专利名称：快速加热的取暖装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及家用电器设备，特别涉及用加热速度快的取暖装置。
背景技术：
目前，家用小型取暖设备主要有水床和热宝。其中，水床在欧美等国家水床深受欢迎，堪称是传统床具的新型换代产品。水床在夏天使用的时候，人体会感觉凉快舒适，而冬天的时候，由于水床内部大多设有加热装置，因此人体感觉同样温暖舒适。
市面上的水床一般是采用防水材料制成的、形似床垫的水袋充水而成的，并在床体内部设置电热丝构成，电热丝用于加热水床内的水。这类水床最大的缺陷是加热效率非常差，由于电热丝在通电时温度非常高，如果接触到水床内壁材料则容易熔掉表面材料，因此，内置电热丝的水床，其发热效率普遍较低，为的是保证水床的安全性。这样的水床，将整床水的温度升高到人体舒适的温度需要至少3个小时，个别产品甚至需要10个小时。可见，加热速度过慢是影响水床普及的重要因素。
发明内容
(一)要解决的技术问题本发明的目的是要克服目前现有技术的缺陷，提出一种能量利用率高、加热速度快的取暖装置，具有构造简单、成本造价低、适应性强等优点。
(二)技术方案本发明提供一种快速加热的取暖装置，它包括绝缘外壳、填充在绝缘外壳内的导电液体、设于绝缘外壳内的加热装置、连通加热装置-电源之间的导线。其中，所述加热装置包括至少一组电极和用于固定所述电极位置的绝缘支架，所述每组电极包括至少2个电极6，所述每个电极6被绝缘支架固定，所述电极6通过导线与电源相连接；在电极6之间施加电压，电源-导线-电极-导电液体形-电极-导线-电源成回路而使导电液体发热。
上述的快速加热的取暖装置，一种优选的方案是每组电极包括2个电极，这些电极6是平板状的，它们之间相互平行放置。
上述的快速加热的取暖装置，其中所述电极板的面积S与电极板之间的距离L满足关系SL=m(t-t0)ρcU2T,]]>其中，m表示与所述电极板接触的导电液体的质量；(t-t0)表示与电极板接触的导电液体升高的温度差；ρ表示与电极板接触的导电液体的电阻率；c表示与电极板接触的导电液体的比热；U表示加在所述2个电极板之间的电势差；T表示与电极板接触的导电液体的温度升高(t-t0)所需的时间。
上述的快速加热的取暖装置，其中所述上下两层电极板之间的距离不小于0.5mm。
上述的快速加热的取暖装置，一种优选的方案是所述取暖装置是水床。
上述的快速加热的取暖装置，当它是水床的形式时，在床体底部设有绝缘支架，绝缘支架一端固定在床体底部，另一端紧固在所述电极板的角或边缘；两层电极板之间被绝缘支架隔开。
上述的快速加热的取暖装置，当它是水床的形式时，一种优选的方案是床体四周设有可充气的扇形床沿5，扇形床沿5表面开有充气孔及孔塞；使用时通过充气孔向床体内充气，不使用时将扇形床沿内的气体放出，将扇形床沿压平折叠置于床体下方。
上述的快速加热的取暖装置，当它是水床的形式时，一种优选的方案是在电极和电源之间设有变压器，变压器的输入端与电源相连接、输出端与电极相连接，所述变压器用于将市电电压降低到安全电压范围内。
上述的快速加热的取暖装置，当它是水床的形式时，一种优选的方案是采用温控器3于电极相连通，温控器3用于感应水床内液体温度，保护水床。
(三)有益效果采用本发明，通过将电极直接置于导电液体中，通电形成回路使导电液体温度升高的原理制成的取暖装置具有结构简单、造价低、加热速度快、能源转换效率高等特点。
图1为水床的结构示意图；图2为设有扇形床沿的水床俯视结构示意图。
其中，1、床体；2、拉带；4、床体内部；5、扇形床沿；6、电极。
具体实施例方式
本发明提出快速加热的取暖装置，结合附图和实施例说明如下。以下实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由各权利要求限定。
实施例1参照图1，本实施例说明根据本发明的快速加热的取暖装置的一种优选的实施方式，具体为一种单人水床。在本实施例中，水床1宽度100cm，长度200cm，厚度约2.5cm。床体1由绝缘PVC材料制成，整个床体类似于一个大水袋，没有固定的支架。绝缘PVC材料的厚度可以是0.5-2mm，上下床体的边缘通过黏合剂固定，既保证床体内的耐压性、安全性，又保证床体内的液体不会渗出。优选的，床体外层可以加设柔软的布面材料以增强舒适感。
在本实施例中，一方面，往床体内部4填充50L液体。这些液体必须具有导电性，可以是自来水，或在自来水中添加一定比例的离子化合物，从而增强床体内的液体的导电性能、降低电阻率。优选的还可以在这些液体中添加一定比例的防腐剂。
加热设备方面，本实施例中，在床体内部设有一组电极，这组电极分为上下两层电极6。这两层电极6之间相互平行放置，均平行于床体底面。在床体内侧，即通过黏合剂粘合的上下床体中的下床体部分设有绝缘支架。绝缘支架用于支撑下层电极板，一端固定在床体内部，另一端紧固在下层电极板的角或边缘位置，将它固定在床体下部。上下两层电极板之间用绝缘材料制成的支架支撑，该支架一方面用于固定上层电极板的位置，另一方面保证上下两层电极板之间具有一定距离，使得导电液体可以在两层电极板之间自由流通。用导线分别与上下两层电极板连接，导线从水床内侧通过导线孔延伸到水床外部，连接到电源。优选的，在水床和电源之间使用变压器，使得电极板输入端输入低压交流电。针对本实施例，根据以下参数设计电极板的尺寸和相隔距离。
根据电学公式P=U2R,W=P×T,R=ρLS]]>其中U表示电势差，单位是伏(V)；P表示电功率，单位是瓦(W)；R表示电阻，单位是欧姆(Ω)；W表示消耗的电能，单位焦耳(J)；t表示时间，单位是秒(s)；L表示电阻长度；S表示电阻表面积；ρ表示电阻率，单位欧姆米(Ω.m)。
可推导出W=P×T=U2TR=U2TSLρ]]>另一方面，根据热学公式，有Q＝cm(t-t0)，其中Q表示热量，单位为焦耳；c表示导电液体的比热；m表示液体的质量；(t-t0)表示升高的温度。同时，对于电能转换为热能，对于理想情况，有W＝Q，因此有cm(t-t0)=U2TSLρ,]]>简化得到关系式SL=m(t-t0)ρcU2T,]]>其中m表示质量；(t-t0)表示升高温度；ρ表示电阻率；c表示比热；U表示电压；T表示时间；S表示导体表面积；L表示电阻长度。
其中，根据本发明，在床体内设置一组由上下两层电极板组成的电极组，在上下两层电极之间加上30V DC的电势差。通电后，电源、电极、流通于电极板之间的导电液体形成回路，其中，流通于电极板之间的导电液体成为电阻，因此，在这种情况下，前述的导体长度L等价为两层电极板之间的相隔距离。
根据以上公式，对于水床内有50L水(即m＝50000g)，假定加热温度3℃，即(t-t0)＝3，指定U＝30V，加热时间10分钟(即T＝600s)，已知水的比热c＝4.182，浓度为5％的氯化钠溶液室温状态下的平均电阻率ρ＝3.42Ωm，由此算得 这个计算值的含义是要使用30V电压在10分钟使50L比热为4.182、电阻率为3.42Ωm的液体温度升高3℃，采用本发明的方法，只需要将设置床体内的上下两层电极板和电极板间距离的比值设置为3.9727平方米1米即可。只要床体内的电极板和电极板间的距离的比值与这个值相匹配，就可以根据床体的规格选择合适的电极板的面积以及电极板间的距离。
优选的，使得电极板之间的距离不小于0.5cm，保证电极板不相互接触，让导电液体可以在电极板间自由流通，保证水床的安全性。因此，根据上述计算值，在本实施例中，在床体内铺设铜制电极板两层，下层电极板用绝缘支架固定在床体内，上下两层电极板之间用绝缘支撑点支撑。绝缘支撑点的厚度为1cm，即保证电极板之间的距离为1cm。根据上述 的比值可知本实施例的电极板的面积为0.04m2。
关于电极板的形状，它可以方便的制作成矩形或圆形，或任何便于批量生产的形状，根据本发明的精神，电极板的形状与液体的加热效率没有可测得的关系。另一方面，电极板可以平坦的，也可以稍微具有弧度，根据本发明，这方面与液体的加热也没有关系。再者，每层电极板的厚度在本发明中的影响不大，在本实施例中，为例保证水床的安全性和稳定性，单层铜制电极板的厚度为1mm。
放置方式方面，电极板可以如本实施例中平行床体底部放置，也可以垂直床体底部放置。电极板的放置方式与本发明没有必要的关系，只要电极板的面积和电极板之间的距离符合本发明的精神即可。事实上，由于床体的高度一般不超过30cm，因此优选的放置方式是与床体底部平行，这样，根据 的关系，可以保证电极板之间的相隔距离不会太小以至于造成安全隐患。
根据本发明，水床内可填充任意导电液体，例如自来水。在本实施例中，水床内的填充液为5％的氯化钠溶液。虽然自来水中含有一定数量的金属离子而具有导电性，但其电阻率较高。一般自来水的电阻率在50Ωm左右，而加入一定含量的离子化合物后液体的导电性能大大增强。例如在本实施例中，在水床内填充5％浓度的氯化钠溶液，其电阻率约为ρ＝3.42Ωm，导电性能较好。接通电源后，电源-上下两层电极板-流通于电极板之间的导电液体形成回路，上下两层电极板之间的导电液体成为电阻而发热，将电能转换为热能，使床体内的液体温度上升。
优选地，为了防止水床使用一段时间之后床体内出现气体，可以在床体上安设排气孔和孔塞，定期排出床体内的气体。
根据本发明制作的水床，为了防止人躺在上面出现中间低洼四周拱起的鼓包现象，可以优选的在水床内设置拉带2。拉带2位于水床内部，垂直连接水床内的底面和上表面，它可以是弹簧或具有弹性结构的带。在不影响水床内电极板的情况下，拉带2可以分布在水床内各处，例如中间稀疏一些四周密集一些。由于拉带垂直连接水床的底面和上表面而且具有的弹性，因此当人躺在水床中间而使得水床四周有向上拱起的趋势时，它可以使得水床四周不拱起，或只是稍微拱起。使用不同弹性强度的拉带，可以使水床具有不同的软硬程度，适合不同的消费爱好群体。
根据本发明的快速加热的水床，其结构简单，易于批量生产，适用性强。
实施例2参照图1、图2本实施例说明根据本发明的快速加热的取暖装置的另一种优选的实施方式，具体为一种可折叠的、可调节床体大小的水床。
在本实施例中，整个床体是圆形的，主要由两部分组成，包括外沿的四个充气式的扇形床沿5和中间的床体部分。整个床体规格为直径250cm的圆，中间床体部分宽180cm，长200cm。与实施例1相同的是，本实施例的床体同样由绝缘PVC材料制成，床体的上下表面之间通过黏合剂固定，床体材料厚约2mm。同样，优选的，床体外层可以加设柔软的布面材料以增强舒适感。
本实施例的水床，四周的扇形床沿部分内不填充液体，而是充气式的，设有充气孔及孔塞。使用的时候只要从充气孔往床体内充气即可；不使用的时候只要拔开孔塞放出空气，把扇形床沿部分压平弯曲折叠，收拢到矩形床体下部，可以节省空间。
优选的还可以将床体做成多层的结构，一部分充气，一部分填充根据本发明的导电液体及加热装置。在本实施例中，矩形床体部分分为上下两层，其中下层为充气层，中间充满空气。优选的在充气层内部使用拉带，防止出现鼓包现象。上层床体内部填充导电液体和根据本发明的加热装置。
本实施例中，填充了导电液体的矩形床体部分宽180cm，长200cm，厚度约4.2cm，内部填充液体150L(即150kg)。同样的，为了降低液体的电阻率而在自来水中添加了少量氯化钠，使得液体的电阻率降低到3.4左右。另外，优选的，添加了一定量防腐剂。
本实施例中的矩形床体上层内部的底面设有绝缘支架。绝缘支架的一端固定在床体内部，另一端紧固在下层电极板的角或边缘，将下层电极板固定在床体下部。上下两层电极板之间用绝缘材料制成的支架支撑，该支架一方面用于固定上层电极板的位置，另一方面保证上下两层电极板之间具有一定距离，使得导电液体可以在两层电极板之间自由流通。用导线分别与上下两层电极板连接，导线从水床内侧通过导线孔延伸到水床外部，连接到电源。优选的，在水床和电源之间使用变压器。本实施例中的床体中共设有一组电极，它包括上下两层电极板，两层电极板的面积和距离根据以下参数设定根据床体内液体总量为150L，假定液体温度升高3℃用10分钟(600秒)，指定电压30V，已知液体的电阻率为3.42，水的比热为4.182，可以计算得到 (平方米/米)，根据本发明，这个数值表示在满足假定的电热转换效率情况下，电极板的面积与电极板之间的距离的比值。
为了保证两层电极板之间具有一定的安全距离，保证导电液体可以在电极板之间自由流通，在本实施例中，电极板之间的距离设定为1cm，即0.01m。因此，要使床体的加热效率达到上述预定值，电极板的面积需要达到0.119平方米。根据本发明，电极板的形状可以是矩形或圆形，或者其它方便设于床体内部的形状；电极板可以是平的或稍微弧形的，其中以平的为优选方案。电极板的厚度以方便批量生产、不产生不必要的成本为前提，可以任意设置。电极板的材料可以是任意导电性较好的材料，在本实施例中，采用铜质材料制成的平板作为电极板，厚度约1mm。
根据上述情况，制作30cm×40cm，厚度约1mm规格的平的铜质电极板。上下两层电极板之间用绝缘支架支撑，绝缘支架厚度为1cm，当两层电极板被绝缘支架所固定后，电极板之间的距离就是1cm，导电液体可以在电极板之间自由流通。
两层电极板分别接导线再与变压器相连通。优选的还可以在变压器与电极之间增设温控器3，即导线穿过导线孔、与设置在床体外部表面的温控器3相连接，温控器3再与变压器-电源相连接。在本实施例中，温控器3采用KSD-9700型，该温控器具有工程塑料外壳、额定动作温度15-200℃，额定电流5-10A。这个温控器实际是一种防止过热的保护器件，相当于热控开关，也作过热保护器件。设有温控器的水床使得用户可通过温控器设定水床的加热温度，当电极板通电使水床内的液体温度达到预设水平时，温控器自动断开电源，保护水床。
根据本实施例的水床，加热速度快、电热转换效率高、结构简单、生产成本低。而且可以根据用户的需要充气或折叠，具有多种形态。
本领域技术人员在掌握本发明精神后可以容易地做出各种变形。例如，把水床的床体做成可手持的大小，相对应地填充适量导电液体、根据导电液体的质量和特性在床体内安设适当大小的电极组，做成热宝的形式。这些等同的技术方案都应该在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.快速加热的取暖装置，它包括绝缘外壳、填充在绝缘外壳内的导电液体、设于绝缘外壳内的加热装置、连通加热装置-电源之间的导线，其特征在于所述加热装置包括至少一组电极和用于固定所述电极位置的绝缘支架，所述每组电极包括至少2个电极(6)，所述每个电极(6)被绝缘支架固定，所述电极(6)通过导线与电源相连接；在电极(6)之间施加电压，电源-导线-电极-导电液体形-电极-导线-电源成回路而使导电液体发热。
2.根据权利要求1所述的快速加热的取暖装置，其特征在于每组电极包括2个电极(6)，这些电极是板状的，它们之间相互平行放置。
3.根据权利要求2所述的快速加热的取暖装置，其特征在于所述电极板的面积S与电极板之间的距离L满足关系SL=m(t-t0)ρcU2T,]]>其中，m表示与所述电极板接触的导电液体的质量；(t-t0)表示与电极板接触的导电液体升高的温度差；ρ表示与电极板接触的导电液体的电阻率；c表示与电极板接触的导电液体的比热；U表示加在所述2个电极板之间的电势差；T表示与电极板接触的导电液体的温度升高(t-t0)所需的时间。
4.根据权利要求2所述的快速加热的取暖装置，其特征在于所述上下两层电极板之间的距离不小于0.5mm。
5.根据权利要求2所述的快速加热的取暖装置，其特征在于所述取暖装置是水床。
6.根据权利要求5所述的快速加热的取暖装置，其特征在于水床的床体(1)底部设有绝缘支架，绝缘支架一端固定在床体(1)底部，另一端紧固在所述电极板的角或边缘；两层电极板之间被绝缘支架隔开。
7.根据权利要求5所述的快速加热的取暖装置，其特征在于所述床体四周设有可充气的扇形床沿(5)，扇形床沿(5)表面开有充气孔及孔塞；使用时通过充气孔向床体内充气，不使用时将扇形床沿内的气体放出，将扇形床沿压平折叠置于床体下方。
8.根据权利要求5所述的快速加热的取暖装置作为水床的应用，其特征在于在电极和电源之间设有变压器，变压器的输入端与电源相连接、输出端与电极相连接，所述变压器用于将市电电压降低到安全电压范围内。
9.根据权利要求5所述的快速加热的取暖装置作为水床的应用，其特征在于采用温控器(3)于电极相连通，温控器(3)用于感应水床内液体温度，保护水床。
全文摘要
本发明涉及家用电器设备。本发明提供一种快速加热的取暖装置，它包括绝缘外壳、填充在绝缘外壳内的导电液体、设于绝缘外壳内的加热装置、连通加热装置－电源之间的导线。其中，加热装置包括至少一组电极和用于固定所述电极位置的绝缘支架，所述每组电极包括至少2个电极，所述每个电极被绝缘支架固定，所述电极通过导线与电源相连接；在电极之间施加电压，电源－导线－电极－导电液体形－电极－导线－电源成回路而使导电液体发热。根据本发明制成的水床具有结构简单、造价低、加热速度快、能源转换效率高等优点。
文档编号F24D13/02GK1945133SQ200610145479
公开日2007年4月11日 申请日期2006年11月17日 优先权日2006年11月17日
发明者郅治 申请人:郅治