JPH0240444A - 水加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は家庭用、工業用等の任意の用途に使用する水加
熱装置の改良およびこの装置に関係する改良に関する。

より詳細には、本発明は、例えば水中に浸漬された未絶
縁電極による電流の加熱作用ために水の媒体を使用する
このような装置に関する。

〔従来技術および発明が解決しようとする課題〕多量の
水の加熱は、家庭用ではほとんどの場合、ドラム中の水
のサーモスタット制御式電気加熱によって行なわれる。

これにより水は比較的低容量のヒータによってゆっくり
加熱されて時々、取り出すことができるドラムに所望の
温度で貯えられる。水は、はとんど絶えず高温に保たれ
るので、ドラムからの熱損失によりこの装置の効率は非
常に悪いという重大な欠点がある。この欠点にもかかわ
らずこの装置は広く採用されている。恐らく、その理由
はこの装置が技術上簡単であって、安価であり、それに
もかかわらず電力必要量が長期にわたって比較的低いか
らである。

要求式水ヒータは、水を装置に流し始めるときにのみ、
発熱体が加熱するようなより小規模に使用されており、
非常に熱い水を供給しようとする場合、電源の比較的高
いレベルを必要とする。しかも、かかるヒータの性能は
、水の導電率が場所によりかつ時期により可成りの程度
まで変化することにより悪影響される。要求式ヒータは
、多くの場合、固定設計のものほど、不十分な性能を示
すと思われる。例えば、スバルトラゲンズ（Ｓｗａｒｔ
−ｒｕｇｇｅｎｓ）最小値で１ミリシーメンスはどの低
い値からブリフッタウン（Ｂｒｉｔｓｔｏｗｎ　）最大
値で９９３ミリシーメンスまでの極端な範囲を示す添付
別表Ａを参照せよ。この表はこの範囲が場所によってだ
けでなく、多くの個々の場所にも極端であることを示し
ている。

添付別表Ｂは、地域別に分類した結果、特別に各地域に
合うようにした装置を供給し得る一様性は何ら得られな
いことを示している。

導電率の変化を補償すべく調整し得るように水に対して
移動できる電極を有する設計がいくつか提案された。し
かし、これらの設計は好首尾ではなかったと思われる。

何故なら、コストが高く、信頼性が低く、また特に表Ａ
が示すように一領域における水の導電率が広く限界間で
変化するときに適当な調整を行うのに、例えば家庭用分
野では特に標準的な使用者に頗ることができないという
難点があるためである。サーボモータ作動式の調整の自
動制御はほとんど提案されておらず、例えば家庭用分野
では問題外である。

バターワース（Ｂｕｔｔｅｒｗｏｒｔｈ　）発行の「電
気技術ハンドブック」は１４〜５５頁に「（大型装置で
考慮することができる）水の抵抗率により家庭用分野で
の量産を非常に困難にしている」と述べている。Ｇ、ニ
ューンズ（Ｎｅｗｎｅｓ）社発行の「電気技師用参考書
」は１５〜２４頁に、「・・・特定の高負荷装置では容
易に考慮することができるが、家庭用の量産にとっては
ほとんど克服し難い難点をもたらす予期し得る給水の抵
抗率の大きな変化・・・」を述べている。これらの問題
の解決策は何ら提案されていない。

く 堅 口 く 本発明の目的は、例えば上記程度の水の広い導電率範囲
を補償することもできる水中の電流の流れの加熱作用に
よる水加熱装置を提供することである。

本発明の他の目的は摩耗、粘着または他罪信頼性または
低耐久性を受けやすい移動部品を設けずに実際の解決法
による水加熱装置を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明による水加熱装置は加熱すべき水に浸漬される複
数の電極と、加熱作用の程度を示す特性を検出するよう
にした検出装置と、検出特性に応手段とを備える。

好ましくは、複数の発熱体は互いに異なる大きさのもの
であり、発熱体の異なる選択により、必要とされる全範
囲にわたって異なる加熱作用を完全に選択することがで
きる。例えば、発熱体の組合せは多ビ・７トを含む２信
シーケンスにより大幅に変化することができる。このよ
うなシーケンスにより、ユニットステツブでの任意の全
加熱作用の選択を考慮することができる。例えば、２５
６：１以上の範囲をもたらすことができたが、２５６ま
での多（のステップが望ましい。これにより、表Ａに示
すように水中で検出された導電率の極端な範囲を実質的
に受入れることができる。２進法を選択するが、その理
由は、２進シーケンスを行うのに発熱体をオンにしよう
とオフにしようと、デジタル制御回路にこの２進法を直
接実施することができるからである。かくして、検出さ
れた特性に対するレスポンスは発熱体の切換を所望の方
法で制御することである。

この検出特性は好ましくは装置からの水の出力温度、従
って、出力温度の領域であり、例えば、実際の水浸温度
については６０℃と７０℃との間の領域あるいは例えば
４５℃〜５０℃の範囲がレスポンスの制御用に指定され
る。この範囲を越える温度を検出するときには、レスポ
ンスは切換えた発熱体の合計値を減らすことであり、ま
たその逆もしかり。

変更例として、検出特性は全加熱電流であってもよいが
、好ましくは、この特性は例えば任意の特定の電気装置
で有利であるような加熱電流の上限、例えば、多相また
は単相用途における４０アンペアを制御するようにだけ
レスポンスに影響するように使用される。かくして、シ
ステムは出力温度が規定領域以下に下がっても、４０ア
ンペア以上を供給しないようになっている。検出された
加熱電流のみによりレスポンスするのは好ましくない。

何故なら、要求型システムおよび加熱タンク型システム
の非常に低い流体の流量では、発熱体で水を沸騰させる
ことができないからである。

本発明は好ましくは水が装置に流れ始めるときにのみ発
熱体がオンに切換わるような要求ヒータの分野に適用さ
れる。例えば、複式２進数法のビット値に応じて複数の
発熱体が異なる大きさのものである場合、大きい方の発
熱体を並列に電気的に接続された副発熱体に再分割して
装置の有利全寸法を容易にすることができる。

好ましくは、発熱体の切換えは適当なソリッドステート
回路により行なわれ、かくして、装置は移動部品を設け
ていない固定構造の利点があることがわかるであろう。

それにもかかわらず、要求加熱用途の場合、上記の導電
率範囲および装置における流量の変化に対処するのに必
要な極度の融通性を示す。

好ましくは、水中に浸漬される発熱体のレイアウトは局
部加熱を回避するように水の流れを電極のあらゆる領域
に通すようになっており、好ましくは、漏電および／ま
たは中立接続部の故障に対して保護するためのアースス
クリーンを装置の入口および出口に使用する。

実施例 本発明を添付図面を参照して以下に例として詳細に説明
する。

第１図に示すように、装置１は、水入口３及び水出口４
を持つ加熱装置２を有し、上記入口及び出口は、両方と
も約１ｍの不導電性の導管、例えばゴム製のホースで連
結されているため、外部の水供給源を入口連結部５及び
出口連結部６のところで漏電から安全に保護することが
できる。ゴムホース７の入口直線状部分はアーススクリ
ーン８を有し、ゴムホース９の出口直線状部分はアース
スクリーン１０を有する。アースＥの導線は、外部の連
結部５及び６の両方、又は、入口３及び出口４の両方の
配管が金属製即ち導電性である場合これらの配管に接続
され、中立Ｎの導線は装置２内の中立の加熱電極に連結
され、活性りの導線は装置２内の活性の加熱電極に連結
されている。これは、漏電及び中立連結部の破損に対し
て保護を提供するように設計されている。中立が外れた
場合、水の導電率が大きい場合であっても最終使用者は
アース電位に保持されるか、或いは漏電保護装置がトリ
ップする。勿論、アースが作動しており且つトリップが
起こらない場合には、存在する電流は危険をもたらすに
は不十分である。漏電が作用しておらず且つ中立が外れ
ている場合でも、最終使用者はアース電位にあり、かく
して電流を受けない。アーススクリーンは、帯電した水
とアースをとった外部の連結部５及び６との間にある。

更に加熱装置２と中立スクリーンとの間の、十分な、例
えば約１ｍの長さのゴムホースが保護を提供する。

第２図、第３図、及び第４図は、加熱装置２内での加熱
電極のレイアウトを示す。装置２は、平らな箱であり、
電極１１及び１２は全て、箱の底２０と蓋２１との間に
密接して取付けられている。

活性電極１１は、箱の右側の壁２２に差し込まれている
が、左側の壁２３の手前で終わっている。

中立導線１２の全ては、箱の左側の壁２３に接続されて
おり、右側の壁２２の手前で終わっている。

これは、電流で加熱される水を装置に亘って通過させる
ジグザグ流路を構成し、この電流は水が流路を流下する
際に活性導線から中立導線に流れる。

不導電性の挿入体２４が設けられている。電極の長さは
、図中に記載されており、表１を参照されたい。その後
、水が出口４から出る。これらのＷ線は全て、同じ高さ
を有するため、これらの有効電熱面積はその長さによっ
て決定され、これらの長さはバイナリコードのビット値
、例えば８ビソトに対応する。デジタル式の電子装置又
は他の最新式のソリッドステートのスイッチング装置に
よって制御される電流に対して露呈されている水の全「
電熱面積」を自動的に変化させることによって、水の導
電率を自動的に変化させることができる。

多くの場合、多数の発熱体の副次的な構成要素として示
されたこれらの電極は、いかなる所望の組合わせにおい
てもスイッチすることができる。

表Ｃは８ビットバイナリシステムにおける関係の例を示
す。

表に の表から分かるように、８つの構成要素が２進法のデジ
タル式の電子制御装置に対して８バイトの８ピントを有
効に与える。ビット値の欄には、８デイジツトから全部
で２５６ステツプが可能であることを示す。電極の長さ
の欄には、各ビット値に対応する電極の有効全長が示さ
れ、副次的な構成要素の構成の欄には、長い電極が副次
的な構成要素に上述の方法でどのように分割されるかが
示されている。第２図を表Ｃと比較して参照すると、そ
のレイアウトがわかる。

制御領域、即ち出力温度の値の範囲内では、長さをこの
ように選択することによって、異なる導電率及び提供す
べき流量の非常に広い範囲に亘って制御領域を満足させ
る組合わせが可能となる。

上述のように、全供給電流が装置の容量について適当な
指定限界を越えないようにオーバーライディング制御が
行われる。

第５図は、電気的な接続を図示し、この図では、第２図
で使用したのと同じ参照番号が電極にいって使用されて
いる。この接続線図は、加熱装置２の電極を適当に接続
することにより、８ビツトの各々がどのようにつくられ
ているかを示す。この図かられかるように、全ての中立
Ｓ線は電極に対して並列に相互連結されている。種々の
活性導線は、構成要素のスイッチングを所望の通りに制
御するため、それらのバイナリビットの群分けに従って
、サイリスク又はトライアックに接続されている。円の
中の数字は２進法の桁ビットであり、勿論、数字０は最
小桁ビア）をあられし、数字７は、最大桁ビットをあら
れす。全てのスイッチングシーケンス中、最小桁ビット
が最初にオン又はオフにスイッチされ、そのため、制御
賦勢下でシステムが、２進法の最小桁ビットステップを
通して、状態の任意の組に対して必要な全伝熱面積に達
する、或いはこの面積まで低下する。この構成では、こ
れは電極の１２＋ｕ長さに対応する。電流制御において
、電流のピーク又は不安定性を無くすため、標準的な制
御方法を実施するのがよい。

第６図は、例えば、ビットＯの場合に活性導線がトライ
アック又はサイリスクでどのように接続されているかを
図示し、各トライアック又はサイリスクは、副次的な構
成要素に対して十分な安全電流値をもっている。このト
ライアック又はサイリスクは、単一の制御線で並列に制
御される全てのものではないが、電力が並列に供給され
る全てのものに電流を供給する。ここでビットＯ乃至７
は同様にスイッチされる。

このシステムは、第１の場合で温度を監視し、５５℃で
切られるように設計されている。このシステムの主な利
点は、流量が少ないときに、代表的な周囲温度である１
５℃乃至２０°Ｃから必要な温度上昇を行いながら、電
流をかなり減少させることができるということである。

またこのシステムは、水栓を締めてスイッチを入れたと
しても、水を実際に沸騰させることがない。しかしなが
ら、第２の場所では、電流が監視され、この保護の影響
は、システムに供給される最大電流を全体として４０　
（Ａ）／相に限定するだけである。この最大電流は、例
えば、家庭用装置についての有利な最大値である。多相
システムが使用されている場合には、負荷がつねに均衡
するように、三相セグメントの全てで同時にスイッチを
行うように設計される。これは、電力会社が望むかなり
重要な事項である。

最大電流をより低くする、約２０（Ａ）、ことが好まし
く、装置のパラメータはこの値を得るように調節するこ
とができる。

この構成では、構造が可動部品の無い永久的なものであ
り、電極が互いから一定の距離の所にあるということが
わかる。

勿論、加熱装置２は液密でなければならないし、いかな
る状況においても構成要素の上、下、又は周りに漏れて
はならない。

本システムは、６５℃で１２０ｐｓｉの圧力に耐えるこ
とができなければならない。

また、本システムは、出口に流れ絞りを有し、これは、
システム内での空気の混入を最小に制限するため流れを
所望の速度に制限するためのものである。この流れ絞り
は、利用できる水圧に合わせて装置を調節できるように
、調節自在に作るのがよい。

電極は、カーボン製であるのがよい。

例外的に導電率の低い（純粋な）水に問題がある場合に
は、この装置の水入口のところに、水中でイオン化して
自由イオンを増加させ、かくして水の導電率を増加させ
る物質を加える「加塩」装置を設けるのがよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、装置の全体構成の概略図であり、第２図は、
上部パネルと下部パネルの間の装置の発熱体を図示する
、内部の概略立面図であり、第３図は、クロージャの側
壁の立面図であり、第４図は、発熱体装五の平面図、即
ち電極の概略図であり、 第５図は、ビット数の大きな装置、例えば８ビツトの装
置を示す、ヒータ回路の電気線図であり、第６図は、例
えば８ビツトを使用するスイッチング制御回路を示す電
気線図である。 １・・・装置　　　　　２・・・加熱装置３・・・水入
口　　　　４・・・水出口５・・・入口連結部　　６・
・・出口連結部７．９・・・ゴムホース ８．１０・・・アーススクリーン 手 続 補 正 書 （方式） ％式％ １、事件の表示 昭和６３年特許願第１７０７２０号 ２、発明の名称 水 加 熱 装 置 ３、補正をする者 事件との関係 出 願 人 氏 名 セドリック イスラエルソン 外１名 ４、代 理 人 願書に最初に添付した明細書の浄書 （内容に変更なし）

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）加熱すべき水中に浸漬された、互いに大きさの異
   なる複数の電極と、加熱効果の尺度を与える特性を検知
   するようになった検知装置と、検知した特性に応じて発
   熱体の選択においてスイッチするようになったスイッチ
   ング装置とを有する水加熱装置。
2. （２）発熱体の水との接触面積が、バイナリシーケンス
   におけるビット値に従って実質的に変化し、このバイナ
   リシーケンスは、多ビットバイナリ制御シーケンスを使
   用する場合、バイナリシーケンスを行うのに発熱体をス
   イッチオンするか或いはオフするかどうかを決定するデ
   ジタル制御回路で直接に行われることを特徴とする請求
   項（１）に記載の水加熱装置。
3. （３）温度範囲によって行われる制御のために出力温度
   の領域が使用され、オーバーライディング制御として加
   熱電流の上限だけを制御する応答に影響を与えるために
   全加熱電流の検知が使用されることを特徴とする請求項
   （２）に記載の水加熱装置。
4. （４）水が装置を通って流れ初めるときにのみ発熱体が
   スイッチオンされる要求式ヒータと関連して応用され、
   発熱体のスイッチングが適当なソリッドステート回路で
   行われ、加熱装置が可動部品を持たない不動構造である
   という利点を有することを特徴とする請求項（１）に記
   載の水加熱装置。
5. （５）大きな発熱体が、装置の全体寸法をコンパクトに
   するため、電気的に並列に接続された副次的な構成要素
   に細分されていることを特徴とする請求項（４）に記載
   の水加熱装置。
6. （６）全ての電極が底と蓋との間に密接して取付けられ
   た箱を有し、これらの電極のうち活性電極は箱の左側の
   壁に差し込まれているが右側の壁の手前で終わり、中立
   電極は箱の右側の壁に差し込まれているが左側の壁の手
   前で終わるため、水が入口から出口へ箱を通って流れる
   ジグザグ流路を構成することを特徴とする請求項（５）
   に記載の水加熱装置。
7. （７）電極の長さが、最大桁ビットから最小桁ビットま
   で数え上げると、バイナリビット値１２８、６４、３２
   、１６、８、４、２、及び１の割合になっていることを
   特徴とする請求項（６）に記載の水加熱装置。
8. （８）装置を漏電及び中立接続故障から保護するため、
   入口及び出口のところにアーススクリーンが使用され、
   不導電ホースの長さが装置の入口及び出口と外部結合部
   との間を連結することを特徴とする請求項（１）に記載
   の水加熱装置。