JP3122393U - 電熱−高真空型加熱保温装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電熱−高真空型加熱保温装置特にヒートパイプ型加熱手段を利用する加熱保温装置に係り、その作動液体加温手段として電熱線を利用して安価且つ効果的な此の種加熱加温装置を提供する。
【解決手段】外周を通常の如く断熱材で被覆され、加熱保温されるべき物質を収納し且つ此を加熱保温すべき内筒を、少なくとも二重に重ね、此等内筒間に少なくとも一層の高真空帯を介在させると共に、最内側の内筒に接する高真空帯内に所望の特殊作動液体を封入し、此の作動液体を電熱線加熱手段でその内外何れかから加熱して、液−気−液−の相変換反応を発生させ、その際の発熱を内筒内の物質の加熱保温に利用すると共に、相変換で凝縮され液化した作動液体を原液内に還流し、この加熱−気化−液化−凝縮−還流のサイクルを繰り返させて、効率良く目的物を加熱保温する様に構成した。
【選択図】図４

Description

本考案は、電熱−高真空型加熱保温装置：、詳しくはヒートパイプ型の低熱伝導性作動液の加温相変換時の発熱効果を利用して、高真空下で目的物を加熱又は保温する装置 に関する。

従来、此の様な装置の一加熱手段として、一般的に図１及び図２に示すヒートパイプ（１）が使用されているが、此の手段はアルミ等の熱伝導性の良い内管（２）及び外管（３）との二重構造より成り、此等二者間は密閉され真空化されると同時に、人体に無害で気化し易い水、液体アンモニア、メタノール、フルテックＰＰ３及びＰＰ４（商品名）サーメックス（商品名）などが封入され、内管（２）内には前記作動液を活性化する加熱媒体、例えば湯、水蒸気等が流通されている。

此の様な構成に於て、内管（２）内に湯等を導入した場合には、作動液（４）はその気化温度で矢印（ｆ）方向に蒸発し、低温方向に急速に伝導され、外管（３）に接触して凝縮し、その際放出する熱（Ｆ）に依り管壁（３）を介してその外側の目的物を加熱すると同時に、凝縮された作動液は矢印（ｆ’）方向に摘下して原作動液（４）内に還流され、内管内の湯の加熱が続く限り、此の気化−凝縮−液化−還流のサイクルを繰り返して、管外環境を一定温度にまで加熱し続ける。
従って此の様な加熱手段は、例えば床、風呂、貯湯タンク、養魚槽等の加熱装置として有利に利用されている。

更に又、上記ヒートパイプの一端又は一部を特殊な熱源例えば電熱源等で加熱又は加温し、特定寸法の真空ヒートパイプ内の作動液を活性化し、その液−気−液の相変換時の発熱で目的物を加熱又は保温する装置又は器具、例えば真空魔法瓶、加温ポット、調理用保温器等も多数提案されている。
実公昭５７−５５７８４号 実開公平２−４０９２９号

然しながら、上記した図１及び図２に示す従来型の循還方式ヒートパイプ作動液活性化の一手段は、ボイラー等で暖められた温湯又は水蒸気を内管（２）内に流通して、全作動液（４）内を循還させ、これを加熱し、気化させ、そして凝縮させて相変化させ、此の時に放出される熱に依り目的物を加熱する様に構成したものであるから、目的物が所定温度に達する迄、常時此の加温液体又は蒸気を循還し続けなければならず、装置の構造上並びに熱エネルギー上、未だ改良の余地が残存していた。

課題を解決する為の手段

そこで、上記した使用可能で沸点の異なる種々な作動液を、目的に応じて選択する事に依り、所望沸点、所望熱伝導度の特殊作動液を採用し、目的とする加熱加温物体に応じてその熱伝導性、沸点等を適宜変化させ、単に作動液の一部を加熱するのみで急速にその全体を加熱し、液面全体から気化し、パイプ壁面で冷却され、凝縮液化し、この相変換時の放熱でパイプ全体を加熱して一本の発熱体に変化させ、隣接する目的物を加熱し、それと同時に凝縮され滴下した凝縮液は、原作動液中に還流し、再びこの動作を繰り返す様に改良されるに至っている。

この様な加熱サイクル技術は、例えば特許文献１中に開示された電気魔法瓶に利用されている。即ち：
この魔法瓶は、真空二重容器の底部に開口部を設け、この開口部にヒートパイプを挿入固定し、外部に突出したパイプの一端に電気発熱体を設け、此に依り前記ヒートパイプ作動液の一部を加熱し、上記した様にこれを一本の加熱体に変化させて、効率よく目的内容物を加熱し且つ保温する様に構成したものである。

又特許文献２にも、同様な二重構造の真空魔法瓶が記載されているが、この装置では、加熱されるべき真空内筒の底部から、加熱手段としてのヒートパイプが底部外側に向けて突出しており、この外側部分をベルチェ効果を利用した熱電素子で加熱し、内蔵している作動液体を加熱して、液−気−液の相変換サイクルを繰り返させ、内蔵する内筒内の目的物を加熱又は冷却する構造より成り、前記ヒートパイプ部分を狭小径部と大径部との一体的な二部分で構成し、前記内筒の底から外部に突出する部分の内側には、前記狭小径部が内筒内部に向って走り、又前記大径部は内筒底部の外側に突出して、熱電素子により加熱される様に構成し、魔法瓶底部の開口から可能な限り内部の熱が逃出さない様に設計したものである。

然しながらこの狭小径部は、細くすればする程熱の逃出は防ぐことが出来るが、あまり細過ぎると凝縮した作動液が滴下流通し難く成るので、此処にウイックと変移自在の小球体を収容して、凝縮した作動液が自由に大径部原液内に還流し、引き続きサイクル反応を繰り返す様に構成されている。

この様な構成において、特許文献１の技術は、真空二重容器の真空層内にヒートパイプを挿入して内筒内の目的物を加熱し保温する様に構成されているが、底部を一重にしたり、底部に開口部を設けたりしているので、魔法瓶自体の保温力は低下し易い欠点がある。

又特許文献２の技術は、真空二重容器の底部開口を可能な限り狭小として、内部からの熱損失を防止する様にしたものであって、技術的には同意出来るが、ヒートパイプを小径部、大径部の二部分から構成する事、及び此の小径部内側にウイックを内装し変位自在の小球体を封入する事は、極めて煩雑でその効果も充分期待出来得ない所である。
本考案は、此の様な従来の技術の欠点及び不備を改善する事を目的とするものである。

課題を解決する為の手段

先ず第１に本考案の高真空型加熱保温装置は、自らが使用するヒートパイプ型加熱器には、ただ一種の特殊作動液体のみを使用するのではなく、所望の加熱特性を体現出来る様に、後記する入手し易い作動液体物質を基材に、複数の他の安全な液体を混合し、最適の物理特性を持つ作動液体に変成して使用する様に配慮すると同時に、加熱されるべき物質を収容する真空内筒を、一個の外筒で囲繞して高度な真空の二筒型とすると共に、此等二筒間の真空間隙の一部に、上記最適物理特性の作動液体を封入し、此の封入間隙の外側筒体底部のみを下方向に突出させて封入された作動液体の底部溜まりを形成し、この突出部の外側を、電熱線で捲回して加熱する様にした事を特徴とするものである。

更に又本考案の第ニの高真空型加熱保温装置は、上記高真空二筒型加熱保温装置の内側加熱筒を、更に第３の外筒で囲繞し、前記内側加熱筒との間隙をも同様に高真空化して二重の真空帯域を介在させて一層の断熱効果を挙げる様に構成し、場合に依っては、前記第一真空層内の作動液体内に直接絶縁性電熱線を封入して効率よく加温する様に構成し、二層の真空帯で更に一層の断熱効果を挙げると共に、上部の開口部を除き全てを完全に密封して、内部からの熱の逃出を最少とする様に構成した事を特徴としている。

考案の効果

斯の如き構成に依り、本考案の高真空型加熱保温装置は、以下の如き優れた効果を備えている。
（１） ヒーターパイプの作動液体の物理特性を、前記した種々の作動液体を基材として複数の他の無害液体を混合する事に依って変性し、目的に応じて最も適した特殊混合液体を使用するので、目的物の加熱保温効果が早く且つ大きい。
（２） 加熱目的物を収容する内筒が上部開口のみの密封型で、その外側の高真空層内の作動液体の相変化に依る発熱で加熱保温される上、高真空層で熱転移を遮断しているので、好断熱効果を得られるが、更に場合に依っては、上記高真空層を第二真空層で覆うので、その断熱効果はすこぶる大である。
（３） 作動液加温手段が電熱線で、作動液の一部をその内部から直接的に、又はヒートパイプ型第一真空層底部外側から間接的に夫々加温するので、経済的であると同時に加温効率が良好である。

考案を実施する為の最良の形態

此の様な作用並びに効果を考慮して、本考案の最良の実施形態は、基本的には先ず目的物を効率的に加熱し得る作動液体を調整し、此の調整された特殊液体を、二重又は三重真空内筒の内側真空帯内に封入すると同時に、この真空帯内の作動液体を電熱線で直接的に内側から、又は間接的に外側から部分的に加温する事に依り、急速に活性化し、気化し、此の真空帯内を急速に移動して加温すると共に、低温の内外筒層壁に接して凝結した凝縮液を、再び原液内に還流させ、斯かる気化−凝縮液化−原液還流サイクル中の相変換に依る発熱を利用して、内側容器内の目的物を連続して加熱し且つ加温する様に構成しているので、装置の外装断熱材の作用と相まって、極めてその断熱性は良好で、しかも作動液加温手段が電熱線であるために安価に提供され、ガラス性真空帯域内えの封入も比較的容易に行ない得るので、此の種加熱保温装置としては安価且つ取り扱い易い手頃の装置として提供される。
以下に図面を参照して本考案の諸実施態様を説明する。

先ず図３には本考案の典型的な電熱−高真空型加熱保温装置例えば高真空魔法瓶（４Ｉ）が示されている。
此の魔法瓶（４１）は、ホーロー引き外枠（Ｆ）及び底枠（Ｔ）内に充填された断熱材（４７）、此の断熱材内の底部に設けられた内筒状支持台上に支承された加熱保温筒（４２）、前記外枠（Ｆ）上に装着されたハンドル（４９）及び蓋部（４８）より成る。」

更又前記断熱材（４７）内に内接された加熱保温筒（４２）は、加熱保温されるべき物質例えば水を収容した内筒（４０）と、その外側を包被して設けられた外筒（４０’）とより成り、此等ニ筒間の間隙（ｖ）は高真空とされる一方、所定量の特殊作動液体（４４）が封入されている。

一方、前記作動液体（４４）が封入された外筒（４０’）は、その上端に於て前記内筒（４０）と、その突出した下端に於て外筒下端同士が相互に連結して、上記した様に、一個の真空間隙帯を形成し、前記突出下端（４６）を含む真空間隙の一部には、特殊作動液体（４４）が内封されている。

又、前記底部断熱材中に設けられた円筒状受け台内に突出した真空間隙帯の突出下端（４６）の外側には、内部の作動液体加温用の電熱線（４３）が絶縁材と共に捲回されていて、コネクター（４５）を介して通電され、作動液体を加熱する様に構成されている。

他方、此の高真空魔法瓶（４１）の上部内側には、前記加熱保温筒（４２）の開口を閉塞する為の口金（５０）及び中栓（Ｓ）が設けられ、更にその上の外側には、締め付け蓋（４８’）付きの開閉蓋が開閉自在に取り付けられ、必要時には自在に加熱された収容物質を取り出し得る様に構成されている。

此の様な構造の高真空魔法瓶（４１）は、その操作に於て先ずコネクター（４５）−電熱線（４３）から通電され、円筒支承台内に正倒支持された作動液下端溜り（４６’）を加熱し、僅か上方の作動液体面から上向き矢印方向に気化して、高真空の間隙（ｖ）内を急速に上方に移動し、低温の内筒外面及び外筒内面に接触して凝縮し、その気体−液体間の相変換時の発熱に依って、内筒内の物質を加熱する一方、凝縮した作動液は下向き矢印の如く滴下して筒底の作動液原液内に還流し、再度加熱された後、このサイクルを繰り返して次第に内筒（４０）内の物質を加熱して行く。
因に、本装置の加熱保温用作動液体の基材として、一般に以下の物質が常用されている。

図４の電熱−高真空型加熱保温装置は、ティーポット型の加熱装置（５１）を示しており、図４の魔法瓶と殆ど同様な部分で構成されているが、上部の蓋（５２）は、通常の缶体の蓋と同様に矢印（ｆ）で示す如く取り外し自在に装着されている。
即ち、此の真空型加熱保温装置（５１）では、先ずその内筒（５３）内に水（５７）を注入して満たし、蓋（５２）を閉じて差し込み（５５）を電源に接続して通電し、電熱線（５４）を加熱して真空間隙（５６）内の作動液を活性化し、図４の実施例と同様に内筒（５３）内の水（５７）を加熱させ、適当温度でティーバッグ（５８）を投入して煎出し痛飲する様に構成されている。

図５には、本考案の更に他の実施態様が示されている。
此の態様に於ては、前記態様の二重内筒に等しい内筒（６０）（６０’）より成る高真空加熱保温筒を、更にもう一個の内筒（６０”）で囲繞し、此等内筒の間隙を同様に高真空化し、最内側の内筒（６０）を二個の高真空帯（ｖ）（ｖ’）と断熱材（６７）で断熱すると同時に、前記二重内筒の作動液加熱用の突出底部（６６）を、前記最外側内筒（６０”）の底部を貫通して、その下の円筒承台で支承し、その突出部（６６）の外側を絶縁材と電熱線（６３）とで捲回し、コネクター（６５）を介して電源（図示せず）から通電して、この突出部内の特殊作動液（６４）を加温し、上記した様に、液−気−液の相変換に依る加熱サイクルを繰り返し、最内筒内）水を連続して加熱する様に構成されている。

従って本態様の装置例えば高真空魔法瓶（６１）は、三重の内筒と此の内筒間の二重の高真空帯と、底部を密閉された最内側筒（６０）のため、上下に２箇所の開口を備えるとは言え、その断熱効果は抜群で、従来の此の種の魔法瓶では到底達成出来ない断熱効果を有している。

図６には、更に他の本考案の実施態様の魔法瓶が示されている。
此の態様に於ては、前記態様の作動液溜まり用の突出部を設けず、作動液加温用の電熱線（７３）を、二重高真空帯（ｖ）（ｖ’）の内側帯内の作動液（７４）中に絶縁した状態で封入し、効率良く作動液を加熱する様に構成したものである。

従って此の態様の魔法瓶（７１）は、ただ電熱線に接続した導体（７６）（７６）を、内筒（７０）（７０’（７０”）内の二筒の底部のみを貫通して密封すれば良いので、更にその断熱性を向上させると同時に、電熱線（７３）（７３）で直接作動液（７４）を加温する為、極めて効率よく此の液を気化さす事が出来、前記液−気−液還流サイクルを早め、その保温効果を高める事が出来る。
又、前記電熱線（７３）は、電源コネクター（７５）の端子（７８）に導体（７６）を介して接続すれば良いので、前記三層内筒（７０）（７０’）（７０”）より成る加熱保温
筒（７２）の底部は略密封された状態にあり、更に断熱効果を高める事が出来る。
尚、符号（７７）は断熱材を示している。

作動液加熱手段が水、蒸気等の従来型ヒートパイプの正面断面図である。 〔図１〕のヒートパイプの切断側面図である。 本考案の電熱−高真空加熱保温装置の一実施態様を示す一部切断正面図である。 本考案の電熱−高真空加熱保温装置の他の実施態様の使用説明図である。 本考案の電熱−高真空加熱保温装置の更に他の実施態様を示す一部切断正面図である。 本考案の尚他の実施態様を示す切断部分正面図である。

符号の説明

４０ 内筒
４１ 魔法瓶
４２ 加熱保温筒
４３ 電熱線
４４ 特殊作動液体
４５ コネクター
ｖ 間隙
４６ 突出下端
４６’ 作動液下端溜り
４８ 蓋部

Claims (6)

1. 少なくとも１個の外筒と断熱材とで囲繞された密閉内筒を含み、前記外筒と内筒間を高度の真空室に形成すると共に、適当な温度で気化し凝縮液化する作動液体をこの真空室の一部に封入し、更にこの液体の一部を直接的に、又は前記真空室の狭小化された底部外側から間接的に加熱して気化し且つ凝縮液化し、その相変換時の放熱に依り前記密閉内筒内の物質を加熱する様に構成した事を特徴とする電熱−高真空型加熱保温装置。
2. 前記真空外筒の外側を更に一個の外筒で囲繞すると共に、夫々の相互間を高度の真空室に形成した事を特徴とする請求項１記載の電熱−高真空型加熱保温装置。
3. 前記第１外筒高度真空室にのみ、前記作動液体を封入すると共に電熱コイルを挿入装着した事を特徴とする請求項２記載の電熱−高真空型加熱保温装置。
4. 前記電熱加温−高真空型加熱冷却装置が、電気魔法瓶、ティーポット、調理用保温鍋、風呂、貯湯タンク又は此等に類似の物品である事を特徴とする請求項１乃至３何れかに記載の装置又は器具。
5. 少なくとも１個の外筒と断熱材とで囲繞された密封円筒体より成り、前記外筒と内筒間を高度の真空室に形成すると共に、その一部に適当な温度で気化し凝縮液化する作動液体を封入し、この液体の一部を前記真空室内で直接的に、又は前記真空室の狭小化された底部外側から間接的に電熱加温して内筒内の物質を加熱し、必要に応じてその上部に装着された取り外し自在又は開閉自在の蓋部を開閉して、二次的に加熱されるべき物質又は物品を挿入するか、一次的に加熱された物質又は物品を取り出し得る様に構成した事を特徴とする電熱−高真空型加熱保温ポット或はそれに均等な物品。
6. 高度の真空化された単一筒体の一部内に所定量の上記作動液体を密封すると同時に、絶縁された電熱線を前記作動液体の一部内に密封浸漬し、その端子を前記筒体の蓋部外に突出させて電源コネクターに接続し、加熱されるべき物体内に、必要な形状に必要数だけ挿入して、前記加熱されるべき物体を全体的に又は部分的に加熱する様に構成した事を特徴とする電熱−高真空型物品加熱保温手段。

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