一種連續(xù)式碳纖維多溫區(qū)感應(yīng)加熱裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開的這種連續(xù)式碳纖維多溫區(qū)感應(yīng)加熱裝置，包括爐體、若干段感應(yīng)線圈、整流電路、若干套串聯(lián)逆變電路，所述爐體內(nèi)設(shè)有石墨管發(fā)熱體，所述石墨管發(fā)熱體內(nèi)設(shè)有碳纖維，若干段感應(yīng)線圈分別設(shè)置在石墨管發(fā)熱體外，每段感應(yīng)線圈均與一套串聯(lián)逆變電路連接，每套串聯(lián)逆變電路均與整流電路連接。解決了現(xiàn)有技術(shù)中石墨管發(fā)熱體局部過熱發(fā)生斷裂，耗電量大的問題。具有可對石墨管發(fā)熱體每一段的溫度進行單獨設(shè)定和控制，使用壽命長等優(yōu)點。
【專利說明】
一種連續(xù)式碳纖維多溫區(qū)感應(yīng)加熱裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型屬于加熱裝置技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種連續(xù)式碳纖維多溫區(qū)感應(yīng)加熱
目.0
【背景技術(shù)】
[0002]碳纖維是纖維狀的碳材料，具有高比強度、高比模量、耐高溫、耐燒蝕、耐腐蝕，抗糯變、導(dǎo)電、導(dǎo)熱、密度低和熱膨脹系數(shù)小等一系列優(yōu)異性能，是先進結(jié)構(gòu)復(fù)和材料最重要的增強材料，在宇宙飛船、航天飛行器、衛(wèi)星、軍工及高檔體育用品方面有著廣泛的應(yīng)用。
[0003]石墨纖維是由碳纖維在惰性氣體的保護下于300°C?3000°C進行石墨化而制得的。在石墨化過程中，碳纖維能進一步脫除5%左右的非碳元素，同時碳原子進行類石墨結(jié)構(gòu)的排列，在微觀上由二維亂層石墨結(jié)構(gòu)向三維有序結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，晶體尺寸增大，取向度增加，從而使碳纖維的模量提高。
[0004]影響碳纖維石墨化的關(guān)鍵因素是高溫設(shè)備和高溫?zé)崽幚砑夹g(shù)工藝。其中高溫設(shè)備石墨化爐尤為關(guān)鍵，超尚的溫度和穩(wěn)定的溫度分布是制備尚性能石墨纖維的基礎(chǔ)。在尚溫設(shè)備石墨化爐方面，根據(jù)生產(chǎn)方式的不同分間歇式和連續(xù)式;根據(jù)加熱方式的不同分直接加熱和間接加熱;根據(jù)熱源的不同又分為電阻爐、感應(yīng)爐、太陽爐和等離子體技術(shù)。
[0005]在高溫?zé)崽幚砑夹g(shù)方面，多種因素影響石墨纖維的微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能，如溫度、溫度分布、牽伸、催化、壓力、石墨化時間、中子輻射、原絲、潔凈環(huán)境等因素。
[0006]目前，在工業(yè)上普遍采用的石墨化纖維設(shè)備多為高溫管式石墨化電阻爐，它的特點是:碳纖維從石墨管中穿過，在石墨管兩端施加直流電，當(dāng)電流通過石墨發(fā)熱體時，石墨發(fā)熱體作為電阻被加熱。由于石墨管的電阻率較低，所以電流高達(dá)幾千到幾萬安培，造成低電壓大電流加熱，與此同時在石墨管的內(nèi)部形成高溫區(qū)。由于大電流直流電流難以調(diào)節(jié)，所以通常通過調(diào)節(jié)整流電路前的交流變壓器的藕合效率來達(dá)到控制功率的目的，進而控制加熱溫度。碳纖維在惰性氣體氬氣或氮氣的保護下在石墨管內(nèi)被進行高溫?zé)崽幚矶l(fā)生石墨化形成石墨纖維。在加載電流的同時，石墨管電阻的不均勻性造成發(fā)熱體局部的過熱直到發(fā)熱體發(fā)生斷裂，造成發(fā)熱體石墨管壽命短。該方法的缺點是耗電量大，發(fā)熱體石墨管壽命短，成本較高。
【實用新型內(nèi)容】
[0007]本實用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供一種連續(xù)式碳纖維多溫區(qū)感應(yīng)加熱裝置。解決了現(xiàn)有技術(shù)中石墨管發(fā)熱體局部過熱發(fā)生斷裂，耗電量大的問題。
[0008]本實用新型的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的:
[0009]—種連續(xù)式碳纖維多溫區(qū)感應(yīng)加熱裝置，包括爐體、若干段感應(yīng)線圈、整流電路、若干套串聯(lián)逆變電路，所述爐體內(nèi)設(shè)有石墨管發(fā)熱體，所述石墨管發(fā)熱體內(nèi)設(shè)有碳纖維，若干段感應(yīng)線圈分別設(shè)置在石墨管發(fā)熱體外，每段感應(yīng)線圈均與一套串聯(lián)逆變電路連接，每套串聯(lián)逆變電路均與整流電路連接。
[0010]優(yōu)選地，還包括保溫管，所述保溫管設(shè)在石墨管發(fā)熱體外，若干段感應(yīng)線圈分別設(shè)置在保溫管外。
[0011]進一步優(yōu)選地，所述爐體和保溫管之間設(shè)有保溫材料。
[0012]優(yōu)選地，還包括熱偶，石墨管發(fā)熱體和爐體之間設(shè)有若干個測溫孔，每個測溫孔均與所述熱偶連接，熱偶和串聯(lián)逆變電路連接。
[0013]優(yōu)選地，所述爐體的兩端設(shè)有碳纖維進絲口和碳纖維出絲口，所述碳纖維進絲口和碳纖維出絲口均設(shè)有迷宮板氣封裝置。
[0014]進一步優(yōu)選地，所述迷宮板氣封裝置上設(shè)有惰性氣體進口。
[0015]優(yōu)選地，所述感應(yīng)線圈為螺旋狀水冷感應(yīng)線圈。
[0016]優(yōu)選地，若干段感應(yīng)線圈分別均勻的設(shè)置在石墨管發(fā)熱體外。
[0017]優(yōu)選地，所述爐體為不銹鋼爐體。
[0018]本實用新型具有以下有益效果:
[0019]本實用新型提供的這種連續(xù)式碳纖維多溫區(qū)感應(yīng)加熱裝置，通過在石墨管發(fā)熱體外設(shè)置若干段感應(yīng)線圈，每段感應(yīng)線圈對應(yīng)一套串聯(lián)逆變電路，每套串聯(lián)逆變電路可單獨調(diào)節(jié)功率，從而實現(xiàn)對石墨管發(fā)熱體每一段的溫度進行單獨設(shè)定和控制。具有石墨管發(fā)熱體使用壽命長，容易獲得生產(chǎn)不同性能石墨纖維所需的條件，工藝合理，自動化程度高，能耗低和適應(yīng)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)等優(yōu)點。
【附圖說明】
[0020]圖1為本實用新型提供的這種連續(xù)式碳纖維多溫區(qū)感應(yīng)加熱裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]其中:I為爐體;2為石墨管發(fā)熱體;3為感應(yīng)線圈;4為整流電路;5為串聯(lián)逆變電路；6為碳纖維;7為保溫管;8為熱偶;9為碳纖維進絲口；10為碳纖維出絲口；11為補償電容器；12為串聯(lián)逆變控制電路。
【具體實施方式】
[0022]以下結(jié)合附圖對本實用新型的原理和特征進行描述，所舉實例僅用于解釋本實用新型，并非用于限定本實用新型的范圍。
[0023]本實施例提供了一種連續(xù)式碳纖維多溫區(qū)感應(yīng)加熱裝置，包括爐體1、若干段感應(yīng)線圈3、整流電路4、若干套串聯(lián)逆變電路5，所述爐體I內(nèi)設(shè)有石墨管發(fā)熱體2，所述石墨管發(fā)熱體2內(nèi)設(shè)有碳纖維6，若干段感應(yīng)線圈3分別設(shè)置在石墨管發(fā)熱體2外，每段感應(yīng)線圈3均與一套串聯(lián)逆變電路5連接，每套串聯(lián)逆變電路5均與整流電路4連接。
[0024]優(yōu)選地，若干段感應(yīng)線圈3分別均勻的設(shè)置在石墨管發(fā)熱體2外。
[0025]在這里，整流電路4由斷路器、整流變壓器、整流二極管、快速熔斷器、濾波裝置、電流指示儀表等組成，其主要特點是輸入電流波形失真及電流諧波成分小，對電網(wǎng)污染小，功率因數(shù)高。用于將工頻交流轉(zhuǎn)變?yōu)樗枰闹绷麟?，從而為串?lián)逆變電路5供電。
[0026]每個串聯(lián)逆變電路5由逆變開關(guān)器件、補償電容器11、電壓、電流互感器以及串聯(lián)逆變控制電路12等組成。其采用調(diào)頻調(diào)功的方式，使得每個串聯(lián)逆變電路5都可以單獨調(diào)功。
[0027]每段感應(yīng)線圈3對應(yīng)一套串聯(lián)逆變電路5，可以對每段感應(yīng)線圈3單獨供電，使得每段感應(yīng)線圈3的功率完全獨立可調(diào)，從而對石墨管發(fā)熱體2每一段的溫度進行單獨設(shè)定和控制。
[0028]當(dāng)感應(yīng)線圈3通過串聯(lián)逆變電路5產(chǎn)生的中頻電流后，在感應(yīng)線圈3內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)磁場，感應(yīng)磁場在石墨管發(fā)熱體2的管壁上產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而使石墨管發(fā)熱體2受熱，升溫至300 cC ?3000 cC ο
[0029]優(yōu)選地，還包括保溫管7，所述保溫管7設(shè)在石墨管發(fā)熱體2外，若干段感應(yīng)線圈3分別設(shè)置在保溫管7外。
[0030]進一步優(yōu)選地，所述爐體I和保溫管7之間設(shè)有保溫材料。
[0031]優(yōu)選地，還包括熱偶8，石墨管發(fā)熱體2和爐體I之間設(shè)有若干個測溫孔，每個測溫孔均與所述熱偶8連接，熱偶8和串聯(lián)逆變電路5連接。
[0032]優(yōu)選地，所述爐體I的兩端設(shè)有碳纖維進絲口 9和碳纖維出絲口 10，所述碳纖維進絲口 9和碳纖維出絲口 10均設(shè)有迷宮板氣封裝置。
[0033]進一步優(yōu)選地，所述迷宮板氣封裝置上設(shè)有惰性氣體進口。由于高溫下惰性氣體(如氬氣、氮氣)會電離，產(chǎn)生等離子態(tài)，所以碳纖維6會在等離子態(tài)下被間接加熱而進行石墨化。
[0034]優(yōu)選地，所述感應(yīng)線圈3為螺旋狀水冷感應(yīng)線圈。
[0035]優(yōu)選地，所述爐體I為不銹鋼爐體。
[0036]本實用新型具有以下有益效果:
[0037]本實用新型提供的這種連續(xù)式碳纖維多溫區(qū)感應(yīng)加熱裝置，通過在石墨管發(fā)熱體2外設(shè)置若干段感應(yīng)線圈3，每段感應(yīng)線圈3對應(yīng)一套串聯(lián)逆變電路5，每套串聯(lián)逆變電路5可單獨調(diào)節(jié)功率，從而實現(xiàn)對石墨管發(fā)熱體2每一段的溫度進行單獨設(shè)定和控制。具有石墨管發(fā)熱體2使用壽命長，容易獲得生產(chǎn)不同性能石墨纖維所需的條件，工藝合理，自動化程度高，能耗低和適應(yīng)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)等優(yōu)點。
【主權(quán)項】
1.一種連續(xù)式碳纖維多溫區(qū)感應(yīng)加熱裝置，其特征在于，包括爐體(I)、若干段感應(yīng)線圈(3)、整流電路(4)、若干套串聯(lián)逆變電路(5)，所述爐體(I)內(nèi)設(shè)有石墨管發(fā)熱體(2)，所述石墨管發(fā)熱體(2)內(nèi)設(shè)有碳纖維(6)，若干段感應(yīng)線圈(3)分別設(shè)置在石墨管發(fā)熱體(2)外，每段感應(yīng)線圈(3)均與一套串聯(lián)逆變電路(5)連接，每套串聯(lián)逆變電路(5)均與整流電路(4)連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)式碳纖維多溫區(qū)感應(yīng)加熱裝置，其特征在于，還包括保溫管(7)，所述保溫管(7)設(shè)在石墨管發(fā)熱體(2)外，若干段感應(yīng)線圈(3)分別設(shè)置在保溫管(7)外。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的連續(xù)式碳纖維多溫區(qū)感應(yīng)加熱裝置，其特征在于，所述爐體(I)和保溫管(7)之間設(shè)有保溫材料。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)式碳纖維多溫區(qū)感應(yīng)加熱裝置，其特征在于，還包括熱偶(8)，石墨管發(fā)熱體(2)和爐體(I)之間設(shè)有若干個測溫孔，每個測溫孔均與所述熱偶(8)連接，熱偶(8)和串聯(lián)逆變電路(5)連接。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)式碳纖維多溫區(qū)感應(yīng)加熱裝置，其特征在于，所述爐體(I)的兩端設(shè)有碳纖維進絲口(9)和碳纖維出絲口(10)，所述碳纖維進絲口(9)和碳纖維出絲口(10)均設(shè)有迷宮板氣封裝置。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的連續(xù)式碳纖維多溫區(qū)感應(yīng)加熱裝置，其特征在于，所述迷宮板氣封裝置上設(shè)有惰性氣體進口。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)式碳纖維多溫區(qū)感應(yīng)加熱裝置，其特征在于，所述感應(yīng)線圈(3)為螺旋狀水冷感應(yīng)線圈。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)式碳纖維多溫區(qū)感應(yīng)加熱裝置，其特征在于，若干段感應(yīng)線圈(3)分別均勻的設(shè)置在石墨管發(fā)熱體(2)外。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)式碳纖維多溫區(qū)感應(yīng)加熱裝置，其特征在于，所述爐體(I)為不銹鋼爐體。
【文檔編號】F27D11/06GK205693918SQ201620609899
【公開日】2016年11月16日
【申請日】2016年6月20日 公開號201620609899.1, CN 201620609899, CN 205693918 U, CN 205693918U, CN-U-205693918, CN201620609899, CN201620609899.1, CN205693918 U, CN205693918U
【發(fā)明人】周挺, 鄭扶才, 閆海濤
【申請人】西安宸瑞電工科技發(fā)展有限公司