一种军用多功能加热容器的制作方法

本发明涉及一种加热容器，尤其涉及一种军用多功能加热容器，属电热转换领域。

背景技术：

在单兵作战领域，饭盒的轻便对减轻士兵的负荷、保障战斗力至关重要。在现有的技术中，部队配备的餐具材质多为不锈钢或搪瓷，此类餐具体积大、质量大、携带不便，并且没有加热、保温功能，还会在行军过程中因碰撞而发出声响；此外，在缺水的情况下，饭盒的清洗也受到了限制。

而目前，存在多种便于户外使用的加热饭盒，如环保型户外加热保温饭盒，其包括盒盖、盒内胆与盒底，盒盖侧面开设有出气口，它们之间形成一个楔形的空气室，盒底设有燃烧室，利用专用炭块燃烧进行加热，并巧妙地利气流通道的开与关实现加热与保温的转换，但该饭盒不仅本身体积大，还需携带加热材料，而且有时受环境影响，可能无法使用；再如便携式加热器，包括置于容器开口端具有凸起的支撑盖，支撑盖与容器形成腔体，在支撑盖上的凸起处设置有导线和温控元件，在支撑盖下端设置有加热器；导线的接线端子中的一个与温控元件的一端电连接，导线的接线端子的另一个与加热器的一端电连接，加热器的另一端与温控元件的另一端电连接，该加热器需利用导线接通电源才能使用，且其温度只能实现加热作用，无法达到煮饭、炒菜的高温要求，而且在携带时占用空间，增加负重。

技术实现要素：

为了解决上述背景技术中的问题，本发明提供一种军用多功能加热容器，该加热容器材质轻、体积小、可折叠、防水、耐腐蚀、可拆洗，并且兼备加热和保温功能，发热均匀、电热转换效率高，能够实现煮饭、炒菜的功能；此外，该加热容器在有水和无水的条件下均可使用，符合野战时对单兵随身携带野炊工具的要求。

为了实现上述目的，本发明的具体技术方案如下：

一种军用多功能加热容器，其特征在于，所述加热容器具有盒体，所述盒体具有内腔，所述内腔周围设有夹层；所述夹层内设有温度传感器和加热元件；所述盒体设有电池和控制面板；

所述温度传感器、所述加热元件和所述电池分别与所述控制面板相连；所述电池为所述加热元件和所述控制面板分别供电；所述加热元件包括耐高温纤维层和包覆在耐高温纤维层外的微晶石墨层，加热所述内腔；所述温度传感器实时检测所述内腔的温度，并将所述温度信息传输至所述控制面板，所述控制面板控制所述加热元件加热至所需温度。

进一步地，所述加热元件通过在耐高温纤维层上进行碳化学气相沉积获得。

进一步地，所述加热元件包括柔性加热块和电极，所述柔性加热块两端分别与所述电极电连接，一端的所述电极通过所述控制面板与所述电池正极相连，另一端的所述电极与所述电池负极相连并接地；所述温度传感器与负极端的所述电极连接。

进一步地，所述夹层为导热层和隔热层内外两层构成的中空结构。

进一步地，所述导热层由具有高导热系数的耐高温导热材料制成。

进一步地，所述隔热层由反射材料或隔热材料制成，或者由反射材料和隔热材料内外两层合成。

进一步地，所述盒体与所述夹层之间具有隔层；所述隔层为空心设计；所述电池和所述控制面板设置在所述隔层内。

进一步地，所述盒体上还设有温控开关和档位旋钮，所述温控开关和所述档位旋钮分别与所述控制面板相连；所述温控开关控制所述电池向所述控制面板和所述加热元件分别供电；所述档位旋钮通过控制面板控制加热元件实现不同的加热模式。

进一步地，所述盒体上还设有led指示灯，所述led指示灯与所述控制面板相连，通过不同的显示状态显示所述加热容器工作状态。

进一步地，所述盒体上均布多个可折叠支撑杆，多个所述可折叠支撑杆竖直设置并横向依次连接。

本发明的有益效果：

本发明中均布在夹层内的柔性加热材料制成的加热元件，发热均匀、热电转换效率高，可以提供足够的温度实现煮饭、烧水、热菜、炒菜等功能，盒体及夹层所用材料具有材质轻、防水、耐腐蚀、可拆洗的特点，本发明可折叠存放，体积小，便于携带。另外，本发明通过隔层还可以实现保温功能。

附图说明

图1为本发明军用多功能加热容器结构示意图；

图2为本发明军用多功能加热容器外观图；

图3为本发明军用多功能加热容器电路设计图。

其中：1.盒盖2.子母扣3.隔层4.隔热层5.夹层6.导热层7.温度传感器8.充电电池9.充电口10.温控开关11.档位旋钮12.led指示灯13.控制面板14.电极。

具体实施方式

下面结合说明书附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例仅用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本申请文件中的上、下、左、右、内、外、前端、后端、头部、尾部等方位或位置关系用语是基于附图所示的方位或位置关系而建立的。附图不同，则相应的位置关系也有可能随之发生变化，故不能以此理解为对保护范围的限定。

本发明中，术语“安装”、“相连”、“相接”、“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，也可以是一体地连接，也可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通信，也可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个元器件内部的联通，也可以是两个元器件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本实施例记载了一种军用多功能加热容器，该加热容器为一种可折叠、便携的加热容器，其通过柔性加热材料制成的发热元件实现加热功能。

如图1和图2所示，该加热容器由盒盖1和盒体组成，盒盖1通过子母扣2安装在盒体上，使用简单，子母扣2可采用多种形式实现，如卡扣、尼龙粘带等。

盒体为中空结构，水或食物等可放置在盒体内腔中加热或保温，内腔四周和底部设有夹层5，盒体与夹层5之间具有隔层3。

隔层3为空心设计，起到保温隔热作用。另外，在隔层3顶部设有可开关的注水口，可以根据需求由注水口向隔层3内加入冷水，达到食物保鲜和保冷的目的。

夹层5为导热层6和隔热层4内外两层构成的中空结构。导热层6由具有高导热系数的耐高温导热材料制成，如黑色导热橡胶、黑色导热布或黑色导热涂层。隔热层4可由反射材料或隔热材料制成，也可由反射材料和隔热材料内外两层合成。反射材料用于反射热量，可选用铝箔、银浆反射涂料、铝银浆反射涂料或陶瓷纤维，当为两层合成时，反射材料设置在隔热层4内层；隔热材料用于阻隔热量传递，可选用隔热铝箔或锡箔，或硅酸铝纤维棉、矿渣纤维棉、延绵、玻璃纤维棉、海泡纤维棉等一系列耐高温、防火、不燃的矿物纤维材料，或者蛭石、膨胀珍珠岩、硅酸钙保温绝热轻体材料等一系列不燃、防火的无机矿物类材料，当为两层合成时，隔热材料设置在隔热层4外层。

在夹层5内均匀分布多个加热元件和多个温度传感器7，加热元件与隔层3内的电池8和控制面板13分别相连，电池8为加热元件提供电源，控制面板13控制加热元件加热使内腔达到所需温度。本实施例中加热元件由柔性加热材料制成，柔性加热材料可以为碳纤维加热材料(一维丝状、二维膜状)、石墨烯加热材料(包括一维碳纳米管、二维石墨烯薄膜(纸)、三维石墨烯)、石墨烯纤维(一维丝状、二维膜状)等一系列碳基柔性加热材料。

加热元件包括柔性加热块和电极14，在柔性加热块两端分别连接电极14，一端电极14通过控制面板13连接电池8正极，如本实施例中电池8可为柔性加热块提供+12v电源，柔性加热块另一端的电极14连接电池8负极并接地，且该端的电极14还与温度传感器7连接，温度传感器7与隔层3内的控制面板13相连，温度传感器7实时检测盒体内腔的温度，并将温度传递给控制面板13，以便控制面板13控制加热元件的加热温度。另外，为加快加热效率，还可采用多块柔性加热块叠放共同加热，如图3所示，加热元件由两块柔性加热块重合叠放，加热元件上设有上、中、下三个电极14，每个电极14自左向右贯穿柔性加热块，其中，上、下电极14分别与两块柔性加热块的一端电连接，并通过控制面板13连接电池8正极，中间电极与两块柔性加热块共同电连接，并连接电池8负极并接地，温度传感器7埋设在中间电极中。

电池8和控制面板13均设置在隔层3内的保护区内，避免向隔层3内注水时损坏电池8和控制面板13。

在盒体外部还设有温控开关10、档位旋钮11和led指示灯12。温控开关10、档位旋钮11和led指示灯12分别与控制面板13相连，电池8与控制面板13和加热元件分别相连，温控开关10控制电池8向控制面板13和加热元件分别供电，通过温控开关10可控制加热元件是否加热。档位旋钮11与控制面板13相连，其包含但不限于快热(配合铝锅使用)、慢热、保温三种不同的加热模式，通过控制面板13控制加热元件实现三种不同加热模式，以满足不同条件下的使用需求。led指示灯12与控制面板13相连，通过不同的显示状态(如led指示灯12点亮时的颜色、闪烁频率等)显示该加热容器不同的工作状态(如工作模式、启闭状态、充电进度等)。

为保证使用时的安全，还可设置保护装置，保护装置与电池8和控制面板13分别相连，当温度传感器7检测到温度过高、电流过大时(电路短路等故障时)，控制面板13可通过保护装置切断电池8与加热元件及控制面板13的连接，避免意外发生。

加热容器在使用时，通过档位旋钮11选择不同的加热模式(快热、慢热和保温)，由温控开关10控制电池8向控制面板13和加热元件供电，加热元件加热盒体内腔，温度传感器7实时检测夹层5内温度，并将温度反馈给控制面板13，控制面板13根据接收到的温度信息控制加热元件加热至预定温度，实现对盒体中水、饭菜等的加热、保温，在快热模式下，可将铝锅放置在盒体上，实现炒菜、烧水、煮饭等功能。另外，在缺水的情况下，可以利用一次性可降解保鲜袋加热饭菜，避免清洗容器；保温模式可以持续给饭菜提供一定的温度。

具体的三种加热模式的实现过程是：

保温模式：档位旋钮11旋转至保温档，加热元件加热容器内腔，并根据温度传感器7检测的实时温度调整加热量。当温度低于预设温度(如温度预设为50℃～60℃)时，控制面板13控制加热元件接通电池8升温；当温度高于预设温度时，控制面板13切断加热元件与电池8的连接，使其自然降温。不断循环升降温直至人工关闭温控开关10或进入保护模式。

慢热模式：档位旋钮11旋转至慢热档，加热元件加热容器内腔，并根据温度传感器7检测的实时温度调整加热量。当温度低于预设温度(如温度预设为100℃～120℃)时，控制面板13控制加热元件接通电池8升温；当温度高于预设温度时，控制面板13切断加热元件与电池8的连接，使其自然降温。不断循环升降温直至人工关闭温控开关10或进入保护模式。

快热模式：档位旋钮11旋转至快热档，专用铝锅放置在加热容器上，铝锅底部贴近加热容器内腔底部，加热元件通过加热容器内腔加热铝锅，并根据温度传感器7检测的实时温度调整加热量。当温度低于预设温度(如温度预设为100℃～150℃)时，控制面板13控制加热元件接通电池8升温；当温度高于预设温度时，控制面板13切断加热元件与电池8的连接，并可通过led指示灯12提示加热完毕。

本实施例的加热容器，在任一温度传感器7检测的温度大于预设报警温度(如超过150℃)或出现故障时、任一柔性加热块电流过大时、电池8电压过低或过高时，或电池8电流过大时，控制面板13切断与电池8的连接，进入保护模式并由led指示灯12报警。

本实施例中的电池8可选用充电电池，在盒体上设置充电口9，电池8可通过充电口9接通电源充电，充满电后，可实现加热容器的多次使用。

另外，电极14可采用丝网印刷工艺或3d打印技术制备，电极14所用材料则可根据需求选用银浆、铜浆、液态金属光伏电子浆料、液态金属油墨或者碳基电极材料等。

本实施例中加热容器盒体所用材料均为柔性材料，材质轻，防水、耐腐蚀，可拆洗，容易实现折叠收纳。为使该加热容器在使用时保证盒体内腔的形状，可根据加热容器形状，在盒体上侧部均布多个挂钩，通过挂钩悬挂在外界物体上。另外也可通过在盒体外侧部均布多个支撑套，需使用时，将可折叠支撑杆插入支撑套中实现支撑，且多个可折叠支撑杆还可横向依次连接，以更好的起到支撑作用。此外，在加热容器外侧两端设有提手，方便携带。

实施例二

在一种优选实施例中，加热元件采用本发明自制的新型加热元件，其采用在耐高温纤维上直接生长的微晶石墨获得的高性能电热材料制成。

具体而言，本发明的新型加热元件包括耐高温纤维层和包覆在耐高温纤维层外的微晶石墨层。

电热材料的制备方法通常包括下述步骤：

步骤1：准备清洁的纤维材料；

步骤2：对纤维材料进行表面覆膜处理，所覆的膜层包含碳源裂解催化材料；

步骤3：将覆膜后的纤维材料置于真空反应腔中；

步骤4：向所述真空反应腔中通入保护气体和还原性气体，然后通入碳源，进行微晶石墨生长；

步骤5：在保护气体和还原性气体氛围下，对所述纤维材料进行降温，获得耐高温纤维层。

具体地，通过在石英纤维布上覆铜处理后生长微晶石墨的实施例来说明制备方法：

步骤1：准备清洁的石英纤维布，采用超声清洗方式将石英纤维布清洗干净；

步骤2：利用常温喷铜的方法在石英纤维布表面包铜，完成对石英纤维布表面的覆膜处理，形成铜的稀疏结构膜层，控制铜膜厚度为50μm。

步骤3：将覆铜的石英纤维布放入直径为3英寸的1100℃的高温管式炉中，并利用无油涡旋真空泵将反应腔内压强抽至10pa以下。

步骤4：向高温管式炉中通入保护气体和还原性气体(ar/h21000/1000sccm)，然后通入碳源(甲苯)，流量控制为1000sccm。由于甲苯蒸气进入反应腔后迅速裂解成活性碳物种，大量活性碳物种吸附到石英纤维表面，在表面迁移、碰撞，从而实现微晶石墨的成核和生长。

步骤5：加热元件材料的生长过程设置为120分钟，生长结束后迅速关闭甲苯阀门，并将ar/h2设置为300/300sccm，开启降温过程。待反应腔内温度降至室温，关闭ar/h2，开仓取出样品。

性能测试结果表明：采用液化气喷火枪对制备的电热纤维布进行耐热性实验，测试结果为当温度大于1200℃时，持续高温5分钟后，纤维布才出现脆裂现象，但仍具有不燃的特性，说明加热元件材料能够耐1200℃高温；采用四探针测试仪对样品进行测试，测试结果为面电阻值为10ω/sq；将4*4cm的纤维布两端贴附铜条作为导电电极，通过施加3v的直流/交流电，样品瞬间(小于1秒)可加热至100℃，呈现出较好速热特性、发热面均匀；采用jcy-2滴接触角测量仪测定纤维布接触角为100度，表现出疏水性的特性；将样品在100℃水蒸气环境中前后对比可知样品具有透气特性。采用tir100-2发射率快速测定仪，将被测样品表面接收100℃半球形黑体辐射出的红外辐射，样品反射的红外辐射被接收测出反射率并根据校准值得到发射率，测量结果为，远红外发射率0.95。采用德国布鲁克x射线能谱仪(quantaxeds)系统对样品微区成分元素种类分析，未检测出cu元素残留。另外，通过对消耗电量和发热量进行分别测量，可以确定，其电热转换效率接近100％，可以达到99％以上。

具体而言，申请人注意到，通过采用耐高温纤维内芯、覆铜裂解催化、微晶石墨包覆生长的方式制备的加热元件，不仅能够增加材料的韧性和透气性，还提高了材料的热辐射面积，进而进一步提高热转换效率，可以实现接近100％的电热转换效率。

本发明中所提供的电热纤维可以在低压情况下实现瞬时加热。

需要说明的是，覆铜的厚度不要超过100μm，以确保后续反应过程中金属无残留，申请人发现一旦纤维中有铜或镍催化剂残留会出现纤维易老化断裂的情况。另外，优选地，覆铜的方式采用纳米铜颗粒直接喷涂的方式，不建议采用磁控溅射等形成致密结构的方式，会影响产品性能，申请人采用磁控溅射方式进行过实验。

具体而言，采用超声清洗方式将石英纤维布清洗干净，利用磁控溅射的方法在石英纤维表面包铜，控制铜膜厚度为50μm；将覆铜的石英纤维布放入1100℃的高温管式炉中，利用无油涡旋真空泵将反应腔内压强抽至10pa以下，通入ar/h21000/1000sccm，气流平稳后打开甲苯气体阀门，将流量控制为1000sccm，甲苯蒸气进入反应腔后迅速裂解成活性碳物种，大量活性碳物种吸附到石英纤维表面，在表面迁移、碰撞，从而实现微晶石墨的成核和生长。碳材料生长过程设置为120分钟，生长结束后迅速关闭甲苯阀门，并将ar/h2设置为300/300sccm，开启降温过程。待反应腔内温度降至室温，关闭ar/h2，开仓取出样品。

实验结果表明：采用液化气喷火枪对制备的电热纤维布进行耐热性实验，测试结果为当温度大于800℃时，纤维布出现脆裂现象，并且远红外发射率为0.86，明显降低。

因此，该柔性加热材料质量轻、体积小，具有疏水、自清洁、抑菌的功能，且其热电转换效率高，升温迅速，可实现低电压运转，能耗小，无有害电磁波辐射，安全性能高。

虽然上面结合本发明的优选实施例对本发明的原理进行了详细的描述，本领域技术人员应该理解，上述实施例仅仅是对本发明的示意性实现方式的解释，并非对本发明包含范围的限定。实施例中的细节并不构成对本发明范围的限制，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均落在本发明保护范围之内。