一种基于复合石墨烯膜辅热直流空气调温装置及制造方法与流程

本发明属于石墨烯发热膜应用技术领域，具体涉及一种基于复合石墨烯膜辅热的直流空气调温装置及制造方法。

背景技术

目前，空调系统是用人为的方法处理室内空气的温度、湿度、洁净度和气流速度的系统。可使某些场所获得具有一定温度、湿度和空气质量的空气，以满足使用者及生产过程的要求和改善劳动卫生和室内气候条件，对于蒸发制冷机理的现有空调而言，其制冷效果较好，但是能耗较高，能效比偏低，而且冷媒一般是含氟化合物，对环境有一定的污染，冬天时制热效果差，电热转换率低于70％，一部分电能转换为机械能，电耗很高，其使用热传递的方式加热而热风干燥且不均匀、制热效果差等诸多不足、缺陷与弊端。现有技术也有涉及到复合石墨烯作为空调器辅助热能的，如公布号cn107940583a，一种复合石墨烯红外发热冷暖空调室内机，由机壳、蒸发器、隔热层、风扇、碳纤维发热管、耐高温复合石墨烯红外涂层散热片构成；碳纤维发热管上的卡条与耐高温复合石墨烯红外涂层散热片上的卡槽以卡扣的方式相连接；耐高温复合石墨烯红外涂层散热片为铝合金载体上喷涂耐高温复合石墨烯红外涂层且设置有卡槽的百叶窗形片状结构；其技术方案采用碳纤维发热管发热和采用复合石墨烯涂层散热，而且复合石墨烯涂层散热片喷涂在铝合金载体上，这样依然没有改变采用管状碳纤维发热不均匀，而且碳纤维管升温区温度较高要通过铝合金主散热片导热，依然要通过二次传热通过风扇吹出，热效率较低的问题依然没有解决，效率的问题，我们知道要想让复合石墨烯产生热辐射功能必须经过导电产生分子碰撞才能产生，而已有的专利技术方案根本就不可能让复合石墨烯涂层导电，所以产生复合石墨烯热能辐射也是不可能的，以上空调机技术均存在一定的缺陷，影响复合石墨烯的应用和空调节能技术的发展，亟待解决。

技术实现要素：

本发明采取“复合石墨烯膜热辐射”关键技术，复合石墨烯发热膜两端电极通电的情况下，电热膜中的碳分子在电阻中产生声子、离子和电子，由产生的碳分子团之间相互摩擦、碰撞(也称布朗运动)而产生热能，热能又通过控制波长在5—14微米的远红外线以平面方式均匀地辐射出来，有效电热能总转换率达99%以上（除去损耗我们的产品电热辐射转换效率高达87%，目前国内最（zui）高。国家标准值为≥60%），同时加上特殊的复合石墨烯材料的超导性，保证发热性能稳定。本发明的结构科学合理、效果稳定可靠、复合石墨烯热膜的制作方法简单、有利于广泛推广应用，本发明有效的提高了本行业的技术水平。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案为：一种基于复合石墨烯膜辅热的直流空气调温装置，主要包括空调室外机单元，空调室内机单元，控制单元及电源，本发明的空调室外机单元部分与传统室外机工作原理相同，其特征在于空调室外机的压缩机的驱动电机为直流永磁电机或直流开关磁阻电机中的一种，室外机单元只具有单向制冷模式，空调室外机通过冷媒管与室内机单元联通，空调室内单元包括：机壳、蒸发器、复合石墨烯发热膜、贯流风扇、风扇电机；所述的空调室内机单元，其机壳的上端设置有入风口，其机壳的两端有卡件与蒸发器固定连接，蒸发器位于进风口的下部，蒸发器的冷媒管的进出口与室外机冷凝器相连，蒸发器的铜管上设置有复合石墨烯发热膜，蒸发器的下部装置有贯流风扇，贯流风扇安装于风道之中，风道的内壁设置有复合石墨烯发热膜，贯流风扇的扇叶叶片装置有复合石墨烯发热膜，空调制热时，复合石墨烯发热膜电路接通，复合石墨烯发热膜开始发热，风扇电机通过电机驱动扇叶旋转把风道内的热风送入房间内。

所述的蒸发器，其特征在于蒸发器由铜管和散热片构成，散热片在铜管外侧把蒸发器的冷量及时导出，蒸发器的内侧设置有复合石墨烯发热膜，复合石墨烯发热膜以百叶窗形片状结构形式通过支架固定在铜管上，每一片复合石墨烯发热膜均有正负电极耳，正负电极耳通过导线连接于控制单元。

所述的贯流风扇，其特征在于贯流风扇由风道、扇叶及风扇电机构成，贯流风扇的风道为塑料风道，风道的内壁设置有复合石墨烯发热膜，复合石墨烯发热膜有正负电极耳，正负电极耳通过导线并接在蒸发器上的复合石墨烯电热膜的导线上，扇叶为圆柱形塑料构件，扇叶上装置有复合石墨烯发热膜，复合石墨烯电热膜有正负电极耳，正负电极通过直流电刷由导线并接在蒸发器上的复合石墨烯电热膜的导线上，扇叶内部由轴承与风扇电机相连，风扇电机驱动扇叶旋转输送冷风或热风。

所述的复合石墨烯发热膜，其特征在于复合石墨烯发热膜由绝缘保护层、纳米银线-石墨烯导电发热层，集流带及齿状电极构成，石墨烯发热膜的基材是透明塑料，纳米银线-石墨烯导电料浆涂敷在基材上，在纳米银线-石墨烯导电发热涂层上设置电路形成集流带及齿状电极，集流带上引出有正负极电极耳，电极耳与外电源接通构成复合石墨烯发热膜电流回路。

所述的风扇电机，其特征在于风扇电机为直流无刷永磁电机或直流开关磁组电机中的一种。

所述的控制单元，其特征在于控制单元由主控模块，温度控制模块，复合石墨烯发热膜驱动模块，电机控制模块，主控模块通过控制电路分别于温度控制模块、复合石墨烯发热驱动模块及电机控制模块电流及信号连通，温度控制模块与热敏电阻相连接，温度控制模块获取温敏电阻的实施温度，并把该温度信息反馈至主控模块，主控模块根据实施温度情况分别向复合石墨烯驱动模块或电机驱动模块发出指令，分别控制符合石墨烯发热膜的发热量及电机的运行状态。

所述的电机驱动模块，其特征在于电机驱动模块分别与室外压缩机电机、室内风机电机相连接，电机驱动模块接收主控制模块的控制指令，分别控制室外压缩机的电机功率和风机电机的功率，以此来调整空调器的冷量和风量。

所述的电源，其特征在于空调装置的总供电电源为直流电源，直流电源的电力由太阳能光伏发电电力或蓄电池电力或市电变流后的电力三者中的至少一种供给。

一种基于复合石墨烯膜辅热的直流空气调温装置的复合纳石墨烯发热膜的制作方法，具有如下步骤：

（一）导电浆料的成分配比

所述复合石墨烯发热膜导电浆料的各原料按质量份的构成如下：

石墨烯5～60份；

纳米银线0～30份；

分散剂1～10份；

胶粘剂1～20份；

溶剂50～80份；

各原料的总质量份为100份；

其中，所述的石墨烯为粉体，所述的纳米银线为浓度为5-20mg/ml，长径比大于1000；

所述分散剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十六烷基三甲基溴化铵中的至少一种，优选为十二烷基苯磺酸钠；

所述胶粘剂的配制，取1-10g高分子聚合物为高分子树脂及0.05-0.5g高分子水溶胶两者混合，并溶解于20-50ml去离子水中，充分搅拌使其完全溶解，得到粘稠胶粘液；

所述溶剂为水、乙醇、异丙醇、n-甲基吡咯烷酮(nmp)、丙醇中的至少一种；

所述基底为锌箔、铜箔、聚乙烯膜膜、聚丙烯膜、聚氯乙烯膜、聚苯乙烯膜中的至少一种；

（二）导电浆料制备

制备复合石墨烯发热膜导电浆料：按配比将石墨烯、纳米银线、分散剂、胶粘剂及溶剂混合并超声分散2～4h，得混合浆料；然后使用高剪切对所述混合浆料进行常温乳化，乳化转速为15000～30000rpm，时间为4～15h；再将乳化后浆料放入球形研磨机中湿磨1～12h，将研磨后浆料过80～200目筛；最后将研磨后的料浆进行超声分散，时间为1～2h，即获得复合石墨烯发热膜导电浆料；

（三）导电料浆涂布

将所述导电发热浆料加水调节固含量，并充分搅拌均匀，获得用于流延成膜的涂布溶液；所述用于流延成膜的溶液的固含量为20-60％；将所述用于流延成膜的溶液经涂布机的模头流延到流延生产线的pe膜上，控制涂布机速在8～12m/min，再经过100～180℃的干燥烘道进行干燥，即获得复合石墨烯复合发热膜；

（四）电极配置

所述电极层为对称设置于所述复合石墨烯发热膜两端的两对称的集流带、齿状电极和电极耳，电极材料为铜或铜箔，电极采用铜时，首先在复合石墨烯发热膜上印刷电极电路，通过磁控溅射的方式把铜溅射到相应的电极电路上，形成均匀稳定的电极电路；

或电极采用铜箔做电极时，首先把铜箔刻画成对称叉指状，然后均匀对称的铺设在复合石墨烯发热膜上，通过粘贴和热压的方式固定于该复合石墨烯发热膜上，两电极耳通过导电线连接电源，以向所述复合石墨烯发热膜供电使其发热；两电极耳分别连接电源的正极和负极，两电极耳极性相反；

（五）绝缘保护

将上述已配置电极的备用复合石墨烯发热膜展开，在复合石墨烯发热膜层侧涂布步骤（一）中配置好的胶粘剂，然后覆置绝缘保护层，通过粘贴和热压的方式固定于该复合石墨烯发热膜上；所述绝缘防水保护层为pvc膜、pe膜、pet膜、pi膜或pu膜中的至少一种。

本发明的有益效果：

1、本发明采取了“复合石墨烯发热膜”关键技术，使传统的压缩式制冷或制热改变为石墨烯辐射制热技术，为空调制热提供了一种新技术方案，且直接用直流驱动，节约了电能。

2、本发明将传统的室内机改进为复合石墨烯发热膜冷暖空调室内机，散热面采用石墨烯红外涂层，属于面加热、发热面大，通电后产生的红外线加热均匀、不干燥，而且对人体有健康的理疗效果。

3、本发明采用直流电机驱动及石墨烯发热使电热转换率达98％以上，具有制冷/热效率高且节能的有益效果。

4、本发明改变了已有公知技术空调室内机制热效率比较低、电热转换率小于80％，采用电热丝辅助加热、属于线状热传导加热、热风干燥、热风温度和强度不均匀、用户体性差、预热时间长、加热慢等诸多不足、缺陷与弊端。

附图说明

图1为本发明一种基于复合石墨烯膜辅热的直流空气调温装置的结构示意图；

图2为本发明的复合石墨烯发热膜的结构示意图；

图中的标号：1、空调室外机单元，11、压缩机电机，2、空调室内机单元，21、室内机机壳，22、进风口，23、散热器，24、蒸发器，25、符合石墨烯发热膜，251、绝缘保护层，252、纳米银线-石墨烯导电发热层，253、集流带，254、齿状电极，255、电极耳，256、基材，26、贯流风扇，27、风道，28、扇叶，29、风扇电机，3、控制单元，4冷媒管。

具体实施方式

下面结合说明书附图，对本发明作详细描述，正如说明书附图1、图2所示：

一种基于复合石墨烯膜辅热的直流空气调温装置，主要包括空调室外机单元1，空调室内机单元2，控制单元3及电源，本发明的空调室外机单元1部分与传统室外机工作原理相同，其特征在于空调室外机的压缩机的驱动电机11为直流永磁电机或直流开关磁阻电机中的一种，室外机单元1只具有单向制冷模式，空调室外单元1通过冷媒管4与室内机单元2联通，空调室内单元2包括：机壳21，进风口22，散热器23，蒸发器24，符合石墨烯发热膜25，贯流风扇26，风道27，扇叶28，风扇电机29，所述的空调室内机单元2，其机壳21的上端设置有入风口22，其机壳21的两端有卡件与蒸发器24固定连接，蒸发器24位于进风口22的下部，蒸发器24的冷媒管4的进出口与室外机冷凝器相连，蒸发器24的铜管上设置有复合石墨烯发热膜25，蒸发器24的下部装置有贯流风扇26，贯流风扇26安装于风道27之中，风道27的内壁设置有复合石墨烯发热膜25，贯流风扇26的扇叶28叶片装置有复合石墨烯发热膜25，空调制热时，复合石墨烯发热膜25电路接通，复合石墨烯发热膜25开始发热，贯流风扇26通过风扇电机29驱动扇叶28旋转把风道27内的热风送入房间内。

所述的蒸发器24，其特征在于蒸发器24由铜管和散热片23构成，散热片23在铜管外侧把蒸发器24的冷量及时导出，蒸发器24的内侧设置有复合石墨烯发热膜25，复合石墨烯发热膜25以百叶窗形片状结构形式通过支架固定在铜管上，每一片复合石墨烯发热膜25均有正负电极耳255，正负电极耳255通过导线连接于控制单元3。

所述的贯流风扇26，其特征在于贯流风扇26由风道、扇叶28及风扇电机29构成，贯流风扇26的风道27为塑料风道，风道27的内壁设置有复合石墨烯发热膜25，复合石墨烯发热膜25有正负电极耳255，正负电极耳255通过导线并接在蒸发器24上的复合石墨烯电热膜25的导线上，扇叶28为圆柱形塑料构件，扇叶28上装置有复合石墨烯发热膜25，复合石墨烯电热膜有正负电极耳255，正负电极255通过直流电刷由导线并接在蒸发器24上的复合石墨烯电热膜25的导线上，扇叶28内部由轴承与风扇电机29相连，风扇电机29驱动扇叶旋28转输送冷风或热风。

所述的复合石墨烯发热膜25，其特征在于复合石墨烯发热膜25由绝缘保护层251、纳米银线-石墨烯导电发热层252，集流带253及齿状电极254构成，石墨烯发热膜25的基材256是透明塑料，纳米银线-石墨烯导电料浆涂敷在基材256上，在纳米银线-石墨烯导电发热涂层252上设置电路形成集流带253及齿状电极254，集流带253上引出有正负极电极耳255，电极耳255与外电源接通构成复合石墨烯发热膜电流回路。

所述的风扇电机29，其特征在于风扇电机29为直流无刷永磁电机或直流开关磁组电机中的一种。

所述的控制单元，其特征在于控制单元3由主控模块，温度控制模块，复合石墨烯发热膜驱动模块，电机控制模块，主控模块通过控制电路分别于温度控制模块、复合石墨烯发热驱动模块及电机控制模块电流及信号连通，温度控制模块与热敏电阻相连接，温度控制模块获取温敏电阻的实施温度，并把该温度信息反馈至主控模块，主控模块根据实施温度情况分别向复合石墨烯驱动模块或电机驱动模块发出指令，分别控制符合石墨烯发热膜25的发热量及电机的运行状态。

所述的电机驱动模块，其特征在于电机驱动模块分别与室外压缩机电机、室内风机电机相连接，电机驱动模块接收主控制模块的控制指令，分别控制室外压缩机的电机功率和风机电机的功率，以此来调整空调器的冷量和风量。

所述的电源，其特征在于空调装置的总供电电源为直流电源，直流电源的电力由太阳能光伏发电电力或蓄电池电力或市电变流后的电力三者中的至少一种供给。

一种基于复合石墨烯膜辅热的直流空气调温装置的复合纳石墨烯发热膜的制作方法，具有如下步骤：

（一）导电浆料的成分配比

所述复合石墨烯发热膜导电浆料的各原料按质量份的构成如下：

石墨烯5～60份；

纳米银线0～30份；

分散剂1～10份；

胶粘剂1～20份；

溶剂50～80份；

各原料的总质量份为100份；

其中，所述的石墨烯为粉体，所述的纳米银线为浓度为5-20mg/ml，长径比大于1000；

所述分散剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十六烷基三甲基溴化铵中的至少一种，优选为十二烷基苯磺酸钠；

所述胶粘剂的配制，取1-10g高分子聚合物为高分子树脂及0.05-0.5g高分子水溶胶两者混合，并溶解于20-50ml去离子水中，充分搅拌使其完全溶解，得到粘稠胶粘液；

所述溶剂为水、乙醇、异丙醇、n-甲基吡咯烷酮(nmp)、丙醇中的至少一种；

所述基底为锌箔、铜箔、聚乙烯膜膜、聚丙烯膜、聚氯乙烯膜、聚苯乙烯膜中的至少一种；

（二）导电浆料制备

制备复合石墨烯发热膜导电浆料：按配比将石墨烯、纳米银线、分散剂、胶粘剂及溶剂混合并超声分散2～4h，得混合浆料；然后使用高剪切对所述混合浆料进行常温乳化，乳化转速为15000～30000rpm，时间为4～15h；再将乳化后浆料放入球形研磨机中湿磨1～12h，将研磨后浆料过80～200目筛；最后将研磨后的料浆进行超声分散，时间为1～2h，即获得复合石墨烯发热膜导电浆料；

（三）导电料浆涂布

将所述导电发热浆料加水调节固含量，并充分搅拌均匀，获得用于流延成膜的涂布溶液；所述用于流延成膜的溶液的固含量为20-60％；将所述用于流延成膜的溶液经涂布机的模头流延到流延生产线的pe膜上，控制涂布机速在8～12m/min，再经过100～180℃的干燥烘道进行干燥，即获得复合石墨烯复合发热膜；

（四）电极配置

所述电极层为对称设置于所述复合石墨烯发热膜两端的两对称的集流带253、齿状电极254和电极耳255，电极材料为铜或铜箔，电极采用铜时，首先在复合石墨烯发热膜上印刷电极电路，通过磁控溅射的方式把铜溅射到相应的电极电路上，形成均匀稳定的电极电路；

或电极采用铜箔做电极时，首先把铜箔刻画成对称叉指状，然后均匀对称的铺设在复合石墨烯发热膜上，通过粘贴和热压的方式固定于该复合石墨烯发热膜上，两电极耳255通过导电线连接电源，以向所述复合石墨烯发热膜25供电使其发热；两电极耳分别连接电源的正极和负极，两电极耳极性相反；

（五）绝缘保护

将上述已配置电极的备用复合石墨烯发热膜25展开，在复合石墨烯发热膜层侧涂布步骤（一）中配置好的胶粘剂，然后覆置绝缘保护层251，通过粘贴和热压的方式固定于该复合石墨烯发热膜上；所述绝缘保护层251为pvc膜、pe膜、pet膜、pi膜或pu膜中的至少一种。

实施例

本发明的制冷实施方式与传统空调器的制冷方式相同，不在进行实施例叙述。本发明的空调器制热实施如下：实施时首先连接直流电源，启动空调室内机单元2，使空调室内机处于制热工作模式，这时空调室外机单元1处于停止状态，空调室内机启动贯流风扇26及复合石墨烯发热膜25，复合石墨烯发热膜25导电后开始均匀发热，调整温度控制模块的温度值，复合石墨烯发热膜25发出的热量通过贯流风扇风机29的旋转把热空气送出空调器，使室内温度上升，并达到设定的室内温度。

以上仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业技术人员均可顺畅实施；但在不脱离本发明技术方案作出修饰与演变的等同变化，均为本发明的技术方案。