JP2018527970A - 食料製品を加熱するための使い捨てカップ - Google Patents
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Abstract
【選択図】図1
Description
例えば乾燥食料製品を備えるカップ内に室温の水を注ぎ、
プリントUSBコネクタを備える厚紙スリーブの切り込みが入れられた部分を取り外し、
プリントUSBコネクタヘッドを有する頑丈な板紙スリーブの端部をノート型パソコンのUSBスロットに接続し、
カップ内に収容された水及び食料製品を、USB接続部を通じて供給される電気によって5〜20分以内に加熱する。
熱湯を加えることにより調理される乾燥即席麺を備えるパッケージ型食料製品として現在市販及び商品化されており、単回使用及び1杯分を意図した使い捨てカップを図1に示す。本実施例において、異なるプリント電気加熱回路が取り付けられ、加熱試験が行われる位置は、底面ヒータをA、底部円形スリーブをB、上部円形スリーブをCとして示す。このようなパッケージ型麺カップの2つのサンプルを測定し、内容物の重量、必要な水の量、及び加熱される内容物の総重量を求めた(表1)。
USB2及びUSB3両方の要件を満たすために抵抗を2〜10オームに設計した。各底面ヒータは2つの並列抵抗器からなり、その等価回路は図2に示され、記載されている。全抵抗値は図に示される式を用いて算出することができる。種々の内部底面ヒータのレイアウトも図示する。得られた設計パラメータを表8に示す。
段階2では、異なる種類のヒータを以下のように設計した。
・外部大型底面ヒータ
・デュアル底面ヒータ
・底部円形スリーブヒータ
上記ヒータについては、USB3及びiPadチャージャー両方の要件を満たすために抵抗を2〜7Ωに設計した。
外部大型底面領域ヒータについては、各ヒータは3つの並列抵抗器からなり、USB電源相互接続部も印刷してUSB源への直接差し込みを可能にした。この等価回路は図3に示される。全抵抗値は示される式を用いて算出することができる。外部大型底面ヒータのレイアウトも図3に示す。特定された設計パラメータは表9に示し、USBトレースのパラメータは表10に記載する。
デュアル底面ヒータは2つの別個のヒータ、すなわち、内部底面ヒータ及び外部底面ヒータからなる。各ヒータは別個のUSB電源を必要とし、これにより表面積あたりのエネルギー密度の増加につながる。内部底面ヒータは2つの並列抵抗器を備え、その等価回路は図2に示される。外部底面ヒータは3つの抵抗器を図4に示されるような並列構成で組み合わせることによって形成される。内部底面ヒータ及び外部底面ヒータ両方の詳細な設計パラメータが特定され、それぞれ表11及び図12に示される。
このプリントヒータはカップの底部下方領域に巻き付けるようになっている。このプリントヒータは4つの並列抵抗器の組み合わせであり、その等価回路は図5に示される。その全抵抗値は図に示される式を用いて求めることができる。底部円形スリーブヒータのレイアウトも図示する。設計パラメータは特定され、表13に示される。ヒータ総面積は約34cm2であり、このヒータは試験を行った中で最大の加熱表面積を有する。
段階1
USB2の要件を満たすためにカーボン導電性インクで作製した2つの異なるヒータを選択し、その一方で、USB3及びUSBポータブルバッテリー用途については、銀導電性インクを含む2つのヒータを選択し、評価した。各試験では、ケーブル長、熱電対取付位置、熱電対の種類、異なるメスステーション(mess station)の熱電対ワイヤ長など、加熱カップ外部の全試験条件及び構成も同一に維持し、ばらつきを厳密に最小限にとどめた。
これらヒータの単独性能を、初期室温で印加される各USB電圧に応じた温度を計測することにより評価した。各ヒータの温度プロファイルはデータロガーを用いて、ヒータ表面の中心に熱電対を取り付けることにより記録した。加えて、デジタルオシロスコープを用いて電源電圧及び電源電流を監視し、試験時間の全体を通して両パラメータが一定のままであるようにした。表面から周囲への熱損失を最小限にするよう注意した。各ヒータの最終温度、消費電力及びエネルギー密度に関するヒータ性能の概要を表14に示す。結果として、電気エネルギーから熱エネルギーへの変換比率は、3つの要因、すなわち、電流、負荷抵抗、及び負荷両端の電位差に依存する。銀導電性ペースト及びカーボン導電性ペーストを用いて作製した内部底面ヒータは図2によるものである。
2つの異なる試験セットアップを用いて、達成され得る最高温度を求めた。試験セットアップ1では、プリント内部底面ヒータを空の麺カップの内側底部に配置した。熱電対を反対に位置するヒータの外部表面及びカップの底部に取り付け、麺カップの底面を通して伝達される熱エネルギーの量を求めた。水の温度を測定するために、第2の試験セットアップの麺カップに250mLの水を加えた。熱電対配置は試験セットアップ1と同一であった。USB2源及びカーボン導電性内部底面ヒータを有する試験セットアップ1においては、カップ底面内部において121℃の最高温度に到達した。USB3及びUSBバッテリーに対し銀導電性内部底面ヒータを用いて、それぞれ10分未満で131℃及び143℃の最高温度を得た。カップ内部に250mLの水を含む試験セットアップ2については、USB2源を有するカーボン導電性内部底面ヒータは20分以内に30℃に到達することができた。USB3及びiPad/USBチャージャー源を用いる銀導電性内部底面ヒータについては20分以内に31℃及び38℃の最高温度を達成した。2つの試験セットアップの性能概要を表15に示し、各試験セットアップの温度プロファイルをそれぞれ図8、図9及び図10に示す。
予備試験結果を基に、2つの追加試験を実施した。ヒータ配置及び熱電対位置は上記試験セットアップと同一であった。更なる試験ではUSB3及びUSBバッテリー源を使用した。最初の試験では、5Ω、3Ω及び2Ωの抵抗を有する銀導電性内部底面ヒータの試験を異なる構成において行った。性能概要は表16に示す。USBバッテリー源を用いた2Ωヒータによって35℃の最高温度を達成し、室温の250mLの水を加熱した。
iPadチャージャー用の大型底面ヒータ
試験の段階2では、USB3及びiPadチャージャー両方の仕様を満たすために最大電力25ワットを供給することができるUSBチャージャーを使用した。ヒータは防水積層品でパッケージ化し、麺カップ底面内部に配置した。試験構成の概要を表19に示す。以下の表に示すように、種々の試験セットアップにおいてMAGGI麺調味料粉末、室温の水300mL、及びリン酸カルシウム粉末を用いた。化学添加物であるリン酸カルシウム粉末を活性化剤として使用し、加熱プロセスを加速させた。ヒータは銀導電性インクで印刷し、iPadチャージャー用途のためにヒータの2つの異なる値、すなわち2.8Ω及び2.5Ωを選択した。作製した大型底面ヒータは図3に示すものと同じである。種々の試験セットアップの性能概要を表20に示し、各試験セットアップの温度プロファイルを図11に示す。調味料粉末にリン酸カルシウム粉末を加えることで化学反応を生成し、加熱プロセスが特定の活性化温度を超えて加速することが分かる。加えて、リン酸カルシウム粉末と調味料粉末との2つの異なる混合方法を比較し、振り掛ける方法がより高い最終温度をもたらすことを見出した。リン酸カルシウム粉末の添加により、調味料粉末のみの使用と比較して約9℃の温度差が得られた。
USB3源の仕様を満たすために、銀導電性インクで印刷した5Ωヒータを選択し、評価した。試験条件は上述の試験セットアップに類似し、ヒータを防水積層品でパッケージ化し、麺カップ底面内部に配置した。2つの試験構成の概要を表21に示す。より高いヒータ抵抗によってエネルギー密度/cm2の低下が得られたことから、リン酸カルシウム粉末の効果は大きくなかった。このことは更に、化学反応及びこの熱効果の活性化が臨界点に到達後に起こることも裏付けるものである。両セットアップにおいて57℃の最高最終温度を達成した(表22)。
銀導電性インクで印刷された2Ω〜3Ωの内部底面ヒータ及び外部底面ヒータを選択し、評価した。試験条件は上述の試験セットアップに類似し、ヒータを防水積層品でパッケージ化し、麺カップ底面内部に配置した。内部底面ヒータは外部底面ヒータの中心に取り付け、両ヒータは印加されるエネルギーを増加するために独自に別個の電源を有した。得られた温度プロファイルを図12に示す。両セットアップにおいて、それぞれ76℃及び92℃の最高最終温度が得られた。
面積あたりのエネルギー密度を増加するために、内部底面ヒータと外部底面ヒータを並列構成で接続し、約1.5Ωの大幅に低い全抵抗値を実現した。試験では1つの電圧源を使用し、作製した並列構成のデュアル底面ヒータを1つの単一電源に接続した。各セットアップの温度プロファイルを図12に示す。両セットアップにおいて、それぞれ90℃及び106℃の最高最終温度が得られた。
iPadチャージャー源の仕様を満たすために、銀導電性インクで印刷した2Ω底部円形スリーブヒータを選択し、評価した。試験条件は上述の試験セットアップに類似し、ヒータは防水積層品でパッケージ化された。セットアップ1では、ヒータを麺カップ底部スリーブ領域の外部表面上に配置し、セットアップ2では、ヒータを麺カップ底面内部に配置した。作製後の底部円形スリーブヒータは図4に示すものと同じであった。各セットアップの温度プロファイルは前述の実験と同じ手法で決定した。ヒータの表面積が他の底面ヒータに比べて相対的にかなり広いため、得られるエネルギー密度は同量の電力に対して大幅に低くなる。結果として、両セットアップについて、それぞれわずか29℃及び28℃の最高最終温度が得られた。
ステッカーを有する加熱カップ
図13は、それぞれ、プリント電気加熱回路を有するステッカーを備える本発明の使い捨て加熱カップの概略図を示す。図13Aに、ステッカーに印刷され、使い捨てカップの外部底面に固定された図3に示される大型底面ヒータの適用例を示す。プリントUSBコネクタを有し、プリントUSBコネクタヘッドで終端するストリップは自由に移動可能であり、USBポートに接続して、カップの底面に位置するプリント加熱回路を加熱するための電気を供給することができる。図13Bは、図5に示されるような底部円形スリーブヒータが使用される状況を示す。この場合も、プリントUSBコネクタは自由に移動可能であるとともに、例えばパーソナルコンピュータのUSBポートに差し込むことが可能である。
図14は、それぞれ、プリント電気加熱回路を備える本発明の使い捨て加熱カップ用のスリーブの概略図である。図14Aは、図4に示すような外部底面ヒータ設計がスリーブの内側に印刷されたスリーブ解決策を示す。プリントUSBコネクタ及びコネクタヘッドは、更に、切り込みが入れられた引き裂き線によって画定され、この引き裂き線は、コネクタヘッドを有するUSBコネクタを上記スリーブから分離することを可能にするとともに自由な移動を可能にする。スリーブは、電気回路の印刷後、使い捨て加熱カップの周囲に固定され、電気加熱回路を備える部分が加熱カップの外部底面に固定される。使用時、加熱カップの上記スリーブを持つ消費者がUSBコネクタストリップをスリーブから取り外し、このストリップを、加熱カップの内容物を加熱するために例えば自分のパーソナルコンピュータのUSBポートに差し込む。
Claims (15)
- USBインタフェースを介して食料製品を加熱するための使い捨て加熱カップにおいて、プリント電気加熱回路と、前記電気加熱回路に接続されたプリントUSBコネクタとを備えることを特徴とする、加熱カップ。
- 2つ以上のプリント電気加熱回路を備え、前記2つ以上のプリント電気加熱回路のすべてが前記プリントUSBコネクタに接続されている、請求項1に記載の加熱カップ。
- 前記加熱カップはスリーブを備え、前記電気加熱回路は前記スリーブの内側に印刷されている、請求項1又は2に記載の加熱カップ。
- 前記加熱カップはステッカーを備え、前記電気加熱回路は前記ステッカーに印刷されている、請求項1又は2に記載の加熱カップ。
- 前記ステッカーは、前記加熱カップの側壁、前記加熱カップの底面、又は前記加熱カップを囲むスリーブに付着されている、請求項4に記載の加熱カップ。
- 前記電気加熱回路は前記加熱カップの表面に直接印刷されている、請求項1又は2に記載の加熱カップ。
- 前記電気加熱回路及び前記USBコネクタは導電性材料で印刷されている、請求項1〜6のいずれか一項に記載の加熱カップ。
- 前記導電性材料は、銀系導電性インク、銅系導電性インク、導電性ポリマーインク、及びカーボン系抵抗インクからなる群より選択される、請求項7に記載の加熱カップ。
- 前記電気加熱回路は、曲折設計の形態、蛇行設計の形態、螺旋設計の形態、又はこれらの組み合わせで設計されている、請求項1〜8のいずれか一項に記載の加熱カップ。
- 前記USBコネクタはストリップに印刷されており、前記ストリップは、USBコネクタヘッドを備える一端において前記加熱カップから取り外し可能である、請求項1〜9のいずれか一項に記載の加熱カップ。
- 前記加熱カップは電気ケーブル又はワイヤを備えない、請求項1〜10のいずれか一項に記載の加熱カップ。
- 食料製品を加熱するための使い捨て加熱カップに貼り付けるのに好適なステッカーであって、前記ステッカーは、少なくとも1つのプリント電気加熱回路と、前記少なくとも1つの電子加熱回路に接続されたプリントUSBコネクタと、を備える、ステッカー。
- 請求項1〜11のいずれか一項に記載の使い捨て加熱カップを備えるパッケージ型食料製品。
- スープ、即席麺製品、コーヒー製品、茶製品、ミルク飲料製品、又はチョコレート飲料製品である、請求項13に記載のパッケージ型食料製品。
- 使い捨て加熱カップを利用して食料製品又は飲料製品を加熱するための方法であって、前記加熱カップは、少なくとも1つのプリント電気加熱回路と、前記電気加熱回路に接続された少なくとも1つのプリントUSBコネクタとを備え、加熱のための電気が前記プリントUSBコネクタを通じて前記プリント電気加熱回路に供給される、方法。
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