(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、液体を前記熱交換容器内に通過させる移送手段とを備え、前記熱交換容器内部に、前記液体の流路とは独立し、その熱容量を小さくすべく中空にした部屋を形成する内ケースを、前記熱交換容器と一体もしくは別部材で形成して設け、前記熱交換容器と前記内ケースとの間に、前記熱交換素子を配し、前記内ケース内部を前記熱交換容器外と連通させた加熱装置。
【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】
【特許文献１】
特開平９−０７５２１９号公報
【特許文献２】
特開平９−００４９２１号公報
【特許文献３】
特開平５−０１５４４９号公報
【０００４】
【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。
【０００５】
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。
【０００６】
特に、近年、省エネルギ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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
【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、液体を前記熱交換容器内に通過させる移送手段とを備え、前記熱交換容器内部に、前記液体の流路とは独立し、その熱容量を小さくすべく中空にした部屋を形成する内ケースを、前記熱交換容器と一体もしくは別部材で形成して設け、前記熱交換容器と前記内ケースとの間に、前記熱交換素子を配し、前記内ケース内部を前記熱交換容器外と連通させた加熱装置とするものである。
【００１０】
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。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１記載の発明は、液体と熱交換を行う熱交換素子と、熱交換素子を内包する熱交換容器と、熱交換素子を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、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、液体を、熱交換容器内を通過させる移送手段とを備え、熱交換容器内部に、液体の流路とは独立し、その熱容量を小さくすべく中空にした部屋を形成する内ケースを、熱交換容器と一体もしくは別部材で形成して設け、熱交換容器と内ケースとの間に、熱交換素子を配し、内ケース内部を熱交換容器外と連通させたものである。この構成により、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、内ケース内部を熱交換容器外と連通させることで、湯温制御の応答性を良くするために、熱交換容器の内部に中空の内ケースを配して、熱交換部の容積および熱容量を小さくした場合の、内ケース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。
【００１２】
【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。
【００１３】
（参考例１）
まず、本発明に係わる参考例１について説明する。図１〜図４は参考例１を包括して説明するもので、図１は参考例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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
図２は本参考例の加熱装置の、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。
【００１７】
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のセンサである。
【００１８】
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。
【００１９】
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１３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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
図３は本参考例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。
【００２５】
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３４を形成する第２のキャップ３５、そして熱交換容器３１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。
【００２６】
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３２に流入するときの温度を検知する第２のセンサ、４０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のセンサである。
【００２７】
ここで、４１は、熱交換容器３１の出口３４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。
【００２８】
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４１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。
【００２９】
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４４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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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３１の出口３４の端面４２に当接して、液体の通路を閉塞する。
【００３３】
従って、万が一第２、第３のセンサ３９、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。
【００３４】
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。
【００３５】
（参考例２）
次に本発明の第２の参考例について説明する。図５〜図６は参考例２を説明するもので、第１の参考例と同様に、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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
（参考例３）
次に本発明の第３の参考例について説明する。図７〜図８は参考例３を包括して説明するもので、第１の参考例と同様に、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４５により行われる。
【００３９】
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５６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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
（参考例４）
次に本発明の第４の参考例について説明する。図９は、第１の参考例と同様に、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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
（実施例１）
次に本発明の第１の実施例について説明する。図１０は請求項１載の発明の一実施例を説明するもので、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。
【００４７】
【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、内ケース内部を熱交換容器外と連通させることで、湯温制御の応答性を良くするために、熱交換容器の内部に中空の内ケースを配して、熱交換部の容積および熱容量を小さくした場合の、内ケース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。
【図面の簡単な説明】
【図１】  参考例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参考例１を示す縦断面図
【図４】  本発明の加熱装置の参考例１を示す要部縦断面図
【図５】  本発明の加熱装置の参考例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参考例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参考例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参考例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実施例４を示す要部縦断面図
【図１０】  本発明の加熱装置の実施例５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
【図１】
0003675440.tif 000002
【図２】
0003675440.tif 000003
【図３】
0003675440.tif 000004
【図４】
0003675440.tif 000005
【図５】
0003675440.tif 000006
【図６】
0003675440.tif 000007
【図７】
0003675440.tif 000008
【図８】
0003675440.tif 000009
【図９】
0003675440.tif 000010
【図１０】
0003675440.tif 000011