(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体用加熱装置であって、
- 加熱すべき流体を包含し、流体の通過断面を備え、電圧を供給する電気接続部（２）に接続されるように設計された少なくとも１つの毛管（１）；
- 前記毛管（１）に接続され、前記毛管（１）に導入する流体中に存在する石灰粒子を除去するように設計された精密濾過装置（９）；
- 前記毛管（１）内を流れる流体の流れおよび温度を希望の温度となるよう制御するように設計された電子制御カード（４）；及び、
- 前記毛管（１）に接続され、前記希望の温度に加熱された流体を加熱装置から排出するように設計されたノズル（７）から成ることを特徴とする流体用加熱装置。
【請求項２】
前記毛管（１）が、複数の毛管（１）をまとめた束（８）の状態で存在することを特徴とする請求項１記載の流体用加熱装置。
【請求項３】
前記毛管（１）に接続され、該毛管（１）に流体を供給する必要があるときに開くように設計された油圧ゲート（３）をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２記載の流体用加熱装置。
【請求項４】
前記電子制御カード（４）に接続された温度検出器（６）をさらに備えることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載の流体用加熱装置。
【請求項５】
前記毛管（１）に接続されたポンプ（１０）をさらに備えることを特徴とする請求項１〜４いずれか１項記載の流体用加熱装置。
【請求項６】
前記毛管（１）に接続され、前記加熱された流体が前記流体用加熱装置を出る前にろ過するように設計されたフィルター（１１）をさらに備えることを特徴とする請求項１〜５いずれか１項記載の流体用加熱装置。
【請求項７】
前記毛管（１）がスチールで作られていることを特徴とする請求項１〜６いずれか１項記載の流体用加熱装置。
【請求項８】
前記毛管（１）がグラフェンから作られていることを特徴とする、請求項１〜６いずれか１項記載の流体用加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は流体加熱の分野に関するものであり、主に水を対象とし、電流をエネルギー源とする。具体的には、「流体」という電子制御装置を利用して高省エネ率を実現しながら、流体を加熱する装置である。対象の流体は精密濾過された後、一つあるいは複数の毛細寸法の管の中で加圧され、そしてその後、ノズルを通して希望の温度と噴出力で装置から供給される。
［発明の背景］
家庭用、また板などと同様に洗濯サイクルの器具、熱い飲み物（例えば、お茶やコーヒーなど）の準備、あるいはその他のありふれた家事に使われる温水を生成する必要性がよく見られる。
【０００２】
しかし、既存の技術では、使用される電気抵抗器はサイズが多少大きく、しかも近年の改善した技術を利用しているにも関わらず電力消費が依然大きくなっており、環境や使用者の経済などに悪影響を与えている。
【０００３】
流体を加温することは、古代に、例えば火や燃えさしで行われていた（例えば水）プロセスだったが、固体状態（氷）と気体状態（蒸気）の間の温度を制御する方法がなかった。
【０００４】
そして、ローマ人が温浴システムの発展で加熱システムの概念を覆したのである。
【０００５】
古代に動作に不可欠な熱素子には、プールや水槽のための安定した水源、および多数の環境を温度調節するための熱源があった。その結果、こうした環境に居心地がよく、長くいればいるほどメリットもあった言える。これらの要素は自然に地下（陸地）から産出されるもので、史上初の地熱エネルギーの活用例だった。
【０００６】
ローマ人の工学は頂点に達していた。大規模の施設を継続的に稼働させるために給水と加熱のシステムを開発することができた。
【０００７】
町々のスパ、プール、および噴水の基盤には、ローマ人が作った水道があった。これらの水道は重力を活かして泉や湖から大量の水を都心部の方に引き、そしてアークの機構に通して目的のプラントまで誘導していた。
【０００８】
ローマで初めて造られた水道は“Agrippa”が紀元前一世紀に“Aqua Virgo”所在のスパに水を供給するためのものだった。本来の目的は“Campus Martius”にあった自らの浴場への給水を確保することだったが、その後あらゆる入浴施設が水道に接続されるようになった。
【０００９】
水が近くに建設された大規模の水槽にチャネルによって誘導され、そして鉛製または粘土製のパイプによって目的のプラントまで引かれていた。だけど、スパの基盤は温水と冷水の供給と切り替えの役目のみしていたのでまだ水を加熱する必要があった。加熱は浴場において内蔵されていたオーブン用の専用ボイラーによって行われていたが、これらは大量の木材を要した。プールの水を希望の温度に維持するためには、いわゆる“testudo alvei”の得策で実現された。これは独特な亀形のボイラーだったが、直接加熱炉から継続的に加熱され、水槽下部の壁に内蔵されていたことが特徴だった。
【００１０】
水の加熱技術が数世紀の経過にわたって発展し、そして1689年イギリスの鉱山においてSaveryが創った蒸気ボイラーを水の汲み上げに利用する試みがあり、蒸気ボイラーの産業応用の初めての試みとなった。しかし、Wattの蒸気機械の出現まで、蒸気圧がわずかに大気圧を超えたレベルにしか引き上げられなかった。19世紀長い間、蒸気ボイラー技術がケトルに定着していた。これらに、圧力を4気圧未満に保つWattのゲージや圧力ゲージが内蔵されていた。ボイラー爆発の多発のため、「安全なボイラー」の発明に拍車がかかったが、その発明国は米国であるらしい。水管ボイラーの導入と金属構造の進捗と応用熱力学のおかげで、蒸気ボイラーの発展が一層速くなり、普通は10〜12気圧、また特別な場合には16〜18気圧で蒸気を生成できるようになった。
【００１１】
近年では、高圧と非常に高圧力（50〜100気圧）、また224気圧（臨界圧力）のボイラーも製造されてきた。
【００１２】
現代では、蒸気ボイラーは複雑なシステムの機器の重要な部分となっている。それは、燃料で生成される熱エネルギーがエネルギーに変換される、蒸気発生器のシステムである。
【００１３】
現代のほとんどの家電製品は水の加熱のために抵抗器を利用している。抵抗器は水などの流体を加熱する要素であり、普通は銅製のコイルでできている。
【００１４】
加熱は一般的に電気エネルギーがこれを通過し、銅製の部分を加熱し、そしてその熱が水に伝わるプロセスによって行われる。水との接触のため電気エネルギーがショートを引き起こすのを防ぐためには、電気エネルギーからの熱の伝達を可能にする銅製部分と電流との間のフィラメントの中にセラミック絶縁が施されている。
【００１５】
電気エネルギーが電気フィラメントを通ると熱が発生する法則はジュール効果と言い、近代的な加熱技術の基本中の基本となっており、また電気のいかなるエネルギー形態への変換を支配する法則である。ジュール効果に基づいて、電流が走っている材料に伝達される電力は次の式によって計算される：P=VI。ここでは、(P) で表された電力が (V) で表された電位に正比例しており、また回路自体を流れ、(I) で表された電界強度にも正比例している。
【００１６】
Jouleの発明のおかげで、熱とはただのエネルギー形態、具体的に言えば“劣化した”エネルギーにすぎないことが分かった。別のエネルギー形態に容易に変換できる運動エネルギーや重力エネルギーに比べて、この種のエネルギーを別のエネルギー形態に変換するのがとても困難である。
【００１７】
熱とは、元々、物体の原子と分子の運動エネルギーを加算した総合エネルギーのことであり、そして各素粒子の運動エネルギーの指数は温度に当たる。同様に、電流とは、電界に促されて運動エネルギーを有する電子が順序に沿って移動する現象にすぎないのである。電荷が抵抗器に沿って流れると、その電荷（電子）の運動エネルギーの一部または全部が同電流が流れる材料に消費される。
【００１８】
巨視的なスケールで、オーム法則を適用すれば、ジュール効果の式は次の方程式で表すこともできる：P=RI2。ここでは、V=RIとなっている。
【００１９】
従って、電力は経路の抵抗力 (R)、また電流強度 (I) の二乗値にも正比例している。
家電製品の場合は、抵抗器に電極という二つの端末があり、家電製品自体の電源ケーブルがここに接続されるようになっている。
【００２０】
家電に電源が供給される。流動加熱の分野において多数の特許が登録されているが、調査によると、本発明に特に類似するものがないとされる。参考として、本発明とは明らかに異なってもいくつかの技術の応用例を挙げよう。
【００２１】
IMETECによるUS6067403では、ボイラー内の水位が電子作用および/または空気圧作用によって維持されることを特徴とする電気蒸気発生器が紹介される。電子作用の場合は、本体における一般的な絶縁済み抵抗素子の通常の位置に配置された温度センサーが水位低下によって作動し、補充マイクロポンプを作動させ、そして冷水が水槽から汲み取られ、ボイラーに導かれるような働きをする。空気圧作用の場合は、浮きバルブが、ボイラーの冷却中に空気を通すことによって、ボイラーが停止状態のマイクロポンプの本体を通って水を水槽から汲み取るのを防ぐような働きをする。上記の発明はどう見ても本発明と類似点がない。
【００２２】
GB2485162“モジュール型加熱システム”では、ボイラーユニットは、第一流体熱交換媒体（例えば蒸気）の第一回路と第二流体熱交換媒体の第二回路を含む筺体から構成されている。このシステムは特に中央暖房システムおよび/または家庭用温水の供給システムに向いている。第一回路は、第一媒体を加熱する装置、熱交換器、バルブ、および第一マニホールドから構成されている。第二回路は、ボイラーユニットの流れ/戻りポート、第二マニホールド、およびバルブが開いているときに第一と第二の熱交換器の媒体間の熱交換を行う熱交換器から構成されている。筺体内の専用スペースには、第一流体熱交換器に駆動される補助ユニットが嵌合するが、これに発電機が装備された有機ランキンサイクル（ORC）の方が望ましい。加熱装置の動作を制御するために、ボイラー制御ユニットが接続されている。そして、接続されているときに、補助ユニットとは関係なく、熱需要に応じるのである。実用では、ボイラーと補助ユニットは統合してCHPシステムを構成するのである。その他、制御ユニットとフレームから構成されたORCモジュール、またフレーム上に振動ユニット向けの取り付け台が公開されている。上記の発明はどう見ても本発明と類似点がない。
【００２３】
SAMSUNG ElectronicsによるUS20120132643 A1では、マイクロヒーターとマイクロヒーターアレイが装備されている。マイクロヒーターは基板、基板に配置された柱、そして柱によって支持されたブリッジから構成されている。柱に形成されたブリッジ一部の幅は柱に接触しないブリッジ一部の幅より小さくなっている。ブリッジはバネを含む場合もある。上記の発明はどう見ても本発明と類似点がない。
［発明の概要。］
本発明は、流量が変動しても水の加熱を可能にし、またエネルギー消費量を大幅に削減する新たなシステムを導入して、上記の技術的な問題を解決している。この発明は、極めて微細な流体通過の部分で構成されており、流量によって動作する。一本の管だけでは毛管寸法である。通常の家庭用あるいは産業用のサイズ（3/4あるいは1インチ以上〜394インチまで）に必要な流量は、毛管束での乗算によって実現、または、別々で熱い流体（例えばお湯）の希望の流量に必要な本数を集合することによって実現できる。そして、熱い流体はノズルあるいは希望のサイズの接続要素（閉回路の場合）によって供給される。本体から出流する、あるいは循環する流体はその圧力と温度が、期待される結果に応じて調整された、既知の技術による電子システムを利用して制御される。
【００２４】
本発明を利用すれば、流体（例えば水）を対象とする従来の加熱システムに比べてエネルギー消費量を大幅に削減できるのである。数字で表すと、60%以上の節約となる。この節約は、非常に高い熱伝導率の鋼鉄と、適切に位置した電極によって生成された熱との相互作用、および電子カードでこれらを管理することによって安定した熱供給を実現できたおかげである。
【００２５】
本発明はまた、その他の技術的な問題も解決するが、具体的には、熱分散を大幅に減らすこと、希望の温度への調節に混合器を要しないことも特徴である。調節動作は、ディスプレーを介して管理される電子カード、または温度が調節でき、流動が継続的であることを特徴とする、既知の技術による多機能調節器によって行われる。
【００２６】
毛管束での集約の場合では、ビーム外部から毛管束の中心部への熱平衡も電子的に制御されているのである。本システムでは、加熱された毛管が隣り合って配列しているが、電子カードがそこを自動的に制御しており、各管に一定かつ即時の電力伝送を判定しているので、より優れたエネルギー節約が可能である。ビームの中央に近いほどエネルギー消費量が段々低減する。その理由は、熱伝達（対流と放射より発生）が外部の毛管から内部の方へと進むからであるが、あるいは管が互いに接触していれば伝導での伝達も可能である。
【００２７】
また、本発明では、パイプやジョイント付近に石灰石が蓄積することに関連した問題も解決される。このためには、毛管あるいは管ビームの上流側において、水（あるいは流体）の精密濾過（濾過測定が望ましくは20ミクロンだが、15と50の間でも作用する）が、イオン交換による、95%を超える程度の石灰石の分解により行われている。また、本発明では、多くの家電製品やヒーターでよく見られる長期間の熱慣性の問題も解決される。具体的には、95%以上短縮し、そして当然に省エネ率の向上に繋がる。
【００２８】
本発明は流体を希望の温度に早速加熱できるのを、またノズル漏れの近接（あるいは閉回路）と合わせて考慮すると、これらの要因のおかげで、省エネ率がさらに60%向上する。その結果、環境やグローバルな経済サイクルに大きな利益がもたらされる。
【００２９】
家庭用コーヒーメーカーが例えばエクスプレスコーヒーを作るのに必要な水量を加熱するのに必要なジュールは、加熱時間、スタンドバイ時間、および差し出し時間を考慮した上、普通は50.000〜90.000ジュールである。
【００３０】
本発明では、同動作は8000ジュールで済み、87%以上のエネルギー効率向上になる。
［発明の説明。］
［用語の定義］
本発明については、ヒーターとは、様々な化石燃料、あるいは多様なエネルギー形態、および様々な技術を利用した加熱装置のことを指す。ヒーターは、産業用、家庭用の両方の分野においてシャワー、洗濯機、皿洗い機、フラットアイロン、ホットドリンク機（コーヒー、お茶など）、ラジエータなどに使用される流体（例えば水）を加熱する役目を果たす。本発明の他の用途には、車のコックピットや車室を暖房することもある。
【００３１】
本発明については、「高省エネを特徴とし、流体に残留する石灰粒子の除去用精密濾過装置と、ノズルあるいは閉回路を備えた流体用毛管ヒーター」とは、電気、バッテリー、あるいは電気消費量が少ないおかげで発電機（燃料電池）でも駆動できるヒーターのことを指す。本発明については、精密濾過装置とは、15マイクロン以上の不純物と95%以上の石灰石を取り除くことのできる濾過装置のことを言う。
［発明の目的］
本発明の一つの目的は、高省エネを特徴とし、適切な電圧（2）を要件とし、そして上流側に流体に残留する石灰粒子の除去用精密濾過装置と、下流側にノズルあるいは閉回路を備えており、また次の部分から構成される毛管ヒーターを提供することである：
a) 高熱透過率を有する一つあるいは複数のスチール製またはグラフェン製の毛管、
b) 二極電気接続、
c) 毛管への流動の開閉をするための一つあるいは複数の油圧装置、
d) 熱い流体の出流のための一つあるいは複数のノズル、または閉回路あるいは熱交換器へのリンク、
e) 流体の流量と温度を必要に応じて制御するための、多機能ディスプレー付きの電子ボード。カードは当該の機械（例えば電化製品）の電子構造を統合するためにも利用できる。本発明の一つの目的は、高省エネ率を特徴とし、流体（例えば水）を希望の温度まで継続的（調節しない場合）に加熱する毛管ヒーターを提供することである。
【００３２】
本発明を直接利用（蛇口、シャワー、ラジエーターなど）することも、また別の機械、例えば洗濯機、皿洗い機、アイロン、ホットドリンク器（例えばコーヒー、お茶など）、蒸気生成器、あるいは自動車分野において車室や座席を加熱・暖房する補助装置として利用することも本発明の目的となる。
【００３３】
これらの目的を含み、本発明のその他の目的は下記図や例によって説明される。
［図］
図1：温水（流体）を供給することを特徴とする、水（あるいは一般的な流体）を対象とする従来のヒーターの例。
図2：本発明の実施形態の図例。
図3：自動車業界においての車の座席を加熱するという、本発明の産業用の実施形態の図例。
図4：家電製品の家庭用ホットドリンク器（お茶、コーヒー、チョコレート、お茶など）においての本発明の実用の回路図。
図5：家電製品の家庭用ホットドリンク器（お茶、コーヒー、チョコレート、お茶など）においての本発明の実用の図例。
［要約］
高省エネを特徴とし、適切な電圧（2）を要件とし、そして上流側に流体に残留する石灰粒子の除去用精密濾過装置（9）と、下流側にノズル（7）あるいはコネクターまたは閉回路（図3）を備えた毛管ヒーターを製造するためには、高いまたは非常に高い熱透過率を有するスチールまたはグラフェンが使用され、また本発明は人の飲食物に使用する場合には、食物に相応しい材料をもって本発明を加工処理する必要がある。この材料は当業者によく知られているものである。
【００３４】
本発明の好適実施形態（これに限らないが）では、高いまたは非常に高い熱透過率を有する管（1）が使用されるが、必要に応じて裸でもよく、飲食物に使用される場合にセラミック材料、複合材料、あるいはプラスチックで被覆された状態でもよい。
【００３５】
下記に示すよう（図3）に束状（8）に構成された毛管（1）には、毛管（1）に電圧を供給するための電気接続部（2）が固定されているが、電流がそこを通ると、ジュール効果で毛管が加熱されることになる。
【００３６】
本発明は現在の国際安全規則、およびIPX8の技術仕様に従って適切かつ適当に保護されている。本発明は、また、電子的な遠隔制御装置（4）からのコマンドを受信するようになっており、お湯などの熱い流体（12）を供給する（5）リクエストの有無によって微細な油圧ゲート（3）が開閉するようになっている。
【００３７】
毛管の反対側（図2）には、お湯などの熱い流体の出口として、あるいは閉回路や熱交換器への接続部としてノズル（7）が配置されており、遠隔制御装置（4）に温度検出器（6）が接続されている。
【００３８】
過熱と供給の全プロセスが従来技術の電子カード（4）によって制御されるが、このカードは、水が、所定の流量、またポンプ（10）によって大気圧に引き上げられた圧力に応じて、毛管に流入するように適当かつ適切に構築されている。水を希望の温度に加熱するのに必要な電力はその他既知のヒーターシステムに比べて95%以上の削減が実現された。例えば、本発明は次の表（摂氏度）に示すように1℃から蒸気への処理を始める：
【００３９】
【表１】
0006691547.tif 000002
【００４０】
精密な計算によると、コーヒーなどに必要な水を89度に加熱するのに必要な電力をミリワットで表すと3ワットとなり、家庭用または専門用コーヒーメーカーに比べて電力の95%以上の削減となる。
【００４１】
油圧ゲート（3）の上流側に、精密濾過のための高性能濾過装置（9）（濾過測定が望ましく20ミクロンだが、15と50の間でも作用する）が、イオン交換による、95%を超える程度（水の硬度によって差がある）の石灰石の分解のために配置されており、特定の用途分野において、95%以上の浮遊粒子と石灰石を回収し、毛管（1）の清潔状態を常に確保するべきである。
【００４２】
管の公称内径のサイズは一例として0.13mm（インスリン注射針）である。管はまた、家庭用または工業のためにより大量の水などの流体を加熱できるように多少大きい束状（8）に集約することもできる（例えば、3/4、1インチ、あるいはそれより大きい）。このような場合では、既知の物理法則の効果により本来から外部より高温のビーム内の各毛管を走る電気流量を継続的に変動することによって、電子的制御盤（4）が希望の温度を実現できるように適当に調整される。
【００４３】
高省エネを特徴とし、適切な電圧（2）を要件とし、そして上流側に流体に残留する石灰粒子の除去用精密濾過装置（9）と、下流側にノズル（7）を備えた毛管ヒーターの好適実施形態では、電子的制御盤（4）の下の毛管束（8）は洗濯機の稼働のために水を60℃に加熱することができる。この場合でも、普通の電気抵抗に比べると、エネルギー節約は60%以上となる。
【００４４】
別の好適実施形態では、適切な数の近接ボイラーがシャワーシステム（低電力消費のため、バッテリーで電動可能）に利用できる。これで、冷水と混合する必要なく、毛管を加熱するだけで、希望の温度の水を供給できる。
【００４５】
さらに別の好適実施形態では、ヒーターは発熱体を利用する。コーヒーメーカー内のお湯を実現するためには、コーヒーなどの熱い飲み物のためのお湯をフィルター（11）から抽出できるように一つあるいはそれ以上の毛管を加熱する必要がある。この場合も、必要な電力がほんの少しなので、グリッドからの電流を利用することなく、3,7ボルトによる8アンペアのバッテリーで全プロセスを達成できることになる。エネルギー節約をさらに引き上げる好適実施形態の例として、車の座席とコックピットの暖房に燃焼あるいは電気エンジンを利用する例が挙げられる（図3）。システムと先端技術の業界では、充電式バッテリーに蓄電された電力で駆動される電気エンジンに熱機関が存在しないことがこの手の車両の座席とコックピットの暖房に深刻な課題をもたらしていることがよく知られている。本発明のヒーターは閉回路でも作用し、著しいエネルギー節約を達成できる。毛管束（8）を床材や天井材に、あるいは座席の中、あるいは希望の部分に蛇行するように適切に敷設することによって車室を暖房することができる。
【００４６】
適切に調節された電子カード（4）は間もなく車室を希望の温度に暖める。同ヒーターはまた、熱風を通して出口ノズルを加熱するヒーターとして利用することもできる。この三つの系統を組み合わせると、手軽な暖房・加熱と共に既存の技術に比べて60%のエネルギー節約を実現することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】温水（流体）を供給することを特徴とする、水（あるいは一般的な流体）を対象とする従来のヒーターの例。
【図２】本発明の実施形態の図例。
【図３】自動車業界においての車の座席を加熱するという、本発明の産業用の実施形態の図例。
【図４】家電製品の家庭用ホットドリンク器（お茶、コーヒー、チョコレート、お茶など）においての本発明の実用の回路図。
【図５】家電製品の家庭用ホットドリンク器（お茶、コーヒー、チョコレート、お茶など）においての本発明の実用の図例。
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