JP6611717B2 - 交流により電力を供給される発熱体および発熱体によって達成される熱発生器 - Google Patents

Description

本発明は、発熱体を囲んでいる外部媒体を加熱するために適用可能な、交流により電力を供給される発熱体に関する。発熱体は、開いたまたは閉じた中空体として形成されるハウジング、および、絶縁要素によってハウジングからおよび互いに絶縁される少なくとも２つの電極を有する。本発明は、制御装置および、熱移動媒体と接触している発熱体を含む、交流により電力を供給される熱発生器にも関する。制御装置は、交流主要給電ユニット、中央ユニットおよび大電流スイッチユニットを含む。主要給電ユニットの電力出力は、大電流スイッチユニットに接続している。主要給電ユニットの周波数出力は、中央ユニットに接続している。大電流スイッチユニットの出力は、発熱体に接続している。

特許文献１は、流れるイオン流体を加熱するための方法および装置を記載する。装置は、液体が循環する長尺状ハウジングから成る。ハウジングの入口および出口に、２つの同一の電極が配置される。電極間に電界が発生する。加熱の間、液体は、電極間を流れる。それの中心で、ハウジングは、断面が所望の流量のために算出される細い管に収縮される。電極において、孔の数およびサイズが粘性および流量に依存する孔のあいたディスクが配置される。電極間の電流密度は、多くても４０ｍＡ／ｃｍ^２である。

この解決策では、液体は、流れる実質において直接２つの電極によって加熱される。それは、もちろん被加熱液体自体の流れでもよいシステムの作動のために、液体の連続した流れが必要であることを意味する。熱移動媒体のタイプが制限されるように、被加熱媒体は、電極を囲んでいる媒体と同じである。

特許文献２は、金属管から絶縁される発熱体を含む金属管によって形成される密封管構造物を含む密封ガラス管、および、金属管の一端に密封されて発熱体のためのサーモスタットを含むプラスチック管を備える発熱体に関する。

特許文献３は、エネルギーを節約するために温度を実質的に一定に保つことができる電気加熱設備用の温度制御装置を記載する。装置は、交流電源と加熱設備との間に接続されるリレーと、リレーを切替えるための中央ユニットとを備える。リレーは、交流電源から供給される入力交流電圧を連続的に出力するか、または代わりに、入力交流電圧の波形から１サイクルの波形を切り取ることによって、入力交流電圧を断続的に出力する。波形の間隔を調整することを通して電気加熱設備に供給されるべき入力交流電圧の見た目の周波数を制御することによって、電気加熱設備の温度制御は、達成される。

それが被加熱環境の温度を一定に保つにつれて、すなわち、熱効果が特定の時間に減らされるかまたは終了されるので、この解決策は、エネルギー節約型と考えることができる。出力は、デューティーファクターを変えることによって制御される。これによって、推定の電力は、熱効果が比例して変えられる結果として制御される。この解決策では、デューティーファクターが周波数の代わりに制御される点に注意されなければならない。この文書は、出力を直接制御することに良好である。しかしながら、本発明は、特別な環境において適用された共振周波数の同調または保守を取扱う。

特許文献４は、電離技術を記載する。ここでは、同軸に取り付けられたフェーズ電極およびゼロ電極が用いられる。導通は、流れる媒体の抵抗の関数として起こる。そして、電流によって生じる熱が使われる。基本的な着想は、オームのヒーターのそれと類似している。本発明は、指数カーブを形づくるので、この解決策と異なる。さらに、本発明の場合、荷電されたイオン間の高効率の衝突および摩擦が利用される。そしてそれは、集中的な熱生成におけるオームの効果および結果を重視するのを抑制する。特別な材料の必要がないので、本発明は、ローコストで実現することができる。

特許文献５は、電気エネルギーを熱エネルギーに変換するための方法および装置を教示する。ここでの基本的要因は、圧力および流体に対して外部的に試験されて、誘電体の内部（高純度の金属と蒸留水との混合物、または変圧器オイルから成る）を有する、ハウジングを有する装置である。少なくとも１つの電極は、絶縁ダクトを用いて、ハウジングの内部に通過する。２つのロッド電極が用いられる場合、これらは、制御装置を有する電流源に接続している。１つの電極が用いられる場合、これおよびハウジング（それから他の電極として導電材料から成る）は、制御装置を有する電流源に接続している。最初の操作フェーズに誘電体が共振周波数で振動に励起されるように、そしてその後、誘電体の共振振動状態を維持するために必要とされるようにそれだけのエネルギーだけが供給されるように、制御装置は、電流源を制御する。励起およびエネルギー供給は、直流または交流（好ましくは高周波非正弦波交流）によって提供されることができる。

この解決策は、本発明と完全に異なる。それらは、高周波を使用する。そして、装置は、空洞の共振周波数ではなく、閉鎖空間における誘電体の周波数で作動される。関連文書によると、２つの電極がハウジングの内部で用いられるか、または電極のうちの１つはハウジング自体でもよい。２つの電極間の誘電流体の共振周波数は、決定される。この流体は、高純度金属を含んでいる蒸留水を含むか、または変圧器オイルであることができる。この流体は、イオンも含むので、部分的にだけ誘電体である。空洞を充填している誘電流体の共振周波数の代わりに本発明の解決策では、共振器キャビティの共振周波数であるハウジングの内部空間が決定される。それは、共振器キャビティとしてのハウジングの基本的な機能、および、ハウジング自体またはハウジング内部の材料が重要でないことを意味する。別の有意差は、本発明が基本的に低い周波数を使用するということである。

特許文献６は、双極性粒子（例えば、それにより流体の粒子をそれらの荷電により正しい位置に置かせている熱発生器の電界に流体を従わせる分子または分子のクラスタ）を含んでいる流体を加熱する方法を記載する。粒子は、粒子を短期オーダに破壊させる電圧パルスを加えて受ける。そして、流体の粒子は、電圧パルスによって共鳴振動において位置がずれてもよい。このように、熱エネルギーは発生する。

上記の方法と本発明との唯一の類似点は、流体の粒子が荷電されることであり、そして、それらの荷電が外部的に変えられうることである。しかしながら、本発明の解決策では、変化の測定は、適用されるエネルギーに依存しない。本発明によれば、共振空間において、すでに荷電した粒子の運動の振幅は、特別な電極の配置によって調整されて、連続的に増加する。その結果、調整された粒子は、著しく長いパスに沿って進行する。このように、必要なそして使用されるエネルギーの量は、かなり少ない。

欧州特許出願公開第０６９０６６０号 米国特許第４０７２８４７号 米国特許出願公開第２００２０９６５１１号 露国特許第２１８９５４１号 欧州特許出願公開第０２０７３２９号 米国特許出願公開第２００９／０２６３１１３号

本発明の目的は、作動が著しく増加した加熱効率に結果としてなる、従来適用されないすべての物理法則に基づく、そして、家庭のヒーター用におよび工場においても使用されることができる、新規の熱発生装置を提供することである。さらなる目的は、作動が容易に制御されることのできる熱発生装置を提供することである。

所与の媒体のイオンの運動が重要な全熱量を生成すると理解された。イオン含んでいる材料のイオンが空間の共振周波数特性で少なくとも部分的に閉じた空間において励起されるときに、運動されるイオンの振幅変調の間、定常波が生成されるとも理解された。この高効率の結果、能動的な熱生成に結果としてなるイオン間の衝突は、誘発される。これには、交互の極性を有する適切に形成された発振器が、所与の空間に組み込まれるために必要である。これは、適切に高効率の発振器装置およびコントローラを必要とする。同じ温度に達するために必要なエネルギーが著しく少ないので、変調周波数をモニタして、調整するための装置を使用することによって、効率はさらに強化されてもよい。この種の熱生成のために必要なエネルギー需要は、電気的に電力供給されるが、オームの熱発生器とは完全に異なる。

１つの態様では、本発明は、発熱体を囲んでいる外部媒体を加熱するために適用できる、交流により電力を供給される発熱体である。発熱体は、空洞共振器（ｃａｖｉｔｙ ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）でありそして閉じるかまたは１つ以上の開口を備える中空体ハウジング、および、絶縁要素によってハウジングからおよび互いに絶縁される少なくとも２つの電極を有する。発熱体のハウジング内部に、荷電イオンを含んでいる内部媒体が配置される。開いたハウジングの場合には、内部媒体は、外部媒体と同一であり、閉じたハウジングの場合には、内部媒体は、外部媒体と同一であるかまたは異なる。電極は、ポリゴンまたは３次元的に曲がった断面を有する。各々指数カーブとして形づくられるそれらの長手方向軸線が発散（ｄｉｖｅｒｇｅｎｔ）するように、すなわち、それらの長手方向軸線間の距離が指数的に増大するように、電極は、ハウジング内に置かれる。別の実施形態では、電極は、回転導体の外筒の部分として形成され、そしてその母線は各々、それらの回転軸線から発散する指数カーブとして形づくられ、すなわち、母線間の距離は、指数的に増大する。多くても１０００Ｖの振幅、１０００〜６００００Ｈｚ、デューティーファクターで調整される交流電圧が電極に接続され、交流電圧の周波数および振幅ならびに電極の寸法の必要な値は、発熱体のハウジングを共振周波数で動作させるために周知の手法で決定される。

別の態様では、本発明は、制御装置および、熱移動媒体と接触している発熱体を含む、交流により電力を供給される熱発生器である。発熱体は、開いたまたは閉じた中空体として形成されるハウジングおよび、絶縁要素によってハウジングからおよび互いに絶縁される少なくとも２つの電極を有する。制御装置は、交流主要給電ユニット、中央ユニットおよび大電流スイッチユニットを含む。主要給電ユニットの電力出力は、大電流スイッチユニットに接続している。主要給電ユニットの周波数出力は、中央ユニットに接続している。大電流スイッチユニットの出力は、発熱体に接続している。発熱体のハウジング内に、荷電イオンを含んでいる内部媒体が配置される。開いたハウジングの場合には、内部媒体は、外部媒体と同一であり、閉じたハウジングの場合には、内部媒体は、外部媒体と同一であるかまたは異なる。

電極は、ポリゴンまたは３次元的に曲がった断面を有する。各々指数カーブとして形づくられるそれらの長手方向軸線が発散するように、すなわち、それらの長手方向軸線間の距離が指数的に増大するように、電極は、ハウジング内に置かれる。別の実施形態では、電極は、回転導体の外筒の部分として形成され、そしてその母線は各々、それらの回転軸線から発散する指数カーブとして形づくられ、すなわち、母線間の距離は、指数的に増大する。多くても１０００Ｖの振幅、１０００〜６００００Ｈｚ、デューティーファクターで調整される交流電圧が電極に接続され、交流電圧の周波数および振幅ならびに電極の寸法の必要な値は、発熱体のハウジングを共振周波数で動作させるために周知の手法で決定される。制御装置の中央ユニットは、変調サメーター（ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｓｕｍｍａｔｏｒ）およびベース周波数発生器を含む。基本的に、ベース周波数発生器は、自動周波数比較器ユニットを備える矩形波発生器である。比較器ユニットの入力信号の１つは、ベース周波数発生器のベース周波数信号であり、比較器ユニットの他の入力信号は、発熱体からフィードバックされる温度基準信号（ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｓｉｇｎａｌ）である。ベース周波数発生器の出力信号は、共振周波数と実質的に一致する（ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄ）、そして、変調サメーターの第１の入力に接続している矩形波である。主要給電ユニットの周波数出力は、中央ユニットの変調サメーターの第２の入力に接続している。変調サメーターの出力は、大電流スイッチユニットの制御入力に接続している。

有利な手法で本発明を実施するために、３つの変数の調整および共振点の事前算出は、必要とされる。電流および温度が動作の間にセットされなければならない一方、３つの変数のうちの１つ（すなわち、内部媒体の導電率）は、動作を開始する前に固有値にセットされなければならない。

本発明の好ましい実施形態は、添付の請求の範囲によって定義される。

本発明の好ましい実施形態の詳細な説明は、添付図面を参照して与えられる。

図１は、開放端を有する発熱体の側断面図である。 図２は、発熱体が内部媒体で満たされる閉鎖端を有する発熱体の側断面図である。 図３は、制御装置の可能な実施形態を示すブロック線図である。 図４は、熱発生器の可能な実施形態を示すブロック線図である。 図５は、回転導体として形成される電極を備える発熱体の部分断面図である。 図６はオームの装置のそれとの比較として、本発明による熱発生器の温度／電力を示すグラフであり、横軸は数分で経過した時間を示し、縦軸は温度／電力比を示す。

本発明による交流で作動する発熱体１は、それを囲んでいる外部媒体２を加熱するために用いられる。発熱体１は、空洞共振器であり１つ以上の開口（図１）が形成されるかまたは閉じたハウジング３（図２）が形成される中空体ハウジング３、および、媒体に対して化学的に耐性である適切な固体材料でできている絶縁要素４によってハウジング３からおよび互いに絶縁される少なくとも２つの電極５を備える。絶縁要素４の材料は、高い電気的および熱的絶縁性能を有し、ハウジング３の内部空間における作動の間生成される波を維持するための適切な固体を有する。閉じた中空体ハウジング３は、１つの部品（例えば閉鎖要素７によって閉じられる管）において形成されることができる。ハウジング３は、任意の回転体（好ましくは管）である。開放ハウジング３の場合には、発熱体１のハウジング３内部に荷電イオンを含んでいる内部媒体６が配置され、その内部媒体６は、外部媒体２と同一である。閉鎖ハウジング３の場合には、それは、外部媒体２と同一であることができて、または異なることができる。この後者の場合には、外部媒体２は、荷電イオンを含むことが必要でない。ハウジング３の材料は、例えば、内部媒体６および外部媒体２に対して化学的に耐性であり、そして高い熱伝導率および無線周波数遮蔽能力を有する、金属またはプラスチックまたはマルチレイヤ・プラスチックであることができる。

電極５は、ポリゴンまたは３次元的に曲がった断面を有する。指数カーブとして各々形づくられるそれらの長手方向軸線８は、発散である。すなわち、それらの長手方向軸線８の間の距離は、指数的に伸びる。別の実施形態では、電極５は、回転導体の外筒の部分として形成され、そしてその母線は各々、それらの回転軸線から発散する指数カーブとして形づくられる、すなわち前記母線間の距離が指数的に伸びる。多くても１０００Ｖの振幅、１０００−６００００Ｈｚ、デューティーファクターで調整される交流電圧は、電極５に接続される。必要な共振周波数で発熱体１のハウジング３を作動させるための交流電圧の周波数および振幅ならびに電極５の寸法の値は、周知の方法で（例えばヘルムホルツ共鳴器計算を用いて）決定される。ヘルムホルツ共鳴器は、管および空洞からなる音響共振器である。実際には、それは、音響ＬＣ回路相当である。共振器を調整するために幾何学的な測定が使われる。共振周波数は、トムソン公式に基づいて発生する。

電極５の材料は、プレートとして形成されるだけでなく、いくらかの弾性、高い導電性、耐蝕性の金属である。それらのタスクは、荷電イオンを含んでいる内部媒体６に必要周波数で必要電力を伝導することである。それらは、指数的に発散するカーブとして典型的に形づくられ、この形状は、より効果的である。しかしながら、他の形状も可能である。電極５の長さは、空洞共振器の共振周波数特性に基づいて決定される。それらの数は、最低２である。

電極５の極性が反対に変わるときに、イオンは、方向を変えて、強化された熱生成に結果としてなる逆のチャージの方へ進む。荷電イオンを含んでいる媒体のような特定の流体の場合における激しい熱生成および最少のガス化は、交流を供給することによって確実にされることができるだけである。

発熱体１のハウジング３の空洞における共振空間の周波数特性で動かされるイオンの振幅変調の間、定常波が発生する。この高い効率の結果、アクティブ熱生成に結果としてなる動く荷電イオン間に衝突が誘発されて、同じエネルギー量を使用しながらオームの発熱装置の類に比べて概してより多くの熱を発生することができる。

電極５の指数的に発散するカーブ形状および交流電圧制御、そしてその結果、ペアの電極５の極性は連続的に変化するのに基づいて、振幅変調が誘発される。これの結果、振動しているイオンは、電極５の内端に向けて、２つの電極５の間に連続的により長いパスに沿って進行する。

より長い脈動運動の間、イオンの強化された摩擦は、所与の媒体においてより大きな量の熱生成を結果とし生じさせる。調整される空洞、この場合にはハウジング３の内部空間が調整される。共振周波数の値は、ハウジング３の内側長さＬおよび内側断面積Ａ（図２）で決定される。共振周波数および／またはハウジングの容量ファクタＣａは、音響システムのために使用する関係を通じて周知の方法で決定される。これらの値に基づいて、電極５の指数カーブを定める関数の定数乗数は、周知の方法で決定されることができる。これに、ヘルムホルツおよびトムソンの関係を学ぶことができる広範囲の技術的な文献は、利用可能である。適用できる関係：

そこにおいて、ｍ_ａは、指数関数の乗数である。すなわち、本例において、電極５の形状を決定している周知の指数関数は、ｙ＝ｍ_ａｘａ^ｘであり、ここでｙは、長手方向軸線８の能動的な長さまたは電極５の母線である。ａ^ｘの値は、電極５がハウジング３の内壁と接触しないように選択されなければならない。

発熱体１を動作するための最小限の電流で適用される周波数が共振周波数ω_０であるように、共振周波数は、測定により決定されてもよい。ハウジング３の物理的寸法により決定される共振周波数で発熱体１が動作されるにつれて、定常波は発生する。この定常波のため、イオンの運動により開始するプロセスを維持するために必要とされるエネルギーは、従来の電気ヒーターの場合に比べてより小さい。所与のハウジング３に帰属している共振周波数の範囲の外側で制御周波数が落ちるときに、前述の効果は、観察されることができない。システムで最も高い効率は、共振周波数ω_０の近くで得ることができる。

外部媒体２は、流体、または適切に調和したゲル、または固体材料である。内部媒体６は、荷電イオンを含んでいる、若干の高い熱伝導および伝熱流体、または適切に調和したゲル、または固体材料である。内部媒体６のための、または、それらが同じであるときの外部媒体２のための適切な材料は、荷電イオンを含み、かつ高い熱伝導特性を有する流体、または若干の固体材料、またはゲルである。適切な定常波を発生するために、好ましくは、液体材料が内部媒体６として用いられる。システムにおけるそれのタスクは、供給されたエネルギーに起因して振動しおよび運動し始める動作の間、荷電イオンを提供することである。材料の範囲内で、それらの運動の間のイオンの摩擦は、ハウジング３の表面に伝達される熱を発生する。

絶縁要素４は、ハウジング３に密封して固定される。温度基準信号センサ２０は、絶縁要素４を通して導かれて、共振周波数を調整し再調整するための温度出力３７に接続している。電極５のコネクタは、変換された電気エネルギーをほとんど損失のない電気接続を通じて発熱体１の電極５に伝える。コネクタは、電気的に高い導電度でなければならない。動作の間、電気接続が電極５の振動に起因して離れないように、その材料は、適切に固くなければならなくて、強力な構造を有しなければならない。これは、増えた抵抗に至り、そしてそれは、結果として減じた導電度になる。

ハウジング３は、円形またはポリゴン断面を有してよい。または、それは、肋材が波形または角度歯として形成されるリブを有してもよい。電極５は、各々指数カーブとして形づくられるそれらの長手方向軸線が発散であるように、すなわち、それらの長手方向軸線間の距離が指数的に伸びる（図１、図２）ように、管状ハウジング３内に置かれる。別の実施形態では、回転体の形状を有する電極５は、同心に置かれる。そして、それらの母線の各々は、それらの回転軸線から発散している指数カーブとして、すなわち母線間の距離が指数的に伸びる（図５）ように形づくられる。電極５は、弾力があり、高い導電性の、媒体２、６に対して化学的に耐性である金属薄板から形成される。

それを要約すると、発熱体１のハウジング３の材料は、いかなる種類の高い熱伝導性材料（例えば荷電イオンを含んでいる媒体に化学的にほとんどアフィンでない（が耐蝕性専用ではない）金属、プラスチックまたはマルチレイヤ・プラスチック）であってもよい。その高い熱伝導性は、共振器の範囲内で急速にそしてわずかな熱損失だけで発生する熱の伝達を確実にする。それは、円筒状でもよく、またはプリズム断面を有してもよい。波の伝播に関して、円筒状のハウジングは、提案される。それの外部表面は、良好な熱移動を確実にするためにリブを付けられてもよい。しかし、概して、それは動作に対する影響を有しない。ハウジング３の材料は、無線周波数に対して高いシールド容量を有しなければならない。周波数および電源については、ハウジングの寸法は、空洞共振器の算出のために用いる周知の式によって決定されることができる。

交流により電力を供給される発熱体は、制御装置９によって操作される。有利な実施形態において、制御装置９（図３の破線によって示される）は、主要給電ユニット１０、中央ユニット１１および大電流スイッチユニット１２を含む。

主要給電ユニット１０は、熱発生プロセスのための電力を供給する。電気的回路網から到来する妨害信号をフィルタリングするための、そして、中央ユニット１１の妨害信号が回路網に戻ることを防止するために、ノイズフィルタを備える。さらに、中央ユニット１１、大電流スイッチユニット１２および電極５を保護するために、電気的および／または機械的ヒューズを備える。

主要給電ユニット１０の電力出力１３は、大電流スイッチユニット１２に接続している。主要給電ユニット１０の周波数出力１４は、中央ユニット１１に接続している。大電流スイッチユニット１２の出力１５は、発熱体１に接続している

中央ユニット１１は、変調サメーター（ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｓｕｍｍａｔｏｒ）１７と、ベース周波数発生器１８とを備える。ベース周波数発生器１８により発生する信号は、変調サメーター１７によって回路網の周波数で変調される。変調サメーター１７のタスクは、ベース周波数を回路網の周波数に正しい位相でマッチングさせることである。そこにおいて、回路網の周波数は５０〜６０Ｈｚであり、ベース周波数は１０００Ｈｚ〜６００００Ｈｚ（発熱体１のハウジング３の共振周波数特性に従って）である。信号のデューティーファクターは、１〜１００％（デューティーファクターは、荷電イオンを含んでいる媒体に大きく依存する）である。動作電圧範囲は、１１０Ｖ〜１０００Ｖである。好ましくは、４００Ｖ未満が適用される。若干の特定のケースにおいて、イオン性媒体の導電性が低いときに、４００Ｖ以上が使われてもよい。しかしながら、電極５の近さの、そして媒体が高い導電性であるときにそれらの場合のために、安全性の理由で回避されなければならないアークは、引き起こされかもしれない。

ベース周波数発生器１８は、自動周波数比較器ユニット１９を備える実質的に矩形波発生器である。

ベース周波数発生器１８は、ＡＦＣ（自動周波数比較器）ユニットを含んでいる安定な矩形波発生器である。ＡＦＣユニットは、発熱体１のセンサ２０により測定されて、温度出力３７を通してフィードバックされる温度に基づいて、共振周波数のために必要とされるベース周波数を補償するために適用可能である。荷電イオンを含んでいる媒体の温度変化の間、共振周波数が連続的に変化するので、これは、必要とされる。

比較器ユニット１９の入力信号の１つは、ベース周波数発生器１８のベース周波数信号である。そして他の入力信号は、発熱体１からフィードバックされる基準信号（すなわち、温度出力３７で送信されるセンサ２０の信号）である。

ベース周波数発生器１８の出力信号２１は、共振周波数と実質的に一致する周波数を有する矩形波であり、それは、変調サメーター１７の第１の入力２２に送信される。主要給電ユニット１０の周波数出力１４は、変調サメーター１７の第２の入力２３に接続している。変調サメーター１７の出力２４は、大電流スイッチユニット１２の制御入力２５に接続している。

大電流スイッチユニット１２は、その制御入力２５に送信される被変調信号に従って、主要給電ユニット１０からの主要電流を、出力１５を通して電極５まで伝導する。都合のよいことに、それは、サイリスタまたは他の類似の周知のスイッチング技術によって実行される。

制御装置９のより合成された実施形態において、中央ユニット１１は、コントロールユニット１６（図４の太い破線によって枠を示される）を含む。

コントロールユニット１６は、変調サメーター１７およびベース周波数発生器１８を制御する。制御装置９はまた、発熱体１の電流を検出するための電流検知制御ユニット２６、および発熱体１の温度を検知するための温度検知制御ユニット２７を含む。電流検知制御ユニット２６および温度検知制御ユニット２７はまた、コントロールユニット１６によって制御される。

電流検知制御回路２６は、設定された基準値および動作の間、測定されて検出される値に基づいて、電極５上の電流量を制御する。

温度検知制御回路２７は、発熱体１の温度を検出するために適用可能であり、そして、設定されて検出された値に基づいて、マトリクスにおいて固定した予め定められた値にしたがって、それは、電極５上の電流を制御し、スイッチオンおよびオフする。本実施形態において、発熱体１はまた、発熱体１上の電流を測定するための電流出力２９を備える。さらに、センサ２０の温度出力３７は、温度検知制御回路２７および電流検知制御回路２６を通して、ベース周波数発生器１８に接続される。

電流検知制御回路２６の第１の入力２８は、発熱体１の電流出力２９に接続している。電流検知制御回路２６の第１の出力３０は、大電流スイッチユニット１２の電流入力３１に接続している。その第２の出力３２は、変調サメーター１７の第３の入力３３に接続している。そして、その第３の出力３４は、ベース周波数発生器１８の電流入力３５に接続している。温度検知制御回路２７の入力３６は、発熱体１の温度出力３７に接続している。その第１の出力３８は、電流検知制御回路２６の第２の入力３９に接続している。その第２の出力４０は、大電流スイッチユニット１２の温度入力４１に接続している。この配置を通して、共振周波数の必要な値は、発熱体１の温度および電流消費量に関して制御の間、確実にされる。最も低いエネルギー消費量は、共振周波数での発熱体１の動作によって達成されることができる。すなわち、最低の電流消費量は、必要な温度に設定されることができる。

安全性の理由で、過熱保護回路４２は、発熱体１と大電流スイッチユニット１２との間に接続される。

好ましくは、制御ユニット１６は、適切な制御プログラムを実行するマイクロプロセッサ回路によって実現される。変調サメーター１７、ベース周波数発生器１８、電流検知制御回路２６および温度検知制御回路２７は、いわゆるマイクロコントローラまたは、特定の固有のプログラムを実行するコンピュータ技術で使用する他のコントロールユニットによって具体化されてもよい。

本発明の熱発生器４３は、発熱体１と、制御装置９とを備える。本発明の簡単な具体化は、図３に示される。この解決策において、内部媒体６で満たされて、図３に関して記載された制御装置９に接続している発熱体１は、適切な外部媒体２内に置かれる。当然、外部媒体は、熱エネルギーを生産する装置内に含まれる。この場合も、内部媒体６は、外部媒体２と同一でもよい。

本発明の熱発生器４３のより複雑な実施形態は、図４に示される。本実施形態において、内部媒体６で満たされて、図４に関して記載された制御装置９に接続している発熱体１は、適切な外部媒体２内に置かれる。当然、外部媒体は、熱エネルギーを生産する装置内に含まれる。この場合も、内部媒体６は、外部媒体２と同一でもよい。

より大きな熱量が必要とされるときに、そして、物理的寸法が制限されるかまたはかなりの電力レベルが使われるために必要であるときに、いくつかの発熱体は、発熱体の各々が独立ユニットである共振器の見地からとして塗布されてもよい。しかしながら、発熱体１の各々は、それぞれの制御装置９を備えていなければならない。さもなければ、寸法を増加させることができる。しかし、いずれの場合も、空洞共振器に関する物理法則は、考慮されなければならない。

図６のグラフは、時間の関数としてとられる本発明の一実施形態による熱発生器４３を備えている電気オイルラジエータの温度／消費電力と比較して、市場で利用可能なオームの発熱体を備えている同じタイプのラジエータの温度／消費電力を示す。図において、実線は、オイルラジエータの表面温度が８０℃に到達するまでの時間の関数として、本発明による熱発生器４３の消費電力を示す。これには、１５分および３０Ｗの電力が必要であった。点線は、８０℃の表面温度に到達するまでの時間の関数として、慣例のオームの装置の消費電力を示す。これには、４．５分および１９０Ｗの電力が必要であった。本発明による解決策がオームの装置により用いられる電力の１／６未満を使用したことは、明白である。温度が維持される一方で、この比率は残る。本発明による熱発生器４３は、例えば、以下の手法で実現されることができる。本発明による発熱体１は、最初のオームの発熱体が除去された後、例えば、オイルラジエータのより低級なねじ接続部分において組み込まれることができる。発熱体１は、ラジエータのハウジング内にそれのおよそ１／３まで延びる。ラジエータの３／４は、一般の水道水で満たされる。この場合、ラジエータ本体と発熱体１との間で熱移動する外部媒体２は、一般の水道水である。ラジエータは、充填および排出のためのタップを備える。外部媒体より上の空気クッションは、膨張タンクとして機能する。熱生成は、外部媒体２の重力運動を生じさせる。その結果、ラジエータ要素の各々およびそれのほとんど全表面が加熱される。制御装置９は、それがすでに述べられたように完成されて、発熱体２に接続される。制御装置９の動作のための電力は、回路網によって供給される。制御装置９は、この目的のために設計される閉鎖絶縁箱内において、壁上に配置されてもよいし、またはラジエータ上に載置されてもよい。使用されるエネルギーの効率をさらに改善するために必要であれば、ルームサーモスタットを装置に接続してもよい。

本発明の発熱体および熱発生器は、いくつかの効果を有する。それは、容易に製造されることができ、特別な材料の必要がなく、そして、すべての構成部品は、容易に入手可能である。動作の間、燃焼生成物はなく、適用サイトに一酸化炭素はなく、このように爆発および中毒の危険はないので、それは、環境にやさしくそして安全である。それは、迅速にかつ安価にインストールされることができる。その動作は、非常に効率的であり、それは、広く使われることができ、装置の保守要件は、最小限である。周知の技術的な解決策とは対照的に．本発明の解決策は、１単位の熱エネルギーを生成するための有意な化石エネルギーを節約する。それは、熱エネルギーの生成のために必要な、そして加熱または冷却の用に供されるいかなる種類の装置にも適している。

例えば、
ａ）それは、ラジエータおよび炉を有するファミリーハウス、ホリデーホーム、オフィス、工場、ホテル、ショッピングモールを加熱するために、ラジエータを有するキャラバンを加熱するために、使用することができる。
ｂ）それは、プール、アクアパークを加熱するために、電車の暖房システム用に、温室用に使用することができ、家畜場において使用することができ、船の暖房システム用に使用することができる。
ｃ）それは、給湯のために使用することができる。
ｄ）それは、吸収冷却技術用に、冷蔵庫、エアコン、冷蔵保管ハウス、産業冷蔵用に使用することができる。

Claims (11)

1. 発熱体（１）を囲んでいる外部媒体（２）を加熱するための、交流により電力を供給される発熱体（１）であり、前記発熱体（１）は、閉じるかまたは１つ以上の開口を備える中空体ハウジング（３）、および、絶縁要素（４）によって前記ハウジング（３）からおよび互いに絶縁される少なくとも２つの電極（５）を有する、発熱体（１）であって、前記発熱体（１）の前記ハウジング（３）は、荷電イオンを含んでいる内部媒体（６）が内部に配置される空洞共振器であり、開いたハウジング（３）の場合には、前記内部媒体（６）は、前記外部媒体（２）と同一であり、閉じたハウジング（３）の場合には、前記内部媒体（６）は、前記外部媒体（２）と同一であるかまたは異なり、前記電極（５）は、多角形の断面を有し、各々指数カーブの形状を有する前記電極の長手方向軸線（８）が互いに発散するように前記電極は前記ハウジング（３）内に置かれるか、あるいは、前記電極（５）は、回転導体の外筒の部分として形成され、そしてその母線は各々、それらの回転軸線から発散する指数カーブとして形づくられ、多くても１０００Ｖの振幅、１０００〜６００００Ｈｚ、デューティーファクターで調整される交流電圧が電極（５）に接続され、前記交流電圧の周波数および振幅ならびに前記電極（５）の寸法の必要な値は、前記発熱体（１）の前記ハウジング（３）を共振周波数で動作させるために周知の手法で決定される、ことを特徴とする、発熱体（１）。
2. 前記外部媒体（２）は、流体、または適切に調和したゲル、または固体材料であり、前記内部媒体（６）は、熱伝導性および伝熱性を有する流体、または適切に調和したゲル、または固体材料である、ことを特徴とする、請求項１に記載の発熱体。
3. 前記ハウジング（３）は、任意の回転体であり、前記ハウジングの材料は、前記内部媒体（６）および前記外部媒体（２）に対して化学的に耐性であり、そして熱伝導率および無線周波数遮蔽能力を有する、金属またはプラスチックまたはマルチレイヤ・プラスチックである、ことを特徴とする、請求項１または２に記載の発熱体。
4. 前記絶縁要素（４）は、前記ハウジング（３）に密封して固定され、そして前記媒体に対して化学的に耐性である適切な固体材料でできていて、前記絶縁要素（４）を通して温度基準信号センサ（２０）が導かれる、ことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の発熱体。
5. 前記ハウジング（３）は、円形の、または多角形の、あるいは波形のまたは角度の付いた歯として形成されるリブ付きの形状を有する、ことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の発熱体。
6. 前記電極（５）は、弾力があり、導電性を有し、前記媒体（２、６）に対して化学的に耐性である金属薄板から形成される、ことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の発熱体。
7. 制御装置（９）および、熱移動媒体すなわち外部媒体（２）と接触している発熱体（１）を含む、交流により電力を供給される熱発生器（４３）であり、前記発熱体（１）は、開いたまたは閉じた中空体として形成されるハウジング（３）および、絶縁要素（４）によって前記ハウジング（３）からおよび互いに絶縁される少なくとも２つの電極（５）を有し、前記制御装置（９）は、交流主要給電ユニット（１０）、中央ユニット（１１）および大電流スイッチユニット（１２）を含み、前記主要給電ユニット（１０）の電力出力（１３）は、前記大電流スイッチユニット（１２）に接続され、前記主要給電ユニット（１０）の周波数出力（１４）は、前記中央ユニット（１１）に接続され、前記大電流スイッチユニット（１２）の出力（１５）は、前記発熱体（１）に接続している、熱発生器（４３）であって、前記発熱体（１）の前記ハウジング（３）は、荷電イオンを含んでいる内部媒体（６）が内部に配置される空洞共振器であり、開いたハウジング（３）の場合には、前記内部媒体（６）は、前記外部媒体（２）と同一であり、閉じたハウジング（３）の場合には、前記内部媒体（６）は、前記外部媒体（２）と同一であるかまたは異なり、前記電極（５）は、多角形の断面を有し、各々指数カーブの形状を有する前記電極の長手方向軸線（８）が互いから発散するように前記電極は前記ハウジング（３）内に置かれるか、あるいは、前記電極（５）は、回転導体の外筒の部分として形成され、そしてその母線は各々、それらの回転軸線から発散する指数カーブとして形づくられ、多くても１０００Ｖの振幅、１０００〜６００００Ｈｚ、デューティーファクターで調整される交流電圧が電極（５）に接続され、前記交流電圧の周波数および振幅ならびに前記電極（５）の寸法の必要な値は、前記発熱体（１）の前記ハウジング（３）を共振周波数で動作させるために周知の手法で決定され、前記制御装置（９）の前記中央ユニット（１１）は、変調サメーター（１７）およびベース周波数発生器（１８）を含み、前記ベース周波数発生器（１８）は、自動周波数比較器ユニット（１９）を備える基本的に矩形波発生器であり、前記比較器ユニット（１９）の入力信号の１つは、前記ベース周波数発生器（１８）のベース周波数信号であり、前記比較器ユニット（１９）の他の入力信号は、前記発熱体（１）からフィードバックされる温度基準信号センサ（２０）の信号であり、前記ベース周波数発生器（１８）の出力信号（２１）は、前記共振周波数と実質的に一致する、前記変調サメーター（１７）の第１の入力（２２）に接続している矩形波であり、一方、前記主要給電ユニット（１０）の周波数出力（１４）は、前記中央ユニット（１１）の前記変調サメーター（１７）の第２の入力（２３）に接続し、前記変調サメーター（１７）の出力（２４）は、前記大電流スイッチユニット（１２）の制御入力（２５）に接続している、ことを特徴とする、熱発生器（４３）。
8. 前記外部媒体（２）は、流体またはゲルまたは固体材料である、ことを特徴とする、請求項７に記載の熱発生器。
9. 前記中央ユニット（１１）は、前記変調サメーター（１７）および前記ベース周波数発生器（１８）を操作するための制御ユニット（１６）を備え、前記制御ユニット（１６）は、前記発熱体（１）の電流を検知して制御する電流検知制御ユニット（２６）、および前記発熱体（１）の温度を検知して制御する温度検知制御ユニット（２７）も操作し、前記電流検知制御ユニット（２６）の第１の入力（２８）は、前記発熱体（１）の電流出力（２９）に接続され、前記電流検知制御ユニット（２６）の第１の出力（３０）は、前記大電流スイッチユニット（１２）の電流入力（３１）に接続され、前記電流検知制御ユニット（２６）の第２の出力（３２）は、前記変調サメーター（１７）の第３の入力（３３）に接続され、前記電流検知制御ユニット（２６）の第３の出力（３４）は、前記ベース周波数発生器（１８）の電流入力（３５）に接続され、前記温度検知制御ユニット（２７）の入力（３６）は、前記発熱体（１）の温度出力（３７）に接続され、前記温度検知制御ユニット（２７）の第１の出力（３８）は、前記電流検知制御ユニット（２６）の第２の入力（３９）に接続され、前記温度検知制御ユニット（２７）の第２の出力（４０）は、前記大電流スイッチユニット（１２）の温度出力（４１）に接続される、ことを特徴とする、請求項７または８に記載の熱発生器。
10. 過熱保護回路（４２）が発熱体（１）と大電流スイッチユニット（１２）との間に接続される、ことを特徴とする、請求項７〜９のいずれか１項に記載の熱発生器。
11. 前記制御ユニット（１６）は、マイクロプロセッサ回路である、ことを特徴とする、請求項９に記載の熱発生器。

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