一种适宜特殊人群使用的石墨烯电发热取暖系统技术方案

一种适宜特殊人群使用的石墨烯电发热取暖系统，其特征在于由人体、石墨烯电发热取暖保暖被褥、被窝空间、电源连接线、低压直流电源温控开关组成为屏蔽电磁场、消除氧化效应无阴燃与CO产生、增强人体生物机能、温控≤32℃的适宜特殊人群使用的石墨烯电发热取暖系统；其技术效果是：由复合系统简化为单一系统，不仅工艺简单，降低生产与使用成本，而且充分利用石墨烯各种优异的多功能特性，在保暖、取暖的同时，彻底消除现有电热毯取暖伴生的多种次生能场造成的安全隐患，为特殊人群安全舒适经济使用电热取暖系统，提供了一种新的选择。

【技术实现步骤摘要】
一种适宜特殊人群使用的石墨烯电发热取暖系统
本专利技术涉及电热取暖
，具体涉及一种适宜特殊人群使用的石墨烯电发热取暖系统。
技术介绍
本专利是在申请人开发的“一种适宜特殊人群用使的改进型电热毯系统”(专利号201810398977.1)基础上的延伸与发展，该专利是针对现有电热毯系统存在的缺陷提出的改进，而且采用增添新组件的方法与手段，消除电热毯伴随的次生能埸带来的安全隐患，以确保特殊人群在睡眠时，安全舒适的使用电热毯，其突出的优势是：在确保安全舒适的前提下，充分利用现有电热毯的部分功能，选择性地配置新组件，最大限度的节约新组件与利用原有组件资源，以降低使用成本，符合新产品开发的平民化方向。但是对于新购置的适宜特殊人群使用的电热取暖系统，就没有必要购置现有电热毯，再进行改装，而是应该根据高新技术应用于电热取暖中，所推出的为满足各种使用需要的新型电热取暖装置或系统进行选择匹配；特别是近几年来，被称为21世纪新材料之王的石墨烯，已经将其纤维制品应用于人们日常生活领域的方方面面，特别是以石墨烯引领的加热理疗功能的智能纺织材料成为众多服装行业、科技类企业以及科研领域主攻的破局点，据不完全统计，我国自2011年以来，申报石墨烯纤维及其应用的专利已达300多项，其中专利技术专利占70%以上。参与产品开发的企业上百家。但是纵观这些专利或市售产品中，专门涉及特殊人群使用的电取暖装置未见任何报导，尤其如何防范阴燃产生一氧化碳中毒现象也未有专利涉及；大多是为提高附加值，利用石墨烯的多功能性，如增添永久磁石的理疗功能的电热暖制品，如衣服、鞋、帽、袜、床垫等；因此，开发针对特殊人群使用的安全舒适平民化的石墨烯电发热取暖系统很有必要，不仅弥补“一种适宜特殊人群用使的改进型电热毯系统”专利的不足，而且为石墨烯床上制品提供一种新选择。
技术实现思路
本专利开发的基本构思，如图1所示，应用TRIZ理论的物-场分析方法，将三个物一个场的现有电热毯取暖系统，以及申请人新近开发的三个物四个场的改进型电热毯取暖系统，选用石墨烯电发热被褥，裁剪电热毯，组合为两个物（人与被褥）与一个温度场的物-场电热取暖系统，由复合系统简化为单一系统，不仅工艺简单，降低生产与使用成本，而且充分利用石墨烯各种优异的多功能特性，在保暖、取暖的同时，彻底消除现有电热毯取暖伴生的多种次生能场造成的安全隐患，为特殊人群安全舒适经济使用电热取暖系统，提供一种新的选择。为实施上述基本构思，所要解决的技术问题是：第一、石墨烯电发热被褥取代电热毯功能的技术问题。图2展示了现有石墨烯纤维用于床上用品的纺织品结构示意图，从图看出，适合制作石墨烯取暖被褥的纺织品，可分为三类，一类是具有电发热功能的石墨烯纺织品，如具有电发热功能的纺织面料、石墨烯纤维布发热芯片、石墨烯纤维远红外发热膜以及石墨烯纤维与碳纤维复合的发热材料等，二类是不具有电发热功能的混纺有石墨烯纤维的织物，三类是制作被褥充填物的石墨烯棉、石墨烯绒等，在制作被褥的棉被、床单、褥垫三个组件中，都可从图2所示的6种纺织品中进行选择，但从耐用、安全、舒适度、电源附件配置、清洗、固定、与人体直接接触程度等多种因素考虑，被褥部件中，选择垫制作为发热取暖褥垫，选择棉被制作为保暖棉被、选择床单制作为兼具耐清洗、制折叠、柔软的床单，较为匹配与合理，三部件只需1件具有发热取暖功能，就能实现被褥保暖与发热取暖的重叠效果，从而取代电热毯；理由是棉被与床单具有移动、与人体、环境直接接触、易污染、需勤换洗的特点，而褥垫基本固定在床垫上，表面覆盖床单，少受环境与人体污染，基本不换洗，与电发热衣服、鞋帽的使用特点是不同的，如在电源控制上比移动式产品较为简单便捷。褥垫取代电热毯制作为取暖褥垫，具有以下优势：一是省电节能，据有关试验，在室温5℃下，用石墨烯纤维远红外发热膜制作的电热毯和普通电热毯所测得的表面温度如表1所示：表1石墨烯电热毯与普通电热毯所测表面温度的技术性能比较两相比较，石墨烯电热毯具有显著的省电节能效果，若再集成其他优异的特性，满足人体所需32℃热舒适度要求的功率，降至30w，省电节能更加突显；二是使用绝对安全的低压直流供电，保证用电安全，据有关试验，石墨烯电发热纤维在3.7v下，就能在几秒钟时间内，将纤维加热到30℃以上，几乎所有御寒的石墨烯发热衣、裤、鞋、帽、袜等都使用5伏移动充电宝供电取暖；鉴于石墨烯不仅具有超高导电、导热性能，而且电热转换效率高达98%以上（最好的电热丝电热转换率只有80%），因此在极低的电压下，通电即可发热；三是直流供电，没有交变磁场，不发生对人体带来危害的电磁感应能场，何况被褥三个组件都用导电性能优异的石墨烯织物制作，其本身就具有电磁屏蔽功能；四是取暖方式有多种选择，选择发热布料或发热膜或发热芯片均可，都能达到安全舒适的要求，但从制作成本比较，选择发热布料较为经济，因使用发热布料制作发热褥垫，只需3层结构，如图5所示，而发热膜或发热芯片不能做面层，需要有4层以上结构；第二、石墨烯被褥阻止阴燃及其伴生CO毒气消除的技术问题。图3展示了现有棉被阴燃过程(以点燃烟头为对象)的温度与时间关联实验及其火灾发生必备的充分条件；烟头燃烧的表面烟灰虽无明火，但温度已达289℃，超过210℃的棉料燃点，容易引起棉被积累性的缓慢阴燃，阴燃过程受多种条件制约，可能自我消失，如图2（b）所示，也可能转换为明火，阴燃是一种不完全燃烧，产生大量无色无味的CO毒气，造成火灾未发生前的人员死亡，阴燃的最大危害是CO中毒；而石墨烯被褥正是消除现有棉被褥造成阴燃的克星，一是石墨烯布料或石墨烯棉的燃点在500℃以上，在空气中不易被氧化，与棉织物相比具有阻燃性，即使点燃的烟头丢弃在石墨烯棉被上，不会产生阴燃现象，因为其燃点比烟头表面的温度高200多度，烟头不具有引燃石墨烯的温度条件；二是石墨烯具有较大的表面，较丰富的孔结构，较强的吸附性能，是一种优良的气体吸附剂，无论是空气中的氧，还是不完全燃烧产生的CO，都能被石墨烯被褥所吸附，在图2(d)所示的燃烧三角形中，用阻燃的石墨烯被褥取代可燃的现有棉被褥，用吸附氧化剂的石墨烯被褥取代易氧化的现有棉被褥，由此可见，在燃烧三角形中，使用石墨烯被褥能够剔除可燃物与氧化剂两个必备的条件，因而成为阻止阴燃及其伴随产生CO的克星；第三、石墨烯被窝微循环空间热舒适度温度控制的技术问题。被窝热舒适度温度已有不少学者进行过广泛深入的研究，提出32℃是人体在被窝中最适宜睡眠的最佳温度，但如何精准控制是一个尚待解决的难题，因为这是人体生物机能升降温与环境温度如何适应与调控的问题，受多种因素的制约，其最简单的表达式为：被窝热舒适度温度=取暖被褥温度+人体生物机能吸热所需增加的温度或散热所需减少的温度，人体因个体不同、新陈代谢所产生的生物机能也不相同，为适应这种温度变化，取暖装置往往设置多挡控温（如7档控温、甚至9档控温），不仅提高了制作成本，而且也不适合缺乏自我调控能力的特殊人群使用；选用石墨烯取暖被褥，则能用最简单的方法迎刃而解的攻克这一技术难题，为制作控温≤32℃的取暖系统提供设计依据；据有关研究，石墨烯具有发射低温远红外线的特异功能，在发热过程中，在20-35℃间，能发出8~14μm、具有生命之光的远红外线，而生命科学研本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适宜特殊人群使用的石墨烯电发热取暖系统，其特征在于由人体（1）、石墨烯电发热取暖保暖被褥（2）、被窝空间（3）、电源连接线（4）、低压直流电源温控开关（5）组成为屏蔽电磁场、消除氧化效应无阴燃与CO产生、增强人体生物机能、温控≤32℃的适宜特殊人群使用的石墨烯电发热取暖系统；其中所述石墨烯电发热取暖保暖被褥（2）包含石墨烯保暖棉被(2‑1)、石墨烯床单(2‑2)、石墨烯电发热取暖褥垫(2‑3)三个部件；人体（1）入睡时，开启低压直流电源温控开关(5)，经温度传感器(2‑3‑5)检测与控制，当温控阈值≤32℃时，低压直流电源温控开关(5)自动关闭，与此同时，石墨烯电发热取暖保暖被褥（2）的三个部件在加热时发射低温远红外线，都同时作用于睡在被窝中人体（1），增强全身生物机能，产生增温效应，全方位提升身体各个部位的体表温度，使体表温度+褥垫取暖温度≤被窝空间32℃，维持到石墨烯电发热取暖保暖被褥（2）不再发射远红外线、生物机能无增温效应时，电源温控开关(5)再自动开启，石墨烯电发热取暖褥垫(2‑3)快速通电升温，石墨烯电发热取暖保暖被褥（2）再发射远红外线作用于人体（1），恢复增温效应，以32℃为阈值，实现低压直流电源温控开关(5)的开或关自动调控，使人体（1）在睡眠过程中，被窝空间(3)的温度始终处于热舒适度32℃的范围内，达到人体（1）在睡眠的全部时间里，既安全、健康取暖，又最大程度降低能耗的多重技术效果，用石墨烯增温效应的简单调控方法，解决了被窝热舒适度温度不易控制的难题。...

【技术特征摘要】
1.一种适宜特殊人群使用的石墨烯电发热取暖系统，其特征在于由人体（1）、石墨烯电发热取暖保暖被褥（2）、被窝空间（3）、电源连接线（4）、低压直流电源温控开关（5）组成为屏蔽电磁场、消除氧化效应无阴燃与CO产生、增强人体生物机能、温控≤32℃的适宜特殊人群使用的石墨烯电发热取暖系统；其中所述石墨烯电发热取暖保暖被褥（2）包含石墨烯保暖棉被(2-1)、石墨烯床单(2-2)、石墨烯电发热取暖褥垫(2-3)三个部件；人体（1）入睡时，开启低压直流电源温控开关(5)，经温度传感器(2-3-5)检测与控制，当温控阈值≤32℃时，低压直流电源温控开关(5)自动关闭，与此同时，石墨烯电发热取暖保暖被褥（2）的三个部件在加热时发射低温远红外线，都同时作用于睡在被窝中人体（1），增强全身生物机能，产生增温效应，全方位提升身体各个部位的体表温度，使体表温度+褥垫取暖温度≤被窝空间32℃，维持到石墨烯电发热取暖保暖被褥（2）不再发射远红外线、生物机能无增温效应时，电源温控开关(5)再自动开启，石墨烯电发热取暖褥垫(2-3)快速通电升温，石墨烯电发热取暖保暖被褥（2）再发射远红外线作用于人体（1），恢复增温效应，以32℃为阈值，实现低压直流电源温控开关(5)的开或关自动调控，使人体（1）在睡眠过程中，被窝空间(3)的温度始终处于热舒适度32℃的范围内，达到人体（1）在睡眠的全部时间里，既安全、健康取暖，又最大程度降低能耗的多重技术效果，用石墨烯增温效应的简单调控方法，解决了被窝热舒适度温度不易控制的难题。2.根据权利要求1所述一种适宜特殊人群使用的石墨烯电发热取暖系统，其特征在于所述石墨烯电发热取暖褥垫(2-3)由石墨烯电发热面料上层(2-3-1)、石墨烯棉絮充填层(2-3-2)、石墨烯布料底层(2-3-3)组合为三层结构，内配电极的电源接口(2-3-4)与温度传感器(2-3-5)；所述石墨烯电发热面料上层(2-3-1)选用专利号为2016103060997的石墨烯发热面料或2016200595204的加热石墨烯纺织布制作；所述石墨烯棉絮充填中层(2-3-2)选用山东...

【专利技术属性】
技术研发人员：张媛，杜佳，刘容，刘玉龙，李韡，
申请(专利权)人：湖南省农村科技发展中心，
类型：发明
国别省市：湖南,43