JP2008191199A - 体感型家庭電気設備模擬装置 - Google Patents

Abstract

【課題】実際の家屋と家電製品を縮小し、電気配線ごとの電流などを制御して模擬的に事故を発生させることで、電気配線の仕組みを容易に理解でき、この電気配線とこれに接続した家電製品に生じる短絡、地絡等の事故に関する理解と模擬的な事故を体験できる。
【解決手段】家屋模型内に、照明灯、エアコン、洗濯機、冷蔵庫等の家電製品を縮小した家電製品模型１を設置し、各家電製品模型１にその作動状態を点灯明示するＬＥＤ等の光源を取り付けた家屋電気設備模型２と、家電製品模型１の光源に電力を供給する電源部３と、家電製品模型１の光源を点灯、消灯させるスイッチ４を並列配置した操作パネル５と、家電製品模型１の電力を遮断する配線用遮断器６と、家電製品模型１の電気配線上で生じる漏電を遮断する漏電遮断器７とを備えた。
【選択図】図４

Description

本発明は、模型の家を用いて室内灯、エアコン、冷蔵庫、電子レンジ等の家電製品の屋内配線について説明する家庭電気設備模擬装置に係り、特に遮断器等の保護装置により家庭内配線における短絡、地絡等の事故を体感させながら説明することができる体感型家庭電気設備模擬装置に関するものである。

電力に関する科学館の展示場、電力所、発電所等の見学コーナーには、室内灯、エアコン、冷蔵庫、電子レンジ等の家電製品の屋内配線、遮断器等の保護装置などの家庭用電気設備の家庭内配線を説明するディスプレーが設置されている。このようなディスプレーでは、例えば見学者の手元位置にあるボタンを押すと、その該当する場所、例えば室内灯が点灯又は点滅し、エアコン、冷蔵庫、電子レンジ等の家電模型に内蔵したＬＥＤ等の光源が点灯又は点滅するようになっている。

また、このような使用電力屋内配線について、小学校の理科の実験室、中学校、高校の物理教室では、電気配線に関する教材が利用されている。例えば、図面又はパネルなどにより電気配線の説明を行っている。

視覚に訴える教材に関しては、例えば特許文献１の特開２００４−２８００３３号公報の「太陽電池・燃料電池発電システムの教材」に示すように、屋根の形状が切妻屋根、寄棟造、入り母屋屋根、方形屋根、片流れ屋根のいずれかであり、かつ外部から家の内部及び電気配線を透視できる構造の卓上ミニハウスで、当該ハウスに電力負荷として少なくとも照明器具又は換気扇のいずれか、又は両方を設けており、かつ当該電力負荷の電源に太陽電池又は燃料電池のいずれか、又は両方を使用しているミニハウスが提案されている。
特開２００４−２８００３３号公報

しかし、上述した電力に関する科学館の展示場、電力所、発電所等の見学コーナーに設置されているディスプレーは、室内灯、エアコン、冷蔵庫、電子レンジ等の家電製品の簡単な模型からなる使用電力の屋内配線を説明するディスプレーでは、短絡、地絡、配線の発熱など故障時の保護装置などの動作を詳細に説明するものではなかった。

また、屋内配線における短絡、地絡、配線の発熱などの故障について、図面や写真で説明するものはあったが、視覚に訴える方法又は体感することができる教材はなかった。このような従来の教材やディスプレーでは、一般家庭の家電製品や屋内電気配線故障時の保護装置の働き、保護装置動作後の復旧方法などについては詳細に説明できなかった。
更に、省エネに関する提案、ＣＯ₂削減、太陽電池などの説明を、立体的な家屋模型により分かりやすく説明する教材もなかった。

特許文献１の「太陽電池・燃料電池発電システムの教材」では、文字通り太陽電池・燃料電池発電システムに特化したもので、家電製品の使用電力や屋内配線及び配線事故を分かりやすく説明するものではなかった。

本発明は、かかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、実際の家屋と家電製品を縮小し、電気配線や家電製品ごとの電流などを制御して模擬的に事故を発生させることで、電気配線や配線保護の仕組みを容易に理解でき、この電気配線とこれに接続した家電製品に生じる短絡、地絡等の事故に関する理解と模擬的な事故を体験することができる体感型家庭電気設備模擬装置を提供することにある。

本発明によれば、家屋模型内に、照明灯、エアコン、洗濯機、冷蔵庫等の家電製品を縮小・模擬した家電製品模型（１）を設置し、各家電製品模型（１）にその作動状態を点灯明示するＬＥＤ等の光源を取り付けた家屋電気設備模型（２）と、前記家電製品模型（１）の光源に電力を供給する電源部（３）と、前記家電製品模型（１）の光源を点灯、消灯させるスイッチ（４）を並列配置した操作パネル（５）と、前記家電製品模型（１）の電力を遮断する配線用遮断器（６）と、前記家電製品模型（１）の電気配線上で生じる漏電を遮断する漏電遮断器（７）と、を備えた、ことを特徴とする体感型家庭電気設備模擬装置が提供される。
電圧などの条件を実際の家電製品に必要な電力量を低減した数値データをデータベース（８）に格納し、家電製品ごとの消費電力の傾向を算出する演算処理部（９）を更に備えたものである。

例えば、前記配線用遮断器（６）、漏電遮断器（７）に、電線に過電流が流れて電線被覆を焼損し、又は銅電線の赤熱溶断を発生させる電線溶断実験線（１６）を接線した。
前記配線用遮断器（６）、漏電遮断器（７）に、電流が流れて発熱して発光する炭素棒発光装置（２０）を接線した。
前記家屋電気設備模型（２）の傍に、白熱電球（２１）、省エネ型電球（２２）、蛍光灯（２３）を更に備えることが好ましい。
前記電源部（３）に太陽電池（１２）を接続することができる。

上記構成の発明では、実際の家屋を縮小した家屋模型内に各家電製品模型（１）を設置した家屋電気設備模型（２）について電気配線ごとに保護装置を取り付け、電気配線ごとの電流などをデータベース（８）、演算処理部（９）、制御部（１０）により制御し、また事故を模擬的に発生させることができる。これにより家電製品ごとの消費電力の傾向を確認できるだけでなく、家庭電気設備に関する理解と模擬的な事故を体験することができる。

電圧を低減（３０Ｖ程度）した電源装置と配線用遮断器（６）、漏電遮断器（７）を組み合わせた装置により実短絡を発生させ、短絡エネルギーを音、光、熱、臭い等で体感することができる。また、配線用遮断器（６）による電気回路の保護について実験を通しての体感、即ち焼損、溶断を観察し、カットモデルを使用した配線用遮断器（６）の動作を観察することで配線用遮断器（６）の動作を理解することができる。

制御部（１０）で配線用遮断器（６）、漏電遮断器（７）等の保護装置を動作させ、事故を模擬的に発生させて制御及び表示を行うことにより、その事故探索、復旧方法について実践に即した形で簡単に確認できる。更に、この家屋電気設備模型（２）では、実際の家電製品を同時に使用すると過負荷により停電することを確認できる。特に、実際に家屋に取り付けた配線用遮断器（６）と漏電遮断器（７）の違いによる使用方法、動作状況、復旧方法などの詳細を簡単に確認できる。

家屋電気設備模型（２）に、太陽電池（１２）を設置すると共に、データベース（８）に太陽電池に関するデータを入力することにより太陽電池のしくみ及び有効性が理解できる。

本発明の体感型家庭電気設備模擬装置は、実際の家屋を縮小した家屋模型内に、家電製品を縮小した家電製品模型を設置した家屋電気設備模型と、家電製品模型の光源を点灯、消灯させるスイッチを並列配置した操作パネルと、配線用遮断器、漏電遮断器等の保護装置を備えたものである。

以下、本発明の好ましい実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は実施例１の体感型家庭電気設備模擬装置の家屋電気設備模型、電気エネルギー体感装置及び操作パネルを示す斜視図である。図２は体感型家庭電気設備模擬装置の電気系統配線図である。図３は体感型家庭電気設備模擬装置の操作パネルを２分割した状態の平面図である。
実施例１の体感型家庭電気設備模擬装置は、家屋模型内に、照明灯、エアコン、洗濯機、冷蔵庫等の家電製品を縮小・模擬した家電製品模型１を設置し、各家電製品模型１にその作動状態を点灯明示するＬＥＤ等の光源を取り付けた家屋電気設備模型２と、家電製品模型１の光源に電力を供給する受電点となる電源部３と、各家電製品模型１の光源を点灯、消灯させるスイッチ４とメータを並列配置した操作パネル５を備えたものである。

家屋模型は、図１に示すように、いわゆるドールハウスのような模型であり、その内部の居室にドールハウスに用いられるような椅子、テーブル、ベッド、クローゼット等の家具類、本、食器、日用品を配置したものである。本発明では、この家屋模型内に各居室の天井には照明灯、居間にはエアコン、スタンド、パソコン等、キッチンにはＩＨヒータ、冷蔵庫、電子レンジ、食器洗浄器、炊飯器等、その他の居室には洗濯機、掃除機、アイロン、パソコン、ステレオ等の家電製品の模型１を設置している。

これらの家電製品模型１は、図２の電気系統配線図に示すように、例えば照明灯、スタンド等は豆電球又はＬＥＤ等が点灯するようになっている。エアコン、冷蔵庫、電子レンジ等のような家電製品模型１は、ＬＥＤ等の光源を点灯することにより、その作動状態を明示するようになっている。この図２の電気系統配線図では、ダイニング、２Ｆ浴室、子供室、居間の４部屋に分け、それぞれの部屋に設置される家電製品ごとにスイッチＳＷ１−１〜ＳＷ４−６が入るようになっている。即ち、受講者、見学者は手元の操作パネル５を操作することで、様々な家電製品模型１を作動点灯させることができる。また、各部屋ごとに配線用遮断器６を接続している。更に、受電総合として漏電遮断器７を設けて実際の家屋の配線と略同じようになっている。各種の家電製品模型１は、操作パネル５のスイッチ４を操作することにより運転・停止させるようになっている。但し、図２の電気系統配線図は一例でこの配線に限定されないことは勿論である。

図４は体感型家庭電気設備模擬装置に電気エネルギー体感装置を備えた概略構成図である。
体感型家庭電気設備模擬装置には、電圧などの条件を実際の家電製品に必要な電力量を低減した数値データをデータベース８に格納し、家電製品ごとの消費電力の増加により配線用遮断器６、漏電遮断器７を作動するかどうかを算出する演算処理部９と、それを制御する制御部１０と、入力システム１１を更に備えた。そこで、家電製品模型１ごとの消費電力量およびその電気料金の変化を確認させ、家電製品によって消費電力の大小と電気料金が大きくことなることを表示することができる。また、操作パネル５の各スイッチ４には、冷蔵庫、エアコンのような「自動運転」、食洗器、照明灯のような「一定運転」、テレビ、ビデオのような「待機電圧有り」の別を表示して電力の消費形態を認識できるようになっている。

このように、本発明の家庭電気設備模擬装置は、例えば電圧を１／２０に低減した家屋電気設備模型２により、家電製品ごとの消費電力の傾向を理解し、使用電力量・使用電気料金および環境に与える影響度、例えば炭酸ガス排出量を理解することで電気使用量と環境に与える影響の知識を理解できるようになっている。

家屋電気設備模型２には、電源として太陽電池１２を設置すると共に、データベース８に太陽電池に関するデータを入力することにより太陽電池１２のしくみ及び有効性が理解できる。例えば、太陽電池１２を使用した場合の電気使用量、電気料金、環境に与える影響度の変化を観察することで太陽電池１２の有効性を理解できるようになっている。

図５は電気エネルギー体感装置の構成図である。図６は電気エネルギー体感装置の回路図である。
電気エネルギー体感装置１３は、家電製品模型１の電力を遮断する配線用遮断器６と、家電製品模型１の電気配線上で生じる漏電を遮断する漏電遮断器７、絶縁変圧器１４、トライアック電流制限装置１５等で構成される。この電気エネルギー体感装置１３には、電線に過電流が流れて電線被覆を焼損し、又は銅電線の赤熱溶断を発生させる電線溶断実験線１６を接線した。大地を模擬する電極シート短絡母線、架電母線、溶断リード線１７の一端を、大地模擬用ステンレスシート１８に接触させることで漏電を模擬する。大地模擬用ステンレスシート１８には、ロックスイッチ１９を設けている。このロックスイッチ１９は、リード線１７を溶断させる場合に、このリード線１７が大地模擬用ステンレスシート１８に落下して漏電遮断させないスイッチである。なお、配線用遮断器および漏電遮断器の電流容量については一例であり、この値に限定しない。

更に電気エネルギー体感装置１３には、白熱電球２１の発光原理を理解するための電流が流れた時に発熱して、発光する炭素棒発光装置２０を接線した。この炭素棒発光装置２０は、トライアック電流制限装置１５で、電流を調節することによりその発光量を制御するようになっている。

この電気エネルギー体感装置１３では、例えば、電圧を低減（３０Ｖ程度）した電源装置により実短絡を発生させ、短絡エネルギーを音、光、熱、臭い等で体感することができる。また、配線用遮断器６による電気回路の保護について実験を通しての体感、即ち焼損、溶断を観察することができる。カットモデルを使用した配線用遮断器６の動作を観察することで配線用遮断器６の動作を理解できるようになっている。

そこで、模擬した個々の電気器具使用状況による配線用遮断器６と動作状況と漏電による漏電遮断器７の動作を模擬体験を通して家庭内電気系統および配線保護について理解を深めることができる。配線用遮断器６および漏電遮断器７が動作した場合の原因究明および対応策に対する知識を深めることができる。

この電気エネルギー体感装置１３には、家屋電気設備模型２の傍に、白熱電球２１、省エネ型電球２２、蛍光灯２３を更に備えた。これにより、電灯の種類による明るさの違いを体験できるようになっている。

本発明の体感型家庭電気設備模擬装置の使用方法について説明する。
（１）電気エネルギー体感装置１３を用いて、学生や見学者等の受講者に次のような体感をさせることができる。
a．短絡エネルギーの体感
電気エネルギー体感装置１３を用いて、例えば３０ＡＴの配線用遮断器６で電力を供給した状態、即ちパイロットランプ２４を点灯させた状態において短絡銅バーのような導体でリード線間を接触させて短絡させ、その短絡音、閃光、短絡臭を受講者に体験させることができる。なお、短絡状態は実験のたびに消滅させる。

ｂ．配線用遮断器６による短絡保護
例えば、３ＡＴ程度の配線用遮断器６で電力を供給した状態において短絡銅バーのような導体で溶断リード線１７の負荷側の銅母線２６で短絡継続させ、配線用遮断器６がトリップすることを確認させることができる。その後、試験用電線に触れさせ常温であることを確認させ、正常に電線保護ができていることを受講者に説明する。

次に１０ＡＴ程度の配線用遮断器６で同様の短絡を発生させ、３ＡＴ程度の場合に比較してトリップまで時間がかかることを確認させる。その後、同様に試験用電線に触れさせ、温度が高くなっていることを確認させ、十分な保護ができていないことを受講者に説明する。なお、このとき安全な温度であることを確認する必要がある。

続いて３０ＡＴの配線用遮断器６で同様の短絡を発生させ、トリップせず試験用電線が発熱して被覆から発煙して電線が赤熱した後、溶断する現象を生じさせ、変圧器１４の異音・被覆焼損による異臭・電線の赤熱溶断を受講者に体験させる。この現象から電線保護には適切な配線用遮断器６を使用しないと保護できず火災等へ進展する恐れのあることを受講者に説明することができる。

c．配線用遮断器６の動作原理
カットモデルの一般形配線用遮断器６を使用して短絡を発生させ、動作状況を観察させる。トリップ直後に短絡を復帰し、配線用遮断器６を再投入させ直後でも投入可能であることを確認させる。その後、このタイプの配線用遮断器６については、短絡電流による電磁力を利用して遮断させる旨の説明を受講者に行う。

次にカットモデルの普及形配線用遮断器６を使用して内部バイメタル（図示していない）を注視させて同様の短絡を発生させ、バイメタルが曲がりトリップする動作状況を観察させる。トリップ直後に短絡を復帰させ、配線用遮断器６を再投入させ、投入できないことを確認させる。その後、少し時間をおけば再投入できることを確認させ、バイメタルの曲がりが復帰すれば再投入できることを説明する。普及配線用遮断器６は一般家庭で多く利用されており、動作直後には投入できず、過負荷でトリップした場合は、再投入できても直ぐにトリップすることを受講者に解説する。

ｄ．漏電遮断器７による地絡保護
実習に先立ち、漏電遮断器７は電気回路から漏電が発生した場合に動作するもので通常の配線用遮断器６に漏電検出機能を付加したものである旨を解説する。また、漏電によりトリップした場合に通常の短絡によるトリップと判別するためのターゲットと試験用のスイッチがあることを解説し、テストボタンにより動作させ、ターゲットが動作することを受講者に説明する。

一般形配線用遮断器６を使用して漏電を発生させ、配線用遮断器６がトリップしないことを確認させる。次に漏電遮断器７を使用して同様の漏電を発生させ、漏電遮断器７がトリップすることを確認させる。以上の実験を通して漏電による保護は、漏電遮断器７でないとできないことを受講者に説明する。

次に一般形配線用遮断器６を使用してニクロム線を使用して漏電模擬し、漏電箇所（ニクロム線）が加熱することを確認させる。以上の実験から漏電状態を長く続けると火災に進展する可能性があり、漏電遮断器７が必要であることを受講者に理解させることができる。

e．電灯種類による明るさの違いの体験
電気エネルギー体感装置１３における白熱電球２１を点灯させ、クランプメータ２７により電球に流れる電流値を確認させるとともに電球に手を近づけさせ発熱していることを体験させる。このことから白熱電球２１が点灯中には手を触れればやけどをする危険性があることを受講者に解説する。

次に同一容量の省エネ型電球２２を点灯させ、同様にクランプメータ２７により電球に流れる電流値を確認させるとともに電球に手を近づけさせ発熱が少ないことを体験させる。しかし、点灯状態で手を触れるのは感電面や一部高温となる箇所があり危険であることを受講者に解説する。

次に白熱電球２１と省エネ型電球２２を同時に点灯させ、省エネ型電球２２の方が明るいことを受講者に体感させる。また、省エネ型電球の方が明るいのに流れる電流が小さいことも確認させる。

その後、同一容量の電球でも白熱電球２１は熱が発生している分、効率が悪く明るくないことを解説する。なお、白熱電球２１と省エネ型電球２２の価格差についても補足し、点灯している時間が長い照明については、省エネ形電流を使用することでコスト低減になる旨を受講者に解説する。

（２）家庭電気設備模擬装置
a．各電気製品の消費電力および電気料金
操作パネル５のスイッチ４を操作し、各種の家電製品模型１を運転・停止させ、家電製品模型１ごとの消費電力量およびその電気料金の変化を確認させ、家電製品によって消費電力の大小と電気料金が大きくことなることを確認させ、省エネ（節約）の重要性を解説する。また、各回線および総合の電流計により電気の流れを受講者に解説する。

b．各電気製品の運転が環境に与える影響について
各家電製品模型１を運転させ、運転する家電製品模型１ごとに大気に排出するＣＯ₂が大きく異なり省エネにより地球温暖化を防止することに役立つことを受講者に解説する。

c．各回線の配線用遮断器６の動作
各回線の家電製品模型１を順次運転させて、回線に流れる電流が増えていくことを確認させる。そして、一定値を超過すると配線用遮断器６が動作して、その回線が停電することを確認させ、たくさんの家電製品模型１を同時に使用すれば停電することを解説する。例えばこの実習は各回線で行い、受講者に自由に電気器具を運転・停止させ体感させる。

ｄ．待機電力について
待機電力がある家電製品模型１のコンセント（コンセント模擬スイッチ）を抜いた状態と抜かない状態で使用する電気量および電気料金が異なることを確認させ、コンセントを抜くことで省エネになることを受講者に解説する。

e．総合配線用遮断器（漏電遮断器７）の動作
各回線ごとの家電製品模型１を複数運転（配線用遮断器６が動作するより少ない器具の運転）させ、各回線の配線用遮断器６は動作しないが総合の配線用遮断器（漏電遮断器７）が動作することを確認させる。この状態は、各回線ごとの負荷が少なくても運転する家電製品模型１の合計電力が一定値を超過すると大元の配線用遮断器（漏電遮断器７）が動作して家庭内が全停電することを受講者に解説する。

ｆ．電気器具の短絡故障発生
短絡故障させる家電製品模型１を受講者に知らせて模擬短絡を発生させ接続されている配線用遮断器６が動作し、再投入しても直ぐに遮断することを確認させる。次に模擬短絡させた家電製品模型１のスイッチ４を切り、再投入すれば投入可能であることを確認させる。この状況から配線用遮断器６が動作した場合、故障原因を除去しなければ電気を活かせないことを受講者に解説する。なお、補足として故障器具のスイッチを切っても故障が復帰しないケースもあり、コンセントを抜くほうが良いことを補足する。

ｇ．短絡故障器具の探索方法
短絡故障させる家電製品模型１を受講者に知らせず、模擬短絡を発生させて受講者に故障器具を発見させる。その後、探査方法の一例として、全ての家電製品模型１のスイッチ４を切り、１台ごとスイッチ４を入れ、配線用遮断器６を入れて状況を確認し、異常がなければ配線用遮断器６を切り、次の器具にうつり故障器具を探査する方法を紹介する。配線用遮断器６を入れたまま器具を運転（実際はコンセントを挿入することになる）することは、短絡故障の場合、火花が出て危険な旨を受講者に解説する。

ｈ．電気器具の地絡故障発生
地絡故障させる電気器具を受講者に知らせて模擬地絡を発生させ接続されている配線用遮断器６が動作するのではなく、大元の漏電遮断器７（配線用遮断器）が動作して家庭内が全停電し、再投入しても直ぐに遮断することを確認させる。なお、漏電により大元の漏電遮断器７（配線用遮断器）が動作した場合、ターゲットが動作して短絡故障と地絡故障の判別ができるようになっていることを解説する。次に模擬地絡させた家電製品模型１のスイッチ４を切り、再投入すれば投入可能であることを確認させる。この状況から大元の漏電遮断器７（配線用遮断器）が動作した場合、短絡故障の場合と同様に故障原因を除去しなければ電気を活かせず、短絡故障か地絡故障かを判別することが大切であることを受講者に解説する。

ｉ．地絡故障器具の探索方法
地絡故障させる家電製品模型１を受講者に知らせず、模擬地絡を発生させて受講者に故障器具を発見させる。短絡故障の探査方法を解説しており、ある程度の探査ができるため、少し状況を見ておき難しい様子であれば、一例として以下の方法を受講者に紹介する。
一度、各回線の配線用遮断器６を全て切り、元電源の漏電遮断器７（配線用遮断器）を投入する。続いて各回線の配線用遮断器６を順番に投入して漏電遮断器７（配線用遮断器）の動作を確認する。（漏電遮断器７が動作しなければ、その回線には故障器具が無いため、その回線の配線用遮断器６は、その後に切っておく）順番に操作していくと漏電遮断器７（配線用遮断器）が動作するので動作した回線に故障器具があることがわかる。次に個別の故障器具を特定する方法は、短絡故障の場合と同様の方法で故障器具を見つけ出す。

ｊ．電気配線の故障
故障させる家電製品模型１を受講者に知らせず、家電製品模型１ではなく電気配線に短絡故障又は地絡故障を発生させ、受講者に探査させる。少し状況を見ておき、時間を見て次の解説を行う。
全ての電気器具を停止しても配線用遮断器（漏電遮断器７）が動作する場合、家電製品模型１の故障ではなく天井裏や壁の中にある電気配線で短絡や地絡が発生していることを解説する。この場合の対応として故障が発生している回線の配線用遮断器６を切った状態で電気屋さんに連絡して修理してもらう必要があることを受講者に解説する。

ｋ．事故箇所探査実習
故障探査実習の仕上げとして、数例の故障を発生させ、受講者に故障探査をしてもらう。

ｌ．短絡故障時と過負荷時における配線用遮断器の動作
短絡故障時の配線用遮断器６動作時間と過負荷時の配線用遮断器６動作時間の違いを見させ、短絡故障は短時間で動作し、過負荷時には、配線用遮断器６の動作電流を少し超過した状態では動作までに時間を要することを確認させる。このことから配線用遮断器６を入れても直ぐに動作する場合は、短絡故障で動作までに時間を要する場合は過負荷である可能性が高いことを受講者に解説する。

太陽電池１２を運転させ、太陽光が強い場合は、太陽電池１２からの電流が増え、受電電流が減少するとともに電気料金が少なくなることを確認させる。また、家庭での使用電力量が少ない場合、受電のメータがマイナスに振れ、電力会社に電気を売っていることを受講者に解説する。

なお、本発明は、実際の家屋と家電製品を縮小し、電気配線ごとの電流などを制御して模擬的に事故を発生させることで、電気配線の仕組みを容易に理解でき、この電気配線とこれに接続した家電製品に生じる短絡、地絡等の事故に関する理解と模擬的な事故を体験することができれば、上述した発明の実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。

本発明の家庭電気設備模擬装置は、小学校低学年から高学年、中学生、高校生更に大人の人まで広い範囲の教材として利用することができる。
小学校低学年の教材として利用するときは、例えば、電気エネルギー体感装置１３による電気の短絡実験により電気エネルギーを体感する。家庭電気設備模擬装置を使用して使用する電気器具により具体的な電気料金を知ることで省エネルギーの大切さを理解する。また、同装置によりたくさんの電気器具を同時に使用することで停電することを実験により理解することができる。

小学校高学年、中学生の教材として利用するときは、例えば、電気エネルギー体感装置１３による電気の短絡実験を行うことで電気エネルギーを体感するとともに保護のために配線用遮断器６が動作することを理解させる。電気配線には、保護のため配線用遮断器６があり、適切な容量のものを設置していれば火災が発生することは無いが、不適切な容量であれば電線が焼損・溶断して火災に進展する可能性について実験を通して理解させる。また、配線保護には、短絡保護と漏電保護があり、漏電が発生した時には漏電遮断器７でないと動作しないことを実験により理解することができる。

家庭電気設備模擬装置を使用して１箇所で多くの器具を使用すれば配線用遮断器６が動作し、複数箇所でもトータルで一定量の器具を同時に使用すれば大元の配線用遮断器（漏電遮断器）が動作して全停電することを理解させる。また、使用している電気器具により地球温暖化の原因となるＣＯ₂の発生量がどの程度であるか実習を通して理解し省エネの重要性を理解させる。

高校生、大人向の教材又は説明資料として利用するときは、例えば、上記した説明内容に以下の項目を追加する。普及形配線用遮断器６と一般形配線用遮断器６の動作の違いをカットモデルによる実動作で理解し、一般家庭で使用される配線用遮断器６は遮断直後には投入できず、再投入しても遮断前より早めの動作となること等を実験することで動作時には負荷を制限する必要性を理解する。また、漏電発生時には、漏電遮断器７は動作するが、通常の配線用遮断器６は動作せず火災に進展する可能性があることを実験により理解することができる。

家庭電気設備模擬装置を使用して電気器具に故障が発生した場合の配線用遮断器６・漏電遮断器７の動作を観察するとともに故障原因および故障箇所の探索方法を実習により理解し、自宅での故障対応能力を習得する。

実施例１の体感型家庭電気設備模擬装置の家屋電気設備模型、電気エネルギー体感装置及び操作パネルを示す斜視図である。 体感型家庭電気設備模擬装置の電気系統配線図である。 体感型家庭電気設備模擬装置の操作パネルを２分割した状態の平面図である。 体感型家庭電気設備模擬装置に電気エネルギー体感装置を備えた概略構成図である。 電気エネルギー体感装置の構成図である。 電気エネルギー体感装置の回路図である。

符号の説明

１ 家電製品模型
２ 家屋電気設備模型
３ 電源部
４ スイッチ
５ 操作パネル
６ 配線用遮断器
７ 漏電遮断器
８ データベース
９ 演算処理部
１２ 太陽電池
１６ 電線溶断実験線
２０ 炭素棒発光装置
２１ 白熱電球
２２ 省エネ型電球
２３ 蛍光灯

Claims (6)

1. 家屋模型内に、照明灯、エアコン、洗濯機、冷蔵庫等の家電製品を縮小・模擬した家電製品模型（１）を設置し、各家電製品模型（１）にその作動状態を点灯明示するＬＥＤ等の光源を取り付けた家屋電気設備模型（２）と、
   前記家電製品模型（１）の光源に電力を供給する電源部（３）と、
   前記家電製品模型（１）の光源を点灯、消灯させるスイッチ（４）を並列配置した操作パネル（５）と、
   前記家電製品模型（１）の電力を遮断する配線用遮断器（６）と、
   前記家電製品模型（１）の電気配線上で生じる漏電を遮断する漏電遮断器（７）と、を備えた、ことを特徴とする体感型家庭電気設備模擬装置。
2. 電圧などの条件を実際の家電製品に必要な電力量を低減した数値データをデータベース（８）に格納し、家電製品ごとの消費電力の傾向を算出する演算処理部（９）を更に備えた、ことを特徴とする請求項１の体感型家庭電気設備模擬装置。
3. 前記配線用遮断器（６）、漏電遮断器（７）に、電線に過電流が流れて電線被覆を焼損し、又は銅電線の赤熱溶断を発生させる電線溶断実験線（１６）を接線した、ことを特徴とする請求項１の体感型家庭電気設備模擬装置。
4. 前記配線用遮断器（６）、漏電遮断器（７）に、電線に過電流が流れて発熱したときに、発光する炭素棒発光装置（２０）を接線した、ことを特徴とする請求項１の体感型家庭電気設備模擬装置。
5. 前記家屋電気設備模型（２）の傍に、白熱電球（２１）、省エネ型電球（２２）、蛍光灯（２３）を更に、ことを特徴とする請求項１の体感型家庭電気設備模擬装置。
6. 前記電源部（３）に太陽電池（１２）を接続した、ことを特徴とする請求項１の体感型家庭電気設備模擬装置。

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