石墨烯发热管承压热水设备的制作方法及热水设备、空气涂
抹设备
技术领域
背景技术
[0002]
现有技术中的热水供暖以
锅炉、燃气炉和电加热的结构形式为主，主要是将物质能、
电能、电磁能产生的热量传递给冷
流体的设备，在化工、石油、纺织、制药、供暖、食品、种植、养殖及其许多工业生产中占有重要地位，但是现有热水供暖设备存在耗能高、
热能转换效率低等缺点，同时以物质能为主的设备在使用中还存在一定的环境影响。因此需要设计和制作一种
能量转换效率高的新型高温发热管。而近年来随着石墨烯等二维材料的兴起，人们发现到石墨烯导电发
热层材料或其他涂层材料与传统的
电阻丝，
碳纤维，电热管等加热器件相比，具有热转换效率高，发热均匀性高，衰减少，绿色环保成本低的优势，而成为今后加热器件的发展趋势。
发明内容
[0003] 本发明公开了一种石墨烯发热管承压热水设备的制作方法及热水设备、空气涂抹设备，目的在于解决现有技术中存在的上述问题。
[0004] 本发明采用如下技术方案：
[0005] 一种石墨烯发热管承压热水设备的制作方法，包括以下步骤：
[0006] （一）、采用不锈
钢板滚圆并
焊接成水箱内筒体，并在其上、下端分别密封焊接上内封板和下内封板；在下封板上开设安装孔，并焊接一个固定
法兰；在水箱内筒体的
侧壁焊接排污接头、进水接头、出水接头和排气接头，开设进水
温度检测连
接口、出水温度检测连接口和缺水保护连接口。
[0007] （二）、采用
不锈钢板滚圆焊接成水箱外筒体，并在其上端密封焊接上外封板，在其侧壁开设若干让位孔；将水箱外筒体套于水箱内筒体，两者之间形成空腔；在空腔内部固定设置若干条形方钢，使水箱外筒体和水箱内筒体相互固定；在水箱外筒体的下端焊接一个带让位口的下外封板；再往空腔内填充保温材料，形成保温夹层，从而制得水箱本体。
[0008] （三）、对不锈钢圆型管进行弯曲处理成型。
[0009] （四）、将两组空气涂抹设备分别连接不锈钢圆型管的两端；利用两组空气涂抹设备使不锈钢圆型管内产生气流，并往不锈钢圆型管内填充绝缘导热涂料；将胶球一放入不锈钢圆型管内，利用两组空气涂抹设备多次改变气流方向，由气流推动胶球一在不锈钢圆型管来回滚动若干次,使绝缘导热涂料均匀涂抹于不锈钢圆型管的内壁,形成绝缘导热层；对绝缘导热层进行烘干
固化处理。
[0010] （五）、利用两组空气涂抹设备使不锈钢圆型管内产生气流，并往不锈钢圆型管内填充石墨烯导电涂料；将胶球二放入不锈钢圆型管内，利用两组空气涂抹设备多次改变气流方向，由气流推动胶球二在不锈钢圆型管来回滚动若干次,使石墨烯导电涂料均匀涂抹于绝缘导热层,形成石墨烯导电发热层；对石墨烯导电发热层进行热固处理或者光固处理；在不锈钢圆型管两端口处涂抹一层
银浆,并热固处理成银
电极。
[0011] （六）、利用两组空气涂抹设备使不锈钢圆型管内产生气流，并往不锈钢圆型管内填充碳化
硅材料粉；利用两组空气涂抹设备对不锈钢圆型管的两端同时施加空气压
力，使碳化硅材料粉堆实成碳化硅材料管芯，从而制得发热管本体。
[0012] （七）、在不锈钢圆型管的两端均
螺纹旋合一个带电极棒的导电接头，并使导电接头与银电极相连接；电极棒延伸至不锈钢圆型管的外部，并在电极棒上固定套设若干陶瓷
隔热绝缘垫，且陶瓷隔热绝缘垫与不锈钢圆型管的端口相顶持，从而制得石墨烯发热管。
[0013] （八）、制作活动法兰，在活动法兰上焊接
支架；将石墨烯发热管的两端穿设于活动法兰，并
锁紧；将活动法兰密封安装于固定法兰上。
[0014] 进一步，所述石墨烯导电涂料选用混合有导电填料的水性石墨烯导电油墨或者油性石墨烯导电油墨。其中，导电填料由物理法石墨烯粉体、还原
氧化石墨烯粉体、膨胀石墨、电极石墨和导电
炭黑中两种或两种以上混合而成。
[0015] 进一步，采用优质钢板或不锈钢板制成所述水箱本体；在水箱本体外部安装底座支架,制成立式水箱或者卧式水箱；并且石墨烯发热管的数量可根据水箱容量的大小进行增减。
[0016] 一种热水设备，包括水箱本体、
控制器、固定法兰、石墨烯发热管、支架和活动法兰,所述水箱本体的下端设有安装口；所述固定法兰焊接于安装口，活动法兰密封安装于所述固定法兰；所述石墨烯发热管的两端穿设于活动法兰，并用
螺母将两者锁紧；所述支架焊接于活动法兰，并将石墨烯发热管包围在其中；所述控制器安装于水箱本体的外部，并与石墨烯发热管通过
电缆连接。
[0017] 进一步，所述水箱本体包括水箱
外壳体、水箱内壳体、条形方钢和保温夹层；所述水箱外壳体和水箱内壳体相互套设，且两者之间形成空腔；该空腔内设有若干所述条形方钢，并填充有所述保温夹层。
[0018] 进一步，所述石墨烯发热管包括发热管本体、带电极棒的导电接头和陶瓷隔热绝缘垫，该发热管本体包括不锈钢圆型管以及依次堆叠于不锈钢圆型管内部的绝缘导热层、石墨烯导电发热层和碳化硅材料层；碳化硅材料层填满整个不锈钢圆型管的内部空间，形成碳化硅材料管芯；不锈钢圆型管两端口处的石墨烯导电发热层表面均涂抹一层由银浆固化而成的银电极，所述不锈钢圆型管的两端均
螺纹连接有一所述导电接头，使导电接头与银电极相连接；电极棒延伸至不锈钢圆型管的外部，并套设有若干所述陶瓷隔热绝缘垫，电极棒旋合有
垫片和螺母，使陶瓷隔热绝缘垫与发热管本体的端口相顶持。
[0019] 进一步，所述支架包括T型架体和杆体，三根所述杆体呈三
角分布的焊接于所述活动法兰，所述T型架体的各端通过螺丝分别固定连接于三根所述杆体。
[0020] 一种空气涂抹设备，包括气
泵、主管道、余料罐、加料罐、机座和用于固定不锈钢圆型管的密封夹具，所述密封夹具包括下弧形夹具、上弧形夹具和
气缸，所述下弧形夹具固设于机座，上弧形夹具通过气缸可升降地设置于机座；所述主管道可朝密封夹具移动地设置于所述机座，主管道一端为连接气泵的进气口，另一端为套接不锈钢圆型管的出气口，主管道的侧壁沿其长度方向还依次设有排气口、回料口、胶球口和进料口，所述排气口装设有排气
阀，回料口装设有所述余料罐，胶球口装配有密封堵子，进料口装设有加料罐。
[0021] 进一步，所述主管道通过一维
丝杆滑台活动设置于所述机座。
[0022] 进一步，所述主管道的出气口装设有密封垫。
[0023] 由上述对本发明结构的描述可知，本发明具有如下优点：
[0024] 本发明采用独特的工艺制造水箱本体以及石墨烯发热管，其中石墨烯发热管使用空气涂抹设备产生的气流作为动力，先往不锈钢圆型管内部原料，再推动胶球在不锈钢圆型管内来回滚动数次，形成相应涂层。该发明所制得的产品具有结构设计合理，水箱保温效果好，加热效果好等优点。本发明制造热水设备由发热管本体对水直接进行高温加热，降低了热水及供暖机组的能耗，提高了热交换效率，同时实现了漏电保护，提高了热水及供暖机组的便捷性和安全性。
[0025] 本发明中，发热管本体、导电接头和陶瓷隔热绝缘垫的装配方法和具体结构都采用了全新设计，具有结构设计合理、安全性能好等优点。并且石墨烯导电发热层在
接触导电接头的部位涂抹有银电极，利用银电极与导电接头形成
导电性能良好的面接触，避免通电时因电极处功率
密度过高而导致石墨烯导电发热层两端温度过高。
附图说明
[0026] 图1为本发明中，热水设备的结构示意图。
[0027] 图2为本发明中，水箱本体的剖视图。
[0028] 图3为石墨烯发热管、支架和活动法兰的装配示意图。
[0029] 图4为石墨烯发热管和活动法兰的剖视图。
[0030] 图5石墨烯发热管的剖视图。
[0032] 图7为空气涂抹设备的结构示意图。
[0033] 附图标号说明：排气口-1，出水口-2，出水温度检测连接口-3，缺水保护检测连接口-4，控制器-5，水箱外壳体-6，进水温度检测连接口-7，进水口-8，排污口-9，底座支架-10，水箱内壳体-11，支架-12，石墨烯发热管-13，固定法兰-14，活动法兰-15，保温夹层-16，条形方钢-17，连接件-18，
密封圈-19，螺丝-20，加强管-21，
紧固件-22，密封垫-23，螺母-
24，导电接头-25，电极棒-（25-1），陶瓷隔热绝缘垫-26，螺母-27，垫片-（27-1），碳化硅材料层-28，石墨烯导电发热层-29，绝缘导热层-30，不锈钢圆型管-31，气泵-32，主管道-33，针型阀-34，排气阀-35，
球阀-36，余料罐-37，球阀-38，密封堵子-39，加料罐-40，罐盖-41，球阀-42，密封套-43，气缸-44，上弧形夹具-45，下弧形夹具-46，密封夹具-47，银电极-48。
具体实施方式
[0034] 下面参照附图说明本发明的具体实施方式。
[0035] 一种石墨烯发热管承压热水设备的制作方法，包括以下步骤：
[0036] （一）、采用不锈钢板滚圆并焊接成水箱内筒体，并在其上、下端分别密封焊接上内封板和下内封板；在下封板上开设安装孔，并焊接一个固定法兰；在水箱内筒体的侧壁焊接排污接头、进水接头、出水接头和排气接头，开设进水温度检测连接口、出水温度检测连接口和缺水保护连接口。
[0037] （二）、采用不锈钢板滚圆焊接成水箱外筒体，并在其上端密封焊接上外封板，在其侧壁开设若干让位孔；将水箱外筒体套于水箱内筒体，两者之间形成空腔；在空腔内部固定设置若干条形方钢，使水箱外筒体和水箱内筒体相互固定；在水箱外筒体的下端焊接一个带让位口的下外封板；再往空腔内填充保温材料，形成保温夹层，从而制得水箱本体。具体地，将四根条形方钢相互平行且均匀分布地插设于空腔内部，并将各条形方钢与水箱外筒体、水箱内筒体相互焊接固定，从而使水箱外筒体和水箱内筒体相互固定。作为优选，保温材料为聚
氨酯
泡沫。
[0038] 具体地，采用优质钢板或不锈钢板制成水箱本体；在水箱本体外部安装底座支架,制成立式水箱或者卧式水箱。
[0039] （三）、对不锈钢圆型管进行弯曲处理成型。具体地，将不锈钢圆型管进行弯曲呈螺旋盘升状，并在不锈钢圆型管的两端设置
内螺纹。
[0040] （四）、将两组空气涂抹设备分别连接不锈钢圆型管的两端；利用两组空气涂抹设备使不锈钢圆型管内产生气流，并往不锈钢圆型管内填充绝缘导热涂料，将胶球一放入不锈钢圆型管内，利用两组空气涂抹设备多次改变气流方向，由气流推动胶球一在不锈钢圆型管来回滚动若干次,使绝缘导热涂料均匀涂抹于不锈钢圆型管的内壁,形成绝缘导热层；对绝缘导热层进行烘干固化处理。
[0041] 具体地，烘干固化处理的具体方法：从两组空气涂抹设备上取下涂抹好绝缘导热层的不锈钢圆型管，利用常规的烘干设备即刻对绝缘导热层进行烘干固化处理。绝缘导热层可以使用现有技术中任何绝缘导热材料制作而成，如氧化
铝、氧化硅和碳化硅中的一种或多种，在此不加赘述。
[0042] （五）、利用两组空气涂抹设备使不锈钢圆型管内产生气流，并往不锈钢圆型管内填充石墨烯导电涂料；将胶球二放入不锈钢圆型管内，利用两组空气涂抹设备多次改变气流方向，由气流推动胶球二在不锈钢圆型管来回滚动若干次,使石墨烯导电涂料均匀涂抹于绝缘导热层,形成石墨烯导电发热层；对石墨烯导电发热层进行热固处理或者光固处理；在不锈钢圆型管两端口处涂抹一层银浆,并热固处理成银电极。
[0043] 具体地，上述热固处理或者光固处理的具体方法：从两组空气涂抹设备上取下涂抹好石墨烯导电发热层的不锈钢圆型管，利用常规的热固设备或者光固设备即刻对石墨烯导电发热层固化处理。其中，石墨烯导电涂料选用混合有导电填料的水性石墨烯导电油墨或者油性石墨烯导电油墨。而导电填料由物理法石墨烯粉体、还原氧化石墨烯粉体、膨胀石墨、电极石墨和导电炭黑中两种或两种以上混合而成。
[0044] （六）、利用两组空气涂抹设备使不锈钢圆型管内产生气流，并往不锈钢圆型管内填充碳化硅材料粉；利用两组空气涂抹设备对不锈钢圆型管的两端同时施加空气压力，使碳化硅材料粉堆实成碳化硅材料管芯，从而制得发热管本体。
[0045] （七）、在不锈钢圆型管的两端均螺纹旋合一个带电极棒的导电接头，并使导电接头与银电极相连接；电极棒延伸至不锈钢圆型管的外部，并在电极棒上固定套设若干陶瓷隔热绝缘垫，且陶瓷隔热绝缘垫与不锈钢圆型管的端口相顶持，从而制得石墨烯发热管。具体地，将若干陶瓷隔热绝缘垫套设于电极棒，再将垫片和螺母旋合于电极棒，使若干陶瓷隔热绝缘垫套的一端与与不锈钢圆型管的端口相顶持，另一端与垫片相顶持。
[0046] （八）、制作活动法兰，在活动法兰上焊接支架；将石墨烯发热管的两端穿设于活动法兰，并锁紧；将活动法兰密封安装于固定法兰上。
[0047] 具体地，石墨烯发热管的数量可根据水箱容量的大小进行增减。
[0048] 为了避免各原料之间相互混合，上述步骤（四）、（五）和（六）中，每个步骤均配有专
门只进行该步骤加工的两组空气涂抹设备。因此，每个步骤加工完成后，需将不锈钢圆型管拆卸并安装至另外两组空气涂抹设备上，进行下一个步骤的加工。并且，绝缘导热涂料、石墨烯导电涂料和银浆均为粘稠状原料。
[0049] 如图1，一种热水设备，其特征在于：包括水箱本体、控制器5、固定法兰14、石墨烯发热管13、支架12和活动法兰15。其中，上述水箱本体呈圆筒状，水箱本体上设有控制器5、排气口1、出水口2、出水温度检测连接口3、缺水保护检测连接口4、进水温度检测连接口7、进水口8、排污口9和底座支架10等热水设备中常规的结构和部件，这些均属于现有技术，本领域技术人员可以参考现有技术进行实施，在此不加赘述。
[0050] 如图1和图2，上述水箱本体包括水箱外壳体6、水箱内壳体11、条形方钢17和保温夹层16，其中，水箱外壳体6和水箱内壳体11相互套设，且两者之间形成空腔，在空腔内设有四根条形方钢17。具体地，将各条形方钢17焊接于水箱外壳体6和水箱内壳体11，使水箱外壳体6和水箱内壳体11相互连接固定，再在空腔内填充有保温材料形成保温夹层16。作为优选，保温夹层16所用保温材料为聚氨酯泡沫。
[0051] 如图1、图3和图4，石墨烯发热管13的两端穿设于活动法兰14，并用螺母将两者锁紧。具体地，石墨烯发热管13的外表面焊接有紧固件22和加强管21，再配合密封垫23和螺母24将石墨烯发热管13锁紧固定于活动法兰14。支架12包括T型架体和三根杆体，三根上述杆体呈三角分布的焊接于活动法兰15，上述T型架体的各端通过螺丝分别固定连接于三根杆体，并且T型架体通过连接件18配合螺丝锁紧于石墨烯发热管13。整个支架12将石墨烯发热管13包围在其中。
[0052] 如图1、图3、图4，上述水箱本体的下端设有安装口，并在安装口上焊接有固定法兰14，活动法兰15通过螺丝20密封安装于固定法兰14，固定法兰14和活动法兰15之间设有密封圈19。从而将石墨烯发热管13安装于水箱本体的内部，并通过电缆与控制器5相连接。
[0053] 如图1和图6，漏电保护电路检测末端和水箱本体中的至少一个部位相连接，还连接进水温度检测、出水温检测、缺水保护，还连接显示屏。控制器5通过无线接收模
块与移动端相连接。
[0054] 如图3和图5，石墨烯发热管13包括发热管本体、带电极棒25-1的导电接头25和陶瓷隔热绝缘垫26。具体地，上述发热管本体包括不锈钢圆型管31以及依次堆叠于不锈钢圆型管内部的绝缘导热层30、石墨烯导电发热层29和碳化硅材料层28。其中，碳化硅材料层28填满整个不锈钢圆型管31的内部空间，形成碳化硅材料管芯。不锈钢圆型管31两端口处的石墨烯导电发热层29表面均涂抹一层由银浆固化而成的银电极48。不锈钢圆型管的两端均螺纹连接有一个导电接头25，使导电接头25与银电极48相连接。电极棒25-1则延伸至不锈钢圆型管31的外部，并套设有若干个陶瓷隔热绝缘垫26，电极棒25-1旋合有垫片27-1和螺母27，使陶瓷隔热绝缘垫26与发热管本体的端口相顶持。作为优选方案，电极棒25-1和导电接头25一体成型。
[0055] 参照图7，一种空气涂抹设备，包括气泵32、主管道33、余料罐37、加料罐40、机座（图中未画出）和密封夹具47。密封夹具47包括下弧形夹具46、上弧形夹具45和气缸44，其中，下弧形夹具46固设于上述机座，上弧形夹具45通过气缸44可升降地设置于上述机座，通过气缸44驱动上弧形夹具45移动，使密封夹具47张开或者合并，将不锈钢圆型管31夹固或者松开。
[0056] 参照图7，主管道33可朝密封夹具47移动地设置上述机座，作为优选，上述机座装设有一维丝杆滑台（图中未画出），主管道33通过一维丝杆滑台活动设置于上述机座。主管道33一端为连接气泵32的进气口，另一端为套接不锈钢圆型管31的出气口，作为优选，为了保证主管道33的出气口与密封夹具47顶持时的气密性，主管道33的出气口还装设有密封套43。
[0057] 参照图7，主管道33的侧壁沿其长度方向还依次设有排气口、回料口、胶球口和进料口。其中，排气口装设有排气阀35和球阀36。回料口装设有余料罐37。胶球口装配有密封堵子39。进料口装配有加料罐40、球阀42和罐盖41。主管道33在进气口与排气口之间装配有针型阀34，在回料口和胶球口之间装配有用于隔挡胶球的球阀39。
[0058] 参照图7，使用两组空气涂抹设备加工不锈钢圆型管的工作方法：准备两组空气涂抹设备；将不锈钢圆型管31的两端分别夹持固定在两组空气涂抹设备的密封夹具47上；将两组空气涂抹设备的主管道33移动套接至不锈钢圆型管31的两端，并与相应密封夹具47相密封顶持。将其中一组空气涂抹设备的针型阀34、球阀38打开，球阀36、球阀42关闭，另一组空气涂抹设备的球阀36、球阀38打开，针型阀34、球阀42关闭；启动各自的气泵32，使不锈钢圆型管31内形成正向气流（气流从其中一空气涂抹设备的气泵产生，经不锈钢圆型管31后，从另一空气涂抹设备的排气阀34排出。）；打开上游空气涂抹设备的球阀42，使加料罐40内的原料随气流进入不锈钢圆型管31；待不锈钢圆型管31内部会沉淀积留的原料充足后，从上游空气涂抹设备的胶球口放入胶球（为避免不锈钢圆型管31上下内壁的涂层厚度出现偏差，需尽量选用
质量轻的胶球。），胶球随气流从不锈钢圆型管31的一端滚动至另一端，在此过程中，胶球将原料涂抹于不锈钢圆型管31的内壁，（胶球被下游空气涂抹设备的球阀38隔挡，部分余料经过球阀38后因重力作用回收至下游空气涂抹设备的余料罐内，气流经过球阀38后从下游空气涂抹设备的排气口排出）；将下游空气涂抹设备的针型阀34、球阀38打开，球阀36、球阀42关闭，同时将上游空气涂抹设备的球阀36、球阀38打开，针型阀34、球阀42关闭，使不锈钢圆型管31内形成方向气流，推动胶球方向滚动，将原料再次涂抹于不锈钢圆型管31的内壁；按照上述工作方法，多次改变气流方向，使胶球在不锈钢圆型管31内来回滚动数次，直至不锈钢圆型管31的内壁形成均匀涂层为止；及时取下不锈钢圆型管31，对涂层进行固化处理。
[0059] 综上，本发明使用空气涂抹设备产生的气流作为动力，先往不锈钢圆型管内部填料，再推动胶球在的不锈钢圆型管内来回滚动，使填料形成相应材料层，所制得的产品具有结构设计合理，加热效果好等优点。采用本发明制造的发热管本体对水直接进行高温加热，降低了热水及供暖机组的能耗，提高了热交换效率，同时实现了漏电保护，提高了热水及供暖机组的便捷性和安全性。本发明中，发热管本体、导电接头和陶瓷隔热绝缘垫的装配方法和具体结构都采用了全新设计，具有结构设计合理，连接牢固，安全性能好等优点。并且石墨烯导电发热层在接触导电接头的部位涂抹有银电极，利用银电极使导电接头和石墨烯导电发热层形成导电性能良好的面接触，避免通电时电极处功率密度过高，导致石墨烯导电发热层两端发热过高。
[0060] 上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。
