JP5134790B2 - 電気暖房機 - Google Patents

Description

本発明は、電気温風機、電気ストーブ、電気カーペット及び電気毛布等の電気暖房機に係り、特にこれらの機器に速熱機能を設けた電気暖房機に関するものである。

電気温風機、電気ストーブ、電気カーペット及び電気毛布等の電気暖房機に使用されるヒーター（抵抗体）は、即熱性がないことから、ヒーターへの給電開始、いわゆるヒーターがオンされても、直ぐ発熱して室温を設定温度まで上昇させるのに時間がかかってしまう課題がある。この課題を解決するために、この種の電気暖房機には、ヒーターをオンしたときに、電力量及びそれに伴う放熱量（以下、これらを「ヒーター容量」という）の大きい速熱ヒーターを使用して、このヒーターで所定時間加熱した後、ユーザーが設定したヒーター容量へ自動的に切り換わるようにした温度制御装置が設けられている（例えば、下記特許文献１参照）。

図７は下記特許文献１に記載された電気毛布の温度制御装置を示す電気回路図および温度特性図である。

この温度制御装置２０は、図７（ａ）に示すように、発熱体２１に制御スイッチング素子２２を直列接続し、この制御スイッチング素子２２のゲートに接続された感温物質２３のインピーダンス変化により制御スイッチング素子２２の導通角を制御するものにおいて、ゲートには別途電源スイッチ２４の閉成により動作するタイマー回路２５を接続し、スイッチ２４の閉成時にタイマー回路２５から一定時間のみゲート信号を直接ゲートに導入する構成となっている。

この制御装置は、電源スイッチ２４を閉じると、所定時間Ｔ_１後に制御スイッチング素子２２は感温物質２３のインピーダンス変化による導通角制御に全く関係なく導通角１８０°の半波導通となり最大出力が得られ、一定時間を経た時間Ｔ_２後には通常の感温物質のインピーダンス変化による導通角制御になる。したがって、この時間Ｔ_１及びＴ_２の最大出力の間に、発熱体２１は迅速に加熱され図７（ｂ）に実線で示すように短時間で設定温度まで上昇し、発熱体への通電開始時に設定温度へ上昇するまでの時間が短縮される。
実開昭５５−１５９４１２号公報（図２、図４、実用新案登録請求の範囲）

上記特許文献１の温度制御装置によれば、ヒーターがオンされると、先ずヒーター容量が大きい速熱ヒーターモードで所定時間加熱され、この時間経過後に所定容量のヒーターモードへ自動的に切り換えられるので、室温から設定温度に到達するまでの時間が短縮される。しかしながら、暖房機の設置場所を変更等するために、ヒーターを一時的にオフし、再度、ヒーターをオンする場合があるが、その際に初回と同様の速熱時間で速熱ヒーターモードでの加熱を行うと、ユーザーが設定した設定温度を超えた過熱状態、いわゆるオーバーランをしてしまうことがある。すなわち、ヒーターは一時的にオフされたとき、その表面温度が時間の経過に伴って高温から徐々に低下する特性を有している。例えば、８００Ｗのシーズヒーターは、その表面温度はヒーターの安定時に約６３０℃となるが、ヒーターがオフされて１〜２分経過すると、その温度は５００℃に低下し、更に２〜３分経つと約３００℃へと低下し、室温になるまでに２０分以上かかる。このようにヒーターがオフされてから室温に冷めるまではヒーターに余熱が残った状態となっている。

したがって、上記の温度制御装置のようにヒーターが一時的にオフされてヒーターに余熱がある間に再度ヒーターがオンされると、初回の速熱時間の間速熱ヒーターモードで加熱されるので、ヒーターには残留している余熱に速熱ヒーターモードでの加熱量が加算されてしまい設定温度を超えるオーバーランが発生する恐れがある。

そこで、本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、本発明の目的は、速熱機能を有する電気暖房機において、ヒーターを一時的にオフした後再度オンするときに設定温度を超えるオーバーランをなくし最適な温度コントロールができる電気暖房機を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の電気暖房機は、ヒーターを用いて周囲を加熱するものであって、電力量及びそれに伴う放熱量、すなわちヒーター容量が大きい速熱ヒーターモードで予め設定された速熱時間Ｔ１加熱し、該速熱時間経過後に、ユーザーがセットした任意のヒーター容量の個別ヒーターモードへ自動的に切り換える制御装置を備えた電気暖房機において、
前記制御装置には、前記個別ヒーターモードでの給電が一時的にオフされ再度オンされ
るまでのオフ時間に対応した補正速熱時間Ｔｃを予め設定しておき、再度ヒーターへの給電が開始されたときに、前記制御装置は、前記速熱時間Ｔ１から前記補正速熱時間Ｔｃを引いた差時間だけ前記速熱ヒーターモードを作動し、該差時間経過後に個別ヒーターモードへ切り換え、
前記個別ヒーターモードは、異なるヒーター容量からなり、これらのヒーター容量に対応して前記速熱時間Ｔ１及び前記補正速熱時間Ｔｃが設定され、
前記速熱時間Ｔ１は、前記個別ヒーターモードのヒーター容量が大きいときは長い、小さいときは短い時間に設定され、
前記補正速熱時間Ｔｃは、前記オフ時間が長いときは短い、短いときは長い時間に設定されていることを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１に記載の電気暖房機において、前記ヒーターは、シーズヒーターであることを特徴とする。

本発明は、上記構成を備えることにより、以下の優れた効果を奏する。すなわち、請求項１の発明によれば、制御装置に個別ヒーターモードでのオフ時間に対応した補正速熱時間Ｔｃを予め設定しておき、再度ヒーターへの給電が開始されたときに、速熱時間Ｔ１から補正速熱時間Ｔｃを引いた差時間だけ速熱ヒーターへ給電し、この差時間経過後に個別ヒーターモードへ切り換え、速熱時間Ｔ１及び前記補正速熱時間Ｔｃは、ヒーター容量の異なる個別ヒーターモード毎に設定されることにより、各ヒーターモード毎に円滑な速熱が可能になるとともに、再度オンされたときの速熱温度が短縮されるので、設定温度を超える過熱、いわゆるオーバーランを防止できる。
そして、速熱時間Ｔ１は、ヒータモードのヒータ容量が大きいときは長く、容量が小さいときは短く設定され、補正速熱時間は、オフ時間が長いときは短く、短いときは長い時間に設定することにより、個別ヒータモードの容量に応じて速熱スピードを速めてかつ、ヒーターのオフ時間に応じて、ヒーターに残留する余熱を効率よく有効に利用することができる。

請求項１の発明によれば、速熱時間Ｔ１及び前記補正速熱時間Ｔｃは、ヒーター容量の異なる個別ヒーターモード毎に設定されるので、各ヒーターモード毎に円滑な速熱が可能になるとともに、設定温度を超えるオーバーランを防止できる。そして、速熱時間Ｔ１は個別ヒーターモードのヒーター容量に応じてその長短が設定、すなわち容量が大きいときは長く、容量が小さいときは短く設定され、補正速熱時間は、オフ時間が長いときは短く、短いときは長い時間に設定することにより、個別ヒータモードの容量に応じて速熱スピードを速めてかつ、ヒーターのオフ時間に応じて、ヒーターに残留する余熱を効率よく有効に利用することができる。

請求項２の発明によれば、シーズヒータにより、請求項１の効果を奏することができる。

以下、図面を参照して本発明の最良の実施形態を説明する。但し、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための電気暖房機として電気ストーブを例示するものであって、本発明をこの電気ストーブに特定することを意図するものではなく、特許請求の範囲に含まれるその他の実施形態のものも等しく適応し得るものである。

図１は本発明の実施形態に係る電気ストーブの正面図、図２は図１の電気ストーブに内蔵されたヒーターの一部が正面から見えるようにした正面図、図３は図１の電気ストーブを一側面から見た側面図、図４は図３の側板を取り除き内蔵されたヒーターが見えるようにした側面図である。

電気ストーブ１は、図１〜図４に示すように、基台２と、この基台２から立設されてヒーターが収容されたヒーター本体３とを備え、ヒーター本体３は基台２に連結部材Ｊで結合された構成を有している。

基台２は、全体形状が略円形ないし楕円形状をなした台座からなり、その表面２ａ上方へ円弧状に湾曲し、底部２ｂに空間が形成され、床面に据え置きできるようになっている。この基台２は、その表面２ａの略中心部に所定大きさの窪み部２ｃが形成され、この窪み部２ｃに連結部材Ｊが挿入されるようになっている。

ヒーター本体３は、図２に示すように、前面が開口されて複数本、例えば２本のヒーターＨ_１、Ｈ_２およびその付属品等が収容されるハウジング４と、このハウジング４の前面開口を覆う防護網７とを有し、各ヒーターＨ_１、Ｈ_２には、例えばシーズヒーターが使用されている。ハウジング４は、両側板４ａ、４ｂおよび裏板４ｃで囲まれ前面及び上下が開口された略直方体形状の箱型をなし、金属板の折曲加工により形成されている。裏板４ｃには、反射板が装着されている。

ハウジング４は、下方の開口にベース板５が固定され、上方の開口が蓋体６で覆われている。この蓋体６は、その表面に操作プレート、下方に制御基板が装着されている。この操作プレートには、電源スイッチ、ヒーター容量切り換えスイッチおよび表示灯等が設けられている。また、制御基板には、ヒーター等を制御する回路素子等が設けられている。また、この蓋体６の下方には、温度センサーＳｎが取り付けられている。

２本のシーズヒーターＨ_１、Ｈ_２は、それぞれ所定のヒーター容量（例えば１本が４００Ｗ）を有している。これらのヒーターは、それぞれの端部が上下板に固定されている。各シーズヒーターＨ_１、Ｈ_２の端部には端子部が設けられており、各端子部には、電源線Ｐが接続される。防護網７は、ハウジング４の前面に設けられ安全柵となっている。

次に、図５、図６を参照して、電気ストーブを制御する制御装置およびその動作を説明する。なお、図５は制御装置のブロック図、図６は制御装置の制御フローチャート図である。

この制御装置１０は、制御部１０ａ、演算部１０ｂ、計時部１０ｃおよび記憶部１０ｄを有するマイクロコンピュータからなる制御手段１０Ａを有し、この制御手段１０Ａの入力部１０_１には電源スイッチ１１_１、ヒーター切り換え手段１１_２、タイマー手段１１_３の各出力および計測されたヒーターオフ時間（ステップＳ_１１参照）が入力され、また、出力部１０_２には、シーズヒーターＨ_１、Ｈ_２および警報表示器１３が接続されている。また、記憶部１０ｄには、設定手段１２からヒーターの容量（以下、ヒーターモードという）別の速熱時間Ｔ１および補正速熱時間Ｔｃが入力されて記憶されている。

この制御装置は、図６の制御フローに従って作動されるが、この動作を説明する前に、一般的なシーズヒーターの温度特性およびこの制御装置に入力される設定値について説明する。
（ｉ）シーズヒーターの時間−温度特性
シーズヒーターＨ_１、Ｈ_２は、ヒーターへの給電が開始、いわゆるヒーターがオンされると、その表面温度は室温から徐々に上昇し、所定時間、例えば約１５分後にその温度上昇がほぼストップして安定状態になる温度特性を有している。また、ヒーターへの給電が停止、つまりヒーターがオフされると、表面温度は安定状態の温度から徐々に低下して所定時間経過後に室温に達する。下記表１はヒーターモード別の時間−温度の関係を示したものである。

この表１から、例えば、４００Ｗのシーズヒーターは、その表面温度は安定時に約５１０℃になるが、ヒーターオフ後１〜２分経過すると４４０℃〜３７０℃、更に２〜３分経過すると（ヒーターオフ後３〜５分後）３２０℃〜２６０℃へ低下し、更にまたヒーターオフ後１０〜２０分経つと１７０℃〜１１０℃へ低下し、室温になるまでに２０分以上かかる時間−温度特性を有している。同様に、８００Ｗヒーターは、安定時に約６６０℃となるが、ヒーターオフ後１〜２分経過すると約５３０℃から４３０℃、更に２〜３分（ヒーターオフ後３〜５分後）に３７０℃から２７０℃へ低下し、更にまたヒーターオフ後１０〜２０分経つと１７０℃から１１０℃へ低下し、室温になるまでに２０分以上かかる時間―温度特性を有している。
（ii）ヒーターモード別の速熱時間
ところで、速熱ヒーターモードと個別ヒーターモードとを切り換えて使用する際に速熱時間を長くすると、個別ヒーターモードへ切り換えられたときに、個別ヒーターモードの安定時におけるヒーター表面温度を超えてしまうことがある。そこで、この温度を超えないように、各ヒーターモードに対応する速熱ヒーターモードによる速熱時間Ｔｓを各ヒーターモード毎に設定しておく必要がある。この速熱時間Ｔｓは、いずれも各ヒーターモードの安定時におけるヒーター設定温度を超過しない加熱時間の範囲に設定され、図６（ステップＳ_３）に示すように、４００Ｗヒーターに対しては速熱時間Ｔ１を２．５分、５００Ｗに対しては３．０分、６００Ｗに対しては３．５分、７００Ｗに対しては４．５分がそれぞれ設定される。この速熱時間は、個別ヒーターモードのヒーター容量が大きくなると長く設定されている。このように速熱時間を個別ヒーターモードのヒーター容量に応じて長短させることにより、設定温度になるまでの時間を短縮できる。なお、ここで述べる速熱ヒーターモードとしては、例えば２本のシーズヒーターＨ_１、Ｈ_２の両方を作動することで速熱を行うものとする。

そして、ヒーターが最初（初回）にオン、例えば長時間使用されず休止状態から最初に電源スイッチがオンされるとき（このとき、ヒーターの表面温度はほぼ室温になっている）に、速熱ヒーターモードによる速熱時間Ｔｓは、個別ヒーターモード毎に設定された速熱時間Ｔ１と同じ時間となり、この時間Ｔｓの間速熱される。
（iii）補正速熱時間の設定
シーズヒーターは、上記（ｉ）のように、ヒーターのオフ後所定時間はヒーターに余熱が残っている。この余熱がある間に、再度、ヒーターをオンして、初回時と同様に速熱時間Ｔｓ（Ｔ１）だけ速熱ヒーターモードを作動すると、ヒーターには、残留している余熱に速熱ヒーターモードでの加熱量が加算されるため設定温度を超えてオーバーランするので、この余熱が残っている間は、一旦オフした後の速熱時間Ｔｓを短縮させる必要がある。

この速熱時間Ｔｓの短縮は、ヒーターが一時的にオフされてから再びオンされるまでのオフ時間の長さに応じて所定の時間が設定される。そして、オフ時間後にヒーターがオンされるときは、変更した速熱時間（以下、補正速熱時間という）に基づく時間だけ速熱される。

下記表２はヒーターオフ時間と個別ヒーターモードの補正速熱時間との関係を表したものである。

この補正速熱時間Ｔｃは、上記表１の個別ヒーターモードにおける時間−温度特性とヒーターオフ時間との関連で設定される。

個別ヒーターモード、例えば４００Ｗのヒーターを使用中にヒーターを一時的にオフし、再びオンする際、このオフ時間が１〜２分のときは、補正速熱時間は２．０分、２〜３分に対しては１．５分、３〜５分に対しては１．０分、５〜１０分に対しては１．０分、１０〜２０分に対しては０．５分、さらに２０分以上では０分に設定される。これらの補正速熱時間は、初回の速熱時間Ｔｓ（Ｔ１）より小さい値になっている。例えば、４００Ｗのヒーターの場合は初回の速熱時間Ｔｓは２．５分である。また、このヒーターのオフ時間が１〜２分であるとき補正速熱時間Ｔｃは２．０分となる。そして、１〜２分後にヒーターがオンされる際は、速熱ヒーターモードによる速熱時間は、Ｔ１からＴｃを差し引いた、すなわち２．５分から２．０分を引いた０．５分となり、この時間だけ速熱ヒーターモードでの速熱がなされる。このように、再度のヒーターオン時に初回の速熱時間を補正することにより、余熱を効率的に利用し、個別ヒーターモードのヒーター容量を超えるオーバーランをなくすることができる。

次に、図６を参照して、電気ストーブの速熱運転を説明する。
（ａ）休止後の速熱運転
電気ストーブが、例えば一昼夜使用されず休止されていた状態から、当日の朝、初めて使用されるような場合、シーズヒーターは室温とほぼ同じ温度になっているので、長い速熱時間での加熱が必要になる。

この速熱運転は、まず、個別ヒーターモードのヒーター容量を、例えば４００Ｗに選定して、電源スイッチをオンすると、先ず速熱ヒーターモード（８００Ｗ）で給電が開始される（ステップＳ_０、Ｓ_１）。そして、この電源スイッチのオンが最初（初回）か否かを判定する（ステップＳ_２）。この場合、初回であるので４００Ｗヒーターの速熱時間Ｔｓは、予め２．５分に設定されており、この時間、速熱ヒーターモードとして８００Ｗで速熱される。この速熱時間２．５分を経過した後（ステップＳ_５）は、制御装置により速熱ヒーターモード（８００Ｗ）から個別ヒーターモードの４００Ｗヒーターへ切り換えられて、このヒーターでの加熱が継続される（ステップＳ_６）。

したがって、先ず速熱ヒーターモードで加熱し、次いで速熱ヒーターモードから個別ヒーターモードへ切り換えることによって、設定温度に到達するまでの時間が短縮される。
（ｂ）一時停止後の速熱運転
上記（ａ）のように、個別ヒーターモードで運転されているときに、電源スイッチを一時的にオフし（ステップＳ_７）、所定時間後に再度、電源スイッチをオンさせる一時停止後の速熱運転は、先ず、電源スイッチがオフされ再度オンされるまでのオフ時間を計時手段（図示省略）で測定し（ステップＳ_８〜Ｓ_１０）、このオフ時間に対応する補正速熱時間Ｔｃを記憶部１０ｄから呼び出して決定する（ステップＳ_１１）。そして、再び、ステップＳ_１に戻り、速熱ヒーターモードでの速熱を行う（ステップＳ_１）。なお、このヒーターオン（ステップＳ_９）は初回でないので（ステップＳ_２でＮｏ）、初回の速熱時間Ｔ１から上記オフ時間に対応した補正速熱時間を差し引き、すなわち、４００Ｗヒーターのオフ時間が２分のときの補正速熱時間は２．０分であるので、ステップＳ_４でＴ１−Ｔｃ＝２．５−２．０＝０．５（分）を算出して（ステップＳ_４）、この差時間０．５分だけ速熱ヒーターモードを作動し、この時間経過後は４００Ｗヒーターへ移行する（ステップＳ_５、Ｓ_６）。

また、オフ時間が比較的長く、例えば５〜１０分である場合は、このときの補正速熱時間は、表２から１．０分であるので、速熱時間は、２．５分から１．０分差し引いた１．５分となる。

この速熱運転により、速熱時間は、再度オンされたときに初回の速熱時間よりも短縮されるので、設定温度を超える過熱、いわゆるオーバーランを防止できる。

また、速熱時間Ｔ１及び補正速熱時間Ｔｃは、図６および表２に示すように、ヒーター容量の異なる個別ヒーターモード毎に設定、すなわち、速熱時間Ｔ１は個別ヒーターモードのヒーター容量に応じてその長短が設定、すなわち容量が大きいときは長く、容量が小さいときは短く設定するので、個別ヒーターモードの容量に応じて設定温度に到達するまでの時間を短縮することができる。さらに、補正速熱時間Ｔｃは、オフ時間の長短と反対、すなわち、オフ時間が長いときは短く、オフ時間が短いときは長い時間に設定することにより、ヒーターのオフ時間に応じて、ヒーターに残留する余熱を効率よく有効に利用することが可能になる。

図１は本発明の実施形態に係る電気ストーブの正面図である。 図２は図１の電気ストーブに内蔵されたヒーターの一部が正面から見えるようにした正面図である。 図３は図１の電気ストーブを一側面から見た側面図である。 図４は図３の側板を取り除き内蔵されたヒーターが見えるようにした側面図である。 図５は制御装置のブロック図である。 図６は制御装置の制御フローチャート図である。 図７は従来技術を示し、図７（ａ）は回路図、図７（ｂ）は温度特性図である。

符号の説明

１ 電気ストーブ（電気暖房機）
２ 基台
３ ヒーター本体
４ ハウジング
Ｓｎ 温度センサー
Ｈ_１、Ｈ_２ ヒーター
１０ 制御装置
１０Ａ 制御手段

Claims (2)

1. ヒーターを用いて周囲を加熱するものであって、ヒーター容量が大きい速熱ヒーターモードで予め設定された速熱時間Ｔ１加熱し、該速熱時間経過後に、ユーザーがセットした任意のヒーター容量の個別ヒーターモードへ自動的に切り換える制御装置を備えた電気暖房機において、
   前記制御装置には、前記個別ヒーターモードでの給電が一時的にオフされ再度オンされるまでのオフ時間に対応した補正速熱時間Ｔｃを予め設定しておき、再度ヒーターへの給電が開始されたときに、前記制御装置は、前記速熱時間Ｔ１から前記補正速熱時間Ｔｃを引いた差時間だけ前記速熱ヒーターモードを作動し、該差時間経過後に個別ヒーターモードへ切り換え、
   前記個別ヒーターモードは、異なるヒーター容量からなり、これらのヒーター容量に対応して前記速熱時間Ｔ１及び前記補正速熱時間Ｔｃが設定され、
   前記速熱時間Ｔ１は、前記個別ヒーターモードのヒーター容量が大きいときは長い、小さいときは短い時間に設定され、
   前記補正速熱時間Ｔｃは、前記オフ時間が長いときは短い、短いときは長い時間に設定されていることを特徴とする電気暖房機。
2. 前記ヒーターは、シーズヒーターであることを特徴とする請求項１に記載の電気暖房機。