JP2013516732A - 熱発生器および通電された流体を用いて熱を発生する方法 - Google Patents

Abstract

熱発生器および熱を発生する方法が記載される。本熱発生器は、流体を受け取り、流体に電流を流すことによって流体を加熱するよう動作可能な電気流体加熱器であって、流体の抵抗によって流体が加熱される、電気流体加熱器を含む。本熱発生器は、加熱された流体を電気流体加熱器から受け取り、加熱された流体を熱交換器を介して物質に伝達する熱交換器内の流体容器をさらに含み、加熱されるべき物質は、熱交換器に近接している。本方法は、電気流体加熱器に流体をポンプで送ることであって、電気流体加熱器は、流体に電流を流すことによって流体を加熱し、電気流体加熱器は、流体の抵抗成分によって流体を加熱する、流体をポンプで送ることを含む。本方法は、電気流体加熱器からの加熱された流体を熱交換器内の流体容器にポンプで送ることをさらに含み、流体容器は、加熱された流体から熱交換器を介して、熱交換器に近接している物質に熱を伝達する。

Description

本発明は、物質を加熱するための熱を発生する方法、および物質を加熱する加熱器に関する。より具体的には、本発明は、加熱のための媒体として流体を用いる、通電された（electrically energized）加熱システムを用いて物質を急速に加熱することに関する。

物質の急速加熱は、自動車、船舶、航空および宇宙を含むさまざまな分野で好ましい。例えば寒冷な気候における電池のパフォーマンスは、ハイブリッド電気自動車の目下のテーマである。したがって許容できる電力およびエネルギーパフォーマンスを電池から得るためには、ハイブリッド電気自動車中の電池をウォームアップすることが必要である。特に寒冷地では、電池もハイブリッド電気自動車のエンジンも冷たい。エンジンのパフォーマンスの立ち上がりの悪さをなくすためには、エンジンブロックを予熱することが望ましい。他の場合においては、乗員の快適性のために、車両の室内の空気が加熱を必要とすることもある。

加熱器コアまたは熱交換システムは、流体またはガスを加熱するのに典型的には用いられる。例として、車両のエンジンによって加熱された、加熱エンジン冷却液は、車両に取り付けられたヒートコアの熱交換器を通される。空気は、ファンによって熱交換器を通され、エンジン冷却液によって加熱された熱交換器から熱を受け取る。それから加熱された空気は、乗員の快適さのために車両室内へと導かれ、または防曇または除氷のためにフロントガラスへと導かれ得る。

この明細書を通して、「comprise（備える）」という語、または「comprises」または「comprising」のような変化形は、記載された要素、整数（integer）またはステップ、または要素群、整数群、またはステップ群を含むことを意味するのであって、任意の他の要素、整数またはステップ、または要素群、整数群、またはステップ群を除外することを意味しないことが理解されよう。

物質を加熱するために、熱を発生する方法であって、
電気流体加熱器に流体をポンプで送ることであって、前記電気流体加熱器は、前記流体に電流を流すことによって前記流体を加熱し、前記電気流体加熱器は、前記流体の抵抗成分によって前記流体を加熱する、流体をポンプで送ること、および
前記電気流体加熱器からの加熱された流体を熱交換器内の流体容器にポンプで送ること
を含み、
前記流体容器は、前記加熱された流体から熱交換器を介して、前記熱交換器に近接している物質に熱を伝達する
熱を発生する方法が提供される。

物質を加熱する熱発生器であって、
流体を受け取り、前記流体に電流を流すことによって前記流体を加熱するよう動作可能な電気流体加熱器であって、前記流体の抵抗によって前記流体が加熱される、電気流体加熱器、および
加熱された流体を前記電気流体加熱器から受け取り、前記加熱された流体を前記熱交換器を介して物質に伝達する熱交換器内の流体容器
を備え、
加熱されるべき前記物質は、前記熱交換器に近接している
熱発生器が提供される。

この物質を加熱する方法は、制御されたやり方で電気が印加されている流体によって発生された熱を利用する。流体からの熱は、可能ななんらかの手段による加熱を要求する物質へと伝達され得る。典型的には加熱されるべき物質は、加熱された流体を含む流体容器に非常に近接しているか、または直接に接触するように配置されるか、または通過させられる。このようにして、熱交換が起こり、加熱されるべき物質は温度が上昇する。加熱される物質の温度は、加熱される流体の温度を正確に制御することによって維持される。

好ましくは、流体容器は、電気流体加熱器を持つ閉ループを形成する。そのような実施形態において、本方法は、流体をこの閉ループを循環させることを含む。

好ましくは、典型的には流体は、加熱されるべき物質に非常に近接している、または直接に接触する流体容器内を循環させられる。

好ましくは電気流体加熱器は、電源からのＡＣまたはＤＣ電力であり得る電力で動作する。

流体は、電気的かつ熱的に伝導性である流体であることが理解されるべきではあるが、熱発生器は、電気流体加熱器によって加熱される流体の具体的なタイプには限定されない。任意のシステムで用いられる流体の選択は、部分的には、得られるべき所望の温度、および加熱される物質が用いられるべき応用例に依存する。熱的に伝導性を有する流体は、これらには限定されないが、水、エチレングリコール、プロピレングリコール、鉱油または合成油、およびナノ流体から選択され得る。

熱発生器は、流体容器の形態には限定されず、その構成は、加熱されるべき物質の種類に依存する。

流体容器は、熱交換器の要素を形成し得る。ある実施形態において、加熱されるべき物質は空気であり得て、ラジエータの形態をとる熱交換器が提供され得る。そのような実施形態においては、ラジエータは、空気がラジエータを通って流れるときに、加熱された流体から空気（物質）に熱を伝達し得る。他の実施形態において、流体容器は、ポリマー硬化、オートクレーブ動作、風防の除氷、電池の加熱、およびエンジンの予熱を含む、さまざまな種類の応用例に展開するために、熱交換器などの要素を形成し得る。

電気流体加熱器は、入口から出口への流路に沿って流体を流すことによって、電気抵抗を持つ流体を加熱し得る。

流路は、流路に平行に配置された、少なくとも第１および第２加熱アセンブリを含み得て、第１加熱アセンブリを通る流体は、平行である第２加熱アセンブリを通り、それぞれの加熱アセンブリは、その間を電気抵抗を持つ流体が流れる、少なくとも１対の電極を備え、１対の電極は、流体の電気抵抗によって、流体が流路に沿った流体通路を通って流れるとき、電流を引き出す。

流路は、流体が３つ以上の平行加熱アセンブリを全て通るような、流路に沿って配置された少なくとも第１、第２および第３平行加熱アセンブリを備え得る。

電気流体加熱器は、流体伝導率、流量、および流体温度を入口および出口において測定するようさらに動作可能であり得る。測定された流体伝導率、流量、および温度から、電気流体加熱器は、流体温度を所望の量だけ上げるために第１および第２または第ｎ平行加熱アセンブリによって流体に伝達されるべき要求される電力を決定し得る。

ある実施形態においては、電気流体加熱器の加熱アセンブリのうちの少なくとも１つは、少なくとも１つの分割されている電極を備え、分割されている電極は、複数の電気的に分離可能な要素を備え、この要素は、要素を選択的に通電することによって、分割されている電極の実効的な有効面積が制御されることを可能にすることによって、電圧を分割された電極に印加すると、引き出される電流は前記実効的な有効面積に依存する。さらに電極セグメントの選択は、ピーク電流制限を超えないことを確実にするようなやり方で実行され得る。そのような実施形態において、入口伝導率の測定によって、もしそのような電流制限が安全に満足できないなら、装置の動作を止めることが可能になる。

ある実施形態において、流体伝導率の変動は、入ってくる流体の伝導率の測定に応答して、実質的に連続的に受け入れられる。流体伝導率は、１つ以上の加熱アセンブリの１つ以上の電極にわたる電圧の印加で引き出される電流を参照して決定され得る。

さらなる実施形態は、熱発生器が動作するよう設計された許容可能な流体伝導率の所定の範囲から逸脱することが起こらないことを確実にするために、測定された流体電導率を利用する。

さらに、複数の平行加熱アセンブリを提供することによって、それぞれの加熱アセンブリは、上昇する流体温度による流体の導電率の変化を許容するかたちで動作され得る。例えば、水の伝導率は、温度と共に上昇し、１℃につき平均で約２％上昇する。例えば室温から６０℃または９０℃まで、何十℃も流体が加熱されるべきであるなら、入口流体伝導率は、出口流体伝導率と実質的に異なり得る。流路に沿った平行加熱アセンブリを通って流れる流体に通電することは、それぞれの加熱アセンブリが所定の温度範囲で動作することを可能にする。よってそれぞれの加熱アセンブリは、温度範囲全体にわたって単一の、または平均された伝導率の電力を与えようと試みる代わりに、その所定の温度範囲内で流体伝導率に適用可能な、適切な電力を与え得る。

１つ以上の実施形態は、出口における流体温度を測定し、流体加熱のフィードバック制御を可能にするために、下流の流体温度センサをさらに備える。

ある実施形態においては、それぞれの加熱アセンブリは、流路がその間を通る、実質的に平坦な電極を備え得る。代替として、それぞれの加熱アセンブリは、流路が環状の空間を備える、実質的に同軸の円筒形または平坦な部材を備え得る。流体流路は、流体のための複数の平行な流路を規定し得る。

ある実施形態においては、熱発生器は３つ以上の加熱アセンブリを備え得て、それぞれのアセンブリは入口および出口を有し、アセンブリは平行に接続され、制御手段は、最初に、入ってくる流体の測定された伝導率に従って電極セグメントを選択し、制御手段は、システム入口および出口温度を測定することによって決定される要求される流体温度に従って、それぞれのアセンブリの電極対への電力を制御する。

電極群の任意のセットの間を流れる流体の体積は、流体の流れと併せて、流体が電極に曝される通路の寸法を測定することによって好ましくは決定される。

同様に、流体の与えられた体積が電極から電力を受け取る時間は、システムを通る流体の流量を参照することによって決定され得る。流体の温度上昇は、流体に与えられた電力量に比例する。流体の温度を与えられた量だけ上げるのに要求される電力量は、加熱される流体の質量（体積）および流路を流れる流体の流量に比例する。流体を通して流れる電流の測定は、その電流の導電率、または比伝導率の測定として利用され得て、よって与えられる電力を一定に、または所望のレベルに維持するために要求されるシステム制御および管理と併せて、電極セグメントの選択されたものが通電されることを可能にする。導電率は、よって加熱される流体の比伝導率は、上昇する温度と共に変化し、そのため流体の流路に沿って比伝導率には勾配が生じる。

ある体積の流体の温度を上昇させるのに要求されるエネルギーは、２つの関係によって決定され得る。

関係（１）
エネルギー＝比熱容量×密度×体積×温度変化
すなわちある体積の流体の温度を上昇させるのに要求される単位時間当たりのエネルギーは、以下の関係によって決定され得る。

電力（Ｐ）＝比熱容量（ＳＨＣ）×密度×体積（Ｖ）×温度変化（Ｄｔ）／時間（Ｔ）
水の場合について分析すれば、水の比熱容量は、例えば、０℃および１００℃の温度間で一定であると考えることができる。水の密度も１に等しいと考えることができる。したがって、単位質量の水の温度を１秒間に１℃変化させるのに要求される比熱つまりエネルギー量は、一定であると考えることができ、「ｋ」というラベルを付すことができる。体積／時間は、流量（Ｆｒ）と等価である。よってある体積の流体の温度を上げるのに要求される単位時間当たりのエネルギーは、以下の関係によって決定され得る。

電力（Ｐ）＝ｋ×流量（Ｆｒ）×温度変化（Ｄｔ）／時間（Ｔ）
よってもし要求される温度変化が既知であるなら、流量は決定され得て、要求される電力が計算され得る。

加熱されるべき物質が車室内の空気である、限定的ではない例において、ユーザが暖められた空気を必要とするとき、自動車の計器盤上のコントローラまたはリモコン装置が操作される。この入力は、電気流体加熱器によって検出されるか、または電気流体加熱器に与えられ、加熱シーケンスが開始され得る。流体の入口温度が測定され、システムからの出口における流体についての予め定められた所望の温度と比較され得る。これら２つの値から、入口から出口への流体温度の要求された変化が決定され得る。

もちろん、流体の電極アセンブリへの入口温度は、時間軸上で繰り返し測定され得て、測定された入口流体温度の値が変化するにつれて、電極アセンブリの入口から出口への要求される温度変化について計算される値もそれに従って調整され得る。同様に、温度、鉱物成分などが変化すると、導電率が変化し、したがって流体の比伝導率の変化も時間の経過と共に起こり得る。したがって、流体を通って流れる電流が変化し、それによって、結果として得られる流体に与えられる電力も変化することになるが、これは分割された電極（群）の要素に選択的に通電したり、通電を止めたりすることによって管理され得る。加熱部の出口における温度を時間軸上で繰り返し測定し、これらを計算された出口温度値と比較することによって、繰り返し計算すれば、流体に与えられる電力を連続的に最適化することができる。

ある好ましい実施形態において、マイクロコンピュータで制御された管理システムによって提供される計算手段は、加熱アセンブリ入口および出口の間の所望の温度差を発生させる電力値を決定し、水の比伝導率の変化の効果を測定し、それによって電極セグメントの適切な駆動を選択し、与えられた流量について印加されるべき電力を計算することによって、電極間を通過する流体に与えられるべき電力を決定するのに用いられる。

関係（２） 電力の制御
本発明の好ましい実施形態において、それぞれの加熱アセンブリ内の電極間を流れる電流、すなわち流体を通して流れる電流が測定される。加熱の実施形態の入口および出口温度も測定される。電流および温度の測定によって、コンピュータで制御された管理システムの計算手段は、所望の量だけ流体の温度を上げるために、それぞれの加熱アセンブリにおいて流体に与えられることが要求される電力を決定できる。

ある実施形態において、マイクロコンピュータで制御された管理システムによって提供される計算手段は、それぞれの加熱アセンブリの電極間を通る流体に与えられるべき電力を決定し、それぞれの分割された電極内でどの電極セグメントが通電されなければならないかを選択し、所望の温度変化を及ぼすために印加される必要がある電力を計算する。

初期加熱シーケンスの一部として、印加される電圧は、電極間を通る流体の初期比伝導率を決定するようなやり方で制御され得る。電極へ電圧を印加することによって、その間を通る電流が流体を通して引き出され、よってそれを通して引き出される電流に正比例する流体の比伝導率の決定が可能になる。したがってそれぞれの加熱アセンブリにおいて電極間を流れる流体に与えられるべき電力の管理は、それぞれの加熱アセンブリにおいて電極間を流れる流体の温度を要求される量だけ上げるために正しく適用され得る。流体によって引き出される瞬時電流は、流体の流路の長さに沿った変化について、好ましくは連続的にモニタされる。通路に沿った任意の位置において引き出される瞬時電流の変化は、流体の導電率つまり比伝導率の変化を示す。加熱アセンブリ内の電極間を通る流体に現れる比伝導率の変化する値は、加熱パス（heating path）に沿った比伝導率の勾配を実効的に規定する。

好ましくは、さまざまなパラメータは連続的にモニタされ、与えられた期間内に予め設定された所望の温度に流体の温度を上げるために流体に印加されるべき電力を決定するため、計算が連続的に実行される。

図１は、物質を加熱するための熱発生器の第１実施形態を示す図である。 図２は、物質を加熱するための熱発生器の第２実施形態を示す図である。 図３は、それぞれのアセンブリが平行な電極を有し、それらのそれぞれのうちの１つは２つの電極セグメントに分割されている、３つの加熱アセンブリの平行な構成を有する図１または図２に示される電気流体加熱器を示す図である。

関連出願の相互参照
本願は、AU2010900056の優先権を主張しており、その内容が参照によって援用される。

本発明の例が添付の図面を参照してこれから説明される。

図１は、この場合において物質を加熱するための熱発生器１０の実施形態を示す。熱発生器１０は、電子コントローラ２４によって制御され、調整／熱交換器２０の要素を構成する流体容器（fluid receptacle）に結合された電気流体加熱器（electric fluid heater）２２を含む。熱交換器２０のさまざまな可能な構成がこの分野においては知られている。図１の実施形態は、熱交換器２０を介して加熱されている物質に、電気流体加熱器２２が効果的に結合されるようにする。電気流体加熱器２２は、電気流体加熱器２２および熱交換器２０の間で小型ポンプ２６を用いて循環される流体（fluid、液体）を加熱するために用いられる。熱交換器２０は、加熱されている物質に熱を伝達するために用いられる。伝達された熱のレベルは、電気流体加熱器および電子コントローラ２４によって制御される。

この実施形態または類似の実施形態において、電気流体加熱器２２は、複数の電極部を用いて、電気エネルギーを直接に流体に加えて流体を加熱することによって、電子制御の下で流体自体の中での加熱を行う。

電気流体加熱器の電圧は、電源または電池によって供給され、設定された流体流量および流体伝導率（fluid conductivity）を管理する。ポンプを介して流体の流れが促進される、クローズド・ループの連続流の流体加熱器なので、電気流体加熱器２２は、温度および伝導率の限られた変化範囲の中で動作する。

図２は、物質を加熱するための熱発生器１５のさらなる実施形態を示し、同様の番号は同様の構成要素を表す。この例では、電気流体加熱器２２は、自動車エンジン冷却液を加熱するのに用いられる。加熱されたエンジン冷却液は、自動車車内へと送り込まれている空気を加熱するのに用いられる熱交換器２０内の既存の流体容器を通してポンプで送り出される。実際には、加熱された流体は、小型ポンプ２６を用いて電気流体加熱器２２および熱交換器２０の間で閉じたループ内を循環される。熱交換器２０と協働してソレノイド２８は、加熱されているエンジン冷却液を供給／還流する。熱交換器２０は、車両室内へ送り込まれる空気を加熱するのに用いられる。動いているエンジンの冷却液が十分に熱いときは、空気が熱交換器２０によって効果的に加熱されるようにするために、電気流体加熱器２２は、ソレノイド２８を用いて分離される。

図３は、物質を加熱するための熱発生器１００のさらなる実施形態の概略ブロック図であり、ここで加熱されるべき物質は、電気加熱器の本体１１２を通って流される。本体１１２は、合成プラスチック材料のような電気的に非伝導性がある材料で好ましくは作られる。しかし用途によっては、本体１１２は、アルミパイプのような電気的に伝導性がある金属製流体パイプに接続され得る。したがって装置１００に接続された任意の金属配管を電気的にアースするよう、図３に示されるアースメッシュグリッド１１４が、本体１１２の入口および出口において含まれる。アースグリッド１１４は、本実施形態の加熱システムが設置された電気設備の電気的なアースに理想的には接続される。アースメッシュグリッド１１４は、装置１００を通過する水を通して電極から電流を引き抜き得るので、制御システム内で漏電保護（earth leakage protection）を作動させることができる。本実施形態の特に好ましい形態においては、システムは漏電保護装置を含む。

動作中、流体は、流路矢印１０２によって示されるように本体１１２を流れる。

本体１１２は、流体流路を規定し、それぞれ平行な加熱アセンブリ１１６、１１７および１１８を備える３つの加熱部が設けられる。電極材料は、任意の適切な不活性の導電性材料、または伝導性プラスチック材料、カーボン入りの被覆された材料のような非金属伝導性材料であり得る。電極は、化学反応及び／又は電気分解を最小限にするような材料から選択されることが重要である。

それぞれの電極対の分割された電極は、１１６ａ、１１７ａ、および１１８ａであり、これらは共通の切り換えされるパスに、電源の活線側１２４である別個の電源電力制御素子Ｑ１、Ｑ２、…、Ｑ９を介して接続され、一方、それぞれの電極対の他方１１６ｂおよび１１７ｂは、電源１２１のリターン側に接続される。別個の電源電力制御素子Ｑ１、Ｑ２、…、Ｑ９は、マイクロプロセッサ制御システム１４１によって提供される電源管理制御（power management control）に基づいて活線側電源１２４をオン・オフする。それぞれの個々の加熱アセンブリ１１６，１１７および１１８に供給される全電流は、電流測定装置１２９によって測定される。電流測定値は、入力インタフェース１３３を介して入力信号としてマイクロプロセッサ制御システム１４１に供給され、これが加熱アセンブリのための電源コントローラとして働く。

またマイクロプロセッサ制御システム１４１は、本体１１２に位置するフロースイッチデバイス１０４から入力インタフェース１３３を介して信号を受け取る。電極セグメントの任意のセットの間を流れる流体の体積は、流体のフローに関連して流体が電極セグメントに曝される通路の寸法を予め測定することによって正確に決定され得る。同様に、与えられた体積の流体が電力を電極セグメントから受け取る時間も通路を通る流体の流量を測定することによって決定され得る。流体の温度上昇は、流体に加えられた電力量に比例する。流体の温度を既知の量だけ上げるのに必要とされる電力量は、加熱されている流体の質量（体積）、および通路を通る流体流量に比例する。流体を通る電流の測定は、導電率（electrical conductivity）、つまりその流体の比伝導率（specific conductance）の測定に用いることができ、よって加えられる電力を一定に維持するのに必要とされる、印加電力管理において要求される変化の決定を可能にする。導電率、よって加熱されている流体の比伝導率は、温度が上がるにつれて変化し、そのため流体の流れのパス（path）に沿って比伝導率の勾配が生じる。

またマイクロプロセッサ制御システム１４１は、本体１１２への入力流体の温度を測定するために入力温度測定装置１３５から、かつ本体１１２から外に出る流体の温度を測定する出力温度測定装置１３６から、流体信号入力インタフェース１３３を介して信号を受け取る。

本実施形態の装置１００は、装置が設置されている特定の場所から発生する変動でも、または、単一の場所において時間によって発生する変動でも、流体の伝導率の変動に適応することがさらにできる。流体伝導率の変動は、与えられた印加電圧について、それぞれの電極によって引き出される電流量の変化を引き起こす。この実施形態は、そのような変化をモニタし、測定された伝導率の値を用いることによって、システムが動作できるようにする前に、電極セグメントの相応しい組み合わせを初期的に選択し、装置が所望のレベルの電流を引き出すことを確実にする。典型的には、それぞれの電極１１６ａ、１１７ａ、および１１８ａは、２つの電極セグメント１１６ａｉ、１１７ａｉ、および１１８ａｉに分割される。それぞれの電極について、ａｉセグメントは、電極の有効面積（active area）の約４０％を成すよう形成され、ａセグメントは、電極の有効面積の約６０％を成すよう形成される。よって適切に電極セグメントの選択することによって、または電極セグメントを適切に組み合わせることによって、適切な電極表面面積が選択され得る。その結果、伝導率が高い流体については、より小さい電極面積が選択されることによって、与えられた電圧について、電極によって引き出される電流は、所望のレベル、または安全なレベルより上に上昇することが防止される。逆にいうと、伝導率が低い流体については、より大きな電極面積が選択されることによって、同じ与えられた電圧について、所望の電力を流体へ伝えるために、適切な電流が引き出される。セグメントの選択は、電力スイッチング素子Ｑ１、…、Ｑ９をオンまたはオフすることによって簡単に行われ得る。

特に、選択された電極セグメントの組み合わせられた表面面積は、システムの定格最大電流値を超えないことを確実にするために、具体的に計算される。

マイクロプロセッサ制御システム１４１は、さまざまなモニタされた入力を受け取り、電極有効面積選択、所望の電極対電力について必要な計算を実行することによって、本体１１２を通って流れる流体に供給されるべき計算された電力量を提供する。マイクロプロセッサ制御システム１４１は、加熱アセンブリ１１６、１１７、および１１８のそれぞれに接続された電源からのパルス状電圧供給を制御する。それぞれのパルス状電源は、マイクロプロセッサ制御システム１４１から電力スイッチング素子Ｑ１、…、Ｑ９への別個の制御信号によって別個に制御される。

したがってマイクロプロセッサ制御システム１４１が受け取る代表する入力信号についてのさまざまなパラメータに基づいて、マイクロプロセッサ制御システム１４１内のソフトウェアプログラムの制御の下で、計算手段は、電力スイッチング素子によって必要とされる制御パルスを計算することによって、本体１１２を通って流れる流体の、要求される温度変化を与えるために、要求される電力を供給し、その結果、加熱された流体が所望の温度で本体１１２から放出される。

マイクロプロセッサ制御システム１４１は、流体がそれ以上は加熱されてはいけない最大温度値を表す、規定された最大温度を有し得る。このシステムは、もし何らかの理由で、出力温度装置１３６によって検出された温度が上記規定された最大温度よりも大きいなら、システムはすぐにシャットダウンされ、オフにされるよう、設計され得る。

マイクロプロセッサ制御システム１４１は、以下を確実にするために、一連のチェックを繰り返し実行する。

（ａ）出口における流体温度が最大許容温度を超えない、
（ｂ）漏洩電流が所定の設定値を超えない、かつ
（ｃ）システム電流が前もって設定したシステムの電流制限を超えない。

これらのチェックは、ユニットが稼働中には繰り返し実行され、もしこれらチェックのうちのどれかが制御の制限を超えたことを示すなら、システムは即座に停止される。初期のシステムチェックが条件を満足して完了すると、要求される電力をその所望の量だけ変化させるために、本体１１２を通って流れる流体に与えられなければならない、要求される電力を決定するために計算が実行される。それから計算された電力は、流体が本体１１２を通って流れるときに素早く流体温度を上昇させるために、加熱アセンブリ１１６、１１７、および１１８に与えられる。

本体１１２を通って流れる流体の温度が、本体の入口端から上昇するにつれて、上昇した温度に応答して伝導率も変化する。入力温度測定装置１３５および出力温度測定装置１３６は、加熱アセンブリ１１６、１１７、および１１８を含む本体１１２内で、３つの加熱アセンブリにおける温度差分を測定する。それからそれぞれの加熱アセンブリ１１６、１１７、および１１８に与えられる電力を水の伝導率の変化を考慮に入れて管理することで、本体１１２の長さに沿って均一な温度上昇が起こることを確実にし、それによってそれぞれの加熱アセンブリ１１６、１１７、および１１８への電力入力を実質的に一定に維持し、１３５における入力温度測定および１３６における出力温度測定の間での流体加熱における最大効率および安定性を確実にする。流れる流体に与えられる電力は、必要とされる電力に対応する、通電した電力スイッチング素子Ｑ１、…、Ｑ９によって供給される制御パルスを管理することによって変化される。これは個別の加熱アセンブリ１１６、１１７、および１１８によって流体に供給される電力を増やしたり、減らしたりするように働く。

システム１００は、電流測定装置１２９および温度測定装置１３５および１３６を参照することによって、流体の伝導率変化を繰り返しモニタする。流体温度の変化から生じるシステム内での流体伝導率の値の変化、本体１１２の長さに沿って検出された流体成分の変化、または流体によって引き出された検出された電流の変化に基づいて、計算手段は、加熱アセンブリに与えられるべき、修正された平均電力値を計算する。入り込む流体伝導率の変化に基づいて、マイクロプロセッサ制御システム１４１は、電極セグメント１１６ａｉ、１１７ａｉ、および１１８ａｉの変更された組み合わせを選択的に駆動する。システム電流、個別の電極電流、電極セグメント流体温度の変化を閉ループで常にモニタリングすることによって、電力の再計算が個別の加熱アセンブリに適用され、システムは比較的、一定で安定した電力を加熱システム１００を通って流れる流体に供給することができる。別個の分けられた加熱アセンブリを通って流れる流体の比伝導率の変化は、このようにして別個に管理され得る。したがってシステムは、結果として生じるシステム全体にわたっての比伝導率勾配を効果的に制御および管理できる。よってこの実施形態は、変化する温度および溶解した化学成分の変化する濃度によって流体の加熱を通じて生じる流体の導電率の変化に対する補償を、所望の量だけ流体温度を上げるときには、比伝導率の変化に対応するために、電力を変えることによって提供する。

本発明を実施するときには、任意の適切な個数の加熱アセンブリの電極が用いられ得ることが理解されよう。よって上述の実施形態は、本体１１２を通って流れる流体を加熱するための３つの加熱部を示すが、流路の加熱アセンブリの個数は流体加熱の個々の要件または応用例の具体的な事項に基づいて変更され得る。例えばもし加熱アセンブリの個数が６対に増やされるなら、それぞれの個々の加熱アセンブリは、ここでの実施形態について説明されたのと同様に電力が個別に制御され得る。同様に、単一の電極が分割される電極セグメントの個数は、２とは異なっていてもよい。例えば、電極を有効面積の比が１：２：４：８である４つのセグメントに分割すれば、１５種類の有効面積の値がマイクロプロセッサ制御システム１４１によって選択され得る。

電流が流体自身を通って流れることによって、流体自身の抵抗から熱が発生する加熱アセンブリを利用することによって、本発明は、電気抵抗加熱要素の必要がなくなり、よって要素へのスケール付着や要素不良に関連する問題を緩和することが理解されよう。

詳細な説明の一部は、コンピュータメモリ内でのデータビットに対する操作のアルゴリズムおよび記号表現で記載されている。これらアルゴリズムの記載および表現は、自分達の仕事の内容を他の当業者に最も効果的に伝えるために、データ処理技術の当業者によって用いられる手段である。ここでの、また一般的にアルゴリズムとは、所望の結果につながるステップの自己矛盾のない順序であると考えられる。これらステップは、物理的な量を物理的に操作することを要求するステップである。必須ではないがふつう、これらの量は、記憶され、転送され、結合され、比較され、または操作され得る電気的または磁気的信号の形態をとる。一般的な使用法であるという主な理由で、このような信号をビット、値、要素、シンボル、キャラクタ、項、数などと呼ぶことが時には便利であることがわかっている。

したがってコンピュータによって実行されると呼ばれることもある、そのような行為および操作は、構造化された形でデータを表す電気信号の、コンピュータの処理ユニットによる操作を含むと理解されよう。この操作は、データを変換し、またはコンピュータのメモリシステム内の位置においてデータを保持する。このような操作は、当業者によって理解されるやり方で、コンピュータの動作を再構成したり、そうでなければ変更したりする。データが保持されるデータ構造は、データのフォーマットによって規定される特定の特性を有する、メモリの物理的位置である。本発明は上記文脈で記載されているが、さまざまな行為および操作がハードウェアでも実現され得ることが当業者にはわかるように、限定的であるように意図されてはいない。

しかしこれらおよび同様の事項は、適切な物理的特性に関連付けられるべきであり、これらの特性に適用される便利なラベルに過ぎないことに注意されたい。記載から明らかなように、そうではない旨、具体的に記載されない限り、この説明を通して、「処理すること」または「計算すること」または「決定すること」または「表示すること」などは、コンピュータシステムのレジスタおよびメモリ内の物理的（電子的）特性として表されるデータを、コンピュータシステムのメモリまたはレジスタまたは他のそのような情報記憶、転送または表示装置内の物理的特性として同様に表される他のデータに操作および変換するコンピュータシステム、または類似の電子計算装置の動作および処理を指す。

広く記載されている本発明の範囲から逸脱することなく、具体的な実施形態に示されるように、本発明には多くの変形例及び／又は変更がなされ得ることが当業者にはわかるだろう。したがって本発明は、あらゆる点において例示的であって、限定的ではないと考えられるべきである。

ある実施形態は、物質を加熱するために、熱を発生する方法であって、
電気流体加熱器に流体をポンプで送ることであって、前記電気流体加熱器は、前記流体に電流を流すことによって前記流体を加熱し、それによって前記電流は、流体の抵抗によって前記流体を加熱し、前記流体の加熱は、前記流体を入口から出口へ流路に沿って通過させることを含み、前記電気流体加熱器は、前記流路に沿って平行して配置される少なくとも第１および第２加熱アセンブリを備えることによって、前記流路を通る流体は、前記第１および第２加熱アセンブリを並列して通る、流体をポンプで送ること、および
前記電気流体加熱器からの加熱された流体を熱交換器内の流体容器にポンプで送ること
を含み、
前記流体容器は、前記加熱された流体から熱交換器を介して、前記熱交換器に近接している物質に熱を伝達する
熱を発生する方法に関する。

ある実施形態は、物質を加熱する熱発生器であって、
流体を受け取り、前記流体に電流を流すことによって前記流体を加熱するよう動作可能な電気流体加熱器であって、それによって前記電流は、流体の抵抗によって前記流体を加熱し、前記流体の加熱は、前記流体を入口から出口へ流路に沿って通過させることを含み、前記電気流体加熱器は、前記流路に沿って平行して配置される少なくとも第１および第２加熱アセンブリを備えることによって、前記流路を通る流体は、前記第１および第２加熱アセンブリを並列して通る、電気流体加熱器、および
加熱された流体を前記電気流体加熱器から受け取り、前記加熱された流体を前記熱交換器を介して物質に伝達する熱交換器内の流体容器
を備え、
加熱されるべき前記物質は、前記熱交換器に近接している
熱発生器に関する。

Claims (15)

1. 物質を加熱するために、熱を発生する方法であって、
   電気流体加熱器に流体をポンプで送ることであって、前記電気流体加熱器は、前記流体に電流を流すことによって前記流体を加熱し、前記電気流体加熱器は、前記流体の抵抗成分によって前記流体を加熱する、流体をポンプで送ること、および
   前記電気流体加熱器からの加熱された流体を熱交換器内の流体容器にポンプで送ること
   を含み、
   前記流体容器は、前記加熱された流体から熱交換器を介して、前記熱交換器に近接している物質に熱を伝達する
   熱を発生する方法。
2. 前記流体容器、熱交換器、および前記電気流体加熱器は、閉ループを共に形成し、
   前記方法は、前記閉ループにわたって前記流体を循環させることを含む
   請求項１に記載の方法。
3. 前記流体容器および熱交換器は、加熱されるべき前記物質と直接に接触する
   請求項１または２に記載の方法。
4. 前記加熱される物質の温度を制御するために、前記加熱される流体の温度を制御することをさらに含む
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記電気流体加熱器が前記流体を加熱するステップは、前記流体を入口から出口へ流路に沿って流すことを含み、
   前記流路は、前記流路に沿って配置された少なくとも第１、第２および第３平行加熱アセンブリを備え、それにより前記平行加熱アセンブリを通る流体は、与えられた電力によって加熱される
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
6. 流体伝導率、設定された流量、および入口における流体温度を測定すること、および
   前記測定された流体伝導率、流量および温度から、平行に配置された加熱アセンブリ内の電極対を介して前記流体に与えられるべき必要とされる電力を決定すること
   をさらに含む請求項５に記載の方法。
7. それぞれの加熱アセンブリは電極対を備え、電極対の一つは２以上の電極セグメントに分割されている
   請求項５または６に記載の方法。
8. 前記加熱アセンブリのそれぞれへの入口における流体の温度を繰り返し測定すること
   をさらに含む請求項７に記載の方法。
9. １つ以上の、セグメントに分割されている電極の要素を選択的にオンまたはオフすることによって前記加熱される流体に与えられる前記電力を最適化すること
   をさらに含む請求項７または８に記載の方法。
10. 前記加熱アセンブリのそれぞれの出口の温度を繰り返し測定し、測定された出口の温度を前記計算された出口の温度と比較することによって、前記加熱される流体に与えられる前記電力を最適化すること
    をさらに含む請求項８または９に記載の方法。
11. 物質を加熱する熱発生器であって、
    流体を受け取り、前記流体に電流を流すことによって前記流体を加熱するよう動作可能な電気流体加熱器であって、前記流体の抵抗によって前記流体が加熱される、電気流体加熱器、および
    加熱された流体を前記電気流体加熱器から受け取り、前記加熱された流体を前記熱交換器を介して物質に伝達する熱交換器内の流体容器
    を備え、
    加熱されるべき前記物質は、前記熱交換器に近接している
    熱発生器。
12. 前記電気流体加熱器は、流路に沿って配置された少なくとも第１、第２および第３平行加熱アセンブリを備え、それにより流体は、３つ全ての加熱アセンブリを同時に通る
    請求項１１に記載の熱発生器。
13. 前記電気流体加熱器の前記加熱アセンブリは、少なくとも１つの分割されている電極を備え、
    前記分割されている電極は、複数の電気的に分離可能な要素を備え、
    前記要素は、前記要素を選択的に通電することによって、前記分割されている電極の実効的な有効面積が制御されることを可能にすることによって、電圧を前記分割された電極に印加すると、引き出される電流は前記実効的な有効面積に依存する
    請求項１２に記載の熱発生器。
14. 前記電気流体加熱器の前記加熱アセンブリのうちの少なくとも１つは、少なくとも１つの分割された電極を備え、
    前記熱発生器は、前記１つ以上の分割された電極の要素に選択的に通電したり、通電を止めたりすることによって、前記加熱される流体に与えられる前記電力を最適化するよう動作可能な制御手段をさらに備える
    請求項１２に記載の熱発生器。
15. 前記制御手段は、前記加熱アセンブリのそれぞれの出口温度を繰り返し測定し、前記測定された出口温度を計算された出口温度と比較することによって、前記加熱される流体に与えられる前記電力を最適化するようさらに動作可能である
    請求項１４に記載の熱発生器。

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