CN113079597B - 加热元件及其制备方法和电暖器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了加热元件及其制备方法和电暖器，该加热元件包括：基材；第一绝缘储热层，所述第一绝缘储热层设置在所述基材的一个表面上；发热层，所述发热层设置在所述第一绝缘储热层远离所述基材的表面上；红外储热层，所述红外储热层设在所述第一绝缘储热层远离所述基材的一侧，并覆盖所述发热层。该加热元件同时具有较快的加热速度和较好的蓄热性能，且安全性高，利于实现电暖器的小型化及便利化。

Description

加热元件及其制备方法和电暖器

技术领域

本发明涉及电暖器技术领域，具体的，涉及加热元件及其制备方法和电暖器。

背景技术

目前常见的电暖器可以分为石英管取暖器，电热丝取暖器，暖风机式（PTC）取暖器，油汀式取暖器，碳纤维取暖器，远红外式取暖器，电热膜式取暖器，对流式取暖器，暖脚器等。但这些取暖器具有各自的缺点：如石英管取暖器传热距离较近，电热丝较易变形，石英管易被打破；油汀式电取暖器蓄热性好，但起热慢，较费电，经济性相对较差；碳纤维取暖器起热快，但蓄热行差，成本较贵；电热膜式取暖器，发热效率高，发热速度快，但电热膜可靠性差，寿命短。因而，目前的取暖器相关技术仍有待改进。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种加热速度快同时蓄热性好的加热元件。

在本发明的一个方面，本发明提供了一种加热元件。根据本发明的实施例，该加热元件包括：基材；第一绝缘储热层，所述第一绝缘储热层设置在所述基材的一个表面上；发热层，所述发热层设置在所述第一绝缘储热层远离所述基材的表面上；红外储热层，所述红外储热层设在所述第一绝缘储热层远离所述基材的一侧，并覆盖所述发热层。该加热元件中，发热层进行快速加热，而该发热层两侧均设有具有储热性能的膜层可以增加该加热元件的热惯性，使得加热元件断电后不会热量散失太快，断电后依然能够加热较长时间，可以延长加热的时间，且断电后进行操作的安全性更高，另外通过红外储热层实现红外辐射加热，能够提高加热效率。且该加热元件可以实现电器的小型化及便利化，电器例如电暖器。

根据本发明的实施例，该加热元件还包括：第一电极和第二电极，所述第一电极和所述第二电极间隔设置在所述第一绝缘储热层远离所述基材的一侧，并与所述发热层电连接。

根据本发明的实施例，所述第一和所述第二电极各自独立的构造为导电层，以及第一、二电极的连接方式；以及导电层与导电柱配合连接。

根据本发明的实施例，所述第一绝缘储热层的至少一部分嵌入到所述基材中。根据本发明的实施例，所述第一绝缘储热层与所述基材之间的界面轮廓的轮廓算数平均偏差不低于25微米，优选不低于30微米，进一步优选不低于35微米。

根据本发明的实施例，所述发热层的至少一部分嵌入到所述第一绝缘储热层中。根据本发明的实施例，所述发热层与所述第一绝缘储热层之间的界面轮廓的轮廓算术平均偏差不低于5微米，优选不低于10微米。

根据本发明的实施例，所述第一绝缘储热层与所述基材之间的界面轮廓的轮廓算数平均偏差大于所述发热层与所述第一绝缘储热层之间的界面轮廓的轮廓算数平均偏差。

根据本发明的实施例，所述红外储热层满足以下条件的至少之一：所述红外储热层的至少一部分嵌入到所述发热层中，所述红外储热层与所述发热层之间的界面轮廓的轮廓算数平均偏差为不低于20微米，优选为不低于30微米；所述红外储热层的至少一部分与所述第一绝缘储热层相接触，并嵌入到所述第一绝缘储热层中，所述红外储热层与所述第一绝缘储热层之间的界面轮廓的轮廓算数平均偏差不低于20微米，优选为不低于30微米。

根据本发明的实施例，所述发热层构造为曲线形、折线形和直线形中的一种或者多种组合。

根据本发明的实施例，所述发热层包括多个电热段，在所述发热层的延伸方向上，相邻两个所述电热段之间直线过渡连接或者圆弧过渡连接。

根据本发明的实施例，多个所述电热段包括直线段和圆弧段中的至少一种。

根据本发明的实施例，所述直线段和所述圆弧段间隔布置，所述红外储热层的至少一部分附着在所述电热段的侧面上，优选所述红外储热层覆盖所述电热段未与所述第一绝缘储热层接触的表面；进一步优选所述红外储热层覆盖所述电热段未与所述第一绝缘储热层接触的表面以及多个所述电热段之间的所述第一绝缘储热层的表面。

根据本发明的实施例，所述红外储热层包括：第二绝缘储热层，所述第二绝缘储热层设置在所述第一绝缘储热层远离所述基材的一侧，并覆盖所述发热层；红外发射层，所述红外发射层设置在所述第二绝缘储热层远离所述基材的表面上。

根据本发明的实施例，所述红外储热层满足以下条件的至少之一：所述第二绝缘储热层的至少一部分嵌入到所述发热层中，所述第二绝缘储热层与所述发热层之间的界面轮廓的轮廓算数平均偏差不低于20微米，优选为不低于30微米；所述第二绝缘储热层的至少一部分与所述第一绝缘储热层相接触，并嵌入到所述第一绝缘储热层中，所述第二绝缘储热层与所述第一绝缘储热层之间的界面轮廓的轮廓算数平均偏差不低于20微米，优选为不低于30微米；所述红外发射层的至少一部分嵌入到所述第二绝缘储热层中，所述红外发射层与所述第二绝缘储热层之间的界面轮廓的轮廓算数平均偏差为不低于20微米，优选为不低于30微米。

根据本发明的实施例，所述第一绝缘储热层和所述第二绝缘储热层的厚度均大于所述发热层的厚度。

根据本发明的实施例，所述基材的材料为金属，具体的，所述金属包括不锈钢、铁、铝和合金材料中的至少一种。

根据本发明的实施例，所述第一绝缘储热层和所述第二绝缘储热层各自独立的满足以下条件的至少之一：所述第一绝缘储热层和所述第二绝缘储热层的材料各自独立的包括氧化铝、二氧化钛、氧化镁和氧化锆中的至少一种；所述第一绝缘储热层和所述第二绝缘储热层的厚度各自独立的为50-500微米，具体可以为200微米；所述第一绝缘储热层和所述第二绝缘储热层的孔隙率各自独立的小于等于5%，具体可以为小于等于2%；所述第一绝缘储热层的比热容为0.5×10³-1.5×10³J/(kg*K)；所述第二绝缘储热层的比热容为0.75×10³-2.0×10³J/(kg*K)。

根据本发明的实施例，所述发热层满足以下条件的至少之一：所述发热层的材料包括NiCr合金、FeCr合金和FeCrAl合金中的至少一种；所述发热层的厚度为5-100微米；所述发热层呈线圈形状；所述发热层中的氧的原子百分比为20~30at%。

根据本发明的实施例，所述第一电极和所述第二电极的材料各自独立的包括Au，Ag，AL，Ni，Cu，AuCu和AgCu中的至少一种。

根据本发明的实施例，所述红外储热层为单层结构，且满足以下条件的至少之一：所述红外储热层的材料包括第一材料和第二材料，所述第二材料包括氧化铝、二氧化钛、氧化镁和氧化锆中的至少一种，所述第二材料包括红外发射涂料；所述红外储热层的厚度为200-500微米；所述红外储热层的比热容为0.75×10³-2.0×10³J/(kg*K)。

在本发明的另一方面，本发明提供了一种制备前面所述的加热元件的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：在基材的一个表面上形成第一绝缘储热层；在所述第一绝缘储热层远离所述基材的表面上形成发热层；在所述第一绝缘储热层远离所述基材的一侧形成覆盖所述发热层的红外储热层。该方法步骤简单，操作方便，与现有技术兼容性高，易于实现。

根据本发明的实施例，该方法还包括：在所述第一绝缘储热层远离所述基材的一侧形成与所述发热层电连接的第一电极和第二电极。

根据本发明的实施例，形成所述红外储热层包括：在所述第一绝缘储热层远离所述基材的一侧形成覆盖所述发热层的第二绝缘储热层；在所述第二绝缘储热层远离所述基材的表面上形成红外发射层。

根据本发明的实施例，该方法满足以下条件的至少之一：所述第一绝缘储热层和所述第二绝缘储热层各自独立的采用空气压缩喷涂、热喷涂和丝网印刷中的至少一种方法形成；所述发热层采用喷涂、激光熔覆和烧结中的至少一种方法形成；所述第一电极和所述第二电极采用印刷、电镀、喷涂和激光熔覆中的至少一种方法形成；所述红外发射层采用空气喷涂、热喷涂和刷涂中的至少一种方法形成。

在本发明的又一方面，本发明提供了一种电暖器。根据本发明的实施例，该电暖器包括前面所述的加热元件。该电暖器起热快，蓄热性能好，且安全性高，对身体有红外理疗作用，且小型化和便利化。

附图说明

图1是本发明一个实施例的加热元件的剖面结构示意图。

图2是本发明另一个实施例的发热层的剖面结构示意图。

图3是本发明一个实施例的发热层的平面结构示意图。

图4是本发明另一个实施例的发热层的平面结构示意图。

图5是本发明另一个实施例的发热层的平面结构示意图。

图6是本发明另一个实施例的发热层的平面结构示意图。

图7是本发明另一个实施例的加热元件的剖面结构示意图。

图8是本发明另一个实施例的加热元件的剖面结构示意图。

图9是本发明另一个实施例的加热元件的剖面结构示意图。

图10是本发明另一个实施例的加热元件的剖面结构示意图。

图11是本发明另一个实施例的加热元件的剖面结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。

在本发明的一个方面，本发明提供了一种加热元件。根据本发明的实施例，参照图1，该加热元件包括：基材1；第一绝缘储热层2，所述第一绝缘储热层2设置在所述基材1的一个表面上；发热层3，所述发热层3设置在所述第一绝缘储热层2远离所述基材1的表面上；红外储热层5，所述红外储热层5设在所述第一绝缘储热层2远离所述基材1的一侧，并覆盖所述发热层3。该加热元件中，发热层进行快速加热，而该发热层两侧均设有具有储热性能的膜层可以增加该加热元件的热惯性，使得加热元件断电后不会热量散失太快，断电后依然能够加热较长时间，可以延长加热的时间，且断电后进行的操作的安全性更高，另外通过红外储热层实现红外辐射加热，能够提高加热效率。且该加热元件可以实现电器的小型化及便利化，电器例如电暖器。

根据本发明的实施例，所述基材的材料可以为金属，具体的，所述金属包括不锈钢、铁、铝和合金材料中的至少一种。由此，具有较好的力学性能和导热性能，能够同时实现较好的支撑作用和快速导热的功能。

根据本发明的实施例，所述第一绝缘储热层的材料包括氧化铝、二氧化钛、氧化镁和氧化锆中的至少一种。上述材料热辐射性相对较差，导热相对较慢，可以实现较好的蓄热性能，即使加热元件断电后，仍能保持较长的加热时间。

根据本发明的实施例，所述第一绝缘储热层的厚度可以为50-500微米（如50微米、100微米、150微米、200微米、250微米、300微米、350微米、400微米、450微米、500微米等），优选为200-300微米。在该厚度范围内，可以保证加热元件正常工作时绝缘储热层不被击穿，保证加热元件的安全性，如果厚度过大会不利于热量传导，减慢起热速度。如果厚度过小则容易被击穿，加热元件的使用寿命较短，且安全性较差。

根据本发明的实施例，所述第一绝缘储热层的孔隙率小于等于5%（具体5%、4%、3%、2%、1%等），具体可以为小于等于2%。在该孔隙率范围内，第一绝缘储热层具有较高的致密度，不易在加热元件工作时被击穿，保证了加热元件的安全性和使用寿命，且能够使电热层产生的热量在绝缘储热层中分散扩散，从而能够提高热量在第一储热绝缘层中传导的均匀性，提高绝缘层的储热效率。如果孔隙率过大，第一绝缘储热层的致密度降低，易于击穿，如果孔隙率过小则降低热量传递的均匀性，降低热量的传递效率，且不易制备得到，工艺难度较高，同时成本较高。

具体的，可以直接获得满足上述孔隙率要求的第一绝缘储热层，一些情况下，由于生产工艺、设备、环境等因素限制，无法直接获得满足上述孔隙率要求的第一绝缘储热层时，可以先制备获得孔隙率较大的膜层，然后采用陶瓷封孔剂对孔隙率较大的膜层进行封孔处理，得到孔隙率满足上述要求的第一绝缘储热层。

根据本发明的实施例，第一绝缘储热层的比热容可以为0.5×10³-1.5×10³J/(kg*K)，具体如0.5×10³J/(kg*K)、0.8 J/(kg*K)、1.0 J/(kg*K)、1.2 J/(kg*K)、1.5 J/(kg*K)等。由此，第一绝缘储热层具有较好的蓄热性能，在加热元件断电后依然具有较长的加热时间。

根据本发明的实施例，参照图2，所述第一绝缘储热层2的至少一部分嵌入到所述基材1中。具体的，所述第一绝缘储热层2与所述基材1之间的界面轮廓的轮廓算数平均偏差不低于25微米，具体可以不低于30微米，更具体可以不低于35微米，例如可以为25微米、30微米、35微米、40微米、45微米等。由此，采用相互嵌入的过渡连接，且设置第一绝缘储热层2与所述基材1之间的界面轮廓的轮廓算数平均偏差在上述范围内，可以有效提高第一绝缘储热层和基材之间的结合力，减少第一绝缘储热层和基材之间的热应力，减少第一绝缘储热层和基材之间的脱层现象。

根据本发明的实施例，发热层的材料可以选择功率密度较大的材料，由此可以快速发热，提高起热速度。一些具体实施例中，所述发热层的材料包括NiCr合金、FeCr合金和FeCrAl合金中的至少一种，具体可以为FeCrAl合金。由此，功率密度大，即单位面积的发热功率较高，利于快速起热，同时耐高温性能和抗氧化性能好，使用稳定性和安全性高，且基本不含有贵重金属，成本较低。

根据本发明的实施例，发热层通过电阻发热，一些具体实施例中，为了保证适宜的电阻值而保证发热功率密度，不会将发热层设置为整面结构。参照图3和图4，所述发热层3可以包括多个电热段31，在所述发热层的延伸方向上，相邻两个所述电热段31之间直线过渡连接或者圆弧过渡连接。其中，每个电热段的具体形状没有特别限制，例如可以为直线段、曲线段、波浪状、锯齿状等等。

具体的，多个所述电热段可以包括直线段和弧线段中的至少一种。一些具体实施例中，参照图4，多个所述电热段31可以包括直线段32和弧线段33，多个直线段32间隔且平行设置，弧线段33连接在两个直线段32之间，每个弧线段33使得相邻的两个直线段32头头相连或者尾尾相连。另一些具体实施例中，发热层可以包括弧线段，进一步的，该弧线段可以设置为线圈形状，以保证其具有合适的电阻和发热功率，具体参照图5，所述发热层3的形状可以为阿基米德螺旋线形状。又一些具体实施例中，参照图6，发热层可以包括多个依次相连的直线段34，相连的两个直线段34相互垂直，从内向外每个线段的长度依次增大。由此，利于提高电阻，进而提高发热功率。

根据本发明的实施例，所述发热层的厚度可以为5-100微米（具体如5微米、10微米、15微米、20微米、25微米、30微米、35微米、40微米、45微米、50微米、55微米、60微米、65微米、70微米、75微米、80微米、85微米、90微米、95微米、100微米等）。在该厚度范围内，可以保证发热层的连续性和致密度等要求，保证其以合适的加热功率进行工作，如果过薄，容易造成断路、致密性差等问题，而如果过厚，由于发热层工作时热应力较大，容易导致开裂问题，影响发热层的可靠性。

当然可以理解，发热层通过电阻发热，因此影响发热层电阻的性能参数则均影响发热层的发热性能，具体实施例中，发热层的线圈的长度、功率、厚度等均可以灵活调整，使其满足预定的加热性能。

根据本发明的实施例，所述发热层中可以含有氧，具体的，发热层中的氧的原子百分比可以为20~30at%（具体如20 at%、21 at%、22 at%、23 at%、24 at%、25 at%、26 at%、27at%、28 at%、29 at%、30 at%等）。由此，主要提高电热层与第一绝缘储热层之间的结合力，相容性比较好，防止绝缘储热层和电热层之间产生变形以及开裂，且提高电热层的发热效率，进一步的，提高远红外发射效率以及储热效率，但氧含量多了会导致电阻变大，影响发热功率。

根据本发明的实施例，参照图2，所述发热层3的至少一部分嵌入到所述第一绝缘储热层2中。具体的，所述发热层与所述第一绝缘储热层之间的界面轮廓的轮廓算术平均偏差不低于5微米，具体的可以不低于20微米，例如可以为5微米、10微米、15微米、20微米、25微米、30微米等等。由此，由于发热层产生的热量较多，发热层导热速度较快，而第一绝缘储热层导热速度相对较慢，设置相互嵌入的过渡结构连接可以提高接触面积，一方面可以减少两者界面电阻，从而减少由于两者由于导电能力不同而出现电流导入速度较小的技术问题，提高发热层与第一绝缘储热层之间电流的流动效率，进而提高两者界面间的热量传递效率，提高发热层的发热功率，减少导电层的发热，提高能源的利用率；另一方面防止发热层与第一绝缘储热层之间温差过大而产生较大的热应力现象，使发热层与第一绝缘储热层之间出现脱离的现象，又一方面，能够减少发热层由于热应力而产生的腐蚀现象，延长发热层的使用寿命。

根据本发明的实施例，所述第一绝缘储热层与所述基材之间的界面轮廓的轮廓算数平均偏差大于所述发热层与所述第一绝缘储热层之间的界面轮廓的轮廓算数平均偏差。由此，可以提高各层之间的结合力，减少第一绝缘储热层与基材之间的热应力，减少基材与第一绝缘储热层之间的脱层现象。

根据本发明的实施例，发热层通过电阻发热的原理进行发热，因此需要通过合适的连接线路为发热层通电。具体的，参照图7，该加热元件还包括第一电极41和第二电极42，所述第一电极41和所述第二电极42间隔设置在所述第一绝缘储热层2远离所述基材1的一侧，并与所述发热层3电连接。由此可以通过第一电极和第二电极与电源相连接，给发热层通电。

根据本发明的实施例，第一电极和第二电极的具体设置方式没有特别限制，只要能够有效给发热层通电即可。一些具体实施例中，所述第一电极和所述第二电极各自独立的构造为导电层、所述导电层和与所述导电层电连接的电源连接线或者所述导电层和与所述导电层电连接的导电柱。具体的，以第一电极为例进行详细说明，发热层通常电导率比较低，电阻比较大，因此可以在发热层的表面上先形成一层导电层，然后再与外部线路连接，以保证较好的导通效果，此时参照图7，第一电极可以构造为与发热层电连接的导电层411，实际使用时，该导电层411与电源电连接。进一步的，电源连接线也可以在加热元件加工工艺中形成，发热层通过导电层直接与电源连接线电连接，此时参照图8，第一电极可以构造为导电层411和与导电层电连接的电源连接线412。另外，发热层也可以通过导电层直接和插头或者插座连接，此时参照图9，第一电极可以构造为导电层411和与所述导电层电连接的导电柱413。

根据本发明的实施例，第一电极和第二电极主要用于给发热层通电，因此第一电极和第二电极可以具有较好的导电性。具体的，所述第一电极和所述第二电极的材料各自独立的包括Au，Ag，AL，Ni，Cu，AuCu和AgCu中的至少一种。由此，导电性较好，利于给发热层通电。

根据本发明的一些实施例，所述红外储热层可以为单层结构，且所述红外储热层的材料包括第一材料和第二材料，所述第二材料包括氧化铝、二氧化钛、氧化镁和氧化锆中的至少一种，所述第二材料包括红外发射涂料。由此，单层结构的红外储热层可以同时具有较好的储热性能和远红外发射性能。

具体的，单层结构的所述红外储热层的厚度可以为200-500微米（具体如200微米、250微米、300微米、350微米、400微米、450微米、500微米等）；在该厚度范围内，能够保证足够的储热性能同时结合力比较好，如果过厚会导致内应力较大，容易开裂，如果过薄会储热下降，同时影响绝缘性能。而单层结构的所述红外储热层的比热容可以为0.75×10³-2.0×10³J/(kg*K)，具体如0.75×10³J/(kg*K)、1.0×10³J/(kg*K)、1.25×10³J/(kg*K)、1.5×10³J/(kg*K)、1.75×10³J/(kg*K)、2.0×10³J/(kg*K)等。由此，可以使得红外储热层具有较好的蓄热性能。

根据本发明的实施例，参照图2，所述红外储热层5的至少一部分可以嵌入到所述发热层3中，所述红外储热层5与所述发热层3之间的界面轮廓的轮廓算数平均偏差为不低于20微米，具体可以不低于30微米，例如可以为20微米、25微米、30微米、35微米、40微米等。由此，可以增大红外储热层与发热层之间的结合面积，提高发热层向红外储热层传热的能力，提高红外发射效率，且能够减慢发热层和红外储热层热量的散失速度。

根据本发明的实施例，如前所述，一些情况下发热层并不是整层结构的，则会有一部分第一绝缘储热层远离基材的表面未被发热层覆盖，此时，参照图2，所述红外储热层5的至少一部分与所述第一绝缘储热层2相接触，并嵌入到所述第一绝缘储热层2中，所述红外储热层与所述第一绝缘储热层之间的界面轮廓的轮廓算数平均偏差不低于20微米，具体可以不低于30微米，例如可以为20微米、25微米、30微米、35微米、40微米等。由此，可以提高红外储热层的储热性能以及红外储热层的结合能力，减慢热量散失的速度。

根据本发明的实施例，当发热层并不是整层结构时，发热层的多个电热段之间是存在间隙的，此时，参照图2，所述红外储热层5的至少一部分附着在所述电热段的侧面上，进一步的，所述红外储热层5覆盖所述电热段未与所述第一绝缘储热层接触的表面；更进一步的，所述红外储热层覆盖所述电热段未与所述第一绝缘储热层接触的表面以及多个所述电热段之间的所述第一绝缘储热层的表面。由此，至少具有以下有效效果：1、提高对发热层的绝缘性能；2、提高红外储热层的红外发射面积，提高红外发射效果；3、提高红外储热层与发热层的接触面积，提高红外储热层的受热效率，提高红外发射效果；4、提高红外储热层的附着力以及发热层的附着力，由于红外储热层中的绝缘材料与第一绝缘储热层中的绝缘材料性能相近，从而能够提高红外储热层与第一绝缘储热层之间的连接力，进一步的能够对其中夹设的发热层在第一绝缘储热层上的附着力进一步的提升；5、提高电热段之间的绝缘性能，从而能够提高单位面积中电热段的数量，提高发热层的发热效率；6、提高储热性能，减缓热量的散失；7、提高发热层中电流的流动效率，促进发热。

根据本发明的另一些实施例，参照图10，所述红外储热层可以为双层结构，具体可以包括：第二绝缘储热层51，所述第二绝缘储热层51设置在所述第一绝缘储热层2远离所述基材1的表面上，并覆盖所述发热层3；红外发射层52，所述红外发射层52设置在所述第二绝缘储热层51远离所述基材1的表面上。由此，第二绝缘储热层使得加热元件具有较好的蓄热性能，而红外发射层可以具有远红外发射功能，不仅能够提高发热效率，且对人体更好。

根据本发明的实施例，第二绝缘储热层和发热层、第二绝缘储热层与第一绝缘储热层之间的界面情况可以与前文描述的单层结构的红外储热层与发热层或第一绝缘储热层之间的街面情况一致，具体如，参照图10，所述第二绝缘储热，51的至少一部分嵌入到所述发热层3中，所述第二绝缘储热层51与所述发热层3之间的界面轮廓的轮廓算数平均偏差不低于20微米，具体可以不低于30微米；以及所述第二绝缘储热层51的至少一部分与所述第一绝缘储热层2相接触，并嵌入到所述第一绝缘储热层2中，所述第二绝缘储热层51与所述第一绝缘储热层2之间的界面轮廓的轮廓算数平均偏差不低于20微米，具体可以不低于30微米；在此不再一一赘述。

根据本发明的实施例，参照图10，所述红外发射层52的至少一部分嵌入到所述第二绝缘储热层51中，所述红外发射层52与所述第二绝缘储热层51之间的界面轮廓的轮廓算数平均偏差为不低于20微米，具体可以为30微米。由此，可以提高红外发射层与第二绝缘储热层的结合力，增大接触面积，减小界面电阻，提高电流流动效率，提高储热性能和红外发射效率。

根据本发明的实施例，所述第二绝缘储热层的材料、厚度、孔隙率和比热容等均可以与第一绝缘储热层一致，在此不再一一赘述。而红外发射层可以采用红外涂料形成，具体的红外涂料可以为本领域任何已知的具有红外发射功能的涂料，具体的，红外发射层可以为含有金属氧化物的红外涂料形成，红外发射层中一般可以含有二氧化锆、稀土、滑石粉、氧化铈、三氧化二锰、氧化锰、二氧化钛、氧化铝、石墨、氮化硼、碳化硅中的一种或几种的混合物。由此，具有较好的红外发射功能。

根据本发明的实施例，红外储热层远离基材的表面可以为平面（参照图10），也可以为非平面结构（参照图11），即可以随着红外储热层附着的表面的起伏而相应起伏。具体的，可以根据制备工艺决定，例如采用喷涂工艺制备的红外储热层，厚度均匀，则会随着红外储热层附着的表面的起伏而相应起伏，如果采用涂覆等工艺制备，则可以形成厚度不均匀的红外储热层，其远离基材的表面可以为平面。

在本发明的另一方面，本发明提供了一种制备前面所述的加热元件的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：在基材的一个表面上形成第一绝缘储热层；在所述第一绝缘储热层远离所述基材的表面上形成发热层；在所述第一绝缘储热层远离所述基材的一侧形成第一电极和第二电极；在所述第一绝缘储热层远离所述基材的表面上形成覆盖所述发热层、所述第一电极和所述第二电极的红外储热层。该方法步骤简单，操作方便，与现有技术兼容性高，易于实现，且得到的加热元件同时较快的加热速度和较好的蓄热性能。

根据本发明的实施例，所述第一绝缘储热层可以采用空气压缩喷涂、热喷涂和丝网印刷中的至少一种方法形成；所述发热层可以采用喷涂、激光熔覆和烧结中的至少一种方法形成；所述第一电极和所述第二电极各自独立的采用印刷、电镀、喷涂和激光熔覆中的至少一种方法形成。而具体的操作步骤和参数可以根据实际需要灵活调整，在此不再一一赘述。

根据本发明的实施例，单层结构的红外储热层可以通过空气喷涂、热喷涂、丝网印刷和刷涂中的至少一种方法形成。而双层结构的红外储热层可以通过以下步骤形成：在所述第一绝缘储热层远离所述基材的表面上形成覆盖所述发热层、所述第一电极和所述第二电极的第二绝缘储热层；在所述第二绝缘储热层远离所述基材的表面上形成红外发射层。其中，第二绝缘储热层可以采用空气压缩喷涂、热喷涂和丝网印刷中的至少一种方法形成；所述红外发射层可以采用空气喷涂、热喷涂和刷涂中的至少一种方法形成。

在本发明的又一方面，本发明提供了一种电暖器。根据本发明的实施例，该电暖器包括前面所述的加热元件。该电暖器起热快，蓄热性能好，且安全性高，对身体有红外理疗作用，且小型化和便利化。

根据本发明的实施例，该电暖器的具体种类没有特别限制，可以为任何具有取暖作用的器件，例如包括电暖宝、电暖风、取暖器、暖脚器、加热毯等等，在此不再一一赘述。当然，本领域技术人员也可以理解，除了前面描述的加热元件之外，该电暖器还可以包括常规电暖器所具备的其他必要的结构和部件，例如还可以包括外壳、必要的控制电路、开关、电源线等等，在此不再一一详述。

下面详细描述本发明的实施例。

实施例1

在不锈钢基材上热喷涂形成厚度为200微米、孔隙率小于2%、比热容为0.75×10³J/(kg*K)的氧化铝绝缘储热层；在氧化铝绝缘储热层远离不锈钢基材的表面上喷涂形成厚度为50微米的FeCrAl发热层（氧的原子百分比为25at%，功率密度为50w/cm²）；接着在发热层远离不锈钢基材的表面上印刷形成银电极（包括第一电极和第二电极），再在氧化铝绝缘储热层远离不锈钢基材的表面上喷涂形成覆盖发热层的、单层结构的红外储热层（含有氧化铝和红外发射涂料，厚度为300微米，比热容为1.5×10³J/(kg*K)），得到加热元件。其中，不锈钢基材和氧化铝绝缘储热层的界面轮廓的轮廓算数平均偏差为30微，氧化铝绝缘储热层和发热层的界面轮廓的轮廓算数平均偏差为10微米，红外储热层和发热层之间的界面轮廓的轮廓算数平均偏差为30微米。实施例2

同实施例1，区别在于，红外储热层为双层结构，包括位于氧化铝绝缘储热层远离不锈钢基材的表面上喷涂形成覆盖发热层的氧化铝陶瓷层（厚度为200微米、孔隙率小于2%，比热容为0.8×10³J/(kg*K)），以及位于氧化铝层陶瓷层远离基材的表面上的红外发射层（厚度为300微米）。其中，不锈钢基材和氧化铝绝缘储热层的界面轮廓的轮廓算数平均偏差为30微米，氧化铝绝缘储热层和发热层的界面轮廓的轮廓算数平均偏差为25微米，氧化铝陶瓷层和发热层之间的界面轮廓的轮廓算数平均偏差为20微米，氧化铝陶瓷层和氧化铝层绝缘储热层之间的界面轮廓的轮廓算数平均偏差为20微米，红外发射层和氧化铝陶瓷层之间的界面轮廓的轮廓算数平均偏差为20微米。

性能检测：

以实施例1和实施例2的加热元件作为实验组1和实验组2，现有常见发热膜电热取暖器作为对照组，并进行以下性能测试：

采用相同的加热功率进行加热，实验组1表面温升达到120℃，用时0.5min；断电后，25℃环境温度条件下冷却到50℃，时间为1.5H，波长为6-14微米的远红外发射率为50-70%左右；实验组2表面温升达到120℃，用时0.5min；断电后，25℃环境温度条件下冷却到50℃，时间为2H，波长为6-14微米的远红外发射率75-85%；对照组表面温升达到120℃，用时3分钟，断电后，25℃环境温度条件下冷却到50℃，时间为10分钟，波长为6-14微米的远红外发射率为50-70%左右。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、 “示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (38)

1.一种加热元件，其特征在于，包括：

基材；

第一绝缘储热层，所述第一绝缘储热层设置在所述基材的一个表面上；

发热层，所述发热层设置在所述第一绝缘储热层远离所述基材的表面上；

红外储热层，所述红外储热层设在所述第一绝缘储热层远离所述基材的一侧，并覆盖所述发热层；

所述第一绝缘储热层与所述基材之间的界面轮廓的轮廓算数平均偏差大于所述发热层与所述第一绝缘储热层之间的界面轮廓的轮廓算数平均偏差。

2.根据权利要求1所述的加热元件，其特征在于，还包括：

第一电极和第二电极，所述第一电极和所述第二电极间隔设置在所述第一绝缘储热层远离所述基材的一侧，并与所述发热层电连接。

3.根据权利要求2所述的加热元件，其特征在于，还包括：所述第一电极和所述第二电极各自独立的构造为导电层、所述导电层和与所述导电层电连接的电源连接线或者所述导电层和与所述导电层电连接的导电柱。

4.根据权利要求1所述的加热元件，其特征在于，所述第一绝缘储热层的至少一部分嵌入到所述基材中。

5.根据权利要求4所述的加热元件，其特征在于，所述第一绝缘储热层与所述基材之间的界面轮廓的轮廓算数平均偏差不低于25微米。

6.根据权利要求4所述的加热元件，其特征在于，所述第一绝缘储热层与所述基材之间的界面轮廓的轮廓算数平均偏差不低于30微米。

7.根据权利要求4所述的加热元件，其特征在于，所述第一绝缘储热层与所述基材之间的界面轮廓的轮廓算数平均偏差不低于35微米。

8.根据权利要求1所述的加热元件，其特征在于，所述发热层的至少一部分嵌入到所述第一绝缘储热层中。

9.根据权利要求8所述的加热元件，其特征在于，所述发热层与所述第一绝缘储热层之间的界面轮廓的轮廓算术平均偏差不低于5微米。

10.根据权利要求8所述的加热元件，其特征在于，所述发热层与所述第一绝缘储热层之间的界面轮廓的轮廓算术平均偏差不低于10微米。

11.根据权利要求1所述的加热元件，其特征在于，所述红外储热层的至少一部分嵌入到所述发热层中，所述红外储热层与所述发热层之间的界面轮廓的轮廓算数平均偏差不低于20微米；

所述红外储热层的至少一部分与所述第一绝缘储热层相接触，并嵌入到所述第一绝缘储热层中，所述红外储热层与所述第一绝缘储热层之间的界面轮廓的轮廓算数平均偏差不低于20微米。

12.根据权利要求11所述的加热元件，其特征在于，所述红外储热层与所述发热层之间的界面轮廓的轮廓算数平均偏差不低于30微米。

13.根据权利要求11所述的加热元件，其特征在于，所述红外储热层与所述第一绝缘储热层之间的界面轮廓的轮廓算数平均偏差不低于30微米。

14.根据权利要求1所述的加热元件，其特征在于，所述发热层构造为曲线形、折线形和直线形中的一种或者多种组合。

15.根据权利要求14所述的加热元件，其特征在于，所述发热层包括多个电热段，在所述发热层的延伸方向上，相邻两个所述电热段之间直线过渡连接或者圆弧过渡连接。

16.根据权利要求15所述的加热元件，其特征在于，多个所述电热段包括直线段和弧线段中的至少一种。

17.根据权利要求15所述的加热元件，其特征在于，多个所述电热段之间具有间隙，所述红外储热层的至少一部分附着在所述电热段的侧面上。

18.根据权利要求15所述的加热元件，其特征在于，所述红外储热层覆盖所述电热段未与所述第一绝缘储热层接触的表面。

19.根据权利要求15所述的加热元件，其特征在于，所述红外储热层覆盖所述电热段未与所述第一绝缘储热层接触的表面以及多个所述电热段之间的所述第一绝缘储热层的表面。

20.根据权利要求1所述的加热元件，其特征在于，所述第一绝缘储热层和第二绝缘储热层的厚度均大于所述发热层的厚度。

21.根据权利要求1所述的加热元件，其特征在于，所述红外储热层包括：

第二绝缘储热层，所述第二绝缘储热层设置在所述第一绝缘储热层远离所述基材的一侧，并覆盖所述发热层；

红外发射层，所述红外发射层设置在所述第二绝缘储热层远离所述基材的表面上。

22.根据权利要求21所述的加热元件，其特征在于，所述第二绝缘储热层的至少一部分嵌入到所述发热层中，所述第二绝缘储热层与所述发热层之间的界面轮廓的轮廓算数平均偏差不低于20微米；

所述第二绝缘储热层的至少一部分与所述第一绝缘储热层相接触，并嵌入到所述第一绝缘储热层中，所述第二绝缘储热层与所述第一绝缘储热层之间的界面轮廓的轮廓算数平均偏差不低于20微米；

所述红外发射层的至少一部分嵌入到所述第二绝缘储热层中，所述红外发射层与所述第二绝缘储热层之间的界面轮廓的轮廓算数平均偏差为不低于20微米。

23.根据权利要求21所述的加热元件，其特征在于，所述第二绝缘储热层与所述发热层之间的界面轮廓的轮廓算数平均偏差不低于30微米。

24.根据权利要求21所述的加热元件，其特征在于，所述第二绝缘储热层与所述第一绝缘储热层之间的界面轮廓的轮廓算数平均偏差不低于30微米。

25.根据权利要求21所述的加热元件，其特征在于，所述红外发射层与所述第二绝缘储热层之间的界面轮廓的轮廓算数平均偏差为不低于30微米。

26.根据权利要求1所述的加热元件，其特征在于，所述基材的材料为金属。

27.根据权利要求26所述的加热元件，其特征在于，所述金属包括不锈钢、铁、铝和合金材料中的至少一种。

28.根据权利要求21所述的加热元件，其特征在于，所述第一绝缘储热层和所述第二绝缘储热层的材料各自独立的包括氧化铝、二氧化钛、氧化镁和氧化锆中的至少一种；

所述第一绝缘储热层和所述第二绝缘储热层的厚度各自独立的为50-500微米；

所述第一绝缘储热层和所述第二绝缘储热层的孔隙率各自独立的小于等于5%；

所述第一绝缘储热层的比热容为0.5×10³-1.5×10³J/(kg*K)；

所述第二绝缘储热层的比热容为0.75×10³-2.0×10³J/(kg*K)。

29.根据权利要求28所述的加热元件，其特征在于，所述第一绝缘储热层和所述第二绝缘储热层的厚度各自独立的为200-300微米。

30.根据权利要求28所述的加热元件，其特征在于，所述第一绝缘储热层和所述第二绝缘储热层的孔隙率各自独立的小于等于2%。

31.根据权利要求1所述的加热元件，其特征在于，所述发热层满足以下条件的至少之一：

所述发热层的材料包括NiCr合金、FeCr合金和FeCrAl合金中的至少一种；

所述发热层的厚度为5-100微米；

所述发热层中的氧的原子百分比为20~30at%。

32.根据权利要求2所述的加热元件，其特征在于，所述第一电极和所述第二电极的材料各自独立的包括Au，Ag，AL，Ni，Cu，AuCu和AgCu中的至少一种。

33.根据权利要求1所述的加热元件，其特征在于，所述红外储热层为单层结构，且满足以下条件的至少之一：

所述红外储热层的材料包括第一材料和第二材料，所述第二材料包括氧化铝、二氧化钛、氧化镁和氧化锆中的至少一种，所述第二材料包括红外发射涂料；

所述红外储热层的厚度为200-500微米；

所述红外储热层的比热容为0.75×10³-2.0×10³J/(kg*K)。

34.一种制备权利要求1~33中任一项所述的加热元件的方法，其特征在于，包括：

在基材的一个表面上形成第一绝缘储热层；

在所述第一绝缘储热层远离所述基材的表面上形成发热层；

在所述第一绝缘储热层远离所述基材的一侧形成覆盖所述发热层的红外储热层。

35.根据权利要求34所述的方法，其特征在于，还包括：

在所述第一绝缘储热层远离所述基材的一侧形成与所述发热层电连接的第一电极和第二电极。

36.根据权利要求35所述的方法，其特征在于，形成所述红外储热层包括：

在所述第一绝缘储热层远离所述基材的一侧形成覆盖所述发热层的第二绝缘储热层；

在所述第二绝缘储热层远离所述基材的表面上形成红外发射层。

37.根据权利要求36所述的方法，其特征在于，满足以下条件的至少之一：

所述第一绝缘储热层和所述第二绝缘储热层各自独立的采用空气压缩喷涂、热喷涂和丝网印刷中的至少一种方法形成；

所述发热层采用喷涂、激光熔覆和烧结中的至少一种方法形成；

所述第一电极和所述第二电极采用印刷、电镀、喷涂和激光熔覆中的至少一种方法形成；

所述红外发射层采用空气喷涂、热喷涂和刷涂中的至少一种方法形成。

38.一种电暖器，其特征在于，包括权利要求1~15中任一项所述的加热元件。