CN215647431U - 电加热石英管 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种电加热石英管，电加热石英管包括石英管体、碳基发热层、封装层、端子电极和填充气体。碳基发热层通过化学气相沉法均匀生长在石英管体的内表面，石英管体的两端设置端子电极，端子电极包括铜端子和银浆层，铜端子插入石英管体的深度比石英管体端部所印刷的银浆层的深度小；在惰性气体作为填充气体的保护下，石英管两端与端子电极的接缝处涂敷耐高温胶封装。本实用新型的电加热石英管升温快，耐腐蚀，发热效率高，高温稳定性良好。

Description

电加热石英管

技术领域

本实用新型涉及加热管，尤其是涉及电加热管，更进一步涉及电加热石英管。

背景技术

电加热管广泛应用于需要干燥、加热的工业、医疗、生活、食品等领域。电加热管通常可以分为电阻加热管和辐射电加热管，电阻加热管通常由耐热合金外套管和内部的加热丝构成。上述加热丝通常可以分成普通电阻丝和镍铬合金电阻丝，目前较为常用的是镍铬合金电阻丝。另一种较为常用的电加热管是碳纤维加热管，能量发射方式是以远红外辐射为主，属于辐射电加热管。纤维加热管主要是通过螺旋状发热体来完成加热，其外壳可以为石英玻璃管，不锈钢加热管等。

现有技术中的镍铬合金电加热管通常采用金属外壳，在使用中容易与加热管的加热丝接触而形成短路，存在安全隐患；并且在长期加热水时易形成水垢，造成升温慢，散热慢，导致热量聚集损坏加热管。另一种碳纤维加热管，需要金属端子和碳纤维压接，接触不稳定，影响寿命；而且碳纤维发热丝并不与外壳直接接触，发热效率低散热慢，造成能源浪费。

图1示出了现有技术中的镍铬合金加热管100，包括镍铬合金电加热丝101、金属外管102、绝缘填充材料103、封装材料104、引出棒105和连接片106。镍铬合金电加热丝101设置在金属外管102的内部，并与金属外管102之间填充有绝缘填充料103，镍铬合金加热管100两端设置由封装材料104封装的引出棒105，引出棒的远离镍铬合金加热管100的一端设置连接片106，用于连接外接电路(图中未示出)。

图2示出了现有技术中的碳纤维加热管200，包括碳纤维发热丝201、石英外壳202、真空203和引出端子204。碳纤维发热丝201呈螺旋状设置于石英外壳202的内部，并不与石英外壳接触。碳纤维加热管200的内部是真空203，两端封装有引出端子204，用于连接外接电路(图中未示出)。

实用新型内容

本实用新型的一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种加热安全稳定，耐腐蚀，快速升温，并且发热层直接与外壳接触，发热效率高的电加热石英管。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

根据本实用新型的一个方面，提供一种电加热石英管，包括石英管体、碳基发热层、端子电极和填充气体。石英管体两端具有开口，碳基发热层设置在石英管体的内表面，端子电极密封设置于石英管体两端的开口，填充气体填充于石英管体与端子电极所形成的空腔中。

根据本实用新型的其中一个实施例，电加热石英管还包括封装层，设置于石英管体两端的开口位置，并将端子电极封装于所述石英管体的端部。

根据本实用新型的其中一个实施例，封装层采用耐高温封装胶，耐高温封装胶可耐高温温度是1200℃。

根据本实用新型的其中一个实施例，碳基发热层的方阻值是50Ω～1000Ω。

根据本实用新型的其中一个实施例，碳基发热层的方阻值是100Ω。

根据本实用新型的其中一个实施例，端子电极包括金属端子和金属浆层，金属浆层设置在石英管体两端开口位置的内表面上，金属端子插入到金属浆层形成的空间中，金属端子延伸到石英管体中的深度小于等于金属浆层覆盖石英管体端部的深度。

根据本实用新型的其中一个实施例，金属端子是铜端子，采用低阻抗航模香蕉插头，且铜端子的直径大于石英管的内径0.05mm～0.2mm，金属浆层是银浆层。

根据本实用新型的其中一个实施例，石英管外直径是2mm～30mm，壁厚是1mm～5mm。

由上述技术方案可知，本实用新型提出的电加热石英管的优点和积极效果在于：

本实用新型提出的电加热石英管包括石英管体、碳基发热层、封装层、端子电极和填充气体。碳基发热层设置在石英管体的内表面，石英管体的两端设置端子电极并封装，内部空腔充有填充气体。通过上述设计，本实用新型提出的电加热石英管能够替代现有的镍铬合金电加热管，加热安全稳定，升温迅速，不易结垢，耐腐蚀。本实用新型提出的电加热石英管还能够替代现有的碳纤维加热管，避免碳纤维加热管接线端子易烧坏，碳纤维发热体不与外壳直接接触，发热效率低的问题。

附图说明

通过结合附图考虑以下对本实用新型的优选实施例的详细说明，本实用新型的各种目标、特征和优点将变得更加显而易见。附图仅为本实用新型的示范性图解，并非一定是按比例绘制。在附图中，同样的附图标记始终表示相同或类似的部件。其中：

图1是现有技术中镍铬合金加热管的示意图；

图2是现有技术中碳纤维加热管的示意图；

图3A和图3B是本实用新型的电加热石英管的示意图；

图4是本实用新型的电加热石英管的两端的局部放大图；

图5是本实用新型的电加热石英管的金属端子图；

图6是本实用新型的电加热石英管和其他加热管的隔热实验示意图。

附图标记说明如下：

100.镍铬合金加热管；

101.镍铬合金电加热丝；

102.金属外管；

103.绝缘填充料；

104.封装材料；

105.引出棒；

106.连接片；

200.碳纤维加热管；

201.碳纤维发热丝；

202.石英外壳；

203.真空；

204.引出棒；

300.电加热石英管；

301.石英管体；

302.碳基发热层；

303.封装层；

304.端子电极；

3041金属端子；

3042.金属浆层；

305.填充气体；

600.隔热实验装置；

601.发热体；

602.辐射基板；

603.隔热实验载具。

具体实施方式

体现本实用新型特征与优点的典型实施例将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本实用新型能够在不同的实施例上具有各种的变化，其皆不脱离本实用新型的范围，且其中的说明及附图在本质上是作说明之用，而非用以限制本实用新型。

在对本实用新型的不同示例性实施例的下面描述中，参照附图进行，所述附图形成本实用新型的一部分，并且其中以示例方式显示了可实现本实用新型的多个方面的不同示例性结构、系统和步骤。应理解的是，可以使用部件、结构、示例性装置、系统和步骤的其他特定方案，并且可在不偏离本实用新型范围的情况下进行结构和功能性修改。

如图3A至图3B所示，本实用新型提出的电加热石英管300包括石英管体301、碳基发热层302、封装层303、端子电极304和填充气体305。其中，碳基发热层302设置在石英管体301的内表面，封装层303和端子电极304均设置于石英管体301的两端，端子电极304包括金属端子3041和金属浆层3042，封装层303将端子电极304封装于石英管体301的端部，填充气体305填充于石英管体301与端子电极304所形成的空腔中。

在本实施例中，碳基发热层302是生长在石英管体301的内壁上，生长完成后的碳基发热层的方阻值为50Ω～1000Ω。

图4示出了本实施例中的电加热石英管300的两端的局部放大图，图5示出了本实施例中金属端子3041。

在本实施例中，金属端子3041是铜端子，金属浆层3042是银浆层。在其他一些实施例中，金属端子3041可以为其他金属端子，金属浆层3042也可以为其他金属浆层。在本实施例中，铜端子选用低阻抗航模香蕉插头公头，直径与石英管体301内径匹配，稍大于石英管体301的内径0.05mm～0.2mm。根据石英管体301的内径选择铜端子的直径，得到铜端子的长度尺寸，根据铜端子的长度尺寸，在碳基发热层302生长完成后的石英管体301的两端向内刮涂一层高温银浆层，需要保证铜端子插入石英管体301端部的深度小于等于银浆层覆盖石英管体301端部的深度。银浆层的厚度可控制在0.02mm～0.1mm之间，银浆层在惰性气体的保护下进行烧结，烧结温度在500℃～900℃之间，保护用惰性气体可选择氩气和氢气的混合气体，比例为10：1。烧结完成后在石英管体301的两端插入铜端子，插入铜端子的深度不得超过银浆层的覆盖石英管体301端部的深度，以免碳基发热层302被铜端子直接接触而破坏。本实施例中的铜端子利用香蕉插头特有的结构与弹力，可使铜端子紧紧插在石英管体301两端，与银浆层充分接触。在填充气体305为惰性气体的保护下，在石英管体301与铜端子的两端连接处涂上可耐温1200℃的耐高温封装胶，封装胶在石英管外表面的深度需要大于在石英管内表面覆盖的银浆层深度。耐高温封装胶需要填满铜端子与石英管的连接处，在室温下静置几分钟后，放入加热设备中加热固化，固化过程是首先在固化温度为40℃固化1个小时，然后将固化温度升高到50℃固化4个小时，固化完成后冷却到室温取出即可。

上述是对本实用新型提出的电加热石英管的几个示例性实施例的详细说明，以下将对本实用新型提出的电加热石英管的制造方法进行示例性说明。

结合附图3A至图5，本实用新型提供的一种电加热石英管的制造方法，其中碳基发热层是通过化学气相沉积法生长在石英管体的内表面上，具体生长过程为：将外直径2mm～30mm，壁厚1mm～5mm的石英管体301置于化学气相沉积炉中通过化学气相沉积方式生长一层碳基发热层302，生长温度为1000～1200℃，生长过程中通入化学气相沉积炉的氩气流量为700～1000标准毫升/分钟(sccm)，氢气流量为700～1000标准毫升/分钟，甲烷流量为50～100标准毫升/分钟。

为进一步了解本实用新型的内容，现结合具体实施例对本实用新型作详细描述。需要说明的是，由于此处篇幅有限，下面仅列举部分实施例，其中石英管的尺寸，碳基发热层的生长条件参数等均不限于下述具体实施例。

实施例一

石英管体301外直径8mm，壁厚1mm，长度200mm，石英管体301在化学气相沉积炉中通过化学气相沉积方式生长一层碳基发热层302，化学气相沉积生长温度1100℃，氩气流量1000标准毫升/分钟，氢气流量1000标准毫升/分钟，甲烷流量70标准毫升/分钟，生长完成后的碳基发热层302的方阻值为100Ω。铜端子选用低阻抗航模香蕉插头公头，直径与石英管体301内径匹配，根据石英管体301的内径选择铜端子的直径，得到铜端子的长度尺寸，根据铜端子的长度尺寸，在碳基发热层302生长完成后的石英管体301的两端向内刮涂一层高温银浆层，银浆层的厚度0.1mm，深度8mm，银浆层在惰性气体的保护下进行烧结，烧结温度在600℃，烧结时间是15min，保护用惰性气体可选择氩气和氢气的混合气体，氩气流量500标准毫升/分钟，氢气流量50标准毫升/分钟。烧结完成后在石英管体301的两端插入铜端子，插入铜端子的深度7mm，铜端子插入的一端直径6.1mm，另一端5.9mm，利用香蕉插头特有的结构与弹力，可使铜端子紧紧插在石英管体301两端，与银浆层充分接触。在惰性气体的保护下，在石英管体301与铜端子的两端连接处涂上可耐温1200℃的耐高温封装胶，封装胶的深度为10mm，耐高温封装胶需要填满铜端子与石英管的连接处，在室温下静置几分钟后，放入加热设备中加热固化，固化过程是首先在固化温度为40℃固化1个小时，然后将固化温度升高到50℃固化4个小时，固化完成后冷却到室温取出即可。本实施例中的电加热石英管做加热实验时，在交流220V电压下加热，加热温度可达到500±10℃。

实施例二

石英管体301外直径30mm，壁厚3mm，长度200mm，石英管体301在化学气相沉积炉中通过化学气相沉积方式生长一层碳基发热层302，化学气相沉积生长温度1150℃，氩气流量850标准毫升/分钟，氢气流量850标准毫升/分钟，甲烷流量100标准毫升/分钟，生长完成后的碳基发热层302的方阻值为80Ω。铜端子选用低阻抗航模香蕉插头公头，直径与石英管体301内径匹配，根据石英管体301的内径选择铜端子的直径，得到铜端子的长度尺寸，根据铜端子的长度尺寸，在碳基发热层302生长完成后的石英管体301的两端向内刮涂一层高温银浆层，银浆层的厚度0.1mm，深度8mm，银浆层在惰性气体的保护下进行烧结，烧结温度在600℃，烧结时间是15min，保护用惰性气体可选择氩气和氢气的混合气体，氩气流量500标准毫升/分钟，氢气流量50标准毫升/分钟。烧结完成后在石英管体301的两端插入铜端子，插入铜端子的深度7mm，铜端子插入的一端直径6.1mm，另一端5.9mm，利用香蕉插头特有的结构与弹力，可使铜端子紧紧插在石英管体301两端，与银浆层充分接触。在惰性气体的保护下，在石英管体301与铜端子的两端连接处涂上可耐温1200℃的耐高温封装胶，封装胶的深度为10mm，耐高温封装胶需要填满铜端子与石英管的连接处，在室温下静置几分钟后，放入加热设备中加热固化，固化过程是首先在固化温度为40℃固化1个小时，然后将固化温度升高到50℃固化4个小时，固化完成后冷却到室温取出即可。本实施例中的电加热石英管做加热实验时，在交流220V电压下加热，加热温度可达到350±10℃。

实施例三

石英管体301外直径20mm，壁厚2mm，长度200mm，石英管体301在化学气相沉积炉中通过化学气相沉积方式生长一层碳基发热层302，化学气相沉积生长温度1050℃，氩气流量700标准毫升/分钟，氢气流量700标准毫升/分钟，甲烷流量100标准毫升/分钟，生长完成后的碳基发热层302的方阻值为75Ω。铜端子选用低阻抗航模香蕉插头公头，直径与石英管体301内径匹配，根据石英管体301的内径选择铜端子的直径，得到铜端子的长度尺寸，根据铜端子的长度尺寸，在碳基发热层302生长完成后的石英管体301的两端向内刮涂一层高温银浆层，银浆层的厚度0.1mm，深度8mm，银浆层在惰性气体的保护下进行烧结，烧结温度在600℃，烧结时间是15min，保护用惰性气体可选择氩气和氢气的混合气体，氩气流量500标准毫升/分钟，氢气流量50标准毫升/分钟。烧结完成后在石英管体301的两端插入铜端子，插入铜端子的深度7mm，铜端子插入的一端直径6.1mm，另一端5.9mm，利用香蕉插头特有的结构与弹力，可使铜端子紧紧插在石英管体301两端，与银浆层充分接触。在惰性气体的保护下，在石英管体301与铜端子的两端连接处涂上可耐温1200℃的耐高温封装胶，封装胶的深度为10mm，耐高温封装胶需要填满铜端子与石英管的连接处，在室温下静置几分钟后，放入加热设备中加热固化，固化过程是首先在固化温度为40℃固化1个小时，然后将固化温度升高到50℃固化4个小时，固化完成后冷却到室温取出即可。本实施例中的电加热石英管做加热实验时，在交流220V电压下加热，加热温度可达到350±10℃。

图6示出的是本实用新型提供的电加热石英管与现有技术中的镍铬合金加热管和碳纤维加热管的隔热实验装置600，其中发热体601分别为本实用新型的碳基发热层、镍铬合金加热管的镍铬合金电加热丝和碳纤维加热管的碳纤维发热丝；设置辐射基板602，用于接收发热体601的辐射而使自身温度升高，发热体601和辐射基板602均设置在隔热实验载具603上，图中“L”表示外接电源的火线，“N”表示外接电源的零线。隔热实验所得到的加热效率对比试验数据如表1所示：

表1：相同规格尺寸及功率下电热管升温时间和辐射温度对比

名称	升温时间	辐射基板温度
			镍铬合金加热管	660S	114℃
碳纤维加热管	90S	146℃
			电加热石英管	80S	162℃

由表1可以得出，在相同尺寸和功率条件下，本实用新型的电加热石英管在80S时间内可以使得辐射基板的温度升高到162℃，升温效率极高，速度极快，而碳纤维加热管则在90S的时间内使得辐射基板的温度升高到146℃；镍铬合金加热管加热效率最低，需要660S才能将辐射基板加热到114℃。镍铬合金加热管的升温时间是本实用新型电加热石英管的8倍以上，碳纤维加热管的升温时间是本实用新型电加热石英管的1.1倍以上。

在辐射基板的温度都升高到162℃的情况下，碳纤维加热管需要比90S更长的时间，而镍铬合金加热管则需要比660S更长的时间，那么镍铬合金加热管的升温时间将超过本实用新型电加热石英管的8倍以上，碳纤维加热管的升温时间也超过本实用新型电加热石英管的1.1倍以上。本实用新型的电加热石英管的加热效率较现有技术中的加热管大大提高。

综上所述，本实用新型提出的电加热石英管包括石英管体、碳基发热层、封装层、端子电极和填充气体。碳基发热层通过化学气相沉积法生长在石英管的内表面，石英管的两端设置端子电极并封装，内部空腔充有填充气体。能够实现加热安全稳定，升温快，电热辐射转换效率高，并能够避免碳纤维加热管存在的接线端子易烧坏的问题，形状和功能可替代性强，可迅速替代现有产品投入到生产和应用中。

以上详细地描述和/或图示了本实用新型提出的电加热石英管及其制造方法的示例性实施例。但本实用新型的实施例不限于这里所描述的特定实施例，相反，每个实施例的组成部分和/或步骤可与这里所描述的其它组成部分和/或步骤独立和分开使用。一个实施例的每个组成部分和/或每个步骤也可与其它实施例的其它组成部分和/或步骤结合使用。术语“包含”、“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于实用新型实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上仅为实用新型实施例的优选实施例而已，并不用于限制实用新型实施例，对于本领域的技术人员来说，实用新型实施例可以有各种更改和变化。凡在实用新型实施例的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在实用新型实施例的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电加热石英管，其特征在于：包括：

石英管体，两端具有开口；

碳基发热层，设置在所述石英管体的内表面；

端子电极，密封设置于所述石英管体两端的开口；

填充气体，填充于所述石英管体与所述端子电极所形成的空腔中。

2.如权利要求1所述的电加热石英管，其特征在于：还包括：

封装层，设置于所述石英管体两端的开口位置，并将端子电极封装于所述石英管体的端部。

3.如权利要求2所述的电加热石英管，其特征在于：所述封装层采用耐高温封装胶，所述耐高温封装胶可耐高温温度是1200℃。

4.如权利要求1所述的电加热石英管，其特征在于：所述碳基发热层的方阻值是50Ω～1000Ω。

5.如权利要求4所述的电加热石英管，其特征在于：所述碳基发热层的方阻值是100Ω。

6.如权利要求1所述的电加热石英管，其特征在于：所述端子电极包括金属端子和金属浆层，所述金属浆层设置在所述石英管体两端开口位置的内表面上，所述金属端子插入到所述金属浆层形成的空间中，所述金属端子延伸到所述石英管体中的深度小于等于所述金属浆层覆盖所述石英管体端部的深度。

7.如权利要求6所述的电加热石英管，其特征在于：所述金属端子是铜端子，采用低阻抗航模香蕉插头，且所述铜端子的直径大于所述石英管体的内径0.05mm～0.2mm，所述金属浆层是银浆层。

8.如权利要求1所述的电加热石英管，其特征在于：所述石英管体外直径是2mm～30mm，壁厚是1mm～5mm。

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