Diseño de procesos y pruebas de rendimiento de un nuevo tipo de tubo calefactor por infrarrojos de fibra de carbono

Debido a sus excelentes propiedades, como calentamiento y enfriamiento rápidos, histéresis de calor pequeña, calentamiento uniforme y radiación de calor de larga distancia, los elementos calefactores de fibra de carbono se han desarrollado rápidamente y se han utilizado ampliamente en diversos campos. En el campo de la investigación de elementos calefactores de fibra de carbono, se han desarrollado nuevos y prácticos tubos calefactores de infrarrojo lejano de fibra de carbono. Este nuevo tipo de tubo calefactor utiliza fibra de carbono flexible como elemento calefactor, lo que tiene las ventajas de una alta eficiencia de conversión térmica y una larga vida útil. Ha sido ampliamente utilizado en electrodomésticos y equipos médicos. Este artículo presenta principalmente la estructura, el proceso de producción, la tecnología de inspección y los métodos del tubo calefactor de fibra de carbono recientemente desarrollado, y prueba y estudia el efecto térmico del producto.

1. Estructura de Tubo calefactor de fibra de carbono

El tubo exterior del tubo calefactor de fibra de carbono está hecho principalmente de cuarzo como materia prima, y ​​su cuerpo calefactor en espiral es en su mayor parte una estructura hueca. El material principal es la fibra de carbono, que se forma retorciendo filamentos largos y enrollándolos mediante un proceso determinado. Sirve como elemento calefactor central del tubo calefactor de fibra de carbono. El cuerpo principal del nuevo tubo calefactor de fibra de carbono es el nuevo alambre de fibra de carbono, que adopta una forma envolvente especial en ambos extremos. El material del cable de fibra de carbono es una lámina de molibdeno y hay cables instalados en ambos extremos del calentador de árbol de soldadura de carbono. El cuerpo del tubo calefactor de fibra de carbono es un tubo transparente y sus parámetros de configuración eléctrica son 220V-240V, 2000W. El cable conductor adopta UL3122, núcleo de rama 50~52, cable de fibra de vidrio resistente a altas temperaturas de 300V-500V 200 ℃. Los electrodos en ambos extremos están compuestos de molibdeno metálico de alto punto de fusión insoluble de color blanco plateado, láminas y varillas de molibdeno, terminales de cableado, etc.

2. Proceso de producción y fabricación de tubos calefactores de fibra de carbono.

El proceso de producción de tubos calefactores de fibra de carbono incluye principalmente los siguientes pasos:
(1) Según el diámetro y la longitud del producto, seleccione los tubos interior y exterior con el diámetro seleccionado para cortar los tubos interior y exterior.

(2) Elija el tamaño, el grosor y otras especificaciones para tejer, determine una cantidad de alimento razonable y continúe con el tejido.

(3) Seleccione las especificaciones del bobinado del cable, mida la resistencia, determine la potencia, mida la longitud del cable para el bobinado del cable.

(4) Ajuste la máquina moldeadora, determine el voltaje de moldeado y realice el tratamiento de moldeado.

(5) Seleccione los electrodos adecuados y realice la soldadura por puntos.

(6) Realice el sellado de presión y el escape, prestando atención a si hay alguna distorsión de la varilla de molibdeno, fuga de presión o fuga de presión.

(7) Realizar pruebas maduras, muestreos de energía y muestreos de vida útil.

(8) Imprimir y pegar puntos, líneas y piezas cerámicas.

(9) Inspección del producto terminado, confirme una vez más el voltaje, la potencia, la longitud e inspeccione las roscas internas.

Requisitos técnicos y métodos de inspección para tubos calefactores de fibra de carbono.

3.1 Requisitos técnicos para la inspección de Tubos calefactores de fibra de carbono

Una vez completada la producción de los tubos calefactores de fibra de carbono, es necesario inspeccionarlos de acuerdo con los requisitos técnicos para garantizar la seguridad de los tubos calefactores de fibra de carbono. Los requisitos técnicos de inspección incluyen principalmente los siguientes contenidos.
(1) Artículos de inspección de apariencia:

① La superficie del nuevo tubo de aire de calefacción de fibra de carbono debe tener un máximo de 4 puntos negros limpios y contaminados, que deben tener menos de 0,5 mm. La longitud de cada paso de aire en la superficie del tubo no debe exceder los 5 mm.

② La forma del tubo calentador de fibra de carbono es correcta y no se permite que la superficie exterior del tubo se deforme, se tuerza o tenga un grosor desigual, lo que no cumple con la gestión nacional de apariencia de seguridad. El voltaje y la potencia cumplen con las regulaciones Si no hay rayones obvios en la superficie del tubo de cuarzo y hay una ligera neblina blanca en ambos extremos del puerto de escape, se puede retraer La conexión de la funda de silicona es firme y no hay adherencia entre la funda de silicona y partes no relacionadas La conexión del cable es segura, con la fibra de carbono colocada en el centro.

(2) Inspección de tamaño: el diámetro del tubo de la lámpara de fibra de carbono debe estar dentro de ± 0,05 mm del tamaño de diseño, la longitud debe estar dentro de ± 1 mm del tamaño de diseño y la longitud del cable debe estar dentro de ± 5 mm de el tamaño del diseño. Realizar inspección de montaje.

(3) Detección de potencia: Encienda el tubo de fibra de carbono a su voltaje nominal y pruebe su potencia con un medidor de potencia, que debe estar dentro del rango de 3% a -7% de su potencia nominal.

(4) Detección de brillo: cuando el tubo de fibra de carbono está encendido, el brillo de los dos tubos es cercano y el elemento calefactor debe emitir luz de manera uniforme sin diferencias significativas. El brillo de un solo tubo de fibra de carbono debe ser uniforme y no debe haber puntos oscuros ni puntos brillantes anormales en el área local.

(5) Prueba de vida útil: después de ciertas inspecciones, el nuevo tubo calefactor de fibra de carbono debe tener una vida útil de más de 6000 horas en condiciones normales de funcionamiento (voltaje nominal y corriente nominal).

(6) Detección de impacto: cuando el voltaje es AC1,3 veces el voltaje nominal y la alimentación se enciende instantáneamente, no ocurren los siguientes fenómenos anormales:
① No debe haber chispas en el punto de soldadura por puntos de molibdeno ubicado en el tubo de la lámpara.

② El tubo de la lámpara funciona continuamente durante 6 horas y se somete a inspecciones puntuales a CA 1,3 veces el voltaje nominal sin cables rotos ni ennegrecimiento.

(7) Pruebas de rendimiento:
① La lámpara no debe tener impurezas, decoloración, oxidación de las varillas de níquel o molibdeno, grietas en el sello de presión u otros fenómenos.

② La lámina de molibdeno no deberá tener ningún fenómeno de rotura o crecimiento de grietas, y el plano del orificio de proceso del elemento calefactor deberá ser consistente con el diseño del plano de la boquilla de escape. La distancia entre la lámina de molibdeno dentro de la placa de sellado y el puerto de sellado debe ser mayor que 1,0 mm (puerto exterior) El cable debe estar firmemente conectado al tubo de la lámpara y no debe aflojarse cuando se somete a una fuerza de tracción de 25 N. Las placas de sellado de presión en ambos extremos del tubo de la lámpara no son fáciles de romper y pueden soportar una fuerza de 10 N en cualquier dirección La altura de la boquilla de escape en el tubo de la lámpara no debe exceder los 4 mm Los cables del tubo de la lámpara están configurados con cables apropiados según el voltaje y la potencia Utilice un detector de chispas de vacío para detectar que no hay aire fuga en el tubo de la lámpara (inspección completa).

3.2 Métodos de inspección

Los productos de tubos calefactores de fibra de carbono producidos por la fábrica generalmente deben cumplir con la norma nacional GB/T7287-2008; GB4706.1-1992, los métodos de inspección específicos se refieren a las especificaciones técnicas para la inspección de tubos calefactores de fibra de carbono de Heyuan Xinda Quartz Electrical Appliance Co., Ltd.
(1) Inspección de apariencia:
① La superficie debe estar plana, ordenada y limpia, sin manchas, defectos, cicatrices, óxido, corrosión, daños o deformaciones; Pico del lote ≤ 0,05. Utilice inspección visual y un pie de rey.

② La superficie del tubo de vidrio es lisa y libre de rayones y puntos negros, y la superficie de la lámina de metal fija está libre de óxido, suciedad y manchas de aceite; El elemento calefactor no tiene ningún fenómeno de inclinación, la superficie es plana, el color es uniforme y no hay picaduras, daños ni grietas. No hay elementos diversos dentro del tubo de vidrio. La soldadura entre la varilla de molibdeno y la lámina de níquel de unión debe ser buena, sin defectos de soldadura como soldadura virtual, soldadura falsa o soldadura perdida.

(2) Inspección dimensional: Las dimensiones cumplen con los requisitos del dibujo. Utilice calibres a vernier y micrómetros.

(3) Inspección de identificación: Los componentes deben tener el fabricante o la marca registrada, las especificaciones del modelo, el voltaje nominal, la potencia, el área de la sección transversal nominal del cable y las marcas del número del cable. La identificación debe ser clara y fácil de leer. Use un paño de algodón humedecido en gasolina para frotar de un lado a otro durante 15 segundos, y luego use un paño de algodón humedecido en agua para frotar de un lado a otro durante 15 segundos. La identificación debe ser clara y fácil de leer. Utilice inspección visual y limpieza.

(4) Inspección estructural:
① El cabezal magnético no debe estar torcido ni suelto, y el electrodo en el sellado externo del producto no debe estar torcido ni roto.

② La conexión entre el cable de conexión externa y el tubo calefactor se debe tirar verticalmente con una tensión de 30 N, y el cable no debe romperse ni el manguito no debe estar suelto. El cable de conexión externa y la conexión del tubo calefactor deben sacudirse hacia la izquierda y hacia la derecha 30 veces (en un ángulo de 45 grados, 5 N, 30 veces/minuto, con la posición de agitación a unos 10 centímetros de distancia del cabezal cerámico), y el cable no debe estar desconectado.

(5) Inspección de brillo y temperatura de color del elemento calefactor: mientras el producto funciona normalmente, se permite que el elemento calefactor central sea un poco más oscuro y el efecto térmico del elemento calefactor central debe ser constante, es decir, después del encendido, Inspeccione visualmente y describa que el elemento calefactor interno esté completamente rojo. La temperatura de color del elemento calefactor debe alcanzar una temperatura de color inferior a 1600 K. Después de encenderlo, inspeccione visualmente y utilice un cronómetro y un colorímetro.

(6) Calidad del embalaje: el producto debe inspeccionarse mediante un detector de vacío. Después de la extracción al vacío, si el sello es bueno y no hay fugas de gas, el producto está calificado.

(7) Potencia nominal y resistencia eléctrica: utilizando un instrumento de medición de parámetros eléctricos, pruebe el estado de funcionamiento del voltaje nominal y asegúrese de que la desviación de potencia esté entre -8% y 4%. Fije el electrodo entre el electrodo y la carcasa del tubo calefactor y fije el electrodo entre las láminas de metal. Aplique 1800V/5mA/1min entre el pasador y el tubo de la lámpara sin romperse.

(8) Temperatura de sellado del tubo de vidrio: opere hasta un estado de desarrollo estable a 1,15 veces el voltaje de salida nominal, con una temperatura de ≤ 250 ℃ en ambos extremos del tubo de vidrio y el área de sellado (20 ℃ ± 5 ℃ para diferentes ambientes temperaturas).

(9) Resistencia mecánica del pasador: aplique una fuerza de tracción fija (50 N) en la dirección del pasador utilizando un probador de tracción y, en 1 minuto, no debe haber holgura ni grietas en el cuerpo del pasador.

(10) Prueba de caída: Después de que el producto esté instalado normalmente, suéltelo y déjelo caer libremente sobre una tabla de madera dura de 20 mm. Si el producto no está dañado, está calificado. Utilice un instrumento de medición de parámetros eléctricos de banco de pruebas de caída.

(11) Pruebas de temperatura alta y baja: bajo el voltaje nominal especificado de 1,25, el producto se enciende continuamente durante 10 minutos y se coloca en agua a 10 ℃. El producto no debe tener circunstancias especiales y luego colocarse continuamente en un ambiente de temperatura constante (-20 ℃) ​​durante 5 horas. Se observa el tubo calefactor y no se permiten reacciones anormales.

(12) Corriente de fuga y prueba de resistencia de aislamiento normal: cuando el tubo calefactor funciona de manera estable a un voltaje nominal (1,06 veces), la fuga de corriente permitida desde la carcasa es menor o igual a 0,25 mA. La resistencia entre los dos electrodos de resistencia del nuevo tubo calefactor de fibra de carbono y las láminas de molibdeno en ambos extremos del tubo calefactor central debe ser mayor o igual a 20 M Ω. Utilice un probador de corriente de fuga y un probador de resistencia de aislamiento para realizar pruebas.

(13) Prueba de vida rápida equivalente: realizar pruebas utilizando probadores de parámetros eléctricos, fuentes de alimentación de frecuencia variable, etc., y trabajar continuamente durante 36 horas a voltaje nominal (1,35 veces); Una vez completada la prueba, es posible que queden algunos rastros de objetos similares a niebla en el extremo del tubo calefactor y no se permiten otras reacciones anormales; Y la potencia del tubo calefactor una vez completado el experimento no puede exceder ± 3% de la potencia real.

4. Prueba de eficiencia térmica de Tubo calefactor de fibra de carbono

La prueba de eficiencia térmica del tubo calefactor de fibra de carbono se realiza en la habitación, como se muestra en la Figura 3. Después de encender el tubo calefactor eléctrico y comenzar a funcionar, realice controles de temperatura en el centro de la habitación, el centro de la pared y las cuatro esquinas de la habitación para probar el impacto del uso de productos de tubos calefactores de fibra de carbono en la temperatura ambiental circundante.

El tubo calefactor de fibra de carbono recientemente desarrollado tiene pérdidas mínimas durante la conducción térmica y mejora en gran medida la eficiencia de conversión de calor, ahorrando entre un 15 % y un 30 % de energía en comparación con otros tubos calefactores metálicos de níquel, cromo y tungsteno molibdeno. También tiene una larga vida útil y un mejor desempeño ambiental, y será ampliamente utilizado en el campo de la calefacción en el futuro.