JP2010145062A - 電気暖房機 - Google Patents

Abstract

【課題】機器本来の目的で設けた手段を利用して、シーズヒータからの漏洩電流を抑えるようにした電気暖房機を提供することにある。
【解決手段】中間電位が大地に接続されている交流電源１に接続された状態において、機器の異常温度時にシーズヒータ２への通電を遮断する安全用のリレー１６をシーズヒータ２の通電をオン、オフして通電量を制御するＳＳＲ１０とは別に設け、リレー１６の故障を検知するリレー故障検知回路１７により、シーズヒータ２の絶縁不良による漏電も検出し、故障を検出した場合には、リレー１６およびＳＳＲ１０をオフしてシーズヒータ２からの漏洩電流を抑えるものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、シーズヒータを使用した電気暖房機に関するものである。

従来、ヒータを用いた機器において、経年劣化等によるヒータの絶縁不良等からおきる漏電を検知する手段としては、温水洗浄便座や、電気温水器に使用される漏電遮断器、すなわち、元の交流電源の２線を霊相変流器に入力して、その２線を流れる電流のバランスの差によって漏電を検出する漏電遮断器や、特許文献１のように、機器のアース線を流れる漏洩電流を計測して通電を遮断するものがあった。
特開平６−２４５３６５号公報

しかしながら、前記従来の構成において使用している漏電遮断器では、漏電を検出するための専用の霊相変流器のセンサが必要であった。また、特許文献１に記載のものにおいては、図３のように、アース線３０の電流を計測する回路３１が必要という課題があった。

前記従来の課題に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、機器本来の目的で設けた手段を利用して、シーズヒータからの漏洩電流を抑えるようにした電気暖房機を提供することにある。

前記課題を解決するため、本発明の電気暖房機は、中間電位が大地に接続されている交流電源に接続された状態において、機器の異常温度時にシーズヒータへの通電を遮断する安全用の第一の開閉手段をシーズヒータの通電をオンオフして通電量を制御する第２の開閉手段とは別に設け、前記第一の開閉手段の故障を検知する故障検知回路により、シーズヒータの絶縁不良による漏電も検出し、故障を検出した場合には、第一および第二の開閉手段をオフしてシーズヒータからの漏洩電流を抑えることができるものである。

以上のように本発明の温風暖房機は、第一の開閉手段の異常時に働く故障検知回路によってシーズヒータの絶縁不良による漏電も検出することができ、専用のセンサを設けることなく、シーズヒータからの漏洩電流を抑えることができる。

以下に、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における電気暖房機を搭載した電気温風暖房機の制御回路図で、図２は同電気温風暖房機の制御回路の要部の出力波形図である。図１において、本発明の電気温風暖房機は、中間電位がアースに接続された交流２００Ｖの交流電源１に接続して使用される。

この電気温風暖房機は、シーズヒータ２と、このシーズヒータ２が密接して伝わる熱と空気との熱交換を効率良く行うために、表面積を増加させるフィンが配置された熱交換器
３とからなる熱源４が風洞５の内部に配置され、この熱源４へ吸気口６から吸い込んだ空気を当てて温まった空気を温風として吹出し口７から出すファン８およびファン８を回転させる直流モータ９と、この機器の運転、停止を含む全体を制御する制御部１４を備えている。

制御部１４は、使用者が室内の温度設定や電気温風暖房機の暖房運転のオン、オフ等の操作を行う操作回路１１と、設定温度や現在室温の表示を行う表示回路１２と、マイクロコンピュータ１３およびその周辺回路（図示せず）で構成され、機器の異常温度時の信号を取り込んで後述する、第１の開閉手段としての安全用のリレー１６をオフしてシーズヒータ２への通電を遮断する制御を行う。

また、制御部１４は以下に説明する、電気温風暖房機の構成の機能と動作を実行するためのプログラムが、マイクロコンピュータ１３の格納部（図示せず）に収められているものである。

ソリッドステートリレー（以下、ＳＳＲという）１０は、第２の開閉手段としてシーズヒータ２の他端と交流電源１の他端との間に接続し、制御部１４からの信号で開閉してシーズヒータ２への通電量を変えるものである。直流電源回路１５は、交流電源１と絶縁された直流電圧を制御部１４と後述する、故障検知回路としてのリレー故障検知回路１７へ供給する。

安全用のリレー１６は、交流電源１の一端とシーズヒータ２の一端との間に接続して機器の安全性を高めるもので、制御部１４による機器の運転、停止の信号を受けて正常時には開閉するとともに、機器の異常温度時の信号を受けてオフしてシーズヒータ２への通電を遮断する。

リレー故障検知回路１７は、フォトカプラ２１で構成され、第一の開閉手段としてのリレー１６の故障を検知するものであり、リレー１６の出力端とシーズヒータ２の一端との接続点ａと、第二の開閉手段であるＳＳＲ１０と交流電源１の他端との接続点ｂとの間に接続し、リレー１６の出力端と交流電源１の反対側である他端との電位差が入力され、図２に示すリレー１６のオン、オフ状態に対応した波形を制御部１４に出力する。

そして、リレー故障検知回路１７は、接続点ａに接続された入力端に電流制限抵抗としての、例えば２００ｋΩの高い抵抗２０を有するフォトカプラ２１のＬＥＤに接続され、さらに、フォトカプラ２１内のＬＥＤとは逆極性のダイオード２２がＬＥＤと並列に接続されるとともに、フォトカプラ２１の出力側のホトトランジスタの出力端が制御部１４に入力されるとともに、直流電源回路１５より定電圧が供給されている。

また、リレー故障検知回路１７は、図２に示すように交流電源１の電圧波形に対応しての波形を出力してリレー１６の動作の正常、故障を検知し、この検知信号を制御部１４が判定してリレー１６の正常、故障により機器全体を制御する。

すなわち、リレー故障検知回路１７はリレー１６が正常にオンして交流電源１の電圧が印加されると、図１の点線で示す経路（交流電源１の正サイクル時は、交流電源１の一端、リレー１６、接続点ａ、リレー故障検知回路１７、接続点ｂ、交流電源１の他端、交流電源１の中間電位のアースと、交流電源１の負サイクル時は前記と逆順、）で交流電源１の電流が流れ、図２に示すように交流電源１の電圧波形に同期したパルス信号（正常波形）が出力され、そして、リレー１６が正常にオフして交流電源１が印加されないと、直流電源１５から供給されている定電圧の信号（正常波形）が制御部１４に入力される。

また、リレー故障検知回路１７はリレー１６がショート故障した場合、リレー１６をオフする信号を制御部１４が出力しているにもかかわらず、図２に示すように交流電源１の電圧波形に同期したパルス信号が制御部１４に入るので、異常と判定し表示回路１２に表示して報知する。

また、リレー故障検知回路１７はリレー１６がオープン故障した場合、リレー１６をオフする信号を制御部１４が出力しているにもかかわらず、図２に示すように直流電源１５から供給されている定電圧の信号が制御部１４に入るので、異常と判定し表示回路１２に表示して報知する。

室温サーミスタ１８は、吸気口６に設けて室温を測定するとともに、その出力を制御部１４に入力する。器体サーミスタ１９は、風洞５の温度を測定するとともに、その出力を制御部１４に入力する。

以下に、本発明の電気温風暖房機の動作を説明する。通常の暖房運転時の動作は次の通りである。

使用者は、操作回路１１を操作して設定温度を設定し、暖房運転を開始する。制御部１４のマイクロコンピュータ１３は、前記の温度設定が行われると、リレー故障検知回路１７の出力が図２に示すようにリレー１６の正常時のオフで、定電圧信号であることを確認する。

そして、制御部１４はリレー１６がショート故障していないことを確認した後、リレー１６をオンに制御すると、高抵抗２０を介して交流電源１が印加されたリレー故障検知回路１６の出力が図２に示すようにリレー１６のオンでパルス信号となり、この信号でリレー１６の正常を確認する。

続いて、制御部１４は、室温サーミスタ１８の出力と設定温度の差に応じた信号を取り込んでＳＳＲ１０を制御してシーズヒータ２に通電し、一方、直流モータ９を回転してファン８により吸気口６から空気を吸い込み、熱源４を通して温風を機器前面の吹出し口７から放出して部屋を設定温度になるまで暖房の制御を行う。

ここで、制御部１４は室温が上昇してくると、ＳＳＲ１０をオフに制御してシーズヒータ２の通電量を減らし、そして直流モータ９の回転を落として室温が設定温度よりも高くならないようにする。このようにＳＳＲ１０をオン、オフして室内を設定温度に保つものである。

使用者の操作によって暖房運転が停止されると、制御部１４はリレー１６およびＳＳＲ１０をオフしてシーズヒータ２への通電をとめて、しばらく直流モータ９だけを回転し続けて、熱源４に空気を当てることで、熱源４を冷やすポストパージを行わせてから暖房運転を停止する。

次に温風暖房機の異常時の運転動作について以下に説明する。

（１）埃詰まり検知
シーズヒータ２は熱交換器３のフィンにより表面積が大きくなり効率よく冷却されるので、表面温度は２００℃程度となり、輻射熱は少なくなる。これにより、シーズヒータ２で発生する熱は、輻射熱になることが少ないので、吹出し口７からの空気の温度は高いが、機器外郭の温度は高くならない。

吸気口６、その他等の埃詰まりによって、吸気口６のフィルターや、熱交換器３の空気の流れが悪くなると、熱交換器３の温度が上昇し、輻射熱が増加する。そして、前記の輻射熱により風洞５に配置された器体サーミスタ１９の温度が上昇する。

制御部１４は、この温度上昇を器体サーミスタ１９からの信号により検出して、吹出し口７の温度が規定値異常に高温にならないように、直流モータ９の回転数を上昇させる。さらに、埃詰まりが進み、直流モータ９の回転数の上限閾値に達する、もしくは、器体温度サーミスタ１９の温度が上限閾値に達すると、これらいずれかの信号を取り込んだ制御部１４は、リレー１６をオフしてシーズヒータ２の通電を遮断し、さらに表示回路１２に異常表示を出し、使用者に異常を報知する。

（２）ＳＳＲのショート故障検知
ＳＳＲ１０のショート故障により、制御部１４の通電量制御が利かずシーズヒータ２へ常時通電されながら暖房運転が続けられると、室温が上昇してもシーズヒータ２の通電率がさがらず、ファン８の回転数だけが下がる現象がおきる。

すると、シーズヒータ２および熱交換器３の温度が上昇し輻射熱が増加すると器体温度が上昇する。制御部１４は器体温度サーミスタ１９の温度検知が上限閾値に達すると、シーズヒータ２の通電をリレー１６により遮断し、表示回路１２に異常表示を出し、使用者に異常を報知する。

（３）リレー１６のショート故障検知
リレー１６がショート故障の場合にあって、暖房開始時にリレー１６がオフの状態であり、図２に示すように制御部１４のマイクロコンピュータ１３は、リレー故障検知回路１７の出力がパルス信号であることを検知すると、リレー１６のショート故障と判断し、暖房運転を開始せずに使用者に表示回路１２にて異常を報知する。

（４）シーズヒータ２からの漏電
温風暖房機は、経年劣化等により、シーズヒータ２のヒータ線とヒータ外郭（図示せず）間の絶縁抵抗が減少し、シーズヒータ２の外郭から、風洞５および機器の外郭を介してアースへ漏洩電流が図１に１点鎖線で示す経路（シーズヒータ２の一端、接続点ａ、リレー故障検知回路１７、接続点ｂ、交流電源１の他端へと、同じくシーズヒータ２外郭から、風洞５および機器の外郭のアースを介して交流電源１の中間電位のアースへと）で流れる。

このように漏洩電流が流れると、リレー１６、ＳＳＲ１０がオフの状態でも、リレー故障検知回路１７からパルス信号が制御部１４に入力される。制御部１４は、図２に示すリレー１６のショート故障と同様に、暖房運転を開始せずに表示回路１２に異常を表示し、使用者に異常を報知する。

そして、上記の漏洩電流は、リレー１６とＳＳＲ１０がオフの状態では、シーズヒータ２への通電を遮断し、経年変化によるシーズヒータ２の抵抗値が小さくても、２００ｋΩの抵抗２０に制限されるため、ＡＣ２００Ｖの交流電源１に接続されていた場合にあっても、漏洩電流は一応安全な、ＡＣ０．５ｍＡ以下に制限される。

なお、暖房運転中は、リレー１６、ＳＳＲ１０ともにオンしているので、シーズヒータ２からの漏洩電流はリレー故障検知回路１７で検出できないので、暖房運転中でも、暖房に支障のない範囲で、定期的もしくは不定期にリレー１６を短時間オフして、上記した漏洩電流の検知と同じようにして、その時のリレー故障検知回路１７の信号によって、シーズヒータ２からの漏洩電流を検出することができるように制御部１４は、これを実行する
プログラムを格納しているものである。

以上のように本実施の形態によれば、リレー１６の異常時に働くリレー故障検知回路１７によってシーズヒータ２の絶縁不良による漏電も検出することができるとともに、リレー１６が故障時には、ＳＳＲ１０によってシーズヒータ２への通電を遮断し、漏電時にはリレー１６およびＳＳＲ１０によってシーズヒータ２への通電を遮断して、シーズヒータからの漏洩電流を抑えることができる。

本発明に係る電気暖房機は、シーズヒータを使用した暖房機の用途に有用である。

本発明の実施の形態１における温風暖房機の制御回路図 同温風暖房機の制御回路の要部の出力波形図 従来の浴槽機器の感電防止回路図

符号の説明

１ 交流電源
２ シーズヒータ
３ 熱交換器
４ 熱源
５ 風洞
６ 吸気口
７ 吹出し口
８ ファン
９ 直流モータ
１０ ＳＳＲ（第二の開閉手段）
１３ マイクロコンピュータ
１４ 制御部
１５ 直流電源
１６ リレー（第一の開閉手段）
１７ リレー故障検知回路（故障検知回路）
２０ 抵抗（電流制限抵抗）

Claims (2)

1. 中間電位が大地に接続されている交流電源と、
   前記交流電源に接続し、電気を供給されるシーズヒータと、
   前記交流電源の一端と前記シーズヒータの一端との間に接続し、機器の運転、停止で開閉するとともに、機器の異常温度時の信号を受けて開き通電を遮断する第一の開閉手段と、前記シーズヒータの他端と前記交流電源の他端との間に接続し、開閉により前記シーズヒータへの通電量を変える第二の開閉手段と、
   前記第一の開閉手段と前記シーズヒータの一端との接続点と、前記第二の開閉手段と前記交流電源の他端との接続点との間に接続し、電圧が電流制限抵抗を介して入力され、かつ第一開閉手段の故障を検知する故障検知回路と、
   機器の異常温度時の信号で前記第一の開閉手段を開成するとともに、前記故障検知回路から故障信号が入力され、前記第一の開閉手段および第二の開閉手段を開閉制御する制御部と、
   前記交流電源と絶縁された直流電圧を発生させて、前記制御部と故障検知回路へ供給する直流電源回路とを備えた電気暖房機。
2. 制御部は、シーズヒータに通電中も、断続的に第一の開閉手段を開閉して、該第一の開閉手段の故障を確認することを特徴とする請求項１記載の電気暖房機。

Images