一种双向导热电热管制造技术

一种双向导热电热管：是由金属外管、金属内管、填充材料、发热丝及引棒构成；在金属外管与金属内管之间安装有带有引棒的发热丝，发热丝是通过填充材料固定在金属外管与金属内管之间。本发明专利技术的结构特征既提高了电热效率又增大了散热面积。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电加热领域，特别是一种双向导热电热管。
技术介绍
金属电加热管是目前全世界小家电运用最多的能量转换器件，即由它完成电能到热能的转换工作，虽然从90年代开始至今在电热行业从量到质已发生了巨大的飞跃，但这类元件的使用过程仍存在着如下内容的不理想状态：1.受填充材料热阻特征影响，电加热管的电热效率始终无法达到理想的要求，在低碳社会环保的总体环境下这样的产品显得很被动。2.由于填充材料的导热能力有一定的局限性，所以在高功率密度的状态下它无法承担高热量的传递之需，因此电热元件的结构设计无法达到大功率小体积的总体发展要求，整机设计也就无法更优化更经济地开展新的开发。3.在依目前运用量最大的填充材料镁砂(包括各类电熔和改性镁砂)中，由于存在着众多的杂质如Fe2O3、SiO2、CaO、Al2O3等，它们在高温状态下所显示的特征对电热管的导热能力或安全防漏电因素都存在较大的不可靠稳定性，所以元件工作过程中包括制造过程中的合格率都是隐藏着极大的风险。针对上述内容我们对这种结构的产品进行原理性剖析，首先从图1示介绍它的内部结构与工作原理特征：它的基本工作原理就是在发热丝两端加上电压经发热丝产生热量后由填充材料导热传送至金属壳使它处于热交换的边界，如果以螺旋发热丝为中心，它的热散发场相当于一个同心圆，所以从热散发路径特征可以认为它上一个单向导热性的电热能量的转换器件。在电热管的设计中有一个十分重要的指标即管表负荷，它的物理含义是：在电热管的有效发热区内，管的总负荷数与管表面积之商就是它的定义，它在一定程度上表呈了电热管的工作特性，也是传统电热管一直赖以设计的主要依据；但这样的原理如要在机理上成立，它必须要有前题条件，即填充材料的导热能力完全能够承受发热丝所产生热量的同步传递，或者说发热丝所产生的热量在整个热传路径上没有能量的消耗，在这种假设的前题下原始定理就有理论上的支持和工程上的参考性，但事实上这仅是本行业理论的初级阶段的特征，它忽略了材料特征对物理模型的影响，主要体现在：A.具有热阻特征的材料在热传路径上会对热量传递具有衰减性，而衰减量的大小由热传路径长短、材料导热系数大小(包括纯度密度等)、热交换面环境条件(如是否有强制冷却或对流或辐射)来决定的。衰减量大小一方面表征着电热效率或热能利用率的高低，而另方面也同时说明在管内的热量存在着积聚的现象。B.管内的热量积聚一方面会导致管内温度升高后对填充材料的热稳定性有较大影响以外，主要是这部分管内的热量积聚演变成其它的能量在释放：如填充材料和金属壳体的热膨胀所消耗的能量就是这部分管内的热量积聚所提供的。参见图2，从中可以清楚发现：管的中心部位是最高温度区，而这个位置却与热交换面的距离又最远，因此能量或热传的衰减也就可以从中找到理论依据。这也是单向导热电热管在工作状态所形成的温度分布场，如果用温度场分布曲线来衡量电热元件品质高低也可从图示中找到答案，即交界面的温度与中心点的温度差愈小愈好。其它背景介绍：在传统的电热管中还有一些如单端引出线的电热管、同心圆式的复合功率电热管等等，但共同特征就是单向导热，无论结构特征如何变化在这一方面无法更改，这就是目前电热管结构与原理的综述。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种既提高了电热效率又增大了散热面积的双向导热电热管。本专利技术的目的是这样实现的：一种双向导热电热管，是由金属外管、金属内管、填充材料、发热丝及引棒构成；在金属外管与金属内管之间安装有带有引棒的发热丝，发热丝是通过填充材料固定在金属外管与金属内管之间。本专利技术的另外一种结构是由金属外管、金属内管、填充材料、管状填充材料、内侧管状填充材料、发热丝、内侧发热丝及引棒构成；在金属外管与金属内管之间安装有带有引棒的两层发热丝，内侧发热丝是通过管状填充材料及内侧管状填充材料而被固定在在金属外管与金属内管之间的内层；发热丝是通过填充材料固定在金属外管与金属内管之间的内侧发热丝的外层。-所述的发热丝及内侧发热丝分别单独接电源。-所述的发热丝及内侧发热丝串联连接。-所述的发热丝及内侧发热丝并联连接。双向导热电热管的基本结构与原理介绍图3是具有双向导热功能的结构示意图，在图中1-金属外管2-发热丝3-填充材料4-填充材料5-金属内管6-引棒A.工作原理当在图示引棒6上施加工作电压后，与引棒6相连接的发热丝2即产生热量，经填充材料3、4分别将热量传递到金属管1和5，使得它们分别与被加热介质发生热交换。(热量扩散的总趋势总是朝着低温区进行的)这就是双向导热电加热管的工作原理，在设定内外管工作状态环境相同的前题下它们所形成的温度场特性曲线如图4所示：注●；图中纵轴T为温度，而横轴代表元件中各部件相对的位置，曲线曲率大小由面积负荷、环境条件(或应用状况)等边界条件来决定，●在图中无论纵轴与横轴我们均没有标注刻度，其原因为此图是一通用表达式，而对应实际指定元件在实测时可用相关统计数据制成此图。从结构图到温度场特性曲线我们可以发现其与传统的电加热管最大的差异就是在热交换的方式上有了根本性的改变，它将有内外金属管共同参与热交换，而且内管是将原管芯最高温度区的热能诱导进行热交换的，如果此时仍沿用管表负荷的理念来表述电热管的工作负荷状态，则可以用下式进行：SP＝P÷(S1+S2)在上式中SP为管表负荷，单位是W/cm2P为总功率单位是W S1+S2分别表示内外管在有效发热区位置上对应的面积值，单位是cm2(当然此过程忽略了填充材料在热传路径上对能量损耗的影响)在上述物理模型演变过成中对应的的数学模型也已形成，但原理过程需经下述内容进一步补充介绍，具体要点是：1.热源点由原来传统电热管以螺旋发热丝为中心改为以单发热丝表面积为质点，即原散发场是单梯度性的，而现结构所形成的温度场已是双梯度性质的，对应的热交换也由单向性改为双向性同步进行。或者说原结构产品只有一个温度场而此类产品有二个温度场，梯度肯定相反，大小也不一定相等。2.上述SP的定义只是一个几乎属于接近的表达式，而非绝对值，因为它的拆解过程所受的边界条件十分复杂，如发热丝相对于内外管之间的距离是否相等、内外管的热交换环境条件是否一致等等，这些内容对工程应用所引起的误差在一般民用类产品中完全可以忽略不计，如作为精度控制要求较高的器具上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双向导热电热管，其特征在于：是由金属外管、金属内管、填充材料、发热丝及引棒构成；在金属外管与金属内管之间安装有带有引棒的发热丝，发热丝是通过填充材料固定在金属外管与金属内管之间。

【技术特征摘要】
1.一种双向导热电热管，其特征在于：是由金属外管、金属内管、填
充材料、发热丝及引棒构成；在金属外管与金属内管之间安装有带有引
棒的发热丝，发热丝是通过填充材料固定在金属外管与金属内管之间。
2.一种双向导热电热管，其特征在于：是由金属外管、金属内管、填充
材料、管状填充材料、内侧管状填充材料、发热丝、内侧发热丝及引棒
构成；在金属外管与金属内管之间安装有带有引棒的两层发热丝，内侧
发热丝是通过管状填充材料及内侧管状填充...

【专利技术属性】
技术研发人员：盛建寅，张振权，
申请(专利权)人：张振权，
类型：发明
国别省市：