[实用新型]一种用于供暖与理疗的热绝缘封装中红外发射屏

说明书

本实用新型提供一种用于供暖与理疗的热绝缘封装中红外发射屏(简称TIMEP，即Thermally‑Insulated Mid‑Infrared‑EmittingPanel)，所述中红外发射屏包括依次叠层设置的顶面覆盖层、第一气体热绝缘层、第一透中红外塑料热绝缘层、第二气体热绝缘层、第二透中红外塑料热绝缘层、第三气体热绝缘层、第一电绝缘层、电转中红外发射膜层、第二电绝缘层、及底面覆盖层；所述顶面覆盖层与热绝缘层的中红外透射度≥90％，所述底面覆盖层热绝缘且中红外发射率≤10％；所述电转中红外发射膜层的材料包括低成本煤基纳米碳塑料复合物。TIMEP的创新性源于这些可量化属性的不寻常结合，既以高度热绝缘克服热空气对流供暖的高能耗弊端又可将电转中红外高效传递给使用者，提供给使用者舒适的暖感和中红外理疗的效果。

技术领域

本实用新型涉及中红外光学工程、热绝缘工程、室内供暖与节能绿色工程、红外理疗、纳米工程和智能制造技术，具体涉及一种用于供暖与理疗的热绝缘封装中红外发射屏。

背景技术

人类文明在不断进步，但当前的发展模式是不可持续的，因为全球能源消耗速度已远远超过了全球能源储备补充速度并因此衍生能源殆尽危机。由于建筑的室内能源消耗占全球能源消耗的近40％，因此降低室内能源消耗的颠覆性创新显得尤为重要和紧迫[1-5]。室内供暖科技基于物体通过固体热传导、热对流和红外辐射传递热能，其中最普遍是通过热空气对流来实现室内供暖。以旧式农舍20kW供暖燃料炉炉内温度高于600℃而开放式铸铁炉壳表面温度低于 200℃为例，炉门开口可发射总辐射强度达33kW/m²的电磁波，辐射包括峰值在3.3μm的红外波和强度弱而仍可见的红光，如炉门开口面积为0.1m²，辐射功率约3kW；同时，开放式炉壳面发射总辐射强度约2kW/m²的中红外电磁波, 峰值长于6μm,如炉壳面积1m²,炉壳辐射功率约2kW。这分析说明这种20kW 供暖炉总辐射功率只有5kW,供暖炉主靠加热空气对流和加热循环回流水管供暖。新式家用“中央”供暖炉以提高炉内温度来增效，而现代建筑热绝缘较好，一个额定功率为10kW的“中央”供暖器炉子已足够用于100m²的室内空间供暖，近乎密封的供暖器的炉芯通常都在1000℃的炽热温度下运行,主要依靠直接吹送加热的对流空气到室内空间的各个角落，或间接输送加热的水或油到室内空间各个角落的散热板再以热空气对流供暖，辐射供暖的作用很低。除此之外，缺少中央供暖设施的室内空间也普遍采用分布式较小型的供暖器，供暖原理仍主要靠热对流和辅加红外辐射。所有这些供暖器都有引起火灾和因为接触炉体高温部件所造成烧伤的风险。此外，热能的传递都是无选择性地让空间中几乎所有的物体都接收和消耗能量。除了浪费能源外，这种供暖方式还导致了一个常见的问题，即室内相对湿度极低，从而导致各种健康问题。尽管补充水蒸气可以提高室内湿度，但由于水蒸发所需的热量很高，因此这种方法消耗的能量很大。简而言之，一种在调降建筑能源消耗的情况下仍可维持人体足够的温暖舒适性的创新方法是重要且紧迫的。

既然依靠热对流供暖并不节能，本实用新型提倡按照辐射传递能量的颠覆性创新。根据普朗克定律，所有暖物体都发出光谱辐射，辐射强度(I)与辐射波长(λ)随温度(T)的函数关系的定量描述如下[6]:

理想的辐射发射器(称为黑体)在整个辐射光谱中没有任何自吸收而按上述光谱分布发射电磁波，其发射率在理论上被设置为100％。如今，黑体已经过专业生产和校准，并广泛用作发射率的检测参考标准。例如，图1所示为温度为310K(37℃、人体温度)时黑体的发射光谱。在3μm波长以下的辐射的总光谱强度仅为其整个光谱的约0.02％，50μm以上的总光谱强度仅为2％，总辐射的98％位于3μm-50μm的波长范围内。因为人体不能长期暴露在高于320K 和低于290K的温度下，因此图1中还包括了这两个温度下的黑体光谱，以进一步确认与人体健康相关的热辐射实际上只是在3μm-50μm波长范围内的红外区域。