JP2975243B2 - 湯沸器、及び湯沸器用の温度監視装置、並びに湯沸器を制御するための動作パラメータ値を決定する方法 - Google Patents

湯沸器、及び湯沸器用の温度監視装置、並びに湯沸器を制御するための動作パラメータ値を決定する方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、概略的には湯沸器等、
液体を加熱するための装置の制御に関するものである。
より詳しくいうと、湯沸器内の流体量に関する各動作値
を検出及び測定するための装置及びその方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】湯沸器等の安全動作のためには、湯沸器
の過熱状態を防ぐ必要がある。電気的な素子によりエネ
ルギーが供給される湯沸器において、その容器内の水位
レベルが上記素子の高さ以下になることがあり得る。こ
のように電気的素子が液体の「ヒートシンク」内に浸っ
ていない場合、この素子は僅かな時間に、例えば約１０
００°Ｆまで過熱されるかもしれない。その結果、この
素子が溶融して容器の底に崩落し、タンク面のコーティ
ングやタンク自身を損傷させてしまうかもしれない。も
し、容器の壁が非金属製の材料で形成されている場合に
は、このように過熱した素子によって発生した熱が容器
の壁を永久的に破損させてしまうかもしれない。したが
って必要なことは、例えば上記素子への電力供給を直ち
に遮断することにより、この素子又は容器の破損を防止
することであろう。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来の技術において
は、サーモスタットにて測定される水温に基いて加熱用
素子が制御されている。上記のような「空焚状態 (dry
fire) 」の場合、サーモスタットで検出される水温は、
電気的素子の破損が起きる前の時点では、正常な加熱状
態の下で見られるパラメータ以上に上昇しないかも知れ
ない。したがって、通常のサーモスタットによる制御に
基づいて「空焚状態」を検出して対処するような形態で
は必ずしも信頼性が置けないという問題がある。
【０００４】また、電気的素子の一部に温度ヒューズを
用いる形態では、過熱状態が起きる毎に新しいヒューズ
を交換する必要がある。また、これ以上に重要なこと
は、時に、ヒューズの過負荷温度に達する前に当該素子
の温度がその臨界値に達し得ることであり、言い換える
と、ヒューズではこのような素子又は湯沸器の容器の破
損を防止すべき適当な時間に応答できないことにある。
【０００５】更に、ガス燃焼式の湯沸器においては他の
問題が存在する。非金属製の容器を用いた最近の湯沸器
では、水が容器から外部の加熱用循環路を通して汲み上
げられる。この加熱用循環路には、代表的にはコイル状
の熱交換器が設けられており、火炎及び燃焼ガスから循
環水に熱が伝導されるように構成されている。通常、こ
のような加熱用循環路内には水温を検出して燃焼時間を
制御するための温度センサが設けられている。
【０００６】もし、この容器内の水位レベルが、上記外
部の加熱用循環路に至る流入パイプの高さ以下に低下し
た場合には、上記コイルが水に浸っていない状態とな
り、火炎及び高温の燃焼ガスがコイルを過熱させてしま
うであろう。つまり熱交換器内のコイルを破損させてし
まう危険がある。
【０００７】また、本来の機能ではない異常な動作が起
きるかもしれない。例えば、温度センサが、偶発的に容
器又は制御器から脱落した状態のままになってしまうか
もしれない。このような場合、上記湯沸器の制御器は、
水が加熱されているときに水の温度変化を検出できない
であろう。したがって、湯沸器のバーナー又は電気的素
子は、設定された最大温度を越えるときでも、熱エネル
ギーを供給し続けることになるであろう。その結果、危
険な過熱状態になり、ヒーターの各構成部材を破壊して
しまうかもしれない。
【０００８】更に、全ての湯沸器には、過度の圧力又は
温度になったときに駆動される安全弁が設けられている
が、この弁は、水が無くなることにより容器が膨張して
過剰圧力になったり、存在している幾らかの水が通常と
は異なる速度で加熱されつつある「空焚状態」に対して
は応答しないであろう。
【０００９】このように、従来の湯沸器は、電力又は燃
料の消費をできる限り少なくすると同時に、希望温度で
の適当な給湯を保証し、更に安全な動作をも保証するよ
うな満足したシステムではなかった。
【００１０】そこで当該産業分野では、実際の作動状態
を検出及び計算し、且つ低い水位レベル又は脱落したセ
ンサーにより引き起こされる危険な状態を検知すると同
時に、危険な作動状態を低減するための動作を実行し、
更にエネルギー消費及び所定の加熱時間を計測すること
ができるような装置及び方法が望まれている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、例えば家庭用
湯沸器又は業務用湯沸器等、液体を加熱するための装置
の温度制御装置及びその方法にあって、その熱が電気的
な素子又は、燃料ガスや油等の燃料燃焼によって供給さ
れるものに関する。そして、本湯沸器の特定な動作は、
測定される温度変化のレートが予め設定された設定値に
達するときに開始されるものである。
【００１２】従来の湯沸器等は、異常状態のときに熱エ
ネルギー源を遮断するために、１つの上限温度制御弁を
用いるものである。しかし本発明に係る湯沸器は、温度
測定に関して種々の関数を用いるものである。測定され
る温度の変化に対する時間的レートが、制御装置内で連
続的又は断続的、あるいは逐次的に計算され、例えば１
分あたりの温度等のレートが正常な作動限界範囲から外
れるときに適当な補償動作が開始されるものである。そ
して、実行される特定な動作は、測定されたレート値に
依存する。湯沸器運転時の特定な異常状態は、各異常に
対して固有な個々に識別可能なレートとして見いだされ
る。
【００１３】これにより、予め設定した所望値付近に温
度制御限界値を用いた通常の温度制御機構に本発明の安
全システムが組み合わされることにより、異常状態を検
出した後に電力又は燃料のいずれかの供給エネルギーを
遮断することが可能とされる。勿論、工業規格に適合す
るようにバックアップ用の安全手段として耐圧力／温度
対応の安全弁も更に用いられ得る。
【００１４】本装置及び方法の発明において、正方向又
は負方向の温度変化レートは、僅かな時間的増分操作に
よって電気的に計測及び計算される。温度変化の「正常
レート」の範囲は、既知の湯沸器構成を基に計算されて
もよいし、あるいは実際の使用に基づいて決定されても
よい。上記熱源が満水の容器内にて最大出力で作動する
とき、この温度増加に対する時間的レートが、正常な作
動状態の下で想定される最大値となる。また、「空焚状
態」である過酷な低水位状態から検出される温度上昇レ
ートは、代表的に、例えば正常な最大レートの５乃至２
５倍の大きさとなる。
【００１５】同様に、バーナー又は加熱用素子の不調，
温度センサの脱落、あるいは導管に付随する諸問題は、
正常な温度レートよりも十分低い温度変化レートとして
引き起こされ得る。上記正常なレートを越える場合、又
は正常なレートを下回る場合のいずれかにおいて、制御
器は上記計算されるレートを用いて異常を検出及び決定
し、その後、プログラムされた操作を適用して危険な動
作及びエネルギー損失を防止する。また、制御器は、電
気式湯沸器内の電気的な素子が断線した場合、補修作業
が施されるまで他の素子に切り換えるようにプログラム
され得る。更に、制御器は、異常状態を復旧するべく警
報及び指示を与えるようされ得る。
【００１６】本発明に係る他の特徴及び利点は、添付図
面に関連付けられた以下の説明を参照することにより容
易に理解されるであろう。尚、各図面にわたり同様な構
成要素に対しては同じ参照番号が付与されて示されてい
る。
【００１７】
【実施例】添付図面において、特に図１には、本発明に
係る代表的な各制御要素を有する湯沸器１０が示されて
いる。湯沸器１０は、水１４を貯えながら加熱する容器
１２を備えている。この水１４は、適宜変更可能な水位
上限レベル１５が設定されるように示されている。湯沸
器１０は、容器１２の大部分を覆う断熱体１６と、外部
シェル又は外部ジャケット１８とを備えるように示され
ている。また、湯沸器１０には加熱のための手段が設け
られており、容器の壁２８を貫通するポート２４，２６
に上部及び下部の電気的な加熱素子２０，２２が備えら
れている。制御器３０は、温度センサ３２，３４から信
号線３６，３８を通してそれぞれ検出信号を入力し、電
源線５４から導線４０，４２を通して加熱素子２０，２
２に供給する電力量を制御する。更に、湯沸器１０は、
流入用パイプ４４，流出用パイプ４６，及び圧力／温度
対応の安全弁４７を備えている。
【００１８】本発明は、金属製または非金属製の容器を
用いても有効であり、特に有益な適用例として非金属製
の容器１２を用いたものが示されている。容器壁２８
は、内側の層つまりライナー４８と外側層５０とがラミ
ネート状に形成されるように示されている。代表的に
は、外側層５０の円筒部５２が縦方向に向けられてお
り、熱硬化性の樹脂材料内にファイバー又は他の材料が
形成されて、温度上昇した作動状態で必要強度及び剛
性，並びに構造的安定性を備えるように構成され得る。
内側層４８は、容器１２内の作動環境において、品質性
能及び漏れに対して耐久性のある材料から作られる。し
かしながら、このような材料は、代表的に鉄、又はガラ
ス・ライニングされた鉄よりも低い温度で変形又は溶融
するので、電気的な加熱素子が水に浸されずに作動する
「空焚状態」での過度の温度に対して保護される必要が
ある。
【００１９】上記素子２０，２２は、継続的に個々に制
御されるものであり、エネルギーの保存を強化しながら
所望の給湯を実現することができる。必要とされる給湯
が比較的少ない場合、湯沸器１０は、その大きさが小型
化され、且つ１つの加熱素子のみが用いられるようにさ
れてもよい。もし必要であれば、２つ以上の加熱素子が
逐次制御されるように構成されてもよい。
【００２０】１つの加熱素子による小型の湯沸器には、
そのタンク内の低い位置に加熱素子が設けられており、
比較的短い時間で容器全体の水を加熱する。「長さ／直
径」の比が比較的大きい大型の容器を用いた場合には、
２つ又はこれ以上の加熱素子を設ける必要がある。これ
により、容器内の全ての水が希望の温度になるまで待つ
ことなく適度な時間で湯沸器を利用することができる。
また、複数の加熱素子による湯沸器は、各加熱素子が逐
次的に駆動されることにより、最大のエネルギーの生成
を抑制して電力消費をできる限り少なくするように制御
され得る。
【００２１】制御器３０は、制御値の設定及び変更，制
御用メモリのアクセス等に用いる制御パネル５６を備え
るように示されている。そして、計測及び計算された制
御要素値，状態情報，制御命令，及び各種警報は、容易
な操作を実現可能とするためにディスプレイ５８上にア
クセス又は表示される。
【００２２】本発明において、制御器はマイクロコンピ
ュータを備えている。制御プログラムは、各設定値を含
めてＲＯＭ（読取り専用メモリ）又はＥＰＲＯＭ（電気
的プログラマブル読取り専用メモリ）内に書き込まれて
おり、また、上記加熱素子から検出される１か所又はこ
れ以上の位置での水温及び、加熱素子の状態等の変数デ
ータは、ＲＡＭ（ランダムアクセス・メモリ）内に格納
されてもよい。制御器の動作及び設定値は、湯沸器１０
内の制御ユニット又は制御パネル３０で操作され得る。
もし必要であれば、図１に示されていないが、集められ
た各データと、このデータから演算された機能とがリモ
ートケーブル６１を通して電気的に伝送されるように制
御ユニットが構成され、離れた場所でアクセスや監視操
作、並びに制御を実行できるようにしてもよい。これに
より、例えば、遠隔操作器から設定値を設定したり、他
の各特定操作を制御したりすることができる。
【００２３】上記制御器は、較正操作等の各種操作モー
ドを含めてプログラムされ得るものである。これにより
「較正モード」において制御器は、当該装置内の何らか
の変化に対処するように湯沸器機能の正規化、つまり較
正手段として動作する。例えば、センサでの測定値の僅
かな差異がコンピュータのプログラムにより捕捉される
ことにより、均一且つ正確な湯沸器の加熱動作が実現さ
れる。
【００２４】本発明に有効な温度センサとして、電子的
又は電気的な出力信号を有する高速動作型のセンサが用
いられてもよい。代表的には、取扱上の容易性，信頼性
及びコスト的な面からサーミスタ，抵抗温度検知器（Ｒ
ＴＤ），又は他の抵抗出力型のセンサ等が用いられる。
【００２５】センサ３２，３４は、典型的には容器１２
内の臨界水位レベル又はこのレベルより上方の熱伝導部
２４，２６に実装される。上記臨界レベルは、電気式湯
沸器内の加熱素子の取付レベルとしてもよい。上記臨界
レベルよりも水位が低いときに加熱素子を駆動すること
により「空焚状態」が引き起こされる。
【００２６】容器の外部に独立した加熱用循環路を有す
る燃料燃焼式の湯沸器においては、その臨界水位レベル
が、容器内における上記加熱用循環路への出入口の高さ
にあってもよい。水位レベルが上記位置以下になると再
循環パイプが空の状態になり、同じく「空焚状態」とし
て表される。
【００２７】正常な加熱作動中、上記ポートは水１４に
浸されており、その熱をセンサに向けて素早く伝達す
る。そして、センサの出力が水温として反映される。
【００２８】電気式湯沸器において、加熱素子が水に浸
されていないときに加熱素子が駆動されると「空焚状
態」が引き起こされる。この状態のとき、センサー・ポ
ートが上記のような水位レベルにあると、センサは、実
質的又は完全に水中に浸っていない状態にあるので、高
温となった加熱素子からの直接的な伝導又は放射による
熱を受ける。このような熱エネルギーを吸収する液体ヒ
ートシンクがないと、加熱された熱が上記ポートに伝導
することとなり、センサにて検出されるポートの温度が
直ちに上昇することになる。この温度上昇レートは、実
際上、正常な作動のときよりも大きく、その温度上昇レ
ートから「空焚状態」が検出される。
【００２９】独立した加熱用循環路を有する燃料燃焼型
湯沸器の場合、センサは、加熱される水が容器内に入る
ポート、又は容器自身のポートに設けられてもよい。こ
のような湯沸器は、常に十分な水量で満たされ、その水
が貯蔵機構の圧力に加圧される必要がある。正常な加熱
動作中、センサーは、バーナーからの熱を吸収した水の
正常な温度上昇レートを検出する。もし、水位レベルが
異常に低下して「空焚状態」を起こすような場合、検出
される温度は正常範囲のレートで上昇せず、たとえ上昇
したとしても、比較的緩慢に上昇するであろう。そし
て、この低い温度上昇レートが制御器によって検出され
る。
【００３０】制御器は、「空焚状態」を示す設定値に相
当する温度変化レートを算出したとき、湯沸器内部の損
傷防止のために、加熱動作実行中のエネルギーを遮断す
る。電気式湯沸器での「空焚状態」は、温度変化レート
が設定値になるか、設定値を越えた場合に検出される
が、燃料燃焼型湯沸器での「空焚状態」は、温度変化レ
ートが「空焚状態」を示す設定値になるか、この設定値
よりも小さい値になった場合に検出される。
【００３１】本発明に係る有効なポートの各構成は、以
下、図６及び図７とともに説明される。
【００３２】図２は、本発明に係る例示的な２つの加熱
素子を用いた電気式湯沸器の簡略化した電気回路図を示
している。この制御ユニットは、電源基板８６と、ディ
スプレイ基板８８とを含めて示されている。図内上の加
熱素子２０は上部のポート２４に配置されるものであ
り、図内下の加熱素子２２は、下部のポート２６に配置
されるものである。加熱素子２０は、電線７０，７２に
よりスイッチ７４を介して２４０ボルト電源６８と接続
されるように示された端子６４，６６を備えている。同
様に、加熱素子２２は、電線８０，８２によりスイッチ
８４を介して電源６８と接続される端子７６，７８を備
えている。電源６８は、サーキットブレーカー９０を介
して構成されている。上記２つのポートは、接地用電線
６０，６２によりアースされている。
【００３３】上部ポート２４及び下部ポート２６に装着
されているのが温度センサ９２，９４であり、これらの
センサは各位置で水温を検出し、加熱素子２０，２２が
設定温度を維持するように活性化又は非活性化するため
に用いられる。また、これらのセンサは、温度変化の時
間的レートを計算するための温度信号を出力するもので
あるが、必要であれば他の動作パラメータ値を計算する
ための信号を出力することも可能である。各センサは、
２本の電線リード９６，９８によって上記制御ユニット
とそれぞれ接続される。安全用のセンサ１００が上部ポ
ート２４に装着されており、２本の電線リード１０２を
介して上記制御ユニットに接続されている。このセンサ
１００は、高温を検出したときにヒーターの動作を遮断
するバックアップ用の上限温度センサである。
【００３４】上記ディスプレイ基板は、制御値及び操作
機能を監視するためのディスプレイ５８とともに示され
ている。もし必要であれば、プログラムされた制御器に
従ってディスプレイ上に警報や命令，及び他の情報が表
示されるように構成されてもよい。パネル１０４は、制
御器のメモリにアクセスしたり、制御値を設定及び監視
するためのキーとともに示されている。上記ディスプレ
イ基板８８及び電源基板８６とを接続するための各種電
線は、参照番号１０６で示されている。
【００３５】もし必要であれば、ディスプレイ及び制御
機能がリモートケーブルを介して離れた監視／制御器に
備えられてもよい。
【００３６】図３は、電気式の加熱素子を用いた湯沸器
に適用される制御過程の原理を説明したものである。こ
の図は、加熱素子の実際の温度ＴR と、検出された水温
ＴMと、検出された温度におけるその変化レートＲと
が、それぞれ時間の関数としてプロットされたものであ
る。図は、容器内に水を満たすことなく加熱操作が開始
されたとき、上記各値がどのようになるかを示したもの
である。例えば、図のように初期の立ち上がりが起きた
後に一定の状態が続くであろう。「空焚状態」は、短時
間に検出されなければヒーターに悪影響を及ぼしてしま
うであろう。
【００３７】図３において、「ｔA 」は、水を加熱する
ために加熱素子が電気的に駆動された時間を表してい
る。
【００３８】図３から分かるように、時刻ｔD の時点で
加熱素子の温度が約１０００°Ｆ付近まで急激に達して
おり、典型的にはその時間は１分以下である。また、測
定された「水温ＴM 」は非常にゆっくりと上昇するよう
に示されており、その変化レートはＲB で示されてい
る。しかしながらこの変化レートＲB は、容器内に水が
満たされた正常動作時での温度変化レートＲと比べると
かなり大きい値である。
【００３９】本発明において制御器は、温度変化レート
が最大温度変化レート「ＲB 」よりも小さい「ＲC 」に
達したときに加熱素子への電力供給を停止するように予
め設定されてもよい。このような状態となる時間は極め
て短く、図では「ｔC −ｔA」間で表される。したがっ
て、加熱素子は、当該加熱素子が危険な温度に達するか
なり前から非活性化される。これにより加熱用素子及び
容器に対する危険の可能性が回避される。
【００４０】ここで重要なことは、本方法では、検出さ
れる水温が例えば１８０°Ｆのカットオフ温度になる前
に非活性化動作が行われることである。この温度に基づ
いたカットオフの適用は、温度変化レートに基づいたカ
ットオフの適用と比較すると、加熱素子，容器，又は他
のヒーター構成部材の損傷を防止する際に必ずしも効率
的であるわけではない。
【００４１】図４は、湯沸器の操作を構成及び制御する
のに有効な各種制御パラメータの値を導く例示的な算術
的過程を示したものである。これらの過程は、電気式湯
沸器に関して示されたものであり、燃料燃焼式の湯沸器
に適用する場合には若干の変更が必要である。
【００４２】まず、検出された温度Ｔは、時刻ｔn に読
込まれ、そのときの温度値Ｔn が与えられる。この温度
値はメモリーに格納される。時刻ｔn-x に検出された以
前の温度Ｔn-y がＴn から減算され、経過時間ｄｔにお
ける温度変化値ｄＴが生成される。これらの値は、将来
の基準値としてメモリに格納されてもよい。
【００４３】ｄｔに対するｄＴの割合が計算されること
により、加熱素子が活性化されたときの温度変化レート
Ｒn が生成される。例示的な電気式湯沸器において、こ
の温度変化レートＲn は、正常な加熱作動時では１分あ
たり約１乃至２°Ｆであろう。本湯沸器の各種動作パラ
メータは、Ｒn について計算される異常値から決定され
てもよい。 （ａ）水位レベルがセンサよりも上にある限り、容器内
の水の体積はＲn の逆関数として決定され得る。 （ｂ）Ｒn の値がゼロ又はゼロ近傍のときは、センサが
作動していないことを示しており、可能性としてはセン
サが旨く装着されていないか、あるいは湯沸器が通電さ
れているにも係わらず湯沸器が作動していない場合を示
している。 （ｃ）Ｒn の値が正常な作動範囲を下回るときは、高温
度の熱湯状態であるか、又は加熱素子の不調により引き
起こされるかもしれない。 （ｄ）Ｒn の値が正常な作動範囲を上回るときは、「空
焚状態」が引き起こされている水位の低い状態を示して
おり、代表的に「空焚状態」のときのＲn 値は正常作動
時のＲn 値の２倍乃至１０倍である。 （ｅ）現温度から設定作動温度まで水を加熱するのに必
要とされる時間は、温度差を温度変化レートＲn で除算
することにより計算できる。もし、この温度変化レート
Ｒn が実際の水温とともに変化するならば、所望の精度
を得るために演算プログラム内に修正要素が含められて
もよい。
【００４４】また、上記制御器内に特別な動作をプログ
ラム構成すれば、何らかの異常な動作が現れた場合に上
記加熱素子への電力供給を遮断することができる。加え
て、プログラム及び推奨する操作を示すメッセージをメ
モリ内から呼び出して、モニター上に表示するように構
成してもよい。
【００４５】尚、ここで認識すべきことは、数学的機能
として他の形式を採用しても同じ情報を提供することが
可能であることである。上記説明は、実際上、例示的な
ものであり、各演算過程を極めて簡単な形態で示したも
のである。
【００４６】図５は、本発明に係る制御方法を用いたガ
ス燃焼式湯沸器１１０の全体構成を概略的に示したもの
である。この湯沸器は、容器構造体１１２と、独立した
加熱装置１１４とが一緒に示されている。非金属製の材
料で作られた内部の容器１１６は、加熱された水１２２
を貯えており、断熱体１１８及び外覆１２０で覆われて
いる。
【００４７】水１２２は、バーナー１２６からの燃焼ガ
ス１２４によって加熱される。加熱される水１２２は、
容器１１６から容器の流出用パイプ１２８を通り、高温
の燃焼ガス流１２４に晒される熱交換コイル１３０に送
られる。加熱された水は、コイル１３０からポンプ１３
２へ流れ、このポンプにより容器の流入用パイプ１３４
を通して容器１１６内に送られる。燃料ガスは、ガス供
給ライン１３６を通してバーナー１２６に供給される
が、このときバーナーは、制御サブユニット１４０によ
り制御弁１３８と共に制御される。この燃料は、工業的
に用いられ得る適当な装置により燃焼され得る。
【００４８】加熱された水は、容器１１６から熱水路１
４２を通して汲み出される。給水は、回収された水が再
び熱交換されるように流入口１４２を通して湯沸器の容
器１１６に送られる。
【００４９】容器への流入パイプ１３４は、熱伝導ポー
ト内１４６に設けられるように示されている。温度セン
サ１４８は、上記ポート１４６の外部に設けられ、当該
ポートの内面近傍の水１２２の温度を測定する。センサ
１４８から２本の電線リードを介して制御装置１５８へ
信号が送られる。そして制御装置は、制御サブユニット
１４０を介してガス弁１３８及びバーナー１２６の動作
を制御し、水を所望の設定温度に維持する。サブユニッ
ト１４０は、当該分野で良く知られた標準的な燃焼制御
装置で構成することができる。一方、第２のセンサ１５
２は、上記ポート１４６に付随して示されている。この
センサは、温度変化の時間的レートに基づいて湯沸器の
各種関数を計算する際に用いる時間毎の温度測定のため
に用いられてもよい。センサ１５２は、温度測定値を制
御装置１５８に送る２本の電線リード１５４とともに示
されている。
【００５０】また、測定される全ての温度値が１つのセ
ンサのみから与えられたり、あるいは各関数がそれ自身
専用の温度センサによって計算されてもよい。
【００５１】電気式湯沸器の場合、温度変化に関する計
算された時間的レートに基づいて、幾つかの実行可能な
関数が制御器内で計算され得る。これらは、以下のよう
なものが含まれる。 （ａ）湯沸器内の水の体積、及び容器１１６内の水位レ
ベル１５６の内、少なくともいずれか一方、 （ｂ）容器内の水を加熱するための経過時間 （ｃ）切断したセンサ、又は動作しないセンサ （ｄ）「空焚状態」が引き起こされる低水位レベル
【００５２】電気湯沸器のこのような条件を指示する値
と比べた場合、上記湯沸器はセンサから離れているの
で、指示するレートの値はゼロ又は非常に小さい値であ
る。そして「空焚状態」では再循環水の不足により、空
気と水蒸気とからなる容器内部への熱伝導は行われな
い。
【００５３】図示した制御器は、サブユニット１４０
と、ディスプレイ１６０及び操作制御器１６２を有する
制御ユニット１５８とを備えており、この制御ユニット
１５８によりメモリ及び制御関数にアクセスできるよう
に構成されている。好ましくは、全ての計算及びデータ
処理が制御ユニット１５８内で実行され、制御ユニット
からの各信号がサブユニット１４０に送られることによ
り燃料制御弁１３８を駆動することが望ましい。これに
より、サブユニット１４０内で用いられる標準的なオフ
・ザ・シェルフ・アイテム (off-the-shelf item) を可
能にする。
【００５４】更に、種々の計算及びメモリ関数が、何ら
かの手段によりサブユニット１４０と制御ユニット１５
８間に分配され、これら２台のユニットが電線１６４で
示す電気／電気コンジットによって接続されるように構
成されてもよい。
【００５５】本発明に有効な幾つかのポート構成例は、
同一譲受人による係属中の米国特許出願第 07/958,018
号（1992年10月 7日付の出願) に述べられている。上記
出願の開示内容は参考例として本例に関連付けられる。
これらのポートは、センサへの経路に水を高い熱伝導率
で接触させるために大きい表面積を備えている。加え
て、これらは水に浸されていない加熱素子から直接的に
熱伝導を与えると共に、水に浸されていない加熱素子か
らの放射によりポートが加熱されるように形成されてい
る。
【００５６】これらポート１７０の一例が図６及び図７
に示されており、図では電気的加熱素子１７２に差し込
み部が設けられており、既に加熱素子がポート内に収ま
っている。このポートは、容器内部に向かう連続した金
属製の経路を備えた環状の外部フランジ１７４を備えて
示されている。フランジ１７４の内側部分は、平常時に
水と接触する表面１７６がある。そしてこの表面１７６
は、「空焚状態」の間、これによる放射熱と熱伝導とに
よりポート１７０に熱が伝導されるように加熱素子と隣
接されている。温度センサ１７８は、このポートの温度
を検出するためにフランジ１７４の開口部１８２に装着
される。そしてセンサ１７８は、２本の電線１８０によ
り制御ユニット（図示せず）と接続されている。
【００５７】ポート１７０内には、加熱素子構造体１８
４がＯ字型リング１８６により密閉されており、且つ、
把手１９０を備えた固定リング１８８により、その位置
に固定されている。加熱素子１７２の端子１９２は、制
御器を介して電源と接続されている。
【００５８】
【発明の効果】このようなシステムの利点として以下の
ような事が挙げられる。 １．「空焚状態」となったときに瞬時遮断が可能である ２．湯沸器の効率的動作に重要な各種パラメータが連続
的又は断続的に測定され得る ３．本システムは、電気式湯沸器及び燃料燃焼式湯沸器
のいずれに対しても僅かな構成変更により適応可能であ
る ４．本制御システムでは、ハードウエアの空間を極めて
小さくできる ５．湯沸器の状態が常に提供され、且つ、異常事態には
実行命令と共に提供される ６．本装置は製造コストが低く、且つ組立てが容易であ
る
【００５９】尚、上記水制御システムの構成，配置，及
び制御において、本明細書の特許請求の範囲に規定され
るような本発明の技術的思想及び技術的見地から逸脱す
ることなく種々の変形及び変更が可能であることは明ら
かである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る温度制御システムを有する電気式
湯沸器の実施例において、この湯沸器を部分的に切り欠
いて示した側面断面図である。
【図２】本発明に係る電気式湯沸器の制御装置の実施例
の概略的な配線図である。
【図３】本発明に係る電気式湯沸器の容器内における水
位レベルと検出温度との関係を示した図である。
【図４】図２の制御装置で実行される典型的な論理過程
を示したフローチャートである。
【図５】本発明が適用された燃料燃焼式湯沸器の実施例
において、この湯沸器を部分的に切り欠いて示した側面
断面図である。
【図６】本発明に係る典型的なポートに取付けられたセ
ンサの正面図である。
【図７】本発明に係るセンサ及びポートの実施例の側面
断面図である。
【符号の説明】
１０…湯沸器 １２…容器 １４…水 １５…水位上限レベル １６…断熱体 ２０，２２…加熱素子 ２４，２６…ポート ３０…制御器 ３２，３４…温度センサ ４４…流入用パイプ ４６…流出用パイプ ４７…安全弁 ５６…制御パネル ５８…ディスプレイ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F24H 1/18 503 F24H 1/18 301

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 加熱されている水を収容する圧力容器
    と、 熱エネルギを供給するための手段であって、該手段を活
    性化及び非活性化するための手段を備えている熱エネル
    ギ供給手段と、 前記水の温度を測定するための温度検出手段と、 前記検出手段に接続されており、前記作動中の水温を予
    め設定した上限温度値と下限温度値との範囲内に制御す
    るための第１の制御手段と、 前記検出手段に接続された第２の制御手段とを具備し、 該第２の制御手段が、 前記測定された温度を連続的な時間間隔で決定して前記
    温度変化の時間的レートを示す第１のレート値を計算す
    るタイミング手段と、 温度変化の異常な時間的レートを示す第２の値を設定す
    るための手段と、 前記計算された第１のレート値と前記設定された第２の
    値とを比較する比較手段と、 前記第１のレート値が前記設定された第２の値に達する
    ときに前記熱エネルギ供給手段を非活性化してエネルギ
    の供給を停止するためのリレー手段と、 該熱エネルギ供給手段の非活性化のリセット手段とを備
    えており、 前記設定された第２の値が温度変化の正常な時間的レー
    トよりも大きいレートを有し、かつ前記容器内での低下
    した水位レベルを示すレートである湯沸器。
  2. 【請求項２】 前記熱エネルギ供給手段が、活性化／非
    活性化手段をもつ電気的な加熱素子を備えている、請求
    項１に記載の湯沸器。
  3. 【請求項３】 外側に前記センサが装着される差込式の
    加熱素子ポートを更に具備し、該加熱素子ポートが前記
    水とセンサとの間に熱伝導性の金属で作られた連続した
    経路を備えており、該ポートが水に浸っているときに該
    水の温度を測定し、該水の水位が減少して前記加熱素子
    が露出したときに前記加熱素子の加熱部からの放射エネ
    ルギと、該加熱素子の土台からの伝導エネルギとを受け
    とり、該放射エネルギ及び伝導エネルギが前記センサか
    らの温度信号値を増加させて時間的変化レートの上昇を
    もたらす、請求項２に記載の湯沸器。
  4. 【請求項４】 前記熱エネルギ供給手段が、燃料ガス式
    のバーナーと、該燃料ガス流をバーナーに向けて活性化
    又は非活性化するための弁手段とを備えており、 前記湯沸器が、更に、前記水と前記検出手段との間に熱
    伝導性の金属で作られた経路を有するセンサーマウント
    を備え、前記センサ手段が水に浸っているときには該水
    の温度変化を検出するとともに、前記容器の水位が該セ
    ンサーマウントよりも低いか否かを検出するために配置
    されており、該水位がセンサーマウントよりも下がるこ
    とにより、前記検出される温度に対して計算される時間
    的レートが平常の加熱動作を示す値よりも低い前記設定
    された第２の値に到達せしめられる、請求項１に記載の
    湯沸器。
  5. 【請求項５】 前記検出された温度から計算される時間
    レートの関数として前記容器内の水の体積を決定する演
    算手段を更に具備する、請求項１に記載の湯沸器。
  6. 【請求項６】 前記検出された温度から前記予め設定さ
    れた動作温度まで前記水を加熱するのに必要とする予想
    加熱時間を該検出された温度から計算される時間レート
    を基に計算する演算手段を更に具備する、請求項１に記
    載の湯沸器。
  7. 【請求項７】 前記検出された温度から計算される時間
    的レートを基に前記活性状態の加熱手段の停止を決定す
    る演算手段を更に具備する、請求項１に記載の湯沸器。
  8. 【請求項８】 予め設定される制御可能な温度まで水を
    加熱するための加熱手段と、臨界水位レベル又は該臨界
    水位レベルより上方に設けた温度感応の水位レベルセン
    サとを有する湯沸器を制御するための動作パラメータ値
    を決定する方法にあって、温度センサによって検出された温度を測定するステップ
    と、 検出した温度を時間の関数として決定するステップと、 該検出した温度の時間的変化レートを計算するステップ
    と、 該計算された時間的変化レートを該湯沸器の動作条件を
    決定する動作パラメータに関して予め設定された時間的
    特性変化レートと比較するステップと、 前記湯沸器の動作の変更を前記動作パラメータについて
    予め設定した時間的な特性変化レートに達することを以
    て開始するステップと、 前記検出した温度を前記設定された温度と比較して、前
    記予め設定された時間的変化レートと該検出された温度
    との組み合わせを前記動作状態を決定する更なる動作パ
    ラメータとするステップと、 以下に示す各要素、 前記検出した温度、 前記温度変化から計算される時間的レート、 前記容器内の水位レベル、 前記予め設定された温度制御設定値、 前記温度制御設定値と前記検出した温度との差、 前記湯沸器のＯＮ／ＯＦＦ状態、 前記センサの接続／非接続状態、 前記温度制御設定値に対して計算される水の加熱時間、 加熱用エネルギー消費レート、 から選択される動作パラメータ又は動作状態を表示する
    ステップと、 を具備する、湯沸器を制御するための動作パラメータ値
    を決定する方法。
  9. 【請求項９】 前記加熱手段は電気的な素子を備えてお
    り、前記温度変化について予め設定された時間的レート
    が温度変化の正常な時間的レートよりも大きいときに遮
    断されるものであり、該正常な時間的レートは「空焚状
    態」を引き起こす水位レベル特性値、又は該水位レベル
    の手前の予備特性値を示すものである、請求項８に記載
    の方法。
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