CN214429737U - 管状加热器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种管状加热器，其包括一管状基体、一加热层及至少两个电极，所述加热层包括一条带状碳纳米管层，该至少两个电极位于所述条带状碳纳米管层的表面，其中，该碳纳米管层螺旋缠绕于所述管状基体的表面形成该加热层，该至少两个电极分别设置于所述条带状碳纳米管层的两端，所条带状碳纳米管层包括多个相互平行的碳纳米管，该多个碳纳米管的延伸方向和所述条带状碳纳米管层的延伸方向相同。

Description

管状加热器

技术领域

本发明涉及一种加热器，尤其涉及一种管状加热器。

背景技术

现有技术中的加热器一般采用金属丝作为加热元件，如铬镍合金丝、铜丝、钼丝或钨丝等通过铺设或缠绕的方式形成。然而，采用金属丝作为加热元件具有以下缺点：其一，金属丝表面容易被氧化，导致局部电阻增加，从而被烧断，因此使用寿命短；其二，金属丝为灰体辐射，因此，热辐射效率低，辐射距离短，且辐射不均匀；其三，金属丝密度较大，重量大，使用不便。

为解决金属丝作为加热元件存在的问题，碳纤维因为其具有良好的黑体辐射性能，密度小等优点成为加热元件材料研究的热点。碳纤维作为加热元件时，通常以碳纤维纸的形式存在。所述碳纤维纸包括纸基材和杂乱分布于该纸基材中的沥青基碳纤维。其中，纸基材包括纤维素纤维和树脂等的混合物，沥青基碳纤维的直径为3～6毫米，长度为5～20微米。然而，采用碳纤维纸作为加热元件具有以下缺点：其一，由于该碳纤维纸中的沥青基碳纤维杂乱分布，所以该碳纤维纸的强度较小，柔性较差，容易破裂，同样具有寿命较短的缺点；其二，碳纤维纸的电热转换效率较低，不利于节能环保。

发明内容

有鉴于此，确有必要提供一种管状加热器，该管状加热器可以解决以上技术问题。

一种管状加热器，其包括一管状基体、一加热层及至少两个电极，所述加热层包括一条带状碳纳米管层，该至少两个电极位于所述条带状碳纳米管层的表面，其中，该碳纳米管层螺旋缠绕于所述管状基体的表面形成该加热层，该至少两个电极分别设置于所述条带状碳纳米管层的两端，所条带状碳纳米管层包括多个相互平行的碳纳米管，该多个碳纳米管的延伸方向和所述条带状碳纳米管层的延伸方向相同。

与现有技术相比较，所述的管状加热器具有以下优点：第一，由于碳纳米管具有较好的强度及韧性，碳纳米管层的强度较大，碳纳米管层的柔性好，不易破裂，使其具有较长的使用寿命。第二，碳纳米管层中的碳纳米管均匀分布，碳纳米管结构具有均匀的厚度及电阻，发热均匀，碳纳米管的电热转换效率高，所以管状加热器具有升温迅速、热滞后小、热交换速度快的特点。

附图说明

图1为本发明第一实施例提供的管状加热器的结构示意图。

图2为本发明第一实施例提供的管状加热器中条带状碳纳米管层的展开示意图。

图3为本发明提供的管状加热器中碳纳米管层的扫描电镜照片。

图4为图3中碳纳米管层中碳纳米管片段的结构示意图。

图5为本发明第一实施例提供的另一种管状加热器的结构示意图。

图6为本发明第二实施例提供的管状加热器的结构示意图。

图7为本发明第二实施例提供的管状加热器中条带状碳纳米管层的展开示意图。

主要元件符号说明

管状加热器 100；200

管状基体 102；202

条带状碳纳米管层 104；204

螺旋环状结构 1042

第一电极 106；206

第二电极 108；208

碳纳米管片段 143

碳纳米管 145

第一部分 204a

第二部分 204b

第一端部 2042

第二端部 2044

如下具体实施方式将结合所述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

下面将结合附图及具体实施例对本发明提供的管状加热器作进一步的详细说明。

请参阅图1，本发明实施例提供一种管状加热器100，包括一管状基体102、一条带状碳纳米管层104、第一电极106和第二电极108。所述条带状碳纳米管层104螺旋缠绕于所述管状基体102的表面形成该一加热层，所述第一电极106和第二电极108分别设置于所述条带状碳纳米管层104的两端。请参见图2，所条带状碳纳米管层104包括多个相互平行的碳纳米管1042，该多个碳纳米管1042的延伸方向和所述条带状碳纳米管层104的延伸方向相同。

所述管状基体102的材料为绝缘材料。所述管状基体102的横截面可以为圆形、三角形、方形或者其他形状。管状基体102的内部设置待加热的物体，待加热的物体可以为固定的物体，也可以为流体。

所述条带状碳纳米管层104的长度和宽度可以根据实际需要选择。所述条带状碳纳米管层104包括至少一层碳纳米拉膜。所述碳纳米管拉膜为从一碳纳米管阵列中拉取所获得的碳纳米管膜。所述条带状碳纳米管层可包括一层碳纳米管拉膜或两层以上碳纳米管拉膜。碳纳米管拉膜包括多个沿同一方向择优取向且平行于碳纳米管拉膜表面排列的碳纳米管。所述碳纳米管之间通过范德华力首尾相连。请参阅图3及图4，每一碳纳米管拉膜包括多个连续且定向排列的碳纳米管片段143。该多个碳纳米管片段143通过范德华力首尾相连。每一碳纳米管片段143包括多个相互平行的碳纳米管145，该多个相互平行的碳纳米管145通过范德华力紧密连接。该碳纳米管片段143具有任意的宽度、厚度、均匀性及形状。所述碳纳米管拉膜的厚度为0.5纳米～100微米，宽度与拉取该碳纳米管拉膜的碳纳米管阵列的尺寸有关，长度不限。所述碳纳米管拉膜及其制备方法请参见范守善等人于2007年2月9日申请的，于2008年8月13日公开的第CN101239712A号中国公开专利申请“碳纳米管膜结构及其制备方法”，申请人：清华大学，鸿富锦精密工业(深圳)有限公司。为节省篇幅，仅引用于此，但上述申请所有技术揭露也应视为本发明申请技术揭露的一部分。

当所述碳纳米管层包括两层以上的碳纳米管拉膜时，该多层碳纳米管拉膜相互叠加设置或并列设置。相邻两层碳纳米管拉膜中的择优取向排列的碳纳米管相互平行。本实施例中，所述条带状碳纳米管层104由100层碳纳米管拉膜层叠形成。

所述第一电极106和第二电极108分别位于条带状碳纳米管层104的两端。第一电极106和/或第二电极108的长度小于等于条带状碳纳米管层104的宽度。第一电极108a和第二电极108b的材料可以为金属、合金、铟锡氧化物(ITO)、锑锡氧化物(ATO)、导电银胶、导电聚合物或导电性碳纳米管等。该金属或合金材料可以为铝、铜、钨、钼、金、钛、钕、钯、铯或其任意组合的合金。

所述条带状碳纳米管层104的展开示意图如图2所示。碳纳米管145的延伸方向与条带状碳纳米管层104的延伸方向相同，从第一电极106延伸至第二电极108。由于碳纳米管145的导电方向为碳纳米管145的长度方向，所以条带状碳纳米管层104的导电方向为条带状碳纳米管层104的长度方向，条带状碳纳米管层104的宽度方向几乎不导电。当条带状碳纳米管层104缠绕在管状基体102上时，形成多个螺旋环状结构1042。相邻的两个螺旋环状结构1042之间可以间隔设置，如图1所示。由于条带状碳纳米管层104的宽度方向几乎不导电，相邻的两个螺旋环状结构1042之间也可以相互接触，如图5所示。当相邻的两个螺旋环状结构1042之间相互接触时，条带状碳纳米管层104形成的加热层包裹整个管状基体102，具有更加均匀的加热性。

所述条带状碳纳米管层104采用缠绕管状基体102的方式形成加热层，条带状碳纳米管层104的长度不局限于等于管状基体102的长度，条带状碳纳米管层104的长度可以通过调整条带状碳纳米管层的宽度、缠绕圈数、相邻的螺旋环状结构1042之间的距离进行调整，因此，加热层的电阻可以进行调节，加热层的功率可以根据需要设定。

请参见图6及图7，本发明第二实施例提供一种管状加热器200，包括一管状基体202、一条带状碳纳米管层204、第一电极206和第二电极208。所述条带状碳纳米管层204包括一第一端部2042和第二端部2044。所述条带状碳纳米管层204从第一端部2042被分开形成一第一部分204a和一第二部分204b。所述第一部分204a和第二部分204b为条带状。所述第一部分204a和第二部分204b在第二端部2044相互连接。第一电极206和第二电极208位于所述条带状碳纳米管层204的第一端部2042，分别与所述第一部分204a和第二部分204b电连接。当在第一电极206和第二电极208之间施加电压时，当第一电极206的电压大于第二电极208时，电流从第一电极206流向第一部分204a，沿着第一部分204a的长度方向从第二端部2044流向第二部分204b，沿着第二部分204b长度方向，流向第二电极208；当第一电极206的电压小于第二电极208时，电流的方向相反。

所述条带状碳纳米管层204在缠绕在管状基体202上之后，可以通过切割的方式，形成上述第一部分204a和第二部分204b。

上述加热层和电极的设置方式，即使在管状加热器200的管状基体202的长度较短的情况向，也可以使电流的流经路线较长，调整加热层的电阻，进一步调整加热功率。

与现有技术相比较，所述的管状加热器具有以下优点：第一，由于碳纳米管具有较好的强度及韧性，碳纳米管层的强度较大，碳纳米管层的柔性好，不易破裂，使其具有较长的使用寿命。第二，碳纳米管层中的碳纳米管均匀分布，碳纳米管结构具有均匀的厚度及电阻，发热均匀，碳纳米管的电热转换效率高，所以管状加热器具有升温迅速、热滞后小、热交换速度快的特点。

另外，本领域技术人员还可在本发明精神内作其它变化，当然这些依据本发明精神所作的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围内。

Claims (10)

1.一种管状加热器，其包括一管状基体、一加热层及至少两个电极，所述加热层包括一条带状碳纳米管层，该至少两个电极位于所述条带状碳纳米管层的表面，其特征在于，该条带状碳纳米管层螺旋缠绕于所述管状基体的表面形成该加热层，该至少两个电极分别设置于所述条带状碳纳米管层的两端，所条带状碳纳米管层包括多个相互平行的碳纳米管，该多个碳纳米管的延伸方向和所述条带状碳纳米管层的延伸方向相同。

2.如权利要求1所述的管状加热器，其特征在于，所述条带状碳纳米管层包括至少一层碳纳米拉膜，所述碳纳米管拉膜为从一碳纳米管阵列中拉取所获得的碳纳米管膜。

3.如权利要求2所述的管状加热器，其特征在于，所述碳纳米管拉膜包括多个沿同一方向择优取向且平行于碳纳米管拉膜表面排列的碳纳米管，所述碳纳米管之间通过范德华力首尾相连。

4.如权利要求1所述的管状加热器，其特征在于，所述条带状碳纳米管层缠绕在管状基体上时，形成多个螺旋环状结构。

5.如权利要求4所述的管状加热器，其特征在于，相邻的两个螺旋环状结构之间间隔设置。

6.如权利要求4所述的管状加热器，其特征在于，相邻的两个螺旋环状结构之间相互接触。

7.一种管状加热器，其包括一管状基体、一加热层及至少两个电极，所述加热层包括一条带状碳纳米管层，该至少两个电极位于所述条带状碳纳米管层的表面，其特征在于，该条带状碳纳米管层螺旋缠绕于所述管状基体的表面形成该加热层，所述条带状碳纳米管层包括多个相互平行的碳纳米管，该多个碳纳米管的延伸方向和所述条带状碳纳米管层的延伸方向相同，所述条带状碳纳米管层包括一第一端部和一第二端部，该条带状碳纳米管层从第一端部被分开形成一第一部分和一第二部分，所述第一部分和第二部分为条带状，所述第一部分和第二部分在第二端部相互连接。

8.如权利要求7所述的管状加热器，其特征在于，所述至少两个电极包括一第一电极和一第二电极，第一电极和第二电极位于所述条带状碳纳米管层的第一端部，分别与所述第一部分和第二部分电连接。

9.如权利要求7所述的管状加热器，其特征在于，所述条带状碳纳米管层在缠绕在管状基体上之后，可以通过切割的方式，形成上述第一部分和第二部分。

10.如权利要求7所述的管状加热器，其特征在于，在第一电极和第二电极之间施加电压时，当第一电极的电压大于第二电极时，电流从第一电极流向第一部分，沿着第一部分的长度方向从第二端部流向第二部分，沿着第二部分长度方向，流向第二电极；当第一电极的电压小于第二电极时，电流的方向相反。

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