WO2019235290A1 - スチーム発生装置およびスチームアイロン - Google Patents

Abstract

スチーム発生装置は、ヒータ（７）と、ヒータ（７）によって加熱される気化室（６）と、水を貯えるタンク（５）と、タンク（５）と気化室（６）とを連通する流路部（９）と、タンク（５）から流路部（９）を介して気化室（６）に供給される水にスケール抑制成分を溶出させるスケール抑制剤（１２）とを備える。スケール抑制剤（１２）は、アクリル酸ポリマーまたはアクリル酸ポリマー変性体を含む。本態様によれば、スケール抑制剤（１２）が、適切な濃度のスケール抑制成分を長時間にわたってスチーム生成に必要な水に溶出させることができる。その結果、気化室（６）内でのスケールの偏析および堆積を抑制できる。

Description

スチーム発生装置およびスチームアイロン

　本開示は、スチーム発生装置およびスチーム発生装置を備えたスチームアイロンに関する。

　家庭および業務で使用されるスチームアイロンなどに備えられたスチーム発生装置には、通常、水道水が使用される。水道水は、カルシウム、マグネシウムなどの種々のイオンを含有する。これらの成分は、温度の変化、水のｐＨの変化、溶媒の消失により固形物として析出する。この固形物は、熱伝導を阻害したり水の通路を詰まらせたりして、スチーム発生機能を低下させる。

　スチーム孔内に析出した固形物は、スチーム発生機能だけでなく、スチームアイロンの外観をも悪化させる。

　このため、従来技術では、固形物の析出の原因となるイオンをイオン交換樹脂などにより除去した水が使用される。しかしながら、イオン交換樹脂は、限られたイオン交換容量を有する。このため、従来技術は、十分なイオン交換量を有する大きなイオン交換樹脂を必要とする。

　イオン交換樹脂を用いた場合、水に塩化ナトリウムなどを添加して、イオン交換樹脂を再生させる必要がある。イオン交換樹脂を再生させる代わりに、イオン交換樹脂を交換してもよい。しかしながら、これらの方法は、定期的に行う必要があり手間がかかる。

　その他の方法には、エチドロン酸をベースとする化合物またはホスホン酸塩化合物をスケール抑制剤として用いて、スケールの析出を抑制する方法が含まれる（例えば、特許文献１または特許文献２参照）。

国際公開第２０１１／１１０９７９号 特開平６－２５４２９９号公報

　しかしながら、特許文献１に記載のスケール抑制剤は溶解度が大きいため、スケール抑制のために適切なスケール抑制剤の濃度を長期間にわたって維持することは難しい。これに対処するために、機械的調量装置が提案されている。しかしながら、必要添加量がごく僅かなため、この装置では調量が非常に難しい。

　希薄溶液として添加する方法では、必要量をまかなうために装置の容積を大きくする必要がある。このため、この方法は電化製品には不適切である。過剰量を添加するためには、初期充填量を増やす必要があり、結果として装置の容積が大きくなる。このためこの方法も電化製品には不適切である。

　特許文献１には圧縮によるペレット化が記載される。しかし、時間の経過とともに溶解が進んでペレットが崩壊すると、スケール抑制剤の溶出量を制御することができない。

　特許文献１にはフィルムでの溶出の制御についても記載されている。しかし、フィルムでタンク内の水に含有されるスケール抑制剤の濃度を制御する場合、水の導入初期におけるスケール抑制剤の濃度を高くするためにフィルムの透過率を上げると、水の導入初期における濃度が、所定時間が経過した時のスケール抑制剤の濃度と大きく異なる。このため、所定時間が経過した時の濃度を抑制すると、水の導入初期に適切な濃度が得られない。

　特許文献２には、ホスホン酸化合物を利用したスケール抑制剤でスケール析出を抑制する方法が開示される。この方法は、ホスホン酸化合物によりカルシウムやマグネシウムを捕捉し、スケールの析出を抑制する。しかしながら、スケールの系外への排出は促進できるものの、気化室への供給部近傍において多くのスケールが析出する。その結果、給水ができなくなり、スチームの発生が阻害される。

　本開示は、適切な濃度のスケール抑制成分を長時間にわたって溶出させることで、気化室内でのスケールの析出を抑制するとともに、気化室の内面に略均一にスケールを発生させることができるスケール抑制剤を備えたスチーム発生装置を提供することを目的とする。

　本開示の一態様のスチーム発生装置は、ヒータと、ヒータによって加熱される気化室と、水を貯えるタンクと、タンクと気化室とを連通する流路部と、タンクから流路部を介して気化室に供給される水にスケール抑制成分を溶出させるスケール抑制剤とを備える。スケール抑制剤は、アクリル酸ポリマーまたはアクリル酸ポリマー変性体を含む。

　アクリル酸ポリマーまたはアクリル酸ポリマー変性体は、水に対する溶解性は良いが、高分子であるため水中での拡散速度は比較的小さい。本態様によれば、適切な濃度のスケール抑制成分を長時間にわたってスチーム生成に必要な水に溶出させることができる。その結果、気化室内でのスケールの偏析および堆積を抑制することができる。

図１は、本開示の実施の形態に係るスチーム発生装置を備えたスチームアイロンの構成を示す模式図である。 図２は、実施の形態に係るスチームアイロンにおけるスケール抑制剤の配置例を示す模式図である。 図３は、実施の形態に係るスチームアイロンにおけるスケール抑制剤の配置例を示す模式図である。 図４は、実施の形態に係るスチームアイロンにおけるスケール抑制剤の配置例を示す模式図である。

　本開示の第１の態様のスチーム発生装置は、ヒータと、ヒータによって加熱される気化室と、水を貯えるタンクと、タンクと気化室とを連通する流路部と、タンクから流路部を介して気化室に供給される水にスケール抑制成分を溶出させるスケール抑制剤とを備える。スケール抑制剤は、アクリル酸ポリマーまたはアクリル酸ポリマー変性体を含む。

　本開示の第２の態様のスチーム発生装置では、第１の態様に加えて、アクリル酸ポリマー変性体がスルホン酸変性である。

　本開示の第３の態様のスチーム発生装置では、第１の態様に加えて、スケール抑制剤が、樹脂と複合される薬剤である。

　本開示の第４の態様のスチーム発生装置では、第３の態様に加えて、樹脂が、アクリル酸ポリマーまたはアクリル酸ポリマー変性体と親和性を有する。

　本開示の第５の態様のスチーム発生装置では、第４の態様に加えて、樹脂がアクリル変性ポリエチレンである。

　本開示の第６の態様のスチーム発生装置では、第４の態様に加えて、樹脂がアクリル樹脂である。

　本開示の第７の態様のスチーム発生装置では、第１の態様に加えて、スケール抑制剤がタンク内に配置される。

　本開示の第８の態様のスチーム発生装置では、第１の態様に加えて、スケール抑制剤が流路部に配置される。

　本開示の第９の態様のスチームアイロンは、ハンドルと、ベースと、第１の態様のスチーム発生装置を備えた本体を有する。

　以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

　（実施の形態１）
　図１は、本実施の形態のスチーム発生装置を備えたスチームアイロンの構成を示す模式図である。図１に示す状態は、布上に置かれる使用時の向きを示す。

　図１に示すように、本実施の形態のスチームアイロンは、本体１と、本体１の上部に配置されたハンドル２と、本体１の底面に配置されたベース３と、本体１内に配置されたスチーム発生装置４とを備える。スチーム発生装置４は、水を貯えるタンク５と、水を気化させる気化室６と、ベース３および気化室６を加熱するヒータ７とを有する。

　タンク５は、水を注入するための給水口８を有する。流量調整部９ａを含む流路部９は、タンク５と気化室６とを連通する。流量調整部９ａは、例えば、電動の送水ポンプまたは温度で調節される流量調整弁で構成され、気化室６に所定量の水が供給されるように流路部９を流れる水を調節する。ベース３は、衣類のしわを伸ばすためのアイロンのかけ面であり、複数のスチーム孔１０を有する。蒸気通路１１は、気化室６とスチーム孔１０とを連通する。

　上記構成のスチームアイロンを使用するために、使用者は、給水口８からタンク５に所定量の水道水を注入する。使用者が電源をオンすると、ヒータ７が通電され、ベース３および気化室６が加熱される。気化室６の温度が所定温度まで上昇すると、タンク５に溜められた水は、少しずつ気化室６に送られる。気化室６に水が滴下されると、水は瞬時に蒸発して蒸気が発生する。その蒸気は、蒸気通路１１を通って、複数のスチーム孔１０から噴出する。

　上記構成のスチームアイロンにおいて使用されるスケール抑制剤について、図２～図４を参照しながら説明する。図２～図４は、本実施の形態に係るスチームアイロンにおけるスケール抑制剤の配置例を示す模式図である。

　図２～図４に示すように、ケーシング１３に収容されたスケール抑制剤１２は、本体１内に配置される。図２に示す例では、スケール抑制剤１２は、給水口８とタンク５との間に配置される。図３に示す例では、スケール抑制剤１２は、タンク５内の底部かつ流路部９の入口近傍に配置される。図４に示す例では、スケール抑制剤１２は、タンク５と気化室６とを連通する流路部９に配置される。

　ケーシング１３は、水を通す格子孔（図示せず）を有する。格子孔を通ってケーシング１３内を水が流れると、スケール抑制剤１２からスケール抑制成分が溶出する。格子孔の大きさを調整することで、水の流れを制御することができ、スケール抑制成分の溶出量を調整することができる。

　スケール抑制剤１２は、化学式（１）で示すアクリル酸ポリマー、または、化学式（２）で示すアクリル酸ポリマー変性体である。

　ポリマーの分子量は、好ましくは１０００～１０００００程度である。この範囲の分子量のアクリル酸ポリマーおよびアクリル酸ポリマー変性体は水に対する溶解性は良い。しかし、これらは高分子であるため、水中での拡散速度は比較的小さい。このため、適切な濃度のスケール抑制成分を長時間にわたってスチーム生成に必要な水に溶出させることができる。

　分子量が１０００以下であれば、分子量は小さく、主鎖は短い。このため、キレート効果は発現する。しかし、水への分散効果、および、粒子への分子鎖の取巻きにより、粒子間の結合は弱められにくい。分子量が小さいものは、水への溶解および拡散が大きい。このため、適切な溶出量の制御は難しい。分子量が１０００００より大きいと、イオンを捕捉しても、分子量が大きいために水中で沈降しやすくなり、スケールが偏析する。このため、適切な溶出量の制御は難しい。

　上記のように、本実施の形態では、スケール抑制剤１２は、化学式（１）で示すアクリル酸ポリマー、または、化学式（２）で示すアクリル酸ポリマー変性体である。化学式（１）、（２）においてＸで示す部分が、水素原子で表されるアクリル酸ポリマー、ナトリウム原子で表されるナトリウム塩、または、アンモニウム（ＮＨ３）で表されるアンモニウム塩であってもよい。

　アクリル酸ポリマーは酸性であるため、析出したスケール成分を溶出させる。スケール抑制剤１２がアクリル酸ポリマーである場合、ナトリウム塩またはアンモニウム塩を利用することで、水のｐＨを中性に近付けることができる。これにより、構造部品などの腐食を抑制することができる。

　化学式（２）で示すアクリル酸ポリマー変性体には、化学式（２）においてＺで示す部分がベンゼン環であるアクリル酸スチレン共重合体およびその塩、ＹおよびＺで示す部分がカルボン酸であるアクリル酸マレイン酸共重合体およびその塩、化学式（２）、（３）においてＺで示す部分がスルホン酸基であるアクリル酸スルホン酸ビニル共重合体およびその塩が含まれる。

　スケール抑制剤１２が、化学式（３）で示すアクリル酸スルホン酸ビニル共重合体のナトリウム塩であるのが特に好ましい。

　アクリル酸ポリマースルホン酸変性体は、陽イオンに対してキレート作用を有する。その上、アクリル酸ポリマースルホン酸変性体は、スルホン酸基を有するため、水への親和性が高い。

　このため、気化室６の条件によらず気化室６の内面での偏析が少ない。その結果、気化室６内においてスケールをより均一に析出させることができる。気化室６の条件には、気化室６の目標温度および実温度、温度分布、センサを用いた制御、ヒータ７のオンおよびヒータ７のオフのタイミング、気化室６の内面の濡れ性、気化室６の断面の寸法が含まれる。

　スケール抑制剤１２は、樹脂と複合された薬剤として形成される。利用される樹脂には、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、１液硬化型樹脂、２液硬化型樹脂、ＵＶ硬化性樹脂、ゴムが含まれる。スケール抑制剤１２に使用される樹脂の溶融温度は、１００度以上２５０度以下であればよく、好ましくは、１２０度以上２３０度以下である。

　溶融温度が低い樹脂は熱により軟化しやすく、スケール抑制成分を多く溶出させる。このため、溶融温度が低い樹脂は好ましくない。溶融温度が高い樹脂は、成型のために高い温度まで加熱される必要がある。スケール抑制成分は加熱により分解するため、溶融温度が高い樹脂は好ましくない。

　熱可塑性樹脂は、様々な要求に対して簡便な成型法を選択することができるため、特に好ましい。熱可塑性樹脂には、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリスチレン（ＰＳ）、耐衝撃性ポリスチレン（ＨＩＰＳ）、シンジオタクチックポリスチレン（ＳＰＳ）、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン樹脂（ＡＢＳ）、アクリロニトリル・スチレン樹脂（ＡＳまたはＳＡＮ）、アクリル樹脂、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）が含まれる。

　硬化性樹脂には、フェノール樹脂、アミノ樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂が含まれる。硬化前の主原料としては、粘度を有し、混合したスケール抑制剤が硬化完了まで分離しないものが選定される。硬化剤が添加される場合、未反応の硬化剤が残らないのが望ましい。もし未反応の硬化剤が残っても、その硬化剤が水に溶出しなければよい。添加剤も同様に水に溶出しないものが望ましい。

　ゴムには、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレン・ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、ニトリルゴム、ポリイソブチレン、エチレンプロピレンゴム、アクリルゴム、ウレタンゴムが含まれる。

　アクリル酸ポリマーまたはアクリル酸ポリマー変性体は、樹脂で複合されると、複合体の表面から水に溶出する。複合体の表面に存在するアクリル酸ポリマーまたはアクリル酸ポリマー変性体が水に溶出して減少すると、複合体の内部に存在するアクリル酸ポリマーまたはアクリル酸ポリマー変性体が、樹脂に物理的に拘束されながら複合体の表面に移行する。

　このように、複合体の表面からのアクリル酸ポリマーまたはアクリル酸ポリマー変性体の溶出と、複合体の内部からのアクリル酸ポリマーまたはアクリル酸ポリマー変性体の表面への移行とが繰り返される。これにより、適切な濃度のスケール抑制成分を長時間にわたって、スチームに利用される水に溶出させることができる。

　複合に使用される樹脂は、アクリル酸ポリマーまたはアクリル酸ポリマー変性体と親和性を有することが望ましい。アクリル酸ポリマーまたはアクリル酸ポリマー変性体と親和性を有する樹脂は、低分子のアクリル酸ポリマーまたはアクリル酸ポリマー変性体に対しても利用しやすい。

　親和性の高い樹脂が用いられることで、アクリル酸ポリマーまたはアクリル酸ポリマー変性体は、物理的に拘束されるだけでなく、分子間の相互作用によっても拘束される。この作用により、表面に移行する移動度を制御することができる。スケール抑制剤１２は、低分子のポリマーが利用されることで、水中で優れた分散性を有する。これより、気化室６の内面においてスケールをより均一に析出させることができる。

　親和性を有する樹脂は、極性を持つ官能基をポリマー内部に有する。分散剤の添加または反応性を有する官能基の利用により、ポリマー化するときおよび樹脂成型するときの反応によって親和性を高める樹脂であってもよい。

　親和性を有する樹脂にアクリル変性ポリエチレンを選択した場合、アクリル変性ポリエチレンは、アクリル部位をポリマー内部に有するため、アクリル酸ポリマーまたはアクリル酸ポリマー変性体との高い親和性を有する。アクリル酸変性ポリエチレンが利用されることで、樹脂成型における低温領域でも樹脂との複合化が可能となる。このため、使用されるアクリル酸ポリマーまたはアクリル酸ポリマー変性体の熱分解が抑制される。これにより、本来の性質を損なうことなくスケール抑制剤１２を形成することが可能となる。

　親和性を有する樹脂にアクリル樹脂を選択した場合、アクリル樹脂は、アクリル酸ポリマーまたはアクリル酸ポリマー変性体と類似の分子構造を有するため、これらとの高い親和性を有する。アクリル樹脂は、一般的に使用される熱可塑性樹脂であり、要求に応じて、射出成型、プレス成型などの様々な成型法で加工することが可能である。

　アクリル樹脂は、熱硬化型、１液硬化型、２液硬化型、または、ＵＶ硬化型などの豊富な種類を有するので、必要な量、形状によって成型法を選定することができる。アクリル樹脂は、硬化性樹脂のように網目構造を有するので、複合体の内部は物理的に移動しにくい状態である。このため、低分子のアクリル酸ポリマーまたはアクリル酸ポリマー変性体を利用することができる。

　スケール抑制剤１２の溶出量は、水との接触の仕方、接触時間などにより制御される。スケール抑制剤１２は、例えば、タンク５内に配置される。タンク５内にスケール抑制剤１２が配置されると、水との接触時間を想定することが容易である。

　図２に示す例では、スケール抑制剤１２が、給水口８とタンク５との間に配置される。この構成では、スケール抑制剤１２は、使用者がタンク５に水を注入する間の比較的短い時間だけ、水と接触する。すなわち、スケール抑制剤１２は、常温の水との短時間の接触により適切な濃度で溶出するように形成されればよい。このようにして、スケール抑制剤１２の溶出量を制御することが可能となる。

　図３に示す例では、スケール抑制剤１２が、タンク５内の底部かつ気化室６への流路部９の入口近傍に配置される。この構成では、スケール抑制剤１２は、タンク５内に水が存在すれば、ほぼ常に水と接触する。従って、スケール抑制剤１２は、比較的長い時間、水と接触する。すなわち、スケール抑制剤１２は、水との長時間の接触により適切な濃度で溶出するように形成されればよい。このようにして、スケール抑制剤１２の溶出量を制御することが可能となる。

　スケール抑制剤１２は、タンク５内の上部、側面に配置されてもよい。スチームアイロンは、使用時と不使用時とで置き方が異なる。このように、スケール抑制剤１２の配置位置、スチームアイロンの使い方などに鑑みて、スケール抑制剤１２と水との接触時間を想定することができる。これにより、スケール抑制剤１２の溶出量を制御することが可能となる。

　図４に示す例では、スケール抑制剤１２が、タンク５と気化室６とを連通する流路部９に配置される。この構成では、スケール抑制剤１２は、スチームを発生させるために流路部９を通して気化室６に水が供給される間の比較的短い時間だけ、水と接触する。すなわち、スケール抑制剤１２は、水との短時間の接触により適切な濃度で溶出するように形成されればよい。このようにして、スケール抑制剤１２の溶出量を制御することが可能となる。

　図４に示す例では、流路部９は気化室６に近いため、気化室６からの熱により、スケール抑制剤１２の温度が上昇する。これにより、スケール抑制剤１２の溶出量が増加する。図４に示す例の場合、このことも考慮して設計を行う必要がある。

　以上説明したように、本実施の形態のスチーム発生装置４は、ヒータ７と、ヒータ７によって加熱される気化室６と、水を貯えるタンク５と、タンク５と気化室６とを連通する流路部９と、タンク５から流路部９を介して気化室６に供給される水にスケール抑制成分溶出させるスケール抑制剤１２とを備える。スケール抑制剤１２は、アクリル酸ポリマーまたはアクリル酸ポリマー変性体を含む。

　アクリル酸ポリマーまたはアクリル酸ポリマー変性体は、水に対する溶解性は良いが、高分子であるため水中での拡散速度は比較的小さい。本実施の形態のスケール抑制剤１２によれば、適切な濃度のスケール抑制成分を長時間にわたってスチーム生成に必要な水に溶出させることができる。その結果、気化室内でのスケールの偏析および堆積を抑制することができる。

　本実施の形態のスチームアイロンは、ハンドル２と、底面に配置されたベース３と、スチーム発生装置４とを備えた本体１を有する。本実施の形態のスチームアイロンによれば、長時間にわたり、薬剤を追加することなく気化室６内でのスケール析出を抑制して、適切なスチームの発生を維持することができる。

　本開示に係るスチーム発生装置は、スチームアイロンなどのスチームを利用する機器に適用可能である。

　１　本体
　２　ハンドル
　３　ベース
　４　スチーム発生装置
　５　タンク
　６　気化室
　７　ヒータ
　８　給水口
　９　流路部
　９ａ　流量調整部
　１０　スチーム孔
　１１　蒸気通路
　１２　スケール抑制剤
　１３　ケーシング

Claims (9)

1. 　ヒータと、
   　前記ヒータによって加熱されるように構成された気化室と、
   　水を貯えるように構成されたタンクと、
   　前記タンクと前記気化室とを連通する流路部と、
   　前記タンクから前記流路部を介して前記気化室に供給される前記水にスケール抑制成分を溶出させるように構成されたスケール抑制剤と、を備え、
   　前記スケール抑制剤は、アクリル酸ポリマーまたはアクリル酸ポリマー変性体を含む、スチーム発生装置。
2. 　前記アクリル酸ポリマー変性体がスルホン酸変性である、請求項１に記載のスチーム発生装置。
3. 　前記スケール抑制剤が、樹脂と複合される薬剤である、請求項１に記載のスチーム発生装置。
4. 　前記樹脂が、アクリル酸ポリマーまたはアクリル酸ポリマー変性体と親和性を有する、請求項３に記載のスチーム発生装置。
5. 　前記樹脂がアクリル変性ポリエチレンである、請求項４に記載のスチーム発生装置。
6. 　前記樹脂がアクリル樹脂である、請求項４に記載のスチーム発生装置。
7. 　前記スケール抑制剤が前記タンク内に配置される、請求項１に記載のスチーム発生装置。
8. 　前記スケール抑制剤が前記流路部に配置される、請求項１に記載のスチーム発生装置。
9. 　ハンドルと、ベースと、請求項１に記載のスチーム発生装置とを備えた本体を有する、スチームアイロン。

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