一种电热水袋加热装置及其制备方法与流程

本发明涉及电热水袋生产加工技术领域，具体涉及一种电热水袋加热装置及其制备方法。

背景技术：

冬季气温较低，人体抵抗力较差，长期受寒会导致身体不适。电热水袋是一种相对小巧、方便、快捷的取暖装置。然而现有的电热水袋加热装置都是用电热管或加热丝进行加热，这些加热方式电热转换效率低，耗电量大，加热速度慢。此外，市面上的电热水袋多为220v供电，在进行电阻式加热的发加热采暖方式上有一定的安全隐患。

中国专利申请201610273295.9，记载了一种“电热水袋加热装置”。其涉及到了电加热水袋加热装置的改进，其采用的超温熔断器设置在电热管内的氧化镁粉压实层内，稳固性好，而且能第一时间感知电阻丝加热后的温度，反馈速度快，安全性高；氧化镁粉压实层可以有效隔绝空气，减少电阻丝加热后的温度传递到超温熔断器的反馈时间，而且导热效果好，温度信息真实有效；其虽在一定程度上提高了温度反馈速度和安全性，但其实质上仍为采用电阻丝加热，仍存在电热转换效率低，耗电量大，加热速度慢以及安全性不高等缺陷。

技术实现要素：

为了解决现有技术中电热水袋加热装置电热转换效率低，耗电量大，加热速度慢和存在安全隐患的问题。本发明提出一种结构简单，升温速率快，加热功率低，安全高效的电热水袋加热装置及其制备方法。

第一方面，本发明提供一种电热水袋加热装置，包括：

远红外发热体；

绝缘导热膜，敷贴于所述远红外发热体上下两面；以及

金属薄片，敷贴于所述绝缘导热膜远离所述远红外发热体的一侧表面；

所述远红外发热体包括：

晶须碳纳米管远红外发热纸；

金属电极，对称设于所述晶须碳纳米管远红外发热纸的两端；以及

温度传感器，贴合设于所述晶须碳纳米管远红外发热纸一侧表面。

进一步地，所述绝缘导热膜为聚酰亚胺导热膜。

进一步地，所述金属薄片为铝片或镍片。

进一步地，所述金属电极为铜网或镍网。

第二方面，本发明提供一种电热水袋加热装置的制备方法，所述晶须碳纳米管远红外发热纸制备步骤包括以下步骤：

步骤1：晶须碳纳米管远红外发热纸的制备，将晶须碳纳米管材料制备成晶须碳纳米管远红外发热纸；

步骤2：远红外发热体的制备，先将金属电极压合在晶须碳纳米管远红外发热纸两端，再通过缝制的方式将金属电极固定在晶须碳纳米管远红外发热纸的两端，并在晶须碳纳米管远红外发热纸一面固定粘贴温度传感器；

步骤3：电热水袋加热装置的制备，将所述绝缘导热膜粘贴于远红外发热体上下两面，将所述金属薄片粘贴于绝缘导热膜上远离远红外发热体的一侧形成具有加热功能的电热水袋加热装置。

进一步地，所述晶须碳纳米管远红外发热纸制备步骤包括以下步骤：

步骤1：将晶须碳纳米管经过石墨化、球磨处理后，与分散剂、溶剂混合，再经过砂磨机研磨，得到晶须碳纳米管分散液；

步骤2：将耐高温有机纤维与疏解剂和水混合，依次经疏解和打浆，得到耐高温有机纤维浆料；

步骤3：将所述步骤1得到的晶须碳纳米管分散液和步骤2得到的耐高温有机纤维浆料进行混合，然后将所得混合物通过双行星搅拌机进行搅拌，得到混合浆料；

步骤4：将所述步骤3得到的混合浆料通过专用造纸机抄造、烘干，然后经热压胶联成型得到晶须碳纳米管远红外发热纸。

进一步地，晶须碳纳米管远红外发热纸制备步骤中的所述步骤1中的晶须碳纳米管的长度为3～8um，所述分散剂为sds、pvp或sdbs，溶剂为水，其中晶须碳纳米管：分散剂：水的质量比为1：（0.05～0.1）:（200～500）。

进一步地，晶须碳纳米管远红外发热纸制备步骤中的所述步骤2中的耐高温有机纤维为芳纶纤维或聚酰亚胺纤维，所述疏解剂为sdbs。

进一步地，晶须碳纳米管远红外发热纸制备步骤中的所述步骤2中耐高温有机纤维、疏解剂和水的质量比为1：（0.01～0.05）：（200～300）。

进一步地，晶须碳纳米管远红外发热纸制备步骤中的所述步骤3中得到的混合浆料中晶须碳纳米管和耐高温有机纤维的质量比为（0.2～0.6）：1。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过采用区别于传统电热水袋加热所采用的电热管或电阻丝等电阻式加热手段，采用远红外发热体作为电热水袋的加热主体，通过金属电极对晶须碳纳米管远红外发热纸的激发作用，晶须碳纳米管远红外发热纸产生热量并通过绝缘导热膜向外部传递到金属薄片上，且绝缘导热膜使晶须碳纳米管远红外发热纸与金属薄片间绝缘而仅进行热量的传递，传递到金属薄片上的热量通过电热水袋中的液体进行发散和传递；

在远红外发热体加热的情况下，电热水袋的加热效率更高、升温速率更快，加热功率低；通过在晶须碳纳米管远红外发热纸上设置的温度传感器，对其加热的实时温度进行反馈，保证电热水袋加热装置的安全高效。

附图说明

图1是本发明包含一层远红外发热体的电热水袋加热装置的剖面结构示意图。

图2是本发明一种电热水袋加热装置的远红外发热体结构示意图。

图3是本发明包含两层远红外发热体的电热水袋加热装置的剖面结构示意图。

图4是本发明包含三层远红外发热体的电热水袋加热装置的剖面结构示意图。

图5是本发明一种电热水袋加热装置与金属电极组合的剖面结构示意图一。

图6是本发明一种电热水袋加热装置与金属电极组合的剖面结构示意图二。

图7是本发明一种电热水袋加热装置与金属电极组合的剖面结构示意图三。

附图标号为：1为金属薄片，2为远红外发热体，3为绝缘导热膜，4为晶须碳纳米管远红外发热纸，5为金属电极，6为温度传感器，7为绝缘保护层。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步解释说明：

实施例一

在电热水袋加热装置的制备过程中，首先涉及到晶须碳纳米管远红外发热纸4的制备，其制备步骤包括以下步骤：

步骤1：将晶须碳纳米管经过石墨化、球磨处理后，与分散剂、溶剂混合，再经过砂磨机研磨，得到晶须碳纳米管分散液；

步骤2：将耐高温有机纤维与疏解剂和水混合，依次经疏解和打浆，得到耐高温有机纤维浆料；

步骤3：将所述步骤1得到的晶须碳纳米管分散液和步骤2得到的耐高温有机纤维浆料进行混合，然后将所得混合物通过双行星搅拌机进行搅拌，得到混合浆料；

步骤4：将所述步骤3得到的混合浆料通过专用造纸机抄造、烘干，然后经热压胶联成型得到晶须碳纳米管远红外发热纸。

具体的，在制造过程中，晶须碳纳米管的长度优选为3～8um，在晶须碳纳米管石墨化的过程中，石墨化温度为2800～3000摄氏度，时间为5～8h；球磨处理过程中，球磨的转速为1500～2000r/min，时间为30～60min；所选用的分散剂为sds、pvp或sdbs，溶剂为水，在混合时，晶须碳纳米管：分散剂：水=1：0.05～0.1:200～500，步骤1中晶须碳纳米管、分散剂、溶剂形成的混合液进行研磨时，研磨珠大小为0.5～0.8mm，时间为1～2h。

步骤2中的耐高温有机纤维为芳纶纤维或聚酰亚胺纤维，疏解剂为sdbs，疏解时间为15～30min，通过打浆机进行打浆时，打浆时间为15～30min，打浆浓度为5‰；步骤3中得到的混合浆料中晶须碳纳米管和耐高温有机纤维的比例为0.2～0.6：1；步骤4中通过造纸机抄造、烘干时的上浆浓度为1～3‰，车速为15m/s，热压胶联成型时热压温度为250～280摄氏度，压力为10～16mpa。

对于制得的晶须碳纳米管远红外发热纸4，在发热方式上与电阻式的热电转换方式相区别的，其在通电后发射高能量的远红外线，能量转换效率高，加热效率快，传统的电阻式加热的转换效率约70%左右，本发明采用的远红外发热纸的电热转换效率为95%以上，在电加热水袋中运用时只需通过金属电极向晶须碳纳米管远红外发热纸4通电即可使其发热且发热效率高，加热速率快。

在具体的实施案例中，将长度为3～8um的晶须碳纳米管进行5h的石墨化，石墨化过程的温度为3000摄氏度，然后将石墨化后的晶须碳纳米管进行30min的球磨处理，其中球磨处理过程中球磨的转速为1500r/min，将完成上述处理的30克的晶须碳纳米管与2克的sds、6kg的水混合，再经过1h的砂磨机研磨，其中研磨珠的大小为0.8mm，得到晶须碳纳米管分散液；

将50克聚酰亚胺纤维与1克的sdbs和10kg的水混合，然后经过30min的疏解，再通过打浆机进行15min的打浆，其中打浆浓度为5‰，得到耐高温有机纤维浆料；

将得到的晶须碳纳米管分散液和得到的耐高温有机纤维浆料以1：2的质量比进行混合，然后将所得混合物通过双行星搅拌机进行搅拌，得到混合浆料；随后将混合浆料通过专用造纸机抄造、烘干，其中抄造、烘干时的上浆浓度为2‰，车速为15m/s；然后经热压胶联成型得到晶须碳纳米管远红外发热纸，热压胶联成型时热压温度为250～280摄氏度，压力为10～16mpa。

实施例二

在实施例一的基础上，利用制备得到的晶须碳纳米管远红外发热纸4进行远红外发热体2以及电热水袋加热装置的制备：

远红外发热体2制备步骤，先将金属电极5压合在晶须碳纳米管远红外发热纸4两端，再通过缝制的方式将金属电极5固定在晶须碳纳米管远红外发热纸4的两端，并在晶须碳纳米管远红外发热纸4一面固定粘贴温度传感器6；

电热水袋加热装置制备步骤，将所述绝缘导热膜3通过粘贴剂粘贴于远红外发热体2上下两面，将所述金属薄片1粘贴于绝缘导热膜3上远离远红外发热体2的一侧形成具有加热功能的电热水袋加热装置。

如图1~2所示，组成的电热水袋加热装置，包括：

远红外发热体2；

绝缘导热膜3，敷贴于所述远红外发热体2上下两面；以及

金属薄片1，敷贴于所述绝缘导热膜3远离所述远红外发热体2的一侧表面；

所述远红外发热体2包括：

晶须碳纳米管远红外发热纸4；

金属电极5，对称设于所述晶须碳纳米管远红外发热纸4的两端；以及

温度传感器6，贴合设于所述晶须碳纳米管远红外发热纸4一侧表面。

具体的，所述绝缘导热膜3为聚酰亚胺导热膜，聚酰亚胺导热膜的厚度优选为0.03～0.08mm；所述金属薄片1为铝片或镍片，金属薄片1的厚度为0.5～1mm；晶须碳纳米管远红外发热纸4的厚度为0.05～0.1mm；所述金属电极5为铜网或镍网，铜网或镍网的厚度优选为0.2～0.3mm。

采用远红外发热体2作为电热水袋的加热主体，通过金属电极5对晶须碳纳米管远红外发热纸4的通电激发作用，晶须碳纳米管远红外发热纸4产生热量并通过绝缘导热膜3向外部传递到金属薄片1上，且绝缘导热膜3使晶须碳纳米管远红外发热纸4与金属薄片1间绝缘而仅进行热量的传递，传递到金属薄片1上的热量通过电热水袋中的液体进行发散和传递；形成一种加热效率更高、升温速率更快，加热功率低且安全高效的电热水袋加热装置。

通过在晶须碳纳米管远红外发热纸4上设置的温度传感器6，对其加热的实时温度进行反馈，保证电热水袋加热装置的安全稳定运行，防止温度过高而引发的安全问题，其中温度传感器6的量程为-40～120摄氏度，精度为0.5摄氏度。

实施例三

如图5~7所示，在对电热水袋加热装置中的金属电极5进行安装固定时，将金属电极5与晶须碳纳米管远红外发热纸4进行缝制和压合固定，金属电极5的边缘应不超过绝缘导热膜3而与金属薄片1接触，防止金属电极5与金属薄片1接触产生漏电，在采用多层远红外发热体2组成的电热水袋加热装置中，金属电极5的设置应该不与金属薄片1接触且在金属薄片1外侧与金属电极5之间设置绝缘保护层7，以此增加电热水袋加热装置的安全系数。

实施例四

为提高电热水袋加热装置的加热能力，可以通过增加远红外发热体2的层数来进行，结合实施例一和实施例二，电热水袋加热装置为片状层叠结构，当加热装置采用一层远红外发热体2时，如图1所示，远红外发热体2两面贴敷绝缘导热膜3，最外层为金属薄片1；

与之类似的，当加热装置采用两层远红外发热体2时，如图3所示，两组如图1所示的电热水袋加热装置层叠，两层远红外发热体2外部的两层绝缘导热膜3之间共用一层金属薄片1；

当加热装置采用三层远红外发热体时，如图4所示，三层远红外发热体2外部的绝缘导热膜3两两之间共用一层金属薄片1；在实际运用时远红外发热体2的层数并不进行限制，至此形成具有更高加热能力的层叠式电热水袋加热装置。

在实验和运用过程中，以加热初始温度为20摄氏度、体积为0.8l的水为例：

当采用传统电阻式加热装置进行加热时，总加载功率为350w，加热到80摄氏度时所需的加热时间为13.5分钟；

当采用本发明中的一层远红外发热体2形成的电热水袋加热装置进行加热时，总加载功率为200w，加热到80摄氏度时所需的加热时间为18.5分钟；

当采用本发明中的两层远红外发热体2形成的电热水袋加热装置进行加热时，总加载功率为300w，加热到80摄氏度时所需的加热时间为12分钟；

当采用本发明中的三层远红外发热体2形成的电热水袋加热装置进行加热时，总加载功率为350w，加热到80摄氏度时所需的加热时间为10.6分钟；

综上所述，传统电阻式加热实验、一层远红外发热体2的热水袋加热装置加热实验、两层远红外发热体2的热水袋加热装置加热实验以及三层远红外发热体2的热水袋加热装置加热实验的对比表明，除采用一层远红外发热体2进行加热外，加热初始温度20摄氏度、终止温度80摄氏度的0.8l的水时，采用两层、三层的远红外发热体2进行加热时，其加热时间均小于传统的电阻式加热方式，且总加载功率均不大于传统电阻式加热方式的功率，由此可见，当采用两层及其以上层数的远红外发热体2进行加热时，电热水袋的加热效率更高，加热时间更短，具有节能高效的优点。

以上所述之实施例，只是本发明的较佳实施例而已，并非限制本发明的实施范围，故凡依本发明专利范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括于本发明申请专利范围内。