CN208572471U - 一种石墨烯电加热袋 - Google Patents

Abstract

一种石墨烯电加热袋，所述加热袋的袋体具有能够容纳待加热物品的加热腔，所述加热腔具有允许待加热物品进入其中的腔口，所述袋体包括保温层(1)、基底层(2)、石墨烯加热层(3)、电极(4)、绝缘保护层(5)；所述电极(4)设置在所述石墨烯加热层(3)上并且设置为与供电线路电连接，从而使得所述袋体能够通过所述电极(4)获得电能。该石墨烯电加热袋具有重量轻、体积小和便携的优点，适合多种应用场合。石墨烯加热层重量更轻、更薄、柔性更高，并能实现均匀的面状加热、快速升温和降温。

Description

一种石墨烯电加热袋

技术领域

本实用新型涉及但不限于一种加热袋，具体地，涉及但不限于一种石墨烯电加热袋。

背景技术

加热袋是一种重量轻、体积小、便携的加热器材，能够用于食品、药品、油料、设备等的加热。常用的加热方式分为化学反应加热和电加热。化学反应加热方式采用生石灰或金属等与水反应快速放热，实现加热功能。这种方式的优点在于重量轻、价格便宜、反应快速，但缺点包括耗水、释放高温蒸汽、反应过程异味大、化学药粉易泄漏污染、加热过程需静止放置、加热废弃物余热时间长、污染环境、保存难度大。电加热方式包括电阻加热、感应加热、电弧加热、电子束加热、红外线加热和介质加热，其中电阻加热方式具有简单、成本低、样式多样的优势。柔性加热膜是一种在一定程度下可弯曲、能折叠、厚度薄、通电后可发热的面状电阻发热材料。采用柔性加热膜可以制成新型的加热袋，具有加热均匀、加热快、加热方便灵活、使用安全、不耗水、无蒸汽、无化学杂质、加热场合不限等优点。

传统的柔性加热材料主要采用金属，但金属存在电热转换效率低、易氧化、柔韧性较低、需绕制加工等问题。如中国发明专利CN102358219A公开了一种车载食物加热袋，袋体的面层中嵌有电加热丝。中国发明专利CN200945294Y公开了一种输液恒温加热袋，电加热器件采用电加热丝，作为独立单元放入长方形布袋。这种方式采用电热丝很难实现面状加热，加热均匀度较低。中国发明专利CN103997804A公开了一种净水器加热袋，通过嵌有电热棒和电阻丝的加热套快速加热进水。中国发明专利CN105919444A公开了一种车载加热袋，采用电热线圈进行加热。

实用新型内容

以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。

石墨烯是一种二维的碳纳米材料，具有耐腐蚀、导电性好、力学性能高的特点，根据不同厚度可以分为单层石墨烯、少层石墨烯(小于10层)、石墨烯微片(层数多于10层，厚度在3.4-100纳米范围)。与金属相比，石墨烯具有耐氧化、耐酸碱、稳定性强、能够实现面状加热等优点。但是，关于采用石墨烯生产加热袋的研究，目前尚未见有报道。

在对现有技术进行悉心研究的基础上，本实用新型提供了一种石墨烯电加热袋，所述加热袋的袋体具有能够容纳待加热物品的加热腔，所述加热腔具有允许待加热物品进入其中的腔口，所述袋体包括保温层、基底层、石墨烯加热层、电极、绝缘保护层和任选地防水内衬；所述电极设置在所述石墨烯加热层上并且设置为与供电线路电连接，从而使得所述袋体能够通过所述电极获得电能。

在一些实施方式中，所述袋体可以由一个或更多个主壁形成，所述主壁可以由所述保温层、所述基底层、所述石墨烯加热层、所述电极、所述绝缘保护层和任选地防水内衬形成。

在一些实施方式中，制备所述石墨烯加热层的原料可以包括石墨烯、除石墨烯之外的导电填料和树脂。

在一些实施方式中，以所述石墨烯加热层的总重量为100％计，所述石墨烯的重量可以占20％～80％，所述除石墨烯之外的导电填料的重量可以不超过50％，所述树脂的重量可以占20％～60％。

任选地，以所述石墨烯加热层的总重量为100％计，所述石墨烯的重量可以占30％～60％，所述除石墨烯之外的导电填料的重量可以不超过30％，所述树脂的重量可以占30％～60％。

在一些实施方式中，所述除石墨烯之外的导电填料可以选自碳纳米管、碳纤维、石墨纳米片、石墨、炭黑和金属中的任意一种或更多种。

在一些实施方式中，所述树脂可以选自天然树脂、合成树脂、改性树脂中的一种或更多种。

任选地，所述树脂可以选自环氧树脂、酚醛树脂、聚酯树脂、不饱和聚酯树脂、有机硅树脂、氟碳树脂、丙烯酸树脂、醇酸树脂、乙烯基树脂、合成纤维素树脂、聚酰胺树脂、氯醋树脂、聚氨酯树脂、聚偏氟乙烯树脂和合成橡胶中的任意一种或更多种。

在一些实施方式中，所述石墨烯的平均厚度可以小于30nm，平均横向尺寸可以大于500nm。

在一些实施方式中，所述保温层的主体材料可以选自纤维结构的保温材料、微孔结构的保温材料和气泡结构的保温材料中的任意一种或更多种。

任选地，所述保温层的主体材料可以选自陶瓷纤维、玻璃纤维、天然棉、合成棉、动物羽毛、泡沫塑料、泡沫橡胶中的任意一种或更多种。

在一些实施方式中，所述基底层、所述绝缘保护层和所述防水内衬可以各自独立地由选自天然高分子材料、合成高分子材料、改性高分子材料和上述高分子材料为主体的复合材料中的任意一种或更多种材料形成。

任选地，所述基底层、所述绝缘保护层和所述防水内衬可以各自独立地由选自聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚酯、聚丙烯酸酯、聚烯烃、丙烯腈/丁二烯/苯乙烯共聚物、醋酸纤维素、乙烯/醋酸乙烯共聚物、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、含硅橡胶、天然橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶和丁基橡胶中的任意一种或更多种材料形成。

在一些实施方式中，所述加热袋还可以包括导电电路和电源接头，所述导电电路的一端与所述电极电连接，所述导电电路的另一端与所述电源接头的一端电连接，所述电源接头的另一端设置为能够与电源连接，从而所述袋体能够通过所述电源接头、所述导电电路和所述电极从所述电源获得电能；任选地，所述电源接头设置为能够与交流电源或与电池连接。

在一些实施方式中，所述电极可以由选自金属和碳纤维中的任意一种或更多种材料制成；任选地，所述金属选自铜、铝、铁和银中的任意一种或更多种。

在一些实施方式中，所述加热袋还可以包括温度控制器和温度传感器；所述温度控制器与所述导电电路电连接，并放置在所述加热袋外侧；所述温度传感器与所述温度控制器信号连接，并放置在所述加热腔内侧，从而所述温度控制器能够接收来自于所述温度传感器的温度信号并与设定的阈值比较，进而控制供电电路的启闭。

在一些实施方式中，所述更多个主壁的数量可以为2～8个，任选地为2～4个；所述更多个主壁之间至少通过一个边相互连接，其它边自由分离形成所述腔口。

在一些实施方式中，所述加热袋可以为保温层可拆卸式加热袋；所述保温层可以设置成独立的保温单元，所述基底层、所述石墨烯加热层、所述电极和所述绝缘保护层组成独立的加热单元，所述加热单元放入所述保温单元中，任选地所述防水内衬放入加热单元中，以形成所述保温层可拆卸式加热袋。

在一些实施方式中，所述加热袋可以还包括用于封闭所述腔口的封口装置，封口装置可以选自拉链、磁吸件、盖子、魔术扣、卡扣件、凹凸扣、抽拉绳中的一种或更多种。

所述石墨烯电加热袋可用作食品加热袋，可为食品，例如袋装食品、真空塑封食品、盒装食品、罐装食品等提供加热，包括速食汤、速食米饭、速食米粉、速食菜、速食面食等。

所述石墨烯电加热袋还可用作药水加热袋，可为药水，例如瓶装药水、袋装药水等提供加热，包括输液药水、针剂药水、口服药水、营养液、生理盐水等。

所述石墨烯电加热袋还可用作血液、骨髓等制品的加热袋。

本实用新型与现有技术相比具有的有益效果在于：

1、石墨烯电加热袋具有重量轻、体积小和便携的优点，适合多种应用场合；

2、与金属电阻丝相比，石墨烯加热层重量更轻、更薄、柔性更高，并能实现均匀的面状加热、快速升温和降温。

本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得更加清楚，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本实用新型技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型的技术方案，并不构成对本实用新型技术方案的限制。

图1为本实用新型实施例的主壁的结构图；

图2为本实用新型实施例的整体式加热层的俯视图；

图3为本实用新型实施例的整体式加热层的侧视图；

图4为本实用新型实施例的分体式加热层的示意图；

图5为本实用新型实施例的弧形加热袋的透视图；

图6为本实用新型实施例的方形加热袋的透视图；

图7为本实用新型实施例的设置有两个主壁的加热袋的示意图；

图8为本实用新型实施例的设置有三个主壁的加热袋的示意图；

图9为本实用新型实施例的设置有四个主壁的加热袋的示意图；

图10为本实用新型实施例的保温层可拆卸式加热袋的示意图；

图11为本实用新型实施例的具有不同腔口封口装置的加热袋的示意图；

图12为本实用新型实施例的固定式温度控制器加热袋的示意图；

图13为本实用新型实施例的线控式温度控制器加热袋的示意图。

图中：1.保温层；2.基底层；3.石墨烯加热层；4.电极；5.绝缘保护层；6.主壁；7.保温单元；8.加热单元；9.磁扣；10.翻盖；11.魔术扣；12.凹凸扣。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

本实用新型实施例提供了一种石墨烯电加热袋，所述石墨烯电加热袋包括袋体，所述袋体具有能够容纳待加热物品的加热腔，所述加热腔具有允许待加热物品进入其中的腔口。如图1所示，所述袋体包括保温层1、基底层2、石墨烯加热层3、电极4和绝缘保护层5。所述电极4设置在所述石墨烯加热层3上。可以按照保温层1、基底层2、石墨烯加热层3、电极4和绝缘保护层5的顺序结合形成主壁，也可以按照保温层1、电极4、石墨烯加热层3、基底层2和绝缘保护层5的顺序结合形成主壁。所述袋体设置为由一个或更多数个主壁组合形成。还可以在绝缘保护层上再设置一层防水内衬。

本实用新型实施例的石墨烯电加热袋还可以包括封口装置、导电电路和电源接头。

所述封口装置用于封闭所述腔口。

所述电源接头的一端与所述导电电路的另一端电连接，所述电源接头的另一端设置为能够与电源连接，从而所述袋体能够通过所述电源接头、所述导电电路和所述电极从电源获得电能。

本实用新型实施例中的石墨烯加热层3可以为整体式，如图2、图3所示，即石墨烯加热层3由完整的一块形成；也可以为分体式，如图4所示，即加热层由分隔开的几块形成。

本实用新型实施例的加热袋，根据加热袋的边缘形状，可以为弧形加热袋，如图5所示；或者方形加热袋，如图6所示；或者其他任意的形状。

本实用新型实施例提供的加热袋可以设置有一个或更多个主壁，例如可以为1-8个。图7为设置有两个主壁6的加热袋的示意图；图8为设置有三个主壁6的加热袋的示意图；图9为设置有四个主壁6的加热袋的示意图。

如图10所示，本实用新型实施例提供的保温层还可以设置成独立的保温单元7，基底层、石墨烯加热层、电极和绝缘保护层组成独立的加热单元8，加热单元8以通过插入、粘贴、压合、缝制等方式放入保温单元7中，组成保温层可拆卸式加热袋。

本实用新型实施例提供的主壁之间至少通过一个边相互连接固定，主壁的其它边可以自由分离以形成腔口，腔口可通过拉链、磁吸件(例如，磁扣9、磁盘、磁条等)、盖子(例如，翻盖10)、魔术扣11(即粘扣)、卡扣件、凹凸扣12(即自封口)、抽拉绳中的一种或更多种封口装置进行封闭，具体如图11所示。

本实用新型实施例提供的加热袋还可以包括温度控制器和温度传感器，所述温度控制器与所述导电电路电连接，所述温度传感器与所述温度控制器电连接，温度控制器能够设定温度和显示温度传感器所处的位置的实时温度。使用时将温度传感器放入所述加热袋的加热腔内，温度传感器将收集到的温度信号传递给温度控制器，温度控制器将接收到的温度信号与设定温度进行比较，在低于设定温度时控制开启供电线路从而进行加热，在达到设定温度时自动关闭加热功能。图12为固定式温度控制器加热袋的示意图；图13为线控式温度控制器加热袋的示意图。

实施例1

石墨烯加热层：石墨烯、碳纤维、丙烯酸树脂

柔性基底层：聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)

绝缘保护层：聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)

保温层：附铝陶瓷纤维

电极：铜箔

防水内衬：无纺布

封口装置：翻盖

石墨烯采用氧化还原法制备，平均厚度2纳米，平均尺寸10微米。将重量比为40％石墨烯、20％短切碳纤维粉和40％丙烯酸树脂溶于水中，搅拌均匀后喷涂在聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)柔性基底层2表面，烘干形成石墨烯加热层3。将带胶铜箔平行黏贴在石墨烯加热层3两端，以在石墨烯加热层3上形成电极4，将聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)粘贴在石墨烯加热层3、和电极4上面形成绝缘保护层5，将由柔性基底层2、石墨烯加热层3、电极4和绝缘保护层5组成的层叠物附在附铝陶瓷纤维保温层1表面形成柔性主壁6。将柔性主壁6裁剪成20cm×25cm大小，两个裁剪后的柔性主壁6通过粘结三个边缘，留有一开放的腔口，将18cm×23cm的无纺布袋作为防水内衬放入腔内，防水内衬边缘通过缝合方式固定在腔口边缘，腔口采用翻盖10进行封口，组成柔性加热袋。温度控制器粘贴在加热袋外侧，温度传感器放置于加热腔内。

实施例2

石墨烯加热层：石墨烯、炭黑、氯醋树脂

柔性基底层：聚酰亚胺(PI)

绝缘保护层：含硅橡胶

保温层：附铝聚苯乙烯泡沫塑料

电极：铝箔

封口装置：魔术扣

石墨烯采用剪切法制备，平均厚度20纳米，平均尺寸100微米。将重量比为30％石墨烯、30％炭黑和40％氯醋树脂溶于环己酮中，搅拌均匀后通过丝网印刷方式印刷在聚酰亚胺(PI)柔性基底层1表面，烘干形成石墨烯加热层3。将铝箔平行附着在石墨烯加热层3两端，以在石墨烯加热层3上形成电极4，将含硅橡胶绝缘保护层4粘贴在石墨烯加热层3和电极4上，形成加热单元8。将加热单元8裁剪成3个20cm×25cm大小并进行粘贴。将附铝聚苯乙烯泡沫塑料保温层1裁剪成3个23cm×28cm大小并通过热压组成保温单元7，留有一开放的腔口，腔口采用魔术扣进行封口。将粘贴好的加热单元8放入保温单元7组成加热袋。温度控制器粘贴在加热袋外侧，温度传感器放置于加热腔内。

实施例3

石墨烯加热层：石墨烯、纳米银、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)树脂

柔性基底层：聚乙烯(PE)

绝缘保护层：聚乙烯(PE)

保温层：附铝聚苯乙烯泡沫塑料

电极：铝膜

封口装置：抽拉绳

石墨烯采用电化学剥离法制备，平均厚度23纳米，平均尺寸15微米。将重量比50％石墨烯、20％纳米银颗粒和30％EVA树脂溶于混合二元酸酯中，搅拌均匀后通过凹版印刷方式印刷在聚乙烯(PE)柔性基底层2表面，烘干形成石墨烯加热层3。采用磁控溅射方式溅射镀一层铝膜在加热层3两侧，以在石墨烯加热层3上形成电极4，将PE薄膜粘贴在石墨烯加热层3和电极4上，,组成加热单元8。将加热单元8裁剪成2个15cm×20cm、2个5cm×20cm大小并进行粘贴。将附铝聚苯乙烯泡沫塑料保温层1裁剪成2个18cm×22cm、2个6cm×22cm大小并通过热压组成保温单元7，留有一开放的腔口，腔口采用抽拉绳进行封口。将粘贴好的加热单元8放入保温单元7组成柔性加热袋。温度控制器粘贴在加热袋外侧，温度传感器放置于加热腔内。采用线控式温度控制器进行控制，温度传感器粘贴在加热腔底部。

实施例4

加热层：石墨烯、碳纳米管、水溶聚氨酯树脂

柔性基底层：聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)

绝缘保护层：聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)

保温层：玻纤硅胶布

电极：铜箔

封口装置：磁吸条

石墨烯采用射流法制备，平均厚度5纳米，平均尺寸13微米。将重量比为40％石墨烯、10％碳纳米管和50％水溶聚氨酯溶于水中，搅拌均匀后滚涂在聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)柔性基底层2表面，烘干形成石墨烯加热层3。将铜箔采用银浆粘贴在石墨烯加热层3两端，以在石墨烯加热层3上形成电极4，将上下层PET通过热封机塑封，将由柔性基底层2、石墨烯加热层3、电极4和绝缘保护层5组成的层叠物粘贴在玻纤硅胶布保温层1表面组成柔性主壁6。将柔性主壁6剪成10cm×20cm大小，两个裁剪后的柔性主壁6通过缝制组成柔性加热袋，并留有两个活动边，腔口采用磁吸条进行封闭。采用线控式温度控制器进行控制，温度传感器放粘贴在加热袋腔边缘。

实施例5

石墨烯加热层：石墨烯、水溶聚氨酯树脂

柔性基底层：聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)

绝缘保护层：聚乙烯(PE)

保温层：陶瓷纤维橡胶布

电极：铜箔

封口装置：凹凸扣

石墨烯采用砂磨法制备，平均厚度13纳米，平均尺寸8微米。将重量比为65％石墨烯、35％水溶聚氨酯树脂溶于水中，搅拌均匀后采用丝网印刷方式印刷在聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)柔性基底层2表面，烘干形成石墨烯加热层3。将铜箔采用银浆粘贴在石墨烯加热层3两端，以在石墨烯加热层3上形成电极4，将PET与PE膜通过热封机塑封，加热层夹在膜之间，将由柔性基底层2、石墨烯加热层3、电极4和绝缘保护层5组成的层叠物粘贴在陶瓷纤维橡胶布保温层1表面组成柔性主壁6。将柔性主壁6裁剪成2个30cm×40cm大小，两个裁剪后的柔性主壁6通过高温压合组成柔性加热袋，并留有两个活动边，腔口采用凹凸扣封口。采用固定式温度控制器进行控制，温度控制器镶嵌在腔口保温层中，温度传感器放粘贴在加热腔中间边缘。

虽然本实用新型所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本实用新型而采用的实施方式，并非用以限定本实用新型。任何本实用新型所属领域内的技术人员，在不脱离本实用新型所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本实用新型的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种石墨烯电加热袋，所述加热袋的袋体具有能够容纳待加热物品的加热腔，所述加热腔具有允许待加热物品进入其中的腔口，所述袋体包括保温层(1)、基底层(2)、石墨烯加热层(3)、电极(4)、绝缘保护层(5)；所述电极(4)设置在所述石墨烯加热层(3)上并且设置为与供电线路电连接，从而使得所述袋体能够通过所述电极(4)获得电能。

2.根据权利要求1所述的加热袋，其中，所述袋体还包括防水内衬。

3.根据权利要求1所述的加热袋，其中，所述袋体由一个或更多个主壁(6)形成，所述主壁(6)由所述保温层(1)、所述基底层(2)、所述石墨烯加热层(3)、所述电极(4)和所述绝缘保护层(5)形成。

4.根据权利要求2所述的加热袋，其中，所述袋体由一个或更多个主壁(6)形成，所述主壁(6)由所述保温层(1)、所述基底层(2)、所述石墨烯加热层(3)、所述电极(4)、所述绝缘保护层(5)和所述防水内衬形成。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的加热袋，所述加热袋还包括导电电路和电源接头，所述导电电路的一端与所述电极(4)电连接，所述导电电路的另一端与所述电源接头的一端电连接，所述电源接头的另一端设置为能够与电源连接，从而所述袋体能够通过所述电源接头、所述导电电路和所述电极(4)从所述电源获得电能。

6.根据权利要求5所述的加热袋，所述加热袋还包括温度控制器和温度传感器；所述温度控制器与所述导电电路电连接，并放置在所述加热袋外侧；所述温度传感器与所述温度控制器信号连接，并放置在所述加热腔内侧，从而所述温度控制器能够接收来自于所述温度传感器的温度信号并与设定的阈值比较，进而控制供电电路的启闭。

7.根据权利要求3或4所述的加热袋，其中，所述更多个主壁(6)的数量为2～8个；所述更多个主壁(6)之间至少通过一个边相互连接，其它边自由分离形成所述腔口。

8.根据权利要求1或3所述的加热袋，其中，所述加热袋为保温层可拆卸式加热袋；所述保温层(1)设置成独立的保温单元(7)，所述基底层(2)、所述石墨烯加热层(3)、所述电极(4)和所述绝缘保护层(5)组成独立的加热单元(8)，所述加热单元(8)放入所述保温单元(7)中，以形成所述保温层可拆卸式加热袋。

9.根据权利要求2或4所述的加热袋，其中，所述加热袋为保温层可拆卸式加热袋；所述保温层(1)设置成独立的保温单元(7)，所述基底层(2)、所述石墨烯加热层(3)、所述电极(4)和所述绝缘保护层(5)组成独立的加热单元(8)，所述加热单元(8)放入所述保温单元(7)中，所述防水内衬放入加热单元(8)中，以形成所述保温层可拆卸式加热袋。

10.根据权利要求1-4中任一项所述的加热袋，所述加热袋还包括封口装置，所述封口装置用于封闭所述腔口。