本实用新型涉及家电技术领域，特别是一种碳纳米加热元件。
背景技术：
碳纳米加热元件包括碳纳米膜层和包裹碳纳米膜层的绝缘层，由于碳纳米膜层和绝缘层为柔性层，可以弯曲和折叠，方便贴合各种加热容器的表面进行加热，利于携带且适用范围广。为提高碳纳米加热元件的发热功率，现有技术提供了一种二维纳米碳发热体(专利号：2011521137385.2)，包括两个或更多膜状电热结构，依据实际应用的需求，这些膜状电热结构可以并排设置或层叠设置，也可以是部分交叠设置，当多个膜状电热结构层叠设置时，由于膜状结构上的纳米管排布相同，相邻两个膜状结构上的碳纳米管在垂直方向上的投影相互遮挡，整个碳纳米发热体的外表面容易出现发热不均，不仅影响加热效果，而且在能耗大大增加的同时，加热效率却增加不明显。
技术实现要素：
本实用新型所要达到的目的就是提供一种碳纳米加热元件及加热容器，两个碳纳米膜层上的碳纳米管在碳纳米膜层的垂直方向上不完全遮挡，增大了碳纳米加热元件外表面的整体加热密度，发热更加均匀。
为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种碳纳米加热元件，包括两个用于发热的碳纳米膜层和包裹碳纳米膜层以隔离的绝缘层，所述两个碳纳米膜层叠放设置，碳纳米膜层具有多个沿碳纳米膜层间隔设置的碳纳米管，所述两个碳纳米膜层上的碳纳米管错位设置以增大碳纳米加热元件的发热密度。
进一步的，所述碳纳米膜层上的各个碳纳米管沿碳纳米膜层并排设置，两个碳纳米膜层上的碳纳米管的设置方向相同。
进一步的，所述碳纳米加热元件展开后为平面片状结构，两个碳纳米膜层上的碳纳米管在垂直于碳纳米加热元件方向上的投影互不遮挡。
进一步的，所述碳纳米加热元件展开后为平面片状结构，两个碳纳米膜层上的碳纳米管在垂直于碳纳米加热元件方向上的投影交叉设置。
进一步的，所述两个碳纳米膜层并联或串联设置；或者，所述碳纳米膜层上的各个碳纳米管并联设置，同一所述碳纳米膜层上的碳纳米管的长度和宽度相等；或者，所述碳纳米膜层上的各个碳纳米管串联设置。
进一步的，所述碳纳米膜层上相邻两个碳纳米管之间的最小间距s≥4mm；或者，所述绝缘层的面积大于碳纳米膜层的面积，碳纳米膜层与绝缘层的边缘距离d≥4mm；或者，所述碳纳米膜层还包括电极和引线，引线的一端与电极电连接、另一端沿碳纳米膜层伸出绝缘层，同一所述碳纳米膜层的碳纳米管均与电极电接触，引线与电极的连接处与绝缘层边缘的距离l≥8mm。
进一步的，所述绝缘层包括外绝缘层和内绝缘层，内绝缘层位于相邻两个碳纳米膜层之间，外绝缘层覆盖碳纳米膜层上朝外的侧面。
进一步的，所述外绝缘层包括从内至外分布的基础绝缘层、第一附加绝缘层和第二附加绝缘层，外绝缘层通过基础绝缘层紧靠碳纳米膜层。
进一步的，所述绝缘层为聚酰亚胺膜和/或高温玻璃。
进一步的，同一碳纳米膜层的碳纳米管之间并联设置或者串联设置；或者，所述碳纳米加热元件至少包括第一碳纳米管、第二碳纳米管、第三碳纳米管、第四碳纳米管，所述第一碳纳米管和第二碳纳米管位于第一碳纳米膜层，第三碳纳米管和第四碳纳米管位于第二碳纳米膜层，所述第一碳纳米管与第三碳纳米管并联或者串联，所述第二碳纳米管与第四碳纳米管并联或者串联。
采用上述技术方案后，本实用新型具有如下优点：
1、首先，碳纳米膜层和绝缘层的质地柔软，并且两者均为可以折叠和弯曲的层状结构，不仅碳纳米加热元件整体占用空间小、质量轻，而且方便包裹或紧贴各种加热容器进行加热，适用范围广，利于外出携带，同时，碳纳米膜层的电热转化率高，保证了加热效率。其次，碳纳米膜层通过管状结构的碳纳米管进行加热，增大电流在碳纳米膜层上的流动长度，提高加热效率，促进其整体发热均匀，同时，碳纳米管在碳纳米膜层上间隔设置，避免相邻碳纳米管之间产生爬电，保证整个碳纳米加热元件的使用安全。最后，两个碳纳米膜层叠放设置，那么单位面积的碳纳米加热元件上的碳纳米管更多，增大了整个碳纳米加热元件的加热功率，同时，两个碳纳米膜层上的碳纳米管错位设置，即两个碳纳米膜层上的碳纳米管在碳纳米膜层的垂直方向上不完全遮挡，增大了碳纳米加热元件外表面的整体加热密度，发热更加均匀。
2、多个碳纳米管在同一个碳纳米膜层上并排设置，不仅易于保证碳纳米管之间的间距，方便碳纳米膜层的加工和安装，而且单个碳纳米膜层上碳纳米管的长度之和更长，利于提高单个碳纳米膜层的加热效率，同时，两个碳纳米膜层上的碳纳米管的设置方向相同，不仅两个碳纳米膜层的形状结构相同，可以同批次快速加工，而且两个碳纳米膜层上的接电元器件位于碳纳米加热元件的同一侧或相对两侧，利于绝缘层在边缘处的密封。
3、两个碳纳米膜层上的碳纳米管在垂直于碳纳米加热元件方向上的投影互不遮挡。那么在碳纳米膜层的垂直方向上，一个碳纳米膜层上的碳纳米管可以从另一个碳纳米膜层上的碳纳米管的间隔中完全露出，避免两者遮挡出现过热而引发加热不均，保证碳纳米加热元件的加热密度最大化。
4、两个碳纳米膜层上的碳纳米管在垂直于碳纳米加热元件方向上的投影交叉设置，即两个碳纳米膜层上的碳纳米管设置方向不同，避免整个碳纳米膜加热元件在不同方向上的弯曲和折叠手感相差过大，保证了碳纳米加热元件的强度，同时易于保持弯曲折叠的状态，碳纳米膜层可以与各种形状的容器贴合。
5、当两个碳纳米膜层并联设置时，两个碳纳米膜层相互独立，避免碳纳米加热元件在其中一个碳纳米膜层损坏后而完全不能使用，可靠性更高。当两个碳纳米膜层串联设置时，结构更加简单，布线更加方便。
当碳纳米膜层上的各个碳纳米管并联设置时，同一碳纳米膜层上的碳纳米管的长度和宽度相等。避免某个碳纳米管上的电阻过小而引发电流过大，防止局部发热量过大，保证发热均匀。
当碳纳米膜层上的各个碳纳米管串联设置时，从而各个碳纳米管的长度和宽度可以根据碳纳米加热元件的外表面进行自由设置和调整。
附图说明
下面结合附图对本实用新型作进一步说明：
图1为本实施例一中碳纳米加热元件的爆炸图(一)；
图2为本实施例一中碳纳米加热元件的局剖图；
图3为本实施例一中碳纳米加热元件的内部结构图；
图4为本实施例一中碳纳米加热元件的爆炸图(二)；
图5为本实施例二中加热容器的结构图。
具体实施方式
实施例一
如图1至图3所示，本实施例提供一种碳纳米加热元件，包括两个用于发热的碳纳米膜层1和包裹碳纳米膜层1以隔离的绝缘层2，所述两个碳纳米膜层1叠放设置，碳纳米膜层1具有多个沿碳纳米膜层1间隔设置的碳纳米管11，所述两个碳纳米膜层1上的碳纳米管11错位设置以增大碳纳米加热元件的发热密度。
首先，碳纳米膜层1和绝缘层2的质地柔软，并且两者均为可以折叠和弯曲的层状结构，不仅碳纳米加热元件整体占用空间小、质量轻，而且方便包裹或紧贴各种容器进行加热，适用范围广，利于外出携带，同时，碳纳米膜层1的电热转化率高，保证了加热效率。其次，碳纳米膜层1通过管状结构的碳纳米管11进行加热，增大电流在碳纳米膜层1上的流动长度，提高加热效率，促进其整体发热均匀，同时，碳纳米管11在碳纳米膜层1上间隔设置，避免相邻碳纳米管11之间产生爬电，保证整个碳纳米加热元件的使用安全。最后，两个碳纳米膜层1叠放设置，那么单位面积的碳纳米加热元件上的碳纳米管11更多，增大了整个碳纳米加热元件的加热功率，同时，两个碳纳米膜层1上的碳纳米管11错位设置，即两个碳纳米膜层1上的碳纳米管11在碳纳米膜层1的垂直方向上不完全遮挡，增大了碳纳米加热元件外表面的整体加热密度，发热更加均匀。
本实施例中，所述碳纳米膜层1上的各个碳纳米管11沿碳纳米膜层1并排设置，两个碳纳米膜层1上的碳纳米管11的设置方向相同。多个碳纳米管11在同一个碳纳米膜层1上并排设置，不仅易于保证碳纳米管11之间的间距，方便碳纳米膜层1的加工和安装，而且单个碳纳米膜层1上碳纳米管11的长度之和更长，利于提高单个碳纳米膜层1的加热效率，同时，两个碳纳米膜层1上的碳纳米管11的设置方向相同，不仅两个碳纳米膜层1的形状结构相同，可以同批次快速加工，而且两个碳纳米膜层1上的接电元器件位于碳纳米加热元件的同一侧或相对两侧，利于绝缘层2的相对边缘可靠密封。
具体地，所述碳纳米加热元件展开后为平面片状结构，两个碳纳米膜层1上的碳纳米管11在垂直于碳纳米加热元件方向上的投影互不遮挡。那么在碳纳米膜层1的垂直方向上，一个碳纳米膜层1上的碳纳米管11可以从另一个碳纳米膜层1上的碳纳米管11的间隔中完全露出，避免两者遮挡出现过热而引发加热不均，保证碳纳米加热元件的加热密度最大化。
可以理解地，两个碳纳米膜层1上的碳纳米管11也可以在垂直于碳纳米加热元件方向上的投影交叉设置。即两个碳纳米膜层1上的碳纳米管11设置方向不同，避免整个碳纳米加热元件在不同方向上的弯曲和折叠手感相差过大，保证了碳纳米加热元件的强度，同时易于保持弯曲折叠的状态，方便定型，碳纳米膜层1可以与各种形状的容器贴合。
本实施例中，所述两个碳纳米膜层1可以并联设置，从而两个碳纳米膜层1相互独立，避免碳纳米加热元件在其中一个碳纳米膜层1损坏后而完全不能使用，可靠性更高。当然，两个碳纳米膜层1也可以串联设置，结构更加简单，布线更加方便。
本实施例中，所述碳纳米膜层1上的各个碳纳米管11并联设置，为保证发热均匀，同一所述碳纳米膜层1上的碳纳米管11的长度和宽度相等。避免某个碳纳米管11上的电阻过小而引发电流过大，防止局部发热量过大。当然，所述碳纳米膜层1上的各个碳纳米管11也可以串联设置，从而各个碳纳米管11的长度和宽度可以根据碳纳米加热元件的外表面进行自由设置和调整。
本实施例中，为防止相邻两个碳纳米管11过近而引发漏电，所述碳纳米膜层1上相邻两个碳纳米管11之间的最小间距s≥4mm。
同时，为保证使用安全，所述绝缘层2的面积大于碳纳米膜层1的面积，碳纳米膜层1与绝缘层2的边缘距离d≥4mm。从而绝缘层2可以将发热的碳纳米管11完全覆盖，安全性好，同时，也利于绝缘层2的边缘可以在碳纳米膜层1的外侧进行打胶密封，防止碳纳米膜层1的高温引发绝缘层2的密封失效。
所述碳纳米膜层1还包括电极12和引线13，引线13的一端与电极12电连接、另一端沿碳纳米膜层1伸出绝缘层2，同一所述碳纳米膜层1的碳纳米管11均与电极12电接触，方便各个碳纳米管11的集中通电，同时，为保证使用安全，引线13与电极12的连接处与绝缘层2边缘的距离l≥8mm。
本实施例中，所述绝缘层2包括外绝缘层21和内绝缘层22，内绝缘层22位于相邻两个碳纳米膜层1之间，从而阻隔两个碳纳米膜层1上的碳纳米管11发生爬电，安全性高，同时，外绝缘层21覆盖碳纳米膜层1上朝外的侧面，防止用户直接接触碳纳米膜层1上的碳纳米管11。
为进一步保证外绝缘层21的安全性，所述外绝缘层21包括从内至外分布的基础绝缘层211、第一附加绝缘层212和第二附加绝缘层213，外绝缘层21通过基础绝缘层211紧靠碳纳米膜层1。不仅可以有效避免外绝缘层21被轻易磨破，而且基础绝缘层211、第一附加绝缘层212和第二附加绝缘层213可以采用不同材质实现其他不同的功能，用户的使用体验更好。
本实施例中，所述绝缘层2为聚酰亚胺膜，不仅耐高温性能好，而且材质柔软且较薄，在折叠后与容器的表面贴合更好。当然，如图4所示，绝缘层2可以选用高温玻璃3，高温玻璃3具体地可以为高硼硅玻璃或石英玻璃，可以理解地，绝缘层2可以部分为聚酰亚胺膜，部分为高温玻璃3。
进一步地，同一碳纳米膜层的碳纳米管之间并联设置或者串联设置；或者，所述碳纳米加热元件至少包括第一碳纳米管、第二碳纳米管、第三碳纳米管、第四碳纳米管，所述第一碳纳米管和第二碳纳米管位于第一碳纳米膜层，第三碳纳米管和第四碳纳米管位于第二碳纳米膜层，所述第一碳纳米管与第三碳纳米管并联或者串联，所述第二碳纳米管与第四碳纳米管并联或者串联。
实施例二
如图5所示，本实施例提供了一种加热容器，包括容器本体4，还包括上述任意一种碳纳米加热元件a，碳纳米加热元件a包裹容器本体4并对容器本体4进行加热。从而加热容器的整体体积小，方便携带，造型可以更加多样，同时，碳纳米加热元件a与容器本体4的接触更加紧密，接触面积大，不仅可以对容器本体4的底面进行加热，还可以对容器本体4的侧壁进行加热，加热效率高，加热更加均匀。
本实施例未描述的其他内容可以参考实施例一。
传统的金属发热丝、发热条的应用一般为将其通过mgo粉封装在管内使用，也有把金属发热丝或碳纤维发热丝制成管状，然后再把其固定在容器上，比如电水壶、豆浆机等产品。但是，碳纳米管膜是一种可以薄至5um的发热均匀发热的发热体,由于其柔软,可以任意弯曲,用其作加热元件时其电热转化效率大于99％；其中电热辐射效率达60％；相同温度下发热体的温度比电阻丝低很多；密闭环境下该电热元件的发热温度可以达到1200℃；更由于其具有大于5000w/mk的导热系数，使其发热均匀。
因为碳纳米管膜非常薄，仅有5um-10um左右，因而碳纳米膜的电热元件的热惯性小导热快。面发热且发热均匀，用其作为加热元件时传热温差小，被加热物体不易糊锅。
碳纳米管膜安装后可以在其上上设置温度检测及保护装置，比如温度传感器、温度控器、熔断体等，用以检测加热元件温度的高低，控制其功率的大小，防止加热元件温度过高，更避免产品的干烧、过热、被加热容器内糊底等情况的发生。
碳纳米管加热元件因其柔韧及跟形的特性，可以布置在球形或者类圆柱形的容器上，当然也可以部署在平面上、或部署在矩形容器上，此时矩形容器应有大于r0.5的圆角。适合部署在球形体上、平面上，比如豆浆机杯体的底面和侧面同时部署、电饭锅的底面和侧面、电饭盒的底侧面同时部署；达到立体加热的效果。
更可以把碳纳米管加热元件直接部署非金属容器的绝缘面上，如在透明的玻璃面上、陶瓷板上，直接把碳纳米管封装在绝缘容器上即可。
这样不但减少了为加热而占用的空间，也是整个加热部分的热容量得到降低、体积减小；传热效率得到提高。且利用碳纳米管可以使传热面积加大，从而在相同传热功率的条件下，降低发热处的温度，减轻糊锅。
除上述优选实施例外，本实用新型还有其他的实施方式，本领域技术人员可以根据本实用新型作出各种改变和变形，只要不脱离本实用新型的精神，均应属于本实用新型所附权利要求所定义的范围。
1.一种碳纳米加热元件，其特征在于，包括两个用于发热的碳纳米膜层和包裹碳纳米膜层以隔离的绝缘层，所述两个碳纳米膜层叠放设置，碳纳米膜层具有多个沿碳纳米膜层间隔设置的碳纳米管，所述两个碳纳米膜层上的碳纳米管错位设置以增大碳纳米加热元件的加热面积。
2.根据权利要求1所述的碳纳米加热元件，其特征在于，所述碳纳米膜层上的各个碳纳米管沿碳纳米膜层并排设置，两个碳纳米膜层上的碳纳米管的设置方向相同。
3.根据权利要求2所述的碳纳米加热元件，其特征在于，所述碳纳米加热元件展开后为平面片状结构，两个碳纳米膜层上的碳纳米管在垂直于碳纳米加热元件方向上的投影互不遮挡。
4.根据权利要求1所述的碳纳米加热元件，其特征在于，所述碳纳米加热元件展开后为平面片状结构，两个碳纳米膜层上的碳纳米管在垂直于碳纳米加热元件方向上的投影交叉设置。
5.根据权利要求1所述的碳纳米加热元件，其特征在于，所述两个碳纳米膜层并联或串联设置；或者，所述碳纳米膜层上的各个碳纳米管并联设置，同一所述碳纳米膜层上的碳纳米管的长度和宽度相等；或者，所述碳纳米膜层上的各个碳纳米管串联设置。
6.根据权利要求1所述的碳纳米加热元件，其特征在于，所述碳纳米膜层上相邻两个碳纳米管之间的最小间距s≥4mm；或者，所述绝缘层的面积大于碳纳米膜层的面积，碳纳米膜层与绝缘层的边缘距离d≥4mm；或者，所述碳纳米膜层还包括电极和引线，引线的一端与电极电连接、另一端沿碳纳米膜层伸出绝缘层，同一所述碳纳米膜层的碳纳米管均与电极电接触，引线与电极的连接处与绝缘层边缘的距离l≥8mm。
7.根据权利要求1至6任意一项所述的碳纳米加热元件，其特征在于，所述绝缘层包括外绝缘层和内绝缘层，内绝缘层位于相邻两个碳纳米膜层之间，外绝缘层覆盖碳纳米膜层上朝外的侧面。
8.根据权利要求7所述的碳纳米加热元件，其特征在于，所述外绝缘层包括从内至外分布的基础绝缘层、第一附加绝缘层和第二附加绝缘层，外绝缘层通过基础绝缘层紧靠碳纳米膜层。
9.根据权利要求1至6任意一项所述的碳纳米加热元件，其特征在于，所述绝缘层为聚酰亚胺膜和/或高温玻璃。
10.根据权利要求1所述的碳纳米加热元件，其特征在于，同一碳纳米膜层的碳纳米管之间并联设置或者串联设置；或者，所述碳纳米加热元件至少包括第一碳纳米管、第二碳纳米管、第三碳纳米管、第四碳纳米管，所述第一碳纳米管和第二碳纳米管位于第一碳纳米膜层，第三碳纳米管和第四碳纳米管位于第二碳纳米膜层，所述第一碳纳米管与第三碳纳米管并联或者串联，所述第二碳纳米管与第四碳纳米管并联或者串联。
技术总结