CN111345698A - 一种便携式加热容器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种便携式加热容器，包括有外壳(1)以及设于外壳(1)内的内胆(2)，其特征在于：所述的外壳(1)和内胆(2)之间安装有发热片(4)，该发热片(4)的一面为发热面，另一面为绝缘面，所述发热面表面任意两点之间的温差不超过2℃，所述发热面紧贴于所述内胆(2)的外壁，所述绝缘面与外壳(1)内壁的间距为0～1mm。与现有技术相比，本发明的便携式加热容器结构紧凑、加热均匀且效率高。

Description

一种便携式加热容器

技术领域

本发明涉及食物加热技术领域，具体指一种便携式加热容器。

背景技术

便携餐盒是一种提倡个人卫生饮食的餐饮方式，是一种有效避免聚集式餐饮所带来食品卫生及病毒/菌感染的方法。除了保温之外，市面上也开始出现可自加热并且可重复使用的小型餐盒或小型炊具。大概分为如下三类：

(1)无源加热方式，采用双层结构，通过在夹层中添加高温开水，将开水的热量传递给容器内的餐食；

其缺点在于：由于很难在所有场景中获得开水，导致应用场景受限，且加热效率低，并无法避免热量传递过程中的热量损耗；

(2)有源加热方式，采用将隔水炖锅做小或改造便携外形的思路，利用PTC导电陶瓷将水加热，隔水将食物加热或保温；

其缺点在于：只是将应用场景变成小厨房而已，且对于该方案来说，要提供额外的水空间，PTC工作时表面温度高，必须距离外壳足够的间距(间距至少为1cm以上)，否则会造成外壳软化或燃烧，因此空间利用率低，另外，考虑到高温水的安全性以及效率的问题，需要较长的加热时间；

(3)有源加热方式，采用包被电阻丝或合金加热薄膜，对内胆内的餐食加热，并在外面包上塑胶外壳，该方式最接近便携概念，如专利申请号为CN201220685701.X(公告号为CN202959190U)的实用新型专利《一种具有加热功能的饭盒》公开了一种具有加热功能的饭盒，包括盒体和盒盖，所述盒体内设有隔板，所述隔板与盒体的底板之间设有加热用的电热丝，所述电热丝上连接有电源插头；

其缺点在于：电阻体的能量密度过高，其绝缘外被或薄膜包覆层易老化破损，导致性能失效或效率降低，且同样需要距离外壳足够的间距(间距至少为1cm以上)，另外，考虑到部件可靠性问题功率不宜太高，需要较长的加热时间。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状，提供一种结构紧凑、加热均匀且效率高的便携式加热容器。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种便携式加热容器，包括有外壳以及设于外壳内的内胆，其特征在于：所述的外壳和内胆之间安装有发热片，该发热片的一面为发热面，另一面为绝缘面，所述发热面表面任意两点之间的温差不超过2℃，所述发热面紧贴于所述内胆的外壁，所述绝缘面与外壳内壁的间距为0～1mm。

优选地，所述发热片的顶面紧贴于所述内胆的底面，将发热片与内胆的接触面积记为S1，将内胆底面的总面积记为S2，S1和S2满足以下关系：S1/S2≥2/3，从而提升有效加热面积，使得内胆受热均匀。

优选地，将所述内胆内部的容积记为V1，将所述外壳占用的体积记为V2，V1和V2满足以下关系：V1/V2＞0.6。可见该加热容器的空间利用率较高。

优选地，所述的发热片包括有

呈片状的导电发热体，该导电发热体的顶面即为所述发热片的发热面；

绝缘骨架，支撑在导电发热体的下方，该绝缘骨架的底面即为所述发热片的绝缘面；以及

阳极电极片和阴极电极片，均与导电发热体相接触。

通过均匀发热的导电发热体和起到隔热作用的绝缘骨架的配合，可以实现发热片一面加热，一面隔热，且绝缘骨架还可以给导电发热体提供支撑作用。

进一步，所述的导电发热体由电热材料在高温高压下固化成型得到，按质量份数计，该电热材料包括有以下原料：

导电添加剂 20～50份；

酚醛树脂 50～80份；

所述导电添加剂和酚醛树脂的平均粒径均为50nm～100μm。

由于导电添加剂和酚醛树脂通过粉末共混方式混合，聚合物预制件中导电添加剂含量可以达到20～50wt％，使其具有良好的导电性能。

再进一步，所述的导电添加剂为石墨烯、石墨微粉、碳化硅微粉、金属粉末中的至少一种。

进一步，所述的绝缘骨架由隔热绝缘材料在高温高压下固化成型得到。其中，所述的隔热绝缘材料为酚醛树脂。当然也可以采用密胺树脂、聚酰亚胺树脂等。

进一步，所述导电发热体的电阻率为1.0×10^-4～9.0×10^-2Ω·m。如果电阻率过低，那么发热导体或是截面积要很小或是长度要很长，截面积很小的话承载的功率必定不高可能会熔断，长度很长则成本高工艺复杂，若电阻率过高，则相反，但是太厚的话影响电热产品的设计，太短的话导致热输出又太集中。

进一步，所述导电发热体的热导率为2.5～15W/m·K。

为了方便绝缘骨架的安装，所述外壳的内壁上凸设有限位凸起，所述绝缘骨架的底面紧贴于所述外壳的内壁，绝缘骨架的底部插设在所述限位凸起围成的空间内。

为了给发热片提供电源，所述的外壳上设置有电源输入接口，所述的外壳和内胆之间还设有控制板，该控制板与所述的电源输入接口、阳极电极片和阴极电极片电连接。

为了方便从内胆内部取放食物，所述内胆的顶部具有开口，所述的外壳包括有用于安装内胆的底座以及覆盖住所述内胆开口的上盖。

为了确保容置腔的密封性，避免热量逸散，所述上盖底面靠近边缘位置处向下凸设有环形凸沿，该环形凸沿的外壁上沿周向开设有安装槽，该安装槽内安装有密封圈，所述内胆靠近开口位置处沿周向开设有限位槽，所述密封圈的外缘插设在该限位槽中并与限位槽的内壁相抵。

与现有技术相比，本发明的优点在于：通过在外壳和内胆之间设置发热片，该发热片的一面为表面任意两点之间的温差不超过2℃的发热面，另一面为绝缘面，其中，发热面紧贴于内胆的外壁，绝缘面与外壳内壁的间距为0～1mm，可见该发热片的发热面均匀发热，可以对内胆均匀加热，且功率密度较低，可以避免热量集中传递到外壳上，因此无需给加热片的绝缘面和外壳之间预留过大的空间，该便携式加热容器结构紧凑、加热均匀且效率高。

附图说明

图1为本发明便携式加热容器的实施例的立体结构示意图；

图2为图1中便携式加热容器的纵向剖视图；

图3为图2中发热片的放大图；

图4为图1中便携式加热容器的立体分解示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1至图4所示，为本发明便携式加热容器的一个优选实施例。该便携式加热容器包括有外壳1、顶部具有开口的内胆2、密封圈3、加热装置和橡胶带6。

其中，外壳1包括有用于安装内胆2的底座12以及覆盖住内胆2开口的上盖13，内胆2的外壁与底座12的内壁之间形成有夹层11。底座12上设置有电源输入接口121，电源输入接口121的的样式可按照需求设置，如可采用type-C接口、micro-USB接口等，底座12的内壁上凸设有限位凸起122；上盖13底面靠近边缘位置处向下凸设有环形凸沿131，该环形凸沿131的外壁上沿周向开设有安装槽1311，上盖13的顶部开设有泄压孔132，该泄压孔132上覆盖有泄压垫133。

内胆2的内部具有供食物放置的容置腔21，内胆2靠近开口位置处沿周向开设有限位槽22。

密封圈3安装在安装槽1311内，且密封圈3的外缘插设在该限位槽22中并与限位槽22的内壁相抵，从而确保容置腔21的密封性，避免热量逸散。

加热装置安装在夹层11中，该加热装置包括有发热片4以及与发热片4电连接的控制板5。

发热片4夹设在内胆2和外壳1之间，该发热片4的一面为发热面，另一面为绝缘面。具体地，发热片4包括有呈片状的导电发热体41、用于支撑导电发热体41的绝缘骨架42以及设于绝缘骨架42上的阳极电极片43和阴极电极片44。导电发热体41顶面任意两点之间的温差不超过2℃，导电发热体41的顶面即为发热片4的发热面，该发热面紧贴于内胆2的底面；绝缘骨架42的底面即为发热片4的绝缘面，该绝缘面与底座12内壁的间距为0～1mm，本实施例中，绝缘骨架42的底面紧贴于底座12内的底面，绝缘骨架42的底部插设在限位凸起122围成的空间内，阳极电极片43和阴极电极片44均与导电发热体41相接触。本实施例中，导电发热体41由电热材料在高温高压下固化成型得到，且电热材料为聚合物预制件；绝缘骨架42由隔热绝缘材料在高温高压下固化成型得到，绝缘骨架422的形状可根据需求设置，如片状、网状等；阳极电极片43、阴极电极片44为抗氧化金属或表面镀镍的金属。

控制板5与电源输入接口121、阳极电极片43和阴极电极片44电连接。

将导电发热体41与内胆2的接触面积记为S1，将内胆2底面的总面积记为S2，S1和S2满足以下关系：S1/S2≥2/3；内胆2的容置腔21的容积记为V1，将外壳1占用的体积记为V2，V1和V2满足以下关系：V1/V2＞0.6。

如图2和图3所示，将导电发热体41长度方向上阳极电极片43和阴极电极片44的直线距离记为l，将导电发热体41的宽度记为w，将导电发热体411的厚度记为h，将导电发热体41的截面积记为S，将导电发热体41的电阻率记为ρ，将导电发热体41的电阻记为R。电极片在5VDC/4A条件下工作，通过欧姆定律计算出R＝1.25Ω，通过电阻率公式计算出ρ＝S×R/l＝w×h×R/l。因此，一方面，可以根据电阻率设计聚合物预制件的组分，然后开模成型；另一方面，已知聚合物预制件材料成型后的电阻率，则可以通过电阻率公式，结合结构需求，计算出最合适的外形，然后开模成型。

橡胶带6限位在外壳1的外侧，避免底座12和上盖13脱离。

本发明还提供了一种上述发热片的制备方法。

实施例1：

(1)聚合物预制件的制备：按质量份数配比，将25份平均粒径为100μm的石墨微粉和75份平均粒径为100μm的酚醛树脂混合，在85℃下充分搅拌直到混合均匀，在20℃下冷却得到预制棒，然后将预制棒进行切割，得到平均粒径为4mm，密度为0.8g/cm³的聚合物预制件，此时，石墨微粉均匀分散在酚醛树脂中；

(2)绝缘骨架的制备：将阳极电极片、阴极电极片和酚醛树脂放置入骨架模具的模腔中，然后将骨架模具合膜，使隔热绝缘材料在150℃、150kg/cm²的条件下固化成型为绝缘骨架，得到带有阳极电极片、阴极电极片的绝缘骨架；

(3)发热片的制备：将带有阳极电极片、阴极电极片的绝缘骨架和聚合物预制件放置入成型模具的模腔中，然后将成型模具合膜，使聚合物预制件在150℃、150kg/cm²的条件下固化成型为电阻率为1.7×10^-2Ω·m、热导率为2.5W/m·K、密度为1.68g/cm³的导电发热体，得到所需的发热片。

实施例2：

(1)聚合物预制件的制备：按质量份数配比，将45份平均粒径为100μm的石墨微粉和55份平均粒径为100μm的酚醛树脂混合，在85℃下充分搅拌直到混合均匀，在20℃下冷却得到预制棒，然后将预制棒进行切割，得到平均粒径为4mm，密度为0.9g/cm³的聚合物预制件；

(2)绝缘骨架的制备：将阳极电极片、阴极电极片和酚醛树脂放置入骨架模具的模腔中，然后将骨架模具合膜，使隔热绝缘材料在145℃、200kg/cm²的条件下固化成型为绝缘骨架，得到带有阳极电极片、阴极电极片的绝缘骨架；

(3)发热片的制备：将带有阳极电极片、阴极电极片的绝缘骨架和聚合物预制件放置入成型模具的模腔中，然后将成型模具合膜，使聚合物预制件在145℃、200kg/cm²的条件下固化成型为电阻率为1.75×10^-3Ω·m、热导率为11W/m·K、密度为1.77g/cm³的导电发热体，得到所需的发热片。

实施例3：

(1)聚合物预制件的制备：按质量份数配比，将50份平均粒径为80μm的镍粉和50份平均粒径为80μm的酚醛树脂混合，在90℃下充分搅拌直到混合均匀，在25℃下冷却得到预制棒，然后将预制棒进行切割，得到平均粒径为8mm，密度为4.0g/cm³的聚合物预制件；

(2)绝缘骨架的制备：将阳极电极片、阴极电极片和酚醛树脂放置入骨架模具的模腔中，然后将骨架模具合膜，使隔热绝缘材料在180℃、300kg/cm²的条件下固化成型为绝缘骨架，得到带有阳极电极片、阴极电极片的绝缘骨架；

(3)发热片的制备：将带有阳极电极片、阴极电极片的绝缘骨架和聚合物预制件放置入成型模具的模腔中，然后将成型模具合膜，使聚合物预制件在180℃、300kg/cm²的条件下固化成型为电阻率为2.4×10^-3Ω·m、热导率为8W/m·K、密度为5.4g/cm³的导电发热体，得到所需的发热片。

实施例4：

(1)聚合物预制件的制备：按质量份数配比，将20份平均粒径为50μm的掺杂碳化硅和80份平均粒径为50μm的酚醛树脂混合，在70℃下充分搅拌直到混合均匀，在25℃下冷却得到预制棒，然后将预制棒进行切割，得到平均粒径为3mm，密度为1.4g/cm³的聚合物预制件；

(2)绝缘骨架的制备：将阳极电极片、阴极电极片和酚醛树脂放置入骨架模具的模腔中，然后将骨架模具合膜，使隔热绝缘材料在120℃、150kg/cm²的条件下固化成型为绝缘骨架，得到带有阳极电极片、阴极电极片的绝缘骨架；

(3)发热片的制备：将带有阳极电极片、阴极电极片的绝缘骨架和聚合物预制件放置入成型模具的模腔中，然后将成型模具合膜，使聚合物预制件在120℃、150kg/cm²的条件下固化成型为电阻率为2.8×10³Ω·m、热导率为2W/m·K、密度为2.3g/cm³的导电发热体，得到所需的发热片。

由上述数据可以看出：导电添加剂的加入量越多，成型后导电发热体的密度越高，电阻率越低，导热率越高。

本申请制得的发热片与现有技术中的薄膜路线板相比，可在相同功率下，实现更小的表面功率密度、更慢的发热速度。

以R＝12Ω，l＝15cm，w＝6cm的发热片为例，假设输入功率P为60W：

(1)下面来理论计算功率密度：

①本发明生产的发热片的功率密度＝P/S＝60/(0.15×0.06)W/m²≈6.7×10³W/m²；

②如采用薄膜路线板，合金薄膜线路的厚度为0.06mm，宽度为2.5mm，电阻率为1.5×10^-6Ω·m，其长度l＝(w×h×R)/ρ＝(2.5×0.06×12×10^-6)/(1.5×10^-6)m＝1.2m；

因此其功率密度＝P/S＝60/(1.2×0.0025)W/m²＝2×10⁴W/m²；

可以看出，相同的热量输出时，合金薄膜的功率密度接近本发明发热片的3倍，表面功率密度越高，温度越高，这种情况下容易导致被加热物体受热不均你，局部变形或焦化，同时薄膜绝缘白料也会经受不住高温而损坏；实际上，15cm×6cm的面积只有1/3面积被利用；

如将上述的薄膜线路板在电阻不变的情况下改为全面发热，唯一的途径是再降低合金薄膜的厚度；

其厚度h＝(l×ρ)/(w×R)＝(0.15×1.5×10^-6)/(0.06×12)m≈0.31×10^-6m；

这个厚度的工艺单独极高，成本也将非常高，在民用领域将难以使用。

(2)下面来理论计算发热速度：

①对于本发明的发热片来说，

当导电发热体的密度为1.7g/cm³，电阻率为1.7×10^-2Ω·，

h＝(ρ×l)/(w×R)＝(1.5×10^-2×0.15)/(0.06×12)m＝0.0031m；

总质量m＝体积×密度＝(15×6×0.31)×1.7g≈48g；

因此，温升ΔT＝Q/(m×C)＝(P×t)/(m×C)，其中，Q为热量，t为时间，C为比热容；

本发明中，导电发热体的比热容大致为1.5J/gK，则发热片每秒的温升ΔT＝(60×1)/(48×1.5)≈0.83℃；

②对于薄膜线路板来说，

其密度大致为7.4g/cm³，比热容大致为0.5J/gK，

因此，总质量m＝(120×0.25×0.006)×1.7g＝1.332g，每秒的温升ΔT＝(60×1)/(1.332×0.5)≈90℃；

可以看出，如果薄膜线路板的对外导热没有处理好，局部温度过快将导致产品的损坏；

综上所述，薄膜线路板产品在实际使用中，因其使用特性，严格地限定了输入功率和使用条件，否则其升温速度过快，来不及控制将导致产品损坏，而对于本发明的发热片而言，电流在导电发热体上的分布是均匀的，并非像电热丝制成的发热片一样电流只在电热丝中流动，导电发热体上的微分功率都是一样的，导电发热体上的热量均匀分布，这样可以避免因局部功率密度过高导致温度过高烤焦被加热物或者其它配件，同时导电发热体材料本身具有较高的导热率，热阻小，因此，本发明的导电发热体可在相同功率下，实现更小的表面功率密度、更大的发热面、更低的热阻。

总的来说，本发明的优点在于：

(1)通过在外壳和内胆之间设置发热片，该发热片的一面为表面任意两点之间的温差不超过2℃的发热面，另一面为绝缘面，其中，发热面紧贴于内胆的外壁，绝缘面与外壳内壁的间距为0～1mm，可见该发热片的发热面均匀发热，可以对内胆均匀加热，且功率密度较低，可以避免热量集中传递到外壳上，因此无需给加热片的绝缘面和外壳之间预留过大的空间，该便携式加热容器结构紧凑、加热均匀且效率高；

(2)通过将阳极电极片、阴极电极片和隔热绝缘材料混合后高温高压固化即可制得带有阳极电极片、阴极电极片的绝缘骨架，该绝缘骨架在与电热材料成型的过程中，可以为电极片提供支撑，且可以在最终制得的发热片中对导电发热体局部进行绝缘和隔热；

(3)通过将导电添加剂和酚醛树脂预制成聚合物预制件，可以将组分的成分固定，保证导电添加剂在酚醛树脂中分散均匀，制备简单，储存过程中不会发生分层或团聚现象，无需再进行预分散即可使用，使用方便；

(4)由于导电添加剂和酚醛树脂通过粉末共混方式混合，聚合物预制件中导电添加剂含量可以达到20～50wt％，使其具有良好的导电性能；

(5)聚合物预制件固化得到的导电发热体呈片状，电流在导电发热体上的分布是均匀的，并非像电热丝制成的发热片一样电流只在电热丝中流动，导电发热体上的微分功率都是一样的，导电发热体上的热量均匀分布，这样可以避免因局部功率密度过高导致温度过高烤焦被加热物或者其它配件，同时导电发热体材料本身具有较高的导热率，热阻小，因此，本发明的导电发热体可在相同功率下，实现更小的表面功率密度、更大的发热面、更低的热阻。

Claims (12)

1.一种便携式加热容器，包括有外壳(1)以及设于外壳(1)内的内胆(2)，其特征在于：所述的外壳(1)和内胆(2)之间安装有发热片(4)，该发热片(4)的一面为发热面，另一面为绝缘面，所述发热面表面任意两点之间的温差不超过2℃，所述发热面紧贴于所述内胆(2)的外壁，所述绝缘面与外壳(1)内壁的间距为0～1mm。

2.根据权利要求1所述的便携式加热容器，其特征在于：所述发热片(4)的顶面紧贴于所述内胆(2)的底面，将发热片(4)与内胆(2)的接触面积记为S1，将内胆(2)底面的总面积记为S2，S1和S2满足以下关系：S1/S2≥2/3。

3.根据权利要求1所述的便携式加热容器，其特征在于：将所述内胆(2)内部的容积记为V1，将所述外壳(1)占用的体积记为V2，V1和V2满足以下关系：V1/V2＞0.6。

4.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的便携式加热容器，其特征在于：所述的发热片(4)包括有

呈片状的导电发热体(41)，该导电发热体(41)的顶面即为所述发热片(4)的发热面；

绝缘骨架(42)，支撑在导电发热体(41)的下方，该绝缘骨架(42)的底面即为所述发热片(4)的绝缘面；以及

阳极电极片(43)和阴极电极片(44)，均与导电发热体(41)相接触。

5.根据权利要求4所述的便携式加热容器，其特征在于：所述的导电发热体(41)由电热材料在高温高压下固化成型得到，按质量份数计，该电热材料包括有以下原料：

导电添加剂 20～50份；

酚醛树脂 50～80份；

所述导电添加剂和酚醛树脂的平均粒径均为50nm～100μm。

6.根据权利要求5所述的便携式加热容器，其特征在于：所述的导电添加剂为石墨烯、石墨微粉、碳化硅微粉、金属粉末中的至少一种。

7.根据权利要求4所述的便携式加热容器，其特征在于：所述导电发热体(41)的电阻率为1.0×10^-4～9.0×10^-2Ω·m。

8.根据权利要求4所述的便携式加热容器，其特征在于：所述导电发热体(41)的热导率为2.5～15W/m·K。

9.根据权利要求4所述的便携式加热容器，其特征在于：所述外壳(1)的内壁上凸设有限位凸起(122)，所述绝缘骨架(42)的底面紧贴于所述外壳(1)的内壁，绝缘骨架(42)的底部插设在所述限位凸起(122)围成的空间内。

10.根据权利要求4所述的便携式加热容器，其特征在于：所述的外壳(1)上设置有电源输入接口(121)，所述的外壳(1)和内胆(2)之间还设有控制板(5)，该控制板(5)与所述的电源输入接口(121)、阳极电极片(43)和阴极电极片(44)电连接。

11.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的便携式加热容器，其特征在于：所述内胆(2)的顶部具有开口，所述的外壳(1)包括有用于安装内胆(2)的底座(12)以及覆盖住所述内胆(2)开口的上盖(13)。

12.根据权利要求11所述的便携式加热容器，其特征在于：所述上盖(13)底面靠近边缘位置处向下凸设有环形凸沿(131)，该环形凸沿(131)的外壁上沿周向开设有安装槽(1311)，该安装槽(1311)内安装有密封圈(3)，所述内胆(2)靠近开口位置处沿周向开设有限位槽(22)，所述密封圈(3)的外缘插设在该限位槽(22)中并与限位槽(22)的内壁相抵。

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