CN111343735A - 一种石墨烯理疗发热板及多功能理疗取暖器 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种石墨烯理疗发热板，其特征在于，所述发热板包括石墨烯透明电热膜和散热板，所述石墨烯透明电热膜包括绝缘保护层、石墨烯发热层和设置在石墨烯发热层表面的电极，所述散热板包括贴膜区和涂层区。本公开还提供了一种基于石墨烯理疗发热板的理疗取暖器，所述取暖器包括发热组件和对流组件，所述发热组件包括一个或多个上述任一种的发热板。本公开的石墨烯理疗发热板和取暖器，具有发热均匀、发热功率密度大、抗老化、加热迅速、运转噪音低等优异性能。

Description

一种石墨烯理疗发热板及多功能理疗取暖器

技术领域

本公开涉及室内发热设备，具体涉及一种具有理疗功能的石墨烯理疗发热板，以及一种石墨烯理疗取暖器。

背景技术

石墨烯、碳晶等远红外发热膜，共同的加热原理是红外热辐射，那么散热对于这种会造成局部过热的取暖结构非常重要。如果热量不能及时扩散，不但不能达到对外部空间的预期加热作用，而且远红外发热膜会过温脱胶，造成不可逆损坏。

目前行业内普遍使用的产品结构简单，采用牺牲功率降低温度的方法，确保使用稳定。作为以取暖为目的的加热组件，显然功能性不达标。如果不能把热量及时散发出来，发热膜本身易损坏。同时，由于使用了密封组件，更加剧了散热量小、散热慢的问题。

因此，如何解决远红外发热体散热慢、寿命短、功率低的问题成为了远红外取暖行业内普遍的难题。现有技术的取暖产品通常将组件封在内部，所发射的远红外光波并不能照射到人体起到理疗作用。

本公开的目标是设计一种石墨烯理疗发热组件实现快速发热、任意功率、安全稳定、功能多变、真实理疗效果。

石墨烯是一种新型纳米材料，是一种二维层状、单原子厚度的碳单质，由sp²杂化的碳原子在二维平面上有序排列而成。独特的结构赋予了石墨烯优异的电学、光学、机械和热学性能，是目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的新型纳米材料，导电性能比普通导电介质高出80％。石墨烯发热膜是百分之百的碳，产生的远红外辐射有良好的医疗理疗作用。通电后的石墨烯发热膜中的碳分子做“布朗运动”，在产生热量的同时，会产生85％左右的远红外线来辐射热量。这是最适宜人体的6-14μm生命光波。

发明内容

本公开的目的在于提供一种用于室内发热设备的石墨烯理疗发热板，具有发热均匀、发热功率密度大、阻燃抗老化、绝缘防水等优异性能。

本公开的另一个目的在于提供一种石墨烯理疗取暖器，具备功率可调、加热安全快捷、适用多种环境、运转噪音答复降低的特点。

具体来讲，本公开提供了一种石墨烯理疗发热板，其特征在于，所述发热板包括石墨烯透明电热膜和散热板，所述石墨烯透明电热膜包括绝缘保护层、石墨烯发热层和设置在石墨烯发热层表面的电极，所述石墨烯发热层括石墨烯材料，所述绝缘保护层选自聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)材料、聚酰亚胺(PI)材料中的一种或多种。

优选地，上述的发热板，其中，所述电极为银浆电极；优选地，所述电极为平行电极；更优选地，所述电极平行设置在石墨烯发热层一侧表面的两边。

优选地，上述的发热板，其中，所述石墨烯发热层包括1层或多层石墨烯材料；优选地，所述石墨烯发热层包括1-2层石墨烯材料；优选地，所述石墨烯材料通过化学气象沉积法制备。

优选地，上述的发热板，其中，所述石墨烯透明电热膜贴附于所述散热板；优选地，所述石墨烯透明电热膜通过环氧树脂胶贴附于所述散热板。

优选地，上述的发热板，其中，所述散热板包括贴膜区和涂层区；所述贴膜区用于贴附所述石墨烯透明电热膜，所述涂层区为除了贴膜区以外的散热板其他全部区域；优选地，所述贴膜区经过预处理，以提高散热板工作温度上限和/或减少散热板对红外光的反射，并保留散热板的热传导性；优选地，所述涂层区通过涂料涂层，以增加散热面积和/或减少对红外光的反射。

优选地，所述散热板为铝合金板。

优选地，上述的发热板，其中，所述贴膜区经过预处理，包括选自铣削加工、喷砂处理、拉丝处理、蚀刻加工、镭射加工中的一种或多种；所述涂层区的涂料选自阳极氧化涂层、石墨烯散热涂料中的一种或多种。

本公开还提供了一种石墨烯理疗取暖器，其特征在于，所述取暖器包括发热组件和对流组件，所述发热组件包括一个或多个上述任一种的发热板。

优选地，上述的取暖器，其中，所述对流组件包括一个或多个轴流风扇，优选地，所述轴流风扇为直流四线控速风扇。

优选地，上述的取暖器，其中，所述轴流风扇的壳体为石墨烯橡胶材料。

优选地，上述的取暖器，其中，所述轴流风扇的扇叶大小和角度经过调整和选择，使得扇叶与风扇壳体之间的反冲噪音降低。

本公开的有益效果包括：

本公开的石墨烯理疗发热板，其产生的远红外线波长为6-14μm，和人体一致，是理疗效果最佳的光波，其放射的远红外线直接照射人体，以实现理疗效果。

本公开的石墨烯理疗取暖器，通过调整工作的石墨烯理疗发热板的数目，实现功率可调，可以大功率取暖，其他远红外发热产品无法做到。同时，由于采用了散热板、对流组件的二级散热结构，其加热速度是其他远红外发热产品至少6倍。

本公开的石墨烯理疗取暖器，防水，不怕灰尘油污，可以在浴室厨房卧室等任何环境使用；同时，由于特殊的结构设计，本公开的取暖器使用时不限制方向，可以卧倒做底面暖风，可以壁挂做墙面暖风，可以立式做空气循环暖风。

本公开的石墨烯理疗取暖器，其对流组件可以采用石墨烯橡胶材质降噪，使用噪音远低于行业标准，噪音为同行业产品1/3。

本公开的石墨烯理疗取暖器，可以采用石墨烯透明电热膜发热、石墨烯涂层散热、石墨烯橡胶降噪，做到了由石墨烯材料完成全部功能性，实现了真正意义的纯石墨烯理疗发热取暖器的制备，极大提高了石墨烯材料的产业应用价值。

附图说明

图1为本公开的石墨烯理疗取暖器的结构图

图2为本公开的石墨烯理疗发热组件的组装图

图3为本公开的石墨烯理疗发热板的结构图

图4A为本公开的石墨烯透明电热膜的外观图

图4B为本公开的石墨烯透明电热膜的结构图

图5为本公开的散热板结构图

图6为本公开的对流组件结构图

图中的标识分别为：1-理疗区域；2-加热区域；3-绝缘保护层；4-石墨烯发热层；5-银浆电极；6-石墨烯电热膜；7-散热板；8-贴膜区；9-涂层区；10-轴流风扇；11-发热组件；12-对流组件；13-外壳。

具体实施方式

I.定义

下面将结合附图对本公开的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，基于本公开中的具体实施方式，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方式，都属于本公开保护的范围。

需要注意的是，本文所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。

未特别指明时，术语“正面”、“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。

术语“石墨烯”或“单层石墨烯”指的是仅一层碳原子以sp²杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料，包括掺杂或不掺杂的石墨烯。

“石墨烯透明电热膜”以大尺寸石墨烯为发热层。通常来说，只有较大尺寸(例如2cm×2cm，10cm×20cm)的石墨烯作为发热材料才能制得透明的石墨烯电热膜，而小尺寸(例如毫米级或微米级)的石墨烯微片通过堆叠形成的石墨烯膜片透光率很低，一般只能制成黑膜。通过调整石墨烯电热膜中的石墨烯层数，可以改变石墨烯电热膜的阻值，从而调整发热功率。

可选地，大尺寸的石墨烯可采用化学气相沉积法(Chemical Vapor Deposition，CVD)制备，透明石墨烯电热膜可通过CN105517215B的方法制备。

可选地，所述透明石墨烯电热膜包括绝缘保护层、石墨烯发热层和设置在石墨烯发热层表面的电极，其中，所述石墨烯发热层为石墨烯，所述石墨烯发热层和所述电极位于所述绝缘保护层内。可选地，所述石墨烯发热层为1～10层石墨烯。可选地，所述石墨烯发热层为1～5层石墨烯。可选地，所述石墨烯发热层为1～2层石墨烯。

II.本公开的优选实施方案

本公开的目的在于提供一种石墨烯理疗发热板，其特征在于，所述发热板包括石墨烯透明电热膜和散热板。

在一个优选的实施方案中，所述石墨烯透明电热膜包括绝缘保护层、石墨烯发热层和设置在石墨烯发热层表面的电极。

在一个优选的实施方案中，所述石墨烯发热层包括石墨烯材料。

在一个优选的实施方案中，所述绝缘保护层选自聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)材料、聚酰亚胺(PI)材料中的一种或多种。

在一个优选的实施方案中，所述电极为银浆电极。

在一个优选的实施方案中，所述电极为平行电极，优选地，所述电极平行设置在石墨烯发热层一侧表面的两边。

本公开的石墨烯透明电热膜，整体发热均匀、功率密度大，具有温度高、阻燃，抗老化，绝缘，防水等优异性能。

在一个优选的实施方案中，所述石墨烯发热层包括1层或多层石墨烯材料，优选地，所述石墨烯发热层包括1-2层石墨烯材料；优选地，所述石墨烯材料通过化学气象沉积法制备。

在一个优选的实施方案中，所述石墨烯透明电热膜贴附于所述散热板，优选地，所述石墨烯透明电热膜通过环氧树脂胶贴附于所述散热板。

在一个优选的实施方案中，所述散热板为铝合金板，例如6063铝合金板。

在一个优选的实施方案中，所述散热板包括贴膜区和涂层区，所述贴膜区用于贴附所述石墨烯透明电热膜，所述涂层区为除了贴膜区以外的散热板其他全部区域。

优选地，所述贴膜区经过预处理，以提高散热板工作温度上限和/或减少散热板对红外光的反射并保留散热板的热传导性；优选地，所述贴膜区经过预处理，包括选自铣削加工、喷砂处理、拉丝处理、蚀刻加工、镭射加工中的一种或多种，更优选地，所述贴膜区经过预处理，包括选自铣削加工、喷砂处理中的一种或多种，最优选地，所述贴膜区经过预处理，包括选自铣削加工和喷砂处理。

本公开的散热板，经过贴膜区的预处理，使得贴附剂、散热板的高温形变可以与石墨烯透明发热膜相匹配，以提高工作温度上限，采用的例如喷砂处理方法时，还可以改善散热板的镜面反射结构，减少反射的红外光比例，从而扩大散热效果，这种设计有效的避免了石墨烯透明电热膜热量过于集中的缺陷，延长了电热膜的使用寿命。另外，这种物理加工的方式仍使得了散热板的材质外露，扩大了接触面积，充分保留了散热板的热传导性能。

优选地，所述涂层区的涂料选自阳极氧化涂层、石墨烯散热涂料中的一种或多种。

本公开的散热板，经过涂层区的涂层处理，首先可以增加了散热面积，进一步增效散热；其次，在散热板并列放置的情况下，后面一张散热板上面贴附的石墨烯透明电热膜的红外辐射会照射到前一张散热板上，此时，涂层可以屏蔽掉前一张散热板的镜面反射，以减少镜面反射对石墨烯透明电热膜的反作用影响，减少了透明电热膜的局部过热的情况，以增加透明电热膜的工作温度上限和使用寿命，还可以将整体散热模式由红外辐射转化为热交换，实现预散热的目的；另外，涂层后，可以阻隔散热板表面氧化作用，改善热力学老化，即使在淋水或潮湿环境，依然能够保证工作效果和寿命的稳定，而采用本公开的散热板的石墨烯理疗发热板，可以广泛应用于不同环境下。

本公开的另一个目的在于提供一种石墨烯理疗取暖器，其特征在于，所述取暖器包括发热组件和对流组件，所述发热组件包括一个或多个本公开所述的发热板，所述发热板可以根据需要选择不同的数量和/或排列方式，已实现额定功率的增减，同时由于发热组件的每一片发热板之间独立工作，因而还可以根据需求实现工作功率的调整。

本公开的发热组件通过其功率可调的功能，同时满足了追求省电(低功率)和追求速热(高功率)的双重功效。同时，本公开的取暖器发热组件由于可以含有一个或多个具有特制结构的所述石墨烯理疗发热板，其环境适应性广，防潮防水、任意倾覆，外形厚度尺寸灵活可变。

在一个优选的实施方案中，本公开取暖器的发热组件和对流组件共同接入控制电路，实现一体化控制。

在一个优选的实施方案中，本公开取暖器的发热组件和对流组件分别控制电路，以实现分别控制。

在一个优选的实施方案中，所述对流组件包括一个轴流风扇。

在一个优选的实施方案中，所述对流组件包括多个轴流风扇，轴流风扇配成一排，形成具有强制对流功能的轴流风扇组。

在一个优选的实施方案中，所述轴流风扇为直流四线控速风扇，将风速调整为可完成散热要求的最低风速，最大化地降低摩擦噪音。

在一个优选的实施方案中，所述轴流风扇为石墨烯轴流风扇，所述石墨烯轴流风扇的壳体使用的石墨烯橡胶材料，有别于传统的PVC材料，石墨烯橡胶材料可以吸收反冲噪音，吸收壳体共振，使风扇达到静音运转。

在一个优选的实施方案中，所述轴流风扇的扇叶大小和角度经过调整和选择，使得扇叶与风扇壳体之间的反冲噪音降低，调整和选择的参数依据选择的轴流风扇的规格和尺寸有所不同，例如某些情况下，扇叶与风扇壳体空隙应小于3mm，或小于2.5mm，或小于2mm，或小于1.5mm，或小于1mm；又如某些情况下，扇叶倾斜角度应小于60°，或小于55°，或小于50°，或小于45°，或小于40°，具体调整和选择的数值，本领域技术人员可以依据常规手段确定，以使扇叶与风扇壳体之间的反冲噪音降至最低。

本公开的取暖器，发热组件中的石墨烯透明电热膜通电后，产生的热量需要经过散热板、对流组件的二次散热过程，具体为：热量首先经过特制的(包含石墨烯涂层、洗削加工、喷砂处理等工序)的散热铝板进行预散热，将散热面积加大，降低局部高温，保护石墨烯发热膜片在220V高电压下稳定持续输出热量；随后，预散热后由轴流风扇制造的定向气流进行强制散热，空气定向流过大面积的散热板，将预散热过程中已被分散的热量均匀带走，整个工作过程环环相扣，高效稳定，同时定向轴流的风扇组也为室内空间提供了空气循环的动力，使加热后的空气快速传播，冷空气持续吸入，室温上升效果显著。

实施例1：石墨烯透明电热膜

一种石墨烯理疗发热板，使用石墨烯透明电热膜6(图4A)作为发热材料，整体结构包括绝缘保护层3、石墨烯发热层4和设置在石墨烯发热层表面的银浆电极5，所述绝缘保护层3为PEN材料或PI材料，所述银浆电极5平行设置于所述石墨烯发热层一侧表面的两边(图4B)，所述石墨烯发热层4包括2层石墨烯原子层，所述石墨烯原子层通过CVD沉积法获得。

实施例2：石墨烯理疗发热板

一种石墨烯理疗发热板，包括石墨烯透明电热膜6(图4A-B)和散热板7(图5)，所述散热板7包括贴膜区8和涂层区9，所述散热板7为6063铝合金板，所述石墨烯透明电热膜6通过环氧树脂胶贴附于散热板7的贴膜区8。

所述散热板7的贴膜区8预先进行预处理，本实施例中选择铣削加工和喷砂处理，以破坏表面镜面反射并保留6063铝合金的材质特性。这种加工的作用表现在三个方面：首先，在使用环氧树脂胶贴附膜片后，铝合金、环氧树脂、石墨烯透明电热膜三者的高温延展性不同，铣削加工可以改善表面力学结构，使得环氧树脂、6063铝合金散热板的高温形变可以与石墨烯透明电热膜相匹配，提高工作温度上限；其次，石墨烯透明电热膜以红外辐射方式发热，喷砂处理可以改变散热板的镜面反射结构，减少反射红外光的比例，从而增多散热板的吸热比例，扩大散热效果，这种设计有效的避免了石墨烯透明电热膜热量过于集中，延长了使用寿命；最后，这种物理加工的方式保留了6063铝合金材质外露，扩大了接触面积，充分利用了6063铝合金良好的热传导性能。

涂层区9是除了贴膜区8以外的其他全部区域，本实施例采用阳极氧化涂层或者石墨烯散热涂料的方式，这种加工的作用表现在三个方面：首先，涂层增加了散热面积，进一步增效散热；其次，本发明的整体组件结构是散热板并列放置，后面一张散热板上面贴附的石墨烯透明电热膜的红外辐射会照射到前一张散热板上，涂层屏蔽掉了镜面反射对石墨烯透明电热膜的反作用影响，减少了石墨烯透明电热膜的局部过热，增加膜片的工作温度上限和使用寿命，还可将整体散热模式由红外辐射转化为热交换，实现预散热的目的；最后，涂层可以阻隔散热板表面氧化，改善热力学老化，即使淋水和潮湿环境，依然保证工作效果和寿命的稳定，基于该石墨烯理疗发热板的石墨烯理疗发热组件可以广泛应用于不同环境下。

实施例3：石墨烯理疗取暖器

一种石墨烯理疗取暖器，可通过将一张石墨烯透明电热膜6(图4A-B)通过环氧树脂胶贴附在一张散热板7(图5)的贴膜区8，形成了石墨烯发热板(图3)，该石墨烯发热板作为本公开取暖器发热组件11的最小结构单元，这样的最小结构单元按照不同需求并列排列，即成本公开的石墨烯理疗取暖器的发热组件11(图2)。

测试中，通过增减石墨烯理疗发热板的数目，以将发热组件11(图1)的功率定额搭配至额定2000W。此时，连通220V交流电压，仅用时30分钟，便可将40m²普通公寓式房间的空间温度由18℃升至24℃。对比行业内其他红外加热产品，其加热12小时，空间温度仅由18℃升至21℃。因此，显然本发明成功的解决了石墨烯发热膜散热难、寿命短、功率低、发热慢的问题。

另外，该石墨烯理疗取暖器(图1)，还包括对流组件12和外壳13，本实施例选择合适尺寸的石墨烯轴流风扇10排成一排，形成具备对流功能的轴流风扇组(图6)。所述轴流风扇10为12V直流四线控速风扇，壳体材料选择石墨烯橡胶材料，即石墨烯轴流风扇，并对扇叶大小和角度进行了调整。

由于本发明采用强制对流散热，动力源即是噪音源。且噪音主要包含三部分：

1)定向流动的空气与发热组件摩擦产生的摩擦噪音；

2)扇叶与风扇壳体之间空隙造成的反冲噪音；

3)壳体的共振噪音。

因此，本实施首先在风扇选择上选择12V直流四线控速风扇，将风速调整为可完成散热要求的最低风速，极限降低摩擦噪音；其次调整扇叶大小和角度，与壳体达到较完美配合，降低反冲噪音；最后，采用壳体为石墨烯橡胶材料的石墨烯轴流风扇，有别于传统的PVC材料，石墨烯橡胶材料可以吸收反冲噪音以及吸收壳体共振，使风扇达到静音运转。经测试，发热组件的运转噪音实际测量为25dB，远低于行业内普遍的60dB。

Claims (10)

1.一种石墨烯理疗发热板，其特征在于，所述发热板包括石墨烯透明电热膜(6)和散热板(7)，所述石墨烯透明电热膜(6)包括绝缘保护层(3)、石墨烯发热层(4)和设置在石墨烯发热层表面的电极(5)，所述石墨烯发热层(4)包括石墨烯材料，所述绝缘保护层(3)选自聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)材料、聚酰亚胺(PI)材料中的一种或多种。

2.根据权利要求1所述的发热板，其中，所述电极(5)为银浆电极；优选地，所述电极(5)为平行电极；更优选地，所述电极(5)平行设置在石墨烯发热层(4)一侧表面的两边。

3.根据权利要求2或3所述的发热板，其中，所述石墨烯发热层(4)包括1层或多层石墨烯材料；优选地，所述石墨烯发热层(4)包括1-2层石墨烯材料；优选地，所述石墨烯材料通过化学气象沉积法制备。

4.根据前述任一项权利要求所述的发热板，其中，所述石墨烯透明电热膜(6)贴附于所述散热板(7)；优选地，所述石墨烯透明电热膜(6)通过环氧树脂胶贴附于所述散热板。

5.根据前述任一项权利要求所述的发热板，其中，所述散热板(7)包括贴膜区(8)和涂层区(9)；优选地，所述贴膜区(8)经过预处理，以提高散热板工作温度上限和/或减少散热板对红外光的反射，并保留散热板的热传导性；优选地，所述涂层区(9)通过涂料涂层，以增加散热面积和/或减少对红外光的反射；优选地，所述散热板(7)为铝合金板。

6.根据前述任一项权利要求所述的发热板，其中，所述贴膜区(8)经过预处理，包括选自铣削加工、喷砂处理、拉丝处理、蚀刻加工、镭射加工中的一种或多种；所述涂层区(9)的涂料选自阳极氧化涂层、石墨烯散热涂料中的一种或多种。

7.一种石墨烯理疗取暖器，其特征在于，所述取暖器包括发热组件(11)和对流组件(12)，所述发热组件(11)包括一个或多个权利要求1-6任一项所述的发热板。

8.根据权利要求7所述的取暖器，其中，所述对流组件(12)包括一个或多个轴流风扇(10)，优选地，所述轴流风扇(10)为直流四线控速风扇。

9.根据前述任一项权利要求所述的取暖器，其中，所述轴流风扇(10)的壳体为石墨烯橡胶材料。

10.根据前述任一项权利要求所述的取暖器，其中，所述轴流风扇(10)的扇叶大小和角度经过调整和选择，使得扇叶与风扇壳体之间的反冲噪音降低。

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