(57)【要約】フロー加熱器は、発熱素子（４８；２４８）と、中を流れる液体を沸点未満の第１の温度まで加熱するための、発熱素子（４８；２４８）によって加熱される第１の加熱領域（１８、２０；２１８、２２０）とを含む。フロー加熱器は、液体を沸点未満の第２の温度まで加熱するための第２の加熱領域（２２；２２２）も含む。第２の領域（２２；２２２）は、加熱された液体とは別に蒸気が出ていくのを許容する手段（２５；２２５）を有する。フロー加熱器は、第２の領域（２２；２２２）で液体のバルク沸騰が起こるようには動作できない。
2013515233.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱素子と、中を流れる液体を沸点未満の第１の温度まで加熱するための、前記発熱素子によって加熱される第１の加熱領域と、前記液体を沸点未満の第２の温度まで加熱するための第２の加熱領域とを含み、前記第２の領域は加熱された液体とは別に蒸気が出ていくのを許容する手段を有するフロー加熱器であって、前記第２の領域で前記液体のバルク沸騰（bulk boiling）が起こるようには動作できないフロー加熱器。
【請求項２】
中の液体を沸点未満の第１の温度まで加熱するための被加熱流導管（heated flow conduit）と、前記液体を沸点未満の第２の温度まで加熱するための最終加熱室とを含むフロー加熱器であって、前記加熱室が蒸気を液体表面から逃がすための空間を液体表面上方に含み、前記最終加熱室で前記液体のバルク沸騰（bulk boiling）が起こるようには動作できないフロー加熱器。
【請求項３】
前記被加熱流導管は、熱交換器の一方の側（one side of a heat exchanger）を含む、請求項２に記載のフロー加熱器。
【請求項４】
前記被加熱流導管は、電気発熱素子を含む、請求項２に記載のフロー加熱器。
【請求項５】
前記発熱素子は、前記第２の加熱領域または最終加熱室の中まで延びている、請求項１または４に記載のフロー加熱器。
【請求項６】
前記発熱素子は、前記被加熱流導管または前記第１の加熱領域を形成する流路の外側に設けられている、請求項１、４または５に記載のフロー加熱器。
【請求項７】
前記発熱素子は、被覆抵抗発熱素子（sheathed resistance heating element）を含む、請求項１、４、５または６のいずれかに記載のフロー加熱器。
【請求項８】
前記被加熱流導管または第１の加熱領域は、液体を加熱するための被覆発熱素子（sheathed heating element）が内部に配設された、液体を搬送するための流路を含む、先行する請求項のいずれかに記載のフロー加熱器。
【請求項９】
前記発熱素子は、その周囲全面にわたって液体が接触するように前記流路内部に配設されている、請求項８に記載のフロー加熱器。
【請求項１０】
前記被加熱流導管または第１の加熱領域は、前記発熱素子の周りに管状の被覆（jacket）を含み、前記被覆は液体が前記発熱素子と前記被覆との間を流れることができるように前記流路を形成する、請求項９に記載のフロー加熱器。
【請求項１１】
前記被覆は、厚さが０．７ｍｍ未満であることが好ましいステンレス鋼を含む、請求項１０に記載のフロー加熱器。
【請求項１２】
前記発熱素子の一部は、金属製のヘッドプレートに固着されてホットリターン（hot return）を形成する、請求項８から１１のいずれかに記載のフロー加熱器。
【請求項１３】
前記被加熱流導管または第１の領域は流路を含み、前記流路は液体を前記流路の中心軸からずれた方向に沿って導入するように構成された導入口を有する、先行する請求項のいずれかに記載のフロー加熱器。
【請求項１４】
前記被加熱流導管または第１の領域は、旋回流を促進するように構成された流路を含む、先行する請求項のいずれかに記載のフロー加熱器。
【請求項１５】
前記加熱器によって供給される液体の温度を制御するための手段を含む、先行する請求項のいずれかに記載のフロー加熱器。
【請求項１６】
前記温度を制御するための手段は、前記加熱器を流れる液体の流量を変更するための手段を含む、請求項１５に記載のフロー加熱器。
【請求項１７】
前記発熱素子の通電に対して遅延間隔を置いてから水を流れさせるように構成されている、先行する請求項のいずれかに記載のフロー加熱器。
【請求項１８】
前記加熱器を流れる液体の流れが止められる前に前記発熱素子がオフにされるように構成されている、先行する請求項のいずれかに記載のフロー加熱器。
【請求項１９】
液体の出力温度を測定するために、前記第１の加熱領域または被加熱流導管内に、温度感知手段を含む、先行する請求項のいずれかに記載のフロー加熱器。
【請求項２０】
液体を前記フロー加熱器を流れるように駆動するためのポンプを含む、先行する請求項のいずれかに記載のフロー加熱器。
【請求項２１】
前記第２の領域または最終加熱室内の液体が所定の液位に達すると、前記第２の領域または最終加熱室から自動的に液体が流出するのを許容する手段を含む、先行する請求項のいずれかに記載のフロー加熱器。
【請求項２２】
堰（weir）を含み、前記堰は前記第２の領域または最終加熱室内の水位が所定の高さを超えると液体が前記堰を越えて前記第２の領域または最終加熱室から流出するように構成されている、請求項２１に記載のフロー加熱器。
【請求項２３】
前記堰の高さがその周囲（perimeter）において変化する、請求項２２に記載のフロー加熱器。
【請求項２４】
前記第２の領域または最終加熱室が出口を含み、前記出口の表面積（surface area）が前記第２の領域または最終加熱室内の液体の高さとともに増加する、請求項２１に記載のフロー加熱器。
【請求項２５】
蒸気を、前記第２の領域または最終加熱室から、前記フロー加熱器または装置から注出される加熱された液体を受けるために置かれた容器内へ向かわせるように構成された蒸気出口を含む、先行する請求項のいずれかに記載のフロー加熱器。
【請求項２６】
前記第２の領域または最終加熱室内へと延びる同軸状の管の構成の蒸気通路及び被加熱液体通路を含む、請求項２５に記載のフロー加熱器。
【請求項２７】
前記流路または被加熱流導管が垂直に延びるように構成された、先行する請求項のいずれかに記載のフロー加熱器。
【請求項２８】
先行する請求項のいずれかに記載のフロー加熱器を含む、加熱された水を要求に応じて提供するための機器。
【請求項２９】
前記第２の領域または最終加熱室と大気との間に蒸気通路を提供するように構成され、前記蒸気通路は、使用時にその両端間に０．１〜１バール、好ましくは０．２バール〜０．５バールの圧力差を生じさせるように、十分に制限されている、請求項２８に記載の機器。
【請求項３０】
前記被加熱流導管または第１の領域は、前記最終加熱室または第２の領域と連通する流体的に互いに平行な一対の流路を含む、先行する請求項のいずれかに記載のフロー加熱器または機器。
【請求項３１】
前記一対の流路は、単一の共通の素子を含む、請求項３０に記載のフロー加熱器または機器。
【請求項３２】
前記加熱器は、両方の流路に供給する共通のポンプを含む、請求項３０または３１に記載のフロー加熱器または機器。
【請求項３３】
前記流路の上流に、前記流路への液体の流れを制限するための手段を含み、前記流れ制限手段は、使用時に前記流れ制限手段の両端間の圧力降下が前記ポンプから前記流路の出口までの全圧力降下の５０％を超えるように流れを制限する、請求項３０、３１または３２に記載のフロー加熱器または機器。
【請求項３４】
前記被加熱流導管または第１の領域は、流れ整形手段を含む流路を含む、先行する請求項のいずれかに記載のフロー加熱器または機器。
【請求項３５】
前記流れ整形手段は、前記流路に浸漬された被覆発熱素子に巻き付けられたワイヤを含む、請求項３４に記載のフロー加熱器または機器。
【請求項３６】
前記流れ整形手段は、前記流路の長さの一部にのみ延びている、請求項３４または３５に記載のフロー加熱器または機器。
【請求項３７】
前記流れ整形手段の端は、前記流路または導管の出口から軸方向にずれている、請求項３４、３５または３６に記載のフロー加熱器または機器。
【請求項３８】
液体を加熱するための装置であって、中を流れる液体を加熱するための加熱手段をそれぞれが含み、導入口と出口とをそれぞれが有する２つの被加熱流流路（heated flow channel）と、前記被加熱流流路に液体を供給するための共通のポンプと、前記被加熱流流路の上流の、前記被加熱流流路への液体の流れを制限するための手段であって、使用時に前記流れ制限手段の両端間の圧力降下が前記ポンプから前記流路の出口までの全圧力降下の５０％を超えるように流れを制限する流れ制御手段とを含む装置。
【請求項３９】
各流路は、個別の流れ制限手段を含む、請求項３３または３８に記載のフロー加熱器、機器または装置。
【請求項４０】
前記流れを制限するための手段の両端間の圧力降下は、前記全圧力降下の７５％を超え、例えば８５％を超え、例えば９０％を超える、請求項３３、３８または３９に記載のフロー加熱器、機器または装置。
【請求項４１】
前記流路のそれぞれは、対応する流路の流量に依存した流れ抵抗を呈する流れ調節手段を備える、請求項３３または３８から４０のいずれかに記載のフロー加熱器、機器または装置。
【請求項４２】
少なくとも２つの流体的に平行な流路を含むフロー加熱器であって、各流路は、
流路を流れる液体を加熱するために流路上または流路内に配設された発熱素子と、
対応する流路の流量に依存した流れ抵抗を呈するように構成された流れ調節手段であって、流路内の流量が増加すると前記流れ調節手段による流れ抵抗が増加するように構成された流れ調節手段とを含む、フロー加熱器。
【請求項４３】
前記流れ調節手段は、前記流路内の流れに旋回を導入するための、弾性材料からなる螺旋状に構成された流れ整形素子を含む、請求項４１または４２に記載のフロー加熱器、機器または装置。
【請求項４４】
前記流れ整形素子は、その下流端で固定されている、請求項４３に記載のフロー加熱器、機器または装置。
【請求項４５】
液体を前記ポンプから前記２つの被加熱流流路へ供給するための２つの導入流路を含み、前記２つの導入流路は、一方の導入流路内の流れ抵抗を他方の導入流路内の圧力に応答して変更するための手段を含む、請求項３０から３３または３８から４４のいずれかに記載のフロー加熱器、機器または装置。
【請求項４６】
液体を加熱するための装置であって、
２つの被加熱流流路（heated flow channel）であって、それぞれが中を流れる液体を加熱するための加熱手段を含み、それぞれが導入口と出口とを有する２つの被加熱流流路と、
前記被加熱流流路に液体を供給するための共通のポンプと、
液体を前記ポンプから前記２つの被加熱流流路へ供給するための２つの導入流路とを含み、
前記２つの導入流路は、一方の導入流路内の流れ抵抗を他方の導入流路内の圧力に応答して変更するための手段を含む装置。
【請求項４７】
前記導入流路は、それらの長さの少なくとも一部にわたって、変位可能な共通の壁を共有する、請求項４５または４６に記載のフロー加熱器、機器または装置。
【請求項４８】
前記共通の壁は、分配プレナムブロック（distribution plenum block）内のダイヤフラムを含む、請求項４７に記載のフロー加熱器、機器または装置。
【請求項４９】
導入口と出口とを有する液体を搬送するための流路と、前記流路内または前記流路上に配設された発熱素子とを含むフロー加熱器であって、前記流路は、前記流路の長さの一部にのみ延びるように、前記出口から軸方向にずれている端を有する流れ整形手段を含む、フロー加熱器。
【請求項５０】
前記流れ整形手段は、前記流路内の液体に旋回運動を導入するように構成されている、請求項３４から３７または４９のいずれかに記載のフロー加熱器、機器または装置。
【請求項５１】
前記流れ整形手段は、螺旋状の構成を有する、請求項３４から３７、４９または５０のいずれかに記載のフロー加熱器、機器または装置。
【請求項５２】
前記螺旋状の構成は、複数のターンを含み、前記構成の長さの少なくとも一部にわたって、隣り合うターン間の距離が、前記導入口に最も近い端から離れるにつれて減少する、請求項５１に記載のフロー加熱器、機器または装置。
【請求項５３】
導入口と出口とを有する液体を搬送するための流路と、前記流路内または前記流路上に配設された発熱素子とを含むフロー加熱器であって、前記流路は、複数のターンを含む螺旋状の構成を有する流れ整形手段を含み、前記構成の長さの少なくとも一部にわたって、隣り合うターン間の距離が、前記導入口に最も近い端から離れるにつれて減少する、フロー加熱器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水などの液体を加熱するためのフロー加熱器に関する。
【背景技術】
【０００２】
家庭で消費するための湯または沸騰水を提供するいくつもの方法が知られている。従来は、例えば熱い飲み物を作るためのある量の水を沸騰させるために電気ケトルまたは電気ポットが用いられている。
【０００３】
最近になって、少量の湯を直ちに提供することを約束する製品が販売されている。これらは、まとまった量の水を一括して加熱するのではなく、片側に厚膜プリント素子を備えた狭い通路を水が通過するときにその水を加熱するフロー加熱器に基づいている。しかしながら、このような技術には重大な欠点がある。そのうちの１つは、発熱素子が過熱する危険性が従来のバッチ式加熱器よりも高く、それによって水を加熱できる効率が限定されることである。
【０００４】
従来のケトルで水を沸騰させる際、水のバルク（bulk）は実質的に同じ温度であり、その温度は加熱が進むにつれて徐々に上昇する。加熱される表面に近い境界層だけが、著しくより高温になる。熱は、伝導によって被加熱表面から境界層へ伝達され、少なくとも最初は対流によって境界層からバルクへ伝達される。表面温度の高い加熱器においては、境界層の水は、バルク水が比較的低温のうちに１００℃に達して沸騰し得る。蒸気の泡は、最初のうちは、より低温のバルク水との接触により凝縮し、崩壊する。
【０００５】
加熱が続くと、蒸気の泡は、周囲の水よりも軽いため、加熱器表面から浮かび上がってくる。泡は、浮かび上がってくるときに、より低温の周囲の水へ熱を伝導し、その結果起こる凝縮が最終的にそれらの泡を崩壊させる。しかしながら、水のバルクが沸騰温度に近づくと、浮かび上がってくる泡の十分な凝縮を起こさせなくなり、これらの泡は表面へと浮かび上がり、逃げ出す。このことが、水が沸騰していることを示すと一般に考えられている。実際には、バルク水温度はこの段階では完全には１００℃ではない。従来、家庭用のポットおよびケトルは、液体のバルク水が１００℃に極めて近い温度に均一に達することを可能にする「ぐらぐら沸き立つ状態」を数秒間維持する。だが、完全にそこまで到達することはなく、しかも、実際の沸点は大気圧および水中に溶解している物質の存在などの他の要因によって左右される。
【０００６】
フロー加熱器は、それに比べると、要求に応じて水を加熱することと、所要量の水を提供するのに必要な間のみ動作させることとが可能であるという利点を有する。しかしながら、消費者は、事実上瞬時、つまり確かに数秒以下であるように思われる起動時間を期待する。小型の家庭用製品に関しては、電力量は、壁のコンセントから利用可能な電力量によって定められ（典型的には１５００Ｗ〜３０００Ｗ）、増やすことができない。定常状態条件下では、水の流量は熱力学の基本法則によって加熱器出力電力に合わせられる（３ｋＷの加熱器については、およそ０．５リットル／分から１リットル／分までの流量によって沸点付近から約６５℃までの温度範囲の水が提供される）。加熱器の種類と熱交換機構はほとんど影響しない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
起動が非常に早いフロー加熱器を設計する場合、加熱器自体の熱質量とそれが加熱されなければならない温度とを最小化することが重要である。水と加熱器との接触面積を最大化することも重要である。これらの要件は、最近の先行技術においては、中間電気絶縁層を介してステンレス鋼製熱交換器に固着された厚膜加熱器を用いることによって対応されている。この熱交換器は、接触面積を最大化させるために、加熱器に対向する複雑な室（chamber）を備えるように設計されている。しかしながら、本出願人は、加熱器表面の上の水流の分布に配慮しなければならないことに気付いた。該表面と接触する水のいずれかの部分を停滞させると、その部分はすぐに沸騰し、蒸気のポケットを生じさせる。蒸気のポケットは、もはや素子表面を冷却しなくなる。この影響により、該表面が急速に局所加熱され、通常は加熱器トラックと加熱器基板表面との間の絶縁に不具合が生じる。したがって、これを回避するために、水を曲がりくねった狭い流路を流れさせて、停滞箇所を回避する。
【０００８】
本出願人は、狭い水流路の使用に別の問題が生じることも分かった。水が加熱器の端に近づくと、最高温度、例えば８５℃になる。水流路は、小さいが、それでもなお境界層とバルク水流路とからなり、しばしば境界層の水が沸騰して蒸気の泡を生じさせる。この構成においては、蒸気の泡は、非常に小さい流路内に現れるため伝導および凝縮によって熱を伝達できない。これは、その表面領域を周囲の水にさらすことができないためである。その代わり、膨張する泡はその前方にある残りの水を単に押しのける。流路に沿った通り道の例えば８０％においてこの泡が発生すると、実際に流路の最後の２０％にある水のすべてを激しく噴出させることが分かる。使用者の視点からの「噴き出し（spitting）」という望ましくない影響に加えて、加熱器の端部においてそれを覆う水が欠乏することは、しばしば早すぎる素子故障を招き得る。
【０００９】
局所的な高温点と噴き出しの問題は、加熱時間を最小限に抑えるために必要である、加熱器表面積と液体体積との比を最大化するためにフロー加熱器の設計を最適化できる程度に制約を加える。さらに、過熱防止のために素子温度を適切に感知する必要があることも、加熱器の設計に支障をきたす。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
第１の局面から見ると、本発明は、発熱素子と、中を流れる液体を沸点未満の第１の温度まで加熱するための、上記発熱素子によって加熱される第１の加熱領域と、上記液体を沸点未満の第２の温度まで加熱するための第２の加熱領域とを含み、該第２の領域は加熱された液体とは別に蒸気が出ていくのを許容する手段を有するフロー加熱器であって、上記第２の領域で上記液体のバルク沸騰（bulk boiling）が起こるようには動作できないフロー加熱器を提供する。
【００１１】
第２の局面から見ると、本発明は、中の液体を沸点未満の第１の温度まで加熱するための被加熱流導管（heated flow conduit）と、上記液体を沸点未満の第２の温度まで加熱するための最終加熱室とを含むフロー加熱器であって、上記加熱室が蒸気を液体表面から逃がすための空間を液体表面上方に含み、上記最終加熱室で上記液体のバルク沸騰が起こるようには動作できないフロー加熱器を提供する。
【００１２】
本出願に関しては、フロー加熱器を、加熱器の内外を液体が流れている間にその液体を加熱することが可能なものと定義する。
【００１３】
当業者には、本発明によると、フロー加熱器が、蒸気が加熱された水を追い出すことなく水の表面から出ることを可能にする第２の加熱領域または最終加熱室を備えること、すなわち、噴き出しの現象が低減または回避されることが分かるであろう。また、蒸気が出ることが容易であることによって、加熱器表面が水に浸ったままとなり、よって局所的な高温点（hot spot）を回避することが可能になる。上記に説明したように、たとえ第２の加熱領域が液体のバルク温度（bulk temperature）を沸点までは上昇させないとしても、バルク温度が上がるため、加熱器表面では局所的な蒸気の発生につながるミクロ沸騰（micro-boiling）が起こりやすい。
【００１４】
標準のフロー加熱器は、使用時に流れの方向に沿って温度勾配が存在しているものと考えることができる。本発明は、加熱された水を作ることを可能にするが、第２の領域内の水だけが最終温度に達し、ケトルまたはその他の「バッチ式」加熱器の場合のように加熱器の内容物全体をその温度まで加熱する必要がない。例えば、２０℃の低温水を第１の領域で８０℃まで予め加熱すると、５０℃の平均温度にしかならない。
【００１５】
本発明によると、第２の加熱領域または最終加熱室は、水が第１の領域（例えば、第１の領域は従来のフロー加熱器に類似したものである）から出て行く温度から、より高いがバルク沸騰には至らない温度まで、水を加熱し続ける。このために別個の加熱器を設けてもよい。しかしながら、一組の好適な実施形態によると、第２の加熱領域または最終加熱室の中まで延びる単一の加熱器が設けられる。
【００１６】
以下では第１の加熱領域と第２の加熱領域のそれぞれについてのみ言及する。しかしながら、これらの言及は、本発明の第２の局面により記載される被加熱流導管と最終加熱室のそれぞれにも等しく当てはまることが理解されなければならない。これら後者２つの用語を省略するのは単に簡潔化のためであり、他の結論が引き出されるべきではない。
【００１７】
第１および第２の加熱領域間の移行の形態は本発明にとって本質的であるとは考えられず、いくつかの可能性が想定される。例えば、第１の加熱領域がその下流端において徐々に広がり、第２の加熱領域を形成してもよい。このような場合、第１および第２の加熱領域間の移行点は比較的任意に定義され得る。例えば、この移行は、加熱されている液体が流れる流路の寸法によって定義されてもよく、この流路の断面が拡大し始める点や、十分に拡大したときや、途中の点などである。あるいは、線流速度による定義を想定してもよく、例えば、線流速度が第１の領域における速度の半分まで低下した所である。機能的には、移行が起こるのは、蒸気の泡が残りの液体を押しのけることなく液体表面から出ることが可能になる時である。
【００１８】
第１の領域においては、制御されるパラメータは水の速度であり（良好な熱伝達と速い速度および許容可能な水圧低下とのバランスをとる）、第２の領域においては、制御されるパラメータは水位であって、確実に加熱器が覆われるようにすることによる熱伝達と、確実に水位が可能な限り低くなるようにすることによる水量の最小化とのバランスをとる。第１および第２の領域において水量を最小化することにより、最短起動時間が維持される。
【００１９】
本発明の第２の局面によると、被加熱流導管は、いくつもの方法で加熱され得る。一組の実施形態においては、本発明の第１の局面によるのと同様に、被加熱流導管は中の液体を加熱するための電気発熱素子を備える。しかしながら、このことは必須ではない。代わりに、例えば、より高温の液体または気体が一方の側を通過する熱交換器の他方の側によって提供されてもよい。
【００２０】
第１の領域、または被加熱流導管が発熱素子を備える場合は被加熱流導管のための発熱素子は、任意の便利な形態を有し得る。一組の実施形態において、発熱素子は、第１の加熱領域を形成する流路または導管の外側に設けられる。該素子は、いわゆる厚膜プリント素子（thick film printed element）の形態をとってもよい。このような素子は、従来はプレーナ型（planar）であるが、非プレーナ型基板（non-planar substrate）で製造してもよい。あるいは、家庭用ケトル用のいわゆる床下加熱器に一般に見られるような中間の金属製熱拡散板を備えるかまたは備えない被覆抵抗発熱素子（sheathed resistance heating element）を含み得る。素子が流路の外側にあることの利点は、製造が比較的容易であることと、流路内に水が無い状態で素子が通電された場合に素子をオフにするために過熱保護を素子と熱的に密接させて設けることが可能になることである。
【００２１】
別の一組の実施形態において、第１の加熱領域を形成する流路または導管内に浸漬素子が設けられる。したがって、好適な実施形態において、第１の加熱領域は、液体を加熱するための被覆発熱素子（sheathed heating element）が内部に配設された、液体を搬送するための流路を含む。この素子は、一組の好適な実施形態においては液体が素子の周囲全面にわたって素子と接触するように流路内部に配設されるが、流路の壁にまたは壁と接触して取り付けられてもよい。一組の好適な実施形態において、第１の加熱領域は、発熱素子の周りに好ましくは管状の被覆（tubular jacket）を、素子と該被覆との間を液体が流れることが可能なように含む。このことは、液体と加熱器表面との間で大きな表面接触面積を得るのに有益であり、また、１つの泡が流路の断面全体を占めることができないため、たとえ泡が形成されたとしても噴き出しの発生しやすさを最小化するのにも役立つ。通常動作時、すなわちバルク水温度が８５℃または９０℃を超えない状態では、泡が形成されると、残りの流れにおける水の速度が速くなり、熱伝達が向上し、泡が周囲方向に成長する可能性が最小化される。
【００２２】
被覆は、発熱素子と輪郭形状が一致していてもよい（例えば、発熱素子の断面が円形である場合は断面が円形である）が、このことは必須ではない。素子とその周りの液体とを収容するために内部に流路が画定されたブロックの形態であってもよい。
【００２３】
被覆（jacket）には任意の適切な材料が用いられ得る。一組の好適な実施形態において、被覆は、ステンレス鋼を含む。このことによって、加熱器全体の頑丈さが得られ、特に、例えば液体と接触せずに動作させられることによる過熱に対して耐性を有することが確実になる。被覆は、理想的には熱質量が低くなければならず、つまり、ステンレス鋼製の被覆の場合には、好適な実施形態において、比較的薄くなければならない。ステンレス鋼製または他の金属製の被覆が設けられる場合、被覆の厚さは０．７ｍｍ未満であることが好ましく、約０．４〜０．６ｍｍであることがより好ましい。本出願人は、当該技術分野において一般的な知識に反して、実際は、上記に概略を述べたような薄いステンレス鋼製被覆（stainless steel jacket）を備えた標準の被覆浸漬素子（sheathed immersed element）（例えば、３５Ｗ／ｃｍ2で動作する直径６．６ｍｍのもの）は、実際には典型的な対応する厚膜発熱素子構成よりも熱質量が低いことを見出した。
【００２４】
発熱素子の断面は円形であることが好ましい。流路または被覆（jacket）（または少なくともその内壁）の断面は円形であることが好ましい。発熱素子の断面が円形でない場合、被覆または流路の断面（または少なくともその内壁）は同じ形状であることが好ましい。
【００２５】
本発明によりフロー加熱器の動作を適切に制御可能なことが重要である。このことの一局面は、加熱器が誤って液体なしで動作したときに加熱器の深刻な過熱を防止することである。当然ながら、これを実施し得るいくつもの方法がある。第２の領域に過熱保護が設けられていることが有利である。これは、流路内に配設され液体に囲まれた被覆発熱素子を含むフロー加熱器に空の状態でスイッチが入れられることによる過熱に対する保護を設けることの根本的な問題、つまり、流路の存在がセンサを素子と良好に熱接触させて設置することを物理的に妨げることに対処するものである。特に便利な実施形態においては、被覆浸漬発熱素子（sheathed immersed heating element）が使用され、その一部が金属製の「ヘッド」プレートに固着されて、従来の浸漬ケトル素子に関してよく知られているのと全く同じ方法でホットリターン（hot return）を形成する。このことの利点は、従来の浸漬素子用制御装置、例えば本出願人の非常に評判が良く成功しているＲ７シリーズの制御装置を、素子の一次的および二次的な過熱保護の両方を得るために用いることが可能になることである。このような制御装置の詳細はＧＢ−Ａ−２１８１５９８に記載されている。さらに好ましくは、このような制御装置は、直接または間接的に素子への電気接触を提供するためにも用いられる。
【００２６】
熱センサは、例えば、サーミスタや熱電対などの電子センサであってもよく、形状記憶金属アクチュエータやバイメタルアクチュエータのような熱機械センサであってもよい。熱センサは、直接に物理的に接触していてもよいが、上記良好な熱接触は、第２の領域の熱伝導性を有する壁を介して達成されることが好ましい。例えば前述の従来のヘッドとホットリターンとによる構成である。
【００２７】
素子の、熱センサと良好に熱接触する部分は、素子の残りの被加熱部分よりも高い位置にあることが好ましい。
【００２８】
さらにまたはもしくは、加熱器内の液体または加熱器から出て行く液体の温度を計測することが望ましい場合がある。このことは、例えば、過熱の検出に役立ったり、加熱器を通過する水の流量を制御するためにフィードバック制御システムの一部として用いられたりし得る。加熱された水が要求される場合、加熱器の正確な能力、設けられているポンプの性能、供給電圧、および流入する周囲の水の温度によって最適な流量が決定されるため、流量を制御できることは有利である。これらの要因のうちの最初の２つは製造公差の影響を受けやすく、後の２つは使用時に変動し得る。
【００２９】
一組の好適な実施形態においては、加熱器によって供給される液体の温度を制御するための手段が設けられる。本出願人は、液体の出力温度が加熱器の能力および流量の両方の関数であることが分かった。したがって、これらの２つのパラメータのどちらかを変化させればよい。一組の実施形態において、温度を制御するための手段は、加熱器を流れる液体の流量を変更するための手段を含む。例えば、典型的な３キロワットの発熱素子に関して、本出願人は、加熱器を流れる流量が１分当たり約５９０ｍｌである場合、水を約９０℃で供給できる（約１７℃から始めるとすると）ことを見出した。流量を１分当たり１０００ｍｌまで増加させた場合、水は約６０℃の温度で供給される。
【００３０】
液体が流れ始める（例えば、ポンプの起動または弁の開放によって）のは、発熱素子の通電直後であってもよい。しかしながら、好適な実施形態においては、加熱器は、発熱素子の通電に対して遅延間隔を置いてから水を流れ始めさせるように構成される。本出願人は、意図的な遅延を導入することによって、液体の実質的にすべてが所望の温度で注出されること、すなわち、注出動作の開始時に最初に低温の液体が出てくるという事が起こらないことを確実にできることが分かった。この遅延は、一定であってもよいが、好ましくは、加熱器内に存在する液体の温度の関数として決定され、それにより、加熱器内の液体が温かければ、遅延が場合によってはゼロ（遅延なし）またはそれどころかマイナス（すなわち、例えば、システムが短い「休止」時間の後に再始動される場合であって、かつ、より低い所望温度が選択された場合、ポンプは加熱器よりも先に始動され得る）まで短縮されるようにする。
【００３１】
同様に、発熱素子をオフにするのと同時に流れを止めてもよいが、一組の好適な実施形態においては、流れを止めるよりも先に発熱素子をオフにする。このことによって、素子および他の構成要素に蓄積された熱が部分的に回収されて水を加熱する。これは、よりエネルギー効率が優れているだけでなく、その後により低温の液体を注出するために加熱器をより早く使用できることを意味している。
【００３２】
液体が注出される時間は、一定であってもよく、無期限、例えば、使用者がボタンを押している間中ずっとであってもよい。一組の好適な実施形態においては、液体は、使用者によって予め設定された時間にわたって注出される。この時間は、直接に設定されてもよいが、注出量制御装置を用いて設定されることが好ましく、その場合は、注出時間も流量の関数となり、そしてこれは、先に説明したような注出温度の関数となるかもしれない。液体が所定時間にわたって注出されることは、上記で概略を述べたように蓄積された熱を回収するために注出動作の終わりにかけて発熱素子の温度を下げるかまたは切ることを可能にするのに有益である。
【００３３】
本出願人は、液体が加熱される温度が高い場合は、第２の領域の液体が乱流となって多くの蒸気の泡を含み得るため、液体の温度を正確に計測することが非常に難しく、そのため、サーミスタのようなポイント温度センサでは得られる結果が不正確で変動の大きいものになりがちであることが分かった。しかしながら、本出願人は、液体の出力温度のはるかに正確で安定した測定を可能にする構成を考案した。
【００３４】
本発明の好適な実施形態によると、液体の出力温度を測定するために、温度感知手段が第１の加熱領域に設けられる。このため、これらの実施形態によると、液体の温度の計測は、液体の実際の出力温度を計測するのではなく、液体が最終的に注出される場所の上流で行われる。このことは、本出願人が第１の加熱領域内の既知の箇所における液体の温度と出力温度との間に強い相関関係があることに気付いたことによる。計測点の下流側の液体容量と発熱素子の加熱能力との両方が既知であるとすると、出力温度を計算することができる。第１の領域内で温度を計測することの利点は、その領域内では液体の流れの乱れがより少ないため、はるかに正確な温度計測を行うことができることである。
【００３５】
第２の領域における水の温度の正確な知識（例えば、第１の領域における温度を計測することによって得られた）は、いくつもの方法で装置の制御を可能にするのに有益である。まず、当然ながら、水の出力温度を変化させることを可能にする。しかしながら、装置の以前の動作によって生じた非平衡状態を考慮に入れることも可能にする。例えば、装置が高温の水を注出するために用いられていて、その後で使用者がより低温の水を要求した場合は、液体を加熱器の通電よりも先に流れ始めさせてもよいし、それどころか、液体が冷めた程度によっては加熱器を通電させる必要がない場合すらある。
【００３６】
第１の領域において温度を計測する場合、本出願人は、状況によっては流路または導管の長手方向軸の周りの旋回流成分を促すことが望ましいことに気付いた。これは、そのことによってより信頼性の高い一箇所での温度計測が確実になるためである。コスト上の理由から、多数のセンサを必要とするよりも温度を計測できる方が好ましい。一組の実施形態においては、流路内部の液体の混合を促進する所望の旋回を提供し、ひいてはより均一な温度分布を得るために、第１の領域を含む流路または導管は、流路または導管の中心軸からずれた方向に沿って液体を導入するように構成された導入口を含む。例えば、導入口は、流れの接線成分を有する液体を導入するように構成されていてもよい。
【００３７】
別の、互いに相容れないものではない、一組の実施形態においては、第１の領域内の流路または導管が、旋回流を促進するように構成される。これを達成し得る考えられる方法は多くある。このような実施形態のうちの一部においては、流路の１つまたは複数の壁の内部表面に螺旋状の構成要素が設けられる。例えば、この表面に、旋回流を促すリブ、溝、またはその他の凸部もしくは凹部のパターンが設けられてもよい。この構成要素は、内部表面の周囲の一部に延びていても全面に延びていてもよく、かつ、流路の長さの全体に延びていても一部に延びていてもよい。この構成要素は、連続している必要はなく、一連の隆起部または他の凸部を含み得る。
【００３８】
流路が、その内部に浸漬素子を備える場合は、螺旋状の構成要素を当該素子の外側表面に追加的にまたは代替的に設けてもよい。別の方法は、これもやはり上記に挙げた選択肢と互いに相容れないものではないが、独立した流れ整形素子（flow shaping element）を流路に導入することである。特に便利な一組の実施形態において、このような流れ整形素子は、流路内に浸漬された被覆発熱素子に巻き付けられたワイヤを含む。これは、製造が経済的なだけでなく、組立が比較的簡単でもある。同様の代わりの方法は、製造時に素子が挿入される間は素子に巻き付けられ、その後、伸長して流路の壁の内側表面に当たるように解放される弾性コイルを含み得る。いくつかの実施形態においては、ワイヤの厚さは、素子表面と流路の壁との間の隙間の幅よりもかなり小さい、例えば５０％以下である。言い換えれば、ワイヤは、独立した個々の螺旋状流路を画定するのではなく、液体の境界層の旋回運動を生じさせることによってただ単に旋回流を促すだけである。いくつかのこのような実施形態においては、ワイヤの厚さは、上記隙間の幅の３分の１未満である。
【００３９】
他の実施形態においては、ワイヤの幅は、ワイヤが水が流れる独立した個々の螺旋状流路を画定するように、上記隙間の幅の５０％よりも大きく、例えば上記隙間の幅と略等しい。
【００４０】
流れ整形手段、例えば前述の流れ整形素子は、導管の全長に延びていてもよいが、好適な一組の実施形態においては導管の長さの一部にのみ延びている。流れ整形手段の端が、流路または導管の出口から軸方向にずれているのがさらに好ましい。このことは、流路または導管における流れ整形手段の構造自体が、特に該手段が流路の流れの断面積の５０％よりも多くを占める場合に、流路または導管を流れる液体の圧力および流れに局所的な線形変化（localised linear variations）を生じさせるため、有利であることが判明した。これは、流れが流れ整形手段の「前縁（leading edge）」に沿って集中しやすいためである。このことは、液体の感知温度のばらつきにつながり得る。流れ整形手段の端を流路または導管の出口からずらすことによって、温度の計測箇所（典型的には、流路または導管からの出口の近傍）において流れ整形手段が原因で液体に存在していた温度のばらつきが低減されるほど十分に、旋回する液体が混ざり合うことが可能になる。
【００４１】
このことは、上記の実施形態においてだけではなく、それ自体で新規性および進歩性があると考えられ、したがって、さらなる局面からは、本発明は、導入口と出口とを有する液体を搬送するための流路と、該流路内または該流路上に配設された発熱素子とを含むフロー加熱器であって、該流路は、流路の長さの一部にのみ延びるように上記出口から軸方向にずれている端を有する流れ整形手段を含むフロー加熱器を提供する。
【００４２】
好ましくは、流れ整形手段は、流路内の液体に旋回運動を導入するように構成される。流れ整形手段は、流路内に導入された流れ整形素子を含み得るが、これは不可欠ではない。上記のように、流れ整形手段は、流路の壁、または、設けられている場合には流路内に配設された被覆素子上の、リブや溝などのような構成要素を含み得る。
【００４３】
流れ整形手段の端は、流路または導管への導入口からもずれていてもよい。このことは、温度の計測が端までは行われていない場合には通常は流れの最初の部分に旋回を導入する必要はないという本出願人の理解を反映している。このことによって、組立てが簡単になり、材料費がさらに低減する。
【００４４】
一組の実施形態においては、流れ整形手段の端は、上記出口から、流路または導管の直径（もしくは、同様な意味合いで、最小断面寸法）を超える距離、例えば直径の２倍を超える距離、例えば直径の３倍を超える距離だけずれている。このことによって、液体は、温度計測が典型的に行われる流路または導管からの出口の近傍に到達する前に、いかなる温度ばらつきをも最小化するためによく混合されることが可能になる。さらに、流れ整形手段を流路または導管の長さの例えば３０％だけ出口からずらすことによって、流れ整形手段の位置のバルク水温度が沸騰間近になることがなく、したがって、たとえ局所的な停滞または旋回の恐れがあるとしても、不測の局所的沸騰の恐れは低減する。
【００４５】
好ましくは、流れ整形手段は、螺旋状の構成を有する。一組の実施形態においては、螺旋状の構成は、複数のターン（turn）を含み、該構成の長さの少なくとも一部にわたって、隣り合うターン間の距離が、導入口に最も近い端から離れるにつれて減少する。この構成の利点は、導入口から流れて来る液体は、最初のうちは流れ整形手段のよりなだらかな勾配に当たり、それによって乱流が最小限に抑えられるが、螺旋状の流れ整形手段の勾配が大きくなるにしたがって、液体の急速な回転ひいては混合が達成され、これにより流れ整形手段から出て来た液体の信頼性の高い温度計測を可能にすることである。
【００４６】
このことは、それ自体で新規性および進歩性を有すると考えられ、したがって、さらなる局面から、本発明は、導入口と出口とを有する液体を搬送するための流路と、該流路内または該流路上に配設された発熱素子とを含むフロー加熱器であって、上記流路は、複数のターンを含む螺旋状の構成を有する流れ整形手段を含み、該構成の長さの少なくとも一部にわたって、隣り合うターン間の距離が、導入口に最も近い端から離れるにつれて減少するフロー加熱器を提供する。
【００４７】
本発明のすべての局面によると、液体の貯蔵器を出口の上方に配置し、弁または栓を用いることによって達成される静水圧によって、液体流を駆動してもよい。しかしながら、好ましくは、液体をフロー加熱器を流れるように駆動するためのポンプが設けられる。
【００４８】
本発明の第１の局面の一組の好適な実施形態においては、第１の領域は、第２の領域と連通する流体的に互いに平行な一対の流路を含む。これらの流路が少なくとも概略物理的にも平行であるように配置することによって、所与の総流体通路長さに対して加熱器アセンブリの全体寸法を低減でき、そのことにより、許容可能な工業デザインを生み出す際により大きな自由が得られる。流路のそれぞれに別個の発熱素子を設けてもよいが、単一の共通の素子を設けるのが好ましい。この素子が、略Ｕ字形に形成され、そのため、その各アームが流路のそれぞれに配設され、第２の領域に１つまたは複数の湾曲部が設けられるようになっている被覆発熱素子を含むのが有利である。本出願人は、このような構成において、素子の一方の部分が他方に比べて過熱するのを防止するために、各流路内の流れが適切に均衡していることを確実にすることが重要であると認識した。以下に説明するように、これを達成するいくつもの方法をさらに考案した。
【００４９】
加熱器は、独立した流量フィードバック制御回路を備えるポンプを流路ごとに含み得るが、好適な一組の実施形態においては、加熱器は、両方の流路に供給する共通のポンプを含む。これは、このことによってコストおよび複雑さが低減されるためである。本出願人は、このような構成において、状況によっては、２つの流路間で流れが不均衡になる可能性があることに気付いた。これは、例えば、発熱素子管が一方の流路（このような構成を用いた場合）において他方と比較して中心から少しずれているか、湯垢が不均一に蓄積しているか、または、蒸気の泡が発生した場合であり得る。
【００５０】
本出願人は、流路の流れ抵抗に不均等に影響を及ぼす要因が、対応する流量に重大な影響を与えるのを放っておくと、加熱器の温度の制御がきかなくなり、過熱の恐れが深刻になり得ることを認識した。しかしながら、加熱器システム全体を当該システムにおける全体の圧力降下に占める被加熱流路の割合が少ないように構成した場合は、このような不均等な要因の影響を低減できることがさらに認識された。したがって、一組の実施形態においては、加熱器システムは、被加熱流流路の上流に、該流路への液体の流れを制限するための手段であって、使用時に該流れ制限手段の両端間の圧力降下がポンプから流路の出口までの全圧力降下の５０％を超えるように液体の流れを制限する流れ制限手段を含む。
【００５１】
このことはそれ自体で新規性および進歩性を有すると考えられ、したがって、さらなる局面から見ると、本発明は、液体を加熱するための装置であって、中を流れる液体を加熱するための加熱手段をそれぞれが含み、導入口と出口とをそれぞれが有する２つの被加熱流流路（heated flow channel）と、被加熱流流路に液体を供給するための共通のポンプと、被加熱流流路の上流の、該流路への液体の流れを制限するための手段であって、使用時に該流れ制限手段の両端間の圧力降下がポンプから該流路の出口までの全圧力降下の５０％を超えるように流れを制限する流れ制限手段とを含む装置を提供する。上記全圧力降下は、５００ｍｍを超える水頭と同等であってもよい。
【００５２】
よって、上記に説明したように、２つの被加熱流流路への流れを制限するための手段が、当該２つの被加熱流流路間の抵抗の不均衡の影響を最小限に抑えるのに役立ち、したがって、加熱手段を過熱からある程度保護することが分かるであろう。
【００５３】
上記２つの流路に対して共通の流れ制限手段を設けてもよいが、いくつかの好適な実施形態においては、流路ごとに個別の制限装置が設けられる。このような制限装置のそれぞれの抵抗を例えば工場で調整することによって、製造中に生じるそれらの流れ抵抗間のいかなる小さな不均衡をも補償することができる。
【００５４】
流れを制限するための手段は、単に、管やマニホルドなどの成型加工または機械加工された形状によって提供されてもよいが、別個の制限された穴部品を用いるのが便利である。この選択肢は、上述のように流れ抵抗を調整するために、当該部品の長さの調整および／または穴径の異なる一連の部品からの選択のいずれによって行ってもよいという柔軟性を提供する。
【００５５】
一組の実施形態においては、流れを制限するための手段の両端間の圧力降下が全圧力降下の７５％を超え、例えば８５％を超え、例えば９０％を超える。理解されるように、制限手段の両端間の圧力降下が大きいほど、被加熱流流路の流れ抵抗の不均衡の影響の重大さが低下し、したがって、達成可能な信頼性の改善が大きくなる。しかしながら、これには、人為的に増加させた流れ抵抗を通じて設計流量を提供するために、より高い能力のポンプを設けなければならないという代償が伴う。
【００５６】
流路間の流れ抵抗の不均衡に対処するための別の（互いに相容れないものではない）方法を提供する一組の実施形態においては、平行な流路のそれぞれが、対応する流路の流量に依存した流れ抵抗を呈するように構成された流れ調節手段であって、それにより、流路内の流量が例えば他方の流路内で閉塞によって流れが低減した結果として増加すると、該流れ調節手段の流れ抵抗が増加して補償するようになっている流れ調節手段を備える。このことは、２つの流路の総流量の全体的低下につながるが、流路の流量の均衡が崩れることよりも好ましい。流量の全体的低下は、例えば、ポンプの速度を増加させることによって補償することができる。
【００５７】
このことはそれ自体で新規性および進歩性を有すると考えられ、したがって、さらなる局面から、本発明は、少なくとも２つの流体的に平行な流路を含むフロー加熱器であって、各流路が、
流路を流れる液体を加熱するために流路上または流路内に配設された発熱素子と、
対応する流路の流量に依存した流れ抵抗を呈するように構成された流れ調節手段であって、流路内の流量が増加すると、当該流れ調節手段による流れ抵抗が増加するように構成された流れ調節手段とを含むフロー加熱器を提供する。
【００５８】
流れ調節手段は、いくつもの異なる形態をとり得、そのうちのいくつかは、当該技術分野において本質的に公知であり得る。しかしながら、特に便利な一組の実施形態においては、このような効果を、螺旋状に構成された、流路内の流れに旋回を導入するための上記の種類の流れ整形素子を用いて、当該素子を弾性材料で形成することによって、達成可能である。これは、流量が増加すると、素子をその弾性に反して縮ませ、隣り合うターン間の距離を減少させるためである。このことによって、液体が辿るように促される（または強制される）螺旋状通路の有効断面が小さくなり、流れ抵抗が増加する。不可欠ではないが、典型的には、このような流れ整形素子は、流路内に配設された被覆発熱素子の外方に、すなわち、素子と流路の内壁との間に設けられる。
【００５９】
流れ整形素子が、その下流端で、例えば流路の壁にまたは流路内に設けられる場合には素子の壁に、固定され、上流端で移動可能にされる（必要な収縮を可能にするため）のが好ましい。
【００６０】
このような流れ調節手段を採用することによって、ある程度の自己調節、ひいては２つの流路内の流れの均衡を達成できることが分かるであろう。この構成要素は、既に述べた流れ制限手段と併用できるのが有益であるが、流れ制限手段の抵抗をこのような自己調節がない場合の値と比較して低減させ得る。
【００６１】
流路間の流れ抵抗の不均衡に対処するためのさらに別の（互いに相容れないものではない）方法を提供する一組の実施形態においては、上記装置が、液体をポンプから２つの被加熱流流路へ供給するための２つの導入流路を含み、これら２つの導入流路は、一方の導入流路内の流れ抵抗を他方の導入流路内の圧力の増加に応答して増加させるための手段を含む。このため、被加熱流流路の一方、ひいてはそれに関連付けられた導入流路の圧力が例えば閉塞によって当該被加熱流流路内の流れが減少した結果として増加すると、他方の導入流路内の抵抗を増加させて、２つの導入流路間で圧力を均衡させ、よって被加熱流流路の流量を均衡させることが分かるであろう。ここでもやはり、このことは、２つの被加熱流流路の総流量の全体的低下につながるが、流路内の流量の均衡が崩れるよりも好ましい。流量の全体的低下は、例えば、ポンプの速度を増加させることによって補償することができる。
【００６２】
このことはそれ自体で新規性および進歩性を有すると考えられ、したがって、さらなる局面から、本発明は、液体を加熱するための装置であって、中を流れる液体を加熱するための加熱手段をそれぞれが含み、導入口と出口とをそれぞれが有する２つの被加熱流流路（heated flow channel）と、被加熱流流路に液体を供給するための共通のポンプと、液体をポンプから上記２つの被加熱流流路へ供給するための２つの導入流路とを含み、該２つの導入流路は、一方の導入流路内の流れ抵抗を他方の導入流路内の圧力の増加に応答して増加させるための手段を含む装置を提供する。
【００６３】
一方の導入流路内の流れ抵抗を増加させるため手段を、前述の流れを調節または制限するための手段の代わりに用いてもよく、したがって、この一組の実施形態においては、流れ調節手段または流れ制限手段による抵抗に打ち勝つ必要がなく、流れを均衡させるのは可変の流れ抵抗だけであるため、より低い能力のポンプを用いることが可能になることも分かるであろう。しかしながら、本出願人は、流れ調節手段または流れ制限手段を、一方の流路内の流れ抵抗を増加させるための手段とより高圧力のポンプと組み合わせて用いるのが有利であることに気付いた。これは、そのことによって流路の流れの変化に対してより瞬時の応答を実現できるためである。
【００６４】
一方の導入流路内の抵抗を他方の導入流路内の圧力に応答して変更するための手段は、２つの独立した導入流路間の機械的結合、例えば、可撓性の壁または変位可能な壁の間の、流体もしくはゲルで満たされた領域、支柱、リブ、またはその他の結合を含み得る。しかしながら、好適な一組の実施形態においては、導入流路は、それらの長さの少なくとも一部にわたって、変位可能な共通の壁を共有する。したがって、導入流路の一方の圧力が増加すると、共通の壁を変位させて当該導入流路の流れの断面積を増加させ、且つ、他方の流れ面積を減少させることにより、２つの導入流路間で圧力を均衡させ、よって被加熱流流路の流量を均衡させる。
【００６５】
変位可能な共通の壁は、単に、２つの導入流路間の可撓性またはばね付きの壁を含み得る。しかしながら、好適な一組の実施形態においては、共通の壁は、分配プレナムブロック（distribution plenum block）内のダイヤフラムを含む。分配プレナムブロック内にダイヤフラムを設けることによって、双方の間に大面積の共通領域が得られ、それにより、流路間の流れの均衡に対する細かい制御が実現される。ダイヤフラムは、ダイヤフラムの弾性的な応答を制御できるように、ダイヤフラムを中央位置に付勢するための付勢手段、例えばばねを、ダイヤフラムのどちらかの側に含み得る。
【００６６】
別段の記載がある場合を除いて、本発明のすべての局面によると、フロー加熱器を、例えば第２の領域において液体を沸点まで加熱することによって、沸騰した液体を作るために用いてもよい。
【００６７】
明白には述べられていない場合は、本発明のすべての局面を、中を流れる液体を沸点未満の第１の温度まで加熱するための第１の加熱領域と、上記液体をさらに沸点または沸点未満の第２の温度まで加熱するための第２の加熱領域とを含むフロー加熱器であって、該第２の領域が加熱された液体とは別に蒸気が出ていくのを許容する手段を有するフロー加熱器において有利に採用することができる。
【００６８】
本発明のすべての局面において、加熱された液体とは別に蒸気が出ていくのを許容する手段は、蒸気と加熱された液体とを同時にそれぞれの排出手段から出ていくように構成されているのが好ましい。
【００６９】
本発明による第２の領域から加熱された液体を注出するための考えられる構成は多くある。１つの可能性は、第２の領域／最終加熱室から水を流出させるための簡単な弁または栓である。このような構成の問題は、このような弁または栓による流出量を、ポンプからの流入量と精度良く調和させなければならないことである。例えば、流出流量が導入流量よりわずかでも多ければ（または、流出開始が早過ぎたならば）、加熱器が空になる。流出流量がわずかに少なければ、流出室が溢れるか、または、水位が上昇するにつれて、当該室内でのミクロ沸騰の影響により水が噴き出す。これは、表面で生じた蒸気の泡が今度は水の中を垂直に移動しなければならないので、水滴を同伴し、高速で表面まで運ぶために発生する。ポンプによる流入は、上述のように不規則な時間に開始および停止し得、かつ、すべての入力変数、つまり所望の出口温度、導入口の水温、圧力変動、およびいかなる閉ループ制御システムにおいても発生し得る固有振動に応じて絶えず変化している。流出制御の難しさは、起動時に意図された作動液位までシステムを満たすのに十分な水が入るような時間まで流出を防止しなければならないことによってさらに増大する。
【００７０】
したがって、一組の好適な実施形態においては、液体が所定の液位に達すると自動的に液体が流出するのを許容する手段が設けられる。このことは、ある一定の量の液体がとどめておかれることを確実にし、したがって、確実に、加熱器表面が過熱するのを防止するのに十分に覆われているようにすることができる。このような機能は、電子的に達成してもよく、フロートを用いて達成してもよいが、堰（weir）が設けられ、第２の領域／最終加熱室の中の水位が所定の高さ（堰の高さによって決まる）を超えると液体が堰を越えて当該領域／室から流出するようになっていることが好ましい。
【００７１】
一組の実施形態においては、第２の領域に堰が設けられ、その高さはその周囲（perimeter）において変化する。このことにより、第２の領域内の所与の高さの液体に関して流出流量の制御を強化することが可能になり得る。
【００７２】
一組の実施形態においては、第２の領域に出口が設けられ、該出口の表面積（surface area）が第２の領域内の液体の高さとともに増加する。このことによっても、第２の領域からの流出流量の制御を強化することが可能になり得る。特に、第２の領域内の液体がある範囲の流入流量にわたって発熱素子を適切に覆った状態を維持するのを可能にするように構成することができる。
【００７３】
上記に概略を述べた２つの特徴が、第２の領域内に配設された発熱素子の一部分の形状と略合致するように成形された口を有し、そして例えばそれにより口が素子から略一定の間隔にあるようになっている出口を用いて達成可能であることが分かった。別の一組の実施形態においては、上記出口にわたって堰が設けられ、この堰の開口表面積が第２の領域内の液体の高さとともに増加する。
【００７４】
好ましくは、第２の領域の出口は、流入流量が所定の閾値を下回ると、第２の領域内の発熱素子の一部分よりも下の高さになるまで液体を流出させるように構成される。このことによって、万一システム内の流れが劇的に遅くなるかまたは不意に止まった場合、第１の領域内の素子の部分が低流量の結果として過熱する前に、第２の領域の素子の当該部分が過熱して過熱保護を作動させることが確実になる。一組の実施形態においては、これは、出口の表面積、つまり出口にわたる堰を、第２の領域内の液体の高さとともに増加するように構成することによって達成される。高さに伴う表面積の増加は、線形であっても非線形であってもよい。
【００７５】
本発明のすべての実施形態において、加熱室から出て行く加熱されたかまたは沸騰している液体を、例えば注ぎ口を通じて使用者の容器に直接注出してもよく、あるいは、さらに処理を行うために機器の別の部分に搬送してもよい。
【００７６】
本発明の様々な局面によると、蒸気を、加熱された液体とは別に、第２の領域から排出する。蒸気は、通常の使用では使用者から離れた機器の部分から出て行くように向けられてもよく、例えば、機器の後方へ逃がされてもよい。他の実施形態において、蒸気を適切なトラップまたは雫受け（drip tray）などに捕らえ、凝縮させてもよい。これは、特別な雫受けであってもよいし、より便利には、注ぎ口の下の雫受けが用いられてもよい。
【００７７】
一組の実施形態においては、蒸気出口は、蒸気を、第２の領域から、上記装置から注出される加熱された液体を受けるために置かれた容器へ向かわせるように構成される。これにはいくつかの利点がある。第１に、使用者は高温の流体が注ぎ口から出てくると予想しているだろうが、使用者が思いもよらないかもしれない機器の別の部分から蒸気が出てくるのを回避することによって安全性を高め、蒸気および水を容器に入れることができる。第２に、蒸気は、加熱された液体が注出される間の当該液体からの熱損失を限定し、ひいては必要な温度により近い液体を吐出するのに役立ち得る。第３に、特に、沸点近い水を吐出するように意図された機器または動作モードにおいては、出口近傍で蒸気が見えることによって、吐出中の水が沸騰していることを使用者がより強く認識する。
【００７８】
上述の便利な一組の実施形態においては、第２の領域内へと延びる同軸状の管の構成によって、蒸気通路と被加熱液体通路とが設けられる。蒸気通路管の口は、第２の領域内で液体の予想される最大高さよりも上の高さに配設され、液体管の口は、この高さよりも下である。よって、この構成により、加熱された液体および蒸気／湯気（vapour）のための重要なはっきり区別された通路が維持され、そのことが、噴き出しを最小限に抑えるための鍵である。
【００７９】
本発明のいくつかの実施形態では、第２の領域／最終加熱室と大気との間の蒸気通路は、使用時にその両端間に０．１〜１バール、好ましくは０．２バール〜０．５バールの圧力差を生じさせるように、十分に制限されている。第２の領域／最終加熱室が使用時に大気と比較してわずかに加圧されるようにすることによって、水または他の液体の沸騰温度がわずかに上昇し、使用者の容器に実際に注がれる液体の温度を上げるのに役立つ。
【００８０】
本明細書において「蒸気（steam）」に言及する場合は、この語は、顕著な沸騰つまりバルク沸騰が起こっていることを含意すると理解されるべきではなく、発生するかもしれない湯気（vapour）、湿潤空気、または厳密な意味での蒸気を示すものである。
【００８１】
装置、特に第１の領域の向きは、加熱器が採用される機器の形態に合うように選択することができる。便利には、一組の実施形態においては、第１の領域における被加熱流導管は水平に延びるように配置されるが、いくつかの実施形態においては、流路または被加熱流導管は、例えばコーヒーメーカーで、省スペースにするために、垂直に延びるように配置される。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
以下、添付図面を参照しながら、本発明のある実施形態を単なる例示として説明する。添付図面において、
図１は、本発明を具体化する加熱水注出装置の斜視図であり、
図２は、上記装置の主な構成要素を示す上記装置の部分切欠図であり、
図３は、水貯蔵器および他の構成要素の断面図であり、
図４は、水導入口分配ブロックおよびフロー加熱器パイプの横断面図であり、
図５および図６は、フロー加熱器と加熱室と制御ユニットと一部変更した水分配ブロックとの斜視図であり、
図７は、一部変更した水分配ブロックの拡大図であり、
図８は、図７の一部変更した水分配ブロックの内部を示す縦断面図であり、
図９は、一方のフロー加熱器の内部を示す縦断面図であり、
図１０は、他方のフロー加熱器の内部を示す縦断面図であり、
図１１は、加熱管の非常に大きく拡大した断面図であり、
図１２は、素子ヘッドおよび制御ユニットの正面から見た分解図であり、
図１３は、素子ヘッドおよび制御ユニットの背面から見た分解図であり、
図１４は、分かりやすくするために素子ヘッドを取り除いた状態の加熱室の図であり、
図１５は、加熱室の内部を示す縦断面図であり、
図１６および図１７は、別の実施形態のフロー加熱器と加熱室と制御ユニットと水分配ブロックとの斜視図であり、
図１８および図１９は、図１６および図１７の加熱室の内部を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００８３】
図１は、熱い飲み物を作るためのカップ２に要求に応じて加熱された水を注出するために用いることができる本発明の一実施形態を示す。つまみ４を回すことによって水の温度を調節することもできる。注出温度は、例えば、６５℃から１００℃付近まで変化させることができる。水の注出量は、第２のつまみ（図示せず）によって制御される。装置の本体の上部には、使用者が時々満たさなければならない水タンク８がある。
【００８４】
図２は、上記装置の主な内部構成要素のうちのいくつかを示し、他の部分は分かりやすくするために省略されている。同図からは、水タンク８を見ることができ、そこから下方に延びているのは、ポンプ１２の導入口側に接続された出口パイプ１０である。ポンプ１２の出口側は、以下に図４〜図８を参照しながらより詳細に説明するように、入って来る水を、第１の加熱領域を一緒に形成する２つの平行なフロー加熱器部分１８、２０に分配する水分配プレナムブロック（water distribution plenum block）１６に管１４を介して接続されている。
【００８５】
フロー加熱器部分１８、２０の下流端には第２の加熱領域を形成する加熱室（heating chamber）２２がある。これは、略円形のステンレス鋼製素子ヘッド５４（図３、図８、図９、図１３および図１４参照）に嵌合された深絞り加工されたステンレス鋼製カップ２３によって形成されている。加熱室２２は、加熱された水を使用者のカップ２に注出するための、該加熱室から下向きに突出する注ぎ出し口２４を有する。
【００８６】
図３の断面図は、水タンク８の内部を示す。この図から、水タンク８の基部が、水フィルタ、例えば本出願人のAqua Optima水フィルタを受け入れるように設計された円形開口２６を有していることが分かる。このフィルタは、参照符号２８で示された構成要素によって非常に模式的に表されている。水フィルタ２８は、制限された出口開口（典型的には、４ｍｍ程度）を有し、これは、ちなみに、開口が非常に小さいためフィルタ内に水があるときは空気をフィルタに入らせないという追加的な利点を有する。そうでなければ、空気の泡がフィルタおよび貯蔵器に入り込み、水を連続的に流れさせてしまう。水フィルタ２８の下部は、さらなる、中間保持室３０の中に受け入れられ、この室の中央に、この室をポンプ１２に接続するパイプ１０に接続された出口がある。
【００８７】
垂直な管３２が、保持室３０の上部から主な水タンク８の中へ延びており、水タンク８の最上部の窪んだ部分３４のちょうど内側で終わっている。これによって、保持室３０と水タンク８との間で圧力を同等にすることが可能になる。
【００８８】
図４は、分配プレナムブロック１６と２つの平行なフロー加熱器１８、２０とを通る横断面図の概略を示す。ポンプの出口側は、管（ここでは図示せず）を介して分配ブロック１６内の垂直導入流路３６と接続している。これは、ブロック内部で２つの横方向に延びる管３８と接続し、これらの管は、当該横管３８に対して直角を成す、より大きい穴径の円形断面の対応する円筒形室４０、４２の中に通じている。横管３８のそれぞれの内部には、堅い締り嵌めを形成するように対応する横管３８の内径と等しい外径を有するフェルール３７（ferrule）が配設される。フェルール３７の内径は管３８よりも明らかに狭いため、意図的な追加の流れ抵抗となる。フェルール３７の導入端が外側に向かって広がっていてもよい。フェルール３７は、製造時に挿入される別個の構成要素であるため、製造時に生じているかもしれない２つのフロー加熱器管１８、２０の流れ抵抗の固有差を補償するために、若干異なる流れ抵抗を有するフェルールを両側で用いることが可能である。最も簡便にこれを達成する方法は、個々のフェルールの長さを切って所要の流れ抵抗を得ることである。
【００８９】
円筒形室４０、４２は、それぞれ、２つのフロー加熱器部分１８、２０の端部を受け入れる。ここで分かるように、フロー加熱器部分１８、２０のそれぞれは、外部被覆（outer jacket）４４、４６と、図示はしないがステンレス鋼製ケーシングと酸化マグネシウム絶縁粉末に包み込まれたコイル抵抗ワイヤとを含む１本の被覆浸漬型発熱素子（sheathed immersion-type heating element）４８とを含んでいる。浸漬素子のコールドテール（cold tail）５０、５２は、分配プレナムブロック１６の後部に設けられた孔から出ている。
【００９０】
２つのフロー加熱器スリーブ４４、４６は、対応する発熱素子４８よりも直径が広いため、これらとの間に、対応する環状流路をフロー加熱器部分１８、２０のそれぞれについて画定する。この断面図から分かり得るように、スリーブ４４、４６は、ブロック１６内の円形流路４０、４２の先端と封止接続するが、それらの流路において上記横流路３８と合流する箇所の手前で止まり、それによって、フロー加熱器１８、２０のそれぞれの上記環状流路は、分配ブロック１６内部に形成された円筒形室４０、４２に開いており、一方で、被覆素子４８は、ブロックを貫通して延び、ブロックに対して封止されている。この結果、ブロック導入口３６から横流路３８とフェルール３７と円筒形室４０、４２とを介して２つのフロー加熱器１８、２０の内部環状流路までの流体通路が存在している。
【００９１】
図５および図６は、図１〜図４に示す実施形態を少し変更した実施形態の２つの異なる図を示し、構成要素の大半は同じである。主な相違点は、フロー加熱器１８、２０の導入端の間に設けられた形状の異なる分配プレナムブロック１６’である。図１〜図４に示した特徴に加えて、管４１が、一方のフロー加熱器１８からの出口に隣接した加熱室２２の下面から延びている。別の管４３が、他方のフロー加熱器２０の加熱室２２への出口の直前の下側から延びている。これらの２つの管４１、４３の内部には、フロー加熱器１８、２０のそれぞれの箇所において水の温度を感知するために配置されたサーミスタ（図８および図９に示す）が収容されている。浸漬素子ヘッドプレート５４の加熱室２２とは反対の側に固定された標準の浸漬素子制御ユニット５８も図示されている。
【００９２】
図７は、横管３８’およびフェルール３７’に関して図４に示したものとは異なる構成を含む分配プレナムブロック１６’の拡大図を示す。横管３８’は、中にフェルール３７’が配設されており、分配プレナムブロック１６’の両側の表面から外向きに突出している。パイプ（図示せず）が横管３８’のそれぞれに接続し、ポンプ１２からの出口管１４との流体接続を提供する。
【００９３】
図８は、図７の分配プレナムブロックの縦断面図を示す。分配プレナムブロック１６’の内側において、横管３８’とそれらのフェルール３７’は、ダイヤフラム１００によって隔てられた２つの円形断面の円筒形室１４０、１４２の底へつながっている。シリコーンゴムのような可撓性材料からなるダイヤフラムは、周囲にリブを含み、該リブは、ダイヤフラムがぴんと張られて２つ別個の導入室１４０、１４２を作るように、分配プレナムブロック１６’の２つの半体の間に挟んで固定される。
【００９４】
円筒形室１４０、１４２は、分配プレナムブロック１６’内部で、他の２つの横管１０２、１０４を介して、横管１０２、１０４と直角を成す他の２つの円形断面の円筒形室４０’、４２’ と接続する。円筒形室４０’、４２’は、２つのフロー加熱器部分１８、２０の端をそれぞれ受け入れる。この結果、導入横管３８’、フェルール３７’から、円筒形室１４０、１４２、他の横管１０２、１０４および他の円筒形室４０’、４２’を介して、２つのフロー加熱器１８、２０の内部環状流路までの流体通路が存在する。ダイヤフラムは、分配プレナムブロック１６’から出ている２つの横管１０２、１０４に対向する、幅広の中央部も含み、この中央部は、分配プレナムブロック１６’内の２つの円形断面の円筒形室１４０、１４２の一方の圧力が、例えば２つのフロー加熱器１８、２０の一方における完全な閉塞が原因で、大幅に上昇した場合には、他方の円筒形室１４０または１４２から出ている横管１０２または１０４の口を封止する働きをする。横管１０２、１０４の口が円筒形室１４０、１４２の縁からわずかに突出していることがこの助けになる。
【００９５】
図９は、フロー加熱器１８、２０の全体を示す。同図からは、それらの各外側スリーブ４４、４６が他端で加熱室２２に封着されていることが分かる。発熱素子４８は、加熱室２２内へと延び、元の方向へ曲げられて、２つのフロー加熱器１８、２０の一部をそれぞれが形成する２つの細長いアームを形成している。これは、図１１および図１３において、よりはっきりと分かる。図９には、一方のフロー加熱器１８からの出口に隣接する加熱室２２の下面から延びる管４１も示されており、この管はサーミスタ４５を収容する。サーミスタ４５は、加熱室２２の基部から加熱室２２内へ少しの距離だけ突出している。
【００９６】
図１０は、図９と同様であるが、フロー加熱器１８、２０の反対側から見た図を示す。本図は、加熱室２２への出口の直前で他方のフロー加熱器２０の下側から延びる他方の管４３を示し、その内部にはサーミスタ４７が収容されている。サーミスタ４７の先端は、フロー加熱器２０の被覆４６と同じ高さにある。
【００９７】
図９および図１０ならびに図１１の拡大分離図において（そしてここでもやはり図１２〜図１４において）、被覆発熱素子４８の２つのアームのそれぞれに螺旋状に巻き付けられたワイヤ９６が図示されている。ワイヤ９６は、フロー加熱器の環状流路の内部で水の旋回を促すように設計され、コールドテール５０、５２から被覆発熱素子４８の各アームに沿って半分程度の位置を起点として螺旋状に巻き付けられている。ワイヤ９６のターンは、被覆発熱素子の軸に対して浅い勾配で始まり、ワイヤ９６のターン間の距離が１ターンごとに減少するように勾配が増加している。ワイヤ９６は３ターン分螺旋状に巻回されており、この３ターンのターン間の距離は、ｄをフロー加熱器のスリーブ４４、４６の直径とすると、略３×ｄ、２×ｄ、およびｄである。螺旋状の巻回は、フロー加熱器１８、２０の出口から略３×ｄの距離で終了している。
【００９８】
ワイヤ９６を螺旋状に巻回するのは、使用時に水が流れる環状流路が形成されるように、製造中に、素子４８のアームを各スリーブ４４、４６（図９および図１０参照）に挿入する前に行われる。ワイヤ９６が例えば０．４ｍｍの直径を有するステンレス鋼製であるのが便利であるが、ワイヤの材料、寸法およびピッチは特定の用途に合わせて選択してよい。但し、図１１からは、少なくとも本特定の実施形態においては、素子４８に巻き付けられたワイヤ９６が素子４８と外側スリーブ４４との間に形成された環状流路を完全に塞ぐのに極めて十分に幅広であることに留意されるであろう。使用時にワイヤ９６の存在によって各流路の内側の水の旋回運動が促され、そのことによって、上記に説明したように、より均一な周方向の温度分布が得られるため、温度計測が容易になることが分かった。螺旋状のワイヤ９６のターン間の距離の減少は、発熱素子４８の軸に対するワイヤ９６の勾配が大きくなり過ぎて水の流れに破壊的影響を及ぼすことはないようなものであるが、ワイヤ９６の端で勾配が増加する時までに、水の必ず高速な旋回運動を生じさせて水を適切に混合し、ワイヤの下流での信頼性の高い温度計測を可能にする。ワイヤ９６は、フロー加熱器４８の端の手前で止まり、そのことによって、水が温度センサ４５、４７に到達する時までに水の自由な混合を可能にし、感知温度がワイヤによる流れアーチファクト（flow artefact）の影響を受けることはない。
【００９９】
２つの螺旋状ワイヤ９６は、それぞれの下流端で、コイルの残りの部分が素子４８に対して長手方向に自由に動くように、素子管４８にスポット溶接される。このため、使用時に、ばね９６によって、水が流れる螺旋状通路の横断面積に依存する管の流れ抵抗がある程度自己調節される。この断面積は、素子４８と被覆４４、４６との間に、そしてワイヤコイル９６の隣り合うターン間の距離によって、形成される環状空間全体の高さによって決まることが理解されるであろう。仮に一方のフロー加熱器部分１８において部分的閉塞が生じたとすると、他方２０がプレナム１６からのより容易な通路であるため、その流量が増加する。しかしながら、このことによって当該第２の流路２０内のばねコイル９６が圧縮されやすくなり、この流路の流れ抵抗を２つの流路１８、２０が平衡状態に戻るまで増加させる。これには装置の総流量の低下という代償が伴うが、２つの流路の流量が不均衡であるよりも好ましい。総流量の低下は、ある一定の範囲内では、ポンプ速度を増加させることによって増加させることができる。
【０１００】
図９、図１０、および図１２から分かるように、素子４８の曲がり部分は、従来の浸漬素子ケトルに見られるような素子ヘッドプレートによく似た浸漬素子ヘッドプレート５４に鑞付けされている。この構成は、ホットリターン（hot return）として知られており、図１３から分かるように、ヘッドプレート５４の反対側には、標準の浸漬素子制御ユニット５８のスナップ動作式バイメタルアクチュエータ５７を受け入れるために半円形の窪み５６が形成されている。図１３は、ホットリターンから延びる銅片６０も示しており、これに、二次的なレベルの過熱保護を提供するための制御ユニット５８のナイロン温度ヒューズ５９（図１２に示す）が当たる。あるいは、ニッケルめっきされた銅浸漬素子ヘッドにおいては、当該技術分野においてこれもやはりよく知られているように、銅片は不要である。
【０１０１】
図１２および図１３を見ると、素子のコールドテール５０、５２は、浸漬ケトル素子に関して従来そうであるように素子ヘッド５４から突出するのではなく、分配プレナムブロック１６（図１２および図１３では分かりやすくするために省略）から突出していることが当業者には理解されるであろう。その代わりに、２つのダミーコールドテール部品６２、６４が素子ヘッド５４から突出して制御ユニット５８と電気的に接触し、そして更に、フライングリード（flying leads）（図示せず）によって本物のコールドテール５０、５２に接続される。このことによって、標準生産の制御ユニット５８を改造することなく使用することが可能になり、新しい専用の制御ユニットを設計および製造しなければならないことに比べてかなりの費用節約になる。素子ヘッドは、制御ユニット５８用の３つの装着スタッド６６を備えている。
【０１０２】
加熱室２２の内部は、図１４（素子ヘッド５４が取り除かれている）および図１５から最もよく分かる。同図からは、ステンレス鋼製カップ２３によって形成された室２２が、その内部容積は２つのダミーコールドテール６２、６４と、発熱素子４８の曲がり部分と、加熱室２２のほぼ最上部まで延び、注ぎ出し口２４を通って同軸状に出て行く蒸気管２５とによって限定されているが、大まかには背低幅広の円筒形状であることが分かる。蒸気管は、加熱された液体の出口とは別の、室２２からの蒸気および湯気の出口を形成する。
【０１０３】
ステンレス鋼製カップ２３を素子ヘッド５４に固定するために、ボルト６６も加熱室２２（および蒸気管２５）を貫通している。
【０１０４】
出口管の最上部２４ａは、平坦ではなく、熱素子４８の曲がり部分を収容するために扇形に切り取られている。出口管２４の中央を蒸気管２５が通っていることに加え、このことによって、出口管２４から出る水の流れが制限され、したがって、発熱素子４８が適切に水で覆われたままであることが確実になるため、通常使用時の過熱が防止される。出口管の最上部２４ａの扇形に切り取られた形状によって、フロー加熱器１８、２０の流路から出てきた水が出口管２４に直接流入することが防止され、この水が所望の温度まで正しく加熱されることが確実になる。この出口管２４の最上部の形状の３つ目の機能は、加熱室の底近く、発熱素子４８の高さよりも下方に、最も小さい部分を有することにより、フロー加熱器１８、２０からの水流が例えばフロー加熱器１８、２０における閉塞が原因で突然減少または停止した場合に、迅速に室２２から排水されることである。この結果、加熱室２２内の発熱素子４８の露出部分が過熱するが、そのことはホットリターンを介して迅速に感知可能である。但し、出口管２４の最上部の最も低い部分の高さは依然として加熱室２２の底にいくらかの水が残るのに十分に高く、サーミスタ４５、４７から信頼性の高い温度計測値が得られる。蒸気管２５および出口管２４の直径は、動作時に加熱室２２が少し加圧される（例えば、約１バールまで）ように選択される。このことは、例えば加熱器がドリップ式のコーヒーメーカーのような装置で用いられている場合には、加熱室から出力される水を加圧する働きをする。
【０１０５】
以下、本装置の動作について説明する。まず、使用者は、水タンク８を取り外し、逆さまにし、水フィルタ２８を取り外し、蛇口から満たすことによって、水タンクに水を満たす。次いで、フィルタ２８を元に戻し、タンクを再度逆さまにして装置に戻す。水はすぐに、公知のように水フィルタからの制限された出口によって決まる流量で水フィルタ２８を通り始める。水がフィルタ２８を通るにつれて、その水が接続パイプ１０、次いで、下側の保持室３０を満たし始め、空気を通気管３２を通じて水タンク８の封止された上端部空間へ移動させる。保持室３０内の水位が通気管３２の下部に達すると、当該室から空気を追い出すことができなくなるため、水の流れが止まる。
【０１０６】
使用者は、水を注出したいときは、第１のつまみ４で必要な温度を設定し、その後、第２のつまみ（図示せず）を「オフ」位置から必要な量まで回す。まず、制御回路（図示せず）が発熱素子４８を作動させる。１秒か２秒（加熱器内に既に存在している水の温度によって決まる）の遅延の後で、ポンプ１２が動作し、下側の室３０からパイプ１０および１４を通じて分配プレナムブロック１６、１６’内へ水を汲み出す。他の実施形態において、ポンプを加熱器よりも先に始動させてもよい。
【０１０７】
水がプレナムブロック内の流路３８を流れているとき、流れは左右の流路間で均衡している。これらの流路３８のフェルール３７、３７’の穴径は、フェルール３７、３７’の両端間の圧力降下が当該水力学系の残りの部分のすべてよりもはるかに大きくなるように選択される。このことは、下流の環状流路１８、２０に正確な流れを維持する上で非常に重要である。例えば、仮に一方の流路１８または２０に軽微な狭窄が生じ、他方には生じなかった場合、流量への影響はほとんどない。これは、支配的な圧力降下がフェルール３７、３７’によるためである。およそ１０：１の圧力降下比率であれば所要の効果が得られる。例えば、管状加熱器１８、２０の両端間の圧力降下が１００ｍｍの水頭と同等であるとすると、プレナム流路３８の両端間の圧力降下は１０００ｍｍの水頭と同等である。図５〜図１５に示す実施形態においては、流れのさらなる均衡化が、分配プレナムブロック１６’の中心から変位されるダイヤフラム１００によって調節される。ダイヤフラム１００の変位は、分配プレナムブロック１６’の一方の側の流れの断面積を増加させながら他方の側の流れの断面積を減少させる働きをし、それにより、例えば閉塞が原因で流量が減少した側の流量を増加させ、他方の側の流量の減少によって均衡を取る。
【０１０８】
水が分配ブロック１６、１６’に汲み出されると、その水はこのブロックおよび以降の２つのフロー加熱器１８、２０のそれぞれの発熱素子４８とそれに対応するステンレス鋼製の外側被覆４４、４６との間の環状流路を通って汲み出される。このことによって、水は流れて行くにつれて急速に加熱され、分配ブロック１６、１６’内の周囲温度（２０℃程度）から、フロー加熱器１８、２０の下流端では出口管２４における水の所望の温度に応じて５０℃〜８０℃になる。この所望の温度は、６５℃〜ほとんど１００℃の間で選択可能である。フロー加熱器１８、２０のそれぞれに螺旋状に配置されたワイヤ９６は、水が環状流路に沿って通るときに水を旋回させる働きをする。ワイヤ９６は、環状流路の端の手前で止まり、フロー加熱器１８、２０の端の近傍で温度が計測される前に旋回する水が十分に混ざり合うことを可能にする。これは前述のようにワイヤの存在が温度の空間的偏りを生じさせ得ることが判明しているためである。
【０１０９】
水の温度は、サーミスタ４５、４７によって監視され、当該サーミスタはそれぞれ管４１、４３を通り、加熱室２２の近くで一方のフロー加熱器１８の側面に突出し、また、他方のフロー加熱器２０への出口で加熱室２２の中へ突出している。水が沸騰しておらず、したがって相当な量の蒸気の泡を含んではいないため、かつ、螺旋状ワイヤ９６が存在しないことにより、旋回する水を混ざり合わせていかなる温度差をも等しくすることができるので、温度を正確かつ確実に監視することができる。フロー加熱器１８、２０の両方の少し異なる箇所に上記２つのサーミスタ４５、４７を有することによって、水の温度の２つの独立した計測値が得られ、最終的に出て行く水の温度が何度と予測されるかについてのより正確な測定が可能になる。計測温度にいかなる変化が生じても、制御回路は、その変化を利用して、フロー加熱器１８、２０から出ていく水の温度をそれに応じて比較的一定にするためにポンプ１２の速度を変更することができる。つまり、ポンプ速度を増加させて水の温度を下げるかまたはその逆を行う。
【０１１０】
次いで、水はフロー加熱器１８、２０から出て加熱室２２の内部に入り、この室を満たし始め、それにより、加熱室２２内に突出した素子４８の湾曲部分を覆う（正常動作条件時）。発熱素子４８の湾曲部は加熱室２２内の水を加熱し続ける。加熱室２２における水の加熱中にミクロ沸騰により発生するすべての蒸気は、最上部が開いている蒸気管２５によって容易に出て行くことができる。蒸気は、蒸気管を通過して便利な出口へと流れるが、蒸気管は、水出口管２４を通って同軸状に延びているため、加熱された水が加熱室２２を通過して使用者のカップ２へ注がれるときにこの水を保温するのに有利に役立つ。
【０１１１】
特に図１４および図１５を参照すると、加熱室２２内の水位が上昇して出口管２４の最上部の最も低い部分の高さ以上になると、開口および出口管２４を通って使用者のカップ２に注がれ始めることが分かる。汲み出される流量と素子４８の能力とは、水が開口および出口管２４を通って加熱室から出て行く時までに必要な温度になっているように合わせられる。出口管の最上部２４ａの高さと扇形に切り取られた形状とは、正常流量時は素子４８が水に覆われたままであり、流量が低下した場合にはスナップ動作式バイメタルアクチュエータ５７を迅速に作動させるために迅速に加熱室２２から排水することを確実にするように選択される。
【０１１２】
加熱された水は、使用者によって設定された量が注出されるまで注出され続ける。使用者によって設定された量が注出された時点で、ポンプ１２がオフにされる。装置のエネルギー効率を高めるために、発熱素子４８はポンプがオフにされるよりも約２秒先にオフにされる。当該素子および他の構成要素には、確実に水を加熱し続けるのに十分なエネルギーが蓄えられている。
【０１１３】
万一水タンク８が空になった場合は、発熱素子４８が過熱し始める。しかしながら、このことは、管４１、４３を通って一方のフロー加熱器１８内と他方のフロー加熱器２０への出口のすぐそばで加熱室２２内とにそれぞれ突出する温度センサ４５、４７によって感知できる。バックアップとして、制御ユニット５８上のバイメタルアクチュエータが素子４８の過熱を感知し、スナップ動作で逆の方へ曲がり、それにより、周知の方法で制御ユニット内の一組の接点を開にする。二次的なバックアップ保護は、これもやはり当該技術分野において非常によく知られているように、制御ユニット５８の温度ヒューズ５９によって提供される。発熱素子４８は、空焚きまたは空の状態でスイッチが入れられた場合に、ヘッド５４に鑞付けされたホットリターン部分が確実に最初に乾くように構成される。このことは、第１の加熱器の２つの管１８、２０内の流れがいかなる悪条件下でも確実に均衡するようにし（先に説明したように）、かつ、素子４８とそれを囲む管１８、２０とをやや傾斜させることによって確実にホットリターンが素子４８の残りの部分よりもやや高い位置にあるようにすることによって、達成される。これにはさらなる利点があり、それは、空の状態からの起動時に、管１８、２０が自由に排気することが確実になり、かつ、流れる水が当初存在する空気を容易に押しのけ、エアロックを生じさせずに沸騰室２２内へ押し出すことができることが確実になる。
【０１１４】
もしも使用者が異なる温度の水を注出したい場合は、使用者は機器の上面にあるつまみ４を用いて必要な温度を設定すればよく、それにより、ポンプ１２がより高速または低速（選択されたのがより低い温度なのかまたはより高い温度なのかに依存する）で動作し、したがって、水がより高流量または低流量で装置を流れることになり、そのことは、水が注出されるまでに加熱される温度がより低くなるかまたはより高くなることを意味する。管４１、４３に突出する温度センサ４５、４７によって、注ぎ出し口２４を通って注出されている水の温度を、温度センサの上流側の発熱素子４８の割合とそれに対応する、温度センサの下流側の発熱素子４８、すなわち加熱室内の湾曲部分の割合との知識から予測することが可能になる。これらのセンサは、使用者が要求した水の温度を考慮して、装置内に存在する（例えば、以前の動作の結果として）水の周囲温度に応じて、ポンプを動作させることと素子４８をオンにすることとの間に相対遅延を導入するために用いることもできる。
【０１１５】
このため、上記の実施形態は、フロー加熱器の利点、すなわち、制御可能な量の水を要求に応じて注出することが可能であることを提供するが、素子ヘッド５４を通るホットリターンを介して発熱素子４８の過熱を容易に感知し、したがって安全で信頼性の高い装置を提供することが可能であるという重大な利点も有することが分かるであろう。加熱室と、水出口２４から蒸気管２５を通じて蒸気を分離することとによって、水の噴き出しを生じさせることなく、かつ、発熱素子上の局所的な高温点をミクロ沸騰させることなく、水を注出できるという別の利点も得られる。
【０１１６】
図１６〜図１９は、図５〜図１５に示す実施形態と少し異なる実施形態の様々な図を示し、構成要素の大半は同じである。主な相違点は、フロー加熱器２１８、２２０が分配プレナムブロック２１６と加熱室２２２との間に垂直に延びていることである。分配プレナムブロック２１６はその内部のダイヤフラム（図示しないが図８に示すように配置される）の両側に２つの水平な導入口２３８を有する。フロー加熱器２１８、２２０は、分配プレナムブロック２１６から垂直に延出し、反対端で加熱室２２２に入る。加熱室２２２は、図５〜図１５の実施形態で示した加熱室に比べて９０度回転している。浸漬素子ヘッドプレート２５４の加熱室２２２とは反対の側に固定された標準の浸漬素子制御ユニット２５８も図示されている。本実施形態では、注ぎ出し口２２４が加熱室２２２から水平に延出し、内部に同軸状の蒸気管２２５を有している。
【０１１７】
加熱室２２２の内部は、図１８および図１９の図から最もよく分かる。同図からは、ステンレス鋼製カップ２２３によって形成された室２２２が、その内部容積は発熱素子２４８の曲がり部分によって限定されているが、大まかには背低幅広の円筒形状であることが分かる。水出口管２２４は、加熱室２２２の上部から延出し、堰２２６によって覆われた低くなった部分を有する。蒸気出口管２２５は、水出口管２２４の最上部の内側に口を有する。サーミスタ２４５が、加熱室２２２の基部を貫通して突出し、その先端は堰２２６の底と同じ高さにある。
【０１１８】
堰２２６は、上部で断面が広くなっており、下部で断面が狭くなっている（スリット）。このことによって、出口管２２４へ流入する水の流れが制限され、よって発熱素子２４８が適切に水に覆われたままであることが確実になるため、正常使用時の過熱が防止される。堰２２６の形状の２つ目の機能は、発熱素子２４８の底と同じ高さにある下部で断面が小さくなっていることにより、フロー加熱器２１８、２２０からの水流が例えばフロー加熱器２１８、２２０の閉塞が原因で突然低下または停止した場合に、加熱室２２２から迅速に排水されることである。この結果、発熱素子２４８の最も高い部分が過熱し、その過熱はホットリターンを介して迅速に感知可能である。但し、出口管２２４の最上部の最も低い部分の高さは、依然として、いくらかの水が加熱室２２２の底に残ってサーミスタ２４５からの信頼性の高い温度計測値が得られるのに十分に高い。前述の実施形態の場合と同様に、蒸気管２２５および出口管２２４の口の断面積は、動作時に加熱室２２２が少し加圧される（例えば、約１バールまで）ように選択される。
【０１１９】
図１６〜図１９に示す装置の実施形態の動作は、前述の実施形態について説明したものと非常に似ている。主な相違点は、加熱室２２２における堰の効果である。水がフロー加熱器２１８、２２０から出て来て加熱室２２２を満たし始めるとき、正常動作条件時に発熱素子２４８の湾曲部分は覆われている。
【０１２０】
加熱室２２２内の水の温度は、出口２２４付近で加熱室２２２内に突出するサーミスタ２４５によって監視される。発熱素子２４８の湾曲部は、加熱室２２２内の水を加熱し続ける。加熱室２２２内の水の加熱中にミクロ沸騰によっていかなる蒸気が発生しても、その蒸気は、最上部が開口している蒸気管２２５によって容易に出て行く。蒸気は、蒸気管２２５を通過して便利な出口へ流れるが、但し、蒸気管は、水出口管２２４を通って同軸状に延びているため、加熱された水が加熱室２２２から使用者のカップへ流れ込むときにその水を保温するのに有利に役立つ。
【０１２１】
特に図１８および図１９を参照すると、加熱室２２２内の水位が上昇して堰２２６の最も低い部分以上になると、堰２２６を越えて、出口管２２４を通って使用者のカップの中へ注がれ始める。汲み出される流量と素子２４８の能力とは、水が堰２２６を越えて出口管２２４を通って加熱室から出て行く時までに必要な温度になっているように合わせられる。堰２２６の高さおよび形状は、正常流量時は素子２４８が水に覆われたままであるが、流量が低下した場合には、ホットリターン（本実施形態では図示せず）の反対側に接続されたスナップ動作式バイメタルアクチュエータを迅速に作動させるために迅速に加熱室２２２から排水されるように選択される。
【０１２２】
前述の実施形態の場合と同様に、加熱室と、蒸気管２２５を通る蒸気を水出口２２４から分離していることとによって、噴き出しを生じさせることなく、かつ、発熱素子上の局所的な高温点をミクロ沸騰させることなく、水を注出できるという利点が得られる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【国際調査報告】
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