TW201442550A - 加熱器 - Google Patents

Abstract

本發明係為一種加熱器，包含：一導熱管體，具有一供流體通過的管道、及一外環面；一撓性電熱元件，包覆於該導熱管體並可將電能轉換成熱能，且具有一結合於該外環面的電熱內導面、及一反向於該電熱內導面的電熱外導面；一隔熱元件，包覆於該撓性電熱元件，並具有一結合於該電熱外導面的隔熱表面，使該導熱管體與該撓性電熱元件被該隔熱元件包覆結合成一體，藉以提升該加熱器的電熱轉換效率，而適用在即時加熱的系統；提升控制該加熱器加熱溫度的精準度；防止該加熱器對流體進行加熱時，該加熱液體有洩漏之虞；及避免該加熱器在加熱作業時產生油垢，影響熱傳導效能，以節省能源。

Description

加熱器

本發明係與加熱器有關，且特別是有關於一種流體之加熱器。

參閱第1圖所示，顯示習知加熱器的示意圖。該加熱器10主要係由一加熱單元11與一供該加熱單元11設置的容器本體12所組成，其中該加熱單元11主要係由一管體111、一設於該管體111內且不與該管體111接觸的電熱絲112、及充填在該管體111內的無機填充物113(例如氧化鎂)所組成，該容器本體12具有一容室121及一與該容室121相通的流體入口122與流體出口123，據此，將該加熱單元11通電，該電熱絲112會產生熱，該熱會藉由無機填充物113傳至管體111，藉以對流經該容器本體12內部的流體(水或油等)進行加熱，然而，習知加熱器10於實際使用情形仍具有下述須立即改善的缺陷。

其一、由於該電熱絲112所產生的熱必須透過傳熱性較差的無機填充物113傳導至該管體111，並非與該管體111直接接觸而將熱直接傳導至該管體111，同時因絕緣需求，無機填充物的厚度有其一定的要求，至少具有數公厘(mm)，增加熱傳路徑，因此，該加熱單元11產生熱能較慢，不適用在即時加熱的系統，例如即熱型電熱水器。

其二、由於習知加熱單元11產生的熱能較慢，使得該電熱絲112所產 生的熱無法及時地被流體帶走，因此，該加熱單元11產生的熱能無法有效的被應用，造成電熱轉換效不佳的缺陷，同時，當加熱行為結束時，加熱單元11內所積蓄的熱能將持續的釋出，造成加熱溫度控制上的困擾。

其三、該加熱單元11組設於該容器本體12後，其組設處必須施以密封與耐腐蝕等物理性防護，以避免流體洩漏，特別是使用溫度較高的油加熱系統，加熱溫度高過150℃，許多迫緊(Packing)的不耐溫性會容易形成洩漏的現象。

其四、該加熱單元11在進行發熱過程時，主要是透過該電熱絲112所產生的熱而傳導至該管體111的周側，且是集中在相對於該電熱絲112之處，因此，造成加熱區域過於集中，導致該管體111局部及周側附近的溫度過高，對流體為油的系統而言，容易使造成油變質，產生油垢，油垢進一步包覆到管體111表面，更造成管體111熱傳效果更差，浪費能源。

是以，如何開發出一種加熱器，其可解決上述的缺陷，即為本案發明的動機。

本發明之目的在於提供一種加熱器，其主要在提升該加熱器的電熱轉換效率，而適用在即時加熱的系統。

本發明另一目的在於提供一種加熱器，其主要在提升控制該加熱器加熱溫度的精準度。

本發明再一目的在於提供一種加熱器，因其組裝容易，故可防止該加熱器對流體進行加熱時，該加熱液體有洩漏之虞。

本發明又一目的在於提供一種加熱器，其主要避免該加熱器在加熱 作業時產生油垢，影響熱傳導效能，以節省能源。

緣是，為了達成前述目的，依據本發明所提供之一種加熱器，包含：一導熱管體，具有一供流體通過的管道、及一外環面；一撓性電熱元件，包覆於該導熱管體並可將電能轉換成熱能，且具有一結合於該外環面的電熱內導面、及一反向於該電熱內導面的電熱外導面；一隔熱元件，包覆於該撓性電熱元件，並具有一結合於該電熱外導面的隔熱表面，使該導熱管體與該撓性電熱元件被該隔熱元件包覆結合成一體。

較佳地，該撓性電熱元件更具有一第一絕緣層、複數發熱體、及一第二絕緣層，該第一絕緣層具有一第一絕緣頂面、一反向於該第一絕緣頂面的該電熱內導面，各該發熱體係彼此電性連結地設於該第一絕緣頂面，該第二絕緣層具有一結合於該第一絕緣頂面及各該發熱體的第二絕緣底面、及一反向於該第二絕緣底面的該電熱外導面。

較佳地，該撓性電熱元件更具有一第一絕緣層、一第一黏著劑層、複數發熱體、一第二黏著劑層、及一第二絕緣層，該第一絕緣層具有一第一絕緣頂面、一反向於該第一絕緣頂面的該電熱內導面，該第一黏著劑層係塗佈在該第一絕緣頂面、各該發熱體係彼此電性連結地設於該第一黏著劑層上，該第二黏著劑層係塗佈在該第一黏著劑層且包覆各該發熱體，該第二絕緣層具有一結合於該第二黏著劑層的第二絕緣底面、及一反向於該第二絕緣底面的該電熱外導面。

較佳地，該導熱管體為金屬管或陶瓷管。

較佳地，該第一絕緣層與該第二絕緣層皆由聚醯亞胺(PI,polyimide)所製成。

較佳地，該發熱體為鎳合金箔、銅合金箔、鐡合金箔、碳膠、導電膠，奈米金屬線、金屬氧化物、或金屬氮化物其中之一所製成。

較佳地，該第一黏著劑層及該第二黏著劑層皆為矽膠粘著劑、鐡氟龍粘著劑或聚醯亞胺粘著劑。

較佳地，該撓性電熱元件為片狀或條狀。

較佳地，該導熱管體更具有第一螺牙管部及一反向於該第一螺牙管部的第二螺牙管部。

較佳地，該導熱管體的外環面與該撓性電熱元件的電熱內導面之間設有一絕緣層。

有關本發明為達成上述目的，所採用之技術、手段及其他之功效，茲舉五較佳可行實施例並配合圖式詳細說明如後。

10‧‧‧加熱器

11‧‧‧加熱單元

111‧‧‧管體

112‧‧‧電熱絲

113‧‧‧無機填充物

12‧‧‧容器本體

121‧‧‧容室

122‧‧‧流體入口

123‧‧‧流體出口

100‧‧‧加熱器

20‧‧‧導熱管體

21‧‧‧管道

22‧‧‧外環面

23‧‧‧第一螺牙管部

24‧‧‧第二螺牙管部

30‧‧‧撓性電熱元件

31‧‧‧電熱內導面

32‧‧‧電熱外導面

33‧‧‧第一絕緣層

331‧‧‧第一絕緣頂面

34‧‧‧發熱體

35‧‧‧第二絕緣層

351‧‧‧第二絕緣底面

36‧‧‧第一黏著劑層

37‧‧‧第二黏著劑層

40‧‧‧隔熱元件

41‧‧‧隔熱表面

51‧‧‧流體輸入接管

52‧‧‧流體輸出接管

53‧‧‧接管

60‧‧‧絕緣層

54‧‧‧轉接體

541‧‧‧內部空間

542‧‧‧流體輸入口

543‧‧‧流體輸出口

55‧‧‧水龍頭

56‧‧‧直管

57‧‧‧彎管

58‧‧‧地板

第1圖係習知加熱器的示意圖。

第2圖係本發明第一實施例的立體分解圖。

第3圖係本發明第一實施例的組合剖面圖。

第4圖係本發明第一實施例的另一軸向的組合剖面圖。

第5圖係本發明第一實施例的剖面圖，顯示撓性電熱元件的剖面狀態。

第6圖係本發明第二實施例的剖面圖，顯示撓性電熱元件的剖面狀態。

第7圖係本發明第三實施例的剖面圖，顯示導熱管體設有第一、二螺牙管部的狀態。

第8圖係本發明第三實施例的使用狀態參考圖。

第9圖係本發明第四實施例的立體分解圖，顯示撓性電熱元件呈條狀 的狀態。

第10圖係本發明第四實施例的立體分解圖，顯示撓性電熱元件呈條狀且繞設在導熱管體的狀態。

第11圖係本發明第五實施例的組合剖面圖。

第12圖係本發明第一實施例的使用狀態參考圖，顯示在一轉接體內並排設有複數加熱器的狀態。

第13圖係第12圖線段13-13的剖面圖。

第14圖係本發明第一實施例的使用狀態參考圖，顯示使用在水龍頭上的狀態。

第15圖係本發明第一實施例的使用狀態參考圖，顯示使用在屋內地板的狀態。

參閱第2、3、4圖所示，本發明第一實施例所提供的一種加熱器100，其主要係由一導熱管體20、一撓性電熱元件30、及一隔熱元件40所組成，其中：

該導熱管體20，具有一供流體通過的管道21、及一外環面22；本實施例中，該導熱管體20為金屬管，例如銅管(導熱係數>400W/m℃)、鋁管(導熱係數>200W/m℃)等熱導性較佳的管件，當然亦可為陶瓷管，例如氮化鋁管(Alumina Nitride)其導熱係數可達250W/m℃。

該撓性電熱元件30，呈一片狀體且具撓性可彎折，該撓性電熱元件30包覆於該導熱管體20並可將電能轉換成熱能，且具有一結合於該外環面22的電熱內導面31、及一反向於該電熱內導面31的電熱外導面32。

該隔熱元件40，包覆於該撓性電熱元件30，並具有一結合於該電熱外導面32的隔熱表面41，使該導熱管體20與該撓性電熱元件30被該隔熱元件40包覆結合成一體。本實施例中該隔熱元件40係為熱傳較不良的包覆材(如SUS304金屬片)，並透過耐高溫的接著膠(導熱膠)粘著、機械式迫緊壓合或其他適當的固定方式(如焊接)，使該導熱管體20、撓性電熱元件30、及隔熱元件40結合成一體。

以上所述即為本發明第一實施例各主要構件之結構及其組態說明。

藉此，本發明可達下述目的。

其一、提升該加熱器100的電熱轉換效率，而適用在即時加熱的系統。

由於該撓性電熱元件30係完全包覆在該導熱管體20的外環面22，而具有大面積的熱傳導效果，同時該撓性電熱元件30厚度很薄(<0.5 mm)，熱傳路徑極短，因此，讓該導熱管體20得以直接且快速的接收該撓性電熱元件30所轉換的熱能而進行發熱，以便快速地對流經該導熱管體20管道21內的流體進行加熱，達到提升該加熱器100的電熱轉換效率的目的，同時，該撓性電熱元件30是被該隔熱元件40所完全包覆，而該隔熱元件40是熱傳較不良的包覆材，因此，可以降低該撓性電熱元件30轉換成的熱能由其電熱外導面32直接而散逸到外界，造成熱能的損失與浪費，同時讓該撓性電熱元件30轉換成的熱能大部分傳導至該導熱管體20，而更能提升該加熱器100的電熱轉換效率。

其二、提升控制該加熱器100加熱溫度的精準度。

由於該導熱管體20得以直接且快速的接收該撓性電熱元件30的熱能而進行發熱，因此，該導熱管體20與該撓性電熱元件30之間的熱傳導反應較 佳，而得以視通電時間來控制該導熱管體20所產生的熱度，同時如上所述該撓性電熱元件30厚度很薄(<0.5 mm)，整體加熱過程所累積在加熱體上的熱極少，電源關閉後撓性電熱元件30瞬間冷卻，故極易達到控制該加熱器100加熱溫度精準度的目的。

其三、防止該加熱器100對流體進行加熱時，該加熱液體有洩漏之虞。

由於該導熱管體20、撓性電熱元件30、及隔熱元件40結合成一體，且該導熱管體20具有一供流體通過的管道21，而該管道21可視為習知容器本體的容室，又該通道21為一體成型並無與其他構件組接，因此，當流體流經該管道21進行加熱時，該流體不會由該導熱管體20洩漏於外。

其四、避免該加熱器100在加熱作業時產生油垢，影響熱傳導效能，以節省能源。

由於該撓性電熱元件30係完全包覆在該導熱管體20的外環面22，而具有大面積的熱傳導效果，因此，本發明加熱器100在進行發熱過程中，該導熱管體20係全面受熱，並無熱點集中的產生，也正因如此，該導熱管體20的管道21內壁皆為均熱的加熱區域，而不會受熱不均，進而導致流經該管道內的流體產生變質而生成油垢(或水垢)，該油垢(或水垢)再進一步附著在管道21內壁，導致該導熱管體20傳效果差，浪費能源，是以，本發明確實能避免該加熱器100在加熱作業時產生油垢，影響熱傳導效能，以節省能源。

除此之外，本發明更至少具有下述目的。

其一、成本優勢：本發明該導熱管體20具有一供流體通過的管道21，而該管道21可視為習知容器本體的容室，因此有異於傳統加熱器100使用 方式需有一個容器本體的搭配，而本發明可透過該導熱管體20而直接固定於系統中，大幅減少製作容器本體的成本，極具成本優勢。

其二、安全優勢：由於本發明藉由該隔熱元件40而將該撓性電熱元件30結合在該導熱管體20的外環面22，又該導熱管體20的管道21係供流體通過，因此，該流體被導熱管體20所阻隔而不會與該撓性電熱元件30接觸，亦即藉由該導熱管體20將流體與電熱分離，做到真正乾溼分離狀態，大幅提高使用的安全性。

值得一提的是，參閱第5圖所示，本發明第一實施例中，該撓性電熱元件30是為一種耐高溫的PI電熱片，其厚度<0.5 mm，故提供了最短/最佳的熱傳導過程，並更具有一第一絕緣層33、複數發熱體34、及一第二絕緣層35，該第一絕緣層33具有一第一絕緣頂面331、一反向於該第一絕緣頂面311的該電熱內導面31，各該發熱體34係彼此電性連結地設於該第一絕緣頂面331，該第二絕緣層35具有一結合於該第一絕緣頂面331及各該發熱體34的第二絕緣底面351、及一反向於該第二絕緣底面351的該電熱外導面32，其中：

各該發熱體34為鎳合金箔、銅合金箔、鐡合金箔、碳膠、導電膠，奈米金屬線、金屬氧化物、或金屬氮化物等具有高電阻阻抗且具導電特性的材料所製成，且透過加電壓或通過電流而產生熱量，而各該發熱體34可以是呈膜片狀，製做成片狀、捲狀的材料，或者亦可是利用真空鍍膜或無電解電鍍、及凝膠法形成的材料，其厚度可以是在0.1μm至100μm的範圍內。

該第一絕緣層33與該第二絕緣層35皆由聚醯亞胺(PI,polyimide)所 製成，該PI材料的軟化點可高達400℃，同時對各該發熱體34進行包覆絕緣，因為具有高電阻阻抗且具導電特性的材料所製成的發熱體34耐溫性都極高，故運用在二百多℃以下的流體加熱(油裂解溫度常在300℃，水的沸點100℃)已非常足夠，再加上全面性的發熱線路，其發熱面積極大，單位功率遠低於習知加熱單元中的電熱絲，故不會有熱點存在，故也不會有如管體非常熱的狀況存在，故也不會對油產生破壞。

參閱第6圖，為本發明第二實施例的剖面圖，顯示該撓性電熱元件30的剖面狀態，其與第一實施例不同處在於：

該撓性電熱元件30更具有一第一絕緣層33、一第一黏著劑層36、複數發熱體34、一第二黏著劑層37、及一第二絕緣層35，該第一絕緣層33具有一第一絕緣頂面331、一反向於該第一絕緣頂面331的該電熱內導面31，該第一黏著劑層36係塗佈在該第一絕緣頂面331、各該發熱體34係彼此電性連結地設於該第一黏著劑層36上，該第二黏著劑層37係塗佈在該第一黏著劑層36且包覆各該發熱體34，該第二絕緣層35具有一結合於該第二黏著劑層37的第二絕緣底面351、及一反向於該第二絕緣底面351的該電熱外導面32。本實施例中，該該第一黏著劑層36與該第二黏著劑層37皆為可耐高溫的粘著劑，如矽膠粘著劑、鐡氟龍粘著劑、或聚醯亞胺粘著劑，其耐溫性均在150℃以上。據此，藉以達成該撓性電熱元件40另一實施狀態。

參閱第7圖，為本發明第三實施例的剖面圖，顯示本發明的使用狀態，其與第一實施例不同處在於：該導熱管體20更具有第一螺牙管部23及一反向於該第一螺牙管部23 的第二螺牙管部24，藉此，藉由該第一、二螺牙管部23、24可分別與流體輸入接管51及流體輸出接管52組接，進而快速的及方便的組裝至需加熱的物體上，而具有組裝容易的功效。

當然，也可如第8圖所示，本發明除了與直管狀的流體輸入接管51及流體輸出接管52相互組接外，也可取用複數個加熱器100而與彎曲狀接管53相互組接，藉以使各該加熱器100呈一串連型態，而組成一流體加熱器的管路系統或工業管線的管路系統。

參閱第9、10圖，為本發明第四實施例的立體分解圖，顯示本發明的使用狀態，其與第一實施例不同處在於：該撓性電熱元件30為條狀，而有間隙地繞設在該導熱管體20上，再透過該隔熱元件40將該導熱管體20與該撓性電熱元件30包覆結合成一體，藉以達成另一種實施狀態。

參閱第11圖，為本發明第五實施例的組合剖面圖，顯示本發明的另一種實施狀態，其與第一實施例不同處在於：於該導熱管體20的外環面22與該撓性電熱元件30的電熱內導面31之間設有一絕緣層60，該絕緣層60厚度為0.005~0.5 mm，材質可為聚醯亞胺高分子，或其耐溫性超過150℃的絕緣材料，如此可提高該導熱管體20與該撓性電熱元件30間絕緣特性及保護性，防止該導熱管體20為金屬時，該金屬外環面22的不平整對該撓性電熱元件30的破壞。

參閱第12、13圖，為本發明第一實施例的使用狀態圖及其剖面圖，顯示本發明的使用狀態，其主要將本發明之加熱器100呈並聯狀地組設在一轉接體54的內部空間541，且該轉接體54具有一與該內部空間541相通的 流體輸入口542及一流體輸出口543，當流體由該流體輸入口542進入後，該流體流經各該加熱器100，而同時對該流體進行加熱，再將被加熱之流體匯集，經由流體輸出口543排出，即可提供已被加溫之流體源，供後續使用者使用。

參閱第14圖，為本發明第一實施例的另一種使用狀態圖，顯示本發明的使用狀態，其主要係將本發明之加熱器100可直接應用於水龍頭55上，使水龍頭55之水源可瞬間提升水溫，供一般使用者日常使用；同理，本發明之加熱器100亦可應用其他需對水或油等加熱的地方，而不只限於水龍頭的應用。

參閱第15圖，為本發明第一實施例的一種使用狀態圖，顯示本發明的使用狀態，其主要係將本發明之加熱器100搭配直管56或彎管57而呈串接型態地設在屋內地板58(或牆壁)，藉由該加熱器100所提供的熱源，可使地板58維持在設定的溫度，同時經由空氣的對流，也可使室內的溫度達到舒適的程度。

綜上所述，上述各實施例及圖示僅為本發明的較佳實施例而已，當不能以之限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍所作的均等變化與修飾，皆應屬本發明專利涵蓋的範圍內。

100‧‧‧加熱器

20‧‧‧導熱管體

21‧‧‧管道

22‧‧‧外環面

30‧‧‧撓性電熱元件

31‧‧‧電熱內導面

32‧‧‧電熱外導面

40‧‧‧隔熱元件

41‧‧‧隔熱表面

Claims (10)

1. 一種加熱器，包含：一導熱管體，具有一供流體通過的管道、及一外環面；一撓性電熱元件，包覆於該導熱管體並可將電能轉換成熱能，且具有一結合於該外環面的電熱內導面、及一反向於該電熱內導面的電熱外導面；一隔熱元件，包覆於該撓性電熱元件，並具有一結合於該電熱外導面的隔熱表面，使該導熱管體與該撓性電熱元件被該隔熱元件包覆結合成一體。
2. 如申請專利範圍第1項所述之加熱器，其中該撓性電熱元件更具有一第一絕緣層、複數發熱體、及一第二絕緣層，該第一絕緣層具有一第一絕緣頂面、一反向於該第一絕緣頂面的該電熱內導面，各該發熱體係彼此電性連結地設於該第一絕緣頂面，該第二絕緣層具有一結合於該第一絕緣頂面及各該發熱體的第二絕緣底面、及一反向於該第二絕緣底面的該電熱外導面。
3. 如申請專利範圍第1項所述之加熱器，其中該撓性電熱元件更具有一第一絕緣層、一第一黏著劑層、複數發熱體、一第二黏著劑層、及一第二絕緣層，該第一絕緣層具有一第一絕緣頂面、一反向於該第一絕緣頂面的該電熱內導面，該第一黏著劑層係塗佈在該第一絕緣頂面、各該發熱體係彼此電性連結地設於該第一黏著劑層上，該第二黏著劑層係塗佈在該第一黏著劑層且包覆各該發熱體，該第二絕緣層具有一結合於該第二黏著劑層的第二絕緣底面、及一反向於該第二絕緣底面的該電熱外導面。
4. 如申請專利範圍第1項所述之加熱器，其中該導熱管體為金屬管或陶瓷管。
5. 如申請專利範圍第2或3項所述之加熱器，其中該第一絕緣層與該第二絕緣層皆由聚醯亞胺(PI,polyimide)所製成。
6. 如申請專利範圍第2或3項所述之加熱器，其中該發熱體為鎳合金箔、銅合金箔、鐡合金箔、碳膠、導電膠，奈米金屬線、金屬氧化物、或金屬氮化物其中之一所製成。
7. 如申請專利範圍第3項所述之加熱器，其中該第一黏著劑層及該第二黏著劑層皆為矽膠粘著劑、鐡氟龍粘著劑、或聚醯亞胺粘著劑。
8. 如申請專利範圍第1項所述之加熱器，其中該撓性電熱元件為片狀或條狀。
9. 如申請專利範圍第1項所述之加熱器，其中該導熱管體更具有第一螺牙管部及一反向於該第一螺牙管部的第二螺牙管部。
10. 如申請專利範圍第1項所述之加熱器，其中該導熱管體的外環面與該撓性電熱元件的電熱內導面之間設有一絕緣層。