无线加热器的制造方法

文档序号:10958225
无线加热器的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及新材料领域,公开了一种无线加热器,该无线加热器包括:电阻体、电连接在所述电阻体的端部的金属件以及与所述金属件连接的线圈;其中所述电阻体包括基线和均匀附着在所述基线上的碳纳米管。通过上述技术方案,通过线圈可以产生感生电动势,使电流能够作用于包括基线和均匀附着在所述基线上的碳纳米管的电阻体。含有碳纳米管的电阻体具有性能稳定、可塑性强的优点,能够适用于实现面加热。
【专利说明】
无线加热器
技术领域
[0001] 本实用新型涉及新材料领域,具体地,涉及一种无线加热器。
【背景技术】
[0002] 电流通过导体时,导体会发热。这种由电流产生的热,叫做电热。由电产生的热量, 把电能转化为内能的现象,叫做电热。
[0003] -般而言,当导体为金属时,温度越高电阻越大。因为,首先金属之所以可以导电 是因为其内部有自由运动的电子(无规则)。当温度上升时,这些电子会加剧地来回振动,以 致于阻碍电流。而对于非金属物质(部分半导体)而言,温度越高电阻越小。原因是当温度上 升时,其内部电子运动加剧(但不会来回振动),进而可以运载电荷。
[0004] 可见电加热最好是使用非金属物质以实现温度可控且节能。
[0005] 针对上述问题,现有技术中尚无良好解决方案。 【实用新型内容】
[0006] 本实用新型的目的是提供一种设备,该设备结构简单、制作方便、制热效率高且可 控、节能。
[0007] 为了实现上述目的,本实用新型提供一种无线加热器,该无线加热器包括:
[0008] 电阻体、电连接在所述电阻体的端部的金属件以及与所述金属件连接的线圈;其 中
[0009] 所述电阻体包括基线和均匀附着在所述基线上的碳纳米管。
[0010]进一步地,所述基线为聚酯复丝线。
[0011] 进一步地,所述金属件通过树脂类导电粘结剂与所述电阻体的端部电连接。
[0012] 进一步地,所述电阻体还包括树脂材料,该树脂材料与所述碳纳米管混合或涂覆 在所述电阻体的表面。
[0013] 进一步地,所述树脂材料为聚碳酸酯。
[0014] 进一步地,所述碳纳米管为多壁碳纳米管。
[0015] 进一步地,所述电阻体的电阻值为1000 Ω /cm。
[0016] 通过上述技术方案,通过线圈可以产生感生电动势,使电流能够作用于包括基线 和均匀附着在所述基线上的碳纳米管的电阻体。含有碳纳米管的电阻体具有性能稳定、可 塑性强的优点,能够适用于实现面加热。
[0017] 本实用新型的其它特征和优点将在随后的【具体实施方式】部分予以详细说明。
【附图说明】
[0018] 附图是用来提供对本实用新型的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与下面 的【具体实施方式】一起用于解释本实用新型,但并不构成对本实用新型的限制。在附图中:
[0019] 图1是本实用新型实施方式提供的无线加热器结构示意图;
[0020]图2A是本实用新型一个示例实施方式提供的无线加热器;
[0021]图2B是图2A中圆形测定销的放大视图;
[0022] 图3A-3B是本实用新型另一个示例实施方式提供的无线加热器;
[0023] 图4是本实用新型再一个示例实施方式提供的无线加热器;
[0024] 图5是本实用新型再一个示例实施方式提供的无线加热器;以及
[0025] 图6是一个示例的受温度变化影响电阻值变化的曲线图。
【具体实施方式】
[0026] 以下结合附图对本实用新型的【具体实施方式】进行详细说明。应当理解的是,此处 所描述的【具体实施方式】仅用于说明和解释本实用新型,并不用于限制本实用新型。
[0027] 图1是本实用新型实施方式提供的无线加热器结构示意图。如图1所示,本实用新 型实施方式提供的无线加热器可以包括:电阻体100、电连接在所述电阻体100的端部的金 属件200以及与所述金属件连接的线圈(未示出);其中所述电阻体100包括基线101和均匀 附着在所述基线101上的碳纳米管102。
[0028]本实用新型实施方式中的碳纳米管(CNT)可以通过分散成浆料,然后喷涂附着在 基线101上,形成电阻体100。此CNT,通过碳同素体形成,因此具有半导体的特性,也显示出 石墨烯等同样的特性。通过将 CNT分散,并附着于聚酯纤维线,可以使线上拥有均匀的电阻。 该电阻体可以由于CNT具有的上述特性,而适合作为无线加热器使用。此加热器具有负温度 特性,并具有优良的柔性特征,可以加工成各种各样的形状,也是最适合用来构成表面加热 器(加热矩阵)。在实施方式中所采用的示例的电阻体的电阻值为1000 Ω/cm。
[0029] 其中本实用新型实施方式提供的电阻体的电阻变化关系式如下:
[0030] AR = kAT (1)
[0031 ] 其中,Δ R为电阻变化量、Δ T为温度变化量、k为系数且为负值。
[0032] 通过实施方式提供的电阻体的上述特性,温度变化可以导致电阻变化,进而可以 通过线圈(例如,感应线圈)供电,以在温度升高时提供更大的电流用于加热。
[0033] 在常温下,上述电阻体具有一定的电阻值,且具有随温度降低,电阻值变大,随温 度升高,电阻值变小的特性。并且,电阻值变化小,B常数显示为低值,呈线性特性,从而加热 速度更快。
[0034] 实施方式中,可以通过以下公式进行温度计算:
[0036]该公式为摄氏温度换算公式,Tb为温度变化前的温度(摄氏度),Ta为加热后温度 (开尔文),Rb为温度变化前电阻体的电阻(Ω ),Ra为测试温度时电阻体的电阻(Ω ),B为常 数。其中,B值可以通过实验测定。例如,实验可以在隔绝湿度变化的条件下,通过每10°C测 量电阻体的电阻变化,通过解方程得到B值。考虑到电阻传感器会因产品而不同,因此可以 根据材料的温度变化及湿度变化的特性,与基准电阻值相比,电阻体每单位设定B常数,从 这一设定的B常数,传感器电阻阻值的变化向电压转换,采用从B常数算出温度的算法。B常 数小,显示为直线性,同时CNT具有耐热性,因此其特征在于可进行高温加热。
[0037] 在本实用新型的实施方式中,基线101可以为聚酯复丝线,例如材料为240Dtex - 48Π 1的聚酯复丝线。本公开中提供的电阻体,其因使用碳纳米管材料,因此与金属连接时, 会具有多个接触点,这样的接触,虽然对于材料自身的电阻值没有影响,然而会对接触电阻 造成极大影响。因此,在本实用新型的实施方式中,使用树脂系的导电胶来设置电阻体的接 触点。优选地,金属件200可以通过树脂类导电粘结剂与所述电阻体的端部电连接。其中,举 例的金属件的材料可以是铜、金等。
[0038] 在实施方式中,所述电阻体还可以包括树脂材料,该树脂材料与所述碳纳米管混 合或涂覆在所述电阻体的表面。例如,所述树脂材料可以为聚碳酸酯(热传导率:〇.19W/m· K),聚酯材料的使用可以降低湿度对无线加热器电阻的影响。在优选的实施方式一种,所述 碳纳米管为多壁碳纳米管。
[0039] 利用上述无线加热器的特点,可以将其与感应线圈或其他电源耦接以实现加热。 利用不同形式的电阻体,可以构成不同结构的无线加热器。
[0040] 图2A示出了本实用新型一个示例实施方式提供的无线加热器(感应线圈未示出)。 图2A示出的无线加热器采用螺线管型的无线加热器,无线加热器的电阻体为螺线管,其中 所述螺线管的两个端点各连接一个金属件。在图2A所示的实施方式中,金属件为铜箱卷成 的圆筒,电阻体卷曲在铜箱上固定,并且缠绕在插入圆筒中的镀金圆形测定销上。其实电阻 体与圆形测定销可以具有角栓连接的方式,然而角栓连接会破坏金属体的纤维结构,因此, 在本实用新型的实施方式中,采用缠绕固定的方式。举例的圆形测定销的结构如图2B所示。
[0041] 图3A-3B是本实用新型另一个示例实施方式提供的无线加热器(感应线圈未示 出)。其中图3A为正视图,图3B为侧视图。如图3A-3B所示,在实施方式中电阻体(或导电纤 维)为压接在两层绝缘基板之间的曲线,其中所述曲线的两个端点各连接一个金属件。金属 件为配线PAD(板)或金属配线,通过导电性树脂粘结剂将电阻体与配线PAD和金属配线强力 粘合。其中导电性树脂粘结剂的电阻比电阻体的电阻低。所述绝缘基板的材料包括以下至 少之一者:环氧树脂、硅树脂、碳化硅、氮化铝以及聚碳酸酯。绝缘基板可以是聚乙烯材料, 起到将电阻体与空气隔绝和保护电阻体的作用。举例的绝缘基板的材料的热传导率如下: 环氧树脂系(热传导率:〇.3W/m · K)、硅树脂系(热传导率:0.15W/m · K)、碳化硅(热传导率: 200W/m · K)、氮化铝(热传导率:150W/m · K)以及聚碳酸酯(热传导率:0.19W/m · K)。
[0042] 在图3A-3B所示的实施方式中,示出了一条电阻体(或导电纤维)的情况,其中M = 20,N = 20,纵向导电纤维根数η = 6,电阻值为12020 Ω。其中导电纤维的电阻值为1000 Ω /cm 或100 Ω/mm。因此,电阻体的电阻值可以通过以下公式计算:
[0043] R = N+(MXn) X100 (3)
[0044] 在不同的实施方式中,在绝缘基板与电阻体之间加入功能层可以实现对特定波长 的滤除。例如,如图4所示,在绝缘基板与电阻体之间加入红外线截止滤光片,可以制成剪切 红外线类型的无线加热器,防止红外线散失,实现保温。在其他实施方式中,可以例如加入 紫外线截止滤光片,制成剪切紫外线类型的无线加热器。
[0045] 图5是本实用新型再一个示例实施方式提供的无线加热器(感应线圈未示出)。在 图5所示的实施方式中,电阻体为等距网,其中所述网的每个节点连接一个金属件。如图5所 示,将涂布于1ΚΩ线材上的CNT电阻体按照10X10的矩阵进行设置。此时,一边的基准电阻 值变成设计电阻值的1/4。例如,求(100mm X 100mm)的基准电阻。根据坐标(0,0)、坐标(10, 10)的合成电阻,可知道它的基准电阻值为2.5ΚΩ,当以坐标(5,5)为基准测定四角传感器 电阻值时,它的基准电阻值变为1.25K Ω。也就是通过2点测定基准电阻时,中间的电阻体合 成电阻是最小的。所以以坐标(〇,〇)为基准时,坐标(10,〇),坐标(0,10),坐标(10,10)的阻 值是均等的。换句话说,例如将连接电源(或感性线圈)的点设置在对角线上,就可以对整个 面进行加热。通过将这种矩阵细化,不仅可以加热细小的面,还可以根据变化连接电源的 点,对面的一部分进行加热。
[0046]需要说明的是,图5所示的实施方式仅示出了 10X10的矩阵的形式,事实上,这种 矩阵的构成可以是无限大的。其电阻的计算可以如下式:
[0048] 图6示出了一个示例的受温度变化影响电阻值变化的曲线图。其中,将根据本实用 新型实施方式的电阻体在2.54mm间隔的基板上,按照2.54mmX9间隔,2根并列排成矩阵状, 测定对角线间电阻受温度变化引起的电阻变化。如图6所示,通过使用模拟-数字转换(REF = 5V12bitAD),判断可进行1°C (或0.5°C)单位可控温度加热。
[0049] 通过上述技术方案,提供了一种利用热电阻效应的无线加热器,元件中的电阻体 的基线可以根据温度检测要求被制作成任何合适的形状,此外,碳纳米管具有半导体的特 性、比热高、能实现宽范围的温度加热。
[0050] 使用附着有碳纳米管的具有均匀电阻值的纤维状材料,一方面可满足形状及加工 性的需求,另一方面具有半导体的特点,比热高,可实现大范围的温度加热的同时,还具有 可以在面上配置均匀电阻的特征。以前的热敏电阻,通过多个或者通过热传导媒介(均匀金 属)进行测量,而本实用新型实施方式提供的无线加热器,可以形成矩阵状均匀配置的电阻 矩阵,具有可进行面温度加热的特征。
[0051] 以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式,但是,本实用新型并不限 于上述实施方式中的具体细节,在本实用新型的技术构思范围内,可以对本实用新型的技 术方案进行多种简单变型,这些简单变型均属于本实用新型的保护范围。例如,可以将电阻 体改变为导电纤维。
[0052] 另外需要说明的是,在上述【具体实施方式】中所描述的各个具体技术特征,在不矛 盾的情况下,可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复,本实用新型对各 种可能的组合方式不再另行说明。
[0053] 此外,本实用新型的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合,只要其不违 背本实用新型的思想,其同样应当视为本实用新型所公开的内容。
【主权项】
1. 一种无线加热器,其特征在于,该无线加热器包括: 电阻体、电连接在所述电阻体的端部的金属件以及与所述金属件连接的线圈;其中 所述电阻体包括基线和均匀附着在所述基线上的碳纳米管。2. 根据权利要求1所述的无线加热器,其特征在于,所述基线为聚酯复丝线。3. 根据权利要求1所述的无线加热器,其特征在于,所述金属件通过树脂类导电粘结剂 与所述电阻体的端部电连接。4. 根据权利要求1所述的无线加热器,其特征在于,所述电阻体还包括聚碳酸酯与所述 碳纳米管混合或涂覆在所述电阻体的表面。5. 根据权利要求1所述的无线加热器,其特征在于,所述碳纳米管为多壁碳纳米管。6. 根据权利要求1所述的无线加热器,其特征在于,所述电阻体的电阻值为1000 Ω/cm。
【文档编号】H05B3/18GK205648029SQ201620245162
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年3月28日
【发明人】秋谷智巳, 安倍佳照
【申请人】新材料与产业技术北京研究院
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