CN209310096U - 用于便携式电加热器的发热系统 - Google Patents

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Abstract

提供一种用于便携式电加热器的发热系统。本实用新型包括：一正温度系数(PTC)加热组件、一气流生成器、以及一控制结构。藉由所述控制结构对所述气流生成器和该加热组件的控制，装置提供更精确、渐变且可控的热输出。

Description

用于便携式电加热器的发热系统
技术领域
本公开案涉及一种便携式电暖器。更具体而言，本公开案涉及一种便携式电暖器的发热系统，其允许更多分级的功率设置，从而允许便携式电暖器更精确的功能控制。
本申请案主张于2017年10月27日所提交的美国专利临时案申请第62/577,864号的优先权权益，所揭露的内容透过引用并入本文。
背景技术
永久性加热、通风和空调系统(HVAC)使用管道工程和其他可能构造昂贵的永久性结构。HVAC系统的物理结构也可能吸收热能。管道工程等的吸热会导致永久性结构的系统效率低下。作为直接加热终端用户周围区域的有效方式，便携式电加热器已经使用多年。便携式加热器还降低藉由传统HVAC系统加热整个房间或建筑物所需的能量成本/使用。
传统的便携式电加热器可以使用大约1500瓦的功率。这种传统加热器的电流强度要求需要使用昂贵的功率控制装置，以调节用户感受到的热能输出。通常，传统的便携式电加热器藉由提供最小量的功率设置来最小化成本。简而言之，通常只有给予终端用户两种功率设置："高"和"低"。
由于传统便携式电加热器上可用的功率设置有限，因此用户需要随着房间内温度的升高或降低而上下调节热能。为了减少传统便携式电加热器不断调节功率等级的需求，已将恒温器结合到这些传统装置中。当室温超过第一默认等级时，恒温器使传统的便携式电加热器断电，并且同样地，如果室温低于第二默认等级，恒温器使传统的便携式电加热器重新通电。
不包括恒温器的传统便携式电加热器的缺点在于，可用的功率设置数量有限，不允许终端用户将热能输出调节到平衡房间内的温度到所需的等级。
使用恒温器的传统便携式电加热器的缺点为在房间中发生温度变化。第一和第二默认等级之间的差异可能导致室温在过热和过冷之间波动，从而最小化终端用户的舒适度。与使用恒温器的传统便携式电加热器相关的另一个缺点是，装置在通电和断电状态之间的噪声波动。传统便携式电加热器中使用的鼓风机和风扇生成机械和气流运动噪声。装置突然的噪声波动对于特别是在卧室的终端用户尤其具有干扰性。
简而言之，与传统便携式电加热器相关的系统，需要太多的终端用户注意和/或具有不希望的温度，和对终端用户而言是干扰性的噪声波动。
实用新型内容
如本文所述，用于便携式电加热器的发热系统利用正温度系数(PTC)加热组件、气流生成和控制结构的组合，以提供来自装置更精确的分级和可控的热输出。这种增强的能力减轻和/或消除传统便携式电加热器中固有的不希望的限制。
在本实用新型的发热系统中使用的控制结构可以包括整合的特征，其调节提供给一PTC组件的功率和一气流生成器的叶轮/发动机的转速。具有所述PTC加热组件的自调节电流吸入装置允许本实用新型的发热系统使用气流运动的调节(藉由叶轮的旋转速度)和调节提供给组件的功率以更精确地控制设备的热能输出。
相较于传统的便携式电加热器，使用叶轮/发动机的旋转速度和提供给组件的功率相结合，以生成更多的功率设置和更大的操作控制。本实用新型的发热系统可用于消除便携式电加热器的关闭和开启循环。如果与恒温器结合使用，本实用新型的发热系统也可用于更精确地控制温度范围。
附图说明
当结合附图阅读时，从以下详细描述中可以最好地理解本实用新型。需要强调的是，根据惯例，附图的各种特征未按比例绘制。相反地，为了清楚起见，各种特征的尺寸被任意扩大或缩小。附图中包括以下图：
图1为说明本实用新型的发热系统的一个实施例之组件之间的关系之示意图；
图2为说明本实用新型的发热系统的另一个实施例之组件之间的关系之示意图；以及
图3为说明本实用新型的发热系统的又一个实施例之示意图。
具体实施方式
图1为发热系统100的一个实施例，说明本实用新型的组件之间的关系。如图所示，当环境气流170被气流生成器140移动且随后通过加热组件150时，生成被加热的气流172。气流生成器140和加热组件150的功能由控制器101调节。
控制101可以包括：线电压调节器120、微处理器122、用户界面124、电路中断器130、132和134、电阻器136和三端双向可控硅开关138。中性AC线110和带电AC线112对控制器101、气流生成器140和加热组件150供电。
当通过线路110和112供电时，电压调节器120适当地为微处理器122调节电力。用户界面124将一个以上信号125发送到微处理器122，其随后将输出信号发送到电路中断器130、132和134、电阻器136和三端双向可控硅开关138。
如图所示，加热组件150是正温度系数(PTC)型加热组件，并且可包括组件部分151和155。组件部分151还包括：电源侧152、多个电阻芯块153和中性侧154。组件部分155还包括：电源侧156、多个电阻芯块157和中性侧158。当电路中断器130允许电力通过多个电阻芯块153和中性侧154流入电源侧152时，组件部分151通电。以相似的方式，电路中断器132分别使组件部分155通电。当对组件部分151和/或155供电时，相应的多个电阻芯块153和157生成热能，所述热能被吸收到每一个相应组件部分的电源侧152、156和中性侧154、158中。环境气流170穿过并通过电源侧152、156和中性侧154、158，其中热能被传递到环境气流170，并生成加热的气流172。
PTC型电加热组件是自限制的，意味着当其接近其设计的工作温度时，电阻增加并且电耗自动降低。由于电阻率增加，加热器不能在设计温度以上过热。
例如，组件部分151和155可以设计成，在每个使用750瓦的同时，在加热组件表面上不超过大约450华氏度(232摄氏度)的表面温度。如果环境气流170足以在经过部分151和155时吸收所有热能，则每一个组件将使用750瓦的功率，从而生成1500瓦的总热能。如果环境气流170不足以在通过部分151和155时吸收所有热能，则每一个组件将生成小于750瓦的功率，从而生成小于1500瓦的总热能。
再次参照图1，气流生成器140包括AC发动机142和叶轮144。如图所示，叶轮144显示为轴流式叶轮，但是本实用新型不限于此。可以预期的是，在不脱离本实用新型的精神的情况下，可以使用其他类型的叶轮，例如横向和离心。AC发动机142使叶轮144旋转，从而生成环境气流170。
如图所示，AC发动机142缠绕为单速发动机。叶轮144的旋转速度决定将要经过并通过加热组件150的环境气流170的体积。微处理器122通过电路中断器134控制往AC发动机142的电力流动。微处理器122还通过电脉冲宽度调制控制通过电阻器136和三端双向可控硅开关138的功率等级，从而控制叶轮144的旋转速度。尽管使用脉冲宽度调制来控制如图所示的叶轮144的旋转速度，但是本实用新型不限于此。
可以理解的是，本实用新型的发热系统100在使用便携式电加热器时将允许更多对生成热能的控制。终端用户可以使用界面124和微处理器122来调节往加热组件150的电力流动，加热组件150包括：组件部分151和155以及叶轮144的旋转速度。调节到加热组件150的功率流、控制叶轮144的旋转速度、以及PTC型电加热组件150的自限制特征的组合，可以容易地配置成生成以下的至少四个功率等级：
·高功率＝部分151和155通电+叶轮144以速度1(最大RPM)＝1500W的发热
·中-高功率＝部分151通电并且155断电+叶轮144以速度1(最大RPM)＝大约1100W的热能生成
·中-低功率＝部分151和155通电+叶轮144以速度2(较低RPM)＝约750W的热能生成
·低功率＝部分151通电并且155断电+叶轮144以速度2(较低RPM)＝约350W的发热
尽管描述四个功率等级，但是本实用新型不限于此。可以预期的是，可以利用额外的加热组件部分和/或额外的叶轮旋转速度设置来生成许多额外的功率设置。
图2为发热系统200的一个实施例，说明本实用新型的组件之间的关系。如图所示，当环境气流170被气流生成器240移动且随后通过加热组件250时，生成被加热的气流172。气流生成器240和加热组件250的功能由控制器201调节。
控制201可以包括线电压调节器120、微处理器122、用户界面124、电路中断器130和132，以及发动机电压调节器238。中性AC线110和带电AC线112对控制器201、气流生成器240和加热组件250供电。
当通过线路110和112供电时，电压调节器120适当地为微处理器122调节电力。用户界面124将一个以上信号125发送到微处理器122，其随后将输出信号发送到电路中断器130和132，以及发动机电压调节器238。可以预期的是，发动机电压调节器238可以包括整流器、三端双向可控硅开关组件或连接到微处理器122的其他电子组件。
如图所示，加热组件250是PTC型加热组件，包括：电源侧252、多个电阻芯块253和中性侧254。当电路中断器130允许电力通过多个电阻芯块253和中性侧254流入电源侧252时，加热组件250通电。加热组件250可具有1500瓦的最大瓦数。在其他方案，加热组件250的功能近似于图1的加热组件150。
气流生成器240包括DC发动机242和叶轮144。DC发动机242使叶轮144旋转，从而生成环境气流170。如图所示，微处理器122通过电路中断器132经由发动机电压调节器238和DC发动机242，控制DC发动机242的电力流动。简而言之，微处理器122通过发动机电压调节器238控制功率等级，并从而控制叶轮144的旋转速度。
近似于图1的发热系统100，发热系统200有助于更好地控制便携式电加热器使用时生成的热能。终端用户可以使用界面124和微处理器122来调节叶轮144的旋转速度。DC发动机242的转速可以在零和最大RPM之间递增地调节。如此，叶轮144将生成环境气流170，其气流体积与DC发动机242的RPM成比例。
加热组件250可以设计成在加热组件表面上不超过大约450华氏度(232摄氏度)的表面温度，同时当叶轮144生成最大体积的环境气流170时利用最大1500瓦的功率。如此，终端用户可以调节环境气流170的体积，从而将发热系统200的热输出调整在1500瓦特和接近零瓦特之间。使加热组件250的组合通电，通过DC发动机242控制叶轮144的旋转速度，并结合PTC型电加热组件250的自限制特征，可用于使终端用户通过无数的分级热能等级完全控制来自发热系统200的热能输出。
还示出温度侦测装置260。如图所示，温度侦测装置260是热变电阻器，但是可以预期的是，在不脱离本实用新型的精神的情况下，可以使用其他类型的温度侦测装置。微处理器122可以使用来自温度侦测装置260的信号来调节DC发动机242的旋转速度。由于环境气流170的温度上升到预定温度，DC发动机242的旋转速度可以减小，从而减少发热系统200的热输出。以相似的方式，当使环境气流170的温度降低到预定温度，可以增加DC发动机242的旋转速度，从而增加发热系统200的热输出。
通过侦测装置260侦测温度并相对于所需的预定温度递增地调节叶轮144的旋转速度的能力，减少使用有恒温器的传统便携式电加热器中，原有的突然开/关噪声波动。突然的噪声波动对于特别是在卧室的终端用户尤其具有干扰性。叶轮144递增地调节的旋转速度，还可以保持更精确的环境温度以获得更大的用户舒适度。
图3为发热系统300的另一个实施例，说明本实用新型的组件之间的关系。如图所示，当环境气流170被气流生成器340移动且随后通过加热组件150时，生成被加热的气流172。气流生成器340和加热组件150的功能由控制器301调节。
除了使用两个位置开关338代替电阻器136和三端双向可控硅开关138之外，控制器301近似于控制器101。中性AC线110和带电AC线112对控制器301、气流生成器340和加热组件150供电。
当通过线路110和112供电时，电压调节器120适当地为微处理器122调节电力。用户界面124将一个以上信号125发送到微处理器122，其随后将输出信号发送到电路中断器130、132和134、和两个位置开关338。
气流生成器340包括AC发动机342和叶轮144。AC发动机342使叶轮144旋转，从而生成环境气流170。
如图所示，AC发动机342缠绕为双速发动机。叶轮144的旋转速度决定了将要经过并通过加热组件150的环境气流170的体积。微处理器122通过电路中断器134控制往AC发动机342和两个位置开关338的电力流动。如图所示，设置有两个位置开关338，以允许能量通过高速连接310流到AC发动机342。因此，叶轮144将以预定速度旋转以生成大量气流。或者，微处理器122可以发信号通知两个位置开关338，以允许能量通过低速连接312流到AC发动机342。因此，当能量通过高速连接310流到AC发动机342，叶轮144将以预定速度旋转，以生成相较于生成的空气体积较低体积的空气。
调节到加热组件150的功率流、控制叶轮144的旋转速度、以及PTC型电加热组件150的自限制特征的组合，可以容易地配置成生成以下的三个功率等级：
·高功率＝部分151和155通电+叶轮144在速度下具有两个位置开关338，允许能量通过高速连接310(最大RPM)＝1500W的热能生成流到AC发动机342
·中功率＝部分151和155通电+叶轮144在速度下具有两个位置开关338，允许能量通过低速连接312(最小RPM)＝1250W的热能生成流到AC发动机342
·低功率＝部分151通电并且155断电+叶轮144处于速度，具有两个位置开关338，允许能量通过低速连接312(最小RPM)＝800W的热能生成流到AC发动机342
尽管描述三个功率等级，但是本实用新型不限于此。还可以预想到的是，在不脱离本实用新型的精神的情况下，可以使用具有两个以上速度和其他开关配置的发动机代替两个位置开关338。可以预期的是，可以利用额外的加热组件部分来生成许多额外的功率设置。
恒温器和其他温度侦测装置(未表示)也可以结合到发热系统100、200和300中。微处理器122可以利用来自温度侦测装置的信号来调节叶轮144的速度，以根据预定标准提高热输出或降低热输出。
当在诸如便携式电加热器的设备中使用时，发热系统100、200和300允许终端用户进行更多控制以克服与传统加热系统相关的许多缺点。
例如，额外的功率设置将允许终端用户将热能设定为适当的设置，以将房间保持在恒定温度，并且最小化在高-低-关闭之间不断调节温度以便维持室温的需要。
另外，温度侦测装置与发热系统100、200和300的结合使用允许系统进行更频繁和更小的提升热能等级调节。如此将减少在房间温度变化时自动关闭和打开系统的需要。其还可以缓解房间内的温度变化。减少气流生成器的频繁开关切换还将减少对终端用户为干扰的噪声变化。
调节流到加热组件的功率、控制叶轮的旋转速度、以及PTC型电加热组件的自限制特征的组合，可以配置为生成三个以上功率设置，而无需高安培数组件的费用和复杂。如此反倒使得发热系统100、200和300对于终端用户而言更有用并且更便宜。
尽管已经参考示例性实施例描述本实用新型，但是本实用新型不限于此。而是所附权利要求应被解释为包括本实用新型的其他变化和实施例，本领域技术人员可以在不脱离本实用新型的真实精神和范围的情况下做出这些变化和实施例。

Claims (9)

1.一种用于便携式电加热器的发热系统，其特征在于，包括：
一气流生成器，包括：
一叶轮；
一动力装置，连接到所述叶轮，并以两个以上个转速旋转所述叶轮；
至少一个PTC加热组件，其具有至少一个功率设定；
一控制器，用于控制所述两个以上个转速和所述至少一个功率设定；
一空气流，藉由所述叶轮的旋转生成，并通过所述PTC加热组件，其包括：
一环境气流，进入所述PTC加热组件；
一加热气流，离开所述PTC加热组件，其具有在所述环境气流的温度之上的升高温度，所述升高温度对应于所述PTC加热组件的瓦特输出；
至少三个瓦特输出，其由所述PTC加热组件生成；
其中，所述至少三个瓦特输出由以下的组合所决定：
所述PTC加热组件的自限性特征；
所述控制器根据所述两个以上个转速控制通过所述PTC加热组件的所述空气流的量；以及
所述控制器控制所述PTC加热组件的所述至少一个功率设定。
2.根据权利要求1所述的发热系统，其特征在于，所述动力装置为DC发动机(242)，并且其中所述至少三个瓦特输出包括多个瓦特输出，其范围在零瓦特和所述PTC加热组件的最大瓦特输出之间，并且藉由所述控制器渐增地调节所述DC发动机的转速来决定分级的瓦特输出。
3.根据权利要求2所述的发热系统，进一步包括一温度侦测装置，其侦测所述环境气流的所述温度，其中所述DC发动机的所述转速随着所述温度接近预定的下限而增加，并且其中所述DC发动机的所述转速随着所述温度接近预定的上限而降低。
4.根据权利要求1所述的发热系统，其特征在于，所述动力装置为具有三个以上个转速的交流发动机，并且其中所述至少三个瓦特输出由所述控制器调节所述交流发动机的所述三个以上个转速来决定。
5.根据权利要求4所述的发热系统，进一步包括一温度侦测装置，其侦测所述环境气流的所述温度，其中所述交流发动机的所述转速随着所述温度接近预定的下限而增加，并且其中所述交流发动机的所述转速随着所述温度接近预定的上限而降低。
6.根据权利要求1所述的发热系统，其特征在于，所述PTC加热组件包括至少两个部分，每一个所述部分由所述控制器"开启"或"关闭"，而与所述部分中的另一个部分无关。
7.根据权利要求6所述的发热系统，其特征在于，所述动力装置为具有两个转速的交流发动机，并且其中所述至少三个瓦特输出还由以下的组合所决定：
所述控制器控制所述交流发动机的所述两个转速；以及
所述控制器控制所述PTC加热组件的所述至少两个部分的所述通电"开启"或"关闭"状态。
8.根据权利要求7所述的发热系统，进一步包括一温度侦测装置，其侦测所述环境气流的所述温度，其中所述瓦特输出随着所述温度接近预定的下限而增加，并且其中所述瓦特输出随着所述温度接近预定的上限而降低。
9.根据权利要求1所述的发热系统，进一步包括一温度侦测装置，其侦测所述环境气流的所述温度，其中，
所述控制器增加所述叶轮的所述转速，并且所述瓦特输出增加到所述温度接近预定的下限；以及
所述控制器降低所述叶轮的所述转速，并且所述瓦特输出降低到所述温度接近预定上限。
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