一种碳纤维加热装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种碳纤维加热装置，其包括外壳，绝缘保护层、碳纤维加热纸和加热控制模块。加热控制模块包括供电单元、人体红外感应单元、温度检测单元、发热控制单元和微控制单元。人体红外感应单元和温度检测单元均连接至微控制单元的输入端，微控制单元的输出端连接发热控制单元，供电单元的输出端连接至微控制单元的供电端。由陶瓷纤维增强型碳纤维加热纸构成的碳纤维加热纸为多层结构，并且碳纤维加热纸与发热控制单元之间具有电连接。
【专利说明】一种碳纤维加热装置
【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，环保无光污染，不刺激眼睛和灼伤皮肤，无紫外线辐射和有害气体，无高频辐射，同时还具有吸收有害光波的性能。碳纤维加热时发出的光辐射集中在1.5?15 μ m之间的红外波段，对人体具有很好的保健作用。
[0003]目前的碳纤维加热装置通常采用碳纤维石英管作为发热单元。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，而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。同时，仅根据温度反馈来调节碳纤维加热装置具有一定的局限性，当使用者靠近或离开加热装置时不能有效的做出反应，会造成能源的浪费。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。同时，也没有实现根据使用者的实际分布位置和需要来对加热装置进行智能调整。
实用新型内容
[0005]为了解决现有碳纤维加热装置的结构复杂、温度调节不精确的问题以及其它若干技术问题，本实用新型提供了一种碳纤维加热装置，其包括外壳、绝缘保护层、碳纤维加热纸、加热控制模块和输入保护单元，所述加热控制模块包括供电单元、人体红外感应单元、温度检测单元、发热控制单元和微控制单元，其特征在于，
[0006]所述人体红外感应单元和所述温度检测单元均连接至所述微控制单元的输入端，所述微控制单元的输出端连接所述发热控制单元，所述供电单元的输出端连接至所述微控制单元的供电端，
[0007]由陶瓷纤维增强型碳纤维加热纸构成的所述碳纤维加热纸为多层结构，并且所述碳纤维加热纸与所述发热控制单元之间具有电连接。
[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厚度为1ym?50μπι的纸浆层，第二层为由陶瓷纤维、碳纤维和纸浆构成的厚度为8 μ m?50 μ m的发热层。
[0009]根据一个优选实施方式，所述绝缘保护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。
[0010]根据一个优选实施方式，所述人体红外感应单元包括人体红外感应器和放大电路，所述温度检测单元包括温度传感器和转换电路。
[0011]根据一个优选实施方式，所述人体红外感应器嵌套在所述外壳上，所述温度传感器设置在所述外壳的内侧。
[0012]根据一个优选实施方式，所述微控制单元内置有两个A/D转换单元、两个数字滤波单元和一个中控单元，其中，所述人体红外感应器通过所述放大电路连接第一 A/D转换单元，所述第一 A/D转换单元的输出端连接第一数字滤波单元，所述温度传感器通过所述转换电路连接第二 A/D转换单元，所述第二 A/D转换单元的输出端连接第二数字滤波单元，所述中控单元设置在所述两个数字滤波单元和所述发热控制单元之间。
[0013]根据一个优选实施方式,所述微控制单元预设有0.5min?5min的温度采样周期。
[0014]根据一个优选实施方式，所述加热控制模块还包括用户输入单元，所述用户输入单元连接所述微控制单元，并且所述用户输入单元包括一个输入面板。
[0015]根据一个优选实施方式，所述用户输入单元还包括一个遥控装置，该所述遥控装置与所述微控制单元之间具有通信连接。
[0016]根据一个优选实施方式，所述遥控装置与所述微控制单元之间的通信方式为WiF1、红外线通信、蓝牙或ZigBee。
[0017]本实用新型的有益效果:
[0018]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勻，提高了加热效率和稳定性。采用了人体红外感应单元，能根据用户的实际需要实现自动调节，降低了能耗。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是本实用新型的碳纤维加热装置的分解视图；
[0020]图2是本实用新型中加热控制模块的结构框图；和
[0021]图3是本实用新型中微控制单元的结构框图。
[0022]附图标记列表
[0023]10:外壳20:绝缘保护层30:碳纤维加热纸
[0024]410:人体红外感应单元420:温度检测单元
[0025]430:发热控制单元 440:供电单元Cl、C2:A/D转换单元
[0026]F1、F2:数字滤波单元⑶:中控单元450:用户输入单元
【具体实施方式】
[0027]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。
[0028]如图1所示为本实用新型的碳纤维加热装置，其包括外壳10，绝缘保护层20、碳纤维加热纸30、加热控制模块和输入保护单元。其中，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外壳10。绝缘保护层20设置在外壳10和碳纤维加热纸30之间。绝缘保护层20的主要作用是使碳纤维加热纸30和外壳10保持绝缘，同时保护了碳纤维加热纸30。加热控制模块包括供电单元440、人体红外感应单元410、温度检测单元420、发热控制单元430和微控制单元MCU。供电单元440为常用的交直流电源转换器，其输出电压范围为5V?12V。人体红外感应单元410包括至少一个人体红外感应器，其用于检测碳纤维加热装置周围一定范围内有无人出现。温度检测单元420包括至少一个温度传感器，它能对碳纤维加热纸的发热温度进行检测，并将温度数据反馈给微控制单元MCU。微控制单元MCU可以采用8位、16位及32位的产品，为了保证良好的响应速度和节约成本，本实用新型中优选采用16位的微控制单元MCU。
[0029]人体红外感应单元410、温度检测单元420均连接至微控制单元MCU的输入端。微控制单元MCU的输出端连接发热控制单元430，供电单元440的输出端连接至微控制单元MCU的供电端。人体红外感应单元对碳纤维加热装置周围一定范围内的人体红外信号进行检测，并且将所测的数据传输至微控制单元MCU。微控制单元MCU根据前述数据对碳纤维加热装置的加热状态进行调整。这样，实现了碳纤维加热装置的加热状态根据用户的分布而自动调整，节约了能源。
[0030]由陶瓷纤维增强型碳纤维加热纸构成的碳纤维加热纸30为多层结构，陶瓷纤维增强型碳纤维加热纸的第一层和第三层为厚度为10 μ m?50 μ m的纸浆层，第二层为由陶瓷纤维、碳纤维和纸浆构成的厚度为8 μ m?50 μ m的发热层。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30的温度分布均匀，提高了加热装置的加热效率和稳定性。同时，由于其温度分布均匀，使得温度检测单元测得温度更加准确，这样也提高了温度调节的精度。
[0031]根据一个优选实施方式，绝缘保护层20包括绝缘的聚合物层，聚合物层层压在碳纤维加热纸30的表面上。该聚合物可以为耐高温陶瓷绝缘聚合物，其具有较高的机械强度和良好的化学稳定性，耐高温、防水并且不易老化。采用聚合物层作为绝缘保护层在减小体积的同时，因为其具有良好的化学稳定性、和防水特性，所以可以应用厨房、浴室等较复杂的环境中。
[0032]人体红外感应单元410包括人体红外感应器和放大电路,温度检测单元420包括温度传感器和转换电路。温度传感器设置在外壳10的内侧中央。人体红外感应器嵌套在外壳10上。温度传感器可以采用热电敏温度传感器、IC温度传感器或红外温度传感器。优选的，采用红外温度传感器，它能对碳纤维加热时发出的红外线波段进行良好的响应，测量得到的温度数据更加准确。
[0033]如图3所示，微控制单元MCU内置有两个A/D转换单元C1、C2、两个数字滤波单元F1、F2和一个中控单元⑶，其中，人体红外感应器通过放大电路连接第一 A/D转换单元Cl，第一 A/D转换单元Cl的输出端连接第一数字滤波单元Fl，温度传感器通过转换电路连接第二 A/D转换单元C2，第二 A/D转换单元C2的输出端连接第二数字滤波单元F2。A/D转换单元C1、C2每隔一段预设的时间40ms?60ms对经过放大电路放大后的人体红外信号进行采样，并且获得采样信号。数字滤波单元F1、F2对采样信号进行数字滤波处理。中控单元设置在两个数字滤波单元F1、F2和发热控制单元430之间。中控单元将滤波后的采样信号与预期的有效信号进行对比，判定是否为有效信号，从而提高了对人体红外信号反应的准确度。此外，微控制单元MCU预设有0.5min?5min的温度采样周期。合理的采样周期在不影响调节精度和效果的同时更加节能，也延长了相关电子器件的使用寿命。
[0034]根据一个优选实施方式，热控制模块还包括用户输入单元450，用户输入单元450与微控制单元MCU之间具有有线或无线通信连接。用户输入单元450包括一个输入面板，使得用户能根据实际情况对碳纤维加热装置的工作情况进行调整。用户输入单元450还可以包括一个遥控装置，该遥控装置与微控制单元MCU之间具有通信连接。它们之间的通信方式为WiF1、红外线通信、蓝牙或ZigBee。优选的，采用ZigBee进行通信。它的集成度和可靠性高，并且安装简单，使用成本低。在实际应用时，联网时间、传输速率和覆盖范围能满足碳纤维加热装置的需求，并且相较于其它通信方式更为节能。
[0035]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】
1.一种碳纤维加热装置，其包括外壳(10)、绝缘保护层(20)、碳纤维加热纸(30)和加热控制模块，所述加热控制模块包括供电单元(440),人体红外感应单元(410),温度检测单元(420)、发热控制单元(430)和微控制单元…⑶)，其特征在于， 所述人体红外感应单元(410)和所述温度检测单元(420)均连接至所述微控制单元(10^)的输入端，所述微控制单元(1(^)的输出端连接所述发热控制单元(430),所述供电单元(440)的输出端连接至所述微控制单元的供电端， 由陶瓷纤维增强型碳纤维加热纸构成的所述碳纤维加热纸(30)为多层结构，并且所述碳纤维加热纸(30)与所述发热控制单元(430)之间具有电连接。
2.根据权利要求1所述的碳纤维加热装置，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厚度为109 ！！！?509 ！！！的纸浆层，第二层为由陶瓷纤维、碳纤维和纸衆构成的厚度为8 4 III?50 4 III的发热层。
3.根据权利要求1所述的碳纤维加热装置，其特征在于，所述绝缘保护层(20)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(30)的表面上。
4.根据权利要求1所述的碳纤维加热装置，其特征在于，所述人体红外感应单元(410)包括人体红外感应器和放大电路，所述温度检测单元(420)包括温度传感器和转换电路。
5.根据权利要求4所述的碳纤维加热装置，其特征在于，所述人体红外感应器嵌套在所述外壳(10)上，所述温度传感器设置在所述外壳(10)的内侧。
6.根据权利要求5所述的碳纤维加热装置，其特征在于，所述微控制单元内置有两个八/0转换单元化1、(:2)、两个数字滤波单元$112)和一个中控单元(⑶)，其中，所述人体红外感应器通过所述放大电路连接第一八/0转换单元￠1),所述第一八/0转换单元(01)的输出端连接第一数字滤波单元(打)，所述温度传感器通过所述转换电路连接第二八/0转换单元￠2),所述第二八/0转换单元$2)的输出端连接第二数字滤波单元述中控单元设置在所述两个数字滤波单元(打、^)和所述发热控制单元(430)之间。
7.根据权利要求6所述的碳纤维加热装置，其特征在于，所述微控制单元预设有0.5111111?5111111的温度采样周期。
8.根据权利要求6所述的碳纤维加热装置，其特征在于，所述加热控制模块还包括用户输入单元(450),所述用户输入单元(450)连接所述微控制单元(1⑶)，并且所述用户输入单元(450)包括一个输入面板。
9.根据权利要求8所述的碳纤维加热装置，其特征在于，所述用户输入单元(450)还包括一个遥控装置，该所述遥控装置与所述微控制单元之间具有通信连接。
10.根据权利要求9所述的碳纤维加热装置，其特征在于，所述遥控装置与所述微控制单元(1⑶)之间的通信方式为11？1、红外线通信、蓝牙或21曲66。
【文档编号】H05B3/28GK204180298SQ201420576395
【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, 王浩, 张雪芳 申请人:北京中科联众科技股份有限公司