CN107019372A - 热力泵智能保健床具 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及热力泵智能保健床具，包括安装于床体的散热管路，特征在于所述散热管路的供电源采用热力泵；所述散热管路上部铺设有中药垫，下部铺设有隔热板，所述床体上安装有电源开关以及温控开关。本发明采用热利用率极高的热力泵作为热源，与采用传统热交换方式的热泵、热管、机械泵、电热器等热交换装置相比，热利用率大大提高。与传统的火炕取暖和电热毯取暖的方式相比，一方面安全可靠无污染，另一方面节能高效卫生，其特点是结构更加简单合理，坚固耐用免维护、无摩擦震动、无噪音和化学污杂，应用范围广泛。
Description
技术领域
本发明涉及一种保健床具，特别是一种高效节能提供人类生活休息的智能保健水床，属于保健床具结构技术领域。
背景技术
以节能而论代表我国文化的火炕与代表西方文化的壁炉相比，火炕的热利用率要比壁炉至少高出几十倍，其原因主要是我国的袓先将热源选择在了最佳的位置，计算一下床具上被子与室内空间的容积，我们就可以清楚的了解到二者之间的差距。因火炕主要依赖于炉灶提供热源，但是因火炉的诸多缺陷目前的城镇居民中已鲜少使用。采用另一替代方式的是电热毯，单人电热毯的功率大约在40W左右，一方面存在着耗电量大、成本高的问题；另一方面因其具有电磁波污染、易失火等原因也逐渐被很多人弃用。
粗略计算，单人电热毯的耗电量在980w/24h。而公开号为1095352的“一种热循环式硬面调温水床”是92年申请的一项发明专利，该专利技术中床具的耗电量为30w/24h。仍然存在耗能较为严重的问题。
我国是人均资源贫乏的国家，但浪费尤其是能源浪费巨大。单从煤炭消耗分析，从90年的10亿吨，增至2015年的40多亿吨，且随着城市化的发展，煤炭的需求量会持续不断的增加，因此产生资源加速枯竭、空气、水土污染加重等诸多不利因素，严重影响我国可持续发展战略和人民的身体健康。
以我国北方冬季取暖采取的漫灌式集体供暖为例，据统计，我国每年冬季用于供暖的用煤量达到15亿吨，粗略统计每年浪费1/2煤炭，耗能相当大，对资源造成了浪费，对环境造成了污染。
公开号CN2112025U是申请人于1992年申请的实用新型专利，其专利名称为“涡流式导流泵”。该专利公开的技术内容主要解决了热量载体介质从无序到有序的问题，但由于热源装置设在泵体外部，仅有轴向导流件，因此该技术方案公开的导流泵能量传递和转换率均偏低。
此后，申请人一直致力于此类能够将热能转换为液压能的热力泵研究。
2004年8月11日，申请人申请了一种名为“热力泵”的发明专利申请，其授权公告号为CN100410548C。该专利公开的技术方案基于先前“涡流式导流泵”，提供了一种结构更加合理、传递转换能量速度更快、节能和传热效果更好的热量交换传递装置。其结构主要是在泵体内依次布置了热源装置和轴向导流件，并在泵体内壁与轴向导流件之间设计了径向导流件。以此加强热交热和传递效果。
此后，上述“热力泵”在应用过程中，依然存在着一些技术弊端，经研究其主要原因在于泵体设计的轴向导流和径向导流结构的衔接性不良，对其内部的导热介质难以提供一个连续性的轴向循环空间，介质受到的阻尼比较大，因而导致了导热介质在泵体内的连续性不强，轴向推力不足，循环能力差，热能利用率不足，泵体产生的液压能难以满足实际的动力需求。
鉴于上述背景，申请人又经过多年的潜心研究，提出本申请的热力泵智能保健床具。
发明内容
本发明旨在解决针对现有床具供热装置存在的热交换率低、耗能大、有安全隐患、污染严重、资源浪费等主要技术缺陷，进而提供一种具有结构设计科学合理、传递转换热能速度更快、无机械性摩擦和噪音、节能显著、高效环保、安全可靠的热力泵智能保健床具。
为解决上述问题，本发明所采用的技术方案是：
热力泵智能保健床具，配置于床体上使用，用以向床面供暖，包括安装于床体的散热管路A2，特殊之处在于，所述散热管路A2的供电源采用的是热力泵A1。
所述热力泵A1通过串联回路或串并联回路与所述散热管路A2相连。
所述散热管路A2的上部铺设有褥垫A7，下部铺设有隔热板A4，所述床体上安装有电源开关A5以及温控开关A。
进一步的，为了使所述床具能够起到针对性的热疗效果，所述散热管路A2的上部铺设有中药垫A3，所述中药垫A3内置有相应的中药组分。
所述热力泵A1包括分别具有介质入口1和介质出口2的泵体3，所述泵体3的一端通过所述介质出口2与所述散热管路A2的进水管路相连通，所述泵体3的另一端通过所述介质入口1与所述散热管路A2的回水管路相连通。
所述泵体3包括整体呈双层螺旋套管状的主体结构4，以及依赖并形成于所述主体结构4上的：
螺旋式内导流通道4-1，轴向形成于所述主体结构4的中部，其一端与所述介质入口1相通，另一端与所述介质出口2相通；
螺旋式外导流通道4-2，螺旋盘绕于所述螺旋式内导流通道4-1的外围并与其保持同一螺旋方向；所述螺旋式内导流通道4-1与所述螺旋式外导流通道4-2分别间隔于主体结构内螺旋壁4-3的内外两侧；
电热元件5，密封埋设于所述主体结构内螺旋壁4-3预留孔位中，对所述主体结构及其两侧的螺旋式内导流通道4-1和螺旋式外导流通道4-2内的流体介质提供加热；
所述主体结构内螺旋壁4-3上设有用于连通所述螺旋式内导流通道4-1与螺旋式外导流通道4-2的流体通孔4-4。
所述螺旋式内导流通道4-1和螺旋式外导流通道4-2在轴向上的截面形状可以为连续的波浪段或连续的锯齿段；
当所述螺旋式内导流通道4-1和螺旋式外导流通道4-2在轴向上的截面形状为连续的波浪段时，所述波浪段具有一波谷低点X，与所述波谷低点X相邻的两侧高点分别定义为第一波峰高点Y和第二波峰高点Y1，以分别经过波谷低点X和第一波峰高点Y的两垂直轴线的交点为原点O，则OY大于零，所述原点O至所述波谷低点X的距离OX应小于两个相邻波谷低点之间的距离XX1，所述波谷低点X与第一波峰高点Y之间为弧线段，所述波谷低点X与所述第二波峰高点Y1之间为直线段或弧线段；
当所述螺旋式内导流通道4-1和螺旋式外导流通道4-2在轴向上的截面形状为连续的锯齿段时，所述锯齿段具有一齿根点Z，与所述齿根点Z相邻的两侧高点分别定义为第一齿尖点H和第二齿尖点H1；以分别经过齿根点Z和第一齿尖点H的两垂直轴线的交点为原点O，则原点O至第一齿尖点H之间的距离应大于零，即OH＞0；所述原点O至所述齿根点Z之间的距离OZ大于等于零或小于零，即OZ≥0或OZ＜0；所述原点O至齿根点Z之间的距离OZ应小于两个相邻齿根点之间的距离ZZ1，即OZ< ZZ1；所述齿根点Z与所述第一齿尖点H之间为直线段，所述齿根点Z与所述第二齿尖点H1之间为直线段。
所述螺旋式外导流通道4-2形成于由所述主体结构4围设而成的螺旋管腔内，其外周由主体结构外套筒4-5包覆密封。
进一步的，为了加强所述泵体3的保温性能，所述外套筒4-5的外壁包覆有保温隔热层7；在所述保温隔热层7的外周设有作为防护层的外壳体8。
作为优选的结构，所述流体通孔4-4设有两个，分别开设于邻近于介质入口1和介质出口2的主体结构内螺旋壁4-3上；
所述泵体3的主体结构4采用的是超导温陶瓷材料；所述电热元件5采用的是电热丝；所述流体介质采用的是水；
所述螺旋式内导流通道4-1、螺旋式外导流通道4-2及电热元件5在整个泵体3中的螺旋方向和螺纹升角均保持一致。
所述泵体3的两侧端面分别设有密封圈9。
本发明的热力泵智能保健床具，采用热利用率极高的热力泵作为热源，与采用传统热交换方式的热泵、热管、机械泵、电热器等热交换装置相比，热利用率大大提高。与传统的火炕取暖和电热毯取暖的方式相比，一方面安全可靠无污染，另一方面节能高效卫生，其特点是结构更加简单合理，坚固耐用免维护、无摩擦震动、无噪音和化学污杂，应用范围广泛，科技生命力持久，适用于居户、企事业单位、敬老院、边防极地卡所、宇宙飞船等需要改变生存条件的所有区域。
附图说明
图1：本发明的热力泵智能保健床具结构示意图；
图2：图1的侧视图；
图3：热力泵与散热管路的串并联回路结构示意图；
图4：热力泵与散热管路的串联回路结构示意图；
图5：热力泵结构示意图；
图6：实施例1中截面形状为波浪段的导流通道结构示意图；
图7：实施例2中截面形状为波浪段的导流通道结构示意图
图8：实施例3中截面形状为锯齿段的导流通道结构示意图；
在图中，A1、热力泵，A2、散热管路，A3、中药垫，A4、隔热板，A5、电源开关，A、温控开关，A7、褥垫，A3、安全阀，1、介质入口，2、介质出口，3、泵体，4、主体结构，4-1、螺旋式内导流通道，4-2、螺旋式外导流通道，4-3、主体结构内螺旋壁，4-4、流体通孔，4-5、主体结构外套筒，5、电热元件，7、保温隔热层，8、外壳体，9、密封圈，X、波谷低点，Y、第一波峰高点，Y1、第二波峰高点，O、原点，Z、齿根点，H、第一齿尖点，H1、第二齿尖点。
具体实施方式
下面就附图1-8对本发明热力泵智能保健床具作以下详细说明。
实施例1
热力泵智能保健床具，包括床体床板，所述床板上预留有板状槽，所述板状槽内埋置有散热管路A2，所述散热管路A2通过图3所述的串并联回路与热力泵A1相连，在所述散热管路A2的上部依次铺设有中药垫A3和褥垫A7，在所述散热管路A2的下部安装有隔热板A4，所述床体上分别安装有用于对热力泵提供控制的电源开关A5和温控开关A。
所述热力泵A1包括分别具有介质入口1和介质出口2的泵体3，所述泵体3的一端通过所述介质出口2与所述散热管路A2的进水管路相连通，所述泵体3的另一端通过所述介质入口1与所述散热管路A2的回水管路相连通。所述热力泵A1包括一端具有介质入口1、另一端具有介质出口2、内部灌装有流体介质的泵体3，以及包绕在所述泵体3外周的保温隔热层7和外壳体8组合而成，其中所述泵体3的主体结构4采用超导温陶瓷材料，其整体呈双层的螺旋套管状，围绕所述主体结构4的形状及结构，形成了泵体3的螺旋式内导流通道4-1和螺旋式外导流通道4-2，内、外两个螺旋的导流通道在轴向的主体结构上形成了双层的螺旋导流通道；其中，所述螺旋式内导流通道4-1位于所述主体结构4的中部，由呈螺旋结构的主体结构内螺旋壁4-3围设而成，其一端与所述介质入口1相连通，另一端与所述介质出口2相连通；所述螺旋式外导流通道4-2基于所述主体结构内螺旋壁4-3在所述螺旋式内导流通道4-1的外围形成了与其保持同一螺旋方向的外层螺旋通道；内外两层螺旋导流通道之间由主体结构内螺旋壁4-3间隔。在所述主体结构内螺旋壁4-3均匀开设有用于埋设电热元件5的预留线孔，所述预留线孔以同样的螺旋角度和方向盘绕在所述主体结构内螺旋壁4-3内，作为电热元件5的电热丝密封埋置于所述预留线孔内，用以向内外两层的导流通道中的流体介质提供加热。在双层的螺旋导流通道之间的主体结构内螺旋壁4-3上开设有用以贯通两导流层的流体通孔4-4，所述流体通孔4-4设有两个，分别设在介质入口处和介质出口处。所述螺旋式内导流通道4-1和螺旋式外导流通道4-2在轴向上的截面形状为连续的波浪段；所述波浪段具有一波谷低点X，与所述波谷低点X相邻的两侧高点分别定义为第一波峰高点Y和第二波峰高点Y1，以分别经过波谷低点X和第一波峰高点Y的两垂直轴线的交点为原点O，则OY大于零，所述原点O至所述波谷低点X的距离OX应小于两个相邻波谷低点之间的距离XX1，所述波谷低点X与第一波峰高点Y之间为弧线段，所述波谷低点X与所述第二波峰高点Y1之间为直线段。所述螺旋式外导流通道4-2呈螺旋盘绕在所述主体结构内螺旋壁4-3外围的管腔结构，其外周由主体结构外套筒4-5包覆密封。在所述泵体3两端面设有密封圈9进行密封。所述螺旋式内导流通道4-1、螺旋式外导流通道4-2及电热元件5在整个泵体3中的螺旋方向、螺纹升角均保持一致。
实施例2
本实施例与实施例1的不同之处在于
所述散热管路A2采用图4所述的串联回路与热力泵A1相连。
所述螺旋式内导流通道4-1和螺旋式外导流通道4-2在轴向上的截面形状为连续的波浪段，所述波浪段具有一波谷低点X，与所述波谷低点X相邻的两侧高点分别定义为第一波峰高点Y和第二波峰高点Y1，以分别经过齿根点Z和第一齿尖点H的两垂直轴线的交点为原点O，则OY大于零，所述原点O至所述波谷低点X的距离OX应小于两个相邻波谷低点之间的距离XX1，所述波谷低点X与第一波峰高点Y之间为弧线段，所述波谷低点X与所述第二波峰高点Y1之间为弧线段。
实施例3
本实施例与实施例1的不同之处在于
所述散热管路A2上部直接铺设褥垫A7。
所述螺旋式内导流通道4-1和螺旋式外导流通道4-2在轴向上的截面形状为连续的锯齿段；所述锯齿段具有一齿根点Z，与所述齿根点Z相邻的两侧高点分别定义为第一齿尖点H和第二齿尖点H1；以分别经过齿根点Z和第一齿尖点H的两垂直轴线的交点为原点O，则原点O至第一齿尖点H之间的距离应大于零，即OH＞0；所述原点O至所述齿根点Z之间的距离OZ大于等于零或小于零，即OZ≥0或OZ＜0；所述原点O至齿根点Z之间的距离OZ应小于两个相邻齿根点之间的距离ZZ1，即OZ< ZZ1；所述齿根点Z与所述第一齿尖点H之间为直线段，所述齿根点Z与所述第二齿尖点H1之间为直线段。
以下对本发明的热力泵智能保健床具的工作过程及设计原理作详细的描述：
本发明的热力泵智能保健床具，将散热管路的进水管路和出水管路分别与热力泵的介质出口和介质入口相连，形成的是一个封闭的串并联回路或串联回路。当此回路中的流体导热水处于自然平衡状态时，回路中的水处于静态无序的非循环状态，其内能处于无序紊乱的状态；而当热力泵通电工作，电热元件5加热时，水分子在微观上发生了剧烈的运动变化，内能剧增，水分子在螺旋式内导流通道4-1和螺旋式外导流通道4-2构成的双层螺旋管路的结构作用下，发生了连续的轴向涡流和径向涡流，产生了有序的轴向运动，由此而产生液压推力，在轴向涡流和径向涡流的协同作用下，产生的类似龙卷风的螺旋涡流，使泵体对内部介质产生了泵送效应，促使介质从介质入口方向向介质出口方向流动。在整个工作过程中，该热力泵的电热元件与介质之间的温差越大，介质的流速越快，泵吸效果越好，即泵送的吸力大小与温差大小成正比。
本发明的热力泵智能保健床具，采用的热力泵通过在泵体上形成的双层螺旋状导流通道，给泵体内部的流体介质提供了一个连续性强且能够产生泵吸效果的轴向导流空间，将流体介质的旋转运动转换成热量载体的有序的轴向直线运动，在这个过程中，流体介质在泵体内做强制性流动，微观状态下，流体介质分子的无序运动逐渐向有序的运动方向转变。
本发明的热力泵智能保健床具，采用的热力泵与传统换热装置相比，将热能直接转化为液压能的能力大大提高，转换过程中热能损耗小，利用率高。本明的热力泵除了能够应用在现有热泵、热管所涉及的领域外，还能够广泛的应用于不允许有机械摩擦和化学污染的领域，因为这种热力泵可以用水作为介质，并且运行过程中无任何机械摩擦，所以不产生噪音，是目前用于床具加热的最理想装置。
经实验表明，将本发明的热力泵应用于床具散热板的加热，能够使床体散热板的表面温度达到40度以上，则一昼夜的耗电量不足0.4度，只相当于一个15瓦灯泡一昼夜的耗电量。如果将本发明的热力泵应用于现有电加热热水器上，至少节电20%-25%。如果将本发明热力泵用于锅炉、散热器等热交换传递装置上，节能效果将会提高20%左右。
Claims (10)
1.热力泵智能保健床具，包括安装于床体的散热管路（A2），特征在于
所述散热管路（A2）的供电源采用的是热力泵（A1）。
2.如权利要求1所述的热力泵智能保健床具，特征在于
所述散热管路（A2）的上部铺设有中药垫（A3），下部铺设有隔热板（A4），所述床体上安装有电源开关（A5）以及温控开关（A）。
3.如权利要求1所述的热力泵智能保健床具，特征在于
所述热力泵（A1）包括分别具有介质入口（1）和介质出口（2）的泵体（3），所述泵体（3）的一端通过所述介质出口（2）与所述散热管路（A2）的进水管路相连通，所述泵体（3）的另一端通过所述介质入口（1）与所述散热管路（A2）的回水管路相连通。
4.如权利要求1-3任一权利要求所述的热力泵智能保健床具，特征在于
所述泵体（3）包括整体呈双层螺旋套管状的主体结构（4），以及依赖并形成于所述主体结构（4）上的：
螺旋式内导流通道（4-1），轴向形成于所述主体结构（4）的中部，其一端与所述介质入口（1）相通，另一端与所述介质出口（2）相通；
螺旋式外导流通道（4-2），螺旋盘绕于所述螺旋式内导流通道（4-1）的外围并与其保持同一螺旋方向；所述螺旋式内导流通道（4-1）与所述螺旋式外导流通道（4-2）分别间隔于主体结构内螺旋壁（4-3）的内外两侧；
电热元件（5），密封埋设于所述主体结构内螺旋壁（4-3）预留孔位中，对所述主体结构及其两侧的螺旋式内导流通道（4-1）和所述螺旋式外导流通道（4-2）内的流体介质提供加热；
所述主体结构内螺旋壁（4-3）上设有用于连通所述螺旋式内导流通道（4-1）与所述螺旋式外导流通道（4-2）的流体通孔（4-4）。
5.如权利要求4所述的热力泵智能保健床具，特征在于
所述螺旋式内导流通道（4-1）和螺旋式外导流通道（4-2）在轴向上的截面形状为连续的波浪段，所述波浪段具有一波谷低点（X），与所述波谷低点（X）相邻的两侧高点分别定义为第一波峰高点（Y）和第二波峰高点（Y1），以分别经过波谷低点（X）和第一波峰高点（Y）的两垂直轴线的交点为原点（O），则原点至第一波峰高点Y之间的距离大于零，即OY＞0；所述原点O至所述波谷低点X的距离OX应小于两个相邻波谷低点之间的距离XX1，即OX<XX1；所述波谷低点X与第一波峰高点Y之间为弧线段，所述波谷低点X与所述第二波峰高点Y1之间为直线段或弧线段。
6.如权利要求4所述的热力泵智能保健床具，特征在于
所述螺旋式内导流通道（4-1）和螺旋式外导流通道（4-2）在轴向上的截面形状为连续的锯齿段，所述锯齿段具有一齿根点（Z），与所述齿根点（Z）相邻的两侧高点分别定义为第一齿尖点（H）和第二齿尖点（H1）；以分别经过齿根点（Z）和第一齿尖点（H）的两垂直轴线的交点为原点（O），则原点（O）至第一齿尖点（H）之间的距离应大于零，即OH＞0；所述原点（O）至所述齿根点（Z）之间的距离（OZ）大于等于零或小于零，即OZ≥0或OZ＜0；所述原点（O）至齿根点（Z）之间的距离（OZ）应小于两个相邻齿根点之间的距离（ZZ1），即OZ< ZZ1；所述齿根点（Z）与所述第一齿尖点（H）之间为直线段，所述齿根点（Z）与所述第二齿尖点（H1）之间为直线段。
7.如权利要求5或所述的热力泵智能保健床具，特征在于
所述螺旋式外导流通道（4-2）形成于由所述主体结构（4）围设而成的螺旋管腔内，其外周由主体结构外套筒（4-5）包覆密封；
所述主体结构外套筒（4-5）的外壁包覆有保温隔热层（7）；在所述保温隔热层（7）的外周设有作为防护层的外壳体（8）；
所述泵体（3）的两侧端面分别设有密封圈（9）。
8.如权利要求7所述的热力泵智能保健床具，特征在于
所述流体通孔（4-4）设有两个，分别开设于邻近于介质入口（1）和介质出口（2）的主体结构内螺旋壁（4-3）上。
9.如权利要求8所述的热力泵智能保健床具，特征在于
所述泵体（3）的主体结构（4）采用的是超导温陶瓷材料；所述电热元件（5）采用的是电热丝，所述流体介质采用的是水。
10.如权利要求9所述的热力泵智能保健床具，特征在于
所述螺旋式内导流通道（4-1）、螺旋式外导流通道（4-2）及电热元件（5）在整个泵体（3）中的螺旋方向和螺纹升角均保持一致。
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