JP6363695B2 - パルス信号反転による電気化学スケール除去 - Google Patents

Description

本発明は、液体、特に水を加熱する方法、該方法を適用する（水）加熱装置、並びに該（水）加熱装置を有する電子装置に関する。

温水装置は、スチームアイロン、電気ケトル、熱い飲料の自動販売機、等のようなあらゆる種類の機器に適用される。このような装置の有する問題は、水と接触する加熱要素にスケール（scale）を形成することである。

例えば、蒸気生成装置の動作中に、システムアイロンの（外部）ボイラーのような、水が加熱される水インフラの一部に水が供給され、結果としてスケールが形成されても良い。スケールが（周期的に）除去されない場合、目詰まりが生じ、その結果、蒸気生成装置の性能が低下し、最終的には蒸気生成装置がもはや使用に適さなくなってしまう場合がある。

有意な量のＣａ２＋及びＨＣＯ３−（重炭酸塩）を含む硬水は、温度が上昇すると以下の化学反応によりスケール（ＣａＣｏ３）を形成し得る。

Ｃａ（ＨＣＯ３）２→ＣａＣＯ３＋Ｈ２Ｏ＋ＣＯ２
特に、煮沸水はスケールを分離し、スケールは水中で形成されるが、高温を有する加熱要素自体には形成されない。時間と共に、スケールは加熱要素の上で成長し、内圧が増大すると、要素から遊離する。スケールを防ぐための水の幾つかの処置は、文献から得られる。良く知られている方法は、Ｃａ２^＋がＮａ^＋又はＨ^＋と交換されるイオン交換器の使用である。第２の良く知られている方法は、少量のホスホン酸塩が水に加えられ硬水の中で種晶の形成を抑制し、結晶の成長を、したがってスケールの形成を効率的に防ぐ、ホスホン酸塩の使用である。

前者では、イオン交換樹脂と共に内部でカートリッジを使用する必要がある。消耗の後、カートリッジは再生成されるか又は新品と交換される必要がある。後者の例では、ホスホン酸塩は、硬水のｐＨであるｐＨ７−８．５において限られた安定性を有するので、連続的にホスホン酸塩が追加される必要がある。連続的な追加は、例えば、ホスホン酸塩を水に非常にゆっくりと解放する堅い型押しタブレットの使用により実施できる。この動作法は、従来のスチームアイロンで使用されている。しかしながら、薬品が水の中に追加されることは、例えば水が飲料に適することと（も）意味するとき、欠点であり得る。

スケール形成を防ぐ物理的な方法も請求されているが、これらは、あまり明確な動作原理を有しない、及び幾つかの場合には有効性さえ疑わしい場合がある。例えば、スケール防止のために水管に配置される（電気）磁石の使用は、乏しい理解の非再現スケール防止方法の一例である。

また、ＷＯ２０１２０１１０２６及びＷＯ２０１２０１１０５１は、スケールを防ぐ方法を記載している。
ＪＰ２００３２３５３９９は、円筒形加熱器本体の中に設置され、所定時間間隔で内部表面から本体を叩くことにより加熱器本体に振動を生成する電磁励起手段を記載している。空気中と水中との間の差を有する加熱器本体の振動の差は、振動検出手段により検出される。振動の差は、電子回路により分類される。加熱器が空気中にあることが検出されると、切り替え回路は、非エネルギ供給状態に切り替えられ、加熱器をオフにする。
Ｃん１０１０８５６８３は、電気化学廃水処理システムの電力装置を記載している。該装置は、１つの主電力回路と、２〜１１０Ｖ及び２０〜２００Ｈｚのベル波形を生成できる調整可能外部動作回路と、回路電力を安定化及び調整する１つの内部電圧と、内部の動作中の直流電流の少なくとも１つの単位を生成するために用いられる電力を安定化する１つの電圧と、３０〜１５０Ｈｚの調整可能な交流電流を生成するために用いられる１つの交流電流信号源と、７〜９００ＫＨｚ及び１〜９９％のデューティサイクルの調整可能な方形波を生成するため、入力交流電流信号及び出力掃引周波数信号の交流電流信号を調整するため、に使用される１つの高周波数方形波信号源と、高周波数方形波信号の掃引周波数出力を拡大するために使用される１つの駆動回路と、駆動回路から出力された後に内部の動作中の電流を調整するため、及び次に全体の電力装置を出力するために使用される１つの出力回路と、を有する。
ＪＰ２００７０２１３３８は、 商用交流電源の整流電圧をスイッチングして、包絡線が正弦波半波の脈流となる直流出力を生じさせる電解用スイッチング電源と、直流出力の極性を周期的に反転させながら電極に電流を供給し、整流電圧のゼロクロスで極性反転を実行する極性切替手段と、電解用スイッチング電源を制御し、極性切替手段から極性反転指令を受けたとき電流の出力をそのゼロクロスで停止させ、その後、極性反転の実行により電流の出力を開始するスイッチング制御手段と、を備え、極性反転指令後に、電流の出力はゼロクロスで停止となる、イオン水生成器を記載している。また、極性反転の実行により電流出力を開始するときは０から正弦波で立ち上がる。
ＵＳ４３５７５２４は、電源周波数の約１０倍の周波数で及びウインドウヒーター温度に従って高周波数のパルス幅変調により決定されるデューティサイクルでオンオフを制御される双方向スイッチを提供することにより、高周波数スイッチングを用いる制御システムを記載している。
ＥＰ２０３６８６５は、処理されるべき水が供給される水路の水管の外側にコイルが設けられ、特性の周波数又は特定のピーク電流を有する特定の交流電流がＡＣ電源からコイルに供給されることを記載している。特定の交流電流の周波数として、複数の共振周波数を有するグループから１つの共振周波数が選択される。共鳴磁界は、特定のピーク電流により水路内に誘起される。このような特定の交流電流により誘起された共振電磁界は、処理されるべき水に与えられ、処理されるべき水に電磁界処理を行い、それにより、単純且つ容易に及び高効率に活性化された活性化した処理済み水が得られる。

したがって、本発明の一態様は、温水器におけるスケーリングを防止する又は低減する代替方法、及び／又は代替温水器装置を提供することであり、望ましくは、上述の欠点のうちの１又は複数を及び／又は従来の比較的複雑な構成若しくは解決法を防止し少なくとも部分的に取り除く。特に、本発明は、加熱装置の中の（加熱可能な壁又は浸水加熱器のような）加熱要素におけるスケールの形成を防止し又は低減し、及び／又はこのような加熱要素の石灰化した表面から石灰を除去することを目的とする。

ここで、水のような（水性）液体からの電気化学スケール防止及び／又は除去が提案される。原理は、ＤＣ電源に接続された水の中の２つの電極を有することである。陽極（＋電極）で、酸化が行われる。陰極（−電極）で、還元が行われる。実際には、これは、以下のような陰極での水の還元を意味する。

２Ｈ_２Ｏ＋Ｏ_２＋４ｅ⁻→４ＯＨ⁻
ＯＨの形成は、局所的にｐＨを増大し、ＨＣＯ_３ ⁻をＣＯ_３ ⁻に変換する。ＣＯ_３ ⁻はＣａ^２＋と反応し、石灰が陰極の上に沈殿する。

陽極では、酸化が行われる。陽極材料が酸化耐性であるとき、水は、酸素と酸とへと酸化される。酸は、電極に沈殿している石灰を分解し、電極は加熱された（硬）水の中で用いられるとき、きれいなままである。

２Ｈ_２Ｏ→Ｏ_２＋４Ｈ^＋→４ｅ⁻
陰極の反応が早いとき、陰極は酸化される。例えば、金属の陽極は、非常に安定した金属（Ｐｔ）、特定の遷移金属酸化物、又は炭素電極が使用されない限り、溶ける。石灰化スチールは、正電圧を印加することにより石灰を除去できるが、その効果は、小さな電圧／電流しか実現できない金属の侵食性により限定される。

纏めると、このような単純な設定は、陰極にスケールを堆積させ及び（酸化耐性）陰極をきれいに保つことにより、水からスケールを除去し得る。侵食耐性陽極材料が必要なことに加えて、欠点は、陰極が定期的間隔で清浄される必要があることである。

スケール（つまり、炭酸カルシウム（「カルキ」）形成）は、２つの電極のうちの一方は加熱要素である２つの電極にＡＣ信号を印加することにより防止できることが分かった。信号の連続的反転により、加熱要素は、陽極又は陰極に交代する。これは、酸と塩基の交代が加熱要素の表面で生成され、加熱要素へのスケールの付着を効果的に弱めることを意味する。

ＡＣ信号に隠れた基本的考えは、金属イオンが電極から溶液中へ移動するのを防ぐことにより、侵食が抑制されることである。信号が正のとき、金属イオンは、電極から離れて水の中へ向かう（侵食）。信号が十分に速く反転されるとき、金属イオンは、電極へ引き戻される。反転が十分速いとき、イオンは、金属表面にある境界層を脱出できず、侵食が防がれる。

高周波数信号の印加は単一の低周波数ＡＣ信号の侵食を抑制するが、欠点がある。第２のＡＣ信号は、特定の振幅を効果的にするために必要である。例えば、両方のＡＣ信号の振幅が低周波数信号のピークで等しいとき、振幅は第２の周波数により変調され、最小で０Ｖまで低下させるが、最大では２倍にする（後述する）。振幅の倍増は、侵食閾を超えるピーク振幅により侵食を防止していた第２のＡＣ信号が存在するにも係わらず、ここでも侵食を生じ得る。

さらに、本例では、低周波数信号のピークで、したがって侵食のリスクの最も高いところで、信号は０Ｖに反転されるだけであることに留意する。実際に、これは、スケール形成及び侵食を防ぐために温水器の正常な信号を調整することが、（任意的にＤＣも含む）周波数ばかりか振幅も正しく選択されないために、煩わしいことを意味する。スケール防止のために十分な振幅が必要である。しかし、ピークで、振幅は、電極における境界層が破壊され侵食が始まる特定の閾を交差するべきではない。

驚くことに、特定の周波数で信号を反転するＡＣ信号による代わりに、ＡＣ信号をパルス変調することにより、従来の欠点を克服できることが分かった。第１の利点は、信号を完全に反転することが可能であり、したがって、追加振幅を加えずに、金属電極の表面にある境界層の修復を強化することである。第２の利点は、振幅を加えずにパルス周波数が侵食を防ぐと同時に、十分な酸形成のために低周波数信号がより簡単に調整できることである。つまり、２つの処理（スケール防止及び侵食防止）が、重畳ＡＣ信号によるよりも容易に互いに分離できる。明らかに、パルス周波数が変調できるだけでなく、パルスのデューティサイクルも変えられる。

したがって、第１の態様では、本発明は、加熱器の中の液体を加熱する方法を提供する。添付の請求の範囲に更に定められるように、前記加熱器は、加熱要素を有し、前記方法は、（ｉ）前記加熱器の中の前記液体を加熱するステップであって、前記加熱要素は、前記液体と接触する、ステップと、（ｉｉ）前記加熱要素と対極との間に、特に少なくとも１Ｖの電位差（Ｖ）を印加するステップであって、前記電位差（Ｖ）は、ＡＣ成分を有し、前記ＡＣ成分により、前記電位差は０．０１乃至１００Ｈｚの範囲のＡＣ周波数（ｆ）と共に変化し、前記電位差は、サイクル時間（Ｔ）及びデューティサイクル（Ｄ）を有し印加され、前記電位差は、前記サイクル時間の第１の部分の間に符号を有し、該符号は、前記サイクル時間の第２の部分の間の前記電位差の符号と逆であり、前記サイクル時間の前記第１の部分及び前記サイクル時間の前記第２の部分のうちの１又は複数の間に、前記電位差は時間的に符号を変える、ステップと、を有する。

したがって、本発明は、液体を加熱する間又はその後に、加熱要素は、変動する電位差を受け、この変動は、０．０１乃至１００Ｈｚ、特に０．１乃至５０Ｈｚの程度の比較的低速な成分を有するが、サイクルの中では、電位は、時間的に符号が、及び任意で絶対値が変化する。これにより、時間的に、加熱要素における電位の符号は（及び同時に（熱い）水性液体、特に水に接触している）正から負へ又はその逆に変化する。

驚いたことに、この解決法により、スケール形成は実質的に防止され及び／又は除去され、侵食が防止できた。交流（ＡＣ）が電極に供給されると、交互に起こる酸と塩基が、電極において形成される。スケールは、沸騰中に形成される間、電極表面で連続的に溶解と再沈殿を繰り返すので、実質的に電極壁に付着しない。本方法は、既に石灰化した表面の石灰を除去するためにも使用できる。

各サイクルは、電位差がＡＣ方式に従うので、正及び負の部分を有することに留意する。サイクル時間の第１の部分の間、電位差は、第２の部分と符号が逆である。通常、サイクルは、正又は負の符号を有する第１の部分と、負又は正の符号を有する第２の部分と、をそれぞれ有する。例えば、サイクル時間の第１の部分の間、加熱要素は陽極であり、サイクル時間の第２の部分の間、加熱要素は陰極である。本発明により、第１又は第２のサイクルの間、時間的に、電位差は符号を変化する。例えば、サイクル時間の第１の部分の間、加熱要素は陽極であるが、サイクル時間の第１の部分の中の（短い）時間期間の間、加熱要素は陰極に変化し、再び陽極に戻る。第１の部分の後に、加熱要素は、陰極になるが、再び時間的に（次に）これは陽極になっても良い。したがって、このような第１の部分の中で及び／又はこのような第２の部分の中で、電位差の符号は時間的に変化（「反転」）する（つまり、これらの部分のうちの１つの中で、時間的に他の部分と同じ符号を有する）。任意で、絶対値も変化されても良い。このような電位差の時間的変化の後に、電位差は通常のＡＣ方式に従う。したがって、ＡＣ成分が周期的関数ｆ（ｔ）に従うとすると、時間的変化は、値ｍｆ＊ｆ（ｔ）を生じる。ここで、ｍｆは、変調係数であり、通常はゼロより小さい（後述する）。用語サイクルは、特に、時間１／ｆ、つまり周波数の逆数を表す。

本発明は、サイクル時間の第１の部分の間のみ、又はサイクル時間の第２の部分の間のみ、又はサイクル時間の第１の部分とサイクル時間の第２の部分の両方の間で、又はサイクル時間の第１の部分とサイクル時間の第２の部分に渡りランダムに分散して、パルス幅変調の形式のような、このようなＡＣ方式の時間的変化を生じる実施形態を含む。本発明は、本願明細書に定めるような電位差の印加の間に、電位差がサイクルの１０乃至１００％のうちで符号を時間的に変化する実施形態を含む。したがって、必ずしも全てのサイクルがこのような時間的変調を含むわけではない。特に、高い周波数では、これは、必ずしも全部のサイクルで必要ではない。しかしながら、通常、各サイクル時間の前記第１の部分及び前記サイクル時間の前記第２の部分のうちの１又は複数の間に、前記電位差は、時間的に符号を変える。時間的変化は、本願明細書でパルス周波数（ｆｐ）としても示される周波数を有しても良い。ｆｐは、特に５０乃至２５００Ｈｚの範囲であっても良い。特に、パルス周波数及びＡＣ電圧（成分）の周波数（ｆ）は、ｆｐ／ｆ＞２を有する。

符号の時間的変化又は反転は、絶対値の変化に付随しても良い。したがって、一実施形態では、前記サイクル時間の前記第１の部分及び前記サイクル時間の前記第２の部分のうちの１又は複数の間に、前記電位差は、時間的に符号及び絶対値を変える。反転は１００％であっても良いが、それより小さいか、又は任意でそれより大きくても良い。１００％の反転では、（時間的変化の間の）ＡＣ電位差の変調係数（ｍｆ）は、−１である。しかしながら、この変調係数は、もっと小さくても（又は任意でもっと大きくても）良い。一実施形態では、−２．５≦ｍｆ＜０、例えば特に−１．１≦ｍｆ＜０、更には−１．０≦ｍｆ＜０である。

任意で、信号の部分は、変調係数０≧ｍｆ≧２．５、例えば０≧ｍｆ≧１．１、特に０≧ｍｆ≧１．０により変調されても良い。これは、更に有利な変調であるが、符号の変化には貢献しない。

電位差の符号の時間的変化により、このような時間的変化が生じるサイクルのデューティサイクルは、１００％より低い。特に、デューティサイクルは５乃至９５％の範囲であり、例えば、さらには３５乃至６５％である。ここでも、デューティサイクルの値は、基本的に、サイクルの第１の部分とサイクルの第２の部分との間で異なっても良い。用語「デューティサイクル」は、従来知られており、特に、検討中の全時間の一部としての全体が活性状態である時間の割合に関連する。例えば、ＡＣ電位が正弦関数形状を有し、信号がこの正弦波に従うとき、デューティサイクルは１００％である。しかしながら、時間の２５％の間、信号がゼロである、又は例えば（信号が正弦波に従う状況に対して）反対符号を有するなら、デューティサイクルは７５％になる。

特定の実施形態では、パルス幅変調されたＡＣ電位差が印加される。したがって、本発明は、加熱器の中の液体を加熱する方法であって、加熱器は加熱要素を有し、前記方法は、（ｉ）前記加熱器の中の前記液体を加熱するステップであって、前記加熱要素は前記液体に接触する、ステップと、（ｉｉａ）前記加熱要素と対極との間にＡＣ電位差を印加するステップであって、前記ＡＣ電位差は０．０１乃至１００Ｈｚ、特に０．１乃至５０Ｈｚの範囲のＡＣ周波数（ｆ）、サイクル時間、及びデューティサイクル（Ｄ）を有する、ステップと、（ｉｉｂ）５０乃至２５００Ｈｚの範囲のパルス周波数（ｆｐ）により前記ＡＣ電位差にパルス変調を適用するステップであって、ｆｐ／ｆ＞２であり、前記パルス変調は前記ＡＣ信号の振幅を（ｉ）−２．５≦ｍｆ＜０、特に−１．１≦ｍｆ＜０の範囲の変調係数（ｍｆ）で及び（ｉｉ）５％≦Ｄ≦９５％、例えば３５乃至６５％の範囲のデューティサイクルで変調するよう選択される、ステップと、を有する方法も提供する。

（加熱されるべき又は加熱中の液体中の）イオンの移動性は、温度に依存する。比較的低い電力で動作する温水システムでは、移動性は比較的低い。加熱器が加圧され及び例えばエスプレッソコーヒーメーカのような（流入）加熱器のように高電力で動作するとき、移動性は比較的高い。動作温度が高いほど、より高い対称性の電気信号が侵食を防ぐことが分かった。追加ＤＣ信号は、加熱器が高温で動作するとき、低く又はゼロであっても良い。１２０℃に等しい又はそれより高いような高温では（つまり、液体に接触している加熱要素の温度）、信号は、特に、比較的対称であり、３５乃至６５％、例えば特に約５０％であるパルスのデューティサイクルを有する。一方で、パルス周波数も、高温で侵食を防ぐために十分高くても良く、例えば０．５乃至２０００Ｈｚの範囲である。

上述のように、電位差の時間的変化により、デューティサイクルは１００％より小さい。反転の程度は、サイクル（時間）の第１の部分とサイクル（時間）の第２の部分とで、及びサイクル同士でも異なっても良い。特に、前記デューティサイクルの前記サイクル時間の前記第１の部分及び前記サイクル時間の前記第２の部分のうちの１又は複数の間に、前記デューティサイクルは、３５乃至６５％の範囲である。

上述のように、ＡＣ電位差周波数は、特に０．１乃至５０Ｈｚの範囲である。さらに、電位差（（ＡＣ）電圧）は、１乃至５Ｖ、例えば少なくとも１．２Ｖ、同様に１．５乃至５Ｖ、例えば特に１．５Ｖ乃至４Ｖの範囲であっても良い。加熱要素は、特に、（液体の）沸騰温度の近くの温度まで液体を加熱するために用いられても良い。一実施形態では、方法は、１２０乃至２５０℃の範囲の温度まで加熱要素を加熱するステップを有しても良い。さらに、ｆｐ／ｆ＞５、特にｆｐ／ｆ＞１０である。更なる実施形態では、ｆｐ／ｆ＜２５００である。

更なる実施形態では、方法は、１２０乃至２５０℃、例えば１４０乃至２００℃の範囲の温度まで加熱要素を加熱するステップを有しても良い。本願明細書に記載の条件の下で、これは、水が約８０乃至１１０℃、特に約８５乃至１００℃の範囲の温度まで加熱され得ることを意味し得る。加熱要素は、特に、（液体の）沸騰温度の近くの温度まで液体を加熱するために用いられても良い。さらに、液体は、加圧されて加熱されても良い。つまり、圧力は１ｂａｒより高い。したがって、一実施形態では、加熱要素と接触している液体は、１乃至１２ｂａｒ、特に１乃至１０ｂａｒの範囲の圧力である（にされる）。幾つかの例では、圧力は、７乃至１２ｂａｒ、例えば７乃至１０ｂａｒの範囲であっても良い。この目的のために、加熱装置は、液体に圧力を、特に１以上の又は１２ｂａｒより小さい、例えば＞１ｂａｒ且つ≦１０ｂａｒ、例えば７乃至１０ｂａｒの範囲の圧力を加えるよう構成される装置を更に有しても良い。例えば、このような装置は、当業者に知られているようなポンプであっても良い。特定の実施形態では、（熱い）液体は、沸騰温度より低い０．２５乃至２０℃、例えば沸騰温度より低い１乃至１５℃の範囲の温度を有する。したがって、加熱要素の少なくとも一部は、作動時間の少なくとも一部の間、このような温度で液体と接触しても良い。したがって、一実施形態では、本発明は、液体が、沸騰温度より低い０．２５乃至２０℃、例えば沸騰温度より低い１乃至１５℃の範囲の温度を有する方法も含む。

液体は、静的方法で容器の中で加熱されても良い。代替で、液体は、加熱要素に沿って流れても良い。したがって、一実施形態では、方法は、加熱要素に沿って、特に１．５乃至１０ｍｌ／ｓの範囲、例えば２乃至３．５ｍｌ／ｓ又は４．５乃至７ｍｌ／ｓの範囲の流速で、液体を流すステップを更に有しても良い。したがって、特定の実施形態では、方法は、加熱要素と対極との間を、特に１．５乃至１０ｍｌ／ｓの範囲、例えば３乃至６ｍｌ／ｓ、同様に４乃至６ｍｌ／ｓの範囲の流速で、液体を流すステップを有しても良い。したがって、一実施形態では、加熱器は、加熱要素と対極との間に液体を流すよう構成される。更なる特定の実施形態では、加熱器は、流入加熱器を有し、加熱要素は対極を包み込む。更なる特定の実施形態では、加熱要素及び対極は、０．５乃至５ｍｍの範囲の相互（最短）距離（ｄ２）を有する。

代替の実施形態では、加熱器は、流入加熱器を有し、対極は加熱要素を包み込む。更に他の実施形態では、加熱要素と対極の両者は、液体を加熱するよう構成される（したがって、対極は、第２の加熱要素を有する）。

特に有利なことは、正弦関数又は三角又はブロック形状を有するＡＣ信号の使用である。電流がそのピークにある時間が、例えば正弦関数又はブロック形状波に比べて短い場合、侵食のリスクを低減する。信号は、当業者に知られている幾つかの方法で生成できる。中でも、Ｈブリッジ、又はＨブリッジアプローチが適用されても良い。信号は、信号が定められ得るソフトウェアに基づき生成されても良い。例えば、マイクロコントローラが信号を生成するために使用できる。

ＡＣ電圧の印加は、（水性）液体の加熱の前、最中、又は後であっても良い。望ましくは、ＡＣ電圧は、（水性）液体の加熱の最中に印加される。表現「加熱要素と対極との間にＡＣ電圧を印加する」及び同様の表現は、加熱要素及び対極の両者が（水性）液体と接触している実施形態に関連する。したがって、表現「加熱要素と対極との間にＡＣ電圧を印加する」は、加熱要素と対極との間にＡＣ電圧を印加し、加熱要素及び対極が（水性）液体と接触していることを表す。表現「接触する」は、アイテムの少なくとも一部が接触している実施形態を含む。例えば、加熱要素の少なくとも一部又は対極の少なくとも一部は、それぞれ（水性）液体に接触していても良い。特に、加熱要素は、接地（グランド）され得る。

本願明細書では、液体は、特に水である（しかしながら、他の水性液体も本願明細書に記載の方法及び加熱装置により加熱されても良い）。方法は、硬水及び軟水に、特に望ましくは少なくとも１００μＳ／ｃｍの水導電率を有する水に、用いられても良い。

加熱要素は、水の中に直接浸水され、又は加熱器の壁（の一部）として配置されても良い。両者の場合に、加熱要素（壁）は、電極として動作し、対極に電気的に接続される。したがって、加熱要素（の表面）は、加熱器の中の（水性）液体と接触する。これは、本願明細書では、表現「加熱要素は（水性）液体と接触する」によっても示される。したがって、用語、加熱要素は、（水性）液体と接触し及び（（水性）液体を加熱するために加熱器が用いられるとき）加熱器から（水性）液体へ熱を供給する部分（要素）を表す。スケールが沈殿し得るのは、加熱要素（又は特に、（水性）液体と接触するその表面（の一部））である。したがって、用語「加熱要素」は、必ずしも、熱を生成する実際の熱生成装置を表さないが、熱を（水性）液体に転送する部分／要素を表す。一実施形態では、用語「加熱要素」は、複数の加熱要素を表しても良い。

本願明細書で（水性）液体を加熱する加熱要素は、望ましくは、スチール壁又はスチール浸水加熱器のような、液体を加熱する１又は複数の金属部分を有し又は基本的に金属から形成される。したがって、加熱要素は、本願明細書では、金属加熱要素としても示される。（水性）液体と接触する加熱要素この金属の上に、スケールが沈殿し得る。望ましくは、本願明細書で（水性）液体を加熱する加熱要素は、望ましくは、液体を加熱する１又は複数の金属部分を有し又は基本的に金属から形成される。したがって、加熱要素、又は水と接触する加熱要素の一部は、望ましくは、スチールから形成される（しかしながら、他の材料も可能であり得る）。特定の実施形態では、加熱要素は、スチール加熱要素である。

用語「対極」は、一実施形態では、複数の対極も表しても良い。例えば、１より多い信号が印加されるとき、基本的に異なる対極が適用されても良い。一実施形態では、印加される信号は、別個の対極に印加される。したがって、対極は、複数の対極を有し、ＡＣ電圧は加熱要素と第１の対極との間に印加され、第２のＡＣ電圧は加熱要素と更なる対極との間に印加される。特に、２以上のＡＣ信号が印加されるとき、各ＡＣ信号のために異なる対極を使用する選択肢があっても良い。

対極は、例えば、ステンレス鋼又は合金酸化物（mixed metal oxide：ＭＭＯ）、炭素ベースの又はプラチナ電極であっても良い。加熱器の壁が対極として使用される場合、望ましくは、対極は、金属であり、更に望ましくはスチールである。

用語「スチール」は、本願明細書では特にステンレス鋼を表す。いかなるグレードのステンレス鋼も適用できる。望ましくは、スチールは、Ｃｒ及びＮｉの両方を含み（例えば、グレード３０４）、一方、少量のＭｏの追加の存在が特に有利である（例えばグレード３１６以上）。

用語「加熱器」は、水のような液体を加熱するよう配置される装置を示すために用いられる。加熱器は、特に、温水器に関連する。用語「温水器」は、水のような（水性）液体を加熱するよう配置される装置を示すために用いられる。用語「温水器」（本願明細書では「加熱器」により示される）は、例えば、（（水性）液体の加熱に基づく）蒸気生成室を表しても良い。加熱器は、流入加熱器の種類であっても良い。加熱器は、例えば、一実施形態では加熱器壁に接続される熱生成装置により（水性）液体を加熱しても良く、（（水性）液体に接触する）壁は（（水性）液体を加熱する）加熱要素である。或いは、加熱器は、例えば一実施形態では、（加熱要素が（水性）液体と接触する）浸水型加熱器の場合のように、水のような（水性）液体の中の要素により加熱しても良い。異なる種類の加熱要素が（同時に）適用されても良い。用語「（水）加熱器」は、蒸気を生成するよう配置される（閉じた）ボイラー、温水を生成するよう配置される（閉じた）ボイラー、流入加熱器又はスチーマを表しても良い。特定の実施形態では、（水性）液体を加熱するよう配置された加熱器は、流入加熱器（後述する）、流入スチーマ、水を加熱する加熱器、及びスチームを生成する加熱器、を有するグループから選択される。さらに、加熱器は、加熱した水及び蒸気を適用するよう構成されても良い。また、加熱要素及び例えば水を運ぶ管がアルミニウムのブロックの中にある加熱器ブロックも含まれる。

加熱は、室温より高い温度でのいかなる加熱も含み得るが、特に５０℃より高い（（水性）液体の）加熱、特に加熱器の中の（水性）液体の少なくとも８５℃の温度への加熱を表す。したがって、用語、加熱は、高温にすること、沸騰すること、及び／又は蒸気を生成することを含み得る。

加熱器は、蒸気を生成する（例えば、加圧蒸気生成器のために使用されるような（システムアイロンとして示される場合も多い））蒸気生成装置の加熱器、（例えばコーヒー、お茶、カプチーノ、又はホットチョコレート、等を作るための）熱い液体の自動販売機のような熱い飲料水を提供する温水器、電気ケトル、コーヒーメーカー（ドリップフィルタ）、エスプレッソマシン、パッドコーヒーメーカー、（家屋の又はアパート、オフィスビルの内部暖房（家庭ボイラー）のための）ボイラー、工業ボイラー、等、洗濯機若しくは食器洗い機の中に配置される温水器、又は（雑草を殺すために熱湯を供給するよう配置される）熱湯に基づく除草装置（又は噴霧器）のような任意の加熱器であっても良い。

本発明は、本発明の方法が適用され得る装置も提供する。したがって、本発明は、一実施形態では、（水性）液体を加熱するよう配置される（水）加熱器であって、前記（水）加熱器は、（水）加熱器の中の（水性）液体を加熱する加熱要素を有し、加熱要素は、（水性）液体と接触して配置される、（水）加熱器と、ＡＣ電圧を加熱要素と対極との間に印加するよう配置される電源と、を有する（水）加熱装置を提供する。したがって、加熱装置は、本願明細書に記載の方法を実行し得る。

したがって、本発明は、添付の請求の範囲に更に定められるように、加熱器を有し、液体を加熱するよう配置される（水）加熱装置であって、前記加熱器の中の前記液体を加熱する加熱要素であって、前記加熱要素は前記液体に接触するよう配置される、加熱要素と、（前記加熱要素と対極との間にＡＣ電圧を印加するよう配置される）電源と、を有し、前記（水）加熱装置は、前記加熱要素と対極との間に電位差を印加するよう構成され、前記電位差は、ＡＣ成分を有し、前記ＡＣ成分により、前記電位差は０．０１乃至１００Ｈｚの範囲のＡＣ周波数（ｆ）と共に変化し、前記電位差は、サイクル時間及びデューティサイクルを有し印加され、前記電位差は、前記サイクル時間の第１の部分の間に符号を有し、該符号は、前記サイクル時間の第２の部分の間の前記電位差の符号と逆であり、前記サイクル時間の前記第１の部分及び前記サイクル時間の前記第２の部分のうちの１又は複数の間に、前記電位差は時間的に符号を変える、加熱装置を提供する。

特定の実施形態では、前記加熱装置は、前記加熱要素と対極との間にＡＣ電位差を印加するよう構成され、前記ＡＣ電位差は０．０１乃至１００Ｈｚの範囲のＡＣ周波数（ｆ）、サイクル時間、及びデューティサイクル（Ｄ）を有し、５０乃至２５００Ｈｚの範囲のパルス周波数（ｆｐ）により前記ＡＣ電位差にパルス変調を適用するよう構成され、ｆｐ／ｆ＞２であり、前記パルス変調は前記ＡＣ信号の振幅を（ｉ）−２．５≦ｍｆ＜０の範囲の変調係数（ｍｆ）で及び（ｉｉ）５％≦Ｄ≦９５％の範囲のデューティサイクルで変調するよう選択される（上記も参照する）。

更に別の実施形態では、加熱器は、前記加熱要素と前記対極との間に前記液体を流すよう構成され、前記加熱器は、流入加熱器を有し、前記加熱要素は、前記対極を包み込む（しかしながら、上記も参照のこと）。流入加熱器は、特に、参照により本願明細書に組み込まれるＷＯ２００６／０６７６９５及びＷＯ２０１０／０５５４７２に記載されている。

したがって、更なる態様では、本発明は、上記の加熱装置を有する電子装置であって、前記電子装置は、温水及び／又は蒸気を生成するよう配置される、電子装置を提供する。特に、電子装置は、アイロン、加圧蒸気生成器、非加圧蒸気生成器（衣類スチーマとして示される場合もある）、高温液体自動販売機、電気ケトル、コーヒーメーカー（ドリップフィルタ）、エスプレッソメーカー、パッドコーヒーメーカー、洗濯機、食器洗い機、及び熱湯に基づく除草装置（噴霧器）を有するグループから選択されても良い。高温液体自動販売機は、例えば、コーヒーメーカー、エスプレッソメーカー、パッドコーヒーメーカー、ホットチョコレートメーカー、ホットチョコレートパッドメーカー、スープマシン、ホットティーメーカー、及びこのような機能のうちの２以上を有し得る自動販売機に関連しても良い。したがって、本発明は、特に、高温の液体を有する飲料を供給する電子装置であって、前記電子装置は、本願明細書に記載の（水）加熱装置を有し、前記電子装置は、前記飲料のために温水及び／又は蒸気を生成するよう配置される、電子装置を更に提供する。このような飲料は、コーヒー、お茶、エスプレッソ、及びホットチョコレートであっても良い。一実施形態では、電子装置又は自動販売機は、任意で、エスプレッソメーカー、エスプレッソコンパンナ、カフェラテ、フラットホワイト、カフェブラベ、カプチーノ、カフェモカ、アメリカーノ、ラテマキアート、レッドアイ、カフェオレ、リステロット、エスプレッソドッピオ、カフェクリーム、ペプレッソ、等々のうちの１又は複数を生成可能であっても良い。

更に別の態様では、本発明は、添付の請求の範囲に更に定められるように、（ｉ）ＡＣ電圧と、（ｉｉ）温水器のスケールを防ぐ又は低減するために水性液体を加熱するよう配置される温水器の加熱要素への前記ＡＣ電圧のサイクルの第１の部分及び第２の部分のうちの１又は複数の間の符号の時間的変化と、の組合せの使用方法を提供する。

上述のように、本願明細書に記載のＡＣ電圧は、望ましくは、加熱要素を有する加熱器の中の（水性）液体の加熱中に印加される。これは、加熱要素のスケール形成の防止及び／又は低減において最も影響を及ぼし得る。

一実施形態では、前記方法は、前記（水性）液体の導電率、及び任意で他のパラメータの測定、並びに、任意で前記ＡＣ電圧、任意で前記測定及び前記導電率（及び前記任意の他のパラメータ）と前記ＡＣ電圧との間の所定の関係に依存して電位差の時間的変化、及び任意で前記電位差の前記時間的変化を制御するステップ、を更に有する。測定されても良い１又は複数の任意の他のパラメータは、（水性）液体の温度、（水性）液体のｐＨ、（加熱要素と対極との間を）流れている電流、２つの電極（つまり加熱要素と対極）を接続するときの電圧降下、等を有するグループから選択されても良い。特に、前記方法は、電位差、ＡＣ周波数（ｆ）、及び（任意で）デューティサイクルのうちの１又は複数を、（ｉ）加熱要素と対極との間の電流、及び（ｉｉ）液体の電気導電率のうちの１又は複数に応じて、制御するステップを有しても良い。特に、加熱要素と対極との間の電流が測定される。電流及び／又は導電率の測定値は、生じている化学過程に関する情報を与え得る。

通常、電流密度（つまり、加熱要素と対極との間の）は、ボイラーシステムの中の平坦な加熱要素又はらせん形状の加熱要素を用いるとき、０．１−１０ｍＡ／ｃｍ^２、特に０．１−５ｍＡ／ｃｍ^２、例えば０．２−０．６ｍＡ／ｃｍ^２、或いは流入加熱器では特に０．２−５ｍＡ／ｃｍ^２、の範囲である。

電源は、ＡＣ電圧及び電位差の時間的変化を生成できるいかなるシステムであり得る。任意で、ＡＣの周波数、ＡＣのピークツーピーク電圧、時間的変化の周波数、時間的変化のピークツーピーク電圧、のうちの１又は複数は、可変且つ制御可能である。例えば、１又は複数は、液体の電気導電率及び／又は液体の温度、又は流れている電流のようなパラメータに関連して制御されても良い。用語「電源」は、一実施形態では、複数の電源も表しても良い。基本的に、各電圧は、異なる電源により生成されても良い。

電圧（つまり、電位差）の印加は、望ましくは、（水性）液体が高温である間に不変に印加されても良いが、一実施形態では周期的に印加されても良い。任意で、電圧は、（水性）液体の加熱の前又は後に印加される。しかしながら、電圧が（水性）液体の加熱の最中に印加されるとき、最良の結果が得られる。

特に、水の導電率は、１００−５００００μＳ／ｃｍの範囲であり、水の温度は、５０℃乃至沸騰温度の範囲、特に≧８５℃である。

「実質的に有する」のような用語「実質的に（substantially）」は、本願明細書では、当業者により理解されるだろう。用語「実質的に」は、「全体的に」、「完全に」、「全て」、等を有する実施形態を含み得る。したがって、実施形態では、形容詞である実質的には、削除されても良い。適切な場合には、用語「実質的に」は、例えば９５％以上、特に９９％以上、さらには特に９９．５％以上、のような９０％以上に関連し、１００％を含む。用語「有する（comprise）」は、用語「有する（comprise）」が「有する（consists of）」を意味する実施形態も含む。

さらに、明細書及び請求の範囲の中の用語、第１の（first）、第２の（second）、第３の（third）等は、同様の要素同士を区別するために用いられ、必ずしも逐次的又は時間的順序を示すためではない。使用される用語は、適切な環境で代用可能であること、及び本願明細書に記載の本発明の実施形態は本願明細書に記載された又は図示された以外の順序で動作可能であることが理解されるべきである。

本願明細書の装置又は機器は、特に動作中に記載される。当業者に明らかなように、本発明は、作動方法又は動作中の装置に限定されない。

留意すべきことに、上述の実施形態は、本発明を限定するのではなく、当業者は添付の請求の範囲から逸脱することなく多数の代替の実施形態を考案できる。請求項中、括弧内に記載された如何なる参照符号も、請求項を制限すると見なされるべきではない。動詞「有する（to comprise）」は、請求項中に述べた以外の要素又はステップの存在を排除するものではない。要素の前にある単数を表す監視（「ａ」、「an」）は、このような要素の複数の存在を排除しない。用語「及び／又は（and/or）」は、特に「〜のうちの１又は複数（one or more of）」を示す。本発明は、複数の別個の要素を有するハードウェアにより又は適切にプログラムされたコンピュータにより、実施され得る。複数の手段を列挙している装置の請求項でも、これらの複数の手段は、１つの同一のハードウェア要素により実装することができる。特定の量が相互に異なる従属請求項に記載されるという事実は、これらの量の組合せが有利に用いることが出来ないことを示すものではない。

本発明は、明細書に記載された及び／又は添付の図面に示された特性記述的特徴のうちの１又は複数を有する機器又は装置に更に適用する。本発明は、明細書に記載された及び／又は添付の図面に示された特性記述的特徴のうちの１又は複数を有する方法又は処理に更に関する。

本願で議論される種々の態様は、追加の利点を提供するために結合できる。さらに、特徴のうちの幾つかは、１又は複数の分割出願の基礎を形成できる。

本発明の実施形態は、単なる例として添付の図面を参照して以下に説明される。図中、対応する参照符号は対応する部分を示す。
加熱要素が水中に埋没した又は加熱要素が加熱器（温水器）の壁である加熱装置の幾つかの可能な構成を図示する。 加熱要素が水中に埋没した又は加熱要素が加熱器（温水器）の壁である加熱装置の幾つかの可能な構成を図示する。 加熱要素が水中に埋没した又は加熱要素が加熱器（温水器）の壁である加熱装置の幾つかの可能な構成を図示する。 加熱要素が水中に埋没した又は加熱要素が加熱器（温水器）の壁である加熱装置の幾つかの可能な構成を図示する。 電気化学及びＡＣ電圧の幾つかの例を図示する。 電気化学及びＡＣ電圧の幾つかの例を図示する。 電気化学及びＡＣ電圧の幾つかの例を図示する。 電気化学及びＡＣ電圧の幾つかの例を図示する。 電気化学及びＡＣ電圧の幾つかの例を図示する。 ２つのコンポーネントを有するＡＣ電圧の一実施形態を図示する。 ２つのコンポーネントを有するＡＣ電圧の一実施形態を図示する。 ２つのコンポーネントを有するＡＣ電圧の一実施形態を図示する。 電子装置の幾つかの例を図示する。 電子装置の幾つかの例を図示する。

図１Ａは、（水性）液体２０を加熱するよう配置される（温水器）加熱器（「加熱器」）１００を有する（温水）加熱装置（「加熱装置」）１を図示する。（水性）液体２０は、特に水であり、加熱器１００の中に入れられる。加熱器１００は、加熱器１００の中に、（水性）液体２０を加熱する金属加熱要素１１０を有する。加熱装置１は、加熱要素１１０及び対極１２０の間にＡＣ電圧を印加するよう配置される電源２００を更に有する。ＡＣ電圧に加えて、第２の低周波数ＡＣ電圧及び／又はＤＣ電圧が印加されても良い。ＤＣ電圧が印加され得ｒとき、加熱要素１１０は、正電極として選択される。電圧の印加により、金属加熱要素１１０はスケールを防がれ、及び／又は形成されたスケールが除去されても良い。図１Ａは、加熱要素１１０が参照符号１１１と共に示される水没する／浸水加熱要素である一実施形態を図示する。本実施形態では、加熱器１００の壁（又はその少なくとも一部）は、対極として使用される。壁は、例えば、導電性材料としてスチールで構成されても良い。通常、ステンレス鋼は、合金化元素（例えば、３０４）としてＣｒ、Ｎｉと共に、又は添加Ｍｏを追加して（例えば３１６）使用される。

図１Ｂは、加熱要素１１０が渦巻き状浸水加熱要素であり、対極１２０が水没加熱要素１１１の少なくとも一部により部分的に囲まれた、加熱装置１を図示する。本例では、対極は、ステンレス鋼、又はインコネル合金、又はチタン、プラチナ、他の合金酸化物被覆チタン、プラチナ被覆チタン若しくは炭素ベースのような耐酸化性電極材料であり得る。

図１Ｃは、流入加熱器（flow through heater：ＦＴＨ）の一実施形態を図示する。ここで、加熱器１００は、（水性）液体２０が、該加熱器を通じて流れ、その間に加熱される、加熱器である。図１Ｃの図示の実施形態では、熱生成装置１１５は、加熱器１００の壁に接続され、加熱器の中のロッドは、対極１２０として使用される。壁は、壁を加熱する生成装置１１５に接続され、望ましくは（ステンレス）鋼であり、壁は（水性）液体（図示しない）に接触し、したがって加熱要素１１０として使用される。対極１２０は、図１Ｂについて上述したような材料を有しても良い。加熱要素１１０及び対極１２０は、例えば０．５−５ｍｍの範囲内であり得る（相互）距離ｄ２を有する。

任意で、円周加熱要素及び対極は、対極が加熱要素を包み込む他の方法（この実施形態は図示しない）で周りに配置されても良い。

図１Ｄは、図１Ｃで図示したのと実質的に同じ実施形態を図示するが、断面図である。要素１１５は、加熱器１００の壁を加熱する。したがって、壁は、加熱要素１１０として示される。この壁、つまり加熱要素１１０、及び対極１２０に渡り、電源２００により電圧が印加される。ここで、壁は、加熱要素１１０として使用され、望ましくは（ステンレス）鋼である。対極１２０は、図１Ｂについて上述したような材料を有しても良い。

ＡＣ信号に隠れた基本的考えは、金属イオンが電極から溶液中へ移動するのを防ぐことにより、侵食が抑制されることである。信号が正のとき、金属イオンは、電極から離れて水の中へ向かう（侵食）。信号が十分に速く反転されるとき、金属イオンは、電極へ引き戻される。反転が十分速いとき、イオンは、金属表面にある境界層を脱出できず、侵食が防がれる。図２Ａは、加熱要素及び対極のような２つの電極を図示する。電極は、ＥＬと共に示される。ＡＣ電圧が印加されると、表面電荷ＳＣが形成される。表面電荷ＳＣは、ＡＣ特性により、連続的に正弦波で変化する。電極の近くでは、ＤＬにより示される電気的二重層（electrical double layer）が存在する。破線は、移動流体と表面に付着したままの流体とを分離する転移面（slipping plane）ＳＰを示す。

図２Ｂは、低速ＡＣが高速ＡＣにより変調される解決法を参考に示す。高周波数信号の印加は単一の低周波数ＡＣ信号の侵食を抑制できるが、欠点がある。第２のＡＣ信号は、特定の振幅を効果的にするために必要である。例えば、両方のＡＣ信号の振幅が低周波数信号のピークで等しいとき、振幅は第２の周波数により変調され、最小で０Ｖまで低下させるが、最大では２倍にする（図２Ｂ）。（本例では）振幅の倍増は、侵食閾を超えるピーク振幅により侵食を防止していた第２のＡＣ信号が存在するにも係わらず、ここでも侵食を生じ得る。

したがって、幾つかの態様が図２Ｃ−２Ｅ、及び３Ａ−３Ｃに示される別の解決法が探求される。

図２Ｃは、ＳＣ信号の正及び負の部分の両方で、５０％のデューティサイクルを有するパルス変調ＡＣ信号を示す。したがって、時間の５０％は、信号が「通常の」正弦波に従わず、（本実施形態では信号をスワップするパルスにより）正弦波から外れる。図２Ｄは、正の部分が９０％で及び負の部分が７５％で変調されるパルス変調信号を示す。第１の部分のデューティサイクルは９０％であり、第２の部分のデューティサイクルは７５％である。したがって、第１の時間部分１０％では、信号は「通常の」正弦波に従わず（サイクルの第１の部分を判断するのみであり）、（本実施形態では、信号をスワップするパルスにより）「通常の」正弦波から外れる。同様に、第２の時間部分２５％では、信号は「通常の」正弦波に従わず（サイクルの第２の部分を判断するのみであり）、（本実施形態では、信号をスワップするパルスにより）「通常の」正弦波から外れる。ここで平均デューティサイクルは８２．５％であっても良い。図２Ｅは、反転が１００％ではないパルス変調信号を示す。

図３Ａは、ＡＣ電圧の一例として正弦波を図示する。これは、ＡＣ電位差の成分であり得る。周波数（ｆ）が０．５Ｈｚであり、サイクル時間が２ｓであり、振幅は１（例として１Ｖ）である。図３Ｂは、パルス幅変調（信号）の一実施形態を図示する。ここで、周波数（ｆｐ）として１５Ｈｚが選択される。変調係数（ｍｆ）は−１である。これは、信号の主要部分も範囲０≧ｍｆ≧１（又はそれより大きい）の変調係数ｍｆにより変調されることを排除しない。しかしながら、当業者に明らかなように、ｍｆ＝１のとき、いかなる変調も存在しない。さらに、例として、変調は、信号の正の部分の有効時間、ここでは第１の部分が８０％になり、第２の部分が６０％になるように、選択される。このような図３Ｂの変調が図３Ａの正弦関数のＡＣ電圧に印加されるとき、図３ＣのＡＣ電位差が得られる。このＡＣ電位差は、ＡＣ成分、及び信号の時間的変化を有する。変調係数は−１（及び＋１）であるが、−０．７５のような−１と異なる値（又は＋１と異なる値）も選択され得る。

図４Ａは、電子装置２を図示する。図３は、電子装置２の一例として電気ケトルを図示する。電子装置２は加熱装置１を有する。ここで、電子機器３００は、加熱要素１２０の加熱を制御し、ＡＣ及びＡＣの時間的符号（及び任意の値）変化を加熱要素１２０及び対極１１０に課す電源２００に電力を供給するよう配置されても良い。図４Ｂは、電子装置２の一例として自動販売機の一例を図示する。参照符号３００は飲料を示す。

加熱装置１は、（水性）液体の導電率、（水性）液体の温度、等のようなパラメータを検知するセンサ（図示しない）を更に有しても良い。さらに、加熱要素１は、ＡＣの１又は複数の特徴及び電位差の時間的符号変化を制御する制御部を更に有しても良い。制御部は、１又は複数のパラメータ及び１又は複数のパラメータと１又は複数の特徴との間の１又は複数の所定の関係に依存して、これらの１又は複数の特徴を制御しても良い。

＜水の準備＞
ＣａＣｌ_２．２Ｈ_２Ｏ（６５．５ｇｒ／ｌｔｒ）、ＭｇＳＯ_４．７Ｈ_２Ｏ（３８ｇｒ／ｌｔｒ）、及びＮａＨＣＯ_３（７６．２ｇｒ／ｌｔｒ）の原液が生成された。標準的な硬水は、５０グラムの各原液を９リットルの脱イオン化水に混合し、１０リットルまでにすることにより、生成された。結果として得た水は、総硬度１６．８^０ＤＨであり、一時硬度１１．２^０ＤＨを有した。総硬度は２．８ｘ２ｘ［ｍｍｏｌ／ｌｔｒ Ｃａ＋ｍｍｏｌ ＭＧ／ｌｔｒ］として定められる。一時硬度は２．８ｘ［ｍｍｏｌ ＨＣＯ_３／ｌｔｒ］として定められる。

＜侵食実験（低温）＞
以下の例では、種々のパラメータの効果は、特に、振幅が増大するときの電極の侵食について示される。標準的な実験では、直径２．５及び６ｍｍの２つのステンレス鋼電極（３１６グレード）が標準的な硬水で満たされたブレーカの中に水没された。水は７５℃に加熱され、電気信号は電極間に印加された。電流は、３０分間流され、電極は視覚的に検査された。

（例１）
３Ｖ及び０．５Ｈｚの正弦関数のＡＣ信号は、２つの電極間に印加された。深刻な侵食が両方の電極で生じた。

（例２）
３Ｖ及び０．５ＨｚのＡＣ信号は、８０％のデューティサイクルで１００Ｈｚで変調され、前述の例のように２つの電極間に印加された。３０分後、電極は視覚的に検査された。小さな（２．５ｍｍ）電極は黄色円柱を示し、６ｍｍ電極は無色だった。

（例３）
３Ｖ及び０．５ＨｚのＡＣ信号は、８５％のデューティサイクルで１００Ｈｚで変調され、前述の例のように２つの電極間に印加された。３０分後、電極は視覚的に検査された。小さな（２．５ｍｍ）電極は黄色円柱を示し、６ｍｍ電極は小さな変色を示した。８５％のデューティサイクルの着色は、例２の８５％のデューティサイクルと同程度だった。

（例４）
３Ｖ及び０．５ＨｚのＡＣ信号は、９０％のデューティサイクルで１００Ｈｚで変調され、前述の例のように２つの電極間に印加された。３０分後、電極は視覚的に検査された。小さな（２．５ｍｍ）電極は腐食され、濃い黄色を示した。大きな６ｍｍ電極も、明らかに黄色に着色した。

上述の例は、侵食を防ぐために特定の周波数で基本信号を反転する効果、及びパルスのデューティサイクルの効果を明らかに示す。

（例５）
３Ｖ及び０．５ＨｚのＡＣ信号は、８０％のデューティサイクルで１００Ｈｚの代わりに５０Ｈｚで変調され、前述の例のように２つの電極間に印加された。３０分後、電極は視覚的に検査された。小さな（２．５ｍｍ）電極は、６ｍｍ電極と同様に僅かに黄色になった。変色は、１００Ｈｚパルスによるものより強かった。

（例６）
３Ｖ及び０．５ＨｚのＡＣ信号は、８０％のデューティサイクルで５００Ｈｚで変調され、前述の例のように２つの電極間に印加された。３０分後、電極は視覚的に検査された。両方の電極は、汚れがなく、侵食の調光を示さなかった。

（例７）
デューティサイクルが９０％まで増大した同じ実験でも、電極の強い黄色化を示した。

（例８）
３Ｖ及び０．５ＨｚのＡＣ信号は、８０％のデューティサイクルで１００Ｈｚで変調され、２つの電極間に印加された。信号は、１００％反転されないが、０Ｖになったのみである。３０分後、電極は視覚的に検査された。小さな（２．５ｍｍ）電極は深刻に侵食されたが、６ｍｍ電極は色が黄色になった。

上述の実験では、５０％より多い信号反転は、信号全体が依然として元の基本信号に似ていることを意味する。デューティサイクルが５０％より大きいとき、信号は、事実上単にスワップされる。

（例９）
３Ｖ及び０．１ＨｚのＡＣ信号は、正振幅のとき８０％のデューティサイクルで１００Ｈｚで変調され、負振幅のとき２０％のデューティサイクルで１００Ｈｚで変調された。（２．５ｍｍ電極は正端子に接続された。）２．５ｍｍ電極は黄色化を示し、６ｍｍ電極は汚れなかった。その上に、６ｍｍはスケール形成を示した。後者は、明らかに、スケール形成を増大する高ｐＨに６ｍｍ電極が連続的に直面したデューティサイクルのために、水が分解されたことを示す。

（例１０）
３Ｖ及び１０ＨｚのＡＣ信号は、正振幅のとき８０％のデューティサイクルで１００Ｈｚで変調され、負振幅のとき２０％のデューティサイクルで１００Ｈｚで変調された。（２．５ｍｍ電極は正端子に接続された。）ここで、２つの電極は侵食を示さず、６ｍｍ電極には依然としてスケール形成があった。

基本周波数の増大は、スケール形成により示されたように水分解を維持しながら、侵食を減少した。

上述の実験では、基本信号は正弦関数であった。同様の振る舞いは、基本信号がブロック信号又は三角の形式のときも観察できる。

＜流入加熱器のテスト設定＞
加熱器は、図１Ｃ及び１Ｄに図示される。外管である第１の加熱要素１１０は、２つの熱生成装置１１５を両側に有するステンレス鋼管である。外管は１５ｃｍの長さ及び１３ｍｍの内径を有する。それらは一緒に、事実上、アルミニウムに囲まれた１つの加熱要素を形成する。液体が管を通じて流れるとき、液体がこの加熱要素に接触する。内管もステンレス鋼であり、図１Ｃ／１Ｄに図示したよりも長い径を有する。つまり、対極１２０として、直径８ｍｍのステンレス鋼管が、管に挿入された。水は、２つのステンレス鋼管の間の領域を、２．２５ｍｌ／ｓｅｃの速度で通過した。加熱器システムの中の圧力は６−１０ｂａｒであった。温水システムの外管と内管の両方は電気的に接続された。標準的なテストサイクルは、７０秒間の水の加熱と、５０秒間の水の冷却を有する。このサイクルは、５００回繰り返された。

＜比較実験＞
前述の（水の）加熱器は、いかなる電気信号も２つの電極間に印加されずに、２つの水の種類により石灰化をテストするために使用された。両方の場合に、特に、壁は完全に石灰化され、壁に強力に付着したスケールの密集層が形成された。

（例１１）
比較実験と同様の実験が行われたが、０．５Ｈｚ及び１．６Ｖの振幅の正弦関数の信号が印加された。信号は、５００Ｈｚで反転された。正弦波の正の半分の間のデューティサイクルは８０％であり、負の半分の間のデューティサイクルは７０％である。

実験の結果として、対極は、石灰が無いが僅かに着色した。一方、外管は、僅かなスケール形成及び孔食を示した。スケールの壁への付着は、弱められ、比較実験におけるよりも遙かに少なかった。

（例１２）
第２の実験では、信号反転周波数は、５００Ｈｚから１０００Ｈｚに増大された。実験１１と同程度の僅かなスケール形成が観察された。侵食は実験１１におけるより少なかったが、依然として存在した。

（例１３）
第３の実験では、信号反転周波数は、１０００Ｈｚから２０００Ｈｚに増大された。いかなる侵食も観察されないが、比較実験における石灰と同程度の量の濃密な石灰層が残っている。明らかに、２０００Ｈｚ周波数は、水の酸化と金属の酸化の両方を制限する。

上述の動作条件（高温）で侵食を効果的に防ぐために、デューティサイクルは更に低くされた。

（例１４）
テストは、０．５Ｈｚ正弦波、正弦波の正及び負の半分でそれぞれ７０％及び６０％のデューティサイクルで１０００Ｈｚで反転されて行われた。依然として侵食が観察された。

（例１５）
テストは、０．５Ｈｚ、１．６Ｖ振幅の正弦波、正弦波の正及び負の半分でそれぞれ５０％及び５０％のデューティサイクルで１０００Ｈｚで反転されて行われた。侵食は効果的に防止された。振幅は、侵食を回避しながらスケール防止を増強するために、２．８Ｖまで増大できる。

これらの実験から、結論として、高い加熱器壁温度では（金属）イオンの移動性が非常に高いと言える。金属イオンが水全体の中へと移動するのを防ぐために、５０％のデューティサイクルが必要だった。結論として、１０００Ｈｚで、スケール除去動作は依然として動作し、２５００Ｈｚは電気化学が従うには高すぎることが言える。

Claims (13)

1. 加熱器の中で液体を加熱する方法であって、前記加熱器は、加熱要素を有し、前記方法は、
   （ｉ）前記加熱器の中の前記液体を加熱するステップであって、前記加熱要素は、前記液体と接触する、ステップと、
   （ｉｉａ）前記加熱要素と対極との間にＡＣ電位差を印加するステップであって、前記ＡＣ電位差は０．０１乃至１００Ｈｚの範囲のＡＣ周波数（ｆ）と共に変化し、
   （ｉｉｂ）５０乃至２５００Ｈｚの範囲のパルス周波数（ｆｐ）を有するパルス変調信号により前記ＡＣ電位差をパルス変調するステップであって、ｆｐ／ｆ＞２であり、前記パルス変調信号は前記ＡＣ電位差の振幅を（ｉ）−２．５≦ｍｆ＜０の範囲の変調係数（ｍｆ）で及び（ｉｉ）５％≦Ｄ≦９５％の範囲のデューティサイクルで変調するよう選択され、前記パルス変調信号は、サイクル時間の第１の部分の間に符号を有し、該符号は、前記サイクル時間の第２の部分の間の前記パルス変調信号の符号と逆である、ステップと、
   を有する方法。
2. 前記サイクル時間の前記第１の部分及び前記サイクル時間の前記第２の部分のうちの１又は複数の間に、前記パルス変調されたＡＣ電位差は、時間的に符号及び絶対値を変える、請求項１に記載の方法。
3. 前記デューティサイクルの前記サイクル時間の前記第１の部分及び前記サイクル時間の前記第２の部分のうちの１又は複数の間に、前記デューティサイクルは、３５乃至６５％の範囲である、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記ＡＣ周波数（ｆ）は０．１乃至５０Ｈｚの範囲であり、前記ＡＣ電位差は１乃至５Ｖの範囲である、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。
5. １２０乃至２５０℃の範囲の温度まで前記加熱要素を加熱するステップ、を有する請求項１乃至４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記液体を前記加熱要素に沿って１．５乃至１０ｍｌ／ｓの範囲の流速で流すステップと、（ｉ）前記加熱要素と前記対極との間の電流、及び（ｉｉ）前記液体の電気導電率のうちの１又は複数に応じて、前記ＡＣ電位差（Ｖ）、ＡＣ周波数（ｆ）、及びデューティサイクルのうちの１又は複数を制御するステップと、を有する請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記加熱器は、前記加熱要素と前記対極との間に前記液体を流すよう構成される、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記加熱器は、流入加熱器を有し、前記加熱要素は前記対極を包み込む、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記加熱要素及び前記対極は、０．５乃至５ｍｍの範囲の相互距離（ｄ２）を有する、請求項７又は８に記載の方法。
10. 加熱器を有し、液体を加熱するよう配置される加熱装置であって、前記加熱器の中の前記液体を加熱する加熱要素であって、前記加熱要素は前記液体に接触するよう配置される、加熱要素と、電源と、を有し、前記加熱装置は、
    前記加熱要素と対極との間にＡＣ電位差を印加し、前記ＡＣ電位差は０．０１乃至１００Ｈｚの範囲のＡＣ周波数と共に変化し、
    ５０乃至２５００Ｈｚの範囲のパルス周波数（ｆｐ）を有するパルス変調信号により前記ＡＣ電位差をパルス変調し、ｆｐ／ｆ＞２であり、前記パルス変調信号は前記ＡＣ電位差の振幅を（ｉ）−２．５≦ｍｆ＜０の範囲の変調係数（ｍｆ）で及び（ｉｉ）５％≦Ｄ≦９５％の範囲のデューティサイクルで変調するよう選択され、前記パルス変調信号は、サイクル時間の第１の部分の間に符号を有し、該符号は、前記サイクル時間の第２の部分の間の前記パルス変調信号の符号と逆である、
    よう構成される加熱装置。
11. 前記加熱器は、前記加熱要素と前記対極との間に前記液体を流すよう構成され、前記加熱器は、流入加熱器を有し、前記加熱要素は前記対極を包み込む、請求項１０に記載の加熱装置。
12. 高温の液体を有する飲料を供給する電子装置であって、前記電子装置は、請求項１０又は１１に記載の加熱装置を有し、前記電子装置は、前記飲料のために温水及び／又は蒸気を生成するよう配置される、電子装置。
13. （ｉ）ＡＣ周波数（ｆ）を有するＡＣ電圧と、（ｉｉ）温水器のスケールを防ぐ又は低減するために水性液体を加熱するよう配置される前記温水器の加熱要素への前記ＡＣ電圧と、５０乃至２５００Ｈｚの範囲のパルス周波数（ｆｐ）を有し前記ＡＣ電圧をパルス変調するパルス変調信号であって、ｆｐ／ｆ＞２であり、前記パルス変調信号は、前記ＡＣ電圧の振幅を（ｉ）−２．５≦ｍｆ＜０の範囲の変調係数（ｍｆ）で及び（ｉｉ）５％≦Ｄ≦９５％の範囲のデューティサイクルで変調するよう選択され、サイクルの第１の部分及び第２の部分の間に互いに異なる符号である、パルス変調信号と、、の組合せの使用方法。

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