JPH0435169B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

産業上の利用分野 本発明は、熱効率にすぐれた電気液体加熱機器
に関するもので、特に、ホーロ層を有する金属基
板に、面状発熱素子をホーロ層によつて被覆して
結合し一体化した発熱体を用いた電気液体加熱機
器に関する。 従来例の構成とその問題点 電気液体加熱機器の代表例として、ここ数年大
きく成長してユーザの間において根強い潜在需要
を有するジヤーポツトを挙げて説明する。 ジヤーポツトは魔法ビンの機能と電気ポツトの
機能を有し、エネルギー的にも経済的であるの
で、ここ数年、爆発的なブームを呼んでいる。し
たがつて、普及率が次第に高くなるにつれ、量産
効果も上がり、コスト的にも、熱効率的にも、よ
り一層経済効果を追求しなければならない情勢に
ある。 第１図は代表的な従来例のジヤーポツトの電気
液体加熱機能を示す構成図であり、この第１図に
示すように、特殊ステンレス（例えばSUS₄₄₄）
からなる電気液体加熱機器の容器１の外側面に、
700Wの主発熱体２と50Wの補助発熱体３を合成
マイカ板４で絶縁し、かつ金属のベルト状補強材
で補強されたバンドヒータ５が、挾具で容器１に
機械的に固定されている。主発熱体２と補助発熱
体３の切り替えはサーモスタツト６によつて、液
体の温度が95℃で主発熱体２がオフ、70℃で主発
熱体２がオンとなるように設定してあり、さらに
容器１および両発熱体２，３は断熱材７によつて
保温されており、さらに全体が外装ケース内に収
納された構成となつている。 従来のジヤーポツトが主発熱体２と補強発熱体
３を備えているのは次の理由からである。主発熱
体２だけでオン―オフ制御を行うと、バンドヒー
タ５と容器１の膨張率が異なるため、オン―オフ
サイクルを繰り返した場合、バンドヒータ５が著
しく膨張して拡がり、遂には、容器１とバンドヒ
ータ５が接触しなくなり、ヒータ寿命が低下する
とともに、バンドヒータ５が落ちてくることがあ
る。これを防止するために、保温時に、比較的ワ
ツト数の小さな補助ヒータ３で液体を常時加熱す
る方式が取られている。 このような従来方式のジヤーポツトの欠点を列
挙すると、 (1) 合成マイカ板を介して主発熱体、補助発熱体
であるリボンヒータを２枚重ね、そして金属補
強材で補強して構成されるバンドヒータ５はコ
スト高である。 (2) バンドヒータ５は一見、容器１に密着してい
るように見えるが、合成マイカ板、ベルト状補
強材の膨張率が、容器１の膨張率と異なるた
め、サイクル寿命を繰り返した場合、容器１と
バンドヒータ５が点接触あるいは接触しなくな
り、その結果、熱効率が低下するばかりでな
く、ヒータが異常に高温となり、ヒータの寿命
も短かくなる。 (3) バンドヒータ５からの熱は合成マイカ板４、
ベルト状補強材、容器１の順に、液体へ伝導さ
れるため、それら伝熱輸送の間に放熱されるこ
とになり、熱効率が悪い。 (4) 主発熱体２と補助発熱３をサーモスタツト６
で制御する方式であるため、エネルギー効率、
液体温度の均一性、コスト的に優位である
TRS制御（サーミスタ制御）ができない。 (5) 熱効率の観点から断熱材を多く必要とするの
で、ジヤーポツトの軽量コンパクト化が困難で
ある。 (6) 従来の構成では、保温時に補強発熱体３が通
電状態にあり、液体が蒸発して、空沸き状態に
あつても、補強発熱体３が切れることがなく、
安全性の点で問題がある。これを解決する方法
として、温度ヒユーズ（約150℃で切れるよう
に設定したもの）を設置して、空沸し時に温度
ヒユーズが切れて、通電が停止される方式も提
案されているが、一度、空沸しを行うと、温度
ヒユーズの取り換えが煩雑であり、好ましい方
法ではない。 発明の目的 本発明は以上のような従来例の問題点を解消
し、量産可能で、コスト的に有利で、熱効率がす
ぐれ、軽量、コンパクト化が可能で、温度制御が
簡単で、液温が均一で、空沸し状態での安全性が
高く、かつ実用耐久性にすぐれた電気液体加熱機
器を提供することを目的とするものである。 発明の構成 上記目的を達成するために本発明は、容器底部
を容器内部に向かつて、凸に突出させ、前記凸に
よつて形成された液体が接触しない凹部に絶縁ホ
ーロ層を設け、前記絶縁ホーロ層と被覆ホーロ層
とで金属薄帯の面状発熱素子を被覆結合して一体
化したものである。 実施例の説明 以下、本発明の実施例を添付図面にもとづいて
説明する。 第２図は、本発明の一実施例におけるジヤーポ
ツトの基本構成例を示したもので、この第２図に
おいて、１１はジヤーポツトを構成する円筒状の
容器で、この容器１１はSUS₄₄₄の特殊ステンレ
スで構成されており、その底部は上方、すなわち
容器１１の内部に向つて、凸に突出するように構
成され、かつ液体非接触側の凹部１２に、薄板状
の面状発熱素子１３を絶縁ホーロ層によつて被覆
結合している。 前記面状発熱素子１３の制御の一例を挙げる
と、サーミスタ１５，１６で容器１１内の液体の
温度が検知され、かつ電子式温度リレーTR₁は指
定温度を設定し、さらに別の温度リレーTR₂は温
度上昇限度を設定するものであり、液体の温度が
温度リレーTR₁の設定温度以上になると、面状発
熱素子１３の回路が開くようになつている。その
制御回路は第３図に示す通りである。 第４図は第２図におけるジヤーポツト底部の拡
大断面構成図を示したもので、この第４図に示す
ように、容器１１の底部を構成する底部基板１１
ａを上方、すなわち容器１１の内部に向つて凸に
突出させ、かつ液体非接触側の凹部１２に、まず
絶縁ホーロ層１７を設け、さらにこの絶縁ホーロ
層１７の上に厚さ60μｍからなるSUS₄₃₀のステン
レス薄帯を第５図に示すような形状にプレスまた
はエツチングすることにより得られた面状発熱素
子１３を配設し、そしてこの発熱素子１３を被覆
ホーロ層１８で結合固着するようにしている。 本発明の構成においては、面状発熱素子１３が
容器１１の底部基板１１ａに直接接合されている
ので、エネルギー効率が高く、したがつてヒータ
寿命も長くなり、液温の均一性にすぐれた方式で
ある。その結果を第１表に示す。

【表】 前述した本発明の構成は非常にすぐれた効果を
示すが、本発明の面状発熱素子１３は被覆ホーロ
層１８で結合固着されているため、異常高温
（600℃以上）になつた場合、被覆ホーロ層１８が
剥離する。ここで、実際の使用において、温度は
100℃以下であるが、空沸き状態では異常高温に
なることがある。 このため、本発明のような面状発熱体方式はす
ぐれた効果を示す反面、空沸し状態を防止する対
策をしなければ、商品化が望めない。 そこで本発明は特に、空沸し防止を目的とした
ものである。以下に本発明の構成要素について述
べる。 (1) 金属基材 本発明の電気液体加熱機器を構成する金属基
材の必要条件は、加熱機器としての耐食性、熱
伝導性、ホーロ被覆性を有していなくてはなら
ない。したがつて、本発明で用いる基材はステ
ンレス基材が好ましく、第２表のように
SUS304、430、444等が良い。中でも特に
SUS₄₄₄が最も好ましい。

【表】 (2) 電気発熱素子 本発明に適用できる発熱素子１３は基本的に
は、薄帯状のものである。この発熱素子１３の
表面はホーロ層１８で完全に被覆する必要があ
り、例えばコイル状あるいは厚い帯状の発熱素
子を用いると、それだけホーロ層１８の膜厚が
大となる。それにより、ホーロ層１８の密着性
が極端に低下し、外的なシヨツクで、簡単にホ
ーロ層１８が剥離し、電気発熱素子が露出して
しまう。 発熱素子薄帯の厚みは10〜200μｍが適当で
あり、好ましくは30〜100μｍの範囲である。
10μｍ以下の薄帯は薄帯にするための加工が困
難であるとともに、面状発熱体を製造する時
に、薄帯が破れたり、折れたり、曲がつたりし
て、作業性が著しく悪くなる。また200μｍ以
上では前述した理由の他に、面状発熱体にヒー
トサイクルを加えると、ホーロ層に亀裂が入つ
たりして好ましくない。 金属の薄帯化は通常の冷間圧延、熱間圧延に
よる方法の他に、超急冷法による薄帯化も利用
できる。薄帯化した金属を所望のパターンに形
成する方法としては、エツチング法、プレス加
工法が適している。生産数量が少ない場合はエ
ツチング法、大量生産ではプレス加工法が適用
できる。電気発熱素子は、定格電力、発熱面
積、温度分布などを考慮して、膜厚、パターン
形状を任意に決定することができる。 発熱素子の材料には各種の電気発熱材を用い
ることができるが、発熱素子の形状（パターン
の巾、長さ、厚み）などを決定する因子となる
固有抵抗や熱膨張係数が適当な値を有し、しか
もホーロ層との密着性や、加工性などに優れた
ものが選択される。これらの観点から、20℃に
おける固有抵抗が60μΩ・cm、100℃における熱
膨張係数が104×10^-7deg^-1のフエライト系ステ
ンレス鋼が適しているが、発熱体の応用機器の
基材の種類、形状、肉厚を勘案し、オーステナ
イト系ステンレス、Fe―Cr―Al合金、Fe―Cr
合金、Ni―Cr合金、Ni―Cr―Al合金、Fe−
Cr−Ni−Al合金などで薄帯を得て、発熱素子
に用いることが可能である。 (3) 絶縁ホーロ層 本発明の発熱部の発熱素子１３を固定させる
ガラス層の電気絶縁性は特に重要である。本発
明では特に発熱素子を積層に構成するので電気
絶縁性の優れた低アルカリガラスが必要であ
る。第３表に本発明の目的を果すために必要な
ガラスの好ましい範囲と以下の実施例で用いる
代表的なガラス組成を示した。

【表】 本発明の応用例ではガラス被覆層に高絶縁性が
要求されるため、第４表に示すスリツプ組成で行
なつた。なお、第４表で、有機溶剤はベンジルア
ルコールの他に、イソホロン、ミクロヘキサノー
ル、カルビトール等も用いることが可能である。
また、コロイド安定剤として有機溶剤に可溶で、
150〜350℃で酸化燃焼する増粘剤を少量用いるこ
とが可能である。

【表】 本発明のように、ジヤーポツトの容器１１と発
熱素子１３をホーロ層１８によつて一体化すると
いうことは、前述の第１表に示したように、エネ
ルギー効率、ヒータ寿命、液温の均一性の観点か
らすぐれた方式である。本発明のようなジヤーポ
ツトの容器底部の加工により、さらに安全性にす
ぐれたジヤーポツトが具現化できた。 次にそれを具体的な実施例を用いて説明する。 前記第３表に示した低アルカリガラスを用い、
第４表に示すスリツプ組成で、ボールミルにより
ミル引きを２時間行つて、スリツプを調製した。 肉厚0.5mmのSUS₄₄₄基材で円筒状の容器１１と
底部基板１１ａを作製する。底部基板１１ａはプ
レスで第６図ａ，ｂ、第７図ａ，ｂおよび第８図
ａ，ｂに示す種々の形状から選択して加工する。
そしてこの底部基板１１ａの発熱層を設ける部分
をまず、60メツシユのアルミナ研削材を用いて、
ブラスト処理を施し、その後、その面に第４表の
スリツプを用いて、窒素雰囲気中で830℃で７分
間、絶縁ホーロ層１７を底部基板１１ａの凹部１
２に焼成固着させる。その後60μｍの肉厚の
SUS₄₃₀ステンレス薄板を第５図に示すヒータパ
タンにエツチングして得られた発熱素子１３
（100Vで550W）を、前記のスリツプを用いて絶
縁ホーロ層１７の上に配設し、そして被覆ホーロ
層１８により、窒素雰囲気中で840℃、７分間焼
成を行つて発熱素子１３を固着させる。これを円
筒状の容器１１に溶接で接合することにより本発
明のサンプルとした。 さらに比較のために従来用いられている底部基
板を同様な方法で、発熱素子を形成したサンプル
も同時に作製した。 これらのサンプルを第７図ａ，ｂに示すよう
に、容器内に２の水を入れ、発熱部に通電する
ことにより、水を加熱した。途中は水を補給する
ことなく連続で加熱し、そして空沸し状態での挙
動を観察した。なお、この場合、容器底部の温度
をCA熱電対でチエツクした。この時の温度−時
間曲線を第１０図に示した。 空沸し寸前の時において、第９図ａに示した本
発明の構成では、容器の底部にわずかの水が残存
しているため、発熱部の温度が異常に上がること
なく、サーミスタのような安全装置が働き、発熱
部がオフ状態になるが、第９図ｂに示した従来の
形状に構成したサンプルは水が蒸発すると同時
に、安全装置が働くまでのわずかの時間ズレの間
に、第１０図のように発熱部の温度が異常に上が
り、その結果、発熱部を構成するホーロ層にクラ
ツクが発生し、実用に耐えなかつた。 発明の効果 以上のように本発明によれば、容器底部を容器
内部に向かつて、凸に突出させ、液体非接触側の
凹部に、面状発熱素子をホーロ層によつて被覆結
合しているため、エネルギー効率、発熱部の寿
命、液温の均一性はもとより、空沸し時の安全性
においてもすぐれたものとなり、さらには従来よ
り、軽量コンパクト化、設計の自由度においても
すぐれ、かつコスト的にも有利となるものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のジヤーポツトの縦断面図、第２
図は本発明の一実施例を示すジヤーポツトの縦断
面図、第３図は同ジヤーポツトの温度制御回路
図、第４図は同ジヤーポツトの発熱部の拡大断面
図、第５図は本発明の一実施例に用いる面状発熱
素子の平面図、第６図ａ，ｂ〜第８図ａ，ｂは本
発明の一実施例に用いる底部基板の平面図および
要部断面図、第９図ａ，ｂは本発明および従来形
状のジヤーポツトにおける空沸し寸前の時の状態
を説明する図、第１０図は本発明および従来形状
のジヤーポツトの温度−時間曲線を示す図であ
る。 １１……容器、１１ａ……底部基板、１２……
凹部、１３……面状発熱素子、１７……絶縁ホー
ロ層、１８……被覆ホーロ層。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 容器底部を容器内部に向かつて凸に突出さ
   せ、前記凸によつて形成された液体が接触しない
   凹部に絶縁ホーロ層を設け、前記絶縁ホーロ層と
   被覆ホーロ層とで金属薄帯の面状発熱素子を被覆
   結合して一体化したことを特徴とする電気液体加
   熱機器。