JP4309370B2 - 電気ヒーターの空焼き防止装置 - Google Patents

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本発明は、液体中で液体の加熱源として利用される電気ヒーターの空焼き防止装置に関する。
従来技術１としては、内周面に沿う絶縁体を有する金属管と、通電により発熱動作する電熱部材と、半導体スイッチが介装されている電熱部材への通電回路と、感温素子を含む水中ヒーターが知られている。
この水中ヒーターでは、金属管の内部に感温素子が電熱部材から離れた位置に封入されており、水中への浸漬時に水温が設定温度を超えたとき、または空焼き状態時に電熱部材が所定の温度に達したとき、感温素子の感温動作に基づいて温度制御回路が半導体スイッチを開動作させ、電熱部材への通電を断つようにしている（例えば、特許文献１を参照）。
また、従来技術２としては、温度センサーが異常温度に達したことを検知する異常検知回路と、この異常検知回路による異常検知に応答して開閉手段を開動作させる駆動回路を備えた水中ヒーターが知られている（例えば、特許文献２を参照）。
特開２００２−５８３８６号公報 特開平１０−１６２９３６号公報
特許文献１では、電熱部材から離れた位置に感温素子が封入されている。この場合、迅速に空焼き判定することが困難となるという問題がある。
また、特許文献１に開示されているように、ヒーターに感温素子（サーミスタ）を内蔵し、水温をコントロールするには、発熱装置の温度的影響を受けない場所に感温素子を配置する必要があり、温度影響が大きいと,水温と感温素子の信号との温度差が発生し(特に縦型使用の場合)、感温素子の信号の補正等複雑な制御が必要となる。
また感温素子を発熱装置の温度影響の無いところに配置した場合には、感温素子の信号をヒーターの空焼き防止に用いると、空焼きを感知,断電するまでに時間的遅れが発生し、ヒーター及びヒーターの外部に空焼き時にダメージを与えてしまうという矛盾が発生し、水温コントロールと空焼き防止をヒーター内蔵センサーで行なうことが困難である。
また、容器の破損によって液が急激になくなった場合には、ヒーターの表面に液体等が付着しており、空焼きと判断することが困難となる。
また、ヒーターが十分冷えていた時には、ヒーターが液中にある場合においても、通電によって感温素子の温度変化がヒーター空焼き時と同じ状態となり、「空焼き」と誤判定する恐れがある。この時、「空焼き」と判定し通電を２度と行なわないような制御にすると、本来の機能を果たせなくなってしまう。
また、特許文献２では、温度センサーが異常温度に達してから、初めて異常が検知されることになることから、より早い段階で空焼きの検知されることが望まれている。
即ち、ヒーターに内蔵された感温素子によって水温をコントロールするためには、感温素子を発熱装置の温度的影響の少ない場所に配置し、水温と同じ温度を感温することが望ましい。
しかし、水中ヒーターの空焼きを感温素子によって検知するためには、発熱装置の温度影響の大きい場所に配置し、素早く断電することにより外部に対する空焼きの影響を最小限にする必要がある。
この相反する課題を同時に満足しなければならないが、実際には液体の温度コントロール時の誤温度設定、空焼きで無いにもかかわらず空焼きと誤判断する等の問題がある。
それ故に、本発明の課題は、ヒーター及び外部におけるダメージを最小限に抑えることができ、さらに安全に使用できる電気ヒーターを提供することにある。
また、本発明の他の課題は、空焼きと誤判定を行うことにより、熱源として使用ができなくなることを防ぐことができる電気ヒーターを提供することにある。
本発明によれば、容器内の液温を感知のため感温素子を内蔵した電気ヒーターと、前記感温素子から得る信号によって得られる温度上昇速度によって前記電気ヒーターの通電動作を制御する制御部とを有し、前記制御部は、前記電気ヒーターの通電を行なった後に前記感温素子によって感知された前記温度上昇速度の基準値によって空焼きの有無の仮判定を行う手段と、前記感温素子によって感知された前記温度上昇速度が前記温度上昇速度の基準値以上となって前記容器が前記電気ヒーターにより空焼きされていると仮判定された場合に前記電気ヒーターへの通電を強制的に一定時間停止する通電制御素子と、該通電制御素子により前記電気ヒーターへの通電を一定時間停止した後、前記仮判定を行う手段による判定が誤判定かどうかを、再度前記温度上昇速度の基準値によって空焼き判定を行う手段と、該空焼き判定を行う手段により空焼きと判断した後、前記感温素子により検知した検知温度が空焼き判定後の空焼き時にしか到達しない規定値以下の温度を規定時間維持することを満足するまで前記空焼き判定の解除を停止する手段とを有することを特徴とする電気ヒーターの空焼き防止装置が得られる。
本発明に係る電気ヒーターによれば、空焼きと仮判定された場合に通電を強制的に短時間停止した後、再度、空焼き判定を行なうことにより明確な空焼き判定を可能にし、強制的に断電することにより、判定中も連続通電していた場合よりも実際の空焼きによるヒーター及び外部におけるダメージを最小限にすることが可能となる。
したがって、本発明に係る電気ヒーターによれば、液体中で使用されかつ液体の加熱源として利用される電気ヒーターが液体中に無い状態で通電されたときに、給液忘れや容器の破損等により異常高温になるのを防止することができる。
本発明の電気ヒーターの空焼き防止装置は、容器内の液温を感知のため感温素子を内蔵した電気ヒーターと、前記感温素子から得る信号によって得られる温度上昇速度によって前記電気ヒーターの通電動作を制御する制御部とを有し、前記制御部は、前記電気ヒーターの通電を行なった後に前記感温素子によって感知された前記温度上昇速度の基準値によって空焼きの有無の仮判定を行う手段と、前記感温素子によって感知された前記温度上昇速度が前記温度上昇速度の基準値以上となって前記容器が前記電気ヒーターにより空焼きされていると仮判定された場合に前記電気ヒーターへの通電を強制的に一定時間停止する通電制御素子と、該通電制御素子により前記電気ヒーターへの通電を一定時間停止した後、前記仮判定を行う手段による判定が誤判定かどうかを、再度前記温度上昇速度の基準値によって空焼き判定を行う手段と、該空焼き判定を行う手段により空焼きと判断した後、前記感温素子により検知した検知温度が空焼き判定後の空焼き時にしか到達しない規定値以下の温度を規定時間維持することを満足するまで前記空焼き判定の解除を停止する手段とを有することにより実現する。
図１は、電気ヒーターの空焼き防止装置の実施例１をブロック図によって示している。
図１を参照して、電気ヒーターの空焼き防止装置は、電気ヒーター１１と、この電気ヒーター１１の通電動作を制御する制御部２１とを有する。
電気ヒーター１１は、発熱体１３と、温度過昇防止器１５と、容器内の液温を感知のためサーミスタのような感温素子（感温センサ）１９とを有する。感温素子１９は、電気ヒーター１１ｂ内に内蔵されている。
制御部２１は、感温素子１９から得る信号によって得られる温度上昇速度によって電気ヒーター１１の通電動作を制御する通電制御素子２３と、ＡＣ電源３１を直流電源に変換する直流電源回路２５と、所定の制御プログラムを内蔵しているマイクロコンピュータ２７と、電源のＯＮ／ＯＦＦを表示する表示灯回路２９とを有する。
温度過昇防止器１５は、発熱体１３と通電制御素子２３との間に接続されている。感温素子１９はマイクロコンピュータ２７と接続している。制御部２１では、電気ヒーター１１の空焼き防止の手段として、ＡＣ電源３１から通電制御素子２３を介して電気ヒーター１１へ通電を行い、感温素子１９によって感知された温度上昇速度の基準値によって電気ヒーター１１の空焼きの有無の仮判定を行う。
電気ヒーター１１の空焼きが仮判定(１回目の空焼き判定)された場合には、電気ヒーター１１への通電を強制的に単位時間停止する。停止後の感温素子１９の温度が、電気ヒーター１１の空焼き状態と、水中状態とによって温度上昇速度が顕著に変わることを利用し再度基準値によって空焼き判定を行う。
再度空焼きと判断(２回目の空焼き判定)された場合には、電気ヒーター１１が断電されるが、感温素子１９の温度が空焼き時にしか到達しない温度以下で、一定時間を経過した場合、断電が解除され最初の空焼き判定ルーチンを繰り返し行なう。
２回目の判定において、空焼きで無いと判断した場合には、先の１回目の空焼き判定を誤判定とし、通電が開始され最初の空焼き判定ルーチンを設定された液体の温度に到達するまで繰り返す。
図２は、電気ヒーター１１の空焼き判定の動作を説明するためのフローチャートを示している。図３は、電気ヒーターの空焼き判定におけるタイミングチャートを示している。以下、図２及び図３を参照して具体的な、電気ヒーターの空焼き判定方法を説明する。なお、実施例１では、感温素子１９の設定温度６０℃、空焼き判定基準値４℃/分とする。
まず、容器（図示せず）に満たされた水を所定の温度に加熱する電気ヒーター１１にＡＣ電源３１によって通電を行う（ステップＳ１）。この時、感温素子１９によって感知された温度上昇速度が基準値４℃/分未満の時には、正常と判断し（ステップＳ２）、感温素子１９の計測温度が６０℃になるまで電気ヒーター１１への通電を続行する（ステップＳ３）。さらに、ステップＳ３から電気ヒーター１１の通電を停止した後、感温素子１９の計測温度が６０℃になるまで電気ヒーター１１の停止を繰り返す（ステップＳ４）。
一方、温度上昇速度が基準値４℃/分以上の時は、ステップＳ２において空焼きと仮判定し、電気ヒーター１１の通電を１０秒間停止する（ステップＳ１１）。通電を１０秒間停止した後、永久断電は行なわずに２度目の空焼き判定を行い、先の空焼きの仮判定が誤判定かどうかの再判定を行なう（ステップＳ１２）。この際、判定に誤りがあった場合には、ステップＳ３に戻り再通電され液温が６０℃にいたるまで通電される。
２度目の判定で空焼きと判定した場合には、電気ヒーター１１の通電が停止されるが（ステップＳ１３）、水温４９℃以下で４分以上経過すると（ステップＳ１４）、ステップＳ３に戻り通電され処理を繰り返し行う。ここで、空焼き判定の解除は、感温素子１９の検知温度が、規定値以下の温度を規定時間維持することを満足するまで行なわれないが設定温度（本実施例では６０℃）に応じて規定値（本実施例では４９℃）及び規定時間（本実施例では４分）を適宜設定する。
なお、温度上昇速度の基準値４℃/分以上、及び空焼き判定後の通電停止時間１０秒は、電気ヒーター１１の実態に即して決められたものであり、図３における「空焼き仮判定」と、通電停止（ＯＦＦ）後の電気ヒーター１１の空焼き時と、電気ヒーター１１の水中時が明確に判定出来る条件によって決定する。
以上により、最初から容器内に液体が無い場合や、初期に液体があり容器の破損等で急に液体が無くなり空焼き状態になっても、電気ヒーター１１及び容器にダメージを負うことがない。
また、電気ヒーター１１の空焼き防止装置では、空焼きと誤判定を行なうことにより、電気ヒーター１１が熱源として使用ができ無くなることを防いでいる。
なお、本実施例では、感温素子１９は発熱体１３とは別系統の回路としているが、感温素子１９を発熱体１３と同じ系統の回路上にもうけてもよい。
本発明の電気ヒーターの空焼き防止装置は、金属管内に絶縁物を介して固定した発熱体を備えているシーズヒーターやカートリッジヒーターなどの用途としても適用できる。
本発明に係る電気ヒーターの空焼き防止装置を示すブロック図である（実施例１）。 図１に示した電気ヒーターの空焼き判定の動作を説明するための動作フローチャート図である。 図２に示した電気ヒーターの空焼き判定の動作におけるタイミングチャート図である。
符号の説明
１１ 電気ヒーター
１３ 発熱体
１５ 温度過昇防止器
１９ 感温素子
２１ 制御部
２３ 通電制御素子
２５ 直流電源回路
２７ マイクロコンピュータ
２９ 表示灯回路

Claims (1)

  1. 容器内の液温を感知のため感温素子を内蔵した電気ヒーターと、前記感温素子から得る信号によって得られる温度上昇速度によって前記電気ヒーターの通電動作を制御する制御部とを有し、前記制御部は、前記電気ヒーターの通電を行なった後に前記感温素子によって感知された前記温度上昇速度の基準値によって空焼きの有無の仮判定を行う手段と、前記感温素子によって感知された前記温度上昇速度が前記温度上昇速度の基準値以上となって前記容器が前記電気ヒーターにより空焼きされていると仮判定された場合に前記電気ヒーターへの通電を強制的に一定時間停止する通電制御素子と、該通電制御素子により前記電気ヒーターへの通電を一定時間停止した後、前記仮判定を行う手段による判定が誤判定かどうかを、再度前記温度上昇速度の基準値によって空焼き判定を行う手段と、該空焼き判定を行う手段により空焼きと判断した後、前記感温素子により検知した検知温度が前記空焼き判定後の空焼き時にしか到達しない規定値以下の温度を規定時間維持することを満足するまで前記空焼き判定の解除を停止する手段とを有することを特徴とする電気ヒーターの空焼き防止装置。
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