電-液雙模式個人取暖系統的製作方法

2023-07-30 01:17:46

專利名稱：電-液雙模式個人取暖系統的製作方法
技術領域：
電-液雙模式個人取暖系統屬於個人用的整套電-液熱能取暖器，它是既可以使用置於取暖器件中的電熱材料直接發熱供使用者取暖，也可以用電熱材料發熱、藉助水作為導熱液經由管路傳導熱能到取暖器件中、供使用者身體不同部位取暖的一系列近體取暖用具。
背景技術：
隨著冬季取暖技術的進步，近年來湧現了相當多的應用新型電熱材料(如碳纖維、碳晶、矽晶、PCT陶瓷)等作為電發熱組件的電取暖器，由於這些新型電熱材料發熱效率高、耗電少，節能效果明顯，符合國際上「節能減排」的潮流；並且由於它們通常本身不發出有害健康的電磁輻射，因而採用新型電熱材料做電取暖器發熱元件的碳纖維電熱手套、碳纖維電熱座墊、碳纖維電熱背心、碳纖維電熱毯等近體「直熱型」電熱取暖產品，正在取代上世紀80年代以來人們沿用的用金屬電熱絲做發熱元件的近體「直熱型」電熱取暖產品。另一方面，人們認識到金屬絲電發熱材料通電時發出的熱能的同時，不可避免地會產生電磁輻射汙染，特別是使用金屬絲電熱線製作的電熱毯那樣挨靠著人體使用的電熱器具，存在損害健康的隱患，是不宜經常使用的。於是就研製了「間熱型」電熱取暖產品，其特點是藉助管路將加熱的液體傳導至人體需要取暖部位，這方面的新產品有電熱水暖床墊、電熱水暖座墊。但是，目前問世的上述電熱產品，都還是相互分立的電取暖器具——如分立的電熱床墊和電熱水暖床墊、碳纖維電熱毯、電熱座墊和電熱水暖座墊、電熱暖腳器、電熱手套、電熱背心等，——每樣都有自己的發熱器件、導線、插頭、以及降壓用的電源(為了安全，這些產品常常使用低於24伏特的安全電壓)等等，造成了資源的重複配置和浪費，——在這方面確有必要加以整合；另一方面，當前市場上還未見有液體傳導電熱取暖的電暖腳器、手套、以及座墊、臺板。有鑑於此，本人發明了電-液雙模式個人取暖系統。該系統可使得個人近體取暖設備配套緊湊、工作高效、更有益於健康，並能夠節約資源和能源、減排二氧化碳和工業廢氣。
發明內容電-液雙模式個人取暖系統是用於個人取暖的同時具備兩種熱量釋放模式的系列電熱器件的組合，電-液雙模式個人取暖系統主要由六個組件至七個組件構成，其中共同具有的組件是電_液熱手套②，電_液熱床墊(Q)，電_液熱座墊 或電_液熱沙發墊或電-液熱靠墊，電-液熱臺板 或電-液熱臺墊，電-液熱背心 ;其中差別性具有的組件是電-液熱源暖腳器，電源及熱液發生和循環動力源①與暖腳器④。電-液雙模式個人取暖系統的配套件有導線、開關、閥門、管路和傳感器或熱敏電阻(作為控制器⑨的外圍部分)、顯示屏等。在系統的上述主要的七個組件或六個組件中，除電源及熱液發生和循環動力源①是系統中單一形式的熱量產生組件、核心組件外，電-液雙模式個人取暖系統中的其他組件皆是取暖器件。除電-液熱源暖腳器外，這些取暖器件均可與電源及熱液發生和循環動力源①自由地搭配使用。這些取暖器件都具有兩種熱量釋放模式(即供人們取暖的模式)——分別為「電發熱體直接通電釋放熱量取暖模式」和「由電發熱體產熱-經液體傳導至取暖器件釋放熱量取暖模式」，操作者可以通過開關和控制器⑨，使兩種釋放熱量取暖模式相互協同工作或各自獨立工作。(I)所述的「電發熱體直接通電釋放熱量取暖模式」，是採用新型的無機材料(如碳纖維、碳晶、矽晶、PCT陶瓷)等作為發熱體(即直接電發熱體⑤)，放置於或縫置於或埋置於床墊、座墊(或沙發墊、靠墊)、臺板(或臺墊)、背心、手套以及暖腳器中，在通以安全電壓的電流時即發出足夠的熱量，來供人體取暖；(2)所述的「由電發熱體產熱-經液體傳導至取暖器件釋放熱量取暖模式」，是以電能加熱發熱體，發熱體產生的熱能傳導至與其靠近或接觸的導熱液體(常用的是水)，再將被加熱的導熱液體用泵加壓輸送至放置在或縫製於取暖器件——硬質器物(如暖腳器、臺板)或紡織品(如床墊、座墊、手套、背心等)中的迂迴的導熱管③管路，通過導熱管③使發熱體發出熱量自這些取暖器件釋放，從而溫暖人體。上述(I)、(2)兩種取暖模式可以分別簡稱為「直接電取暖模式」與「間接電取暖模式」。如上所述，取暖器件安設有與兩種取暖模式相應的直接電發熱體⑤和導熱管③，本系統通過控制器⑨對取暖器件的功率、溫度進行調控，並能夠定時。比較本系統兩種熱量釋放模式的優缺點，可以看出，在「由電發熱體產熱-經液體傳導至取暖器件釋放熱量取暖模式」中，即使是採用傳統的金屬電熱材料作為發熱元件，由於熱量是經由導熱液通過熱液管傳遞至取暖器件附近的人體的，發熱體遠離人體，可以隔絕電磁輻射對人體的危害；但是這種取暖模式因需要推動液體運行的機械動力，流動的導熱液與管路的摩擦會損耗掉一部分機械能，以及導熱液及管路會吸收損耗掉一部分熱能的影響，總耗能增大了數倍。而「電發熱體直接通電釋放熱量取暖模式」的裝置簡單、耗能省、且發熱迅速，但由於金屬箔導體的存在，所散逸出的電磁輻射量要顯著多於「由電發熱體產熱-經液體傳導釋放熱量取暖模式」。(不過，由於「電發熱體直接通電釋放熱量取暖模式」的發熱體已是碳纖維等非金屬材料，其本身不會發出電磁波，故靠近人體的電磁輻射危害較之早期技術使用鎳鉻絲或鐵鉻鋁絲等金屬電熱材料製作的發熱體已大大減少。再對金屬導體加以適當的屏蔽，基本上可以克服電磁輻射的危害。)電-液雙模式個人取暖系統的兩種熱量釋放模式是藉助於系統如下的組成部分的設計來實現的。1.電源及熱液發生和循環動力源與暖腳器在本發明中，電源與熱液發生和循環動力源①可單獨存在，如圖5所示；也可與暖腳器④組合在一個「電-液熱源暖腳器」上(見圖1、圖2、圖3)。電源及熱液發生和循環動力源①是電-液雙模式個人取暖系統的熱能和導熱液流動的動能來源，是系統的核心。以電-液熱源暖腳器為例。電-液熱源暖腳器的器體分為前、後兩部分。電-液熱源暖腳器的前部是電源及熱液發生和循環動力源①部分，後部是暖腳器④部分(見圖2)。[0018]暖腳器④由一個形似寬體靴的空腔、器壁及位於腳及小腿後面的後門(兩扇對開的門扇構成後門的主體)組成；在空腔的底部夾層中、器壁中及後門的夾層中埋置有碳纖維電熱芯或碳晶板和熱液管③，分別作為直接電發熱體⑤和間接發熱體，其作用是給腳和小腿部供暖。寬體靴形的空腔足夠大，能夠同時容納一雙穿著鞋的腳寬鬆地放入其中；在門扇的樞軸上裝有彈簧，可以使門扇及時封閉住暖腳器④的後門以減少熱量散逸。電源及熱液發生和循環動力源①安裝在電-液熱源暖腳器的前部。電源 、熱液發生和循環動力源兩者設置於暖腳器④寬體靴形空腔外部的前上方一從縱剖面看，位於暖腳器④的寬體靴形空腔以外、對應於使用者的腳背上方到小腿下段前方的「L」形上凹處的空間；並有器壁與暖腳器④相互隔絕。具體地，在電-液熱源暖腳器的前部分別安裝有變壓器、交直流變換電路和相關的頻率變換電路、控制器⑨(內含溫度控制器和定時器)一這四者組成電源 ;電加熱器⑩(內含與導熱液接觸或靠近的、由電熱陶瓷或半導體做成的發熱體)、熱液泵⑧、液體分配器、熱液管③(包括管中的導熱液)、閥門、管接頭等共同組成的熱液發生和循環動力源；還有輸電用的導線等；位於其外表有控制面板(上有開關及顯示屏)。電源 的作用是為系統工作提供安全而穩定的電壓。系統既可以使用兩相交流電，也以可使用電動自行車蓄電池或屋頂太陽能發電系統蓄電池供應的直流電。輸出電壓為5伏至12伏之間。熱液發生和循環動力源的作用是將輸入的電能轉換成直接電發熱體⑤及導熱液的熱能，並用熱液泵⑧將導熱液向取暖器件輸送、形成導熱液在系統中的循環。在本發明中，熱液發生和循環動力源中的電源 、電加熱器⑩、熱液泵⑧均用薄鋼板製成的屏蔽殼加以完全屏蔽，並連接上接地線可靠接地；以阻斷電源、熱液泵⑧、電加熱器⑩通電時發出的電磁輻射散逸。
作為一種綠色、高效節能的個人用近體取暖系統，電-液雙模式個人取暖系統的電源及熱液發生和循環動力源①(或電-液熱源暖腳器)可以同時接駁暖腳器④、電-液熱手套②、電-液熱床墊(D、電-液熱座墊 、電-液熱臺板 (電-液熱臺墊)、電-液熱背心Θ，因此在電源及熱液發生和循環動力源①或電-液熱源暖腳器上安裝有多對管接頭、閥門、導線和相應的開關。由於系統有控制器⑨和諸多開關，保證了系統的各取暖器件均能夠分別被打開及關閉，從而各取暖器件既能夠同時工作，又能夠分別獨立地工作；易於在實際中靈活使用。可以通過控制器⑨調節系統消耗功率的大小並定時。2.電-液熱床墊、電-液熱座墊及電_液熱臺板(臺墊)電-液熱床墊(O是一塊近似席夢思床墊、而厚度較小一點的墊子(見圖1和圖4)，它以紡織品作上下表面蒙布⑦，為了結實，一般加以絎縫；內胎由保暖充填物⑥(例如滌綸、腈綸混紡的絮片，羊毛等)充填，在保暖充填物⑥之中盤曲分布著適當粗細的塑料管(即熱液管③)構成熱液循環管網；為增強抗壓性，在保暖充填物⑥中可使用彈簧、高密度聚氨酯泡沫塑料作骨架；或用剛性較強的天然纖維如棕絲或椰殼絲成形塊作骨架。鑑於「由電發熱體產熱-經液體傳導釋放熱量取暖方式」其熱量傳導來得慢一些，有15-30分鐘的時滯，不能做到「即開即熱」，故本發明採用「電發熱體直接通電釋放熱量取暖方式」加以功能上的補充。[0027]具體做法是在電-液熱床墊 的上下兩面的蒙布⑦之內除了放置有熱液管③之夕卜，還放置可以迅速發熱的直接電發熱體⑤——碳質電熱芯(軟的碳纖維電熱膜或硬的碳晶板)。當系統設定了自動工作狀態時，即是協同工作方式。電源一接通，碳質電熱芯和熱液泵⑧、電加熱器⑩同時開始工作——導熱液逐漸被加熱，在熱液管③內循環。因其特性，碳質電熱芯即刻先發熱，發熱延時25分鐘後，系統通過控制器⑨切斷通往碳質電熱芯的電流，只讓熱液泵⑧、電加熱器⑩繼續工作。碳質電熱芯在協同工作方式中的作用，一是開啟後迅速發熱，可在I分鐘內就達到預定的溫度，從而較早地讓使用者獲得溫暖；二是可以藉助直接電發熱體⑤幫助熱液管③組成的熱液循環管網中的導熱液迅速地熱起來，從而使系統較快地切換到僅使用導熱液間接取暖，從而避開長時間使用直接電發熱體⑤，導電用銅箔及導線④發出的電磁波輻射可能對人體健康的不利影響。電-液熱床墊 中並有傳感器或熱敏電阻協助控制器⑨精確地控制溫度。電-液熱座墊 (包括電-液熱沙發墊、電-液熱靠墊)的剖面構造與電-液熱床墊(O的剖面構造相同，只是在面積尺寸上小於後者。電-液熱座墊O的加熱方式與電-液熱床墊0相同。電-液熱臺板 或電-液熱臺墊是夾層中同時布設有碳質電熱芯和熱液管③的臺板或臺墊。電-液熱臺板 通體用硬塑料、玻璃鋼或玻璃等材料製成；電-液熱臺墊由多層的布氈類材料(表層一般蒙有防水布)或軟塑料、多層的皮革或人造革製成。電-液熱臺板O (電-液熱臺墊)置於寫字檯、辦公桌、書桌或課桌面上，用來給使用者的肘手部直接加熱取暖；同時它也暖和了書桌臺面及上面的書本，可以防止放置於桌面上硯臺中的墨汁結冰，延長熱水杯中的熱開水或熱飲料的保溫時間；它向著使用者頭胸部所輻射的熱量，可加熱桌面上方的空氣，產生舒適的烘熱感。電-液熱臺板 (電-液熱臺墊)的厚度約在5毫米至20毫米之間。電-液熱臺板 (或電-液熱臺墊)的加熱方式與電-液熱床墊O相同。3.電-液熱背心和電-液熱手套電-液熱背心 供極端寒冷的環境下，維持使用者的基礎體溫，防止使用者出現寒戰或全身凍僵等不能工作甚至威脅生命的情況。電-液熱手套②供使用者處理文案工作、學習及其他坐姿工作時手部防寒取暖。電-液熱背心 和電-液熱手套②的構造在很大程度上是相同的它們都是經過適當裁剪、穿在身上或戴在手上的、柔軟較厚、保暖性能良好的多層紡織物。電-液熱背心 和電-液熱手套②的內層均安裝有發熱體。與一般的電熱背心和電熱手套的不同之處是，本發明中的電-液熱背心 和電-液熱手套②的發熱體有兩類一類是目前使用較多的碳質電熱芯(碳纖維電熱膜)為代表的直接電發熱體⑤，另一類是本發明特別採用的、由熱液管③組成的熱液循環管網(它既是供導熱液流動的一組導管，又是散熱體)。它們分別應用於「電發熱體直接通電釋放熱量取暖模式」和「由電發熱體產熱-經液體傳導釋放熱量取暖模式」中。電-液熱背心 和電-液熱手套②的兩類發熱體均有協同工作和獨立工作兩種工作方式。本發明這兩類發熱體一般是同時安裝在電-液熱背心 中；而本發明在電-液熱手套②應用方面，有同時安裝兩類發熱體和僅安裝其中一類兩種方式供選擇。為了減少佩戴者手部彎曲活動時的阻力，在電-液熱手套②中，須用較在電-液熱床墊(D和電-液熱座墊(D中所使用的細一號規格的熱液管③。在電-液熱背心O和電-液熱手套②中安裝熱液循環管網的優點是，由於採用了熱液循環方式，從電發熱組件發出的熱能不是直接靠近人體供暖，而是用來加熱導熱液體，藉助有導熱液在其中不停地循環的熱液管③挨靠著人體供暖，故能夠徹底消除近距離導線發出的電磁波輻射對人體的慢性危害，從而更有利於使用者的身體健康。而用碳纖維電熱膜作為直接電發熱體⑤，優點是可以速熱。4.導線和熱液管路為了儘量減少近體使用取暖電器過程中電磁輻射可能造成的危害，電-液雙模式個人取暖系統採用的導線是帶有屏蔽層的電線(屏蔽導線)。在直接與碳質電熱材料接觸的部分使用銅箔，並對這一部分也加以屏蔽。熱液管路是熱液管③的統稱。本發明中的熱液管③作為導熱液的輸送管道連接熱液發生和循環動力源與取暖器件，其本身同時是取暖器件中的散熱體。熱液管③採用柔軟、牢固、耐熱的材料如矽橡膠、氟塑料、聚酯塑料等來製作。在電源及熱液發生和循環動力源①(或電-液熱源暖腳器)、電-液熱床墊0)和電-液熱座墊 、電-液熱背心 和電-液熱手套②與熱液管③之間採用密封不漏水的管接頭以聯接。電-液雙模式個人取暖系統的總體功率在300瓦以內。實際使用時的功率，由同時參與發熱取暖的取暖器件的數量決定。例如在白天不睡覺時就不接通使用電-液熱床墊(Q)，從而可以省去約130瓦左右的電耗；只是手腳冷就不用穿電-液熱背心O，不使用電-液熱臺板O和電-液熱座墊O。如只使用並接通電-液熱源暖腳器和電-液熱手套②的電路和熱液管路，可把耗電功率控制在100多瓦。電-液雙模式個人取暖系統的工作溫度和耗電功率都是可調的。當系統處於間接電取暖模式時，使用者在控制面板上設定溫度後，控制器⑨可自動調節電加熱器⑩的功率來控制導熱液的溫度，從而得到取暖器件的適宜溫度；當系統處於直接電取暖模式時，使用者只須手動調節供給碳質電熱芯的電流；或給系統預先設定溫度、系統的控制器⑨就會自動調節供給碳質電熱芯的電流，都能夠調節取暖器件的發熱功率，進而在取暖器件上得到的適宜溫度。電-液雙模式個人取暖系統的有益效果是(I)系統可以滿足冬季在室內外固定位置上個人取暖的全部需要。(2)系統各組件集成度高，節約材料而緊湊。(3)系統並行採用直接電取暖和間接電取暖兩種取暖模式，這兩種取暖模式可以協同工作、也可以分別獨立地工作；因而使用電-液雙模式個人取暖系統既有利於使用者的健康、又可以速熱。(4)系統可以交直流兩用。(5)使用時系統的各組件可以自由搭配，各組件的啟動與關閉能夠分別控制，有著顯著的節能效果。
圖1電-液雙模式個人取暖系統示意圖圖2電-液熱源暖腳器的縱剖面圖3電-液熱源暖腳器的前部橫剖面圖4電-液熱床墊0的結構圖5獨立的電源及熱液發生和循環動力源①在上述諸圖中，①——電源及熱液發生和循環動力源②——電-液熱手套③——熱液管④——暖腳器⑤——直接電發熱體⑥——保暖充填物⑦——蒙布⑧——熱液泵⑨——控制器⑩——電加熱器(O——電-液熱床墊 ——電-液熱臺板 ——電-液熱座墊 ——電-液熱背心 ——電源
具體實施方式
[實施例1]電-液熱源暖腳器接駁電-液熱手套和電-液熱座墊由電-液熱源暖腳器導出的導線和熱液管③連接電-液熱手套②和電-液熱座墊 。這一組合的工作原理是電源開通後，安裝在電-液熱源暖腳器前部的電加熱器⑩和埋置在暖腳器部分的和電-液熱座墊O的夾層中的、放置在電-液熱手套②夾層中的碳質電熱芯(直接電發熱體⑤)同時被電流加熱；熱液泵⑧也立即運轉起來，由於是直接通電發熱，碳質電熱芯先熱起來。約15分鐘後，經過了多次循環，導熱液溫度達到預定值(比如攝氏55度)，控制器⑨切斷通向碳質電熱芯的電流、保留通向電源及熱液發生和循環動力源的電流，讓電加熱器⑩和熱液泵⑧持續工作。使用者可設定溫度值，用控制器⑨來自動控制電加熱器⑩發出功率的大小，從而使電-液熱源暖腳器的暖腳器④部分、電-液熱座墊O以及電-液熱手套②保持所需的溫度。使用者也可以按動控制面板上的開關，選擇接通或斷開本取暖組合中的電-液熱手套②或電-液熱座墊O。於是及時而持續地，這一組合以120瓦的功率，讓坐在桌前的使用者(其中多半是學生、學者和辦公室工作人員)的腳部、手部和臀腿部均得到了溫暖，這就省去了冬季開空調製熱帶來的3500瓦以上功率的電能消耗——在促進健康、便利工作學習的同時，有著顯著的節能減排的效果。[實施例2]電-液熱源暖腳器接駁電-液熱床墊[0072]本實施例用於睡覺時的取暖。在電-液熱床墊(O的內部，埋置了作為直接電發熱體⑤的碳纖維電熱膜和熱液管③盤曲而成的熱液循環管網，其中並有熱敏電阻協助精確地控制電-液熱床墊(D的溫度。導線和熱液管③連接電-液熱源暖腳器和電-液熱床墊。工作時將通往暖腳器④的開關和閥門關閉，僅讓電-液熱床墊0)發熱。用控制器⑨來自動控制電加熱器⑩發出功率的大小。連接電-液熱源暖腳器和電-液熱床墊O的導線與熱液管③的長度超過1. 8米，可以將電-液熱源暖腳器擺放得距睡臥者較遠，以確保隔絕電磁輻射的影響。
權利要求1.電-液雙模式個人取暖系統是用於個人取暖的同時具備兩種熱量釋放模式的系列電熱器件的組合，其特徵在於電-液雙模式個人取暖系統主要由六個組件至七個組件構成，其中共同具有的組件是電-液熱手套(2)、電-液熱床墊(11)、電-液熱座墊(13)或電-液熱沙發墊或電-液熱靠墊、電-液熱臺板(12)或電-液熱臺墊，電-液熱背心(14)；其中差別性具有的組件是電-液熱源暖腳器，電源及熱液發生和循環動力源(1)與暖腳器(4);以上組件中，除電源及熱液發生和循環動力源(1)是核心組件外，其餘均是取暖器件，除電-液熱源暖腳器外，這些取暖器件均可與電源及熱液發生和循環動力源(1)自由地搭配使用；這些取暖器件都具有兩種熱量釋放模式——即供使用者取暖模式「電發熱體直接通電發出熱量取暖模式」和「由電發熱體產熱-經液體傳導至取暖器件釋放熱量取暖模式」，操作者通過開關和控制器(9)，可使兩種取暖模式協同工作或獨立工作；取暖器件安設有與兩種取暖模式相應的直接電發熱體(5)和導熱管(3)，本系統可通過控制器(9)對取暖器件的功率、溫度進行調控，並可定時。
2.根據權利要求1所述的電-液雙模式個人取暖系統，其特徵是電-液熱源暖腳器是由電源及熱液發生和循環動力源(1)與暖腳器(4)組合併製作為一體而成，電源及熱液發生和循環動力源(I)安裝在暖腳器(4)外部的前上方、暖腳器(4)縱剖面側視、其腔體呈「L」形上凹處的空間位置。
專利摘要電-液雙模式個人取暖系統是用於個人取暖的同時具備兩種取暖模式(「電發熱體直接通電發出熱量取暖模式」和「由電發熱體產熱-經液體傳導至取暖器件釋放熱量取暖模式」)的系列電熱器件的組合。系統主要由六個組件或七個組件構成，其中系統共同具有的組件是電-液熱手套②、電-液熱床墊電-液熱座墊或電-液熱沙發墊或電液熱靠墊、電-液熱臺板或電-液熱臺墊、電-液熱背心其中差別性具有的組件是電-液熱源暖腳器，電源及熱液發生和循環動力源①與暖腳器④。共同組件中的各件可按需要與電-液熱源自由地搭配使用。電-液雙模式個人取暖系統的兩種取暖模式可以協同工作，也可以獨立工作。通過控制器⑨可以調節功率、溫度並定時。
文檔編號F24D13/00GK202902422SQ201220270419
公開日2013年4月24日 申請日期2012年6月11日 優先權日2012年6月11日
發明者唐朋 申請人:唐朋