專利名稱：快速加熱的取暖裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及家用電器設備，特別涉及用加熱速度快的取暖裝置。
背景技術：
目前，家用小型取暖設備主要有水床和熱寶。其中，水床在歐美等國家水床深受歡迎，堪稱是傳統(tǒng)床具的新型換代產品。水床在夏天使用的時候，人體會感覺涼快舒適，而冬天的時候，由于水床內部大多設有加熱裝置，因此人體感覺同樣溫暖舒適。
市面上的水床一般是采用防水材料制成的、形似床墊的水袋充水而成的，并在床體內部設置電熱絲構成，電熱絲用于加熱水床內的水。這類水床最大的缺陷是加熱效率非常差，由于電熱絲在通電時溫度非常高，如果接觸到水床內壁材料則容易熔掉表面材料，因此，內置電熱絲的水床，其發(fā)熱效率普遍較低，為的是保證水床的安全性。這樣的水床，將整床水的溫度升高到人體舒適的溫度需要至少3個小時，個別產品甚至需要10個小時?？梢姡訜崴俣冗^慢是影響水床普及的重要因素。

發(fā)明內容
(一)要解決的技術問題本發(fā)明的目的是要克服目前現(xiàn)有技術的缺陷，提出一種能量利用率高、加熱速度快的取暖裝置，具有構造簡單、成本造價低、適應性強等優(yōu)點。
(二)技術方案本發(fā)明提供一種快速加熱的取暖裝置，它包括絕緣外殼、填充在絕緣外殼內的導電液體、設于絕緣外殼內的加熱裝置、連通加熱裝置-電源之間的導線。其中，所述加熱裝置包括至少一組電極和用于固定所述電極位置的絕緣支架，所述每組電極包括至少2個電極6，所述每個電極6被絕緣支架固定，所述電極6通過導線與電源相連接；在電極6之間施加電壓，電源-導線-電極-導電液體形-電極-導線-電源成回路而使導電液體發(fā)熱。
上述的快速加熱的取暖裝置，一種優(yōu)選的方案是每組電極包括2個電極，這些電極6是平板狀的，它們之間相互平行放置。
上述的快速加熱的取暖裝置，其中所述電極板的面積S與電極板之間的距離L滿足關系SL=m(t-t0)ρcU2T,]]>其中，m表示與所述電極板接觸的導電液體的質量；(t-t0)表示與電極板接觸的導電液體升高的溫度差；ρ表示與電極板接觸的導電液體的電阻率；c表示與電極板接觸的導電液體的比熱；U表示加在所述2個電極板之間的電勢差；T表示與電極板接觸的導電液體的溫度升高(t-t0)所需的時間。
上述的快速加熱的取暖裝置，其中所述上下兩層電極板之間的距離不小于0.5mm。
上述的快速加熱的取暖裝置，一種優(yōu)選的方案是所述取暖裝置是水床。
上述的快速加熱的取暖裝置，當它是水床的形式時，在床體底部設有絕緣支架，絕緣支架一端固定在床體底部，另一端緊固在所述電極板的角或邊緣；兩層電極板之間被絕緣支架隔開。
上述的快速加熱的取暖裝置，當它是水床的形式時，一種優(yōu)選的方案是床體四周設有可充氣的扇形床沿5，扇形床沿5表面開有充氣孔及孔塞；使用時通過充氣孔向床體內充氣，不使用時將扇形床沿內的氣體放出，將扇形床沿壓平折疊置于床體下方。
上述的快速加熱的取暖裝置，當它是水床的形式時，一種優(yōu)選的方案是在電極和電源之間設有變壓器，變壓器的輸入端與電源相連接、輸出端與電極相連接，所述變壓器用于將市電電壓降低到安全電壓范圍內。
上述的快速加熱的取暖裝置，當它是水床的形式時，一種優(yōu)選的方案是采用溫控器3于電極相連通，溫控器3用于感應水床內液體溫度，保護水床。
(三)有益效果采用本發(fā)明，通過將電極直接置于導電液體中，通電形成回路使導電液體溫度升高的原理制成的取暖裝置具有結構簡單、造價低、加熱速度快、能源轉換效率高等特點。


圖1為水床的結構示意圖；圖2為設有扇形床沿的水床俯視結構示意圖。
其中，1、床體；2、拉帶；4、床體內部；5、扇形床沿；6、電極。
具體實施例方式
本發(fā)明提出快速加熱的取暖裝置，結合附圖和實施例說明如下。以下實施方式僅用于說明本發(fā)明，而并非對本發(fā)明的限制，有關技術領域的普通技術人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術方案也屬于本發(fā)明的范疇，本發(fā)明的專利保護范圍應由各權利要求限定。
實施例1參照圖1，本實施例說明根據(jù)本發(fā)明的快速加熱的取暖裝置的一種優(yōu)選的實施方式，具體為一種單人水床。在本實施例中，水床1寬度100cm，長度200cm，厚度約2.5cm。床體1由絕緣PVC材料制成，整個床體類似于一個大水袋，沒有固定的支架。絕緣PVC材料的厚度可以是0.5-2mm，上下床體的邊緣通過黏合劑固定，既保證床體內的耐壓性、安全性，又保證床體內的液體不會滲出。優(yōu)選的，床體外層可以加設柔軟的布面材料以增強舒適感。
在本實施例中，一方面，往床體內部4填充50L液體。這些液體必須具有導電性，可以是自來水，或在自來水中添加一定比例的離子化合物，從而增強床體內的液體的導電性能、降低電阻率。優(yōu)選的還可以在這些液體中添加一定比例的防腐劑。
加熱設備方面，本實施例中，在床體內部設有一組電極，這組電極分為上下兩層電極6。這兩層電極6之間相互平行放置，均平行于床體底面。在床體內側，即通過黏合劑粘合的上下床體中的下床體部分設有絕緣支架。絕緣支架用于支撐下層電極板，一端固定在床體內部，另一端緊固在下層電極板的角或邊緣位置，將它固定在床體下部。上下兩層電極板之間用絕緣材料制成的支架支撐，該支架一方面用于固定上層電極板的位置，另一方面保證上下兩層電極板之間具有一定距離，使得導電液體可以在兩層電極板之間自由流通。用導線分別與上下兩層電極板連接，導線從水床內側通過導線孔延伸到水床外部，連接到電源。優(yōu)選的，在水床和電源之間使用變壓器，使得電極板輸入端輸入低壓交流電。針對本實施例，根據(jù)以下參數(shù)設計電極板的尺寸和相隔距離。
根據(jù)電學公式P=U2R,W=P×T,R=ρLS]]>其中U表示電勢差，單位是伏(V)；P表示電功率，單位是瓦(W)；R表示電阻，單位是歐姆(Ω)；W表示消耗的電能，單位焦耳(J)；t表示時間，單位是秒(s)；L表示電阻長度；S表示電阻表面積；ρ表示電阻率，單位歐姆米(Ω.m)。
可推導出W=P×T=U2TR=U2TSLρ]]>另一方面，根據(jù)熱學公式，有Q＝cm(t-t0)，其中Q表示熱量，單位為焦耳；c表示導電液體的比熱；m表示液體的質量；(t-t0)表示升高的溫度。同時，對于電能轉換為熱能，對于理想情況，有W＝Q，因此有cm(t-t0)=U2TSLρ,]]>簡化得到關系式SL=m(t-t0)ρcU2T,]]>其中m表示質量；(t-t0)表示升高溫度；ρ表示電阻率；c表示比熱；U表示電壓；T表示時間；S表示導體表面積；L表示電阻長度。
其中，根據(jù)本發(fā)明，在床體內設置一組由上下兩層電極板組成的電極組，在上下兩層電極之間加上30V DC的電勢差。通電后，電源、電極、流通于電極板之間的導電液體形成回路，其中，流通于電極板之間的導電液體成為電阻，因此，在這種情況下，前述的導體長度L等價為兩層電極板之間的相隔距離。
根據(jù)以上公式，對于水床內有50L水(即m＝50000g)，假定加熱溫度3℃，即(t-t0)＝3，指定U＝30V，加熱時間10分鐘(即T＝600s)，已知水的比熱c＝4.182，濃度為5％的氯化鈉溶液室溫狀態(tài)下的平均電阻率ρ＝3.42Ωm，由此算得 這個計算值的含義是要使用30V電壓在10分鐘使50L比熱為4.182、電阻率為3.42Ωm的液體溫度升高3℃，采用本發(fā)明的方法，只需要將設置床體內的上下兩層電極板和電極板間距離的比值設置為3.9727平方米1米即可。只要床體內的電極板和電極板間的距離的比值與這個值相匹配，就可以根據(jù)床體的規(guī)格選擇合適的電極板的面積以及電極板間的距離。
優(yōu)選的，使得電極板之間的距離不小于0.5cm，保證電極板不相互接觸，讓導電液體可以在電極板間自由流通，保證水床的安全性。因此，根據(jù)上述計算值，在本實施例中，在床體內鋪設銅制電極板兩層，下層電極板用絕緣支架固定在床體內，上下兩層電極板之間用絕緣支撐點支撐。絕緣支撐點的厚度為1cm，即保證電極板之間的距離為1cm。根據(jù)上述 的比值可知本實施例的電極板的面積為0.04m2。
關于電極板的形狀，它可以方便的制作成矩形或圓形，或任何便于批量生產的形狀，根據(jù)本發(fā)明的精神，電極板的形狀與液體的加熱效率沒有可測得的關系。另一方面，電極板可以平坦的，也可以稍微具有弧度，根據(jù)本發(fā)明，這方面與液體的加熱也沒有關系。再者，每層電極板的厚度在本發(fā)明中的影響不大，在本實施例中，為例保證水床的安全性和穩(wěn)定性，單層銅制電極板的厚度為1mm。
放置方式方面，電極板可以如本實施例中平行床體底部放置，也可以垂直床體底部放置。電極板的放置方式與本發(fā)明沒有必要的關系，只要電極板的面積和電極板之間的距離符合本發(fā)明的精神即可。事實上，由于床體的高度一般不超過30cm，因此優(yōu)選的放置方式是與床體底部平行，這樣，根據(jù) 的關系，可以保證電極板之間的相隔距離不會太小以至于造成安全隱患。
根據(jù)本發(fā)明，水床內可填充任意導電液體，例如自來水。在本實施例中，水床內的填充液為5％的氯化鈉溶液。雖然自來水中含有一定數(shù)量的金屬離子而具有導電性，但其電阻率較高。一般自來水的電阻率在50Ωm左右，而加入一定含量的離子化合物后液體的導電性能大大增強。例如在本實施例中，在水床內填充5％濃度的氯化鈉溶液，其電阻率約為ρ＝3.42Ωm，導電性能較好。接通電源后，電源-上下兩層電極板-流通于電極板之間的導電液體形成回路，上下兩層電極板之間的導電液體成為電阻而發(fā)熱，將電能轉換為熱能，使床體內的液體溫度上升。
優(yōu)選地，為了防止水床使用一段時間之后床體內出現(xiàn)氣體，可以在床體上安設排氣孔和孔塞，定期排出床體內的氣體。
根據(jù)本發(fā)明制作的水床，為了防止人躺在上面出現(xiàn)中間低洼四周拱起的鼓包現(xiàn)象，可以優(yōu)選的在水床內設置拉帶2。拉帶2位于水床內部，垂直連接水床內的底面和上表面，它可以是彈簧或具有彈性結構的帶。在不影響水床內電極板的情況下，拉帶2可以分布在水床內各處，例如中間稀疏一些四周密集一些。由于拉帶垂直連接水床的底面和上表面而且具有的彈性，因此當人躺在水床中間而使得水床四周有向上拱起的趨勢時，它可以使得水床四周不拱起，或只是稍微拱起。使用不同彈性強度的拉帶，可以使水床具有不同的軟硬程度，適合不同的消費愛好群體。
根據(jù)本發(fā)明的快速加熱的水床，其結構簡單，易于批量生產，適用性強。
實施例2參照圖1、圖2本實施例說明根據(jù)本發(fā)明的快速加熱的取暖裝置的另一種優(yōu)選的實施方式，具體為一種可折疊的、可調節(jié)床體大小的水床。
在本實施例中，整個床體是圓形的，主要由兩部分組成，包括外沿的四個充氣式的扇形床沿5和中間的床體部分。整個床體規(guī)格為直徑250cm的圓，中間床體部分寬180cm，長200cm。與實施例1相同的是，本實施例的床體同樣由絕緣PVC材料制成，床體的上下表面之間通過黏合劑固定，床體材料厚約2mm。同樣，優(yōu)選的，床體外層可以加設柔軟的布面材料以增強舒適感。
本實施例的水床，四周的扇形床沿部分內不填充液體，而是充氣式的，設有充氣孔及孔塞。使用的時候只要從充氣孔往床體內充氣即可；不使用的時候只要拔開孔塞放出空氣，把扇形床沿部分壓平彎曲折疊，收攏到矩形床體下部，可以節(jié)省空間。
優(yōu)選的還可以將床體做成多層的結構，一部分充氣，一部分填充根據(jù)本發(fā)明的導電液體及加熱裝置。在本實施例中，矩形床體部分分為上下兩層，其中下層為充氣層，中間充滿空氣。優(yōu)選的在充氣層內部使用拉帶，防止出現(xiàn)鼓包現(xiàn)象。上層床體內部填充導電液體和根據(jù)本發(fā)明的加熱裝置。
本實施例中，填充了導電液體的矩形床體部分寬180cm，長200cm，厚度約4.2cm，內部填充液體150L(即150kg)。同樣的，為了降低液體的電阻率而在自來水中添加了少量氯化鈉，使得液體的電阻率降低到3.4左右。另外，優(yōu)選的，添加了一定量防腐劑。
本實施例中的矩形床體上層內部的底面設有絕緣支架。絕緣支架的一端固定在床體內部，另一端緊固在下層電極板的角或邊緣，將下層電極板固定在床體下部。上下兩層電極板之間用絕緣材料制成的支架支撐，該支架一方面用于固定上層電極板的位置，另一方面保證上下兩層電極板之間具有一定距離，使得導電液體可以在兩層電極板之間自由流通。用導線分別與上下兩層電極板連接，導線從水床內側通過導線孔延伸到水床外部，連接到電源。優(yōu)選的，在水床和電源之間使用變壓器。本實施例中的床體中共設有一組電極，它包括上下兩層電極板，兩層電極板的面積和距離根據(jù)以下參數(shù)設定根據(jù)床體內液體總量為150L，假定液體溫度升高3℃用10分鐘(600秒)，指定電壓30V，已知液體的電阻率為3.42，水的比熱為4.182，可以計算得到 (平方米/米)，根據(jù)本發(fā)明，這個數(shù)值表示在滿足假定的電熱轉換效率情況下，電極板的面積與電極板之間的距離的比值。
為了保證兩層電極板之間具有一定的安全距離，保證導電液體可以在電極板之間自由流通，在本實施例中，電極板之間的距離設定為1cm，即0.01m。因此，要使床體的加熱效率達到上述預定值，電極板的面積需要達到0.119平方米。根據(jù)本發(fā)明，電極板的形狀可以是矩形或圓形，或者其它方便設于床體內部的形狀；電極板可以是平的或稍微弧形的，其中以平的為優(yōu)選方案。電極板的厚度以方便批量生產、不產生不必要的成本為前提，可以任意設置。電極板的材料可以是任意導電性較好的材料，在本實施例中，采用銅質材料制成的平板作為電極板，厚度約1mm。
根據(jù)上述情況，制作30cm×40cm，厚度約1mm規(guī)格的平的銅質電極板。上下兩層電極板之間用絕緣支架支撐，絕緣支架厚度為1cm，當兩層電極板被絕緣支架所固定后，電極板之間的距離就是1cm，導電液體可以在電極板之間自由流通。
兩層電極板分別接導線再與變壓器相連通。優(yōu)選的還可以在變壓器與電極之間增設溫控器3，即導線穿過導線孔、與設置在床體外部表面的溫控器3相連接，溫控器3再與變壓器-電源相連接。在本實施例中，溫控器3采用KSD-9700型，該溫控器具有工程塑料外殼、額定動作溫度15-200℃，額定電流5-10A。這個溫控器實際是一種防止過熱的保護器件，相當于熱控開關，也作過熱保護器件。設有溫控器的水床使得用戶可通過溫控器設定水床的加熱溫度，當電極板通電使水床內的液體溫度達到預設水平時，溫控器自動斷開電源，保護水床。
根據(jù)本實施例的水床，加熱速度快、電熱轉換效率高、結構簡單、生產成本低。而且可以根據(jù)用戶的需要充氣或折疊，具有多種形態(tài)。
本領域技術人員在掌握本發(fā)明精神后可以容易地做出各種變形。例如，把水床的床體做成可手持的大小，相對應地填充適量導電液體、根據(jù)導電液體的質量和特性在床體內安設適當大小的電極組，做成熱寶的形式。這些等同的技術方案都應該在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1.快速加熱的取暖裝置，它包括絕緣外殼、填充在絕緣外殼內的導電液體、設于絕緣外殼內的加熱裝置、連通加熱裝置-電源之間的導線，其特征在于所述加熱裝置包括至少一組電極和用于固定所述電極位置的絕緣支架，所述每組電極包括至少2個電極(6)，所述每個電極(6)被絕緣支架固定，所述電極(6)通過導線與電源相連接；在電極(6)之間施加電壓，電源-導線-電極-導電液體形-電極-導線-電源成回路而使導電液體發(fā)熱。
2.根據(jù)權利要求1所述的快速加熱的取暖裝置，其特征在于每組電極包括2個電極(6)，這些電極是板狀的，它們之間相互平行放置。
3.根據(jù)權利要求2所述的快速加熱的取暖裝置，其特征在于所述電極板的面積S與電極板之間的距離L滿足關系SL=m(t-t0)ρcU2T,]]>其中，m表示與所述電極板接觸的導電液體的質量；(t-t0)表示與電極板接觸的導電液體升高的溫度差；ρ表示與電極板接觸的導電液體的電阻率；c表示與電極板接觸的導電液體的比熱；U表示加在所述2個電極板之間的電勢差；T表示與電極板接觸的導電液體的溫度升高(t-t0)所需的時間。
4.根據(jù)權利要求2所述的快速加熱的取暖裝置，其特征在于所述上下兩層電極板之間的距離不小于0.5mm。
5.根據(jù)權利要求2所述的快速加熱的取暖裝置，其特征在于所述取暖裝置是水床。
6.根據(jù)權利要求5所述的快速加熱的取暖裝置，其特征在于水床的床體(1)底部設有絕緣支架，絕緣支架一端固定在床體(1)底部，另一端緊固在所述電極板的角或邊緣；兩層電極板之間被絕緣支架隔開。
7.根據(jù)權利要求5所述的快速加熱的取暖裝置，其特征在于所述床體四周設有可充氣的扇形床沿(5)，扇形床沿(5)表面開有充氣孔及孔塞；使用時通過充氣孔向床體內充氣，不使用時將扇形床沿內的氣體放出，將扇形床沿壓平折疊置于床體下方。
8.根據(jù)權利要求5所述的快速加熱的取暖裝置作為水床的應用，其特征在于在電極和電源之間設有變壓器，變壓器的輸入端與電源相連接、輸出端與電極相連接，所述變壓器用于將市電電壓降低到安全電壓范圍內。
9.根據(jù)權利要求5所述的快速加熱的取暖裝置作為水床的應用，其特征在于采用溫控器(3)于電極相連通，溫控器(3)用于感應水床內液體溫度，保護水床。
全文摘要
本發(fā)明涉及家用電器設備。本發(fā)明提供一種快速加熱的取暖裝置，它包括絕緣外殼、填充在絕緣外殼內的導電液體、設于絕緣外殼內的加熱裝置、連通加熱裝置－電源之間的導線。其中，加熱裝置包括至少一組電極和用于固定所述電極位置的絕緣支架，所述每組電極包括至少2個電極，所述每個電極被絕緣支架固定，所述電極通過導線與電源相連接；在電極之間施加電壓，電源－導線－電極－導電液體形－電極－導線－電源成回路而使導電液體發(fā)熱。根據(jù)本發(fā)明制成的水床具有結構簡單、造價低、加熱速度快、能源轉換效率高等優(yōu)點。
文檔編號F24D13/02GK1945133SQ200610145479
公開日2007年4月11日 申請日期2006年11月17日 優(yōu)先權日2006年11月17日
發(fā)明者郅治 申請人:郅治