CN202902422U - 电-液双模式个人取暖系统 - Google Patents

Abstract

电-液双模式个人取暖系统是用于个人取暖的同时具备两种取暖模式(“电发热体直接通电发出热量取暖模式”和“由电发热体产热-经液体传导至取暖器件释放热量取暖模式”)的系列电热器件的组合。系统主要由六个组件或七个组件构成，其中系统共同具有的组件是：电-液热手套②、电-液热床垫

电-液热座垫

或电-液热沙发垫或电液热靠垫、电-液热台板或电-液热台垫、电-液热背心

其中差别性具有的组件是：电-液热源暖脚器，电源及热液发生和循环动力源①与暖脚器④。共同组件中的各件可按需要与电-液热源自由地搭配使用。电-液双模式个人取暖系统的两种取暖模式可以协同工作，也可以独立工作。通过控制器⑨可以调节功率、温度并定时。

Description

电-液双模式个人取暖系统

技术领域

电-液双模式个人取暖系统属于个人用的整套电-液热能取暖器，它是既可以使用置于取暖器件中的电热材料直接发热供使用者取暖，也可以用电热材料发热、借助水作为导热液经由管路传导热能到取暖器件中、供使用者身体不同部位取暖的一系列近体取暖用具。 

背景技术

随着冬季取暖技术的进步，近年来涌现了相当多的应用新型电热材料(如碳纤维、碳晶、硅晶、PCT陶瓷)等作为电发热组件的电取暖器，由于这些新型电热材料发热效率高、耗电少，节能效果明显，符合国际上“节能减排”的潮流；并且由于它们通常本身不发出有害健康的电磁辐射，因而采用新型电热材料做电取暖器发热元件的碳纤维电热手套、碳纤维电热座垫、碳纤维电热背心、碳纤维电热毯等近体“直热型”电热取暖产品，正在取代上世纪80年代以来人们沿用的用金属电热丝做发热元件的近体“直热型”电热取暖产品。 

另一方面，人们认识到金属丝电发热材料通电时发出的热能的同时，不可避免地会产生电磁辐射污染，特别是使用金属丝电热线制作的电热毯那样挨靠着人体使用的电热器具，存在损害健康的隐患，是不宜经常使用的。于是就研制了“间热型”电热取暖产品，其特点是借助管路将加热的液体传导至人体需要取暖部位，这方面的新产品有电热水暖床垫、电热水暖座垫。 

但是，目前问世的上述电热产品，都还是相互分立的电取暖器具——如：分立的电热床垫和电热水暖床垫、碳纤维电热毯、电热座垫和电热水暖座垫、电热暖脚器、电热手套、电热背心等，——每样都有自己的发热器件、导线、插头、以及降压用的电源(为了安全，这些产品常常使用低于24伏特的安全电压)等等，造成了资源的重复配置和浪费，——在这方面确有必要加以整合；另一方面，当前市场上还未见有液体传导电热取暖的电暖脚器、手套、以及座垫、台板。有鉴于此，本人发明了电-液双模式个人取暖系统。该系统可使得个人近体取暖设备配套紧凑、工作高效、更有益于健康，并能够节约资源和能源、减排二氧化碳和工业废气。 

发明内容

电-液双模式个人取暖系统是用于个人取暖的同时具备两种热量释放模式的系列电热器件的组合，电-液双模式个人取暖系统主要由六个组件至七个组件构成，其中共同具有的组件是：电-液热手套②，电-液热床垫

电-液热座垫

或电-液热沙发垫或电-液热靠垫，电-液热台板

或电-液热台垫，电-液热背心 

其中差别性具有的组件是：电-液热源暖脚器，电源及热液发生和循环动力源①与暖脚器④。 

电-液双模式个人取暖系统的配套件有导线、开关、阀门、管路和传感器或热敏电阻(作为控制器⑨的外围部分)、显示屏等。 

在系统的上述主要的七个组件或六个组件中，除电源及热液发生和循环动力源①是系统中单一形式的热量产生组件、核心组件外，电-液双模式个人取暖系统中的其他组件皆是取暖器件。除电-液热源暖脚器外，这些取暖器件均可与电源及热液发生和循环动力源①自由地搭配使用。 

这些取暖器件都具有两种热量释放模式(即供人们取暖的模式)——分别为：“电发热体直接通电释放热量取暖模式”和“由电发热体产热-经液体传导至取暖器件释放热量取暖模式”，操作者可以通过开关和控制器⑨，使两种释放热量取暖模式相互协同工作或各自独立工作。 

(1)所述的“电发热体直接通电释放热量取暖模式”，是采用新型的无机材料(如碳纤维、碳晶、硅晶、PCT陶瓷)等作为发热体(即直接电发热体⑤)，放置于或缝置于或埋置于床垫、座垫(或沙发垫、靠垫)、台板(或台垫)、背心、手套以及暖脚器中，在通以安全电压的电流时即发出足够的热量，来供人体取暖； 

(2)所述的“由电发热体产热-经液体传导至取暖器件释放热量取暖模式”，是以电能加热发热体，发热体产生的热能传导至与其靠近或接触的导热液体(常用的是水)，再将被加热的导热液体用泵加压输送至放置在或缝制于取暖器件——硬质器物(如暖脚器、台板)或纺织品(如床垫、座垫、手套、背心等)中的迂回的导热管③管路，通过导热管③使发热体发出热量自这些取暖器件释放，从而温暖人体。 

上述(1)、(2)两种取暖模式可以分别简称为“直接电取暖模式”与“间接电取暖模式”。 

如上所述，取暖器件安设有与两种取暖模式相应的直接电发热体⑤和导热管③，本系统通过控制器⑨对取暖器件的功率、温度进行调控，并能够定时。 

比较本系统两种热量释放模式的优缺点，可以看出，在“由电发热体产热-经液体传导至取暖器件释放热量取暖模式”中，即使是采用传统的金属电热材料作为发热元件，由于热量是经由导热液通过热液管传递至取暖器件附近的人体的，发热体远离人体，可以隔绝电磁辐射对人体的危害；但是这种取暖模式因需要推动液体运行的机械动力，流动的导热液与管路的摩擦会损耗掉一部分机械能，以及导热液及管路会吸收损耗掉一部分热能的影响，总耗能增大了数倍。而“电发热体直接通电释放热量取暖模式”的装置简单、耗能省、且发热迅速，但由于金属箔导体的存在，所散逸出的电磁辐射量要显著多于“由电发热体产热-经液体传导释放热量取暖模式”。(不过，由于“电发热体直接通电释放热量取暖模式”的发热体已是碳纤维等非金属材料，其本身不会发出电磁波，故靠近人体的电磁辐射危害较之早期技术使用镍铬丝或铁铬铝丝等金属电热材料制作的发热体已大大减少。再对金属导体加以适当的屏蔽，基本上可以克服电磁辐射的危害。) 

电-液双模式个人取暖系统的两种热量释放模式是借助于系统如下的组成部分的设计来实现的。 

1.电源及热液发生和循环动力源与暖脚器 

在本发明中，电源与热液发生和循环动力源①可单独存在，如图5所示；也可与暖脚器④组合在一个“电-液热源暖脚器”上(见图1、图2、图3)。电源及热液发生和循环动力源①是电-液双模式个人取暖系统的热能和导热液流动的动能来源，是系统的核心。 

以电-液热源暖脚器为例。电-液热源暖脚器的器体分为前、后两部分。电-液热源暖脚器的前部是电源及热液发生和循环动力源①部分，后部是暖脚器④部分(见图2)。 

暖脚器④由一个形似宽体靴的空腔、器壁及位于脚及小腿后面的后门(两扇对开的门扇构成后门的主体)组成；在空腔的底部夹层中、器壁中及后门的夹层中埋置有碳纤维电热芯或碳晶板和热液管③，分别作为直接电发热体⑤和间接发热体，其作用是给脚和小腿部供暖。宽体靴形的空腔足够大，能够同时容纳一双穿着鞋的脚宽松地放入其中；在门扇的枢轴上装有弹簧，可以使门扇及时封闭住暖脚器④的后门以减少热量散逸。 

电源及热液发生和循环动力源①安装在电-液热源暖脚器的前部。电源

热液发生和循环动力源两者设置于暖脚器④宽体靴形空腔外部的前上方——从纵剖面看，位于暖脚器④的宽体靴形空腔以外、对应于使用者的脚背上方到小腿下段前方的“L”形上凹处的空间；并有器壁与暖脚器④相互隔绝。 

具体地，在电-液热源暖脚器的前部分别安装有：变压器、交直流变换电路和相关的频率变换电路、控制器⑨(内含温度控制器和定时器)——这四者组成电源

电加热器⑩(内含与导热液接触或靠近的、由电热陶瓷或半导体做成的发热体)、热液泵⑧、液体分配器、热液管③(包括管中的导热液)、阀门、管接头等共同组成的热液发生和循环动力源；还有输电用的导线等；位于其外表有控制面板(上有开关及显示屏)。 

电源

的作用是为系统工作提供安全而稳定的电压。系统既可以使用两相交流电，也以可使用电动自行车蓄电池或屋顶太阳能发电系统蓄电池供应的直流电。输出电压为5伏至12伏之间。 

热液发生和循环动力源的作用是将输入的电能转换成直接电发热体⑤及导热液的热能，并用热液泵⑧将导热液向取暖器件输送、形成导热液在系统中的循环。 

在本发明中，热液发生和循环动力源中的电源

电加热器⑩、热液泵⑧均用薄钢板制成的屏蔽壳加以完全屏蔽，并连接上接地线可靠接地；以阻断电源、热液泵⑧、电加热器⑩通电时发出的电磁辐射散逸。 

作为一种绿色、高效节能的个人用近体取暖系统，电-液双模式个人取暖系统的电源及热液发生和循环动力源①(或电-液热源暖脚器)可以同时接驳暖脚器④、电-液热手套②、电-液热床垫

电-液热座垫

电-液热台板

(电 -液热台垫)、电-液热背心

因此在电源及热液发生和循环动力源①或电-液热源暖脚器上安装有多对管接头、阀门、导线和相应的开关。 

由于系统有控制器⑨和诸多开关，保证了系统的各取暖器件均能够分别被打开及关闭，从而各取暖器件既能够同时工作，又能够分别独立地工作；易于在实际中灵活使用。可以通过控制器⑨调节系统消耗功率的大小并定时。 

2.电-液热床垫、电-液热座垫及电-液热台板(台垫)电-液热床垫

是一块近似席梦思床垫、而厚度较小一点的垫子(见图1和图4)，它以纺织品作上下表面蒙布⑦，为了结实，一般加以绗缝；内胎由保暖充填物⑥(例如涤纶、腈纶混纺的絮片，羊毛等)充填，在保暖充填物⑥之中盘曲分布着适当粗细的塑料管(即热液管③)构成热液循环管网；为增强抗压性，在保暖充填物⑥中可使用弹簧、高密度聚氨酯泡沫塑料作骨架；或用刚性较强的天然纤维如棕丝或椰壳丝成形块作骨架。鉴于“由电发热体产热-经液体传导释放热量取暖方式”其热量传导来得慢一些，有15-30分钟的时滞，不能做到“即开即热”，故本发明采用“电发热体直接通电释放热量取暖方式”加以功能上的补充。 

具体做法是：在电-液热床垫

的上下两面的蒙布⑦之内除了放置有热液管③之外，还放置可以迅速发热的直接电发热体⑤——碳质电热芯(软的碳纤维电热膜或硬的碳晶板)。当系统设定了自动工作状态时，即是协同工作方式。电源一接通，碳质电热芯和热液泵⑧、电加热器⑩同时开始工作——导热液逐渐被加热，在热液管③内循环。因其特性，碳质电热芯即刻先发热，发热延时25分钟后，系统通过控制器⑨切断通往碳质电热芯的电流，只让热液泵⑧、电加热器⑩继续工作。碳质电热芯在协同工作方式中的作用，一是开启后迅速发热，可在1分钟内就达到预定的温度，从而较早地让使用者获得温暖；二是可以借助直接电发热体⑤帮助热液管③组成的热液循环管网中的导热液迅速地热起来，从而使系统较快地切换到仅使用导热液间接取暖，从而避开长时间使用直接电发热体⑤，导电用铜箔及导线④发出的电磁波辐射可能对人体健康的不利影响。 

电-液热床垫

中并有传感器或热敏电阻协助控制器⑨精确地控制温度。 

电-液热座垫

(包括电-液热沙发垫、电-液热靠垫)的剖面构造与电-液热床垫

的剖面构造相同，只是在面积尺寸上小于后者。电-液热座垫的加热方式与电-液热床垫相同。 

电-液热台板

或电-液热台垫是夹层中同时布设有碳质电热芯和热液管③的台板或台垫。电-液热台板

通体用硬塑料、玻璃钢或玻璃等材料制成；电-液热台垫由多层的布毡类材料(表层一般蒙有防水布)或软塑料、多层的皮革或人造革制成。电-液热台板

(电-液热台垫)置于写字台、办公桌、书桌或课桌面上，用来给使用者的肘手部直接加热取暖；同时它也暖和了书桌台面及上面的书本，可以防止放置于桌面上砚台中的墨汁结冰，延长热水杯中的热开水或热饮料的保温时间；它向着使用者头胸部所辐射的热量，可加热桌面上方的空气， 产生舒适的烘热感。电-液热台板(电-液热台垫)的厚度约在5毫米至20毫米之间。电-液热台板

(或电-液热台垫)的加热方式与电-液热床垫

相同。 

3.电-液热背心和电-液热手套 

电-液热背心

供极端寒冷的环境下，维持使用者的基础体温，防止使用者出现寒战或全身冻僵等不能工作甚至威胁生命的情况。电-液热手套②供使用者处理文案工作、学习及其他坐姿工作时手部防寒取暖。 

电-液热背心和电-液热手套②的构造在很大程度上是相同的：它们都是经过适当裁剪、穿在身上或戴在手上的、柔软较厚、保暖性能良好的多层纺织物。电-液热背心

和电-液热手套②的内层均安装有发热体。 

与一般的电热背心和电热手套的不同之处是，本发明中的电-液热背心

和电-液热手套②的发热体有两类：一类是目前使用较多的碳质电热芯(碳纤维电热膜)为代表的直接电发热体⑤，另一类是本发明特别采用的、由热液管③组成的热液循环管网(它既是供导热液流动的一组导管，又是散热体)。它们分别应用于“电发热体直接通电释放热量取暖模式”和“由电发热体产热-经液体传导释放热量取暖模式”中。电-液热背心

和电-液热手套②的两类发热体均有协同工作和独立工作两种工作方式。 

本发明这两类发热体一般是同时安装在电-液热背心

中；而本发明在电-液热手套②应用方面，有同时安装两类发热体和仅安装其中一类两种方式供选择。为了减少佩戴者手部弯曲活动时的阻力，在电-液热手套②中，须用较在电-液热床垫

和电-液热座垫

中所使用的细一号规格的热液管③。 

在电-液热背心

和电-液热手套②中安装热液循环管网的优点是，由于采用了热液循环方式，从电发热组件发出的热能不是直接靠近人体供暖，而是用来加热导热液体，借助有导热液在其中不停地循环的热液管③挨靠着人体供暖，故能够彻底消除近距离导线发出的电磁波辐射对人体的慢性危害，从而更有利于使用者的身体健康。 

而用碳纤维电热膜作为直接电发热体⑤，优点是可以速热。 

4.导线和热液管路 

为了尽量减少近体使用取暖电器过程中电磁辐射可能造成的危害，电-液双模式个人取暖系统采用的导线是带有屏蔽层的电线(屏蔽导线)。在直接与碳质电热材料接触的部分使用铜箔，并对这一部分也加以屏蔽。 

热液管路是热液管③的统称。本发明中的热液管③作为导热液的输送管道连接热液发生和循环动力源与取暖器件，其本身同时是取暖器件中的散热体。热液管③采用柔软、牢固、耐热的材料如硅橡胶、氟塑料、聚酯塑料等来制作。 

在电源及热液发生和循环动力源①(或电-液热源暖脚器)、电-液热床垫 

和电-液热座垫

电-液热背心和电-液热手套②与热液管③之间采用密封不漏水的管接头以联接。 

<电-液双模式个人取暖系统的功耗讨论及有益效果综述> 

电-液双模式个人取暖系统的总体功率在300瓦以内。实际使用时的功率， 由同时参与发热取暖的取暖器件的数量决定。例如在白天不睡觉时就不接通使用电-液热床垫

从而可以省去约130瓦左右的电耗；只是手脚冷就不用穿电-液热背心

不使用电-液热台板和电-液热座垫如只使用并接通电-液热源暖脚器和电-液热手套②的电路和热液管路，可把耗电功率控制在100多瓦。 

电-液双模式个人取暖系统的工作温度和耗电功率都是可调的。当系统处于间接电取暖模式时，使用者在控制面板上设定温度后，控制器⑨可自动调节电加热器⑩的功率来控制导热液的温度，从而得到取暖器件的适宜温度；当系统处于直接电取暖模式时，使用者只须手动调节供给碳质电热芯的电流；或给系统预先设定温度、系统的控制器⑨就会自动调节供给碳质电热芯的电流，都能够调节取暖器件的发热功率，进而在取暖器件上得到的适宜温度。 

电-液双模式个人取暖系统的有益效果是： 

(1)系统可以满足冬季在室内外固定位置上个人取暖的全部需要。 

(2)系统各组件集成度高，节约材料而紧凑。 

(3)系统并行采用直接电取暖和间接电取暖两种取暖模式，这两种取暖模式可以协同工作、也可以分别独立地工作；因而使用电-液双模式个人取暖系统既有利于使用者的健康、又可以速热。 

(4)系统可以交直流两用。 

(5)使用时系统的各组件可以自由搭配，各组件的启动与关闭能够分别控制，有着显著的节能效果。 

附图说明

图1电-液双模式个人取暖系统示意图 

图2电-液热源暖脚器的纵剖面 

图3电-液热源暖脚器的前部横剖面 

图4电-液热床垫

的结构 

图5独立的电源及热液发生和循环动力源①

在上述诸图中， 

①——电源及热液发生和循环动力源 

②——电-液热手套 

③——热液管 

④——暖脚器 

⑤——直接电发热体 

⑥——保暖充填物 

⑦——蒙布 

⑧——热液泵 

⑨——控制器 

⑩——电加热器 ——电-液热床垫 

——电-液热台板 

——电-液热座垫 

——电-液热背心 

——电源 

具体实施方式

[实施例1]电-液热源暖脚器接驳电-液热手套和电-液热座垫 

由电-液热源暖脚器导出的导线和热液管③连接电-液热手套②和电-液热座垫

这一组合的工作原理是：电源开通后，安装在电-液热源暖脚器前部的电加热器⑩和埋置在暖脚器部分的和电-液热座垫

的夹层中的、放置在电-液热手套②夹层中的碳质电热芯(直接电发热体⑤)同时被电流加热；热液泵⑧也立即运转起来，由于是直接通电发热，碳质电热芯先热起来。约15分钟后，经过了多次循环，导热液温度达到预定值(比如摄氏55度)，控制器⑨切断通向碳质电热芯的电流、保留通向电源及热液发生和循环动力源的电流，让电加热器⑩和热液泵⑧持续工作。使用者可设定温度值，用控制器⑨来自动控制电加热器⑩发出功率的大小，从而使电-液热源暖脚器的暖脚器④部分、电-液热座垫以及电-液热手套②保持所需的温度。使用者也可以按动控制面板上的开关，选择接通或断开本取暖组合中的电-液热手套②或电-液热座垫

于是及时而持续地，这一组合以120瓦的功率，让坐在桌前的使用者(其中多半是学生、学者和办公室工作人员)的脚部、手部和臀腿部均得到了温暖，这就省去了冬季开空调制热带来的3500瓦以上功率的电能消耗——在促进健康、便利工作学习的同时，有着显著的节能减排的效果。 

[实施例2]电-液热源暖脚器接驳电-液热床垫 

本实施例用于睡觉时的取暖。在电-液热床垫

的内部，埋置了作为直接电发热体⑤的碳纤维电热膜和热液管③盘曲而成的热液循环管网，其中并有热敏电阻协助精确地控制电-液热床垫的温度。导线和热液管③连接电-液热源暖脚器和电-液热床垫

工作时将通往暖脚器④的开关和阀门关闭，仅让电-液热床垫

发热。用控制器⑨来自动控制电加热器⑩发出功率的大小。连接电-液热源暖脚器和电-液热床垫

的导线与热液管③的长度超过1.8米，可以将电-液热源暖脚器摆放得距睡卧者较远，以确保隔绝电磁辐射的影响。 

Claims (2)

1.电-液双模式个人取暖系统是用于个人取暖的同时具备两种热量释放模式的系列电热器件的组合，其特征在于：电-液双模式个人取暖系统主要由六个组件至七个组件构成，其中共同具有的组件是：电-液热手套(2)、电-液热床垫(11)、电-液热座垫(13)或电-液热沙发垫或电-液热靠垫、电-液热台板(12)或电-液热台垫，电-液热背心(14)；其中差别性具有的组件是：电-液热源暖脚器，电源及热液发生和循环动力源(1)与暖脚器(4)；以上组件中，除电源及热液发生和循环动力源(1)是核心组件外，其余均是取暖器件，除电-液热源暖脚器外，这些取暖器件均可与电源及热液发生和循环动力源(1)自由地搭配使用；这些取暖器件都具有两种热量释放模式——即供使用者取暖模式：“电发热体直接通电发出热量取暖模式”和“由电发热体产热-经液体传导至取暖器件释放热量取暖模式”，操作者通过开关和控制器(9)，可使两种取暖模式协同工作或独立工作；取暖器件安设有与两种取暖模式相应的直接电发热体(5)和导热管(3)，本系统可通过控制器(9)对取暖器件的功率、温度进行调控，并可定时。 

2.根据权利要求1所述的电-液双模式个人取暖系统，其特征是：电-液热源暖脚器是由电源及热液发生和循环动力源(1)与暖脚器(4)组合并制作为一体而成，电源及热液发生和循环动力源(1)安装在暖脚器(4)外部的前上方、暖脚器(4)纵剖面侧视、其腔体呈“L”形上凹处的空间位置。 

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