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CN109579118A - 石墨烯智能取暖壁画 - Google Patents

石墨烯智能取暖壁画 Download PDF

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CN109579118A
CN109579118A CN201811615949.7A CN201811615949A CN109579118A CN 109579118 A CN109579118 A CN 109579118A CN 201811615949 A CN201811615949 A CN 201811615949A CN 109579118 A CN109579118 A CN 109579118A
Authority
CN
China
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layer
temperature
heat
mural painting
humidity
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201811615949.7A
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English (en)
Inventor
陈成猛
李晓明
刘卓
苏方远
谢莉婧
孔庆强
曹芳
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanxi Institute of Coal Chemistry of CAS
Original Assignee
Shanxi Institute of Coal Chemistry of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Shanxi Institute of Coal Chemistry of CAS filed Critical Shanxi Institute of Coal Chemistry of CAS
Priority to CN201811615949.7A priority Critical patent/CN109579118A/zh
Publication of CN109579118A publication Critical patent/CN109579118A/zh
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D13/00—Electric heating systems
    • F24D13/02—Electric heating systems solely using resistance heating, e.g. underfloor heating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B44—DECORATIVE ARTS
    • B44C—PRODUCING DECORATIVE EFFECTS; MOSAICS; TARSIA WORK; PAPERHANGING
    • B44C5/00—Processes for producing special ornamental bodies
    • B44C5/04—Ornamental plaques, e.g. decorative panels, decorative veneers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D19/00—Details
    • F24D19/10—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F24D19/1096—Arrangement or mounting of control or safety devices for electric heating systems
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/10—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor
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    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/20—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater
    • H05B3/22—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater non-flexible

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  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

一种石墨烯智能取暖壁画包括装饰画（1）、外框(2)、出风口(3)、温度控制、湿度、功率多功能一体模块(4)，外置温/湿度模块(5)、电源接口(6)、从上到下依次将装饰画(1)、第一层高分子封装层(7)、发热功能涂层(8)、第二层高分子封装层(12)、热/红外反射层(9)、隔热泡沫层(10)，层层堆叠，并嵌入外框(2)中，出风口(3)位于外框(2)的下边框，进风口(13)位于外框(2)的上边框，温度控制、湿度、功率多功能一体模块(4)，外置温/湿度模块(5)、电源接口(6)、WIFI模块(11)均内嵌于外框(2)的左边框，或右边框或左右边框上。本发明具有可远程控制、使用简单、设定温度与室内温度高度一致的优点。

Description

石墨烯智能取暖壁画
技术领域
本发明属于节能采暖技术领域，具体涉及一种石墨烯智能取暖壁画。
背景技术
我国幅员辽阔，人口众多，严寒地区及夏热东冷地区占国土总面积的90％，人口占60％。仅北方地区每年采暖范围遍布17个省、市、自治区，总采暖人口达7亿以上。然而，尽管我国锅炉集中供热的方法已经发展的相对比较成熟，但仍存在(1)供暖用户端不可控，造成能源浪费。如写字楼在空暖期内有20％-30％的时间空闲，大、中、小学有长达2个月的假期都是不需要供暖的。(2)对环境依然有着一定的污染和破坏。为此，国家提出了“煤改气”和“煤改电”的战略布局。2017年11月开始，北方地区陆续推行供暖煤改气，但供暖开始“气荒”就迅速蔓延。与此形成鲜明对比是，尽管2017年春季我国全社会用电量出现大幅度上涨，但是我国火电相对过剩局面依然严峻，国家能源局还为此发布了《关于2020煤电规划建设风险预警的通知》。一边是气慌、一边是电能严重过剩。采用智能电采暖成为解决上述问题的有效途径之一。采用智能电采暖将给人们带来极大的方便，并明显减少供暖支出，且随着南方居民对于采暖的强烈需求，分布式的智能电采暖具有良好的开发和利用前景。
石墨烯是新型的二维纳米炭材料，具有优异的力、热、光、电学特性，导热系数高达5300W/m·K，高于碳纳米管和金刚石；常温下电子迁移率超过15000cm2/V·s，比碳纳米管或硅晶体都高，而电阻率只有10-6Ω·cm，比铜或银更低，可用来发展智能电采暖器件。目前，电采暖器件如电加热壁画、电加热地板等都集中于保健功能方面如专利CN 202498792U、便捷性如CN 206656411 U便捷安装性、CN 204006264 U的便携式等方面，但对智能远程可控、加热器和室内温度匹配性方面尚缺乏有效的解决方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可远程控制、使用简单、设定温度与室内温度高度一致的石墨烯智能取暖壁画。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种石墨烯智能取暖壁画，它包括装饰画1、外框2、出风口3、温度控制、湿度、功率多功能一体模块4，外置温/湿度模块5、电源接口6、其特征在于从上到下依次将装饰画1、第一层高分子封装层7、发热功能涂层8、第二层高分子封装层12、热/红外反射层9、隔热泡沫层10，层层堆叠，并嵌入外框2中，出风口3位于外框2的下边框，进风口13位于外框2的上边框，温度控制、湿度、功率多功能一体模块4，外置温/湿度模块5、电源接口6、WIFI模块11均内嵌于外框2的左边框，或右边框或左右边框上。
所述装饰画1通过绘制、打印、喷绘、喷涂、丝印等中的一种或一种以上方法印制于高分子封装层7的外表面。
所述外框2是由不锈钢、铝合金、镁铝合金、塑钢等材料制备而成的凹形结构紧固件，外框2上预留有电源安装孔、进/出风口安装孔、温度控制、湿度、功率多功能一体模块安装孔和外置温/湿度模块安装孔，其相互之间采用螺纹或卡扣相互连接，用于固定和支撑取暖壁画的各层，使其成为一体的器件。
所述出风口3可由不锈钢、铝合金、镁铝合金、塑钢等材料制成栅格状的通风口。
所述温度控制、湿度、功率多功能一体模块4，拥有通讯接口与WIFI模块11相连接，集成输出接口与发热功能涂层8上的负极、正极相连，输入接口与电源接口6的零线、火线和地线相连接。此模块对温度具有智能控制功能，温度可控范围为0-150℃；对湿度、功率具有实时监测功能。它一方面通过WIFI模块11接受来自于温度传感器、湿度传感器5的数据并同步到显示屏上，另一方面具有通过温度进而实现控制电路通断，当温度高于设定温度时，自动断开电源与发热功能涂层8之间的电路，停止加热；当温度低于设定温度时，自动连通电源与发热功能涂层8之间的电路，开始加热；通过此程序进而实现温度的控制。温度控制、湿度、功率多功能一体模块4与WIFI模块11通过串口、RXD/TXD引脚、RS485、USB等中的一种或一种以上方式来连接通讯。温度控制、湿度、功率多功能一体模块4型号或类型有硅传WIFI互联网温控器、WT-201温控器、LCJ-YJ温控器、WF96HT型温湿控器、科迪温控器等。
所述外置温/湿度模块5内置温度、湿度传感器、数据芯片和WIFI发射器，数据芯片可收集温度、湿度传感器的数据，并通过WIFI发射器传送至WIFI模块11，并最终在温度控制、湿度、功率多功能一体模块4上进行实时显示；外置温/湿度模块5背面留有葫芦形安装孔和折叠式支架；在装箱或运输过程中通过卡扣镶嵌在外框2上，使用时可按需安装于屋内任何墙体或通过支架立放于桌面。传感器类型如DHT11温湿度传感器、Ubibot温湿度传感器、建大仁科温湿度传感器等。
所述电源接口6内嵌于外框2上，且分别设置有零线、火线和地线，同时设计为具有卡位的防水对插接头。
所述第一层高分子封装层7由耐热150－300℃、耐直流电压1－30KV、耐水、耐酸碱、耐蚀特性的环氧树脂纤维复合材料压制而成，其中一面为平面，另一面在中部位置预留有凹陷空间14，同侧四周边缘涂覆有热封胶15；在凹陷空间14平面内，平行于长边方向和其中一个短边方向铺设有铜膜16，且在铜膜上连接有正负接线端子17用于连接温度控制、湿度、功率多功能一体模块4的输出接口和发热层，通过对温度控制、湿度、功率多功能一体模块4输出接口的通断实现对发热层的启动和停止控制，最终实现温度控制。
上述的环氧树脂纤维复合材料是将环氧树脂、固化剂与玻纤、炭纤维、碳纳米管、石棉、聚酯纤维等一种或一种以上纤维材料通过压制工艺而成的高分子复合板材，其中纤维材料所占复合板材质量比为5wt％—20wt％，其耐温性能是其耐温性能是在350-400℃时小于24小时一直运行，200-300℃时运行10年；体积电阻率为1.0×1013-1.0×1015Ω·m；在400KV直流电压下作用10min面电荷密度低于10微库仑/平方米。
所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂，如TE-9249、TE-9128等；双酚S型环氧树脂，如CW-1100型；氢化双酚A型环氧树脂，如ST-3000、ST-3000H、KST-1101、ST-3000、ST-1701、ST-4000D、ST-4100D、ST-508、EP4000、EP4901E等，酚醛型环氧树脂，如PFNE7400、EOCN6800等。
所述固化剂是指可使环氧树脂由线性变为网状结构大分子，即固化的化学试剂。所用的固化剂多达数百种，如脂肪族多元胺(乙二胺、三乙胺、三乙醇胺、二乙烯三胺、二亚乙基三胺、多乙烯多胺等)、脂环胺(C-6391脂环胺、TAC-900脂环胺、孟烷二胺、N-氨乙基哌嗪、异佛尔酮二胺等)、芳香胺(间苯二胺、间苯二甲胺、二氨基二苯基甲烷、二氨基二苯基砜、联苯胺、苯二甲胺三聚体衍生物等)、酸酐(顺丁烯二酸酐、邻苯二甲酸酐等)、高分子量树脂(氨基树脂、脲醛树脂、糠醛树脂等)、咪唑类(咪唑、2-甲基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑等)、聚酰胺(低分子聚酰胺、聚酰胺-胺等)等。根据上述不同类型的环氧树脂选择其中的一种或两种以上固化剂进行匹配性选择，固化剂使用量按照环氧树脂的环氧当量:固化剂折算成胺氢当量之比＞1.2－4:1。
所述发热功能涂层8为石墨烯红外导电浆料经过印刷、涂刷、喷涂等中的一种或一种以上方法涂覆于第一层高分子封装层7的凹陷空间14表面，而形成的发热温度可达80－150℃、耐温300－500℃、厚度为0.05-3mm的石墨烯红外发热涂层。
所述热/红外反射层9是将锌、铝等耐热温度高于200℃、红外线发射率＞90％的材料制成薄膜状，进而构成反射层。
所述隔热泡沫层10是由聚氨酯、聚氯乙烯、玻璃纤维、石棉、岩棉、聚丙烯等低导热或绝热材料通过特殊工艺制备的多孔泡沫层，具有隔热的作用，有效防止热量从取暖壁画背面散失。
所述WIFI模块11采用WEP(有线等效加密)、WPA-PSK、WPA2-PSK、WPA-PSK[TKIP]+WPA2-PSK[AES]、WAPI中的一种或一种以上加密技术，且支持2.4G UHF或5G SHF ISM射频双频段收发，5G主要用于分离式的温度传感器与温度显示器之间数据传递，实现温度显示器与温度传感器实时数据的传送，进而实现了加热壁画和温度传感器的有效分离；2.4G用于与室内wifi路由器连接，并通过internet技术实现远程控制和智能操作；WIFI模块如ESP8266WIFI模块、Hekr WIFI模块、LM55WiFi模块等。
所述第二层高分子封装层12为上下面平行的板材，在靠近发热功能涂层8一侧的四周边缘同样涂覆有热封胶，且涂覆位置与第一层高分子封装层(7)相对应，此两各封装层可通过热封机加热后进行热挤压使封装成一个整体。即将发热功能涂层8封装于高分子封装层之间，起到绝缘、防泄漏、耐电压冲击的作用。
所述进风口13是由不锈钢、铝合金、镁铝合金、塑钢等材料制成栅格状的通风口。
所述凹陷空间14是指在第一层高分子封装层7背向装饰画1的一侧预留的深度为0.05-3mm的中空凹陷空间，此空间四边距离第一层高分子封装层7的四个边缘的距离为5-20mm，且深度小于第一层高分子封装层7的厚度。
所述热封胶15是指预先涂覆于第一层高分子封装层7、第二层高分子封装层12边缘，在专用设备(热风缝口密封机或高频热合机)作用下加热至粘流态后加压使之粘封的树脂；热封胶距离封装层外边缘距离为0-5mm；热封胶如台湾-813多用途热封胶热、德国热可塑性聚酯树脂热封胶、美国杜邦Nucrel丙烯酸系列热封胶、深圳恒达化工热封胶、赢创DEGALAN系列热封胶、德国汉高COOL130热封热熔胶等。
所述导电铜膜16为厚度为5-150μm的铜薄膜材料，其宽度为5-10mm，铜膜16与第一层高分子封装层7通过双面胶粘合在一起。
所述正负接线端子17为铜、镍、金、铝等材料制备的片状接线端子，端子长度应为30－60mm，分为正端子和负端子，正/负端子的一端与铜膜16通过焊接、铆接、粘接、压接等方式中的一种或几种方法相连接，另一端与温度控制、湿度、功率多功能一体模块4的输出接口相连接，接线端子高度≤0.4mm。
优选地，所述装饰画1可采用UV快速印刷或名家绘制方式；
优选地，所述外框2表面涂覆一层防静电材料，凹槽厚度大于第一层高分子封装层7、第二层高分子封装层12、热/红外反射层9、聚氨酯制成的隔热泡沫层10厚度之和，与上述功能层连接处采用耐200℃高温的密封垫增加其连接性能；
优选地，所述出风口3位置加装风扇以增加热量排出速度；
优选地，温度控制、湿度、功率多功能一体模块4具备数据采集和记录功能，可用于储存一定时间内(如一个月)的温度、湿度、功率等数据；
优选地，所述电源接口6内置短路保护器、过载保护器等以保障其安全性能；
优选地，隔热泡沫层10的导热系数常温下不高于0.018W/(K·m)；
优选地，凹陷空间14的下凹深度为第一层高分子封装层7厚度的1/3-1/2；
优选地，铜膜16厚度为凹陷空间14深度的1/3-1/2；
优选地，正负接线端子17的厚度为0.1-0.3mm，宽度为3mm，长度应保证在热封后可裸露在外部的端子长度不小于10mm。
优选地，为了解决连接处的电荷集中问题，焊接、铆接、粘接、压接等方式连接后，最后均采用纱布打磨至表面光滑、无毛刺或突刺。
本发明的有益性效果是提供了一种基于WIFI远程可控的石墨烯智能取暖壁画，解决了传统电取暖设备无法远程控制的问题，实现了其远程智能控制。通过此模块可以实现离家时远程关闭，避免出门忘记关闭的问题；亦可回家前远程开启，避免了传统电取暖器主人回家后才能开机升温，升温过程中家中温度过低的尴尬局面；此外，此远程可控WIFI模块还实现了温度、湿度显示器与温度、湿度传感器实时同步传送数据的功能，即外置温度、湿度传感器将数据通过WIFI模块实时同步到温度、湿度显示器上，实现了所测温度、湿度为真实的室内数值。换而言之，由于传统电取暖器温度传感器、温度显示温度都安装与电取暖器上，因此其实际测试的是取暖壁画附近的温度和湿度，而非真正的室内温度和湿度，致使加热时室内温度和加热器设定的温度出现较大的差异现象，且为了实现安全、节能、温控的目的，加热器在达到所设定温度后即停止加热，而事实上此时的“达到所设定温度”仅仅是安装于加热器上的温度传感器感受到的加热器附近的温度，而室内温度还远未达到所设定温度。此外，采用石墨烯基的发热材料具有不断裂、不脱节、不氧化、发热及散热性能好、红外发射率高等优点。
附图说明
图1为本发明石墨烯智能取暖壁画外观立体示意图；
图2为本发明石墨烯智能取暖壁画剖视示意图；
图3为本发明第一层高分子封装7的结构立体示意图；
图4为本发明第一层高分子封装7的结构剖视示意图；
如图所示，1是饰画，2是外框，3是出风口，4是温度、湿度、功率多功能显示器，5是外置温/湿度传感器，6是电源接口，7是第一层高分子封装层，8是发热功能涂层，9是热/红外反射层，10是隔热泡沫层，11是WIFI模块，12是第二层高分子封装层，13是进风口，14是凹陷空间，15是热封胶，16是铜膜，17是正负接线端子。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例采用的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，下面描述中的附图仅仅是本发明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，并不对本发明造成约束。
实施例1
一种石墨烯智能取暖壁画，包括装饰画1、外框2、出风口3、温度控制、湿度、功率多功能一体模块4，外置温/湿度模块5、电源接口6、第一层高分子封装层7、发热功能涂层8、热/红外反射层9、隔热泡沫层10、WIFI模块11、第二层高分子封装层12，从上到下依次将装饰画1、第一层高分子封装层7、发热功能涂层8、第二层高分子封装层12、热/红外反射层9、隔热泡沫层10，层层堆叠，呈“三明治”结构，并嵌入外框2中，出风口3位于外框2的下边框，进风口13位于外框2的上边框，温度控制、湿度、功率多功能一体模块4，外置温/湿度模块5、电源接口6、WIFI模块11均内嵌于外框2的左边框，或右边框或左右边框上。
所述装饰画1是在高分子封装层7的平面一侧通过UV固化数码印刷方法将精美图案印制于高分子封装层7表面，形成的装饰画；
所述外框2是用铝合金制备而成的凹形结构紧固件，其采用螺纹相互连接，用于固定和支撑取暖壁画的各层及附属配件，使其成为一体的器件。
所述出风口3是由铝合金材料压制而成的栅格状通风口，并采用螺纹固定的形式安装于外框2上。
所述温度控制、湿度、功率多功能一体模块4采用妙昕TH110型AC220V的外置探头式一体模块和PEACEFAIR-018型功率计相组合的方式，相关功率由功率计实施检测并以串口通讯式传输数据到温度控制、湿度、功率多功能一体模块4进行显示；温/湿度外置探头封装于外置温/湿度模块5中用于对温度、湿度、功率进行实时监测功能；多功能一体模块与WIFI模块11通过RS485A通讯连接方式，接受来自于温度传感器、湿度传感器5的数据并同步到显示屏上；另一方面多功能一体模块4的输出端与与发热功能涂层8上的负极、正极相连，通过设定温度上下限，进而实现控制电路通断，当温度高于设定温度时，自动断开电源与发热功能涂层8之间的电路，停止加热；当温度低于设定温度时，自动连通电源与发热功能涂层8之间的电路，开始加热；通过此程序进而实现温度的控制。
所述外置温/湿度模块5内置妙昕TH110型AC220V的外置温/湿度探头和测控通WIFI-PLC型WIFI模块，其中外置温/湿度探头用于检测室内的温度和湿度，探头和WIFI模块通过串口相连接。WIFI模块内置数据芯片和WIFI发射器，数据芯片可采集并储存温度、湿度传感器的数据，并通过WIFI发射器(调节至STAT模式)传送至WIFI模块11，经过RS485A通讯模式，并最终在温度控制、湿度、功率多功能一体模块4上进行实时显示；外置温/湿度模块5背面留有葫芦形安装孔和折叠式支架；在装箱或运输过程中通过卡扣镶嵌在外框2上，使用时可按需安装于屋内任何墙体或通过支架立放于桌面。
所述电源接口6内嵌于外框2上包含品字形分布的零线、火线和地线，插脚采用纯铜制作，工作电流和电压分别为10A和220V，同时设计为具有卡位的防水对插接头。
所述第一层高分子封装层7由60wt％的TE-9249双酚A型环氧树脂、35wt％的聚酰胺-胺固化剂和5wt％的石棉经过压制工艺制备而成的具有耐热200℃、耐直流电压1000V以上、体积电阻率为4.0×1013Ω·m、在400KV直流电压下作用10min面电荷密度低于6.5微库仑/平方米、耐水、耐酸碱、耐蚀特性的环氧树脂纤维复合材料制成的板材，其中一面为平面，另一面在中部位置预留有厚度为0.5mm的凹陷空间14，同侧封装层的四周边缘涂覆有美国杜邦AN4228C型热封胶；在凹陷空间14平面内，平行于长边方向和其中一个短边方向粘结有厚度为0.15mm、宽为5mm的铜膜16，且在铜膜16上焊接有正负接线端子17用于连接温度控制、湿度、功率多功能一体模块4的输出接口和发热层。
所述发热功能涂层8为石墨烯红外导电浆料涂刷于第一层高分子封装层7的凹陷空间14表面，而形成的厚度为0.35mm、发热温度达80℃、耐温300℃的石墨烯红外发热涂层。
所述热/红外反射层9是将铝通过压延制备成的耐热温度高于200℃、红外线发射率＞90％的薄膜。
所述隔热泡沫层10是厚度为1cm的石棉制备的多孔泡沫层，具有隔热的作用，可有效防止热量从取暖壁画背面散失。
所述WIFI模块11采用WPA2-PSK加密技术，使用浠创科技的RT3572-A型双频WIFI模块实现双频段收发其中5G主要用于分离式的温度传感器与温度显示器之间数据传递，实现温度显示器与温度传感器实时数据的传送，进而实现了加热壁画和温度传感器的有效分离；2.4G用于与室内wifi路由器连接，并通过internet技术实现远程控制和智能操作。
所述第二层高分子封装层12同样为环氧树脂纤维复合材料压制成的上下面平行的板材，在靠近发热功能涂层8一侧的四周边缘同样涂覆有热封胶，且涂覆位置与第一层高分子封装层(7)相对应，此两封装层可通过热封机加热至260摄氏度后熔化树脂，再经过热挤压使将发热功能涂层8、导电铜膜16、正负接线端子17封装在高分子封装层7与12之间，形成一个整体。即将发热功能涂层8及其附属电气部分封装于高分子封装层之间，起到绝缘、防泄漏、耐电压冲击的作用。
所述进风口(13)是由铝合金材料制成的栅格状通风口。
所述凹陷空间14是指在第一层高分子封装层7背向装饰画1的一侧加工成深度为0.5mm的中空凹陷空间，此空间四边距离第一层高分子封装层7的四个边缘的距离均为10mm。
所述热封胶15是指预先涂覆于第一层高分子封装层7、第二层高分子封装层12边缘的美国杜邦AN4228C型热封胶。
所述铜膜16为厚度为15μm的铜薄膜材料，通过双面胶粘合在第一层高分子封装层7的凹陷空间14三边(详见附图3)。
所述正负接线端子17为铜材料制备的片状接线端子，分为正端子和负端子，正/负端子的一端与铜膜16通过焊接方式相连接，并经过500目砂纸打磨平滑；另一端与温度控制、湿度、功率多功能一体模块4的输出接口相连接，接线端子高度为0.2mm，长度为30mm。
如附图1-4所示，本实施例中一种石墨烯智能取暖壁画首先使用环氧树脂和玻纤复合制备厚度为2mm的第一层7和第二层高分子封装层12，并在高分子封装层四周均匀涂覆热封胶15(热封胶宽5mm，距离板外边缘2mm)。在第一层高分子封装层7其中一面预留深度为0.5mm的中空凹陷空间14，在凹陷空间的三边(详见附图3所示)粘贴好导电铜膜16，并焊接好正负接线端子17，接着将石墨烯红外发热浆料通过丝网印刷技术均匀印刷于高分子封装层7的中空凹陷空间14内形成发热功能涂层8，涂层干燥后其厚度与凹陷空间预留深度相近；然后通过UV固化数码印刷机高分子封装层7的另一面印刷上装饰画1——山水画。待装饰画1、发热功能涂层8全部干燥后，将第一层高分子封装层7与第二层高分子封装层12涂覆热封胶面相对扣住，并通过热封胶行热封；将上出风口3、温度控制、湿度、功率多功能一体模块4，外置温/湿度模块5、电源接口6、WIFI模块11、进风口13等对应采用卡扣连接方式安装于镁铝合金的外框(2)的预留安装孔上，最后将已封装好的多层加热板下部依次放置铝箔形成的热/红外反射层9、聚氨酯制成的隔热泡沫层10并插入外框的凹槽内；外框2之间采用螺纹进行紧固和连接，组装完成后即形成了石墨烯智能取暖器，将电源线插入电源接口6，然后接通220V即可实现电取暖，升温速率约30s可升高至60℃。
实施例2
所述装饰画1是在高分子封装层7的平面一侧通过喷绘印刷方法印制而成的装饰画；
所述外框2是用镁铝合金制备而成的凹形结构紧固件，其采用螺纹相互连接，用于固定和支撑取暖壁画的各层及附属配件，使其成为一体的器件。
所述出风口3、进风口13均是由镁铝合金材料压制而成的栅格状通风口，并采用卡扣镶嵌的形式固定于外框2处。
所述温度控制、湿度、功率多功能一体模块4采用Rockson的WF96HT型WIFI智能温湿控器和西库SPM-T10/B型电功率计相组合的方式，相关功率由功率计实施检测并以串口通讯式传输数据到温度控制、湿度、功率多功能一体模块4进行显示；外接温湿度传感器封装于外置温/湿度模块5中用于对温度、湿度、功率进行实时监测功能；多功能一体模块与WIFI模块11通过串口通讯连接方式，接受来自于温度传感器、湿度传感器5的数据并同步到显示屏上；另一方面多功能一体模块4的输出端与与发热功能涂层8上的负极、正极相连，通过设定温度上下限，进而实现控制电路通断，当温度高于设定温度时，自动断开电源与发热功能涂层8之间的电路，停止加热；当温度低于设定温度时，自动连通电源与发热功能涂层8之间的电路，开始加热；通过此程序进而实现温度的控制。
所述外置温/湿度模块5内置Rockson的WF96HT型WIFI智能温湿控器的外置温/湿度探头和前沿科技的G7型WIFI模块，其中外置温/湿度探头用于检测室内的温度和湿度，探头和WIFI模块通过串口相连接。WIFI模块内置数据芯片和WIFI发射器，数据芯片可采集并储存温度、湿度传感器的数据，并通过WIFI发射器传送至WIFI模块11，经过串口通讯模式，并最终在温度控制、湿度、功率多功能一体模块4上进行实时显示。
所述第一层高分子封装层7厚度为6mm，由60wt％的ST-3000H氢化双酚A型环氧树脂、20wt％的二亚乙基三胺和20wt％的聚芳酰胺纤维经过压制工艺制备而成的具有耐热150℃、耐直流电压30KV以上、体积电阻率为8.2×1015Ω·m、在400KV直流电压下作用10min面电荷密度低于8.5微库仑/平方米、耐水、耐酸碱、耐蚀特性的环氧树脂纤维复合板材，其中部预留的凹陷空间14厚度为3mm，同侧封装层的四周边缘涂覆有台湾-813多用途热封胶；在凹陷空间14平面内，平行于长边方向和其中一个短边方向粘结有厚度为0.1mm、宽为10mm的铜膜16，且在铜膜16上焊接有正负接线端子17用于连接温度控制、湿度、功率多功能一体模块4的输出接口和发热层。
所述发热功能涂层8为石墨烯红外导电浆料涂刷于第一层高分子封装层7的凹陷空间14表面，而形成的厚度为3mm、发热温度达80℃的石墨烯红外发热涂层，耐温500℃，其中与铜箔相接的区域厚度为2.85mm。
所述隔热泡沫层10是厚度为1.5cm的聚氨酯制备的多孔泡沫层，具有隔热的作用，可有效防止热量从取暖壁画背面散失。
所述WIFI模块11采用WPA2-PSK加密技术，使用HLK-LINK的HLK-M58D型双频WIFI模块实现双频段收发。
所述第二层高分子封装层12厚度同第一层高分子封装层。
所述凹陷空间14是指在第一层高分子封装层7背向装饰画1的一侧加工成深度为3mm的中空凹陷空间，此空间四边距离第一层高分子封装层7的四个边缘的距离均为20mm。
所述热封胶15是指预先涂覆于第一层高分子封装层7、第二层高分子封装层12边缘的台湾-813多用途热封胶(热封温度为180℃)。
所述铜膜16为厚度为150μm的铜薄膜材料，通过双面胶粘合在第一层高分子封装层7的凹陷空间14三边(详见附图3)。
所述正负接线端子17为铝材料制备的片状接线端子，分为正端子和负端子，正/负端子的一端与铜膜16通过焊接方式相连接，并经过500目砂纸打磨平滑；另一端与温度控制、湿度、功率多功能一体模块4的输出接口相连接，接线端子高度为0.5mm，长度为60mm。
其余同实施例1。
实施例3
所述装饰画1是在高分子封装层7的平面一侧绘制方式制作装饰画；
所述外框2是用塑钢制成的凹形结构紧固件。
所述出风口3是由不锈钢材料压制而成的栅格状通风口，并采用挖槽镶嵌的形式固定于外框2处。
所述温度控制、湿度、功率多功能一体模块4采用硅传WIFI互联网温控器模块和PEACEFAIR-018型功率计相组合的方式，相关功率由功率计实施检测并以串口通讯式传输数据到温度控制、湿度、功率多功能一体模块4进行显示；多功能一体模块与WIFI模块11通过USB通讯连接方式，接受来自于温度传感器、湿度传感器5的数据并同步到显示屏上；另一方面多功能一体模块4的输出端与与发热功能涂层8上的负极、正极相连，通过设定温度上下限，进而实现控制温度。
所述外置温/湿度模块5内置Ubibot温湿度传感器和测控通WIFI-PLC型WIFI模块，其中Ubibot温湿度传感器的温/湿度探头用于检测室内的温度和湿度，探头和WIFI模块通过RXD/TXD引脚相连接。WIFI模块内置数据芯片和WIFI发射器，数据芯片可采集并储存温度、湿度传感器的数据，并通过WIFI发射器(调节至STAT模式)传送至WIFI模块11，经过USB通讯模式，并最终在温度控制、湿度、功率多功能一体模块4上进行实时显示。
所述第一层高分子封装层7由70wt％的PFNE7400酚醛型环氧树脂、20wt％异佛尔酮二胺和10wt％的T300型炭纤维经过压制工艺制备而成的具有耐热300℃、耐直流电压8000V以上、体积电阻率为2.4×1014Ω·m、在400KV直流电压下作用10min面电荷密度低于5.5微库仑/平方米、耐水、耐酸碱、耐蚀特性的环氧树脂纤维复合板材，其中一面为平面，另一面在中部位置预留凹陷空间14，同侧封装层的四周边缘涂覆赢创DEGALAN P24型热封胶；在凹陷空间14平面内，平行于长边方向和其中一个短边方向粘结有厚度为5μm、宽为8mm的铜膜16，且在铜膜16上焊接有正负接线端子17用于连接温度控制、湿度、功率多功能一体模块4的输出接口和发热层。
所述发热功能涂层8为石墨烯红外导电浆料涂刷于第一层高分子封装层7的凹陷空间14表面，而形成的厚度为0.05mm、发热温度达80℃的石墨烯红外发热涂层，其中与铜膜16相接区域厚度为45μm。
所述隔热泡沫层10是厚度为0.5cm的玻璃纤维制备的多孔泡沫层。
所述WIFI模块11采用WPA2-PSK加密技术，使用trolink的TL8811CUA型双频WIFI模块。
所述第二层高分子封装层12同样为环氧树脂纤维复合材料压制成的上下面平行的板材，在靠近发热功能涂层8一侧的四周边缘同样涂覆有赢创DEGALAN P24型热封胶，且涂覆位置与第一层高分子封装层(7)相对应，此两封装层可通过热封机加热至120摄氏度后熔化树脂，再经过热挤压实现封装。
所述凹陷空间14是指在第一层高分子封装层7背向装饰画1的一侧加工成深度为0.05mm的中空凹陷空间，此空间四边距离第一层高分子封装层7的四个边缘的距离均为5mm。
所述热封胶15是指预先涂覆于第一层高分子封装层7、第二层高分子封装层12边缘的赢创DEGALAN P24型热封胶，胶宽3mm，距离封装层外边缘为0mm。
所述铜膜16为厚度为5μm的铜薄膜材料，通过双面胶粘合在第一层高分子封装层7的凹陷空间14三边(详见附图3)。
所述正负接线端子17为铜材料制备的片状接线端子，分为正端子和负端子，正/负端子的一端与铜膜16通过焊接方式相连接，并经过500目砂纸打磨平滑；另一端与温度控制、湿度、功率多功能一体模块4的输出接口相连接，接线端子高度为0.1mm，长度为45mm。
其余同实施例1。
本发明可以根据需求设计成各种类型的红外发热体，如远红外的电暖画、卷轴画、暖足宝、地暖膜、地砖、壁纸等。以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的适当变更、调整、各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (27)

1.一种石墨烯智能取暖壁画，它包括装饰画（1）、外框(2)、出风口(3)、温度控制、湿度、功率多功能一体模块(4)，外置温/湿度模块(5)、电源接口(6)、其特征在于从上到下依次将装饰画(1)、第一层高分子封装层(7)、发热功能涂层(8)、第二层高分子封装层(12)、热/红外反射层(9)、隔热泡沫层(10)，层层堆叠，并嵌入外框(2)中，出风口(3)位于外框(2)的下边框，进风口(13) 位于外框(2)的上边框，温度控制、湿度、功率多功能一体模块(4)，外置温/湿度模块(5)、电源接口(6)、WIFI模块(11)均内嵌于外框(2)的左边框，或右边框或左右边框上。
2.如权利要求1所述的一种石墨烯智能取暖壁画，其特征在于所述装饰画(1)是印制于高分子封装层（7）的外表面。
3.如权利要求1所述的一种石墨烯智能取暖壁画，其特征在于所述外框（2）是由不锈钢、铝合金、镁铝合金或塑钢材料制备而成的凹形结构紧固件，外框（2）上预留有电源安装孔、进/出风口安装孔、温度控制、湿度、功率多功能一体模块安装孔和外置温/湿度模块安装孔。
4.如权利要求1所述的一种石墨烯智能取暖壁画，其特征在于所述温度控制、湿度、功率多功能一体模块（4），拥有通讯接口与WIFI模块（11）相连接，集成输出接口与发热功能涂层（8）上的负极、正极相连，输入接口与电源接口（6）的零线、火线和地线相连接；此模块对温度具有智能控制功能，温度控范围为0-150℃。
5.如权利要求4所述的一种石墨烯智能取暖壁画，其特征在于温度控制、湿度、功率多功能一体模块（4）型号或类型有硅传WIFI互联网温控器、WT-201温控器、LCJ-YJ温控器、WF96HT型温湿控器或科迪温控器。
6.如权利要求1所述的一种石墨烯智能取暖壁画，其特征在于所述外置温/湿度模块（5）内置温度、湿度传感器、数据芯片和WIFI发射器和数据芯片。
7.如权利要求6所述的一种石墨烯智能取暖壁画，其特征在于湿度传感器类型为DHT11温湿度传感器、Ubibot温湿度传感器或建大仁科温湿度传感器。
8.如权利要求1所述的一种石墨烯智能取暖壁画，其特征在于所述第一层高分子封装层（7）由耐热150－300℃、耐直流电压1－30KV的环氧树脂纤维复合材料压制而成，其中一面为平面，另一面在中部位置预留有凹陷空间（14），同侧四周边缘涂覆有热封胶（15）；在凹陷空间（14）平面内，平行于长边方向和其中一个短边方向铺设有铜膜（16），且在铜膜上连接有正负接线柱（17）用于连接温度控制、湿度、功率多功能一体模块（4）的输出接口和发热层。
9.如权利要求8所述的一种石墨烯智能取暖壁画，其特征在于所述凹陷空间（14）是在第一层高分子封装层（7）背向装饰画（1）的一侧预留的深度为0.05-3mm的中空凹陷空间，此空间四边距离第一层高分子封装层（7）的四个边缘的距离为5-20mm，且深度小于第一层高分子封装层7的厚度。
10.如权利要求8所述的一种石墨烯智能取暖壁画，其特征在于凹陷空间（14）的下凹深度为第一层高分子封装层（7）厚度的1/3-1/2。
11.如权利要求8所述的一种石墨烯智能取暖壁画，其特征在于所述热封胶（15）是指预先涂覆于第一层高分子封装层（7）、第二层高分子封装层（12）边缘，热封胶距离封装层外边缘距离为0-5mm。
12.如权利要求8所述的一种石墨烯智能取暖壁画，其特征在于热封胶（15）为台湾DisperBC®-813多用途热封胶热、德国热可塑性聚酯树脂热封胶、美国杜邦Nucrel丙烯酸系列热封胶、深圳恒达化工热封胶、赢创DEGALAN系列热封胶或德国汉高COOL130热封热熔胶。
13.如权利要求8所述的一种石墨烯智能取暖壁画，其特征在于所述导电铜膜（16）为厚度为5-150μm的铜薄膜材料，其宽度为5-10mm，铜膜（16）与第一层高分子封装层（7）通过双面胶粘合在一起。
14.如权利要求8所述的一种石墨烯智能取暖壁画，其特征在于铜膜（16）厚度为凹陷空间（14）深度的1/3-1/2。
15.如权利要求8所述的一种石墨烯智能取暖壁画，其特征在于所述正负接线端子（17）为铜、镍、金、铝材料制备的片状接线端子，端子长度为30－60mm，分为正端子和负端子，正/负端子的一端与铜膜（16）相连接，另一端与温度控制、湿度、功率多功能一体模块（4）的输出接口相连接，接线端子高度≤0.4mm。
16.如权利要求8所述的一种石墨烯智能取暖壁画，其特征在于正负接线端子（17）的厚度为0.1-0.3mm，宽度为3mm。
17.如权利要求1所述的一种石墨烯智能取暖壁画，其特征在于所述发热功能涂层（8）为石墨烯红外导电浆料涂覆于第一层高分子封装层（7）的凹陷空间（14）表面，而形成的发热温度为80－150℃、耐温300－500℃、厚度为0.05-3mm的石墨烯红外发热涂层。
18.如权利要求1所述的一种石墨烯智能取暖壁画，其特征在于所述热/红外反射层（9）是将锌或铝耐热温度高于200℃、红外线发射率＞90%的材料制成薄膜状，进而构成反射层。
19.如权利要求1所述的一种石墨烯智能取暖壁画，其特征在于所述隔热泡沫层（10）是由聚氨酯、聚氯乙烯、玻璃纤维、石棉、岩棉或聚丙烯低导热或绝热材料制备的多孔泡沫层。
20.如权利要求1所述的一种石墨烯智能取暖壁画，其特征在于隔热泡沫层（10）的导热系数常温下不高于0.018W/(K·m)。
21.如权利要求1所述的一种石墨烯智能取暖壁画，其特征在于所述WIFI模块（11）是ESP8266 WIFI模块、Hekr WIFI模块或LM55WiFi模块。
22.如权利要求1所述的一种石墨烯智能取暖壁画，其特征在于所述第二层高分子封装层（12）为上下面平行的板材，在靠近发热功能涂层（8）一侧的四周边缘同样涂覆有热封胶，且涂覆位置与第一层高分子封装层（7）相对应，此两封装层通过热挤压使封装成一个整体。
23.如权利要求8所述的一种石墨烯智能取暖壁画，其特征在于环氧树脂纤维复合材料是将环氧树脂、固化剂与玻纤、炭纤维、碳纳米管、石棉、聚酯纤维中一种或几种通过压制工艺而成的高分子复合板材，其中纤维材料所占复合板材质量比为5wt%—20wt%，其耐温性能是在350-400℃时运行时间小于24小时，200-300℃时运行10年；体积电阻率为1.0×1013-1.0×1015Ω·m；在400KV直流电压下作用10min面电荷密度低于10微库仑/平方米。
24.如权利要求22所述的一种石墨烯智能取暖壁画，其特征在于所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂、双酚S型环氧树脂、氢化双酚A型环氧树脂或酚醛型环氧树脂。
25.如权利要求24所述的一种石墨烯智能取暖壁画，其特征在于双酚A型环氧树脂为TE-9249或TE-9128；双酚S型环氧树脂为CW-1100型；氢化双酚A型环氧树脂为ST-3000、ST-3000H、KST-1101、ST-3000、ST-1701、ST-4000D、ST-4100D、ST-508、EP4000或EP4901E；酚醛型环氧树脂为PFNE7400或EOCN6800。
26.如权利要求22所述的一种石墨烯智能取暖壁画，其特征在于所述固化剂为脂肪族多元胺、脂环胺、芳香胺、酸酐、高分子量树脂、咪唑类或聚酰胺中的一种或两种以上，固化剂使用量按照环氧树脂的环氧当量:固化剂折算成胺氢当量之比为1.2－4:1。
27.如权利要求26所述的一种石墨烯智能取暖壁画，其特征在于脂肪族多元胺为乙二胺、三乙胺、三乙醇胺、二乙烯三胺、二亚乙基三胺或多乙烯多胺；脂环胺为C-6391脂环胺、TAC-900脂环胺、孟烷二胺、N-氨乙基哌嗪或异佛尔酮二胺等；芳香胺为间苯二胺、间苯二甲胺、二氨基二苯基甲烷、二氨基二苯基砜、联苯胺或苯二甲胺三聚体衍生物；酸酐为顺丁烯二酸酐或邻苯二甲酸酐；高分子量树脂为氨基树脂、脲醛树脂或糠醛树脂；咪唑类为咪唑、2-甲基咪唑或2-乙基-4-甲基咪唑；聚酰胺为低分子聚酰胺或聚酰胺-胺。
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Application publication date: 20190405