TWI653423B - 加熱板 - Google Patents

Abstract

本發明揭露一種加熱板，該加熱板由二加熱結構與一固定板所形成。 該加熱結構進一步包含一金屬板、一第一絕緣層、一加熱層及一第二絕緣層。金屬板上形成一凹槽，凹槽的存在適當地容置前述第一絕緣層、加熱層、第二絕緣層及一第一導電線路。如此一來，傳統上兩片加熱板間的絕緣板可以省去不用，減少了相當程度的厚度。又絕緣材料密封於二加熱結構中，其內有毒物質不易釋放至水中，解決飲水健康問題。

Description

加熱板

本發明關於一種加熱板，特別是一種可於開放或封閉空間中加熱液體的加熱板。

目前，傳統之電熱水器包括儲熱型熱水器與即熱型熱水器，該儲熱型熱水器主要是先將水存入熱水器之主水箱內部，並採用封存有鎢絲之盤管式電熱管進行加熱；惟其缺點在於，主水箱之容量有限，且加熱速度慢，因此難以連續供應熱水給多人使用，同時需要持續供電以保持水溫，故相當耗電且加溫效率難以提升。即熱型熱水器主要是裝設於浴室內鄰近熱水之給水口處，其結構是將封存有鎢絲之電熱管裝設於熱水器之加熱筒內，且加熱筒僅略大於電熱管，而使加熱筒內壁與電熱管外壁之間形成一供給水流通過的薄形空間，可利於縮減水加溫達到所需溫度的時間，而能夠持續供應熱水給多人使用；惟其缺點在於，薄形空間的容積有限，且加溫路徑短，故為使水加溫達到所需的溫度，必需降低水的流速，導致熱水供應緩慢，且加溫效率也難以再提升。

上述電熱管對加熱筒加熱時，加熱筒內的水受熱後，其熱能會傳導至加熱筒外部，經加熱筒外部與冷空氣接觸而散熱；亦即，電熱管發熱時所消耗的能源並未完全被利用，而是成為廢熱逸散，在能源效率上並不環保。再者，針對前述傳統電熱管的配置方式，尤其是盤管式電熱管 浸泡在水中，長期使用後水垢會附著在電熱管外表面，使電熱管加熱及導熱效率變差，相對耗電量增加。

因此，市面上有一種新型的電加熱板，用以取代前述的電熱管，該電加熱板的結構剖面如圖1所示。該電加熱板是一個對稱結構，以中央的一絕緣板1為中心，其兩側各安裝一金屬板2。金屬板上設有導電線路3，該導電線路3接上電源後，可使其上一層電熱材料4發熱，此即電加熱板的熱能來源。電加熱板的最外部披覆兩層絕緣保護層5，用以保護導電線路3與電熱材料4，並避免導電線路3與外部環境短路。然而，這樣的電加熱板有幾個缺點。首先，電加熱板需要絕緣板1來絕緣兩個金屬板2，該絕緣板1具有一定的厚度而使得電加熱板厚度不易減少，進而減少應用的機會；其次，絕緣板1與絕緣保護層5長期暴露於高溫水中，久之容易將其內有毒物質釋放至水中，不利飲水人健康。

職是之故，發明人有鑑於習知技術中所產生之缺失，經過悉心試驗與研究，並一本鍥而不捨之精神，終構思出本發明的創新加熱板，可以克服上述問題。

本段文字提取和編譯本發明的某些特點。其它特點將被揭露於後續段落中。其目的在涵蓋附加的申請專利範圍之精神和範圍中，各式的修改和類似的排列。

為了解決以上問題，本發明提供一種加熱板。該加熱板可包含：二加熱結構，每一加熱結構包含；一金屬板，該金屬板具有一第一板端、一板本體與一第二板端，該第一板端與該板本體受外力沖壓形成一凹槽，該第一板端具有一突出部；一第一絕緣層，形成於該凹槽上；一加熱層，以一厚膜加熱材料均勻覆蓋於該第一絕緣層之一部份上後熱固化形成，該厚膜加熱材料中印 刷形成一第一導電線路，該第一導電線路通電用以加熱該厚膜加熱材料，該第一導電線路的兩端於該突出部各自連接一金屬片；及一第二絕緣層，形成於該加熱層上。該二加熱結構外觀實質相同或僅相異於該突出部之外形。該二加熱結構以具有凹槽之一面鄰接，並沿該板本體與該第二板端外圍焊接。該些金屬片突出於該第二絕緣層與該加熱層，各與一第一金屬端子焊接。

該加熱板可進一步包含一固定板，該固定板具有複數個固定孔，固定結合於該二金屬板之該第一板端或該板本體，用以將該加熱板固定於外部一液體容器中。

該加熱層可進一步於該突出部上印刷形成一第二導電線路，該第二導電線路的兩端各自連接一金屬片，該些金屬片突出於該第二絕緣層與該加熱層，各與一第二金屬端子焊接，一熱敏電阻兩端各焊接於一第二金屬端子上。

依照本發明，該金屬板材質可為不鏽鋼或鋁合金。該第一絕緣層、該加熱層及該第二絕緣層經加熱超過700℃後固結。該第一導電線路之印刷材料可為銀膠或導電油墨，該第二導電線路之印刷材料亦可為銀膠或導電油墨。該第一絕緣層材料可為玻璃或陶瓷，該第二絕緣層材料亦為玻璃或陶瓷。

最好，該第一金屬端子側面外觀為L形，以便一端與該金屬片焊接後，另一端實質垂直於該第一板端的該突出部。

凹槽的存在適當地容置前述第一絕緣層、加熱層、第二絕緣層及一第一導電線路。如此一來，傳統上兩片加熱板間的絕緣板可以省去不用，減少了相當程度的厚度。又絕緣材料密封於二加熱結構中，其內有毒物質不易釋放至水中，解決飲水健康問題。

1‧‧‧絕緣板

2‧‧‧金屬板

3‧‧‧導電線路

4‧‧‧熱電材料

5‧‧‧絕緣保護層

10‧‧‧加熱板

100‧‧‧加熱結構

110‧‧‧金屬板

110a‧‧‧凹槽

111‧‧‧第一板端

111a‧‧‧突出部

112‧‧‧板本體

113‧‧‧第二板端

120‧‧‧第一絕緣層

130‧‧‧加熱層

131‧‧‧第一導電線路

132‧‧‧金屬片

133‧‧‧第一金屬端子

134‧‧‧第二導電線路

135‧‧‧第二金屬端子

136‧‧‧熱敏電阻

140‧‧‧第二絕緣層

200‧‧‧固定板

210‧‧‧固定孔

220‧‧‧水流入口

230‧‧‧水流出口

300‧‧‧第一電源

310‧‧‧第二電源

400‧‧‧熱水器殼體

圖1為一種習知電加熱板的結構剖面圖；圖2為依照本發明的一種可於開放或封閉空間中加熱液體的加熱板的外觀示意圖；圖3中為一加熱結構的上視圖；圖4繪示沿圖3AA’方向的斷面圖；圖5繪示加熱結構的焊接方式；圖6繪示加熱板的應用態樣。

本發明將藉由參照下列的實施方式而更具體地描述。

請見圖2，該圖為依照本發明的一種可於開放或封閉空間中加熱液體的加熱板10的外觀示意圖。加熱板10主要由兩個外觀實質相同的二加熱結構100(圖2中該二加熱結構100一者在前，另一者在後，兩者疊合)與一個固定板200所組成。所謂”外觀實質相同”的意思是兩個加熱結構100的外觀並無肉眼直觀上的不同，僅有細部組裝上的差異。換句話說，該二個加熱結構100的功能並無差異，實際上也是同一個規格下的製品。以下分別介紹加熱結構100與固定板200的細節與功能。

為了對加熱結構100有較佳的了解，將其中一個加熱結構100自加熱板10分離，於圖3中繪示其上視圖(粗虛線繪示加熱結構100內部的第一導電線路131的分佈)，並於圖4中繪示沿圖3AA’方向的斷面圖。要注意的是，因為加熱結構100斷面上寬度相對於深度來的長得多，為了能有效辨識加熱結構100中的各元件，圖4繪製時拉伸了深度方向，比例上並不符合其它圖式。

加熱結構100的外觀近似一長方形，其上方具有一突出之突出部111a，其下方之邊角導圓。要強調的是，圖3的加熱結構100外型僅是依照本發 明的一種態樣，若是依照實際應用的結構(熱水瓶、熱水器甚至是大型杯子)其形狀可以變化，可近似圓形、橢圓形、方形，甚至是特定扭曲變化的形狀；只要可以達到加熱液體(特別是水)的目的，其設計外觀都為本發明所主張。 每一加熱結構100包含了一金屬板110、一第一絕緣層120、一加熱層130及一第二絕緣層140。金屬板110是加熱結構100的主體。在本實施例中，金屬板110的材料是不鏽鋼。製作上，可以一片不鏽鋼板，經沖壓後形成加熱結構100的大致外觀，並形成一凹槽110a及該突出部111a。實作上，金屬板110的材料除了是不鏽鋼外，也可以是其它易導熱及堅固不易變形的金屬或其合金，比如鋁或鋁合金。進一步說明外觀。該金屬板110外觀具有一第一板端111(圖3上方橢圓形虛線框所標示部分)、一板本體112(非第一板端111與第二板端113之部分合稱)與一第二板端113(圖3下方導圓角長方形虛線框所標示部分)。在本實施例中，第一板端111、板本體112與第二板端113是一體成形的，其區分主要是方便說明。第一板端111與板本體112受外力沖壓形成前述的凹槽110a，如同圖4所繪示，是用來承載形成的第一絕緣層120、加熱層130、第二絕緣層140及一第一導電線路131。由於金屬板110的厚度不厚，實作上一般約在0.1mm~0.05mm，凹槽110a的深度最好也約在0.1mm~0.05mm。凹槽110a的設計是本發明異於習知技術的最大創新之處。凹槽110a的存在適當地容置前述第一絕緣層120、加熱層130、第二絕緣層140及一第一導電線路131。如此一來，傳統上兩片加熱板間的絕緣板可以省去不用，減少了相當程度的厚度。第一板端111具有前述的突出部111a，該突出部111a的製作方式可以在凹槽110a沖壓成形後，將對應突出部111a的另外半邊除去。在本實施例中，由於考慮兩片加熱結構100的接合，突出部111a 的寬度約是板本體112寬度的一半。實作上，小於板本體112寬度的一半的寬度也可行。

第一絕緣層120形成於凹槽上，其功能是用來隔絕加熱層130與金屬板100，避免來自加熱層130內部的電流短路，由金屬板100流失到外部。在本實施例中，第一絕緣層120的材料為陶瓷。實作上，也可以使用玻璃當材料。

加熱層130以一厚膜加熱材料均勻覆蓋於第一絕緣層120之一部份上後熱固化形成。厚膜加熱材料為混有稀土元素或其氧化物的材料，通電後可迅速升溫發熱，藉此達到加熱板10加熱的目的。傳統上所有的厚膜加熱材料都可以使用在本發明中。厚膜加熱材料中印刷形成一第一導電線路131，該第一導電線路131可通電以加熱該厚膜加熱材料。第一導電線路131的印刷材料可以是銀膠或導電油墨。依照本發明，第一導電線路131所承載的電力可以是直流電，也可以是交流電。第一導電線路131的布局可參考圖3，是由第一板端111到第二板端113間來回均勻佈設。當然，第一導電線路131的布局方式很多種，可依照板本體112的形狀改變，不為圖3所示者限制。第一導電線路131的兩端於該突出部111a各自連接一金屬片132。該些金屬片132突出於第二絕緣層140與加熱層130，各與一第一金屬端子133焊接。金屬片132作為第一導電線路131對外連接窗口，必須具備優良的導電性、較低的電阻以及較佳的可成型性。是故，銅、銀甚至是金等金屬是可使用的材料。如圖2所示，第一金屬端子133的側面外觀可為L形，以便一端與金屬片132焊接後，另一端實質垂直於第一板端111的突出部111a。這樣的設計可便利後續連接外部電力供應線之用。

此外，加熱層130可進一步於突出部111a上印刷形成一第二導電線路134，該第二導電線路134的兩端各自連接一金屬片(因視角問題，未繪示)， 該些金屬片突出於第二絕緣層140與加熱層130，各與一第二金屬端子135焊接，一熱敏電阻136兩端各焊接於一第二金屬端子135上。由於熱敏電阻136的電阻值隨著溫度變化，只要觀察熱敏電阻136就可以知道加熱板10目前的工作溫度。第二導電線路134的印刷材料可和第一導電線路131的一樣，使用銀膠或導電油墨。

第二絕緣層140形成於加熱層130上，其功能是用來隔絕加熱層130與外部環境，避免來自加熱層130內部的電流短路，接觸外部導電物後流失到外部環境中。在本實施例中，第二絕緣層140的材料為陶瓷。實作上，也可以使用玻璃當材料。

該二加熱結構100以具有凹槽110a之一面鄰接，並沿該板本體112與第二板端113外圍焊接，焊接處如圖5斜線部分所示。要注意的是，在其它實施例中，二加熱結構100的外觀可能不會實質相同，僅相異於突出部111a之外形，比如一者寬一者窄，或一者高一些一者矮一些，都可以隨著外部受熱機構的設計而變化。此外，第一絕緣層120、加熱層130及第二絕緣層140都是經加熱，比如超過700℃，冷卻後固化。加熱板10成型中可能會經歷一次以上的加熱程序。

固定板200具有數個固定孔210，固定結合於二金屬板110之第一板端111或板本體112，用以將加熱板10固定於外部一液體容器中。固定孔210可供螺絲穿過，加熱板10的固定方式可以是螺絲固鎖。在其它的實施例中，固定板200也可取消固定孔210，其固定加熱板10方式可改為焊接或黏接。材料方面，固定板200可以和金屬板110使用同樣的金屬材料，如不鏽鋼、鋁或鋁合金。如果需要，其它的材質也可以應用，比如木頭、熱固性塑膠或合成纖維。

請見圖6，該圖繪示加熱板10的一種應用態樣。加熱板10置入一熱水器殼體400中，兩者的結合形成了一個電熱水器。此時，固定板200上另可開 設一水流入口220與一水流出口230。水流入口220讓冷水流進熱水器殼體400中，而水流出口230讓加熱後的熱水流出。水流路線如空心箭號所示。兩個加熱結構100上的第一金屬端子133分別接到一第一電源300與一第二電源310上，第一電源300與第二電源310分別對一加熱結構100進行加熱電力的供應。由加熱結構100產生的熱能隨著實心箭號方向傳導到水中。與習之技術不同者，第一電源300與第二電源310可分別使用現有的高功率電源，而不用改變現有電力配電方式。舉例來說，第一電源300與第二電源310的功率都是3000瓦，傳統上要達到相同的加熱效率，要接到一個6000瓦的市電電源。然而，並非所有裝接該電熱水器的建築都有6000瓦的電源(主要是斷路器的設計)，本發明可避過這種硬體問題。此外，第一電源300與第二電源310的電壓可以是110V、220V或380V，本發明不限定。相較於同樣功率的電熱水器，應用本發明者其電熱轉換效率可提升，實驗上發現可由92%提升至98%。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (10)

1. 一種加熱板，包含：二加熱結構，每一加熱結構包含；一金屬板，該金屬板具有一第一板端、一板本體與一第二板端，該第一板端與該板本體受外力沖壓形成一凹槽，該第一板端具有一突出部；一第一絕緣層，形成於該凹槽上；一加熱層，以一厚膜加熱材料均勻覆蓋於該第一絕緣層之一部份上後熱固化形成，該厚膜加熱材料中印刷形成一第一導電線路，該第一導電線路通電用以加熱該厚膜加熱材料，該第一導電線路的兩端於該突出部各自連接一金屬片；及一第二絕緣層，形成於該加熱層上，其中該二加熱結構外觀實質相同或僅相異於該突出部之外形；該二加熱結構以具有凹槽之一面鄰接，並沿該板本體與該第二板端外圍焊接；該些金屬片突出於該第二絕緣層與該加熱層，各與一第一金屬端子焊接。
2. 如申請專利範圍第1項所述之加熱板，進一步包含一固定板，該固定板具有複數個固定孔，固定結合於該二金屬板之該第一板端或該板本體，用以將該加熱板固定於外部一液體容器中。
3. 如申請專利範圍第1項所述之加熱板，其中該加熱層進一步於該突出部上印刷形成一第二導電線路，該第二導電線路的兩端各自連接一金屬片，該些金屬片突出於該第二絕緣層與該加熱層，各與一第二金屬端子焊接，一熱敏電阻兩端各焊接於一第二金屬端子上。
4. 如申請專利範圍第1項所述之加熱板，其中該金屬板材質為不鏽鋼或鋁合金。
5. 如申請專利範圍第1項所述之加熱板，其中該第一絕緣層、該加熱層及該第二絕緣層經加熱超過700℃後固結。
6. 如申請專利範圍第1項所述之加熱板，其中該第一導電線路之印刷材料為銀膠或導電油墨。
7. 如申請專利範圍第1項所述之加熱板，其中該第二導電線路之印刷材料為銀膠或導電油墨。
8. 如申請專利範圍第1項所述之加熱板，其中該第一絕緣層材料為玻璃或陶瓷。
9. 如申請專利範圍第1項所述之加熱板，其中該第二絕緣層材料為玻璃或陶瓷。
10. 如申請專利範圍第1項所述之加熱板，其中該第一金屬端子側面外觀為L形，以便一端與該金屬片焊接後，另一端實質垂直於該第一板端的該突出部。