JP2021121768A - コードレス暖房装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料を無駄に消費してしまったり、予期せず温度が上昇してしまうことを効果的に抑制することのできる、使い勝手に優れたコードレス暖房装置を提供する。【解決手段】運転モードとして、連続運転モードとタイマー運転モードとが選択可能であり、運転モードを選択するモード設定スイッチ１６がタイマー手段６３に接続されている。熱電対３４と開閉弁２５とタイマー手段６３とが直列に接続される第１回路６０を備えており、タイマー手段６３は、運転モードの非選択時とタイマーの設定時間が経過した時に第１回路６０を切断する。タイマー運転モードを設定することで、無駄な燃料の消費や、予期せず温度が上昇してしまうことを効果的に抑制することができる。また、運転モードが設定されていない場合は第１回路６０が切断された状態となるため、意図しない運転モードで燃焼を開始してしまうことも抑制できる。【選択図】図３

Description

本発明は、商用電源を用いないコードレス暖房装置であって、特にカートリッジ式のガスボンベを燃料として用いる暖房装置に関するものである。

従来、カートリッジ式のガスボンベを燃料源として、商用電源を用いずに燃焼を行うコードレス型の暖房装置が提案されている（特許文献１）。

このような暖房装置では、バーナの燃焼によって熱電対が加熱されることで熱起電力が発生し、この熱起電力により暖房運転に必要な回路へ電力を供給するようになっている。運転の開始／停止は、操作摘み部を操作することによって行われ、火力変更用ノブでガスの調整弁を切り替えることにより、バーナへ供給するガス量を複数の段階に調整し火力を変更できるようになっている。

特開２０１７−３２２６号公報

ところで、一般に、商用電源を用いる暖房装置では、室温と設定温度から必要な燃焼量を設定して暖房運転を制御するようになっており、これにより室温が必要以上に上がりすぎたりすることを防止し、無駄に燃料を消費してしまうことが抑制されている。また、人感センサーを備えるものもあり、使用者がいない場合には運転を停止させることも可能であり、経済的に使用することができる。しかしながら、特許文献１のように商用電源を用いない暖房装置においては、前述のような運転制御を行わせることが難しいため、一旦運転を開始すると、使用者が運転を停止させるか、若しくはガスボンベの燃料を使い切るまでは同じ火力で燃焼を継続することになる。そのため、燃料を無駄に消費してしまったり、狭い部屋で使用した場合には予期せず温度が上昇してしまうなどの問題がある。

本発明は、上記課題を解決するためのもので、燃料を無駄に消費してしまったり、予期せず温度が上昇してしまうことを効果的に抑制することのできる、使い勝手に優れたコードレス暖房装置を提供することを目的とする。

本発明は、圧縮された液化ガスが収容されたカートリッジ式ガスボンベを燃料源として燃焼するバーナと、
前記バーナの燃焼熱により熱起電力を生成する熱電対と、
前記バーナへ燃料を供給する燃料供給経路と、
前記熱電対の熱起電力により前記燃料供給経路を開閉する開閉弁と、
前記バーナが連続燃焼する連続運転モードと、設定された時間において燃焼が継続するタイマー運転モードと、を選択可能なモード設定スイッチと、
前記モード設定スイッチに接続されるタイマー手段と、
前記熱電対と前記開閉弁と前記タイマー手段とが直列に接続される第１回路と、を備え
前記タイマー手段は、運転モードの非選択時およびタイマーの設定時間が経過した時に前記第１回路を切断するコードレス暖房装置である。

上述のように構成することにより、使用者は連続運転モードとタイマー運転モードとを選択することができ、タイマー運転モードを設定することで、燃料の消費を抑制するとともに、予期せず温度が上昇してしまうことを効果的に抑制することができる。また、使用者が意図しない運転モードで燃焼を開始してしまうことを有効に防止することができるため、使い勝手に優れた暖房装置となる。

本実施形態の暖房装置の外観図である。 本実施形態の暖房装置の断面図である。 本実施形態の暖房装置の概略を示すブロック図である。 本実施形態のモード設定スイッチを示す図である。

好適と考える本発明の実施形態を、本発明の作用を示して簡単に説明する。

本発明は、カートリッジ式のガスボンベを燃料源とし、商用電源からの電源の供給を必要とせず、熱電対の熱起電力により、バーナへの燃料供給経路を開閉する開閉弁を制御する暖房装置であって、運転モードとして、連続運転モードとタイマー運転モードとが選択可能であり、運転モードを選択するモード設定スイッチがタイマー手段に接続されている。そして、熱電対と開閉弁とタイマー手段とが直列に接続される第１回路を備えており、タイマー手段は、運転モードの非選択時およびタイマーの設定時間が経過した時に第１回路を切断するように構成されている。この構成により、タイマー運転モードを設定することで、燃料の消費を抑制するとともに、予期せず温度が上昇してしまうことを効果的に抑制することができる。また、運転モードが設定されていない場合は、タイマー手段によって第１回路が切断された状態となるため、使用者は運転モードを設定した後に点火動作を行う必要がある。よって、意図しない運転モードで燃焼を開始してしまうことも抑制することができるため、使い勝手に優れた暖房装置となる。

また、タイマー運転モードにおける設定時間の最大値は、バーナの燃焼能力に基づいて設定される。これにより、タイマー運転モードの利便性や快適性を向上させることができる。

また、タイマー運転モードにおける設定時間の最大値は、カードリッジ式ガスボンベの燃料内容量とバーナの燃焼能力とから算出される連続運転可能時間を下回る時間に設定される。これにより、タイマー運転モードの利便性を向上させることができる。

また、バーナの燃焼熱を熱源として電力を生成する熱電発電素子と、熱電発電素子が生成する熱起電力のみにより駆動される送風機と、熱電発電素子と送風機が接続される第２回路と、をさらに備えることができる。これにより、タイマーの設定時間が経過して第１回路が切断されても、熱電変換ユニットが熱起電力を発生させている間は、送風機の駆動が継続される。燃焼停止後も送風機を駆動することで、高温の本体内部を冷却することができるため、安全に使用することができる暖房装置となる。

以下、本発明の一実施例を図面により説明する。

本発明の暖房装置は、圧縮された液化ガスが収容されたカートリッジ式のガスボンベを燃料とする暖房装置であり、実施形態として、燃焼熱を利用して生じた熱起電力により送風機を駆動させる構造を備えたファンヒータを例にあげる。

図１は、本実施形態の暖房装置の外観図である。図２は、本実施形態の暖房装置の断面図である。図３は、本実施形態の暖房装置の概略を示すブロック図である。本実施形態の暖房装置１は、商用電源からの電源の供給を必要としない、いわゆるコードレス型の暖房装置であって、持ち運び可能な大きさとされ、電源がない場所であっても使用が可能とされている。

暖房装置１は、本体１０の内部に、燃料供給部２０、燃焼部３０、送風機４０、熱電変換ユニット５０を有している。

図１において、本体１０の前面１０Ａには、本体１０内の熱を送風機４０の送風により、温風として外部に吹き出すようにした吹出口１１が形成され、この吹出口１１には、吹き出し方向を調整するための複数枚のルーバー１２が設けられている。また、前面１０Ａには燃焼部３０の火炎が視認できるように、多数の貫通孔でなる、のぞき窓１３が形成されている。さらに、点火動作を行うための運転スイッチ１４、火力の変更を指示する火力変更用スイッチ１５、運転モードを選択するモード設定スイッチ１６が設けられている。

燃料供給部２０は、燃焼部３０のバーナ３２に燃料を供給するための部分である。本実施形態における燃料はガスであり、圧縮された液化ガスが収容されたカートリッジ式のガスボンベ２１を、燃料を供給するための燃料源としている。ガスボンベ２１は、燃料供給部２０に対して着脱可能であって、本体１０の背面１０Ｃには、開閉自在な扉２２を有し、この扉２２を開けて燃料の供給源であるガスボンベ２１の出し入れが可能とされている。

また、燃料供給部２０は、図３に示すように、ガスボンベ２１と、ガスボンベ２１とバーナ３２を繋ぐ燃料供給経路２３から構成されている。燃料供給経路２３は、ガスボンベ２１から吐出される燃料ガスの圧力を調整するガバナ２４と、燃料供給経路２３を開閉する２連の電磁弁からなる開閉弁２５と、バーナ３２に供給する燃料ガスの流量を切り替える流量切替弁２６を有している。開閉弁２５は、経路上流の第１開閉弁２５１と下流の第２開閉弁２５２から構成され、例えばノーマリクローズの電磁弁を利用することができる。

燃焼部３０は燃料ガスが燃焼する空間を形成する燃焼室３１を有し、この燃焼室３１内にバーナ３２、点火プラグ３３、熱電対３４が配設されている。燃料供給部２０から燃焼部３０に供給された燃焼ガスは、点火プラグ３３の火花放電により点火され、バーナ３２で燃焼が行われる。

暖房運転を開始する場合、使用者は、手動により、運転スイッチ１４を回転することにより、図３の開閉弁２５を強制的に開く。そして、引き続き運転スイッチ１４を同じ方向に動かすことで、圧電着火手段でなる点火プラグ３３から火花放電を行い、バーナ３２から噴出する燃料ガスに点火する。

バーナ３２で形成される燃焼火炎中には、火炎を検出する手段としての熱電対３４が配置されている。バーナ３２の燃焼中は、熱電対３４の温接点が加熱され、火炎以外の箇所に配置された冷接点との間に温度勾配を生じるので、熱電対３４に熱起電力が生じる。この電力は電磁弁で構成された開閉弁２５の電磁石を駆動して開弁状態に保持するので、バーナ３２からは燃焼ガスが出続け、燃焼が持続される。バーナ３２としては、例えば、ブンゼンバーナーを用いることができる。

なお、火炎の検出手段としては、フレームロッド電極を用いて火炎電流を検出することも可能である。しかしながら、フレームロッド電極では、それ自体は起電力を生成しないため、火炎を検知したり電磁弁の駆動電力を得たりするためには、別途電力が必要になってしまう。この点、熱電対３４では、その起電力により火炎の検知や開閉弁２５の駆動電力を得ることができるし、温接点に燃焼による煤が付着しても確実に動作するため好ましい。

運転スイッチ１４の上には火力変更用スイッチ１５が設けられている。この火力変更用スイッチ１５は、開閉弁２５とバーナ３２の間に設けられた流量切替弁２６に接続されており、火力変更用スイッチ１５を操作することでバーナ３２へ供給する燃料ガスの流量を切り替えることができる。本実施形態の暖房装置１では、バーナ３２へ供給するガス量を複数の段階に設定するように調整でき、この実施形態では、２段階として、バーナ３２の火力をＦ１、Ｆ２の大小２通りに変更できるようにしている。

さらに、運転スイッチ１４の右側には、モード設定スイッチ１６が設けられている。本実施形態の暖房装置１では、運転モードとして、連続運転モードと、タイマー運転モードとを有しており、モード設定スイッチ１６を操作することにより、運転モードを選択することができる。連続運転モードは、運転停止の指示があるまで燃焼を継続する運転モードである。タイマー運転モードは、予め運転時間を設定し、この設定された時間において燃焼を継続する運転モードである。

火力変更用スイッチ１５や、モード設定スイッチ１６の配置場所は、本体１０の正面１０Ａに限らず、側面１０Ｂであってもよい。

商用電源を用いない暖房装置においては、室温を検知して火力を調整するような制御を行わせることが難しく、一旦運転を開始すると、使用者が運転を停止させるか、若しくはガスボンベ２１の燃料を使い切るまでは同じ火力で燃焼を継続することになる。そのため、従来は燃料を無駄に消費してしまったり、狭い部屋で使用した場合には予期せず温度が上昇してしまうなどの問題があった。これに対して、本実施形態の暖房装置１では、燃焼が継続する時間を予め設定するタイマー運転モードで運転することができるため、使用環境に応じて適切な運転モードを選択することで燃料の消費を抑え、利便性を向上させることができる。

図４は、本実施形態のモード設定スイッチ１６を示す図である。中央のツマミ１６Ａを左右のいずれかに回転させることで、対応する運転モードが選択される。本実施形態では、左側に回すと連続運転モードが選択され、右に回すとタイマー運転モードが選択されるようになっている。また、ツマミ１６Ａの周囲にはタイマー運転の設定時間を表すメモリが設けられており、タイマー運転モードではツマミ１６Ａをメモリに合わせることで燃焼を継続させたい時間を設定することができる。暖房運転を行う場合には、まずモード設定スイッチ１６で運転モードを選択し、その後、運転スイッチ１４を操作して点火動作を行う。モード設定スイッチ１６は、図３に示すタイマー手段６３と接続されている。タイマー手段６３は、電源を必要としない機械式のタイマーを用いることができ、具体的には、回転するカムにより接点を切り替えて制御するゼンマイ式のタイマーにより構成される。

本実施形態の暖房装置は、安全装置回路として図３に示すように、開閉弁２５（第２開閉弁２５２）、熱電対３４、感震器６１、過熱防止サーモ６２が接続されている第１回路６０を有していて、タイマー手段６３はこの第１回路６０に直列に接続されている。図では、第１回路６０を破線で表している。安全装置回路は、暖房装置に何らかの異常が発生したことを検知するものであり、感震器６１は本体１０に揺れが加わったことを検知し、過熱防止サーモ６２は本体１０内部の温度が異常高温となったことを検知する。感震器６１や過熱防止サーモ６２が異常を検知すると、内部で接点が開放され、第１回路６０が切断される。第１回路６０が切断されると、第２開閉弁２５２には熱電対３４からの熱起電力が供給されなくなるため、第２開閉弁２５２は閉弁する。これにより、バーナ３２に燃料ガスが供給されなくなり、バーナ３２での燃焼を停止することができる。

タイマー手段６３は、第１回路６０に直列に接続されており、運転モードが選択されていない状態（非選択時）では、第１回路６０を切断状態にする。運転モードが選択されていないとき、つまり、モード設定スイッチ１６が操作されていないとき（図４でツマミ１６Ａが真上を向いているとき）は、タイマー手段６３の接点は開放されており、第１回路６０が切断状態になる。したがって、運転モードを選択せずに運転スイッチ１４を操作した場合、運転スイッチ１４から手を離すと開閉弁２５が閉弁するので、バーナ３２には燃料ガスが供給されず燃焼を継続することができない。このように、本実施形態の暖房装置１では、運転モードを設定した後に点火動作を行わせる構造であるため、使用者が意図しない運転モードで燃焼を開始してしまうことを有効に防止することができる。ひいては、無駄に燃料を消費してしまうことを抑制することにもつながる。

タイマー運転モードを選択した場合、タイマー運転中はタイマー手段６３の接点は閉じているので、燃焼が継続する。そして、タイマー運転時間が経過すると、タイマー手段６３の接点は開放されて、第１回路６０が切断状態になる。これにより、開閉弁２５が閉弁し、バーナ３２での燃焼が停止する。

連続運転モードを選択した場合は、タイマー手段６３は接点が閉じた状態に維持されるため、運転停止の指示を行うまで燃焼が継続する。なお、いずれの運転モードを選択した場合でも、運転中にガスボンベ２１の燃料ガスが切れた場合には燃焼が停止する。

タイマー運転で設定可能な時間は、バーナ３２の燃焼能力に基づいて設定することができる。ここで、「燃焼能力に基づく」とは、「燃焼によって変化する値に基づく」ことであり、例えば、燃料ガスの使用量、室温の変化量、酸素の消費量などが挙げられる。

そして、タイマー運転時間の最大値ｔは、本体１０に装着されるガスボンベ２１の総内容量と燃焼能力から連続運転可能時間Ｔを算出し、この連続運転可能時間Ｔよりも短い時間に設定することができる。ガスボンベ２１の総内容量とは、未使用状態での内容量の総和である。また、バーナ３２の火力が複数段ある場合には、最も大きい火力で燃焼を行った際の燃焼時間を連続運転可能時間Ｔとする。本実施形態の暖房装置１は、本体１０にガスボンベ２１を１本装着するようになっており、火力Ｆ１で燃焼を行った場合、連続運転可能時間Ｔはおよそ１００分であった。ゆえに、タイマー運転時間の最大値ｔは６０分に設定されている。

また、室温の変化量からタイマー運転時間の最大値ｔを設定してもよい。例えば、適用畳数において室温が所定の温度に上昇するまでの所要時間を実測値から算出し、この所要時間に基づいてタイマー運転時間の最大値ｔを設定することもできる。

また、換気量からタイマー運転時間の最大値ｔを設定してもよい。暖房装置１が正常な燃焼をおこなうためには十分な空気（酸素）が必要であり、そのため換気による空気（酸素）の補給が必要となる。例えば、この種の暖房装置１は１時間に１〜２回の換気が推奨されているため、推奨される換気量に基づいてタイマー運転時間の最大値ｔを設定することもできる。

本体１０の背面１０Ｃには、吸気口１７が設けられ、この吸気口１７には本体１０内部に空気を供給する送風機４０が取り付けられている。送風機４０は、ファン４１と、ファン４１を駆動するためのモータ４２から構成される。本実施形態の暖房装置１は、外部からの電源を用いないコードレス型であるため、このモータ４２への電力の供給は熱電変換ユニット５０により行われる。熱電変換ユニット５０の詳細については後述する。送風機４０は、吸気口１７と吹出口１１とをつなぐ流路において、燃焼室３１の上部開口３１Ｂよりも上流に配置され、吸気口１７から外気を本体１０内に取り入れる。バーナ３２での燃焼により発生した燃焼排ガスは、送風機４０から供給される空気と混合されて温風となり、本体１０の前面に設けられた吹出口１１から排出されることで室内の暖房が行われる。

熱電変換ユニット５０は、ゼーベック効果を利用して熱起電力を発生させるものである。図２に示すように、熱電変換ユニット５０は、高温部５１、低温部５２、及び高温部５１と低温部５２との間に挟まれた熱電発電素子５３とを有している。熱電変換ユニット５０は、燃焼室３１の背面３１Ａに固定されている。図において、本体１０の内部は燃焼室３１の背面３１Ａによって、奥行き方向に関して図の左側の前側領域と、図の右側の後側領域とに２つの空間を区分している。前側領域が燃焼室３０を有する高温空間Ｓ１であり、後側領域が低温空間Ｓ２である。

高温部５１はバーナ３２の燃焼熱により加熱される部分である。これに対して、低温部５２が配置された空間Ｓ２は、本体１０の背面１０Ｃの吸気口１７を介して外部空間と連通しており、低温部５２は取り込んだ外気との接触により加熱され難くなっている。なお、高温部５１及び低温部５２は、共に周知の金属材料を用いることができる。このようにして高温部５１と低温部５２との間に温度差が生じ、その間の半導体からなる熱電発電素子５３に熱起電力が生じる。図の熱電発電素子５３は、例えば、高温部５１と低温部５２との温度差が１５０℃になることで、送風機４０を起動する熱起電力を生じるようになっている。

送風機４０は、主に、吹出口１１から温風を吹き出させるための「温風吹き出し機能」を果たすとともに、同時に熱電変換ユニット５０の低温部５２を冷却するための「冷却機能」を有するものである。即ち、バーナ３２が燃焼し続けると、その燃焼熱で熱電変換ユニット５０の低温部５２も温度が上昇し易くなるが、一旦、送風機４０が起動すると、その風で低温部５２が冷却され、これにより、送風機４０が駆動される期間は、高温部５１と低温部５２との温度差を維持できるようになっている。

熱電変換ユニット５０（熱電発電素子５３）と、送風機４０を駆動するモータ４２は、図３に示すように、第１回路６０とは異なる第２回路７０に接続されている。図では、第２回路７０を破線で表している。そのため、タイマーの設定時間が経過して第１回路６０が切断されても、熱電変換ユニット５０が熱起電力を発生させている間はモータ４２に電力が供給され、送風機４０の駆動が継続される。燃焼停止後も送風機４０を駆動することで、高温の本体１０内部を冷却することができるため、暖房装置１を安全に使用することができる。

このように、本発明の暖房装置１によれば、連続運転モードとタイマー運転モードとを選択することができ、タイマー運転モードを設定することで、燃料の消費を抑制するとともに、予期せず温度が上昇してしまうことを効果的に抑制することができる。また、使用者が意図しない運転モードで燃焼を開始してしまうことを有効に防止することができるため、使い勝手に優れた暖房装置となる。

なお、本実施形態においては、暖房装置１として、熱電変換モジュール５０を備え、燃焼熱を利用して生じた熱起電力により送風機４０を駆動させるファンヒータを例に説明したが、送風機４０を備えない輻射式の暖房装置であっても構わない。また、説明しない他の構成を備えることも可能である。

１６ モード設定スイッチ
２１ ガスボンベ
２３ 燃料供給経路
２５ 開閉弁
３２ バーナ
３４ 熱電対
４０ 送風機
５３ 熱電発電素子
６０ 第１回路
６３ タイマー手段
７０ 第２回路

Claims (4)

1. 圧縮された液化ガスが収容されたカートリッジ式のガスボンベを燃料源として燃焼するバーナと、
   前記バーナの燃焼熱により熱起電力を生成する熱電対と、
   前記バーナへ燃料を供給する燃料供給経路と、
   前記熱電対の熱起電力により前記燃料供給経路を開閉する開閉弁と、
   前記バーナが連続燃焼する連続運転モードと、設定された時間において燃焼が継続するタイマー運転モードと、を選択可能なモード設定スイッチと、
   前記モード設定スイッチに接続されるタイマー手段と、
   前記熱電対と前記開閉弁と前記タイマー手段とが直列に接続される第１回路と、を備え
   前記タイマー手段は、運転モードの非選択時およびタイマーの設定時間が経過した時に前記第１回路を切断するコードレス暖房装置。
2. 前記タイマー運転モードにおける設定時間の最大値は、前記バーナの燃焼能力に基づいて設定される請求項１記載のコードレス暖房装置。
3. 前記タイマー運転モードにおける設定時間の最大値は、前記カードリッジ式ガスボンベの燃料内容量と前記バーナの燃焼能力とから算出される連続運転可能時間を下回る時間である請求項１記載のコードレス暖房装置。
4. 前記バーナの燃焼熱を熱源として電力を生成する熱電発電素子と、
   前記熱電発電素子が生成する起電力のみにより駆動される送風機と、
   前記熱電発電素子と前記送風機が接続される第２回路と、をさらに備える請求項１から３のいずれかに記載のコードレス暖房装置。

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