(57)【要約】【課題】信頼可能な方法で所望の時にいつでも起動可能な加熱素子を備えた、液体を加熱するためのデバイスを提供する。【解決手段】本発明は、液体を加熱するためのデバイスに関する。このデバイスは、液体容器（１）、液体容器内に入れた液体（２）を加熱するための、液体容器に結合した少なくとも一つの電気加熱素子（３）、液体容器の、液体よりも上方に位置する部分内で沸騰温度を検出するための、液体容器の内側に結合した少なくとも一つの沸騰センサー（７）、加熱素子へ熱的に結合した少なくとも一つの過熱センサー（１１）、そして、加熱素子への電力供給を沸騰センサー及び過熱センサーで中断可能なように、加熱素子、沸騰センサー及び過熱センサーを受容した電気回路からなる。【選択図】図１
2007503908.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を加熱するためのデバイス（２、２２）であって、
液体容器（１、２１）、
前記液体容器（１、２１）内に入れた液体（２、２２）を加熱するための、前記液体容器（１、２１）に結合した少なくとも一つの電気加熱素子（３、２４、３３、５７）、
前記液体容器（１、２１）内に存在する前記液体（２、２２）の沸騰温度を検出するための、前記液体容器（１、２１）の内側に結合した少なくとも一つの沸騰センサー（７、２６、３４、５２）、
前記電気加熱素子（３、２４、３３、５７）へ熱的に結合した少なくとも一つの過熱センサー（１１、２５、３５、５３）、そして
前記加熱素子（３、２４、３３、５７）への電力供給を、前記沸騰センサー（７、２６、３４、５２）及び前記過熱センサー（１１、２５、３５、５３）によって中断できるよう、前記加熱素子（３、２４、３３、５７）、前記沸騰センサー（７、２６、３４、５２）及び前記過熱センサー（１１、２５、３５、５３）を配置した電気回路からなり、
前記電気回路内に前記沸騰センサー（７、２６、３４、５２）に対して並列に配置した時間制御スイッチ（１５、３７、４０、５４）が、前記加熱素子（３、２４、３３、５７）の起動に応答して、前記沸騰センサー（７、２６、３４、５２）の状態にかかわりなく、所定時間に渡って前記沸騰センサー（７、２６、３４、５２）を迂回することを特徴とする、デバイス。
【請求項２】
前記時間制御スイッチ（１５、３７、４０、５４）が手で操作できることを特徴とする、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
並列に配置した前記沸騰センサー（７、２６、３４、５２）及び前記時間制御スイッチ（１５、３７、４０、５４）、そしてリレー（５５）のコイル（５９）が、第一の電力回路（５１）に配置されることによって、前記加熱素子（３、２４、３３、５７）を含む第二の電力回路（５６）内に配置した、前記リレー（５５）のスイッチ接点（６０）が作動されることを特徴とする、請求項１または２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記過熱センサー（１１、２５、３５、５３）も前記第一の電力回路（５１）内に含まれることを特徴とする、請求項３に記載のデバイス。
【請求項５】
前記沸騰センサー（７、２６、３４、５２）及び前記過熱センサー（１１、２５、３５、５３）の両方が、少なくとも一つのサーミスターからなることを特徴とする、前述の請求項のいずれかに記載のデバイス。
【請求項６】
前記サーミスターの少なくとも一つがＰＴＣ抵抗器であることを特徴とする、請求項５に記載のデバイス。
【請求項７】
前記サーミスターの少なくとも一つがＮＴＣ抵抗器であることを特徴とする、請求項５または６に記載のデバイス。
【請求項８】
前記沸騰センサー（７、２６、３４、５２）が、前記液体容器（１、２１）の最高液量レベル（Ｍ）よりも上方の位置で、前記液体容器（１、２１）の内側へ熱的に結合していることを特徴とする、前述の請求項のいずれかに記載のデバイス。
【請求項９】
前記沸騰センサー（７、２６、３４、５２）が、前記液体容器（１、２１）に結合したチャンバ（５）内に配置され、前記チャンバ（５）が、前記最高液量レベル（Ｍ）よりも上方で、前記液体容器（１、２１）に連通していることを特徴とする、請求項８に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記沸騰センサー（７、２６、３４、５２）が、前記液体容器（１、２１）から、媒質不通状態で覆われていることを特徴とする、前述の請求項のいずれかに記載のデバイス。
【請求項１１】
前記沸騰センサー（７、２６、３４、５２）が、前記液体容器（１、２１）の外側に位置し、熱導体（２７）を介して、前記液体容器（１、２１）の内部に熱的に接触していることを特徴とする、前述の請求項のいずれかに記載のデバイス。
【請求項１２】
過熱によって作動する遮断器（６０）が、前記加熱素子（３、２４、３３、５７）へ電力を供給する電力回路（５６）内に含まれていることを特徴とする、前述の請求項のいずれかに記載のデバイス。
【請求項１３】
前記液体容器（１、２１）内に存在する前記液体（２、２２）の沸騰温度を検出するための、前記液体容器（１、２１）の内側に結合した前記沸騰センサー（７、２６、３４、５２）が、前記液体容器（１、２１）の、前記液体（２、２２）よりも上方に位置する部分内に配置されることを特徴とする、前述の請求項のいずれかに記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の序文に記載の液体を加熱するためのデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
液体を加熱するためのデバイスは、例えば、厨房装置、実験装置、炊飯器、湯沸かし及び電気湯沸かし等であり、通常、液体を熱するための加熱素子に加えて、加熱作用を制御する目的で、そして／あるいは、例えば過熱からデバイスを保護する目的で、感温電気回路を備える。感温電気回路は、加熱液体が所望温度に達した場合に、例えば、加熱素子のスイッチを切ることができる。感温電気回路のもう一つの応用としては、例えば、加熱素子からの熱を受けるべき液体を入れないで機器のスイッチを入れた場合、加熱素子の過熱を防止することである。
【０００３】
英国特許第ＧＢ２１５３１９０号には、水を加熱するためのデバイスを製造するための方法の説明がある。ここに説明する加熱素子は、ヒーター・トラックをスクリーン印刷した電気絶縁材料を備えるサブストレートである。このデバイスは、蒸気を感知するための第一の温度センサーと、「沸騰消失」状態を感知するための第二のセンサーを備える。一つの変形実施例では、第二のセンサーは、加熱素子上のヒーター・トラックに隣接させて配置することができる。センサーとして、サーミスターが提案されている。
【０００４】
例えば湯沸かし器では、サーミスターの形態にあるセンサーの代わりに、頻繁に、加熱素子に熱的に連結して過熱予防手段として使用可能なバイメタル・スイッチを使用する。そのようなバイメタル・スイッチは、例えば、加熱素子の温度が所定値を上回ると、加熱素子への電源スイッチを切る。そして／あるいは、加熱液体が沸騰すると、加熱を停止する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、従来の技術とは対照的に、信頼可能な方法で所望の時にいつでも起動可能な加熱素子を備えた、液体を加熱するためのデバイスを提供することである。
【０００６】
本発明は、この目的のために、次の特徴を持つ、序文に述べたタイプのデバイスを提供する。電気回路内に沸騰センサーに対して並列に配置した時間制御スイッチが、加熱素子の起動に応答して、沸騰センサーの状態にかかわりなく、沸騰センサーを所定時間迂回する。これは、沸騰センサーがあまり高温であるために沸騰センサーが加熱素子のスイッチ・オンを許可しない場合、オプションとして、デバイスのユーザが、所定の（実際には、おそらく短い）時間、例えば数秒間、液体を加熱することを可能にする。このオプションは、例えば、液体容器の液体が沸騰したために加熱素子のスイッチが切れた直後に行ってもよい。作動後、加熱素子のスイッチが切れても、しばらくの間、沸騰センサーはなお熱いままである。沸騰センサーが比較的高温であるため、直後の、加熱素子の再度のスイッチ・オンは不可能である。バイメタル・スイッチは、十分な冷却の後にのみ、加熱素子の起動が可能な状態に戻る。また、サーミスターは、十分な冷却の後にのみ、加熱素子の起動が可能な抵抗値を得る。作動中の過熱センサーの作動を、時間制御スイッチによって打ち消すことはできない（そして打ち消してはならない）。したがって、過熱センサーに対して並列に時間制御スイッチを配置することは避ける必要がある。過熱センサーの停止は、結局、超高温度へデバイスを加熱してしまう危険な状態に帰結する可能性がある。
【０００７】
好ましい変形例では、時間制御スイッチは、手で操作することが可能で、あるいは少なくともスイッチ・オンすることが可能である。例えば湯沸かし器のユーザは、水が沸騰温度へ加熱されて湯沸かし器がオフになった直後、沸騰センサーの妨害を避けて、もう一度水を沸騰させることができる。通常、ユーザは沸騰直後のお湯を使用したいので、これは実際に有利である。通常使用では、ユーザが、沸騰温度に達し一旦オフになった湯沸かし器を手に取るまでには若干時間がかかる。沸騰後の、その間における液体の冷却を、本発明によるデバイスで打ち消すことができる。安全上の理由で、その電気スイッチには、（時間制御の下で）所定時間のみ、沸騰センサーを迂回する機能が設けられている。恒久的な迂回は、さもなければ、例えば、加熱素子の空焚きにつながる。
【０００８】
好適実施例においては、相互に並列に配置した沸騰センサー及び時間制御スイッチを、第一の電力回路内に、そして加熱素子を第二の電力回路内に配置し、第二の回路内に配置したリレーを作動させる。別個の電力回路を使用することによって、確実に、デバイスに必要な許認可に関する仕様を遵守することがより容易になる。また、この場合、第一の電力回路内に過熱センサーを含ませることも可能である。また、第一および第二の電力回路へ、別個の電力供給源から、そして／あるいは異なる電圧レベルで、電力を供給することも可能である。逆に、両方の電力回路を同じ電圧源へ接続することも可能である。
【０００９】
加えて、沸騰センサーおよび／あるいは過熱センサーの両方が、少なくとも一つのサーミスターからなる場合は有利である。サーミスターは、感温電気抵抗であり、例としては、多くの形態で入手可能なＮＴＣ及びＰＴＣ抵抗器がある。サーミスターは、例えばバイメタル・スイッチに比べ、通常、強度が大きい。サーミスターが、作動に不可欠な可動部を少しも含まない点が、バイメタル・スイッチからの有意差である。さらに、サーミスターはよりコンパクトである。両特性が、デバイスのデザインにおける自由度を増す。一つ以上のサーミスターを含む、本発明によるデバイスは、比較的非常に単純で安価である。さらに、サーミスターを使用する利点は、サーミスターの切換時間が非常に短いことである。切換時間が短いため、デバイスは、素早く（したがって比較的安全に）作動する。加えて、サーミスターが低電圧及び低電流で機能するということも有利である。これらを（実際に）主電流回路内に組み込む必要はない。低電圧及び低電流で機能するサーミスターのもう一つの利点は、非常に小さな質量で具現化できるため、非常に短い時延（低い慣性）で作動させることも可能であることである。スイッチング中の遅延が短いこと（短い切換時間）は、結果として、過熱の可能性（例えば、ヒューズが飛ぶこと）をかなり減少させる。短い時延は、また、「小さな時定数」とも称する。逆に、同様に主電流回路内に組み込む必要のない小さなバイメタル・スイッチを使用することも可能である。まさにこの、主電流回路内にサーミスター（および／あるいは小さなバイメタル・スイッチ）を入れないことが、これらを組み込むデバイスのデザインに余分の自由度を提供する。サーミスターを使用することの、さらにもう一つの利点は、いわゆるマルチ・トラック素子（複数）を適用することによって、一つのサーミスターを、例えば、加熱素子の複数の面と組み合わせることができることである。したがって、全体として保護されるのは加熱素子ではなく、加熱素子の別個の部分で、より規模の小さな検出が行われる。これも、より簡単でより正確な検出に結びつく。
【００１０】
サーミスターおよび／あるいはバイメタル・スイッチに加えて、他の電気部品も電気回路内に含むことができる。例えば、漏洩電流スイッチ、漏洩電流センサ、抵抗器、電気ヒューズ、電気光源、測定、集積回路（ＩＣ）、そして他の構成要素を含んでもよい。
【００１１】
液体容器の所定最高液量レベルよりも上方の位置で、沸騰センサーが液体容器の内側へ熱的に結合していることが有利である。そうすれば、沸騰センサーが、実質的に、液体の上方で蒸気の温度を検出するため、加熱液体中に生じる不均一な温度変動による、電力供給の早まった中断を避けることができる。蒸気がセンサーに接触して、センサーの温度が増加するため、沸騰温度を検出することができる。液体の上方における温度は、液体が沸騰して比較的大量の蒸気が発生したときにのみ、著しく上昇する。上記の技術的な対策は、液体の沸騰温度の検出のために、比較的より精密でない安価なセンサーを使用できるという利点がある。
【００１２】
非限定的好適実施例においては、沸騰センサーは、最高液量レベルよりも上方で液体容器に連通するように液体容器に結合したチャンバ内に配置される。その結果、沸騰センサーは、実質的に液体よりも上方で蒸気の温度を計測可能である。沸騰センサーがチャンバ内に配置されているため、沸騰の検出は、温度の変動、そして沸騰する液体のはねかえしが検出を不正確にするチャンバ外での計測よりも、より信頼性がある。
【００１３】
また、沸騰センサーが、液体容器から媒質不通状態で覆われると有利である。これは、一方で、液体容器内にある液体からの、沸騰センサー、そしてそれに接続した電子回路に対する悪影響を防止し、他方で、沸騰センサーからの物質が、（例えば、損耗または溶解によって）液体容器内に入り、液体を汚染してしまうことを防止する。この遮蔽に関しては、沸騰センサーを抗はねかえし板によって遮蔽する、または沸騰センサーを、管状の、あるいはカプセルのようなカバーの中に配置するような形態も構想できるが、例えば、液体容器の壁のライン内に沸騰センサーを組み込むように設計することができる。遮蔽に使用する媒質不通材料は、例えば、プラスチック、金属または陶器でもよい。
【００１４】
本発明の特定な非限定的好適実施例では、沸騰センサーは、液体容器の外側に位置し、熱導体を介して、液体容器の内側に熱的に接触している。熱導体は、例えば、ワイヤーまたはストリップの形態を採り、例えば、銅またはアルミニウム等の金属から製造することが好ましい。熱導体は、例えば、断熱ストリップ、ラッピング、チューブまたはスリーブの形態にある断熱層で部分的に覆うことができる。これは、熱導体を介する沸騰センサーへの熱伝導をより効率的にし、液体容器の壁を介する熱導体への直接的な熱伝導を防止することができる。熱導体の使用は、センサーが測定位置に存在する必要がないため、多くの位置に配置することが可能で、本発明によるデバイスの設計における自由度を向上する。また、熱導体を間に入れることによって、沸騰センサーを、液体または液体蒸気の悪影響から保護するための、改善オプションを提供する。
【００１５】
デバイスが、加熱素子へ供給される電力を制限する手段を備えることは、有用である。これは、過熱センサーによる保護に加えて、追加の安全メカニズムを提供する。この電力制限手段は、例えば、ヒューズ、漏電スイッチ、または他の市販の電力制限電子部品でもよい。
【００１６】
非限定的好適実施例では、加熱素子へ供給する電力を制限する手段は、加熱素子に接続するための、過熱によって起動する追加電源からなる。この場合、例えば、所定温度で融解する絶縁体を介して、加熱素子（例えば、印刷技術によって配置した回路）へ連結するプラグ・ピンを構想することが可能である。絶縁体が溶けると、接触が起こり、これによって、加熱素子が融解する。
【００１７】
液体容器内に存在する液体の沸騰温度を検出するための、液体容器の内側に結合した沸騰センサーは、液体容器の、液体の上方に位置する部分内に配置することができる。逆に、例えば、液体内に位置するように沸騰センサーを配置することも可能である。沸騰センサーの温度は、乱流の結果として沸騰センサーの温度が急速に上昇するときの、沸騰の瞬間まで、液体の温度より遅れる（沸騰センサーのそのような配置の例に関しては、ＧＢ１０９５１６１を参照する）。
【００１８】
本発明を以下に、いくつかの非限定的な実施例に関して、さらに説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１は、本発明による、液体を加熱するためのデバイスの好適実施例を示す。デバイスは、加熱する液体２を受容する液体容器１と、このケースでは金属板である熱導体４を介して、加熱すべき液体２に熱接触した加熱素子３とを備える。液体容器１の（破線Ｍで示す）意図最大容量レベルの上方には、開口６を備える半開チャンバ５が設けてあり、この開口を通って、液体２からの蒸気がチャンバ５内へ流入可能である。チャンバ５内には、沸騰センサーとして機能するサーミスター７（または、代替的にバイメタル・スイッチ７）が設けられている。サーミスター７の周りには、サーミスター７を蒸気の悪影響から保護するために、媒質不通レイヤ８が配置されている。サーミスター７は、配線９によって電気回路１０へ結合している。加熱素子３は、過熱センサーとして機能する第二のサーミスター１１へ熱的に接続している。この過熱センサーは、同様に、電気回路１０へ接続している。電気回路１０は、電源１２から加熱素子３へ、デバイスに解放可能に接続する基板１４を介して電力を供給する。基板１４は、外部電源１２に接続されていると共に、電気接触点Ａ’及びＢ’を備える。これらの接触点は、この基板１４にデバイスを載置したときに、デバイスの底部内に設けた対向接触点Ａ及びＢに電気的に接触する。電気回路１０は、沸騰する液体２が発する熱い蒸気を沸騰センサー７が感知したとき、オン／オフ・スイッチ１３を切ることによって、加熱素子３への電力供給を閉じるように適応している。ユーザは、液体２を加熱すなわち沸騰させたい場合、オン／オフ・スイッチ１３を入れることができる。液体２がその沸騰温度に達すると、放出液体蒸気が沸騰センサー７を熱するため、液体２の沸騰を検出できる。さらに、過熱センサー１１が過熱を感知した場合、加熱素子３への電力供給を閉じる。例えば、液体容器１内へ液体２を入れないでデバイスのスイッチ１３を入れた場合に対して、そのようにしてもよい。加熱素子３は少しの熱も液体２へ伝導することができないため、温度は、過熱センサー１１が所定（過熱）温度に達する瞬間まで上昇する。この場合、電気回路１０は、確実にスイッチ１３を切り、加熱素子３への電力供給を中断する。明らかではあるが、設定過熱温度は、加熱すべき液体２の沸騰温度よりもかなり高い。加熱液体２が、例えば水であれば、電気回路１０は、温度９０〜１００℃の水蒸気によって沸騰センサー７がしばらくの間加熱された後、加熱素子３のスイッチを切る。過熱温度は、一般に、２５０〜３００℃である。沸騰センサー７に並列に配置したのが、沸騰センサー７を回避する一時的な結線を提供するスイッチ１５である。したがって、加熱によって沸騰センサー７が作動してもなお、加熱素子３に電源を供給することは可能になる。スイッチ１５は時間制御スイッチである。このことは、作動後所定時間のみ閉になり、その後（自動的に）再び開になることを意味する。沸騰センサー７によって液体２の沸騰が止んだ後、スイッチ１５を作動させて、液体をもう一度加熱する（再び沸騰させる）ことができる。
【００２０】
図２は、本発明による第二の好適実施例の概略図である。液体容器２１には、加熱すべき液体２２が入っており、この液体２２を、熱伝導板２３の底面に印刷した複数の加熱素子２４によって加熱する。熱伝導板２３は、加熱すべき液体２２への加熱素子２４の直接接触を防止する。伝導板２３は、また、加熱素子２４から液体２２への、効果的な熱分布及び熱伝達を提供する。この非限定的好適実施例では、過熱センサーとして機能するサーミスター２５が、加熱素子２４に直接熱接触しているため、加熱素子２４の温度変化を素早く検出することができる。沸騰センサーとして機能する第二のセンサー２６は、液体容器２１の外側に配置され、熱導体２７を介して液体容器２１に熱接触している。熱導体２７の外端２８は、液体容器２１の最大容量レベルＭ上方の測定位置内に現れる。熱導体２７は、その長さの一部分を断熱スリーブ２９で覆われている。この断熱スリーブは、液体容器２１の側壁を介する、液体２２から熱導体２７への直接的な熱伝達を防止する。熱導体２７の外端は、また、抗はねかえし板３０で部分的に覆われている。抗はねかえし板は、凝縮水を導くため、液体２２の方へ向けてある角度で配置されている。そのようなチャンバを配置することで、熱導体２７の外端は、最大容量レベルＭよりも上方で、実質的に蒸気によって加熱される。本発明によれば、時間制御スイッチ４０は、センサー２６に並列に配置される。このため、特にセンサー２６が加熱素子２４の作動を不能にする場合に、センサー２６の作動を一時的に無効にすることが可能である。
【００２１】
図３は、本発明によるデバイス内に適用するための電気回路の概略図である。回路図はスイッチ３１を含む。このスイッチによって、デバイスを作動させるためにユーザが電力回路を手で閉じることができる。回路内にはコイル３２が配置されている。このコイルは、電流が通過するとき、スイッチ３１を係合させる磁場を発生させるため、スイッチ３１を『オン』位置に維持することができる。そのようなスイッチ３１（即時のリレースイッチ、手動操作によるリレー）は、種々のものが購入可能である。電力回路が閉である場合、加熱素子３３を通る電流が発生する。この回路内では、加熱素子３３は抵抗器として表されている。コイル３２、このケースではＰＴＣ抵抗器である沸騰センサー３４、そして過熱センサー３５（これもＰＴＣ抵抗器）は、加熱素子３３に対して並列に、直列に結線されている。過熱センサー３５は加熱素子３３に熱接触している。沸騰センサー３４及び過熱センサー３５は、両方ともＰＴＣ抵抗器であり、加熱によって電気抵抗が増加する。さて、沸騰センサー３４及び過熱センサー３５の抵抗値の合計が、これらの二つのサーミスターの、少なくとも一つの加熱によって、所定抵抗値に到達すると、サーミスターに直列に接続したコイル３２を通る電流が非常に小さくなるため、発生磁場は、スイッチ３１を『オン』位置に維持するだけの十分な強さを維持できず、スイッチ３１は、例えば、機械式バネ・メカニズム等の対向力によって、『オフ』位置へ運ばれる。これによって、加熱素子３３への電力供給は中断され、液体の加熱または加熱素子３３の過熱を止めることができる。過熱のケースで、このメカニズムが予想外に故障した場合に備えて、第二の安全対策として、加熱素子３３には、過熱および／あるいは電気的過負荷が作用した場合に弱化部分が設けられており、これによって過熱を止めることができる。沸騰センサー３４が（比較的高温であるため）、加熱素子３３を作動させたいという願望があっても、一時的に加熱素子の作動を不能にする場合、時間制御スイッチ３７を閉じることによって、これを一時的に可能にすることができる。
【００２２】
図４は、本発明によるデバイスの、さらにもう一つの代替回路５０を表す概略図である。沸騰センサー５２、過熱センサー５３、そしてリレー５５のコイル５９は、第一の電力回路５１内に配置される。時間制御スイッチ５４は、沸騰センサー５２の作動を一時的に停止することを可能にするために、沸騰センサー５２に並列に配置される。第一の電力回路５１は、第二の電力回路５６内に配置したコンタクト６０を作動可能なリレー５５を作動させる。加熱素子５７は、この第二の電力回路５６内に含まれるため、加熱素子５７の起動または停止は、リレー５５を操作することによって制御できる。加熱素子５７は、過熱センサー５３へ（破線５８で示すように）熱的に結合している。図１及び３に関しても、また、通電コイル５９の影響下にあるリレー５５によって、加熱素子５７の主電流を恒久的にオンにすることができる。それから、制御電流が減少したときにリレー５５のコイル５９が電圧を失い、加熱素子５７を通る主電流はオフとなる。したがって、温度が降下すると、制御はもはや機能しない。このため、この目的に対しては、即時スイッチの操作が必要である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明によるデバイスの断面図である。
【図２】本発明によるデバイスの代替実施例の断面図である。この例では、沸騰センサーが液体容器の外側に位置する。
【図３】本発明によるデバイス内に適用する電気回路の図である。
【図４】本発明によるデバイス内に適用する、さらにもう一つの代替回路の概略図である。
【図１】
2007503908.tif 000003
【図２】
2007503908.tif 000004
【図３】
2007503908.tif 000005
【図４】
2007503908.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成17年7月5日(2005.7.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の序文に記載の液体を加熱するためのデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
液体を加熱するためのデバイスは、例えば、厨房装置、実験装置、炊飯器、湯沸かし及び電気湯沸かし等であり、通常、液体を熱するための加熱素子に加えて、加熱作用を制御する目的で、そして／あるいは、例えば過熱からデバイスを保護する目的で、感温電気回路を備える。感温電気回路は、加熱液体が所望温度に達した場合に、例えば、加熱素子のスイッチを切ることができる。感温電気回路のもう一つの応用としては、例えば、加熱素子からの熱を受けるべき液体を入れないで機器のスイッチを入れた場合、加熱素子の過熱を防止することである。
【０００３】
英国特許第ＧＢ２１５３１９０号には、水を加熱するためのデバイスを製造するための方法の説明がある。ここに説明する加熱素子は、ヒーター・トラックをスクリーン印刷した電気絶縁材料を備えるサブストレートである。このデバイスは、蒸気を感知するための第一の温度センサーと、「沸騰消失」状態を感知するための第二のセンサーを備える。一つの変形実施例では、第二のセンサーは、加熱素子上のヒーター・トラックに隣接させて配置することができる。センサーとして、サーミスターが提案されている。
【０００４】
欧州特許出願公開第ＥＰ０３８０３６９Ａ１号には、温水デバイスのための電子制御回路の説明がある。単一のサーミスターを使用して、加熱素子の温度を感知し、温度変化率に応じて種々の機能を実行している。それらの機能は、デバイスの沸騰状態及び空焚き状態の制御を含む。これらの制御は、両状態において、温度測定値が比較的平坦になるという事実に基づいている。（温度測定値が比較的平坦な）加熱素子のスイッチオンの直後の状態と、（これも温度測定値が平坦な）沸騰状態とを区別できるように、制御の沸騰状態に対する応答機能は、素子への電源投入後の一定時限、使用不能になっている。
【０００５】
例えば湯沸かし器では、サーミスターの形態にあるセンサーの代わりに、頻繁に、加熱素子に熱的に連結して過熱予防手段として使用可能なバイメタル・スイッチを使用する。そのようなバイメタル・スイッチは、例えば、加熱素子の温度が所定値を上回ると、加熱素子への電源スイッチを切る。そして／あるいは、加熱液体が沸騰すると、加熱を停止する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、従来の技術とは対照的に、信頼可能な方法で所望の時にいつでも起動可能な加熱素子を備えた、液体を加熱するためのデバイスを提供することである。
【０００７】
本発明は、この目的のために、次の特徴を持つ、序文に述べたタイプのデバイスを提供する。電気回路内に沸騰センサーに対して並列に配置した時間制御スイッチが、加熱素子の起動に応答して、沸騰センサーの状態にかかわりなく、沸騰センサーを所定時間迂回する。これは、沸騰センサーがあまり高温であるために沸騰センサーが加熱素子のスイッチ・オンを許可しない場合、オプションとして、デバイスのユーザが、所定の（実際には、おそらく短い）時間、例えば数秒間、液体を加熱することを可能にする。このオプションは、例えば、液体容器の液体が沸騰したために加熱素子のスイッチが切れた直後に行ってもよい。作動後、加熱素子のスイッチが切れても、しばらくの間、沸騰センサーはなお熱いままである。沸騰センサーが比較的高温であるため、直後の、加熱素子の再度のスイッチ・オンは不可能である。バイメタル・スイッチは、十分な冷却の後にのみ、加熱素子の起動が可能な状態に戻る。また、サーミスターは、十分な冷却の後にのみ、加熱素子の起動が可能な抵抗値を得る。作動中の過熱センサーの作動を、時間制御スイッチによって打ち消すことはできない（そして打ち消してはならない）。したがって、過熱センサーに対して並列に時間制御スイッチを配置することは避ける必要がある。過熱センサーの停止は、結局、超高温度へデバイスを加熱してしまう危険な状態に帰結する可能性がある。
【０００８】
好ましい変形例では、時間制御スイッチは、手で操作することが可能で、あるいは少なくともスイッチ・オンすることが可能である。例えば湯沸かし器のユーザは、水が沸騰温度へ加熱されて湯沸かし器がオフになった直後、沸騰センサーの妨害を避けて、もう一度水を沸騰させることができる。通常、ユーザは沸騰直後のお湯を使用したいので、これは実際に有利である。通常使用では、ユーザが、沸騰温度に達し一旦オフになった湯沸かし器を手に取るまでには若干時間がかかる。沸騰後の、その間における液体の冷却を、本発明によるデバイスで打ち消すことができる。安全上の理由で、その電気スイッチには、（時間制御の下で）所定時間のみ、沸騰センサーを迂回する機能が設けられている。恒久的な迂回は、さもなければ、例えば、加熱素子の空焚きにつながる。
【０００９】
好適実施例においては、相互に並列に配置した沸騰センサー及び時間制御スイッチを、第一の電力回路内に、そして加熱素子を第二の電力回路内に配置し、第二の回路内に配置したリレーを作動させる。別個の電力回路を使用することによって、確実に、デバイスに必要な許認可に関する仕様を遵守することがより容易になる。また、この場合、第一の電力回路内に過熱センサーを含ませることも可能である。また、第一および第二の電力回路へ、別個の電力供給源から、そして／あるいは異なる電圧レベルで、電力を供給することも可能である。逆に、両方の電力回路を同じ電圧源へ接続することも可能である。
【００１０】
加えて、沸騰センサーおよび／あるいは過熱センサーの両方が、少なくとも一つのサーミスターからなる場合は有利である。サーミスターは、感温電気抵抗であり、例としては、多くの形態で入手可能なＮＴＣ及びＰＴＣ抵抗器がある。サーミスターは、例えばバイメタル・スイッチに比べ、通常、強度が大きい。サーミスターが、作動に不可欠な可動部を少しも含まない点が、バイメタル・スイッチからの有意差である。さらに、サーミスターはよりコンパクトである。両特性が、デバイスのデザインにおける自由度を増す。一つ以上のサーミスターを含む、本発明によるデバイスは、比較的非常に単純で安価である。さらに、サーミスターを使用する利点は、サーミスターの切換時間が非常に短いことである。切換時間が短いため、デバイスは、素早く（したがって比較的安全に）作動する。加えて、サーミスターが低電圧及び低電流で機能するということも有利である。これらを（実際に）主電流回路内に組み込む必要はない。低電圧及び低電流で機能するサーミスターのもう一つの利点は、非常に小さな質量で具現化できるため、非常に短い時延（低い慣性）で作動させることも可能であることである。スイッチング中の遅延が短いこと（短い切換時間）は、結果として、過熱の可能性（例えば、ヒューズが飛ぶこと）をかなり減少させる。短い時延は、また、「小さな時定数」とも称する。逆に、同様に主電流回路内に組み込む必要のない小さなバイメタル・スイッチを使用することも可能である。まさにこの、主電流回路内にサーミスター（および／あるいは小さなバイメタル・スイッチ）を入れないことが、これらを組み込むデバイスのデザインに余分の自由度を提供する。サーミスターを使用することの、さらにもう一つの利点は、いわゆるマルチ・トラック素子（複数）を適用することによって、一つのサーミスターを、例えば、加熱素子の複数の面と組み合わせることができることである。したがって、全体として保護されるのは加熱素子ではなく、加熱素子の別個の部分で、より規模の小さな検出が行われる。これも、より簡単でより正確な検出に結びつく。
【００１１】
サーミスターおよび／あるいはバイメタル・スイッチに加えて、他の電気部品も電気回路内に含むことができる。例えば、漏洩電流スイッチ、漏洩電流センサ、抵抗器、電気ヒューズ、電気光源、測定、集積回路（ＩＣ）、そして他の構成要素を含んでもよい。
【００１２】
液体容器の所定最高液量レベルよりも上方の位置で、沸騰センサーが液体容器の内側へ熱的に結合していることが有利である。そうすれば、沸騰センサーが、実質的に、液体の上方で蒸気の温度を検出するため、加熱液体中に生じる不均一な温度変動による、電力供給の早まった中断を避けることができる。蒸気がセンサーに接触して、センサーの温度が増加するため、沸騰温度を検出することができる。液体の上方における温度は、液体が沸騰して比較的大量の蒸気が発生したときにのみ、著しく上昇する。上記の技術的な対策は、液体の沸騰温度の検出のために、比較的より精密でない安価なセンサーを使用できるという利点がある。
【００１３】
非限定的好適実施例においては、沸騰センサーは、最高液量レベルよりも上方で液体容器に連通するように液体容器に結合したチャンバ内に配置される。その結果、沸騰センサーは、実質的に液体よりも上方で蒸気の温度を計測可能である。沸騰センサーがチャンバ内に配置されているため、沸騰の検出は、温度の変動、そして沸騰する液体のはねかえしが検出を不正確にするチャンバ外での計測よりも、より信頼性がある。
【００１４】
また、沸騰センサーが、液体容器から媒質不通状態で覆われると有利である。これは、一方で、液体容器内にある液体からの、沸騰センサー、そしてそれに接続した電子回路に対する悪影響を防止し、他方で、沸騰センサーからの物質が、（例えば、損耗または溶解によって）液体容器内に入り、液体を汚染してしまうことを防止する。この遮蔽に関しては、沸騰センサーを抗はねかえし板によって遮蔽する、または沸騰センサーを、管状の、あるいはカプセルのようなカバーの中に配置するような形態も構想できるが、例えば、液体容器の壁のライン内に沸騰センサーを組み込むように設計することができる。遮蔽に使用する媒質不通材料は、例えば、プラスチック、金属または陶器でもよい。
【００１５】
本発明の特定な非限定的好適実施例では、沸騰センサーは、液体容器の外側に位置し、熱導体を介して、液体容器の内側に熱的に接触している。熱導体は、例えば、ワイヤーまたはストリップの形態を採り、例えば、銅またはアルミニウム等の金属から製造することが好ましい。熱導体は、例えば、断熱ストリップ、ラッピング、チューブまたはスリーブの形態にある断熱層で部分的に覆うことができる。これは、熱導体を介する沸騰センサーへの熱伝導をより効率的にし、液体容器の壁を介する熱導体への直接的な熱伝導を防止することができる。熱導体の使用は、センサーが測定位置に存在する必要がないため、多くの位置に配置することが可能で、本発明によるデバイスの設計における自由度を向上する。また、熱導体を間に入れることによって、沸騰センサーを、液体または液体蒸気の悪影響から保護するための、改善オプションを提供する。
【００１６】
デバイスが、加熱素子へ供給される電力を制限する手段を備えることは、有用である。これは、過熱センサーによる保護に加えて、追加の安全メカニズムを提供する。この電力制限手段は、例えば、ヒューズ、漏電スイッチ、または他の市販の電力制限電子部品でもよい。
【００１７】
非限定的好適実施例では、加熱素子へ供給する電力を制限する手段は、加熱素子に接続するための、過熱によって起動する追加電源からなる。この場合、例えば、所定温度で融解する絶縁体を介して、加熱素子（例えば、印刷技術によって配置した回路）へ連結するプラグ・ピンを構想することが可能である。絶縁体が溶けると、接触が起こり、これによって、加熱素子が融解する。
【００１８】
液体容器内に存在する液体の沸騰温度を検出するための、液体容器の内側に結合した沸騰センサーは、液体容器の、液体の上方に位置する部分内に配置することができる。逆に、例えば、液体内に位置するように沸騰センサーを配置することも可能である。沸騰センサーの温度は、乱流の結果として沸騰センサーの温度が急速に上昇するときの、沸騰の瞬間まで、液体の温度より遅れる（沸騰センサーのそのような配置の例に関しては、ＧＢ１０９５１６１を参照する）。
【００１９】
本発明を以下に、いくつかの非限定的な実施例に関して、さらに説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１は、本発明による、液体を加熱するためのデバイスの好適実施例を示す。デバイスは、加熱する液体２を受容する液体容器１と、このケースでは金属板である熱導体４を介して、加熱すべき液体２に熱接触した加熱素子３とを備える。液体容器１の（破線Ｍで示す）意図最大容量レベルの上方には、開口６を備える半開チャンバ５が設けてあり、この開口を通って、液体２からの蒸気がチャンバ５内へ流入可能である。チャンバ５内には、沸騰センサーとして機能するサーミスター７（または、代替的にバイメタル・スイッチ７）が設けられている。サーミスター７の周りには、サーミスター７を蒸気の悪影響から保護するために、媒質不通レイヤ８が配置されている。サーミスター７は、配線９によって電気回路１０へ結合している。加熱素子３は、過熱センサーとして機能する第二のサーミスター１１へ熱的に接続している。この過熱センサーは、同様に、電気回路１０へ接続している。電気回路１０は、電源１２から加熱素子３へ、デバイスに解放可能に接続する基板１４を介して電力を供給する。基板１４は、外部電源１２に接続されていると共に、電気接触点Ａ’及びＢ’を備える。これらの接触点は、この基板１４にデバイスを載置したときに、デバイスの底部内に設けた対向接触点Ａ及びＢに電気的に接触する。電気回路１０は、沸騰する液体２が発する熱い蒸気を沸騰センサー７が感知したとき、オン／オフ・スイッチ１３を切ることによって、加熱素子３への電力供給を閉じるように適応している。ユーザは、液体２を加熱すなわち沸騰させたい場合、オン／オフ・スイッチ１３を入れることができる。液体２がその沸騰温度に達すると、放出液体蒸気が沸騰センサー７を熱するため、液体２の沸騰を検出できる。さらに、過熱センサー１１が過熱を感知した場合、加熱素子３への電力供給を閉じる。例えば、液体容器１内へ液体２を入れないでデバイスのスイッチ１３を入れた場合に対して、そのようにしてもよい。加熱素子３は少しの熱も液体２へ伝導することができないため、温度は、過熱センサー１１が所定（過熱）温度に達する瞬間まで上昇する。この場合、電気回路１０は、確実にスイッチ１３を切り、加熱素子３への電力供給を中断する。明らかではあるが、設定過熱温度は、加熱すべき液体２の沸騰温度よりもかなり高い。加熱液体２が、例えば水であれば、電気回路１０は、温度９０〜１００℃の水蒸気によって沸騰センサー７がしばらくの間加熱された後、加熱素子３のスイッチを切る。過熱温度は、一般に、２５０〜３００℃である。沸騰センサー７に並列に配置したのが、沸騰センサー７を回避する一時的な結線を提供するスイッチ１５である。したがって、加熱によって沸騰センサー７が作動してもなお、加熱素子３に電源を供給することは可能になる。スイッチ１５は時間制御スイッチである。このことは、作動後所定時間のみ閉になり、その後（自動的に）再び開になることを意味する。沸騰センサー７によって液体２の沸騰が止んだ後、スイッチ１５を作動させて、液体をもう一度加熱する（再び沸騰させる）ことができる。
【００２１】
図２は、本発明による第二の好適実施例の概略図である。液体容器２１には、加熱すべき液体２２が入っており、この液体２２を、熱伝導板２３の底面に印刷した複数の加熱素子２４によって加熱する。熱伝導板２３は、加熱すべき液体２２への加熱素子２４の直接接触を防止する。伝導板２３は、また、加熱素子２４から液体２２への、効果的な熱分布及び熱伝達を提供する。この非限定的好適実施例では、過熱センサーとして機能するサーミスター２５が、加熱素子２４に直接熱接触しているため、加熱素子２４の温度変化を素早く検出することができる。沸騰センサーとして機能する第二のセンサー２６は、液体容器２１の外側に配置され、熱導体２７を介して液体容器２１に熱接触している。熱導体２７の外端２８は、液体容器２１の最大容量レベルＭ上方の測定位置内に現れる。熱導体２７は、その長さの一部分を断熱スリーブ２９で覆われている。この断熱スリーブは、液体容器２１の側壁を介する、液体２２から熱導体２７への直接的な熱伝達を防止する。熱導体２７の外端は、また、抗はねかえし板３０で部分的に覆われている。抗はねかえし板は、凝縮水を導くため、液体２２の方へ向けてある角度で配置されている。そのようなチャンバを配置することで、熱導体２７の外端は、最大容量レベルＭよりも上方で、実質的に蒸気によって加熱される。本発明によれば、時間制御スイッチ４０は、センサー２６に並列に配置される。このため、特にセンサー２６が加熱素子２４の作動を不能にする場合に、センサー２６の作動を一時的に無効にすることが可能である。
【００２２】
図３は、本発明によるデバイス内に適用するための電気回路の概略図である。回路図はスイッチ３１を含む。このスイッチによって、デバイスを作動させるためにユーザが電力回路を手で閉じることができる。回路内にはコイル３２が配置されている。このコイルは、電流が通過するとき、スイッチ３１を係合させる磁場を発生させるため、スイッチ３１を『オン』位置に維持することができる。そのようなスイッチ３１（即時のリレースイッチ、手動操作によるリレー）は、種々のものが購入可能である。電力回路が閉である場合、加熱素子３３を通る電流が発生する。この回路内では、加熱素子３３は抵抗器として表されている。コイル３２、このケースではＰＴＣ抵抗器である沸騰センサー３４、そして過熱センサー３５（これもＰＴＣ抵抗器）は、加熱素子３３に対して並列に、直列に結線されている。過熱センサー３５は加熱素子３３に熱接触している。沸騰センサー３４及び過熱センサー３５は、両方ともＰＴＣ抵抗器であり、加熱によって電気抵抗が増加する。さて、沸騰センサー３４及び過熱センサー３５の抵抗値の合計が、これらの二つのサーミスターの、少なくとも一つの加熱によって、所定抵抗値に到達すると、サーミスターに直列に接続したコイル３２を通る電流が非常に小さくなるため、発生磁場は、スイッチ３１を『オン』位置に維持するだけの十分な強さを維持できず、スイッチ３１は、例えば、機械式バネ・メカニズム等の対向力によって、『オフ』位置へ運ばれる。これによって、加熱素子３３への電力供給は中断され、液体の加熱または加熱素子３３の過熱を止めることができる。過熱のケースで、このメカニズムが予想外に故障した場合に備えて、第二の安全対策として、加熱素子３３には、過熱および／あるいは電気的過負荷が作用した場合に弱化部分が設けられており、これによって過熱を止めることができる。沸騰センサー３４が（比較的高温であるため）、加熱素子３３を作動させたいという願望があっても、一時的に加熱素子の作動を不能にする場合、時間制御スイッチ３７を閉じることによって、これを一時的に可能にすることができる。
【００２３】
図４は、本発明によるデバイスの、さらにもう一つの代替回路５０を表す概略図である。沸騰センサー５２、過熱センサー５３、そしてリレー５５のコイル５９は、第一の電力回路５１内に配置される。時間制御スイッチ５４は、沸騰センサー５２の作動を一時的に停止することを可能にするために、沸騰センサー５２に並列に配置される。第一の電力回路５１は、第二の電力回路５６内に配置したコンタクト６０を作動可能なリレー５５を作動させる。加熱素子５７は、この第二の電力回路５６内に含まれるため、加熱素子５７の起動または停止は、リレー５５を操作することによって制御できる。加熱素子５７は、過熱センサー５３へ（破線５８で示すように）熱的に結合している。図１及び３に関しても、また、通電コイル５９の影響下にあるリレー５５によって、加熱素子５７の主電流を恒久的にオンにすることができる。それから、制御電流が減少したときにリレー５５のコイル５９が電圧を失い、加熱素子５７を通る主電流はオフとなる。したがって、温度が降下すると、制御はもはや機能しない。このため、この目的に対しては、即時スイッチの操作が必要である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明によるデバイスの断面図である。
【図２】本発明によるデバイスの代替実施例の断面図である。この例では、沸騰センサーが液体容器の外側に位置する。
【図３】本発明によるデバイス内に適用する電気回路の図である。
【図４】本発明によるデバイス内に適用する、さらにもう一つの代替回路の概略図である。
【国際調査報告】
2007503908.tif 000007
2007503908.tif 000008