CN103654008A - 一种热压式电热水循环电热毯装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种热压式电热水循环电热毯装置，该电热毯装置包括：控制器、遥控设备、发热导体、发热容器、回水容器、出水管、回水管、绝缘隔离片、旋钮、解压开关、耐高温软管、锥形体、毯体进水口、发热容器注水口、毯体出水口、雾化口、加湿器装置、进水电磁阀、供水阀门、溢水装置、排水电磁阀、湿度传感器、回水口、出水口以及分水器。该电热毯装置通过水介质加热产生的热压差作为水循环动力源，实现无泵水循环，具有无磨擦损耗，安静无噪音以及使用安全的优点。

Description

一种热压式电热水循环电热毯装置

 

技术领域

本发明属于电热毯技术领域，尤其涉及一种热压式电热水循环电热毯。

背景技术

随着社会的发展，人们生活水平的提高，人们对居家生活有了更高的要求。人的一生大约有三分之一的时间用在睡眠上，而睡眠质量与床垫的温暖舒适度密切相关。

目前，冬季床上取暖一般采用传统的火炕或者电热毯。火炕在我国北方农村使用较为广泛，传统的火炕搭建需要一定的空间，需要燃烧燃料来取暖，对环境造成污染，温度难以调节，而且搭建火炕对于房屋有诸多的限制。电热毯是现在使用最多的床上加热用品，目前的电热毯，都是通过在毯体的夹层内直接布置发热线来达到加热的效果。一般地讲，这种电热毯有很多不足的地方：一是发热线对毯体的导热不是很均匀，且热量从发热线透过毯体直接辐射出来，会对人体皮肤产生炙烤感，长期使用容易造成人体脱水、燥热，严重损害人体健康；二是不能折叠工作，且不能洗涤；三是电热丝接触不良容易产生局部高温而发生火灾。

综上分析，提供一种健康、环保以及安全可靠的电热毯是电热毯技术领域的迫切需求。

发明内容

本发明提供了一种热压式电热水循环电热毯，该电热毯具有不会产生对人体不利的交变电场和磁场、能够折叠工作、不怕潮湿可洗涤、发热均匀，使用安全等优点。

本发明采用了如下技术方案：

一种热压式电热水循环电热毯装置，该电热毯装置包括：控制器、遥控设备、发热导体、发热容器、回水容器、出水管、回水管、绝缘隔离片、旋钮、解压开关、耐高温软管、锥形体、毯体进水口、发热容器注水口、毯体出水口、雾化口、加湿器装置、进水电磁阀、供水阀门、溢水装置、排水电磁阀、湿度传感器、回水口、出水口以及分水器，其特征在于：

回水容器包围发热容器；

发热容器上端设置有出水管、发热导体、发热容器注水口和解压开关，发热导体的长度与发热容器高度的比值为1/5～4/5之间任意值，在两个发热导体之间设置有绝缘隔离片；

回水容器上端设置有回水管、雾化口、加湿器装置、进水电磁阀、供水阀门、溢水装置、排水电磁阀、湿度传感器和通气孔，回水管和加湿器装置之间通过倾斜管道连通，倾斜管道靠近回水管的一侧较高，在倾斜管道上安装有供水阀门，供水阀门的开启/闭合受进水电磁阀的控制，加湿器装置中多余的水通过溢水装置和排水电磁阀排入回水容器中；

在发热容器内壁底部设置有锥形体，该锥形体较低的一端靠近出水口，较高的一端靠近发热容器内壁；

所述加湿器装置的顶部设有雾化口和湿度传感器，其底部设置有控制电路，该控制电路包括稳压电源电路、振荡电路、驱动电路、雾振片以及水位传感器；

其中，稳压电源电路分别与振荡电路和驱动电路相连，用于提供雾化起振所需的功率；

振荡电路连接雾振片，用于产生2.4MHZ以上的振荡频率，该振荡电路中包括电感L1、L2、L3，电阻R3、R4，电容Cl、C2以及三极管Q1；

驱动电路与水位传感器相连，用于控制振荡电路的起振和停振，该驱动电路包括电阻R1、R2、R5、R10，电容C3、C4、C10，三极管T1以及二极管D1；

雾振片与驱动电路连接，用于将振荡电能转化成雾化能，该雾振片采用PZT 1型号雾振片；

水位传感器分别与驱动电路和控制器相连，用于在缺水时向驱动电路发出控制信号，并将缺水状态信号反馈给控制器。

优选的，所述解压开关采用弹压式压力控制，位于发热容器顶部，由防水垫片、精密弹簧以及螺钉组成。

本发明取得的有益效果是： 

1、通过水介质加热产生的热压差作为水循环动力源，实现无泵水循环。相比有泵产品而言，无磨擦损耗，安静无噪音，节省成本，产品使用寿命长；

2、以水加热取代传统电热丝加热，使取暖设施保持所需要的温度，该水循环电热毯可使温度在20～60摄氏度之间任意调节，且使用过程的温度波动极小；

3、热垫取暖器不带电，不用担心会引起火灾和漏电，不会产生电磁辐射；

4、无水自动断电，安全有保障，当发热容器缺水时，通过其自身的工作原理，就可自行断电，而不需要额外的电路保护；

5、该水循环电热毯用电量和用水量很少，3天只需1度电，5-10天只需加水1小杯。

附图说明

图1为该水循环电热毯的系统机构图；

图2为该水循环电热毯的电路控制原理图；

图3为发热导体电流控制电路原理图；

图4为电流检测电路原理图；

图5为显示模块接口电路原理图；

图6为遥控设备电路原理图；

图7为加湿装置控制电路框图；

图8为加湿装置电路原理图；

图9控制器工作流程框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。

图1示出了该水循环电热毯的系统结构图。该系统包括：控制器1、遥控设备2、发热导体3、发热容器4、回水容器5、出水管6、回水管7、绝缘隔离片8、旋钮9、解压开关10、耐高温软管11、25、锥形体12、毯体进水口15、发热容器注水口14、毯体出水口13、雾化口16、加湿器装置17、进水电磁阀18、供水阀门19、溢水装置20、排水电磁阀21、湿度传感器22、回水口23、出水口24、分水器26。

如图1所示，发热容器4和回水容器5采用包围式设计，回水容器5包围发热容器4，发热容器4和回水容器5的中心不重合，发热容器4靠近回水容器5的一侧，回水容器5的侧壁高出发热容器4的侧壁50mm。在使用过程中，需要根据取暖的需求热量来设计容器大小，当回水容器设计为圆形时，回水容器的尺寸为φ3～2000mm，当发热容器设计为圆形时大小为φ1～1000mm，当发热容器和回水容器设计为其它形状时，可根据容积来设计符合的尺寸，如：定制地毯取暖工程，工程面积为100平方米，发热和回水容器设计为圆形的要求下，即可设计发热容器为φ10mm～45000mm，回水容器可设计为20mm～80000mm。根据工程需求热量来计算所需热能容积量，小型取暖器则可设计发热容器4和回水容器5比例为1:1.2～9比例来实现。

发热容器4上端设置有出水管6、发热导体3、发热容器注水口14和解压开关10，发热导体3的长度与发热容器4高度的比值为1/5～4/5之间任意值，尤其以比值为1/5时效果最好，在两个发热导体3之间设置有一个绝缘隔离片8，绝缘隔离片8的下端超出发热导体20mm。用户可以通过发热容器注水口14向发热容器中注水，在第一次使用时需要通过发热容器注水口14往发热容器4中加满水，发热容器4通过旋钮9及防水圈密封，加水时旋开旋钮9，加水后旋紧旋钮9。

回水容器5上端设置有回水管7、雾化口16、加湿器装置17、进水电磁阀18、供水阀门19、溢水装置20、排水电磁阀21、湿度传感器22和通气孔（未示出），通气孔使回水容器5与外界保持相同的气压。回水管7和加湿器装置17之间通过倾斜管道连通，倾斜管道靠近回水管的一侧较高，在倾斜管道上安装有供水阀门19，供水阀门19的开启/闭合受进水电磁阀18的控制。在平时使用时不需要再往发热容器4中补水，只需通过雾化口16往回水容器5中补入少量的水就能保证水循环电热毯的正常运行。水通过雾化口16注入加湿器装置17，进水电磁阀18控制供水阀门19开启，水通过回水管7进入回水容器5中，当加湿器装置17中的液面下降到倾斜管道靠近加湿器装置一侧的接口以下时，进水电磁阀18控制供水阀门19关闭。考虑到加湿器装置17中的水如果使用不完，时间长了容易滋生细菌，经过雾化发散出去之后会对使用者的健康造成影响，并且加湿器装置17有少量的水就能工作，因此，加湿器装置17中多余的水通过溢水装置20和排水电磁阀21排入回水容器5中。

考虑到北方的水质较重，长时间使用会产生大量的水垢，清洗困难，严重影响了使用寿命，有鉴于此，可以注入经过过滤的纯净水。此外，为了增强水的导电性，可以在注水时往发热容器4中加入一定量的水溶性介质。

注水完毕后，接通电源，使用遥控设备2可进行温度设定、启动加热、停止加热等操作。在设定温度完毕并启动加热之后，发热导体3产生热量，使发热容器4中的水逐步升温，同时发热容器4中水加热后产生了大量的水蒸汽，发热容器4内压力增大，使得出水管6通过出水口24从发热容器4内壁底部快速取水，形成高效热水出水循环，热水从发热容器4流经出水管6、耐高温软管25、毯体进水口15、分水器26，在毯体内的耐高温软管11中循环以后再进入毯体进水口13，通过回水管7流入回水容器5中，回水容器5中的水量增加。为了便于出水管6从发热容器4内壁底部快速取水，在发热容器4内壁底部设置有锥形体12，该锥形体12较低的一端靠近出水口24，较高的一端靠近发热容器4内壁，并且较高的一端高度不低于出水口高度5mm，同时不超过出水口20mm。

随着发热容器4内水量的减少，发热导体3的电阻值逐渐增大，电路中的电流值相应的减小，控制器1检测到电路中电流小到一定值时，控制双向可控硅关断发热导体3的电源，发热导体3停止加热。当间隔一段时间后，毯体耐高温软管11中的水温度下降，并且发热容器4内因温度下降产生负气压，借助着与外界气压的压差，回水容器5中的水经过回水管7、耐高温软管25、分水器26、毯体、出水管6之后被抽回到发热容器4中，此时回水容器5中的水量减少，发热容器4中的水量增加。发热导体3的电阻值逐渐增小，电路中的电流值相应的增加，控制器1检测到电路中电流增大到一定值时，控制双向可控硅开启发热导体3的电源，发热导体3继续开始加热，随着发热容器4中水温和气压的上升，发热容器4中水被再次抽出，送往毯体中的耐高温软管11，如此循环反复，既不会干烧，也不存在漏电等安全隐患。

为了增加安全性，在发热容器4的上端设置有解压开关10，有效的控制发热容器4的汽压稳定平衡，起到稳压和导流作用，安全可靠。解压开关10采用弹压式压力控制，位于发热容器4顶部，结构由防水垫片、精密弹簧以及螺钉组成。

图2示出了该水循环电热毯的电路控制原理图。该电路控制部分分为主电路和遥控设备2两部分，主电路以AT89C52单片机为核心，以ADC0809、电流互感器和点阵液晶显示器KM 12232F作为辅助芯片，用双向可控硅控制加热器的通断。电流互感器、整流电路和ADC0809等组成模拟量采集电路。单片机根据采集电流的大小判断水是否完全排出，并据此控制发热导体3的通断。机身按键包括系统开/关、温度上调、温度下调以及模式切换四个按键。上述按键相互配合，便可以实现调温、定时开/闭、被窝预热和智能模式等功能。在该系统中还设置有加湿装置，加湿装置向微处理器CPU反馈状态信号，并从微处理器CPU接收控制信号。

此外，该水循环电热毯的系统中还设置有指示灯（未示出），指示灯为三色发光二极管用于指示加热状态，红灯亮表示正在加热，绿灯亮表示停止加热。液晶显示器用于显示温度和设定的定时时间。当需要调节温度时，AT89C52按照用户所设定的温度控制发热导体3工作。在加热过程中，用电流互感器实时检测加热器的电流，经A/D转换后送单片机进行处理。当该电流达到0.35A或达到所设定的加热时间时，单片机控制可控硅使发热导体3断电；当达到由设定温度所决定的断电时间时，单片机控制加热器开始加热，如此循环工作。另外，为提高控制器的安全性，系统中还设置了起警示作用的提醒灯，其工作与否由用户自行控制。

图3示出了发热导体电流控制电路原理图。该电路主要由双向可控硅BTA06和光耦MOC3401等元件组成。M与发热导体3串联，单片机根据用户的设定，从P10口发出控制信号，控制光耦MOC3401的通断，从而控制双向可控硅BTA06的通断，进而控制发热导体3的工作。通过使用双向可控硅BTA06代替传统的继电器，不但解决了噪声大的问题，还实现了以弱电控制强电的功能，提高了系统的安全性和可靠性。

图4为电流检测电路原理图。该电路主要由电流检测元件电流互感器HCT 226A和整流桥1N4001等电子元件组成。HCT226A是一种价格低廉的高精度互感器，其输入额定电流为5A，输出电流为215mA，误差为0.11%～0.12%，线性度为0.11%，相移≤8’，完全能够保证对控温精确度的要求。

电流检测电路的工作原理是：加热时，电流互感器实时检测负载电流，并通过整流桥将交流电信号转换成单片机能够处理的直流电压信号，送A/ D转换器进行转换后，最终送到AT89C52进行相应的判断。当电流超过设定值时，单片机立即对发热导体3断电，从而防止了干烧的发生，保证了发热容器4和回水容器5中的水能够完全循环。

显示模块主要由字符点阵液晶显示器KM 12232F等元件组成，其与单片机的接口电路如图5所示。该模块的主要功能是：在已知温度、通电时间及电流关系的情况下，显示用户选择的功能，以及设定的温度和时间。

遥控设备电路原理如图6所示，其中D7为红外发射头，按键的分配为：K1为温度调节、K2为定时开/关、K3为温度/时间上调、K4为温度/时间下调、K5和K6两个案件的功能可以根据不同的应用场景按需要设定。为了表明系统的工作状态，设置了三色指示灯，用微处理器AT89C52的P14脚和P15脚进行控制，当指示灯为白色时，加热器处于断电状态、为红色时处于加热状态、为绿色时处于通电但是非加热状态。

加湿器装置17的位置如图1所示。雾振片设置于加湿器装置17的底部，加湿器装置17的顶部设有一雾化口16，以及一个湿度传感器22，湿度传感器22用于向微处理器CPU反馈环境湿度数值。图7示出了加湿装置控制电路框图，在加湿器装置17的底部还连接一控制电路，该控制电路包括稳压电源电路（未示出）、振荡电路、驱动电路、雾振片以及水位传感器，其中该稳压电源电路分别与振荡电路和驱动电路相连，向它们提供稳定的24vDC工作电压。振荡电路和驱动电路相连，振荡电路连接雾振片，驱动电路与水位传感器相连，其中稳压电源，提供雾化起振所需的功率；振荡电路，用于产生振荡频率，推动在水中的雾振片；驱动电路，接收水位传感器发出的信号，对振荡电路进行起振及停振的控制；水位传感器，用于“缺水”时发出控制信号CTRL，对雾振片实行“缺水”停振保护。

图8为加湿装置电路原理图，稳压电源1，用于供给雾化起振足够的功率，为了保证雾化量要求电源的供给功率不小于36W。

振荡电路2，主要是用于产生2.4MHZ以上的振荡频率，推动在水中的雾振片。由电感L1、L2、L3，电阻R3、R4，电容Cl、C2，三极管Q1所组成。其中Q1及外围组成的电容三点式LC振荡器的频率超高在2.4MHz以上（现有一般的超声波振荡频率是1.65MHz ），因此被激振所形成的雾分子能够达到微纳米级。

驱动电路5，主要是对振荡电路的起振及停振的控制，它的输入信号CTRL来自水位传感器。由电阻R1、R2、R5、R10，电容C3、C4、C10，三极管T1、二极管D1所组成。

水位传感器，主要是完成“缺水”时发出控制信号CTRL，对雾振片实行“缺水”停振保护的作用，同时将“缺水”的状态反馈给微处理器CPU。微处理器CPU在接收到上述反馈的“缺水”信号后向进水电磁阀18发出控制信号，由进水电磁阀18控制供水阀门19开启，待有水经回水管7流回回水容器5时，部分水能够通过回水管7与加湿器装置17之间的倾斜管道对加湿器装置17中的水进行补充，从而保证了加湿装置能够继续工作。

雾振片15采用常见的PZT 1型号雾振片，主要是完成把振荡电能转化成雾化能。雾振片PZT 1的固有频率必须满足2.4MHz，电路工作中水位传感器、雾振片始终浸在水槽中。当雾化过程中水减少到没有时，水位传感器感知到“缺水“信号，使接点CTRL断开，Tl被截止，对Q1不供给基极工作电流，使雾振片停振，起到保护雾振片的作用。

加湿装置通过超声波激振纯净水使其雾化，由此生成的雾分子里含有大量的负离子，其粒径为微、纳米级，能飘游在整个室内的空气中。当遇到污染气体分子（空气浮游菌、病菌等有害物质）的时候，这种微纳米级的雾分子会形成包覆粒子，将污染气体分子包围，起到隔离、阻止的作用。飘游的负离子遇到电器放射出的不良正离子时，能起到中和它们的作用，增加空气湿度的同时也净化了空气。

控制器的工作流程入图9所示。通过对循环断电时间在1min～7min范围内的任意设定，实现温度在20℃～60℃范围内连续可调。定时时间为24h内任意时间定时启动和定时工作，单片机严格按照设定的定时时间控制开、关；固定睡眠功能为工作8h后自动断电，其中前20min快加热，余下的时间为慢加热，最终将温度维持在35℃左右（该电热毯在使用过程中，如果通断电时间比例一成不变，毯体的温度会越来越高）。正是基于此原因。本系统设计了智能温度模式，即系统开始工作后，前20min为快加热，随着时间的推移，断电时间逐渐增加，使毯子的温度趋于稳定。如果初始化后用户不进行任何设定，控制器以默认温度35℃进行加热。另外，为了提高控制器的视觉效果，每个提示信息均要送到液晶屏进行显示。

本产品可作为床上、地面、桌上、靠垫等取暖用，安全可靠，甚至可以共用一个主机系统，同时满足床上、地面、桌上、靠垫等取暖设施的取暖加湿需求。

本发明的保护范围并不限于上述的实施例，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的范围和精神。倘若这些改动和变形属于本发明权利要求及其等同技术的范围内，则本发明的意图也包含这些改动和变形在内。

Claims (2)

1.一种热压式电热水循环电热毯装置，该电热毯装置包括：控制器、遥控设备、发热导体、发热容器、回水容器、出水管、回水管、绝缘隔离片、旋钮、解压开关、耐高温软管、锥形体、毯体进水口、发热容器注水口、毯体出水口、雾化口、加湿器装置、进水电磁阀、供水阀门、溢水装置、排水电磁阀、湿度传感器、回水口、出水口以及分水器，其特征在于：

回水容器包围发热容器；

发热容器上端设置有出水管、发热导体、发热容器注水口和解压开关，发热导体的长度与发热容器高度的比值为1/5～4/5之间任意值，在两个发热导体之间设置有绝缘隔离片；

回水容器上端设置有回水管、雾化口、加湿器装置、进水电磁阀、供水阀门、溢水装置、排水电磁阀、湿度传感器和通气孔，回水管和加湿器装置之间通过倾斜管道连通，倾斜管道靠近回水管的一侧较高，在倾斜管道上安装有供水阀门，供水阀门的开启/闭合受进水电磁阀的控制，加湿器装置中多余的水通过溢水装置和排水电磁阀排入回水容器中；

在发热容器内壁底部设置有锥形体，该锥形体较低的一端靠近出水口，较高的一端靠近发热容器内壁；

所述加湿器装置的顶部设有雾化口和湿度传感器，其底部设置有控制电路，该控制电路包括稳压电源电路、振荡电路、驱动电路、雾振片以及水位传感器；

其中，稳压电源电路分别与振荡电路和驱动电路相连，用于提供雾化起振所需的功率；

振荡电路连接雾振片，用于产生2.4MHZ以上的振荡频率，该振荡电路中包括电感L1、L2、L3，电阻R3、R4，电容Cl、C2以及三极管Q1；

驱动电路与水位传感器相连，用于控制振荡电路的起振和停振，该驱动电路包括电阻R1、R2、R5、R10，电容C3、C4、C10，三极管T1以及二极管D1；

雾振片与驱动电路连接，用于将振荡电能转化成雾化能，该雾振片采用PZT 1型号雾振片；

水位传感器分别与驱动电路和控制器相连，用于在缺水时向驱动电路发出控制信号，并将缺水状态信号反馈给控制器。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述解压开关位于发热容器顶部，该解压开关采用弹压式压力控制，由防水垫片、精密弹簧以及螺钉组成。

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