JP6410691B2 - 暖房装置 - Google Patents

Description

本発明は、熱源が発生する熱により室内の暖房を行う暖房装置に関するものである。

従来、本体内部に熱源として例えばヒータを備え、このヒータから発生する輻射熱を機器の前面から放出して暖房を行うタイプの暖房装置が広く使用されている。そして、この種の暖房装置において、熱源を収容する本体ケースの前面開口部には、人の手や異物などが熱源に触れて火傷するのを防止するための金属製のガードが取り付けられている。

ところで、上述のように暖房装置は熱源を有しているため、誤った使い方や予期しない使い方をされると火災を引き起こしてしまう可能性がある。そのため、さまざまな安全装置を備えており、これら安全装置により火災が発生する虞のある状況を検知した場合には速やかに暖房を停止させるようになっている。

例えば、布などの可燃物がガードに被さってしまうと、可燃物は熱源の放出する熱により過熱されて発火する虞があるため、布等でガードが覆われた状況を検知して暖房を停止させなくてはならない。そこで、このような状況を検知する手段として、本体内部に温度ヒューズを設け、ガードがふさがれたことによる内部温度の異常上昇を検知するものや（特許文献１）、発光素子と受光素子を設け、発光素子の光が遮られることによって布などの異物が存在することを検知するものなどがある（特許文献２）。

特開２００６−２３０３３号公報 特開平６−３４１６５０号公報

しかしながら、特許文献１の構成では、本体内部の温度が異常と判定できる温度に達するまでには時間がかかるため、異常を検知するまでにはある程度の時間が必要となる。そして可燃物で完全にガードが塞がれてしまったような場合には異常を検知することができるが、一部が覆われたような場合は内部温度が異常と判定できる温度まで上昇しないために異常を検知できないことがある。

また、特許文献２の構成では検知素子間を遮る位置が覆われなければ物体を検知することができないため、確実に異常を検知するためには検知素子を複数設ける等の工夫が必要となる。そして、いずれの方法においても、可燃物がガードに接触はしていないが近接しているような場合はそもそも異常として検知することは困難である。

本発明は、上記課題を解決するためのもので、ガードが布などの可燃物で覆われた場合だけでなく、ガード前方に可燃物があるなど発火の可能性のある状態をすばやく検知することを可能にして、安全性に優れた暖房装置を提供することを目的とする。

本発明は、本体に、熱を発生させる熱源と、温度を検知するセンサ素子が二次元に配置されて構成される赤外線アレイセンサを備え、前記赤外線アレイセンサは、前記熱源および熱源により加熱される本体側の温度を検知する第一センサ素子群と、前記熱源により加熱される本体外の対象物の温度を検知する第二センサ素子群とを備え、前記第二センサ素子群の検知する温度が所定の温度条件を超えたときに前記熱源を停止することを特徴とする暖房装置である。

また、前記赤外線アレイセンサは、前記熱源からの熱の放出方向と略垂直に検知面を向けて配置されることを特徴とする請求項１記載の暖房装置である。

また、前記熱源を収容する外装ケースを備え、前記赤外線アレイセンサは前記外装ケースに取り付けられることを特徴とする請求項２記載の暖房装置である。

また、前記第二センサ素子群は前記熱源からの熱の放出方向に少なくとも２分割されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の暖房装置である。

また、前記第一センサ素子群の検知する温度が所定の温度に満たないときは前記熱源を停止することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の暖房装置である。

上述のように構成することにより、赤外線アレイセンサが本体内部の温度上昇と本体外の物体の温度上昇を同時に検知するため、本体が布等で覆われたときだけでなく、可燃物が近接しているような場合にもその状況を素早く検知して暖房を停止することができるため、安全性に優れた暖房装置となる。

本発明の実施例の暖房装置の正面外観図である。 赤外線アレイセンサの取付位置を説明する図である。 赤外線アレイセンサの構成を説明する図である。 通常使用時に赤外線アレイセンサが検出した温度データを示す図である。 暖房装置に布が落下した状態での使用時に赤外線アレイセンサが検出した温度データを示す図である。 可燃物が近接した状態での使用時に赤外線アレイセンサが検出した温度データを示す図である。 ガードを外した状態での使用時に赤外線アレイセンサが検出した温度データを示す図である。

好適と考える本発明の実施形態を、本発明の作用効果を示して簡単に説明する。

本発明は、異常を検知する手段として、温度を検知する複数のセンサ素子を二次元に配置して構成される赤外線アレイセンサを用いる。そして、このセンサ素子を第一センサ素子群と第二センサ素子群の少なくとも２つに分け、第一センサ素子群で熱源および熱源により加熱される本体側の温度を検知し、第二センサ素子群で熱源により加熱される本体外の対象物の温度を検知するように構成した。

つまり、二次元の温度分布を検知することのできる赤外線アレイセンサを用いて、そのセンサ素子を少なくとも第一センサ素子群と第二センサ素子群に分けて検知対象を分離したことにより、本体内の温度上昇と本体外の温度上昇を区別して検出することが可能となる。これにより、例えば、暖房装置の周辺近傍に可燃物のない通常の運転時では、第一センサ素子群は熱源の温度を検知するため高温を示し、第二センサ素子群は低温を示すはずである。しかし、ガードが可燃物で覆われたり、可燃物が近傍に置かれたりして火災の発生する虞がある状況になると、通常低温であるはずの第二センサ素子群が高温を示すことになる。したがって、第二センサ素子群が通常運転時とは異なる温度を検知した場合には、可燃物ありとして即座に異常状態の判別が可能となる。そして、異常と判断したときには速やかに熱源を停止させることで安全性に優れた暖房装置となる。

また、赤外線アレイセンサは、熱源からの熱の放出方向と略垂直に検知面を向けて配置することで、１つの赤外線アレイセンサによって熱源からの距離と温度を二次元の温度分布として得ることができる。

また、赤外線アレイセンサは、熱源を収容する外装ケースに取り付ける。これにより、暖房装置の熱源部分が回転する機能を備えていても熱源とセンサの位置関係が変化しないので回転の有無によらず的確に温度を検知して判断することができる。

また、第二センサ素子群は熱源からの熱の放出方向に少なくとも２分割することで、本体から異なる距離にある物体の温度を検知することが可能となるため、例えばガードに可燃物が被さったときと、ガードに可燃物が近接したときなど、高温となる対象物が異なる状況を分けて検知することが可能となる。

また、第一センサ素子群の検知する温度が所定の温度に満たないときは熱源を停止させるので、本体や熱源側の異常により温度が上昇しない場合も異常として判断することが可能となる。

以下、本発明の暖房装置の一実施例として、熱源にヒータを用いた輻射暖房装置を例にして図面を用いて説明する。

図１は本発明の暖房装置の正面外観図であって、暖房装置は本体１と、本体１の下方に設けられた台座２と、本体１と台座２とを接続する支柱部３とから構成される。

本体１は、前面に開口部４を有する外装ケース５を有しており、外装ケース５の上面には操作部６を備えるとともに、外装ケース５内に熱源としてのヒータ７と、ヒータ７の熱を前方に反射する反射板８とを収容している。また、外装ケース５の開口部４には金属製のガード９が取り付けられていて、ヒータ７から発せられる熱はガード９を介して開口部４より本体前方へ放出される。

また、暖房装置は首振り機能を備えており、操作部６のボタンを操作して首振り機能をＯＮにする．と、支柱部３を軸に本体１が床面に対して水平方向に回動し、熱が放出される方向が変化する。

そして、外装ケース５前面のガード９の下方には、温度を検知する複数の赤外線素子を備えた赤外線アレイセンサ１０が設けられている。この赤外線アレイセンサ１０は図２の拡大図に示すようにその検知面１１をヒータから発せられる熱の放出方向（黒矢印）と略垂直（図では上向き）となるようにしてセンサ取付板１２に載置されて外装ケース５の前面に取り付けられている。そのため、首振り機能によって本体１が回動してもヒータ７と赤外線アレイセンサ１０との位置関係が変化しないため、赤外線アレイセンサ１０はヒータ７の温度を確実に検知することができる。また、ガード９の下方はヒータ７の輻射熱の影響を受けにくいので、ヒータ７により加熱される物体そのものの温度を検知することにもなる。

赤外線アレイセンサ１０は、半導体基板上に行列状に配列された複数のセンサ素子と、センサ素子上に赤外線を集光するためのレンズとを含み、視野角α内の被検知物から放射された赤外線を検出することによって、被検知物の複数箇所の温度を測定して二次元の温度分布を得ることができるものである。そしてこのセンサ素子としては、たとえばサーモパイルや焦電センサなどが用いられる。

また、本実施例では図３に示すように、赤外線アレイセンサ１０は８行８列の６４個のセンサ素子によって構成され、その検知対象の違いから、ヒータ７に近い側から４行８列の第一センサ素子群１３（素子番号０〜３１番）と、ヒータ７から遠い側の４行８列の第二センサ素子群１４（素子番号３２〜６３番）とに区別されている。なお、赤外線アレイセンサ１０はセンサ素子が二次元に配置されているものであればよく、センサ素子の数は本実施例に限定するものではないし、第一センサ素子群１３と第二センサ素子群１４の行数は同数でなくてもかまわない。

第一センサ素子群１３は、ヒータ７とヒータ７により加熱される本体１側の温度、つまり反射板８やガード９の温度を検知するものであり、対して第二センサ素子群１４は本体１の外側の温度を検知するものである。したがって、赤外線アレイセンサ１０を本体１に取り付ける際に、本体１からの検知面１１の張り出し位置はガード９との位置関係により設定され、センサ取付板１２の大きさや形状によって調整される。なお、第二センサ素子群１４は、可燃物が接近すると危険なライン（例えばガード９の前方１５ｃｍ）までの温度を検知できればよい。

暖房装置が運転中でヒータ７に通電されている場合、ヒータ７が発する熱により本体１内部の反射板８やガード９は加熱されて高温となるため、第一センサ素子群１３は総じて高温を検知することとなる。一方で、第二センサ素子群１４は、暖房装置の前方に異物が存在するかどうかによって検知する温度が異なる。

つまり、本体１の前方に加熱される対象物が近接していなければ、ヒータ７が放出する熱は拡散して室内の空気を暖めることになるため、第二センサ素子群１４が検知する温度は低温となる。しかし、ガード９が布等で覆われたり、ガード９の前方に物体が近接していたりしてヒータ７によって加熱される対象物が存在すると、ヒータ７からの熱によってこれら加熱対象物の温度が上昇するため第二センサ素子群１４は高温を検知することになる。そのため、第二センサ素子群１４が検知する温度が所定の温度条件を超えた時には異常であると判断して、ヒータ７への通電が停止されるようになっている。

また、赤外線アレイセンサ１０の検知した温度分布によって、周囲に可燃物のない通常の運転状態、ガード９が可燃物で覆われた状態、前方に可燃物が近接した状態などを区別して認識することができる。

次に、赤外線アレイセンサ１０の検知結果から得られる温度分布と異常状態の判別について図４〜図７により説明する。なお、図中では温度帯ごとに異なる網掛けを用いて領域Ａ〜Ｅとして図示するが、網掛けの間隔が狭いほど温度が高い領域を意味している。

＜通常運転時＞
図４は暖房装置周辺に可燃物等のない通常の運転状態（異常ではない運転状態）における赤外線アレイセンサ１０の検知結果を二次元の温度分布として表した図である。本体１の内部やガード９はヒータ７により加熱されて高温となるため、第一センサ素子群１３が検知する温度は温度領域Ａ〜Ｃで表され、特にヒータ７に近い中央部分は最も高い温度領域Ａとなっている。一方で、第二センサ素子群１４は全ての素子が温度領域Ｅを検知している。このように通常運転時には第一センサ素子群１３と第二センサ素子群１４とでは表示される温度領域が明確に区別される。

＜異常状態１＞
本体１の上方から布などの可燃物が落下し、ガード９の一部を覆ってしまった場合、赤外線アレイセンサ１０の検知結果は図５のようになる。落下した可燃物が広範囲に亘ってガード９を覆ってしまうと本体１外への熱の放出が抑えられるため、本体１の内側に熱が篭って内部の温度が上昇するが、ガード９の一部が覆われた状態では、本体１内部の温度はそれほど上昇しないので、第一センサ素子群１３は通常運転時と比べ温度の高い領域が多少は増えるものの正常か異常かを区別できるほどの明確な違いは発見しにくい。しかしながら、通常運転時には一様に低温を検知していた第二センサ素子群１４のうちヒータ７に近い側２行（素子番号３２〜４７）では、ガード９の外側を覆う可燃物の温度を検知した素子が高温領域を示すことになる。したがって、第二センサ素子群１４のヒータ７に近い側で温度領域Ａを検知したときには異常と判断し、ヒータ７への通電を停止する。

このように、可燃物により覆われたのがガード９の一部であったとしても、可燃物はヒータ７が放出する熱によって加熱され高温となるので、覆われた部分の温度を検知する第二センサ素子群１４が高い温度領域を示すようになる。そしてそれは可燃物によって覆われる面積の大小や位置には関係しない。よって、従来は検知することが難しかったガード９の一部が覆われた場合であっても赤外線アレイセンサ１０を用いることによって即座に異常と判断してヒータ７への通電を停止することができる。

＜異常状態２＞
本体１の前方（ガード９前方）に可燃物が近接した場合、赤外線アレイセンサ１０の検知結果は図６のようになる。本体１の内部に熱が篭ることはないため、第一センサ素子群１３が検知する本体１内部の温度は通常運転時と比べてほとんど変化はない。また、ガード９が可燃物で覆われているわけではないので、第二センサ素子群１４のうちヒータ７に近い側２行（素子番号３２〜４７）の温度も通常運転時よりは多少温度が高くなってはいるが、まだ温度領域はＤまたはＥと低温状態を示しており、正常か異常かを区別できるほどの明確な違いは見られない。しかし、第二センサ素子群１４のうちヒータ７から遠い側２行（素子番号４８〜６３）では、本体１前方の可燃物の温度を検知した素子が高温領域を示すようになる。よって、第二センサ素子群１４のヒータ７から遠い側で温度領域Ａを検知したときにも異常と判断し、ヒータ７への通電を停止する。

つまり、赤外線アレイセンサ１０は、本体１内部だけでなく本体１から離れた物体の温度も同時に検知することができるので、このように本体１には接触していないが長時間加熱されると発火に至る可能性のある位置に可燃物が存在している状態も検知することが可能となる。また、本実施例では本体１外の温度を検知する第二センサ素子群１４は４行で構成しているが、少なくとも２行以上で構成していれば、可燃物によりガード９が覆われた状態と、前方に可燃物が近接した状態とを区別して認識することが可能となる。

＜異常状態３＞
暖房装置にはガード９が取り付けられているが、このガード９が取り外されたまま使用されると、使用者がヒータ７に手を触れることによってやけどをしたり、可燃物が直接ヒータ７と接することで発火したりしてしまうおそれがあるので、安全性を高めるためにはガード９が取り外されていた場合も異常として検知できるようになっていることが望ましい。

ガード９が取り外されていた場合、赤外線アレイセンサ１０の検知結果は図７のようになる。通常運転時には一様にＡ〜Ｃの高温を検知するはずの第一センサ素子群１３は、ヒータ７の温度を検知する部分（素子番号１０、１３）は高い温度を検知するが、それ以外は低温を検知し、特にガード９の温度を検知する部分（素子番号２４〜３１）は温度領域Ｅを示しており、これはヒータ７により加熱される対象物が存在しないことを意味する。よって、ヒータ７への通電開始から所定時間経過後に、第一センサ素子群１３のうちガード９の温度を検知する素子（素子番号２４〜３１）が温度領域Ａに満たないときには異常と判断してヒータ７への通電を停止する。

従来の構造では、ガード９の取り外しを検知するには専用のセンサを設ける必要があったが、この赤外線アレイセンサ１０を用いることで、別途センサを設けることなくガード９が取り外された場合も異常として検知することが可能となる。また、通電開始後もヒータ７部分の温度を検知する素子が低温を示したままであったら、ヒータ７が断線していると判断することができ、機器の故障もこの赤外線アレイセンサ１０で検知することが可能である。

このように、センサ素子を二次元に配置して構成される赤外線アレイセンサ１０を用いて温度を検知することで、発火の可能性のある状態をすばやく検知することができるため、安全性に優れた暖房装置を構成することが可能となる。

また、本実施例では、赤外線アレイセンサ１０をガード９の下方に配置した場合を例に説明したが、ガード９の上方に設置するようにしてもよい。しかし、その場合には赤外線アレイセンサ１０はヒータ７の輻射熱の影響を受けやすいため、実際の物体の温度よりも高目を検知する傾向があることを考慮して異常判定を行う必要がある。なお、ガード９の上方に設置した場合には、赤外線アレイセンサ１０の検知面１１は下に向けて設置することになるため、ガード９の下方に配置した場合に比べて検知面１１に埃等が付着するのを抑えることができるので、検知感度を維持することができるという利点がある。

また、本実施例の暖房装置は送風機を備えない輻射方式であるが、送風機を備えた温風方式の暖房装置にも適用できるものである。さらには、赤外線アレイセンサ１０を駆動する電源を得ることができれば、熱源もヒータに限定するものではなく、灯油やガス等の燃料を燃焼する方式の暖房装置にも適用可能である。

１ 本体
５ 外装ケース
７ ヒータ（熱源）
１０ 赤外線アレイセンサ
１１ 検知面
１３ 第一センサ素子群
１４ 第二センサ素子群

Claims (5)

1. 本体に、熱を発生させる熱源と、温度を検知するセンサ素子が二次元に配置されて構成される赤外線アレイセンサを備え、前記赤外線アレイセンサは、前記熱源および熱源により加熱される本体側の温度を検知する第一センサ素子群と、前記熱源により加熱される本体外の対象物の温度を検知する第二センサ素子群とを備え、前記第二センサ素子群の検知する温度が所定の温度条件を超えたときに前記熱源を停止することを特徴とする暖房装置。
2. 前記赤外線アレイセンサは、前記熱源からの熱の放出方向と略垂直に検知面を向けて配置されることを特徴とする請求項１記載の暖房装置。
3. 前記熱源を収容する外装ケースを備え、前記赤外線アレイセンサは前記外装ケースに取り付けられることを特徴とする請求項２記載の暖房装置。
4. 前記第二センサ素子群は前記熱源からの熱の放出方向に少なくとも２分割されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の暖房装置。
5. 前記第一センサ素子群の検知する温度が所定の温度に満たないときは前記熱源を停止することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の暖房装置。

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