TW201443375A - 瞬間加熱型給水裝置及其加熱模組 - Google Patents

Abstract

本發明揭露一種瞬間加熱型給水裝置，包括水箱與至少一加熱模組。每一加熱模組包括塊體與加熱板，其中塊體包括凹槽、位於凹槽一端並連接水箱的入水端、位於凹槽另一端的出水端與複數個肋條。該些肋條形成於凹槽的底面且所突起的高度小於凹槽的深度，其兩支臂分別連接凹槽的兩側壁，且該些肋條的排列密度由入水端向出水端遞減。加熱板覆蓋凹槽的開口且未接觸到肋條，其背離凹槽的一面具有複數個加熱單元，其用以將外部電源轉換為熱能。

Description

瞬間加熱型給水裝置及其加熱模組

本發明有關於一種給水裝置，且特別是有關於一種瞬間加熱型給水裝置及其加熱模組。

現今由於人們生活品質不斷地提升，對於生活中的飲用水品質也越來越講究，以往利用瓦斯爐或電磁爐將生水加熱以取得熱水的方式早已被現今可以同時提供冷熱水的飲水機或是熱水瓶所取代。

然而，飲水機或是熱水瓶為了滿足使用者隨時可以取水使用的需求，必須透過加熱器將導入熱水膽的生水加熱至沸騰並持續地維持加熱，據以使熱水膽中的熱水溫度維持在預設溫度(例如攝氏八十度或是攝氏一百度)。

雖然這種飲水機或是熱水瓶提供了使用者取用熱水時的便利性，但卻因為需要將熱水膽中的熱水溫度維持在預設溫度，造成電源的不必要浪費，無法符合政府近年來所提倡的節能政策。

此外，使用者對於熱水的使用量會隨著時間或季節而有所不同，例如冬天時對熱水的需求用量會大於夏天時對熱水的需求用量。因此，若是欲將熱水膽中的熱水之水位保持在滿水位的狀態時，將會增加更多電源的消耗來使熱水膽中的水溫維持在預設溫度，而不符實際的使用需求也並非為有效益的使用方式。

本發明在於提供一種瞬間加熱型給水裝置及其加熱模組，透過加熱模組中的肋條以及加熱單元之對應設置，使得流經加熱模組內的水流可以產生熱對流，而具有良好的熱交換率。

本發明實施例提供一種瞬間加熱型給水裝置，此瞬間加熱型給水裝置電性連接外部電源，主要包括有一水箱與至少一加熱模組，其中每一個加熱模組包括有一塊體與一加熱板。塊體包括有一凹槽、一入水端、一出水端以及複數個肋條。入水端位於凹槽的一端並連接水箱，出水端位於凹槽的相對另一端。所述多個肋條形成於凹槽的底面且所述多個肋條所突起的高度小於凹槽的深度，所述多個肋條的兩支臂分別連接凹槽的兩側壁，且所述多個肋條的排列密度由入水端向出水端遞減。加熱板覆蓋凹槽的開口且未接觸到所述多個肋條，其中加熱板背離凹槽的一面具有複數個加熱單元，且每一個加熱單元對應於兩相鄰的肋條之間，所述多個加熱單元用以將外部電源轉換為熱能，據以加熱由水箱所注入的水流。其中，於水流流經兩相鄰的肋條與加熱板之間的區域時，接近加熱板的水流將瞬間加熱而產生熱對流，並透過熱對流的方式於兩相鄰的肋條與加熱板之間的區域形成迴流胞。

本發明實施例提供一種加熱模組，此加熱模組電性連接外部電源，包括有一塊體與一加熱板。塊體包括有一凹槽、一入水端、一出水端以及複數個肋條。入水端位於凹槽的一端並連接水箱，出水端位於凹槽的相對另一端。所述多個肋條形成於凹槽的底面且所述多個肋條所突起的高度小於凹槽的深度，所述多個肋條的兩支臂分別連接凹槽的兩側壁，且所述多個肋條的排列密度由入水端向出水端遞減。加熱板覆蓋凹槽的開口且未接觸到所述多個肋條，其中加熱板背離凹槽的一面具有複數個加熱單元，且每一個加熱單元對應於兩相鄰的肋條之間，所述多個加熱單元用以將外部電源轉換為熱能，據以加熱由水箱所注入的水流。

本發明實施例提供一種塊體，此塊體有一凹槽、一入水端、一出水端以及複數個肋條。入水端位於凹槽的一端並連接水箱，出水端位於凹槽的相對另一端。所述多個肋條形成於凹槽的底面且所述多個肋條所突起的高度小於凹槽的深度，所述多個肋條的兩支臂分別連接凹槽的兩側壁，且所述多個肋條的排列密度由入水端向出水端遞減。

綜上所述，本發明實施例提供一種瞬間加熱型給水裝置及其加熱模組，此加熱模組主要包括塊體與加熱板，透過塊體上的肋條之間隔設置以及加熱板上的加熱單元對應於兩相鄰肋條所形成的狹縫之設計，據以使得水流流經兩相鄰肋條與加熱板之間的區域時，接近加熱板的水流將瞬間加熱而產生熱對流，並透過熱對流的方式於兩相鄰的肋條與加熱板之間的區域形成迴流胞。

為使能更進一步瞭解本發明之特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，但是此等說明與所附圖式僅係用來說明本發明，而非對本發明的權利範圍作任何的限制。

A‧‧‧瞬間加熱型給水裝置

1‧‧‧加熱模組

10‧‧‧塊體

100‧‧‧凹槽

1000、1002‧‧‧導流斜坡

1004‧‧‧狹縫

102‧‧‧入水端

104‧‧‧出水端

106‧‧‧肋條

108‧‧‧凸塊

12‧‧‧加熱板

120‧‧‧加熱單元

2‧‧‧水箱

3‧‧‧泵浦

4‧‧‧氣液混合模組

5‧‧‧出水口

B‧‧‧外部電源

圖1係繪示依據本發明之一實施例之瞬間加熱型給水裝置之功能方塊圖。

圖2係繪示依據本發明之一實施例之加熱模組之立體分解示意圖。

圖3係繪示依據圖2之加熱模組於實際運作時之橫向剖面示意圖。

圖4係繪示依據本發明之另一實施例之加熱模組於實際運作時之橫向剖面示意圖。

〔瞬間加熱型給水裝置之實施例〕

請參照圖1，圖1係繪示依據本發明之一實施例之瞬間加熱型給水裝置之功能方塊圖。如圖1所示，瞬間加熱型給水裝置A電性連接於外部電源B，其中瞬間加熱型給水裝置A包括有加熱模組1、水箱2、泵浦3、液氣混合模組4與出水口5，其中加熱模組1的一端透過泵浦3而連接水箱2，而加熱模組1的另一端則是依序連接液氣混合模組4以及出水口5。

水箱2可拆卸地設置於瞬間加熱型給水裝置A上，其用以儲存瞬間加熱型給水裝置A所需加熱之液體，本發明在此不加以限制水箱2所能儲存之液體的容積大小。

泵浦3用以將儲存於水箱2的水流抽取至加熱模組1，本發明在此不加以限制泵浦3所能提供的流量大小。於實務上，泵浦3可以為一種容積式泵浦、動力式泵浦或是電磁泵浦，本發明在此不加以限制。

加熱模組1主要係用以對流經加熱模組1內的水流進行加熱的同時，更能使水流流經此區域時可以產生湍流(turbulence，亦稱紊流、渦流、亂流)，以提高熱交換率。於實務上，每一瞬間加熱型給水裝置A可以設置有至少一個加熱模組1，換句話說，所設置的加熱模組1越多時，出水口5可輸出的熱水量會越多。此外，本發明在此不加以限制外部電源B係為直流電源之型式或是交流電源之型式。以下分別就加熱模組1的各部元件作詳細的說明。

如圖2所示，圖2係繪示依據本發明之一實施例之加熱模組之立體分解示意圖。如圖2所示，每一個加熱模組1包括有一組塊體10與一組加熱板12，其中塊體10包括有一凹槽100、一入水端102、一出水端104、複數個肋條106、一凸塊108以及複數個狹縫1004，而加熱板12則是包括有複數個加熱單元120。

塊體10的其中一面具有一處凹槽100，以提供水流可以流通的空間。入水端102位於凹槽100的一端並透過泵浦3連接水箱2，出水端104位於凹槽100的另一端並透過液氣混合模組4連接 出水口5。於實務上，塊體10係由一種耐熱材料所製成之一體成形結構或是需經組裝而形成之組合結構，且本發明在此不加以限制耐熱材料之類型，舉例來說，耐熱材料可以為耐熱塑膠或是耐熱玻璃，同時塊體10亦具有良好的隔熱性質，以避免不必要的熱能散失。

此外，凹槽100更包括有形成於入水端102與最接近入水端102的肋條106之間的第一導流斜坡1000以及形成於出水端104與最接近出水端104的肋條106之間的第二導流斜坡1002，且第一導流斜坡1000接近入水端102處的深度較遠離入水端102處的深度深，第二導流斜坡1002的接近出水端104處的深度較遠離出水端104處的深度深，據以使流經第一導流斜坡1000與第二導流斜坡1002的水流產生渦流。本發明在此不加以限制第一導流斜坡1000與第二導流斜坡1002的坡度的大小(即坡度的陡峭程度)，舉例來說，可將第一導流斜坡1000的坡度設計為較第二導流斜坡1002的坡度陡峭。

所述多個肋條106形成於凹槽100的底面，且所述多個肋條106向凹槽100的開口所突起的高度小於凹槽100的深度，所述多個肋條106的兩支臂分別連接凹槽100的兩側壁。於實務上，所述多個肋條106可以是一種V型肋條，每一個肋條106的中心處即為V型肋條的尖端，且此V型肋條的尖端朝向出水端104，且為V型肋條的所述多個肋條106的兩支臂所形成的最佳夾角為一百二十度，以使所述多個肋條106的兩支臂之延伸方向與尖端之延伸方向的向量絕對值可以相等，但並不以此為限。此外，所述多個肋條106的兩支臂亦可呈彎曲或是弧形，本發明在此不加以限制。

值得注意的是，所述多個肋條106的排列密度係由入水端102向出水端104遞減，故靠近入水端102的所述多個肋條106其間距較為緊密，而靠近出水端104的所述多個肋條106其間距較為 鬆散。換句話說，藉由所述多個肋條106於凹槽100內互相間隔設置所形成的所述多個狹縫1004在靠近入水端102的空間較小，而在靠近出水端104的空間較大，且若所述多個肋條106為V型肋條的結構時，所述多個狹縫1004則會對應地成為一種V型狹縫結構。

此外，在入水端102與最接近入水端102的肋條106之間設置有一塊凸塊108，且入水端102與凸塊108的延伸方向相交於所述多個肋條106的中心處。換句話說，若所述多個肋條106為V型肋條的結構的話，則入水端102與凸塊108的延伸方向相交於所述多個V型肋條的尖端。所述的凸塊108用以使水流在流經所述多個肋條106與加熱板12之間的區域之前形成碎波。

加熱板12的其中一面設置有複數個加熱單元120，所述多個加熱單元120用以將外部電源B轉換為熱能，據以加熱由水箱2所注入於加熱模組1內的水流。於實際的操作中，加熱板12係覆蓋於凹槽100的開口且未接觸到所述多個肋條106，而所述多個加熱單元120係設置於加熱板12的背離凹槽100的一面，且每一個加熱單元120對應於兩相鄰的肋條106之間所形成的狹縫1004，換句話說，加熱板12上的任意一個加熱單元120與所對應的狹縫1004是在同一垂直線上。

值得注意的是，每一個加熱單元120係為至少一電阻佈線所組成，且於靠近入水端102的兩相鄰的肋條106之間的所述至少一電阻佈線的排列相對於靠近出水端104的兩相鄰的肋條106之間的所述至少一電阻佈線的排列緊密。換句話說，靠近入水端102處的加熱單元120的電阻佈線排列密度較為緊密，藉此來增加熱的傳輸速率，而靠近出水端104處的電阻佈線排列密度較為鬆散，以達到省電以及防止加熱蒸氣的過度產生之目的。

於實務上，加熱板12可以為一種以不鏽鋼材料所製成的PTC加熱板(positive temperature coefficient heating plate)，且加熱板最 佳厚度約在1~2公釐之間，但不以此為限，於所屬技術領域具有通常知識者可以依據實際使用情況而設計出加熱板12的厚度以及所使用的材料。

為了更清楚說明水流於加熱模組1內的活動情形，請參照圖3，圖3係繪示依據圖2之加熱模組於實際運作時之橫向剖面示意圖。如圖3所示，加熱板12上的每一個加熱單元120皆對應於塊體10上的每一個狹縫1004，水流流經兩相鄰的肋條106與加熱板12之間的區域時，接近加熱板12的水流將因加熱單元120的瞬間加熱而產生熱對流(convective heat transfer)，並透過熱對流的方式於兩相鄰的肋條106與加熱板12之間的區域形成迴流胞(convection cell)。

更詳細來說，於接近加熱板12的水流因加熱單元120的瞬間加熱而溫度上升時，由於冷水與熱水密度的不同，造成密度較小的熱水流向狹縫1004處轉移，而密度較大的冷水流則是向加熱板12處轉移進行補充。藉此，當泵浦3不斷地由水箱2抽取水流至加熱模組1時，水流除了有向加熱模組1的出水端104處流動外，更透過加熱模組1之作用而於每一個狹縫1004間所形成迴流胞來提升熱的交換率。

除此之外，加熱板12上更可以設置有一組溫控感應器(未繪示於圖式)，此溫控感應器用以感測加熱板12的溫度，並於加熱板12溫度超過預設閥值時切斷與外部電源B之電性連接，藉此來保護瞬間加熱型給水裝置A。

值得一提的是，本發明在此不加以限制所述多個肋條106與加熱板12之間的最短距離的間距大小(間距的部分是用以提供水流向出水端104處流動的渠道，即圖3的水平箭頭處)以及所述多個肋條106所突起的高度，於所屬技術領域具有通常知識者可以依據實際使用需求逕行設計出適當的渠道高度以及肋條106高度。較佳地，所述多個肋條106與加熱板12之間的最短距離係為 一預設間距，此預設間距正比於該些肋條106所突起的高度以及外部電源B於每一個加熱單元120上的輸入電量，這是由於在欲達成熱平衡以及最佳的熱交換率的條件下，所述的預設間距=[外部電源B於每一加熱單元120上的輸入電量/(水的熱導率*水於流過每一個熱單元所產生的溫度差)]*該些肋條106所突起的高度，其中水於流過每一個熱單元所產生的溫度差(△T)=注入於加熱模組1的水的流率*水的熱導率*外部電源B的總輸入電量，而水的熱導率(thermal conductivity)於常溫下為0.6Wm^-1K^-1。

此外，本發明在此不加以限制加熱模組1於瞬間加熱型給水裝置A內的擺放位置，舉例來說，加熱模組1可以直立地或是傾斜地設置於瞬間加熱型給水裝置A中(即入水端102較出水端104接近擺放有瞬間加熱型給水裝置A的工作面)，亦可以水平地設置於瞬間加熱型給水裝置A中。

請一併參照圖1與圖2，液氣混合模組4用以將由加熱模組1所輸出的流體(包括熱水流與蒸氣)轉化為熱水流，以防止蒸氣的漫延，達到提升熱轉換效率的目的。於實務上，液氣混合模組4可以為一種狹長管線，而出水口5可以為一種取水閥。

〔瞬間加熱型給水裝置之另一實施例〕

請參照圖4，圖4係繪示依據本發明之另一實施例之加熱模組於實際運作時之橫向剖面示意圖。如圖4所示，當兩相鄰肋條106的間距較大(亦即狹縫1004的空間較大)時，對應於上述狹縫1004的加熱單元120更可以設置有一組以上，例如圖4所示的每一個狹縫1004對應有兩組加熱單元120。由於圖4之加熱模組之實際運作類似於圖3之加熱模組，故不再贅述。

〔實施例的可能功效〕

綜上所述，本發明實施例提供一種瞬間加熱型給水裝置及其加熱模組，此加熱模組主要包括塊體與加熱板，透過塊體上的肋條之間隔設置以及加熱板上的加熱單元對應於兩相鄰肋條所形成 的狹縫之設計，據以使得水流流經兩相鄰肋條與加熱板之間的區域時，接近加熱板的水流將瞬間加熱而產生熱對流，並透過熱對流的方式於兩相鄰的肋條與加熱板之間的區域形成迴流胞。藉此，本發明之瞬間加熱型給水裝置及其加熱模組具有極高效率的熱交換率，除了可以使輸出水溫固定在一預設溫度外，更因為加熱模組之作用而能減少不必要的外部電源之消耗，達到節能之目的。

以上所述僅為本發明之實施例，其並非用以侷限本發明之專利範圍。

10‧‧‧塊體

100‧‧‧凹槽

1000、1002‧‧‧導流斜坡

1004‧‧‧狹縫

102‧‧‧入水端

104‧‧‧出水端

106‧‧‧肋條

108‧‧‧凸塊

12‧‧‧加熱板

120‧‧‧加熱單元

Claims (19)

1. 一種加熱模組，電性連接一外部電源，包括：一塊體，包括：一凹槽；一入水端，位於該凹槽的一端；一出水端，位於該凹槽的另一端；以及複數個肋條，形成於該凹槽的底面且該些肋條所突起的高度小於該凹槽的深度，該些肋條的兩支臂分別連接該凹槽的兩側壁，且該些肋條的排列密度由該入水端向該出水端遞減；以及一加熱板，覆蓋該凹槽的開口且未接觸到該些肋條，該加熱板背離該凹槽的一面具有複數個加熱單元，且每一該加熱單元對應於兩相鄰的肋條之間，該些加熱單元用以將該外部電源轉換為一熱能，據以加熱由該水箱所注入的水流。
2. 如申請專利範圍第1項所述之加熱模組，其中該塊體更包括一凸塊，該凸塊設置於該入水端與最接近該入水端的該肋條之間，且該入水端與該凸塊的延伸方向相交於該些肋條的中心處。
3. 如申請專利範圍第1項所述之加熱模組，其中該凹槽包括形成於該入水端與最接近該入水端的該肋條之間的一第一導流斜坡以及形成於該出水端與最接近該出水端的該肋條之間的一第二導流斜坡，該第一導流斜坡的接近該入水端處的深度較遠離該入水端處的深度深，該第二導流斜坡的接近該出水端處的深度較遠離該出水端處的深度深。
4. 如申請專利範圍第1項所述之加熱模組，其中該些肋條係為V型肋條，且每一該肋條的中心處為一尖端，該尖端朝向該出水端。
5. 如申請專利範圍第4項所述之加熱模組，其中每一該肋條的兩 支臂所形成的夾角為一百二十度。
6. 如申請專利範圍第1項所述之加熱模組，其中所述多個肋條與該加熱板之間的最短距離係為一預設間距，該預設間距正比於該些肋條所突起的高度以及該外部電源於每一該加熱單元上的輸入電量。
7. 如申請專利範圍第1項所述之加熱模組，其中每一該加熱單元係為至少一電阻佈線所組成，且於靠近該入水端的兩相鄰的肋條之間的所述至少一電阻佈線的排列相對於靠近該出水端的兩相鄰的肋條之間的所述至少一電阻佈線的排列緊密。
8. 一種瞬間加熱型給水裝置，電性連接一外部電源，包括：一水箱；以及至少一加熱模組，每一該加熱模組包括：一塊體，包括：一凹槽；一入水端，位於該凹槽的一端並連接該水箱；一出水端，位於該凹槽的另一端；以及複數個肋條，形成於該凹槽的底面且該些肋條所突起的高度小於該凹槽的深度，該些肋條的兩支臂分別連接該凹槽的兩側壁，且該些肋條的排列密度由該入水端向該出水端遞減；以及一加熱板，覆蓋該凹槽的開口且未接觸到該些肋條，該加熱板背離該凹槽的一面具有複數個加熱單元，且每一該加熱單元對應於兩相鄰的肋條之間，該些加熱單元用以將該外部電源轉換為一熱能，據以加熱由該水箱所注入的水流；其中，於水流流經兩相鄰的肋條與該加熱板之間的區域時，接近該加熱板的水流將瞬間加熱而產生熱對流，並透過熱對流的方式於兩相鄰的肋條與該加熱板之間 的區域形成一迴流胞。
9. 如申請專利範圍第8項所述之瞬間加熱型給水裝置，其中該塊體更包括一凸塊，該凸塊設置於該入水端與最接近該入水端的該肋條之間，且該入水端與該凸塊的延伸方向相交於該些肋條的中心處，該凸塊用以使水流在流經該些肋條與該加熱板之間的區域之前形成碎波。
10. 如申請專利範圍第8項所述之瞬間加熱型給水裝置，其中該凹槽包括形成於該入水端與最接近該入水端的該肋條之間的一第一導流斜坡以及形成於該出水端與最接近該出水端的該肋條之間的一第二導流斜坡，該第一導流斜坡的接近該入水端處的深度較遠離該入水端處的深度深，該第二導流斜坡的接近該出水端處的深度較遠離該出水端處的深度深，據以使流經該第一導流斜坡與該第二導流斜坡的水流產生渦流。
11. 如申請專利範圍第8項所述之瞬間加熱型給水裝置，其中該些肋條係為V型肋條，且每一該肋條的中心處為一尖端，該尖端朝向該出水端。
12. 如申請專利範圍第11項所述之瞬間加熱型給水裝置，其中每一該肋條的兩支臂所形成的夾角為一百二十度。
13. 如申請專利範圍第8項所述之瞬間加熱型給水裝置，其中所述多個肋條與該加熱板之間的最短距離係為一預設間距，該預設間距正比於該些肋條所突起的高度以及該外部電源於每一該加熱單元上的輸入電量。
14. 如申請專利範圍第8項所述之瞬間加熱型給水裝置，其中每一該加熱單元係為至少一電阻佈線所組成，且於靠近該入水端的兩相鄰的肋條之間的所述至少一電阻佈線的排列相對於靠近該出水端的兩相鄰的肋條之間的所述至少一電阻佈線的排列緊密。
15. 一種塊體，包括： 一凹槽；一入水端，位於該凹槽的一端；一出水端，位於該凹槽的另一端；以及複數個肋條，形成於該凹槽的底面且該些肋條所突起的高度小於該凹槽的深度，該些肋條的兩支臂分別連接該凹槽的兩側壁，且該些肋條的排列密度由該入水端向該出水端遞減。
16. 如申請專利範圍第15項所述之塊體，其中該塊體更包括一凸塊，該凸塊設置於該入水端與最接近該入水端的該肋條之間，且該入水端與該凸塊的延伸方向相交於該些肋條的中心處。
17. 如申請專利範圍第15項所述之塊體，其中該凹槽包括形成於該入水端與最接近該入水端的該肋條之間的一第一導流斜坡以及形成於該出水端與最接近該出水端的該肋條之間的一第二導流斜坡，該第一導流斜坡的接近該入水端處的深度較遠離該入水端處的深度深，該第二導流斜坡的接近該出水端處的深度較遠離該出水端處的深度深。
18. 如申請專利範圍第15項所述之塊體，其中該些肋條係為V型肋條，且每一該肋條的中心處為一尖端，該尖端朝向該出水端。
19. 如申請專利範圍第18項所述之塊體，其中每一該肋條的兩支臂所形成的夾角為一百二十度。