CN1069514C - 真空绝热保温容器及盖体 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种真空绝热保温容器，尤其涉及一种焖烧锅所用的真空绝热保温容器，其特征在于，该保温容器系以金属、玻璃等硬质材料制成容器本体及/或其盖体的内外层，使该内外层保持间隙，并于该间隙内填充完全微开孔气泡泡沫塑料、人造硅粉末、气凝胶微粒等具有开放式微气隙结构的高热阻性介质及少量气体吸附剂，再予以抽至低度真空而成。本发明的保温容器能以较低真空度达到所需真空绝热效果，提高生产效率及降低生产成本。
Description
本发明涉及一种真空绝热保温容器，尤其涉及一种焖烧锅所用的真空绝热保温容器。
按市售的焖烧锅依其绝热保温层的结构可分为两大主流，其一为第82201034号专利案所揭示的焖煮装置。如图1所示，该焖煮装置的保温容器是由外锅1及用以密盖该外锅1的外锅盖2所组成。外锅1由硬质树脂制外壳10、金属制内壳11及填充固化于内外壳间的聚氨基甲酸乙酯泡沫塑料12等所构成。外锅盖2亦由在硬质树脂制的上盖体20与下盖体22间填充固化聚氨基甲酸乙酯泡沫塑料21而成。此种焖煮装置之所以采用聚氨基甲酸乙酯泡沫塑料作为绝热材料主要是因为价格低廉、货源不虞短缺、发泡技术容易，且具有某种程度的绝热保温作用。然而，由于其气泡的产生是利用CFC、HCFC、戊烷、二氧化碳(CO2)等作为发泡剂，且在外壳与内壳所围成的密闭空间内进行发泡，故所产生的气泡均属封闭式独立气泡，无法被抽真空而充斥着发泡所产生的气体如空气、CO2及少量液体。此等气泡内气体的热导系数虽为静止空气(0.03W/mK)的1/4-1/2左右，但就独立气泡泡沫塑料的整体热导系数(0.028W/mK)而言，仍然约略与静止空气相当，与真空状态的热导系数(0.005W/mK/10-5torr)相比较，显然高出许多倍〔请参阅图5的(1)〕。另一方面，聚氨基甲酸乙酯如用CFC发泡，会破坏臭氧层，若以HCFC、戊烷、CO2作发泡剂，则热导系数及耐久年限均不及以CFC发泡的。因此，以绝热保温功效的观点而论，此种焖煮装置尚难称理想。
另一种焖烧锅为第79203468号专利案所提出的真空绝热调理锅。如图2所示，该焖烧锅的保温容器系由双层不锈钢结构的外锅1′及用以覆盖外锅1′开口外锅盖2′所组成。外锅1′的外层10′与内层11′间中间空隙12′为抽成10-5torr真空，且外层10′及内层11′均在其内侧壁面上镀以反射层13′，以减少辐射传热。至于其外锅盖2′部分则使用封闭式独立气泡绝热泡沫塑料21′作为绝热材料。该案所提供的焖烧锅用保温容器由于使用真空绝热方式，故可大幅度减少热传递，与前述的泡沫塑料绝热式保温容器相比较，具有优异的绝热保温效果〔请参阅图4及图5的(2)〕。
然而，此种真空绝热保温容器亦有其致命缺陷，亦即，
1．该保温容器因为须运用到抽真空技术，且宽约5m/m的间隙中，真空度须达10-5torr才能达到所需绝热保温效果。为达到此种真空度，须使用高度的抽真空技术，且其抽真空所费时间长达1小时左右，还要配合600-1200℃的高温烘烧才能完成，故抽真空时间、技术及设备费用占了制造成本的绝大部分(约9/10)，使得保温容器的制造成本无法降低，对以节省能源为主要目的的焖烧锅而言，实为一大憾事。
2．该保温容器的外锅夹层间隙为高度真空状态，为使其能抵抗一大气压的压力而不变形，锅体耐压强度必须超过1kg/cm2，故须使用较厚的钢板。然而，钢板过厚，势必增加保温容器的重量与成本。因此，业者在锅1′的外层10′与内层11′间选择若干位置配设热导较低但强度甚高的玻璃球或陶瓷球(图2中未示出)作为间隔支撑物，以便在使用较薄钢板(0.3-0.5m/m)时，外层10′与内层11′不致因大气压力而遭压扁变形。但是，在未设置间隔支撑物之处，对于正常使用应力以上的外力冲击、碰撞则缺乏足够的抵抗强度，所以，由于使用不慎而掉落地上或碰撞外物时，常易产生局部变形、龟裂而失去真空保温能力。所以该保温容器在外侧底部设置塑料防撞垫，只是该防撞垫仅属治标措施，保温容器因摔落或碰撞而报废的情形仍时有所闻。
3．该真空绝热保温容器因真空度非常高，即使不因摔落碰撞而变形或龟裂，也会在实际使用一段时间(约1年后)因毛细现象而逐渐失去原来的真空度，致使降低保温能力。
本发明是鉴于上述现有的焖烧锅的问题而研创的，其目的在于提供一种以低度真空即可具备所需绝热保温能力的真空绝热保温容器，藉以解决由于使用高度真空所需的高度抽真空技术、加工时间长、昂贵设备和制造成本及怕冲击、易失真空保温能力等缺点。
本发明的另一目的则在于提供一种导热系数低、耐久性高、质轻、制造容易、成本低且无环保顾虑的真空绝热保温容器。
本发明的又一目的为提供一种容器本体具备上述各项特点的真空保温容器。
本发明的再一目的则在于提供一种覆盖容器开口用的盖体，它具有同样优异的绝热保温能力的真空绝热保温容器。
为达到上述的目的，本发明的真空绝热保温容器系由硬质材料制成容器本体及/或覆盖容器本体开口用盖体的内层、外层，使该等内外层保持间隙，并于该间隙内填充具有开放式微气隙结构的高热阻性介质，再予抽至低度真空而成。
上述容器及/或盖体之间隙内尚可加入少量气体吸附剂。
为使有关人员得以明了本发明的目的、技术特征及显著的进步功效，以下结合附图详细说明本发明的实施例。
图1为第82201034号专利案的焖烧锅的保温容器构造剖视图；
图2为第79203468号专利案的焖烧锅的保温容器构造剖视图；
图3为本发明的焖烧锅的保温容器实施例的构造剖视图；
图4为本发明的填充各种介质的保温容器与现有的真空保温容器就热导系数与压力关系的比较曲线图；
图5为本发明的填充各种介质的真空保温容器与现有填充独立气泡泡沫塑料的真空保温容器就整体热导系数与压力关系的比较图。
如图3所示，本发明焖烧锅的真空绝热保温容器亦由外锅3及盖体4所组成。外锅3系由硬质材料所制成的外层30与内层31套合密接而成，外层30与内层31间保持有间隙32，然后在该间隙32内装填具有开放式微气隙结构的高热阻介质33及少量气体吸附剂34，再予以抽成真空低度而成。
用以制作外层30及内层31的硬质材料，由于不采用高度真空，故只要具备一般使用强度即可，基本上并无特别的限制，例如一般的不锈钢、合金、玻璃、乃至陶瓷材料均可使用。
填充于间隙32内的介质33不仅是一种高热阻性材料，且具有开放式微气隙(供气体流通的间隙或孔隙)结构，该微气隙结构具有阻断气体分子间热传导的作用，只要抽至低度真空(10torr-0.01torr)时即可完全消除气体的热对流与传导作用。又由于微气隙结构为开放式，故适于抽真空。根据发明人所进行的实验，如使用人造硅微粒(直径约0.7μm)时，只要在1torr的真空度，即可获致现有的焖烧锅用真空保温容器在10-5torr时的优异绝热保温效果[请参阅图4、图5的(4)]。此外，如以气凝胶微粒(颗粒直径约0.1-0.02μm，孔洞直径约50nm)为介质，则只要10torr的真空度，整体热导系数即达0.004 W/mK，其绝热保温效果较现有的真空保温容器为佳[请参阅图4、图5的(5)]。若使用气泡直径约50μm且气泡完全开放的微开孔硬质泡沫塑料，真空度抽至10-2torr即可发挥真空绝热效果[请参阅图4、图5的(3)]。惟该泡沫塑料与前述现有技术中所用的聚氨基甲酸乙酯泡沫塑料不同，本发明中泡沫塑料的气泡为开放式微孔，且属硬质材料；后者则为封闭式独立气泡，使用软质材料，不但无法抽真空，其热导系数亦高[请参考图4的(1)]。
另一方面，若使用颗粒直径为0.6mm的珍珠岩颗粒，真空度须在10-5torr以下才会使气体分子碰撞所产生的热对流和传导消失[请参阅图4的(6)]，但此时因珍珠岩颗粒间接触所生的热导却会增加。由此可见，介质材料能否消除的气体分子彼此碰撞所产生的传热现象又不会因接触而致热导，对达到本发明的功效影响甚大。上述人造硅微粒、气凝胶微粒、完全微开孔硬质泡沫塑料为发明人目前为止的较佳发现，惟材料技术领域广泛且进展迅速，足以提供相同或类似作用的材料或组成物当不止于此。因此，不言而喻，上述介质不宜仅限定于人造硅微粒或气凝胶微粒或微开孔硬质泡沫塑料。
另一方面，介质除具有上述适于提供真空绝热的作用外，其在低真空的内外层间隙中亦可构成全面性的间隔支撑作用，使内外层各部位的抗压、抗冲击强度均匀地大幅度提高，从而，使用不锈钢板的厚度可相应降低(约0.2m/m即已足够)。
气体吸附剂34系用以吸除间隙32内(或介质33颗粒间)的空气，藉以维持所需的真空度与绝热保温能力，以提高容器的耐久年限，其可选自活性碳、分子筛、氧化钙等物质。
在抽真空方面，本发明的真空度是依所用介质而定，例如，前述气泡孔径50μm的完全微开孔硬质泡沫塑料只需抽至10-2torr真空度，即具有真空绝热效果；直径0.7μm人造硅微粒的真空度只要1torr即可，直径0.1μm气凝胶微粒的真空度在10torr即足达所需效果[请参阅图4及图5的(3)、(4)、(5)]。由于真空度低，故烘烤温度、设备能力、抽真空操作时间均可大幅度降低。根据发明人实验，抽至上述范围的真空度(10-2-10torr)仅需1分钟。
关于盖体4，亦由硬质材料制的外层40及内层41所构成，其间隙42内填充有上述具有开放式微气隙结构的高热阻性介质43与气体吸附剂44，再予抽至低度真空而成。至于有关硬质材料，介质、气体吸附剂及真空度方面的详细条件与外锅大致相同，请参阅上文说明。但必须说明的是，具有上述构造的真空绝热保温容器用外锅3亦可如第79203486号专利案或其实施品一样使用填充泡沫塑料的外锅盖而达到与该专利案相同的绝热保温功效，但如使用具有本发明构造的盖体4，则整体保温容器的绝热保温功效可进一步提高当无可置疑。此外，在容器本体(即相当于上述外锅)为真空玻璃瓶胆制成的保温容器中使用本发明的盖体，以取代原有的塑料或软木制盖体时，尤可弥补原有盖体保温能力不足的缺陷。换言之，本发明的容器本体(即外锅)或盖体系可分别使用或组合使用。
综上所述，本发明具有下列优点：
1．本发明的容器本体和盖体由于在两层硬质材料的间隙内填充具有开放式微气隙结构的高热阻性介质，故间隙内只需低度真空便可达到现有的真空绝热保温容器(即无填充物)的优异效果。因此，抽真空所需加工时间可由1小时缩短为1分钟，除生产效率显著提高外，烘烤温度及抽真空设备、加工成本亦相应地大幅度减低。
2．由于使用低度真空，故大气压对锅体的相对压力减轻，间隙内的介质又可对内外层材料提供全面的支撑作用，所以，不仅可使用较薄材料制造，以减轻锅体重量及材料成本，锅体抗外力碰撞的强度亦相对提高，与现有的真空保温容器相比较，具有不易变形破损、抗震耐摔的特点。
3．由于低度真空及开放式微气隙介质的使用，消除了现有的真空保温容器在使用一段时间后因产生毛细现象而降低真空度的缺陷。
4．本发明的锅体间隙内添加有气体吸附剂，真空度可维持在预定程度，以利长期保持绝热保温效果。
5．藉由上述2、3、4各项的特点，本发明的物品与现有同类产品相比较，可大幅度地延长其使用寿命。
6．本发明因不须使用以CFC发泡的泡沫塑料，无破坏臭氧层之虞，更无泡沫塑料老化而产生二次公害的弊端。
7．本发明的构造因具备绝热保温效果优异、制造容易、成本低、质轻、抗震耐摔等特点，所以，除焖烧锅外，亦适用于其他各种类型的保温容器，例如日用保温杯、热水瓶胆等。
Claims (33)
1．一种真空绝热保温容器，是由容器本体及以覆盖该容器本体的开口的盖体所构成，而该容器本体及盖体均由硬质材料制成内外层，使该内外层间保持间隙，其特征在于，在该间隙内填充具有开放式微气隙结构的高热阻性介质，再予抽真空；所述具有开放式微气隙结构的介质是选自人造硅微粒或气凝胶微粒或硬质微开孔泡沫塑料的任一种。
2．如权利要求1所述的真空绝热保温容器，其特征在于，所述间隙内还填充有气体吸附剂。
3．如权利要求1或2所述的真空绝热保温容器，其特征在于，所述硬质材料为选自不锈钢板或玻璃的任一种材料。
4．如权利要求1所述的真空绝热保温容器，其特征在于，所述开放式微气隙结构由直径为0.7μm的人造硅微粒构成。
5．如权利要求1所述的真空绝热保温容器，其特征在于，所述开放式微气隙结构由直径0.1-0.02μm、孔洞直径50nm的气凝胶微粒构成。
6．如权利要求1所述的真空绝热保温容器，其特征在于，所述开放式微气隙结构由气泡直径50nm的硬质微开孔泡沫塑料所构成。
7．如权利要求2所述的真空绝热保温容器，其特征在于，所述气体吸附剂为选自活性碳、分子筛或氧化钙的任一种。
8．如权利要求1所述的真空绝热保温容器，其特征在于，所述真空度为10-2-10torr。
9．如权利要求4或8所述的真空绝热保温容器，其特征在于，所述介质为人造硅微粒，真空度为1torr。
10．如权利要求5或8所述的真空绝热保温容器，其特征在于，所述介质为气凝胶微粒，真空度为10torr。
11．如权利要求6或8所述的真空绝热保温容器，其特征在于，所述介质为硬质微开孔泡沫塑料，真空度为10-2-10torr。
12．一种真空绝热保温容器，是由硬质材料制成容器本体的内外层，使该内外层间保持间隙，其特征在于，在该间隙内填充具有开放式微气隙结构的高热阻性介质，再予抽真空；所述具有开放式微气隙结构的介质是选自人造硅微粒或气凝胶微粒或硬质微开孔泡沫塑料的任一种。
13．如权利要求12所述的真空绝热保温容器，其特征在于，所述间隙内还填充有气体吸附剂。
14．如权利要求12或13所述的真空绝热保温容器，其特征在于，所述硬质材料为选自不锈钢板或玻璃的任一种材料。
15．如权利要求12所述的真空绝热保温容器，其特征在于，所述开放式微气隙结构是由直径为0.7μm的人造硅微粒所构成。
16．如权利要求12所述的真空绝热保温容器，其特征在于，所述开放式微气隙结构是由直径0.1-0.02μm、孔洞直径50nm的气凝胶微粒所构成。
17．如权利要求12所述的真空绝热保温容器，其特征在于，所述开放式微气隙结构是由气泡直径50nm的硬质微开孔泡沫塑料所构成。
18．如权利要求13所述的真空绝热保温容器，其特征在于，所述气体吸附剂为选自活性碳、分子筛或氧化钙的任一种。
19．如权利要求12所述的真空绝热保温容器，其特征在于，所述真空为10-2-10torr。
20．如权利要求15或19所述的真空绝热保温容器，其特征在于，所述介质为人造硅微粒，真空度为1torr。
21．如权利要求16或19所述的真空绝热保温容器，其特征在于，所述介质为气凝胶微粒，真空度为10torr。
22．如权利要求17或19所述的真空绝热保温容器，其特征在于，所述介质为硬质微开孔泡沫塑料，真空度为10-2-10torr。
23．一种真空绝热保温容器的盖体，是由硬质材料制成覆盖容器开口用盖体的内外层，使该内外层间保持间隙，并于该间隙内填充具有开放式微气隙结构的高热阻性介质，再予抽真空；所述具有开放式微气隙结构的介质是选自人造硅微粒或气凝胶微粒或硬质微开孔泡沫塑料的任一种。
24．如权利要求23所述的真空绝热保温容器的盖体，其特征在于，所述间隙内还填充有气体吸附剂。
25．如权利要求23或24所述的真空绝热保温容器的盖体，其特征在于，所述硬质材料为选自不锈钢板或玻璃的任一种材料。
26．如权利要求23所述的真空绝热保温容器的盖体，其特征在于，所述开放式微气隙结构是由直径为0.7μm的人造硅微粒所构成。
27．如权利要求23所述的真空绝热保温容器的盖体，其特征在于，所述开放式微气隙结构是由直径0.1-0.02μm、孔洞直径50nm的气凝胶微粒所构成。
28．如权利要求23所述的真空绝热保温容器的盖体，其特征在于，所述开放式微气隙结构是由气泡直径50nm的硬质微开孔泡沫塑料所构成。
29．如权利要求24所述的真空绝热保温容器的盖体，其特征在于，所述气体吸附剂为选自活性碳、分子筛或氧化钙的任一种。
30．如权利要求23所述的真空绝热保温容器的盖体，其特征在于，所述真空为10-2-10torr。
31．如权利要求26或30所述的真空绝热保温容器的盖体，其特征在于，所述介质为人造硅微粒，真空度为1torr。
32．如权利要求27或30所述的真空绝热保温容器的盖体，其特征在于，所述介质为气凝胶微粒，真空度为10torr。
33．如权利要求28或30所述的真空绝热保温容器的盖体，其特征在于，所述介质为硬质微开孔泡沫塑料，真空度为10-2-10torr。
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