CN109548206A - 石墨烯发热管的制作方法及石墨烯发热管、空气涂抹设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种石墨烯发热管的制作方法及石墨烯发热管、空气涂抹设备，涉及热水供暖设备领域，包括以下步骤：采用空气扶助推动胶球，在不锈钢圆型管的内壁逐次制作绝缘导热层和石墨烯导电发热层，最后以耐火碳化硅材料填充管体，制成发热管本体；在发热管本体的两端均安装接线组件（包括电极棒、导线接头、陶瓷隔热绝缘垫和盖体）；在发热管本体的两端密封焊接不锈钢密封管。本发明采用独特的工艺制造发热管本体，先使用空气涂抹设备产生的气流作为动力，往不锈钢圆型管内侧进行填充，再推动圆型胶球在不锈钢圆型管内来回滚动，然后固化处理形成均匀涂层，所制得的产品具有结构设计合理，加热均匀性好，安全性高等优点。
Description
技术领域
本发明涉及热水供暖设备领域，更具体的讲是一种石墨烯发热管的制作方法及石墨烯发热管、空气涂抹设备。
背景技术
现有技术中的热水供暖以锅炉、燃气炉和电加热的结构形式为主，主要是将物质能、电能、电磁能产生的热量传递给冷流体的设备，在化工、石油、纺织、制药、供暖、食品、种植、养殖及其许多工业生产中占有重要地位，但是现有热水供暖设备存在耗能高、热能转换效率低等缺点，同时以物质能为主的设备在使用中还存在一定的环境影响。因此需要设计和制作一种能量转换效率高的新型高温发热管。而近年来随着石墨烯等二维材料的兴起，人们发现到石墨烯导电发热层材料或其他涂层材料与传统的电阻丝，碳纤维，电热管等加热器件相比，具有热转换效率高，发热均匀性高，衰减少，绿色环保成本低的优势，而成为今后加热器件的发展趋势。
发明内容
本发明公开了一种石墨烯发热管的制作方法及石墨烯发热管、空气涂抹设备，目的在于解决现有技术中存在的上述问题。
本发明采用如下技术方案：
一种石墨烯发热管的制作方法，包括以下步骤：
（一）、采用不锈钢圆型管进行弯曲处理成型；
（二）、采用两组空气涂抹设备分别连接不锈钢圆型管的两端；由两组空气涂抹设备往不锈钢圆型管内填充绝缘导热涂料,再由两组空气涂抹设备产生气流推动圆型胶球一在不锈钢圆型管内来回滚动若干次,使绝缘导热涂料均匀涂抹于不锈钢圆型管的内壁,形成绝缘导热层,并进行烘干固化处理；
（三）、由两组空气涂抹设备往不锈钢圆型管内填充石墨烯导电涂料,再由两组空气涂抹设备产生气流推动圆型胶球二在不锈钢圆型管内来回滚动若干次,使石墨烯导电涂料均匀涂抹于绝缘导热层,并进行热固处理或者光固处理形成石墨烯导电发热层；然后在不锈钢圆型管两端口处涂抹一层银浆，并进行固化处理形成银电极；
（四）、由两组空气涂抹设备往不锈钢圆型管内填满碳化硅材料粉, 再由两组空气涂抹设备产生空气，对不锈钢圆型管的两端进行紧密处理，使碳化硅材料粉堆实成碳化硅材料管芯，至此制得发热管本体。
进一步，还包括以下步骤：
（五）、在不锈钢圆型管的两端均螺纹旋合一个带电极棒的导线接头，并使导线接头与银电极相连接；
（六）、在不锈钢圆型管与电极棒之间套设若干陶瓷隔热绝缘垫，再将盖体螺纹连接于不锈钢圆型管的端口，将陶瓷隔热绝缘垫密封于其中，电极棒则穿过盖体延伸至外部；将电磁接触器和漏电开关连接至其中一根电极棒；
（七）、在发热管本体的两端密封焊接一个不锈钢密封管，不锈钢密封管的另一端螺纹连接一个密封盖，将电磁接触器和漏电开关封存在其中。
进一步，所述石墨烯导电涂料选用混合有导电填料的水性石墨烯导电油墨或者油性石墨烯导电油墨。其中导电填料包含物理法石墨烯粉体、还原氧化石墨烯粉体、膨胀石墨、电极石墨和导电炭黑中两种或两种以上混合而成。
进一步，所述导线接头为圆柱体，将电极棒的一端焊接于导线接头；在不锈钢圆型管的两端口均设置用于安装导线接头的内螺纹，并且内螺纹处堆叠有绝缘导热层、石墨烯导电发热层和银电极；将导线接头旋合于不锈钢圆型管端口的内螺纹上。
一种石墨烯发热管，包括发热管本体、带电极棒的导电接头、陶瓷隔热绝缘垫、不锈钢密封管和密封盖，该发热管本体包括不锈钢圆型管以及依次堆叠于不锈钢圆型管内部的绝缘导热层、石墨烯导电发热层和碳化硅材料层；碳化硅材料层填满整个不锈钢圆型管的内部空间，形成碳化硅材料管芯；不锈钢圆型管两端口处的石墨烯导电发热层表面均涂抹一层由银浆固化而成的银电极，所述不锈钢圆型管的两端均螺纹连接有一所述导线接头，并且导线接头与银电极相连接；不锈钢圆型管与电极棒之间套设有若干所述陶瓷隔热绝缘垫；所述不锈钢圆型管的两端密封焊接有所述不锈钢密封管，不锈钢密封管的另一端螺纹连接有所述密封盖；其中一导电接头的电极棒经导线在不锈钢密封管的内部连接有电磁接触器和漏电开关；若干导线汇集成电缆线并延伸至不锈钢密封管的外部。
进一步，所述导线接头为外侧壁设有外螺纹的圆柱体，电极棒的一端焊接于导线接头,不锈钢圆型管的两端口均设有用于安装导线接头的内螺纹，并且内螺纹处堆叠有绝缘导热层、石墨烯导电发热层和银电极。
进一步，还包括支架和连接片，所述支架通过若干连接片配合螺丝固定于所述发热管本体。
一种空气涂抹设备，包括气泵、主管道、余料罐、加料罐、机座和用于固定不锈钢圆型管的密封夹具，所述密封夹具包括下弧形夹具、上弧形夹具和气缸，所述下弧形夹具固设于机座，上弧形夹具通过气缸可升降地设置于机座；所述主管道可朝密封夹具移动地设置于所述机座，主管道一端为连接气泵的进气口，另一端为套接不锈钢圆型管的出气口，主管道的侧壁沿其长度方向还依次设有排气口、回料口、胶球口和进料口，所述排气口装设有排气阀，回料口装设有所述余料罐，胶球口装配有密封堵子，进料口装设有加料罐。
进一步，所述主管道通过一维丝杆滑台活动设置于所述机座。
进一步，所述主管道的出气口装设有密封垫。
由上述对本发明结构的描述可知，本发明具有如下优点：
本发明采用独特的工艺制造发热管本体，使用空气涂抹设备产生的气流作为动力，先往不锈钢圆型管内部填料，再推动圆型胶球在的不锈钢圆型管内来回滚动，使填料形成相应材料层，所制得的产品具有结构设计合理，加热效果好等优点。采用本发明制造的发热管本体对水直接进行高温加热，降低了热水及供暖机组的能耗，提高了热交换效率，同时实现了漏电保护，提高了热水及供暖机组的便捷性和安全性。
本发明中，发热管本体、导电接头和陶瓷隔热绝缘垫的装配方法和具体结构都采用了全新设计，具有结构设计合理，连接牢固，安全性能好等优点。并且石墨烯导电发热层在接触导电接头的部位涂抹有银电极，利用银电极使导电接头和石墨烯导电发热层形成导电性能良好的面接触，避免通电时电极处功率密度过高，导致石墨烯导电发热层两端发热过高。
附图说明
图1为本发明中，石墨烯发热管的整体结构示意图。
图2为本发明中，石墨烯发热管的主视图。
图3为图2中A部分的剖视图。
图4为空气涂抹设备的结构示意图。
附图标号说明:1-发热管本体，2-电缆线，3-电磁接触器，4-漏电开关，5-密封盖，6-不锈钢密封管，7-不锈钢圆型管，8-绝缘导热层，9-石墨烯导电发热层，10-碳化硅材料层，11-银电极，12-导电接头，13-带电极棒；14-陶瓷隔热绝缘垫，15-盖体， 16-气泵，17-主管道，18-针型阀，19-排气阀，20-球阀，21-余料罐，22-球阀，23-密封堵子，24-加料罐，25-罐盖，26-球阀，27-密封套，28-气缸,29-上弧形夹具,30-下弧形夹具,31-密封夹具,32-不锈钢圆型管，33-支架。
具体实施方式
下面参照附图说明本发明的具体实施方式。
一种石墨烯发热管的制作方法，包括以下步骤：
（一）、采用不锈钢圆型管进行弯曲处理成型，并在不锈钢圆型管的两端均设有内螺纹。作为优选，对不锈钢圆型管进行若干次180°弯曲处理、90°弯曲处理，形成来回折叠的波浪形管体。当然也可以对不锈钢圆型管进行螺旋弯曲处理，形成螺旋盘管；也可以将不锈钢圆型管弯曲成U型管体。
（二）采用两组空气涂抹设备分别连接不锈钢圆型管的两端；由两组空气涂抹设备往不锈钢圆型管内填充绝缘导热涂料；再由两组空气涂抹设备产生气流推动圆型胶球一在不锈钢圆型管内来回滚动若干次,使绝缘导热涂料均匀涂抹于不锈钢圆型管的内壁,形成绝缘导热层,并进行烘干固化处理。具体地，由其中一端的空气涂抹设备朝不锈钢圆型管内部吹气，并将绝缘导热涂料注入不锈钢圆型管，同时另一端的空气涂抹设备朝不锈钢圆型管外部排气，使不锈钢圆型管内部形成一股气流，绝缘导热涂料随气流进入不锈钢圆型管并填充管内空间。当管内的绝缘导热涂料充足时，由其中一空气涂抹设备朝管体内部放入一个圆型胶球一，利用气流使圆型胶球一在不锈钢圆型管内部来回滚动（通过切换两组空气涂抹设备的自动排气和自动吹气的两种工作状态，改变气流的方向，从而使圆型胶球一反向滚动。），将管内多余的绝缘导热涂料带出不锈钢圆型管，并将其回收到空气涂抹设备的余料罐，使不锈钢圆型管的内壁形成一层薄薄的绝缘导热层。其中，绝缘导热层可以使用现有技术中任何绝缘导热材料制作而成，如氧化铝、氧化硅和碳化硅中的一种或多种，在此不加赘述。
（三）、由两组空气涂抹设备往不锈钢圆型管内填充石墨烯导电涂料,再由两组空气涂抹设备产生气流推动圆型胶球二在不锈钢圆型管内来回滚动若干次,使石墨烯导电涂料均匀涂抹于绝缘导热层,并进行热固处理或者光固处理形成石墨烯导电发热层；然后在不锈钢圆型管两端口处的石墨烯导电发热层表面均涂抹一层银浆，并进行固化处理形成银电极。其中，石墨烯导电涂料选用混合有导电填料的水性石墨烯导电油墨或者油性石墨烯导电油墨。其中导电填料包含物理法石墨烯粉体、还原氧化石墨烯粉体、膨胀石墨、电极石墨和导电炭黑中两种或两种以上混合而成。
（四）、由两组空气涂抹设备往不锈钢圆型管内填满碳化硅材料粉, 再由两组空气涂抹设备产生空气，对不锈钢圆型管的两端进行紧密处理，使碳化硅材料粉堆实成碳化硅材料管芯，至此制得发热管本体。
（五）、在不锈钢圆型管的两端均螺纹旋合一个带电极棒的导线接头，并使导线接头与银电极相连接。其中，导线接头为外侧壁设有外螺纹的圆柱体，电极棒的一端则焊接于导线接头。需要注意的是，步骤（二）至（四）中，不锈钢圆型管的两端内壁设有内螺纹，且内螺纹处堆叠有绝缘导热层、石墨烯导电发热层和银电极，以便于连接导电接头。
（六）、在不锈钢圆型管与电极棒之间套设若干陶瓷隔热绝缘垫，再将盖体螺纹连接于不锈钢圆型管的端口，将陶瓷隔热绝缘垫密封于其中，电极棒则穿过盖体延伸至外部；将电磁接触器和漏电开关连接至其中一根电极棒；
（七）、在发热管本体的两端密封焊接一个不锈钢密封管，不锈钢密封管的另一端螺纹连接一个密封盖，将电磁接触器和漏电开关封存在其中。
其中,绝缘导热涂料、石墨烯导电涂料和银浆均为粘稠状原料。
参照图1、图2和图3，一种石墨烯发热管，包括发热管本体1、带电极棒13的导电接头12、陶瓷隔热绝缘垫14、不锈钢密封管6、密封盖5和支架33。其中，发热管本体1包括不锈钢圆型管7，不锈钢圆型管7的内壁依次对叠有绝缘导热层8、石墨烯导电发热层9和碳化硅材料层10。其中，碳化硅材料层10填满整个不锈钢圆型管7的内部空间，形成碳化硅材料管芯。支架33通过若干连接片17配合螺丝固定于发热管本体1，支架33可以起到固定和保护发热管本体1的作用，同时便于将整个产品装配到热水设备的水箱内部。
参照图1、图2和图3，不锈钢圆型管7的两端均螺纹连接有一个导线接头12。具体地，导线接头12为外侧壁设有外螺纹的圆柱体，电极棒13的一端焊接于导线接头12, 电极棒13也可以一体成型于导线接头12。不锈钢圆型管7的两端口处均设有用于安装导线接头12的内螺纹（图中未体现）。内螺纹处堆叠绝缘导热层8和石墨烯导电发热层9，并不锈钢圆型管7的两端口即内螺纹处的石墨烯导电发热层9的表面还涂抹有由银浆固化而成的银电极11。导线接头12旋合于不锈钢圆型管7端口的内螺纹上，并与内螺纹表面的银电极11相连接。
参照图1、图2和图3，不锈钢圆型管7的端口与电极棒13之间套设有若干陶瓷隔热绝缘垫14。若干陶瓷隔热绝缘垫14可以通过胶水相互粘结并固定于不锈钢圆型管7内部，也可以在不锈钢圆型管7的端口处通过螺纹旋合一个盖体15，将若干陶瓷隔热绝缘垫14固定安装于不锈钢圆型管7内部。
参照图1、图2和图3，不锈钢圆型管7的两端密封焊接有一个不锈钢密封管6，不锈钢密封管的另一端螺纹连接有密封盖5；其中一导电接头12的电极棒13经导线在不锈钢密封管6的内部连接有电磁接触器3和漏电开关4, 不锈钢密封管6内部的若干导线汇集成电缆线2延伸至不锈钢密封管6的外部。
参照图4，一种空气涂抹设备，包括气泵16、主管道17、余料罐21、加料罐24、机座（图中未画出）和密封夹具31。密封夹具31包括下弧形夹具30、上弧形夹具29和气缸28，其中，下弧形夹具30固设于上述机座，上弧形夹具29通过气缸28可升降地设置于上述机座，通过气缸28驱动上弧形夹具29移动，使密封夹具3张开或者合并，将不锈钢圆型管32夹固或者松开。
参照图4，主管道17可朝密封夹具31移动地设置上述机座，作为优选，上述机座装设有一维丝杆滑台（图中未画出），主管道17通过一维丝杆滑台活动设置于上述机座。主管道17一端为连接气泵16的进气口，另一端为套接不锈钢圆型管32的出气口，作为优选，为了保证主管道17的出气口与密封夹具31顶持时的气密性，主管道17的出气口还装设有密封套27。
参照图4，主管道17的侧壁沿其长度方向还依次设有排气口、回料口、胶球口和进料口。其中，排气口装设有排气阀19和球阀20。回料口装设有余料罐21。胶球口装配有密封堵子23。进料口装配有加料罐24、球阀26和罐盖25。主管道17在进气口与排气口之间装配有针型阀18，在回料口和胶球口之间装配有用于隔挡胶球的球阀23。
参照图4，使用两组空气涂抹设备加工不锈钢圆型管的工作方法：准备两组空气涂抹设备；将不锈钢圆型管32的两端分别夹持固定在两组空气涂抹设备的密封夹具31上；将两组空气涂抹设备的主管道17移动套接至不锈钢圆型管32的两端，并与相应密封夹具31相密封顶持。将其中一组空气涂抹设备的针型阀18、球阀22打开，球阀20、球阀26关闭，另一组空气涂抹设备的球阀20、球阀22打开，针型阀18、球阀26关闭；启动各自的气泵16，使不锈钢圆型管32内形成正向气流（气流从其中一空气涂抹设备的气泵产生，经不锈钢圆型管32后，从另一空气涂抹设备的排气阀18排出。）；打开上游空气涂抹设备的球阀26，使加料罐24内的原料随气流进入不锈钢圆型管32；待不锈钢圆型管32内部会沉淀积留的原料充足后，从上游空气涂抹设备的胶球口放入胶球（为避免不锈钢圆型管32上下内壁的涂层厚度出现偏差，需尽量选用质量轻的胶球。），胶球随气流从不锈钢圆型管32的一端滚动至另一端，在此过程中，胶球将原料涂抹于不锈钢圆型管32的内壁，（胶球被下游空气涂抹设备的球阀22隔挡，部分余料经过球阀22后因重力作用回收至下游空气涂抹设备的余料罐内，气流经过球阀22后从下游空气涂抹设备的排气口排出）；将下游空气涂抹设备的针型阀18、球阀22打开，球阀20、球阀26关闭，同时将上游空气涂抹设备的球阀20、球阀22打开，针型阀18、球阀26关闭，使不锈钢圆型管32内形成方向气流，推动胶球方向滚动，将原料再次涂抹于不锈钢圆型管32的内壁；按照上述工作方法，多次改变气流方向，使胶球在不锈钢圆型管32内来回滚动数次，直至不锈钢圆型管32的内壁形成均匀涂层为止；及时取下不锈钢圆型管32，对涂层进行固化处理。
综上，本发明采用独特的工艺制造发热管本体，使用空气涂抹设备产生的气流作为动力，先往不锈钢圆型管内部填料，再推动圆型胶球在的不锈钢圆型管内来回滚动，使填料形成相应材料层，所制得的产品具有结构设计合理，加热效果好等优点。采用本发明制造的发热管本体对水直接进行高温加热，降低了热水及供暖机组的能耗，提高了热交换效率，同时实现了漏电保护，提高了热水及供暖机组的便捷性和安全性。本发明中，发热管本体、导电接头和陶瓷隔热绝缘垫的装配方法和具体结构都采用了全新设计，具有结构设计合理，连接牢固，安全性能好等优点。并且石墨烯导电发热层在接触导电接头的部位涂抹有银电极，利用银电极使导电接头和石墨烯导电发热层形成导电性能良好的面接触，避免通电时电极处功率密度过高，导致石墨烯导电发热层两端发热过高。
上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。
Claims (8)
1.石墨烯发热管的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
（一）、采用不锈钢圆型管进行弯曲处理成型；
（二）、采用两组空气涂抹设备分别连接不锈钢圆型管的两端；由两组空气涂抹设备往不锈钢圆型管内填充绝缘导热涂料,再由两组空气涂抹设备产生气流推动圆型胶球一在不锈钢圆型管内来回滚动若干次,使绝缘导热涂料均匀涂抹于不锈钢圆型管的内壁,形成绝缘导热层,并进行烘干固化处理；
（三）、由两组空气涂抹设备往不锈钢圆型管内填充石墨烯导电涂料,再由两组空气涂抹设备产生气流推动圆型胶球二在不锈钢圆型管内来回滚动若干次,使石墨烯导电涂料均匀涂抹于绝缘导热层,并进行热固处理或者光固处理形成石墨烯导电发热层；然后在不锈钢圆型管两端口处涂抹一层银浆，并进行固化处理形成银电极；
（四）、由两组空气涂抹设备往不锈钢圆型管内填满碳化硅材料粉, 再由两组空气涂抹设备产生空气，对不锈钢圆型管的两端进行紧密处理，使碳化硅材料粉堆实成碳化硅材料管芯，至此制得发热管本体。
2.根据权利要求1所述的石墨烯发热管的制作方法，其特征在于，还包括以下步骤：
（五）、在不锈钢圆型管的两端均螺纹旋合一个带电极棒的导线接头，并使导线接头与银电极相连接；
（六）、在不锈钢圆型管与电极棒之间套设若干陶瓷隔热绝缘垫，再将盖体螺纹连接于不锈钢圆型管的端口，将陶瓷隔热绝缘垫密封于其中，电极棒则穿过盖体延伸至外部；将电磁接触器和漏电开关连接至其中一根电极棒；
（七）、在发热管本体的两端密封焊接一个不锈钢密封管，不锈钢密封管的另一端螺纹连接一个密封盖，将电磁接触器和漏电开关封存在其中。
3.根据权利要求1所述的石墨烯发热管的制作方法，其特征在于：所述石墨烯导电涂料选用混合有导电填料的水性石墨烯导电油墨或者油性石墨烯导电油墨；其中导电填料包含物理法石墨烯粉体、还原氧化石墨烯粉体、膨胀石墨、电极石墨和导电炭黑中两种或两种以上混合而成。
4.根据权利要求1所述的石墨烯发热管的制作方法，其特征在于：所述步骤（一）中，对不锈钢圆型管进行若干次180°弯曲处理、90°弯曲处理，形成来回折叠的波浪形管体。
5.石墨烯发热管，其特征在于：包括发热管本体、带电极棒的导电接头、陶瓷隔热绝缘垫、不锈钢密封管和密封盖，该发热管本体包括不锈钢圆型管以及依次堆叠于不锈钢圆型管内部的绝缘导热层、石墨烯导电发热层和碳化硅材料层；碳化硅材料层填满整个不锈钢圆型管的内部空间，形成碳化硅材料管芯；不锈钢圆型管两端口处的石墨烯导电发热层表面均涂抹一层由银浆固化而成的银电极，所述不锈钢圆型管的两端均螺纹连接有一所述导线接头，并且导线接头与银电极相连接；不锈钢圆型管与电极棒之间套设有若干所述陶瓷隔热绝缘垫；所述不锈钢圆型管的两端密封焊接有所述不锈钢密封管，不锈钢密封管的另一端螺纹连接有所述密封盖；其中一导电接头的电极棒经导线在不锈钢密封管的内部连接有电磁接触器和漏电开关；若干导线汇集成电缆线并延伸至不锈钢密封管的外部。
6.根据权利要求5所述的石墨烯发热管，其特征在于：还包括支架和连接片，所述支架通过若干连接片配合螺丝固定于所述发热管本体。
7.空气涂抹设备，其特征在于：包括气泵、主管道、余料罐、加料罐、机座和用于固定不锈钢圆型管的密封夹具，所述密封夹具包括下弧形夹具、上弧形夹具和气缸，所述下弧形夹具固设于机座，上弧形夹具通过气缸可升降地设置于机座；所述主管道可朝密封夹具移动地设置于所述机座，主管道一端为连接气泵的进气口，另一端为套接不锈钢圆型管的出气口，主管道的侧壁沿其长度方向还依次设有排气口、回料口、胶球口和进料口，所述排气口装设有排气阀，回料口装设有所述余料罐，胶球口装配有密封堵子，进料口装设有加料罐。
8.根据权利要求7所述的空气涂抹设备，其特征在于：所述主管道通过一维丝杆滑台活动设置于所述机座。
根据权利要求7所述的空气涂抹设备，其特征在于：所述主管道的出气口装设有密封垫。
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