專利名稱：加熱裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種加熱裝置，尤其涉及一種具有節能功效的加熱裝置。
背景技術：
目前市面上發展出具有加熱和保溫效果的加熱裝置，如電熱水瓶、開飲機、加熱電壺、電火鍋等，其運作方式主要是先接收市電來對電熱水瓶中的水加熱，當水達沸點后，即斷開市電供電路徑，進入保溫狀態。此時電熱水瓶會隨時偵測瓶中水的溫度，一但水溫降到一定程度，便開啟而繼續接收市電來進行加熱，如此一直循環來達成保溫機制。
由于市電屬于交流電，需要先進行電壓轉換電路轉成直流電后，方能使加熱裝置運作。然而，轉換電壓的過程包括將交流電進行整流、濾波、穩壓等處理，過程中會損耗大量的功率，尤其在加熱裝置頻繁的加熱/保溫狀態的切換情況下，電能耗損的情形會更嚴重。
又，礙于一般的加熱裝置均以插接市電直接提供電壓源來獲得電能，因而造成上述的電能使用耗損的缺失。另外，即使現代的電網設施再先進，意外的斷電仍在所難免，因此能夠在市電斷電時，及時提供負載所需的應急電能維持加熱裝置運作，以使加熱裝置內的物質不因斷電及其斷電時間長所影響，遂成為本案加熱裝置的一重要解決問題。然，乃發展出具有蓄電功能的加熱裝置，即于加熱裝置中設置一蓄電電池，由充飽電的蓄電電池提供電能供加熱裝置備電運作，但目前的蓄電電池，雖然標榜著可重復使用，但還是有其壽命的限制。在多次充放電或長時間不使用的情況下，蓄電池的容量會下降，且容易損壞，原因在于蓄電電池是利用化學能轉換為電能，化學物質要常保其活性，才不至于失效變質，當原來的化合物活性都作用完或將近用完時，便無法再進行新的化學反應，進而導致蓄電電池老化而宣告壽終。因此，蓄電電池的容量小、使用壽命短、充放電次數少等特性，仍會導致需要頻繁充電或更換蓄電電池的不便。
發明內容
有鑒于此，本發明提出以由電位能形式儲存能量的儲能單元作為能量儲存裝置，用來儲存市電提供的電能，以提供加熱裝置進行加熱或保溫時所需的電力，期能有效節省能源。 本發明的目的在于提供一種加熱裝置，能有效利用電能，進而達到節能減炭的目的。 本發明的又一 目的在于提供一種加熱裝置，能方便攜帶。 本發明的另一目的，在于提供一種應用具有能量儲存密度高、重量輕、儲能容量大、使用壽命長等優點的磁性電容(Magnetic C即acitor)構成為儲能單元的加熱裝置。
本發明揭示一種加熱裝置，適用于對一物質加熱。該加熱裝置包括有一電源輸入部、一儲能單元、一加熱單元、一處理單元以及一溫度感測單元。其中，電源輸入部用以從一電壓源接收一電能；儲能單元包括至少一磁性電容，用以儲存或釋放該電能；加熱單元用以提供一熱能；溫度感測單元用以感測物質的溫度；處理單元耦接于儲能單元、加熱單元以及溫度感測單元之間，由溫度感測單元來判斷物質的溫度是否超過一預定溫度，若是，則 控制加熱單元接收儲能單元輸出的電能來對物質進行保溫，若否，則控制加熱單元接收電 壓源輸入的電能來對物質加熱。 本發明的一具體實施例中，加熱裝置還包括有一輸入單元、一顯示單元以及一警 示單元。輸入單元用以供一使用者對加熱裝置鍵入一指令；顯示單元用以顯示加熱裝置的 使用狀態；警示單元用來發出聲色信號來引起注意。 本發明的另一具體實施例中，加熱裝置還可包括一計時單元，其用以計數時間。其 中，當計時單元計數至一預定時間時，處理單元控制加熱單元接收電壓源輸入的電能來對 物質進行加熱。 于本發明的一具體實施例中，所述的磁性電容包含有一第一磁性電極、一第二磁 性電極以及一介電層。介電層設置于第一磁性電極以及第二磁性電極之間。其中，第一磁 性電極與第二磁性電極內分別具有磁偶極(magnetic dipole)，用以抑制磁性電容的漏電流。
由前述技術方案，本發明利用磁性電容來儲存電能，以提供電力給加熱裝置使用，
利用磁性電容的儲能特性，使能有效利用電能，進而達到節能減炭的目的。 以下結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細描述，但不作為對本發明的限定。
圖1為本發明所揭示的加熱裝置的一具體實施例的立體分解圖； 圖2為本發明所揭示的操作界面的一具體實施例的示意圖； 圖3為本發明所揭示的加熱裝置的一具體實施例的統架構示意圖； 圖4為本發明所揭示的儲能單元與其它現有能量儲存媒介的比較示意圖； 圖5為本發明所揭示的磁性電容的一具體實施例的結構示意圖； 圖6為本發明所揭示的第一磁性電極的一具體實施例的結構示意圖；以及 圖7為本發明所揭示的磁性電容組的一具體實施例的示意圖。 其中，附圖標記 1 :加熱裝置 11 :上蓋 13 :容器 15 :承載座 17:電源輸入部 19 :電壓源 2 :操作界面 22 :輸入單元 24:顯示單元 26 :警示單元 32 :儲能單元 34 :處理單元 36 :溫度感測單元
37 :加熱單元 39 :計時單元 313:磁性電容 21 :第一磁性電極 23:介電層 25:第二磁性電極 211、251、311、351 :磁偶極 31 :第一磁性層 33:隔離層 35 :第二磁性層 4:磁性電容組
具體實施例方式
本發明所提出的加熱裝置，使用由電位能形式儲存能量的儲能單元來儲存電能， 以能選擇性地使用市電或磁性電容提供的電力來使加熱裝置運作，如此得以有效地節省能 源。 本發明主要技術特征在于使用一磁性電容作為加熱裝置的能量儲存單元，以下就 僅提出必要的系統架構，然而，本領域技術人員得知，除了以下所提及的構件，加熱裝置當 然包括其它的必要組件，因此，不應以本實施例揭露的為限。 首先，請參閱圖l，該圖為本發明所揭示的加熱裝置的一具體實施例的立體分解 圖。如圖l所示，加熱裝置l，以電熱水瓶為例，適用于對一物質(例如水或食用物質)加 熱，其外觀大概包括有一上蓋11、一容器13、一承載座15以及一電源輸入部17，可為一電源 接口。容器13內部可盛裝水、茶或咖啡等食用物質；上蓋11樞結于容器13的一側，使能與 容器13上下相疊地卡合；而承載座15可分離地組設于容器13的下方，用以承載容器13。 電源輸入部17設置于承載座15的一側，用以外接一電壓源19來獲得電能，具體來說，該電 壓源19為市電，其提供交流電，經由電壓轉換電路(圖中未示)轉成加熱裝置1運作時所 需的直流電。 接著，請一并參考圖2，該圖為本發明所揭示的操作界面的一具體實施例的示意 圖。加熱裝置1還包括一操作界面2，如圖2所示，其包含一輸入單元22、一顯示單元24以 及一警示單元(圖中未示)。該輸入單元22由多個按鍵組成，使用者利用按壓按鍵來選擇 欲進行加熱、保溫或出水等指令。另一實施例中，輸入單元22亦可為分段式開關或感應式 裝置的群組組合之一，不應以本實施例揭露為限。顯示單元24以LED來顯示其輸入選項以 及加熱裝置l的使用狀態；而警示單元利用驅動一蜂鳴器發出聲音或一LED指示燈，來提示 使用者容器13內部的飲用水已經完成加熱。 再來，請參考圖3，該圖為本發明所揭示的加熱裝置的一具體實施例的系統架構示 意圖。其中相關的立體架構請一并參考圖1、圖2。 如圖3所示，加熱裝置1細部還包括一儲能單元32、一加熱單元37、一處理單元 34、一溫度感測單元36以及一計時單元39。其中儲能單元32以電位能的形式來儲存能量， 僅為范例說明之用，而不為本發明的限制條件之一，該儲能單元32包括至少一磁性電容
5313 (Magnetic Capacitor)，用以儲存或釋放從電壓源19提供的電能，其中所包含的磁性電 容的數量可依照設計需求而定，此外，在本發明實施例中，儲能單元32以多個磁性電容構 成，而隨著不同的設計需求，磁性電容之間可采用各種耦接方式(并聯、串聯或串并聯組合 方式組成)以組成儲能單元32 ;處理單元34耦接于儲能單元32、加熱單元37、溫度感測單 元36、計時單元39以及操作界面2之間，用以選擇性地接收電壓源19或儲能單元32提供 的電能來使加熱裝置得以運作。 一具體實施例中，處理單元34以及儲能單元32設置于承 載座15的內部。 加熱單元37設置于容器13和承載座15之間，用以提供熱能來對飲用水加熱，具 體來說，加熱單元37為一電熱式加熱組件或一電磁誘導式加熱組件。溫度感測單元36設 置容器13和加熱單元37之間，用以感測飲用水的溫度。運作方式，處理單元34控制加熱 單元37接收電壓源19輸入的電能來對容器13內的水加熱，并利用溫度感測單元36來判 斷水溫是否超過一預定溫度，例如沸點。 一但水溫超過預定溫度，則表示水已被煮沸，進而 斷開電壓源19的供電路徑，并控制加熱單元37切換成接收儲能單元32輸出的電能來對飲 用水進行保溫。同時，處理單元34亦可驅動警示單元26發出聲音或顏色的信號來提示使 用者目前加熱裝置1的使用狀態。 另一實施例，則可利用計時單元39用以計數時間，除了可利用手動控制或感測溫 度的方式來切換進行加熱/保溫的動作外，亦可從系統或人為設定計時單元39每計數至一 預定時間時，如三小時，自動由處理單元34控制加熱單元37接收電壓源19輸入的電能來 對水加熱。待加熱完畢，再由處理單元34控制加熱單元37切換成接收儲能單元32輸出的 電能來對飲用水進行保溫，如此定時地重復加熱/保溫的動作。 于本發明的一具體實施例中，所述的加熱裝置1亦可為飲水機、咖啡機、煎烤器或 任一具有加熱、保溫狀態的電器裝置，不應以本實施例揭露的為限。 請同時參閱圖4，該圖為本發明的儲能單元與其它現有能量儲存媒介的比較示意 圖。本發明的儲能單元32儲存的能量是以磁性電容(MagneticC即acitor)313為主，其主 要是以物理反應的電位能的方式進行儲存，而相較于主要以化學能儲存的其它能量儲存媒 介(例如傳統電池)，以化學能為儲存方式的能量儲存媒介的缺點為
(1)充、放電速度慢并且會產生熱能。 (2)在多次充放電后容量會下降(有漏電之虞)，甚至長時間不使用，也會有容量 下降問題(有漏電之虞)。 (3)再者，電池因利用化學物質由化學能轉換為電能，化學物質要常保其活性，才 不致失效變質，當原來化合物活性都作用完或將近用完時，便無法再進行新的化學反應，此 時電池容量下降，就是電池已老化了，電池便宣告壽終，再者若經過長期充放電后，因電池 內部電解液的損耗，以及電池內部化學物質活性的降低，造成電池內部的電量無法正常釋 放出來，常見的現象就是電池發熱，此時電池老化，相對電池容量也會下降，造成使用壽命 短。另外，超級電容也是化學儲能架構，故存在有傳統電池的缺點。 由于現有電容中，電容值C由電容的面積A、介電層的介質常數e。、及厚度d決 定，如下公式(一)，因此模擬于現有電容，本實施例的磁性電容313相當于由磁場的作用來 改變介電層的介電常數，故而造成電容值的大幅提升。
<formula>formula see original document page 7</formula> 然而，本發明所述的磁性電容儲存的能量全部以電位能的方式進行儲存，相較于 主要以化學能儲存的其它能量儲存媒介，磁性電容除了具有可匹配的能量儲存密度外，更 因充分保有電容的特性，而具有壽命長(高充放電次數)、無記憶效應、耐高壓、可進行高功 率輸出、快速充放電、體積小等特點，故可有效解決當前電池所遇到的各種問題。
接著，請參考圖5，該圖為本發明所揭示的磁性電容的一具體實施例的結構示意 圖。如圖5所示，磁性電容313包含有一第一磁性電極21、一第二磁性電極25以及一介電 層23。其中介電層23設置于第一磁性電極21以及第二磁性電極25之間，用來分隔第一磁 性電極21與第二磁性電極25，以于第一磁性電極21與第二磁性電極25處累積電荷，進而 儲存電位能。具體來說，第一磁性電極21與第二磁性電極25由具磁性的導電材料(例如 稀土元素)所構成，并由適當的外加電場進行磁化，使第一磁性電極21與第二磁性電極25 內分別形成磁偶極(magnetic dipole) 211、251，以于磁性電容313內部構成磁場來影響帶 電粒子的移動方向，從而抑制磁性電容313的漏電流。 上述的介電層23為氧化鈦(Ti03)、氧化鋇鈦(BaTi03)或氧化硅(siliconoxide) 的群組組合之一，然而本發明所述的磁性電容313的各層均可視產品需求而選用適當的材 料，不應以本實施例揭露的為限。 所需要特別強調的是，磁偶極211、251的箭頭方向僅為一示意圖。對本領域技術 人員而言，應可了解到磁偶極211、251實際上由多個整齊排列的微小磁偶極所疊加而成， 且在本發明中，磁偶極211 、251最后形成的方向并無限定，可依磁性電容313的形狀進行調 整，例如可指向同一方向或不同方向。 請一并參考圖6，該圖為本發明所揭示的第一磁性電極21的一具體實施例的結構 示意圖。如圖6所示，第一磁性電極21為一多層結構，包含有一第一磁性層31、一隔離層 33以及一第二磁性層35。其中隔離層33設置于第一磁性層31以及第二磁性層35之間， 其由非磁性材料所構成。而第一磁性層31與第二磁性層35則包含有具磁性的導電材料， 并在磁化時，由不同的外加電場，使得第一磁性層31與第二磁性層35中的磁偶極311、351 分別具有不同的方向，于本發明的一較佳實施例中，磁偶極311、351的方向為反向，而能進 一步抑制磁性電容313的漏電流。 此外，需要強調的是，磁性電容313的結構并不限于前述的三層結構，而可以類似 的方式，以多個磁性層與非磁性層不斷交錯堆棧，再由各磁性層內磁偶極方向的調整來進 一步抑制磁性電容313的漏電流，甚至達到幾乎無漏電流的效果。 再來，請參考圖7，該圖為本發明所揭示的磁性電容組的一具體實施例的示意圖。
如圖7所示，磁性電容313可根據不同的電壓或電容值需求，兩兩互相以串聯或并聯、或串
并聯的方式耦接，進而形成一磁性電容組4，以滿足各種不同裝置的電力供應需求。 基于磁性電容313的特性，磁性電容313相較于傳統電池，更能儲存大量電能以及
承受高壓，因此，于本發明的一具體實施例中，加熱裝置1亦可預先接收電壓源19的電能后
儲存于磁性電容313中，直接由磁性電容313提供電能來使加熱裝置1進行保溫的動作，進
而節省保溫時的耗電電能加熱裝置1的可攜帶性。
由以上實例詳述，當可知悉本發明的加熱裝置，使用磁性電容來作為儲能及釋能 的電能組件，相較于一般蓄電池，磁性電容具有耐高壓、體積小、容量大、充放電速度快、價 格低等優點，可作為一極佳的能量儲存裝置或電力供應來源。通過上述的技術手段，加熱裝 置可選擇性地使用市電或磁性電容提供的電力來運作，以避開用電量尖峰時刻；再者，加熱 裝置加熱到一定溫度后就由磁性電容供電來變成保溫狀態，即便是在市電斷電時，仍能及 時提供負載所需的應急電能維持加熱裝置運作，以使加熱裝置內的物質不因斷電及其斷電 時間長所影響；且，利用磁性電容提供的電力來保溫，得以省掉交流轉直流時功率的耗損， 進而有效地節省能源。 當然，本發明還可有其它多種實施例，在不背離本發明精神及其實質的情況下，熟 悉本領域的技術人員當可根據本發明作出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變 形都應屬于本發明所附的權利要求的保護范圍。
權利要求
一種加熱裝置，其特征在于，包括有一電源輸入部，用以從一電壓源接收一電能；一儲能單元，以電位能的形式儲存或釋放該電能；一加熱單元，用以提供一熱能；以及一處理單元，耦接于該加熱單元，用以控制該加熱單元選擇性地接收該電壓源輸入的該電能或該儲能單元輸出的該電能來運作。
2. 根據權利要求1所述的加熱裝置，其特征在于，適用于對一物質加熱，其中該加熱裝置還包括一溫度感測單元，耦接于該處理單元，用以感測該物質的溫度；其中，該處理單元由該溫度感測單元來判斷該物質的溫度是否超過一預定溫度，若是，則控制該加熱單元接收該儲能單元輸出的該電能來對該物質保溫，若否，則控制該加熱單元接收該電壓源輸入的該電能來對該物質加熱。
3. 根據權利要求2所述的加熱裝置，其特征在于，還包括一計時單元，其電性連接于該處理單元，用以計數時間；其中，當該計時單元計數至一預定時間時，該處理單元控制該加熱單元接收該電壓源輸入的該電能來對該物質加熱。
4. 根據權利要求1所述的加熱裝置，其特征在于，還包括有一輸入單元，耦接于該處理單元，用以供一使用者對該加熱裝置鍵入一指令；一顯示單元，其耦接于該處理單元，用以顯示該加熱裝置的使用狀態；以及一警示單元，其耦接于該處理單元。
5. 根據權利要求4所述的加熱裝置，其特征在于，該輸入單元為按鍵裝置、分段式開關或感應式裝置的群組組合之一 。
6. 根據權利要求4所述的加熱裝置，其特征在于，該警示單元為一蜂鳴器或一 LED指示燈。
7. 根據權利要求1所述的加熱裝置，其特征在于，該加熱單元為一電熱式加熱組件或一電磁誘導式加熱組件。
8. 根據權利要求1所述的加熱裝置，其特征在于，該儲能單元包含有至少一磁性電容，且各該磁性電容以串連或并聯或串并聯地耦接。
9. 根據權利要求8所述的加熱裝置，其特征在于，該磁性電容包括有一第一磁性電極；一第二磁性電極；以及一介電層，設置于該第一磁性電極以及該第二磁性電極之間；其中，該第一磁性電極與該第二磁性電極內分別具有磁偶極，用以抑制該磁性電容的漏電流。
10. 根據權利要求9所述的加熱裝置，其特征在于，該第一磁性電極包括有一第一磁性層，具有排列成一第一方向的磁偶極；一第二磁性層，具有排列成一第二方向的磁偶極；以及一隔離層，其設置于該第一磁性層以及該第二磁性層之間；其中，該第一方向與該第二方向互為反向，用以抑制該磁性電容的漏電流。
全文摘要
一種加熱裝置，包括有一電源輸入部、一儲能單元、一加熱單元以及一處理單元。其中，電源輸入部用以從一電壓源接收一電能；儲能單元包括至少一磁性電容，用以儲存或釋放電能；加熱單元用以提供一熱能；處理單元耦接于儲能單元以及加熱單元之間，用以控制該加熱單元選擇性地接收電壓源輸入的電能或儲能單元輸出的電能來運作。
文檔編號A47J27/21GK101721116SQ200810171150
公開日2010年6月9日 申請日期2008年10月22日 優先權日2008年10月22日
發明者許躍騰 申請人:光寶科技股份有限公司