CN102036433A - 一种双膜层结构的红外电热膜加热管、其制备方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双膜层结构的红外电热膜加热装置，其结构中包括电热膜基体和设置在其两端的电极，电热膜基体表面依次蒸镀有导电膜层和红外高发射膜层。其制备方法为：利用高温蒸镀炉依次将电热膜液和红外高发射膜液蒸镀到电热膜基体上，电热膜液按重量份数比包含：四氯化锡45～58；三氯化锑0.3～2.0；三氯化镍0.4～1.2；三氯化铟0.3～1.0；乙醇/丙三醇5～15；无机酸6～17；去离子水20～30；红外高发射膜液按重量份数比包含：二氯化锰35～45；二氯化镍15～20；三氯化铬5～10；乙醇/丙三醇5～15；去离子水20～30；最后装配电极，即得。本发明采用双层膜结构，能够大幅强化辐射传热并减少对流传热，提高能效，节约能源。
Description
技术领域
本发明涉及一种双膜层结构的红外电热膜加热管、其制备方法及其应用，属于半导体发热技术和红外加热技术领域。
背景技术
随着能源危机的日益严重，节能减排已成为一个令人关注的社会问题。针对目前旁热式电热元件热惯性大、高温易氧化、热转化效率低、使用寿命短等缺陷，相继出现了多种电热膜发热元件。其作为一种面发热元件，具有直热式、热容小、无明火、热效率高等特点，很好的解决传统电热膜温度低、应用范围窄等问题。公开号为CN2212293Y、CN101608074A、CN1625305A、CN101668359A的中国专利公开了数种电热膜发热元件，其均是采用喷涂法制备电热膜，在电热膜组分配比中，通过“掺杂”金属氯化物，改善膜的特性，并同时提高电热膜的表面发射比。
现有电热膜技术的主要缺陷是：①现有技术通过“掺杂” 金属氯化物以提高发射比，“掺杂”量少，不能形成致密的发射层，致使膜层发射比偏低，掺杂量大影响电热膜的导电特性，不能体现电热膜加热元件“红外高辐射”的节能优势；②单层膜结构效能低，辐射-对流传热比值小；③电热膜的喷涂制法能耗、成本高，操作繁琐，产品稳定性低。由此，通过科学实验获得电热膜原料的最佳配比和最佳结构设计方案，并改进现有的喷涂制备法，以提高产品能效，降低成本，成为电热膜制造领域目前亟需解决的技术难题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种双膜层结构的红外电热膜加热管，采用双层膜结构，能够大幅强化辐射传热并减少对流传热，提高能效，节约能源；为此，本发明同时提供此双膜层结构的红外电热膜加热管的制备方法；本发明同时提供此加热管的应用方法。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：
一种双膜层结构的红外电热膜加热管，结构中包括电热膜基体、附着在此电热膜基体上的膜层和设置在此电热膜基体两端的电极，所述膜层包括蒸镀在电热膜基体表面的导电膜层和蒸镀在此导电膜层表面的红外高发射膜层，所述导电膜层为SnO2:Sb薄膜层，所述红外高发射膜层按重量份数比包含如下物质：二氯化锰35～45，二氯化镍15～20，三氯化铬5～10。
上述双膜层结构的红外电热膜加热管的制备方法，其步骤为：
A、导电膜层的制备：利用高温蒸镀炉将电热膜液蒸镀到所述电热膜基体上，即得；所述电热膜液按重量份数比包含：四氯化锡45～58；三氯化锑0.3～2.0；三氯化镍0.4～1.2；三氯化铟0.3～1.0；乙醇/丙三醇5～15；无机酸6～17；去离子水20～30；
B、红外高发射膜层的制备：利用高温蒸镀炉将红外高发射膜液蒸镀到上步所得导电膜层上，即得；所述红外高发射膜液按重量份数比包含：二氯化锰35～45；二氯化镍15～20；三氯化铬5～10；乙醇/丙三醇5～15；去离子水20～30；
C、装配电极：上步所得电热膜基体两端装配电极，即得。
作为本发明制备方法的一种优选技术方案，步骤A中制备所述导电膜层之前首先用磷酸、无水乙醇或丙酮擦洗所述电热膜基体表面，然后用去离子水洗净，烘干，然后再进行导电膜层蒸镀操作。
作为本发明制备方法的一种优选技术方案，步骤A中所述电热膜液的制作方法为：按上述重量份数比量取四氯化锡、三氯化锑、三氯化镍、三氯化铟、乙醇/丙三醇、无机酸和去离子水，于混合机内混合加热，加热温度为60～80℃，持续搅拌并进行1h的超声分散处理，使固体全部溶解，冷却至常温，过滤，即得电热膜液。
作为本发明制备方法的一种优选技术方案，步骤A中将所述电热膜液蒸镀到所述电热膜基体上的具体操作为：将电热膜基体放入高温蒸镀炉中，逐步升温至600～800℃，恒温10分钟，然后通过滴定装置将电热膜液滴入蒸发坩埚中，膜液高温气化后进入蒸镀炉体，在电热膜基体表面发生水解反应，形成一层均匀的SnO2:Sb薄膜层，即导电膜层。
作为本发明制备方法的一种优选技术方案，步骤B中所述红外高发射膜液的制作方法为：按上述重量份数比量取二氯化锰、二氯化镍、三氯化铬、乙醇/丙三醇和去离子水，于混合机内混合加热，加热温度为60～80℃，持续搅拌并进行1h的超声分散处理，使固体全部溶解，冷却至常温，过滤，即得红外高发射膜液。
作为本发明制备方法的一种优选技术方案，步骤B中将所述红外高发射膜液蒸镀到所述导电膜层上的具体操作为：将蒸镀有导电膜层的电热膜基体两端1.5cm作免镀膜保护处理后，放入高温蒸镀炉中，逐步升温至500～700℃，恒温10分钟，然后通过滴定装置将红外高发射膜液滴入蒸发坩埚中，膜液高温气化后进入蒸镀炉体，经高温化学沉积得红外高发射膜层。
作为本发明制备方法的一种优选技术方案，步骤C中装配电极的具体操作为：在所述蒸镀有导电膜层和红外高发射膜层的电热膜基体两端表面涂覆高温导电银浆，然后送入烘板炉内，经500～650℃烘烧，使氧化银完全还原并与导电膜层熔合为一体，即得电极。
一种应用上述双膜层结构的红外电热膜加热管制备的加热装置，其结构中包括三支双膜层结构的红外电热膜加热管，此三支加热管平行排布组成正三角形加热体，三支加热管前端固定在正三角形支架上，此正三角形支架前端设置三角形保护盒和安全网罩Ⅰ；三支加热管后端固定在半球冠形反射罩Ⅰ上，此反射罩Ⅰ固定在圆柱形箱体上，此圆柱形箱体和反射罩Ⅰ之间用隔热材料填充；圆柱形箱体后端设置轴流风扇和带有导风口的保护盒；正三角形加热体的中央还设置一个固定在反射罩Ⅰ上的锥体形出风装置。
一种应用上述双膜层结构的红外电热膜加热管制备的加热装置，其结构中包括两支双膜层结构的红外电热膜加热管，此两支加热管的两端固定在长方形支架上，两加热管前端设置安全网罩Ⅱ，后端设置反射罩Ⅱ，长方形支架、安全网罩Ⅱ和反射罩Ⅱ套装在矩形箱体上，此矩形箱体和反射罩Ⅱ之间用隔热材料填充。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明“电热膜液”和“红外高发射膜液”的配方是通过对基体材料、成膜温度、退火处理、掺杂浓度、制备工艺对电热膜的膜阻特性和温度特性的影响以及对金属氧化物在高温下辐射特性的测试实验研究而优化得到的，本发明与现有技术相比具有以下优点：
本发明配比合理、制作工艺简单，功率密度可做成0.1～20W/cm2，工作温度可达800℃以上，高温性能稳定，有很好的抗氧化、抗化学腐蚀能力，其具有很好的阻值稳定性和红外高发射率，全发射比大于0.92，参看附图3，辐射波长2.5微米～15微米，使用寿命在8000小时以上；
本发明产品的结构设计和制备方法符合薄层物料的“匹配吸收”理论，利用本发明制成的多种电热膜加热装置，兼具高温电热膜加热技术和红外加热技术的双重优势，强化了辐射传热，减少了对流传热，能效得到大幅提高；
同时，“红外高发射膜层”也是一种“双功能膜层”，既提高了表面发射比，又增加了电绝缘安全性，可在纺织品烘干、电热器具、漆膜固化等领域广泛应用；
本发明同时具有传统电热膜直热式、热容小、热效率高、外形可选择性强、适用范围广等优势；
本发明的加热管的应用方法装配简单，实用性高。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明第1实施例所制备产品（半成品）的结构示意图。
图2是本发明制备方法的工艺流程图。
图3是本发明第1实施例所制备产品的相对光谱辐射强度曲线。
图4是应用本发明的加热管装配的一种加热装置的结构示意图。
图5是应用本发明的加热管装配的另一种加热装置的结构示意图。
图中：1、电热膜基体 2、导电膜层 3、红外高发射膜层 4、电极 11、加热管 12、正三角形支架 13、三角形保护盒 14、安全网罩Ⅰ 15、反射罩Ⅰ 16、圆柱形箱体 17、轴流风扇 18、保护盒 19、锥体形出风装置 20、长方形支架 21、安全网罩Ⅱ 22、反射罩Ⅱ 23、矩形箱体。
具体实施方式
以下实施例详细说明了本发明。制备本发明所使用的各种原料及各项设备均为常规市售产品，均能够通过市场购买直接获得。
实施例1
参看附图1、2，本发明第1实施例的双膜层结构的红外电热膜加热管, 结构中包括陶瓷管电热膜基体1和设置在此电热膜基体1两端的电极4，此电热膜基体1直径16mm，壁厚3mm，管长230mm，其表面蒸镀有导电膜层2、此导电膜层2表面蒸镀有红外高发射膜层3，所述导电膜层2为SnO2:Sb薄膜层，所述红外高发射膜层3按重量份数比包含如下物质：二氯化锰40，二氯化镍15，三氯化铬5。
本实施例双膜层结构的红外电热膜加热管的制备方法，其步骤为：
预处理1、电热膜基体1的清洗与烘干：首先用磷酸、无水乙醇或丙酮擦洗所述电热膜基体1表面，然后用去离子水洗净，烘干，备用；
预处理2、电热膜液的制备：按下述重量份数比量取四氯化锡、三氯化锑、三氯化镍、三氯化铟、乙醇、硝酸和去离子水：四氯化锡50；三氯化锑1.5；三氯化镍0.8；三氯化铟0.5；乙醇10；硝酸10；去离子水25；然后于混合机内混合加热，加热温度为75℃，持续搅拌并进行1h的超声分散处理，使固体全部溶解，冷却至常温，过滤，即得电热膜液，备用；
预处理3、红外高发射膜液的制备：按下述重量份数比量取二氯化锰、二氯化镍、三氯化铬、丙三醇和去离子水：二氯化锰40；二氯化镍15；三氯化铬5；丙三醇10；去离子水25；
然后于混合机内混合加热，加热温度为75℃，持续搅拌并进行1h的超声分散处理，使固体全部溶解，冷却至常温，过滤，即得红外高发射膜液，备用；
A、导电膜层2的制备：将所述电热膜基体1放入高温蒸镀炉中，逐步升温至650℃，恒温10分钟，然后通过滴定装置将预处理2中所得电热膜液8ml分2次滴入蒸发坩埚中，膜液高温气化后进入蒸镀炉体，在电热膜基体1表面发生水解反应，形成一层均匀的纳米量级SnO2:Sb薄膜层； 退火温度400℃，退火时间20分钟；
B、红外高发射膜层3的制备：将上步所得电热膜基体1两端1.5cm作免镀膜保护处理后，放入高温蒸镀炉中，逐步升温至650℃，恒温10分钟，然后通过滴定装置将预处理3中所得红外高发射膜液12ml分3次滴入蒸发坩埚中，膜液高温气化后进入蒸镀炉体，经高温化学沉积得微米量级红外高发射膜层3；退火温度400℃，退火时间20分钟；
C、装配电极4：去除上步所得电热膜基体1两端的免镀膜保护装置，并于其两端表面涂覆高温导电银浆，然后送入烘板炉内，经550℃烘烧，使氧化银完全还原并与导电膜层2熔合为一体，即得微米量级电极4；然后采用不锈钢薄板、银合金薄板或铜镀银薄板制作电极卡帽，将此电极卡帽套装在电极4上，通过铜螺丝从两电极端引出接线端子，然后再套上陶瓷封头，并用陶瓷粉填充封固，即得双膜层结构的红外电热膜加热管成品。
参看附图4，应用本实施例的加热管制备的加热装置，其结构中包括三支双膜层结构的红外电热膜加热管11，此三支加热管11平行排布组成正三角形加热体，三支加热管11前端固定在正三角形支架12上，此正三角形支架12前端设置三角形保护盒13和安全网罩Ⅰ14；三支加热管11后端固定在半球冠形反射罩Ⅰ15上，此反射罩Ⅰ15固定在圆柱形箱体16上，此圆柱形箱体16和反射罩Ⅰ15之间用隔热材料填充；圆柱形箱体16后端设置轴流风扇17和带有导风口的保护盒18；正三角形加热体的中央还设置一个固定在反射罩Ⅰ15上的锥体形出风装置19。
实施例2
本发明第2实施例与第1实施例的不同之处在于：
①电热膜液按重量份数比包含：四氯化锡45、三氯化锑2.0、三氯化镍1.0、三氯化铟0.6、丙三醇10、硝酸6、去离子水25；
②红外高发射膜液按重量份数比包含：二氯化锰35、二氯化镍20、三氯化铬5、丙三醇10、去离子水25。
参看附图5，应用本实施例的加热管制备的加热装置，其结构中包括两支双膜层结构的红外电热膜加热管11，此两支加热管11的两端固定在长方形支架20上，两加热管11前端设置安全网罩Ⅱ21，后端设置反射罩Ⅱ22，长方形支架20、安全网罩Ⅱ21和反射罩Ⅱ22套装在矩形箱体23上，此矩形箱体23和反射罩Ⅱ22之间用隔热材料填充。
实施例3
本发明第3实施例与第1实施例的不同之处在于：
①电热膜液按重量份数比包含：四氯化锡55、三氯化锑1.5、三氯化镍0.5、三氯化铟0.5、乙醇10、硝酸10、去离子水25；
②红外高发射膜液按重量份数比包含：二氯化锰45、二氯化镍15、三氯化铬5、乙醇10、去离子水25。
本实施例的应用方法同实施例1。
上述描述仅作为本发明可实施的技术方案提出，不作为对其技术方案本身的单一限制条件。
Claims (10)
1.一种双膜层结构的红外电热膜加热管，结构中包括电热膜基体（1）、附着在此电热膜基体（1）上的膜层和设置在此电热膜基体（1）两端的电极（4），其特征在于：所述膜层包括蒸镀在电热膜基体（1）表面的导电膜层（2）和蒸镀在此导电膜层（2）表面的红外高发射膜层（3），所述导电膜层（2）为SnO2:Sb薄膜层，所述红外高发射膜层（3）按重量份数比包含如下物质：二氯化锰35～45，二氯化镍15～20，三氯化铬5～10。
2.一种权利要求1所述的双膜层结构的红外电热膜加热管的制备方法，其特征步骤在于：
A、导电膜层（2）的制备：利用高温蒸镀炉将电热膜液蒸镀到所述电热膜基体（1）上，即得；所述电热膜液按重量份数比包含：四氯化锡45～58；三氯化锑0.3～2.0；三氯化镍0.4～1.2；三氯化铟0.3～1.0；乙醇/丙三醇5～15；无机酸6～17；去离子水20～30；
B、红外高发射膜层（3）的制备：利用高温蒸镀炉将红外高发射膜液蒸镀到上步所得导电膜层（2）上，即得；所述红外高发射膜液按重量份数比包含：二氯化锰35～45；二氯化镍15～20；三氯化铬5～10；乙醇/丙三醇5～15；去离子水20～30；
C、装配电极（4）：上步所得电热膜基体（1）两端装配电极（4），即得。
3.根据权利要求2所述的双膜层结构的红外电热膜加热管的制备方法，其特征在于：步骤A中制备所述导电膜层（2）之前首先用磷酸、无水乙醇或丙酮擦洗所述电热膜基体（1）表面，然后用去离子水洗净，烘干，然后再进行导电膜层（2）蒸镀操作。
4.根据权利要求2所述的双膜层结构的红外电热膜加热管的制备方法，其特征在于：步骤A中所述电热膜液的制作方法为：按上述重量份数比量取四氯化锡、三氯化锑、三氯化镍、三氯化铟、乙醇/丙三醇、无机酸和去离子水，于混合机内混合加热，加热温度为60～80℃，持续搅拌并进行1h的超声分散处理，使固体全部溶解，冷却至常温，过滤，即得电热膜液。
5.根据权利要求4所述的双膜层结构的红外电热膜加热管的制备方法，其特征在于：步骤A中将所述电热膜液蒸镀到所述电热膜基体（1）上的具体操作为：将电热膜基体（1）放入高温蒸镀炉中，逐步升温至600～800℃，恒温10分钟，然后通过滴定装置将电热膜液滴入蒸发坩埚中，膜液高温气化后进入蒸镀炉体，在电热膜基体（1）表面发生水解反应，形成一层均匀的SnO2:Sb薄膜层，即导电膜层（2）。
6.根据权利要求2所述的双膜层结构的红外电热膜加热管的制备方法，其特征在于：步骤B中所述红外高发射膜液的制作方法为：按上述重量份数比量取二氯化锰、二氯化镍、三氯化铬、乙醇/丙三醇和去离子水，于混合机内混合加热，加热温度为60～80℃，持续搅拌并进行1h的超声分散处理，使固体全部溶解，冷却至常温，过滤，即得红外高发射膜液。
7.根据权利要求6所述的双膜层结构的红外电热膜加热管的制备方法，其特征在于：步骤B中将所述红外高发射膜液蒸镀到所述导电膜层（2）上的具体操作为：将蒸镀有导电膜层（2）的电热膜基体（1）两端1.5cm作免镀膜保护处理后，放入高温蒸镀炉中，逐步升温至500～700℃，恒温10分钟，然后通过滴定装置将红外高发射膜液滴入蒸发坩埚中，膜液高温气化后进入蒸镀炉体，经高温化学沉积得红外高发射膜层（3）。
8.根据权利要求3所述的双膜层结构的红外电热膜加热管的制备方法，其特征在于：步骤C中装配电极（4）的具体操作为：在所述蒸镀有导电膜层（2）和红外高发射膜层（3）的电热膜基体（1）两端表面涂覆高温导电银浆，然后送入烘板炉内，经500～650℃烘烧，使氧化银完全还原并与导电膜层（2）熔合为一体，即得电极（4）。
9.一种应用权利要求1所述的双膜层结构的红外电热膜加热管制备的加热装置，其特征在于：其结构中包括三支双膜层结构的红外电热膜加热管（11），此三支加热管（11）平行排布组成正三角形加热体，三支加热管（11）前端固定在正三角形支架（12）上，此正三角形支架（12）前端设置三角形保护盒（13）和安全网罩Ⅰ（14）；三支加热管（11）后端固定在半球冠形反射罩Ⅰ（15）上，此反射罩Ⅰ（15）固定在圆柱形箱体（16）上，此圆柱形箱体（16）和反射罩Ⅰ（15）之间用隔热材料填充；圆柱形箱体（16）后端设置轴流风扇（17）和带有导风口的保护盒（18）；正三角形加热体的中央还设置一个固定在反射罩Ⅰ（15）上的锥体形出风装置（19）。
10.一种应用权利要求1所述的双膜层结构的红外电热膜加热管制备的加热装置，其特征在于：其结构中包括两支双膜层结构的红外电热膜加热管（11），此两支加热管（11）的两端固定在长方形支架（20）上，两加热管（11）前端设置安全网罩Ⅱ（21），后端设置反射罩Ⅱ（22），长方形支架（20）、安全网罩Ⅱ（21）和反射罩Ⅱ（22）套装在矩形箱体（23）上，此矩形箱体（23）和反射罩Ⅱ（22）之间用隔热材料填充。
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| 《荆州师专学报（自然科学版）》 19940430 陈俊芳，赵绪新，冉勇 SnO2：Sb薄膜的光学和电学性能的研究 全文 1-10 第17卷, 第2期 * |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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