JPH03195858A - タンクレスウォータヒータ用電気温度制御システム - 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、閉ループ電気温度制御システムに係り、特に
タンクレスウォータヒータから排出される水の温度を厳
密に調節するための電気温度制御システムに関する。

［従来の技術及び発明が解決しようとする課題］ウォー
タヒーティング装置は家庭用及び産業用に広く用いられ
ている。ウォータヒーティング装置の１つの例そして多
分今日において最も広く使われているものは、従来のホ
ットウォータタンクシステムである。このシステムでは
、水がホットウォータ保持タンクにボン１で郡送され、
比較的高い温度例えば１５０〜１８０”　Ｆに加熱され
る。もしある使用態様において、使用される水の温度が
、ウォータタンクがその水を維持する温度よりも低いこ
とが要求される場合、コールドウォータラインからの水
をホットウォータタンクから排出されるホットウォータ
に加え加熱された水の温度を所定の温度レベルに下げる
必要がある。

上述の従来のホットウォータタンクシステムはいくつか
の問題点をもっている。多分一番大きな問題点はコール
ドウォータがホットウォータタンクから排出された加熱
された水に加えられ水の全体的な温度を所定のレベルに
下げるときに生ずる。

これによりホットウォータタンクからの熱を奪うという
形での大きなエネルギ損失が生じ、さらにホットウォー
タタンクとウォータアウトレットの間の供給管路からの
周囲への熱放出が起こる。

あまり広く使用されていないウォータヒーティング装置
としては、タンクレスあるいはｒポイントオブソース（
水源にある）」ウォータヒータである。このタンクレス
ウォータヒータでは、入ってくる地下水が通常熱交換器
として知られる要素を通過し、その地下水は熱交換器を
離れる水の温度がそのシステムの使用者によってセット
された所望温度に一致するまで熱交換器内の加熱要素に
よって瞬時に加熱される。このようなシステムでは、熱
交換器は電気制御システムによって調節される大電流に
よって加熱されるのが典型である。

電気制御装置はまた典型的にはサーモスタット等の温度
選択装置を有し、これによってシステムの使用者が熱交
換器から排出される水の温度を所望の温度に選択できる
。

タンクレスウォータヒータは従来のホットウォータタン
クシステムに比べ優れた利点を有する。

１つの利点は効率における改善である。熱の形のエネル
ギは必要とされたときにしか供給されない、すなわちホ
ットウォータが必要とされる場合のみであるので、従来
のホットウォータタンクシステムで生ずるエネルギ損失
が避けられる。

今日のタンクレスウォータヒーティング装置は、率の点
で従来のポットウォータシウテムよりがなり優れている
けれども、排出される水の実際の温度のより良い調節が
要求される場合がある。例えば写真処理に用いられる水
の温度は設定温度の１〜２°Ｆ差の範囲に厳密に調節さ
れなければならない。このような正確な温度制御は、使
用者によって選択された所定温度を非常に厳密に「トラ
ッキングコすることができる電気制御システムスを必要
とする。現在のタンクレスウォータヒータの温度制御は
変化する流量その他の要因により許容できない程に影響
されるので、正確な温度が要求される場合には不適当な
ものになる。

今日のタンクレスヒーティング装置のその他の欠点は、
ヒータが最初にパワーオンされたときまたは、フルパワ
ー（全電力）がその加熱要素に瞬間的に供給されたとき
に熱交換器内の加熱要素に生ずる応力である。パワーが
熱交換器を制御するシステムから取り除かれたとき、ま
たは、フルパワーが熱交換器に供給されたとき、ある状
況下では電流スパイクも起こる。このようなフルパワー
の瞬間的な供給（例えば約７５　ａＩｌｐｓあるいはそ
れ以上を限度とする）により加熱要素に大きな応力が生
じ、これにより加熱要素の寿命が短縮し、装置の使用期
間が短かくなる。電流スパイクはまた他の電気的に駆動
される装置、例えば電力を供給する装置の変換器にもダ
メージを与える。

従って本発明の主な目的の１つは、タンクレスウォータ
ヒーティング装置から排出される水の温度をより厳密に
且つ正確に調節することができる電気温度制御システム
を提供することである。

本発明の他の目的は、ヒータが最初にパワーオン（電力
供給）されるときタンクレスウォータヒータ内の熱交換
器の加熱要素へ徐々に電力供給することができ、これに
よりフルパワーが加熱要素に瞬間的に供給された場合に
起こるであろう大きな電流スパイクを防止することがで
きる電気温度制御装置を提供することである。

本発明の他の目的は、装置に電力が供給されなくなった
とき（パワーダウンされたとき）、装置内の加熱要素に
供給される電流を素早く遮断することができ、これによ
り電力がシステムがらゆっくりと取り除かれたときに起
こるだろう電力スパイクを防止することができる電気温
度制御装置を提供することである。

本発明の他の目的は、加熱装置内の加熱要素への電流を
制御可能に変調でき、必要なときにだけ電流を加熱要素
へ供給することができる電気温度制御装置を提供するこ
とである。

［発明の要約］ 上述されたあるいはされなかった目的は本発明の電気温
度制御システムによって達成される９本システムは、温
度制御される液体の温度レベルの検知を可能にする温度
検知手段を有する。また、液体の所望の温度レベルの選
択を可能にするための温度選択装置も備えられている。

エラー信号発生アンプは、上記検知手段及び選択手段に
より生成される信号を受け、選択された温度レベルと検
知された温度レベルの差を表すエラー信号を発生する。

エラー範囲比較回路は、所定の最大所望温度レベルエラ
ー範囲を提供し、そのエラー信号を所定のエラー範囲と
比較する。このエラー範囲比較回路は、エラー信号が所
定のエラー範囲にあるときは高ゲイン選択信号を発生し
、エラー信号が所定のエラー範囲の外にあるときは低ゲ
イン選択信号を発生する。

高ゲイン要素及び低ゲイン要素は、それぞれ、システム
基準信号を用いて高ゲイン信号及び低ゲイン信号を発生
する。高ゲイン信号及び低ゲイン信号は、それぞれ、高
ゲイン選択信号或いは低ゲイン選択信号に基づいて、一
方のまたは他方のゲイン信号をアンプ（増幅器）に選択
的につなぐデジタルスイッチに接続されている。システ
ム基準信号は上記アンプにも接続され、高ゲイン信号又
は低ゲイン信号と共に、高ゲイン或いは低ゲインを有す
る条件付き・調節コレクション信号を発生する。

この条件付きコレクション信号は、条件付きコレクショ
ン信号がランプ（勾配）基準信号に対し連続的に比較さ
れる場合、第１のスイッチング回路に入力される。第１
のスイッチング回路は０Ｎ１０ＦＦ位置の間でスイッチ
を動かし、ついで、加熱されるべき液体と液体接触して
いる加熱要素にＡＣジェネレータからの電流を流す、変
調された電流は制御されたＯ　Ｎ１０　Ｆ　Ｆ状態によ
り加熱要素を加熱し、加熱要素と流体接触している液体
を加熱しその温度を正確に調節する。

好適実施例において本発明は、加熱装置が最初に電力供
給されたとき電流を加熱要素に徐々に供給するためのス
ロースタートランプネットワークを備えており、これに
より、もしそうでなければユニットが最初に電力供給さ
れて大電流が加熱要素に最初に供給されるときに起った
であろう電流スパイクを防止している。

好適実施例では、電力がシステムから取り除かれるとき
に起こるであろう電流スパイクを防止するために、加熱
要素を通る電流を素早く遮断するだめのマスターパワー
ダウン回路もまた設けられている。

［実施例］ 第１図に本発明の閉ループ電気温度制御システム１０の
簡略ブロック図がタンクレスウォータヒータ１２と共に
描かれている。ここで、第１図は単相電力システムと共
に作動するシステム１０の簡略ブロック図を示している
。これとは別に、システム１０は、第２図から第５図に
示されるように、三相電力システムと共に作動するよう
に構成することら容易にできる。

システム１０はウォータヒータ１２の熱交換器１８の吐
出口１６内に部分的に備えられている温度検知装置１４
を備えている。使用者が所望の水温を選択できるように
温度選択装置２０６設けられている。温度検知装置１４
の出力と温度選択装置２０の出力はそれぞれバッファ２
２及び２４を介してエラーアンプ２６に接続されている
。

エラーアンプはエラー範囲比較回路３０に入力されるエ
ラー信号出力２８を生成する。エラー範囲比較回路３０
は高／低ゲイン選択信号を代表する出力信号３２を生成
し、これがデジタルスイッチ３６の第１選択人力３４に
出力される。

エラーアンプ２６のエラー信号２８もまたプレフィルタ
３８に出力される。レベルシフタとして作用するシステ
ム基準信号４０は、高ゲイン要素４４または低ゲイン要
素４６と連絡して、高ゲイン信号４８をスイッチ３６の
入力４９に送るかあるいは低ゲイン信号５０をスイッチ
３６の付随出力５２の入力の５１へ提供するのに役立つ
、スイッチ３６の出力５２はエラー信号２８をもってプ
レフィルタ３８へ接続される。プレフィルタ３８は高ゲ
イン或いは低ゲインのどちらかを有する増幅されたコレ
クション信号５４を発生する。高ゲイン要素４４又は低
ゲイン４６をスイッチ３６を介してプレフィルタ３８に
選択的に接続する動作は第２図及び第３図を用いて後述
される。

増幅されたコレクション信号５４は、システム基準信号
４０と共に、微分器／積分器５６へ入力される。微分器
／積分器５６は調整された（条件付）コレクション信号
５８を生成することができる０条件付きコレクション信
号５８は、その後、デジタルスイッチ３６の入力６０へ
出力されると共に、スロースタートランプネットワーク
６４のコンパレータ６２へも出力される。コンパレータ
６２はランプネットワーク６４内のランプジェネレータ
６６からランプ出力（勾配出力）６８を受ける。ラング
出力６８はディジタルスイッチ３６の入カフ２へも接続
されている。コンパレータ６２はディジタルスイッチ３
６の選択人カフ１へ出力されるスロースタート選択信号
７０を発生する。スロースタート選択信号７０はディジ
タルスイッチ３６と共働してスロースタートランプ出力
６８或いは条件付きコレクション信号５８のどちらかを
選択するように作動すると共に、選択された出力５８或
いは６０をディジタルスイッチ３６の付随出カフ４へ接
続するように作動する。

ディジタルスイッチの出カフ４は第１スイッチング回路
７９のコンパレータ７８の第１出カフ６へ接続される。

コンパレータ７８はランプジェネレータ８０からラング
基準信号８１をそれ自身の第２人力８２へ受ける。コン
パレータ７８は変化するパルス幅のパルス列からなるス
イッチング出力８４番フォトトライアック８６へ供給す
る。フォトトライアック８６は、ＡＣパワージェネレー
タ９１を熱交換器１８へ接続するメインパワートライア
ック９０のゲート８８へ接続される。また、水流応答ス
イッチ９３がＡＣジェネレータ９１を熱交換器１８へ接
続している。スイッチ９３はＡＣパワーをＤＣパワーサ
プライ９５へも接続している。好適実施例において、ス
イッチ９３は、ウォータヒータ１２を通る水流に応じて
閉位置にスイッチするように作動する圧力差マイクロス
イッチである。

動作中、システム１０は、熱交換器１８から排出される
水の実温度又はリアルタイム温度を検出・監視する温度
検知装置１４を用いる。この信号は温度選択装置２０か
ら選択された所望の水温と比較され、これら２つの値の
差はエラーアング２６により増幅され、エラー信号２８
を生成する。

このエラー信号は２つの信号の差の大きさを代表するも
のである。エラー信号２８は次にエラー範囲比較回路３
０の所定のエラー範囲の上限及び下限と比較される。エ
ラー範囲比較回路３０のこの特徴は第２図を用いて後述
される。もしエラー信号２８が所定のエラー範囲にある
ならば、エラー範囲比較回路３０は出力３２を発生する
。この出力は高ゲイン選択信号を代表するものである。

出力３２は、その後、高ゲイン要素４４をスイッチの出
力５２へ接続するディジタルスイッチ３６の選択入力３
４へ接続される。反対に、もしエラー信号２８が所定の
エラー範囲の外にあるときは、出力信号３２は低ゲイン
出力信号を代表することになる。低ゲイン選択信号がデ
ィジタルスイッチ３６の選択人力３４に接続されると、
低ゲイン選択信号により低ゲイン要素４６がスイッチ３
６の出力５２へ接続される。従って、エラー信号２８を
所定のエラー範囲と比較すると共に、高ゲイン要素４４
又は低ゲイン要素４６のどちらかをスイッチ３６を介し
てプレフィルタ３８へ選択的に接続することにより、プ
レフィルタ３８のゲインを選択的に制御することができ
る。プレフィルタ３８は、その後、高ゲイン要素４４ま
たは低ゲイン要素４６のどちらか一方により供給された
ゲインに基づいてエラー信号２８を増幅し、増幅コレク
ション信号５４を生成する。

微分器／積分器回路５６の微分器は、システム基準信号
４０に関連して［ルックアヘッド（前方を見る）３回路
として作用し、信号５４の変化が速いとき、増幅コレク
ション信号５４を小さくするか「トリミング（整える）
ｊする。これにより、温度選択装置２０から選択された
温度選択信号の調節或いは「トラッキング」が改善され
る０ｇ＆分器／積分器５８の積分器は増幅コレクション
信号５４の時間積分をとり、条件付きコレクション信号
５８を生成する。この信号は変化する周波数及び振幅の
シヌソイド（正弦波）状の信号を代表する。

システム１０に初めて電力入力がされたとき、最初の条
件付きコレクション信号５８がスロースタートランプジ
ェネレータ６６により生成されたスロースタートランプ
信号（勾配信号）６８と比較される。ｆｋ初は、ランプ
信号６８は条件付きコレクション信号よりも大きい（こ
れについては以下に詳述される）。ランプ信号６８が条
件付きコレクション信号５８よりも大きい間は、コンパ
レータ６２の選択比カフ０はディジタルスイッチ３６を
介してランプ出力６８をコンパレータ７８の入カフ６へ
接続する１条件付きコレクション信号５８がその大きさ
（＠幅）において、ランプ信号６８よりも大きくなると
、コンパレータ６２の選択比カフ０はディジタルスイッ
チ３６を介し条件付きコレクション信号５８をコンパレ
ータ７８の入カフ６へ接続する。従って、条件付きコレ
クション信号５８がランプ信号６８よりも小さい間は、
スロースタートランプネットワーク６４は条件付きコレ
クション信号５８をランプ信号６８と比較し、出力され
る信号としてランプ信号６８を選択する０条件付きコレ
クション信号５８がその大きく（振幅）においてランプ
信号６８を越えると、ネットワーク６４により条件付き
コレクション入力５８がスイッチ３６を介してコンパレ
ータ７８はの入カフ６へ出力される。スロースタートラ
ンプネットワーク６４を内蔵することにより、システム
１０に電源入力が初めてされたとき、また所望の水温と
選択された水温との間に大きな差があるときに生成され
るであろう電流スパイク又は過渡状態が、ランプ出力６
８として徐々に供給される電流により防止される。なお
、スロースタートランプネットワーク６４は必須要素で
はなく、システム１０はスロースタートランプネットワ
ークなしでも所望の動作をする。

次に、ランプ出力６８又は条件付きコレクション出力５
８のどちらかを代表するディジタルスイッチ３６からの
出カフ４がコンパレータ７８によりランプジェネレータ
８ｏのランプ基準信号８１と比較される。ランプ基準信
号８１がその大きさにおいてディジタルスイッチ３６の
出カフ４がらの信号よりも大きいときは、コンパレータ
７８の出力信号８４がフォトトライアック８６を作動（
スイッチオン）させる。フォトトライアック８６は、次
に、メインパワートライアック９０をスイッチオンし、
これにより熱交換器１８へ／から電流が流れる。コンパ
レータの入カフ６の信号がランプ基準信号８１のそれを
越える場合は、コンパレータ７８の出力８４はフォトト
ライアック８６をスイッチオフし、これにより、メイン
パワートライアック９０をスイッチオフし、熱交換器１
８へ／からの電流を遮断する。熱交換器１８への電流の
遮断により、熱交換器が冷却され、これにより熱交換器
を通過する水の冷却が始まる。ラングジェネレータ８０
．コンパレータ７８　フォトトライアック８６及びメイ
ントライアック９０の動作に関する詳細は第２図乃至第
５図に基づいて後述される。

システム１０がパワーダウンされるとき、マスターパワ
ーダウン回路９４が、システム１０へのパワーが取除か
れシステム１０により生成される供給電圧が徐々に勾配
をもってゼロボルトへ減少するときに起るであろう電流
スパイクを防止する。

本発明のこの特徴は、以下の段落でさらに説明される。

第２図乃至第５図に本発明の閉ループ制御システム１０
の詳細な配線図が示されている。

第２図乃至第５図は三相パワーシステムを用いた好適実
施例を示しているが、システム１０は必要とあらば単相
パワーシステムと動作するように容易に変更できる。ま
ず、第２図を参照する。温度検知装置１４は、コネクタ
９６を介し補助コネクタ９７に接続されていると共に、
電圧分割装置内ではレジスタ９８と共にバッファ２２に
接続されている。バッファ２２はエラーアンプ２６の演
算増幅器（オペアンプ）２５のインバート入力に接続さ
れている。説明を容易にするために、第１図の熱交換器
１８（これは、通常、温度検知装置１４を部分的に収容
している）は第２図に示されていない０本好適実施例に
おいては、温度検知装置はナショナル・セミコンダクタ
・コーポレーション（Ｎａｔｉｏｎａｌ　５ｅｎｉｃｏ
ｎｄｕｃｔｏｒ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）から市場に
出されている精密集積回路温度センサ（製品番号ＬＭ３
４）である、このセンサは、検知する華氏温度に直線的
に比例する出力電圧を生成するので、特に望ましい、こ
のセンサはマイナス５０°Ｆからプラス３００’　Ｆの
間でプラス／マイナス１，５°Ｆの精度を提供するのに
キャリブレーション又はトリミングを必要としない、こ
のセンサはまた、補助コネクタ９７にオプション的に接
続され得る温度読出しデイスプレィとのインターフェイ
スを非常に容易にする低出力インピーダンスを提供する
。しかしながら、そのような場合には、精密集積回路温
度センサの代りにサーミスタが内蔵され得る。

温度選択装置２０はポテンショメータ（を位差針、分圧
器）として描かれており、これによりシステムの使用者
は約４２°Ｆ−５２°Ｆ（この温度は地下水の温度にほ
ぼ等しい）から少なくとも約１６０’　Ｆ−１７０°Ｆ
の間で所望の温度を選択することができる。これはポテ
ンショメータ２０をレジスタ１００．１０２とポテンシ
ョメータ１０４゜１０６と共に電圧分割装置内に設ける
ことにより達成される。ポテンショメータ２０がその最
大抵抗にセツティングされたときは、レジスタ１０６と
１０２との間の集合的電圧降下は最小の所定値になり、
これがバッファ２４のノンインバート入力への電圧入力
となる。反対に、ポテンショメータ２０がその最小抵抗
値にセットされたときは、レジスタ１０６と１０２との
間の集合的電圧降下は、したがってバッファ２４への電
圧入力は、最大の所定値となる。温度選択ポテンショメ
ータ２０がその最大抵抗値にセットされている間は、最
大所定電圧値は、ポテンショメータ１０６を調節するこ
とにより、キャリプレートされ温度検知装置１４の最大
電圧出力に相当するようになる（レジスタ９８により一
定値分だけスクールダウンされる）。

最小所定電圧は、同様に、温度検知装置１４により出力
された最小電圧に相当するようになる。すなわち、加熱
されていない地下水の温度を検知するとき装置１４によ
り生成された電圧（レジスタ９８によりスケールダウン
される）になる。温度選択ポテンショメータ２０がその
最大抵抗値にあるとき、最小所定電圧は、ポテンショメ
ータ１０４を調節することによりキャリプレートされ、
検知装置１４によって生成される電圧に相当するレジス
タ（抵抗）１０２−ポテンショメータ１０６間の集合的
電圧降下を提供する。このように、温度選択装置２０に
よりシステム１０の使用者は温度検知手段１４が作動で
きる温度範囲のいかなる点における温度レベルをも選択
できる。

検知装置１４及び調節ポテンショメータ２０の信号がバ
ッファ２２及び２４によりそれぞれバッファされた後、
それらはそれらの差が増幅されるディファレンシャルア
ンプ（差動増幅器〉２６に入力される。差動増幅器２６
の出力はエラー信号２８を代表し、これがエラー範囲比
較回路３０のアッパーリミットコンパレータ１１２のイ
ンバート入力とロアーリミットコンパレータ１１４のノ
ンインバート入力に入力される。上記回路３０は電圧分
割装置内に設けられたレジスタ１１６，１１８，１２０
及び１２２を有し、エラー信号２８が比較される約プラ
ス／マイナス３’Ｆに相当する固定最大所望温度エラー
範囲を提供する。エラー範囲のアッパーリミットは地上
に対する点１２４での電圧により代表される一方、ロア
ーリミットは地上に対する点１２６の電圧によって代表
される。本好適実施例においては、このエラー範囲は約
６．２ボルトから約５．８ボルトに相当し、このエラー
範囲の中間点１２８は地面に対し約６ボルトの電圧を有
しているやアッパーレベルエラーリミット、即ち、点１
２４はアッパーリミットコンパレータ１１２のノンイン
バート入力に接続されている一方、ロアーレベルエラー
リミット、即ち、点１２６はロアーリミットコンパレー
タ１１４のインバート入力に接続されている。エラー信
号２８がコンパレータ１１２及び１１４に入力されると
、エラー信号２８は高電圧銀及び低電圧限、即ち、６．
２ボルトと５．８ボルトにより沃められた電圧エラー範
囲と比較される。もしエラー信号２８が６．２ボルトよ
り大きければ、コンパレータ１１２はアッパーリミット
論理０出力を生成し、これによりエラー範囲比較回路３
０の出力３２を論理Ｏレベルに引き下げる。同様に、も
しエラー信号２８が５．８ボルトより低いときは、ロア
ーリミットコンパレータ１１４はロアーリミット論理０
出力を生成し、比較回路３ｏの出力３２を論理０レベル
へ引き下げる。しがしながら、エラー信号２８が６．２
−５．８ボルトの範囲内にあるときは、両コンパレータ
１１２，１１４は論理ルベルを有するアッパーリミット
出方及びロアーリミット出力を生成し、これにより、引
き上げレジスタ１２９とこれに供給されるプラス１２ボ
ルトが出力３２を論理ルベルにホールドする。

従って、エラー範囲比較回路３ｏは、ポテンショメータ
２０を介し選択された所望の温度と検知装置１４により
検知された水の実際の温度との間の差を比較する。もし
、検知された温度が所望の温度に等しければ、エラー信
号は、論理ルベルを有する出力３２を生成する約６ボル
トの電圧を代表することになる。もし、所望の温度と選
択された温度との間の差が非常に小さければ、即ち、約
グラス／マイナス３°Ｆ内であれば、エラー信号２８は
約６．２ボルトから５，８ボルトの間でしが変化せず、
従って、比較回路３０の出力３２が論理ルベルに維持さ
れる。しかしながら、もし、所望の温度と選択された温
度が約プラス／マイナス３°Ｆより大きく変化するなら
ば、エラー信号２８は約６．２ボルトより大きい値ある
いは約５．８ボルトより小さい値を有する電圧を代表す
ることになり、比較回路３０は論理０レベルを有する出
力を生成することになる。なお、上記された特定の電圧
は説明上使用されただけであり、その以外の電圧範囲も
比較回路３０内で用いられるレジスタの値を変えること
により容易に得られる。

第２図及び第３図を参照すると、エラー範囲比較回路３
０の出力３２はディジタルスイッチ３６の選択入力３４
へ接続されている。もし、出力３２が論理ルベルにある
ならば、ディジタルスイッチ３６は選択人力４９をスイ
ッチ３６の出力５２へ接続するように作動する。出力３
２が論理０レベルにあるときは、スイッチ３６は入力５
１を出力５２へ接続する。

レベルシフタとして作用するシステム基準信号４０は約
６ボルトの電圧を代表する。システム基準信号４０は、
バッファ１３０によりバッファされた後、高ゲイン要素
４４（レジスタとして代表されている）に供給され高ゲ
イン信号４８を生成すると共に、低ゲイン要素４６（レ
ジスタとして代表されている）にも供給され低ゲイン信
号５ｏを生成する。高ゲイン信号４８及び低ゲイン信号
５０は次にディジタルスイッチ３６の入力４９及び５１
にそれぞれ接続される。

高ゲイン信号４８スは低ゲイン信号５０のどちらかを代
表するスイッチ３６の出力５２は、プレフィルタ３８の
演算増幅器（オペアンプ）１３２のインバート入力へ接
続される。エラー信号２８はオペアンプ１３２のノンイ
ンバート入力に接続される。プレフィルタ３８には、高
ゲインレジスタ４４と低ゲインレジスタ４６との間でス
イッチングが行われるときに生成されるであろう正方向
及び負方向に向かう電圧スパイクをフィルタするコンデ
ンサ１３４及び１３６が設けられている。なお、コンデ
ンサ１３４と１３６は必須要素ではなく、単にシステム
１０全体の安定性を強めるためのものである。

プレフィルタ３８にはさらに、選択されたゲイン信号４
８或いは５０と共に、オペアンプ１３２に第１、即ち、
高ゲイン信号或いは第２、即ち、低ゲイン信号のどちら
かを生成させる。

オペアンプ１３２の出力５４は、高ゲイン或いは低ゲイ
ンのどちらかにより増幅された、実際の水温と選択され
た水温との差を代表する増幅コレクシシン信号を代表す
る。従って、プレフィルタ３８は、高ゲイン或いは低ゲ
インのどちらがを生成すべく、エラー信号２８の大きさ
に基づいて、レジスタ４４又は４６のどちらかをディジ
タルスイッチ３６を介しオペアンプ１３２のインバート
入力に選択的に接続することにより形成される。この「
デュアルゲイン」選択機能を提供することにより、プレ
フィルタ３８を、エラー信号２８が設定エラー範囲の外
にあるとき（即ち、検知された温度と所望の温度との差
がプラス／マイナス３゜Ｆよりも大きいとき）低ゲイン
を発生し、エラー信号２８が所定エラー範囲内にあると
きは高ゲインを生成するように構成することができる。

システム１０のデュアルゲイン選択機能は、熱交換器１
８から出てくる水の温度をより厳密且つ正確に調節する
ための一つの重要な要因である。エラー信号が検知水温
と選択水温の間で比較的大きな変化を示すとき、即ち、
プラス／マイナス３°Ｆよりも大きいときに低ゲインを
選択することにより、システム１０によるオーバーシュ
ート（これは高ゲインがシステム１０に用いられた時に
だけ発生することが多い）は実質的になくなる。これに
より、そうでなければ水が選択温度にされる前に起こる
であろうシステム１０の振動を減少・なくすことにより
システム１０のより高い安定性が確保される。水温が選
択温度のプラス／マイナス３゜Ｆ内に一度入った後に高
ゲインへスイッチングすることにより、システム１０は
検知水温の変化によりすばやく反応でき、これにより水
温のより正確な調節が可能となる。

増幅されたコレクション信号５４は微分器／積分器５６
のオペアンプ１４０のインバート入力へ入力される。レ
ジスタ１４２、コンデンサ１４４、コンデンサ１４６及
びレジスタ１４８は、オペアンプ１４０と共に、微分器
／積分器５６の微分器部分を構成し、「ルックアヘッド
（前方を見る）」装置として作用し、信号５４が正方向
或いは負方向のどちらかに早い変化をするとき、増幅さ
れたコレクション信号５４を少し減少或いは「トリミン
グ」する。

微分器／積分器５６の積分器は、レジスタ１４８゜レジ
スタ１５０．コンデンサ１５２．コンデンサ１５４及び
レジスタ１２８からなる。積分器部分は、プレフィルタ
３８から出力される増幅されたコレクション信号５４の
時間積分である条件付き・調整済みコレクション信号５
８を生成する。換言すると、積分器部分は増幅されたコ
レクション信号５４を連続的に合計し、変化する周波数
及び振幅を有する正弦波形をほぼ代表する出力５８を生
成する。

条件付きコレクション信号５８は第６図を基にして更に
説明される。

条件付きコレクション信号５８はスロースタートランプ
ネットワーク６４のコンパレータ６２のインバート入力
に接続されると共にディジタルスイッチ３６のインプッ
ト６０にも接続されている。

スロースタートランプジェネレータ６６からのスロース
タートランプアウトプット６８はコンパレータ６２のノ
ンインバート入力に入力され、コンパレータ６２の出力
信号７０はデイジタルスイ・ンチ３６の選択人カフ１へ
接続されている。

スロースタートラングネットワーク６４は次のように作
動する。パワー（電力）がシステム１０に最初に供給さ
れるときは、オペアンプ１５８は約７〜８ボルトの範囲
で最大出力を発生する。コンデンサ１５６もチャージン
グ〈充電）をはじめ、オペアンプ１５８の出力を勾配を
つけて小さな正電圧へ次第に減少させる。従って、スロ
ースタートランプネットワーク６４は、最大正電圧から
最小正電圧へ徐々に減少する勾配出力６８の形でスロー
スタート制御信号を生成する。パワーがシステム１０か
ら取除かれると、ＰＮＰトランジスタ１６０は、フォア
ードバイアスされコンデンサ１５６を放電させる。従っ
て、スロースタートランプネットワーク６４は、システ
ム１０が最初にパワーオンされたとき勾配入力６８を生
成し、これが積分器／微分器５６からの条件付きコレク
ション出力５８と比較される。コンパレータ６２は条件
付きコレクション信号５８を勾配信号６８と比較する。

システム１０が最初にパワーオンされ比較的大きなエラ
ー信号２８が発生するときは、勾配信号６８は条件付き
コレクション信号５８よりもより正の値になる。これに
より、コンパレータ６２は、論理ルベル信号を代表する
出カフ０をディジタルスイッチ３６の選択入カフ１へ提
供する０選択入カフ１における論理１は入カフ２を選択
し、これにより勾配信号６８をスイッチ３６の出カフ４
へ接続する。勾配信号６８は、条件付きコレクション信
号が勾配信号６８よりもより正の値になるまで（これは
望ましくは少なくとも約１−５秒間は起こらない）、ス
イッチの出カフ４に接続され続ける。上記１−５秒とい
う時間は、コンデンサ１５６とレジスタ１６２の値を単
に変えることにより特定の応用例における要求に応じて
増加或いは減少される。

条件付きコレクション信号５８が勾配信号６８より正の
値になると、コンパレータ６２の出カフ０は論理０レベ
ル信号にスイッチし、選択入カフ１が入力６０をスイッ
チの出カフ４に接続する。

従って、勾配信号６８の大きさを条件付きコレクション
信号５８の大きさと比較することにより、スロースター
トランプネットワーク６４は、システム１０が最初にパ
ワーオンされ信号５８が負の値或いは小さな正の値を有
しているとき、条件付きコレクション信号５８を制御可
能に阻止する。

これにより、電流が熱交換器１８（第１図に示されてい
る）に供給されなければならないということが示される
。スロースタートランプネットワーク６４は、また、シ
ステムが最初にパワーオンされたとき、条件付きコレク
ション信号５８の代りに勾配信号６８をディジタルスイ
ッチ３６の出カフ４に接続することができる（条件付き
コレクション信号５８の代わりにディジタルスイッチ３
６の出カフ４に接続されるべき勾配信号６８を発生する
）、これにより熱交換器１８に大量の電流が急激に供給
されるのを防いでいる。従って、勾配信号６８は、所定
時間、熱交換器１８に電流を徐々に供給し、条件付きコ
レクション信号５８が所定値に達したときは制御を条件
付きコレクション信号５８に引き渡す。

スロースタートランプネットワーク６４は必須要素では
ないが、これにより今日のウォータヒータ制御システム
に対するいくつかの利点が提供される０例えば、パワー
アップの際に熱交換器１８へ全電流（即ち瞬時に、最大
７５　ａｍｐｓあるいはそれ以上）を供給せず電流を徐
々に供給することにより、熱交換器１８の加熱要素の寿
命が延びる。

電流スパイクが減少・解消されるので、パワー供給装置
のトランスフォーマや他の部品にも好ましい、また、モ
ーチル（自動車旅行者の宿泊所）やアパート・マンショ
ンのような高密度住宅施設におけるシステム１０の作動
性が改善される。何故なら本システムの数多くのそして
実質的に同時のスタートアップ（起動）は、これら施設
へパワーを供給する装置はど高い税金がかからないから
である。

第４図を参照すると、ディジタルスイッチ３６の出カフ
４が第１スイッチングネツトワーク７９、第２スイッチ
ングネツトワーク１７０、第３スイッチングネツトワー
ク１７２のコンパレータ７８．１６６．１６８のインバ
ート入力にそれぞれ接続されている。尚、スイッチング
回路１７０と１７２は三相パワーシステム用の完全なス
イッチングネットワークを図示するために描かれている
に過ぎない、もしシステム１０が単相パワーシステムに
用いられるならば、スイッチング回路７９だけが必要と
なる。

第１スイッチング回路７９から始めると、好ましくは約
プラス１８ボルトの大きさを有する全波整流６０Ｈｚ信
号がステップダウントランスフォーマのセカンダリから
ラングジェネレータ８０の入力１７４に供給される。ス
テップダウントランスフォーマは当該技術分野では良く
知られており、従って、第４図には描かれていない、プ
ラス１８ボルトの信号はジーナーダイオード（ｚｅｎｅ
ｒ　ｄｉｏｄｅ）１７６によって好ましくは約プラス１
０ボルトに切り落とされる。レジスタ１７８及びジーナ
ーダイオード１７６は、共働して、上記切り落とされた
パワー或いは使用されないパワーを吸収する。上記切り
落とされたプラス１０ボルトの信号１７３は次にコンパ
レータ１８０のノンインバート入力へ接続される。

コンパレータ１８０はそのインバート入力に供給される
好ましくは約プラス０．６ボルトの基準信号を有する。

ここで、プラス０．６ボルトはダイオード１８２におけ
る電圧降下である。プラス１０ボルト信号１７３が上記
０．６ボルト信号を越えると、コンパレータ１８０は論
理ルベル出力を発生し、これによりコンデンサ１８４が
レジスタ１８６を通して充電を始める。コンデンサ１８
４が充電を始めると、約プラス０．６ボルトの初期値を
有する電圧勾配がレジスタ１８８を介しコンパレータ７
８のノンインバート入力へ供給される。プラス１０ボル
ト全波信号１７３がコンパレータ１８０のインバート入
力へ供給される０、６ボルト信号より小さくなると、コ
ンパレータ１８０は論理０レベル出力信号（０，６ボル
ト信号）を生成する。これによりコンデンサ１８４はダ
イオード１９０を介し放電を初め、レジスタ１８６を通
る電流がダイオード１９０を通ってアースされる。これ
により、論理０レベル信号（０，６ボルト）をコンパレ
ータ７８のノンインバート入力に供給する。従って、プ
ラス１０ボルト全波整流信号１８４がその大きさにおい
て増加・減少すると、コンパレータ１８０によりコンデ
ンサ１９４は制御可能に充電・放電をし、勾配基準信号
８１を生成する。

勾配基準信号８１はスロースタートラングネットワーク
６４からの勾配出力６８或いは微分器／積分器５６から
の条件付きコレクション信号のどちらかくどちらが勾配
選択信号７０により選択されているかによる）と連続的
に比較される。説明の都合上、本システムは既に約５秒
より長く作動しており、この場合、条件付きコレクショ
ン信号５８がコンパレータ７８のインバート人カフ６へ
供給されることにする。コンパレータ７８はスイッチン
グ信号８４を生成し、このスイッチング信号は、コンパ
レータ７８のノンインバート入力の勾配基準信号８１が
その大きさにおいて条件付きコレクション信号５８より
も大きいときはいつでも論理ルベルを有する。スイッチ
ング出力８４はＮＰＮスイッチングトランジスタ１９２
のベースに接続される。論理ルベルスイッチング信号８
４はトランジスタ１９２のエミッターベースジャンクシ
ョンをフオアードバイアスし、これにより論理ルベルを
有する信号１９３がコネクタ１９４のライン１９５を通
って送られる０条件付きコレクション信号５８が勾配基
準信号の大きさを越えると、コンパレータ７８によって
生成されるスイッチング信号８４が論、環０レベルにス
イッチし、スイッチングトランジスタ１９２のエミッタ
ーベースジャンクションをリバースバイアスし、これに
よりトランジスタ１９２とコネクタ１９４には電流が流
れなくなり、信号１９３を論理０レベルへ落とす。

従って、スイッチングネットワーク７９のコンパレータ
７８によって生成されるオン−オフスイッチング信号８
４は、幅が変化する四角波形出力パルスト列を生成し、
スイ・シチングトランジスタ１９２を起動・停止する。

スイッチングトランジスタ１９２とコンパレータ７８の
出力は第６図の波形を基にして更に説明される。

スイッチングトランジスタ１９２により生成されるオン
−オフスイッチング信号１９３はジャンノ（−２０２と
２０４の第ルッグ（脚）１９８と２００とに接続されて
いる。ジャンパー２０２と２０４は、後述されるように
、本システム１０が三相パワーシステムと共に用いられ
るときのみ必要とされる。ジャンパーアッセンブリ２０
２と２０４の第２し・ング２０６と２０８はそれぞれ第
ルッグ１９８と２００とに接続され、これによりオン−
オフスイッチング信号１９３がライン２１０と２１２を
介してコネクタ１９４を通って送られる。

次に第４図及び第５図を参照すると、トランジスタ１９
２のオン−オフスイッチング信号１９３が論理ルベルに
あるときは、電流はライン１９５，２１０及び２１２を
通り、フォトトライアック８６　、２２４及び２２６の
それぞれの発光ダイオード（ＬＥＤｓ）２１４．２２５
及び２２７を通り、そしてライン２１６を通ってマスタ
ーパワーダウン回路９４のトランジスタ２２０のコレク
タへ流れる。オン−オフスイッチング信号１９３は発光
ダイオード２１４，２２５及び２２７を発光させ、フォ
トトライアック８６　、２２４及び２２６をスイッチオ
ンする。フォトトライアック８６．２２４　　及び２２
６はそれぞれのメインパワートライアック９０　、２２
８及び２３０のゲート２２２，２３５及び２３７へ信号
を供給し、これにより、トライアック９０　、２２８及
び２３０がスイッチオンされ、熱交換器１８内の加熱要
素２１３，２２９及び２３１とトライアック９０とを介
して三相ＡＣジェネレータ（図示せず）のラインＬｌ、
Ｌ２及びＬ３から電流を流す、トランジスタ１９２のオ
ン−オフスイッチング信号１９３が論理０のときは、フ
ォトトライアック８６．２２４及び２２６の発光ダイオ
ード２１４゜２２５及び２２７はオフにされ、これによ
りフォトトライアック８６　、２２４及び２２６とメイ
ンパワートライアック９０．２２８及び２３０とが停止
する。そして、熱交換器１８内の加熱要素２１３．２２
９及び２３１を通る電流は遮断され、これにより熱交換
器１８及びこれを通って流れる水の冷却が始まる。尚、
フォトトライアック８６　、２２４及び２２６は必須要
素ではなく、単に本システム１０の絶縁・隔離・分離を
強めるために設けられたに過ぎない、また、熱交換器１
８は第５図に示された３つよりも多い或いは少ない数の
加熱要素を有してもよい、これは、各トライアック９０
　、２２８又は２３０の最大電流移送・伝達能力に依存
する。

従って本システム１０は、検知された水温と選択された
水温との差を素早く且つ連続的に修正すべく熱交換器１
８への電流を自動的に変調する閉ループ制御システムと
して作用する０本システムの閉ループは、更に、もし閉
ループがなければ、加熱装置１２を通って流れる水の温
度調節に影響を及ぼす流量変化に対する自動的な補償を
もしている。

本システム１０の他の利点は必要とされるときだけしか
電流が熱交換器１８の加熱要素２１３，２２９及び２３
１に供給されないことである。これにより、効率の点で
著しい改善が見られ、いくつかの応用例においては、１
００％もの改善が見られる０例えば、ある家族が休暇で
家を離れている間、数日間あるいは数週間はホットウォ
ータ（お湯）が必要とされないにも拘らず、タンク型ポ
ットウォーターシステムは、通常、貯留タンク内の水を
比較的高い温度に維持し続ける。従って、この間お湯が
必要とされないにも拘らず、お湯を加熱状態に保つため
に電力が消費される０本発明では、お湯が実際に使用さ
れる間だけしか電力は消費されない、従って、使用され
ない間は電力は全く消費されない。

本システム１０は更に、熱交換器１８を通る水を非常に
速く加熱することができる０例えば、約２ガロン／分の
流量で２０８ボルトを供給するＡＣジェネレータを用い
熱交換器１８へＯ−０−７５ａ入力がある場合、水温を
約４２°Ｆ−５２°Ｆから１０２°Ｆ−１１２°Ｆ（凡
そ６０°Ｆの上昇）に約２５秒以内で上昇させることが
できる。

第４図及び第５図に戻ると、論理１がライン１９５にあ
り、フォトトライアック８６，２２４及び２２６とパワ
ートライアック９０．２２８及び２３０とがスイッチオ
ンされているときは、オン−オフスイッチング信号１９
３はライン２１６を介してマスターパワーダウン回路９
４のＮＰＮトランジスタ２２０のコレクタへ接続される
。マスターパワーダウン回路９４はダイオード２３４．
レジスタ２３６及びコンデンサ２２８を備え、符号２３
２に供給された未調整正電圧を介しトランジスタ２２０
のベースを７オアードバイアスする。上記正の値を持つ
調整されていない電圧は、また、システム１０が最初に
パワーオンされたとき、コンデンサ２３８を充電する。

従って、トランジスタ２２０のフオアードバイアスによ
り、ライン２１６のオン−オフスイッチング信号１９３
用の地上への完全な通路が形成される。システム１０が
パワーダウンされると、マスターパワーダウン回路９４
は、コンデンサ２３８をレジスタ２３６を介し放電させ
てトランジスタ２２０をフオアードバイアス状態に一時
的に保持することにより、ライン２１６へ通る電流をす
ばやく遮断するように作動する。パワーがシステム１０
から取除かれた後のしばらくの間トランジスタ２２０を
フオアードバイアス状態に維持することにより、若しパ
ワーがシステム１０から徐々に取除かれたならば起るで
あろう電圧スパイクが防止される。

第２スイッチング回路１７０は第１スイッチング回路７
９にその動作の点でいくらか似ており、以下に説明され
る。第３スイッチング回路１７２の動作は第２スイッチ
ング回路１７０のそれと同一であるので、回路１７２の
説明は省略する。システム１０がパワーオンされると、
位相基準フォトトライアック２４２の発光ダイオード２
４Ｇが発光し、これに伴い、位相基準フォトトライアッ
ク２４２がスイッチオンされる。トライアック２４２が
スイッチオンされると、三相電源（即ち、ＡＣジェネレ
ータ９１）の位相２及び位相３が接続され、電流がライ
ン２４４．オプティカルアイソレータ２４８の発光ダイ
オード２４６及びレジスタ２５０を通って流れる。

この電流が発光ダイオード２４６を発光させ、オプティ
カルアイソレータ２４８のフォトトランジスタ２５２を
フォアードバイアスし、第２スイッチング回路１７０の
トランジスタ２５４のベースをアースする。この時、ト
ランジスタ２５４はリバースバイアスされ、これにより
コンデンサ２５６がレジスタ２５８を介して充電を始め
、正方向へ向う勾配基準電圧２５９をレジスタ２６０を
介してコンパレータ１６６゛のノ゛ンインバート入カヘ
供給する。ライン２″４４で正弦波状に変化する電流が
ゼロの場合は、発光ダイオード２４６はオフされ、従っ
て、フォトトランジスタ２５２はリバースバイアスされ
、これに４よりトランジスタ２５４はレジスタ２６２を
通る電流によりフォアードバイアスされる。そして、コ
ンデンサ２５６はトランジスタ２５４を介して地上へ放
電し、コンパレータ１６６のノンインバート入力の勾配
信号２５９はオプティカルアイソレータ２４８が再びス
イッチオンされるまでその大きさにおいて減少する。

コンパレータ１６６は、コンパレータ７８と同様に、条
件付きコレクション信号５８を勾配信号２５９の値と比
較し、勾配信号２５９がその大きさにおいて条件付きコ
レクション信号５８を上回るとき論理１出力をトランジ
スタ２６４へ供給する。そして、トランジスタ２６４は
電流をジャンパーアッセンブリ２０２を通して第２フオ
トトライアツク２２４へ流す。

次に第６図を参照すると、コンパレータ１８０のノンイ
ンバート入力へ供給されるクリッピングされた（切り落
された）プラス１０ボルト全波信号１７３の一例が示さ
れている。スイッチング回路７９のランプジェネレータ
８０により生成された勾配基準信号８１も、大きく変化
する条件付きコレクション信号５８の一例と共に第６図
に示されている。オン−オフスイッチング信号１９３の
一例も示されており、この信号のパルス幅が検知水温と
選択水温との差によりどれだけ広く変化するかを示して
いる。更に、ＡＣパワージェネレータ９１からの２０８
ボルト６０ヘルツ三相入力信号２６５の一相の例が示さ
れており、メインパワートライアック９０を通って電流
が流れる時間間隔がハツチング部２６６で示されている
。

第６図から、条件付きコレクション信号５８がその大き
さにおいて勾配基準信号８１よりも大きいときはいつで
もオン−オフスイッチング信号１９３は論理０レベル（
例えばゼロボルト）にあることが判る。この時間間隔に
あるときは、トライアック８６と９０はスイッチオフさ
れており、従って、熱交換器１８への電流は遮断され、
ウォータヒータ１２を通って流れる水は冷却される。勾
配基準信号８１がその大きさにおいて条件付きコレクシ
ョン信号５８よりも大きい時間間隔を比較すると、オン
−オフスイッチング信号１９３が論理ルベル（例えばプ
ラス５ボルト）にあり、従って、トライアック８６及び
９０をスイッチオンし、電流を熱交換器１８へ流し熱交
換器１８を流れる水を加熱することが判る。また第６図
からは、オン−オフスイッチング信号１９３のパルス幅
が早く変化する条件付きコレクション信号５８に応答し
てどのように広く変化するかが判る。

システム１０の種々の部品の好適な値及び／又は部品番
号は次の通りである。

符−一一号 ４ ２２．２４．２６ ６ ４ ６ ６２．７８ ６ ０ ８ ００ ０２ １０４．１０６ １１２．１１４ １６ １１８．１２０ ２２ ２８ 値　び／又は部 ＬＨ３４（ナシヲナル　七ミコンダクタ　社）８３２４ Ｄ４０５３ ８．０８に ３．３１５に １Ｍ３２４ ＨＯＣ３０２０ Ｃ１６０Ｄ ３．３２に、１％ ９０９　０ｔ＋ｎ ３０１　０ｈｎ＋ ２００　０ｈ＋ｇ ８３２４ １０に ３６０　０ｔ＋ｎ １０に ２．７Ｈ 号 ７３０　１３２ １３４．１３６ ３８ ４２ １４４．１４６ ４８ ５０ １５２．１５４ ５８ ６０ ６２ ６４ １６６．１６８ ７６ ７８ ８２ ８４ ８６ ８８ ９０ １４３２４ １００　　ｕＦ ２０に １０．５５に ３　０Ｆ ５０４に １０３．２に １５０　０Ｆ Ｈ３２４ Ｎ２９０７ ７５０に ０ｋ Ｈ３５８ １Ｎ５９２７八 １００　０ｔ＋ｎ、１／２　　ｌ１１ ８４００１ ０．４７　０Ｆ ２２に １０に １１Ｌ４００１ ９２ １２ ２０ ２２４．２２６ ２２８．２３０ ３４ ３６ ３８ ４２ ４８ ５０ ５４ ５６ ２５８．２６２ ６０ ６２ Ｎ６７１４ ６２００ｈｎ、１／２　賀 Ｎ２２２２ ＨＯＣ３０２０ Ｃ１６０Ｄ Ｎ４００１ １０に 　　０Ｆ ＨＯＣ３０２０ １１ＡＡ２ ５に３１４ Ｈ２２２２ ０，４７ｔｌＦ ２２に ０ｋ ６７１４ 本発明の温度制御システム１０は、電流をタンクレスウ
ォータヒータ１２の加熱要素へ瞬時に且つ正確に供給す
る手段を提供する。詳しくは、システム１０により提供
されるデュアルゲイン制御が、ウォータヒータ１２を通
る水の温度制御に関し従来よりもより正確な温度制御を
提供するのに役立つ。システム１０は、また、ウォータ
ヒータ１２の加熱要素へより徐々に電流を供給するため
に作用するというスロースタートランプネットワークの
利点を提供する。加熱要素への電流を徐々に供給するこ
とは、もしパワーアップ時に全パワーが熱交換器１８へ
瞬時に供給された時に通常起こるだろう大きな電流スパ
イクによる上記要素へのダメージを解消するのに役立つ
。システム１０は、更に、システムがパワーダウンされ
た後熱交換器１８への電流をすばやく遮断するように作
用するマスターパワーダウン回路９４を備え、これによ
り、もしパワーがシステム１０から徐々に取り除かれた
なら起こるであろう電流スパイクを防止するのに役立つ
。

本発明は特定の例により説明されてきたが、当業者にと
って明らかな改良は本特許請求の範囲の真の且つ公平な
範囲から離れることなく本発明になされ得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の電気温度制御システムの簡略ブロック
図と本発明が適用されるタンクレスウォータヒータの配
線ブロック図である。 第２図は温度選択装置、温度検知装置、差動増幅器及び
エラー範囲比較回路の配線図である。 第３図はプレフィルタ、微分器／積分器、デジタルスイ
ッチ、スロースタートランプネットワーク、高ゲイン要
素及び低ゲイン要素の配線図である。 第４図は第１スイッチング回路と第２、第３スイツチン
ク回路の一部の配線図である。 第５図は三相システム用のフォトエレクトリックトライ
アック（光電トライアック）、それらに付随するマスタ
ーパワートライアック、位相基準トライアック及び第２
．第３スイッチング回路の残りの部分の配線図である。 第６図は熱交換器への電流を制御する場合にシステムに
より生成される種々の波形の図である。 図中、１０は閉ループ電気温度制御システム、１２はタ
ンクレスウォータヒータ、１４は温度検知装置、１６は
１８の吐出口、１８は熱交換器、２０は温度選択装置、
２２．２４はバッファ、２６はエラーアンプ、２８はエ
ラー信号、３０はエラー範囲比較回路、３２は出力信号
、３４は第１選択入力、３６はディジタルスイッチ、３
８はプレフィルタ、４０はシステム基準信号、４４は高
ゲイン要素、４６は低ゲイン要素、４８は高ゲイン信号
、４９は入力、５０は低ゲイン信号、５１は入力、５２
は付随出力、５４はコレクション信号、５６は微分器／
積分器、５８は条件付きコレクション信号、６０は３０
の入力、６２はコンパレータ、６４はスロースタートラ
ンプネットワーク、６６はランプジェネレータ、６８は
ランプ出力、７０はスロースタート選択信号、７２は３
６の入力、７４は３６の出力、７６はインバート入力、
７８はコンパレータ、７９は第１スイッチング回路、８
０はランプジェネレータ、８１はラング基準信号、８４
はスイッチング出力、８６はフォトトライアック、８８
はゲート、９ｏはメインパワートライアック、９１はＡ
Ｃジェネレータ、９３は水流応答スイッチ、９４はマス
ターパワーダウン回路、９６はコネクタ、９７は補助コ
ネクタ、９８　、１００，１０２はレジスタ、１０４は
ポテンショメータ（レジスタ）　、　１０６はポテンシ
ョメータ、１１２はアッパーリミットコンパレータ、１
１４はロアーリミットコンパレータ、１１６．１１８゜
１２０、１２２はレジスタ、１２４，１２６は点、１２
８は中間点、１２９は引き上げレジスタ、１３２はオペ
アンプ、１３４．１３６はコンデンサ、１４０はオペア
ンプ、１４２はレジスタ、１４４．１４６はコンデンサ
、１４８はレジスタ、１８０はコンパレータ、１９２は
ＮＰＮスイッチングトランジスタ、１９３は信号、１９
４はコネクタ、１９５はライン、１９８．２００は第ル
ッグ、２０２゜２０４はジャンパー、２０６，２０８は
第２レツグ、２１ｏ。 ２１２はライン、２１３は加速要素、２１４は発光ダイ
オード、２１６はライン、２２０はＮＰＮトランジスタ
、２２４，２２６はフォトトライアック、２２５．２２
７は発光ダイオード、２２２，２３５，２３７はゲート
、２２８゜２３０はトライアック、２２９．２３１は加
熱要素、２３４はダイオード、２３６はレジスタ、２３
８はコンデンサ、２４２は位相基準フォトトライアック
、２４４はライン、２４θは発光ダイオード、２４８は
オプティカルアイソレータ、２５０はレジスタ、２５２
はフォトトランジスタ、２５４はトランジスタ、２５６
はコンデンサ、２５８はレジスタ、２５９は勾配基準電
圧、２６２．２６４はレジスタ、２６５は２０８Ｖ６０
ｔｌＺ三相入力信号、２６６はハツチング部である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、液体の温度レベルの検知を可能にすると共に該温度
   レベルを代表する第１出力信号を生成するための温度検
   知手段と、 上記液体の選択された温度レベルを決定す ると共に該選択された温度レベルを代表する第２出力信
   号を生成するための温度選択手段と、 上記第１出力信号と第２出力信号とに応じ て、上記第１出力信号と第２出力信号との差を代表する
   エラー信号を生成するためのエラー信号生成手段と、 上記エラー信号に応じて上記エラー信号が 所定のエラー範囲内にあるかあるいはその外にあるかを
   決定すると共に、もし上記エラー信号が上記所定のエラ
   ー範囲内にあるときは第１信号を発生し、もし上記エラ
   ー信号が上記所定のエラー範囲の外にあるときは第２信
   号を発生するための手段と、 上記第１信号と第２信号とに応じて、上記 加熱要素へ電流を制御可能に流すことができ、これによ
   り上記加熱要素と該加熱要素と液体接触にある上記液体
   とを制御可能に加熱する手段と、 を備えるタンクレス液体ヒータの加熱要素 により発生する熱を制御するための電気温度制御システ
   ム。 ２、上記システムが最初にパワーオンされ上記検知され
   た温度と選択された温度との上記差が所定の大きさを越
   えたとき、上記加熱要素に上記電流を徐々に流すように
   するためのスロースタート制御信号を生成すると共に所
   定時間後は上記スロースタート信号を停止するための手
   段をさらに有する請求項１記載のシステム。 ３、上記システムが最初にパワーオンされたとき上記加
   熱要素へ電流を徐々に流すようにするためのスロースタ
   ート制御信号を生成する手段を有し、これにより上記加
   熱要素への上記徐々に流れる電流が上記加熱要素と該加
   熱要素と流体接触にある液体とを徐々に加熱することを
   特徴とするタンクレス液体ヒータの加熱要素により発生
   する熱を制御する電気温度制御システム。 ４、液体の温度レベルのリアルタイムの検知を可能にす
   ると共に上記温度レベルを代表する第１出力信号を生成
   するための温度検知手段と、 上記液体の温度レベルの選択を可能にする と共に上記選択された温度レベルを代表する第２出力信
   号を生成するための温度選択手段と、 上記第１出力信号と第２出力信号とに応じ、上記第１出
   力信号と第２出力信号の差を代表するエラー信号を生成
   するためのエラー信号発生手段と、 上記エラー信号に応じ、所定の最大所望温 度レベルエラー範囲に相当する所定のエラー範囲を決定
   し、上記エラー信号を上記エラー範囲と比較し、上記エ
   ラー信号が上記所定のエラー範囲内にあるときは第１ゲ
   イン選択信号を発生し、上記エラー信号が上記エラー範
   囲の外にあるときは第２ゲイン選択信号を発生するため
   のエラー範囲比較手段と、 上記システム基準信号に応答する第１ゲイ ン要素と第２ゲイン要素であり、該第１ゲイン要素は第
   １ゲイン信号を発生し該第２ゲイン要素は第２ゲイン信
   号を発生し、該第１ゲイン信号が第１ゲインを発生する
   のに用いられ、該第２ゲイン信号が第２ゲインを発生す
   るのに用いられ、該第１ゲインが該第２ゲインよりも大
   きい、第１ゲイン要素と第２ゲイン要素と、 上記第１ゲイン信号と第２ゲイン信号と第 １ゲイン選択信号と第２ゲイン選択信号とに応じ、上記
   第１ゲイン信号あるいは第２ゲイン信号のどちらか一方
   を選択するための第１スイッチ手段と、 上記第１スイッチ手段と上記エラー信号と に応じ、上記第１ゲインあるいは第２ゲインのどちらか
   一方を有する条件付コレクション信号を発生するための
   増幅器手段と、 上記条件付コレクション信号に応じ上記条 件付コレクション信号を所定の基準信号と連続的に比較
   し、上記基準信号が上記条件付コレクション信号よりも
   大きいときは第１出力を発生し、上記基準信号が上記条
   件付コレクション信号よりも小さいときは第２出力を発
   生するための第１スイッチインク回路手段と、上記第１
   出力と第２出力とに応じ上記ヒー タの加熱要素に間欠的に選択的に電流を流し、これによ
   り上記液体を制御可能に加熱すると共に上記液体の温度
   レベルを上記選択された温度レベルに維持するための第
   ２スイッチ手段と、 を備えるタンクレス液体ヒータの加熱要素 により発生する熱を制御するための電気温度制御システ
   ム。 ５、上記システムが最初にパワーオンされたとき上記第
   １スイッチ手段への上記条件付コレクション信号の供給
   を制御可能に阻止すると共に、上記条件付コレクション
   信号の代わりに一時的なスロースタート制御信号を上記
   第２スイッチ手段へ出力するためのスロースタート制御
   手段を更に備える請求項４記載のシステムであり、上記
   スロースタート制御信号が徐々に且つ制御可能に上記第
   ２手段を最初は短時間しか作動させず、その後、より長
   時間作動させ、これにより上記第２スイッチ手段が上記
   加熱要素へ電流を徐々に制御して供給し、 上記スロースタート制御手段は、さらに、 上記条件付きコレクション信号が所定のレベルに達した
   後上記スロースタート制御信号を阻止すると共に上記条
   件付きコレクション信号を発生することができ、これに
   より上記第２スイッチ手段の制御を上記スロースタート
   制御信号から上記条件付きコレクション信号へ移すこと
   ができることを特徴とするシステム。 ６、上記スロースタート制御手段が、 勾配信号（ランプ信号）を発生するための ランプジェネレータと、 上記勾配信号と条件付きコレクション信号 とを受けて両者を比較するためのコンパレータであり、
   上記条件付きコレクション信号が上記所定のレベルを越
   えたかどうかを表す出力信号を発生するコンパレータと
   、 を備える請求項５記載のシステム。 ７、上記エラー信号発生装置と上記第１増幅器手段との
   間に設けられ上記エラー信号発生手段と上記第１ゲイン
   選択信号と上記第２ゲイン選択信号とに応じ、上記エラ
   ー信号を増幅すると共に上記ゲイン選択信号をフィルタ
   ーリングし増幅されたコレクション信号を発生するため
   のプレフィルター手段をさらに備える請求項４記載のシ
   ステム。 ８、上記システムからパワーが取り除かれたとき上記第
   ２スイッチ手段を通る電流を素早く遮断するための手段
   をさらに有する請求項４記載のシステム。 ９、上記第１スイッチインク回路手段と上記第２スイッ
   チ手段との間に設けられ上記第１出力と第２出力とを光
   学的に上記第２スイッチ手段から隔離・絶縁・分離・遮
   断するためのオプティカルアイソレーション手段をさら
   に有する請求項４記載のシステム。 １０、上記温度検知手段が温度検知集積回路を備える請
   求項４記載のシステム。 １１、上記温度選択手段が電位差計を備える請求項４記
   載のシステム。 １２、上記エラー信号発生手段が差動増幅器を備える請
   求項４記載のシステム。 １３、上記エラー範囲比較手段が、 高基準電圧限と低基準電圧限とを提供する 電圧分割器と、 上記高基準電圧限と上記エーラ信号とに応 じ、上記エラー信号が上記高基準電圧限よりも大きいか
   小さいかを示す上限出力信号を発生するための上限コン
   パレータと、 上記低基準電圧限と上記エラー信号とに応 じ、上記低基準電圧限と上記エラー信号とを上記エラー
   信号が上記低基準電圧限よりも大きいか小さいかを示す
   下限出力信号を発生するための下限コンパレータと を有し、これにより上記所定のエラー範囲 を決定することを特徴とする請求項４記載のシステム。 １４、上記第１ゲイン要素が上記第１ゲインを提供する
   のに役立つ第１レジスタを備え、上記第２ゲイン要素が
   上記第２ゲインを提供するのに役立つ第２レジスタを備
   えることを特徴とする請求項４記載のシステム。 １５、上記第２スイッチ手段がメインパワートライアッ
   クを備えることを特徴とする請求項４記載のシステム。 １６、温度制御される液体と流体接触している温度検知
   手段であり、上記液体の温度レベルのリアルタイム検知
   を可能にすると共に上記検知された温度レベルを代表す
   る第１出力信号を提供する温度検知装置と、 上記液体の所望温度レベルの選択をオペレ ータに可能にすると共に上記選択された温度レベルを代
   表する第２出力を信号を生成するためのオペレータ制御
   温度選択装置と、 上記第１出力信号と第２出力信号とに応じ、上記第１出
   力と第２出力との差を代表するエラー信号を生成するた
   めの差動増幅器と、 高基準信号限と低基準信号限とを提供する エラー範囲比較回路であり、上記高限及び低限が最大所
   望温度レベルエラー範囲に相当する所定の最大所望エラ
   ー範囲を決定し、上記エラー範囲比較回路が更に上記高
   限信号とエラー信号とに応答する上限コンパレータと上
   記低限信号とエラー信号とに応答する下限コンパレータ
   とを備え、上記高限コンパレータは上記エラー信号が上
   記高限信号より大きいか小さいかを示す高限出力を提供
   し上記低限コンパレータは上記エラー信号が上記低限基
   準信号より大きいか小さいかを示す低限出力信号を提供
   し、上記高限出力と低限出力は上記エラー信号が上記所
   定エラー範囲内にあるときは高ゲイン選択信号を提供し
   、上記エラー信号が上記所定エラー範囲の外にあるとき
   は低ゲイン選択信号を提供する、エラー範囲比較回路と
   、 システム基準信号を生成するための基準信 号手段と、 上記システム基準信号に応答する第１ゲイ ン要素と第２ゲイン要素であり、上記第１ゲイン要素は
   第１ゲイン信号を発生し、上記第２ゲイン要素は第２ゲ
   イン信号を発生し、上記第１ゲイン信号は上記第２ゲイ
   ン信号より大きい、第１ゲイン要素と第２ゲイン要素と
   、上記第１ゲイン信号と第２ゲイン信号と高 ゲイン選択信号と低ゲイン選択信号とに応じ、上記第１
   ゲイン信号あるいは第２ゲイン信号のどちらか一方を選
   択するためのデジタルスイッチ手段と、 上記デジタルスイッチ手段と上記エラー信 号とに応じ、上記第１ゲイン或いは第２ゲインどちらか
   一方を有するフィルタされた増幅コレクション信号を発
   生するための第１増幅器手段と、 上記システム基準信号と上記フィルタされ た増幅コレクション信号とに応じ、条件付きコレクショ
   ン信号を発生するための第２増幅器手段であり、上記デ
   ジタルスイッチ手段が上記条件付きコレクション信号に
   応答する、第２増幅器手段と、 所定の大きさ（振幅）と周波数とを有する 勾配信号を生成するためのランプジェネレータ手段と、 上記勾配信号と上記条件付コレクション信 号とに応じ、上記勾配信号と上記条件付きコレクション
   信号とを比較して上記勾配信号が上記条件付きコレクシ
   ョン信号よりも大きいか小さいかを示すすスイッチング
   信号を生成するための比較手段と、 上記スイッチング信号に応じ、電流源から の電流を上記第２スイッチ手段と加熱要素とに選択的に
   流すことができ、これにより上記加熱要素を加熱しさら
   に上記加熱要素と流体接触にある上記流体を制御可能に
   加熱するための第２スイッチ手段と、 を備えるタンクレスリキッドウォータヒー タの加熱要素への電流を制御するための電気温度制御シ
   ステム。 １７、スロースタート勾配信号を発生するためのスロー
   スタートランプジェネレータと、 上記スロースタート勾配信号と上記条件付 きコレクション信号とを比較し上記条件付きコレクショ
   ン信号が上記スロースタート勾配信号より大きいか小さ
   いかを示す選択信号を生成するための比較手段とをさら
   に備える請求項１６記載のシステムであり、 上記デジタルスイッチ手段が、さらに、上 記出力信号と上記条件付きコレクション信号と上記第２
   勾配信号とに応じて作動すると共に、上記選択信号が上
   記スロースタート勾配信号が上記条件付きコレクション
   信号よりも大きいことを示す場合には上記スロースター
   ト勾配信号を発生して上記条件付きコレクション信号を
   停止し、 上記比較手段が、さらに、上記条件付きコ レクション信号が上記スロースタート勾配信号寄りも大
   きい場合には上記スロースタート勾配信号を阻止すると
   共に上記条件付きコレクション信号を生成する、 ことを特徴とするシステム。 １８、上記システムからパワーが取り除かれたとき上記
   第２スイッチング信号を受け上記第２スイッチ手段を素
   早く制御可能に停止するための手段をさらに備え、しこ
   れにより上記パワーが上記システムから取り除かれたと
   き上記第２スイッチ手段により発生する過渡状態の防止
   を容易にするのに役立つ請求項１６記載のシステム。 １９、上記第２スイッチ手段がトライアックを備える請
   求項１８記載のシステム。 ２０、加熱要素を液体と流体接触させ加熱要素を通る電
   流に応じて熱を発生させ、 温度選択装置を用い選択温度を決定し、 温度検知装置を用い上記液体の温度を検知 し、上記検知温度と選択温度の差を求め、 もし上記差が所定のエラー範囲内にあるな らば第１エラー信号を発生し、もし上記差が上記エラー
   範囲の外にあるならば第２エラー信号を発生し、 上記第１エラー信号と第２エラー信号とを 用いスイッチを制御可能に作動し、これにより上記スイ
   ッチを通る上記加熱要素への電流を制御可能に調節・変
   調し、さらに上記加熱要素と上記加熱要素と流体接触に
   ある上記液体とを制御可能に加熱する ことを特徴とする、タンクレス液体加熱装 置のための、加熱要素から出される液体の温度を制御す
   る方法。 ２１、加熱要素を液体と流体接触させ加熱要素を通る電
   流に応じて熱を発生させ、 温度選択装置を用いて所望温度を選択し、 温度検知装置を用いて上記液体の上記温度 を検知し、 上記所望温度と検知温度の差を増幅し、増 幅エラー信号を生成し、 上記増幅エラー信号を所定エラー範囲と比 較し、もし上記増幅エラー信号が上記エラー範囲内にあ
   るならば高ゲイン選択信号を生成し、もし上記所望温度
   と検知温度の上記増幅差が上記所定エラー範囲の外にあ
   るならば低ゲイン選択信号を生成し、 上記高ゲイン選択信号と低ゲイン選択信号 とに応答するスイッチング装置を用い、もし上記高ゲイ
   ン選択信号が発生されていたならば高ゲイン要素を増幅
   器に接続し、もし上記低ゲイン選択信号が発生されてい
   たならば低ゲイン要素を増幅器に接続し、これにより上
   記増幅器に高ゲインエラーコレクション信号又は低ゲイ
   ンエラーコレクション信号のどちらか一方を発生させ、 上記エラーコレクション信号を用いスイッ チング要素を開状態と閉状態との間で調節可能にスイッ
   チングし、これにより上記加熱要素により生ずる熱と上
   記液体の温度とを制御する ことを特徴とする、タンクレス液体加熱装 置のための、過熱装置から出される液体の温度を制御す
   るための方法。