TWI429865B - 防觸電氣體傳導熱水器 - Google Patents

Description

防觸電氣體傳導熱水器

本發明有關一種加熱裝置，尤指一種以氣體傳導熱能以加熱水體的安全、防觸電加熱裝置。

在這都市化的社會中，許多人經過一天繁忙的工作下來，回到家中，最期待的一件事，就是泡個舒服的熱水澡，洗淨身上的灰塵油垢，消除疲勞，放鬆身心，然而習知的電熱水器，尤其是裝置於浴室中瞬熱式的電熱水器，皆是以電來驅動水的加熱單元，直接來對水加熱，由於只有純水是不良導電體，一般的洗浴水並非純水，仍然具有導電的特性，故此種電熱水器通常會再加裝上一個漏電保護裝置，以免發生使用者觸電的危險，但這樣子的加熱方式，實質上仍存在著觸電的疑慮，使得使用者在使用時，處於觸電的風險之中，而有安全上的問題。

本發明之主要目的，在於解決習知電熱水器具有會發生觸電的疑慮所造成安全上的問題。

為達上述目的，本發明提供一種防觸電氣體傳導熱水器，利用複數小熱氣泡加熱一水池中的水體，其包含有一氣體傳輸單元、一加熱溫控單元、以及一具有複數細孔的排氣單元。

該氣體傳輸單元具有一進氣口，該進氣口吸入周遭的氣體集中後，送出該氣體；該加熱溫控單元與該氣體傳輸單元連接，並加熱由氣體傳輸單元送出的氣體，形成熱氣體後送出；該排氣單元置於該水池中，且排氣單元透過一輸送管與加熱溫控單元連接，電熱能於是以熱氣體的形式，由排氣單元排放於水體中，藉以加熱水體。

該排氣單元所具有的複數細孔，使熱氣體於水體中排放時形成大量綿密的小熱氣泡，由於小熱氣泡浮力較小、停留在水體中的時間長，而且大量的小熱氣泡與水體接觸的面積大，因 此可以將熱氣體中的熱能有效地傳輸到水體中。這種有效加熱水體的設計可以由以下的學理計算中看出。

眾所周知，傳熱效率與熱接觸面積成正比。假設在水體中一個大形圓球狀的大熱氣泡的半徑為r_b，其對應之表面積S_b為S_b=4πr_b ² (1)

體積V_b為V_b=4πr_b ³/3 (2)

現在，利用細孔將相同體積的熱氣體分成N個小熱氣泡噴放到水體中，假設每個小熱氣泡的半徑為r_s，則所有小熱氣泡接觸水體的面積S_s為S_s=N4πr_s ² (3)

所有小熱氣泡的總體積V_s則為V_s=N4πr_s ³/3 (4)

從(1)、(3)兩式，待加熱水體與所有小熱氣泡及與單一大氣泡接觸面積的比值為S_s/S_b=N(r_s/r_b)² (5)

但是所有小熱氣泡的總體積是將等體積的大氣泡經由細孔分割而得，因此(2)、(4)兩式相等N4πr_s ³/3=4πr_b ³/3 (6)

換句話說：r_s/r_b=(1/N)^1/3 (7)

將(7)代入(5)式即可得到小氣泡及大氣泡總加熱面積的比值S_s/S_b=N^1/3 (8)

這個式子充分證明小熱氣泡可以將加熱面積大幅增加而有效地加熱水體。舉例來說，若先將一個大熱氣泡經由複數個細孔分成一百萬個小熱氣泡，然後再將這些小熱氣泡噴放到水體之中，根據式(8)，氣體對水體的加熱面積可以增加(1,000,000)^1/3=100倍，於是加熱效率也就可以增加一百倍。一 般來說，在排氣單元上製造這些細孔並不困難，例如利用現在極受歡迎的雷射微鑽孔加工技術就可以勝任此一製造需求。

如前所說，減小熱氣泡從排氣單元中釋放出來的體積還有另外一個技術上的進步性：就是增加熱氣泡與水體接觸的時間、以增加熱氣體對水體加熱的效率，因為小熱氣泡在水體中的浮力較小，在水體中停留的時間也就較長。根據阿基米德的理論，物體所得到的浮力F_B等於其所排開的液體重量。也就是說，氣泡在水體中所得到的浮力等於該氣泡體積大小的水體的重量：F_B=ρVg (9)

其中，V是氣泡的體積、ρ是水體的密度、g是重力加速度。因此，從第(9)式可以很明顯地看出：氣泡在水體中的上升加速度(與浮力F_B成正比)與其體積成正比的關係；換句話說，小熱氣泡在水體中的停留時間較長，可以更有效地將儲存於氣體中的熱能傳送到水體中。

除此之外，該排氣單元更包含一容置空間以及一導熱結構，該導熱結構具有相對的兩面，其中一面與該容置空間接觸，另一面與該水池中的水體接觸，該輸送管輸送該熱氣體至該容置空間，並迅速將熱氣體之熱能經由該導熱結構傳遞到水體中，熱氣體中的餘熱則繼續經由排氣單元上的複數該細孔以小熱氣泡方式排放至水體中。進一步說明，當氣體被氣體傳輸單元吸入，再經由加熱溫控單元加熱，形成熱氣體並送進該排氣單元時，會先接觸到該導熱結構，由於該導熱結構之比熱較水體為小，所以該導熱結構較能快速吸收熱氣體的熱能，並將熱能傳導而儲存於導熱結構上，接著再將所吸收的熱能傳導至水池中的水體，由於該導熱結構並不會像熱氣體上升排出水池之外，因而能夠有更長的時間對水體進行加熱。

因此根據以上構想，本發明使用具有細孔的排氣單元產生複數小熱氣泡，以電絕緣的氣體，安全的傳輸電熱能來加熱一水體，同時，該熱氣體將部分熱能傳遞給水體的過程中，產生 之微小熱氣泡可以用來形成水中超音波協助清潔、按摩水體中的使用者，達到加熱水體兼具清潔及按摩舒壓的功效。

有關本發明之詳細說明及技術內容，現就配合圖式說明如下：請參閱「圖1」所示，為本發明的結構示意圖，如圖所示：本發明提供一種防觸電氣體傳導熱水器，利用複數小熱氣泡4加熱一水池5中的水體3，其包含有一氣體傳輸單元10、一加熱溫控單元20、一排氣單元30，該氣體傳輸單元10由一進氣口11吸入一氣體1後，經由一導管23傳送該氣體1至該加熱溫控單元20加熱，以形成一熱氣體2，再由一輸送管31將該熱氣體2送至該排氣單元30從複數細孔32排至該水體3中，以小熱氣泡4的形式加熱該水體3。

請參閱「圖2」所示，為本發明第一實施例之結構示意圖，該氣體傳輸單元10具有一進氣口11，該進氣口11吸入周遭的氣體1集中後，並送出該氣體1至加熱溫控單元20，在此實施例中，該進氣口11上可設置有一濾網111，用以防止異物掉入該氣體傳輸單元10中；該加熱溫控單元20與該氣體傳輸單元10藉由一導管23連接，並加熱由氣體傳輸單元10送出的氣體1，以形成熱氣體2後送出；該排氣單元30設於該水池5中，並具有複數細孔32以及一容置空間33，該細孔32與該容置空間33相連通，且排氣單元30透過一輸送管31與加熱溫控單元20連接，該輸送管31輸送加熱溫控單元20送出的熱氣體2至該容置空間33，熱氣體再由排氣單元30的複數細孔32以小熱氣泡4的方式排入水體3中；在此實施例中，複數該細孔32位於排氣單元30的上方遠離水池5底部的一面，並可視加熱速率的需求選擇孔徑大小，例如：較小的孔徑容易產生較小的小熱氣泡4，以增加小熱氣泡4的數量、小熱氣泡4與水體3接觸的面積以及小熱氣泡4停留在水體3的加熱時間，並以該細孔32之孔徑介於10um至100um之間為一 較佳設置；或者，複數該細孔32也可位於使用者6或排氣單元30的兩側，以避免小熱氣泡4直接大量地接近使用者6。

該排氣單元30還可包含一導熱結構37，該導熱結構37具有相對的兩面，其中一面與該容置空間33接觸，另一面與該水池5中的水體3接觸。在此實施例中，該導熱結構37位於排氣單元30下方靠近水池5底部的一側，以防燙傷使用者6，且導熱結構37由高導熱材料(如金屬)或高傳熱結構(如蜂巢狀結構)所製成。

請參考「圖3」所示，為本發明第一實施例之局部結構示意圖，在此實施例中，該容置空間33內還設有一間隔結構36，該間隔結構36是由一層不透氣的膠膜所製成，並間隔該容置空間33而形成連通的一上層氣路331及一下層氣路332，該下層氣路332與該導熱結構37相接觸，使得熱氣體2由輸送管31送出後，先經由該下層氣路332，再通過該上層氣路331，由複數該細孔32排出。據此，熱氣體2通過該下層氣路332時，會與該導熱結構37接觸，且該導熱結構37包含複數熱傳導部371及複數排氣部372，該排氣部372設置於該熱傳導部371之間，並具有複數小孔3721，使得儲存於熱氣體2中的大部分熱能可以在流經下層氣路332時，藉由熱傳導部371的傳導，以及由複數小孔3721形成小熱氣泡4，先行釋出到水體3中，其中，該熱傳導部371可採用熱傳導係數較高之金屬材質；而該排氣部372則可使用易於加工成形之塑膠材質。剩餘的熱氣體2則經由上層氣路331上方的複數細孔32，形成複數小熱氣泡4，繼續排放到水體3中，一方面繼續加熱水體3、另一方面撞擊使用者6，達到清潔及按摩舒壓的作用；同時，脫離水體3的熱氣體2，尚可以作為浴室暖氣，這對於寒溫帶居民洗浴時的禦寒相當有幫助。要補充說明的是，該間隔結構36的設置，還可以避免過熱的氣體從輸送管31直接經複數細孔32送出，而發生燙傷使用者6的意外。當然，若使用者6等到水體3加熱完成後再進入水池5中，就沒有這一層的顧慮。

另外，該排氣單元30的底面可以設有至少一吸盤35，在此實施例中，該至少一吸盤35為複數個，複數該吸盤35將排氣單元30吸附在該水池5底部，藉以固定該排氣單元30的位置，防止排氣單元30滑動造成使用者6滑倒的意外，並提供導熱結構37與水池5底部之間具有一間距，讓水體3能藉由該間距，與導熱結構37接觸，有效吸收導熱結構37放送出來的熱能，又在此實施例中，該排氣單元30遠離該導熱結構37的一側外圍，更設有複數突塊34，且複數該突塊34內各別設置有磁石341及玉石342，當使用者6位於排氣單元30上與排氣單元30接觸時，複數突塊34形成複數施力點，按壓使用者6，達到按摩的效果，並阻隔使用者6直接與複數細孔32接觸，阻礙了熱小氣泡4的產生。

請參閱「圖4」所示，為本發明第二實施例之結構示意圖，在此實施例中，該加熱溫控單元20包含有一電阻式加熱器21及一溫度控制器22，該電阻式加熱器21透過電阻加熱的方式，對進入該加熱溫控單元20的氣體1加熱，形成熱氣體2，而該溫度控制器22與該電阻式加熱器21電性連接，用以控制該電阻式加熱器21的加熱強度，提供使用者6調控自己喜好的使用溫度，在此實施例中，輸送管31另設置有至少一出風口311a、311b、311c，該出風口311a、311b係直接輸出熱氣體2於該水池5外之空間，進一步說明，該出風口311a、311b直接將熱氣體2輸出於外部空間，不經過水池5的水體3輸出，因此使用者6還可利用出風口311a、311b送出的熱氣體2，來進行吹頭髮、烘乾身體、及烘手，因此本發明還具備了吹風機、烘手機的功用，另外，將出風口311c隨著輸送管31的延伸，而將出風口311c設置於有需要輸送出熱氣體2的地方，便可作為暖氣機使用，提高室內的溫度，其可使用於冬天洗澡時，避免在淋浴間斷或結束後，因氣溫低且尚未穿上衣服，而有冷的感覺，除此之外，本發明亦可於出風口311c設置調控風向的複數葉片312，以調整熱氣體2的流向。要補充說明的 是，「圖4」所顯示之管線配置只為表達本發明功能整合之概念，並非唯一的配置方式，使用者6可視需求施作氣體傳輸管路於不同位置、高度上，並配合氣道管制閥313將各個功能分項單獨或同時使用；再者，本發明在施用時的對象並不限定為人，亦可為寵物、如貓狗等動物，以同時達到安全洗浴、超音波潔淨、保暖烘乾、梳毛整容的效果。

綜上所述，由於本發明藉由氣體傳輸單元、加熱溫控單元、排氣單元以及導熱結構的設置，不僅產生複數小熱氣泡，以電絕緣之氣體，安全的傳輸熱能來加熱水體，還可利用將熱氣體之熱能儲存於吸熱快速的導熱結構上，再由該導熱結構來對水體加熱，進一步提升熱能的傳遞效率，而增加熱能被傳遞至水體中的效果。且本發明更兼具了以小熱氣泡按摩舒壓的效果，還可利用所產生的熱氣體來吹頭髮及烘乾身體，避免使用者洗完澡後於溼淋淋的浴室使用吹風機而觸電的危險，而且將出風口藉著輸送管的延伸設置於有需要輸送熱氣體的地方，並在出風口設置可調整風向的複數葉片，更使得本發明具備了暖氣機的功用。因此本發明極具進步性及符合申請發明專利之要件，爰依法提出申請，祈 鈞局早日賜准專利，實感德便。

以上已將本發明做一詳細說明，惟以上所述者，僅為本發明之一較佳實施例而已，當不能限定本發明實施之範圍。即凡依本發明申請範圍所作之均等變化與修飾等，皆應仍屬本發明之專利涵蓋範圍內。

1‧‧‧氣體

2‧‧‧熱氣體

3‧‧‧水體

4‧‧‧小熱氣泡

5‧‧‧水池

6‧‧‧使用者

10‧‧‧氣體傳輸單元

11‧‧‧進氣口

111‧‧‧濾網

20‧‧‧加熱溫控單元

21‧‧‧電阻式加熱器

22‧‧‧溫度控制器

23‧‧‧導管

30‧‧‧排氣單元

31‧‧‧輸送管

311a、311b、311c‧‧‧出風口

312‧‧‧葉片

313‧‧‧氣道管制閥

32‧‧‧細孔

33‧‧‧容置空間

331‧‧‧上層氣路

332‧‧‧下層氣路

34‧‧‧突塊

341‧‧‧磁石

342‧‧‧玉石

35‧‧‧吸盤

36‧‧‧間隔結構

37‧‧‧導熱結構

371‧‧‧熱傳導部

372‧‧‧排氣部

3721‧‧‧小孔

「圖1」，為本發明之結構示意圖。

「圖2」，為本發明第一實施例之結構示意圖。

「圖3」，為本發明第一實施例之局部結構示意圖。

「圖4」，為本發明第二實施例之結構示意圖。

1‧‧‧氣體

2‧‧‧熱氣體

3‧‧‧水體

4‧‧‧熱氣泡

5‧‧‧水池

6‧‧‧使用者

10‧‧‧氣體傳輸單元

11‧‧‧進氣口

111‧‧‧濾網

20‧‧‧加熱溫控單元

21‧‧‧電阻式加熱器

23‧‧‧導管

30‧‧‧排氣單元

31‧‧‧輸送管

32‧‧‧細孔

33‧‧‧容置空間

37‧‧‧導熱結構

Claims (14)

1. 一種防觸電氣體傳導熱水器，利用複數小熱氣泡加熱一水池中的水體，其包含有：一氣體傳輸單元，該氣體傳輸單元具有一進氣口，該進氣口吸入周遭的氣體集中後，送出該氣體；一與該氣體傳輸單元連接的加熱溫控單元，該加熱溫控單元加熱由該氣體傳輸單元送出的該氣體，形成熱氣體後送出；以及一具有複數細孔的排氣單元，該排氣單元設於該水池中，該排氣單元透過一輸送管與該加熱溫控單元連接，該輸送管輸送該熱氣體至該排氣單元，該熱氣體並由複數該細孔排出形成複數該小熱氣泡。
2. 如申請專利範圍第1項所述的防觸電氣體傳導熱水器，其中該排氣單元包含一容置空間以及一導熱結構，該導熱結構具有相對的兩面，其中一面與該容置空間接觸，另一面與該水池中的水體接觸。
3. 如申請專利範圍第2項所述的防觸電氣體傳導熱水器，其中該導熱結構設置於該排氣單元靠近該水池之底部一側。
4. 如申請專利範圍第2項所述的防觸電氣體傳導熱水器，其中該排氣單元的底面設有至少一吸盤。
5. 如申請專利範圍第2項所述的防觸電氣體傳導熱水器，其中該容置空間內設有一間隔結構，該間隔結構間隔該容置空間而形成連通的一上層氣路及一下層氣路，該下層氣路與該導熱結構相接觸。
6. 如申請專利範圍第1項所述的防觸電氣體傳導熱水器，其中該排氣單元的外圍設有複數突塊。
7. 如申請專利範圍第6項所述的防觸電氣體傳導熱水器，其中複數該突塊內各別設置有磁石或玉石。
8. 如申請專利範圍第2項所述的防觸電氣體傳導熱水器，其中該導熱結構之材質為金屬。
9. 如申請專利範圍第1項所述的防觸電氣體傳導熱水器，其中該細孔之孔徑介於10um至100um之間。
10. 如申請專利範圍第1項所述的防觸電氣體傳導熱水器，其中該進氣口設有一濾網。
11. 如申請專利範圍第1項所述的防觸電氣體傳導熱水器，其中該輸送管另設置有一出風口，其係直接輸出該熱氣體於該水池外之空間。
12. 如申請專利範圍第11項所述的防觸電氣體傳導熱水器，其中該出風口設置有調控風向的複數葉片。
13. 如申請專利範圍第1項所述的防觸電氣體傳導熱水器，其中該加熱溫控單元包含有一用以加熱該氣體的電阻式加熱器。
14. 如申請專利範圍第1項所述的防觸電氣體傳導熱水器，其中該加熱溫控單元更包含有一調整該氣體之加熱程度的溫度控制器。