CN110113831A - 一种碳纤维发热电缆及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种碳纤维发热电缆及其应用，包括碳纤维发热线，所述碳纤维发热线两侧分别设有电源零线和电源火线，所述碳纤维发热线两端通过卡头分别与电源零线、电源火线连接在一起，形成一个回路L；所述纤维发热线的数量为≥1根；所述碳纤维发热电缆每个连接点长度的不同产生的温度也不同。本发明用在采暖方面，可随意、无限长任意安装，既达到发热的最佳效果又能长距离输送，特别是对于老式水地暖改造电采暖，碳纤维发热电缆可以贯穿整个水管，解决了单根碳纤维发热长度受限和安全隐患的问题。在民生方面，公路、铁路方面铺设，汽车、列车、船舶等方面的采暖，电力输送领域，原油输送等领域中均具有重要的应用价值。
Description
技术领域
本发明属于发热材料技术领域，具体地说涉及一种碳纤维发热电缆及其应用。
背景技术
目前国内现行的碳纤维发热线采暖用最佳长度为单根13米以内，如直径为24k的碳纤维，最佳单根发热的长度是12.5～13米，低于10米时发热不稳定和耗能大，超过15米时产生的热量少且表面温度低，受长度局限很大。如果要将碳纤维应用到供热、化工、公路铁路、军工、水或导热油升温等多个领域中，目前最佳单根碳纤维发热线长是12米，则远远不能满足各个领域的需要，不适合长距离的应用。现有技术中碳纤维发热线应用于地暖中，一般是将多根长度为12m的碳纤维发热线通过T形接头连接到电源线上，再铺设于地面，这种方法，由于存在多个T形接头，T形接头部分易接触不良而引起打火，存在安全隐患。
发明内容
本发明提供了一种碳纤维发热电缆及其应用，解决了背景技术中的碳纤维发热线受长度限制及存在安全隐患的缺点。
本发明的技术方案是这样实现的：一种碳纤维发热电缆，包括碳纤维发热线，所述碳纤维发热线两侧分别设有电源零线和电源火线，所述碳纤维发热线两端通过卡头分别与电源零线、电源火线连接在一起，形成一个回路L ；
优选的，所述纤维发热线的数量为≥1根；
优选的，所述碳纤维发热电缆每个连接点长度的不同产生的温度也不同；
上述任一所述的碳纤维发热电缆在作为一种加热材料和保暖材料中至少一种的应用；或，任一所述的碳纤维发热电缆在原油管路输送、储存的升温、化工领域加热槽、反应釜等设备的加热、交通领域的公路融化冰雪、电力领域的高压线融化冰凌、水产养殖水加温、畜禽舍的升温、洗浴健身场所水或汗蒸房的加温、军工领域及民生领域中用来加热的至少一种的应用。
本发明的有益效果是：本发明用在采暖方面，可随意、无限长任意安装，既达到发热的最佳效果又能长距离输送，特别是对于老式水地暖改造电采暖，每根水管的长度都在70～90米之间，碳纤维发热电缆可以贯穿整个水管，从而解决了单根碳纤维发热长度受限和安全隐患的问题。在民生方面煤改电的电地暖、水改电现有地暖管改造及家庭用远红外汗蒸房，公共场所配套的浴池澡堂，公路、铁路方面铺设，汽车、列车、船舶等方面的采暖，电力输送领域，原油输送领域；化工领域所用的加热等领域中均具有重要的应用价值。
以碳纤维24k为例：见图2
碳纤维发热电缆每个连接点长度的不同产生的温度不同。见图2，直径为24k的碳纤维，单节长度为7m时，表面温度可达到150℃，14节即可达到6kw的功率，碳纤维发热电缆的总长度为100米左右；当单节长度为12m时，表面温度达到70度，24节达到6kw的功率，碳纤维发热电缆的总长度为290米左右。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为本发明的碳纤维发热电缆连接点长度的不同产生的温度不同；
图3为本发明加热线上热电偶测温点布置图；
图4为本发明不同长度碳纤维的升降温曲线图表A；
图5为本发明不同长度碳纤维的升降温曲线图表B；
图6为本发明热电阻与热电偶在水箱中的布置图；
图7为本发明不同长度碳纤维电热线效率图表A；
图8为本发明不同长度碳纤维电热线效率图表B；
图9为本发明白线碳纤维加热性能初步测试结果图表；
图10为本发明红线碳纤维加热性能初步测试结果图表。
零件说明：1、碳纤维发热线，2、卡头，3、电源零线，4、电源火线。
具体实施方式
为了更好地理解与实施，下面结合附图对本发明作进一步说明，但本发明并仅限于以下实施例：
实施例1：碳纤维发热电缆应用于采暖方面：一种碳纤维发热电缆，包括10节碳纤维发热线1，（碳纤维发热电缆每根或每节，其概念相同），每根碳纤维发热线长度L为12.5m，每根碳纤维发热线1两侧分别设有电源零线3和电源火线4，将碳纤维发热线1的接头与电源零线3的接头和电源火线4的接头用卡头2卡紧连接在一起，或者通过胶粘连接在一起，形成一个回路L。
对于老式水地暖改造电采暖，每根水管的长度都在70～90米之间，碳纤维发热电缆可无限加长、任意安装，贯穿整个水管，从而解决了单根碳纤维发热长度受限的问题。
由上述本发明提供的碳纤维发热电缆在燃油运输、化工领域、交通领域、电力领域、军工领域及民生领域中用来加热的至少一种的应用，也属于本发明的保护范围。其中，该应用具体可为民生方面煤改电的电地暖、水改电现有地暖管改造及家庭用远红外汗蒸房等；公共场所配套的浴池澡堂，不需要任何锅炉房、工人和场地，由售票员直接操作洗浴的温度和人数即可，节省投资和运行成本；公路、铁路方面铺设在路面下，用于融化雪和冰，从而再不需要投入大量的人力、物力；汽车、列车、船舶等方面用于采暖，能减轻重量，提高热效率；电力输送方面组合在高压线上能消除冰凌；本产品加固在原油的输送管道上，不需要为了防止原油凝固而设定的加热站；化工用的反应釜、加热槽等设备加入该产品，不需要再增加锅炉和管道的建设，自身加热就能解决所需要的温度，消除因锅炉加热所产生高压蒸汽的安全隐患。水产品的育苗、北方水产品的过冬，有了该产品的均匀加温，消除了锅炉加温的弊病及环境的污染。本发明覆盖所有加热用的领域。
实验数据：
一、碳纤维加热线放热性能测试实验过程如下：
1、测试量：
不同米长碳纤维加热线电阻、电流、电压、功率、表面温度、表面温升速率、发热量、总功率、效率。
2、测量仪器：
数显电流电压表、热电偶测温表、温度计、热电阻。
3、实验步骤：
3.1碳纤维加热空气温升测试：
1）将碳纤维线平铺于恒温室内地面，截取不同长度的碳纤维加热线水平拉开接与数显电流电压表2端，数显电流电压表接电源。
2）在加热线上均匀布置热电偶测温点如图3；
3）通电开始后，每隔1分钟记录一次测温点数据，记录10次，而后每隔3分钟记录数据，记录10次，后每隔5分钟记录一次数据，记录10次，共90分钟；
4）断电后每隔1分钟记录一次数据，直至加热线表面温度回复到室温；
5）整理实验数据，绘制不同长度下的升降温曲线图如图4和图5所示。
3.2碳纤维加热水箱温升水箱中测试：
1）制作长方体水箱67cm×34cm×38cm，箱内注入25.8cm高度自来水，实验开始前测定箱内自来水水温，箱体四周壁面及顶部壁面温度；
2）将热电阻与热电偶置于水箱中，布置图如图6；
3）通电开始后，碳纤维线每隔10分钟记录一次数据；
4）断电后每隔3分钟记录一次数据；
5）整理实验数据，将不同长度下的电热线效率结果绘制成图7和图8。
4、实验结果及分析：
4.1升温迅速
以12米白线碳纤维为例，通电5分钟后即可达到44.4℃，与通电90分钟平均温度45.6℃差别仅仅1.2℃，热反应明显。
4.2温度恒定
以12米白线碳纤维为例，从图中可以看出到达稳定温度后温度波动很小，温度波动在3℃以内，稳定性优秀。
二、改变碳纤维加热线的长度进行多次测试，测试结果如图9和图10所示。
上述实验分析：通电后碳纤维表面温度先是快速升高，接着趋于稳定，断电后则快速下降。从所有实验结果看，7m到12m长度的碳纤维电热线升温与降温速率不同，12k白线升温速率分别为85.6℃/min、65.5℃/min、49.3℃/min、37℃/min、28.7℃/min、24.3℃/min，23.8℃/min，而24k线径升温速率分别为82.9℃/min、62.6℃/min、55.8℃/min、42.9℃/min、41.5℃/min、28.9℃/min。可以看出，对同一线径碳纤维电热线，其升温速率随长度增加而下降；同一长度的碳纤维，24k红线升温速率高于12k白线。
不同线径不同长度的碳纤维电热线表面稳定温度也是不一样的，12k白线时分别为150.4℃、118.9℃、93.6℃、74.4℃、61.4℃、53.8℃；24k红线时分别为166.7℃、134.9℃、127.7℃、118.5℃、85.1℃、70.9℃。可以看出，碳纤维电热线表面稳定温度都是随着长度的增加而降低，且长度相同情况下，24k红线温度高于12k白线，如12k线径的碳纤维长度从6m增加到12m后，稳定温度依次降低31.5℃、25.3℃、19.2℃、13℃、7.6℃，而24k线径的降低值则依次为31.8℃、7.2℃、9.2℃、33.4℃、14.2℃。
综合上述分析可知，不同型号规格的碳纤维电热线均可在通电情况下保持不同的恒定温度，但在外绝缘表皮厚度差别不大的前提下，不同内芯不同长度的碳纤维电热线在通电开始时的升温速率不同，但到达稳定温度的时间基本相同。在碳纤维电热线的效率方面，6m到12m长度下12k白线效率分别为82%、83.9%、85.9%、88.3%、91%、94.3%、98.1%；7m到12m长度下24k红线效率分别为83.2%、87.6%、91.3%、94.3%、96.7%、98.3%，两种电热线的发热效率均随线长度的增加而增大。
结论：
本发明的碳纤维发热线用在采暖方面，可随意、无限长任意安装，通过上述实验测试数据可以看出，此种新型碳纤维产品具有升温迅速，稳定性好，热效率高，使用时间长，安全无污染等多项优势。
Claims (4)
1. 一种碳纤维发热电缆，包括碳纤维发热线（1），其特征在于所述碳纤维发热线（1）两侧分别设有电源零线（3）和电源火线（4），所述碳纤维发热线（1）两端通过卡头（2）分别与电源零线（3）、电源火线（4）连接在一起，形成一个回路L 。
2.如权利要求1所述的一种碳纤维发热电缆，其特征在于所述纤维发热线（1）的数量为≥1根。
3.如权利要求1或2所述的一种碳纤维发热电缆，其特征在于所述碳纤维发热电缆（1）每个连接点长度的不同产生的温度也不同。
4.权利要求1～3任一所述的碳纤维发热电缆在作为一种加热材料和保暖材料中至少一种的应用；或，权利要求1～3任一所述的碳纤维发热电缆在原油管路输送、储存的升温、化工领域加热槽、反应釜等设备的加热、交通领域的公路融化冰雪、电力领域的高压线融化冰凌、水产养殖水加温、畜禽舍的升温、洗浴健身场所水或汗蒸房的加温、军工领域及民生领域中用来加热的至少一种的应用。
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