一种碳纤维电加热装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种碳纤维电加热装置，其包括外壳、中间层、碳纤维加热纸、温度控制模块和输入保护单元。中间层设置在外壳和碳纤维加热纸之间，温度控制模块中的温度传感器设置在所述外壳的内侧。输入保护单元设置在交流市电和温度控制模块之间，温度控制模块与碳纤维加热纸之间具有电连接。所述碳纤维加热纸为陶瓷纤维增强型碳纤维加热纸，该所述陶瓷纤维增强型碳纤维加热纸为多层结构。本实用新型的碳纤维垫加热装置具有节能，结构简单和温度控制精确的优点。
【专利说明】—种碳纤维电加热装置
【技术领域】
[0001 ] 本实用新型涉及一种加热装置，尤其涉及一种碳纤维电加热装置。
【背景技术】
[0002]碳纤维是纯黑体材料，在电、热转换过程，可见光很小，电热转换效率达95%以上，比镍铬、鹤钥等材料作为发热体的加热器，可节能30%。它所发出的远红外线，被人体、衣物、水等直接吸收性特强，在热传递过程中热量损失小，节约能源；对碳水化合物吸收性更强，有良好碳原子谐振效应，产品效能大大提高。无瞬间电流冲击燃点不需要镇流器，起动时无脉冲电流冲击，使保护电路简单化，电源及相关电器使用寿命延长。碳纤维的热辐射指向高，可提高设计定向热辐射，无紫外线辐射和有害气体，同时还具有吸收有害光波的性能。碳纤维加热时的光辐射集中在1.5?15 μ m之间的红外波段，因而对人体有很好的保健功能。
[0003]现有的碳纤维石英加热管包括石英管本体，石英管本体的两端经压扁后分别形成压头。压头将石英管本体的两端密封，密封的石英管本体内充有惰性气体，在密封的石英管本体内分别设置有碳纤维加热丝、与碳纤维加热丝两端相连接的电极、分别与两电极另一端相连接的钥杆。两钥杆的另一端分别通过设置在两压头内的钥片与外接导线相连接，碳纤维加热丝设置在石英管本体内的加热区内，电极和钥杆设置在石英管本体内的冷却区内。这种加热装置结构较为复杂，因而根据具体的应用情况进行定制的成本较高。
[0004]此外，现有的碳纤维加热设备因为碳纤维加热时具有温度分布不均匀的特性，因此无法通过温度传感器直接准确测量碳纤维加热器表面的温度。基于不准确的反馈温度进行碳纤维加热设备的智能温度控制，会出现较大的偏差。例如，中国专利CN201210457386.X公开了一种基于微电脑控制的双管碳纤维远红外光波电暖器装置，其控制核心为微电脑控制板，所述微电脑控制板包括主控制器、温度探测器和遥控接收器。该技术方案没有涉及温度探测器具体的安装位置，也没有解决碳纤维加热温度测量不精确的问题，从而影响了控制的准确性。
[0005]中国专利CN200810233352.6公开了一种全线路安全保护自动控温碳纤维柔性电加热器具。碳纤维丝作为发热体，在其外层包覆有明显电容正温度特性的内隔离材料层，并且内隔离材料层上绕制具有感温和安全保护功能的金属丝。当碳纤维加热器具温度升高时，由于内隔离材料层具有电容正温度特性，使得碳纤维束与金属丝之间的电容量增大，配合该技术方案的电路结构，降低了电流，使负载功率降低，从而实现自动控温。该技术方案的核心在于具有电容正温度特性的内隔离材料层以及特定的电路结构，在温度过高时，金属丝会熔断，从而影响了之后的自动控温功能。由于该电加热器具的层结构复杂，导致更换金属丝困难，限制了其使用寿命。
实用新型内容
[0006]针对现有技术存在的若干缺陷，本实用新型提供了一种碳纤维电加热装置，其包括外壳、中间层、碳纤维加热纸、温度控制模块和输入保护单元，其特征在于，
[0007]所述中间层设置在所述外壳和所述碳纤维加热纸之间，所述温度控制模块中的温度传感器设置在所述外壳的内侧，所述输入保护单元设置在交流市电和温度控制模块之间，温度控制模块与所述碳纤维加热纸之间具有电连接，所述碳纤维加热纸为陶瓷纤维增强型碳纤维加热纸，该所述陶瓷纤维增强型碳纤维加热纸为多层结构。
[0008]根据一个优选实施方式，所述陶瓷纤维增强型碳纤维加热纸的第一层和第三层为纸浆层，第二层为加热纸构成的发热层。
[0009]根据一个优选实施方式，所述中间层由玻纤布和绝缘板组成，其中，所述绝缘板将所述碳纤维加热纸包覆，并且所述绝缘板位于所述玻纤布内侧。
[0010]根据一个优选实施方式，所述中间层包括绝缘的聚合物层，所述聚合物层层压在所述碳纤维加热纸的表面上。
[0011]根据一个优选实施方式，所述温度控制模块还包括微控制单元、温度控制器和控制面板，所述微控制单元的输入端连接所述温度传感器和控制面板，所述微控制单元的输出端连接所述温度控制器。
[0012]根据一个优选实施方式，所述温度传感器为红外温度传感器、热电敏温度传感器或IC温度传感器。
[0013]根据一个优选实施方式,所述微控制单元预设有0.5min?1min的采样周期。
[0014]根据一个优选实施方式，所述温度控制器设置在所述微控制单元和所述碳纤维加热纸之间，并且所述碳纤维加热纸通过碳素类高温导电胶粘接电极。
[0015]本实用新型的有益效果:
[0016]应用碳纤维加热纸作为发热单元，与传统的碳纤维石英加热管相比，具有体积小，成本低，可根据实际需求灵活定制的优点。通过采用陶瓷纤维增强型碳纤维加热纸，使得碳纤维加热纸的加热温度均匀，提高了加热效率和稳定性。采用红外温度传感器测温，并且设定了合理的采样周期范围，使得温度调节更加精确可靠和节能。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是本实用新型的碳纤维电加热装置的分解视图；和
[0018]图2是本实用新型的碳纤维电加热装置的结构框图。
[0019]附图标记列表
[0020]10:外壳30:中间层40:碳纤维加热纸
[0021]50:输入保护单元21:温度传感器22:温度控制器
[0022]23:控制面板MCU:微控制单元AC:交流市电
【具体实施方式】
[0023]为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合【具体实施方式】并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本实用新型的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本实用新型的概念。
[0024]如图1所示为本实用新型的碳纤维电加热装置，其包括外壳10、中间层30、碳纤维加热纸40、温度控制模块和输入保护单元50。其中，温度控制模块包括一个温度传感器21，该温度传感器21可灵活地设置在外壳10的外侧或内侧。优选的，将温度传感器21设置在外壳10的内侧，这样节约了空间，并且检测到的温度更加准确。外壳10可由不锈钢材料或其它金属材料构成，优选的，采用镁铝合金作为本实用新型的碳纤维电加热装置的外壳10。中间层30设置在外壳10的内侧和碳纤维加热纸40之间。中间层30的主要作用是使碳纤维加热纸40和外壳10保持绝缘，同时保护了碳纤维加热纸40。输入保护单元50的一端连接交流市电AC，其另一端连接温度控制模块。温度控制模块与碳纤维加热纸40之间具有电连接，温度控制模块根据温度传感器21反馈的温度来控制碳纤维加热纸40的发热，从而实现对碳纤维电加热装置的智能控温。
[0025]该碳纤维加热纸40为陶瓷纤维增强型碳纤维加热纸，其包括多层结构，外层为纸浆层41，内层为加热纸构成的发热层42。加热纸为由陶瓷纤维、陶瓷粉末、碳纤维和纸浆构成的加热纸。例如，第一层为纸浆、第二层为加热纸构成的发热层42、第三层为纸浆。
[0026]应用纸浆而不是聚合物作为基材来分散碳纤维，纸浆在温度升高时软化的程度很低，因此碳纤维片状加热器能在更高的温度下使用。此外，由纸浆构成的纸比由碳纤维构成的纸具有更高的强度。优选的，选取直径为10?70 μ m、长度为2?25mm的碳纤维沿加热纸的纵向以直线排列方式分散在纸浆中。将高热导率的陶瓷纤维和陶瓷粉末与碳纤维一起分散来制造陶瓷纤维增强型碳纤维加热纸。这样，在碳纤维含量高的区域产生的热量可以通过高热导率的陶瓷纤维和陶瓷粉末传导到碳纤维含量低的低温区域，从而使整个碳纤维加热纸40的温度分布均匀。因此，设置在外壳10内侧的温度传感器21就能准确的反馈碳纤维加热纸的温度，从而提高了对于碳纤维电加热装置的温度控制精度。相较于使用碳纤维石英加热管的加热设备，使用碳纤维加热纸40能减小加热装置的体积，并且在根据具体应用情况进行定制时，成本也大大降低了。
[0027]根据一个优选实施方式，前述的中间层30由玻纤布和绝缘板组成，绝缘板将碳纤维加热纸40包覆并固定在中间，绝缘板的外层由玻纤布包紧。绝缘板和玻纤布将碳纤维加热纸40与外壳10绝缘，保证了使用时的安全性。同时起到了固定和保护碳纤维加热纸40的作用。中间层30还可以由绝缘的聚合物层构成，该聚合物层具有耐高温的特性。将聚合物层层压在碳纤维加热纸40的表面上，使得碳纤维加热纸40在工作时与外界绝缘，同时也保护了碳纤维加热纸40。当电流流过碳纤维加热纸40时，会产生热量。在施加电压时，碳纤维含量高的区域的温度比碳纤维含量低的区域温度高很多。将聚合物层层压到加热纸的两个表面上进行电绝缘，当向加热纸施加电压而使温度升高时，这种层压与加热纸上的聚合物层会膨胀。层压在碳纤维含量高的区域的聚合物层膨胀的更多，但其膨胀会受到附近碳纤维含量低的温度更低的区域的聚合物层的抑制。这会对层压在碳纤维含量高的区域的聚合物层形成压缩应力，从而可能造成聚合物层从加热纸上脱落，可能引起脱层区域发生电介质击穿。本实用新型的碳纤维电加热装置由于采用了陶瓷纤维增强型碳纤维加热纸，碳纤维加热纸40在工作时发热均匀，提高了加热装置的稳定性。采用聚合物层对碳纤维加热纸40进行绝缘能更好的适应碳纤维加热纸的结构特性，使得体积进一步减小。
[0028]如图2所示，碳纤维电加热装置的温度控制模块还包括微控制单元MCU、温度控制器22和控制面板23。微控制单元MCU的输入端连接温度传感器21和控制面板23，微控制单元MCU的输出端连接温度控制器22。微控制单元MCU根据温度传感器21反馈的温度数据和用户经由控制面板23输入的控制数据来生成输出到温度控制器22的调整数据，该调整数据为数字信号。温度控制器22内置有数模转换器，用以将调整数据转换为模拟信号，从而对碳纤维加热纸40的工作状态进行调整。温度传感器21为红外温度传感器、热电敏温度传感器或IC温度传感器，优选的，采用红外温度传感器。由于碳纤维加热纸40主要是通过热辐射对物体进行加热，辐射能以电磁波的形式传递，其波长范围在远红外波段区域。红外温度传感器是利用辐射热效应，能更加准确的反馈碳纤维加热装置引起的温度变化，从而提高了温度控制的精度。
[0029]微控制单元MCU预设有合理的采样周期，根据碳纤维电加热装置的实际大小和具体使用空间的不同，该采样周期的范围为0.5min?lOmin。前述采样周期范围避免了频繁调整碳纤维加热装置发热情况造成的耗能和低稳定性。合理的采样调整周期利于降低能耗、提高碳纤维电加热装置的使用寿命。用户还能根据实际情况，通过控制面板23来调节采样周期，以达到最舒适的使用效果。
[0030]温度控制模块的温度控制器22设置在微控制单元MCU和碳纤维加热纸40之间，其作用为根据微控制单元MCU输出的调整数据来控制流经碳纤维加热纸40的电流大小，从而控制碳纤维加热纸40的发热情况。具体的，碳纤维加热纸40的纵向或横向边缘两端用碳素类高温导电胶粘接电极，这样在保证碳纤维加热纸40和电极之间良好的电连接的同时也节约了空间。
[0031]需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，在本实用新型的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行各种改进和变形，而这些改进或者变形落在本实用新型的保护范围内。本领域技术人员应该明白，上面的具体描述只是为了解释本实用新型的目的，并非用于限制本实用新型。本实用新型的保护范围由权利要求及其等同物限定。
【权利要求】
1.一种碳纤维电加热装置，其包括外壳(10)、中间层(30),碳纤维加热纸(40)、温度控制模块和输入保护单元(50),其特征在于， 所述中间层(30)设置在所述外壳(10)和所述碳纤维加热纸(40)之间，所述温度控制模块中的温度传感器(21)设置在所述外壳(10)的内侧，所述输入保护单元(50)设置在交流市电⑷和温度控制模块之间，温度控制模块与所述碳纤维加热纸(40)之间具有电连接，所述碳纤维加热纸(40)为陶瓷纤维增强型碳纤维加热纸，该所述陶瓷纤维增强型碳纤维加热纸为多层结构。
2.根据权利要求1所述的碳纤维电加热装置，其特征在于，所述陶瓷纤维增强型碳纤维加热纸的第一层和第三层为纸浆层，第二层为加热纸构成的发热层(42)。
3.根据权利要求1所述的碳纤维电加热装置，其特征在于，所述中间层(30)由玻纤布和绝缘板组成，其中，所述绝缘板将所述碳纤维加热纸(40)包覆，并且所述绝缘板位于所述玻纤布的内侧。
4.根据权利要求1所述的碳纤维电加热装置，其特征在于，所述中间层(30)包括绝缘的聚合物层，所述聚合物层层压在所述碳纤维加热纸(40)的表面上。
5.根据权利要求1至4之一所述的碳纤维电加热装置，其特征在于，所述温度控制模块还包括微控制单元(1⑶〉、温度控制器(22)和控制面板(23),所述微控制单元(1⑶)的输入端连接所述温度传感器(21)和控制面板(23)，所述微控制单元的输出端连接所述温度控制器(22)。
6.根据权利要求5所述的碳纤维电加热装置，其特征在于，所述温度传感器(21)为红外温度传感器、热电敏温度传感器或X温度传感器。
7.根据权利要求5所述的碳纤维电加热装置，其特征在于，所述微控制单元预设有0.5111111?10111111的采样周期。
8.根据权利要求7所述的碳纤维电加热装置，其特征在于，所述温度控制器(22)设置在所述微控制单元和所述碳纤维加热纸(40)之间，并且所述碳纤维加热纸(40)通过碳素类高温导电胶粘接电极。
【文档编号】H05B3/28GK204180297SQ201420576332
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年10月3日 优先权日:2014年10月3日
【发明者】陈滨, 张雪芳, 王浩 申请人:北京中科联众科技股份有限公司