JP4772060B2 - 蒸気発生装置 - Google Patents

Description

本発明は、概して、蒸気発生装置に関する。具体的には、本発明は、蒸気が大気レベルを上回る蒸気圧力で圧力チェンバー内に発生するところの装置に関する。

本発明は、具体的に、蒸気アイロン装置のような屋内電気機器に関する。従って、以下で、本発明は、特に、このような実施形態に関して説明される。しかし、留意すべきは、これは、一例として捉えられるにすぎず、本発明の適用範囲を限定するよう意図されない点である。例えば、本発明の原理は、また、蒸気クリーナ装置の場合又は壁紙を剥がすための蒸気装置の場合にも利用可能である。

従来の蒸気発生装置は、水を加熱する電気加熱装置を設けられた、水を受け入れる蒸気管を有する。電流が加熱装置へ供給される場合に、加熱装置は、水へ移された熱を発生させ、このようにして蒸気を作り出す。

加熱装置の電流は、所望レベルに蒸気の温度を保つために制御装置によって制御される。この目的のために、従来の蒸気発生装置は、加熱装置に結合された又は蒸気に接触した温度センサを有する。センサが所定レベルを上回る温度を示す場合には、加熱電流はオフに切り換えられる。センサが所定レベルを下回る温度を示す場合には、加熱電流はオンに切り換えられる。

幾つかの従来装置はまた、圧力センサを有する。ＥＰ−０．５９５．２９２は、安全装置として圧力センサを設けられた蒸気発生装置を開示する。圧力センサが高くなり過ぎると、加熱電流はオフに切り換えられる。

ＥＰ−０．８４３．０３９は、蒸気管へ水を加えるためのポンプを設けられた蒸気発生装置を開示する。水は、圧力センサからの信号を基に加えられる。

ＵＳ−２００４／０．０４０．１８５−Ａ１は、一定レベルで蒸気圧力を維持するよう制御される蒸気発生装置を開示する。圧力センサを使用する代わりに、より前の従来技術が行っていたように、この特許文献は、温度センサを用い、温度と圧力との間の一対一の関係の存在の認識に基づいて、温度センサによって検出される温度値を基に制御を行うよう提案する。

本発明は、特に、（例えば、グラム／分の単位で表される）可変な出力率で蒸気を供給することが可能な蒸気発生装置に関する。この問題は、上記特許文献によっては扱われていない。

ＥＰ−０．３９０．２６４−Ｂ１は、一定量の蒸気を発生させることが一定量のエネルギーを必要とするという想定に基づいて、蒸気出力率が加熱電流のデューティーサイクルを設定することによって制御されるところの、可変な蒸気出力率を有する蒸気発生装置を開示する。
ＥＰ−０．５９５．２９２ ＥＰ−０．８４３．０３９ ＵＳ−２００４／０．０４０．１８５−Ａ１ ＥＰ−０．３９０．２６４−Ｂ１

本発明は、改善された正確性及び安全性を伴って可変な出力率で蒸気を供給することができる蒸気発生装置を提供することを目的とする。従って、蒸気出力率を示す有効な電気信号を有することが有利である。これは、例えば、需要の増大によって引き起こされた突然の蒸気放出を示す蒸気率の大きな落ち込みに適切に応答可能な加熱素子をインテリジェント制御する電子制御装置によって利用される。例えば、制御装置は、起こり得る次の蒸気放出を予想するよう、増大した蒸気蓄積（ｂｕｉｌｄ−ｕｐ）によって対応する。

この目的を達成するために、一対一の関係が蒸気出力率と蒸気管内の圧力との間に存在するという認識が用いられる。同様に、これは、蒸気管内の温度に関する。１つの可能なアプローチは、温度センサの出力信号を用いて、温度制御を基に出力率制御を簡単に行うことである。しかし、温度センサ、具体的にはサーミスタに伴う問題は、それらがドリフト、即ち、それらの経時的な特性変化を示す点である。結果として、実際の温度は温度センサによって示されるよりも高くなることがあり、その結果、蒸気圧力が予期されたよりも高くなる。これは、安全性の問題を引き起こしうる。

この問題を回避するために、代替のアプローチは、検知した圧力を示す電気出力信号を供給することができる圧力センサを用いることである。しかし、このようなセンサは極めて高価である。

これらの問題を解消するために、本発明は、温度センサに加えて圧力スイッチ（ｐｒｅｓｓｏｓｔａｔ）を有する蒸気発生装置を提案する。比較的低い出力率では、圧力が比較的低く、圧力の起こり得る変動が直接的な安全性の問題を引き起こさない場合に、制御は温度センサの出力信号に基づく。起こり得る誤った温度読取は、出力率の設定と比べて蒸気出力率の偏差をもたらしうるが、圧力は、場合により危険なほど高いレベルには上がらない。比較的高い出力率では、圧力が比較的高く、圧力の起こり得る変動が安全性の問題を引き起こしうる場合に、加熱は圧力スイッチによって制御される。このようにして、本発明は、高い圧力での安全性と、より低い圧力でのインテリジェント制御との組合せから恩恵を受ける。

本発明に従う蒸気発生装置は、請求項１に定義される。好ましい実施例は、請求項２乃至１２に記載される。本発明は、更に、請求項１３に定義される蒸気アイロンシステムに関する。

本発明の上記並びに他の態様、特徴並びに利点については、図面を参照して以下の記載によって更に説明する。図面で、同じ参照番号は同一又は類似の部品を示す。

図１は、アイロン装置１０及び蒸気発生装置２０を有する蒸気アイロンシステム１を図式的に表す。一般に知られるように、アイロン装置１０は、敷板１２を有する筐体１１を有する。筐体１１は、簡単のために図示されない敷板加熱装置を設けられている。フレキシブルホース１３は、アイロン装置１０を蒸気発生装置２０へ接続して、蒸気発生装置２０からアイロン装置１０の筐体１１の内部へ蒸気を導く。蒸気は、矢印によって図式的に示されるように、敷板１２の穴を通って筐体１１から出ることができる。

図１は、蒸気発生装置２０が、例えば交流５０Ｈｚ、２３０Ｖである標準的な電気本線への接続のための電気ケーブル２１及びプラグ２２を設けられていることを示す。敷板加熱装置に給電するために、アイロン装置１０は、また、電気ケーブルを設けられる。このケーブルは、アイロン装置１０が別個の電気ケーブル及びプラグを設けられることが可能であったとしても、通常はフレキシブルホース１３に組み込まれている。

蒸気発生装置２０は、蒸気管又はボイラー２４へ結合された受水槽２３を有する。ボイラー２４は、蒸気を生成するよう水を加熱することができる１又はそれ以上の加熱素子２５を有する。アイロン装置１０は、連続的に開いている、即ち、ボイラー２４によって発生した蒸気がホース１３及びアイロン敷板１２を通ってボイラー２４から連続的に出ている形式の装置であっても良い。また、アイロン装置１０は、ユーザ制御される蒸気供給形式、即ち、蒸気が、例えば、ユーザが対応する蒸気命令ボタンなどを押す場合に、ユーザ動作に応答してアイロン敷板１２だけを通って出ている形式の装置であることも可能である。いずれの場合にも、蒸気が使用されている（消費されている）場合に、水は、当業者には明らかであるように、使用された蒸気を補償するために受水槽２３からボイラー２４へ運ばれうる。受水槽２３は、受水槽２３が水で満たされることを可能にする流入手段を設けられている。このような流入手段は、簡単のために図示されない。

図２は、蒸気アイロンシステム１の電気加熱回路の関連部分を表す図である。加熱素子２５（１つの加熱素子しか図２には示されないが、当該装置は１よりも多い加熱素子を有しても良い。）は、本線（又は、他の適切な電源）との接続のための端子３１、３２へ結合されている。制御可能スイッチ３３は、加熱素子２５に直列に接続されている。制御可能スイッチ３３は制御装置４０によって制御される。

蒸気アイロンシステム１は、制御装置４０の温度入力部４４へ温度測定信号を供給する少なくとも１つのセンサ３４を有する。図２は、温度センサ３４がボイラーの外壁に配置されうることを現す。温度センサ３４は、また、ボイラー２４の内側に配置されても良い。温度センサ３４は、また、加熱素子２５に結合されても良い。

制御装置４０は、ユーザが蒸気率指令を入力することができるように、ユーザ入力部４６を更に有する。ユーザは、ある範囲内のいずれかの蒸気率を要求することができることが可能である。以下の考察のために、ユーザは、ＬＯＷ（低）、ＭＥＤＩＵＭ（中）及びＨＩＧＨ（高）の３つの蒸気率設定から選択することができると仮定する。

制御装置４０は、入力部４６でのユーザ選択と、入力部４４での測定信号Ｔとに基づいて、制御可能スイッチ３３に対する制御信号Ｃをその制御出力部４３で発生させるよう設計される。更に具体的には、制御装置４０は、ユーザによって選択された蒸気率に対応する温度（以下、図３に関する考察を参照。）を示す目標レベルを内部で設定する。制御装置４０は、この内部目標レベルと入力部４４での温度測定信号Ｔを比較する。温度測定信号Ｔが前出の内部目標レベルよりも低い場合には、制御装置４０は、スイッチ３３を閉じる（オン；導通状態に切り換える）ようにその制御信号Ｃを発生させる。これにより、電流が加熱素子２５を流れて、温度が上昇する。温度測定信号Ｔが前出の内部目標レベルよりも高い場合には、制御装置４０は、スイッチ３３を開く（オフ；非導通状態に切り換える）ようにその制御信号Ｃを発生させる。これにより、加熱素子２５は電流を受けず、温度は低下する。このようにして、時間の関数としての温度は所望温度の周辺で変動する。

制御装置は同じ温度目標レベルでオン及びオフを切り換えても良いことが知られるが、制御装置は幾らかのヒステリシスを示すことも可能である。従って、制御装置は、第１の制御可能スイッチ３３がオフに切り換えられるところの第１の目標レベルよりも低い第２の目標レベルで、又は第２の目標レベルよりも下で、第１の制御可能スイッチ３３をそのオン状態へ切り換える。

蒸気アイロンシステム１は、図示されるように、通常はボイラー２４の内部に配置され、ボイラー２４へ結合された、圧力測定信号Ｐを供給する圧力センサ３５を更に有する。圧力センサ３５によって直接に制御される第２の制御可能スイッチ３７は、第１の制御可能スイッチ３３に直列に接続されている。具体的には、第２の制御可能スイッチ３７及び圧力センサ３５の接続は、圧力スイッチ（ｐｒｅｓｓｏｓｔａｔ）として実施される。ボイラー２４内の圧力が所定の圧力閾値レベルを下回る限り、第２の制御可能スイッチ３７は常にオン（導通状態）である。一方、ボイラー２４内の圧力が所定の圧力閾値レベルを上回る場合には、第２の制御可能スイッチ３７は常にオフ（非導通状態）である。

当該装置の動作は以下の通りである。

蒸気率設定ＬＯＷ及びＭＥＤＩＵＭで、圧力は比較的低いままであるので、第２の制御可能スイッチ３７は常にオンであり、加熱素子２５の電流は、上述されたように、制御装置によって制御される第１のスイッチ３３の状態によって決定される。

蒸気率設定ＨＩＧＨで、制御装置４０は、常に、第１のスイッチ３３をそのオン状態（導通状態）に保つ。ボイラー２４内の圧力が所定の圧力閾値レベルに達するまで、温度及び圧力は上昇する。ボイラー２４内の圧力が所定の圧力閾値レベルに達した時点で、第２の制御可能スイッチ３７はそのオフ状態へ切り換えられ、加熱素子２５を流れる電流を遮断する。これは、温度及び圧力を低下させて、第２の制御可能スイッチ３７をそのオン状態へ切り換えること等を引き起こす。このようにして、時間の関数としての温度は、制御装置４０の内部目標レベルよりも低い圧力スイッチの圧力設定に対応する温度の周辺で変動する。従って、制御装置４０は、第１のスイッチ３３をそのオン状態（導通状態）に保つことによって温度を上昇させ続けようとする。

圧力スイッチは、同じ圧力閾値レベルでオン及びオフを切り換えることが知られるが、圧力スイッチは幾らかのヒステリシスを示すことも可能である。従って、圧力スイッチは、第２の制御可能スイッチ３７がオフに切り換えられる第１の所定圧力閾値レベルよりも低い第２の所定圧力閾値レベルで、又は第２の所定圧力閾値レベルよりも下で、第２の制御可能スイッチ３７をそのオン状態へ切り換える。

図３は、特定のボイラーから取得された実験結果を示すグラフである。横軸は、大気圧を上回るバール（ｂａｒ）で表されるボイラー内の圧力を表す（即ち、グラフ内の１バールは、２バールの絶対圧力に相当する。）。左側の縦軸は、ボイラーの壁の外側に取り付けられた温度センサによって測定される、摂氏で表される加熱素子２５の温度を表す。曲線５１は温度と圧力との関係を示し、ダイヤは測定結果を示す。

右側の縦軸は、毎分の水のグラム量で表される、蒸気率、即ち、出口開口部を通ってボイラーから出る蒸気の量を表す。

曲線５２は蒸気率と圧力との関係を示し、正方形は測定結果を示す。明らかなように、蒸気率は圧力に依存し、圧力は温度に依存する（曲線５１）。

留意すべきは、測定される正確な温度は、温度センサを取り付けるために選択された場所に依存することがあり、従って、温度は、関連する温度である実際の蒸気温度から若干外れることがある点である。それでもなお、測定温度と実際の蒸気温度との間には常に一対一の関係性が存在するので、図３に表されるような関係が常に見つけられる。当業者には明らかなように、装置設計に依存して、温度センサを含め、較正動作を実行することが必要とされることがある。

例：
ユーザが蒸気率をＬＯＷ（７０ｇ／分）に設定した場合には、制御装置４０は、温度入力信号Ｔが約１２８度と読めるように、スイッチを開閉させる。

ユーザが蒸気率をＭＥＤＩＵＭ（９０ｇ／分）に設定した場合には、制御装置４０は、温度入力信号Ｔが約１３８度と読めるように、スイッチを開閉させる。

ユーザが蒸気率をＨＩＧＨ（１１０ｇ／分）に設定した場合には、制御装置４０は、圧力入力信号Ｐが約３．５バールと読めるように、スイッチを開閉させる。

当業者には当然のことながら、本発明は上記実施形態に限定されず、幾つかの変形及び変更が添付の特許請求の範囲に定義される本発明の技術的範囲内で可能である。

例えば、図２の実施例のように、装置は、いずれも制御装置によって制御される直列な２つのスイッチを有しても良い。

更に、ユーザによって変更可能な可変設定を有する圧力スイッチを使用することが可能である。

以上、本発明は、本発明に従う装置の機能ブロックを表すブロック図を参照して説明された。当然、これらの機能ブロックのうちの１又はそれ以上は、このような機能ブロックの機能が個別ハードウェア部品によって実現されるところのハードウェアにおいて実施されても良いが、これらの機能ブロックのうちの１又はそれ以上は、このような機能ブロックの機能が、例えばマイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、デジタル信号プロセッサなどのプログラム可能な装置又はコンピュータプログラムの１若しくはそれ以上のプログラムラインによって実現されるように、ソフトウェアで実施されることも可能である。

蒸気アイロンシステムを図式的に示す。 制御回路を図式的に表すブロック図である。 温度、圧力と蒸気率との間の関係を表すグラフである。

Claims (12)

1. 電気加熱手段と、該加熱手段の電流を制御する電流制御手段とを設けられたボイラーを有し、可変な蒸気出力率で蒸気を発生させることが可能な蒸気発生装置であって、
   前記電流制御手段は：
   少なくとも１つの温度センサ；
   前記電気加熱手段に直列に配置され、前記ボイラーにおける蒸気の温度を基に制御される第１の制御可能スイッチ；及び、
   前記ボイラーにおいて圧力を検知するよう配置された圧力センサと、前記電気加熱手段に直列に配置され前記第１の制御可能スイッチにも直列に配置されている、前記圧力センサによって制御される第２の制御可能なスイッチとを有する圧力スイッチ；
   を有する、蒸気発生装置において、
   前記電流制御手段は、所定の閾値蒸気出力率設定より下では、蒸気温度が所望の蒸気出力率に対応する所定温度に実質的に等しくなるよう制御されるように、前記第２の制御可能スイッチを常にオン（導通状態）であるように制御し且つ前記温度センサからの温度測定信号を基に前記第１の制御可能スイッチを制御するよう設計され、
   前記電流制御手段は、前記所定の閾値蒸気出力率設定より上では、蒸気圧力が所望の蒸気出力率に対応する所定圧力に実質的に等しくなるよう制御されるように、前記第１の制御可能スイッチを常にオン（導通状態）であるように制御し且つ前記圧力センサからの圧力測定信号を基に前記第２の制御可能スイッチを制御するよう設計される、蒸気発生装置。
2. 前記温度センサは、前記ボイラーにおいて蒸気の温度を検知するよう配置されたセンサである、請求項１記載の蒸気発生装置。
3. 前記温度センサは、前記加熱手段の温度を検知するよう配置されたセンサである、請求項１記載の蒸気発生装置。
4. 前記温度センサは、前記ボイラーの壁の温度を検知するよう配置されたセンサである、請求項１記載の蒸気発生装置。
5. 前記第１の制御可能スイッチは、直接に前記温度センサによって制御される、請求項１記載の蒸気発生装置。
6. 前記圧力スイッチは、前記ボイラーにおける圧力が第１の所定圧力閾値レベルに等しいか、あるいは該レベルよりも大きい場合に、前記第２の制御可能スイッチをオフに切り換え、前記ボイラーにおける圧力が第２の所定圧力閾値レベルに等しいか、あるいは該レベルよりも低い場合に、前記第２の制御可能スイッチをオンに切り換えるよう設計され、
   前記第２の所定圧力閾値レベルは、前記第１の所定圧力閾値レベルに等しいか、あるいは該レベルよりも低い、請求項１記載の蒸気発生装置。
7. 前記電流制御手段は、前記温度センサから温度測定信号を受信するよう結合された入力部と、前記蒸気出力率の設定を定めるユーザ入力を受け取るユーザ入力部と、前記第１の制御可能スイッチを制御するよう結合された制御出力部とを有する制御装置を有する、請求項１記載の蒸気発生装置。
8. 前記制御装置は、蒸気出力率の設定を示すユーザ入力信号の受信に応答し、蒸気温度が所望の蒸気出力率に対応する温度に実質的に等しくなるよう制御されるように、前記第１の制御可能スイッチを制御するよう設計される、請求項７記載の蒸気発生装置。
9. 前記制御装置は、蒸気出力率の設定を示すユーザ入力信号の受信に応答して、
   所望の蒸気出力率に対応する目標温度レベルを決定し、
   該目標温度レベルと前記温度センサからの温度測定信号を比較し、
   前記第１の制御可能スイッチが、前記温度測定信号が前記目標温度レベルに等しいか、あるいは該レベルよりも高い温度を示す場合に、オフに切り換えられ、一方、前記第１の制御可能スイッチが、前記温度測定信号が前記目標温度レベルに等しいか、あるいは該レベルよりも低い温度を示す場合に、オンに切り換えられるように、前記第１の制御可能スイッチの制御信号を発生させるよう設計される、請求項７記載の蒸気発生装置。
10. 前記制御装置はいくらかのヒステリシスを示す、請求項９記載の蒸気発生装置。
11. 前記制御装置は、高い蒸気出力率設定を示すユーザ入力信号の受信に応答し、前記第１の制御可能スイッチが常にオンに切り換えられるように、前記第１の制御可能スイッチの制御信号を発生させるよう設計される、請求項７記載の蒸気発生装置。
12. アイロン装置と、請求項１記載の蒸気発生装置とを有し、前記蒸気発生装置から前記アイロン装置へ蒸気を運ぶ蒸気搬送ホースを更に有する蒸気アイロンシステム。

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