一种用泡沫铝嵌套发热元件制作的电热板的制作方法
【专利摘要】本发明涉及电热转换【技术领域】，具体涉及一种用泡沫铝嵌套发热元件制作的电热板。采用集多功能于一体的泡沫铝结构材料，替代现有复合在发热元件上的多种、多层不同功能作用的材料，将发热元件嵌套其中，消除现有电热板存在的种种缺陷。泡沫铝是一种由多孔金属铝骨架、覆盖骨架外表的氧化铝薄膜及其骨架内的空气泡组成，集金属铝、非金属氧化铝与空气的优良性能于一体，兼具质轻、多功能、环保、可设计的功能与结构特征，是一种提高电热板性价比的理想工程材料。
【专利说明】一种用泡沬铝嵌套发热元件制作的电热板
[0001] 本发明涉及电热转换【技术领域】，具体涉及一种用泡沫铝嵌套发热元件制作的电热 板。
【背景技术】
[0002] 现有电热板或电热地暖都是以发热元件为心脏，用多种金属和非金属材料复合而 成的制品。2007100559294号专利公开了一种小型电热板制作方法，它由金属板制作的箱 型板、防止粉尘的无纺织物、埋设有陶瓷发热体的天然炭层、无纺织物纤维层、下部外层材 料、上部外层材料、旧式窗户状本质垫板压制与粘合而成；20113547401号专利公开了一种 包括多孔绝缘防火材料层的电热地板，它由地板基材层、热扩散层、导电发热材料层、绝缘 防火层、多孔绝缘防火材料层、耐磨层、平衡层复合制成；201220068922号专利公开了一种 电热膜地暖装置，它由加固网、水泥层、室内装饰层、加热层、内保护层、外保护层安装施工 而成；2012103105561号专利公开了一种负离子远红外电地暖床板，它由耐压保护层底板、 地暖模块本体绝热层、防火阻燃层、纯铝箔反射层、四周侧板、发热电缆及上保护面板组成。
[0003] 从上述公布的、用不同发热元件制作的电热板专利看出，为确保电热采暖的安全、 环保、经济、耐用的功能效果，几乎所有电热板或地暖都是由多种不同性能与功能的材料复 合制作。由此引出诸多隐患，一是电热板受人为的、自然的及其随机组合因素影响太多，很 难判断各类产品的好坏优劣，市场推出的发热电缆、碳纤维、电热膜、碳晶、电热丝地板正处 于百家争鸣、各说各好中；二是多种功能作用不同材料复合在一起，如受热时，不同材料的 线膨胀系数各异，板面会翘起变形；三为使多种金属、无机物、有机物材料复合在一体，维 修难、再生利用也难；四是不同比重材料组合为一体，不仅重，而且厚，电地热板厚度一般 40-50醒，至少25醒，必须请专业人员安装。
[0004] 本发明采用集多功能于一体的泡沫铝结构材料，替代现有复合在发热元件上的多 种不同功能作用的材料，将发热元件嵌套其中，消除现有电热板存在的种种缺陷。泡沫铝是 一种由多孔金属铝骨架、覆盖骨架外表的氧化铝薄膜及其骨架内的空气泡组成，集金属铝、 非金属氧化铝与空气的优良性能于一体，兼具质轻、多功能、环保、可设计的功能与结构特 征：
[0005] -是质轻特性。与传统材料相比，孔隙率为90 %的泡沫铝，密度只有0. 25g/ cm 3， 仅为铝的1/10、铁的1/30、木材比重的1/4, 一块1000X 1000X 10 mm泡沫铝板重约2. 5 kg， 500 X 500 X 10 mm泡沫铝板，只有700g ;
[0006] 二是多功能性。同时具有高比强度、高比刚度、高强韧、高能量吸收等优良机械力 学性能，以及隔热保温、耐热阻燃、散热、电磁屏蔽、防潮抗蚀、抗老化、耐磨耐用等特殊物理 性能，集多种不同功能材料的特性于一身，用一种材料替代现有包裹在发热元件上的多种 材料，为制作电热板瘦身，达到最隹的技术效果；
[0007] 三是环境友好性。泡沫铝中80-90%是空气，空气是一种热导系数很小的可再生无 价的资源，泡沫铝在制作或再生或在中高温下长期使用时，无任何有害气体的产生与排放， 是一种对环境不产生一次污染、二次污染的绿色材料；
[0008] 四是可设计性。泡沫铝具有千变万化微结构，通过合理调整孔隙、孔径等微结构， 制作满足各种用户需要的功能型电热板，如突出换热散热功能，选用开孔泡沫铝板，突出绝 热保温功能，选用闭孔泡沫铝板；加工性能优异，可任意裁切、打孔、弯曲、粘结、铆接、榫卯， 做成所需的结构与外形，特别是采用榫卯结构插装固定，施工、安装、维修都十分方便。
[0009] 综上所述，泡沫铝材制作电热板，是一种提高电热板性价比的理想工程材料。
【发明内容】
[0010] 本发明所要解决的技术问题是：采用不同微观结构的泡沫铝板替代现有多种上下 包裹电热元件的材料制作电热板，覆盖电热元件的上层材料采用开孔泡沫铝板，主要起换 热散热、电磁屏蔽、耐温阻燃、耐磨耐用、载重抗变、外观装饰等功能结构作用；敷设发热元 件的下层材料采用闭孔泡沫铝板，主要起绝热保温、承重防潮、电磁屏蔽、耐温阻燃等功能 结构作用，优选榫卯结构将发热元件嵌套在上下两层泡沫铝板中，制成适合市场所需的各 种规格型号的电热板。
[0011] 为解决上述技术问题，提出以下技术实施方案：
[0012] -是电热板上层材料米用孔隙率90% 土、孔径< 1醒、密度0· 25g/cm3土、厚5醒、 长度与宽度根据使用需要的开孔泡沫铝平面板制作，开孔泡沫铝具有大的比表面积，并使 散布在其中的空气产生复杂的三维流动，经试验，其散热能力优于现有翅片散热结构，不仅 散热效率高，而且轻；厚度5mm开孔泡沫铝在50-1050 ? MHz电磁波频率范围内，电磁屏蔽 性能在30-75dB间，远比纯铁、硅钢片、含铜粉涂料的电磁屏蔽性能优良；线膨胀系数与基 体材料铝相近，热稳定性好，即使高于软化温度也不变形；具有一定的抗压、抗冲击性能，承 重可达自重的60倍以上。
[0013] 二是电热板的下层材料采用孔隙率90% 土、孔径彡1 IM、密度〇. 25g/cm3土、厚度 > 5 mm、长度与宽度与上层材料相对应的闭孔泡沫铝凹形槽板制作，将圆形或扁平的电热 元件敷设在凹槽中；闭孔泡沫铝导热系数很低，仅为纯铝的1/5-1/150,是一种优良的绝热 保温材料，能确保电热元件的热量向上辐射；经检测质量与体积吸湿率均< 0. 1%，防潮性 优异，不影响因潮湿降低电热元件的性能；电磁屏蔽性能略优于开孔结构；优良的缓冲吸 能特性，即使地面平整度较低，也能安装其上，不影响使用与外形美观。
[0014] 三是发热元件及其温控系统，沿用现有成熟技术制作或定制，电热丝、电缆等圆形 发热元件嵌套在下层泡沫铝板的U形凹槽中，电热膜、碳纤维布等扁平形电热元件则嵌套 在下层泡沫铝板的平面凹槽中，凹槽的凹面面积与高度依发热元件的面积与高度（直径或 厚度）而定，确保发热元件与上下两层泡沫铝板无缝隙地连接为一体，为确保电热元件无 缝平摊在凹槽中，电热元件面积与下层泡沫铝凹面面积一致，电热元件厚度与下层泡沫铝 的平面凹槽或U形凹槽的高度一致，则下层泡沫铝板厚度由实现功能的基本厚度5 mm (凹 形底面到泡沫铝板底面的高度）与敷设在凹槽内的电热元件厚度或直径相加而成；其计算 式为：
[0015] Η (电热板厚度）=Hi (上层泡沫铝板厚度）+H2 (下层泡沫铝板厚度）
[0016] 式中H2 = h21(凹形底面到凹槽顶面的高度）+h22(凹形底面到泡沫铝板底面的高 度）
[0017] H3 (发热元件的直径或厚度）=h2i
[0018] H22 = 1?
[0019] 贝丨J :H =氏+1121+1122 =氏+成+氏=2^+?
[0020] H2 =
[0021] 已知Hi为5 mm，则电热板与下层泡沫铝板的厚度取决于发热元件的厚度或直径， 目前市面用于取暖的发热元件厚度或直径，根据功率大小，一般在0.3-5 mm之间，如下表所 示：
[0022] 几种常用电采暖发热元件厚度比较表
[0023]
【权利要求】
1. 一种用泡沫铝嵌套发热元件制作的电热板，其特征在于采用不同微观结构的泡沫铝 板替代现有多种上下包裹电热元件的材料制作电热板，覆盖电热元件的上层采用开孔泡沫 铝板，主要起换热散热、电磁屏蔽、耐温阻燃、耐磨耐用、载重抗变、外观装饰功能结构作用； 敷设发热元件的下层闭孔泡沫铝板，主要起绝热保温、承重防潮、电磁屏蔽、耐温阻燃功能 结构作用，优选榫卯结构将发热元件嵌套在上下两层泡沫铝板中，制成适合市场所需的各 种规格型号的电热板。
2. 根据权利要求1所述一种用泡沫铝嵌套发热元件制作的电热板，其特征在于电热板 上层材料采用孔隙率90% 土、孔径< 1 mm、密度〇.25g/cm3土、厚5 mm、长度与宽度根据使用 需要的开孔泡沫铝平面板制作。
3. 根据权利要求1所述一种用泡沫铝嵌套发热元件制作的电热板，其特征在于电热板 的下层材料采用孔隙率90% 土、孔径< 1 mm、密度〇· 25g/cm3土、厚度> 5 mm、长度与宽度与 上层材料相对应的闭孔泡沫铝凹形槽板制作，将圆形或扁平的电热元件敷设在凹槽中。
4. 根据权利要求1或3所述一种用泡沫铝嵌套发热元件制作的电热板，其特征在于发 热元件及其温控系统，沿用现有成熟技术制作或定制，圆形发热元件嵌套在下层泡沫铝板 的U形凹槽中，扁平形电热元件则嵌套在下层泡沫铝板的平面凹槽中，凹槽的凹面面积与 高度依发热元件的面积与直径或厚度而定，确保发热元件与上下两层泡沫铝板无缝连接为 一体，为确保电热元件无缝平摊在凹槽中，电热元件面积与下层泡沫铝凹面面积一致，电热 元件厚度与下层泡沫铝的平面凹槽或U形凹槽的高度一致，则下层泡沫铝板厚度由凹形底 面到泡沫铝板底面的5 mm厚度与敷设在凹槽内的电热元件厚度或直径叠加而成，可用算式 测算确定。
5. 根据权利要求1或2或3或4所述一种用泡沫铝嵌套发热元件制作的电热板，其特 征在于利用电热板大小，在两层泡沫铝板外周，划出l〇mm 土宽度的周边用于加工榫卯及其 连接，为提高上下泡沫铝板的严密扣合，下层泡沫铝板凹槽内周边至凹槽外周边的距离也 必须控制在10 mm 土。
6. 根据权利要求1或2或3或4或5所述一种用泡沫铝嵌套发热元件制作的电热板， 其特征在于利用制作电热板的结构数据，不同尺寸与功率的电热板重量的计算式为： G = ^+63+63, G, = LXWXHiX P , G2 = [LXffXH2-(L-l) X (ff-1) XH3] X P.........下层泡沫铝板为平面形凹槽的重量， 或G2 = [LXWXH2-LNXD2] X F..................下层泡沫铝板为U形凹槽的重量， G3根据发热元件规格型号、比重及所需几何尺寸计算确定， 式中G为电热板重量，h为上层泡沫铝板重量，G2为下层泡沫铝板重量，G3为发热元件 重量，L为泡沫错板长度，W为泡沫错板宽度，氏为上层泡沫错板厚度，F为泡沫错密度，H2 为下层泡沫铝板厚度，H3为扁平发热元件厚度，Ln为U形发热元件个数的总长度，D为圆形 发热元件直径。
7. 根据权利要求1所述一种用泡沫铝嵌套发热元件制作的电热板，其特征在于利用电 热板上层散热、下层隔热的特点，可以常年使用，夏天电热元件停止工作后，拼装为凉席，上 散热下隔热，不积汙，舒适度比竹席好，特别适宜于不能用空调的老人或病人使用。
【文档编号】H05B3/20GK104093226SQ201410342856
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年7月18日 优先权日:2014年7月18日
【发明者】汪原, 汪国杰 申请人:湖南大学