JP4591239B2 - 電気湯沸かし器 - Google Patents

Description

本発明は、バックアップ電源を備えた電気湯沸かし器に関するものである。

従来、この種の電気湯沸かし器は、商用電源の接続がない場合に、バックアップ電源から吐出手段を構なするモータとその制御手段との両方へ電源を供給する構成となっている（例えば、特許文献１参照）。
特許第３５９６５４１号公報

しかしながら、前記従来の構成では、商用電源がオフしてからも、制御手段へ電源を供給し続けるという目的と、商用電源がオフした状態で吐出手段を駆動するための電源をなすという、異なる２つの目的を１つのバックアップ電源で構成しているため、最適な電源
となっておらず、必要以上の電源を蓄える構成となり高価な構成となるとともに、商用電源が供給されていないときのバックアップ電源の消費が非効率的なものとなっていた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、バックアップ電源が必要以上のものとならないよう最適化し効率的に消費されるようにするとともに、バックアップ電源をより安価な構成で実現することができる電気湯沸かし器を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の電気湯沸かし器は、商用電源が供給されていないときの電源をなすバックアップ電源を、吐出手段を駆動させる第一のバックアップ電源と、制御手段に電源を供給する第二のバックアップ電源とに分離構成し、商用電源が供給されていない状態で吐出手段にて容器内の液体を吐出する際に、第一のバックアップ電源から前記第二のバックアップ電源への充電を自動的に行う構成としたものである。

これによって、バックアップ電源が必要以上のものとならず、第一のバックアップ電源と、第二のバックアップ電源が各々の役割に応じた最適なバックアップ電源となり、消費効率が改善されるとともに、安価な構成の電源となる。さらに、第一のバックアップ電源に余裕があるにも関わらず、吐出中に第二のバックアップ電源が低下し制御手段が動作できなくなり、その結果、吐出できなくなってしまうことを防ぐことができる。

本発明の電気湯沸かし器は、バックアップ電源が必要以上のものとならないよう最適化し効率的に消費されるようにするとともに、バックアップ電源をより安価な構成で実現することができる。

第１の発明は、液体を収容する容器と、前記容器内の液体を容器外へ吐出させる吐出手段と、前記吐出手段の駆動を制御する制御手段と、商用電源が供給されていないときの電源をなすバックアップ電源とを有し、前記バックアップ電源は、吐出手段を駆動させる第一のバックアップ電源と、制御手段に電源を供給する第二のバックアップ電源とに分離構成した電気湯沸かし器とすることにより、バックアップ電源が必要以上のものとならず、第一のバックアップ電源と、第二のバックアップ電源が各々の役割に応じた最適なバックアップ電源となり、消費効率が改善されるとともに、安価な構成の電源となる。

さらに、商用電源が供給されていない状態で吐出手段にて容器内の液体を吐出する際に、第一のバックアップ電源から第二のバックアップ電源への充電を自動的に行う構成としたことにより、第一のバックアップ電源に余裕があるにも関わらず、吐出中に第二のバックアップ電源が低下し制御手段が動作できなくなり、その結果、吐出できなくなってしまうことを防ぐことができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１、図２は、本発明の実施の形態１における電気湯沸かし器を示している。

図１に示すように、本実施の形態における電気湯沸かし器は、液体１ａを収容する円筒形の容器１と、容器１に当接し液体１ａの加熱もしくは保温を行うための加熱手段２と、容器１に当接するサーミスタなどの温度検知手段３と、出湯スイッチなどで構成される吐出制御手段４と、吐出制御手段４の操作により駆動され容器１内の液体１ａを容器外へ吐
出させる吐出手段５と、吐出手段５の駆動および加熱手段２の通電を制御する制御手段６と、商用電源２１が供給されていないときの電源をなすバックアップ電源とを有している。

そして、前記吐出手段５は、容器１から外部まで液体を送り出す導水路５ａと、この導水路５ａ中にあるポンプ５ｂと、このポンプ５ｂを駆動させるモータ５ｃにて構成されている。また、前記バックアップ電源は、吐出手段５を駆動させる第一のバックアップ電源９と、制御手段６に電源を供給する第二のバックアップ電源１０とに分離構成している。

また、本実施の形態における電気湯沸かし器は、加熱制御手段７、ロック解除手段８、第一、第二の充電手段１１、１２を備えている。

加熱制御手段７は、加熱手段２への通電を制御することにより、加熱手段２のオンオフ制御を行うものであり、一般的には、リレーやトライアックなどで構成される。ロック解除手段８は、吐出手段５による吐出動作のロックまたはロック解除を行うものであり、吐出制御手段４が操作されても、このロック解除手段８にてロックが解除されていないと、吐出手段５が駆動せず液体１ａの吐出が行われない構成となっている。第一の充電手段１１は、商用電源２１が供給されているときに第一のバックアップ電源９への充電を行うものである。第二の充電手段１２は、商用電源２１が供給されているときに第二のバックアップ電源１０への充電を行うものである。

次に、上記構成の電気湯沸かし器による湯沸かし動作と吐出操作について説明する。

容器１内の液体１ａの温度は、温度検知手段３で検知され、制御手段６に伝えられる。そして、その温度が例えば約９０℃より低い場合には、制御手段６から加熱制御手段７に命令を出し加熱手段２を制御し液体１ａの加熱を行う。温度検知手段３にて検知する温度勾配がほぼ横這いになると、容器１内の液体１ａが沸騰したとみなし、加熱手段２による加熱を終了し、制御手段６からの命令により加熱制御手段７にて加熱手段２による保温制御を開始する。そして、液体１ａの温度が、例えば約９８℃で安定するように保温制御を行う。

次に、吐出制御手段４をオンさせることによって吐出手段５を駆動し、容器１内の液体１ａを、導水路５ａを通して容器１外に吐出させることができる。ここで、ロック解除手段８は、吐出手段５による吐出動作のロックまたはロック解除を行うものであり、吐出制御手段４をオンしても、このロック解除手段８にてロックが解除されていないと、吐出手段５をなすモータ５ｃが駆動せず液体１ａの吐出が行われない構成となっている。

第一のバックアップ電源９は、商用電源２１が供給されていないとき（バックアップ時）に吐出手段５を駆動するための電源をなすもので、電気二重層コンデンサ（後記）などで構成されている。第二のバックアップ電源１０は、同様に、商用電源２１が供給されていないとき（バックアップ時）に制御手段６を駆動するための電源をなすもので、前記電気二重層コンデンサより容量の少ない電気二重層コンデンサ（後記）などで構成されている。

次に、図２に基づき電気湯沸かし器の具体回路について説明する。

図に示すように、加熱手段２は、容器１内の液体１ａを加熱する第一の発熱体２ａと、第一の発熱体２ａよりも発熱量が少なく容器１内の液体１ａを加熱保温する第二の発熱体２ｂで構成され、加熱制御手段７は、加熱手段２と直列に接続されたリレー接点７ａ、７ｂと、このリレー接点７ａ、７ｂの制御を行うリレーコイル７ｃ、７ｄで構成され、この
リレーコイル７ｃ、７ｄに電流を流すことにより、前記リレー接点７ａ、７ｂを閉じるようになっている。

温度検知手段３は、温度を抵抗値に変換するサーミスタ３ａと分圧用抵抗３ｂとで分圧値を作る。ここで、容器１内の液体が対流する際や液体が沸騰前に発生しやすい気泡の破裂などによるサーミスタ３ａの検知の揺らぎや、電気的外来ノイズを吸収するために、充放電用の抵抗３ｄと電解コンデンサ３ｅを備え、これらのポートの出力を、制御手段６をなすマイクロコンピュータ６ａ（以後、マイコンと略す）にて温度を検出するタイミングに応じて変化させ、検知温度の変化を安定して精度良く検出することができる。こうして電気的外来ノイズやサーミスタ３ａの検知の揺らぎを極力除去した分圧値をＡＤ変換器３ｃにて２進符号に変換する。

ＡＤ変換器３ｃは約１０〜１３０℃の範囲を単位温度幅（本実施の形態では約０．５℃）の温度刻みにし、温度を２進符号にて出力する。そして、この２進符号が１ビット変化するのに要する時間を検知して、例えば、ある所定時間以上要していれば、容器１内の液体１ａが沸騰状態になったため温度の上昇がほぼ横這いになったとして、加熱制御手段７にて加熱制御から保温制御に切り替えたり、また、例えば変化に要する時間がある所定時間以内であるのを連続的に検知した場合には、容器１内の液体１ａの量が不足しているために温度が急激に上昇していると判断し、加熱制御手段７にて加熱を停止したりする。吐出手段５は回路図ではモータ５ｂで構成されている。

吐出制御手段４は回路図では出湯スイッチ４ａと、マイコン６ａによってオンオフ制御される第一のトランジスタ４ｂと、第一のトランジスタ４ｂに直列に接続された抵抗４ｃとで構成される。また、ロック解除手段８は、マイコン６ａの第一のトランジスタ４ｂへの出力を決定するロック解除スイッチと２つの抵抗によって構成される。

ロック解除手段８のロック解除スイッチがオンされると、マイコン６ａは先ずその時の出湯スイッチ４ａ状態を、この出湯スイッチ４ａに接続されているマイコン６ａのポートの電位によって判断する。この電位が”Ｈ”となっていたら出湯スイッチ４ａがオンされている状態なので、第一のトランジスタ４ｂをオンさせると即吐出が行われるため危険であり、このロック解除スイッチの入力を無効にする。この電位が”Ｌ”の場合は、出湯スイッチ４ａがオフ状態であり第一のトランジスタ４ｂをオンさせても即吐出にはならないので、マイコン６ａの出力を”Ｌ”から”Ｈ”に変え、第一のトランジスタ４ｂをオン状態にする（この状態を、以下、ロック解除状態という）。このロック解除状態で出湯スイッチ４ａがオンされると、モータ５ｂに抵抗４ｃとの分圧の電圧がかかり、出湯スイッチ４ａがオンされている間、モータ５ｂに電流が流れ、容器１内の液体１ａが吐出される。また、吐出終了後もロック解除状態が継続されるのを防ぐために、ロック解除状態で出湯スイッチ４ａの電位が”Ｌ”状態であるのを第三の所定時間（本実施の形態では１０秒とする）継続した場合には、マイコン６ａの出力を”Ｌ”にし、第一のトランジスタ４ｂをオフさせロック解除状態を解く（ロック状態）。

また、温度検知手段３にて検知した容器１内の温度や、加熱制御手段７による加熱の状態や加熱保温の設定状態を表示する表示手段１５を有しており、ＬＣＤやＬＥＤなどで構成される。この表示手段１５は、第一のバックアップ電源９と第二のバックアップ電源１０の電圧から導いた充電残量を表示する構成にもなっている。表示手段１５は、回路図では、ＬＣＤ１５ａと、ＬＥＤ１５ｂ〜１５ｄと、これらＬＥＤ１５ｂ〜１５ｄに直列に接続された抵抗１５ｅ〜１５ｇによって構成され、ＬＣＤ１５ａでは、常時、温度検知手段３にて検知された温度をマイコン６ａの制御により５℃刻みのデジタル表示で表示する。

また、ＬＥＤ１５ｂ〜１５ｄについては、加熱手段２にて加熱動作をしているときは、
抵抗１５ｅに接続されたマイコン６ａのポートを“Ｌ”にすることにより、ＬＥＤ１５ｂを点灯させて加熱動作中であることを表示する。そして加熱手段２にて加熱中に温度検知手段３にて温度の上昇がほぼ横這いになったとことを検知し、加熱手段２の動作が加熱から保温に切り替わると抵抗１５ｅへのマイコン６ａの出力を“Ｈ”（オープン）に切り替え、ＬＥＤ１５ｂを消灯させると同時に、逆に抵抗１５ｆへの出力を“Ｈ”から“Ｌ”に切り替え、ＬＥＤ１５ｃを点灯させて保温状態であることを表示する。またＬＥＤ１５ｄについては、前述したロック解除状態のとき、抵抗１５ｇにつながるマイコン６ａの出力を“Ｌ”に切り替えて、ＬＥＤ１５ｄを点灯させて出湯可能状態であることを表示する。

第一のバックアップ電源９は、回路図上では、電気二重層コンデンサ９ａで構成され、商用電源２１が供給されているときに、定電流にて充電を行う第一の充電手段１１にて充電され、グランドと電気二重層コンデンサ９ａのプラス端子間の電圧が約２Ｖ前後を保つように制御される。そして、商用電源２１が供給されていない状態で、ロック解除スイッチが押されてロック解除状態になると、電気二重層コンデンサ９ａにて蓄えられた電力を昇圧手段１４にて約５〜６Ｖ程度に昇圧し、モータ５ｂに電力を供給する構成となっている。ここで電気二重層コンデンサ９ａの容量については、モータ５ｂを動作させることを考慮すると少なくとも１Ｆ以上が必要であると考えられ、望ましくは５０Ｆ前後であるべきで、容量が大きければ大きい程、商用電源２１が接続されていないときに吐出手段５にて吐出できる液体の量が多くなる。

第二のバックアップ電源１０は、回路図上では、電気二重層コンデンサ１０ａで構成され、商用電源２１が供給されているときに充電を行う第二の充電手段１２にて充電され、グランドと電気二重層コンデンサ１０ａのプラス端子間の電圧が５Ｖ前後を保つように制御される。そして、商用電源２１の供給がなくなると制御手段６をなすマイコン６ａに電力を供給する構成となっている。ここで電気二重層コンデンサ１０ａの容量についてはマイコン６ａをある一定の時間以上継続して動作維持させることを考慮すればよく、消費電流から考えると１Ｆ以下でも一時間以上は充分動作維持することが可能であり、効率を考えると、電気二重層コンデンサ９ａよりは容量を少なくするべきである。望ましくは０．０１Ｆ以上で約０．２〜０．５Ｆ程度が適当である。マイコン６ａをある一定時間以上継続して動作させるというのは、商用電源２１の供給が停止すると、加熱手段２による加熱保温動作が行われなくなり、容器１内の液体１ａの温度は低下していく。そして、液体１ａが高い温度を維持できる間だけ吐出手段５にて吐出できるようにマイコン６ａの動作を継続すればよく、そのための電源をなすことが、まさに電気二重層コンデンサ１０ａの役割である。

また、本実施の形態では、商用電源２１が接続しているときに第二の充電手段１２による電気二重層コンデンサ１０ａへの充電を優先して行う構成としている。その理由は、商用電源２１への接続が停止したときにマイコン６ａが動作できないと、例え電気二重層コンデンサ９ａに電荷が蓄えられていても吐出手段５による吐出ができないからであり、まずはバックアップ時にマイコン６ａが動作できることを優先するために、第二のバックアップ電源１０の電気二重層コンデンサ１０ａへの充電を優先している。

以上の動作により、バックアップ電源を、吐出手段５を駆動するための第一のバックアップ電源９と、制御手段６を駆動するための第二のバックアップ電源１０とに分離構成したことにより、各々の目的に合わせた最適な電源となり、バックアップ電源が必要以上のものとならず効率的に消費されるようにすることが可能であるとともに、バックアップ電源をより安価な構成で実現することができる。

ここで、本実施の形態で第一のバックアップ電源９の容量を５０Ｆ前後が望ましいとしたが、これに限るものではなく、容器１の容量やモータ５ｃの駆動電圧や第一のバックア
ップ電源９に充電する最大電圧などによって、第一のバックアップ電源９の容量を合わせ最適化すること望ましい。

また、本実施の形態で第二のバックアップ電源１０の容量を１Ｆ以下が望ましいとしたが、これに限るものではなく、制御手段６の消費電流やバックアップ中に制御手段６を維持すべき時間や、第二のバックアップ電源１０に充電する最大電圧などに合わせて最適化することが望ましいことは言うまでもない。

また、表示手段１５による充電残量の表示については、第一のバックアップ電源９と第二のバックアップ電源１０のうち、それぞれの所望の充電電圧に対して、充電残量が少ない方に合わせて充電残量の表示を行うことが望ましい。

また、第一のバックアップ電源９と第二のバックアップ電源１０を電気二重層コンデンサ９ａ、１０ａとしたが、これに限るものではなく、例えば、二次電池などの充電可能な電池でも良い。

（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２における電気湯沸かし器について、図１、図３に基づいて説明する。なお、実施の形態１と同一要素については同一符号を付してその説明を省略し、相違点を中心に説明する。

本実施の形態における電気湯沸かし器は、図２に示すように、逆阻止手段であるダイオード１３が、そのカソード側が電気二重層コンデンサ１０ａとなるように接続されているものである。これは、電気二重層コンデンサ１０ａから電気二重層コンデンサ９ａに電流が流れ込まないようにするためである。すなわち、商用電源２１が接続されているとき、第一のバックアップ電源９である電気二重層コンデンサ９ａは第一の充電手段１１にて、その両端が約２Ｖ前後となるように充電される。また第二のバックアップ電源１０である電気二重層コンデンサ１０ａは第二の充電手段１２にて、その両端が約５Ｖ前後となるように充電される。この電位差により電気二重層コンデンサ１０ａから電気二重層コンデンサ９ａに電流が流れ込まないようにしている。

ここで商用電源２１への接続が停止すると、マイコン６ａへの電源の供給は電気二重層コンデンサ１０ａから行われる。しかしながら、電気二重層コンデンサ１０ａの電圧が低下するとマイコン６ａへの電源供給が不十分となり、例え電気二重層コンデンサ９ａに充分な電荷が蓄えられていても容器１内の液体１ａを吐出することができなくなる。それを防ぐために、商用電源２１へ接続されていないときに、電気二重層コンデンサ１０ａの電圧が第一の所定値以下になると、昇圧手段１４にて電気二重層コンデンサ９ａからの昇圧を行い、ダイオード１３の順方向を通過し電気二重層コンデンサ１０ａへの充電を行う。この充電については、電気二重層コンデンサ１０ａの両端電圧が第二の所定値以上になれば終了する構成となっている。もしくは逆に電気二重層コンデンサ９ａの電圧が第三の所定値以下になれば、充電を終了する。

商用電源２１が接続されていないときは、第二のバックアップ電源１０が低下すると第一のバックアップ電源９から充電を行う構成としており、そのため商用電源２１が接続されているときには、第一の充電手段１１から第一のバックアップ電源９への充電を優先して行う構成としている。

また、商用電源２１が接続されていないときに吐出手段５にて吐出する場合には、昇圧手段１４による昇圧を行う構成となっており、言い換えれば、バックアップ中に吐出手段５にて吐出する場合には、第一のバックアップ電源９から第二のバックアップ電源１０に
自動的に充電を行う構成としている。

以上の動作により、バックアップ電源を、吐出手段５を駆動するための第一のバックアップ電源９と、制御手段６を駆動するための第二のバックアップ電源１０とに分離構成するだけでなく、第一のバックアップ電源９から第二のバックアップ電源１０に充電を行う構成とすることにより、バックアップ電源に電荷が貯まっているのに吐出できないことを避け、バックアップ電源のエネルギーをより効率的に消費することが可能となる。

なお、本実施の形態では、第一のバックアップ電源９から第二のバックアップ電源１０への充電の終了を、第二のバックアップ電源１０の両端電圧が第二の所定値以上になったときとしたが、これに限るものではなく、例えば、充電を開始してから所定時間、充電を継続する構成とすることにより、第二のバックアップ電源１０の両端電圧を継続して検知する必要が無く、簡単な構成とすることもできる。

以上のように、本発明にかかる電気湯沸かし器は、バックアップ電源が必要以上のものとならないよう最適化し効率的に消費されるようにするとともに、バックアップ電源をより安価な構成で実現することができるので、持ち運びが容易なポータブルの液体貯湯装置などの用途にも適用できる。

本発明の実施の形態１における電気湯沸かし器の構成を示すブロック図 同電気湯沸かし器の回路図 本発明の実施の形態２における電気湯沸かし器の部分回路図

１ 容器
３ 温度検知手段
４ 吐出制御手段
５ 吐出手段
８ ロック解除手段
９ 第一のバックアップ電源
１０ 第二のバックアップ電源
１１ 第一の充電手段
１２ 第二の充電手段
１３ ダイオード
２１ 商用電源

Claims (1)

1. 液体を収容する容器と、前記容器内の液体を容器外へ吐出させる吐出手段と、前記吐出手段の駆動を制御する制御手段と、商用電源が供給されていないときの電源をなすバックアップ電源とを有し、前記バックアップ電源は、吐出手段を駆動させる第一のバックアップ電源と、制御手段に電源を供給する第二のバックアップ電源とに分離構成し、前記商用電源が供給されていない状態で前記吐出手段にて前記容器内の液体を吐出する際に、前記第一のバックアップ電源から前記第二のバックアップ電源への充電を自動的に行う構成とした電気湯沸かし器。