JP2021021496A - 暖房機 - Google Patents

Abstract

【課題】熱の利用効率を向上できる暖房機を提供する。【解決手段】複数のヒータと、複数のヒータの出力の合計が段階的に割り当てられた、複数の出力レベルになるよう、各ヒータの出力を個別に制御する制御部と、を備える。制御部は、出力レベルを小から大の方向に切り換える際、各ヒータの出力を維持、または大きくする。出力レベルを大から小の方向に切り換える際、各ヒータの出力を維持、または小さくする。ヒータを内部に収容し、各ヒータの熱を外表面から放熱する複数の放熱部を備える。【選択図】図５

Description

本発明は、暖房機に関する。

従来、シーズヒータなどのヒータを有し、ヒータの熱を直接または間接的に放熱する暖房機が知られている。このような暖房機は、室温を検出する室温センサを備え、検出された室温に応じてヒータの出力を制御する。

特開平９−６０９００号公報

暖房機が個別に出力が制御可能なヒータを複数有している場合、全ヒータの合計出力が検出された室温に適した出力になるよう、作動するヒータを組み合わせて運転する。出力レベルに応じた出力を得るためには、例えば出力が大きくなる方向の制御であっても、通電中のヒータを非通電とし、また非通電中の他のヒータを通電オンすることで所望の合計出力を得る場合がある。また、さらに出力が大きくなる場合には、再びその非通電中のヒータを通電する場合も起こり得る。

このような暖房機には、各ヒータの通電および非通電が繰り返されることにより、熱の利用効率が低下するという課題があった。例えば、通電から非通電となる際には、すでに暖まったヒータの熱が失われてしまう。また、再び通電される際には、再度ヒータが暖まるまでに時間を要してしまう。

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、熱の利用効率を向上できる暖房機を提供することを目的とする。

本発明に係る暖房機は、上述した課題を解決するために、複数のヒータと、前記複数のヒータの出力の合計が段階的に割り当てられた複数の出力レベルになるよう、各前記ヒータの出力を個別に制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記出力レベルを小から大の方向に切り換える際、前記各ヒータの出力を維持、または大きくし、前記出力レベルを大から小の方向に切り換える際、前記各ヒータの出力を維持、または小さくする。

本発明に係る暖房機においては、熱の利用効率を向上できる。

本発明に係る暖房機の一実施形態を示す暖房機の右前方から見た斜視図。 暖房機の前板および左右パネルを取り外し、右前方から見た斜視図。 図１のIII−III線に沿う断面図。 暖房機の機能ブロック図。 各ヒータに割り当てられる出力を説明するグラフ。

本発明に係る暖房機の実施形態を添付図面に基づいて説明する。

図１は、本発明に係る暖房機の一実施形態を示す暖房機１の右前方から見た斜視図である。
図２は、暖房機１の前板３１および左右パネル３５を取り外し、右前方から見た斜視図である。
図３は、図１のIII−III線に沿う断面図である。
図４は、暖房機１の機能ブロック図である。

以下の説明において、「前（前面）」、「後（背面）」、「上」、「下」、「右」、および「左」は、図１から図３における定義に従う。また、上下方向は、暖房機１の設置時における鉛直方向に対応する。前後方向および左右方向は、暖房機１の設置時における水平方向に対応する。

暖房機１は、放熱部１０と、ヒータ２０と、筐体３０と、主制御基板７０と、電源基板８０と、を主に有する。

放熱部１０は、暖房機１の設置時における上下方向に沿って配列された上段放熱部１０ａ、中段放熱部１０ｂ、および下段放熱部１０ｃを有する複数の放熱部１０（複数のヒータ２０）である。上段放熱部１０ａ、中段放熱部１０ｂ、および下段放熱部１０ｃ（以下これらを区別しない場合、単に「放熱部１０」という。）は、それぞれ上段ヒータ２０ａ、中段ヒータ２０ｂ、および下段ヒータ２０ｃ（以下これらを区別しない場合、単に「ヒータ２０」という。）を内部に収容し、ヒータ２０の熱を外表面から放熱する。

放熱部１０は、例えばアルミニウム合金のダイカスト成形品である。放熱部１０は、ヒータ収容部１１と、複数のフィン１２と、を有する。ヒータ収容部１１は、前後方向に沿う面方向を有する２枚の板状部材１３の間に形成され、ヒータ２０を収容する。フィン１２は、板状部材１３から略垂直に左右方向に突出し、上下方向に延びる（上下方向に沿う面方向を有する）。フィン１２は、前後方向に沿って、例えば略等間隔で配列される。放熱部１０は、左右側面においてボルト１４により固定具１５と連結される。放熱部１０は、この固定具１５を介して一対の遮熱板５０に固定（架設）される。

ヒータ２０は、両端に端子２１を有する、例えばシーズヒータである。ヒータ２０は、主に前後方向に延びたＵ字形状を有する。ヒータ２０は、端子２１を放熱部１０から露出してヒータ収容部１１に収容されている。ヒータ２０は、放熱部１０の内部に鋳込まれることにより、放熱部１０と一体成形される。

筐体３０は、放熱部１０を収容し、暖房機１の外郭をなす。筐体３０は、前板３１と、後板３２と、下板３３と、上カバー３４と、左右パネル３５と、遮熱板５０と、仕切板６０と、を有する。前板３１、後板３２、下板３３、上カバー３４、および左右パネル３５は、例えば冷間圧延鋼板や溶融亜鉛めっき鋼板などの薄鋼板からなる。遮熱板５０および仕切板６０は、例えば薄鋼板からなる。

前板３１は、暖房機１の前面に沿って配置される。前板３１は、表示部３７と、操作部３８と、前側取っ手３９と、を有する。表示部３７は、暖房機１の運転状態や操作内容を表示する、例えば液晶表示パネルである。操作部３８は、暖房機１の電源のオン、オフや、運転内容の指示を受け付ける。前側取っ手３９は、表示部３７の上方に配置され、ユーザによる暖房機１の移動に用いられる。後板３２は、暖房機１の後面に沿って配置される。後板３２は、前側取っ手３９と前後方向において対になる位置に、後側取っ手（図示せず）を有する。

下板３３は、筐体３０の下方に配置される。下板３３は、前板３１、後板３２、および遮熱板５０のベースとなる。下板３３は、前後方向においてヒータ室３０ａおよび基板室３０ｂに亘って配置される。ヒータ室３０ａ側に位置する下板３３は、ヒータ室３０ａへ空気を取り入れるヒータ室側吸込口４０ａを有する。基板室３０ｂ側に位置する下板３３は、基板室３０ｂへ空気を取り入れる基板室側吸込口４０ｂを有する。下板３３は、暖房機１を移動するために用いられる一対のキャスター付脚４１を有する。キャスター付脚４１は、筐体３０の鉛直方向下方に固定される。キャスター付脚４１の詳細については、後述する。

上カバー３４は、暖房機１の上面に沿って配置される。上カバー３４は、グリル４２と、金網４３と、パネル取付具４５と、を有する。グリル４２は、ヒータ室側吸込口４０ａまたは基板室側吸込口４０ｂから取り入れられ、暖房機１内を下から上に向かって流れる空気を吹き出すヒータ室側吹出口４６ａを有する。金網４３は、ヒータ室側吹出口４６ａを塞ぐように、グリル４２の下方に配置される。パネル取付具４５は、金網４３の下方に配置され、一対の遮熱板５０間に前後に架設された枠部材である。パネル取付具４５は、左右パネル３５を固定するための構造である爪部４５ａを左右の枠面に有する。

左右パネル３５は、暖房機１の左右側面に沿ってそれぞれ配置される。左右パネル３５は、放熱部１０からの高温の熱に対するユーザの安全性を確保するため、放熱部１０を覆って遮蔽する。これにより、暖房機１の内部はユーザにより視認されない。

左右パネル３５は、上端に内面方向の折返し（図示せず）を有する。左右パネル３５の上端は、この折り返しをパネル取付具４５の爪部４５ａに引っ掛けることにより固定されている。左右パネル３５の下端は、下板３３にネジ止めされることにより固定されている。また、左右パネル３５の前後端は、前板３１および後板３２にそれぞれ係止されている。左右パネル３５の中央部３６ａは、外縁部３６ｂに対して放熱部１０から離れるように膨出した形状を有している。これにより左右パネル３５は、遮熱板５０とは非接触に固定されているとともに、放熱部１０との間に一定の隙間が設けられている。このため、左右パネル３５は、過剰な温度上昇が抑制されている。

遮熱板５０は、放熱部１０からの熱を、前板３１および後板３２と放熱部１０との間で遮熱する。遮熱板５０は、下板３３に下部が固定され、遮熱板５０の上方に位置するパネル取付具４５に上部が固定される。これにより、遮熱板５０、パネル取付具４５および下板３３は、暖房機１（ヒータ室３０ａ）の内部骨格を構成している。

前方に配置され、前板３１と対向する前遮熱板５１は、筐体３０内部を仕切り、放熱部１０と電子部品とを隔離する。すなわち、前遮熱板５１は、筐体３０がヒータ２０を収容するヒータ室３０ａと、電源基板８０、サーモスタット８５、リード線８７および主制御基板７０を収容する基板室３０ｂと、を有するように、筐体３０内部を区画する。基板室３０ｂは、ヒータ室３０ａと前後方向（鉛直方向に直交する水平方向）において区画されている。前遮熱板５１は、鉛直方向上方に、基板室側吹出口４６ｂ（吹出口）を有する。基板室側吹出口４６ｂは、基板室３０ｂを自然対流で上昇する空気をヒータ室３０ａ側に放出する。

仕切板６０は、基板室３０ｂ内に配置され、基板室３０ｂを電源基板８０およびリード線８７を含む第一空間９０と、主制御基板７０を含む第二空間９１と、に仕切る。第二空間９１は、仕切板６０が位置する上下方向の範囲において、仕切板６０より前方に位置する空間である。第一空間９０は、基板室３０ｂにおける第二空間９１以外の空間である。なお、図２および図３から明らかなとおり、第一空間９０と第二空間９１とは、仕切板６０により全ての境界が明確に隔離されているわけではない。

仕切板６０は、基面６１と、傾斜面６２と、固定片６３と、を有する。基面６１は、上下方向に沿う面方向を有する平板である。基面６１は、図３に示すように、主制御基板７０よりも後方であって、電源基板８０およびリード線８７よりも前方に配置される。基面６１の上端６１ａ（仕切板６０の上端）は、電源基板８０からの放熱、およびリード線８７からのノイズを考慮して、主制御基板７０の上方に位置する。基面６１の左右の辺６１ｂと遮熱板５０との間には、遮熱性およびノイズに対する遮蔽性から、隙間が設けられないのが好ましい。

傾斜面６２は、基面６１の下端（基面下端６１ｃ）と連続的に形成された平板であり、基面下端６１ｃ位置から下方に向けて前板３１に近づくように傾斜する。傾斜面６２の下端（傾斜面下端６２ｃ）は、前板３１に対して隙間９２を有する。傾斜面下端６２ｃは、主制御基板７０よりも下方に位置する。固定片６３は、基面６１の左右の辺６１ｂに断続的に設けられ、仕切板６０を前遮熱板５１の左右側面５１ａに固定する。

仕切板６０は、傾斜面下端６２ｃ（仕切板６０の下端）において、基板室側吸込口４０ｂから吸い込まれ基板室側吹出口４６ｂに向う空気の流路を、第一流路と、第二流路と、に分岐する。第一流路は、第一空間９０を経由する、すなわち仕切板６０の後方を経由する流路である。第二流路は、第二空間９１を経由する、すなわち仕切板６０の前方を経由する流路である。

主制御基板７０は、暖房機１を統括的に制御するマイクロコンピュータを有する回路基板である。主制御基板７０は、操作部３８を介してユーザの指示を受け付け、この指示に基づいて電源基板８０からヒータ２０への電源の供給を制御する。

また、主制御基板７０は、必要な情報を表示するため表示部３７を制御する。主制御基板７０は、表示部３７および操作部３８とともに、前板３１の表示部３７および操作部３８の背面側に固定されている。

主制御基板７０は、室温サーミスタ７１およびプラグサーミスタ７２と接続されている。室温サーミスタ７１（室温センサ）は、キャスター付脚４１に固定され、暖房機１の外部の温度を室温とし、主制御基板７０に室温に関する情報を供給する。主制御基板７０は、室温サーミスタ７１から得られた室温に応じて、ヒータ２０への電源の供給を制御する。プラグサーミスタ７２は、電源プラグ８６内に収容されたサーミスタであり、電源プラグ８６の温度を検出する。主制御基板７０は、プラグサーミスタ７２から、トラッキング現象などが発生したとみなされる異常な高温を検出した場合、暖房機１の電源をオフする（ヒータ２０への電力供給を停止する）。

電源基板８０は、主制御基板７０の制御に基づいて、各ヒータ２０へ電源を供給する。電源基板８０は、トライアック８１と、ヒートシンク８２と、を主に有する。トライアック８１は、ヒータ２０への電源供給をオン、オフ制御する。ヒートシンク８２は、トライアック８１の熱を放熱する。

また、電源基板８０は、サーモスタット８５および電源プラグ８６と接続されている。サーモスタット８５は、リード線８７および電源基板８０を介して電源プラグ８６と直列に接続されている。サーモスタット８５は、電源基板８０の鉛直方向上方であって、かつ主制御基板７０および仕切板６０よりも上方に配置される。サーモスタット８５は、前遮熱板５１に固定され、基板室３０ｂの雰囲気温度が異常な高温となった場合、暖房機１の電源をオフする（ヒータ２０への電力供給を遮断する）。

主制御基板７０は、電源基板８０とサーモスタット８５の間であって、第二空間９１に配置されている。電源基板８０は、主制御基板７０の下方であって、第一空間９０に配置されている。また、リード線８７は、第一空間９０を上下方向に延びている。

ここで、本実施形態においては、主制御基板７０は、ヒータ２０の出力が、選択された出力レベルになるよう、各ヒータの出力を個別に制御する制御部として機能する。以下、主制御基板７０による、ヒータ２０の出力制御の詳細について説明する。

各ヒータ２０の出力は、電源基板８０のトライアック８１の制御により、０％、５０％および１００％の間で、可変となっている。出力０％は、ヒータ２０が非通電となっている状態である。出力１００％は、ヒータ２０が通電されている状態である。出力５０％は、所定時間（例えば１分）において同時間ずつ（例えば３０秒ずつ）、ヒータ２０が通電および非通電となる状態である。また、上段ヒータ２０ａは３００Ｗ、中段ヒータ２０ｂおよび下段ヒータ２０ｃは６００Ｗの出力を有する。

主制御基板７０は、予めプログラムされた複数の出力レベルを切り換えながら、室温サーミスタ７１から得られる室温に応じて、ヒータ２０の出力を制御する。出力レベルは、ヒータ２０の出力の合計が出力値として段階的に割り当てられた、複数のレベルを含み、例えば、レベル１からレベル５まで設定されている。各出力レベルの出力は、レベルに応じて段階的に変化し、レベル１が最も出力が小さく、レベル５が最も出力が大きい。

例えば、暖房機１が自動で出力を制御する自動運転中である場合、主制御基板７０は、室温と、操作部３８を介してユーザより受け付けた設定温度との差に応じて、出力レベルを制御する。具体的には、室温が上昇し設定温度に近づくと、出力レベルを下げる。また、室温が低下し設定温度から離れると、出力レベルを上げる。また、暖房機１は、操作部３８を介して、ユーザから直接出力レベルの選択を受け付ける手動運転中である場合には、主制御基板７０は、ユーザの選択に基づいて出力レベルを制御する。

表１および図５に示すように、各出力レベルには、所要の出力が得られるよう、各ヒータ２０の通電、非通電の状態および出力の割合が予め割り当てられており、主制御基板７０は、予めこれらの情報（例えば、情報テーブル）を記憶している。具体的には、レベル１には３００Ｗ、レベル２には６００Ｗ、レベル３には９００Ｗ、レベル４には１２００Ｗ、レベル５には１５００Ｗが割り当てられている。各ヒータ２０の合計出力が、これら各出力レベルに必要な出力となるように、決定されている。

ここで、主制御基板７０は、出力レベルを小から大の方向に切り換える際、各ヒータ２０の出力を維持、または大きくするよう、制御する。例えば、レベル１からレベル５の方向にレベルが上昇する際、中段ヒータ２０ｂについては、レベル１からレベル２への上昇時に出力５０％から出力１００％となるよう、すなわち出力が大きくなるよう制御される。その後は、中段ヒータ２０ｂは、出力１００％を維持するよう制御される。

また、下段ヒータ２０ｃについては、レベル１からレベル２までは出力０％であり、レベル２からレベル３への上昇時に出力５０％となるよう、すなわち出力が大きくなるよう制御される。また、レベル３からレベル４への切換時に出力１００％となるよう、すなわち出力が大きくなるよう制御される。その後は、下段ヒータ２０ｃは、出力１００％を維持するよう制御される。

さらに、上段ヒータ２０ａについては、レベル１からレベル４までは出力０％であり、レベル４からレベル５への切換時に出力１００％となるよう、すなわち出力が大きくなるよう制御される。

主制御基板７０は、出力レベルを大から小の方向に切り換える際、各ヒータ２０の出力を維持、または小さくするよう、制御する。具体的な制御は、上述した出力レベルを小から大の方向に切り換える際の各ヒータ２０の制御と逆の制御である。

すなわち、上述した情報テーブルは、出力レベルの増加方向においては各ヒータ２０の出力を大きくする、または維持する情報のみで、出力レベルの減少方向においては各ヒータの出力を維持する、または小さくする情報のみで構成されている。

暖房機１は、このように各ヒータ２０の出力が制御されることにより、熱の利用効率を向上できる。すなわち、一度通電され、または出力が上昇したヒータ２０は、出力レベルが上昇した場合に、通電状態または出力が上昇する方向の変化が維持される。また、一度非通電となる、または出力が低下したヒータ２０は、出力レベルが低下した場合に、非通電状態または出力が低下する方向の変化が維持される。

これにより、暖房機１は、出力レベルの変動に対する、各ヒータ２０の出力の変動を抑制でき、不要な通電、非通電を繰り返すことによる熱の利用効率の低下を抑制できる。その結果、暖房機１は、例えば出力０％から出力１００％に到達するまでの時間などの、ヒータ２０の目標出力までの到達時間の不要な増加を低減でき、ユーザの使用感（暖房感）を向上できる。

また、各ヒータ２０が共通の放熱部を介して放熱する場合に比べ、それぞれ独立した放熱部１０を介して放熱する本実施形態の暖房機１は、出力の変動による各放熱部１０の放熱効率の低下が大きい。このため、上述した出力制御は、特に有効である。

また、放熱部１０がアルミニウム合金である場合、熱容量が相対的に大きい。このため、収容するヒータ２０が非通電となったことに伴い温度が低下した放熱部１０は、再度通電された場合には、温度が上昇するまでに時間を要してしまう。このため、上述した出力制御を行う暖房機１は、アルミニウム合金である放熱部１０を有する場合には、特に熱の利用効率を向上できる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

例えば、ヒータの出力制御は、表１に示すものに限らない。また、ヒータの個数や、ヒータの出力も、一例であってこれに限らない。例えば、暖房機は、出力レベルを小から大の方向に切り換える際、上方向に配置されたヒータから順に出力を大きくしてもよい。すなわち、例えば上段および中段ヒータが非通電であり、下段ヒータが通電されている場合には、下段ヒータの熱が上段および中段ヒータに吸収されてしまう虞がある。これに対し、上述のようにヒータの出力を上段側から順に大きくしていくことで、発した熱が効率良く暖房に用いられ、放熱効率を上昇させることができる。

制御部（主制御基板７０）が、出力レベルを小から大の方向に切り換える際、各ヒータの出力を維持、または大きくする制御のみ行い、出力レベルを大から小の方向に切り換える際、各ヒータの出力を維持、または小さくする制御のみ行う例を説明したが、制御例（情報テーブルの構成例）はこれに限らない。例えば、制御部が、出力レベルの増加方向の一部においてのみ、出力を維持または大きくする制御を行ったり、出力レベルの減少方向の一部においてのみ、出力を維持または小さくする制御を行ったりしてもよく、情報テーブルをこれらのような制御内容で構成してもよい。

また、ヒータ２０が主に前後方向に延びるＵ字形状のシーズヒータである例を説明したが、上下方向に延びたり、Ｉ字、Ｌ字形状などの他の形状であったり、シーズヒータ以外の他の種類のヒータであったりしてもよい。

１ 暖房機
１０ 放熱部
１０ａ 上段放熱部
１０ｂ 中段放熱部
１０ｃ 下段放熱部
１１ ヒータ収容部
１２ フィン
２０ ヒータ
２０ａ 上段ヒータ
２０ｂ 中段ヒータ
２０ｃ 下段ヒータ
３０ 筐体
３０ａ ヒータ室
３０ｂ 基板室
３１ 前板
３２ 後板
３３ 下板
３４ 上カバー
３５ 左右パネル
３７ 表示部
３８ 操作部
４０ａ ヒータ室側吸込口
４０ｂ 基板室側吸込口
４１ キャスター付脚
４２ グリル
４３ 金網
４６ａ ヒータ室側吹出口
４６ｂ 基板室側吹出口
５０ 遮熱板
６０ 仕切板
７０ 主制御基板
７１ 室温サーミスタ
７２ プラグサーミスタ
８０ 電源基板
８１ トライアック
８６ 電源プラグ

Claims (5)

1. 複数のヒータと、
   前記複数のヒータの出力の合計が段階的に割り当てられた複数の出力レベルになるよう、各前記ヒータの出力を個別に制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記出力レベルを小から大の方向に切り換える際、前記各ヒータの出力を維持、または大きくし、前記出力レベルを大から小の方向に切り換える際、前記各ヒータの出力を維持、または小さくする、暖房機。
2. 各前記ヒータを内部に収容し、前記各ヒータの熱を外表面から放熱する複数の放熱部をさらに備える、請求項１に記載の暖房機。
3. 前記放熱部は、アルミニウム合金である、請求項２に記載の暖房機。
4. 前記複数のヒータは、前記暖房機の設置時における上下方向に沿って配列され、
   前記制御部は、前記出力レベルを小から大の方向に切り換える際、上方向に配置された前記ヒータから順に出力を大きくする、請求項１から３のいずれか一項に記載の暖房機。
5. 前記制御部は、前記出力レベルを小から大の方向に切り換える際、前記各ヒータの出力を維持、または大きくする制御のみ行い、前記出力レベルを大から小の方向に切り換える際、前記各ヒータの出力を維持、または小さくする制御のみ行う、請求項１から４のいずれか一項に記載の暖房機。

Images