碳纤维电热系统与器件
阅读说明：本技术 碳纤维电热系统与器件 (Carbon fiber electric heating system and device ) 是由 李雪真 张爱民 韩涛 于 2021-07-15 设计创作，主要内容包括：本发明公开提供了一种碳纤维电热器件与系统,应用于碳纤维技术领域,具体地,碳纤维电热器件采用抗拉伸结构,碳纤维电热器件增大了抗拉能力,以提高安全性能；进一步碳纤维电热系统,增加电路异常检测模块,对碳纤维电热器件所在线路进行检测,对于异常情况,微控制器通过双向可控硅控制对应碳纤维电热器件关断,从物理能力上改变碳纤维电热器件的抗拉能力,减少拉拽造成的断裂,从自动控制角度,当电路发生异常,能够自动关断碳纤维电热器件,故从很大程度上提高了安全性能。(The invention discloses a carbon fiber electric heating device and a system, which are applied to the technical field of carbon fibers, and particularly, the carbon fiber electric heating device adopts an anti-tensile structure, so that the anti-tensile capability of the carbon fiber electric heating device is improved, and the safety performance is improved; further carbon fiber electric heating system increases the unusual detection module of circuit, detects carbon fiber electric heating device place circuit, and to the abnormal conditions, microcontroller corresponds carbon fiber electric heating device through bidirectional thyristor control and cuts off, changes carbon fiber electric heating device's tensile ability from the physical ability, reduces to draw and draws the fracture that causes, from the automatic control angle, takes place unusually as the circuit, can turn off carbon fiber electric heating device automatically, so from to a great extent improved the security performance.)
技术领域
本发明涉及碳纤维技术领域，更具体的说是涉及一种碳纤维电热系统与器件。
背景技术
碳纤维是含碳量高于90％的无机高分子纤维。碳纤维的轴向强度和模量高，无蠕变，耐疲劳性好，比热及导电性介于非金属和金属之间，热膨胀系数小，耐腐蚀性好，纤维的密度低，X射线透过性好、热转化效率高。由此，碳纤维加热逐步应用于加热领域。
然而，对于采用碳纤维加热设备取暖变得至关重要，例如碳纤维线缆由碳纤维线束及套在线束外面的耐高温铁氟龙塑料包膜组成，当温度上升到360℃以上时，铁氟龙包膜产生破损裂纹，致使碳纤维短路；短路的发生可能会给用户带来财产损失或生命危险。尤其是长时间加热或者碳纤维电缆的抗拉能力不够出现断裂，而且没有发现异常，同时没有安全保护很容易导致意外发生。
所以，如何提供一种具有保护功能的碳纤维电热系统与器件是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种碳纤维电热系统与器件，保证碳纤维电热器件强度的同时，对碳纤维电热器件的应用系统增加保护功能。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种碳纤维电热器件，包括：内芯和外保护套；所述内芯由若干组碳纤维线缆组绞合而成；所述内芯与所述外保护套之间填充导热填充物；所述外保护套由外向内依次是橡胶层、抗拉层；所述碳纤维线缆组至少包括两根发热线缆。
通过上述的技术方案，导热填充物的填充保证热传导效率，同时抗拉层的设置能够抵抗一定强度的拉拽；可以采用不锈钢网。
一种碳纤维电热器件，包括：碳纤维丝和不锈钢纤维丝；所述碳纤维丝与所述不锈钢纤维丝的密度比例为2:1；每个交叉节点包括三根纤维丝；其中，三根碳纤维丝夹角为60度；所述不锈钢纤维丝设置在两根所述碳纤维丝之间。
通过上述技术方案，由于不锈钢纤维丝的强度要大于碳纤维丝，所以每个节点上两根交叉的碳纤维丝能够通过不锈钢纤维丝进行平衡。
一种碳纤维电热系统，包括碳纤维电热器件，还包括：微控制器、控制电路、输出电路和检测电路；所述微控制器分别与所述控制电路、所述输出电路和所述检测电路电性连接；所述输出电路接收所述微控制器的开启指令；通过所述控制电路控制所述碳纤维电热器件接通；所述检测电路检测电路中电流，并将检测结果反馈到所述微控制器；所述微控制器根据所述检测结果控制碳纤维电热器件接通或断开。
通过上述的技术方案，通过输出电路和微控制器的导通电流控制双向可控硅的导通，开启碳纤维电热器件；根据检测电路检测是否有电压或电流信号，判断第二继电器的常闭触点是否出现异常，反馈给微控制器，判断是否通过双向可控硅关断碳纤维电热器件。
优选的，在上述的一种碳纤维电热系统中，还包括报警装置；所述报警装置与所述微控制器的第一输出端口连接。
通过上述技术方案，报警装置根据微控制器的判断，确定是否触发报警。
优选的，在上述的一种碳纤维电热系统中，所述输出电路包括第一继电器；所述第一继电器的常开触点接在零线与火线之间；所述第一继电器的线圈一端接在所述微控制器的电源端，另一端接地。
通过上述技术方案，通过第一继电器的线圈带电，常开触点闭合。
优选的，在上述的一种碳纤维电热系统中，双向可控硅和第二继电器；所述双向可控硅安装在零线上；所述双向可控硅的控制端与所述微控制器的第二输出端口连接；所述第二继电器的线圈串联在所述双向可控硅与所述碳纤维电热器之间；所述第二继电器的常闭触点一端与所述检测电路连接，另一端接地。
优选的，在上述的一种碳纤维电热系统中，所述检测电路包括：采样线、子微控制器和温度传感器；所述采样线一端与所述第二继电器的常闭触点连接，另一端通过子微控制器与所述微控制器的第一输入端口连接；所述温度传感器一端接地，另一端与所述微控制器的第二输入端口连接。
通过上述技术方案，子微控制器便于处理多路碳纤维电热器件同时工作的系统，对于同时获取的多个电流或电压参数，进行判断是否发生异常，以保证每一路碳纤维电热器件的安全。
优选的，在上述的一种碳纤维电热系统中，所述报警装置包括：视觉报警器、听觉报警器、触觉报警器、味觉报警器中的一种或多种。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种碳纤维电热器件与系统，碳纤维电热器件增大了抗拉能力，以提高安全性能；而碳纤维电热系统，增加电路异常检测模块，对碳纤维电热器件所在线路进行检测，对于异常情况，微控制器通过双向可控硅控制对应碳纤维电热器件关断，从物理能力上改变碳纤维电热器件的抗拉能力，减少拉拽造成的断裂，从自动控制角度，当电路发生异常，能够自动关断碳纤维电热器件，故从很大程度上提高了安全性能。
附图说明
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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为本发明的结构框图；
图2附图为本发明的结构原理图；
图3附图为本发明的一种碳纤维电热器件结构图；
图4附图为本发明的另一种碳纤维电热器件结构图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例公开的一种碳纤维电热器件，如图3所示，包括：内芯和外保护套；内芯由若干组碳纤维线缆组绞合而成；内芯与外保护套之间填充导热填充物7；外保护套由外向内依次是橡胶层8、抗拉层9；碳纤维线缆组至少包括两根发热线缆10。
具体地，碳纤维线缆组还包括抗拉网套11；其中抗拉网套11与发热线缆10之间也填充有导热填充物7，碳纤维线缆组内、外的导热填充物接触或一体成型；保证热传导，同时抗拉网套提高碳纤维线缆组的强度。
进一步，上述的碳纤维电热器件2还包括中心线14；中心线14采用不锈钢或者其他金属材质制作，保证整体碳纤维电热器件2的强度。
上述的碳纤维电热器件2可以缠绕在需要加热或保温的水管上，例如冬天处于外界的太阳能冷水管，作为加热线缆使用。
本发明的另一实施例公开了一种碳纤维电热器件，如图4所示，包括：碳纤维丝12和不锈钢纤维丝13；碳纤维丝12与不锈钢纤维丝13的密度比例为2:1；每个交叉节点包括三根纤维丝；其中，三根碳纤维丝夹角为60度；不锈钢纤维丝13设置在两根碳纤维丝12之间。
具体地，每个交叉节点由两根碳纤维丝12和一根不锈钢纤维丝13构成，碳纤维丝12通过不锈钢纤维丝13进行泄力，保证在拉扯或者移动的过程中不发生断裂。
上述的碳纤维电热器件2可以缠绕在需要加热或保温的水管上，例如冬天处于外界的太阳能冷水管，作为加热线缆使用。
本发明的另一实施例中公开了一种碳纤维电热系统，如图1和2所示，包括碳纤维电热器件2，还包括：微控制器6、控制电路、输出电路和检测电路4；微控制器6分别与控制电路、输出电路和检测电路4电性连接；输出电路接收微控制器6的开启指令；通过控制电路控制碳纤维电热器件2接通；检测电路4检测电路4中电流，并将检测结果反馈到微控制器6；微控制器6根据检测结果控制碳纤维电热器件2接通或断开。
进一步，上述的碳纤维电热器件2不仅限于此，还包括碳纤维板、碳纤维管、碳纤维毯等等。
在上述的碳纤维电热系统中，还包括报警装置5；报警装置5与微控制器6的第一输出端口连接，报警装置5通过微控制器6接收反馈信息，并发出是否触发报警的指令，提醒用户注意。
为了进一步优化上述技术方案，输出电路包括第一继电器KM1；第一继电器KM1的常开触点接在零线与火线之间；第一继电器KM1的线圈一端接在微控制器6的电源端，另一端接地。
具体地，通过微控制器6给第一继电器KM1的线圈通电，伴随第一继电器KM1的常开触点，闭合；使碳纤维电热器件2接入交流电路中，但是由于双向可控硅1当前处于关断状态，碳纤维电热器件2并没有通电。
只有微控制器6给双向可控硅1的控制端接入导通电流，碳纤维电热器件2开始工作。
为了进一步优化上述技术方案，控制电路包括：双向可控硅1和第二继电器KM2；双向可控硅1安装在零线上；双向可控硅1的控制端与微控制器6的第二输出端口连接；第二继电器KM2的线圈串联在双向可控硅1与碳纤维电热器之间；第二继电器KM2的常闭触点一端与检测电路4连接，另一端接地。
为了进一步优化上述技术方案，检测电路4包括：采样线、子微控制器和温度传感器3；采样线一端与第二继电器KM2的常闭触点连接，另一端通过子微控制器与微控制器6的第一输入端口连接；温度传感器3一端接地，另一端与微控制器6的第二输入端口连接。
子微控制器目的能够同时获取多路碳纤维电热器件的电压信号，保证数据的有序处理。
具体地，微控制器6控制双向可控硅1导通，第二继电器KM2的线圈带电，同时第二继电器KM2的常闭触点，打开；检测电路4中采样线上不能采集到电压参数，微控制器6根据当前检测电路4中电压参数将表征第二继电器KM2的常闭触点断开的电信号反馈到微控制器；
当微控制器没有控制信号控制双向可控硅1导通时，碳纤维电热器件2失去电源不工作，此时，第二继电器KM2的线圈未得电，第二继电器KM2的常闭触点闭合，检测电路4获得有电压或电流存在将表征第二继电器KM2的常闭触点闭合的电信号反馈到微控制器。
因此，若微控制器在预设时间段内(例如5s)未接收到检测电路4反馈的表征第二继电器KM2的常闭触点断开的电信号，则向双向可控硅1的控制端输出碳纤维电热器件2关闭信号，以关闭该碳纤维电热器件2。其中，该故障不可自动恢复，需要检修后才能恢复。
进一步，温度传感器3获取温度信号达到阈值，则微控制器6也会向双向可控硅1的控制端发送关断碳纤维电热器件2的信号。
更进一步，可以设置多个碳纤维电热器件2并联，同时在每条碳纤维电热器件2的支路上设置有一个继电器的线圈和一个双向可控硅1，上述继电器的常闭触点接入检测电路4，检测电路4确定那条支路上出现异常，微控制器6控制对应支路上的双向可控硅1关断。
为了进一步优化上述技术方案，报警装置5包括：视觉报警器、听觉报警器、触觉报警器、味觉报警器中的一种或多种。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
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