JP3389374B2 - 電気湯沸かし器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は湯を沸かす電気湯沸
かし器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、このタイプの湯沸かし器は例えば
特公平６−８５７３６号公報に開示されている。この公
報によると、交流電源にリレーおよびヒーターが直列接
続され交流電源に電源回路を介してマイクロコンピュー
タが接続されている。そして温度センサーの入力によ
り、マイクロコンピュータから制御信号がリレーに出力
している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この様な湯沸かし器で
は、マイクロコンピュータ用に電圧変動が少ない低電圧
の直流電圧が要求されるため、上述の電源回路はトラン
スと整流回路と平滑回路等を必要とし、コスト高になる
第１の欠点がある。

【０００４】そのため、回路基板上に酸化金属抵抗を配
置し、交流電源を降圧させる手段もある。しかし上述の
抵抗は大型なため回路基板上に大きなスペースを必要と
し、かつ抵抗からの発熱量が大きい第２の欠点がある。

【０００５】そこで本発明者は、保温ヒーターに整流素
子と平滑用コンデンサーを接続し、平滑用コンデンサー
に制御素子を接続し、電源回路を製造した。しかしこの
回路では、ヒーター内部で保温ヒーター線と湯沸かしヒ
ーター線が故障して接触した場合、整流素子等に大電流
が流れ損傷する第３の欠点がある。

【０００６】そのためこの電源回路に電流ヒューズとサ
ージ吸収素子を設けたが、高電流溶断の電流ヒューズを
使用した場合、保温ヒーター線と湯沸かしヒーター線が
故障して接触すると、接触個所によっては電流ヒューズ
が溶断せずに、整流素子等が損傷する。一方、低電流溶
断の電流ヒューズを使用した場合、外部から中規模のサ
ージ電圧が印加された時に、サージ吸収素子が破壊しな
くても電流ヒューズが簡単に溶断してしまう第４の欠点
がある。

【０００７】故に本発明はこの様な従来の欠点を考慮し
て、コストが安い、かつ小さい回路基板で済み、かつ保
温ヒーターと湯沸かしヒーターが故障して接触した時に
安全に回路を遮断でき、かつ中規模のサージ電圧が印加
した時に簡単に動作停止しない電気湯沸かし器を提供す
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は上述の課題を解
決するために、交流電源に接続された湯沸かしヒーター
と、交流電源の一端に接続された高電流溶断素子と、高
電流溶断素子の他端と交流電源の他端との間に直列接続
された低電流溶断素子と整流素子と平滑用コンデンサー
と保温ヒーターと、平滑用コンデンサーに接続された制
御素子と、高電流溶断素子の他端と交流電源の他端との
間に接続されたサージ吸収素子とを設けるものである。

【０００９】本発明は更に望しくは、サージ吸収素子に
並列にコンデンサーを接続させるものである。

【００１０】そして本発明は望しくは、高電流溶断素子
を回路基板上のパターンヒューズで構成するものであ
る。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を図
１と図２に従い説明する。図１は本実施の形態に係る電
気湯沸かし器の断面図、図２はその電気湯沸かし器の電
気回路図である。これらの図に於て、フレーム１は円筒
状のものであり、容器２はフレーム１に内装された有底
筒状のものである。ヒーターセット３は水等を収納する
容器２の底部に密着して取付けられた湯沸かしヒーター
４と保温ヒーター５からなる。裏蓋６はフレーム１の下
部に固定され、容器２の底壁との間に収納空間７が設け
られている。

【００１２】給湯パイプ８は一端が容器２に連通し他端
がフレーム１の外に導出している。給湯ポンプ９は給湯
パイプ８の経路に位置し、収納空間７内に配置固定さ
れ、直流モーター１０により駆動される。収納ボックス
１１は湯沸かしヒーター４と保温ヒーター５と給湯ポン
プ９の制御を行う制御部品を収納している。

【００１３】温度センサー１２は容器２の外底面に密着
して取付けられ、蓋体１３はフレーム１の上部に開閉自
在に設けられ、通路１３ａは容器２内の蒸気の通路であ
る。給湯スイッチ１４は本体前面の上部に設けられ、再
沸騰スイッチ１５は下部に設けられている。

【００１４】次に電気回路を図２に従い説明する。リレ
ー接点１６が湯沸かしヒーター４に直列接続され、それ
らが交流電源１７に接続されている。サージ吸収素子１
８とコンデンサー１９が並列接続され、その並列接続さ
れたものの一端は高電流溶断素子２０を介して交流電源
１７の一端に接続され、その他端は交流電源１７の他端
に接続されている。

【００１５】サージ吸収素子１８は例えばバリスタから
なり、約１００Ｖの電圧が印加された時は、高抵抗とし
て働き、他の回路に殆んど影響を与えない。しかし外部
からの機器による中規模のサージ電圧が印加される場合
は、サージ吸収素子１８は低抵抗として働き、大きい電
流を流し、サージ電圧によるエネルギーを吸収する。こ
の様に、サージ吸収素子１８に大電流が流れている時
に、高電流溶断素子２０は溶断しない様に溶断電流は例
えば１５Ａと、比較的高い値に設けられている。

【００１６】また落雷による誘導雷に従う大規模のサー
ジ電圧が印加されると、サージ吸収素子１８はサージ電
圧によるエネルギーを吸収できなくなり、サージ吸収素
子１８は短絡状態で破壊する。この時、高電流溶断素子
２０は上述の短絡電流により溶断し、回路基板上のパタ
ーンおよび回路基板が焼損されない。

【００１７】整流素子Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４は例えば
ブリッジ整流回路２１を構成し、交流電圧を全波整流し
ている。低電流溶断素子２２の溶断電流は高電流溶断素
子２０の溶断電流よりも低く、例えば２Ａであり、サー
ジ吸収素子１８の一端と整流素子Ｄ１との間に接続され
ている。

【００１８】制御素子２３は例えばＴＲＩＡＣからな
り、その両端は各々第１リード線２４と第２リード線２
５ａに接続されている。電圧検出回路２６はツェナーダ
イオード２７と抵抗２８との直列回路からなり、その一
端が制御素子２３のゲートに接続され、その他端が第３
リード線２５ｂに接続されている。

【００１９】ダイオード２９は第２リード線２５ａと第
３リード線２５ｂとの間に接続され平滑用コンデンサー
３０の一端は第１リード線２４に接続され、他端は第３
リード線２５ｂに接続されている。この様に、交流電源
１７の一端と整流素子Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４と平滑用
コンデンサー３０と保温ヒーター５と交流電源１７の他
端は直列接続されている。

【００２０】すなわち高電流溶断素子２０の一端は交流
電源１７の一端に接続され、高電流遮断素子２０の他端
と交流電源１７の他端との間に、低電流遮断素子２２と
整流素子Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４と平滑用コンデンサー
３０と保温ヒーター５（順序は問わない）が直列接続さ
れている。またサージ吸収素子１８は高電流遮断素子２
０の他端と交流電源１７の他端との間に接続され、制御
素子２３は平滑用コンデンサー３０に並列接続されてい
る。

【００２１】リレー回路３１はコイルとダイオードが並
列接続されたものであり、リレー回路３１の一端はトラ
ンジスタ３２のコレクタと接続され、他端は抵抗を介し
て第３リード線２５ｂに接続されている。

【００２２】トランジスタ３２のエミッタは第１リード
線２４に接続され、トランジスタ３２のベースは抵抗３
３と３４の中間点に接続され、抵抗３４の他端は第１リ
ード線２４に、抵抗３３の他端はマイクロコンピュータ
３５の端子Ｐ１に接続されている。

【００２３】ポンプ回路３６は給湯スイッチ１４と直流
モーター１０とが直列接続されたものであり、その一端
がトランジスタ３７のコレクタに接続され、その他端が
第３リード線２５ｂに接続されている。トランジスタ３
７のエミッタは第１リード線２４に接続され、ベースは
抵抗３８と３９の中間点に接続され、抵抗３８の他端は
第１リード線２４に接続され、抵抗３９の他端はマイク
ロコンピュータ３５の端子Ｐ２に接続されている。

【００２４】ツェナーダイオード４０の一端は第１リー
ド線２４に接続され、他端はトランジスタ４１のベース
に接続され、抵抗４２の一端はツェナーダイオード４０
とトランジスタ４１のベースとの中間点に接続され、他
端は第３リード線２５ｂに接続されている。トランジス
タ４１のコレクタは第３リード線２５ｂに、エミッタは
第４リード線２５ｃに接続されている。

【００２５】コンデンサー４３の一端は第１リード線２
４に、他端は第４リード線２５ｃに接続されている。マ
イクロコンピュータ３５の各端子に接続された接地記号
の部分は、第４リード線２５ｃと同電位である事を示
す。

【００２６】第５リード線４４の一端は第１リード線２
４に接続され、他端はマイクロコンピュータ３５の端子
Ｐ３、Ｐ４に接続されている。また第５リード線４４の
他端は保温ランプ４５と抵抗を介して端子Ｐ５に、湯沸
かしランプ４６と抵抗を介して端子Ｐ６に、再沸騰スイ
ッチ１５と抵抗を介して端子Ｐ７に接続されている。

【００２７】温度センサー１２の一端は第５リード線４
４に接続され、他端は抵抗４７を介してマイクロコンピ
ュータ３５の端子Ｐ８に接続され、その他端は抵抗４８
を介して第４リード線２５ｃと同電位部に接続されてい
る。これらの部品により、本実施の形態に係る電気湯沸
かし器が構成されている。

【００２８】次に、この電気湯沸かし器の動作を再び図
１と図２に従い説明する。最初に容器２内に水を入れ、
電気湯沸かし器の電源プラグを電源コンセント（いずれ
も図示せず）に挿入する。

【００２９】交流電源１７が正電位の時に、整流素子Ｄ
１と第１リード線２４と平滑用コンデンサー３０と第３
リード線２５ｂとダイオード２９と第２リード線２５ａ
と整流素子Ｄ２と保温ヒーター５に電流が流れ、平滑用
コンデンサー３０の両端電圧が上昇し始める。この時、
制御素子２３は平滑用コンデンサー３０の両端電圧がま
だ低いためオフしている。

【００３０】そして、平滑用コンデンサー３０の両端電
圧がツェナーダイオード２７のツェナー電圧（例えば１
１Ｖ）以上になると、電圧検出回路２６に電流が流れ、
制御素子２３にゲート電流が流れ、制御素子２３がオン
する。そして、交流電源１７から整流素子Ｄ１と第１リ
ード線２４と制御素子２３と第２リード線２５ａと整流
素子Ｄ２と保温ヒーター５へと電流が流れる。

【００３１】その結果、平滑用コンデンサー３０の両端
電圧が低下し、電圧検出回路２６へ電流が流れなくな
り、制御素子２３がオフする。この様に制御素子２３が
オフすると、再び平滑用コンデンサー３０が充電され、
平滑用コンデンサー３０の両端電圧が再び上昇し始め
る。

【００３２】上述の様に、制御素子２３は平滑用コンデ
ンサー３０の両端電圧が所定値以上の時はオンし、両端
電圧が所定時より低い時はオフする様に、スイッチング
動作を行う。即ち制御素子２３は平滑用コンデンサー３
０の両端電圧が略一定に（所定値に）なる様に、スイッ
チングを行う。

【００３３】また交流電源１７が負電位の時に、交流電
源１７の他端から保温ヒーター５と整流素子Ｄ３と第１
リード線２４と平滑用コンデンサー３０と第３リード線
２５ｂとダイオード２９と第２リード線２５ａと整流素
子Ｄ４と交流電源１７の一端に電流が流れる。その後の
動作は上述の正電位の場合と同じである。

【００３４】そして、整流素子Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４
と制御素子２３とダイオード２９と保温ヒーター５と電
圧検出回路２６と平滑用コンデンサー３０とからなる電
源回路４９では、保温ヒーター５が比較的低インピーダ
ンス（約３００オーム程度）であるので、負荷回路とし
てのポンプ回路３６とリレー回路３１とマイクロコンピ
ュータ３５を全て接続しても、各回路３１、３５、３６
に十分な電流を供給できる。

【００３５】更に電源投入時では容器２内の水温が低い
ため、温度センサー１２の抵抗値が大きい。そして、こ
の大きい抵抗値に対応する電圧がマイクロコンピュータ
３５内の端子Ｐ８に入力すると、マイクロコンピュータ
３５は端子Ｐ１に「Ｌ」信号を出力する。その結果、端
子Ｐ１に接続されたリード線は低電圧となり、トランジ
スタ３２がオンし、リレー回路３１がオンし、リレー回
路３１に接続されたリレー接点１６がオンし、湯沸かし
ヒーター４がオンする。そして、湯沸かしヒーター４と
保温ヒーター５が共に発熱し湯沸かしを行う。

【００３６】次に湯温が上昇し略沸騰温度に達すると、
温度センサー１２の抵抗値が小さくなり、マイクロコン
ピュータ３５の端子Ｐ８への出力が所定値となり、マイ
クロコンピュータ３５が「沸騰」と判定し、端子Ｐ１へ
「Ｈ」信号を出力する。その結果、端子Ｐ１に接続され
たリード線の電圧は上がり、トランジスタ３２がオフ
し、リレー回路３１がオフし、リレー接点１６がオフ
し、湯沸かしヒーター４がオフし、保温動作に移る。

【００３７】そして使用者が湯を必要とし給湯スイッチ
１４をオンすると、マイクロコンピュータ３５が保温時
には端子Ｐ２に「Ｌ」信号を出力しているため、端子Ｐ
２に接続されたリード線が低電圧となり、トランジスタ
３７はオンし、ポンプ回路３６がオンし、直流モーター
１０がオンし、出湯が開始する。

【００３８】また、湯沸かしヒーター４の抵抗値は約１
１オーム程度であり、約８４０Ｗの消費電力である。そ
して、保温ヒーター５の抵抗値は約３００オーム程度で
あり約３２Ｗの消費電力である。上述の様に、整流素子
Ｄ１と制御素子２３（又は平滑用コンデンサー３２）と
ダイオード２９と整流素子Ｄ２と保温ヒーター５を流れ
る電流は約０．３Ａである。それ故に、整流素子Ｄ１、
Ｄ２と制御素子２３と平滑用コンデンサー３２とダイオ
ード２９は余裕度を考慮して、例えば許容電流２Ａの部
品が選択されている。

【００３９】そして例えば、保温ヒーター５のＡ部分と
湯沸かしヒーター４のＢ部分が故障して接触した場合、
交流電源１７の一端から高電流溶断素子２０と低電流溶
断素子２２と整流素子Ｄ１と制御素子２３（又は平滑用
コンデンサー３０）と第２リード線２５ａと整流素子Ｄ
２とＡ部分とＢ部分と湯沸かしヒーター４を介して交流
電源１７の他端へと瞬間的に大部分の電流が流れる。上
述の経路では、約１１オームと比較的抵抗値の小さい湯
沸かしヒーター４に電流が流れるので、電流値は約８．
４Ａとなる。

【００４０】この時、高電流溶断素子２０は溶断せず
に、溶断電流の小さい（例えば２Ａ）の低電流溶断素子
２２が溶断する。その結果、回路が遮断されるので、整
流素子Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、制御素子２３、平滑用
コンデンサー３０、ダイオード２９等の素子の損傷は防
止される。それ故に、これらの素子が異常発熱をするこ
とがなく、また回路基板が異常発熱で焦げることもなく
安全である。

【００４１】また上述の様に、正常動作している場合
は、制御素子２３がオンとオフを繰り返すので、交流電
源１７の両端にてノイズ（雑音）を発生させ易い。その
ためにサージ吸収素子１８に並列にコンデンサー１９を
接続させる事により、上述のノイズ発生を軽減する事が
できる。

【００４２】更に、高電流溶断素子２０の溶断電流は約
１５Ａと比較的大きいので、回路基板上に例えば幅が
０．３ｍｍで長さが約１５ｍｍの銅箔からなるパターン
ヒューズを形成する事により、高電流溶断素子２０を製
造する事ができる。高電流溶断素子２０は従来、ガラス
管ヒューズを用いていたが、上述のパターンヒューズに
て構成する事によりコストが安くなり、かつスペースも
小さくなる。以上によりこの電気湯沸かし器の動作説明
を終わる。

【００４３】

【発明の効果】本発明は上述の様に、交流電源からの電
圧が整流素子により整流され保温ヒーターにより降圧さ
れ、平滑用コンデンサーの両端電圧は上昇し、両端電圧
が所定値以上になると、制御素子はオンし電流は制御素
子を流れ、平滑用コンデンサーへの充電電流がなくな
り、両端電圧は降下する。この様に制御素子は平滑用コ
ンデンサーの両端電圧を略一定に保つ様にスイッチング
を繰り返すので、平滑用コンデンサーに並列接続された
負荷回路へ略一定の電圧を供給できる。

【００４４】また、整流素子と制御素子と降圧抵抗とし
ての保温ヒーターと平滑用コンデンサーにより電源回路
を構成するので、従来の様に高価な電源トランスが必要
ないため、安価かつ電圧変動の少ない電源回路が得られ
る。この様に、リレー回路とポンプ回路とマイクロコン
ピュータヘ電圧を供給する電源回路を共通化できるの
で、個別に整流回路と平滑化回路を設ける従来品と比べ
て、低コストで製造できる。また従来の様に、大型の金
属抵抗を用いる必要がないので、比較的小さい回路基板
で済み、かつ回路基板の温度上昇が小さい。

【００４５】そして保温ヒーターと湯沸かしヒーターが
故障して接触した場合、高電流溶断素子と低電流溶断素
子と整流素子と制御素子（又は平滑用コンデンサー）と
湯沸かしヒーターに瞬間的に大電流が流れる。しかし低
電流溶断素子が溶断し、上述の整流素子等の損傷が防止
される。

【００４６】また中規模のサージ電圧が印加された場
合、サージ吸収素子はサージエネルギーを吸収し正常動
作する。そしてサージ吸収素子に直列接続された高電流
溶断素子はこのサージエネルギーにより溶断しない様
に、溶断電流が高いので、サージ吸収素子が正常動作し
ている時には溶断しなく、動作が停止しない。

【００４７】そして大規模のサージ電圧が印加された時
は、サージ吸収素子に直列接続された高電流溶断素子が
溶断し回路を遮断するので、回路部品や回路基板の異常
発熱がない。

【００４８】更に本発明は望しくは、サージ吸収素子に
コンデンサーを並列接続させる事により、制御素子のオ
ンとオフによる交流電源の両端でのノイズを軽減する事
ができる。

【００４９】そして本発明は望しくは、高電流溶断素子
を回路基板上のパターンヒューズにて構成する事によ
り、従来のガラス管ヒューズに比べてコストが安くな
り、かつヒューズの占めるスペースが小さくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る電気湯沸かし器の断
面図である。

【図２】前記電気湯沸かし器の電気回路図である。

【符号の説明】

４ 湯沸かしヒーター ５ 保温ヒーター Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４ 整流素子 １８ サージ吸収素子 ２０ 高電流溶断素子 ２２ 低電流溶断素子 ２３ 制御素子 ３０ 平滑用コンデンサー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 浅井 和輝 鳥取県鳥取市南吉方３丁目201番地 鳥 取三洋電機株式会社内 (56)参考文献 特開 平５−220429（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−233992（ＪＰ，Ａ) 実公 平５−8762（ＪＰ，Ｙ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) A47J 27/21 101

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流電源に接続された湯沸かしヒーター
   と、その交流電源の一端に接続された高電流溶断素子
   と、その高電流溶断素子の他端と前記交流電源の他端と
   の間に直列接続された低電流溶断素子と整流素子と平滑
   用コンデンサーと保温ヒーターと、その平滑用コンデン
   サーに接続された制御素子と、前記高電流溶断素子の他
   端と前記交流電源の他端との間に接続されたサージ吸収
   素子とを具備した事を特徴とする電気湯沸かし器。
2. 【請求項２】 前記サージ吸収素子に並列にコンデンサ
   ーを接続させた事を特徴とする請求項１の電気湯沸かし
   器。
3. 【請求項３】 前記高電流溶断素子を回路基板上のパタ
   ーンヒューズで構成した事を特徴とする請求項１の電気
   湯沸かし器。