JP3475841B2 - 加熱装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は一般家庭で使用され
る、水道水等の液体を加熱して提供する機能を有する機
器の加熱装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、一般家庭で使用される給湯機能を
有する機器のうち、最も高温の湯を必要とするもののひ
とつとして、俗にジャーポットと称される卓上タイプの
電気湯沸し器があり、例えばカップ麺等を食する時にそ
の湯を使用する場合、できるだけ高い温度で給湯しよう
とするのが一般的であるが、湯を沸騰状態で常時保温し
ておくのは事実上不可能であり、そのため現在のジャー
ポットの多くは、水を沸かして沸騰させた後、湯を９５
℃前後の高温で保温しておき、必要に応じて使用者がボ
タン操作等で機器に再沸騰を行なわせて、沸騰した湯を
利用するようになっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の方法では、使用者は湯が再度沸騰状態になる
まで待たなくてはならず、また、その使用量が僅かであ
っても、内容器内の湯を全て再沸騰させるために無駄な
電力を消費してしまう。

【０００４】また、各種飲料に適した温度に保温できる
ように、保温温度を何段階かに設定できる機能を有する
ものもあるが、これも湯温が設定温度に達するまで待つ
必要がある。

【０００５】特に、近年、省エネルギー化のために内容
器周辺の断熱性能を向上させたものが主流になりつつあ
り、このため一度沸騰させた湯を例えば緑茶等に適する
６０〜７０℃程度にまで到達させるには自然冷却による
ため数時間を要し、さらにその過程の途中に、別の温度
で湯を使用したいときには、その冷却過程を中断しなけ
ればならない。

【０００６】即ち、現状のジャーポットにおいては、一
つの内容器で加熱・保温を行なう限りにおいては、一度
に使用できる湯の温度は一通りしかないのである。

【０００７】本発明はこのような従来の課題を解決する
もので、使用者の所望の温度の湯を速やかに供給でき、
かつその温度制御の信頼性を高めた、給湯機能付きの家
庭用機器を実現するための加熱装置を提供することを目
的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明は、液体を約６０度で保温する容器と、液
体と熱交換を行う熱交換素子と、前記熱交換素子を内包
する熱交換容器と、前記熱交換素子を前記熱交換容器の
外側から誘導加熱するための加熱コイルと、前記加熱コ
イルに高周波電力を供給する高周波電力供給手段と、前
記容器内の液体を前記熱交換容器内に通過させる移送手
段と、前記熱交換容器からの出口と排出口とを形成する
第２のキャップとを備え、前記第２のキャップで形成さ
れる前記熱交換容器の出口近傍に前記液体の温度を検知
して通常の流路を閉塞するべく熱交換容器の内部に形状
記憶合金からなるばねの全部、あるいは一部を有し、前
記ばねにより流路を閉塞する弁体の駆動を行なうととも
に、前記弁体が動作して前記通常の出口を封止するのと
同時に、内圧上昇を招くのを防止すべく前記排出口の封
止を解き、循環経路を形成して液体を排出するように弁
体を配した加熱装置とするものである。

【０００９】これら上記の構成により、液体を器体外へ
供給する際に、加熱された熱交換素子を内包する熱交換
容器内を通過させることで、液体を移送しながら加熱す
ることができ、熱交換容器を通過前の液体の温度、即ち
ジャーポットで言えば内容器内の湯温が、所望の温度以
下であれば、熱交換素子との熱交換によって昇温するこ
とによって、所望の温度で供給することができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１記載の発明は、
液体を約６０度で保温する容器と、液体と熱交換を行う
熱交換素子と、前記熱交換素子を内包する熱交換容器
と、前記熱交換素子を前記熱交換容器の外側から誘導加
熱するための加熱コイルと、前記加熱コイルに高周波電
力を供給する高周波電力供給手段と、前記容器内の液体
を前記熱交換容器内に通過させる移送手段と、前記熱交
換容器からの出口と排出口とを形成する第２のキャップ
とを備え、前記第２のキャップで形成される前記熱交換
容器の出口近傍に前記液体の温度を検知して通常の流路
を閉塞するべく熱交換容器の内部に形状記憶合金からな
るばねの全部、あるいは一部を有し、前記ばねにより流
路を閉塞する弁体の駆動を行なうとともに、前記弁体が
動作して前記通常の出口を封止するのと同時に、内圧上
昇を招くのを防止すべく前記排出口の封止を解き、循環
経路を形成して液体を排出するように弁体を配したもの
である。そして、この構成により、液体を器体外へ供給
する際に、加熱された熱交換素子を内包する熱交換容器
内を通過させることで、液体を移送しながら加熱するこ
とができ、熱交換容器を通過前の液体の温度、即ちジャ
ーポットで言えば内容器内の湯温が、所望の温度以下で
あれば、熱交換素子との熱交換によって昇温することに
よって、所望の温度で供給することができる。

【００１１】そして、流路を閉塞する弁体の駆動を、全
部、あるいは一部を、熱交換容器の内部に配した形状記
憶合金から成るばねにより行なうものである。そして、
この構成により、万一設定した所望の温度よりも高くな
った場合は、速やかに弁体を動作させて流路を閉塞して
供給を停止することができる。

【００１２】また、液体を所望の温度で速やかに供給す
ることができるのに加えて、弁体が動作した時点で流路
が切り変わるので、切り替わった後の流路を、例えば内
容器内の循環経路を形成するようにしておけば、熱交換
容器の内圧の上昇を招くことなく器体外への供給を停止
でき、温度過昇防止装置の感度が悪くても検知するため
の時間的余裕が十分あるため、使用に支障を来すことが
ない。

【００１３】本発明の請求項２記載の発明は、請求項１
に記載の液体の流路において、弁体の動作によって液体
が留まった状態での温度を検知する温度過昇防止装置で
あるサーモスタットの受感部を直接あるいは部材を介し
て、弁体から熱交換素子寄りの熱交換容器内壁近傍に配
したものである。この構成により、弁体の動作によって
熱交換容器内部の液体が留まった状態で加熱されるた
め、温度が急速に上昇し、温度過昇防止装置が速やかに
動作する。

【００１４】本発明の請求項３記載の発明は、請求項１
に記載の弁体の作動に連動して、高周波電力供給手段の
電源もしくは液体移送手段のうち、少なくとも一方への
電力の供給を断続するものである。この構成により、弁
体が流路を閉塞した時点で、液体の加熱もしくは圧送を
停止することにより、内圧の上昇による熱交換容器の損
傷を防止できる。

【００１５】

【実施例】以下本発明の一実施例について、図面を参照
しながら説明する。

【００１６】（実施例１） まず、本発明の第１の実施例について説明する。図１〜
図４は請求項１〜２記載の発明の一実施例を包括して説
明するもので、図１は本発明の加熱装置の基本構成を示
すもので、１は液体と熱交換を行なう熱交換素子、２は
熱交換素子１を内包する熱交換容器、３高周波磁界を発
生する加熱コイルで、これらによって熱交換ユニット４
が構成されている。５は加熱コイル３に高周波電力を供
給する高周波電力供給手段、６は液体を熱交換容器２内
を通過させる液体移送手段であり、これらによって加熱
装置ユニット７が構成されている。８は、高周波電力供
給手段５及び液体移送手段６等の動作を制御する、機器
の制御部である。

【００１７】以下、本加熱装置の基本動作について、対
象の液体を水として説明する。まず、機器の貯水容器
や、水道管等の給水源からの水を、液体移送手段６によ
って熱交換容器２内に移送する。移送された水は、熱交
換容器２に内包された熱交換素子１の表面に触れながら
通過する。この時に、高周波電力供給手段５を動作さ
せ、加熱コイル３に高周波電流を供給する。加熱コイル
３はこの高周波電流を受けて高周波磁界を発生する。こ
の高周波磁界は、熱交換素子１と交錯しその結果、熱交
換素子１は誘導加熱されて高温に発熱する。熱交換容器
２内を通過する水は、高温になった熱交換素子１からの
熱を受けて加熱される。

【００１８】ここで、熱交換容器２に流入する水の流量
や水温、誘導加熱による熱交換素子１の発熱量及び、水
との熱交換の効率等で、湯温が決まる。換言すれば、高
周波電力の供給量の調節で、熱交換素子１の発熱量を加
減することにより、任意の温度の湯を得ることができる
のである。

【００１９】図２は本発明の加熱装置の、機器への応用
例の一つを示すもので、ジャーポットに本加熱装置を搭
載したものである。１０は、熱交換素子１１、熱交換容
器１２、加熱コイル１３によって構成される熱交換ユニ
ットであり、熱交換容器１２の入口１４は、水の移送手
段であるところの電動式のポンプ１５の吐出口１６と、
第１の水路１７によって連通しており、一方、熱交換容
器１２の出口１８は、器体外への導出口１９と、第２の
水路２０によって連通している。

【００２０】電動式のポンプ１４の吸込口２１は、本体
２２内に配された、水を収容する内容器２３の底部と連
通している。２４は、加熱コイル１３に接続された高周
波電力供給手段である。２５は内容器２３の底部に配さ
れた、内容器２３内の水を加熱するためのヒータであ
る。２６は内容器２３内の湯温を検知する第１のセンサ
ーである。

【００２１】ここで、熱交換ユニット１０、高周波電力
供給手段２４及び電動式のポンプ１５等により構成され
る加熱装置ユニット２７は、従来のジャーポットの一連
の導出経路の途中に配されており、電動式のポンプ１４
は、水の移送手段と内容器２３内の水の導出手段とを兼
ねている。

【００２２】これら上記の構成により、内容器２３内の
水を器体外に導出する、即ち飲用等にの目的で供給する
際には、水は熱交換ユニット１０内を通過するので、こ
の時に、高周波電力供給手段２４によって加熱コイル１
３に高周波電流を供給して高周波磁界を発生させ、誘導
加熱によって熱交換素子１１を発熱させることにより、
水は熱交換素子１１によって加熱されて導出される。

【００２３】従って、例えば内容器２３内の水を約６０
℃で保温しておいた場合に、９５℃の水を導出したけれ
ば、水が熱交換容器１２内を通過する際に、両者の温度
差の３５ｄｅｇ．上昇するだけの熱量を水に与えればよ
い。

【００２４】あるいは、８０℃の水を導出したければ、
２０ｄｅｇ．上昇するだけの熱量を水に与えればよい。

【００２５】もちろん、保温温度の６０℃の水をそのま
まの温度で導出したければ、高周波電力供給手段２４へ
の電源を遮断した状態にしておけばよい。

【００２６】この時、熱交換ユニット１０の構成で水と
の熱交換の効率は、ほぼ固定されるので、昇温量の制御
は単位時間当たりの水の導出量、及び加熱コイル１３へ
の高周波電力量の調整によって行なうことができるので
ある。

【００２７】図３は本発明の加熱装置の熱交換ユニット
の詳細を示すもので、３０は液体と熱交換を行なう熱交
換素子で、フェライト系ステンレス等の、高周波磁界に
よって誘導加熱されやすい材質によって形成されてい
る。

【００２８】３１は熱交換素子３０を内包する熱交換容
器で、液体の、熱交換容器３１への入口３２を形成する
第１のキャップ３３及び、熱交換容器３１からの出口３
４を形成する第２のキャップ３５、そして熱交換容器３
１内に配された内ケース３６、内ケース３６の開口部を
覆う第３のキャップ３７等により、液体の通路が形成さ
れている。これによって、熱交換容器３１の入口３２よ
り入った液体は、熱交換素子３０に接触しながら、熱交
換容器３１内を流れて、出口３４から出ていくのであ
る。

【００２９】３８は熱交換容器３１の外側に巻かれた加
熱コイルである。３９は液体が熱交換容器３１の入口３
２に流入するときの温度を検知する第２のセンサー、４
０は液体が熱交換容器３１の出口３４から出ていくとき
の温度を検知する第３のセンサーである。

【００３０】ここで、４１は、熱交換容器３１の出口３
４近傍に、摺動自在に配された弁体で、その移動によっ
て出口３４の端面４２を封止する。

【００３１】４３は弁体４１に取り付けられた、水密性
を確保するためのパッキングである。４４および４５
は、弁体４１を摺動方向に付勢する第１のばね、および
第２のばねであり、お互いに逆の方向、即ち第１のばね
４４はＡ方向に、第２のばね４５はＢ方向に、各々弁体
４１を付勢している。４６はその受感部４７を、弁体４
１よりも熱交換素子３０寄りに配された、温度過昇防止
装置であるところのサーモスタットである。

【００３２】ここで、第１のばね４４は形状記憶合金に
よって形成されており、通常の状態即ち、第１のばね４
４及びその周囲の温度が、形状記憶合金の変態温度より
低い状態においては、〔第１のばねの付勢力Ｆ１〕＜
〔第２のばねの付勢力Ｆ２〕となるよう設定してある。

【００３３】この状態においては弁体４１は、第２のば
ね４５の付勢力によりＢ方向に付勢され、弁体４１取り
付けられた、パッキング４３は出口３４の端面４２から
離れており、液体が熱交換容器３１外へ出ていく通路が
形成されている。

【００３４】図４は第１のばね４４及びその周囲の温度
が、形状記憶合金の変態温度より高い状態を示すもの
で、この状態においては、形状記憶合金製のばねの弾性
係数が、変態温度以下のときよりも大幅に増加する性質
を利用して、〔第１のばねの付勢力Ｆ１〕＞〔第２のば
ねの付勢力Ｆ２〕となるよう設定してある。

【００３５】この状態においては、弁体４１は、第１の
ばね４４の付勢力によりＡ方向に付勢されて移動し、弁
体４１に取り付けられたパッキング４３は熱交換容器３
１の出口３４の端面４２に当接して、液体の通路を閉塞
する。

【００３６】従って、万が一第２、第３のセンサー３
９、４０が故障した場合等に、熱交換容器３１を通過す
るときに加熱される液体が所定の温度以上になっても、
弁体４１が速やかに流路を閉塞するので、液体の供給を
迅速に停止できる。

【００３７】また、温度過昇防止装置であるサーモスタ
ット４６は、弁体の動作によって液体が留まった状態で
の温度を検知するため、熱交換素子３０が加熱され続け
た場合には、液体の温度が急激に上昇するため、速やか
に動作するのである。

【００３８】（実施例２） 次に本発明の第２の実施例について説明する。図５〜図
６は請求項３記載の発明の一実施例を説明するもので、
第１の実施例と同様に、熱交換容器３１の出口５０を形
成する第２のキャップ５１内に弁体４１が配されてお
り、その動作は第１のばね４４及び第２のばね４５によ
り行われる。

【００３９】ここで、５２は高周波電力供給手段２４ま
たは液体の移送手段であるところの電動式のポンプ１５
への電力の供給を断続するスイッチである。図５はスイ
ッチがオフの時を示す図であり、図６はスイッチがオン
の時を示す図である。

【００４０】これによって、弁体４１が流路を閉塞した
時点で、液体の加熱もしくは圧送を停止できるので、熱
交換容器３１の内圧上昇による各部の損傷を防止できる
のである。

【００４１】（実施例３） 次に本発明の第３の実施例について説明する。図７〜図
８は請求項４記載の発明の一実施例を包括して説明する
もので、第１の実施例と同様に、熱交換容器３１の出口
５３を形成する第２のキャップ５４内に弁体５５が配さ
れており、その動作は第１のばね４４及び第２のばね４
５により行われる。

【００４２】ここで、第２のキャップ５４には、異常時
の排出口５６が出口５３とは別に形成されており、第１
の弁体５５には、その動きに連動して動作し、排出口５
６の端面５７を封止する第２の弁体５８が取り付けられ
ている。

【００４３】第１の弁体５５が動作していない時は、図
７に示すように、第２の弁体５８は、排出口５６の端面
５７を封止しており、加熱された液体は通常の流路を通
過して、出口５３より出ていく。

【００４４】液体が異常加熱され、設定温度より高くな
ると、図８に示すように、第１の弁体５５が動作して通
常の出口を封止するのと同時に、その動作と連動する第
２の弁体５８が、排出口５６の端面５７の封止を解き、
液体を排出する。

【００４５】この時の流路を、例えば内容器内の循環経
路を形成するようにしておけば、熱交換容器３１の内圧
の上昇を招くことなく、器体外への供給を停止でき、た
とえ温度過昇防止装置４６の感度が悪くても、異常温度
上昇を検知するための時間的余裕が十分あるため、使用
に支障をきたすことがないのである。

【００４６】（参考例１） 次に本発明の第４の実施例について説明する。図９は本
発明に係わる参考例１を説明するもので、第１の実施例
と同様に、熱交換容器３１の出口５０を形成する第２の
キャップ５１内に弁体４１が配されており、その動作は
第１のばね４４及び第２のばね４５により行われる。

【００４７】ここで熱交換素子５９は、その一部を伸長
させ、その一部である熱伝達部６０を温度過昇防止装置
４６の受感部４７に接触させてある。

【００４８】これにより、例えば、熱交換容器３１内に
液体がない状態での加熱、いわゆる「空焼き」状態にな
っても、熱交換素子５９の熱を直接伝達されるので、異
常温度上昇を速やかに検知することができる。

【００４９】（参考例２） 次に本発明の第５の実施例について説明する。図１０は
本発明に係わる参考例１を説明するもので、熱交換容器
３１に内包した内ケース３６の開口部を覆う第３のキャ
ップ６１に連通管部６２を形成して、内ケース３６内部
を熱交換容器３１外と連通させたもので、これにより内
ケース３６内の空気の膨脹による圧力上昇をなくして、
内ケースの破損を防ぐことができるのである。

【００５０】

【発明の効果】以上のように、請求項１記載の発明によ
れば、液体を器体外へ供給する際に、加熱された熱交換
素子を内包する熱交換容器内を通過させることで、液体
を移送しながら加熱することができ、熱交換容器を通過
前の液体の温度、即ち貯水容器を有する機器であればそ
の貯水容器内の水温が、所望の温度以下であれば、熱交
換素子との熱交換によって昇温することによって、所望
の温度で供給することができる。

【００５１】そして、熱交換容器の出口近傍に液体の温
度を検知して流路を閉塞する弁体を配することによっ
て、万一設定した所望の温度よりも高くなった場合は、
に弁体を動作させて流路を閉塞して供給を停止すること
ができる。

【００５２】また、液体の温度を検知して流路を閉塞す
る弁体の駆動を、熱交換容器の内部に配した形状記憶合
金から成るばねにより行なうことにより、異常時に速や
かに弁体を動作させることができる。

【００５３】また、液体を所望の温度で速やかに供給す
ることができるのに加えて、弁体が動作した時点で流路
が切り替わるので、切り替わった後の流路を、例えば内
容器内の循環経路を形成するようにしておけば、熱交換
容器の内圧の上昇を招くことなく器体外への供給を停止
でき、温度過昇防止装置の感度が悪くても検知するため
の時間的余裕が十分あるため、使用に支障を来すことが
ない。

【００５４】また、液体の温度を検知して流路を切り替
える弁体の駆動を、熱交換容器の内 部に配した形状記憶
合金から成るばねにより行なうことにより、異常時に速
やかに弁体を動作させることができる。

【００５５】また、請求項２記載の発明によれば、温度
過昇防止装置の受感部を弁体から熱交換素子寄りの熱交
換容器内壁近傍に配することにより、弁体の動作によっ
て熱交換容器内部の液体が留まった状態で加熱されるた
め、温度が急速に上昇し、温度過昇防止装置が速やかに
動作する。

【００５６】また、請求項３記載の発明によれば、弁体
の作動に連動して、高周波電力供給手段の電源もしくは
液体移送手段のうち、少なくとも一方への電力の供給を
断続することにより、弁体が流路を閉塞した時点で、液
体の加熱もしくは圧送を停止することにより、内圧の上
昇による熱交換容器の損傷を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の加熱装置の基本構成を示す図

【図２】本発明の加熱装置をジャーポットへ応用したと
きのジャーポットの縦断面図

【図３】本発明の加熱装置の実施例１を示す縦断面図

【図４】本発明の加熱装置の実施例１を示す要部縦断面
図

【図５】本発明の加熱装置の実施例２のスイッチがオフ
の時の状態を示す要部縦断面図

【図６】本発明の加熱装置の実施例２のスイッチがオフ
の時の状態を示す要部縦断面図

【図７】本発明の加熱装置の実施例３の弁体が閉じてい
るときの状態を示す縦断面図

【図８】本発明の加熱装置の実施例３の弁体が開いてい
るときの状態を示す縦断面図

【図９】本発明の加熱装置の参考例１を示す要部縦断面
図

【図１０】本発明の加熱装置の参考例２を示す要部縦断
面図

【符号の説明】

１ 熱交換素子 ２ 熱交換容器 ３ 加熱コイル ４ 熱交換ユニット ５ 高周波電力供給手段 ６ 液体移送手段 ７ 加熱装置ユニット ８ 制御部 ３０ 熱交換素子 ３１ 熱交換容器 ３３ 第１のキャップ ３５ 第２のキャップ ３６ 内ケース ３７ 第３のキャップ ３８ 加熱コイル ４１ 弁体 ４４ 第１のばね ４５ 第２のばね ４６ サーモスタット

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平９−75129（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−4921（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−15449（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−287825（ＪＰ，Ａ) 実開 平５−59155（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) A47J 27/21 H05B 6/10

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液体を約６０度で保温する容器と、液体
   と熱交換を行う熱交換素子と、前記熱交換素子を内包す
   る熱交換容器と、前記熱交換素子を前記熱交換容器の外
   側から誘導加熱するための加熱コイルと、前記加熱コイ
   ルに高周波電力を供給する高周波電力供給手段と、前記
   容器内の液体を前記熱交換容器内に通過させる移送手段
   と、前記熱交換容器からの出口と排出口とを形成する第
   ２のキャップとを備え、前記第２のキャップで形成され
   る前記熱交換容器の出口近傍に前記液体の温度を検知し
   て通常の流路を閉塞するべく熱交換容器の内部に形状記
   憶合金からなるばねの全部、あるいは一部を有し、前記
   ばねにより流路を閉塞する弁体の駆動を行なうととも
   に、前記弁体が動作して前記通常の出口を封止するのと
   同時に、内圧上昇を招くのを防止すべく前記排出口の封
   止を解き、循環経路を形成して液体を排出するように弁
   体を配した加熱装置。
2. 【請求項２】 液体の流路において、弁体の動作によっ
   て液体が留まった状態での温度を検知する温度過昇防止
   装置であるサーモスタットの受感部を直接あるいは部材
   を介して、弁体から熱交換素子寄りの熱交換容器内壁近
   傍に配した請求項１記載の加熱装置。
3. 【請求項３】 弁体の作動に連動して、高周波電力供給
   手段の電源もしくは液体移送手段のうち、少なくとも一
   方への電力の供給を断続する請求項１記載の加熱装置。