(57)【要約】  １つの態様では、本発明は、流体導管に関連付けられる少なくとも１つの温度変更素子を含む流体温度変更装置を提供する。この温度変更素子（単数又は複数）は、流体導管の出口に隣接して位置付けられる。装置は、少なくとも１つのエネルギー貯蔵コンデンサ、及び、開かれると１つ又は複数のエネルギー貯蔵コンデンサを温度変更素子に接続する少なくとも１つのトリガスイッチも含む。トリガスイッチの動作によって、少なくとも１つのエネルギー貯蔵コンデンサを少なくとも部分的に放電させ、導管の出口ポートに隣接する導管内の流体の温度を変更する温度変更素子を励起する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体温度変更装置であって、
流体導管に関連する少なくとも１つの温度変更素子であって、前記流体導管の出口に隣接して位置付けられる、少なくとも１つの温度変更素子、及び
少なくとも１つのエネルギー貯蔵コンデンサ、及び
動作時に、１つ又は複数のエネルギー貯蔵コンデンサを温度変更素子に接続する少なくとも１つのトリガスイッチ
を含み、
トリガスイッチの動作によって、少なくとも１つのエネルギー貯蔵コンデンサを少なくとも部分的に放電させ、前記導管の出口ポートに隣接する該導管内の流体の温度を変更する温度変更素子を励起する、流体温度変更装置。
【請求項２】
トリガスイッチは、エネルギー貯蔵コンデンサのバンク及び温度変更素子に関連付けられる、請求項１に記載の流体温度変更装置。
【請求項３】
流体温度変更装置は、複数のトリガスイッチを含み、該トリガスイッチの２つ以上がエネルギー貯蔵コンデンサの別個のバンクにそれぞれ接続される、請求項１に記載の流体温度変更装置。
【請求項４】
流体温度変更装置は、複数の温度変更素子を含み、複数のトリガスイッチのうちの１つが各温度変更素子に関連付けられる、請求項１に記載の流体温度変更装置。
【請求項５】
前記導管の前記出口が開かれると指示する信号を発するように構成されている作動センサを含む、請求項１に記載の流体温度変更装置。
【請求項６】
流量センサから形成される作動センサを含む、請求項５に記載の流体温度変更装置。
【請求項７】
前記作動センサから前記指示する作動信号を受信するとともに、該受信した作動信号に基づいて、少なくとも１つの制御信号を少なくとも１つのトリガスイッチに発し、該トリガスイッチ（単数又は複数）を動作させるように構成されているコントローラを含む、請求項５に記載の流体温度変更装置。
【請求項８】
流体導管を出る流体の温度を指示する信号を前記コントローラに提供するように構成されている入口温度センサを含む、請求項７に記載の流体温度変更装置。
【請求項９】
前記導管内に存在する流体の温度を指示する信号を前記コントローラに提供するように構成されている出口温度センサを含む、請求項８に記載の流体温度変更装置。
【請求項１０】
前記コントローラは、少なくとも部分的に前記受信した温度を指示する信号に基づいて、少なくとも１つの制御信号を少なくとも１つのトリガスイッチに発し、該トリガスイッチ（単数又は複数）を動作させるように構成されている、請求項９に記載の流体温度変更装置。
【請求項１１】
前記コントローラは、作動センサによって提供される導管の流体の流量の指示、並びに、前記入口温度センサ及び前記出口温度センサから受信した、前記受信した温度を指示する信号の組み合わせに基づいて、少なくとも１つの制御信号を発し、前記トリガスイッチ（単数又は複数）を動作させるように構成されている、請求項１０に記載の流体温度変更装置。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの温度変更素子は、熱水出口において終端する給水配管のセクションに接触して位置付けられる、請求項１に記載の流体温度変更装置。
【請求項１３】
前記給水配管は熱水出口栓において終端する、請求項１２に記載の流体温度変更装置。
【請求項１４】
温度変更素子は、導管内に配置される電気的に励起される加熱コイルによって形成される、請求項１に記載の流体温度変更装置。
【請求項１５】
温度変更素子は、少なくとも１つのペルチェ接合を組み込む熱電冷却デバイスによって形成される、請求項１に記載の流体温度変更装置。
【請求項１６】
１つ又は複数の充電されたコンデンサバンクが放電するのと同時に、１つ又は複数の少なくとも部分的に放電したコンデンサバンクを再充電するように構成されているコンデンサ再充電回路を含む、請求項１に記載の流体温度変更装置。
【請求項１７】
温度変更素子は、コンデンサの２つ以上のバンクによって励起される、請求項１に記載の流体温度変更装置。
【請求項１８】
流体温度変更装置は、高速放電コンデンサバンク及び高貯蔵コンデンサバンクを含み、該高速放電コンデンサバンク及び該高貯蔵コンデンサバンクのそれぞれは別個のトリガスイッチに接続される、請求項１に記載の流体温度変更装置。
【請求項１９】
前記導管の前記出口が開いたことが検出されると、前記高速放電コンデンサバンクに接続されている前記トリガスイッチが閉じて温度変更素子を励起する、請求項１９に記載の流体温度変更装置。
【請求項２０】
前記高速放電コンデンサバンクの少なくとも部分的な枯渇後に、前記高貯蔵コンデンサバンクに接続されている前記トリガスイッチが閉じて温度変更素子を励起する、請求項２０に記載の流体温度変更装置。
【請求項２１】
エネルギー貯蔵コンデンサは、電気二重層コンデンサによって提供される、請求項１に記載の流体温度変更装置。
【請求項２２】
トリガスイッチは、導管が保持する流体に沈められるソリッドステート半導体スイッチを用いて実現される、請求項１に記載の流体温度変更装置。
【請求項２３】
前記少なくとも１つの温度変更素子は、変圧器絶縁電力変換装置、及び、ＡＣ源からＤＣ電気エネルギーの供給を提供する関連する電子サブシステムによって励起される、請求項１に記載の流体温度変更装置。
【請求項２４】
前記変圧器絶縁電力変換装置によって供給されるＤＣ電気エネルギーを用いて、前記１つ又は複数のエネルギー貯蔵コンデンサを再充電する、請求項２４に記載の流体温度変更装置。
【請求項２５】
前記１つ又は複数のエネルギー貯蔵コンデンサを用いて温度変更素子を励起するのと実質的に同時に、前記変圧器絶縁電力変換装置に関連する前記トリガスイッチを閉じて温度変更素子を励起する、請求項２４に記載の流体温度変更装置。
【請求項２６】
前記少なくとも１つの温度変更素子は、ＤＣ電気エネルギーの供給を提供するバッテリによって励起される、請求項１に記載の流体温度変更装置。
【請求項２７】
前記１つ又は複数のエネルギー貯蔵コンデンサを用いて温度変更素子を励起するのと実質的に同時に、前記バッテリに関連する前記トリガスイッチを閉じて温度変更素子を励起する、請求項２７に記載の流体温度変更装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体温度変更装置に関する。好ましい実施形態では、本発明は、ユーザが、冷水が熱水供給管路から流し出されるのを待つ必要なく、熱水を熱水供給栓から送達するように構成することができる。
【背景技術】
【０００２】
配管及び流体導管をベースとするシステムが、構造内の種々の地点に流体を分配することを可能にするために開発されてきた。これらのシステムを用いて、広範な流体を供給リザーバ又は接続部から施設の供給網に分配することができる。様々な場合に、これらの流体の温度は、所望の用途において使用することができる前に調整される必要があり得る。
【０００３】
供給管路内に配管されている中央流体加熱又は冷却システムは、流体の温度を送達前に調整することができる。しかし、これらのシステムは、出口ポートと温度処理システムとの間の供給管路のセクションが、流体を保持したままにし、最終的に、その内部の流体は周囲環境温度になる。供給管路のこれらのセクション内の流体は、所望の温度の流体が出口で利用可能になる前に流し出される必要がある。
【０００４】
この手法の結果、周囲温度の流体が無駄になり、無駄は、経時にわたって、また単一の温度処理システムがサービスする複数の流体出口を有する供給網内でかなりの量まで累積する。
【０００５】
例えば、家及びアパートでは、熱水を、加熱された水の中央タンクから複数の出口栓に送達することができる。熱水送達栓をオンにする水のユーザは通常、周囲温度の水を流し出すために栓を５秒〜４０秒間ひねらなければならない。栓と中央熱水タンクとの間の配管に捕捉されている水の全量が流し出される必要があり、概して下水管に流される。
【０００６】
この水の無駄は、戸主及び給水施設の双方にとって懸念である。さらに、戸主は、熱水が送達されるまで冷水が栓から流し出されるのを待たなければならないのは不都合であると感じる。
【０００７】
この問題に取り組むために、出口ポート又は栓に隣接して付加的な加熱又は冷却システムを設置することが可能である。しかし、これらの建物には、交流（「ＡＣ」）によって電気エネルギーが概して送達される。これらのＡＣシステムは概して、５０ＨＺで２３０Ｖ又は６０ＨＺで１１０Ｖ〜１２０Ｖにおいて稼働する。ＡＣ電力を、水等の流体の近傍における電気部品に供給することは、安全性の問題を引き起こす可能性があり、これらの問題は、通常、ガルバニック絶縁を提供するとともに利用可能なＡＣ電力を直流電源に変換するように、変圧器絶縁電力変換装置を使用することによって対処される。
【０００８】
変圧器絶縁技術及び関連する回路部は、ＡＣ又はＤＣ電流を流体出口栓の近傍に安全に供給することを可能にすることができるが、変圧器の内部構造は、励起電流をどの程度迅速に関連する加熱コイルに供給することができるかに関してかなりの制限を課す。特に、変圧器は、すぐに熱水を使うことを望むユーザにとって十分に迅速に十分に高い励起電流を供給することが可能ではない。
【０００９】
既存の電気バッテリ技術によって給電される加熱又は冷却システムによって同様の状況が適用可能である。既存のバッテリの比較的高い内部抵抗は、即座の高い電力を供給するそれらの能力を制限し、バッテリの内部抵抗はまた、放電するにつれて高まる。さらに、バッテリ寿命は、高電力放電サイクルが繰り返されるという要件によって制限される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
したがって、上記課題のいずれか若しくは全てに対処するか、又は、公衆に代替的な選択肢を少なくとも提供する改良された流体温度変更装置を有することが有利である。特に、流体が中央温度処理システムから送達出口に達する前に、供給管路に貯蔵されている流体の温度を変更することができる装置を有することが有利である。更なる利点は、配管工が既存の流体供給管路に組み込むことを可能にする、そのようなデバイスの設置の容易さである。家庭の用途では、ユーザが、冷水が熱水供給管路から流し出されるのを待つ必要なく、熱水を熱水栓からほぼ即座に送達することができる装置を有することも有利である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の１つの態様によると、流体温度変更装置であって、
流体導管に関連する少なくとも１つの温度変更素子であって、上記流体導管の出口に隣接して位置付けられる、少なくとも１つの温度変更素子、及び
少なくとも１つのエネルギー貯蔵コンデンサ、及び
動作時に、１つ又は複数のエネルギー貯蔵コンデンサを温度変更素子に接続する少なくとも１つのトリガスイッチ
を含み、
トリガスイッチの動作によって、少なくとも１つのエネルギー貯蔵コンデンサを少なくとも部分的に放電させ、導管の出口ポートに隣接する導管内の流体の温度を変更する温度変更素子を励起する、流体温度変更装置が提供される。
【００１２】
本発明の更なる態様によると、実質的に上述したような流体温度変更装置であって、トリガスイッチは、エネルギー貯蔵コンデンサのバンク及び温度変更素子に関連付けられる、流体温度変更装置が提供される。
【００１３】
本発明の更なる態様によると、実質的に上述したような流体温度変更装置であって、複数のトリガスイッチを含み、当該トリガスイッチの２つ以上がエネルギー貯蔵コンデンサの別個のバンクにそれぞれ接続される、流体温度変更装置が提供される。
【００１４】
本発明のまた別の態様によると、実質的に上述したような流体温度変更装置であって、複数の温度変更素子を含み、複数のトリガスイッチのうちの１つが各温度変更素子に関連付けられる、流体温度変更装置が提供される。
【００１５】
本発明の更なる態様によると、実質的に上述したような流体温度変更装置であって、上記少なくとも１つの温度変更素子は、変圧器絶縁電力変換装置、及び、交流（ＡＣ）源から直流（ＤＣ）電気エネルギーの供給を提供する関連する電子サブシステムによって励起される、流体温度変更装置が提供される。
【００１６】
本発明の別の態様によると、実質的に上述したような流体温度変更装置であって、導管の出口が開かれると指示する信号を発するように構成されている作動センサを含む、流体温度変更装置が提供される。
【００１７】
好ましくは、作動センサは流量センサから形成することができる。
【００１８】
本発明の更なる態様によると、実質的に上述したような流体温度変更装置であって、作動センサから上記指示する作動信号を受信するとともに、受信した作動信号に基づいて、少なくとも１つの制御信号を少なくとも１つのトリガスイッチに発し、当該トリガスイッチ（単数又は複数）を動作させるように構成されているコントローラを含む、流体温度変更装置が提供される。
【００１９】
本発明のまた更なる態様によると、実質的に上述したような流体温度変更装置であって、
流体導管に入る流体の温度を指示する信号を提供するように構成されている入口温度センサ、及び
入口温度センサから上記温度を指示する信号を受信するとともに、少なくとも１つの制御信号を少なくとも１つのトリガスイッチに発し、当該トリガスイッチ（単数又は複数）を動作させるように構成されているコントローラ
も含む、流体温度変更装置が提供される。
【００２０】
本発明のまた別の態様によると、実質的に上述したような流体温度変更装置であって、
貯蔵されている流体温度を測定するように構成されている入口温度センサ、及び
流体導管出口を出る流体の温度を指示する信号を提供するように構成されている出口温度センサ、及び
温度センサから上記温度を指示する信号を受信するとともに、少なくとも部分的に受信した温度を指示する信号に基づいて、少なくとも１つの制御信号を少なくとも１つのトリガスイッチに発し、当該トリガスイッチ（単数又は複数）を動作させるように構成されているコントローラ
も含む、流体温度変更装置が提供される。
【００２１】
好ましくは、コントローラは、作動センサによって提供される導管の流体の流量の指示、並びに、入口温度センサ及び出口温度センサから受信した、受信した温度を指示する信号の組み合わせに基づいて、少なくとも１つの制御信号を発し、上記トリガスイッチ（単数又は複数）を動作させるように構成されている。
【００２２】
本発明は、流体導管とともに用いられる温度変更装置を提供するように構成されている。本発明は、この流体導管の出口に隣接して位置付けられ、供給導管に貯蔵されている流体の温度を変更し、所望の温度又は所望の温度に近い流体の即座の送達を容易にするように用いられる。
【００２３】
当業者は、導管が、直径よりも大幅に長い長さを有し、通常は末端の弁又は同様の構成要素によって閉じられることを理解するであろう。本発明とともに使用される導管は、したがって、ユーザがこれらの流体を要求すると直ちに流体の送達を可能にする。
【００２４】
好ましい実施形態では、本発明は、家庭の熱水加熱用途において用いることができる。この用途では、変更される流体は、中央熱水供給システムと出口の熱水栓との間に延びる配管（ＰＬＵＭＢＩＮＧ  ＣＯＮＤＵＩＴ）のセクションに位置する周囲温度の水である。そのような実施形態では、本発明は、壁又は同様の構造から延在して熱水栓等の熱水出口において終端する配管のセクションに接触するか又は関連して位置付けられる少なくとも１つの温度変更素子を含む。
【００２５】
他の実施形態では、本発明を用いて、種々の用途において他のタイプの流体を加熱又は冷却することができる。例えば、代替的な用途では、本発明を用いて、製造プロセスにおいて使用され、メインリザーバから導管を介して送達される原材料流体を加熱することができる。また他の実施形態では、本発明を用いて、例えば、公衆のバーにおいて供給管路を介して送達される飲料を冷却することができる。
【００２６】
本明細書を通して、本発明が家庭の熱水供給用途において水を加熱するために用いられることに対して主に言及する。しかし、当業者は、本発明を他の用途で用いることができ、上記に対する言及は決して限定とみなされるべきではないことを明白に理解するであろう。
【００２７】
本発明は、励起されると、導管内に収容されている流体を加熱又は冷却するように構成されている少なくとも１つの温度変更素子を含む。上記で言及したように、好ましい実施形態では、温度変更素子は、熱水栓に隣接する導管のセクションにおいて水を加熱するように構成することができる。
【００２８】
そのような好ましい実施形態では、温度変更素子は、導管内に配置され、加熱される水又は他の流体に直接接触する、電気的に励起される加熱コイルによって形成することができる。加熱コイルには、コイルの電気抵抗の結果として導管内の水が加熱されるように、電流を供給することができる。
【００２９】
しかし、他の実施形態では、温度変更素子を、導管内の水を冷却するように構成してもよい。例えば、１つの代替的な実施形態では、本発明は、少なくとも１つのペルチェ接合を組み込む熱電冷却デバイスの形態の温度変更素子を実現することができる。
【００３０】
しかし、本明細書を通して、加熱コイルから形成される温度変更素子に言及するが、当業者は、種々の代替的な実施形態では他の構成要素を使用することができることを理解するであろう。
【００３１】
好ましい実施形態では、本発明は、複数の温度変更素子を含む。各温度変更素子は、少なくとも１つのコンデンサによって励起することができ、好ましい実施形態では、コンデンサのバンクによって励起される。
【００３２】
幾つかの実施形態では、温度変更素子は、コンデンサの２つ以上のバンクによって励起することができる。例えば、１つの潜在的な実施形態では、本発明は、高速放電コンデンサバンク及び高貯蔵コンデンサバンクを含むことができ、高速放電コンデンサバンク及び高貯蔵コンデンサバンクのそれぞれは別個のトリガスイッチに接続される。
【００３３】
好ましくは、そのような実施形態では、導管の出口が開いたことが検出されると、高速放電コンデンサバンクに接続されているトリガスイッチが閉じて温度変更素子を励起する。そのような実施形態では、高速放電コンデンサバンクの少なくとも部分的な枯渇後に、高貯蔵コンデンサバンクに接続されているトリガスイッチを閉じて温度変更素子を励起することができる。
【００３４】
また他の実施形態では、温度変更素子は、変圧器絶縁電力変換装置、及び、ＡＣ源からＤＣ電気エネルギーの供給を提供する関連する電子サブシステムによって励起することができる。そのような実施形態では、上記１つ又は複数のエネルギー貯蔵コンデンサが温度変更素子を励起するのに用いられるのと実質的に同時に、トリガスイッチを閉じて温度変更素子を励起することができる。
【００３５】
本明細書を通して、本発明が、複数の実施形態において種々の役割で変圧器絶縁電力変換装置及び関連する電子サブシステムを使用することにも言及されている。当業者は、この構成要素が、従来の大型のスタンドアロン変圧器から、同じ機能を果たすことができる小型の一体型高周波フェライト又は同様の構成要素までの広範な形態をとることができることを理解するであろう。
【００３６】
さらに、１つの特定の実施形態では、本発明は、高速放電コンデンサバンク、高貯蔵容量コンデンサバンク、及び、ＡＣ源からＤＣ電気エネルギーの供給を提供する変圧器絶縁電力変換装置によってそれぞれ各々が励起される、３つの別個の加熱コイルの組み合わせによって実現することができる。
【００３７】
本発明は、少なくとも１つの温度変更素子を励起するように少なくとも部分的に放電する少なくとも１つのエネルギー貯蔵コンデンサを使用する。
【００３８】
好ましい実施形態では、本発明は、電気二重層コンデンサによって提供される大型のコンデンサを使用することができる。これらのＥＤＬすなわち電気二重層コンデンサは、スーパーコンデンサ、ウルトラコンデンサ、偽コンデンサ又はキャップバッテリとしても既知である。
【００３９】
ＥＤＬコンデンサは、高い容量を有し、これらの構成要素及びそれらの関連する回路部に高い相対時定数を与える。それらの構成及びサイズの性質に起因して、ＥＤＬコンデンサは、相対的に高いエネルギー貯蔵容量を有し、高電力速度で放電することができる。
【００４０】
本明細書を通して、本発明が、ＥＤＬコンデンサから形成されるか又はＥＤＬコンデンサによって提供される大型のコンデンサを使用することにも言及する。しかし、当業者は、本発明を、他の形態の好適なコンデンサによって実施することもできることを理解するであろう。
【００４１】
本発明の１つの態様によると、温度変更素子を、コンデンサバンク等のエネルギー源、又は、変圧器絶縁電力変換装置によって提供されるＤＣ電流源に接続するのに用いられるトリガスイッチが提供される。エネルギー源又は温度変更素子のいずれか又は双方に関連するトリガスイッチが、種々のエネルギー供給形態を発展させることを可能にすることができる。
【００４２】
例えば、本発明が高速放電コンデンサバンク及び大容量コンデンサバンクを実現するのに用いられる実施形態では、導管の出口が開いたことが確認されるとすぐに高速放電バンクが加熱コイルに放電することができる。本発明によって提供される温度センサが、出口を出る流体が十分に加熱されたか否かを判断することができる。出口が開いてから閾値時間後に、出口を出る流体が更なる加熱を必要とする場合、大容量コンデンサバンクに関連するトリガスイッチを作動することができる。
【００４３】
種々の実施形態において上記で示したように、本発明は、変圧器絶縁電力変換装置に由来するＡＣ又はＤＣ源によって励起される温度変更素子を提供することができる。電力変換装置によって励起される温度変更素子はトリガスイッチに接続することもできる。この場合、この温度変更素子の励起を、出口が開くと同時に、温度変更素子が高速放電コンデンサバンク又は大容量コンデンサバンクによって励起されるのと並行してトリガすることができる。
【００４４】
種々の実施形態では、トリガスイッチは、流体導管内に温度変更素子に隣接して展開するか又は位置付けることができる。本発明のこの構成はまた、スイッチの動作によって生成されるいかなる無駄になる熱も導管内に存在する流体に送達することを可能にする。複数のそのような実施形態では、トリガスイッチは、ソリッドステートトランジスタ、又は、導管が保持する流体に沈められて依然として効果的に機能することができる同様の半導体ベースのスイッチを用いて実現することができる。
【００４５】
好ましくは、本発明が変圧器絶縁電力変換装置に由来するＤＣ供給部によって励起される温度変更素子を提供する実施形態では、これらの同じエネルギー供給接続を用いて、本発明が用いるコンデンサ（単数又は複数）を再充電することができる。本発明の幾つかの実施形態では、少なくとも１つの温度変更素子を、ＤＣ電気エネルギーの供給を提供するバッテリによって励起することができる。バッテリは、本発明とともに用いられるコンデンサのエネルギー放電特性を補完することができる代替的な電気エネルギー源を提供することができる。
【００４６】
好ましくは、そのような実施形態では、上記１つ又は複数のエネルギー貯蔵コンデンサが温度変更素子を励起するのに用いられるのと実質的に同時に、バッテリに関連するトリガスイッチが閉じて温度変更素子を励起する。この手法は、バッテリシステムの限られた電源能力に応じ、コンデンサが温度変更素子を即座に励起することを可能にし、バッテリは、コンデンサが完全に放電する前に更なるエネルギー源を提供する。
【００４７】
幾つかの実施形態では、バッテリに関連するトリガスイッチを周期的に又は繰り返し閉じ、幾つかの状況においてバッテリ接続のデューティサイクルを確立することができる。例えば、幾つかの場合、パルス幅変調接続スキームをバッテリトリガスイッチとともに使用して、バッテリが提供する加熱又は冷却の寄与を変えることができる。このトリガ信号の効果的なデューティサイクルは、例えば、本発明にその時点で課される予測されるエネルギー需要に応じて変更することができる。
【００４８】
好ましい実施形態では、本発明は、１つ又は複数の充電されたコンデンサバンクが放電するのと同時に、１つ又は複数の少なくとも部分的に放電したコンデンサバンクを再充電するように構成されているコンデンサ再充電回路を含むことができる。このコンデンサ再充電回路はしたがって、代替的な充電されたバンクの他の成員が放電している間に、コンデンサの同じバンクの異なる成員を再充電することを可能にすることができる。
【００４９】
好ましい実施形態では、本発明はコントローラも含むことができる。このコントローラは、任意の適切なプログラマブルデバイスによって実現することができるが、好ましい実施形態では、プログラマブルマイクロプロセッサによって提供することができる。
【００５０】
コントローラは、導管の出口を出る流体の温度を指示することが可能な、出口温度センサと称される少なくとも１つの温度センサに接続することができる。更なる実施形態では、コントローラは、供給導管に貯蔵されている流体の温度を指示することが可能な、入口温度センサと称される更なる温度センサに接続することができる。
【００５１】
更に好ましい実施形態では、本発明は、導管の出口が開いたことを確認可能な作動センサも組み込むことができる。例えば、１つの実施形態では、この作動センサは、出口が開いたことをコントローラに伝えることが可能な流体圧力又は流れセンサによって形成することができる。
【００５２】
好ましい実施形態では、作動センサは、流体が本発明に関連する導管を通って移動する速さを測定するか又は指示するように構成されている流量センサによって実現することができる。導管が開いたときを検出することに加えて、これらの流量測定を、入口及び出口の流体温度の測定と組み合わせて、本発明にその時点で要求されるエネルギー需要を計算するのに用いることができる。
【００５３】
コントローラは、作動信号をトリガスイッチに発するようにプログラミングすることもできる。コントローラは、本発明のパフォーマンスを監視し、それに従ってトリガスイッチの接続を変更するようにプログラミングすることができる。上記で示したように、幾つかの実施形態では、コントローラは、本発明にその時点で要求されるエネルギー需要を計算又は推定することが可能であり得る。コントローラは、これらのエネルギー需要に基づいて、特定のトリガスイッチの選択、及び、これらのトリガスイッチの作動時間を制御することができる。
【００５４】
加えて、幾つかの実施形態では、このコントローラは、出口及び／又は入口温度センサ（複数の場合もあり）によって提供される信号又は情報を用いて、本発明の挙動を変更することもできる。特に、出口によって提供される水の温度を、供給される水の温度が安全な温度値を超えないことを確実にするように、安全上の理由からコントローラによって監視することができる。
【００５５】
また他の場合では、入口温度センサによって提供される温度測定値が、導管を通って本発明の残りの構成要素に向かって進む流体の温度を指示することができる。入口温度センサが感知した温度が本発明の動作により必要とされる温度を満たす場合、本発明を作動停止することができる。
【００５６】
当業者は、本発明とともに提供されるコントローラが、流量又は温度センサのみ以外のセンサからの入力信号も受信することができることも理解するであろう。本発明が使用される用途に応じて、本発明のトリガスイッチ（単数又は複数）の切り換えプログラムを判断する上で、コントローラによって、更なるセンサ入力由来の制御パラメータを考慮することができる。
【００５７】
本発明はしたがって、従来技術に勝る多くの潜在的な利点を提供するか、又は、公衆に代替的な選択肢を少なくとも提供することができる。
【００５８】
本発明を用いて、導管を出る流体の温度をほぼ即座に上下させることができる。
【００５９】
好ましい実施形態では、これは、大型のコンデンサバンク、及び、変圧器絶縁電力変換装置からのＡＣ若しくはＤＣ電流供給又は派生のＤＣ電力供給の組み合わせによって給電される加熱コイルのセットを作動することによって達成される。用いられるコンデンサの放電特性は、コンデンサバンクの特性と組み合わせられる加熱コイルの特性を好適に調整することによって、加熱コイルにかなりのエネルギーを迅速に供給することができる。
【００６０】
加熱又は冷却をより長時間にわたって行う必要がある状況では、異なる構造のコンデンサバンクも使用することができる。これらの場合、高速放電コンデンサバンクがかなり放電した後で、大容量コンデンサバンクを用いて加熱コイルを励起することができる。
【００６１】
種々の実施形態では、コントローラは、提供される温度変更装置の独立した自動的な動作及びインテリジェント制御を可能にすることができる。本発明が効果的かつ効率的に機能するために本発明の作動及び挙動を調整するのに、手動のユーザ入力は必要とされない。本発明はまた、本発明に課されるエネルギー需要が大幅にかつ予測不能に変化する場合に、流体の加熱又は冷却を即時に行うことができる。例えば、家庭の熱水供給用途の場合、本発明は、熱水が１０秒の期間必要とされるか、又はシャワーの持続時間にわたって必要とされるかにかかわらず、効果的に機能することができる。複数のトリガスイッチ及びエネルギー源が提供される実施形態では、コントローラは、正確な温度の流体の送達を即座に、好ましくは直ちに可能にする切り換えプログラムを判断して実行することができる。
【００６２】
加えて、入口の温度値が感知される実施形態では、本発明とともに提供されるコントローラは、正確な温度の流体が関与する導管を通ってその時点で送達されていると判断すると、その動作をディセーブルにすることができる。導管の出口において提供される流体の温度が監視される実施形態では、感知された温度が安全な動作範囲外にある場合は、本発明の動作を同様にディセーブルにすることができる。
【００６３】
本発明の付加的な及び更なる態様は、添付の図面を参照して、以下の説明のための実施形態から読み手に明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１Ａ】好ましい実施形態において提供されるような流体温度変更装置１の代表的な図である。
【図１Ｂ】好ましい実施形態において提供されるような流体温度変更装置１の代表的な図である。
【図２】本発明の更なる実施形態に従って用いられるコントローラによって実行される切り換え制御アルゴリズムにおいて実行されるステップを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００６５】
本発明の更なる態様は、専ら特定の実施形態の例として与えられる、本発明の以下の説明から明らかとなるであろう。
【００６６】
図１Ａ及び図１Ｂは、好ましい実施形態において提供されるような流体温度変更装置１の代表的な図を提供する。図１Ａは、導管に関連する本発明の要素を示し、図１Ｂは、図示の実施形態において用いられるようなコントローラの入力及び出力を示している。
【００６７】
装置１は、加熱コイル２によって実現される３つの温度変更素子を含む。
【００６８】
これらの加熱コイルは、この実施形態では家庭の熱水供給管路３によって提供される導管の内部に位置付けられる。
【００６９】
熱水供給管路３には、ボイラタンク４から来る熱水が供給される。ボイラタンク４は、装置を収容する建物内の中央に位置付けられ、多数の熱水供給管路に給送するように構成されている。
【００７０】
本発明の動作なしでは、熱水供給管路３に接続される熱水出口栓５を操作するユーザに熱水を迅速に送達することができない。栓５のユーザは、熱水管路３内にその時点で保持される介在する周囲温度の水を流し出すようにボイラ４からの熱水を待つ必要がある。
【００７１】
加熱コイル２のそれぞれは、大型の高速放電コンデンサバンク６、大型の大容量コンデンサバンク７又は変圧器絶縁電力変換装置８の形態のエネルギー供給システムに接続される。他の実施形態では、代替的に、ＡＣ給電絶縁変圧器を、バッテリベースのエネルギー供給システムによって又はバッテリベースのエネルギー供給システムと組み合わせて提供してもよい。
【００７２】
この実施形態では、高速放電バンク６は、大容量バンク７よりも低いエネルギー貯蔵容量を有するが、完全に充電するまで再充電する時間ははるかに短い。
【００７３】
高速放電６、大容量７又は変圧器絶縁電力変換装置８エネルギー源のそれぞれは、それ自身の専用の加熱コイル２に接続される。
【００７４】
各加熱コイル２のエネルギー源の接続を中断するのはトリガスイッチ９である。トリガスイッチの動作は、流体圧力／流れセンサ１１と組み合わせて配置される入口及び出口の温度センサ１０からの入口及び出口の流体温度測定値が提供される（図１Ｂに示されているような）マイクロプロセッサ１３によって制御される。これらのセンサは、測定された流量の値、熱水栓を出る水の温度、及び、遠隔の熱水供給タンクから進む水の温度から、熱水栓５が開いたか否かを検出することができる。
【００７５】
コントローラは、コンデンサバンク６、７と絶縁変圧器８との間で構成される再充電接続部１２に同様の形態の制御信号を送信することも可能である。これらの接続部は、熱水の需要が低い期間中に、変圧器絶縁電力変換装置８に関連付けられるＡＣ電源から各コンデンサバンクを再充電するのに用いられる。
【００７６】
温度及び圧力／流れセンサ１０、１１は、各コンデンサバンクトリガスイッチ９Ａ又はインダクタトリガスイッチ９Ｂによってなされる接続を調整することができるコントローラにパフォーマンス情報を提供する。コントローラは、コンデンサバンク及び変圧器エネルギー供給接続の種々の組み合わせを実現し、出口の水温を、閾値温度よりも、これを達成するのに必要な最小の時間期間で上昇させることができる。
【００７７】
例えば、熱水の需要が低い期間の後、本発明の最初の使用の結果、導管内に熱水が存在し、この水は、閾値温度よりも高いか又は閾値温度に近い温度を有する。その後で栓を短期間だけ開くことは、この水を僅かに加熱することのみを必要とする。
【００７８】
需要の頻度が増すこの環境では、高速コンデンサバンクは、栓の開放と開放との間で利用可能な期間で迅速に再充電する。これらの状況では、大容量バンクをその加熱コイルに接続する必要はないものとすることができ、大容量バンクを、妨げられることなく変圧器絶縁電力変換装置８から再充電することを可能にする。
【００７９】
コントローラに提供される入力情報を用いて、複数の更なる方法で本発明の挙動を変更することもできる。例えば、図示の実施形態では、流れセンサによって提供される信号が、熱水栓が閉じた状態で流体の流量がゼロまで降下したことを示す場合、全てのトリガスイッチ９Ａ、９Ａ、９Ｂをコントローラによって開くことができる。
【００８０】
さらに、入口温度センサ１１が、熱水供給タンクからの熱水がこの時点で熱水栓に達したことを示す場合、再び、全てのトリガスイッチ９Ａ、９Ａ、９Ｂをコントローラによって開くことができる。
【００８１】
以下の表は、図１の実施形態において用いられる電子制御ユニット又はコントローラが、送達されるエネルギーを数値化するために独立して評価する重要な変数をまとめたものである。表１及び表２は、家庭における栓への熱水の即座の送達に特有であり、一方で、表３は、代替的な用途におけるエネルギー要件を考慮する。
【００８２】
重要な依存関係
【００８３】
【表１】
2016527463.tif 000003
【００８４】
家庭の遅延熱水用途における潜在的な使用の場合
【００８５】
【表２】
2016527463.tif 000004
【００８６】
潜在的な将来的な水の加熱用途
【００８７】
【表３】
2016527463.tif 000005
【００８８】
上記で示されているように、表２は、入口の水温及び測定した水の流量を評価して、この用途において熱水を即座に送達するのに必要なエネルギーを求める方法を示している。特定の需要に応じたエネルギー消費をこのように求めたものは、コントローラが実行する切り換え制御アルゴリズムへの入力パラメータとして用いられる。
【００８９】
図２は、本発明の更なる実施形態に従って用いられるコントローラが実行する切り換え制御アルゴリズムにおいて実行されるステップを示している。この実施形態では、本発明には、バッテリの形態の付加的なエネルギー源が設けられる以外は、図１Ａ、図１Ｂに関して説明した実施形態と均等な実施態様が提供される。
【００９０】
このアルゴリズムのステップＡにおいて、熱水供給導管を通って進む水の測定される流量のテストが行われる。水の流れが検出されない場合、コントローラは、導管の終端の熱水栓が閉じているとみなし、水の流れが検出されるまでアルゴリズムを待たせる。
【００９１】
水の流れが検出されるとステップＢが実行され、水入口温度センサが感知した水の温度が、送達される目的温度よりも低いか否かをテストする。導管内の水の温度が目的温度であるか又は目的温度よりも高い場合、アルゴリズムはステップＡにループバックする。入口の水温が目的温度未満である場合にステップＣが実行される。
【００９２】
ステップＣにおいて、コントローラは、高速放電コンデンサバンクのトリガスイッチを閉じ、変圧器絶縁電力変換装置のトリガスイッチを閉じる。コントローラは次いで、ステップＤに移動する前に５秒の期間待つ。
【００９３】
ステップＤにおいて、コントローラは、導管内の水の流れを再びテストし、ステップＥにおいて、入口の水温をテストし、ステップＦにおいて、出口の水温をテストする。導管内を流れる水がない場合、入口の水温が目的温度以下である場合、又は、出口の水温が目的温度以下である場合、ステップＧを実行する。ステップＧにおいて、全ての開いているトリガスイッチを閉じ、アルゴリズムはステップＡにループバックする。
【００９４】
これらの条件のいずれも満たされない場合、ステップＨを実行する。ステップＨにおいて、高速放電コンデンサバンクのトリガスイッチを開き、このコンデンサバンクを再充電回路に接続する。また、ステップＨにおいて、大容量コンデンサバンクのトリガスイッチを閉じ、バッテリベースのエネルギー供給部のトリガスイッチを、低デューティサイクルパルス幅変調トリガ信号で作動する。コントローラは次に、ステップＩを実行する前に５秒の期間待つ。
【００９５】
ステップＩにおいて、コントローラは、導管内の水の流れを再びテストし、ステップＪにおいて、入口の水温をテストし、ステップＫにおいて出口の水温をテストする。導管内を流れる水がない場合、入口の水温が目的温度以下である場合、又は、出口の水温が目的温度以下である場合、ステップＬを実行する。ステップＬにおいて、全ての開いているトリガスイッチを閉じ、アルゴリズムはステップＡにループバックする。
【００９６】
これらの条件のいずれも満たされない場合、ステップＭを実行する。ステップＭにおいて、バッテリベースのエネルギー供給部のトリガスイッチを、高デューティサイクルパルス幅変調トリガ信号で作動する。コントローラは次に、ステップＮを実行する前に５秒の期間待つ。
【００９７】
ステップＮにおいて、コントローラは、導管内の水の流れを再びテストし、ステップＯにおいて、入口の水温をテストし、ステップＰにおいて出口の水温をテストする。導管内を流れる水がない場合、入口の水温が目的温度以下である場合、又は、出口の水温が目的温度以下である場合、ステップＱを実行する。ステップＱにおいて、全ての開いているトリガスイッチを閉じ、アルゴリズムはステップＡにループバックする。
【００９８】
これらの条件のいずれも満たされない場合、ステップＲを実行する。ステップＲにおいて、大容量コンデンサバンクのトリガスイッチを開き、このコンデンサバンクを再充電回路に接続する。バッテリは次に、連続的に接続され、出口温度が、目的温度に達するまでテストされる。これが行われると、閉じているバッテリ及び変圧器絶縁電力変換装置トリガスイッチを開き、バッテリを再充電回路に接続し、アルゴリズムはステップＡにループバックする。
【００９９】
先行する説明及び以下の特許請求の範囲では、「備える」という用語又はその均等な変化形が、記載される特徴（単数又は複数）の存在を明記するために包含的に用いられる。この用語は、種々の実施形態における更なる特徴の存在又は付加を除外するものではない。
【０１００】
本発明は、本明細書において記載される実施形態に限定されず、本発明の主旨及び範囲内の更なる及び付加的な実施形態が、図面を参照して説明される例から当業者には明らかであることを理解されたい。特に、本発明は、本明細書において記載される特徴の任意の組み合わせであるものとすることができるか、又は、所与の特徴の既知の均等物を有するこれらの特徴の代替的な実施形態若しくは組み合わせであるものとすることができる。上記で説明した本発明の例示的な実施形態の変更及び変形が当業者には明らかであり、添付の特許請求の範囲に既定されるような本発明の範囲から逸脱することなく行うことができる。
【図１ａ】
2016527463.tif 000006
【図１ｂ】
2016527463.tif 000007
【図２】
2016527463.tif 000008
【国際調査報告】
2016527463.tif 000009
2016527463.tif 000010