JP2019027708A

JP2019027708A - 電気湯沸器

Info

Publication number: JP2019027708A
Application number: JP2017148748A
Authority: JP
Inventors: 松村　良司; Ryoji Matsumura; 良司松村; 和也下坊; Kazuya Shimobo; 徹森山; Toru Moriyama; 康孝徳永; Yasutaka Tokunaga; 誠之岡野; Masayuki Okano; 大三好; Masaru Miyoshi
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2017-08-01
Filing date: 2017-08-01
Publication date: 2019-02-21

Abstract

【課題】電気ノイズの発生を少なくし、かつ、電圧フリッカの発生も抑制できる電気湯沸器を提供すること。【解決手段】温水を加熱し、容量の異なる２個の電気ヒータ（２、３）と、電気ヒータ（２、３）の出力を調整する出力調整ボリュウム８と、制御装置９とを備え、制御装置９は、容量の大きい方の第２の電気ヒータ３の出力の全容量の、０％、略５０％、１００％の出力パターンと、容量の小さい方の第１の電気ヒータ２の出力を、交流波形の半波単位でゼロクロス毎に、１００％の出力から所定の比率毎に出力が減少する出力パターンと、を組み合わせ、出力調整ボリュウム８によって調整される電気ヒータ（２、３）の出力の大きさに基づいて、容量の異なる２個の電気ヒータ（２、３）のそれぞれの出力パターンとその組合せを変更することを特徴とする電気湯沸器。【選択図】図１

Description

本発明は、電気湯沸器に関するものである。

従来、この種の電気湯沸器は、機器内に加熱装置としてシーズヒータを有し、通水を加熱して、温水のシャワーを提供するものがある（例えば、特許文献１参照）。

図９は、特許文献１に記載の電気湯沸器を示すものである。図９で示すように、水を加熱するヒータユニット１０１と、ヒータユニット１０１の構成部品である電気ヒータ１０２と、電力制御手段１０３（トライアック）と、出力調整ボリューム１０４と、制御装置１０５（電気回路）と、給水口１０６と、給湯口１０７と、電源スイッチ１０８と、湯が出るシャワーヘッド１０９と、から構成されている。

また、このような電気湯沸器の制御装置１０５の電気回路は、図１０（ａ）に示すように構成されており、図１０（ｂ）に示すように、電源スイッチ１０８がＯＮされ、ＤＩＡＣ（ダイアック）両端がある電位以上（＝トリガーポイント）になると、電力制御手段１０３であるトライアックのＴ１、Ｔ２間に電流が流れ、電気ヒータ１０２が加熱される。このゼロクロスポイントから、トリガーポイントまでの時間は、出力調整ボリュウム１０４によって調整可能である。

特開２０１２−１７２９４７号公報

しかしながら、前記従来の構成では、電気ヒータ１０２の出力がリニアに制御されるが、トリガポイントにおいて、急激な電流変化（例えば、ＡＣ２２０Ｖ、４．５ｋｗのヒータで、最大２０．５Ａの電流変化）が周期的に発生していた。

これにより、電気ヒータ１０２の加熱制御中は、周期的に発生する急激な電流変化によって、電気ノイズが発生し、ＡＣ電源部を経由して、他の機器にノイズの影響を与えていた。

そこで、加熱手段の出力制御方法を交流波形の半波単位で、ゼロクロス毎に、１００％出力から、数％ずつ出力が減少するように間引きすると、電気ノイズの発生は抑えることは可能となるが、周期的な電圧変動は、電圧フリッカの発生原因となり、この電圧フリッカの発生により、蛍光灯等のちらつきが発生するという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、電気ノイズの発生を少なくし、かつ、電圧フリッカの発生も抑制できる電気湯沸器を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の電気湯沸器は、温水を加熱し、容量の異なる２個の電気ヒータと、前記電気ヒータの出力を調整する出力調整ボリュウムと、制御装置と、を備え、前記制御装置は、容量の大きい方の電気ヒータの出力の全容量の、０％、略５０％、１００％の出力パターンと、容量の小さい方の電気ヒータの出力を、交流波形の半波単位でゼロクロス毎に１００％の出力から所定の比率毎に出力が減少する出力パターンと、を組み合わせ、前記容量の異なる２個の電気ヒータの合計出力が、０％〜１００％において等間隔で複数の出力パターンとなるように制御するとともに、前記出力調整ボリュウムによって調整される前記電気ヒータの出力の大きさに基づいて、前記容量の異なる２個の電気ヒータのそれぞれの出力パターンとその組合せを変更することを特徴とするものである。

これにより、急激な電流変化を発生させることもなく、出力調整ボリュウムの設定値に基づいて、等間隔で複数の出力値により、電気ヒータの加熱出力の調整ができるので、電気ノイズの発生を少なくし、かつ、電圧フリッカの発生も抑制できる電気湯沸器を提供できる。

本発明によれば、電気ノイズの発生を少なくし、かつ、電圧フリッカの発生も抑制できる電気湯沸器を提供できる。

本発明の実施の形態１における電気湯沸器の構成図同電気湯沸器の電気回路構成図同電気湯沸器の出力調整ボリュウムとヒータ出力との関係を示す図同電気湯沸器の電気ヒータの出力パターンを示す図同電気湯沸器の電気ヒータの他の出力パターンを示す図同電気湯沸器の電気ヒータの他の出力パターンを示す図同電圧変動周波数とちらつき視度係数との関係を示す図同出力調整ボリュウムからの要求出力に対する電気ヒータの出力パターンを示す図従来の電気湯沸器の構成図（ａ）従来の電気湯沸器の電気回路の構成図（ｂ）従来の電気湯沸器の電気ヒータの制御図

第１の発明は、温水を加熱し、容量の異なる２個の電気ヒータと、前記電気ヒータの出力を調整する出力調整ボリュウムと、制御装置と、を備え、前記制御装置は、容量の大きい方の電気ヒータの出力の全容量の、０％、略５０％、１００％の出力パターンと、容量の小さい方の電気ヒータの出力を、交流波形の半波単位でゼロクロス毎に１００％の出力から所定の比率毎に出力が減少する出力パターンと、を組み合わせ、前記容量の異なる２個の電気ヒータの合計出力が、０％〜１００％において等間隔で複数の出力パターンとなるように制御するとともに、前記出力調整ボリュウムによって調整される前記電気ヒータの出力の大きさに基づいて、前記容量の異なる２個の電気ヒータのそれぞれの出力パターンとその組合せを変更することを特徴とする電気湯沸器である。

これにより、急激な電流変化を発生させることもなく、出力調整ボリュウムの設定値に基づいて、等間隔で複数の出力値により、電気ヒータの加熱出力の調整が実現できるので、電気ノイズの発生を少なくし、かつ、電圧フリッカの発生も抑制できる電気湯沸器を提供できる。

第２の発明は、特に、第１の発明において、前記容量の異なる２個の電気ヒータの容量の比率が、１：２であることを特徴とするものである。

これにより、急激な電流変化を発生させることもなく、出力調整ボリュウムの設定値に基づいて、等間隔かつリニアな複数の出力値により、電気ヒータの加熱出力の調整が実現できるので、電気ノイズの発生を少なくし、かつ、電圧フリッカの発生も抑制できる電気湯沸器を提供できる。

これにより、２個の電気ヒータの出力を組合せると、電気ヒータの出力が０％〜１００％において、等間隔でリニアな電気ヒータの出力の制御が可能となる
第３の発明は、特に、第１または第２の発明において、前記容量の異なる２個の電気ヒータの出力の間引き周波数は、１０Ｈｚの成分より他の周波数の成分の方が多いことを特徴とするものである。

これにより、電圧フリッカの影響を極力少なくした電気湯沸器を提供できる。

第４の発明は、特に、第１〜第３のいずれかの発明において、前記制御装置は、前記出力調整ボリュウムによって調整される前記電気ヒータの出力の大きさに基づいて、前記容量の異なる２個の電気ヒータの出力とその組み合わせを決定するとともに、前記出力調整ボリュウムによって調整される前記電気ヒータの出力が大きくなる場合と小さくなる場合とで、前記容量の異なる２個の電気ヒータの出力の組み合わせを決定する閾値は異なることを特徴とするものである。

これにより、電気ヒータの出力パターンの移行時に、ヒステリシス特性を持たせることで、電気ヒータの出力パターンが頻繁に変わることを防止でき、その結果、水の加熱温度が安定した使用性の高い電気湯沸器を提供できる。

第５の発明は、特に、第１〜第４のいずれかの発明において、前記制御装置は、前記電気ヒータの出力の間引き周期内に、前記電気ヒータの出力の大きさの調整が前記出力調整ボリュウムによって実行されても、前記電気ヒータの出力は変化させないことを特徴とするものである。

これにより、電気ヒータの平均出力が不安定になることを防止でき、その結果、水の加熱温度が安定した使用性の高い電気湯沸器を提供できる。

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、本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、本発明の第１の実施の形態における電気湯沸器の構成図を示すものである。

図１に示すように、電気湯沸器は、水を加熱するヒータユニット１と、ヒータユニット１の構成部品である第１の電気ヒータ２と、第２の電気ヒータ３と、第１の電力制御手段（トライアック）と、第２の電力制御手段（トライアック）５と、を備えている。

また、図１に示すように、電気湯沸器は、給水を検知する流量スイッチ６と、使用者が出湯を要望する場合に操作する出湯スイッチ７と、使用者が湯の温度を調整する、すなわち、第１の電気ヒータ２と第２の電気ヒータ３の出力を調整する出力調整ボリュウム８と、第１の制御装置９と、第２の制御装置１０と、漏電遮断機１１と、加熱用の水が供給される給水口１２と、第１の電気ヒータ２と第２の電気ヒータ３にて加熱された湯の出口である給湯口１３と、給湯口１３に接続され、湯が出るシャワーヘッド１４と、から構成されている。

また、このような電気湯沸器は、図２に示す電気回路と制御ブロック図を備えている。

第１の制御装置９には、マイクロコンピュータが実装されており、ＤＣ電源、ゼロクロス信号、出湯スイッチ７の検出信号、出力調整ボリュウム８の信号、流量スイッチ６の信号入力を受けて、第１の電力制御手段４（トライアック）と第２の電力制御手段５（トライアック）に、電力制御信号を出力している。

また、第２の制御装置１０には、トランスが実装されており、ＡＣ電源をＤＣ電源に変換して、マイクロコンピュータや他の制御素子に供給している。

次に、本発明の第１の実施の形態における電気湯沸器の動作・作用について説明する。

使用者が、本体の出湯スイッチ７をＯＮにすると、第１の制御装置９、第２の制御装置１０が通電状態になり、その後、流量スイッチ６がＯＮ（例えば、１．５Ｌ／ｍｉｎ以上の水が流れた状態にＯＮになる）すると、第１の制御装置９に実装されているマイクロコンピュータは、出力調整ボリュウム８の設定値（第１の電気ヒータ２と第２の電気ヒータ３の合計最大容量に対する比率）に基づいて、第１の電気ヒータ２と第２の電気ヒータ３の出力パターンを、第１の電力制御手段（トライアック）４と第２の電力制御手段５（トライアック）５に、それぞれ出力する。

第１の電気ヒータ２と第２の電気ヒータ３は、出力調整ボリュウム８の設定値に基づいて、給水口１２から供給された水を加熱し、給湯口１３およびシャワーヘッド１４を通って、使用者は温水シャワーを浴びることができる。使用者が、シャワーヘッド１４から出る湯温を調整したいときは、出力調整ボリュウム８にて調整し、出力調整ボリュウム８の設定値を変更する。

図３は、第１の電気ヒータ２と第２の電気ヒータ３の出力の間引き制御の例である。容量の少ない第１の電気ヒータ２については、交流波形の半波単位で、ゼロクロス毎に、１００％出力から、数％ずつ出力が減少させる間引き制御の２０種類の出力パターンを、マイクロコンピュータに記憶させている。また、容量の大きい第２の電気ヒータ３については、全容量に対し、０％、約５０％、１００％の出力になる間引き制御の３種類の出力パターンを、マイクロコンピュータに記憶させている。

そして、第２の電気ヒータ３の３種類の出力パターンと、第１の電気ヒータ２の２０種類の出力パターンとを組み合わせることで、第１の電気ヒータ２と第２の電気ヒータ３とで、６０種類の出力パターン（６０ｓｔｅｐ）の出力を実現している。

そして、出力調整ボリュウム８の設定値（第１の電気ヒータ２と第２の電気ヒータ３の合計最大容量に対する比率）（０〜１００％）に基づいて、決められている第１の電気ヒータ２と第２の電気ヒータ３の出力を、マイクロコンピュータが、第１の電力制御手段（トライアック）４と第２の電力制御手段（トライアック）５を制御して出力している。

図４〜図６は、それぞれ図３における第１の電気ヒータ２と第２の電気ヒータ３の合計最大出力６０ｓｔｅｐのうち、５ｓｔｅｐ、２５ｓｔｅｐ、４５ｓｔｅｐの各位置における、第１の電気ヒータ２と第２の電気ヒータ３の出の例を示すものである。

図４の例では、第１の電気ヒータ２を全容量に対し２５％の出力になるように、２．４秒周期で半波波形が４回に１回出力されるように間引き、第２の電気ヒータ３は０％出力とすることで、ヒータユニット１として、０．３７５ｋｗの出力を実現している。

図５、図６も、図４と同様の考え方で、図５の場合は、第２の電気ヒータ３は５０％の出力とすることで、１．８７５ｋｗの出力、図６の場合は、第２の電気ヒータ３は１００％の出力とすることで、３．３７５ｋｗの出力を実現している。

以上のように、本実施の形態１においては、容量の少ない第１の電気ヒータ２については、交流波形の半波単位で、ゼロクロス毎に、１００％出力から、数％ずつ出力が減少させる間引き制御の２０種類の出力パターンをマイクロコンピュータに記憶させ、容量の大きい第２の電気ヒータ３については、０％、約５０％、１００％の出力になる間引き制御の３種類の出力パターンをマイクロコンピュータに記憶させ、第１の電気ヒータ２と第２の電気ヒータ３の出力パターンの組合せで、第１の電気ヒータ２と第２の電気ヒータ３の出力の合計出力が、０％〜１００％で６０種類の出力パターン（６０ｓｔｅｐ）の出力に制御できる。

そして、マイクロコンピュータが、使用者が操作する出力調整ボリュウム８の設定値（第１の電気ヒータ２と第２の電気ヒータ３の合計最大出力に対する比率）（０−１００％の比率）に基づいて、第１の電気ヒータ２と第２の電気ヒータ３との６０種類の出力パターン（６０ｓｔｅｐ）の出力から選択・制御することで、電気ノイズの発生と電圧フリッカの発生を少なくできる、電気湯沸器を提供することができる。

詳細には、第１の電気ヒータ２と第２の電気ヒータ３の容量比率を１：２とすることで、等間隔で６０種類の出力パターン（６０ｓｔｅｐ）の出力が可能となり、使用者が操作する出力調整ボリュウム８の設定値使用者が操作するボリュウム入力の比に基づいて、第１の電気ヒータ２と第２の電気ヒータ３の出力をリニアに制御することができ、湯の温度調整が容易で使用性の高い電気湯沸器を提供することができる。

また、図４における、第１の電気ヒータ２の間引き制御は、ヒータ出力の周期が２５Ｈｚとなっているが（半波４回に１回出力）、１０Ｈｚの成分を多く含まない間引き制御とすることで、電圧フリッカの影響を極力少なくするようにしている。

図７は、ちらつき視度係数と正弦波状電圧変動の周波数を示したグラフ（「電圧フリッカの要因と対策」、電気設備学会誌、平成１７年１０月）で、１０Ｈｚのちらつきが、人間の目に一番認識されやすいことを示している。

この考え方を応用し、間引き成分（ＯＮ周期またはＯＦＦ周期）に、１０Ｈｚの成分を多く含まないようにすることで、照明機器への電圧フリッカによる影響を極力少なくすることができ、かつ、電気ノイズの発生の少ない電気湯沸器を提供することができる。

図８は、第１の電気ヒータ２と第２の電気ヒータ３との合計出力を、６０種類の出力パターン（６０ｓｔｅｐ）としている場合において、６０種類の出力パターン（６０ｓｅｔｐ）のうち、ｓｔｅｐ３９からｓｔｅｐ４０へ出力パターンを変える場合を示す。

出力調整ボリュウム８の設定値を上昇させているときは、第１の電気ヒータ２と第２の電気ヒータ３の出力が６４．７％を超えた時に、３９ｓｔｅｐから４０ｓｔｅｐに移行するが、出力調整ボリュウム８の設定値を下降させているときは、第１の電気ヒータ２と第２の電気ヒータ３の出力が６３．５％を下回るまでは、４０ｓｔｅｐから３９ｓｔｅｐに移行しないよう、第１の制御装置９に実装されているマイクロコンピュータでプログラミングしている。

このような、出力調整ボリュウム８の設定値の変化に対して、第１の電気ヒータ２と第２の電気ヒータ３の出力の移行時に、ヒステリシス特性を持たせることで、第１の電気ヒータ２と第２の電気ヒータ３の出力が頻繁に変わることを防止でき、その結果、水の加熱温度が安定した使用性の高い電気湯沸器を提供できる。

また、図４〜図６に示すような、例えば、２．４秒周期で間引き制御を実行しているときに、出力調整ボリュウム８の設定値に変更があっても、その周期時間内では、出力パターンを変化させず、次の周期が始まるときに出力パターンが変化するよう、第１の制御装置９に実装されているマイクロコンピュータでプログラミングし、１周期における出力の平均値が、一定になるようにしている。

もし、１周期の途中で、第１の電気ヒータ２と第２の電気ヒータ３の出力パターンを変化させた場合、平均出力が出力調整ボリュウムの設定値に対して、高くなったり、低くなったりして、平均出力が不安定になることから、出力調整ボリュウム８の操作によっては、湯の温度が安定しないため、これを防止するためである。

以上のように、本発明にかかる電気湯沸器は、電気ノイズの発生を少なくし、かつ、電圧フリッカの発生も抑制できる電気湯沸器を提供できるので、電気ポットや電気シャワー等の電気機器に適用できる。

１ヒータユニット
２第１の電気ヒータ
３第２の電気ヒータ
４第１の電力制御手段（トライアック）
５第２の電力制御手段（トライアック）
６流量スイッチ
７出湯スイッチ
８出力調整ボリュウム
９第１の制御装置
１０第２の制御装置
１１漏電遮断機
１２給水口
１３給湯口
１４シャワーヘッド

Claims

温水を加熱し、容量の異なる２個の電気ヒータと、
前記電気ヒータの出力を調整する出力調整ボリュウムと、制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
容量の大きい方の電気ヒータの出力の全容量の、０％、略５０％、１００％の出力パターンと、
容量の小さい方の電気ヒータの出力を、交流波形の半波単位でゼロクロス毎に１００％の出力から所定の比率毎に出力が減少する出力パターンと、を組み合わせ、
前記容量の異なる２個の電気ヒータの合計出力が、０％〜１００％において等間隔で複数の出力パターンとなるように制御するとともに、
前記出力調整ボリュウムによって調整される前記電気ヒータの出力の大きさに基づいて、前記容量の異なる２個の電気ヒータのそれぞれの出力パターンとその組合せを変更することを特徴とする電気湯沸器。
前記容量の異なる２個の電気ヒータの容量の比率が、１：２であることを特徴とする前記請求項１に記載の電気湯沸器。
前記容量の異なる２個の電気ヒータの出力の間引き周波数は、１０Ｈｚの成分より他の周波数の成分の方が多いことを特徴とする前記請求項１または２に記載の電気湯沸器。
前記制御装置は、前記出力調整ボリュウムによって調整される前記電気ヒータの出力の大きさに基づいて、前記容量の異なる２個の電気ヒータの出力パターンとその組み合わせを決定するとともに、前記出力調整ボリュウムによって調整される前記電気ヒータの出力が大きくなる場合と小さくなる場合とで、前記容量の異なる２個の電気ヒータの出力の組み合わせを決定する閾値は異なることを特徴とする前記請求項１〜３のいずれか１項に記載の電気湯沸器。
前記制御装置は、前記電気ヒータの出力の間引き周期内に、前記電気ヒータの出力の大きさの調整が前記出力調整ボリュウムによって実行されても、前記電気ヒータの出力は変化させないことを特徴とする前記請求項１〜４のいずれか１項に記載の電気湯沸器。