一種用泡沫鋁嵌套發(fā)熱元件制作的電熱板的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及電熱轉(zhuǎn)換【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種用泡沫鋁嵌套發(fā)熱元件制作的電熱板。采用集多功能于一體的泡沫鋁結(jié)構(gòu)材料，替代現(xiàn)有復(fù)合在發(fā)熱元件上的多種、多層不同功能作用的材料，將發(fā)熱元件嵌套其中，消除現(xiàn)有電熱板存在的種種缺陷。泡沫鋁是一種由多孔金屬鋁骨架、覆蓋骨架外表的氧化鋁薄膜及其骨架內(nèi)的空氣泡組成，集金屬鋁、非金屬氧化鋁與空氣的優(yōu)良性能于一體，兼具質(zhì)輕、多功能、環(huán)保、可設(shè)計(jì)的功能與結(jié)構(gòu)特征，是一種提高電熱板性價(jià)比的理想工程材料。
【專利說明】一種用泡沬鋁嵌套發(fā)熱元件制作的電熱板
[0001] 本發(fā)明涉及電熱轉(zhuǎn)換【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種用泡沫鋁嵌套發(fā)熱元件制作的電熱 板。

【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有電熱板或電熱地暖都是以發(fā)熱元件為心臟，用多種金屬和非金屬材料復(fù)合而 成的制品。2007100559294號專利公開了一種小型電熱板制作方法，它由金屬板制作的箱 型板、防止粉塵的無紡織物、埋設(shè)有陶瓷發(fā)熱體的天然炭層、無紡織物纖維層、下部外層材 料、上部外層材料、舊式窗戶狀本質(zhì)墊板壓制與粘合而成；20113547401號專利公開了一種 包括多孔絕緣防火材料層的電熱地板，它由地板基材層、熱擴(kuò)散層、導(dǎo)電發(fā)熱材料層、絕緣 防火層、多孔絕緣防火材料層、耐磨層、平衡層復(fù)合制成；201220068922號專利公開了一種 電熱膜地暖裝置，它由加固網(wǎng)、水泥層、室內(nèi)裝飾層、加熱層、內(nèi)保護(hù)層、外保護(hù)層安裝施工 而成；2012103105561號專利公開了一種負(fù)離子遠(yuǎn)紅外電地暖床板，它由耐壓保護(hù)層底板、 地暖模塊本體絕熱層、防火阻燃層、純鋁箔反射層、四周側(cè)板、發(fā)熱電纜及上保護(hù)面板組成。
[0003] 從上述公布的、用不同發(fā)熱元件制作的電熱板專利看出，為確保電熱采暖的安全、 環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、耐用的功能效果，幾乎所有電熱板或地暖都是由多種不同性能與功能的材料復(fù) 合制作。由此引出諸多隱患，一是電熱板受人為的、自然的及其隨機(jī)組合因素影響太多，很 難判斷各類產(chǎn)品的好壞優(yōu)劣，市場推出的發(fā)熱電纜、碳纖維、電熱膜、碳晶、電熱絲地板正處 于百家爭鳴、各說各好中；二是多種功能作用不同材料復(fù)合在一起，如受熱時(shí)，不同材料的 線膨脹系數(shù)各異，板面會翹起變形；三為使多種金屬、無機(jī)物、有機(jī)物材料復(fù)合在一體，維 修難、再生利用也難；四是不同比重材料組合為一體，不僅重，而且厚，電地?zé)岚搴穸纫话?40-50醒，至少25醒，必須請專業(yè)人員安裝。
[0004] 本發(fā)明采用集多功能于一體的泡沫鋁結(jié)構(gòu)材料，替代現(xiàn)有復(fù)合在發(fā)熱元件上的多 種不同功能作用的材料，將發(fā)熱元件嵌套其中，消除現(xiàn)有電熱板存在的種種缺陷。泡沫鋁是 一種由多孔金屬鋁骨架、覆蓋骨架外表的氧化鋁薄膜及其骨架內(nèi)的空氣泡組成，集金屬鋁、 非金屬氧化鋁與空氣的優(yōu)良性能于一體，兼具質(zhì)輕、多功能、環(huán)保、可設(shè)計(jì)的功能與結(jié)構(gòu)特 征：
[0005] -是質(zhì)輕特性。與傳統(tǒng)材料相比，孔隙率為90 %的泡沫鋁，密度只有0. 25g/ cm 3， 僅為鋁的1/10、鐵的1/30、木材比重的1/4, 一塊1000X 1000X 10 mm泡沫鋁板重約2. 5 kg， 500 X 500 X 10 mm泡沫鋁板，只有700g ;
[0006] 二是多功能性。同時(shí)具有高比強(qiáng)度、高比剛度、高強(qiáng)韌、高能量吸收等優(yōu)良機(jī)械力 學(xué)性能，以及隔熱保溫、耐熱阻燃、散熱、電磁屏蔽、防潮抗蝕、抗老化、耐磨耐用等特殊物理 性能，集多種不同功能材料的特性于一身，用一種材料替代現(xiàn)有包裹在發(fā)熱元件上的多種 材料，為制作電熱板瘦身，達(dá)到最隹的技術(shù)效果；
[0007] 三是環(huán)境友好性。泡沫鋁中80-90%是空氣，空氣是一種熱導(dǎo)系數(shù)很小的可再生無 價(jià)的資源，泡沫鋁在制作或再生或在中高溫下長期使用時(shí)，無任何有害氣體的產(chǎn)生與排放， 是一種對環(huán)境不產(chǎn)生一次污染、二次污染的綠色材料；
[0008] 四是可設(shè)計(jì)性。泡沫鋁具有千變?nèi)f化微結(jié)構(gòu)，通過合理調(diào)整孔隙、孔徑等微結(jié)構(gòu)， 制作滿足各種用戶需要的功能型電熱板，如突出換熱散熱功能，選用開孔泡沫鋁板，突出絕 熱保溫功能，選用閉孔泡沫鋁板；加工性能優(yōu)異，可任意裁切、打孔、彎曲、粘結(jié)、鉚接、榫卯， 做成所需的結(jié)構(gòu)與外形，特別是采用榫卯結(jié)構(gòu)插裝固定，施工、安裝、維修都十分方便。
[0009] 綜上所述，泡沫鋁材制作電熱板，是一種提高電熱板性價(jià)比的理想工程材料。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：采用不同微觀結(jié)構(gòu)的泡沫鋁板替代現(xiàn)有多種上下 包裹電熱元件的材料制作電熱板，覆蓋電熱元件的上層材料采用開孔泡沫鋁板，主要起換 熱散熱、電磁屏蔽、耐溫阻燃、耐磨耐用、載重抗變、外觀裝飾等功能結(jié)構(gòu)作用；敷設(shè)發(fā)熱元 件的下層材料采用閉孔泡沫鋁板，主要起絕熱保溫、承重防潮、電磁屏蔽、耐溫阻燃等功能 結(jié)構(gòu)作用，優(yōu)選榫卯結(jié)構(gòu)將發(fā)熱元件嵌套在上下兩層泡沫鋁板中，制成適合市場所需的各 種規(guī)格型號的電熱板。
[0011] 為解決上述技術(shù)問題，提出以下技術(shù)實(shí)施方案：
[0012] -是電熱板上層材料米用孔隙率90% 土、孔徑< 1醒、密度0· 25g/cm3土、厚5醒、 長度與寬度根據(jù)使用需要的開孔泡沫鋁平面板制作，開孔泡沫鋁具有大的比表面積，并使 散布在其中的空氣產(chǎn)生復(fù)雜的三維流動，經(jīng)試驗(yàn)，其散熱能力優(yōu)于現(xiàn)有翅片散熱結(jié)構(gòu)，不僅 散熱效率高，而且輕；厚度5mm開孔泡沫鋁在50-1050 ? MHz電磁波頻率范圍內(nèi)，電磁屏蔽 性能在30-75dB間，遠(yuǎn)比純鐵、硅鋼片、含銅粉涂料的電磁屏蔽性能優(yōu)良；線膨脹系數(shù)與基 體材料鋁相近，熱穩(wěn)定性好，即使高于軟化溫度也不變形；具有一定的抗壓、抗沖擊性能，承 重可達(dá)自重的60倍以上。
[0013] 二是電熱板的下層材料采用孔隙率90% 土、孔徑彡1 IM、密度〇. 25g/cm3土、厚度 > 5 mm、長度與寬度與上層材料相對應(yīng)的閉孔泡沫鋁凹形槽板制作，將圓形或扁平的電熱 元件敷設(shè)在凹槽中；閉孔泡沫鋁導(dǎo)熱系數(shù)很低，僅為純鋁的1/5-1/150,是一種優(yōu)良的絕熱 保溫材料，能確保電熱元件的熱量向上輻射；經(jīng)檢測質(zhì)量與體積吸濕率均< 0. 1%，防潮性 優(yōu)異，不影響因潮濕降低電熱元件的性能；電磁屏蔽性能略優(yōu)于開孔結(jié)構(gòu)；優(yōu)良的緩沖吸 能特性，即使地面平整度較低，也能安裝其上，不影響使用與外形美觀。
[0014] 三是發(fā)熱元件及其溫控系統(tǒng)，沿用現(xiàn)有成熟技術(shù)制作或定制，電熱絲、電纜等圓形 發(fā)熱元件嵌套在下層泡沫鋁板的U形凹槽中，電熱膜、碳纖維布等扁平形電熱元件則嵌套 在下層泡沫鋁板的平面凹槽中，凹槽的凹面面積與高度依發(fā)熱元件的面積與高度（直徑或 厚度）而定，確保發(fā)熱元件與上下兩層泡沫鋁板無縫隙地連接為一體，為確保電熱元件無 縫平攤在凹槽中，電熱元件面積與下層泡沫鋁凹面面積一致，電熱元件厚度與下層泡沫鋁 的平面凹槽或U形凹槽的高度一致，則下層泡沫鋁板厚度由實(shí)現(xiàn)功能的基本厚度5 mm (凹 形底面到泡沫鋁板底面的高度）與敷設(shè)在凹槽內(nèi)的電熱元件厚度或直徑相加而成；其計(jì)算 式為：
[0015] Η (電熱板厚度）=Hi (上層泡沫鋁板厚度）+H2 (下層泡沫鋁板厚度）
[0016] 式中H2 = h21(凹形底面到凹槽頂面的高度）+h22(凹形底面到泡沫鋁板底面的高 度）
[0017] H3 (發(fā)熱元件的直徑或厚度）=h2i
[0018] H22 = 1?
[0019] 貝丨J :H =氏+1121+1122 =氏+成+氏=2^+?
[0020] H2 =
[0021] 已知Hi為5 mm，則電熱板與下層泡沫鋁板的厚度取決于發(fā)熱元件的厚度或直徑， 目前市面用于取暖的發(fā)熱元件厚度或直徑，根據(jù)功率大小，一般在0.3-5 mm之間，如下表所 示：
[0022] 幾種常用電采暖發(fā)熱元件厚度比較表
[0023]

【權(quán)利要求】
1. 一種用泡沫鋁嵌套發(fā)熱元件制作的電熱板，其特征在于采用不同微觀結(jié)構(gòu)的泡沫鋁 板替代現(xiàn)有多種上下包裹電熱元件的材料制作電熱板，覆蓋電熱元件的上層采用開孔泡沫 鋁板，主要起換熱散熱、電磁屏蔽、耐溫阻燃、耐磨耐用、載重抗變、外觀裝飾功能結(jié)構(gòu)作用； 敷設(shè)發(fā)熱元件的下層閉孔泡沫鋁板，主要起絕熱保溫、承重防潮、電磁屏蔽、耐溫阻燃功能 結(jié)構(gòu)作用，優(yōu)選榫卯結(jié)構(gòu)將發(fā)熱元件嵌套在上下兩層泡沫鋁板中，制成適合市場所需的各 種規(guī)格型號的電熱板。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種用泡沫鋁嵌套發(fā)熱元件制作的電熱板，其特征在于電熱板 上層材料采用孔隙率90% 土、孔徑< 1 mm、密度〇.25g/cm3土、厚5 mm、長度與寬度根據(jù)使用 需要的開孔泡沫鋁平面板制作。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種用泡沫鋁嵌套發(fā)熱元件制作的電熱板，其特征在于電熱板 的下層材料采用孔隙率90% 土、孔徑< 1 mm、密度〇· 25g/cm3土、厚度> 5 mm、長度與寬度與 上層材料相對應(yīng)的閉孔泡沫鋁凹形槽板制作，將圓形或扁平的電熱元件敷設(shè)在凹槽中。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述一種用泡沫鋁嵌套發(fā)熱元件制作的電熱板，其特征在于發(fā) 熱元件及其溫控系統(tǒng)，沿用現(xiàn)有成熟技術(shù)制作或定制，圓形發(fā)熱元件嵌套在下層泡沫鋁板 的U形凹槽中，扁平形電熱元件則嵌套在下層泡沫鋁板的平面凹槽中，凹槽的凹面面積與 高度依發(fā)熱元件的面積與直徑或厚度而定，確保發(fā)熱元件與上下兩層泡沫鋁板無縫連接為 一體，為確保電熱元件無縫平攤在凹槽中，電熱元件面積與下層泡沫鋁凹面面積一致，電熱 元件厚度與下層泡沫鋁的平面凹槽或U形凹槽的高度一致，則下層泡沫鋁板厚度由凹形底 面到泡沫鋁板底面的5 mm厚度與敷設(shè)在凹槽內(nèi)的電熱元件厚度或直徑疊加而成，可用算式 測算確定。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述一種用泡沫鋁嵌套發(fā)熱元件制作的電熱板，其特 征在于利用電熱板大小，在兩層泡沫鋁板外周，劃出l〇mm 土寬度的周邊用于加工榫卯及其 連接，為提高上下泡沫鋁板的嚴(yán)密扣合，下層泡沫鋁板凹槽內(nèi)周邊至凹槽外周邊的距離也 必須控制在10 mm 土。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4或5所述一種用泡沫鋁嵌套發(fā)熱元件制作的電熱板， 其特征在于利用制作電熱板的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，不同尺寸與功率的電熱板重量的計(jì)算式為： G = ^+63+63, G, = LXWXHiX P , G2 = [LXffXH2-(L-l) X (ff-1) XH3] X P.........下層泡沫鋁板為平面形凹槽的重量， 或G2 = [LXWXH2-LNXD2] X F..................下層泡沫鋁板為U形凹槽的重量， G3根據(jù)發(fā)熱元件規(guī)格型號、比重及所需幾何尺寸計(jì)算確定， 式中G為電熱板重量，h為上層泡沫鋁板重量，G2為下層泡沫鋁板重量，G3為發(fā)熱元件 重量，L為泡沫錯板長度，W為泡沫錯板寬度，氏為上層泡沫錯板厚度，F(xiàn)為泡沫錯密度，H2 為下層泡沫鋁板厚度，H3為扁平發(fā)熱元件厚度，Ln為U形發(fā)熱元件個(gè)數(shù)的總長度，D為圓形 發(fā)熱元件直徑。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種用泡沫鋁嵌套發(fā)熱元件制作的電熱板，其特征在于利用電 熱板上層散熱、下層隔熱的特點(diǎn)，可以常年使用，夏天電熱元件停止工作后，拼裝為涼席，上 散熱下隔熱，不積汙，舒適度比竹席好，特別適宜于不能用空調(diào)的老人或病人使用。
【文檔編號】H05B3/20GK104093226SQ201410342856
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年7月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月18日
【發(fā)明者】汪原, 汪國杰 申請人:湖南大學(xué)