JP4140133B2 - 電気湯沸かし器 - Google Patents
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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保温し、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、電源をつなげると湯が沸くが、このお湯を長時間、略一定温度で保温しておく必要がある。そのため一般に、電気湯沸かし器内の貯水用容器の周囲を様々な断熱材で覆っている。その断熱材としては、ガラスウールなどの無機系の断熱材、そして金属の反射板を使用した断熱材がある。さらには、ガスバリアー層としてアルミニウム箔や、ポリエチレンテレフタレート（以下ＰＥＴという）を蒸着基材としてアルミニウム蒸着を施した蒸着層を用いた積層フィルムからなる包装材に断熱芯材を封入し、包装材内部を真空排気した真空断熱材がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ガラスウール等の断熱材は熱的な耐久性能は優れるが、断熱性能は低いという問題がある。また、包装材内部を真空排気した真空断熱材において、ガスバリアー層としてアルミニウム箔などの金属箔を使用したものは、包装材内部の断熱性能は良いが、ガスバリアー層である金属箔を伝わる熱量が非常に大きく、真空断熱材全体としての断熱性は十分に良いとはいえない。この金属箔を伝わる熱量を抑えるために、ガスバリアー層としてアルミニウム蒸着などの蒸着層を用いた真空断熱材がある。これは、蒸着基材または蒸着面側に張り合わせたフィルム（保護層）にＰＥＴが用いられているが、ＰＥＴは熱的寸法安定性が悪く、蒸着層の厚さは非常に薄いため、ＰＥＴの熱的な収縮膨張により蒸着層が破壊され、ガスバリアー性が低下し、真空を保持できず断熱性能が悪化し、電気湯沸かし器の保温電力が大きくなってしまうという問題があった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような問題を解決しようとするものであり、貯水用容器と、前記貯水用容器内の水を加熱するヒータと、水を流出させる出湯経路と、前記貯水用容器の周囲に設けられた真空断熱材とを有し、前記真空断熱材は樹脂フィルム基材に蒸着を施した蒸着層と前記蒸着層に積層された金属箔とで構成されるガスバリアー層と、前記ガスバリアー層の蒸着面側に蒸着層および金属箔を保護する保護層と、シール層とからなる積層フィルムで構成される袋に、断熱芯材を真空封入した外郭にヒートシール部分を有するもので構成され、前記保護層は樹脂フィルム基材と熱収縮率が同一である物質で、前記貯水用容器に接している面のガスバリアー層に積層された金属箔の一部は切り欠いており、かつ前記ヒ ートシール部を前記貯水用容器の反対側に折り曲げた電気湯沸かし器とする。
【０００５】
上記発明によれば、ガスバリアー層が破壊されることなく、真空状態を保持することができるため、断熱性が長期間落ちることがない。また、ガスバリアー層として金属箔に代わり、蒸着層を用いたことで高温部からガスバリアー層自身を伝って流れ込む熱を抑えることができ、真空断熱材全体の断熱性能を向上させ、電気湯沸かし器の保温電力を小さくすることができる。さらに、ガスバリアー層に金属箔の部分があるため、全面蒸着層を用いた真空断熱材を配置した電気湯沸かし器に比べて、熱的耐久性を向上させることができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１記載の発明は、貯水用容器と、前記貯水用容器内の水を加熱するヒータと、水を流出させる出湯経路と、前記貯水用容器の周囲に設けられた真空断熱材とを有し、前記真空断熱材は樹脂フィルム基材に蒸着を施した蒸着層と前記蒸着層に積層された金属箔とで構成されるガスバリアー層と、前記ガスバリアー層の蒸着面側に蒸着層および金属箔を保護する保護層と、シール層とからなる積層フィルムで構成される袋に、断熱芯材を真空封入した外郭にヒートシール部分を有するもので構成され、前記保護層は樹脂フィルム基材と熱収縮率が同一である物質で、前記貯水用容器に接している面のガスバリアー層に積層された金属箔の一部は切り欠いており、かつ前記ヒートシール部を前記貯水用容器の反対側に折り曲げた電気湯沸かし器としたもので、断熱材として、熱伝導率が２５℃で約０．０３５（ｋｃａｌ／ｍ・ｈ・℃）のガラスウールを用いた電気湯沸かし器よりも、２５℃で約０．００６（ｋｃａｌ／ｍ・ｈ・℃）の真空断熱材を用いた電気湯沸かし器の方が保温電力を低く抑えることができる。
【０００７】
また、ガスバリアー層に蒸着層を用いた電気湯沸かし器は、ガスバリアー層自身を伝って端面から漏れる熱量が小さいため、ガスバリアー層として金属箔を用いた真空断熱材を配置した電気湯沸かし器に比べて、より保温電力を低く抑えることができる。
【０００８】
また、保護層と蒸着基材が同一物質でなかった場合、ガスバリアー層の基材と蒸着面側の保護層の熱収縮率が異なるため、蒸着層に不均一な応力が働き破壊されてしまう。しかしながら、蒸着基材と保護層を同一物質にすることにより、蒸着層が破壊されるのを防ぐことができるため、従来の真空断熱材を配置した電気湯沸かし器に比べて、より熱的耐久性を向上させることができる。
【０００９】
さらに、ガスバリアー層に金属箔の部分があるため、全面蒸着層を用いた真空断熱材を配置した電気湯沸かし器に比べて、熱的耐久性を向上させることができる。
【００１０】
また、請求項２記載の発明は、樹脂フィルム基材は、ポリエチレンナフタレートであることを特徴とする請求項１記載の電気湯沸かし器としたものであり、蒸着基材に熱的寸法性の良いポリエチレンナフタレートを用いたことで、蒸着層が破壊されるのを防ぐことができるため、より熱的耐久性を向上させることができる。
【００１１】
【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。
【００１２】
（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は電気湯沸かし器本体の本体（以下単に本体と称する）で、内部に貯水する内径１８４ｍｍ、深さ２００ｍｍ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。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の水が沸騰したときなど大気に比べ、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。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によって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、出湯管１１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。したがって、出湯経路は容器２から吸い込み口９、ポンプ８、ポンプ８の吐出口、出湯管１１を通り、出湯口１２となる。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。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の押し動作スイッチによりロッド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。
【００１３】
ここで、使用した真空断熱材２０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はさらに積層フィルム２４と３１とを張り合わせた袋の中に真空状態で納められており、図３に示すように平板で長方形状をしている。３８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。３９はヒートシール部分で、シール層２５と３６が溶着している部分３９を有するため、芯材が入っていない部分である。
【００１４】
真空断熱材は図４に示すように貯水用容器２に巻き付ける。したがって、直接容器に触れる側は、反対側より熱的耐久性が高く、ガスバリアー性の高い材料が求められる。
【００１５】
積層フィルム２４はシール層２５と蒸着基材２６とガスバリアー層２７と保護層２８とアルミニウム箔２９より構成されており、積層フィルム３１は保護層３２とガスバリアー層３５とシール層３６から構成されている。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下で使用するときは、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、高温下での空気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。
【００１６】
シール層２５と３６は積層フィルム２４と３１を張り合わせ内部の真空を保持する役割を持つ。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３６には無延伸のポリプロピレンを使用し、３７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度を上げたものである。
【００１７】
積層フィルム２４のガスバリアー層２７はアルミニウム箔２９とアルミニウム蒸着層３０からなり、アルミニウム箔２９は芯材２２を覆える程度の幅を持っている。また、積層フィルム３１のガスバリアー層３５はアルミニウム箔からなる。ガスバリアー層は積層フィルムの樹脂を透過する気体を遮断する役割を持つ。気体の遮断性が悪いと真空断熱材２０の内圧が上昇し、真空断熱材２０の内圧が１０ｔｏｒｒをこえ出したあたりから、真空断熱材２０の熱伝導率も上昇していき、さらに内圧が上昇すると初期の真空断熱材のもつ断熱性能と比較できないほど大きく劣化してしまう。したがって、１００℃程度の温度で長期間気体を遮断できるものが必要である。また、気体の透過を遮断する遮断材は、厚いほど信頼性は高い。しかし、真空断熱材のガスバリアー層として使用するには、薄いほどそれ自身を伝う熱量が小さいので断熱性は向上する。
【００１８】
そこで、本実施例ではガスバリアー層２７として、５〜６μｍのアルミニウム箔２９と厚さ３００〜１０００Åのアルミニウム蒸着層３０を張り合わせたものを使用し、ガスバリアー層３５として５〜６μｍのアルミニウム箔を使用した。ここで３００〜１０００Åという厚さは通常の蒸着層の厚さであり、これ以外の厚さの場合も本発明の範疇に入るものである。
【００１９】
積層フィルム２４において、保護層２８はシール層２５とガスバリアー層２９を保護する役割をもち、積層フィルム３１において、保護層３２はガスバリアー層３５とシール層３６を保護する役割をもつ。蒸着基材２６と保護層２８としては、熱収縮率が同一である物質を用いると良いのだが、特に同一物質であることが好ましい。なぜならば、ガスバリアー層の両面に配置した保護層の熱収縮率が異なると、蒸着層に不均一な応力が働き、破壊されてしまうのだが、保護層を同一物質にすることにより、蒸着層が破壊されるのを防ぐことができるからである。
【００２０】
本実施例では、蒸着基材２６と保護層２８として、ポリエチレンナフタレート（以下ＰＥＮという）を用いた。電気湯沸かし器における最高温度である１００℃において、ＰＥＮの熱収縮率は０．４％以下であり、ＰＥＴと比較すると非常に小さな値であり、この程度の熱収縮率では蒸着層を破壊しない。また、積層フィルム３１において、保護層３２のガスバリアー層に直接接する位置にポリエステル層３３を配置した。本実施例ではポリエステル層３３としてＰＥＴを使用した。
【００２１】
ＰＥＴはＰＥＮと比較すると、耐熱性はやや劣るが、積層フィルム３１側は直接貯水用容器２に触れることがなく、４０℃程度の温度にしかならないため、保護層としては十分ふさわしい材料である。さらに保護層３２の最外層にナイロン層３４を配置している。電気湯沸かし器では装着時や取り外し時には他の部品などと多く接触し、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、傷つくことが少ない。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。
【００２２】
さらに、貯水用容器２に巻き付ける際はヒートシール部を折る。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、貯水用容器２に巻き付ける。このようにすると、貯水用容器２の端面部分はアルミニウム蒸着のみであるため、アルミニウム自身を伝って流れ込む熱を抑えることができ、真空断熱材全体の断熱性能を向上させることができる。
【００２３】
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の温度が略一定温度になるように制御する。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、各種真空断熱材の断熱性および熱的耐久性の実験例を示す。
【００２４】
〈実験例１〉
真空断熱材において、ガスバリアー層が両面ともアルミニウム箔であるもの（本実験例では両面箔と言う）、ガスバリアー層が両面とも蒸着アルミニウムであり、蒸着基材がＰＥＴで、保護層がＰＥＮであるもの（本実験例では両面蒸着ＰＥＴと言う）、ガスバリアー層が両面とも蒸着アルミニウムで、その蒸着基材がＰＥＮで、保護層がＰＥＮであるもの（本実験例では両面蒸着ＰＥＮと言う）を用意した。両面箔、両面蒸着ＰＥＴ、両面蒸着ＰＥＮをそれぞれ図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に巻き付けた。これらを有する電気湯沸かし器を用意し、これらの電気湯沸かし器に水を入れ、それぞれの保温電力を測定した。なお、保温水温は９６．５℃、雰囲気温度は２０℃とした。測定は十分平衡状態に達した後に行った。以上の実験結果を真空断熱材の構成と保温電力を（表１）に示す。
【００２５】
【表１】
【００２６】
このように、真空断熱材のガスバリアー層として、蒸着アルミニウムを使用したものはアルミニウム箔を使用したものに比べ、保温電力を低くおさえることができる。このことより、ガスバリアー層としてアルミ箔より薄い、蒸着アルミニウムを使用することによりガスバリアー層自身を伝って流れ込む熱量を抑えることができ、真空断熱材の断熱性能を向上させることができたことが分かる。したがって、このような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。
【００２７】
〈実験例２〉
１００℃の恒温漕、および両面箔、両面蒸着ＰＥＴ、両面蒸着ＰＥＮの真空断熱材を用意した。予め、真空断熱材の内圧を測定しておき、その後それらすべての真空断熱材を１００℃の恒温漕へ入れることで耐熱試験を行った。そして、両面蒸着ＰＥＴを３日後、１２日後に恒温漕から取り出し、内圧を測定した。両面箔は３日後、１２日後、１８２５日後、３６５０日後に恒温漕から取り出し、内圧を測定した。また、両面蒸着ＰＥＮは３日後、２２４日後、３３６日後に内圧を測定した。ここで１００℃という温度は、電気湯沸かし器の断熱材が受ける最高の温度（円筒形とした真空断熱材を容器２に巻き付けたとき、容器２に接している部分の温度）である。これら真空断熱材の耐熱試験結果を（表２）に示す。
【００２８】
【表２】
【００２９】
（表２）より、約１００℃の温度では、ガスバリアー層として蒸着アルミニウムを使用し、蒸着基材としてＰＥＴ、保護層にＰＥＮ使用すると、長期間の耐熱性は得られないことが分かる。しかしながら、蒸着基材をＰＥＮに代え、保護層も蒸着基材と同物質であるＰＥＮにすると、大幅に耐熱性を改善することが可能である。
【００３０】
したがってガスバリアー層として蒸着アルミニウムを使用し、蒸着基材にＰＥＮを使用し、保護層も蒸着基材と同物質であるＰＥＮを使用することにより、長期間断熱性能が劣化しない保温電力の少ない電気湯沸かし器が実現できる。
【００３１】
〈実験例３〉
１００℃の恒温漕、および両面箔、両面蒸着ＰＥＮを用意した。また、片面にガスバリアー層としてアルミニウム箔を用い、もう一方の面を図５に示すように、ガスバリアー層としてＰＥＮを蒸着基材としてアルミニウム蒸着を施し、さらに芯材に当たる部分３８にアルミニウム箔２９を張った真空断熱材を２つ用意した（本実験例では、片面箔という）。
【００３２】
両面箔、両面蒸着ＰＥＮをそれぞれ図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に巻き付けた（本実験例では、それぞれ両面箔外折り、両面蒸着外折りという）。また、片面箔のうち１つをガスバリアー層がアルミニウム箔のみの面が円筒形の外側となるように、そして図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に巻き付けた（本実験例では片面箔外折りという）。もう１つをガスバリアー層がアルミニウム箔のみの面が円筒形の内側となるように、そして図６に示すように円筒形の内側にヒートシール部分がくるようにして、容器２に巻き付けた（本実験例では片面箔内折りという）。
【００３３】
これらを有する電気湯沸かし器を用意し、これらの電気湯沸かし器に水を入れ、それぞれの保温電力を測定した。なお、保温水温は９６．５℃、雰囲気温度は２０℃とした。測定は十分平衡状態に達した後に行った。以上の実験結果を真空断熱材の構成と保温電力を（表３）に示す。
【００３４】
【表３】
【００３５】
（表３）より、片面箔外折りの端面部分のガスバリアー層をアルミニウム蒸着にすると、アルミニウム自身を伝って流れ込む熱を抑えることができ、真空断熱材全体の断熱性能を向上させることができる。したがって、このような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。
【００３６】
〈実験例４〉
１００℃の恒温漕、および両面箔、両面蒸着ＰＥＮ、片面箔を用意した。予め、真空断熱材の内圧を測定しておき、その後それらすべての真空断熱材を１００℃の恒温漕へ入れることで耐熱試験を行った。そして、両面箔と片面箔を１８２５日後、３６５０日後に恒温漕から取り出し、内圧を測定した。また、両面蒸着ＰＥＮは２２４日後、３３６日後に内圧を測定した。これら真空断熱材の耐熱試験結果を（表４）に示す。
【００３７】
【表４】
【００３８】
（表３）と（表４）より、１００℃の温度では、片面箔外折りの端面部分のガスバリアー層をアルミニウム蒸着にすると、真空断熱材全体の断熱性能を向上させることができる上、大幅に耐熱性を改善することが可能である。
【００３９】
したがって、容器側の端面部分のガスバリアー層にアルミニウム蒸着を用い、その他の部分のガスバリアー層に蒸着層とアルミニウム箔を用いることで、長期間断熱性能が劣化しない保温電力の少ない電気湯沸かし器が実現できる。
【００４０】
【発明の効果】
以上のように、請求項１の発明によると、長期間断熱性能が劣化することがなく、また非常に保温電力の少ない電気湯沸かし器を得ることができる。
【００４１】
さらに、ガスバリアー層に金属箔の部分があるため、全面蒸着層を用いた真空断熱材を配置した電気湯沸かし器に比べて、熱的耐久性を向上させることができる。
【００４２】
また、請求項２の発明によれば、蒸着基材に熱的寸法安定性の良いポリエチレンナフタレートを用いたことで、蒸着層が破壊されるのを防ぐことができるため、より熱的耐久性を向上させることができる。
【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電気湯沸かし器の真空断熱材の断面図
【図３】 本発明の実施例における電気湯沸かし器の真空断熱材の平板図
【図４】 本発明の実施例における電気湯沸かし器の真空断熱材の斜視図
【図５】 本発明の実施例における電気湯沸かし器の真空断熱材の平板図
【図６】 本発明の実施例における電気湯沸かし器の真空断熱材の斜視図
【符号の説明】
２ 貯水用容器
１３ ヒーター
２０ 真空断熱材
２２ 芯材
２５ シール層
２６ 蒸着基材
２７ ガスバリアー層
２９ アルミニウム箔
【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保温し、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、電源をつなげると湯が沸くが、このお湯を長時間、略一定温度で保温しておく必要がある。そのため一般に、電気湯沸かし器内の貯水用容器の周囲を様々な断熱材で覆っている。その断熱材としては、ガラスウールなどの無機系の断熱材、そして金属の反射板を使用した断熱材がある。さらには、ガスバリアー層としてアルミニウム箔や、ポリエチレンテレフタレート（以下ＰＥＴという）を蒸着基材としてアルミニウム蒸着を施した蒸着層を用いた積層フィルムからなる包装材に断熱芯材を封入し、包装材内部を真空排気した真空断熱材がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ガラスウール等の断熱材は熱的な耐久性能は優れるが、断熱性能は低いという問題がある。また、包装材内部を真空排気した真空断熱材において、ガスバリアー層としてアルミニウム箔などの金属箔を使用したものは、包装材内部の断熱性能は良いが、ガスバリアー層である金属箔を伝わる熱量が非常に大きく、真空断熱材全体としての断熱性は十分に良いとはいえない。この金属箔を伝わる熱量を抑えるために、ガスバリアー層としてアルミニウム蒸着などの蒸着層を用いた真空断熱材がある。これは、蒸着基材または蒸着面側に張り合わせたフィルム（保護層）にＰＥＴが用いられているが、ＰＥＴは熱的寸法安定性が悪く、蒸着層の厚さは非常に薄いため、ＰＥＴの熱的な収縮膨張により蒸着層が破壊され、ガスバリアー性が低下し、真空を保持できず断熱性能が悪化し、電気湯沸かし器の保温電力が大きくなってしまうという問題があった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような問題を解決しようとするものであり、貯水用容器と、前記貯水用容器内の水を加熱するヒータと、水を流出させる出湯経路と、前記貯水用容器の周囲に設けられた真空断熱材とを有し、前記真空断熱材は樹脂フィルム基材に蒸着を施した蒸着層と前記蒸着層に積層された金属箔とで構成されるガスバリアー層と、前記ガスバリアー層の蒸着面側に蒸着層および金属箔を保護する保護層と、シール層とからなる積層フィルムで構成される袋に、断熱芯材を真空封入した外郭にヒートシール部分を有するもので構成され、前記保護層は樹脂フィルム基材と熱収縮率が同一である物質で、前記貯水用容器に接している面のガスバリアー層に積層された金属箔の一部は切り欠いており、かつ前記ヒ ートシール部を前記貯水用容器の反対側に折り曲げた電気湯沸かし器とする。
【０００５】
上記発明によれば、ガスバリアー層が破壊されることなく、真空状態を保持することができるため、断熱性が長期間落ちることがない。また、ガスバリアー層として金属箔に代わり、蒸着層を用いたことで高温部からガスバリアー層自身を伝って流れ込む熱を抑えることができ、真空断熱材全体の断熱性能を向上させ、電気湯沸かし器の保温電力を小さくすることができる。さらに、ガスバリアー層に金属箔の部分があるため、全面蒸着層を用いた真空断熱材を配置した電気湯沸かし器に比べて、熱的耐久性を向上させることができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１記載の発明は、貯水用容器と、前記貯水用容器内の水を加熱するヒータと、水を流出させる出湯経路と、前記貯水用容器の周囲に設けられた真空断熱材とを有し、前記真空断熱材は樹脂フィルム基材に蒸着を施した蒸着層と前記蒸着層に積層された金属箔とで構成されるガスバリアー層と、前記ガスバリアー層の蒸着面側に蒸着層および金属箔を保護する保護層と、シール層とからなる積層フィルムで構成される袋に、断熱芯材を真空封入した外郭にヒートシール部分を有するもので構成され、前記保護層は樹脂フィルム基材と熱収縮率が同一である物質で、前記貯水用容器に接している面のガスバリアー層に積層された金属箔の一部は切り欠いており、かつ前記ヒートシール部を前記貯水用容器の反対側に折り曲げた電気湯沸かし器としたもので、断熱材として、熱伝導率が２５℃で約０．０３５（ｋｃａｌ／ｍ・ｈ・℃）のガラスウールを用いた電気湯沸かし器よりも、２５℃で約０．００６（ｋｃａｌ／ｍ・ｈ・℃）の真空断熱材を用いた電気湯沸かし器の方が保温電力を低く抑えることができる。
【０００７】
また、ガスバリアー層に蒸着層を用いた電気湯沸かし器は、ガスバリアー層自身を伝って端面から漏れる熱量が小さいため、ガスバリアー層として金属箔を用いた真空断熱材を配置した電気湯沸かし器に比べて、より保温電力を低く抑えることができる。
【０００８】
また、保護層と蒸着基材が同一物質でなかった場合、ガスバリアー層の基材と蒸着面側の保護層の熱収縮率が異なるため、蒸着層に不均一な応力が働き破壊されてしまう。しかしながら、蒸着基材と保護層を同一物質にすることにより、蒸着層が破壊されるのを防ぐことができるため、従来の真空断熱材を配置した電気湯沸かし器に比べて、より熱的耐久性を向上させることができる。
【０００９】
さらに、ガスバリアー層に金属箔の部分があるため、全面蒸着層を用いた真空断熱材を配置した電気湯沸かし器に比べて、熱的耐久性を向上させることができる。
【００１０】
また、請求項２記載の発明は、樹脂フィルム基材は、ポリエチレンナフタレートであることを特徴とする請求項１記載の電気湯沸かし器としたものであり、蒸着基材に熱的寸法性の良いポリエチレンナフタレートを用いたことで、蒸着層が破壊されるのを防ぐことができるため、より熱的耐久性を向上させることができる。
【００１１】
【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。
【００１２】
（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は電気湯沸かし器本体の本体（以下単に本体と称する）で、内部に貯水する内径１８４ｍｍ、深さ２００ｍｍ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。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の水が沸騰したときなど大気に比べ、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。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によって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、出湯管１１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。したがって、出湯経路は容器２から吸い込み口９、ポンプ８、ポンプ８の吐出口、出湯管１１を通り、出湯口１２となる。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。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の押し動作スイッチによりロッド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。
【００１３】
ここで、使用した真空断熱材２０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はさらに積層フィルム２４と３１とを張り合わせた袋の中に真空状態で納められており、図３に示すように平板で長方形状をしている。３８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。３９はヒートシール部分で、シール層２５と３６が溶着している部分３９を有するため、芯材が入っていない部分である。
【００１４】
真空断熱材は図４に示すように貯水用容器２に巻き付ける。したがって、直接容器に触れる側は、反対側より熱的耐久性が高く、ガスバリアー性の高い材料が求められる。
【００１５】
積層フィルム２４はシール層２５と蒸着基材２６とガスバリアー層２７と保護層２８とアルミニウム箔２９より構成されており、積層フィルム３１は保護層３２とガスバリアー層３５とシール層３６から構成されている。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下で使用するときは、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、高温下での空気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。
【００１６】
シール層２５と３６は積層フィルム２４と３１を張り合わせ内部の真空を保持する役割を持つ。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３６には無延伸のポリプロピレンを使用し、３７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度を上げたものである。
【００１７】
積層フィルム２４のガスバリアー層２７はアルミニウム箔２９とアルミニウム蒸着層３０からなり、アルミニウム箔２９は芯材２２を覆える程度の幅を持っている。また、積層フィルム３１のガスバリアー層３５はアルミニウム箔からなる。ガスバリアー層は積層フィルムの樹脂を透過する気体を遮断する役割を持つ。気体の遮断性が悪いと真空断熱材２０の内圧が上昇し、真空断熱材２０の内圧が１０ｔｏｒｒをこえ出したあたりから、真空断熱材２０の熱伝導率も上昇していき、さらに内圧が上昇すると初期の真空断熱材のもつ断熱性能と比較できないほど大きく劣化してしまう。したがって、１００℃程度の温度で長期間気体を遮断できるものが必要である。また、気体の透過を遮断する遮断材は、厚いほど信頼性は高い。しかし、真空断熱材のガスバリアー層として使用するには、薄いほどそれ自身を伝う熱量が小さいので断熱性は向上する。
【００１８】
そこで、本実施例ではガスバリアー層２７として、５〜６μｍのアルミニウム箔２９と厚さ３００〜１０００Åのアルミニウム蒸着層３０を張り合わせたものを使用し、ガスバリアー層３５として５〜６μｍのアルミニウム箔を使用した。ここで３００〜１０００Åという厚さは通常の蒸着層の厚さであり、これ以外の厚さの場合も本発明の範疇に入るものである。
【００１９】
積層フィルム２４において、保護層２８はシール層２５とガスバリアー層２９を保護する役割をもち、積層フィルム３１において、保護層３２はガスバリアー層３５とシール層３６を保護する役割をもつ。蒸着基材２６と保護層２８としては、熱収縮率が同一である物質を用いると良いのだが、特に同一物質であることが好ましい。なぜならば、ガスバリアー層の両面に配置した保護層の熱収縮率が異なると、蒸着層に不均一な応力が働き、破壊されてしまうのだが、保護層を同一物質にすることにより、蒸着層が破壊されるのを防ぐことができるからである。
【００２０】
本実施例では、蒸着基材２６と保護層２８として、ポリエチレンナフタレート（以下ＰＥＮという）を用いた。電気湯沸かし器における最高温度である１００℃において、ＰＥＮの熱収縮率は０．４％以下であり、ＰＥＴと比較すると非常に小さな値であり、この程度の熱収縮率では蒸着層を破壊しない。また、積層フィルム３１において、保護層３２のガスバリアー層に直接接する位置にポリエステル層３３を配置した。本実施例ではポリエステル層３３としてＰＥＴを使用した。
【００２１】
ＰＥＴはＰＥＮと比較すると、耐熱性はやや劣るが、積層フィルム３１側は直接貯水用容器２に触れることがなく、４０℃程度の温度にしかならないため、保護層としては十分ふさわしい材料である。さらに保護層３２の最外層にナイロン層３４を配置している。電気湯沸かし器では装着時や取り外し時には他の部品などと多く接触し、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、傷つくことが少ない。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。
【００２２】
さらに、貯水用容器２に巻き付ける際はヒートシール部を折る。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、貯水用容器２に巻き付ける。このようにすると、貯水用容器２の端面部分はアルミニウム蒸着のみであるため、アルミニウム自身を伝って流れ込む熱を抑えることができ、真空断熱材全体の断熱性能を向上させることができる。
【００２３】
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の温度が略一定温度になるように制御する。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、各種真空断熱材の断熱性および熱的耐久性の実験例を示す。
【００２４】
〈実験例１〉
真空断熱材において、ガスバリアー層が両面ともアルミニウム箔であるもの（本実験例では両面箔と言う）、ガスバリアー層が両面とも蒸着アルミニウムであり、蒸着基材がＰＥＴで、保護層がＰＥＮであるもの（本実験例では両面蒸着ＰＥＴと言う）、ガスバリアー層が両面とも蒸着アルミニウムで、その蒸着基材がＰＥＮで、保護層がＰＥＮであるもの（本実験例では両面蒸着ＰＥＮと言う）を用意した。両面箔、両面蒸着ＰＥＴ、両面蒸着ＰＥＮをそれぞれ図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に巻き付けた。これらを有する電気湯沸かし器を用意し、これらの電気湯沸かし器に水を入れ、それぞれの保温電力を測定した。なお、保温水温は９６．５℃、雰囲気温度は２０℃とした。測定は十分平衡状態に達した後に行った。以上の実験結果を真空断熱材の構成と保温電力を（表１）に示す。
【００２５】
【表１】
このように、真空断熱材のガスバリアー層として、蒸着アルミニウムを使用したものはアルミニウム箔を使用したものに比べ、保温電力を低くおさえることができる。このことより、ガスバリアー層としてアルミ箔より薄い、蒸着アルミニウムを使用することによりガスバリアー層自身を伝って流れ込む熱量を抑えることができ、真空断熱材の断熱性能を向上させることができたことが分かる。したがって、このような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。
【００２７】
〈実験例２〉
１００℃の恒温漕、および両面箔、両面蒸着ＰＥＴ、両面蒸着ＰＥＮの真空断熱材を用意した。予め、真空断熱材の内圧を測定しておき、その後それらすべての真空断熱材を１００℃の恒温漕へ入れることで耐熱試験を行った。そして、両面蒸着ＰＥＴを３日後、１２日後に恒温漕から取り出し、内圧を測定した。両面箔は３日後、１２日後、１８２５日後、３６５０日後に恒温漕から取り出し、内圧を測定した。また、両面蒸着ＰＥＮは３日後、２２４日後、３３６日後に内圧を測定した。ここで１００℃という温度は、電気湯沸かし器の断熱材が受ける最高の温度（円筒形とした真空断熱材を容器２に巻き付けたとき、容器２に接している部分の温度）である。これら真空断熱材の耐熱試験結果を（表２）に示す。
【００２８】
【表２】
（表２）より、約１００℃の温度では、ガスバリアー層として蒸着アルミニウムを使用し、蒸着基材としてＰＥＴ、保護層にＰＥＮ使用すると、長期間の耐熱性は得られないことが分かる。しかしながら、蒸着基材をＰＥＮに代え、保護層も蒸着基材と同物質であるＰＥＮにすると、大幅に耐熱性を改善することが可能である。
【００３０】
したがってガスバリアー層として蒸着アルミニウムを使用し、蒸着基材にＰＥＮを使用し、保護層も蒸着基材と同物質であるＰＥＮを使用することにより、長期間断熱性能が劣化しない保温電力の少ない電気湯沸かし器が実現できる。
【００３１】
〈実験例３〉
１００℃の恒温漕、および両面箔、両面蒸着ＰＥＮを用意した。また、片面にガスバリアー層としてアルミニウム箔を用い、もう一方の面を図５に示すように、ガスバリアー層としてＰＥＮを蒸着基材としてアルミニウム蒸着を施し、さらに芯材に当たる部分３８にアルミニウム箔２９を張った真空断熱材を２つ用意した（本実験例では、片面箔という）。
【００３２】
両面箔、両面蒸着ＰＥＮをそれぞれ図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に巻き付けた（本実験例では、それぞれ両面箔外折り、両面蒸着外折りという）。また、片面箔のうち１つをガスバリアー層がアルミニウム箔のみの面が円筒形の外側となるように、そして図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に巻き付けた（本実験例では片面箔外折りという）。もう１つをガスバリアー層がアルミニウム箔のみの面が円筒形の内側となるように、そして図６に示すように円筒形の内側にヒートシール部分がくるようにして、容器２に巻き付けた（本実験例では片面箔内折りという）。
【００３３】
これらを有する電気湯沸かし器を用意し、これらの電気湯沸かし器に水を入れ、それぞれの保温電力を測定した。なお、保温水温は９６．５℃、雰囲気温度は２０℃とした。測定は十分平衡状態に達した後に行った。以上の実験結果を真空断熱材の構成と保温電力を（表３）に示す。
【００３４】
【表３】
（表３）より、片面箔外折りの端面部分のガスバリアー層をアルミニウム蒸着にすると、アルミニウム自身を伝って流れ込む熱を抑えることができ、真空断熱材全体の断熱性能を向上させることができる。したがって、このような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。
【００３６】
〈実験例４〉
１００℃の恒温漕、および両面箔、両面蒸着ＰＥＮ、片面箔を用意した。予め、真空断熱材の内圧を測定しておき、その後それらすべての真空断熱材を１００℃の恒温漕へ入れることで耐熱試験を行った。そして、両面箔と片面箔を１８２５日後、３６５０日後に恒温漕から取り出し、内圧を測定した。また、両面蒸着ＰＥＮは２２４日後、３３６日後に内圧を測定した。これら真空断熱材の耐熱試験結果を（表４）に示す。
【００３７】
【表４】
（表３）と（表４）より、１００℃の温度では、片面箔外折りの端面部分のガスバリアー層をアルミニウム蒸着にすると、真空断熱材全体の断熱性能を向上させることができる上、大幅に耐熱性を改善することが可能である。
【００３９】
したがって、容器側の端面部分のガスバリアー層にアルミニウム蒸着を用い、その他の部分のガスバリアー層に蒸着層とアルミニウム箔を用いることで、長期間断熱性能が劣化しない保温電力の少ない電気湯沸かし器が実現できる。
【００４０】
【発明の効果】
以上のように、請求項１の発明によると、長期間断熱性能が劣化することがなく、また非常に保温電力の少ない電気湯沸かし器を得ることができる。
【００４１】
さらに、ガスバリアー層に金属箔の部分があるため、全面蒸着層を用いた真空断熱材を配置した電気湯沸かし器に比べて、熱的耐久性を向上させることができる。
【００４２】
また、請求項２の発明によれば、蒸着基材に熱的寸法安定性の良いポリエチレンナフタレートを用いたことで、蒸着層が破壊されるのを防ぐことができるため、より熱的耐久性を向上させることができる。
【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電気湯沸かし器の真空断熱材の断面図
【図３】 本発明の実施例における電気湯沸かし器の真空断熱材の平板図
【図４】 本発明の実施例における電気湯沸かし器の真空断熱材の斜視図
【図５】 本発明の実施例における電気湯沸かし器の真空断熱材の平板図
【図６】 本発明の実施例における電気湯沸かし器の真空断熱材の斜視図
【符号の説明】
２ 貯水用容器
１３ ヒーター
２０ 真空断熱材
２２ 芯材
２５ シール層
２６ 蒸着基材
２７ ガスバリアー層
２９ アルミニウム箔
Claims (2)
- 貯水用容器と、前記貯水用容器内の水を加熱するヒータと、水を流出させる出湯経路と、前記貯水用容器の周囲に設けられた真空断熱材とを有し、前記真空断熱材は樹脂フィルム基材に蒸着を施した蒸着層と前記蒸着層に積層された金属箔とで構成されるガスバリアー層と、前記ガスバリアー層の蒸着面側に蒸着層および金属箔を保護する保護層と、シール層とからなる積層フィルムで構成される袋に、断熱芯材を真空封入した外郭にヒートシール部分を有するもので構成され、前記保護層は樹脂フィルム基材と熱収縮率が同一である物質で、前記貯水用容器に接している面のガスバリアー層に積層された金属箔の一部は切り欠いており、かつ前記ヒートシール部を前記貯水用容器の反対側に折り曲げた電気湯沸かし器。
- 樹脂フィルム基材は、ポリエチレンナフタレートであることを特徴とする請求項１に記載の電気湯沸かし器。
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