JP3636096B2

JP3636096B2 - Electric water heater

Info

Publication number: JP3636096B2
Application number: JP2001149109A
Authority: JP
Inventors: 周史佐藤; 貞敏田縁; 佳洋山下; さおり藤田
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-05-18
Filing date: 2001-05-18
Publication date: 2005-04-06
Anticipated expiration: 2020-04-06
Also published as: JP2001353073A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、一般家庭において使用される電気湯沸かし器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電気湯沸かし器が広く一般家庭に普及し、その使用方法も様々である。従来の電気湯沸かし器においては、電気湯沸かし器から保温した湯を出湯させる方法として、エアーポンプにより電気湯沸かし器の水を収容している容器内の圧力を上げる方法があるが、最近では電動式のポンプにより湯を汲み出す方式のものも一般的である。この電動式の出湯方法を採る電気湯沸かし器においては、一般に、保温温度などを制御する電子制御回路の電源の他に、電動モータ用の電源を別途設けた構成が一般的である。
【０００３】
図５は、従来の一般的な電気湯沸かし器の構成を示すブロック図である。図５において、２１は液体を収容する容器、２２は容器２１の温度を測定する温度検知手段、２３は容器２１に収容された液体を加熱する加熱手段であり、加熱ヒータ２３ａとリレー２３ｂ、リレー電源２３ｃなどで構成されている。２４は容器２１に収容された液体を任意の温度に保温する保温手段であり、保温ヒータ２４ａとトライアック２４ｂ、ゲート抵抗Ｒ３０などで構成されている。２５は容器２１内の液体を容器２１外へ吐出させる出湯手段であり、ポンプ２５ａ、モータなど２５ｂ、出湯スイッチ２５ｃ、モータ電源回路２５ｄ、フォトカプラ２５ｅなどで構成されている。
【０００４】
また、制御回路２６は、温度検知手段２２の入力を受けて容器２１内の液体が沸騰したことを検知すると、制御回路２６のリレー出力をＨＩＧＨからＬＯＷにしてリレー２３ｂをオフとし、加熱ヒータ２３ａへの通電を停止している。その後、制御回路２６の保温出力をＬＯＷにすることにより保温手段２４のトライアック２４ｂをオンとし、また、保温出力をＨＩＧＨにしてオフとすることを繰り返して、容器２１内の液体を所定の温度に保っている。
【０００５】
この制御回路２６を動作させる直流電源２７は、トランスＴ、ダイオードＤ２７，Ｄ２８、電解コンデンサＣ２２、ツェナーダイオードＺＤ２２、トランジスタＴｒ２３、抵抗Ｒ３１で構成されている。
【０００６】
上記構成において、使用者が容器２１内の液体を吐出させようとした場合には、制御回路２６の解除出力をＬＯＷにしてフォトカプラ２５ｅの動作を停止させてトランジスタＴｒ２１をオフとした後に、スイッチ２５ｃの接点をＮＣ側からＮＯ側に切り換えることによりモータ電源回路２５ｄに通電が開始され、モータ２５ｂが回転し、ポンプ２５ａによって容器２１内の液体が容器２１の外へ吐出される。
【０００７】
このモータ電源回路２５ｄは、オペアンプＩＣ２１の働きにより平滑コンデンサＣ２１への充電をオン／オフし、保温ヒータ２４ａに流れる電流を直流に平滑しながらモータ２５ｂに通電をしている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の電気湯沸かし器では、出湯スイッチ２５ｃと、加熱ヒータ２３ａを通電制御するリレー２３ｂを駆動させるリレー電源２３ｃと、制御回路２６用の直流電源２７との３個の電源回路を備えた複雑な構成であるため回路コストが高額になり、またモータ２５ｂのオンオフを出湯スイッチ２５ｃの交流入力のオンオフにより操作するので、そのための出湯スイッチ２５ｃは商用電源電圧の印加に耐えるものを必要とし、大型なものになってしまうという問題点があった。
【０００９】
本発明は上記課題を解決するもので、簡単な構成で、かつ安定に動作する電源回路を備え、また、モータ用の操作スイッチも小型のものが使用できる電気湯沸かし器を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係わる本発明は、液体を収容する容器と、前記容器の温度を測定する温度検知手段と、前記容器に収容された液体の加熱または保温に用いる加熱ヒータまたは保温ヒータと、前記液体を前記容器外へ吐出させるためのモータに電圧を供給する直流電源と、前記加熱ヒータと前記保温ヒータのいずれか一方または両方を介して商用電源を整流する整流手段と、前記加熱ヒータまたは前記保温ヒータの通電を制御する制御回路とを備え、前記直流電源は、前記制御回路の共通電位に一端を接続した平滑コンデンサと前記平滑コンデンサへの充電を停止させるオペアンプとを有し、前記整流手段により整流された電流を前記オペアンプの出力によって、前記平滑コンデンサに流すか前記平滑コンデンサに流さずに商用電源に帰すかを切り換え、前記平滑コンデンサの電圧が所定の電圧ＶＨに達するまで前記平滑コンデンサを充電し、前記平滑コンデンサの電圧が前記所定の電圧ＶＨに達した場合は前記平滑コンデンサの充電を停止し、前記平滑コンデンサの電圧が前記所定の電圧ＶＨより低い所定の電圧ＶＬになった場合はふたたび前記充電を開始することにより、前記平滑コンデンサの両端に直流電圧を発生させ、この直流電圧から前記制御回路の制御電源を得るとともに、前記平滑コンデンサの充電電圧が前記オペアンプの動作保証電圧以上の所定値となるまで前記平滑コンデンサに強制的に充電するようにした電気湯沸かし器としたものである。
【００１１】
【作用】
請求項１に係わる本発明において、液体を収容する容器と、前記容器の温度を測定する温度検知手段と、前記容器に収容された液体の加熱または保温に用いる加熱ヒータまたは保温ヒータと、前記液体を前記容器外へ吐出させるためのモータに電圧を供給する直流電源と、前記加熱ヒータと前記保温ヒータのいずれか一方または両方を介して商用電源を整流する整流手段と、前記加熱ヒータまたは前記保温ヒータの通電を制御する制御回路とを備え、前記直流電源は、前記制御回路の共通電位に一端を接続した平滑コンデンサと前記平滑コンデンサへの充電を停止させるオペアンプとを有し、前記整流手段により整流された電流を前記オペアンプの出力によって、前記平滑コンデンサに流すか前記平滑コンデンサに流さずに商用電源に帰すかを切り換え、前記平滑コンデンサの電圧が所定の電圧ＶＨに達するまで前記平滑コンデンサを充電し、前記平滑コンデンサの電圧が前記所定の電圧ＶＨに達した場合は前記平滑コンデンサの充電を停止し、前記平滑コンデンサの電圧が前記所定の電圧ＶＨより低い所定の電圧ＶＬになった場合はふたたび前記充電を開始することにより、前記平滑コンデンサの両端に直流電圧を発生させ、この直流電圧から前記制御回路の制御電源を得るとともに、前記平滑コンデンサの充電電圧が前記オペアンプの動作保証電圧以上の所定値となるまで前記平滑コンデンサに強制的に充電するようにしたことにより、容器内の液体を容器外に出湯させるモータのための直流電源を簡単な構成で実現できるとともに、保温手段のヒータにより、容器内に収容された液体を保温する動作と直流電源の平滑コンデンサへの充電動作とを兼用させた簡単な構成で安価な電源回路構成とすることができ、さらに、電源投入時に平滑コンデンサの充電を停止させるオペアンプの動作保証電圧を確保することができるものである。
【００１２】
【実施例】
以下、本発明の電気湯沸かし器の一実施例について図面を参照しながら説明する。
【００１３】
図１は本実施例の構成を示すブロック図である。図１において、１は液体を収容する容器、２は容器１の温度を測定する温度検知手段、３は容器１に収容された液体を加熱する加熱手段であり、加熱ヒータ３ａとリレー３ｂなどで構成されている。４は容器１に収容された液体を任意の温度に保温する保温手段であり、保温ヒータ４ａで構成されている。５は容器１内の液体を容器１外へ吐出させる出湯手段であり、ポンプ５ａ、モータ５ｂ、出湯スイッチ５ｃ、およびトランジスタＴｒ６などで構成されている。６は直流電源であり、整流ダイオードＤ１〜Ｄ４、サイリスタＳＣＲ、ゲート抵抗Ｒ３、オペアンプＩＣ、および平滑コンデンサＣなどにより構成されている。７は第２の直流電源であり、トランジスタＴｒ４、ツェナーダイオードＺＤ４、および抵抗Ｒ９で構成されている。
【００１４】
８は制御回路であり、第２の直流電源７を電源として動作し、温度検知手段２の入力を受けて、加熱手段３のリレー３ｂを制御している。このとき、制御回路８のリレー出力をＨＩＧＨとすることによりトランジスタＴｒ５をオンとし、リレー３ｂのコイルに電流が流れてリレー３ｂがオンとなり、ヒータ３ａに電流が流れ容器１を加熱している。リレー３ｂをオフとしたときはその逆で、制御回路８のリレー出力をＬＯＷとするとトランジスタＴｒ５がオフとなり、リレー３ｂもオフとなる。
【００１５】
また、出湯手段５のモータ５ｂを駆動するには、まず、制御回路８の解除出力をＨＩＧＨとしてトランジスタＴｒ６をオンとした後に出湯スイッチ５ｃを使用者が閉じることによりモータ５ｂに直流電源６の電圧Ｖｕが供給され、モータ５ｂが回転してポンプ５ａを駆動して容器１内の液体を容器１外に吐出している。
【００１６】
上記構成においてその動作を説明する。まず、直流電源６の動作について説明する。図２は本実施例における直流電源６の動作を示すタイミングチャートである。図２において、平滑コンデンサＣの電圧Ｖｕは、まず、Ａ１時点で所定電圧ＶＬを下回ると、電圧Ｖｕを抵抗Ｒ７と抵抗Ｒ８で分割したオペアンプＩＣへの正の入力（＋）は、一定電圧が入力されている負の基準電圧入力（−）を下回り、オペアンプＩＣの出力はＬＯＷとなる。オペアンプＩＣの出力がＬＯＷとなるとトランジスタＴｒ２へのベース電流の供給が停止し、トランジスタＴｒ２はオフとなる。トランジスタＴｒ２がオンのときには、サイリスタＳＣＲのゲートをグランドに接続してゲート抵抗Ｒ３からサイリスタＳＣＲへのゲート電流を遮断していたので、トランジスタＴｒ２がオフとなることにより、サイリスタＳＣＲにゲート電流が供給され、サイリスタＳＣＲは図２におけるＡ１時点でオンとなり、ダイオードＤ５を介して平滑コンデンサＣに充電が開始される。
【００１７】
つぎに、Ａ２時点で電圧Ｖｕが、所定電圧ＶＨを上回ると、電圧Ｖｕを抵抗Ｒ７と抵抗Ｒ８で分割して得たオペアンプＩＣへの正の入力（＋）は、一定電圧が入力されている負の基準電圧入力（−）を上回り、オペアンプＩＣ出力はＨＩＧＨとなる。このとき、オペアンプＩＣの出力に接続された抵抗Ｒ６の働きで、電圧Ｖｕを分割しているオペアンプＩＣへの正の入力（＋）は、ヒステリシスを持った動作をするため、所定電圧ＶＬと所定電圧ＶＨに電圧差が生じており、このため平滑コンデンサＣの電圧、すなわち直流電源６の出力電圧Ｖｕは電圧ＶＬから電圧ＶＨのリップルを持った直流電圧が得られる。
【００１８】
また、サイリスタＳＣＲは、一旦オンとなると保持電流が流れ続けている間はオフとならないので、つぎにダイオードＤ１〜Ｄ４による全波整流出力の電圧がゼロボルトとなるＡ３時点で保持電流がなくなるまでは、保温ヒータ４ａを介した電流が流れ続ける。このとき、そのままでは平滑コンデンサＣへの充電が継続してしまうので、図２に示したように、オペアンプＩＣの出力により、トランジスタＴｒ３をオンとしてＡ２時点からＡ３時点までは、平滑コンデンサＣへの充電を停止している。またこのとき、ダイオードＤ５があるため、トランジスタＴｒ３がオンとなっても、平滑コンデンサＣに充電された電荷は、トランジスタＴｒ３方向へと流れ出さず、電圧Ｖｕは、直流電源６の出力で消費される電流分のみ低下していく。
【００１９】
このときの直流電源６の平均の電圧値は、モータ５ｂを動作させるのに必要な１０Ｖ程度とし、電圧ＶＨと電圧ＶＬの差であるリップル電圧はモータ５ｂに負担の掛からない１．５Ｖ程度とするのがよい。
【００２０】
つぎに、電源投入時における直流電源６の動作について説明する。
【００２１】
図１の構成において、ツェナーダイオードＺＤ２のツェナー電圧を所定電圧ＶＯＰと設定している。商用電源を投入したとき電圧Ｖｕはゼロ、トランジスタＴｒ２はオフであるため、まず、ゲート抵抗Ｒ３に全波整流電圧が印加され、サイリスタＳＣＲがオンとなり、平滑コンデンサＣに充電を開始し、電圧が上昇していく。このときの、オペアンプＩＣの出力電圧も上昇していくが、前記電圧ＶＯＰを越えるまでは、オペアンプＩＣの出力がＬＯＷ、ＨＩＧＨにかかわらず、トランジスタＴｒ２とトランジスタＴｒ３にはベース電流が供給されずにオフ状態である。
【００２２】
したがって、直流電源６の出力電圧Ｖｕ、すなわち平滑コンデンサＣへの充電電圧がＶＯＰとなるまでは、オペアンプＩＣの制御動作に関係なく、平滑コンデンサＣは強制的に充電される。
【００２３】
このときの、所定電圧ＶＯＰの電圧、すなわちツェナーダイオードＺＤ２の電圧は、一般的なオペアンプの動作保証電圧の３Ｖ以上で、かつ本発明の回路構成によるオペアンプＩＣの負の基準電圧（−）の５Ｖ未満に設定するのが妥当である。
【００２４】
つぎに、保温時における直流電源６の動作について図面を参照しながら説明する。図３は保温時の動作を示すタイミングチャートである。図において、Ｂ１時点で温度検知手段２の入力により測定した結果から容器１内の液体の温度がそのとき設定されている保温温度以下になったと判断した場合、制御回路８は保温出力をＬＯＷとするように制御している。この動作により、図１に示したトランジスタＴｒ２は、ベースとエミッタが同電位となりオフとなるので、抵抗Ｒ３によりサイリスタＳＣＲのゲートにゲート電流が供給されてサイリスタＳＣＲはオン状態を続ける。ところが、平滑コンデンサＣの電圧Ｖｕは電圧ＶＬ以上であるのでオペアンプＩＣの出力はＨＩＧＨのままでトランジスタＴｒ３はオン状態のままであり、平滑コンデンサＣへの充電は開始されない。このため保温ヒータ４ａを介して直流電源６に供給されている電流は、平滑コンデンサＣへは流れずに、そのままダイオードＤ１〜Ｄ４の全波整流回路とサイリスタＳＣＲとトランジスタＴｒ３を通じて商用電源に帰ることになり、保温ヒータ４ａは商用電源を印加した場合の定格の電流が流れて発熱し、容器１を加熱して容器１内の液体が所定の保温温度になるまで温度上昇する。
【００２５】
この間にＢ２時点において平滑コンデンサＣの電圧が電圧ＶＬを下回ると、オペアンプＩＣの出力がＬＯＷとなるのでトランジスタＴｒ３はオフとなり、サイリスタＳＣＲからトランジスタＴｒ３を通って商用電源に帰っていた電流は、平滑コンデンサＣの充電に当てられる。そして電圧ＶＨまで充電が完了するとふたたびオペアンプＩＣの出力がＨＩＧＨとなるのでトランジスタＴｒ３がオンとなり、平滑コンデンサＣへの充電動作から、トランジスタＴｒ３を通って商用電源に帰る動作に電流路が切り換えられる。
【００２６】
そして、図３におけるＢ４時点で、温度検知手段２の入力により測定した結果から容器１内の液体の温度がそのとき設定されている保温温度以上になったと判断したとき、制御回路８は保温出力をＨＩＧＨとする。この動作により、図１にも示したトランジスタＴｒ２はオンとなるのでつぎのゼロボルト点であるＢ５時点において保持電流がなくなったサイリスタＳＣＲはオフとなり、保温ヒータ４ａへの通電が停止して容器１内の液体の加熱が終了する。
【００２７】
以下、電源回路から発生するノイズを抑制する動作について説明する。図４はノイズ抑制動作を示すタイミングチャートである。
【００２８】
図１において、サイリスタＳＣＲがオフ状態の場合にダイオードＤ１〜Ｄ４の全波整流回路の出力電圧が、ツェナーダイオードＺＤ１のツェナー電圧を越えると抵抗Ｒ１を介してツェナー電流が流れ始め、さらに電圧が上昇して所定電圧ＶＯＮに達するとツェナー電流が増加し、その電流によりトランジスタＴｒ１がオンとなる。すると、サイリスタＳＣＲのゲートがグランドに接続されるためサイリスタＳＣＲにゲート電流が流れなくなり、サイリスタＳＣＲはオンとなれなくなるものである。すなわち、サイリスタＳＣＲをオフ状態からオン状態にできるのは、ダイオードＤ１〜Ｄ４による全波整流回路の出力が電圧ＶＯＮ以下の範囲だけとなる。
【００２９】
図４において、通常は、Ｃ１時点のように、平滑コンデンサＣの電圧Ｖｕが所定ＶＬまで低下した時点で、サイリスタＳＣＲをオン、トランジスタＴｒ３をオフとして平滑コンデンサＣに充電を開始し、Ｃ２時点で充電が完了すると、Ｔｒ３を再びオンとして充電を停止し、サイリスタＳＣＲもＴｒ２をオンとすることによりＣ２時点でゲート電流を流さなくしているので保持電流がなくなるＣ３時点でオフにしている。つぎに、Ｃ４時点で、平滑コンデンサＣの電圧Ｖｕが電圧ＶＬまで低下した場合には、全波整流回路の出力がＶＯＮ以上であり、トランジスタＴｒ１がオン状態であるためゲート電流が流れず、サイリスタＳＣＲはオンになれない。つぎに、Ｃ５時点で全波整流回路の出力がＶＯＮ以下となってトランジスタＴｒ１がオフになると初めてサイリスタＳＣＲがオンとなる。
【００３０】
すなわち、トランジスタＴｒ１とトランジスタＴｒ２が同時にオフする期間でのみサイリスタＳＣＲのオンの開始が可能であり、図４においては、Ｃ１時点からＣ６時点までと、Ｃ５時点からＣ７時点でのみサイリスタＳＣＲのオンの開始が可能になるようにしている。
【００３１】
なお、電圧ＶＯＮは、電圧Ｖｕが１０Ｖ程度であるのでそれよりも高い２０Ｖ程度に設定するのが適当である。
【００３２】
以下、ＳＣＲが故障したときの保護動作について説明する。図１に示したように、平滑コンデンサＣと並列に、直流電源６の正出力と負出力間に、正出力側がカソードとなるようにツェナーダイオードＺＤ３を接続している。このとき、万が一、サイリスタＳＣＲが故障して連続オンとなり、かつトランジスタＴｒ３も動作せずにオフのままであった場合には、直流電源６の電圧Ｖｕが上昇し続け、やがて平滑コンデンサＣの耐圧を越え、平滑コンデンサＣが破裂に至る可能性があるが、ツェナーダイオードＺＤ３があるために、直流電源６の電圧ＶｕがツェナーダイオードＺＤ３のツェナー電圧を越えた時点で、充電電流はツェナーダイオードＺＤ３に流れ、まず、ツェナー電圧で電圧Ｖｕの上昇が止まる。さらに、充電電流が多く流れてツェナーダイオードＺＤ３の定格を越える場合には、ツェナーダイオードは一般的にショートして破壊するため、ツェナーダイオードＺＤ３は直流電源６の正負の出力をショートする。
【００３３】
以下、第２の直流電源７について説明する。図１において、トランジスタＴｒ４と抵抗Ｒ９とツェナーダイオードＺＤ４により、制御回路８の電源に使用する第２の直流電源７を構成している。
【００３４】
この第２の直流電源７は、直流電源６のリップルをツェナーダイオードＺＤ４で吸収しているのでほぼ平坦な電圧が得られ、制御回路８を構成するマイクロコンピュータの電源などに利用する。一般的には、このツェナーダイオードＺＤ４は、５ないし６Ｖ程度のツェナー電圧を持つものとし、トランジスタＴｒ４のベースエミッタ間電圧約０．６Ｖを差し引いた約５Ｖの電圧がこの第２の直流電源７の出力電圧となる。
【００３５】
以下、消費電力について説明する。図２においては、平滑コンデンサＣの充放電の周期は商用電源の１周期分とした場合を示しており、商用電源の半波に一回ごとに、サイリスタＳＣＲがオンとなり、充電終了後もトランジスタＴｒ３の働きによって保温ヒータ４ａには電流が流れ続けることになる。このとき、消費される電力は一般的な電気湯沸かし器の保温ヒータでは、７５Ｗ程度であるので、平均約３７．５Ｗの電力を消費する。
【００３６】
そこで、平滑コンデンサＣは容量が大きなものを選択し、かつ、モータ５ｂに負担がかからない範囲で直流電源６の電圧Ｖｕのリップルを大きくとる、すなわち、ＶＨとＶＬの間隔を広くとることにより充放電の周期を延ばして、平均の消費電力を所定電力Ｗ０以下に抑えることができる。
【００３７】
このとき、所定電力Ｗ０は、容器１内の沸騰した液体が、選択した保温温度、たとえば６０℃まで低下するのに妨げとならず、かつ、容器１内に液体を入れずに放置したときにも容器１の温度が危険な温度まで上昇しない程度として、２Ｗ程度に設定するのが適当である。すなわち、商用電源の半波４０回に１回程度サイリスタＳＣＲがオンとなるように、平滑コンデンサＣの容量と電圧ＶＨと電圧ＶＬの値を設定するのが妥当である。
【００３８】
以上の実施例においては、図１に示したように、ダイオードＤ１〜Ｄ４の全波整流回路を用いたが、半波整流としても問題なく、また、本実施例では、湯沸かしの加熱用のヒータと保温ヒータを分割しているが、これを同一のヒータで行っても問題ないことは言うまでもない。
【００３９】
【発明の効果】
以上のように本発明の電気湯沸かし器によれば、容器内の液体を容器外に出湯させるモータのための直流電源を簡単な構成で実現でき、また、電動モータで出湯させるための出湯スイッチも直流出力オンオフであるため小型のものが使用でき、安価な構成の電気湯沸かし器を提供できる。
【００４０】
また、保温手段のヒータにより、容器内に収容された液体を保温する動作と直流電源の平滑コンデンサへの充電動作とを兼用させた簡単な構成で安価な電源回路を備えた電気湯沸かし器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電気湯沸かし器の一実施例の構成を示すブロック図
【図２】本発明の一実施例における電源回路の動作を示すタイミングチャート
【図３】本発明の一実施例における保温動作を示すタイミングチャート
【図４】本発明の一実施例におけるノイズ抑圧動作を示すタイミングチャート
【図５】従来例の電気湯沸かし器の構成を示すブロック図
【符号の説明】
１容器
２温度検知手段
３ａ加熱ヒータ
４ａ保温ヒータ
６直流電源
７第２の直流電源
８制御回路
Ｄ１〜Ｄ４ダイオード（整流手段）
Ｃ平滑コンデンサ[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to an electric water heater used in a general household.
[0002]
[Prior art]
In recent years, electric water heaters have been widely used in general households, and their usage methods are various. In conventional electric water heaters, there is a method of increasing the pressure in the container containing the water in the electric water heater by an air pump as a method of discharging hot water kept from the electric water heater. The method of pumping out is also common. In general, an electric water heater employing this electric hot water discharge method generally has a configuration in which a power source for an electric motor is separately provided in addition to a power source for an electronic control circuit that controls a heat retention temperature and the like.
[0003]
FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of a conventional general electric water heater. In FIG. 5, 21 is a container for storing a liquid, 22 is a temperature detecting means for measuring the temperature of the container 21, 23 is a heating means for heating the liquid stored in the container 21, a heater 23a, a relay 23b, and a relay A power source 23c is used. Reference numeral 24 denotes a heat retaining means for retaining the liquid contained in the container 21 at an arbitrary temperature, and includes a heat retaining heater 24a, a triac 24b, a gate resistor R30, and the like. A hot water discharge means 25 discharges the liquid in the container 21 to the outside of the container 21 and includes a pump 25a, a motor 25b, a hot water switch 25c, a motor power circuit 25d, a photocoupler 25e, and the like.
[0004]
When the control circuit 26 receives the input of the temperature detection means 22 and detects that the liquid in the container 21 has boiled, the relay output of the control circuit 26 is changed from HIGH to LOW, the relay 23b is turned off, and the heater 23a is turned off. The power supply to is stopped. After that, the heat retention output of the control circuit 26 is set to LOW to turn on the triac 24b of the heat retention means 24, and the heat retention output is set to HIGH to turn off the liquid in the container 21 to a predetermined temperature. I keep it.
[0005]
A DC power supply 27 for operating the control circuit 26 includes a transformer T, diodes D27 and D28, an electrolytic capacitor C22, a Zener diode ZD22, a transistor Tr23, and a resistor R31.
[0006]
In the above configuration, when the user tries to discharge the liquid in the container 21, the release output of the control circuit 26 is set to LOW to stop the operation of the photocoupler 25e, and the transistor Tr21 is turned off. Switching the contact of 25c from the NC side to the NO side starts energization of the motor power circuit 25d, the motor 25b rotates, and the liquid in the container 21 is discharged out of the container 21 by the pump 25a.
[0007]
The motor power supply circuit 25d turns on / off the charging of the smoothing capacitor C21 by the operation of the operational amplifier IC21 and energizes the motor 25b while smoothing the current flowing through the heat retaining heater 24a into a direct current.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
Such a conventional electric water heater has a complicated structure including three power supply circuits, namely, a hot water switch 25c, a relay power supply 23c for driving a relay 23b for energizing and controlling the heater 23a, and a DC power supply 27 for the control circuit 26. Because of this configuration, the circuit cost is high, and the motor 25b is turned on / off by turning on / off the AC input of the hot water switch 25c. Therefore, the hot water switch 25c is required to withstand the application of commercial power supply voltage, and is large. There was a problem that it would be a bad thing.
[0009]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an electric water heater that has a power supply circuit that operates stably with a simple configuration and that can be used with a small motor operation switch. .
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The present invention according to claim 1 includes a container for storing a liquid, a temperature detecting means for measuring the temperature of the container, a heater or a heat retaining heater used for heating or maintaining a temperature of the liquid stored in the container, and the liquid. A DC power source for supplying a voltage to a motor for discharging the outside of the container, a rectifying means for rectifying a commercial power source through one or both of the heater and the heat retaining heater, and the heater or the heat retaining temperature. A control circuit for controlling energization of the heater, and the DC power source includes a smoothing capacitor having one end connected to a common potential of the control circuit and an operational amplifier for stopping charging of the smoothing capacitor, and the rectifying means the rectified current by the output of said operational amplifier, cut or attributable to commercial power supply without supplying the smoothing capacitor or flowing through said smoothing capacitor The smoothing capacitor is charged until the voltage of the smoothing capacitor reaches the predetermined voltage VH, and when the voltage of the smoothing capacitor reaches the predetermined voltage VH, the charging of the smoothing capacitor is stopped, and the smoothing capacitor If the voltage of becomes the predetermined voltage VH lower than the predetermined voltage VL by again initiating the charging, the to generate a DC voltage across the smoothing capacitor, the control from the DC voltage of this the control circuit In addition to obtaining a power supply, the electric water heater is configured to forcibly charge the smoothing capacitor until the charging voltage of the smoothing capacitor becomes a predetermined value equal to or higher than the operation guarantee voltage of the operational amplifier .
[0011]
[Action]
In the present invention according to claim 1 , a container for storing a liquid, temperature detecting means for measuring the temperature of the container, a heater or a heat retaining heater used for heating or maintaining a temperature of the liquid stored in the container, and the liquid A DC power source for supplying a voltage to a motor for discharging the outside of the container, a rectifying means for rectifying a commercial power source through one or both of the heater and the heat retaining heater, and the heater or the heat retaining temperature. A control circuit for controlling energization of the heater, and the DC power source includes a smoothing capacitor having one end connected to a common potential of the control circuit and an operational amplifier for stopping charging of the smoothing capacitor, and the rectifying means Whether the rectified current is supplied to the smoothing capacitor or not to the smoothing capacitor depending on the output of the operational amplifier, or returned to the commercial power supply Switching, charging the smoothing capacitor until the voltage of the smoothing capacitor reaches a predetermined voltage VH, and when the voltage of the smoothing capacitor reaches the predetermined voltage VH, the charging of the smoothing capacitor is stopped, and the smoothing capacitor When the voltage becomes a predetermined voltage VL lower than the predetermined voltage VH, the charging is started again to generate a DC voltage at both ends of the smoothing capacitor, and the control power supply of the control circuit is generated from the DC voltage. And forcibly charging the smoothing capacitor until the charging voltage of the smoothing capacitor reaches a predetermined value equal to or higher than the operation guarantee voltage of the operational amplifier, thereby allowing the liquid in the container to be discharged out of the container. DC power supply can be realized with a simple configuration, and it is housed in a container by the heater of the heat retaining means. It is possible to make an inexpensive power circuit configuration with a simple configuration that combines the action of keeping the liquid warm and the operation of charging the smoothing capacitor of the DC power supply. An operation guarantee voltage can be secured.
[0012]
【Example】
Hereinafter, an embodiment of the electric water heater of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0013]
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of this embodiment. In FIG. 1, 1 is a container for storing a liquid, 2 is a temperature detecting means for measuring the temperature of the container 1, 3 is a heating means for heating the liquid stored in the container 1, and includes a heater 3a and a relay 3b. It is configured. Reference numeral 4 denotes a heat retaining means for retaining the liquid contained in the container 1 at an arbitrary temperature, and includes a heat retaining heater 4a. Reference numeral 5 denotes a hot water discharge means for discharging the liquid in the container 1 to the outside of the container 1, and includes a pump 5a, a motor 5b, a hot water switch 5c, a transistor Tr6, and the like. Reference numeral 6 denotes a DC power source, which includes rectifier diodes D1 to D4, a thyristor SCR, a gate resistor R3, an operational amplifier IC, a smoothing capacitor C, and the like. Reference numeral 7 denotes a second DC power supply, which includes a transistor Tr4, a Zener diode ZD4, and a resistor R9.
[0014]
Reference numeral 8 denotes a control circuit which operates using the second DC power supply 7 as a power supply, receives the input of the temperature detection means 2, and controls the relay 3 b of the heating means 3. At this time, the transistor Tr5 is turned on by setting the relay output of the control circuit 8 to HIGH, the current flows through the coil of the relay 3b, the relay 3b is turned on, the current flows through the heater 3a, and the container 1 is heated. Conversely, when the relay 3b is turned off, the transistor Tr5 is turned off and the relay 3b is turned off when the relay output of the control circuit 8 is set to LOW.
[0015]
In order to drive the motor 5b of the hot water supply means 5, first, the release output of the control circuit 8 is set to HIGH, the transistor Tr6 is turned on, and the user closes the hot water switch 5c so that the voltage of the DC power supply 6 is applied to the motor 5b. Vu is supplied, and the motor 5b rotates to drive the pump 5a to discharge the liquid in the container 1 to the outside of the container 1.
[0016]
The operation of the above configuration will be described. First, the operation of the DC power supply 6 will be described. FIG. 2 is a timing chart showing the operation of the DC power supply 6 in this embodiment. In FIG. 2, when the voltage Vu of the smoothing capacitor C falls below the predetermined voltage VL at the time A1, the positive input (+) to the operational amplifier IC obtained by dividing the voltage Vu by the resistors R7 and R8 has a constant voltage. Below the input negative reference voltage input (−), the output of the operational amplifier IC becomes LOW. When the output of the operational amplifier IC becomes LOW, supply of the base current to the transistor Tr2 is stopped, and the transistor Tr2 is turned off. When the transistor Tr2 is on, the gate current from the gate resistor R3 to the thyristor SCR is cut off by connecting the gate of the thyristor SCR to the ground, so that the gate current is supplied to the thyristor SCR by turning off the transistor Tr2. The thyristor SCR is turned on at time A1 in FIG. 2, and charging of the smoothing capacitor C is started via the diode D5.
[0017]
Next, when the voltage Vu exceeds the predetermined voltage VH at time A2, a constant voltage is input to the positive input (+) to the operational amplifier IC obtained by dividing the voltage Vu by the resistor R7 and the resistor R8. It exceeds the negative reference voltage input (−), and the operational amplifier IC output becomes HIGH. At this time, the positive input (+) to the operational amplifier IC that divides the voltage Vu by the action of the resistor R6 connected to the output of the operational amplifier IC operates with hysteresis. A voltage difference is generated in the voltage VH, and therefore, the voltage of the smoothing capacitor C, that is, the output voltage Vu of the DC power supply 6 is obtained as a DC voltage having a ripple of the voltage VH from the voltage VL.
[0018]
Further, once the thyristor SCR is turned on, the thyristor SCR is not turned off while the holding current continues to flow. Therefore, until the holding current disappears at time A3 when the voltage of the full-wave rectified output by the diodes D1 to D4 becomes zero volts. The current continues to flow through the heat retaining heater 4a. At this time, since the charging to the smoothing capacitor C continues as it is, as shown in FIG. 2, the transistor Tr3 is turned on by the output of the operational amplifier IC, and from the time A2 to the time A3, the smoothing capacitor C is turned on. Charging is stopped. At this time, since the diode D5 is present, even if the transistor Tr3 is turned on, the charge charged in the smoothing capacitor C does not flow toward the transistor Tr3, and the voltage Vu is consumed by the output of the DC power supply 6. It will decrease only by the current.
[0019]
At this time, the average voltage value of the DC power supply 6 is about 10V necessary for operating the motor 5b, and the ripple voltage, which is the difference between the voltage VH and the voltage VL, is about 1.5V which does not impose a burden on the motor 5b. It is good to do.
[0020]
Next, the operation of the DC power supply 6 when the power is turned on will be described.
[0021]
In the configuration of FIG. 1, the Zener voltage of the Zener diode ZD2 is set to the predetermined voltage VOP. When the commercial power is turned on, the voltage Vu is zero and the transistor Tr2 is off. First, a full-wave rectified voltage is applied to the gate resistor R3, the thyristor SCR is turned on, and charging of the smoothing capacitor C is started. It rises. At this time, the output voltage of the operational amplifier IC also rises. However, until the voltage VOP is exceeded, the base current is not supplied to the transistors Tr2 and Tr3 regardless of whether the output of the operational amplifier IC is LOW or HIGH. Off state.
[0022]
Therefore, the smoothing capacitor C is forcibly charged regardless of the control operation of the operational amplifier IC until the output voltage Vu of the DC power supply 6, that is, the charging voltage to the smoothing capacitor C becomes VOP.
[0023]
At this time, the voltage of the predetermined voltage VOP, that is, the voltage of the Zener diode ZD2 is 3 V or more of the operation guarantee voltage of a general operational amplifier, and 5 V of the negative reference voltage (−) of the operational amplifier IC according to the circuit configuration of the present invention. It is reasonable to set it to less than.
[0024]
Next, the operation of the DC power supply 6 during heat insulation will be described with reference to the drawings. FIG. 3 is a timing chart showing the operation during heat insulation. In the figure, if the control circuit 8 determines that the temperature of the liquid in the container 1 has become equal to or lower than the heat retention temperature set at that time from the result measured by the input of the temperature detection means 2 at time B1, the control circuit 8 sets the heat retention output to LOW. You are in control. As a result of this operation, the transistor Tr2 shown in FIG. 1 has the base and emitter at the same potential and is turned off. Therefore, the gate current is supplied to the gate of the thyristor SCR by the resistor R3, and the thyristor SCR continues to be on. However, since the voltage Vu of the smoothing capacitor C is equal to or higher than the voltage VL, the output of the operational amplifier IC remains HIGH and the transistor Tr3 remains on, and charging of the smoothing capacitor C is not started. For this reason, the current supplied to the DC power source 6 via the heat retaining heater 4a does not flow to the smoothing capacitor C, but returns to the commercial power source through the full-wave rectifier circuit of the diodes D1 to D4, the thyristor SCR, and the transistor Tr3. Thus, the temperature of the heat retaining heater 4a is increased when a rated current flows when a commercial power source is applied, and the container 1 is heated to rise in temperature until the liquid in the container 1 reaches a predetermined heat retaining temperature.
[0025]
During this time, if the voltage of the smoothing capacitor C falls below the voltage VL at the time B2, the output of the operational amplifier IC becomes LOW, so that the transistor Tr3 is turned off, and the current returned from the thyristor SCR to the commercial power supply through the transistor Tr3 is smoothed. It is used to charge the capacitor C. When the charging to the voltage VH is completed, the output of the operational amplifier IC becomes HIGH again so that the transistor Tr3 is turned on, and the current path is switched from the charging operation to the smoothing capacitor C to the operation returning to the commercial power supply through the transistor Tr3.
[0026]
When it is determined at time B4 in FIG. 3 that the temperature of the liquid in the container 1 has become equal to or higher than the heat retention temperature set at that time from the result measured by the input of the temperature detection means 2, the control circuit 8 outputs the heat retention output. Is HIGH. By this operation, the transistor Tr2 shown in FIG. 1 is also turned on, so that the thyristor SCR that has lost the holding current at the time B5, which is the next zero volt point, is turned off, and the energization to the heat retaining heater 4a is stopped. The heating of the liquid ends.
[0027]
Hereinafter, an operation of suppressing noise generated from the power supply circuit will be described. FIG. 4 is a timing chart showing the noise suppression operation.
[0028]
In FIG. 1, when the output voltage of the full-wave rectifier circuit of the diodes D1 to D4 exceeds the Zener voltage of the Zener diode ZD1 when the thyristor SCR is off, a Zener current starts to flow through the resistor R1, and the voltage further increases. When the voltage reaches the predetermined voltage VON, the Zener current increases, and the transistor Tr1 is turned on by the current. Then, since the gate of the thyristor SCR is connected to the ground, the gate current does not flow to the thyristor SCR, and the thyristor SCR cannot be turned on. That is, the thyristor SCR can be switched from the OFF state to the ON state only when the output of the full-wave rectifier circuit using the diodes D1 to D4 is equal to or less than the voltage VON.
[0029]
In FIG. 4, normally, when the voltage Vu of the smoothing capacitor C drops to a predetermined VL as at the time C1, the thyristor SCR is turned on and the transistor Tr3 is turned off to start charging the smoothing capacitor C. At the time C2, When the charging is completed, Tr3 is turned on again to stop the charging, and the thyristor SCR is also turned off at the time C3 when the holding current disappears because the gate current does not flow at the time C2 by turning on Tr2. Next, when the voltage Vu of the smoothing capacitor C decreases to the voltage VL at the time C4, the output of the full-wave rectifier circuit is equal to or higher than VON, and since the transistor Tr1 is in the on state, the gate current does not flow, and the thyristor SCR cannot be turned on. Next, the thyristor SCR is turned on for the first time when the output of the full-wave rectifier circuit becomes VON or less at C5 and the transistor Tr1 is turned off.
[0030]
That is, the thyristor SCR can be turned on only during the period in which the transistor Tr1 and the transistor Tr2 are simultaneously turned off. In FIG. 4, the thyristor SCR is turned on only from the time C1 to the time C6 and from the time C5 to the time C7. The start is possible.
[0031]
Since the voltage Vu is about 10V, it is appropriate to set the voltage VON to about 20V higher than that.
[0032]
Hereinafter, the protection operation when the SCR fails will be described. As shown in FIG. 1, a Zener diode ZD3 is connected between the positive output and the negative output of the DC power supply 6 in parallel with the smoothing capacitor C so that the positive output side becomes the cathode. At this time, if the thyristor SCR fails and is continuously turned on, and the transistor Tr3 does not operate and remains off, the voltage Vu of the DC power supply 6 continues to rise, and eventually the withstand voltage of the smoothing capacitor C is increased. However, since the Zener diode ZD3 is present, when the voltage Vu of the DC power supply 6 exceeds the Zener voltage of the Zener diode ZD3, the charging current is supplied to the Zener diode ZD3. First, the voltage Vu stops rising at the Zener voltage. Furthermore, when a large amount of charging current flows and exceeds the rating of the Zener diode ZD3, the Zener diode is generally short-circuited and destroyed, so the Zener diode ZD3 shorts the positive and negative outputs of the DC power supply 6.
[0033]
Hereinafter, the second DC power supply 7 will be described. In FIG. 1, a transistor Tr4, a resistor R9, and a Zener diode ZD4 constitute a second DC power supply 7 used for the power supply of the control circuit 8.
[0034]
Since the second DC power source 7 absorbs the ripple of the DC power source 6 by the Zener diode ZD4, a substantially flat voltage can be obtained and used for the power source of the microcomputer constituting the control circuit 8. In general, the Zener diode ZD4 has a Zener voltage of about 5 to 6 V, and a voltage of about 5 V obtained by subtracting the base-emitter voltage of the transistor Tr4 from about 0.6 V is the second DC power source 7. Output voltage.
[0035]
Hereinafter, power consumption will be described. FIG. 2 shows a case where the charging / discharging cycle of the smoothing capacitor C is one cycle of the commercial power source. The thyristor SCR is turned on every half wave of the commercial power source, and the transistor is turned on even after the end of charging. The current continues to flow through the heat retaining heater 4a by the action of Tr3. At this time, the electric power consumed is about 75 W in a general electric water heater, so that an average electric power of about 37.5 W is consumed.
[0036]
Therefore, the smoothing capacitor C is selected to have a large capacity, and charging / discharging is performed by increasing the ripple of the voltage Vu of the DC power source 6 within a range that does not place a burden on the motor 5b, that is, by increasing the interval between VH and VL. Thus, the average power consumption can be suppressed to a predetermined power W0 or less.
[0037]
At this time, the predetermined power W0 does not prevent the boiling liquid in the container 1 from lowering to the selected heat retention temperature, for example, 60 ° C., and is left without putting the liquid in the container 1 However, it is appropriate to set the temperature to about 2 W so that the temperature of the container 1 does not rise to a dangerous temperature. That is, it is appropriate to set the capacity of the smoothing capacitor C and the values of the voltage VH and the voltage VL so that the thyristor SCR is turned on once every 40 half-waves of the commercial power supply.
[0038]
In the above embodiment, as shown in FIG. 1, the full-wave rectification circuit of the diodes D1 to D4 is used. However, there is no problem even with half-wave rectification. In this embodiment, the heater for heating the water heater is used. However, it goes without saying that there is no problem even if the same heater is used.
[0039]
【The invention's effect】
As described above, according to the electric water heater of the present invention, a DC power source for a motor for discharging the liquid in the container to the outside of the container can be realized with a simple configuration, and a tapping switch for discharging the hot water with the electric motor is also a direct current. Since the output is on / off, a small-sized one can be used, and an electric water heater having an inexpensive configuration can be provided.
[0040]
In addition, an electric water heater equipped with an inexpensive power supply circuit can be provided with a simple configuration in which the operation of retaining the liquid contained in the container by the heater of the heat retaining means and the operation of charging the smoothing capacitor of the DC power supply are combined. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an embodiment of an electric water heater according to the present invention. FIG. 2 is a timing chart showing the operation of a power supply circuit according to an embodiment of the present invention. Timing chart showing operation [FIG. 4] Timing chart showing noise suppression operation in one embodiment of the present invention [FIG. 5] Block diagram showing a configuration of a conventional electric water heater [description of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Container 2 Temperature detection means 3a Heating heater 4a Thermal insulation heater 6 DC power supply 7 2nd DC power supply 8 Control circuit D1-D4 Diode (rectifying means)
C Smoothing capacitor

Claims

A container for storing a liquid; temperature detecting means for measuring the temperature of the container; a heater or a heat retaining heater used for heating or maintaining a temperature of the liquid stored in the container; and for discharging the liquid to the outside of the container A direct current power source for supplying a voltage to the motor, a rectifying means for rectifying a commercial power source through one or both of the heater and the heat retaining heater, and a control circuit for controlling energization of the heater or the heat retaining heater; The DC power supply includes a smoothing capacitor having one end connected to a common potential of the control circuit and an operational amplifier for stopping charging of the smoothing capacitor, and outputs the current rectified by the rectifying means to the output of the operational amplifier By switching between flowing to the smoothing capacitor or returning to the commercial power supply without flowing to the smoothing capacitor, The smoothing capacitor is charged until the voltage reaches a predetermined voltage VH. When the voltage of the smoothing capacitor reaches the predetermined voltage VH, charging of the smoothing capacitor is stopped, and the voltage of the smoothing capacitor is changed to the predetermined voltage VH. When the predetermined voltage VL lower than the voltage VH is reached, the charging is started again to generate a DC voltage at both ends of the smoothing capacitor, and a control power supply for the control circuit is obtained from the DC voltage, and the smoothing An electric water heater in which the smoothing capacitor is forcibly charged until a charging voltage of the capacitor reaches a predetermined value equal to or higher than an operation guarantee voltage of the operational amplifier.