TW391017B - Improved immersion heating element with heghly thermally conductive polymeric coating - Google Patents

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3； 3； 錄濟部中央樣率局貝工消费合作社印装 五、發明说明（> ) 些鞘套己知含有銅和不锈網。此外，本發明以使用非耐 腐蝕之材料，其和磺網，為鞘套。對於耐蝕材料，塗層 須相鲟薄於對非酎蝕材料者，為此箱至少约l〇Bil (千分 之一時）和較高熱導性值之塗層。 一種習用電阻加熱元件201之改良型，如第13圖所 示。此元件201具有一電阻加熱線設於軸向，通過u型 管狀金靨套220,在線210舆金屬套220之間有粉狀陶瓷 材料23吣鞘套220然後被塗以本發明之高熱導性聚合物 塗層240以防在金屬套和糸統中任何曝篇之陽棰金屬零 件之間發生流動電流。此聚合物材料之優異熱導性，尤 其本文所掲示之各種添加物，使得加熱元件獲得對水有 效加熱所需之高瓦特數，且在超過120。F之溫度而不致 熔融該塗層。 聚合物塗層可以施用於金靨鞘套，其為含有例如銅， 黄銅*不锈期，或碩綱，或以射出成形，或將金靥套浸 入流化床中塗複以諸如PPS(聚亞苯基硫醚），PEEK(聚醚 醚酮，LCP(液晶聚合物）等粒狀或粉狀之聚合物。 在本發明之流«加熱器中所用傳導電流而産生熱之電 阻材料較佳含有導電性而附熱之霣阻金屬。一種待殊金 颶為Ni-Cr合金，雖然某些銅，網和不锈銷合金也能適 合。更理想者，例如以含有石墨，磺或金面粉或繼維之 導電性聚合物取代金颶的電阻材料，只要、能夠産生充份 之電阻熱加熱於例如為水之流髅邸可。其餘在較佳聚合 物製成之流體加熱器1〇〇中之導電體也可用這些導電材料 -1 4 _ 本紙張尺度適用中R K家標率（CNS ) (210X297公釐） ---------- (請先W讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 A7 B7 經濟部中央橾準局貝工消費合作社印製 五、發明説明（ 1 ) 1 1 I a m 串 請 案 1 1 I 本 申 誚 案 為 1 9 9 4 年 12月 Ζί ΙΒ 在 美 困 串 請 專 利 序 號 08/ 1 3 6 5 , 9 2 0 , 且已«美國専利第5 ,586 ,2 14號 * 名 稱 為 厂 具 請 浸 入 式 加 先 1 有 离 阻 加 熱 材 料 並 有 聚 合 物 層 設 於 其 上 之 熱 元 閲 諸 1 件 J 之 専 利 案 之 延 鑛 部 份 〇 背 面 I 之 1 本 甲 請 案 亦 為 19 96年 9 1 1 月 1 2 6 曰 在 美 國 串 謫 専 利 > 注 意 1 I 序 號 為 __ __ 號 9 名 稱 為 厂 具 有 骨 架 支 持 及 可 m 用 之 傳 事 項 再 1 1 熱 翼 片 之 改 良 聚 合 物 所 製 浸 入 式 加 熱 元 件 J 之 串 誚 案 之 | 士 )1 裝 1 I 延 鑛 部 份 〇 尽 頁 明 範 醻 1 1 本 發 明 是 藺 於 η 阻 加 熱 元 件 9 尤 其 關 於 用 於 氣 體 和 液 1 I 黼 加 熱 之 含 聚 合 物 電 阻 加 熱 元 件 0 1 訂 a_ 明 背 1 用 於 舆 熱 水 器 相 鬭 之 霄 阻 加 熱 元 件 習 知 是 用 金 屬 或 陶 1 I 瓷 零 件 製 成 〇 習 用 構 造 包 括 一 對 硬 焊 至 鍊 一 絡 線 圈 端 部 1 1 之 終 纗 銷 » 然 後 以 麯 向 置 入 一 U 型 管 狀 之 金 颶 套 中 〇 電 1 1 阻 線 圏 用 通 常 為 粉 狀 之 氣 化 鎂 陶 瓷 材 料 舆 金 羼 套 绝 緣 〇 I _ 然 此 類 習 用 加 熱 元 件 曾 為 熱 水 器 工 業 中 要 角 歷 數 十 1 1 年 然 已 知 有 許 多 缺 黏 〇 例 如 » 金 屬 鞘 套 與 曝 露 於 檐 中 I 之 金 屬 表 面 間 如 有 流 動 霣 流 發 生 > 則 可 能 造 成 % 統 中 各 l· | m 極 金 鼷 零 件 發 生 腐 蝕 0 加 熱 元 件 之 金 颶 鞘 套 » 通 常 由 1 1 緬 或 鋼 合 金 製 成 » 吸 引 水 中 的 石 灰 澱 潰 物 » 也 會 導 致 加 1 I 熱 元 件 提 早 失 效 〇 此 外 9 使 用 之 黃 銅 接 件 和銅 管 件 因 近 1 1 I 年 銅 價 上 漲 而 昂 貴 0 3 - 1 1 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS > A4規格（2丨〇><297公釐） A7 ^ . __B7 Γ 五、發明説明（I& ) 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 10 有效元件部份 11 流通穴 12,16 終端端部 13 熱水爐槽 14 線圈 18 導體棒 20 終端導體 21 導體棒 22 螺紋 23，24 一對終端接頭 25 熱阻體 27,29 熱阻體終端 28 聚合端蓋 30 聚合物層 31,35 導體穴 32 凸緣 34 ,36 螺紋孔 35 導體穴 38 溝槽 39 熱阻體穴 42,43 第一對螺線 44 摺合端部或螺線端部 45,55 一對鈎或銷 -20- 請 先 閲 讀 背 面 之 注 意 事 項 再 S 寫 本 頁 本紙張尺度適用中國國家標準（cys ) A4規格（210X297公釐） 經濟部中央橾準局員工消費合作社印装 Α7 Β7 五、發明説明（>) 作為金饜元件之代用品，至少在Cunningha·之美國專 利3,943, 328中有一塑醪鞘套之電熱元件。在此已經掲 示之裝置中，曾用電咀線和粉狀氣化钱與一塑醪糖套達 接。因為此種塑膠鞘套為非導電性，加熱單元之其他金 颶件舆槽中之水接觸並不造成電池，因而也無石灰沈積 。可惜因為種種原因，此項先前技術之塑謬鞘套加熱元 件未能在离瓦特數中具有正常的使用壽命，所以未能_ 被接受。 發昍概沭 本發明提供電阻加熱元件，用於加熱於流髑介質，如 空氣和水。逭些元件包含一元件本體，具有一支持表面 於其上，和一電阻線撓於支持表面上，並至少接至元件 之一對終端端部。設置於霣阻線和支持表面者為一導熱 聚合物塗層，在重阻線週圃形成密合包封。導熱聚合物 塗層具有之熱傅導性值至少約為0.5瓦/米，βΚ。 本發明加熱元件之設計提供自1〇㈣瓦至6000瓦以上之 多種瓦待數。對於氣體加熱，此類元件可提供少於約12〇〇 瓦之低瓦特數。本發明所改良之導熱聚合物塗層所提供 之熱傅導性值能大幅改菩熱從轚阻線上之消散。此項性 u質使所掲示之元件能充份加熱於流體而不致熔融相當薄 之聚合物塗層。在聚合物塗靥中較佳在每100份樹脂中 加入約6 0 - 2 0 0份範圍之陶瓷材料。較低限嘴是以加熱於 流體所需熱傳導度之量予以訂定。而較高限度之訂定是 為了提供較易以諸如射出成型之標準製程棋製此等元件 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS ) Μ規格（2】0X297公釐） ---κ-Il· ——— 裝II (請先閲讀背面之注意事項本頁) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（） 52,53 第二對螺線 54 螺線終端 57 流通孔 60 環形支撐件 62 傳熱翼片 64 聚合物塗層 66 電阻加熱線 69 栓槽 70 骨架支持框 100 聚合物製流體加熱器 200 終端總成 300 內模 201 電阻加熱元件 210 電阻加熱線 220 金屬套 230 粉狀陶瓷材料 240 高導熱性聚合物塗層 260 間隔構槽 262 毂 264 幅 266 環狀支撐體 268 縱向栓槽 -21 - (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X2.97公釐） 訂 崠！ 五、發明説明（ A7 B7 使 I ο 度形 強變 械和 機裂 供開 提抗 層抵 塗間 物期 合載 聚負 對熱 於琛 肋循 有之 也中 物器 強水* I 。在 層蝕 塗腐 物流 合電 聚之 熱中 導器 之水 良熱 改在 以少 ，減 中以 例件 體一兀 具套 他所 其η 之金 明用 發習 本於 在加 施 率 效 熱 加 之 臞 液 響明 彩锐 不蜃 上籣 質之 實式 而· 闋 相 示 掲 舆 他 其 及 以 例 施 實 佳 較 之 明 發 ： 本中 明其 説， 圈料 附資 之 圃圏 視面 透平 之供 器左 熱之 加器 騣熱 流加 製澱 物流 合袈 聚物 佳合 較聚 明圈 發 1 本第 為為 _ _ 12 3 6 0 0 負 含 包 視 正 之 器 熱 加 0 流 製 物 合 聚 ·， 國圖 1 第剝 為和 _ 面 剖 第部 局 正 之 部 模 内 佳 較 器 熱 加 臁 流 製 物 合 聚 _ 1 ♦, 第圈 為面 圈剖 4 和 第 視 之 成 總 局 終 佳 較 器 熱 加 體 流 製 物 合 聚 ♦’ 1 面 第剖 為部 _ 局 5 及 第視 正 末 圈 線 佳 較 用 所 器 熱 加 體 流 製 物 合 .’ 聚 明視 發正 本部 為局 國大 6 放 第之 端 ----„---!----裝__ 請先《讀背面之注意事項再^本頁) ,ιτ 經濟部中央標準局貝工消费合作社印製 具 圈 線 雙 之 器 熱 加 釀 流 製 物 合 聚 ； 明圏 發面 本正 於部 用局 為大 放 7 之 第例 89' 圈明 視說 透 ， 正國 之大 框放 持I 支局 架之 #框 佳持 較支 件架 元骨 熱佳 加較 明圏 發 〇〇 fc. frn 為為 圈匯 8 9 圏 面 剖 大 放 之 ;框 層持 塗支 物架 合骨 聚一 熱 B 導為 之園 積10 澱第 經 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 經濟部中央揉率局貝工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（4 ) 第11画為第10顯骨架支持框之供面·; 第12_為第10圏為全骨架支持框之正面_ ;及 * 第13·為配有本發明導熱聚合物塗層之經改良金靥期 套元件之餹面剖園。 發昍钱細說明_ 本發明提供霣阻加熱元件和含有此種元件之熱水器》 此類装置能有效減少水和油加熱器内之霣流腐»，以及 石灰積聚和编短壽命等問題至最小程度。在本文中，^ 流體」和「流體介質」兼用於液體和氣臞兩者》 參考附圏，特別對其中之第1-3國，表示本發明之較 佳聚合物製流體加熱器100。聚合物製流讎加熱器10 0含 有一導霣的電阻加熱材料。此霣阻加熱材料可為例如線 ，網，幣，或蛇络形等形狀。在較佳加熱器100中，一 線圏14具有一對自由蟵連接至一對終端端部12和16·供 産生霣阻加熱。線圑14用离溫聚合物材料之整層密封而 對流鼷霣绝鐮。換言之，有效之霣胆加熱材料被聚合物 塗層保護而免於在流釀中發生短路。本發明電阻材料有 足夠之表面積，長度或横截厚度以加熱於水達至少約 120T之溫度而不致熔融聚合物層。如將於以下討諭而 可見，可_憤邇適當材料及尺寸而完成。 待別參考第3麵，較佳之聚合物製流鼸加熱器100 一 般包含三《整黼部份：一終端總成2〇〇，如第5圖所示 ;-内模300，如第4圏所示；及一聚合物層30。此等 雇別分件，以及其成為聚合物製成之流®加熱器绝成 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21〇Χ297公嫠） (請先閱讀背面之注$項再S?：k本頁) -裝· 訂 經濟部中央梂準局貝工消費合作社印掣 A7 _B7_ 五、發明説明（，） 100，將作進一步K明· 較佳之内模300,如第4 _所示，為製自离灑聚合物 之單件射出成形零件*内棋300可含有一凸»32於其最 外觸❶鑼接凸鐮3 2處為一具有多儀螺紋22之琢圏❶蟝紋 22之投計為適合配於貯槽邊壁所两安裝孔之内徑，例如 在熱水器槽13之中。一0形_ (未示 > 可用於凸鏢32之内 表面，提供一緊固之水密封合。較佳之内禊30 0也包含 一熱阻钃穴39,在其較佳之圓截面内β熱粗讎穴39可有 一皭壁33以分隔热阻讎25於流體。熱阻讎穴39較佳為* 過凸嫌32而打通以使易於插入終_總成200。較佳内棋 30 0至少也含一對導體穴31和35,位於熱阻讎穴輿内棋 之外壁以接纳終端總成200之導體棒18和终端導讎20。 内棋30 0含有一组悝向對正之溝檐38撓设於其外側周園 。逭箜溝槽可為蠼纹或不建鑛之坑溝等等，並應有足购 之間隔以提供溝座予較佳線圈14之钃鎳作電的分隔· 較佳之内棋30 0可用射出成形法而裂作》流通穴11較 佳用-12.5时長之液壓臞動之芯栓，因而迪成長度約為 13-18时之元件。内棋30 0可以用一位於凸》32對面之璨 形進棋口 «入金屬楔中β目籲壁»之用於有效元件部份 10希望小於0.5时，較佳為小於0.1时，其目標範圃約 0.04〜0.0 β时，相倍為射出成形之現行較低限度。一對 約或綃45輿55也沿有效元件發展部份10而在相達蠼紋或 坑溝之間被模製而成，提供終結點或錨着處予一或多鴒 線圏之螺au侧芯栓和穿遇凸纗部之末蝌芯栓可以在射 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公嫠） ----„-------裝-- (請先閲讀背面之注意事項再 f本頁) 訂 經濟部中央揉準局員工消費合作社印掣 A7 B7___ 五、發明説明U ) 出成形時被用以提供熱阻龌穴39,流通穴11,導體穴31 和35,以及流通孔57。 參考第5 討論較佳之終端總成200。終端總成200 包含一聚合物纗蓋28,被設計供接纳一對終端接頭23和 24。如第2圖所示，終端接頭23和24可含有螺紋孔34和 3 6供接纳有螺紋之接頭，例如螵絲，用於裝配外在β線 。終纗接頭23和24為終端導體20和熱阻臞導饑棒21等之 端部。熱阻臞導體 21接通终端接頭24和熱阻鰌终端27 。另一熱阻體終纗29被接至熱阻體導體棒18,後者被設 計裝入沿第4圏較低處之導體穴35之内。為了完成邐路 ,設置一熱阻體25。為可選擇者，熱阻讎25可用一恒蹯 器，一固態TC0或僅用一接地帶接至一外在之霣路切斷 器等予以代替。相信接地帶（未示）可以位於终纊部16或 12附近，使在聚合物熔融之際短路。 在較佳之琢塊中，熱阻黼25為一閃速動作之恒溫器/ 護熱器，其如Portage Electric所售之Model W条列β 護熱器具有緊湊之尺寸而適合120/240交流伏特負絨。 其中含有具霣性主動情況之導電雙金羼構造。蟠蓋28較 佳為一分颺棋製之聚合物製件。 在终端總成2 0 0和内棋3 0 0製成之後，較佳先予组合而 後绣以裸露線圈14於有效元件部份10之對準溝檐38上。 在此工作中，必須小心用線圏終端端部1 和1 6而設立一 完全的迺路。此可用硬焊，錫焊或黏焊線圈終端端部12 輿16至終端導體20和熱阻體導«棒18上而予固定。亦為 -8 - 本紙張尺度適用中國國家梯準（CNS ) A4規格（210x：297公釐） ---j------^裝- (請先閲讀背面之注$項再%k本頁) 訂 A7 B7 經濟部中央橾率局貝工消費合作杜印製 五、發明説明 ( 7 ) 1 1 重 要 者 是 在 施 用聚 合物塗層30之前 鳙當安置線圈14於内 1 1 楔 30 0上0 在較佳之具體例中，聚合物塗層30被複棋塑 1 1 以 形 成 輿 内 模 300之熱塑性聚合物結合。在楔製程序中 請 ft 1 » 芯 栓 可 輿 内 棋30 0K合裝入棋具中以使流通孔5 7和流 先 閲 讀 1 1 通 穴 11 開 通 〇 背 面 I 之 1 _ 於 第 6 和 7國 ,其間表示單和 雙霣阻線用於本發明 注 意 I 聚 合 物 製 霣 阻 加熱 元件之具臞例。 在第6圓所示單鎳具 事 項 再β 1 1 饑 例 中 * 内 棋 300之對準溝38被用聚合具有螺線42和43 ί 本 1 裝 之 第 一 線 m 成 為線 圈形狀》因為較 佳具釀例包含一摺合 頁 'w» 1 1 η 阻 線 I 摺 合 端部 或螺嫌端部44是 被摺嬈於銷45而加蓋 1 1 〇 綃 45以 輿 内 樸300—併射出模製而為其中之一部為理 1 想 0 1 態》在此具鱷例中， 訂 相 似 者 9 可 設置 一雙電阻線之形 1 第 一 霣 阻 線 之 第一 對螺線4 2和43與同 一竃阻線中之次一鄰 1 I 對 螺 線 4 6和 47被第 二線圈裹繞於第 二銷55之螺線终端54 1 | 所 分 隔 Ο 第 二 霣阻 線之第二對螵線 52和53，其為霣達接 1 1 第 二 線 圈 螺 線 端54 者，於是在次一 相鄰對準淸檐中於螺 1 線 46和 4 7 之 後 裹嬈 内棋3 0 0。雖然雙線圈組合表示各線 1 1 之 交 替 蠼 線 對 ，但 可瞭解各螺線可 以就每一電阻線繞成 1 二 或 多 组 的 m 線， 或成不規則之數 置，依所需之鑛嬈形 ί· I 狀 * 只 求 各 導 電線 圈維持相互被内 棋，或其他絶緣材料 1 1 > 其 如 分 隔 塑 隳塗 層等所绝緣即可 < 0 1 1 本 發 明 之 塑 謬製 件，其如聚合物 塗層30 ,骨架支持框 1 | 7 0.和 内 模 30 0 , 較佳為含有「高溫J -9 - 聚合物，其於約120 1 1 1 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 經濟部中央標準局貝工消费合作社印搫 A7 __B7_ 五、發明説明（$ ) -180T之流«I介質》度和約450-β50Τ之嫌_灞度時不 明顧變形或熔顢。具有熔融滬度大於200Τ之熱塑聚合 物，較佳如离於繚圈濃度者為最佳，雞然某些Μ瓷和 熱固性聚合物也可能鳙合用於此項目的。較佳之熱塑樹 限材料可以包括：氟磺化物，聚芳基縝，聚亞醯按，雙 馬來酸亞蕹胺，聚酴醯胺，聚醚醚Κ,聚伸苯基硫，聚 醚醺，和此等热_樹ϋ之翯合物輿共聚物》可被接受以 用於此項鼴用之熱固性聚合物包括聚亞醯胺，某些《氣 樹脂，酚樹》和矽樹臌。液晶聚合物（LCPs>也可用於改 菩离租性質》 在本發明之較佳具體例中，聚伸苯基«(PPS)因其提离 之使用溫度，低成本和易加工性而為最佳，尤其在用於 射出成形之時 本發明之聚合》最离可含約為5-60重置96之钃維補锥物 •纖維強化之熱壅樹臢和熱固樹膳出入意外而增加強度 。例如，在約30簠量％之短玻痛鑛紲加入後工程壅醪之 粒伸強度蘼升約至2倍。較佳之_鱷包括如Ε玻璃或S 玻璃之切碎玻璃和《，芳Κ胺，其如Kevlar 29或49, 石墨和磺等繼維，包括离強力楔塑之石墨》其他適合之 籲编包括經遇熱處理之聚伸苯基苯並雙瞎唑（PBT)和聚 伸苯基苯並«明[唑（PBO)纖維和2%竈變之磺/石墨纖锥》 逋些聚合物可輿其他各種用於改善熱導性和離棋性之 添加物混合》熱導性可藉添加金羼氣化物，氰化物，磺 -10- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） ϋ I I I I I I I I I I —- I 訂 (請先聞讀背面之注意事項再^本頁) 經濟部中央揉準局貝工消费合作社印簟 A7 B7 五、發明説明（9 ) 酸或硪化物（下文有時稱為「_甕添加物」）以及低囊 度磺或石墨而獲改善。此等添加物可以成為粉狀，小Η 或籲鎩狀。良好之實例包括鷂，鋅，綱，鱅，鈣，鈦， 艄，_,矽，釔，蛔或錤等之氣化物，磺化物，磺釀· 和氰化物，或雲母，玻璃RI瓷材料或熔鍰矽石》 聚合物基材中所添載之此類導熱材料較佳在約βο和200 份添加物對10 0份樹脂（ΡΡΗ)之範圏，且更隹為約80-180 ΡΡΗ。遒些添加物通常為非導霣性，雖然導電性添加物 ，其如金鼷纖維和如不皤綱，虧，鐧和黄緬零金鼷之粉 和小Η,和离濃度之磺或石墨，如果其他被複楔塑或塗 複以較為绝纗之聚合»層，亦可以被採用。值如使用導 電性添加物，必須轚芯部加以霣绝鐮以防在各線圈之Π9 短路。 然而重饔者，因為遍多的纖維補強物或金鼷或金臑氯 化物之添加劑将妨礙楔製搡作，所以上述添加杨不可_ 量。任何本發明之聚合物所製成元件可以製自逭些材料 之任何组合，或遘»其中某些聚合tt,不》用添加物典 否，依元件之最终用途而定，用於本發明之各種製件》 本發明特拥蓿重若干聚合樹臢，玻璃纖繳和各種導熱 «料之組合，依用於*合I»组成中之各植百分比而對於 各種瓦特數加熱元件提供所需之導熱性數值。除了補強 和導熱填料之外，本發明之塑膠组成物也可以含有_模 添加物，冲擊改货_，和熟氣化_定_，不僅提昇塑黷 製件之功能，而且延長加熱元件之壽命，也有助於棋製 -11- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） „-------'^-- (請先閲讀背面之注意事項再•本頁) 訂 A7 B7 經濟部中央橾準局貝工消費合作社印褽 五、發明説明（ ) 1 1 程 序 〇 1 1 列 於 如 下 表 1 之 各 項 組 成 物 是 以 聚 伸 笨 基 硫 與 所 列用 1 I ft 之 氣 化 鋁 氣 化 鎂 、 和 切 碎 之 玻 璃 m 維 9 依 照 業 者習 /-N 請 I 知 之 方 法 配 製 而 成 P 這 些 材 料 之 m 粒 被 射 出 成 形 而 産生 先 閲 1 I 讀 1 ASTM試驗之試件 9 根據ASTM程序澜試而提供表 1 所 示之 背 面 1 之 1 拉 力 強 度 t 彎 曲 強 度 f 彎 曲 棋 數 9 凹 P 艾 氏 沖 擊 數 據》 注 意 I 導 熱 性 數 值 是 以 相 似 情 形 獲 得 〇 事 項 1 I 1 已 發 現 比 較 例 1 用 於 加 熱 於 水 之 元 件 之 導 熱 性 太 低。 % ί 1 舄 本 如 用 實 施 例 8 之 材 料 9 其 導 熱 性 最 离 » 當 射 出 複 棋 於繞 頁 1 I 妥 之 芯 使 形 成 本 發 明 之 熱 元 件 時 > 在 壁 厚 小 於 0 . 0 3 0吋 1 1 時 發 生 裂 斷 和 破 裂 〇 然 而 * 壁 厚 大 於 0 . 0 3 0时時， 可使 1 I 能 有 如 此 較 高 之 承 載 〇 此 即 證 明 拉 力 和 m 曲 強 檐 度 以 及冲 1 訂 1 擊 強 度 受 粉 狀 陶 瓷 添 加 物 之 加 入 而 有 負 面 影 9 但 如改 變 元 件 之 設 計 和 樹 脂 9 可 以 用 來 克 服 高 承 載 之 效 果 0 1 I 聚 合 物 塗 層 之 理 想 拉 力 強 度 應 為 至 少 約 1 , 0 0 0 P s i (碎 1 1 I 每 平 方 吋 )， 而較佳約7 ,50 0 -1 〇 , 0 0 0 p s i » 假 如 導 熱 性被 1 1 維 持 0 撓 曲 模 數 在 作 業 溫 度 時 應 至 少 為 約 5 0 0 K p s i , 而 較 佳 大 於 lOOOKpsi 〇 1 1 最 後 在 所 有 表 1 之 材 料 中 f 經 發 現 實 施 例 6 和 7對 1 應 之 材 料 因 結 構 上 和 導 熱 上 的 性 質 具 有 最 佳 之 平 衡 而最 | 適合厨於水之加熱元件 0 當 然 » 約 60 -20&PPH之陶瓷加入 1 1 物具有耋量增加熱導性而不影轡棋塑操作、之意義 〇 所得 1 I 塗 層 之 熱 導 性 至 少 應 為 約 0 . 5瓦/米，°K， 較佳為約〇 .7 1 1 瓦 / 米 ，βκ 9 而 理 相 心 者 大 於 約 1 瓦 / 米 ,βκ 〇 1 1 -1 2 - 1 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家梂準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 經濟部中央橾準局員工消費合作社印繁 A7 B7 五、發明説明（u ) 這些組成物是以實施例之方式代表，並非作為限制。 然而，對於熟於此技術者，顯然有無數組合，以各種導 性《料與補強纖液在各樹脂之中，也能夠適當選用使成 本發明之裝置。造些組合可以包含高溫LCP或PEEK樹脂 與氟化硼和切碎玻璃添加物，例如，如果成本是一項問 題，PPS樹脂和A12 03,或MgO,和切碎玻瑰添加物。 表1 bb較例1實施例1實施例2實施例3實施例4實施例6實施例7實施例8 氣化鋁㈣” - 44 - - 37 69 129 208 氧化錄(pra*) - - 34 82 - - - - 玻璃纖維(PPH* ) 25 - 35 41 41 57 25 35 拉力強度(psi· ) 16,900 9,800 11,600 8,500 14,400 13,600 10,200 7,800 彎曲強度(psi* ) 26,600 16,500 19,300 15,800 20,500 20,200 16,300 10,900 撓曲棋數 1,130 800 1,350 1,790 1,600 1,900 1,750 2,430 (Kpsi,254) 凹口艾氏測試 1.08 0.40 0.52 0.44 0.53 0.50 0.30 0.25 (呎-確/吋） 鱗性(瓦/米ΓΚ) 0.24 0.36 0.37 0.61 0.40 0.51 0.84 1.2 β所有添加物之 量為毎 百分份 聚伸 苯基硫 基材 中3份 數 利用本發明前 述聚合 物材料 ，可以塗複 < 習用電阻加熱 元件之金靨鞘套 以避免 此類元 件先 前所經 歷之 問題。 這 -13- 本紙張A度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（210X297公釐） ---“------裝------1T 一 (請先閲讀背面之注f項再"本貰) 3； 3； 錄濟部中央樣率局貝工消费合作社印装 五、發明说明（> ) 些鞘套己知含有銅和不锈網。此外，本發明以使用非耐 腐蝕之材料，其和磺網，為鞘套。對於耐蝕材料，塗層 須相鲟薄於對非酎蝕材料者，為此箱至少约l〇Bil (千分 之一時）和較高熱導性值之塗層。 一種習用電阻加熱元件201之改良型，如第13圖所 示。此元件201具有一電阻加熱線設於軸向，通過u型 管狀金靨套220,在線210舆金屬套220之間有粉狀陶瓷 材料23吣鞘套220然後被塗以本發明之高熱導性聚合物 塗層240以防在金屬套和糸統中任何曝篇之陽棰金屬零 件之間發生流動電流。此聚合物材料之優異熱導性，尤 其本文所掲示之各種添加物，使得加熱元件獲得對水有 效加熱所需之高瓦特數，且在超過120。F之溫度而不致 熔融該塗層。 聚合物塗層可以施用於金靨鞘套，其為含有例如銅， 黄銅*不锈期，或碩綱，或以射出成形，或將金靥套浸 入流化床中塗複以諸如PPS(聚亞苯基硫醚），PEEK(聚醚 醚酮，LCP(液晶聚合物）等粒狀或粉狀之聚合物。 在本發明之流«加熱器中所用傳導電流而産生熱之電 阻材料較佳含有導電性而附熱之霣阻金屬。一種待殊金 颶為Ni-Cr合金，雖然某些銅，網和不锈銷合金也能適 合。更理想者，例如以含有石墨，磺或金面粉或繼維之 導電性聚合物取代金颶的電阻材料，只要、能夠産生充份 之電阻熱加熱於例如為水之流髅邸可。其餘在較佳聚合 物製成之流體加熱器1〇〇中之導電體也可用這些導電材料 -1 4 _ 本紙張尺度適用中R K家標率（CNS ) (210X297公釐） ---------- (請先W讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部中央標準局貝工消费合作社印製 Α7 Β7 五、發明説明（G) 製造。 本發明之一種較佳内棋300之改變型，一骨架支持框70 ，如第8和9 所示，證明具備其他優黏。當一件如管 狀之固定内楔300被用於射出成形操作中，不當之注棋 有時會發生於因為加熱器之設計霈要低至0.025时之薄 壁厚度和离達14时之異常長度。導熱聚合物也因為必須 含有添加物而呈現問題，諸如玻璃纖維和陶瓷粉，氣化 IS(A12 03 )和氧化钱（Mg〇),使熔融之聚合物極為粘滯 ❶結果需要超量之壓力作迪當之注模，有時，如此之壓 力導致棋具開啓。 為使此類間題減至最少，本發明謀以利用一種具有多 偏開口和一支持表面以持有電咀加熱線6 6之骨架支持框 70。在一較佳具鼷例中，骨架支持框70含有一鹤管狀件 ，具有6-8僮栓槽69,縵向經過框架70之全長而相間隔 。各栓槽6 9用一組環形支撐件6 0繫於一匾，各支》件6 0 於如管之構件之長度蹤向相間播。這些璨形支撐件6 0較 佳厚度為小於約〇·〇5吋，更佳為約0.025-0.030时厚。 拴槽6 9較佳約0.125时頂寬而依需要以斜坡指向傅熱霣 Η62»翼片62,在聚合物塗層64已施加之後，應延伸出 元件之最後内徑至少約0.125吋，而且儘量多至0.250吋 ，使導熱至如為水之流黼之效果為最大。 栓播69之向外徑向表面，較好含有容纳<較佳《阻加热 線66之螺線對準溝槽》 雖然本發明説明傅熱霣Η62為费架支持框70之一部， -1 5- 本紙張尺度遥用中國國家標率（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） ^ 11 I— —I— n 1* 1 nn ϋ I n (請先閲讀背面之注項再^本頁) 經濟部中央橾準局員工消费合作社印裝 A7 B7 五、發明説明（β) 然此等霣片62可以成為環狀支撐60或被複模塑之聚合物 塗«64，或從多霍此種表面之一部份相似者，傳熱霣Η 62可以設於栓槽69之外侧而穿出聚合物塗靥64。此外， 本發明著眼於沿所提供加熱元件之内或外表面設置多偁 不規則或幾何形狀之凸出物》如此之傅熱表面已知易於 從表面將熱除去而傳入液醱。其設置可有多種方式，包 括以射出成形膜塑於聚合物塗層64或翼片62之表面中， 以蝕刻，嚷砂，或機械加工施於本發明加熱元件之外表 面。 在本發明之較佳具酸例中，骨架支持框含有熱塑性 樹脂，可以是本文所述「离溫J聚合物之一，其如聚伸 苯基硫（PPS),舆少蛋作為結構支持間之玻璃鑛維，和 適當之陶瓷粉，其如灰1 2 0 3或11肖0而用於改善熱導性。 或改之為使骨架支持框為一被熔凝之陶瓷製件，包括矽 酸鋁，Α1 2 〇 a , NgO ,石墨，Zr02 , Si a N 4 , Y 2 〇 a ,SiC，Si02等之一或多種；或為一熱塑性或熱固性聚 合物而輿被建議用作塗層30之「高瀣j聚合物不同。如 果採用热塑性樹脂作為骨架支持框7D,則慝具之熱轉折 溫度應大於用於棋製塗層30之熔融聚合物之湛度。 骨架支持框70被置於一繞線機中，較佳之霣阻加熱線 66被摺繞成一雙蠼線形狀繞於骨架支持框7〇成為較佳之 支持表面，亦即間隔之溝檐68。全部繞妥<之骨架支持框 7 0隨後被置入射出棋具之中，然後用本發明各較佳聚合 物樹脂S方之一披複棋塑。在一較佳具釅例中，只有一 -1 6 - 本紙張尺度適用中國國家榡準（CNS ) Α4規格（2丨ΟΧ297公釐） ---j------餐— }/ (請先閲讀背面之注$項再Vk本頁)

、1T A7 _B7_ 五、發明説明（/ ) 小部份之傅熱翼Η 62留下曝露接觸流鐘，#架支持框70 如為管狀，其餘下部份被棋塑樹騰複藎於内侧和外侧用 者〇«露較隹部份為少於#架支持框7D表面稹約1D%» 構成黌架支持檑70多鵪两口之两放横截面積，使被棋 塑之樹腰得以較易注入並在電阻加熱線66上有較大的披 複，而氣泡和熱黏之發生減至最少。在較佳具讎例中， 两放面積鼴包含#架支持框整Α管狀表面稹之至少約10% ，且希望大於20%,使熔麯聚合物能更容易流繞於支持 框70和竃粗加熱雄66。 S —改變之费荣支持框200銳明於第10-12·。改變之 «架支持框200也包含多鴒用於容納已鏖合爾阻加熱嫌 (未示）之相閬隔溝槽260之多鑭鑀向栓槽268»縱向栓榷| 268較佳舆相藺隔之璨狀支播2 6 6合併β相間之璨狀支» 2 6 6包含一種「車輸j設計而具有多価輜264和一 «262。 如此對黹架支持框70提供增大之结構支持，而資質上不 彩礬較佳之射出成形操作。 經濟部中*標準局貝工消费合作社印家 Γ—装-- (請先閲讀背面之注f項再本頁) 可予改變者，本發明聚合物塗層可以将襌露之*架支 持框70或200以及鎳繞之芯10浸入例如以PPS成為粒狀或 粉狀聚合物之流化床中ρ在此程序中，霄阻鐮應嬈於费 架支持表面上，並給予能量以發生熱。如果用PPS,至少 約5007之灌度應在將费架支持框浸入粒狀聚合物流化 床之前發生》流化床将使粒狀聚合物典經加热之電阻線 阍有密切之接臑，使實質之均勻提供聚合物塗層整籲鼷 繞於霣粗加熱鎳使實霣上鼸纗於脅架支持框》所得元件 -17- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（210X297公釐） 經濟部中央樣準局員工消費合作社印家 A7 ___B7_五、發明説明（A ) 可以包含一比較固寶的结構，或具有較多數量之開放播 截面積，雖然此為假設霣阻加熱線應已從流體之接觸中 被密封绝缘。更可嫌解者，骨架支持框和轚阻加熱線可 被預熱而不供給能量於竃阻加熱線，以産生充份之熱在 其表面熔融聚合物粒。此方法也可以包含使流化床加熱 以提供更均勻之塗層。對此方法之其他變更將在視所聚 合物技術之技術範麵之内。 本發明較佳聚合物流臞加熱器用於加熱於水之標準分 级為240伏和4500瓦，雖然改變導轚線圈14之長度和線 徑可以提供多種分级，由1000瓦至約6000瓦，而較佳在 1 7 0 0瓦舆4500瓦之間。用於氣髓加熱者，可用約為100 -1200瓦之較低瓦特數。雙，或甚至三種瓦特數容覺可 以葙設置使用多镲線圈或霣阻材料沿有效元件部份10結 接於不同部位。 從以上所述，可以瞭解本發明提供改良之流龌加熱元 件，供用於各種形式之流體加熱裝置，包括熱水器和油 熱空間加熱器》本發明之較佳裝置大部份為聚合物製品 ，以減低成本至最低，並實質上減少流體貯槽中之流動 電流。在本發明之某些具體例中，聚合物製成之流鼸加 熱器可輿聚合物製成之貯槽結合使用，使能避免造成同 金鼷離子併合之相鼷腐蝕》 或為，這些聚合物製成之流體加熱器可被設計成為分 開使用，其貯存容器同時貯存熱的氣龌或流暖。在如此 之具體例中，流通穴11可以被棋塑成為槽或貯盆形狀， -1 8 - ^裝— (請先閲讀背面之注意事項再^本頁 、tr 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） A7 B7 五、發明説明（) 而加熱線圏14可被容於槽或盆壁之中而給予能量加熱於 槽中或盆内之流體或氣體。本發明之加熱装置也可用於 食物之保溫器，捲髮夾加熱器，吹風乾髮機，燙髮鋏， 熨斗，和用於浴池或游泳池之休間用加熱器。 本發明也可醮用於流通加熱器，在其中之流醱介質通過 含有一或多圈本發明電阻材料之聚合物製管。當流體介 質通遇如此之管之内徑，電阻熱被産生而通遇管内徑之 聚合物壁加熱於氣體或液體。流通加熱器在乾髮吹風機 中和在「即效」加熱器中被常利用而有效。 雖然各種具體例已經説明，然其目的，在於說明而非 限制本發明《各種變更，除為明顙之習用技籙者，杏刖 在所附申讅專利範圍之内。 ---------#------.1Τ . --f. ~ (請先閲讀背面之注意事項再本I) 經濟部中央標準局負工消费合作社印策 -19- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） A7 ^ . __B7 Γ 五、發明説明（I& ) 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 10 有效元件部份 11 流通穴 12,16 終端端部 13 熱水爐槽 14 線圈 18 導體棒 20 終端導體 21 導體棒 22 螺紋 23，24 一對終端接頭 25 熱阻體 27,29 熱阻體終端 28 聚合端蓋 30 聚合物層 31,35 導體穴 32 凸緣 34 ,36 螺紋孔 35 導體穴 38 溝槽 39 熱阻體穴 42,43 第一對螺線 44 摺合端部或螺線端部 45,55 一對鈎或銷 -20- 請 先 閲 讀 背 面 之 注 意 事 項 再 S 寫 本 頁 本紙張尺度適用中國國家標準（cys ) A4規格（210X297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（） 52,53 第二對螺線 54 螺線終端 57 流通孔 60 環形支撐件 62 傳熱翼片 64 聚合物塗層 66 電阻加熱線 69 栓槽 70 骨架支持框 100 聚合物製流體加熱器 200 終端總成 300 內模 201 電阻加熱元件 210 電阻加熱線 220 金屬套 230 粉狀陶瓷材料 240 高導熱性聚合物塗層 260 間隔構槽 262 毂 264 幅 266 環狀支撐體 268 縱向栓槽 -21 - (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X2.97公釐） 訂 崠！

Claims (1)

1. A8B8C8D8

   六、申請專利範圍 第86 118581號「具有高導熱性聚體塗層之改良浸沒式加熱 元件」專利案 (請先閱讀背面之注<1^項再填寫本頁.) (88年11月 修正） A申請專利範圍： 1. 一種用於加熱流體介質之電阻加熱元件，包括： (a) —其上具有支持表面之元件本體： (b) —電阻線，其繞於上述支持表面上並連接 至該元件之至少一對終端端部；及 (c) 一導熱之聚合物塗層，其被覆於該電阻線及該支 持表面，供密封包裹含該電阻線並使該電阻線與該流 體電絕緣，該聚合物塗層含有導熱而不導電之陶瓷添 加物。 2. 如申請專利範圍第1項之加熱元件，其中該聚合物塗 層具有至少約0 . 5瓦/米° K之導熱性》 3. 如申請専利範圍第2項之加熱元件，其中該聚合物塗 層包含具有高於200 °F之熔點之熱塑性樹脂》 經濟部智慧財產局貝工消费合作杜印製 4. 如申請專利範圍第3項之加熱元件，其中該聚合物塗 層包含纖維補強物》 5. 如申請專利範圍第4項之加熱元件，其中該纖維補強 物包括玻璃，硼，石墨’芳醯胺或碳纖維。 6. 如申請專利範圍第1項之加熱元件’其中該陶瓷添加 物包括一種氮化物，氧化物或碳化物。 7. 如申請專利範圍第6項之加熱元件，其中該聚合物塗 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210x297公爱〉 A8B8C8D8

   六、申請專利範圍 第86 118581號「具有高導熱性聚體塗層之改良浸沒式加熱 元件」專利案 (請先閱讀背面之注<1^項再填寫本頁.) (88年11月 修正） A申請專利範圍： 1. 一種用於加熱流體介質之電阻加熱元件，包括： (a) —其上具有支持表面之元件本體： (b) —電阻線，其繞於上述支持表面上並連接 至該元件之至少一對終端端部；及 (c) 一導熱之聚合物塗層，其被覆於該電阻線及該支 持表面，供密封包裹含該電阻線並使該電阻線與該流 體電絕緣，該聚合物塗層含有導熱而不導電之陶瓷添 加物。 2. 如申請專利範圍第1項之加熱元件，其中該聚合物塗 層具有至少約0 . 5瓦/米° K之導熱性》 3. 如申請専利範圍第2項之加熱元件，其中該聚合物塗 層包含具有高於200 °F之熔點之熱塑性樹脂》 經濟部智慧財產局貝工消费合作杜印製 4. 如申請專利範圍第3項之加熱元件，其中該聚合物塗 層包含纖維補強物》 5. 如申請專利範圍第4項之加熱元件，其中該纖維補強 物包括玻璃，硼，石墨’芳醯胺或碳纖維。 6. 如申請專利範圍第1項之加熱元件’其中該陶瓷添加 物包括一種氮化物，氧化物或碳化物。 7. 如申請專利範圍第6項之加熱元件，其中該聚合物塗 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210x297公爱〉 A8B8C8D8 經濟部智慧財產局貝工消费合作社印製 六、申請專利範圍 層在其每100份聚合物中含有約60 - 200份之該陶瓷添 加物負載量。 8. 如申諝專利範圍第7項之加熱元件，其中該聚合物塗 層是以射出成形製得》 9. 如申請專利範圍第1項之加熱元件，其中該電阻線在 模塑之際完全被包袠於該聚合物塗層之中。 10·—種熱水器，包含·· (a ) —種盛水之槽； (b)—加熱元件附於該槽之壁以對槽中水之部份提 供電阻加熱，該加熱元件包含： 一支持框： 一電阻線繞於該支持框上，並接至至少一對終端端 部：及 一導熱聚合物塗層，其係塗覆於該電阻線和該支持 框之主要部位，以密封包袠該電阻線，並使該電阻線 與該流體電絕緣，該聚合物塗層包含導熱而不導電之 添加物以提供該塗層至少爲約0.5瓦/米° K之導熱 性。 11.如申請専利範圍第10項之熱水器，其中該聚合物塗層 包含纖維性添加物以改善其機械強度，且該導熱而不 導電之添加物包含含有氮化物，碳化物或氧化物之陶 瓷添加物。 12·—種製造加熱流體用之電阻元件之方法，包括： 本纸張尺度適用中國國家棵準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） .— — — ^—11— ΙΓ I I I ' - — — ml— « — — — — In — · I (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 六、申請專利範圍 (a )提供一支撐框； (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) (b)纏繞一電阻加熱線於該支持框上： <c)施加一導熱聚合物以覆蓋該電阻加熱線和該支 持框之實體部份以使該加熱線與該流體電絕緣並密 封包裹該線，該導熱聚合物塗層具有至少約0.5瓦/ 米。K之導熱性。 13. 如申請専利範圍第12項之方法，其中該施用步驟（C) 包含射出成形處理。 14. 如申請專利範圍第13項之方法，其中該導熱聚合物塗 層於每一百份該聚合物中含有60-200份之陶瓷添加 物。 15. 如申請專利範圍第12項之方法，其中該聚合物塗層包 含—種熱塑性樹脂，一種陶瓷粉，和切碎之玻璃纖維 〇 Η如申請專利範圍第15項之方法，其中該熱塑性樹脂包 含PPS(聚亞苯基硫醚），且該導熱性大於約0.7瓦/ 米。K。 經濟部智慧財產局貝工消费合作社印製 17.如申請專利範圍第1 5項之方法，其中該熱塑性樹脂含 有LCP(液晶聚合物）。 18·如申請專利範圍第12項之方法，其中該施用步驟（C) 包括將該電阻加熱線和該支持框浸入一流化床中。 19,—種電阻加熱元件，其可以穿過槽壁設置而加熱流體 介質，包括： -3 * 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS>A4規格（210 X 297公餐） A8S8D8 經濟部智慧財產局員工消f合作社印製 六、申請專利範圍 (a) —聚合物所製之支持框： (b) ~電阻加熱線，其具有一對連接至一對終端端部 之自由端，該電阻加熱線纏繞於該支持框上並受其支 持：及 (c) 一聚合物塗層，其含有一種電絕緣而導熱之陶瓷 添加物以改進該塗層之熱導性，該塗層覆蓋該電阻線 及該支持框之一部份以密封包裹該電阻線且使該電 阻線與該流體電絕緣，該聚合物塗層具有至少約0.5 瓦/米。K之導熱性》 20. 如申請專利範圍第19項之加熱元件，其中該陶瓷添加 物包含鋁或鎂之氧化物》 21. 如申請專利範圍第20項之加熱元件，其中該聚合物塗 層另含切碎之玻璃纖維》 22. —種加熱流體介質之電阻加熱元件，包含： (a )—電阻線； (b) —包圍上述電阻線並使其呈電絕緣之陶瓷材料 (c) 一容納該陶瓷材料和電阻線之金屬鞘套：及 (d) —導熱性聚合物塗層，其覆蓋該金屬鞘套上以密 封包裹該金屬鞘套並使該鞘套與該流體電絕緣’該聚 合物塗層具有至少約0.5瓦/米。K之導熱性β 23. —種加熱流髖介質之電阻加熱元件，包含： (a ) —電阻線： 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） τ I n 1· n d I f— I ϋ . ·1 ϋ n -i n ϋ 一-eJ· n 1 n n n n I I Jrl. <請先閱讀背面之注专項再填寫本頁) A8B8C8D8 六、申請專利範圍 (b) —包圍上述電阻線並使其呈電絕緣之陶瓷材料 1 (C)~容納該陶瓷材料和電阻線之金屬鞘套：及 (d)—導熱性聚合物塗層，其覆蓋該金靥鞘套上以密 密封包裹該金屬鞘套並使該鞘套與該流體電絕緣，該 聚合物塗層包含一種導熱，不導電之陶瓷添加物》 24.如申請專利範圍第23項之加熱元件，其中該聚合物 塗層具有至少約爲〇 . 5瓦/米。K之導熱性。 t I 1·1.1 I I 1 I I I *1111111 t — — — — — — — — (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公釐）