和針對(duì)蜂窩結(jié)構(gòu)抑制對(duì)流、減少熱損 失效應(yīng)進(jìn)行的多輪試驗(yàn)研究，確立了在吸塑機(jī)使用條件下，對(duì)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。模塊后蓋板5和圍板11是以高強(qiáng)度二氧化硅和三氧化二鋁復(fù)合材料燒制而成的 陶瓷板，蓋板和外殼的裝配采用陶瓷螺栓及螺孔工藝，既考慮到元件的絕熱性能，又增 加了電氣絕緣的可靠性，陶瓷螺栓的裝卸極為方便，便于發(fā)熱部件的維修及有用部分的 回收和再利用。本實(shí)施例中，發(fā)熱絲層2采用鎳鉻合金絲Cr20Ni80(6J20)，為延長(zhǎng)使用壽命， 本實(shí)施例中，對(duì)于鎳鉻合金絲進(jìn)行預(yù)氧化處理，是將安裝完畢的紅外發(fā)熱模塊在干燥的 空氣中通電加熱到300-400°C并保溫5-10小時(shí)，然后自然冷卻。試驗(yàn)表達(dá)，本實(shí)施例中蜂窩陶瓷面板1與陶瓷蓋板3構(gòu)成對(duì)合結(jié)構(gòu)，以及蜂窩 結(jié)構(gòu)的設(shè)置具有理想的熱輻射角度，非常適宜于吸塑機(jī)及需要一定距離烘烤的加熱設(shè)備 的使用，其經(jīng)過優(yōu)化計(jì)算的烘烤溫度分布如圖7所示，圖中縱坐標(biāo)為距發(fā)熱模塊中軸 線170mm平面上的烘烤溫度T，以相對(duì)值表示，設(shè)中軸線處的溫度為100% ；橫坐標(biāo)為 17mm平面上沿模塊長(zhǎng)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(duì)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(chǔ)上，由于減少模塊數(shù)量使吸塑機(jī)額外 地實(shí)現(xiàn)節(jié)能。
權(quán)利要求1.溫控型組裝式蜂窩陶瓷紅外發(fā)熱模塊，其特征是所述發(fā)熱模塊的殼體的結(jié)構(gòu)設(shè)置 為分體設(shè)置圍板(11)、后蓋板(5)和帶有蜂窩孔的蜂窩陶瓷面板(1)，所述后蓋板(5) 與圍板(11)通過陶瓷螺栓固定連接；所述蜂窩陶瓷面板⑴扣入圍板(11)的內(nèi)周；在所述殼體內(nèi)，發(fā)熱絲層(2)設(shè)置在所述蜂窩陶瓷面板(1)的背部，自發(fā)熱絲層(2) 至后蓋板(5)依次設(shè)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)；在所述后蓋板(5)與各結(jié)構(gòu)層中，貫穿設(shè)置有測(cè)溫孔，測(cè)溫?zé)犭娕?9)設(shè)置在所述測(cè) 溫孔中，所述測(cè)溫?zé)犭娕?9)的感溫端抵于發(fā)熱絲層(2)的表面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫控型組裝式蜂窩陶瓷紅外發(fā)熱模塊，其特征是設(shè)置所述蜂 窩陶瓷面板(1)與陶瓷蓋板(3)構(gòu)成對(duì)合結(jié)構(gòu)，以對(duì)合結(jié)構(gòu)形成盒體，所述陶瓷面板(1) 上設(shè)置有定位槽(Ia)，所述發(fā)熱絲層(2)嵌合在所述定位槽(Ia)中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫控型組裝式蜂窩陶瓷紅外發(fā)熱模塊，其特征是在所述后蓋 板(5)上，位于其內(nèi)側(cè)的外周有一凸沿，所述后蓋板(5)是以其凸沿與圍板(11)通過陶 瓷螺栓(10)固定連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫控型組裝式蜂窩陶瓷紅外發(fā)熱模塊，其特征是所述發(fā)熱絲 層⑵的連接導(dǎo)線以及測(cè)溫?zé)犭娕?9)的信號(hào)線分別在后蓋板(5)中引出。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫控型組裝式蜂窩陶瓷紅外發(fā)熱模塊，其特征是設(shè)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 的蜂窩孔的孔徑。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種溫控型組裝式蜂窩陶瓷紅外發(fā)熱模塊，其特征是所述發(fā)熱模塊殼體的結(jié)構(gòu)設(shè)置為分體設(shè)置圍板、后蓋板和帶有蜂窩孔的蜂窩陶瓷面板；在殼體內(nèi)，發(fā)熱絲層設(shè)置在蜂窩陶瓷面板的背部，自發(fā)熱絲層至后蓋板依次設(shè)置的各結(jié)構(gòu)層分別為陶瓷蓋板、二氧化硅氣凝膠絕熱層、中間絕熱層、第二絕熱層以及紅外反射絕熱層；在后蓋板與各結(jié)構(gòu)層中貫穿設(shè)置有測(cè)溫孔，測(cè)溫?zé)犭娕荚O(shè)置在測(cè)溫孔中，測(cè)溫?zé)犭娕嫉母袦囟说钟诎l(fā)熱絲層的表面。本實(shí)用新型期能夠獨(dú)立更換構(gòu)件，提高效率，降低使用成本，延長(zhǎng)使用壽命。
文檔編號(hào)B29C51/10GK201800241SQ201020288099
公開日2011年4月20日 申請(qǐng)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(qǐng)人:安徽鑫陽能源開發(fā)有限公司