JP2016504139A - 液体加熱装置および動作方法 - Google Patents
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Abstract
Description
式中、V_calおよびQ_dot_calは、器具の初期較正(製造後または器具の初回使用時)において求められた加熱素子電圧および加熱素子パワーの較正値である。したがって、器具は、吐出サイクルを1回実行するたびに商用電源電圧52の変化を明らかにする。供給電圧V_inは、一旦測定されると、同じ吐出サイクル中に再び監視されることはない。
式中、ΔT=T_feed−T_tank、Cp_waterは加熱される液体の比熱容量であり、K1は熱損失の補償係数である。K1の典型的な値は、工場での装置の試験または較正から経験的に求められ、制御装置に予めプログラムされ得る。
式中、Cpはヒータの比熱容量であり、mはヒータの質量である。
被覆加熱素子30に通電するための総「オン」時間(t_heater)を算出するときに、システムにおける蓄積エネルギーQ_storedを考慮しなければならない。これは式5に従って算出される。
式中、K2は、経験的に求められて電子制御装置50に予めプログラムされ得る熱損失等を考慮に入れるための補償係数である。係数K2は、フローヒータ27上の1/2インチディスク44、46の一方または両方によって被覆加熱素子30が過熱したことが検出された場合に電子制御装置50が吐出動作を中止することが可能なように、プロセスのこの部分を調整するために用いられ得る。
ポンプ動作の第1の期間は、第1の量V_initialの加熱された液体を吐出させるために必要とされ、この第1の量は、式7に従って算出される。
式中、T_initialdispenseは、電子制御装置50において例えば95℃の値に予め設定されている。
t_pump2=Vol_cold/流量 ・・・(式9)
式中、流量は、圧力補償定流量弁26によって設定される、フローヒータ27に流入する液体の流量である。流量は、器具毎に較正され得る(製造後または器具の初回使用時に)別の値である。
式中、m_feedは瓶17内の全体量Vol_feedの液体の質量である。
式中、流量は、フローヒータ27に流入する液体の流量である。この流量は、上流の圧力補償定流量弁26が設けられる場合は当該圧力補償定流量弁26によって設定されてもよく、ポンプ22’の既知の定数であってもよい。.
電子制御装置50は、水タンク6内のNTC1サーミスタ40および加熱素子30に装着されたNTC2サーミスタ42から測定値を読み取り、温度T1(=T_tank)およびT2(=T_element)を得る。所望の最終温度T_feed、例えば37℃に達するのに必要な総温度上昇量は、DTつまりΔT=T_feed−T1である。次いで、必要な総エネルギーQ_totalが式2を用いて算出される。例えば、Cp_water=4180であり、損失K1=1.1(初期値10%)である。システムに蓄えられた熱エネルギーを考慮するために、制御装置50は、式5を用いてG_storedも算出する。その後、ヒータオン時間t_heaterを式6から算出することができる。
Claims (72)
- 所定量の温かい液体を吐出させるために加熱手段とポンプとを含む装置を動作させる方法であって、
前記加熱手段の上流で前記液体の温度を測定する工程と、
前記加熱手段が前記所定量の液体を前記上流温度から所望の最終温度まで加熱するのに必要なエネルギー量を算出する工程と、
前記算出されたエネルギー量を供給するために前記加熱手段の通電に必要な「オン」期間を算出する工程と、
前記算出された「オン」期間にわたって前記加熱手段に通電する工程と、
所定の初期温度以上の第1の量の加熱された液体を前記装置の吐出口から吐出させるために、前記算出された「オン」期間と少なくとも部分的に同時である第1の期間において前記ポンプを動作させる工程と、
前記加熱手段の通電を遮断する工程と、
前記第1の量と合わさって前記所定量になる第2の量の前記液体を前記装置の前記吐出口から吐出させ、それによって前記加熱手段から残留熱を除去するために、前記第1の期間の次の第2の期間にわたって前記ポンプを動作させる工程と、を含み、
前記第1および第2の量の液体の平均温度が、前記所定量が吐出された後に前記所望の最終温度となる、方法。 - 前記加熱手段が、加熱中に液体が前記加熱手段に対して流入および流出することを許されるフローヒータを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記フローヒータが、互いに隣接して設けられた、液体流通管と、被覆加熱素子を収容した管とを含む、請求項2に記載の方法。
- 前記ポンプおよび/または加熱手段の上流で前記液体を処理する工程をさらに含む、先行する請求項のいずれかに記載の方法。
- 前記加熱手段が所定量の液体を前記上流温度から所望の最終温度まで加熱するのに必要なエネルギーを算出する工程が、前記加熱手段の温度または前記加熱手段の下流の温度を測定することを含む、先行する請求項のいずれかに記載の方法。
- 一定の流量の前記液体を前記加熱手段を通して送る工程をさらに含む、先行する請求項のいずれかに記載の方法。
- 前記ポンプが、一定の流量の前記液体を前記加熱手段を通して送るように構成された容積式ポンプである、請求項6に記載の方法。
- 前記装置が、一定の流量の前記液体を前記加熱手段を通して送るために、前記ポンプの下流に流量調整器を含む、請求項6または7に記載の方法。
- 前記一定の流量が、100ml/分〜300ml/分、例えば、150ml/分〜250ml/分、好ましくは、約170ml/分である、請求項6、7、または8に記載の方法。
- 前記所定の初期温度が、60℃よりも高く、例えば、65℃よりも高く、さらに好ましくは、70℃よりも高い、先行する請求項のいずれかに記載の方法。
- 前記所定の初期温度が、周囲温度よりも高く、例えば、25℃、30℃、40℃、または50℃よりも高い、請求項1から9のいずれかに記載の方法。
- 加熱手段と所定量の温かい液体を吐出させるための手段とを含む装置を動作させる方法であって、
前記加熱手段の上流で前記液体の温度を測定する工程と、
前記加熱手段が前記所定量の液体を前記上流温度から所望の最終温度まで加熱するのに必要なエネルギー量を算出する工程と、
前記算出されたエネルギー量を供給するために前記加熱手段の通電に必要な「オン」期間を算出する工程と、
前記算出された「オン」期間にわたって前記加熱手段に通電する工程と、
第1の量の直接加熱された液体を、前記算出された「オン」期間と少なくとも部分的に同時である第1の算出された期間において、前記装置の吐出口から吐出させる工程と、
前記加熱手段の通電を遮断する工程と、
前記加熱手段から残留熱を除去することによって間接加熱された、前記第1の量と合わさって前記所定量になる第2の量の前記液体を、前記第1の期間の次の第2の算出された期間にわたって前記装置の前記吐出口から吐出させる工程と、を含み、
前記第1および第2の量の液体の平均温度が、前記所定量が吐出された後に前記所望の最終温度となる、方法。 - 前記所望の最終温度が、27℃〜47℃、好ましくは、32℃〜42℃、さらに好ましくは、37℃前後である、先行する請求項のいずれかに記載の方法。
- 前記第1の期間を開始するために前記ポンプを動作させるのと実質的に同時に、前記算出された「オン」期間を開始するために前記加熱手段に通電することを含む、先行する請求項のいずれかに記載の方法。
- 前記算出された「オン」期間の開始が、前記第1の期間の開始より前である、請求項1から13のいずれかに記載の方法。
- 前記ポンプの動作の前の予熱期間にわたって、所定の予熱温度に達するまで前記加熱手段に通電することを含む、先行する請求項のいずれかに記載の方法。
- 前記加熱素子の前記所定の予熱温度が、200℃より高く、例えば、210℃である、請求項16に記載の方法。
- 前記第1の期間において前記ポンプを周期的に動作させることを含む、先行する請求項のいずれかに記載の方法。
- 前記第1の期間の終了は、前記算出された「オン」期間の終了の後である、先行する請求項のいずれかに記載の方法。
- 前記第1の期間と前記第2の期間との間で前記ポンプを停止させることを含む、先行する請求項のいずれかに記載の方法。
- 前記加熱手段の通電を遮断する工程によって前記第1の期間が終了し、前記第2の期間をすぐに開始するために前記ポンプを連続して動作させる、請求項1から18のいずれかに記載の方法。
- 前記第2の期間が前記第1の期間よりも長い、先行する請求項のいずれかに記載の方法。
- 液体の前記第2の量が液体の前記第1の量よりも多い、先行する請求項のいずれかに記載の方法。
- 液体の前記第1の量が、20ml〜100ml、好ましくは、20ml〜60mlである、先行する請求項のいずれかに記載の方法。
- 液体の前記所定量が、ユーザによって選択される、先行する請求項のいずれかに記載の方法。
- 液体の前記所定量が、50ml〜350ml、好ましくは、60ml〜300ml、例えば、200mlである、先行する請求項のいずれかに記載の方法。
- 前記加熱手段から過剰な圧力を抜く工程をさらに含む、先行する請求項のいずれかに記載の方法。
- 前記第1および第2の量の液体を吐出させるために前記ポンプを動作させる前記第1および第2の期間を算出することを含む、先行する請求項のいずれかに記載の方法。
- 商用電源電圧を測定する工程と、前記商用電源電圧を考慮するために前記加熱手段および/または前記ポンプの動作を調節する工程とをさらに含む、先行する請求項のいずれかに記載の方法。
- 前記加熱手段の通電に必要な前記「オン」期間を算出するときに、前記測定された商用電源電圧を考慮することを含む、請求項29に記載の方法。
- 所定量の温かい液体を吐出させるための装置であって、加熱手段と、ポンプと、前記加熱手段の上流で前記液体の温度を感知する温度センサと、制御手段とを含み、該制御手段は、
前記温度センサから上流温度データを受信し、
前記加熱手段が所定量の前記液体を前記上流温度から所望の最終温度まで加熱するのに必要なエネルギー量を算出し、
前記算出されたエネルギー量を供給するために前記加熱手段の通電に必要な「オン」期間を算出し、
前記算出された「オン」期間にわたって前記加熱手段に通電し、
所定の初期温度以上の第1の量の加熱された液体を前記装置の吐出口から吐出させるために、前記算出された「オン」期間と少なくとも部分的に同時である第1の期間において前記ポンプを動作させ、
前記加熱手段の通電を遮断し、
前記第1の量と合わさって前記所定量になる第2の量の前記液体を前記装置の前記吐出口から吐出させ、それによって前記加熱手段から残留熱を除去するために、前記第1の期間の次の第2の期間にわたって前記ポンプを動作させる、ように構成され、
前記第1および第2の量の液体の平均温度が、前記所定量の吐出後に前記所望の最終温度となる、装置。 - 前記加熱手段が、加熱中に液体が前記加熱手段に対して流入および流出することを許されるフローヒータを含む、請求項31に記載の装置。
- 前記フローヒータが、互いに隣接して設けられた、液体流通管と、被覆加熱素子を収容した管とを含む、請求項32に記載の装置。
- 前記加熱手段に液体を供給するための貯槽を含む、請求項31、32、または33に記載の装置。
- 前記貯槽と前記ポンプとの間の中間保持室と、前記保持室を前記貯槽から所定のレベルまで充填するための手段とを含む、請求項34に記載の装置。
- 前記温度センサが、前記貯槽内または前記中間保持室内に位置する、請求項34または35に記載の装置。
- 前記ポンプおよび/または加熱手段の上流に配置された液体処理手段を含む、請求項31から36のいずれかに記載の装置。
- 前記加熱手段の温度または前記加熱手段の下流の温度を感知するさらなる温度センサを含み、前記制御手段が、前記さらなる温度センサによって測定された温度を用いて、前記加熱手段が所定量の前記液体を前記上流温度から所望の最終温度まで加熱するのに必要なエネルギーを算出するように構成された、請求項31から37のいずれかに記載の装置。
- 一定の流量の前記液体を前記加熱手段を通して送るための手段を含む、請求項31から38のいずれかに記載の装置。
- 前記一定の流量を送るための手段が、前記ポンプの下流かつ前記加熱手段の上流に位置する、請求項39に記載の装置。
- 前記一定の流量を送るための手段が、容積式ポンプを含む、請求項39に記載の方法。
- 前記一定の流量が、100ml/分〜300ml/分、例えば、150ml/分〜250ml/分、好ましくは、約170ml/分である、請求項39、40、または41に記載の装置。
- 前記所定の初期温度が、60℃よりも高く、例えば、65℃よりも高く、さらに好ましくは、70℃よりも高い、請求項31から42のいずれかに記載の装置。
- 前記所定の初期温度が、周囲温度よりも高く、例えば、25℃、30℃、40℃、または50℃よりも高い、請求項31から42のいずれかに記載の装置。
- 所定量の温かい液体を吐出させるための装置であって、加熱手段と、液体を吐出させるための手段と、前記加熱手段の上流で前記液体の温度を感知する温度センサと、制御手段とを含み、該制御手段は、
前記温度センサから上流温度データを受信し、
前記加熱手段が所定量の前記液体を前記上流温度から所望の最終温度まで加熱するのに必要なエネルギー量を算出し、
前記算出されたエネルギー量を供給するために前記加熱手段の通電に必要な「オン」期間を算出し、
前記算出された「オン」期間にわたって前記加熱手段に通電し、
第1の量の直接加熱された液体を前記装置の吐出口から吐出させるために、前記算出された「オン」期間と少なくとも部分的に同時である第1の期間を算出し、
前記加熱手段の通電を遮断し、
前記加熱手段から残留熱を除去することによって間接加熱された、前記第1の量と合わさって前記所定量になる第2の量の前記液体を前記装置の前記吐出口から吐出させるために、前記第1の期間の次の第2の期間を算出する、ように構成され、
前記第1および第2の量の液体の平均温度が、前記所定量が吐出された後に前記所望の最終温度となる、装置。 - 前記所望の最終温度が、27℃〜47℃、好ましくは、32℃〜42℃、さらに好ましくは、37℃前後である、請求項31から45のいずれかに記載の装置。
- 前記算出された「オン」期間の開始が、前記第1の期間の開始より前である、請求項31から46のいずれかに記載の装置。
- 前記制御手段が、前記ポンプを動作させる前の予熱期間にわたって、所定の予熱温度に達するまで前記加熱手段に通電するように構成された、請求項31から47のいずれかに記載の装置。
- 前記加熱素子の前記所定の予熱温度が、200℃より高く、例えば、210℃である、請求項48に記載の装置。
- 前記第1の期間を開始するために前記ポンプを動作させるのと実質的に同時に、前記算出された「オン」期間を開始するために前記加熱手段に通電する、請求項31から46のいずれかに記載の装置。
- 前記制御手段が、前記第1の期間において前記ポンプを周期的に動作させるように構成された、請求項31から50のいずれかに記載の装置。
- 前記第1の期間の終了は、前記算出された「オン」期間の終了の後である、請求項31から51のいずれかに記載の装置。
- 前記制御手段が、前記第1の期間と前記第2の期間との間で前記ポンプを停止させるように構成された、請求項31から52のいずれかに記載の装置。
- 前記加熱手段の通電を遮断することによって前記第1の期間が終了し、前記第2の期間をすぐに開始するために前記ポンプを連続して動作させる、請求項31から50のいずれかに記載の装置。
- 前記第2の期間が前記第1の期間よりも長い、請求項31から54のいずれかに記載の装置。
- 液体の前記第2の量が液体の前記第1の量よりも多い、請求項31から55のいずれかに記載の装置。
- 液体の前記第1の量が、20ml〜100ml、好ましくは、20ml〜60mlである、請求項31から56のいずれかに記載の装置。
- 液体の前記所定量をユーザに選択させるために入力手段を含む、請求項31から57のいずれかに記載の装置。
- 液体の前記所定量が、50ml〜350ml、好ましくは、60ml〜300ml、例えば、200mlである、請求項31から58のいずれかに記載の装置。
- 前記加熱手段から過剰な圧力を抜くように構成された圧力逃し弁を含む、請求項31から59のいずれかに記載の装置。
- 前記制御手段が、前記第1および第2の量の液体を吐出させるために前記ポンプを動作させるための前記第1および第2の期間を算出するように構成された、請求項31から60のいずれかに記載の装置。
- 前記制御手段が、商用電源電圧を測定し、前記商用電源電圧を考慮するために前記加熱手段および/または前記ポンプの動作を調節するように構成された、請求項31から61のいずれかに記載の装置。
- 前記装置の商用電源に接続された電圧測定回路を含む、請求項62に記載の装置。
- 前記制御手段が、前記加熱手段の通電に必要な前記「オン」期間を算出するときに、前記測定された商用電源電圧を考慮するように構成された、請求項62または63に記載の装置。
- 所定量の温かい液体を吐出させるために加熱手段とポンプとを含む装置を動作させる方法であって、
前記加熱手段に提供された商用電源電圧を測定する工程と、
前記加熱手段の上流で前記液体の温度を測定する工程と、
前記加熱手段が所定量の前記液体を前記上流温度から所望の最終温度まで加熱するのに必要なエネルギー量を算出する工程と、
前記算出されたエネルギー量を供給するために前記加熱手段の通電に必要な期間を、前記測定された商用電源電圧を考慮して算出する工程と、
前記算出された「オン」期間にわたって前記加熱手段に通電する工程と、
前記所定量の液体を吐出させるために前記ポンプを動作させる工程と、を含む方法。 - 第1の量の前記液体を吐出させるために、前記算出された「オン」期間と少なくとも部分的に同時である第1の期間において前記ポンプを動作させる工程と、
前記加熱手段の通電を遮断する工程と、
次に、第2の量の前記液体を吐出させるために第2の期間にわたって前記ポンプを動作させる工程と、を含み、
前記第1および第2の量が合わさって液体の前記所定量になる、請求項65に記載の方法。 - 前記所定量の液体の吐出後に、前記第1および第2の量の平均温度が前記所望の最終温度となる、請求項66に記載の方法。
- 前記加熱手段の通電を遮断する工程の後に、前記ポンプを連続して動作させるかまたは休止の間前記ポンプを停止させることを含む、請求項66または67に記載の方法。
- 所定量の温かい液体を吐出させるための装置であって、加熱手段と、ポンプと、前記加熱手段の上流で液体の温度を感知する温度センサと、制御手段とを含み、該制御手段は、
前記加熱手段に提供された商用電源電圧を測定し、
前記温度センサから上流温度データを受信し、
前記加熱手段が所定量の液体を前記上流温度から所望の最終温度まで加熱するのに必要なエネルギー量を算出し、
前記算出されたエネルギー量を供給するために前記加熱手段の通電に必要な期間を、前記測定された商用電源電圧を考慮して算出し、
前記算出された「オン」期間にわたって前記加熱手段に通電し、
前記所定量の液体を吐出させるために前記ポンプを動作させる、ように構成された、装置。 - 前記制御手段が、
第1の量の前記液体を吐出させるために、前記算出された「オン」期間と少なくとも部分的に同時である第1の期間において前記ポンプを動作させ、
加熱手段の通電を遮断し、
次に、第2の量の前記液体を吐出させるために、第2の期間にわたって前記ポンプを動作させる、ように構成され、
前記第1および第2の量が合わさって液体の前記所定量になる、請求項69に記載の装置。 - 前記所定量の液体の吐出後に、前記第1および第2の量の平均温度が前記所望の最終温度となる、請求項70に記載の装置。
- 前記加熱手段の通電を遮断後に、前記ポンプを連続して動作させるかまたは休止の間停止させる、請求項70または71に記載の装置。
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