JP3590720B2 - 電気湯沸かし器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、家庭や事務所などで飲料用の湯を供給する電気湯沸かし器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電気湯沸かし器は水を入れて電源をつなげると、湯が沸き、一定温度で保温できるため、お茶やコーヒーなどの用途のほかに、幼児のミルク用のお湯など、様々な用途に使用されている。また、長時間お湯を保温しておく必要があるので、様々な断熱材が使用されてきた。従来の技術として、ウレタンなどの有機系の断熱材やガラスウールやセラミックウールなどの無機断熱材や金属の反射板を使用したものやガラスや金属の２重容器の間を真空にしたものなどがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ウレタンなどの有機系の断熱材は、電気湯沸かし器が１００℃程度まで温度が上昇するため、断熱材が劣化し、断熱性が非常に悪くなるという問題があった。さらに、注入成形発泡を行うため再利用が非常にしにくく、環境負荷が大きいと言った問題があった。また、無機系の断熱材は耐久性能は優れるが、断熱性能が低いと言う問題や、表面から微細な繊維等が発生し、取り扱い時に手がちくちくし、取り扱いがしにくい等の問題があった。また、断熱性が低いと電気湯沸かし器の保温電力量が大きくなり、エネルギーを多く使用してしまう問題がある。さらに、ガラスや金属の二重容器のものは、真空に耐えれる強度が必要なため非常に重いものになってしまい、また形状も円や球に近い形状のものしかできない問題があった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような課題を解決しようとするものであり、貯水用容器と、この貯水用容器内の水を加熱するヒータと、外部に水を出水する出湯経路とを設け、芯材を配置した耐熱性のラミネートフィルムの間を真空に封止した真空断熱材を有し、前記ラミネートフィルムはシール層とガスバリア層と保護層よりなる電気湯沸かし器とすることにより、多様な形状で、簡便に取り扱いができ、高い断熱性を劣化なく維持した電気湯沸かし器が実現できるのである。
【０００５】
そして、上記発明によれば、芯材を配置した耐熱性のラミネートフィルムの間が真空に封止されており、この断熱材の中は真空に保たれているので、断熱性能が非常に優れている。耐熱性のラミネートフィルムは耐熱性を有しているので、経時劣化することはない。また、芯材は耐熱性のラミネートフィルムにより覆われているので、手に直接接することは無く、作業が非常にしやすい。また、平板等の形状も可能であるので、電気湯沸かし器の様々な部位で使用することができる。電気湯沸かし器は湯を高温に保つので、断熱性能の高い断熱材は非常に有効である。さらに、容易に分解、分離することができるため再利用や環境負荷が非常に小さくすることができるのである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
上記の課題を解決するために請求項１記載の発明は、貯水用容器と、この貯水用容器内の水を加熱するヒータと、外部に水を出水する出湯経路とを設け、芯材を配置した耐熱性のラミネートフィルムの間を真空に封止した真空断熱材を有し、前記ラミネートフィルムはシール層とガスバリア層と保護層よりなる電気湯沸かし器としたものである。これにより、真空断熱材は断熱性能が高く、軽く、取り扱い性がよいため、ウレタンなどの有機系の断熱材やガラスウールなどの無機系の断熱材に比べ保温電力が小さく、真空二重容器のものに比べ軽い電気湯沸かし器が実現できるのである。さらに、真空断熱材は再利用できる電気湯沸かし器が実現できるのである。
【０００７】
さらに、ヒートシール部分を電気湯沸かし器の外側に近くなるように折った電気湯沸かし器としたものである。ヒートシール部分を折ることで正味の断熱部の被服率を向上させることができる。さらに、外側に折ることにより、ヒートシール部分をより低温側におくことができるので、断熱材の劣化をさらに抑えることができるのである。
【０００８】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。
【０００９】
（実施例１）
以下、本発明の第一の実施例を図に基づいて説明する。図１において、１は電気湯沸かし器の本体（以下単に本体と称する）で、内部に湯を貯湯する内径１８４ｍｍ、深さ２５０ｍｍの貯水用容器２（以下単に容器２と称する）を有している。３は容器２の口部を封じるように装着した中栓である。また、４は本体１の上部を開閉可能に覆った上蓋である。５は上蓋に設けられた蒸気通路であり、一端は中栓３を貫通して容器２内と連通しており、他端は大気と連通している。６は水漏れ防止弁であり、蒸気通路５内に配置されており、転倒時等には蒸気通路５を遮断するようになっている。
【００１０】
ここで、蒸気通路５は複雑に曲げられている。これにより容器２の水が沸騰した時など大気に比べ、容器２の内側の圧力が高くなったときは、蒸気が蒸気通路５を通じて本体外に排出されるが、容易には外気と容器２内の水面と上蓋４の間の空気（以下内気と称する）が混合しない構成となっている。
【００１１】
７は本体１と容器２との間の底部に設けたモータ、８はモータ７により駆動されるポンプで、その吸い込み口９は容器２の底部と連通している。１０はポンプ８の吐出口で、出湯経路の一部を構成する１１の出湯管に連通している。１２は出湯口であり、ここより電気湯沸かし器外に出湯する。１３は加熱用のヒーターであり、ドーナツ状に中央部が抜けており、容器２の下部に装着されている。１４は温度検知器であり容器２の下部、ヒーター１３の中心部に装着されている。１５はモータ７を駆動する起動スイッチであり、可変抵抗体を有しており、押しボタン１６の押し動作によりロッド１７を介して動作する。１８は圧縮形のスプリングで、このスプリング１８は、常時ロッド１７を上方に押し上げるように付勢している。１９は制御装置であり、１４の温度検知器からの信号を取り込み、ヒーター１３等を制御する。２０は容器２の側面に巻いた真空断熱材であり、容器２の熱が本体１の側面から逃げることを抑える役割をしている。
【００１２】
ここで、使用した真空断熱材２０と真空断熱材２１を図で説明する。図２は真空断熱材２０の断面図を示している。２２は真空断熱材の芯材である。芯材２２は内袋２３に納められている。芯材２２を納めた内袋２３はさらに耐熱性のラミネート２４の袋に真空状態で納められている。ラミネート２４はシール層２５とガスバリア層２６と保護層２９より成り、保護層２９は２７のポリエステル層と２９のナイロン層とから構成されている。
【００１３】
芯材２２は芯材自身の熱伝導率が小さく、孔や隙間は外部と連通している必要がある。芯材２２としては有機、無機材料等が使用できるが、電気湯沸かし器などの高温化で使用するときは、ガス発生のしない材料が要求される。ガス発生のしない材料としてパーライトやシラスバルーン等もあるが、本実施例では芯材２２として合成シリカを使用した。合成シリカは粒子が非常に細かいため、粒子の熱伝導率が非常に小さい。さらに、１０ｔｏｒｒ以下の圧力であれば圧力によらず非常に小さな熱伝導率を示すので、高温化で空気の分子運動の大きな条件下では、非常にふさわしい材料である。さらに、天然に多く存在する成分であるので、環境に対する負荷も非常に小さく使用後の処理も大変簡単である。
【００１４】
なお、上記で列記した芯材は粉末や短繊維等で通常取り扱うには粉が舞い上がったり、手に刺さってちくちくした刺激を与えるなど、非常に取り扱いがしにくいものである。しかし、本実施例に記載の真空断熱材においてはラミネートの袋で覆われているので、粉が舞い上がることも、手に刺激を与えることも無く、非常に取り扱いが優れるものである。シール層２５は耐熱性のラミネート２４を張り合わせ内部の真空を保持する役割を持つ。
【００１５】
シール層としては容易にヒートシールできる必要があるが、電気湯沸かし器では１００℃程度の温度となるために１００℃では劣化しない必要がある。そこで本実施例ではシール層２５として無延伸のポリプロピレンを使用し、３０の位置でヒートシールしている。このポリプロピレンは耐熱性が必要であるのでホモポリマーで結晶化度を上げたものである。ガスバリア層２６としてはアルミニウム箔を使用した。ガスバリア層は耐熱性のラミネートフィルムの樹脂を透過する気体を遮断する役割を持つ。気体の透過の遮断材は厚いほど信頼性は高い。しかし、真空断熱材のガスバリア層として使用するには、薄いほど熱伝導が小さいので、断熱性能は向上する。そこで、本実施例ではガスバリア層２６として５〜６μｍのアルミニウム箔を使用した。
【００１６】
保護層２９はシール層２５とガスバリア層２６を保護する役割を持つ。保護層２９のガスバリア層に直接接する位置にポリエステル層２７を配置した。本実施例ではポリエステル層２７としてポリエチレンテレフタレート（以下ＰＥＴと言う）を使用した。ＰＥＴは耐熱性に優れるため、電気湯沸かし器の保護層としては非常にふさわしい。さらに保護層２９の最外層にナイロン層２８を配置している。ナイロンは吸湿性を有するため通常最外層には配置しない。ナイロンの吸湿により、ラミネートフィルムが変形してしまうためである。しかし、電気湯沸かし器では通常水や蒸気に接することは少ない。電気湯沸かし器では装着時や取り外し時には他の部品等と多く接触し、傷が付く可能性が高い。しかし、ナイロンは滑り性能が高いため、傷が付くことが少ない。また、最外層に滑りやすいナイロンを配置することにより、装着がスムースに行え、組立性能が向上する。さらにナイロンには引っ張り強度が高い性能も有している。よって、突起物に刺さったときも伸びて孔があきにくい性能を有しているため、電気湯沸かし器に使用する真空断熱材の耐熱性のラミネートフィルムとしてはナイロンを最外層に配置することは非常に重要である。
【００１７】
また、真空断熱材２１の平板での形状を図３に示す。３２は芯材２２の入っている部分で真空断熱材として断熱性を有する部分である。３２はヒートシール部分で、シール層２５が溶着している部分３０を有するため、芯材が入っていない部分である。真空断熱材２１は長方形の形状をしている。容器２に巻き付ける際はヒートシール部分を折る。このとき図４に示すように円筒形の外側にヒートシール部分がくるようにして、容器２に巻き付ける。このようにすると耐熱性のラミネートのヒートシール部分３２は熱湯の入っている容器２に直接接することがないので、耐久劣化はさらに小さくできるのである。
【００１８】
以下、本実施例の動作を説明する。容器２に水を入れた後通電すると、容器２内の水温は温度検知器１４により計測されその信号が制御装置１９に送られ、制御装置はヒーター１３の通電を開始し始める。容器２内の水が沸騰すると、ヒーター１３への通電が終了する。その後、温度検知器１４からの信号を受けて、制御装置１９はヒーター１３を容器２の温度が一定温度になうように制御する。出湯する際は押しボタン１６を押す。モーター７が動作し、容器２内の水はポンプ８により、１１の出湯管を通り出湯口１２より電気湯沸かし器外に排出され利用される。以下に実験例を示す。
【００１９】
〈実験例１〉
上記の電気湯沸かし器（本実験例では真空断熱材と言う）と、上記の電気湯沸かし器の真空断熱材２０を取り除いたもの（本実験例では断熱材無しと言う）、真空断熱材２０の代わりにウレタンフォーム（本実験例ではウレタン断熱材と言う）を使用したもの、ガラスウールを使用したもの（本実験例ではガラスウール断熱材と言う）とを用意した。
【００２０】
これらの電気湯沸かし器に水を入れ、初期と耐久後（３５００回使用後）の保温電力を測定した。なお、保温水温は９７℃、雰囲気温度は２０℃である。測定は十分平衡状態に達した後、行った。結果を断熱材の熱伝導率と保温電力を（表１）に示す。
【００２１】
【表１】

【００２２】
このように、真空断熱材を使用したものは保温電力を低く押さえることができている。さらにウレタン断熱材は耐久後の保温電力増加が見られるが、真空断熱材は耐久による劣化も無く、真空断熱材を使用した電気湯沸かし器は有効であることが実証された。このように真空断熱材を使用することにより、保温電力の少ない電気湯沸かし器が実現できるのである。
【００２３】
〈実験例２〉
上記の電気湯沸かし器（本実験例ではＣＰＰ品と言う）と上記電気湯沸かし器において真空断熱材２１のラミネートフィルム２４のシール層２５として低融点ポリプロピレンを使用したもの（本実施例では低融点ＣＰＰ品という）と上記電気湯沸かし器において真空断熱材２１のラミネートフィルム２４のシール層２５としてポリプロピレンの代わりに高密度ポリエチレンを使用したもの（本実施例ではＨＤＰＥ品という）と上記電気湯沸かし器において真空断熱材２１のラミネートフィルム２４のシール層２５としてポリプロピレンの代わりにポリアクリロニトリルを使用したもの（本実施例ではＰＡＮ品という）を用意した。
【００２４】
これらの電気湯沸かし器に水を入れ初期と耐久後（３５００回使用後）の保温電力を測定した。なお、保温水温は９７℃、雰囲気温度は２０℃である。測定は十分平衡状態に達した後、行った。結果を（表２）に示す。
【００２５】
【表２】

【００２６】
このように、ＣＰＰを使用したものは耐久後も保温電力を低く押さえることができている。低融点ＣＰＰ及びＨＤＰＥ品及びＰＡＮ品は耐久後には熱伝導率の増加及び保温電力の増加が見られる。これは電気湯沸かし器の温度環境では低融点ポリプロピレンやポリエチレンやポリアクリロニトリルは熱劣化を起こし、初期の真空を保持できないために断熱性能の低下が発生したのである。このように電気湯沸かし器で真空断熱材を使用する際はシール層２５として、ホモポリマーで結晶化度を上げた無延伸のポリプロピレンがふさわしいことが実証された。このようにシール層２５としてホモポリマーで結晶化度を上げた無延伸のポリプロピレンを使用した真空断熱材を使用することにより、熱劣化することなく低い保温電力の電気湯沸かし器を実現できるのである。
【００２７】
〈実験例３〉
上記の電気湯沸かし器（本実験例では６μｍアルミニウム箔品と言う）と上記電気湯沸かし器において真空断熱材２１のラミネートフィルム２４のガスバリア層２６としてアルミニウム箔の代わりに５０μｍのポリエチレンテレフタレートを使用したもの（本実施例ではアルミニウムレス品と言う）と上記電気湯沸かし器において真空断熱材２１のラミネートフィルム２４のガスバリア層２６として２５μｍのアルミニウムを使用したもの（本実施例では２５μｍアルミニウム品という）と上記電気湯沸かし器において真空断熱材２１のラミネートフィルム２４のガスバリア層２６としてアルミニウム箔の代わりに０．５μｍの蒸着アルミニウムを使用したもの（本実施例では蒸着アルミニウム品という）を用意した。
【００２８】
これらの電気湯沸かし器に水を入れ初期と耐久後（３５００回使用後）の保温電力を測定した。なお、保温水温は９７℃、雰囲気温度は２０℃である。測定は十分平衡状態に達した後、行った。結果を（表３）に示す。
【００２９】
【表３】

【００３０】
このようにガスバリア層としてアルミニウムを使用しないものは真空を保持できないため、電気湯沸かし器の保温電力が耐久試験により大きく増加した。０．５μｍの蒸着アルミニウムを用いたものはアルミニウム箔を用いたものに比べて電気湯沸かし器の使用条件下では劣化が大きい。アルミニウム箔またはアルミニウムを使用したものは有効なガスバリアを示し、耐久後まで断熱材の劣化を押さえることができる。しかし、アルミニウムの厚みが厚いと断熱材の表面を伝わる熱が大きくなり、断熱材としての断熱性能が悪くなる。よって、電気湯沸かし器の真空断熱材のラミネートフィルムに使用するガスバリア層としてはアルミニウムが必須で、アルミニウム箔がさらに望ましいと言える。このようにガスバリア層としてアルミニウムを使用した真空断熱材を用いることにより、低い保温電力を維持できる電気湯沸かし器が実現できるのである。さらに、アルミニウム箔を使用することによりさらに低い保温電力を維持できる電気湯沸かし器が実現できるのである。
【００３１】
〈実験例４〉
上記の電気湯沸かし器（本実験例では合成シリカ品と言う）と、上記の電気湯沸かし器の真空断熱材２０の芯材２２として合成シリカの代わりにウレタンを用いたもの（本実験例ではウレタン芯材品と言う）、真空断熱材２０の芯材２２として合成シリカの代わりにガラスウールを使用したもの（本実験例ではガラス芯材品と言う）、真空断熱材２０の芯材２２として合成シリカの代わりに天然パーライトを使用したもの（本実験例ではパーライト品と言う）を用意した。
【００３２】
これらの電気湯沸かし器に水を入れ初期と耐久後（３５００回使用後）の保温電力を測定した。なお、保温水温は９７℃、雰囲気温度は２０℃である。測定は十分平衡状態に達した後、行った。結果を断熱材の熱伝導率と保温電力を（表４）に示す。
【００３３】
【表４】

【００３４】
このようにウレタン芯材品は耐久による劣化が大きく保温電力が増大している。ガラス芯材品やパーライト品は初期の断熱性も合成シリカ品に比べて大きいが、耐熱れの劣化も激しい。初期は初期はいずれのサンプルも内圧は１ｔｏｒｒであり、耐久後は１０ｔｏｒｒであった。電気湯沸かし器においては真空断熱材は高温雰囲気になる。高温条件下では気体の拡散が大きくなり、真空部分への気体の進入機会が多くなったためである。しかし、合成シリカは内圧が増加しても高い断熱性を示す。よって、電気湯沸かし器に使用する真空断熱材としては合成シリカが有効と言える。このように、芯材として合成シリカを用いた真空断熱材とすることで低い保温電力が維持できる電気湯沸かし器が実現できるのである。
【００３５】
〈実験例５〉
上記の電気湯沸かし器（本実験例では外折り品と言う）と、上記の電気湯沸かし器の真空断熱材２０のヒートシール部分を内側に折り込んだもの（本実験例では内折り品と言う）を用意した。
【００３６】
これらの電気湯沸かし器に水を入れ初期と耐久後（３５００回使用後）の保温電力を測定した。なお、保温水温は９７℃、雰囲気温度は２０℃である。測定は十分平衡状態に達した後、行った。
【００３７】
結果を断熱材の熱伝導率と保温電力を（表５）に示す。
【００３８】
【表５】

【００３９】
このように、内折り品は耐久による劣化が大きく保温電力が増大している。ヒートシール部は常に高温にさらされるため、溶融し真空部中に気体が進入したのである。よって、電気湯沸かし器に使用する真空断熱材はヒートシール部が外側に鳴るように折ることが重要である。このように、ヒートシール部を外側に折った真空断熱材とすることで低い保温電力が維持できる電気湯沸かし器が実現できるのである。
【００４０】
〈実験例６〉
上記の電気湯沸かし器（本実験例ではナイロン４層品と言う）と、上記の電気湯沸かし器の真空断熱材２０の保護層２９としてＰＥＴのみを使用したもの（本実験例ではＰＥＴ３層品と言う）と、上記の電気湯沸かし器の真空断熱材２０の保護層２９としてナイロンのみを使用したもの（本実験例ではナイロン３層品と言う）と、上記の電気湯沸かし器の真空断熱材２０の保護層２９としてナイロンをアルミニウム側に、ＰＥＴを最外層にしたものを使用したもの（本実験例ではＰＥＴ４層品と言う）を用意した。
【００４１】
これらの真空断熱材をヒートシール部分を外側になるように折り、円筒形状にし、電気湯沸かし器に装着した。そして、電気湯沸かし器に水を入れ初期保温電力を測定した。その後、真空断熱材の取り外しと取り付けを１００回行い、耐久後（１００回装脱着後）の保温電力を測定した。なお、保温水温は９７℃、雰囲気温度は２０℃である。測定は十分平衡状態に達した後、行った。
【００４２】
結果を断熱材の熱伝導率と保温電力を（表６）に示す。
【００４３】
【表６】

【００４４】
このように、いずれの保護層を用いた真空断熱材も初期においては同じ性能を示した。しかし、装脱着１００回という過酷な取り扱いを行うとナイロン４層品以外は保護層が傷つき、真空の保持が困難になり、電気湯沸かし器の保温電力が増加してしまうのである。本実施例では、真空断熱材を円筒形に曲げて使用している。電気湯沸かし器のように変形させ、さらに表面が擦れることがある場合は、保護層にＰＥＴと最外層にナイロンを使用するのが好ましいことが実証された。このように保護層にＰＥＴと最外層にナイロンを使用した真空断熱材を使用することにより、外部の力を受けても低い保温電力を維持できる電気湯沸かし器を実現できるのである。
【００４５】
（実施例２）
図２は電気湯沸かし器の上蓋に真空断熱材を配置したものである。１〜２０は実施例１と同じである。２１は蓋用真空断熱材であり、上蓋４を通しての熱の透過を抑える役割を持つ。本実施例で使用した蓋用真空断熱材２１の形状を図６に平面図で示す。蒸気通路５等の構造物をさけるためこのような形状のものを作成し、使用した。蓋用真空断熱材２１の厚さはおよそ１ｃｍである。このような形状は真空の２重容器では作ることができず、蓋からの熱の透過は大きいので真空断熱材は非常に有効である。以下に実験例を示す。
【００４６】
〈実験例７〉
本実施例の電気湯沸かし器（本実験例では真空断熱材と言う）と、本実施例の電気湯沸かし器の真空断熱材２０を取り除いたもの（本実験例では断熱材無しと言う）、真空断熱材２０の代わりにウレタンフォーム（本実験例ではウレタン断熱材と言う）を使用したもの、ガラスウールを使用したもの（本実験例ではガラスウール断熱材と言う）とを用意した。
【００４７】
これらの電気湯沸かし器に水を入れ初期と耐久後（３５００回使用後）の保温電力を測定した。なお、保温水温は９７℃、雰囲気温度は２０℃である。測定は十分平衡状態に達した後、行った。
【００４８】
結果を断熱材の熱伝導率と保温電力を（表７）に示す。
【００４９】
【表７】

【００５０】
このように、真空断熱材を使用したものは、保温電力を低く押さえることができている。さらに、ウレタン断熱材は耐久後の保温電力増加が見られるが、真空断熱材は耐久による劣化も無く、真空断熱材を使用した電気湯沸かし器は有効であることが実証された。
【００５１】
【発明の効果】
本実施例から明らかなように、請求項１記載の発明によれば、貯水用容器と、この貯水用容器内の水を加熱するヒータと、外部に水を出水する出湯経路とを設け、芯材を配置した耐熱性のラミネートフィルムの間を真空に封止した真空断熱材を有し、前記ラミネートフィルムはシール層とガスバリア層と保護層よりなる電気湯沸かし器としたもので、取り扱いも非常に簡便で、様々な形状の部分で使用でき、さらに断熱性能が優れるので、保温電力の少ない電気湯沸かし器を得ることができる。
【００５２】
また、ヒートシール部分を電気湯沸かし器の外側に近くなるように折ることにより、ヒートシール部分の耐熱条件を緩和できるため、さらに耐久性能に優れる断熱材とすることができるため、さらに長期間低い保温電力を維持できる電気湯沸かし器が実現できるのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例における電気湯沸かし器の縦断面図
【図２】本発明の実施例における真空断熱材の断面図
【図３】本発明の実施例における真空断熱材の平板図
【図４】本発明の実施例における真空断熱材の円筒図
【図５】本発明の他の実施例における電気湯沸かし器の縦断面図
【図６】本発明の実施例における蓋用真空断熱材の平板図
【符号の説明】
２ 貯水用容器
１３ ヒーター
２０ 真空断熱材
２１ 蓋用真空断熱材
２２ 芯材
２３ 内袋
２４ 耐熱性のラミネートフィルム
２５ シール層
２６ ガスバリア層
２７ ポリエステル層
２８ ナイロン層
２９ 保護層

Claims (1)

1. 貯水用容器と、この貯水用容器内の水を加熱するヒータと、外部に水を出水する出湯経路とを設け、芯材を配置した耐熱性のラミネートフィルムの間を真空に封止した真空断熱材を有し、前記ラミネートフィルムはシール層とガスバリア層と保護層よりなり、前記真空断熱材のヒートシール部分を電気湯沸かし器の外側に近くなるように折ることを特徴とした電気湯沸かし器。

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