CN107172728A - 一种碳纤维节能发热模块及地暖系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种碳纤维节能发热模块及地暖系统，所述碳纤维节能发热模块包括保温板、导热板和发热线，所述导热板设置在保温板的上方，所述发热线排布在所述导热板上，所述发热线包括设置成束状的至少两根碳纤维发热单元线，每根碳纤维发热单元线包括设置成束状的多根碳纤维丝和绝缘层，所述多根碳纤维丝设置在绝缘层内，不同的碳纤维发热单元线的碳纤维丝数量相同或者不同。本发明的碳纤维节能发热模块中的发热线采用双根或多根碳纤维发热单元线，发挥多根碳纤维发热单元线的热叠加作用，达到需要的温度，单根碳纤维发热单元线的碳纤维丝数量减小，发热功率降低，降低电能消耗。

Description

一种碳纤维节能发热模块及地暖系统
技术领域
本发明涉及碳纤维领域，特别涉及一种碳纤维节能发热模块及地暖系统。
背景技术
碳纤维是一种力学性能优异的新材料，用碳纤维制成各种规格的发热线缆，具有碳元素及纤维的双重优点及特性，具有良好的热转换率、发热快、电阻值稳定且分布均匀等优点而广泛地应用于各个领域。它的比重不到钢的1/4，抗拉强度却是钢的7-9倍，抗拉弹性模量亦高于钢，与金属电缆相比，占有很大优势，是传统地暖电缆的最佳替代产品。
现在市面上的碳纤维线缆一般是由多根碳纤维发热丝绞合形成一股碳纤维发热体5，参见图6，再在上述碳纤维发热体5的外侧周部上包裹上绝缘用护套6而形成，这样制作形成的碳纤维线缆至少存在以下两个缺点：第一、单股碳纤维发热体要达到需要的发热量，就需要绞合大量的碳纤维发热丝，电阻降低，电流变大，实际发热功率变大，即消耗的电量大；第二、现有的碳纤维线缆外层的护套耐热程度较低，满足不了一些高温应用环境的使用要求。
另一方面，在现有技术中，发热地板的发热线一般铺设在地板本体上，在地板本体上开设排线槽，不仅开槽工艺复杂，而且容易造成地板分层开裂等缺陷。现有技术中还有将发热线铺设在水泥中，但是这样容易造成发热慢，耗能高。
发明内容
为了解决现有技术的问题，本发明提供了一种碳纤维节能发热模块及地暖系统，技术方案如下：
一方面，本发明提供了一种碳纤维节能发热模块，包括保温板、导热板和发热线，所述导热板设置在保温板的上方，所述发热线排布在所述导热板上，所述发热线包括设置成束状的至少两根碳纤维发热单元线，每根碳纤维发热单元线包括设置成束状的多根碳纤维丝和绝缘层，所述多根碳纤维丝设置在绝缘层内，不同的碳纤维发热单元线的碳纤维丝数量相同或者不同。
进一步地，所述导热板上设有排线槽，所述发热线设置在排线槽内。
进一步地，所述发热线还包括导热保护层，所述导热保护层设置在所述至少两根碳纤维发热单元线的外侧。
进一步地，所述排线槽具有线槽引出口，所述线槽引出口设置在导热板边缘，所述发热线的两端均从所述线槽引出口引出。
进一步地，所述发热线的两端端部设置有接头，所述接头用于与供电接口配合，所述接头与供电接口密封连接。
进一步地，所述接头内包括第一金属件和第二金属件，所述第一金属件和第二金属件分别与发热线的两端一一对接。
进一步地，所述绝缘层由耐高温绝缘材料制成，所述导热保护层由耐高温PVC阻燃材料或耐高温CPVC阻燃材料制成。
进一步地，所述保温板上设置有凹槽，所述排线槽嵌置在所述凹槽中，所述排线槽为蛇形排布或回形排布。
进一步地，所述导热板为金属板、金属箔或者碳晶材料制成的导热膜层。
另一方面，本发明提供了一种地暖系统，包括地板、供电接口及多个如上所述的碳纤维节能发热模块，所述供电接口用于向碳纤维节能发热模块的发热线供电，多个碳纤维节能发热模块并排铺设，所述地板铺设在碳纤维节能发热模块上。
本发明提供的碳纤维节能发热模块能够产生以下有益效果：
a.束状的多根碳纤维丝组成单根碳纤维发热单元线，本发明采用双根或多根碳纤维发热单元线，单根碳纤维发热单元线的碳纤维丝数量减小，电阻加大，电流变小，发热功率降低，节约电能；
b.发挥多根碳纤维发热单元线的热叠加作用，达到需要的温度；
c.在碳纤维节能发热模块的端部设置接头，与供电接口配合，方便发热线的铺设。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的碳纤维节能发热模块的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的碳纤维节能发热模块的导热板俯视示意图；
图3是本发明实施例提供的碳纤维节能发热模块的发热线的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的碳纤维节能发热模块的发热线接头的结构示意图；
图5是本发明实施例提供的碳纤维节能发热模块的发热线制作方法流程图；
图6是现有技术中碳纤维发热线缆的结构示意图。
其中，附图标记为：1-保温板，2-导热板，21-排线槽，22-线槽引出口，3-发热线，31-碳纤维发热单元线，32-绝缘层，33-导热保护层，4-接头，41-第一金属件，42-第二金属件，5-碳纤维发热体，6-绝缘用护套。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
实施例1
在本发明的一个实施例中，提供了一种碳纤维节能发热模块，参见图1，所述碳纤维节能发热模块包括保温板1、导热板2和发热线3，所述导热板2设置在保温板1的上方，所述发热线3排布在所述导热板2上。
为了便于在导热板2上排布所述发热线3，所述导热板2上设有排线槽21，所述发热线3设置在排线槽21内，参见图2，所述排线槽21为蛇形排布或回形排布，所述排线槽21具有线槽引出口22，所述线槽引出口22设置在导热板2边缘，所述发热线3的两端均从所述线槽引出口22引出，但是以上为可实施的优选实施例，本发明并不以此对排布的具体形状及发热线3的引出方式作出限定。对应地，为了使设有排线槽21的导热板2固定在保温板1上，所述保温板1上设置有凹槽，所述排线槽21嵌置在所述凹槽中。优选地，所述导热板2为金属板、金属箔或者碳晶材料制成的导热膜层。
本发明的发热线3与现有技术中的单根型碳纤维发热线有所不同，参见图3，所述发热线3包括设置成束状的至少两根碳纤维发热单元线31，每根碳纤维发热单元线31包括设置成束状的多根碳纤维丝和绝缘层32，所述多根碳纤维丝设置在绝缘层32内，不同的碳纤维发热单元线31的碳纤维丝数量相同或者不同。所述发热线3还包括导热保护层33，所述导热保护层33设置在所述至少两根碳纤维发热单元线31的外侧。
以两根线型举例：在本实施例中，每根碳纤维发热单元线31均由6000根碳纤维发热丝绞合形成，绞合的6000根碳纤维发热丝的外层包覆有绝缘层32，所述绝缘层32为耐高温材料制成，这里的耐高温范围为260℃左右，优选采用铁氟龙材料，铁氟龙学名为聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethylene)，英文缩写为PTFE，这种材料的产品一般统称作"不粘涂层"，是一种使用了氟取代聚乙烯中所有氢原子的人工合成高分子材料。这种材料具有抗酸抗碱、抗各种有机溶剂的特点，几乎不溶于所有的溶剂，同时，聚四氟乙烯具有耐高温的特点，且具有良好的绝缘性能，包覆有铁氟龙制绝缘层32的碳纤维发热丝定义为单根碳纤维发热单元线31。在本发明的另一个实施例中，所述绝缘层32可采用其他的耐高温绝缘材料制成，比如聚酰亚胺、聚四氟乙烯(PTFE)、改性聚甲醛(POM)等材料。本发明对使用的耐高温绝缘材料的具体种类不作限定。
在本实施例中，所述碳纤维发热单元线31的数量为两根，两根碳纤维发热单元线31并列靠紧设置，并在两根碳纤维发热单元线31的外侧包覆导热保护层33，所述导热保护层33采用耐高温PVC材料制成，PVC学名为聚氯乙烯，英文简称PVC(Polyvinyl chloride)，本发明实施例中的耐高温的温度为120℃-130℃，在本发明的另一个优选实施例中，所述导热保护层33优选采用耐高温CPVC材料制成，CPVC树脂由聚氯乙烯(PVC)树脂氯化改性制得，耐高温的温度可达到150℃。
本发明的碳纤维节能发热模块中发热线3的端部设置有接头4，所述接头4用于与供电接口配合，极大地为接线提供了便利，优选地，接头4与供电接口之间通过密封圈连接，以防止进水，参见图4，在本实施例中，所述接头4中包括第一金属件41和第二金属件42，所述第一金属件41和第二金属件42与发热线3的两端一一对接。
以9.5m的碳纤维线缆为例，现有技术中，采用单根12K规格(12000根碳纤维发热丝)的碳纤维发热单元线31，发热功率约为176W，采用本发明实施例中双根6K规格(6000根碳纤维发热丝)的碳纤维发热单元线31，两根碳纤维发热单元线31发热功率总和降低至140W，大大降低了电能消耗。
本发明实施例提供的碳纤维节能发热模块的发热线采用双根或多根碳纤维发热线替代现有技术中单根碳纤维发热线的制作工艺，在达到相同发热温度的前提下，大大降低了发热功率，节约电能。
实施例2
与实施例1不同的是，本实施例中的碳纤维发热单元线31为三根，每根碳纤维发热单元线31包括4000根碳纤维丝。与现有技术中单根12K规格(12000根碳纤维发热丝)的碳纤维发热线相比，同样可以实现电能消耗的降低。
相对应地，三根碳纤维发热单元线31的碳纤维发热丝均由绝缘层32包裹，导热保护层33裹覆三根碳纤维发热单元线31，其他数量的碳纤维发热单元线31制成的碳纤维节能发热模块在此不一一列举。
实施例3
在本发明的一个实施例中，提供了一种地暖系统，包括地板、供电接口及多个如上述实施例所述的碳纤维节能发热模块，所述供电接口用于向碳纤维节能发热模块的发热线供电，多个碳纤维节能发热模块并排铺设，所述地板铺设在碳纤维节能发热模块上。
本发明实施例提供的地暖系统无需在地板本体上开设排线槽，因此不会出现地板本体因开槽或直接与发热线接触而造成的分层开裂，隔热板的排线槽可以在隔热层成型时形成，而不需要后续开槽，因此，可以在工厂批量生产衬垫，也省去了开槽这一工艺过程，节省人力物力，大大提高了生产效率。另外，在安装地板时，可以将电采暖模块铺设在地面，然后覆盖地板本体，安装方式相比传统的发热地板更加方便。
实施例4
本发明的一个实施例中，提供了一种碳纤维节能发热模块中发热线的制作方法，参见图5，所述方法包括以下步骤：
S1、将绝缘层包覆在多根碳纤维丝的外侧，制成单根碳纤维发热单元线；
S2、将导热保护层包覆在多根碳纤维发热单元线外侧；
S3、裁剪得到发热线。
其中，S1中，所述单根碳纤维发热单元线包括6000根碳纤维丝，所述绝缘层由耐高温绝缘材料制成；S2中，所述导热保护层由耐高温PVC阻燃材料或耐高温CPVC阻燃材料制成，具体说明如上，在此不再赘述。
进一步地，S3之后还包括，在碳纤维节能发热模块的两端与接头连接，所述接头包括两个金属件，所述金属件与发热线的端部一一对接接。
S3中，裁剪得到的发热线的长度与导热板上排线槽的长度相匹配，将裁剪得到的发热线排在排线槽内，发热线的两端均由线槽引出口引出，并接在同一个接头上。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种碳纤维节能发热模块，其特征在于，包括保温板(1)、导热板(2)和发热线(3)，所述导热板(2)设置在保温板(1)的上方，所述发热线(3)排布在所述导热板(2)上，所述发热线包括设置成束状的至少两根碳纤维发热单元线(31)，每根碳纤维发热单元线(31)包括设置成束状的多根碳纤维丝和绝缘层(32)，所述多根碳纤维丝设置在绝缘层(32)内，不同的碳纤维发热单元线(31)的碳纤维丝数量相同或者不同。
2.根据权利要求1所述的碳纤维节能发热模块，其特征在于，所述导热板(2)上设有排线槽(21)，所述发热线(3)设置在排线槽(21)内。
3.根据权利要求1所述的碳纤维节能发热模块，其特征在于，所述发热线(3)还包括导热保护层(33)，所述导热保护层(33)设置在所述至少两根碳纤维发热单元线(31)的外侧。
4.根据权利要求2所述的碳纤维节能发热模块，其特征在于，所述排线槽(21)具有线槽引出口(22)，所述线槽引出口(22)设置在导热板(2)边缘，所述发热线(3)的两端均从所述线槽引出口(22)引出。
5.根据权利要求1所述的碳纤维节能发热模块，其特征在于，所述发热线(3)的两端端部设置有接头(4)，所述接头(4)用于与供电接口配合，所述接头(4)与供电接口密封连接。
6.根据权利要求5所述的碳纤维节能发热模块，其特征在于，所述接头(4)内包括第一金属件(41)和第二金属件(42)，所述第一金属件(41)和第二金属件(42)分别与发热线(3)的两端一一对接。
7.根据权利要求3所述的碳纤维节能发热模块，其特征在于，所述绝缘层(32)由耐高温绝缘材料制成，所述导热保护层(33)由耐高温PVC阻燃材料或耐高温CPVC阻燃材料制成。
8.根据权利要求2所述的碳纤维节能发热模块，其特征在于，所述保温板(1)上设置有凹槽，所述排线槽(21)嵌置在所述凹槽中，所述排线槽(21)为蛇形排布或回形排布。
9.根据权利要求1-8中任意一项所述的碳纤维节能发热模块，其特征在于，所述导热板(2)为金属板、金属箔或者碳晶材料制成的导热膜层。
10.一种地暖系统，其特征在于，包括地板、供电接口及多个如权利要求1-9中任意一项所述的碳纤维节能发热模块，所述供电接口用于向碳纤维节能发热模块的发热线供电，多个碳纤维节能发热模块并排铺设，所述地板铺设在碳纤维节能发热模块上。
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