[发明专利]一种制造管状编织碳纤的方法和一种使用管状编织碳纤的碳纤加热灯

说明书

技术领域

本发明是涉及一种碳纤加热灯和制造一种碳纤管的方法，特别是制造一种空心网状碳纤管，通过编织碳纤和普通纤维为原料，涂覆碳素或陶瓷，加热燃烧普通纤维，并用一个使用碳纤管的碳纤加热灯的制造方法。

背景技术

一般说来，灯包括一个真空玻璃管和安装在玻璃管中的一根灯丝。灯被分为在电流通过灯丝时产生光亮的照明灯和在灯丝中产生热量的加热灯。这种灯的制造是将灯丝装入真空玻璃管中，在玻璃管对应端上装上接线端以将灯丝连接到外界。在详细说明中，灯的制造是在玻璃管中沿轴线安装钨丝，在玻璃管中注入碘气后密封玻璃管。当电流流入(通电)用这种方法制造的灯的灯丝时，灯丝中存在的钨原子与玻璃管壁上的碘组合后转为碘化钨。此后，混合气转到灯丝上。碘化钨转到灯丝上时就被分解了，使钨保留在灯丝中。这种过程称之为碘循环。经由碘循环的灯可高效长期使用。

然而，如上操作的常规灯也有问题，灯丝会受外部冲击力而轻易损坏，也会因发热而轻易变形。也就是说，灯是不耐用的。而且，常规灯的另一个问题是安装灯丝要高成本，所以灯价也贵了。

同时，用于片状电热元件或类似情况的碳纤可形成一个由精细的碳纤组成的束。例如，假定制有26,400根纤维，每根纤维有1米长，直径为0.3毫米，碳纤束则有约60Ω的电阻值。因此需要的功率(瓦)就是基于这样一个原则而设计的，从而制造出了片状电热原件。在本例中，电阻值是根据公式R＝rho(l/s)而确定的。在该公式中，R代表电阻，p代表电阻系数，l代表长度，s代表单位面积。但是，碳纤用于片状电热元件的加热源的设计能力为产生约50-70℃的温度范围。如果温度超过70℃，就有发生火灾的危险。片状电热元件可被氧气氧化，故片状电热元件的耐用性就大大降低了。

同时，一个使用碳纤作为加热源并在真空管中安装碳纤的加热灯就被提出来了。然而，形成一个碳纤束以决定电阻值并提供需要的功率的技术、将碳纤固定于接线端子的技术、以及捆束碳纤的技术都低于需要的水平，从而给工业化生产加热灯增加了困难。作为该技术的一个范例，提出了一种碳基电热元件，发表在日本专利特许公开2000-123960号的专利中。根据如图1所示的引用文献，在碳基电热元件1的对应两端上设有帽状电极部件2。碳基电热元件1和帽状电极部件2都装在一个真空密封管内。帽状电极部件2连接到导线4以通电。如图2所示，每根导线4固定在一个碳芯5上，碳芯5是用碳纤7绑在碳纤束外围而形成的。

加热元件1包括至少一根碳芯5，帽状电极部件2安装在加热元件1的对应两端。这样组成的组件容纳在真空密封管3之内。

在这种电热元件中，选用一根所需的碳纤6，并用若干碳纤束提供所需的电阻值，从而输出所需的功率W。然而，加热元件也有一个问题，用碳线7绑束碳纤6是比较复杂的，在需要时碳芯必须浸渍在液体树脂中以防被捆的碳线7被除去。

同时，为了增加功率，提出了一种增加碳纤长度来替换增加碳纤数量的方法。公布在日本专利特许公开2002-63870号(美国专利公开2001/0055478A1号)中，并在图3中所示。如图所示，在真空密封管3的对应两端设有导线4，电极片4-1连接到导线4以通电，坐在平面端子部件3-1上，平面端子部件3-1是靠压力固定住真空密封管3的对应两端。在规定间距上装有支撑圈13以支撑位于真空密封管3内壁上的线圈带状碳纤灯丝10。支撑端子20各有一个带电套管20-1，装在碳纤灯丝10的两端。每个支撑端子20都包括套管20-1、连接件20-2和连接到的中间接线端子20-3。

这项技术实现了将碳纤灯丝10固定于中间接线端子20-3的功能。然而问题在于真空密封管3的中央位置放置灯丝10是有困难的，故须装有支撑圈13。碳纤灯丝10的结构是排列碳纤束到一个预定长度并形成一个带状。碳纤之间的偶合力较弱，使组成碳纤束的碳纤可被冲击力或使用较长时间后相互分离，从而降低耐用性。

同时，使用碳纤绞股成带状做为加热元件的一种加热灯范例，公布在美国专利6534904中。所图4所示，加热灯的结构使螺旋碳纤带状加热元件2a容于真空密封管3之中，通过支撑端子20和连接器1a供电至加热元件2a的对应两端。在该例中，加热元件2a的结构有一个相当真空密封管长度B的1.5倍的长度，以提供所需的功率。也就是说，加热元件2a成一个螺旋形以扩展到预定长度而取得所需的电阻值。然而这项技术的问题是没有支撑加热元件2a的元件，使加热元件2a有可能松跨下垂，触到密封管3的内壁。由于这种接触会产生过热，降低耐用性，因此难以工业化制造加热灯。