CN108848578A - 一种闭合双抛物球面薄板高速加热装置及反射面处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种闭合双抛物球面薄板高速加热装置及反射面处理方法，包括两个可拆卸连接的反射基体，反射基体的内表面为反射面，反射基体的一端敞口，反射基体的内表面呈抛物面，两个反射基体的敞口端相互正对，一个反射基体的抛物面的顶点位于远离另一个反射基体的一端，两个抛物面的焦点连线、与任意一个抛物面的轴线共线；两个抛物面的焦点处均设置发热光源，还包括位于两个反射基体之间的薄板限位件，薄板限位件用于放置被加热的薄板。本发明用以解决现有技术中的薄板升温方式对被升温物体自身的导热性能依赖大、加热效率低、能量严重损失的问题，实现对各种薄板都能够快速升温、提高能量利用率、提高均温性的目的。
Description
技术领域
本发明涉及薄板加热领域，具体涉及一种闭合双抛物球面薄板高速加热装置及反射面处理方法。
背景技术
对于高校实验室、科研单位实验室、以及其他需求高温测试的各种机构而言，经常需要对被测物体进行快速升温。被升温的薄板有金属薄板与非金属薄板等不同种类。传统的升温方式大都通过热传导或热交换进行，升温效率极慢，会严重影响各种高温测试的效率。同时，传统的升温方式对被升温物体自身的导热性能依赖很大，如果被升温的薄板为导热系数较低的非金属材料，会导致加热效率进一步降低、加热至理想温度的耗时很长，从而导致能量损失严重、能量转换率与利用率极低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种闭合双抛物球面薄板高速加热装置及反射面处理方法，以解决现有技术中的薄板升温方式对被升温物体自身的导热性能依赖大、加热效率低、能量严重损失的问题，实现对各种薄板都能够快速升温、提高能量利用率、提高均温性的目的。
本发明通过下述技术方案实现：
一种闭合双抛物球面薄板高速加热装置，包括两个可拆卸连接的反射基体，反射基体的内表面为反射面，所述反射基体的一端敞口，反射基体的内表面呈抛物面，两个反射基体的敞口端相互正对，一个反射基体的抛物面的顶点位于远离另一个反射基体的一端，两个抛物面的焦点连线、与任意一个抛物面的轴线共线；两个抛物面的焦点处均设置发热光源，还包括位于两个反射基体之间的薄板限位件，所述薄板限位件用于放置被加热的薄板。
针对现有技术中的薄板升温方式对被升温物体自身的导热性能依赖大、加热效率低、能量严重损失的问题，本发明提出一种闭合双抛物球面薄板高速加热装置，本装置由两个相互正对的反射基体构成，反射基体的一端敞口，其敞口端则为对应的抛物面远离顶点的一端。抛物面，是抛物线绕自身对称轴旋转一周所得到的曲面。由于经焦点的光线经抛物线反射后的光线平行于抛物线的对称轴，因此本发明中位于反射基体内部抛物面焦点处的发热光源所发出的光线，经过反射面反射后，会沿着平行于对应的抛物面的轴线的方向射出。由于两个抛物面的焦点连线、与任意一个抛物面的轴线共线，因此对于两个反射基体而言，其各自内部的发热光源所产生的带有高能量密度的光线，经过各自呈抛物球面形状的反射面的反射，会成为相互平行且分布均匀的平行光束，向着反射基体敞口端方向传播。由于两个反射基体之间设置薄板限位件，因此在使用时，仅需将被加热的薄板放置在薄板限位件上，薄板两侧均会受到被反射面反射的平行光束的照射，由于两侧的光束分布相同，单侧光束的分布也均匀稳定，因此不仅薄板单侧表面能够各个位置均匀升温，并且薄板两侧表面的升温速率还能够保持一致，使得整个薄板在升温过程中，温区分布均匀，不管薄板自身材质如何、导热性能高低，在升温过程中都会具有极高的均温性，而传统技术中薄板升温方式会导致薄板局部先升至高温，再基于薄板自身的导热性能缓慢的实现薄板内部的温区均匀，因此本发明相较于现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步。此外，本发明由两个反射基体组成一个内部封闭的结构，两个抛物面构成一个空腔，空腔内壁都为反射面，在此结构下，经发热光源发出的带有高能量密度的光线，除了直接照射到薄板上被薄板吸收利用的外，其余光线均会传播至反射面，经反射面反射后形成平行的光束再照射到薄板两侧、被薄板所吸收利用，因此本发明对于发热光源所产生的光能的利用率极高，整个加热过程中除了光线在反射基体内部空气中传递所产生的无法避免的损耗外，就只有光线在反射面反射时会产生能量损耗，而镜面反射所产生的能量损耗极低，因此本发明对于能量的整体利用率极高、能量损失极小。发热光源所产生的光能绝大部分被薄板吸收利用，因此能够对薄板实现快速升温，相较于现有技术能够显著提高加热效率。
优选的，所述发热光源为红外加热灯。使得红外加热灯的中心点位于抛物面的焦点上，即可将红外加热灯视为在抛物面焦点处的点光源，从而有效利用抛物线的光学特性。
优选的，两个反射基体之间通过相互匹配的凹槽与凸起进行啮合。便于对两个反射基体进行连接或拆卸，从而方便的装入或取出被加热的薄板。
优选的，两个反射基体分别为上基体、下基体，所述上基体位于下基体的上方，上基体的敞口端朝下，下基体的敞口端朝上；所述薄板限位件为环形的绝热垫板，所述绝热垫板固定在下基体内壁，所述绝热垫板的表面垂直于下基体的轴线。本方案中将两个反射基体定位为上下分布的上基体、下基体，薄板限位件为环形的绝热垫板，所述绝热垫板固定在下基体内壁，因此被加热的薄板能够直接放置在绝热垫板上，利用重力即可保持稳定。绝热垫板的位置优选为靠近下基体的敞口端的地方，以薄板放置在其上时，薄板中心高度位于上基体和下基体的交接面内为最优，以使得薄板两侧表面所接收到的光线的传播路径长度完全相同，进一步提高薄板加热过程中的均温性。绝热垫板的表面垂直于下基体的轴线，因此被抛物面所反射的光线传播至薄板两侧表面时，均从垂直于薄板表面的方向直射薄板，同样能够进一步提高薄板加热过程中的均温性。
进一步的，所述反射基体内设置冷却水道。冷却水道中能够通入冷却水，从而用于使用完成后快速冷却反射基体。
进一步的，所述反射面包括在反射基体内表面依次设置的镀铝层、镀金层。反射基体的材质一般为常见的不锈钢或铝合金，在其内表面先设置镀铝层，再设置镀金层，能够使得反射率相较于不锈钢或铝合金而言提高60～70％。
进一步的，所述镀铝层与镀金层之间还设置有镀镍层、镀钼层、镀锰层、镀锌层、镀铜层。本方案中镀镍层、镀钼层、镀锰层、镀锌层、镀铜层的位置关系不限，仅需满足在镀铝层与镀金层之间即可，利用镀上的金属镍、钼、锰、锌、铜的金相组合，结合金属铝和纯金，能够使得反射率相较于不锈钢或铝合金而言提高90～110％
用于一种闭合双抛物球面薄板高速加热装置的反射面处理方法，包括以下步骤：
(a)在反射面内壁均匀镀上纯金层；
(b)对镀好的纯金层进行镜面加工，使其光反射率≥98％。
优选的，所述镜面加工工艺为抛光氧化。
优选的，所述发热光源通过灯座与反射基体固定连接。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明一种闭合双抛物球面薄板高速加热装置及反射面处理方法，不仅薄板单侧表面能够各个位置均匀升温，并且薄板两侧表面的升温速率还能够保持一致，使得整个薄板在升温过程中，温区分布均匀，不管薄板自身材质如何、导热性能高低，在升温过程中都会具有极高的均温性，而传统技术中薄板升温方式会导致薄板局部先升至高温，再基于薄板自身的导热性能缓慢的实现薄板内部的温区均匀，因此本发明相较于现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步。
2、本发明一种闭合双抛物球面薄板高速加热装置及反射面处理方法，经发热光源发出的带有高能量密度的光线，除了直接照射到薄板上被薄板吸收利用的外，其余光线均会传播至反射面，经反射面反射后形成平行的光束再照射到薄板两侧、被薄板所吸收利用，因此本发明对于发热光源所产生的光能的利用率极高，整个加热过程中除了光线在反射基体内部空气中传递所产生的无法避免的损耗外，就只有光线在反射面反射时会产生能量损耗，而镜面反射所产生的能量损耗极低，因此本发明对于能量的整体利用率极高、能量损失极小。发热光源所产生的光能绝大部分被薄板吸收利用，因此能够对薄板实现快速升温，相较于现有技术能够显著提高加热效率。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明具体实施例的结构示意图；
图2为本发明具体实施例中反射面的分层示意图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1-发热光源，2-薄板，3-上基体，4-下基体，5-绝热垫板，6-冷却水道，7-镀铝层，8-镀金层，9-镀镍层，10-镀钼层，11-镀锰层，12-镀锌层，13-镀铜层，14-灯座。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1：
如图1所示的一种闭合双抛物球面薄板高速加热装置，包括两个可拆卸连接的反射基体，反射基体的内表面为反射面，所述反射基体的一端敞口，反射基体的内表面呈抛物面，两个反射基体的敞口端相互正对，一个反射基体的抛物面的顶点位于远离另一个反射基体的一端，两个抛物面的焦点连线、与任意一个抛物面的轴线共线；两个抛物面的焦点处均设置发热光源1，还包括位于两个反射基体之间的薄板限位件，所述薄板限位件用于放置被加热的薄板2。图1中虚线表示光线传播方向。本实施例中不仅薄板2单侧表面能够各个位置均匀升温，并且薄板两侧表面的升温速率还能够保持一致，使得整个薄板在升温过程中，温区分布均匀，不管薄板自身材质如何、导热性能高低，在升温过程中都会具有极高的均温性，而传统技术中薄板升温方式会导致薄板局部先升至高温，再基于薄板自身的导热性能缓慢的实现薄板内部的温区均匀，因此本发明相较于现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步。经发热光源1发出的带有高能量密度的光线，除了直接照射到薄板上被薄板吸收利用的外，其余光线均会传播至反射面，经反射面反射后形成平行的光束再照射到薄板两侧、被薄板所吸收利用，因此本发明对于发热光源所产生的光能的利用率极高，整个加热过程中除了光线在反射基体内部空气中传递所产生的无法避免的损耗外，就只有光线在反射面反射时会产生能量损耗，而镜面反射所产生的能量损耗极低，因此本发明对于能量的整体利用率极高、能量损失极小。发热光源所产生的光能绝大部分被薄板吸收利用，因此能够对薄板实现快速升温，相较于现有技术能够显著提高加热效率。
实施例2：
如图1与图2所示，在实施例1的基础上，所述发热光源1为红外加热灯。两个反射基体之间通过相互匹配的凹槽与凸起进行啮合。两个反射基体分别为上基体3、下基体4，所述上基体3位于下基体4的上方，上基体3的敞口端朝下，下基体4的敞口端朝上；所述薄板限位件为环形的绝热垫板5，所述绝热垫板5固定在下基体4内壁，所述绝热垫板5的表面垂直于下基体4的轴线。所述反射基体内设置冷却水道6。所述反射面包括在反射基体内表面依次设置的镀铝层7、镀金层8。所述镀铝层7与镀金层8之间还设置有镀镍层9、镀钼层10、镀锰层11、镀锌层12、镀铜层13。所述发热光源1通过灯座14与反射基体固定连接。本实施例中反射面经如下方法处理：首先在反射面内壁均匀镀铜、进行抛光氧化；之后再镀纯金，对镀好的纯金层进行抛光氧化，直至纯金层的光反射率≥98％。在通过本实施例对薄板进行加热时，采用功率300W的发热光源1，薄板的升温速度能够达到500℃/min，在3～4min内就能够达到最高温度1600～1700℃，并且此时薄板表面的温差＜0.1℃/cm2，可以看出本发明对于升温效率的提高、能量损失的降低、均温性的改善均有显著效果。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种闭合双抛物球面薄板高速加热装置，其特征在于，包括两个可拆卸连接的反射基体，反射基体的内表面为反射面，所述反射基体的一端敞口，反射基体的内表面呈抛物面，两个反射基体的敞口端相互正对，一个反射基体的抛物面的顶点位于远离另一个反射基体的一端，两个抛物面的焦点连线、与任意一个抛物面的轴线共线；两个抛物面的焦点处均设置发热光源(1)，还包括位于两个反射基体之间的薄板限位件，所述薄板限位件用于放置被加热的薄板(2)。
2.根据权利要求1所述的一种闭合双抛物球面薄板高速加热装置，其特征在于，所述发热光源(1)为红外加热灯。
3.根据权利要求1所述的一种闭合双抛物球面薄板高速加热装置，其特征在于，两个反射基体之间通过相互匹配的凹槽与凸起进行啮合。
4.根据权利要求1所述的一种闭合双抛物球面薄板高速加热装置，其特征在于，两个反射基体分别为上基体(3)、下基体(4)，所述上基体(3)位于下基体(4)的上方，上基体(3)的敞口端朝下，下基体(4)的敞口端朝上；所述薄板限位件为环形的绝热垫板(5)，所述绝热垫板(5)固定在下基体(4)内壁，所述绝热垫板(5)的表面垂直于下基体(4)的轴线。
5.根据权利要求1所述的一种闭合双抛物球面薄板高速加热装置，其特征在于，所述反射基体内设置冷却水道(6)。
6.根据权利要求1所述的一种闭合双抛物球面薄板高速加热装置，其特征在于，所述反射面包括在反射基体内表面依次设置的镀铝层(7)、镀金层(8)。
7.根据权利要求6所述的一种闭合双抛物球面薄板高速加热装置，其特征在于，所述镀铝层(7)与镀金层(8)之间还设置有镀镍层(9)、镀钼层(10)、镀锰层(11)、镀锌层(12)、镀铜层(13)。
8.根据权利要求1所述的一种闭合双抛物球面薄板高速加热装置，其特征在于，所述发热光源(1)通过灯座(14)与反射基体固定连接。
9.用于权利要求1至8中任一所述的一种闭合双抛物球面薄板高速加热装置的反射面处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
(a)在反射面内壁均匀镀上纯金层；
(b)对镀好的纯金层进行镜面加工，使其光反射率≥98％。
10.根据权利要求9所述的反射面处理方法，其特征在于，所述镜面加工工艺为抛光氧化。
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2018
- 2018-08-01 CN CN201810863628.2A patent/CN108848578A/zh active Pending
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