JP5516585B2 - 液体の急速加熱装置および方法 - Google Patents

Description

（関連文献と優先権）
本出願は２００８年８月１３日に提出された米国仮出願第６１／０８８，７２０号「オーム液体加熱（Ｏｈｍｉｃ Ｌｉｑｕｉｄ Ｈｅａｔｉｎｇ）」を参照し組み込み、その恩恵を主張する。また本出願は２００９年５月１６日に提出された米国仮出願第６１／１７８，９７０号「連続的なオーム給湯機能を備えた食品スチーマー容器（Ｆｏｏｄ Ｓｔｅａｍｅｒ Ｃｏｎｔａｉｎｅｒｓ ｗｉｔｈ Ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ Ｏｈｍｉｃ Ｗａｔｅｒ Ｈｅａｔｉｎｇ）」を参照し組み込み、その恩恵を主張する。本出願は、２００９年８月１３日に提出された米国出願第＿＿号、代理人整理番号２２１−００３号「連続的なオーム給湯機能を備えた食品スチーマー容器（Ｆｏｏｄ Ｓｔｅａｍｅｒ Ｃｏｎｔａｉｎｅｒｓ ｗｉｔｈ Ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ Ｏｈｍｉｃ Ｗａｔｅｒ Ｈｅａｔｉｎｇ）」（「２２１−００３号出願」）と関連し、参照し組み込む。

本発明は液体の加熱に関し、具体的には、液体に電流を流して液体を加熱するシステムに関する。

標準電気抵抗を利用して液体を加熱する場合、抵抗要素に電流が流れ、電気エネルギーが熱に変わる。熱い電気抵抗要素から液体に熱が伝達されて液体が加熱される。この方式は、家庭用−商業用温水装置（例；食器洗い機）は勿論、工業用処理過程にも広く適用される。水を加熱する時には、電気抵抗要素の表面温度が加熱される液体より遥かに高いために問題が生じる。このように表面温度が高いほど、液体内の化学物質と不純物が反応をして、沈殿し、熱い電気抵抗要素の表面に付着され、石灰層を形成する。時間が経つほど、この石灰層が厚くなって断熱層として作用する。このように断熱された電気抵抗要素は益々熱くなってエネルギーを浪費するようになる。表面温度がさらに高くなれば、電気抵抗要素が燃える場合もある。また、電気抵抗要素によって液体を加熱する場合、先ず、抵抗要素で消費される電気エネルギーが電気抵抗要素を加熱した後、表面の石灰層を加熱してから液体を加熱するため、液体を加熱するのに時間がかかる。

この問題を解決するためには、電気抵抗要素の石灰層を周期的に除去すると、電気抵抗要素が燃えることを防止し、頻繁な取り替えも防止することができる。しかし、石灰層を除去するのには時間と費用が追加されることは勿論、環境に悪い有毒性化学物質も使わなければならない。

本発明は、従来のこのような問題点を解決するために導き出されたものである。

本発明に係る液体加熱装置はタンク、電極及び導電液体を含む。タンクに導電液体と電極が入っていて、電極は導電液体に電流が流れるように連結される。また、この装置は電解質を入れておく電解質供給容器を含む。電解質供給容器はタンクに電解質を供給するようにスイッチング可能に連結される。また、この装置は導電液体において消費される電気エネルギーの変数を決定するための電気変数検知スイッチおよび電気変数検知スイッチが設定値とは異なる電気変数を検知する時に導電液体に電解質を自動で添加するように連結されたコントローラを含む。
本発明は液体加熱方法も提供する。この方法は電極が入っているタンクを提供するステップ；電極の間に導電液体を流動させるステップ；導電液体の導電率を調節するシステムを提供するステップ；電極の間の導電液体に電流を流すステップ；電流を検出するステップ；および導電液体の導電率を自動で調節して所望の電流を得るステップ；を含む。
また、本発明は複数のタンク区間、入口、出口、電極および隔壁を有する液体加熱装置も提供する。液体と電極がタンク区間に入っていて、液体は電極の間で電流を通過させる導電率を有し、隔壁はタンク区間の間にある。
本発明の他の液体加熱方法は電極が入っているタンクと液体を提供するステップ；電極の間に液体を流動させるステップ；電極の間に電圧を供給し、電極の間の液体に電流を流すステップ；および電圧変化なしで電流だけを調節して設定電流を提供するステップ；を含む。

上記の説明は、明確にするため原寸大ではない添付の図面に描かれているように、以下の詳細な説明から明らかになる。
複数組の電極を有するタンク区画、電極間にある圧力のかかった導電液体、電解質供給源、および導電液体の導電性を高めるための電解質を提供するコントロールシステムを含む、本発明に係る液体加熱装置の一例の断面図である。 他の実施態様による、図１ａの液体加熱装置のタンク内の液体が大気圧状態にある時のタンクの斜視図である。 図１ａの液体加熱装置の展開図である。 図１ａの液体加熱装置の組み立て状態の斜視図である。 図１ａの液体加熱装置中の隔壁と電極と電線を示す斜視図である。 図１ａの液体加熱装置の電気回路図である。

図１ａ〜ｂに示すように、加熱流入液体（１９）を含む本発明に係る液体加熱装置（１８、１８’）のタンク（２０、２０’）の第１区間と第２区間（２０ａ、２０ｃ）に各々３相電極（２２、２３）が配置される。一例として、３相電極２２は電極板（２２ａ−２２ａ’、２２ｂ−２２ｂ’、２２ｃ−２２ｃ’）で構成され、３相電極２３は電極板（２３ａ−２３ａ’、２３ｂ−２３ｂ’、２３ｃ−２３ｃ’）で構成される（図２ａ〜ｃ参照）。タンク（２０、２０’）に入っている導電液体（２４）はタンク（２０、２０’）の外面とは電気的に絶縁される。このような液体加熱装置（１８、１８’）は、冷たい流入液体２４を加熱したり、予熱された液体の温度を高めたり、液体の温度を維持したりするのに使われる。

タンク（２０、２０’）はスチール（ｓｔｅｅｌ）のような金属で製作され、内側面はフッ素重合体、ガラス、ポーセリン（ｐｏｒｃｅｌａｉｎ）のような誘電体２５でコーティングされる。タン（２０、２０’）は、絶縁されるか、ボックスやコンテナ（図示せず）の中に包装されてもよく、或いは、絶縁されたまま、コンテナの中に包装されてもよい。タンク（２０、２０’）が低圧用である場合、プラスチックのような誘電体で作ることもできる。

一実施形態では、液体加熱装置（１８、１８’）は、タンク２０に入る水のような流入液体１９の温度を高めるのに使われる。流入液体１９は、供給源から直接供給されるか、他の液体加熱装置によって予熱されるか前処理された後に供給されることができる。例えば、温度１５０Ｆの流入液体１９が液体加熱装置（１８、１８’）によって２００Ｆに加熱されることができる。

流入液体１９としては、水ベースのものまたは多量の水を含む、例えば、海水、廃水、牛乳、血液、体液、前処理された食べ物のスラリー、有機廃処理混合液、洗浄液、ビール、ワインなどは勿論、エタノールやグリコールのようなアルコールや熱伝達液のようなパラフィン系物質を含むことができる。流入液体１９が水ベースのもの以外であれば、電解質２６はその液体に合うように導電溶質を含有する。電極（２２、２３）の間には、流入液体１９が流れるのではなく、流入液体１９に電解質２６が混合された導電液体２４が流れ、これにより、より多くの電流が流れる。電流が流れる導電液体２４はタンク（２０、２０’）内に残留する間に熱を発生させる。

流入液体１９に電解質２６を添加した導電液体２４は流入液体１９と比べ導電率が上昇する。電解質２６は固体や液体であってもよい。一例として、電解質２６そのものが電解質物質を含有した溶液、具体的には、塩化ナトリウム、塩化カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、クエン酸三ナトリウム（ｔｒｉｓｏｄｉｕｍ ｃｉｔｒａｔｅ）、水酸化ナトリウム、塩酸、硝酸アンモニウム、硝酸、酢酸のような電解質を含有した水溶液であってもよい。洗浄剤、リンス、金属保護剤またはこれらの混合物も電解質２６と共に添加されてもよい。

液体加熱装置（１８、１８’）の電解質供給容器２８は供給パイプ３０ａを介してタンク区間２０ａに連結される。電解質の供給は、ポンプによるか、重力による。引き込みパイプ３０ｂにおいて電解質２６が添加された流入液体１９はタンク区間２０ａに入る（図１ａ参照）。一方、図１ｂに示すように、流入液体１９は引き込みパイプ３０ｄを介してタンクに入り、これとは別に電解質２６は引き込みパイプ３０ｃを介してタンク区間２０ａに入ることもできる。

一方、電解質供給容器２８が液体加熱装置（１８、１８’）から離れていてもよく、例えば、電解質塩を含有した水溶液を供給する軟水器を電解質供給容器として使うこともできる。

プロトタイプにおいては、電解質２６は塩化ナトリウム濃度３０、０００ｐｐｍを含む塩化ナトリウム水溶液である。この電解質２６は水７ガロンに塩小さじ１／４を混ぜたものである。米国バーモント州のウィヌースキ（Ｗｉｎｏｏｓｋｉ）市の生活用水を用いる場合、本来の生活用水中の塩化ナトリウムの濃度は９０ｐｐｍであったが、これに電解質２６を添加して塩化ナトリウムの濃度を数百ｐｐｍにした。

液体加熱装置（１８、１８’）は、電極（２２、２３）に流れる電流を検知する電流検知スイッチ３６と、タンク区間２０ａに入る電解質２６の量を自動で調節するために電流検知スイッチ３６の情報を利用するコントローラ３８とを含むことができる。

流入液体１９が生活用水であり、電解質２６が３０、０００ｐｐｍの塩化ナトリウム水溶液である上記のプロトタイプにおいて、電流検知スイッチは電流を検知し、電解液を調節するのに使われる。本発明においては、３２アンペアの電流が流れる電極（２２、２３）の電極板対の間に２０８Ｖがかかるようにする導電率を有する生活用水を供給するのに十分な量の電解質２６を提供するために電流検知スイッチを利用した。３２アンペアは、電力供給用壁面コンセントから得ることができる最大５０アンペアの６０％より大きい値である。電流設定値を壁面コンセントの定格電流の７０％や８０％まで高めることもできる。電極（２２、２３）の電極板の間の導電液体２４に電流が流れれば、導電液体の温度がタンク（２０、２０’）入口３９の１５０Ｆからタンク出口４０の２００Ｆに上昇する。このように加熱された温水は市販の食器洗い機の殺菌洗浄に用いられる。時間当たり２９３ガロンの洗浄水を供給しようとするのであれば、タンク（２０、２０’）に生活用水が入る時、小型ポンプを使って３０、０００ｐｐｍの塩化ナトリウム溶液を混ぜた後、導電液体２４が電極の間にある間に十分な電流を流して温度を５０Ｆ上げる。タンク（２０、２０’）から流れ出る導電液体２４の塩化ナトリウム濃度を測定したところ、４５０ｐｐｍであった。

液体加熱装置（１８、１８’）は家庭用暖房にも使うことができる。この目的として用いられる流入液体１９は放熱器と液体加熱装置（１８、１８’）との間を循環する水である。一方、温水を受ける装置が温水水道蛇口、シャワーヘッド、温水供給タンク、洗車機、プールヒーター（ｐｏｏｌ ｈｅａｔｅｒ）、その他の温水を用いる工業用処理機であってもよい。この場合、タンク（２０、２０’）の入口３９の生活用水の温度は室温以下である。出口４０から温水を供給する液体加熱装置（１８、１８’）は予め温水の温度に設定されている。入口３９に到着する水は軟水器から電解質を受けて導電性を有することもできるが、この水が本来に電解質を含有した循環水である場合にも導電性を有する。

タンク（２０、２０’）に流れる導電液体２４の電解質濃度を上げるか下げて所望の電流が流れるようにすることができる。電解質濃度を上げようとするのであれば電解質２６をさらに注入する。一例として、生活用水がタンク（２０、２０’）に入る間に電解質２６をより長くポンピングすればよい。電解質濃度を下げようとするのであれば、生活用水がタンク（２０、２０’）に入る間に電解質２６をより短くポンピングすればよい。すなわち、液体２４内の電解質の濃度をいずれの方向にも変えることができる。

導電液体２４に溶解している電解質の濃度を上げると導電液体２４の導電率が高くなって、与えられた電圧においてより多い電流が流れる。電流の増加に比例して発熱量も増加し、これは、発熱量が電流と電圧の積であるためである。同じく、電解質の濃度が減少すれば発熱量も減少する。

電解質供給容器２８から引き込みパイプ３０を介してタンク（２０、２０’）に電解質２６を供給するためにポンプ４１を連結するが、このようなポンプの一例としては、米国フロリダ州のケープコーラル市所在のＧｒｅｙｌｏｒ Ｃｏｍｐａｎｙで販売するモデルナンバーＰＱＭ−１／２３０のギアーポンプが好適であるが、Ｐｕｌｓａｆｅｅｄｅｒ社のＭｅｃ−ｏ−ｍａｔｉｃシリーズのモデルナンバーＶＳＰ２０のポンプとＩｄｅｘ社のポンプも使うことができる。

図４ａ、４ｂのように、プロトタイプにおいて、本発明者らは、平常時に開放された電流検知スイッチ３６と平常時に閉じられた電流検知スイッチ４２でコントローラ３８を実現した。このような電流検知スイッチとしては、米国オハイオ州クリーブランド市のＥａｔｏｎ社のＥＣＳＮＯＡＳＰとＥＣＳＮＣＡＳＰを使うことができる。電流が３２アンペア以下に落ちれば、通常開いている電流検知スイッチ３６が閉じられてポンプ４１が作動し、バルブ１１０が開かれる。電流が３８アンペアに達すれば、通常閉じている電流検知スイッチ４２が開かれる。
通常閉じている電流検知スイッチ４２は過電流安全装置のように動作して電流検知スイッチ３６と直列連結され、過電流に対する安全措置をする。電流が設定値、例えば３８アンペアを超過すれば、電流検知スイッチ４２が開かれてポンプ４１が止まり、タンク（２０、２０’）への電解質２６の流入も止まる。電流が３８アンペア以下に落ちれば、通常閉じている電流検知スイッチ４２が閉じられ、３２アンペア以下に落ちれば、スイッチ（４２、３６）が２つとも閉じられ、ポンプ４１がポンピングを再開して電解質２６がタンク２２ａに流入され、電流を再度３２アンペアの範囲に高める。

本実施例において、ポンプ４１とバルブ１１０が同時に作動すれば、ポンプ４１が停止した時の電解質供給容器２８への配管圧力の逆流が防止される。

場合によっては、電解質２６が重力の作用によって供給されたりもする。電流検知スイッチ３６が、電流が３２アンペアより低いことを検知すれば、スイッチ３６が閉じられ、ソレノイドバルブ１１０が開かれる。ソレノイドバルブ１１０が開かれれば、電解質２６が重力によってタンク（２０、２０’）に入る。いずれの場合にも、電解質２６がタンク（２０、２０’）に自動で添加されれば、電流および電圧が所望の熱量を出すことができる。

その逆に、電解質２６の添加なしでタンクに液体１９だけが入れば、タンク（２０、２０’）内部の導電液体２４内の電解質の濃度が低くなって、液体に流れる電流が弱くなる。したがって、加熱された導電液体２４がタンク（２０、２０’）から出て行き、新しい流入液体１９がタンクに入り、タンク（２０、２０’）内部の導電液体２４の導電率を調整しながら所望の電流を流れるようにすることができる。

入口３９と出口４０を各々誘電体スペーサ（５１、５３）を利用して金属パイプ（３０、５４）において絶縁すれば、漏れ電流が金属パイプ（３０、５４）に流れることを防止することができる。誘電体スペーサ（５１、５３）を接地ケーブルに連結し、導電液体２４を漏電遮断機に連結することができる。漏電遮断機があるため、接地電流が閾値を越える場合、タンク（２０、２０’）に流れる全ての電流が遮断される。タンク（２０、２０’）がそのもので接地されることもできる。

タンクの出口４０は、食器洗浄用温水５６を用いる家庭用や業務用に用いられる食器洗い機のような装置（図示せず）に連結される。

図１ｂのタンク（２０、２０’）は高圧ではない大気圧状態にあり、タンク（２０、２０’）内部の水位検知浮遊スイッチ（図示せず）がタンクの入口３９に連結されたソレノイドバルブの動作を制御する。浮遊スイッチとしてはＭａｄｉｓｏｎ社のＭ８７００を使うことができる。

タンク（２０、２０’）は隔壁によって区切られた３個の区間（２０ａ〜ｃ）に分けることができ、予熱された生活用水は第１区間２０ａの底部６２にある入口３９に入る（図１ａ〜ｂ参照）。塩水の電解質２６は第１区間２０ａに添加され、導電液体２４を提供する。

導電液体２４は、第１区間２０ａにおいて、第１電極２２の電極板（２２ａ−２２ａ’、２２ｂ−２２ｂ’、２２ｃ−２２ｃ’）の間で電気によって加熱される。加熱された液体２４は第１区間２０ａの上端６８まで上昇した後、第１隔壁７８の上端７６の孔７４を通過して中間区間２０ｂに入り、次に、第２隔壁９０の底部８８の孔８６を通して第３区間２０ｃに入った後、ここで第２電極２３の電極板（２３ａ−２３ａ’、２３ｂ−２３ｂ’、２３ｃ−２３ｃ’）の間で電気によって加熱される。このように加熱された導電液体は第３区間２０ｃの上端１０２まで上昇した後に出口４０を通して排出される。

生活用水に溶解された固体は水に沈殿されずに電極板（２２ａ−２２ａ’、２２ｂ−２２ｂ’、２２ｃ−２２ｃ’、２３ａ−２３ａ’、２３ｂ−２３ｂ’、２３ｃ−２３ｃ’）に付着される石灰層を形成しないことが明らかになっており、これは、一般的な電気抵抗式ヒーターとは正反対の現象である。液体内にある電極（２２、２３）が液体と同じ温度にない時に石灰沈殿物が生じるが、本発明の液体加熱装置は、一般的に、これより遥かに高い温度において動作する。したがって、本発明の装置は、一般の電気抵抗ヒーターのような故障修理や沈殿物除去作業が軽減または不必要である。

タンク中間の第２区間２０ｂは、電極がなく、温度に応じた水の成層化（ｓｔｒａｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）を防止して装置の作動を改善する役割をする。また、タンクの区間ごとに水がとどまる時間を最大化することができる。すなわち、タンク（２０、２０’）が初めに空いていれば、第１区間２０ａに水が完全に満たされた後に隔壁７８上端の孔７６を通して第２区間２０ｂに水が入るようにして、第１区間２０ａに水がとどまる時間を最大にすることができる。このように加熱された水は、第２隔壁９０底部の孔８６を通して第３区間２０ｃの底部から満たされて区間を満たした後に、第３区間上端の出口４０を通して出るため、第３区間２０ｃに水がとどまる時間も最大となる。

大気圧状態において、導電液体２４が食器洗い機によってタンクの第３区間２０ｃから出れば、浮遊スイッチ５５によってソレノイドバルブ１１０が作動し、１５０Ｆに予熱された生活用水がタンクの第１区間２０ａに入る。浮遊スイッチはコネチカット州ブランフォードのＭａｄｉｓｏｎ社のＭ８７００である。第１区間２０ａに入った１５０Ｆに予熱された生活用水は、この区間の導電液体２４の電解質濃度と導電率を下げ、その結果、第１区間２０ａ内部の第１電極板（２２ａ、２２ｂ、２２ｃ）の間を流れる電流を下げる。設定点より下がった電流を検知した電流検知スイッチ３６は、ポンプ４１を作動させ、第１区間２０ａに電解質２６をさらに供給する。このようになれば、導電液体２４の導電率が上昇し、電極（２２、２３）の電極板の間に流れる電流量を高め、その結果、タンク区間（２０ａ、２０ｃ）の熱量を高める。ポンプ４１が持続的に作動して電流量が３２アンペアの設定点に達すれば、電流検知スイッチ３６によってポンプ４１が停止し、タンク区間２０ａに対する電解質２６の供給が中断される一方、電流は電極２２，２３の間を流れ続ける。ポンプ４１が動作と停止を繰り返し、電流量を３２アンペアに維持しつつ、出口４０に達する水の温度を設定温度に達するようにすることができる。

図１ａの高圧状態においては、浮遊スイッチ５５が不必要であり、タンクの３区間（２０ａ〜ｃ）は配管圧力によって充填状態を維持し続ける。

図１ａ〜ｂと図３に示すように、タンクの第１区間２０ａと第３区間２０ｃにおいて液体２４の温度を測定するが、使われた温度センサ（１１２、１１３）はＫ型サーモカップルである。温度センサ（１１２、１１３）に連結された温度調節器１１４は、温度が設定点（プロトタイプにおいては２００Ｆ）に達した時、電極（２２、２３）に流れる電流を遮断する種類を使う。そうすれば、導電液体２４の過熱が防止され、最小の電気を使って所望の温度を得ることができる。サーミスタ（ｔｈｅｒｍｉｓｔｅｒ）のような他種類の温度センサも使うことができる。プロトタイプにおいては１つの電源から両側電極に電気を供給し、温度調節器１１４としてはＡｔｈｅｎａ Ｃｏｎｔｒｏｌ社のＥＣＭ−４０モデルを使った。

図３の回路図によれば、端子１３０を介して供給された３相交流電力がリレーセット（１３８、１４０）を通して電極（２２、２３）に供給される。リレーセット１３８は３個の固体状態リレー（１３８ａ〜ｃ）を備え、リレーセット１４０は３個の固体状態リレー（１４０ａ〜ｃ）を備え、固体状態リレーがそれぞれの位相を担当する。リレーセット１３８の負荷側は電極２２の各個電極板（２２ａ〜ｃ）に連結され、リレーセット１４０の負荷側は電極２３の各個電極板（２３ａ〜ｃ）に連結される。リレーセット１３８の負荷側は電極２２の各個電極板（２２ａ’〜ｃ’）に連結され、リレーセット１４０の負荷側は電極２３の各個電極板（２３ａ’〜ｃ’）に連結される。これらのリレーセット（１３８、１４０）としては、サンディエゴのＣｒｙｄｏｍ社のＣＷＤ２４５０モデルを使うことができる。

メイン電力スイッチ１３２、高温安全スイッチ１３４および２０８Ｖ−１８Ｖ変圧器１３６を通して温度調節器１１４に電力が供給される。温度調節器１１４は、２個の温度センサ（１１２、１１３）の温度値を利用して、タンク区間２０ａやタンク区間２０ｃの温度をより上げる必要があるか否かを決定する。一方や両側区間をさらに加熱する必要があれば、温度調節器１１４がリレーセット（１３８または１４０）のコイルに電圧出力信号を送り、各区間の電極の間に電流が流れるようにリレーを閉じる。一方、タンク区間（２０ａ、２０ｃ）の各々に温度調節器があってもよい。温度調節器１１４としてはＡｎｔｕｎｅｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ社のＤＣＨコントローラを使うことができる。

高温安全スイッチ１３４は、過熱を防止して、オペレーターや液体加熱装置（１８、１８’）が損傷されることを防止するためのものである。安全スイッチ１３４はバイメタル型スイッチであって、タンク（２０、２０’）の外部に設置され、表面温度を監視する。表面温度が安全スイッチ１３４の設定温度以上に上昇すれば、安全スイッチが開かれ、電極２２，２３に電流が流れず、導電液体２４の加熱も中断される。温度が下限値以下に落ちれば、安全スイッチ１３４は自動で閉じられた状態にリセットされる。水を２００Ｆまで加熱するシステムの場合、安全スイッチ１３４は上限温度２５０Ｆと下限温度２２０Ｆに設定することができる。

電極（２２ａ〜ｃ、２２ａ’〜ｃ’）は黒鉛板で製作される（図２〜３参照）。黒鉛板は４”ｘ９”の大きさを有し、１．６８８インチの間隔をおいて設置される。図２ａ〜ｂに示すように、それぞれの黒鉛板は、直径０．１２５”のチタニウム棒からなる電線１２０に連結されたチタニウム板のブラケット１２１に設置され、チタニウム棒はタンクカバー１２２の絶縁ブッシングを貫通する。黒鉛電極は電気抵抗液体加熱装置より寿命が長いということが明らかになった。

一方、タンク（２０、２０’）が１個の区間だけを有してもよい。１つのタンク区間に１個、２個またはそれ以上の電極を使うことができる。勿論、２個区間を使うこともできる。２個区間の場合、隔壁の上端に孔が配置される。タンク２０の区間が４個以上であってもよい。高い流量で流れる導電液体２４を加熱するために、より多い電極を追加タンクに設置することができる。

今までは３相交流電圧源を例に挙げて説明したが、単相システムも利用することができる。例示した実施例では２０８Ｖシステムを使ったが、４８０Ｖ、２４０Ｖ、１２０Ｖなどのいずれの電圧も使うことができる。定電圧源を備えた制御システムについて説明したが、定電流源を備えるか、液体の導電率に応じて変わる電圧源を備えた制御システムを用いることもできる。

一例として、図３のように、１つの電源を両側タンク区間（２０ａ、２０ｃ）の電極（２２、２３）に並列に連結する。どのタンク区間（２０ａ、２０ｃ）に導電液体２４があっても、瞬間導電率の最も高いところに最も多い電流が流れ、最も多い熱量が出る。導電液体２４が流れると、区間２０ｃの電流と区間２０ａの電流が等しくなるが、導電液体２４が区間２０ａから区間２０ｃに流れる間に若干の時間がかかる。一方、電極ごとに自体に電源があってもよいが、この場合、２個の電源が位相と電圧を同一に供給するか、位相や電圧を異にして供給することができる。

標準３相２０８Ｖ電圧源のような交流電源４６から電極２２に電流が供給されることもできるが、１対の電極を備えた単相電源を使うこともできる。

１つの電源が温度調節器１１４に連結された場合、それぞれの電極（２２、２３）に電流が独立に流れて全波電流を形成することができる。温度調節器１１４は、ここで組み込み参照している２２１−００３号特許出願に記述されているようにパルス幅変調機能によってそれぞれの電極（２２、２３）に供給された電流を変調する。このような方式で設定温度に達する時までそれぞれの電極（２２、２３）に全波電流や半波電流を供給する。温度調節器１１４はそれぞれの電極（２２、２３）に方形波電流を供給し、２個電極のデューティサイクルを制御することもできる。スイッチをオン／オフしてそれぞれの電極にエネルギーの一部分を伝達する。

温度調節器１１４は、第１周期の間に電極２３ではない電極２２にだけ電流を供給する回路を有する。この回路は、第１周期が終わり、第２周期には電極２２ではない電極２３にだけ電流を供給する。このようなサイクルが繰り返され、電流が電極２２と電極２３に順に供給される。一例として、周期を１／４秒にすれば、一方の電極は１／８秒の間隔をおいて、１／８秒の間にフル（ｆｕｌｌ）電力を受けるが、この間、一方の電極はまったく電力を受け取らず、他方の電極はその逆にフル電力を受ける。このような方式で、２個のタンク区間において、両側区間の水が電流の供給を受け交代で加熱されるが、この電流は壁コンセントから供給可能な振る電圧と同じまたは近い電圧で壁コンセントから安全に供給される。５０％のデューティサイクルで、それぞれの区間が壁面のソケットからほぼ最大の電流を受け、両側区間に供給された電力は標準直並列回路から得られるものより高い。並列連結の場合、タンク区間の間に電流を分け、タンクに相当低い電圧を要求して、統合電流が電源から得ることができる最大電流を超えないようにする。直列連結の場合、タンク区間の間に電圧を分け、各区間に供給される電力を下げる。このように伝導液体の伝導率を所望の値に維持しつつ電極に交代で電流を供給する本発明固有の並列構成においては、一方の電極をより長く停止させておいたまま、他方の電極は電源から得ることができる最大値付近の電流とフルライン（ｆｕｌｌ ｌｉｎｅ）電圧で使い続けることができるが、このような特徴は電極の直列構成からは得ることができないものである。

加熱される液体の導電率を可変的にして、配線限界に近い所望の電流を供給しつつ最大電圧を持続的に供給すれば、最大電力が供給され、最大の熱量を得ることができる。デューティサイクルを調節すれば、所望する以上に温度が上昇することを防止することができる。デューティサイクルは正弦波をパルス波に変調すれば調節され、例えば、液体２４の導電率が高すぎる時は正弦波を半波に変調する。電流を調節して液体２４の導電率を変えることもできる。また、液体２４の導電率は維持しつつ、電極（２２、２３）に連結された電源を選択的にオン／オフすることもできる。

水の導電率を調節し、水に電流を直接流して水を加熱することが、電気抵抗液体加熱装置を使うことより遥かに迅速に加熱されるということが明らかになった。水そのものを加熱要素として用いれば、遅延なしで電気エネルギーを熱エネルギーに変えることができる。石灰沈殿がなければ、より迅速で効率的に加熱がなされる。

このように水を直接加熱すれば、電気抵抗液体加熱装置の特有の熱伝達遅延による過熱問題が解決される。電気抵抗液体加熱装置において、熱伝達が遅れるということは、所望の温度を得た後にも電気エネルギーが持続的に供給され、エネルギーを浪費するというを意味する。

本発明の液体加熱装置（１８、１８’）は、所望の結果を得るために予測できない状態においてもそのものの調節が可能である。時間当たり２９３ガロンの流量である場合、入口３９から１５０Ｆの温度で供給される水に対して２００Ｆの温度が必要であるが、供給水の温度が９０Ｆの温度に降下すれば、液体加熱装置（１８’）は電極（２２、２３）に電気が供給される時間を増やして水の温度が２００Ｆになるように調節される。すなわち、供給水の低い温度を補充するのに必要な熱をさらに供給する。

流入液体１９に添加された塩は食器に残留物として全く残らない。本発明の装置は温水を食器洗い機に供給する瞬間湯沸かし器として有用である。このような瞬間湯沸かし器は食器洗い機に内蔵されることもできる。または、家庭用や営業用や工場用として冷水を１次加熱する用途に用いることもできる。
添付の図面と関連して、本開示の方法および装置が説明されたが、多用な変更が添付の特許範囲の請求に定義されるような本発明の精神および範囲を逸脱することなく可能である。

Claims (20)

1. 導電液体と電極が入っていて、前記電極は前記導電液体に電流を供給するように連結されたタンク；
   前記タンクに電解質を供給するようにスイッチング可能に連結された電解質供給源；
   前記導電液体において消費される電気エネルギーの変数を決定するための電気変数検知スイッチ；および
   前記電気変数検知スイッチが設定値とは異なる電気変数を検知する時に前記導電液体に電解質を自動で添加するように連結されたコントローラ；を含むことを特徴とする液体加熱装置。
2. 前記変数が電流であり、前記電気変数検知スイッチが電流を検知し、前記電気変数検知スイッチが、前記電流が設定値未満であることを検知すれば、前記コントローラが前記導電液体に前記電解質を自動で添加することを特徴とする、請求項１に記載の液体加熱装置。
3. 前記電流を供給するための電源をさらに含むことを特徴とする、請求項２に記載の液体加熱装置。
4. 前記電解質を前記タンクに供給するための機構をさらに含み、前記コントローラは前記電解質を前記導電液体に自動で添加するように前記機構に連結されることを特徴とする、請求項１に記載の液体加熱装置。
5. 前記コントローラが前記機構の動作を制御することを特徴とする、請求項４に記載の液体加熱装置。
6. 前記機構がポンプまたはバルブであることを特徴とする、請求項４に記載の液体加熱装置。
7. 液体出口をさらに含み、前記液体出口が加熱された液体の使用箇所に連結されることを特徴とする、請求項１に記載の液体加熱装置。
8. 前記液体出口が食器洗い機に連結されることを特徴とする、請求項７に記載の液体加熱装置。
9. 前記タンクが第１区間と第２区間を有し、前記第１区間には第１電極があり、前記第２区間には第２電極があることを特徴とする、請求項１に記載の液体加熱装置。
10. 前記第１電極と第２電極に電気エネルギーを供給する電源があることを特徴とする、請求項９に記載の液体加熱装置。
11. 温度センサと温度調節器をさらに含み、前記温度調節器は、温度が設定値以下である時、電極に電気エネルギーを供給するように連結されることを特徴とする、請求項１に記載の液体加熱装置。
12. ａ．電極が入っているタンクを提供するステップ；
    ｂ．前記電極の間に導電液体を流動させるステップ；
    ｃ．前記導電液体の導電率を調節するシステムを提供するステップ；
    ｄ．前記電極の間の前記導電液体に電流を流すステップ；
    ｅ．前記電流を検出するステップ；および
    ｆ．前記システムを利用し、導電液体の導電率を自動で調節して所望の電流を得るステップ；を含むことを特徴とする液体加熱方法。
13. 前記ｆステップにおいて、電解質を添加して導電液体の導電率を自動で調節することを特徴とする、請求項１２に記載の液体加熱方法。
14. 前記導電液体が水を含み、前記電解質が塩を含むことを特徴とする、請求項１３に記載の液体加熱方法。
15. 電解質を添加する時に前記塩を含有した溶液を添加することを特徴とする、請求項１４に記載の液体加熱方法。
16. 前記ｆステップにおいて、コントローラを利用してポンプやバルブの少なくとも１つの動作を制御することを特徴とする、請求項１２に記載の液体加熱方法。
17. 複数のタンク区間、入口、出口、電極、隔壁、および液体を有する液体加熱装置であって、
    前記液体と前記電極が前記タンク区間に入っていて、前記液体前記は電極の間で電流を通過させる導電率を有し、前記隔壁は前記複数のタンク内のタンク区間の間にあり、
    前記隔壁が上端部を有する第１隔壁を含み、前記第１隔壁の上端部において液体が通過することを特徴とする液体加熱装置。
18. 前記隔壁が下端部を有する第２隔壁を含み、前記第２隔壁の下端部において液体が通過することを特徴とする、請求項１７に記載の液体加熱装置。
19. ａ．電極が入っているタンクと液体を提供するステップ；
    ｂ．前記電極の間に前記液体を流動させるステップ；
    ｃ．前記電極の間に電圧を供給し、前記電極の間の液体に電流を流すステップ；および
    ｄ．前記電圧変化なしで前記電流だけを調節して設定電流を提供するステップ；を含み、
    前記液体に電解質を添加して前記液体の導電率を自動で調節して、前記予め設定した電流を提供することをさらに含むことを特徴とする液体加熱方法。
20. 壁面コンセントライン電圧と壁面コンセント最大電流を有する壁面コンセント回路を介して電力を供給し、前記電圧が前記壁面コンセントライン電圧と等しく、前記電流は前記壁面コンセント最大電流の６０％以上であることを特徴とする、請求項１９に記載の液体加熱方法。

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