CN111149423B - 碳毡发热装置及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及碳毡发热装置。根据本发明的实施例的碳毡发热装置，包括：碳毡部，供给电源时放出热；及电源连接部，设置于所述碳毡部两端且可与电源电连接；所述碳毡部的空隙的至少一部分由树脂或聚合物填充。

Description

碳毡发热装置及其制造方法

技术领域

本发明涉及碳毡发热装置及其制造方法。

背景技术

一般，发热体大致分为线状发热体和面状发热体。

所述线状发热体主要利用由镍铬合金丝制造的线圈等发热元件的电阻热，当电流供给到发热元件时产生热，多样地应用于地垫、发热背心等。

这种线状发热体的电热丝之间的间距比较大，因此发热面上的局部温度偏差大，施加过载电流时过热，发生火灾的危险性高。另外，线圈的连接方式同时还发生容易断线的问题。

面状发热体分为利用镍铬合金、铜镍合金、铝等金属的金属发热体和利用碳素材料的非金属发热体。

所述金属发热体作为发热元件使用镍铬合金丝、铁丝、镍丝、镀银铜丝等金属发热体，施加过载电流时，若过热，则有发生火灾的危险性，弯曲应力反复作用时，具有容易断线的问题，耗电量比较大。

所述非金属发热体是利用碳纤维的发热体，为了消除如上所述的由线状发热体、金属发热体构成的面状发热体的问题，将构成发热元件的发热体用碳构成，在纤维或薄膜的表面通过沉积或印刷方式涂敷碳，或将碳丝作为一定间隔的纬纱，将导电丝作为一定间隔的经纱纺织进行制造。

另外，碳由于陶瓷中导电性非常优秀且耐高温的性质，广泛用作发热体。

利用碳纤维的发热体将多个碳纤维排列成特定图案，在碳纤维的两侧端配置电源线，使电源线和碳纤维连接接触，使碳纤维通过施加到电源线的电源功率发热。

碳纤维丝是将有机纤维在惰性气体中加热碳化制造的纤维，通电时引起发热。关于这种技术，已公知有多种方式的制造方法。例如，将包含各种无机矿物质的碳粉糊化并将其涂敷于多股丝纤维丝上来制造的方法，将碳和钨、锰及不锈钢等在高温熔融的状态下拉成丝的方法，将聚丙烯腈纤维碳化制造的方法等。

由所述碳纤维或碳纤维丝构成的碳纤维发热体与金属发热体比较，具有耗电低、通过面状发热的温热舒适度好、升温速度快的优点。这种由碳纤维构成的发热体的情况下，根据配置于碳纤维两侧端的电源线的耐久性及粘接稳定性决定整体发热体的寿命。

这种以碳作为发热源的发热体放射没有空气污染和噪音、卫生且有益于人体的远红外线，广泛使用于温热治疗、健康桑拿、衣物、寑具、暖气建材、用于道路的防结冰积雪、用于干燥农水产物、用于养猪养鸡畜舍、用于化学工厂或气体运输船的管道保温的胶带等，以及下一代居住用暖气材料。

由于上述发热体的复杂的制造工序，具有发热体的结构复杂、发热体的制造成本提高、发热体的设置空间增大的问题。

另外，石墨或碳复合材料是材质相同但物理性质不同的材料，含碳的陶瓷例如碳化硅(SiC)等被用作发热体。

这种碳发热体，在工业现场作为高温真空热处理炉(heat treating furnace)、铸锭生长炉(ingot growing furnace)的发热体使用，作为用于放出高热量的方法，使其形状复杂，以提高电阻。

另外，材质特性方面坚硬且没有挠性，为了制作成适合使用目的的形状，需要进行研磨加工或研削工序，因此具有不容易大量生产、构成提高制造成本的原因的问题。

发明内容

技术课题

作为自然界的现象，放射出所放射的电磁波被物体吸收而加热相应物体的能量的现象被称为辐射热或放射热。

辐射热是指物体直接吸收从物体放射出的电磁波后变成热时的能量，不经过诸如对流、传导等现象，热量直接被传递，因此瞬间产生热的传递。

因此，若将通过电阻发热的发热部形成为包括直线、锯齿形、螺旋形状的多样的形状，或者隔开一定间隔相对放置，则在两个对象体之间以一定以上的温度发热。

本发明的目的在于，提供一种面状发热体，其将如上所述发生辐射热的原理和结构体现于比较轻量体的碳毡，能够以多样的形状和样子制造发热体，由此可以应用于多样的应用领域，可以在宽范围的面积上体现均匀的热分布率，以较少的电功率也可以实现作为发热体的目的。

本发明的其它目的在于，提供一种面状发热休，利用具有远红外线放射效果的碳毡，不仅提供从发热部的上下左右全部方向发热的优异的暖气效果，而且提供有益于人体的效果。

本申请的课题不限于以上提及的课题，可以根据下面的记载使普通技术人员清楚地理解未提及的其它课题。

课题解决方案

根据本发明的一方面，碳毡发热装置包括：碳毡部，供给电源时放出热；及电源连接部，设置于所述碳毡部两端且可与电源电连接；所述碳毡部的空隙的至少一部分由聚合物填充，该碳毡发热装置还可以包括护框，所述护框具有与所述碳毡部的形状对应的孔或槽，用于插入所述碳毡部，所述护框的内侧面与碳毡部的侧面接触。

所述聚合物填充所述空隙越多，可越减少所述碳毡部的破碎程度。

裸露于所述护框的外部的所述碳毡部的表面和所述护框的外侧面可以形成防水性绝缘层。

根据本发明的一方面的碳毡发热装置，还可以包括配置于所述防水性绝缘层上的基材部。

所述碳毡部及所述电源连接部可以由防水性绝缘物质包围。

根据本发明的一方面的碳毡发热装置，还可以包括电池部，所述电池部电连接于所述电源连接部，供给所述电源。

根据本发明的一方面的碳毡发热装置，还可以包括无线充电模块，所述无线充电模块对所述电池部充电。

根据本发明的一方面的碳毡发热装置，还可以包括第一磁铁连接器，所述第一磁铁连接器与所述电池部电连接；所述第一磁铁连接器可在与充电用电源电连接的第二磁铁连接器上装拆，以便将所述充电用电源供给到所述电池部。

在所述碳毡部可以形成有孔。

所述碳毡部可以包括多个单位碳毡，所述多个单位碳毡与所述电源串联或并联连接。

根据本发明的其它方面，碳毡发热装置的制造方法包括以下步骤：将碳毡浸渍于聚合物分散溶液中的步骤；将聚合物填充于空隙的所述碳毡进行干燥的步骤；在填充有所述聚合物的所述碳毡的两端设置电源连接部的步骤；及向具有与所述碳毡部的形状对应的孔或槽的护框插入所述碳毡部的步骤，所述护框内侧面与碳毡部的侧面接触。

本发明具有如下的效果：

本发明的发热体为轻量体且利用碳毡，具有加工性和移动性良好的效果。

另外，将电阻和产生辐射热的原理和结构体现于比较轻量体的碳毡上，可以在宽范围的面积上显示均匀的热分布率，从上下左右所有方向放射出热，从而以较少的电功率也可以实现作为发热体的目的。

另外，碳毡被制造的状态，即，利用软毡或硬毡，需要挠性变形的情况下使用软毡，不需要变形的情况下使用硬毡，可以将发热体制造成想要的多样的形状和样子，具有可使用于多样的应用领域的效果。

另外，通过从碳毡大量放射的远红外线效果，具有优异的暖气效果，并且具有激活人体细胞组织且促进新陈代谢的效果。

本申请的效果不限于以上提及的效果，普通技术人员可以根据下面的记载清楚地理解未提及的其它效果。

附图说明

图1至图3表示根据本发明的实施例的碳毡发热装置。

图4表示供给电源时基于树脂或聚合物的有无的碳毡部的温度变化。

图5a及图5b表示根据本发明的实施例的碳毡发热装置的碳毡部和护框的一例。

图6表示具备防水性绝缘层及基材部的护框及碳毡部的剖面。

图7表示由防水性绝缘物质包围的护框及碳毡部的剖面。

图8及图9表示根据本发明的实施例的碳毡发热装置的变形例。

具体实施方式

下面，参照附图详细说明本发明的实施例。附图说明用于更容易地公开本发明的内容，对于普通技术人员来说，本发明的范围不限于附图的范围是显而易见的。

另外，在本申请中使用的术语仅用于说明特定的实施例，不意图限定本发明。在上下文中未清楚表明的情况下，单数表达包括复数的表达。

本申请中，“包括”或“具有”等术语是用于指定说明书上记载的特征、数字、步骤、动作、构成因素、部件或它们的组合存在，不是预先排除一个或其以上的其它特征或数字、步骤、动作、构成要素、部件或它们的存在或附加可能性。

图1至图3表示根据本发明的实施例的碳毡(felt)发热装置。如图1至图3所示，根据本发明的实施例的碳毡发热装置包括碳毡部110及电源连接部130。

碳毡部110在供给电源时放出热。碳毡部110可以通过以适当长度切割碳纤维并将切割的碳纤维经过普梳(carding)工序及针刺(needling)工序形成。

电源连接部130设置于碳毡部110两端且能够与电源电连接。电源连接部130可以由设置于碳毡部110且具有导电性的诸如铜或铝等材质构成。如图1所示，在电源连接部130可以连接用于电源供给的导线131。

在这种碳毡部110存在空隙，由于碳毡部110的特性，碳毡部110具有在轻微力作用下也容易破碎的性质。为了防止这种现象，根据本发明的实施例的碳毡发热装置的情况下，碳毡部110的空隙的至少一部分可以由树脂或聚合物填充。

这样，碳毡部110的空隙用树脂或聚合物填充，从而减少碳毡部110的破碎，处理性变好，可以制造多样的形状及厚度的碳毡部110。

例如，如图1所示，碳毡部110包括多个弯曲部111，可以具有褶皱形状。如图2所示一侧具有凹陷形状，或如图3所示可以具有闭合曲线形状。这时，图3中，碳毡部110由硬质毡构成，硬质毡比软质毡更能适应高温。

软质毡配置于充满甲烷气体的高温真空炉中时，甲烷气体的氢燃烧而消失，碳成分浸渍于软质毡，从而可以制造硬质毡。

碳毡部110的形状不限于图1至图3所示的形状。

如上所述，随着碳毡部110的形状多样地形成，碳毡部110的侧面113弯曲为相对。

图4表示供给电源时基于树脂或聚合物的有无的碳毡部110的温度变化。碳毡部110分为a至g区域，对各区域测量了随着电源供给的碳毡部110的温度。在碳毡部110施加了5V的电压，测量到基于施加电压的碳毡部110的电流。在这种条件下，测量4次碳毡部110的各区域的温度及电流。

如图4所示，可知本发明的碳毡部110的温度比一般的碳毡部110更高，消耗的电流更小。根据这种实验结果，可知本发明的碳毡部110与未填充树脂或聚合物的一般的碳毡部110相比，利用少的耗电量放射出更多热量。

另外，树脂或聚合物填充空隙越多，越减少碳毡110的破碎程度。因此，根据设置碳毡部110的产品及装置的特性或设计条件，调节树脂或聚合物的量，从而可以提供具有期望的水平的耐久性的碳毡部110。

不仅如此，碳毡部110的柔韧性程度可能随着树脂或聚合物的量而不同，因此可以提供具有适合产品及装置特性或设计条件等的柔韧性的碳毡部110。

图5a及图5b表示根据本发明的实施例的碳毡发热装置的碳毡部110和护框的一例。如图5a及图5b所示，根据本发明的实施例的碳毡发热装置还可以包括护框150，所述护框150具有与碳毡部110的形状对应的孔或槽，以便可以插入碳毡部110。这时，护框150的材质可以是EVA(Ethylene Vinyl Acetate(乙烯-醋酸乙烯酯))、聚氨酯泡沫、无纺布、海绵等，但是不限于此。

护框150使碳毡部110与周边环境电绝缘。如上所述，填充有树脂或聚合物的碳毡部110的破碎少且具有柔韧性，可以制造成多样的形态。因此，碳毡部110的侧面113弯曲为相对置时，难以在侧面113涂敷绝缘物质。

护框150具有与对多样形状的碳毡部110的形状对应的孔或槽，因此，护框150的内侧面与碳毡部110的侧面113接触，由此可以构成对碳毡部110的绝缘。

另外，如图5b所示，即使碳毡部110插入于护框150，碳毡部110的一部分表面和护框150的外侧面可能曝露于外部，随之绝缘性及防水性可能恶化。

为了防止这种现象，如图6所示，曝露于护框150的外部的碳毡部110的表面和护框150的外侧面上可以形成防水性绝缘层170。防水性绝缘层170可能对于来自外部的压力或外部环境脆弱，因此可以在防水性绝缘层170上配置基材部190。

这样的基材部190为诸如无纺布或PU(聚氨酯)或者TPU(热塑性聚氨酯)等的绝缘薄膜的形态，但是不限于此。基材部190的无纺布的热传导率越高越薄，就越能顺畅地传递发出的热。

防水性绝缘层170和基材部190可以通过单独的工序形成，但是也可以在基材部190上预先形成防水性绝缘层170，将基材部190粘贴在护框150及碳毡部110，从而使防水性绝缘层170形成于护框150及碳毡部110上。

与此不同，如图7所示，碳毡部110及电源连接部130可以由防水性绝缘物质210包围。防水性绝缘物质210可以是硅、PU(聚氨酯)等，但是不限于此。

另外，如图1所示，根据本发明的实施例的碳毡发热装置还可以包括电池部230，所述电池部230与电源连接部130电连接而供给电源。电池部230必要时即可充电，可以包括过度充电保护装置(未图示)或用于供给及终止电源的开关部(未图示)。

另外，如图1所示，根据本发明的实施例的碳毡发热装置，还可以包括对电池部230进行充电的无线充电模块250。无线充电模块250可以从无线传送电力的无线充电垫270接收电力对电池230进行充电。

除电池部230以外，通过导线131直接向碳毡部110供给交流商用电源，或者连接交流/直流转换器(未图示)，以将商用电源变换为直流后供给到碳毡部110。

另外，根据本发明的实施例的碳毡发热装置，还可以包括与电池部230电连接的第一磁铁连接器290。第一磁铁连接器290为了将充电用电源供给到电池部230，能够在与充电用电源电连接的第二磁铁连接器310上进行装拆。第一磁铁连接器290和第二磁铁连接器310包含磁性物质，因此可以通过磁力相互粘贴。

另外，如图1及图8所示，可以在碳毡部110形成孔140。

如图9所示，碳毡部110包括多个单位碳毡111，多个单位碳毡111可以与电源串联或并联连接。

另外，根据本发明的实施例的碳毡发热装置的制造方法，包括：将碳毡浸渍于树脂分散容液或聚合物分散溶液中的步骤；将树脂或聚合物填充于空隙的所述碳毡进行干燥的步骤；及在填充有所述树脂或所述聚合物的所述碳毡的两端设置电源连接部的步骤。

树脂分散溶液可以是树脂和能够溶解树脂的溶媒的混合物，聚合物分散溶液可以是聚合物和能溶解聚合物的溶媒的混合物。可以添加用于稳定这种混合物的添加物。

如上所述，说明了根据本发明的实施例，前面说明的实施例以外，可以在不脱离本发明的主旨或范围而具体化为其它特定形态的事实对于本领域的普通技术人员是显而易见的。因此，上述的实施例不应该认为是限制性的，而应该认为是例示性的，因此本发明不限于上述的说明，可以在所附的权利要求的范围及其等同范围内进行变更。

Claims (11)

1.一种碳毡发热装置，其特征在于，包括：

碳毡部(110)，供给电源时放射热；及

电源连接部(130)，设置于所述碳毡部(110)两端，可与电源电连接；

所述碳毡部(110)的空隙的至少一部分由聚合物填充，

该碳毡发热装置还包括护框(150)，所述护框(150)具有与所述碳毡部的形状对应的孔或槽用于插入所述碳毡部(110)，所述护框(150)的内侧面与碳毡部(110)的侧面(113)接触。

2.如权利要求1所述的碳毡发热装置，其特征在于，

所述聚合物填充所述空隙越多，越减少所述碳毡部(110)的破碎程度。

3.如权利要求1所述的碳毡发热装置，其特征在于，

裸露于所述护框(150)外部的所述碳毡部表面和所述护框(150)的外侧面上形成防水性绝缘层(170)。

4.如权利要求3所述的碳毡发热装置，其特征在于，

还包括基材部(190)，所述基材部(190)配置于所述防水性绝缘层(170)上。

5.如权利要求1所述的碳毡发热装置，其特征在于，

所述碳毡部(110)及所述电源连接部(130)被防水性绝缘物质(210)包围。

6.如权利要求1所述的碳毡发热装置，其特征在于，

还包括电池部(230)，所述电池部(230)电连接于所述电源连接部(130)，供给所述电源。

7.如权利要求6所述的碳毡发热装置，其特征在于，

还包括无线充电模块，所述无线充电模块对所述电池部充电。

8.如权利要求6所述的碳毡发热装置，其特征在于，

还包括第一磁铁连接器(290)，所述第一磁铁连接器与所述电池部电连接；

所述第一磁铁连接器可在与充电用电源电连接的第二磁铁连接器(310)上装拆，以便将所述充电用电源供给到所述电池部。

9.如权利要求1所述的碳毡发热装置，其特征在于，

在所述碳毡部形成有孔(140)。

10.如权利要求1所述的碳毡发热装置，其特征在于，

所述碳毡部包括多个单位碳毡，所述多个单位碳毡与所述电源串联或并联连接。

11.一种碳毡发热装置的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

将碳毡浸渍于聚合物分散溶液中的步骤；

将聚合物填充于空隙的所述碳毡进行干燥的步骤；

在填充有所述聚合物的所述碳毡的两端设置电源连接部的步骤；及

向具有与所述碳毡部的形状对应的孔或槽的护框插入所述碳毡的步骤，

所述护框(150)的内侧面与碳毡部(110)的侧面(113)接触。

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