JP2010088766A - 電気湯沸かし器 - Google Patents

Abstract

【課題】容器内の水を加熱し、保温する電気湯沸かし器において、加熱中、保温中とも容器外に伝わる熱を殆どなくして熱効率を向上し、かつ、器体内部の温度上昇を抑制して使用電子部品のコストアップを少なくする。
【解決手段】水を収容する容器１の外周に断熱材３を設置し、この断熱材３の外側に加熱コイル４を設置し、この加熱コイル４にインバータ１１により交流電流を供給して容器１を誘導加熱する。容器１内の水温を温度センサ５により検知し、この温度センサ５の検知温度を制御手段２６に入力し、この制御手段２６よりあらかじめ定められたシーケンスに従いインバータ１１に駆動信号を出力するよう構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、容器内の水を加熱し、保温する電気湯沸かし器に関するものである。

従来、この種の電気湯沸かし器は、図１１に示すように構成していた（例えば、特許文献１参照）。以下、その構成について説明する。

図１１に示すように、容器４１は、水を収容するもので、この容器４１の底部にヒータ４２を装着している。容器４１の底部の中心に水温を検知する温度センサ４３を取り付けている。蓋部４４は、器体にヒンジで開閉自在に取り付けている。

制御ユニット４５は、マイクロコンピュータなどの電子回路を搭載し、ヒータ４２への通電を制御し、湯沸かし動作を行うようにしている。ポンプ４６は、出湯スイッチ４７を押すことにより動作し、容器４１内の水を水管４８を通して吐出するようにしている。

上記構成において動作を説明する。利用者が容器４１に水を入れ、通電を開始すると、制御ユニット４５は、ヒータ４２への通電を開始する。通電により、ヒータ４２が発熱し、容器４１内の水温が上昇する。制御ユニット４５は、温度サンサ４３の検知温度があらかじめ設定された水温（保温温度）となったところで、ヒータ４２への通電を停止する。

その後、保温動作となり、制御ユニット４５は、温度センサ４３の検知温度が保温温度を維持するように、ヒータ４２の通電を行う。
特開平６−３４３５５３号公報（図６）

しかしながら、このような従来の構成では、加熱中は、ヒータ４２の容器４１とは反対側にあたるヒータ裏面は、容器４１に接していないため、ヒータ４２の裏面から器体下部の空間に対して熱の輻射が行われ、それが熱損失となってしまい、熱効率が低下していた。

また、保温動作中は、熱が容器４１内の湯より、容器４１底面→ヒータ４２→ヒータ４２裏面の経路で伝わり、ヒータ４２の裏面より、器体の下部の空間に対して熱の輻射が行われ、それが熱損失となってしまい、それを補うために余計にヒータ４２が発熱し、熱効率が低下していた。

さらに、このヒータ４２の裏面から輻射される熱は、熱効率の低下だけでなく、制御ユニット４５の電子部品等の温度を上昇させ、その寿命を短くするため、高価な高耐熱部品を採用せねばならず、コストアップの原因となっていた。

本発明は上記従来の課題を解決するもので、加熱中、保温中とも容器外に伝わる熱を殆どなくして熱効率を向上し、かつ、器体内部の温度上昇を抑制して使用電子部品のコストアップを少なくすることを目的としている。

本発明は上記目的を達成するために、水を収容する容器の外周に断熱材を設置し、この断熱材の外側に加熱コイルを設置し、この加熱コイルにインバータにより交流電流を供給
して容器を誘導加熱し、容器内の水温を温度センサにより検知し、この温度センサの検知温度を制御手段に入力し、この制御手段よりあらかじめ定められたシーケンスに従いインバータに駆動信号を出力するよう構成したものである。

これにより、加熱中、保温中とも容器外に伝わる熱を殆どなくすることができて熱効率を向上することができ、かつ、器体内部の温度上昇を抑制することができて使用電子部品のコストアップを少なくすることができる。

本発明の電気湯沸かし器は、加熱中、保温中とも容器外に伝わる熱を殆どなくすることができて熱効率を向上することができ、かつ、器体内部の温度上昇を抑制することができて使用電子部品のコストアップを少なくすることができる。

第１の発明は、水を収容する容器と、この容器の外周に設置した断熱材と、この断熱材の外側に設置し前記容器を誘導加熱する加熱コイルと、この加熱コイルに交流電流を供給するインバータと、前記容器内の水温を検知する温度センサと、この温度センサの検知温度を入力しあらかじめ定められたシーケンスに従い前記インバータに駆動信号を出力する制御手段とを備えたものであり、容器を誘導加熱により加熱し、かつ、加熱コイルに対向している個所も含め容器の外周を断熱材で包むことにより、加熱中、保温中とも容器外に伝わる熱を殆どなくすることができて熱効率を向上することができ、かつ、器体内部の温度上昇を抑制することができて使用電子部品のコストアップを少なくすることができる。

第２の発明は、上記第１の発明において、インバータより加熱コイルに供給される交流電流の電流値を切り替える加熱量切替手段を備え、制御手段は、あらかじめ定められたシーケンスに従い前記インバータに駆動信号を出力するとともに、前記加熱量切替手段に加熱量の切り替え信号を出力するようにしたものであり、加熱量切替手段により、加熱量を低下させることができ、保温時の湯温のリプルを少なくすることができる。

第３の発明は、上記第２の発明において、インバータを冷却するファンと、このファンを駆動するファン駆動手段とを備え、前記ファン駆動手段は、加熱量切替手段により加熱コイルに供給される交流電流値が大きいときにファンを駆動し、それ以外のときはファンを休止させるようにしたものであり、ファンによりインバータの温度上昇を抑えることができるとともに、加熱コイルに供給される交流電流値が大きいとき以外にはファンを休止させるので、保温動作時にはファンを休止し、騒音をなくすことができる。また、容器の外周を断熱材で包んでいるので、ファンが動作し器体内部に風が吹き抜ける加熱中および保温中に、熱を殆ど容器外に逃がすことなく、熱効率が改善することができ、かつ、器体内部の温度上昇が抑制されて、使用電子部品の耐熱性を無闇に上げる必要がなく、使用電子部品のコストアップを少なくすることができる。

第４の発明は、上記第１の発明において、インバータを冷却するファンと、このファンを駆動するファン駆動手段と、インバータの温度を検知するインバータ温度センサと、閾値温度を設定する閾値温度設定手段とを備え、前記ファン駆動手段は、前記インバータ温度センサの検知温度が前記閾値温度設定手段により設定される閾値温度を超過しているとき、ファンを駆動するようにしたものであり、インバータの温度が閾値温度を超過しているときのみ、ファンを駆動することにより、騒音の発生時間を短くすることができる。

第５の発明は、上記第１の発明において、加熱コイルへ通電開始後の経過時間を計時するタイマー手段と、閾値時間を設定する閾値時間設定手段と、前記タイマー手段の計時時間が前記閾値時間設定手段により設定される閾値時間に満たない間にインバータより前記
加熱コイルに供給される交流電流値を低減させて加熱量を低く抑える加熱量低減手段と、温度上昇勾配の上限値を設定する上限値設定手段と、空炊きを検知する空炊き検知手段とを備え、前記空炊き検知手段は、前記タイマー手段の計時時間が前記閾値時間設定手段により決定される閾値時間未満の間に温度センサの温度上昇勾配値が前記上限値設定手段により設定される温度上昇勾配の上限値を超過する場合、空炊きと判断して前記加熱コイルへの通電を停止するようにしたものであり、加熱コイルへの通電開始後一定時間の間、加熱量を低減し、その間に温度センサの温度上昇勾配値を観測して空炊きを検知し、加熱を停止することにより、温度センサ近傍に水滴が付着し、空炊き検知が遅れた場合でも、容器の加熱コイルに対向した底面の温度の急上昇を抑えることができ、容器自身や、特に容器内面のフッ素の損傷を防ぐことができる。

第６の発明は、上記第１の発明において、加熱コイルへ通電開始後の経過時間を計時するタイマー手段と、閾値時間を設定する閾値時間設定手段と、前記タイマー手段の計時時間が前記閾値時間設定手段により設定される閾値時間に満たない間にインバータより前記加熱コイルに供給される交流電流値を低減させて加熱量を低く抑える加熱量低減手段と、閾値温度を設定する閾値温度設定手段と、空炊きを検知する空炊き検知手段とを備え、前記空炊き検知手段は、前記タイマー手段の計時時間が前記閾値時間設定手段により決定される閾値時間未満の間に、温度センサの検知温度が前記閾値温度設定手段により設定される閾値温度を超過する場合、空炊きと判断して前記加熱コイルへの通電を停止するようにしたものであり、加熱コイルへの通電開始後一定時間の間、加熱量を低減し、その間に温度センサの検知温度を観測して空炊きを検知し、加熱を停止することにより、温度センサ近傍に水滴が付着し、空炊き検知が遅れた場合でも、容器の加熱コイル対向部の温度の急上昇を抑えることができ、容器自身や、特に容器内面のフッ素の損傷を防ぐことができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における電気湯沸かし器のシステム構成図を示し、図２は、同電気湯沸かし器のインバータの回路図を示すものである。

図１に示すように、容器１は、器体２の内部に収納し、水を収容するもので、磁性材料で構成し、この容器１の外周、すなわち外周側面と底面に断熱材３を貼り付けている。加熱コイル４は、容器１を誘導加熱するもので、容器１の底部に貼り付けた断熱材３の下面に設置し、容器１と加熱コイル４との間に断熱材３が介在しても容器１を誘導加熱できるようにしている。温度センサ５は、容器１内の水温を検知するもので、容器１の底面中央部の突起部に設置している。蓋６は、器体２にヒンジで開閉自在に取り付けている。制御ユニット７は、マイコンなどの電子回路を搭載し、加熱コイル４への通電を制御し、湯沸かし動作を行うようにしている。ポンプ８は、出湯スイッチ９を押すことにより動作し、容器１内の水を水管１０を通して吐出するようにしている。

インバータ１１は、加熱コイル４に交流電流を供給するもので、図２に示すように構成している。商用電源１２から供給された電源電流をダイオードブリッジ１３で全波整流し、インダクタ１４を介して、平滑用コンデンサ１５を充電する。パワートランジスタ１６は、平滑用コンデンサ１５から加熱コイル４への通電をオン・オフし、駆動用ＩＣ１７は、このパワートランジスタ１６のゲートに駆動信号を出力する。

共振用コンデンサ１８は、パワートランジスタ１６がオフしているときに、加熱コイル４に誘起した電流にて充電されるものであり、還流ダイオード１９は、パワートランジス
タ１６に並列に接続している。駆動用ＩＣ１７は、加熱コイル４の両端の電圧をそれぞれ抵抗２０、２１と抵抗２２、２３で分圧した電圧を比較し、それをタイミング信号としてパワートランジスタ１６に駆動信号を出力する。

加熱コイル４の交流電流値フィードバック回路２４は、インバータ１１の駆動用ＩＣ１７のフィードバック入力端子１７ｂに接続し、商用電源１２からインバータ１１に供給する電源電流をカレントトランス（図示せず）で検出し、検出した電圧を整流、平滑し、その電圧を駆動用ＩＣ１７のフィードバック入力端子１７ｂにフィードバックするようにしている。

駆動用ＩＣ１７は、フィードバック入力端子１７ｂの電圧が規定値より小さいとき、パワートランジスタ１６への駆動信号パルスのパルス幅を大きくし、インバータ１１から加熱コイル４へ供給される交流電流値を増加させ、フィードバック入力端子１７ｂの電圧が規定値より大きいとき、パワートランジスタ１６への駆動信号パルスのパルス幅を小さくし、インバータ１１から加熱コイル４へ供給される交流電流値を減少させる。この動作により、インバータ１１から加熱コイル４に供給される交流電流値は一定に維持される。

加熱量切替手段２５は、インバータ１１より加熱コイル４に供給される交流電流の電流値を切り替えるもので、その出力を交流電流値フィードバック回路２４に入力し、高い加熱量が必要な場合、駆動用ＩＣ１７のフィードバック端子１７ｂの電圧を低下させることにより、駆動用ＩＣ１７から出力されるパワートランジスタ１６への駆動信号パルスのパルス幅を大きくし、インバータ１１から加熱コイル４へ供給される交流電流値を増加させ、加熱量を大きくする。逆に、保温動作等、加熱量を低く抑える必要のあるときは、駆動用ＩＣ１７のフィードバック端子１７ｂの電圧を上昇させることにより、駆動用ＩＣ１７から出力されるパワートランジスタ１６への駆動信号パルスのパルス幅を小さくし、インバータ１１から加熱コイル４へ供給される交流電流値を減少させ、加熱量を小さくする。

制御手段２６は、温度センサ５の検知温度を入力し、あらかじめ定められたシーケンスに従ってインバータ１１に駆動信号を出力し、駆動用ＩＣ１７の入力端子１７ａに入力するとともに、加熱量切替手段２５に加熱量の切り替え信号を出力するようにしている。

なお、加熱量切替手段２５、制御手段２６などはマイクロコンピュータ（図示せず）で構成し、インバータ１１とともに制御ユニット７を構成している。入力手段２７は使用者が操作するもので、出湯スイッチ９の他、出湯スイッチや再沸騰スイッチ（いずれも図示せず）で構成し、蓋部４の前方に設けている。また、表示手段２８はＬＥＤ、ＬＣＤなどで構成し、電気湯沸かし器の状態を表示するものである。

上記構成において動作、作用を説明する。使用者が、容器１へ水を入れ、商用電源１２に接続すると、制御手段２６は、加熱量切替手段２５を介して加熱コイル４に供給する交流電流値を高く設定する。つづいて、制御手段２６は、駆動用ＩＣ１７に駆動信号を出力してインバータ１１を動作させ、加熱コイル４に交流電流を供給して高い加熱量にて加熱が始まる。

図３は、本実施の形態の電気湯沸かし器の要部電圧、電流波形を示すもので、（ａ）は加熱コイル４の電流波形、（ｂ）はパワートランジスタ１６のコレクタ電圧波形、（ｃ）はインバータ１１の駆動信号波形を示すものである。以下、図３を参照しながらインバータ１１の動作を説明する。

駆動用ＩＣ１７より駆動信号が出力され、パワートランジスタ１６の駆動入力がハイのとき（時刻ｔ１からｔ２の間）、パワートランジスタ１６は導通し、平滑用コンデンサ１
５より、加熱コイル４、パワートランジスタ１６の順で電流が流れる。

図３の時刻ｔ２にて駆動用ＩＣ１７からの駆動信号が停止し、パワートランジスタ１６の駆動入力がローとなると、パワートランジスタ１６は休止し、容器１を流れる誘導電流により、今度は逆に加熱コイル４に誘起した電流は、共振コンデンサ１８を充電する（時刻ｔ２からｔ３の間）。

やがて、加熱コイル４に誘起した電流が減少し、時刻ｔ３にてゼロになると、今度は、電流の向きが変わり、共振コンデンサ１８より加熱コイル４へ電流が流れ出すようになる（時刻ｔ３からｔ４の間）。

パワートランジスタ１６のコレクタの電圧は、パワートランジスタ１６が導通している区間（時刻ｔ１からｔ２の間）では０Ｖ、加熱コイル４に誘起した電流により、共振コンデンサ１８が充電されている区間（時刻ｔ２からｔ３の間）では上昇し、共振コンデンサ１８より加熱コイル４へ電流が流れ出す区間（時刻ｔ３からｔ４の間）では減少する。

パワートランジスタ１６のコレクタ電圧がグランド電圧になって以降、駆動用ＩＣ１７が加熱コイル４両端の電圧をそれぞれ抵抗２０、２１と抵抗２２、２３で分圧した電圧を比較し、それをタイミング信号としてパワートランジスタ１６に駆動信号を出力するまでの区間（時刻ｔ４からｔ５の間）は、還流用ダイオード１９を通して電流が流れる。

つぎに、図４を参照しながら湯沸かし時の動作を説明する。利用者が、容器１へ注水したときの水温Ｔ１が２５℃であり、その直後に商用電源１２より通電が開始されると、上述のように、高い加熱量で容器１内の水が加熱され、水温が急速に上昇していく。

容器１内の水が加熱され、温度センサ５の検知温度が、図４の時刻ｔ０にて保温設定温度Ｔ２（本実施の形態では９０℃）近くになると、制御手段２６は、加熱量切替手段２５を介して加熱コイル４に供給する交流電流値を低く設定する。

つづいて、制御手段２６は、図４の時刻ｔ０以前のように、温度センサ５の検知温度が保温設定温度より低いとき、インバータ１１を介して加熱コイル４に交流電流を供給し、容器１内の水を加熱し、図４の時刻ｔ０以後のように、温度センサ５の検知温度が保温設定温度より高いときは、インバータ１１を休止し、加熱コイル４への交流電流の供給は行われない。

保温動作時は、上述のように、加熱量を低く設定されており、容器１内の水温のリプルを低く抑えることができる。

これにより、容器１内のお湯を保温温度に保温することができる。利用者が操作部にある給湯スイッチを押した場合、制御手段２６はポンプ８に駆動信号を出力し、ポンプ８が動作して水管１０を通して容器１内のお湯を吐出することができる。

以上のように、本実施の形態においては、水を収容する容器１の外周に断熱材３を設置し、この断熱材３の外側に加熱コイル４を設置し、この加熱コイル４にインバータ１１により交流電流を供給して容器１を誘導加熱し、容器１内の水温を温度センサ５により検知し、この温度センサ５の検知温度を制御手段２６に入力し、この制御手段２６よりあらかじめ定められたシーケンスに従いインバータ１１に駆動信号を出力するよう構成したので、容器１を誘導加熱により加熱し、かつ、加熱コイル４に対向している容器１の底面も含め容器１の外周を断熱材３で包むことにより、加熱中、保温中とも容器１外に伝わる熱を殆どなくすることができて熱効率を向上することができ、かつ、器体２内部の温度上昇を
抑制することができて使用電子部品のコストアップを少なくすることができる。

また、インバータ１１より加熱コイル４に供給される交流電流の電流値を切り替える加熱量切替手段２５を備え、制御手段２６は、あらかじめ定められたシーケンスに従いインバータ１１に駆動信号を出力するとともに、加熱量切替手段２５に加熱量の切り替え信号を出力するようにしたので、加熱量切替手段２５により、加熱量を低下させることができ、保温時の湯温のリプルを少なくすることができる。

なお、本実施の形態において、加熱量切替手段２５を設けなかった場合、高い加熱量で保温動作が行われ、保温動作時の湯温のリプルはやや大きくなる。

（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２における電気湯沸かし器のシステム構成図を示すものである。

図５に示すように、ファン２９は、制御ユニット７の下方に設置し、制御ユニット７上に装着したインバータ１１を構成する電子部品を冷却するものである。ファン駆動手段３０は、ファン２９を駆動するもので、加熱量切替手段２５、制御手段２６などを構成するマイクロコンピュータ（図示せず）内にプログラムの形で存在し、加熱量切替手段２５が加熱コイル４に供給する交流電流値を高く設定しているときに、ファン２９に駆動信号を出力してファン２９を駆動し、低く設定しているときには、駆動信号を出力しないでファン２９を休止させるようにしている。他の構成は上記実施の形態１と同じであり、同一符号を付して説明を省略する。

上記構成において動作、作用を説明する。なお、インバータ１１の動作は、上記実施の形態１の動作と同じであるので、説明を省略する。

使用者が、容器１へ水を入れ、商用電源１２に接続すると、制御手段２６は、加熱量切替手段２５を介して加熱コイル４に供給する交流電流値を高く設定する。

つづいて、制御手段２６は、駆動用ＩＣ１７に駆動信号を出力し、インバータ１１を動作させ、加熱コイル４に交流電流を供給して高加熱量にて加熱が始まる。

ファン駆動手段３０は、加熱量切替手段２５により加熱コイル４に供給する交流電流値が高く設定されると同時に、ファン２９へ駆動信号を出力する。ファン２９は、ファン駆動手段３０からの駆動信号を受けて動作し、制御ユニット７上に装着されたインバータ１１を構成する電子部品を冷却する。

ファン２９が動作すると、器体２内部に風が吹きぬけ、容器１の外側に装着された断熱材３にも風が当たるが、断熱材３の断熱効果により容器１内の熱は殆ど逃げない。

容器１内の水が加熱され、温度センサ５の検知温度が保温設定温度近くになると、制御手段２６は、加熱量切替手段２５を介して加熱コイル４に供給する交流電流値を低く設定する。すると、ファン駆動手段３０は、加熱量切替手段２５により加熱コイル４に供給する交流電流値が低く設定されたため、ファン２９へ駆動信号を停止する。ファン駆動手段３０より駆動信号が来なくなったため、ファン２９は動作を停止する。

つづいて、制御手段２６は、温度センサ５の検知温度が保温設定温度より低いとき、インバータ１１を介して加熱コイル４に交流電流を供給し、容器１内の水を加熱する。一方、温度センサ５の検知温度が保温設定温度より高いとき、インバータ１１を休止し、加熱
コイル４への交流電流の供給は行われない。これにより、容器１内のお湯は保温設定温度に保温される。

この保温動作においては、加熱コイル４に供給される交流電流は低い値であることと、その供給が間欠的なものであるため、インバータ１１の発熱は大きくなく、ファン２９が動作しなくても、制御ユニット７上に装着された電子部品の温度は大きく上昇しない。

以上のように、本実施の形態においては、インバータ１１を冷却するファン２９と、このファン２９を駆動するファン駆動手段３０とを備え、ファン駆動手段３０は、加熱量切替手段２６により加熱コイル４に供給される交流電流値が大きいときにファン２９を駆動し、それ以外のときはファン２９を休止させるようにしたので、ファン２９によりインバータ１１の温度上昇を抑えることができるとともに、加熱コイル４に供給される交流電流値が大きいとき以外にはファン２９を休止させるので、保温動作時にはファン２９を休止し、騒音をなくすことができる。また、容器１の加熱コイル４に対向している底面も含め容器１の外周を断熱材３で包んでいるので、ファン２９が動作し器体２内部に風が吹き抜ける加熱中および保温中に、熱を殆ど容器１外に逃がすことなく、熱効率が改善することができ、かつ、器体２内部の温度上昇が抑制されて、使用電子部品の耐熱性を無闇に上げる必要がなく、使用電子部品のコストアップを少なくすることができる。

（実施の形態３）
図６は、本発明の実施の形態３における電気湯沸かし器のシステム構成図を示すものである。

図６に示すように、インバータ温度センサ３１は、インバータ１１の温度を検知するもので、制御ユニット７のインバータ１１を構成する電子部品に熱結合するように貼り付けている。このインバータ温度センサ３１は、通常、パワートランジスタ１６の近傍に装着する。インバータ温度検知手段３２は、インバータ温度センサ３１の出力電圧を受け、インバータ１１の温度を算出するようにしている。閾値温度設定手段３３は、閾値温度を設定するもので、設定した閾値温度をインバータ温度検知手段３２の出力とともにファン駆動手段３０に入力している。

ファン駆動手段３０は、インバータ温度検知手段３２の検知温度が、閾値温度設定手段３３により設定される閾値温度を超過しているとき、ファン２９へ駆動信号を出力してファン２９を駆動し、インバータ１１を構成する電子部品を冷却するようにしている。

なお、ファン駆動手段３０、インバータ温度検知手段３２、閾値温度設定手段３３は、加熱量切替手段２５、制御手段２６などとともにマイクロコンピュータ（図示せず）で構成している。他の構成は上記実施の形態１または２と同じであり、同一符号を付して説明を省略する。

上記構成において動作、作用を説明する。なお、インバータ１１の動作は、上記実施の形態１の動作と同じであるので、説明を省略する。

使用者が、容器１へ水を入れ、商用電源１２に接続すると、制御手段２６は、加熱量切替手段２５を介して、加熱コイル４に供給する交流電流値を高く設定する。

つづいて、制御手段２６は、インバータ１１の駆動用ＩＣ１７に駆動信号を出力し、インバータ１１を動作させ、加熱コイル４に交流電流を供給し、高加熱量にて加熱が始まる。高加熱量の加熱のため、加熱コイル４に供給される交流電流値が高く、したがって、インバータ１１を構成する電子部品も負荷電流が大きく、このため、その発熱も多く、イン
バータ１１を構成する電子部品の温度が急激に上昇する。

すると、インバータ１１を構成する電子部品に熱結合するように貼り付けたインバータ温度センサ３１の出力電圧が上昇し、インバータ温度検知手段３２が算出する温度値も上昇し、その温度が閾値温度設定手段３３により設定される閾値温度以上の場合、ファン駆動手段３０は、ファン２９へ駆動信号を出力し、ファン２９を駆動する。ファン２９が発生する風により、インバータ１１を構成する電子部品が冷却され、電子部品の温度は、その耐熱温度に対して余裕を持った値に飽和する。

一般的に、閾値温度設定手段３３により設定される閾値温度は５０℃程度である。加熱コイル４に供給する交流電流が高い値に設定され、かつ、ファン２９が動作した状態で、インバータ１１を構成する電子部品の温度が飽和したときの温度は、パワートランジスタ１６の温度が８０℃程度となるようにファン２９の動作回転数を設定する。

ファン２９が動作すると、器体２の内部に風が吹きぬけ、容器１の外側に装着された断熱材３にも風があたるが、断熱材３の断熱効果により容器１内の熱は殆ど逃げない。

容器１内の水が加熱され、温度センサ５の検知温度が保温温度近くになると、制御手段２６は、加熱量切替手段２５を介して加熱コイル４に供給する交流電流値を低く設定する。

つづいて、制御手段２６は、温度センサ５の検知温度が保温設定温度より低いとき、インバータ１１を介して加熱コイル４に交流電流を供給して容器１内の水を加熱し、温度センサ５の検知温度が保温設定温度より高いときは、インバータ１１を休止し、加熱コイル４への交流電流の供給は行われない。これにより、容器１内のお湯は、保温温度に保温される。

この保温動作においては、加熱コイル４に供給される交流電流値は低い値であることと、その供給が間欠的なものであるため、インバータ１１の発熱は大きくなく、ファン２９が動作していると、制御ユニット７上に装着されたインバータ１１を構成する電子部品の温度は急激に低下する。

すると、インバータ１１を構成する電子部品に熱結合するように貼り付けられたインバータ温度センサ３１の出力電圧が低下し、インバータ温度検知手段３２が算出する温度値も下降する。その温度が閾値温度設定手段３３により設定される閾値温度以下となった段階で、ファン駆動手段３０はファン２９への駆動信号を停止し、ファン２９は動作を停止する。

この保温動作においては、加熱コイル４に供給される交流電流は低い値であることと、その供給が間欠的なものであるため、インバータ１１の発熱は大きくなく、ファン２９が動作しなくても制御ユニット７上に装着された電子部品の温度は大きく上昇しない。

以上のように、本実施の形態においては、インバータ１１を冷却するファン２９と、このファン２９を駆動するファン駆動手段３０と、インバータ１１の温度を検知するインバータ温度センサ３１と、閾値温度を設定する閾値温度設定手段３３とを備え、ファン駆動手段３０は、インバータ温度センサ３１の検知温度が閾値温度設定手段３３により設定される閾値温度を超過しているとき、ファン２９を駆動するようにしたので、インバータ１１の温度が閾値温度を超過しているときのみ、ファン２９を駆動することにより、騒音の発生時間を短くすることができる。

（実施の形態４）
図７は、本発明の実施の形態４における電気湯沸かし器のシステム構成図を示すものである。

図７に示すように、タイマー手段３４は、使用者が容器１へ水を入れ、商用電源１２に接続して加熱コイル４への通電開始後の経過時間を計時するものである。加熱量低減手段３５は、タイマー手段３４の計時時間が閾値時間を設定する閾値時間設定手段３６により設定される閾値時間に満たない間にインバータ１１より加熱コイル４に供給される交流電流値を低減させて加熱量を低く抑えるようにしている。

空炊き検知手段３７は、温度センサ５の出力を入力し、容器１の空炊きを検知するものである。上限値設定手段３８は、温度センサ５により検知した温度の温度上昇勾配の上限値を設定するものである。ここで、空炊き検知手段３７は、タイマー手段３４の計時時間が閾値時間設定手段３６により決定される閾値時間未満の間に温度センサ５の温度上昇勾配値が上限値設定手段３８により設定される温度上昇勾配の上限値を超過する場合、空炊きと判断して加熱コイルへの通電を停止するようにしている。

なお、タイマー段３４、加熱量低減手段３５、閾値時間設定手段３６、空炊き検知手段３７、上限値設定手段３８は、制御手段２６とともにマイクロコンピュータ（図示せず）で構成している。他の構成は上記実施の形態１〜３と同じであり、同一符号を付して説明を省略する。

上記構成において図８を参照しながら動作、作用を説明する。使用者が容器１へ水を入れ、商用電源１２に接続して動作を開始すると、ステップＳ１にて空炊き検知手段３７は、制御手段２６、加熱量低減手段３５を介して加熱コイル４に供給する交流電流値を低く設定する。つづいて、ステップＳ２にて、制御手段２６は駆動用ＩＣ１７に駆動信号を出力してインバータ１１を駆動し、加熱コイル４に交流電流を供給し、低加熱量にて加熱が始まる。つぎに、ステップＳ３にて計時時間ｔを初期化し、ステップＳ４にてｔを１秒ごとにインクリメントし、タイマー手段３４が通電開始後からの計時時間ｔの計時をはじめる。

ついでステップＳ５に進み、空炊き検知手段３７は、温度センサ５の検知温度を読み取り、ステップＳ６にてその温度上昇勾配値を算出する。ステップＳ７にて温度上昇勾配値が上限値設定手段３８により設定される温度上昇勾配の上限値を超過するかどうかを判断し、超過している場合は空炊きと判断してステップＳ８に進み、制御手段２６を介して加熱コイル４への通電を停止する。

ステップＳ７にて温度上昇勾配値が上限値設定手段３８により設定される温度上昇勾配の上限値を超過していない場合はステップＳ９に進み、タイマー手段３４が計時する通電開始後からの経過時間ｔを閾値時間設定手段２２により設定された閾値時間と比較する。通電開始後からの経過時間ｔが閾値時間を超過していない場合はステップＳ４に戻り、超過している場合はステップＳ１０に進み、空炊き検知手段３７は、制御手段２６、加熱量低減手段３５を介して加熱コイル４に供給する交流電流値を高く設定する。

以降、インバータ１１は、加熱コイル４に供給する交流電流値を高く設定した状態で、温度センサ５が保温温度に達するまでの間、加熱コイル４への交流電流の供給を継続し、容器１内の水を加熱する。

もし、加熱コイル４への通電開始直後より、インバータ１１の出力が高く設定され、加熱コイル４に供給される交流電流値が高いままであると、たまたま、容器１の温度センサ
５取り付け部近傍に水滴を残したまま、容器１内の他の部分に水がなく空炊き状態の場合、容器１の加熱コイル４に対向した部分の温度は、熱量を吸収する水が存在しないため、瞬時に上昇する一方、温度センサ５は、容器１の温度センサ５取り付け部近傍の水滴に熱量を吸収され、検知温度の上昇が遅れる。

やがて、容器１の温度センサ５取り付け部近傍の水滴が蒸発した後、温度センサ５の検知温度の温度上昇勾配値が上限値設定手段３８により設定される温度上昇勾配の上限値を超過し、空炊き検知手段３７が加熱コイル４への電流供給を停止するが、このときすでに、容器１の加熱コイル４に対向した部分の温度は異常に高くなっており、容器１を損傷し、特に容器１内面にフッ素皮膜が塗布されている場合、そのフッ素皮膜が著しく損傷してしまう。

本実施の形態のように、通電開始後の経過時間が閾値時間内である間、加熱コイル４に供給される交流電流値を低く抑えるようにすると、その間に、温度センサ５取り付け部近傍の水滴が蒸発し、引き続いて、空炊き検知手段３７が温度センサ５の温度上昇勾配値が上限値設定手段３８により設定される温度上昇勾配の上限値を超過していることを検知して空炊きと判断し、制御手段２６により加熱コイル４への通電を停止することで、もし空炊きの状態となっていても、加熱コイル４に供給される交流電流値は低い設定であり、容器１の発熱量は小さく、容器１の加熱コイル４に対向した部分の温度上昇は低く抑えられ、容器１やその内面に塗布されたフッ素皮膜の損傷は、発生しない。

以上のように、本実施の形態においては、加熱コイル４へ通電開始後の経過時間を計時するタイマー手段３４と、閾値時間を設定する閾値時間設定手段３６と、タイマー手段３４の計時時間が閾値時間設定手段３６により設定される閾値時間に満たない間にインバータ１１より加熱コイル４に供給される交流電流値を低減させて加熱量を低く抑える加熱量低減手段３５と、温度上昇勾配の上限値を設定する上限値設定手段３８と、空炊きを検知する空炊き検知手段３７とを備え、空炊き検知手段３７は、タイマー手段３４の計時時間が閾値時間設定手段３６により決定される閾値時間未満の間に温度センサ５の温度上昇勾配値が上限値設定手段３８により設定される温度上昇勾配の上限値を超過する場合、空炊きと判断して加熱コイル４への通電を停止するようにしたので、加熱コイル４への通電開始後一定時間の間、加熱量を低減し、その間に温度センサ５の温度上昇勾配値を観測して空炊きを検知し、加熱を停止することにより、空炊きの状態で、かつ、温度センサ５近傍に水滴が付着し、空炊き検知が遅れた場合でも、容器１の加熱コイル４に対向した底面の温度の急上昇を抑えることができ、容器１自身や、特に容器１内面のフッ素の損傷を防ぐことができる。

（実施の形態５）
図９は、本発明の実施の形態５における電気湯沸かし器のシステム構成図を示すものである。

図９に示すように、空炊き検知手段３７は、タイマー手段３４の計時時間が閾値時間設定手段３６により決定される閾値時間未満の間に、温度センサ５の検知温度が閾値温度設定手段３９により設定される閾値温度を超過する場合、空炊きと判断して加熱コイル４への通電を停止するようにしている。

なお、タイマー段３４、加熱量低減手段３５、閾値時間設定手段３６、空炊き検知手段３７、閾値温度設定手段３９は、制御手段２６とともにマイクロコンピュータ（図示せず）で構成している。他の構成は上記実施の形態４と同じであり、同一符号を付して説明を省略する。

上記構成において図１０を参照しながら動作、作用を説明する。使用者が容器１へ水を入れ、商用電源１２に接続して動作を開始すると、ステップＳ１１にて空炊き検知手段３７は、制御手段２６、加熱量低減手段３５を介して加熱コイル４に供給する交流電流値を低く設定する。つづいて、ステップＳ１２にて、制御手段２６は駆動用ＩＣ１７に駆動信号を出力してインバータ１１を駆動し、加熱コイル４に交流電流を供給し、低加熱量にて加熱が始まる。つぎに、ステップＳ１３にて計時時間ｔを初期化し、ステップＳ１４にてｔを１秒ごとにインクリメントし、タイマー手段３４が通電開始後からの計時時間ｔの計時をはじめる。

ついでステップＳ１５に進み、空炊き検知手段３７は、温度センサ５の検知温度を読み取り、ステップＳ１６にて、その検知温度が閾値温度設定手段３９により設定される閾値温度を超過するかどうかを判断し、超過している場合は空炊きと判断してステップＳ１７に進み、制御手段２６を介して加熱コイル４への通電を停止する。

ステップＳ１６にて温度センサ５の検知温度が閾値温度を超過していない場合はステップＳ１８に進み、タイマー手段３４が計時する通電開始後からの経過時間ｔを閾値時間設定手段２２により設定された閾値時間と比較する。通電開始後からの経過時間ｔが閾値時間を超過していない場合はステップＳ１４に戻り、超過している場合はステップＳ１９に進み、空炊き検知手段３７は、制御手段２６、加熱量低減手段３５を介して加熱コイル４に供給する交流電流値を高く設定する。

以降、インバータ１１は、加熱コイル４に供給する交流電流値を高く設定した状態で、温度センサ５が保温温度に達するまでの間、加熱コイル４への交流電流の供給を継続し、容器１内の水を加熱する。

もし、加熱コイル４への通電開始直後より、インバータ１１の出力が高く設定され、加熱コイル４に供給される交流電流値が高いままであると、たまたま、容器１の温度センサ５取り付け部近傍に水滴を残したまま、容器１内の他の部分に水がなく空炊き状態の場合、容器１の加熱コイル４に対向した部分の温度は、熱量を吸収する水が存在しないため、瞬時に上昇する一方、温度センサ５は、容器１の温度センサ５取り付け部近傍の水滴に熱量を吸収され、検知温度の上昇が遅れる。

やがて、容器１の温度センサ５取り付け部近傍の水滴が蒸発した後、温度センサ５の検知温度が閾値温度設定手段３９により設定される閾値温度を超過し、空炊き検知手段３７が加熱コイル４への電流供給を停止するが、このときすでに、容器１の加熱コイル４に対向した部分の温度は異常に高くなっており、容器１を損傷し、特に容器１内面にフッ素皮膜が塗布されている場合、そのフッ素皮膜が著しく損傷してしまう。

本実施の形態のように、通電開始後の経過時間が閾値時間内である間、加熱コイル４に供給される交流電流値を低く抑えるようにすると、その間に、温度センサ５取り付け部近傍の水滴が蒸発し、引き続いて、空炊き検知手段３７が、温度センサ５の検知温度が閾値温度設定手段３９により設定される閾値温度を超過していることを検知して空炊きと判断し、制御手段２６により加熱コイル４への通電を停止することで、もし空炊きの状態となっていても、加熱コイル４に供給される交流電流値は低い設定であり、容器１の発熱量は小さく、容器１の加熱コイル４に対向した部分の温度上昇は低く抑えられ、容器１やその内面に塗布されたフッ素皮膜の損傷は、発生しない。

以上のように、本実施の形態においては、加熱コイル４へ通電開始後の経過時間を計時するタイマー手段３４と、閾値時間を設定する閾値時間設定手段３６と、タイマー手段３４の計時時間が閾値時間設定手段３６により設定される閾値時間に満たない間にインバー
タ１１より加熱コイル４に供給される交流電流値を低減させて加熱量を低く抑える加熱量低減手段３５と、閾値温度を設定する閾値温度設定手段３９と、空炊きを検知する空炊き検知手段３７とを備え、空炊き検知手段３７は、タイマー手段３４の計時時間が閾値時間設定手段３６により決定される閾値時間未満の間に、温度センサ５の検知温度が閾値温度設定手段３９により設定される閾値温度を超過する場合、空炊きと判断して加熱コイル４への通電を停止するようにしたので、加熱コイル４７への通電開始後一定時間の間、加熱量を低減し、その間に温度センサ５の検知温度を観測して空炊きを検知し、加熱を停止することにより、温度センサ５近傍に水滴が付着し、空炊き検知が遅れた場合でも、容器１の加熱コイル４に対向した底面の温度の急上昇を抑えることができ、容器１自身や、特に容器１内面のフッ素の損傷を防ぐことができる。

以上のように、本発明にかかる電気湯沸かし器は、加熱中、保温中とも容器外に伝わる熱を殆どなくすることができて熱効率を向上することができ、かつ、器体内部の温度上昇を抑制することができて使用電子部品のコストアップを少なくすることができるので、容器内の水を加熱し、保温する電気湯沸かし器として有用である。

本発明の実施の形態１における電気湯沸かし器のシステム構成図 同電気湯沸かし器のインバータの回路図 同電気湯沸かし器の要部電圧、電流波形図 同電気湯沸かし器の湯沸かし時のタイムチャート 本発明の実施の形態２における電気湯沸かし器のシステム構成図 本発明の実施の形態３における電気湯沸かし器のシステム構成図 本発明の実施の形態４における電気湯沸かし器のシステム構成図 同電気湯沸かし器の要部動作フローチャート 本発明の実施の形態５における電気湯沸かし器のシステム構成図 同電気湯沸かし器の要部動作フローチャート 従来の電気湯沸かし器の縦断面図

符号の説明

１ 容器
３ 断熱材
４ 加熱コイル
５ 温度センサ
１１ インバータ
２６ 制御手段

Claims (6)

1. 水を収容する容器と、この容器の外周に設置した断熱材と、この断熱材の外側に設置し前記容器を誘導加熱する加熱コイルと、この加熱コイルに交流電流を供給するインバータと、前記容器内の水温を検知する温度センサと、この温度センサの検知温度を入力しあらかじめ定められたシーケンスに従い前記インバータに駆動信号を出力する制御手段とを備えた電気湯沸かし器。
2. インバータより加熱コイルに供給される交流電流の電流値を切り替える加熱量切替手段を備え、制御手段は、あらかじめ定められたシーケンスに従い前記インバータに駆動信号を出力するとともに、前記加熱量切替手段に加熱量の切り替え信号を出力するようにした請求項１記載の電気湯沸かし器。
3. インバータを冷却するファンと、このファンを駆動するファン駆動手段とを備え、前記ファン駆動手段は、加熱量切替手段により加熱コイルに供給される交流電流値が大きいときにファンを駆動し、それ以外のときはファンを休止させるようにした請求項２記載の電気湯沸かし器。
4. インバータを冷却するファンと、このファンを駆動するファン駆動手段と、インバータの温度を検知するインバータ温度センサと、閾値温度を設定する閾値温度設定手段とを備え、前記ファン駆動手段は、前記インバータ温度センサの検知温度が前記閾値温度設定手段により設定される閾値温度を超過しているとき、ファンを駆動するようにした請求項１記載の電気湯沸かし器。
5. 加熱コイルへ通電開始後の経過時間を計時するタイマー手段と、閾値時間を設定する閾値時間設定手段と、前記タイマー手段の計時時間が前記閾値時間設定手段により設定される閾値時間に満たない間にインバータより前記加熱コイルに供給される交流電流値を低減させて加熱量を低く抑える加熱量低減手段と、温度上昇勾配の上限値を設定する上限値設定手段と、空炊きを検知する空炊き検知手段とを備え、前記空炊き検知手段は、前記タイマー手段の計時時間が前記閾値時間設定手段により決定される閾値時間未満の間に温度センサの温度上昇勾配値が前記上限値設定手段により設定される温度上昇勾配の上限値を超過する場合、空炊きと判断して前記加熱コイルへの通電を停止するようにした請求項１記載の電気湯沸かし器。
6. 加熱コイルへ通電開始後の経過時間を計時するタイマー手段と、閾値時間を設定する閾値時間設定手段と、前記タイマー手段の計時時間が前記閾値時間設定手段により設定される閾値時間に満たない間にインバータより前記加熱コイルに供給される交流電流値を低減させて加熱量を低く抑える加熱量低減手段と、閾値温度を設定する閾値温度設定手段と、空炊きを検知する空炊き検知手段とを備え、前記空炊き検知手段は、前記タイマー手段の計時時間が前記閾値時間設定手段により決定される閾値時間未満の間に、温度センサの検知温度が前記閾値温度設定手段により設定される閾値温度を超過する場合、空炊きと判断して前記加熱コイルへの通電を停止するようにした請求項１記載の電気湯沸かし器。