专利名称：挠性电热组件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电热组件(Electro-heating device)，特别涉及一种挠性电热组件(Flexible electro-heating device)。
背景技术：
随着材料科学与工程的发展，各种可发热的功能性织物也随之被开发出来。以下将详述现有关于可发热的功能性织物的先前技术。
第一类型的可发热功能性织物为利用传统的加热线圈(Heated coil)或是加热片所形成的加热装置为主，并与典型的织物结合。在此需强调，第一类型的可发热功能性织物其特征为在于仅仅用纺织品包裹传统的加热线圈、加热片而已。兹将上述类型加热装置的相关发明列举如下美国专利第6,160,246号、美国专利第6,111,233号、美国专利第5,792,714号、中国台湾新型专利公告号第135,293号、中国台湾新型专利公告号第282,662号，以及中国台湾新型专利公告号第117,353号。
第一类型的可发热功能性织物存在许多缺点，兹将详述如下(1)传统的加热线圈、加热片过于笨重，利用传统加热线圈、加热片所制成的可发热功能性织物自然不易携带，所以应用型态受限，通常以轻薄的片状应用型态出现，如电热毯；(2)传统的加热线圈、加热片不利于加工，甚难执行成穿戴式的加热装置；(3)此类型的加热装置，加热线圈、加热片与人体之间，还需要至少一层或多层厚的纺织品做隔绝，以保护人体不受伤害，加上加热线圈、加热片不具柔软度，导致加热线圈、加热片与需要保暖的人体仍有相当的距离，自然加热效果打了折扣；(4)供应的电源多为交流电源，加上高功率，所引发感应电流的对年老体弱者、心脏病患者、孕妇以及婴幼儿，存在着潜在危险；(5)此类型加热装置消耗功率大，导致当使用者不当使用或是不了解产品使用方式时，非常容易发生事故；(6)此类型加热装置不可折叠，否则会导致加热线圈、加热片局部过热，而烧毁绝缘层，进而引发火灾；(7)加热线圈、加热片的材料性质会随使用时间而退化，进而发生会变硬、变脆及氧化等不利的现象，若在此情况下，加热装置若是不当地搬运或放置，容易造成加热线圈、加热片断裂，使用时便会产生火花，导致电热线走火、燃烧而引发火灾；(8)此类型的加热装置不能防水，更不用说是洗刷、或洗涤了，为了避免弄脏加热线圈或是保持卫生，通常会套上布罩，但也仅能清洗布罩而已。
综合以上对于以传统加热线圈制成的加热装置的缺点的归纳，明显地可以看出其加热效率有限、应用受限、安全性堪虑的主因在于采用了笨重的加热线圈、加热片。
第二类型的可发热功能性织物为利用具有吸/放热能的相变化材料(Phase change material)颗粒涂布在纺织品上，利用此相变化材料能吸收并放出热能的特性，调节温度的变化。兹将上述类型加热装置的相关发明列举如下美国专利第5,885,475号以及6,207,738号。相较于第一类型可发热功能性织物，第二类可发热功能性织物可执行成挠性的可发热功能性织物。
然而，第二类型可发热功能性织物所运用的相变化材料能吸/放热的总热量有限，一般所能调节的温度区间范围为±2℃，调节的温度区间甚为狭小，并且穿戴者无法控制温度。因此，严格说来，这些涂布了相变化材料的纺织品真正的功效仅是维持穿戴者穿著时的舒适度，而非达到保温、御寒的功效。此外，此类涂布相变化材料的纺织品的成本高，虽可洗涤，但因材料本身的限制，洗涤次数受限。
第三类型的可发热功能性织物为将金属纤维(Metal fibers)捻成导电纱(Conductive yarn)，再将导电纱以纺织技术直接与软性基底(例如，织布)结合，并形成导电回路，以取代传统的加热线圈做为加热器之用。上述与软性基底结合并做为导电回路的导电纱必须与电源供应器连接，进而将电源供应器所提供的电能转换成热能。明显地，第三类型可发热功能性织物可执行成挠性电热装置。进一步，第三类型可发热功能性织物可结合温度传感器以及温度控制器，以提供使用者温控的功能。兹将上述利用含金属纤维的导电纱做为加热器的可加热功能性织物相关发明列举如下美国专利第6,548,789号以及美国专利第6,545,253号。
第三类型可发热功能性织物并不具有传统金属线圈笨重、不易清洗…等等缺点，因此，第三类型可发热功能性织物可广泛地被应用作为保暖、御寒以及隔绝冷空气等用途的用品，例如，保暖御寒用的衣物、电热毯、热敷垫、保暖座垫以及隔绝冷空气用的窗帘…等等。
然而，第三类型可发热功能性织物仍具有若干显著的缺点。首先，由于其热能为来自于成回路的导电纱转换电能而来，因此，仅有导电纱覆盖部位才能提供热能。严格来说，第三类型可发热功能性织物为一维电热装置(One-dimensional electro-heating apparatus)，亦即其热源覆盖范围本质上为一维的覆盖范围。因此，第三类型可发热功能性织物其发热所产生的温度分布并不均匀。
此外，由于第三类型可发热功能性织物为使用金属纤维作为导电发热回路的基材，当该织物受到外力作用而改变其几何特性，如长度、宽度等，致使其整体电阻上升，也使其整体电压上升，因此容易有过热甚至起火之虞。而该类织物中的金属纤维也容易因外力作用而松脱，导致多根金属纤维互相靠近，当静电压上升时，可能导致金属纤维之间发生尖端放电(Pointdischarge)，产生火花而有起火的危险。
发明内容
因此，本发明的一范畴为提供一种挠性电热组件，并且特别地，该挠性电热组件能解决前述的问题。
根据本发明的一较佳具体实施例的挠性电热组件包含多束纺织纱以及多束导电纱。该等纺织纱中的每一束纺织纱为由多根个别的第一纺织纤维所捻成。该等导电纱中的每一束导电纱为由至少一根个别的超细金属线与多根个别的第二纺织纤维所捻成。该挠性电热组件中的部份纺织纱为与部分导电纱错开沿纬向排列以作为纬向纱，其它纺织纱沿经向排列作为经向纱。该等纬向纱与该等经向纱为藉由一纺织制程梭织在一起以完成该挠性电热组件。该等超细金属线为可被施加一电力并且将该施加的电力转换为热能。并且，该电热组件具有至少一纺织结构特性，致使当一可容忍的外力作用于该等纬向纱时，该等超细金属线的几何特性不会改变，也就是说，其阻抗值的变化量可以忽略。
此外，根据本发明的另一较佳具体实施例的挠性电热组件包含多束纺织纱以及多束导电纱。该等纺织纱中的每一束纺织纱为由多根个别的第一纺织纤维所捻成。该等导电纱中的每一束导电纱为由至少一根个别的超细金属线与多根个别的第二纺织纤维所捻成。该挠性电热组件中的部份纺织纱为与部分导电纱错开沿纬向排列以作为纬向纱，并且其它纺织纱为与其它导电纱错开沿经向排列作为经向纱。该等纬向纱与该等经向纱为藉由一纺织制程梭织在一起以完成该挠性电热组件。该等超细金属线为可被施加一电力并且将该施加的电力转换为热能。并且，该电热组件具有至少一纺织结构特性，致使当一可容忍的外力作用于该等纬向纱时，该等超细金属线的几何特性不会改变，也就是说，其阻抗值的变化量可以忽略。
关于本发明的优点与精神可以藉由以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。
图1是根据本发明的一挠性电热组件的结构示意图。
图2是根据本发明的一具体实施例的挠性电热组件的立体显微镜影像。
图3是根据本发明的一挠性电热组件的结构示意图。
具体实施例方式
以下将详述本发明的较佳具体实施例以及实际应用案例，藉以充分说明本发明的特征、精神及优点。
根据本发明的一较佳具体实施例的挠性电热组件(Flexibleelectro-heating device)包含多束纺织纱(Textile yarn)以及多束导电纱(Conductive yarn)。并且，每一束纺织纱为由多根个别的第一纺织纤维(Textile fiber)所捻成，每一束导电纱为由至少一根个别的超细金属线(Ultra-fine metal wire)与多根个别的第二纺织纤维所捻成。
在一具体实施例中，该等第一纤维以及该等第二纤维可以为天然纤维(Natural fibers)或合成纤维(Synthetic fibers)。例如，棉纤维，或PET纤维，或Aramid纤维…等各式纺织纤维。第一纺织纤维的采用，需视应用环境而定。
在一具体实施例中，该等超细金属线中的每一根超细金属线具有范围从10微米至100微米的直径。此外，该等超细金属线可由一不锈钢Stainlesssteel)、一镍-铬合金(Ni-Cr alloy)或一铜-铬合金(Cu-Cr alloy)所制成。超细金属线的材料选用，除需考量耐蚀性高外，还需考量适合于实际状况下的阻抗值。
进一步，该挠性电热组件中的部分纺织纱为与部分导电纱错开沿纬向排列以作为纬向纱(Weft yarn)，其它纺织纱沿经向排列作为经向纱(Warpyarn)，该等纬向纱为与该等经向纱为藉由一纺织制程(Textile process)梭织在一起以完成该挠性电热组件。并且，该等超细金属线为可被施加一电力并且将该施加的电力转换为热能。
请参阅图1，在一具体实施例中，该挠性电热组件1如上所述包含多束纺织纱11以及多束导电纱13。并且，每一束纺织纱11为由多根个别的第一纺织纤维(未绘示在图中)所捻成，每一束导电纱13为由至少一根个别的超细金属线131与多根个别的第二纺织纤维(未绘示在图中)所捻成。图1中每一束导电纱13仅绘示出一根超细金属线131做为代表。并且，该挠性电热组件1中的部分纺织纱11为与部分导电纱13错开沿纬向排列以作为纬向纱12，其它纺织纱11沿经向排列作为经向纱14。在本具体实施例中，该等纬向纱12为与该等经向纱14为藉由一平织制程(Weaving process)梭织在一起以完成该挠性电热组件1。
进一步请参阅图2，图2为根据本发明的一具体实施例的挠性电热组件的立体显微镜影像，并且该挠性电热组件1中的该等纬向纱12为与该等经向纱14为藉由一平织制程梭织在一起。在图二中并定义有一纬向纱方向L。
此外，在另一具体实施例中，该等纬向纱与该等经向纱也可藉由一针织制程(Knitting process)梭织在一起以完成该挠性电热组件。
请注意，该电热组件具有至少一纺织结构特性，致使该等超细金属线牢固地与该等第二纤维捻在一起。当一可容忍的外力，如洗涤时的作用力、穿脱该电热组件时的拉力等作用在该等纬向纱时，该等超细金属线的几何特性，如长度、直径等并不因此而改变。更重要地，由于该等超细金属线的几何特性不变，也就是说，其阻抗值的变化量可以忽略。
在一具体实施例中，该至少一纺织结构特性包含每一根导电纱的纱捻度为8-20捻/英时。
在一具体实施例中，该至少一纺织结构特性包含该等经向纱的密度为100-180根/英时。
在一具体实施例中，该至少一纺织结构特性包含该等纬向纱的密度为80-140根/英时。
在一具体实施例中，该至少一纺织结构特性包含该挠性电热组件的胚布缩率为6-25％。
在一具体实施例中，该至少一纺织结构特性包含该挠性电热组件的成品布缩率为6-25％。
在一具体实施例中，该至少一纺织结构特性包含该挠性电热组件的成品布残缩率为1-8％。
在一实际测试案例中，一根据本发明的挠性电热组件，其阻抗值设计成11.0欧姆。该原阻抗值为11.0欧姆的挠性电热组件，经施以一1kg-2kg拉力的同时，动态地量测其阻抗值。上述量测结果发现，受力的挠性电热组件其阻抗值瞬间升至11.3欧姆，并且在1-2秒间降回11.0欧姆的稳定值。
显而易见地，由上述测试案例的结果可以证实，根据本发明的挠性电热组件在可容忍的外力的作用时，该等超细金属线的几何特性不会改变。更重要地，其阻抗值的变化量也可以忽略，大幅降低使用时因阻抗上升而起火的危险，也不会有先前技艺中金属纤维之间发生尖端放电的问题。此外，根据本发明的挠性电热组件由于可具有多种纺织结构特性，因此其较耐用、耐洗涤。并且，该挠性电热组件可提供足够的加热功率，可被广泛应用于保暖织物中，更因其具有金属成分而兼具抗静电与防电磁波的功能。
根据本发明的另一较佳具体实施例的挠性电热组件包含多束纺织纱以及多束导电纱。该等纺织纱中的每一束纺织纱为由多根个别的第一纺织纤维所捻成。该等导电纱中的每一束导电纱为由至少一根个别的超细金属线与多根个别的第二纺织纤维所捻成。该挠性电热组件中的部份纺织纱为与部分导电纱错开沿纬向排列以作为纬向纱，并且其它纺织纱为与其它导电纱错开沿经向排列作为经向纱。该等纬向纱为与该等经向纱为藉由一纺织制程梭织在一起以完成该挠性电热组件。该等超细金属线为可被施加一电力并且将该施加的电力转换为热能。并且，该电热组件具有至少一纺织结构特性，致使当一可容忍的外力作用于该等纬向纱时，该等超细金属线的几何特性不会改变，也就是说，其阻抗值的变化量可以忽略。
请注意，该等第一纤维以及该等第二纤维的材质、该等超细金属线的材质以及尺寸、该纺织制程以及该至少一纺织结构特性均与前述相同，在此不作赘述。
请参阅图3，在一具体实施例中，该挠性电热组件3如上所述包含多束纺织纱31以及多束导电纱33。并且，每一束纺织纱31为由多根个别的第一纺织纤维(未绘示在图中)所捻成，每一束导电纱33为由至少一根个别的超细金属线331与多根个别的第二纺织纤维(未绘示在图中)所捻成。图3中每一束导电纱33仅绘示出一根超细金属线331做为代表。并且，该挠性电热组件3中的部分纺织纱31为与部分导电纱33错开沿纬向排列以作为纬向纱32，而其它纺织纱31为与其它导电纱33错开沿经向排列作为经向纱34。在本具体实施例中，该等纬向纱32为与该等经向纱34为藉由一平织制程梭织在一起以完成该挠性电热组件3。
虽然本发明是结合它的具体的实施例进行说明的，但对于熟悉本技术领域的人员来说其他的变化和修改和其他的使用是显而易见的。因此本发明要保护的范围并不受到上述说明的限制，而仅受本发明权利要求的限制。
权利要求
1.一种挠性电热组件(Flexible electro-heating device)，其特征在于，包含多束纺织纱(Textile yarn)，每一束纺织纱为由多根个别的第一纺织纤维(Textile fiber)所捻成；以及多束导电纱(Conductive yarn)，每一束导电纱为由至少一个别的超细金属线(Ultra-fine metal wire)与多根个别的第二纺织纤维所捻成；其中部分纺织纱为与部分导电纱错开沿纬向排列以作为纬向纱(Weftyarn)，其它纺织纱沿经向排列作为经向纱(Warp yarn)，该等纬向纱为与该等经向纱藉由一纺织制程(Textile process)梭织在一起以完成该挠性电热组件，该等超细金属线为可被施加一电力并且将该施加的电力转换为一热，并且该电热组件具有至少一纺织结构特性，致使当一可容忍的外力作用在该等纬向纱时，该等超细金属线的几何特性不会改变。
2.如权利要求1所述的挠性电热组件，其特征在于，其中该纺织制程为一平织制程(Weaving process)或一针织制程(Knitting process)。
3.如权利要求1所述的挠性电热组件，其特征在于，其中每一根超细金属线具有范围从10微米至100微米的直径。
4.如权利要求1所述的挠性电热组件，其特征在于，其中每一根超细金属线为由一不锈钢(Stainless steel)、一镍-铬合金(Ni-Cr alloy)或一铜-铬合金(Cu-Cr alloy)所制成。
5.如权利要求1所述的挠性电热组件，其特征在于，其中该至少一纺织结构特性包含每一根导电纱的纱捻度为8-20捻/英时。
6.如权利要求1所述的挠性电热组件，其特征在于，其中该至少一纺织结构特性包含该等经向纱的密度为100-180根/英时。
7.如权利要求1所述的挠性电热组件，其特征在于，其中该至少一纺织结构特性包含该等纬向纱的密度为80-140根/英时。
8.如权利要求1所述的挠性电热组件，其特征在于，其中该至少一纺织结构特性包含该挠性电热组件的胚布缩率为6-25％。
9.如权利要求1所述的挠性电热组件，其特征在于，其中该至少一纺织结构特性包含该挠性电热组件的成品布缩率为6-25％。
10.如权利要求1所述的挠性电热组件，其特征在于，其中该至少一纺织结构特性包含该挠性电热组件的成品布残缩率为1-8％。
11.如权利要求1所述的挠性电热组件，其特征在于，其中每一根第一纤维为一天然纤维(Natural fibers)或一合成纤维(Synthetic fibers)。
12.如权利要求1所述的挠性电热组件，其特征在于，其中每一根第二纤维为一天然纤维(Natural fibers)或一合成纤维(Synthetic fibers)。
13.一种挠性电热组件(Flexible electro-heating device)，其特征在于，包含多束纺织纱(Textile yarn)，每一束纺织纱为由多根个别的第一纺织纤维(Textile fiber)所捻成；以及多束导电纱(Conductive yarn)，每一束导电纱为由至少一个别的超细金属线(Ultra-fine metal wire)与多根个别的第二纺织纤维所捻成；其中部分纺织纱为与部分导电纱错开沿纬向排列以作为纬向纱(Weftyarn)，并且其它纺织纱与其它导电纱错开沿经向排列作为经向纱(Warpyarn)，该等纬向纱为与该等经向纱藉由一纺织制程(Textile process)梭织在一起以完成该挠性电热组件，该等超细金属线为可被施加一电力并且将该施加的电力转换为热能，并且该电热组件具有至少一纺织结构特性，致使当一可容忍的外力作用在该等纬向纱时，该等超细金属线的几何特性不会改变。
14.如权利要求13所述的挠性电热组件，其特征在于，其中该纺织制程为一平织制程(Weaving process)或一针织制程(Knitting process)。
15.如权利要求13所述的挠性电热组件，其特征在于，其中每一根超细金属线具有范围从10微米至100微米的直径。
16.如权利要求13所述的挠性电热组件，其特征在于，其中每一根超细金属线为由一不锈钢纤维(Stainless steel)、一镍-铬合金(Ni-Cr alloy)或一铜-铬合金(Cu-Cr alloy)所制成。
17.如权利要求13所述的挠性电热组件，其特征在于，其中该至少一纺织结构特性包含每一根导电纱的纱捻度为8-20捻/英时。
18.如权利要求13所述的挠性电热组件，其特征在于，其中该至少一纺织结构特性包含该等经向纱的密度为100-180根/英时。
19.如权利要求13所述的挠性电热组件，其特征在于，其中该至少一纺织结构特性包含该等纬向纱的密度为80-140根/英时。
20.如权利要求13所述的挠性电热组件，其特征在于，其中该至少一纺织结构特性包含该挠性电热组件的胚布缩率为6-25％。
21.如权利要求13所述的挠性电热组件，其特征在于，其中该至少一纺织结构特性包含该挠性电热组件的成品布缩率为6-25％。
22.如权利要求13所述的挠性电热组件，其特征在于，其中该至少一纺织结构特性包含该挠性电热组件的成品布残缩率为1-8％。
23.如权利要求13所述的挠性电热组件，其特征在于，其中每一根第一纤维为一天然纤维(Natural fibers)或一合成纤维(Synthetic fibers)。
24.如权利要求13所述的挠性电热组件，其特征在于，其中每一根第二纤维为一天然纤维(Natural fibers)或一合成纤维(Synthetic fibers)。
全文摘要
本发明提供一种挠性电热组件，其包含多束纺织纱以及多束导电纱。每一束纺织纱为由多根个别的第一纺织纤维所捻成；每一束导电纱为由一根个别的超细金属线与多根个别的第二纺织纤维所捻成。此外，部分纺织纱为与部分导电纱错开沿纬向排列以作为纬向纱，其它纺织纱沿经向排列作为经向纱，该等纬向纱与该等经向纱为梭织在一起以形成该电热组件。进一步，该电热组件具有至少一纺织结构特性，致使当一可容忍的外力作用于该等纬向纱时，该等超细金属线的几何特性不会改变。
文档编号H05B3/34GK101026909SQ20061002395
公开日2007年8月29日 申请日期2006年2月17日 优先权日2006年2月17日
发明者杨章民 申请人:杨章民