JPH0337552Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 産業上の利用分野 この考案は、給茶機における貯湯タンク中の湯
を所期の設定温度に安定的に維持し得て、外気温
変化に殆ど影響されることがなく、しかも省電力
および耐久性に優れた給茶機の湯温制御装置に関
するものである。

従来技術 タンク中に湯を貯留しておき、茶葉に所定量の
湯を供給して茶を抽出する給茶機が、オフイスそ
の他飲食店舗等に広く普及している。この給茶機
のタンク中に貯留される湯は、常に飲み頃の茶が
抽出されるよう、所期の設定温度範囲に維持して
おく必要がある。

考案が解決しようとする課題 しかしながら従来の給茶機における湯温制御方
式は、貯湯タンク中の湯温変化をサーモスタツト
で検出し、このサーモスタツトの機械的電気接点
の開閉により加熱用ヒータの通電時間を制御する
ことを内容としている。このため、次のような次
点があつた。すなわち、 (1) サーモスタツトの感温部は機戒的なガス式サ
ーモスタツトのため応答精度が低く、所期の設
定温度に対し±10℃程度の変動誤差を不可避的
に生ずるので、安定した湯温が得られない。ま
た感温部に接続するキヤピラリー部が貯湯タン
クの外部に延在するため外気温の影響を受け易
く、季節の推移により同じく湯温変動を生ず
る。

(2) 前述の如く、実際の湯制御温度にばらつきが
生ずる結果として、使用する茶葉の品位・等級
に応じて適切な湯温を設定したにも拘らず、そ
の変動誤差によりタンク中の湯を沸騰乃至その
付近まで過熱してしまうことがある。このよう
に湯温が過度に高くなると湯気の発生が促進さ
れ、これが貯湯タンクに設けた湯気抜き孔から
逃出して、給茶機設置周辺の壁に結露する等の
不都合を招来する。

この場合、貯湯タンクを密閉して外気の流入
を遮断すれば、湯温が設定温度を大幅に超過し
ても湯気は発生しないことが判つているので、
前記湯気抜き孔を廃止して密閉構造とすること
が提案される。しかし前述のように湯温設定精
度に信頼がおけない以上、湯が沸点に達して蒸
気圧が増大して際の危険を考えると、到底実行
に移せないのが現状である。

(3) また湯制御温度のばらつきに起因して、加熱
用ヒータの通電時間および電力消費も増大し、
オーバーシユートにより耐久性が劣化する等、
ランニングコストの見地から不経済である。

(4) サーモスタツトの開・閉制御が長期に亘つて
反復されると、機戒的な電気接点が損傷して経
時的に精度が劣化する。また有接点機構である
ため、作動時の点弧により誘導ノイズが発生
し、オフイス等に使用されるコンピユータ等の
電子応用機器を誤作動させるおそれがあり、同
一電気系統ではこれらの機器と近接して共用し
得ない。

考案の目的 本考案は、従来技術に係る湯温制御装置に内在
している前記欠点に鑑み、これを解決するべく案
出されたものであつて、所望設定温度に変動を来
すことなく、常に安定した湯温を維持することが
でき、併せて電力消費の無駄を省き、装置全体の
信頼性および耐久性を更に向上させた新規な給茶
機の湯温制御装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段 前記課題を克服し、所期の目的を好適に達成す
るため本考案は、貯湯タンク中に加熱用ヒータと
温度検出素子とを臨ませ、前記貯湯タンクの湯温
を前記温度検出素子により検出して、電気抵抗変
化に伴う電圧変化を出力する温度検出回路を備え
た給茶機の湯温制御装置において、 前記温度検出回路から得られる出力電圧を基準
電圧と比較して両電圧の差に比例する電圧を出力
し、この比例電圧と時定数により周期設定された
基準パルスの電圧とを比較して、高電圧または低
電圧の出力信号を発生する比例制御回路と、 前記比例制御回路からの時間制御された出力信
号により、前記加熱用ヒータに接続するスイツチ
ング素子のゲートをトリガするスイツチング制御
回路とから構成したことを特徴とする。

実施例 次に、本考案に係る湯温制御装置につき、好適
な実施例を挙げて添付図面を参照しながら、以下
説明する。第１図は、本考案に係る湯温制御装置
が応用される一実施例としての給茶機の内部構造
を示す概略断面図であり、第２図は本考案装置の
内容をなす制御回路系を示すものである。

第１図において、本考案に係る湯温制御装置が
実施される給茶機の貯湯タンク１０の内部には、
加熱用電気ヒータ１２および湯温検出素子として
のサーミスタ１４が配設されている。このサーミ
スタ１４は、湯温変化を安定的に検出するため
に、電磁弁１６により開閉される給湯口１８の近
傍に配設するのが好ましい。

本考案に係る湯温制御装置は、第２図から判明
するように、温度検出回路２０と、比例制御回路
２２と、スイツチング制御回路２４とから基本的
に構成され、更に図示の実施例では、オプシヨン
として適温表示回路２６が付設されている。

第２図に示す温度検出回路２０において、符号
１４で示す温度検出素子はNTCサーミスタであ
つて、検出対象物の温度上昇につれて電気抵抗が
減少し、また温度下降に伴い電気抵抗が増大する
負温度特性を有している。このNTCサーミスタ
１４の一方の端子は接地され、他方の端子は直線
化補正抵抗R₁を介して直流電源Vccに接続されて
いる。前記サーミスタ１４と抵抗R₁との結合点
は２つに分岐されて、適温表示回路２６に設けた
コンパレータCMP₁の反転入力端子Vin^-および比
例制御回路２２に設けたオペアンプAMP₂の非反
転入力端子Vin⁺に夫々接続されている。

すなわち適温表示回路２６は、貯湯タンク１０
中の湯温が設定温度に達した際に発光して温度到
達を表示するものであつて、コンパレータCMP₁
と、スイツチング素子としてのトランジスタTR₁
と、発光ダイオードLED₁とから基本的に構成さ
れている。そして一端部を直流電源Vccに接続し
た固定抵抗R₂と、同じく一端部を接地した発光
動作点設定用の半固定抵抗R₃との結合点が、前
記コンパレータCMP₁の非反転入力端子Vin⁺に接
続されて、該コンパレータCMP₁調節可能な基準
電圧を与えている。このコンパレータCMP₁の出
力端子Voutは、電流制限抵抗r₂を介してエミツ
タ接地されたスイツチングトランジスタTR₁のベ
ースに接続されている。またアノードを直流電源
Vccに接続した発光ダイオードLED₁のカソード
が、電流制限抵抗r₁を介して前記トランジスタ
TR₁のコレクタに接続されている。

比例制御回路２２は、前記温度検出回路２０か
ら出力された電圧を処理して比例電圧とし、これ
を時定数により周期設定される基準パルスの電圧
と比較して、一定の条件下に後段のスイツチング
制御回路２４にトリガ信号を出力するものであつ
て、オペアンプAMP₁およびAMP₂と、時定数設
定手段を備えた基準パレス発生用の単接合トラン
ジスタTR₂と、コンパレータCMP₂とから基本的
に構成されている。

すなわち前記オペアンプAMP₂は、差動増幅器
として作用するものであつて、前述したようにそ
の非反転入力端子Vin⁺には、NTCサーミスタ１
４の出力電圧変化が入力されるようになつてい
る。また反転入力端子Vin^-には、固定抵抗R₄お
よび基準温度動作点設定用の半固定抵抗R₅の結
合点をオペアンプAMP₁によるボルテージフオロ
ワを介して接続され、基準直流電圧を当該オペア
ンプAMP₂に入力するようになつている。そして
前記抵抗R₄，R₅の値を変化させることにより前
記基準直流電圧を変化させ、これにより湯温を所
望温度に設定することができる。なお前記オペア
ンプAMP₂の出力端子Voutは、後段のコンパレ
ータCMP₂の非反転入力端子Vin⁺に接続されて、
後述する比例電圧を出力するようになつている。

単接合トランジスタTR₂は、コンパレータ
CMP₂に基準パルス電圧を与えるパルス発生回路
となるものであつて、本実施例では、固定抵抗
R₆およびコンデンサＣにより構成される時定数
回路の充・放電動作により周期設定された「のこ
ぎり波」パルスを発生させるようになつている。
すなわちカソード接地された単接合トランジスタ
TR₂のアノードは、前記抵抗R₆とコンデンサＣ
との結合点およびコンパレータCMP₂の反転入力
端子Vin^-に分岐接続されて、時定数により周期
設定されたのこぎり波形の基準電圧SVを前記コ
ンパレータCMP₂に与えている。また前記単接合
トランジスタTR₂のゲートは、のこぎり波の電圧
調整用抵抗R₇（一端部は直流電源Vccに接続され
ている）およびR₈（その一端部は接地されてい
る）の結合点に接続されている。

次にスイツチング回路２４は、前段の比例制御
回路２２から出力される時間制御されたトリガ信
号によつて、加熱用ヒータ１２に接続するスイツ
チング素子のオン・オフ制御を行なうものであ
る。本実施例では、前記電力用スイツチング素子
としてサイリスタが使用され、殊に双方向性の３
端子交流スイツチであるトライアツクTRIACが
好適に使用される。すなわちトライアツク
TRIACの主電極T₁，T₂は、交流電源ACおよび
前記加熱用ヒータ１２に直列に接続され、またゲ
ートＧはダイオートD₁〜D₄をブリツジ接続して
なるトリガ用ゲート回路に接続されている。

なお第２図の回路構成から判明するように、温
度検出回路２０、比例制御回路２２および適温表
示回路２６は、何れも直流電源Vccに接続した直
流回路系で構成され、またスイツチング制御回路
２４は、交流電源ACに接続した交流回路系で構
成されている。このため直流回路系の一環をなす
比例制御回路２２におけるコンパレータCMP₂か
らの出力信号（これは本来トリガ信号たり得るも
のである）を、そのまま交流回路系におけるトラ
イアツクTRIACの点弧用トリガ信号として使用
することはできない。そこでホトカプラPCの如
き光電変換手段を使用する絶縁形入力回路を形成
し、非接触で両回路２２，２４間に信号伝達を行
なわせるよう構成されている。例えば、前記コン
パレータCMP₂の出力端子Voutは、電流制限抵
抗r₄を介して、エミツタ接地されたスイツチング
トランジスタTR₃のベースに接続され、また図示
の如くホトカプラPC中に内蔵され、かつアノー
ドがVccに接続された発光ダイオートLEDのカソ
ードが、電流制限抵抗r₃を介して前記トランジス
タTRのコレクタに接続されている。同じくホト
カプラPC中に内蔵したホトトランジスタPTRの
コレクタおよびエミツタは、夫々前記ブリツジダ
イオードD₁〜D₄の中点に接続されている。

実施例の効果 次に、実施例に係る湯温制御装置の作用につい
て説明する。先ず、比例制御回路２２における半
固定抵抗R₅の抵抗値を可変調節し、前記オペア
ンプAMP₂に入力される基準電圧値を変化させる
ことによつて、所望の湯温に温度設定しておく。
貯湯タンク１０中に貯留された湯が、前記ヒータ
１２により加熱されて温度上昇すると、感温部を
タンク中に臨ませ温度検出回路２０に接続した前
記NTCサーミスタ１４の電気抵抗が減少し、こ
れに伴い変化する出力電圧が、前記適温表示回路
２６のコンパレータCMP₁の反転入力端子Vin^-お
よび比例制御回路２２のオペアンプAMP₂の非反
転入力端子Vin⁺に夫々入力される。

適温表示回路２６の前記コンパレータCMP₁は
電圧比較器として機能するものであつて、その非
反転入力端子Vin⁺には抵抗R₂，R₃により電圧設
定された基準電圧が入力されているから、前記基
準電圧をサーミスタ１４からの出力電圧が超過す
ると、コンパレータCMP₁の出力端子Voutから
信号が出力される。これによつてスイツチングト
ランジスタTR₁にベース電圧が印加され、コレク
タ電流が流れて発光ダイオードLED₁を点灯させ、
適温に達したことを光により表示する。なおこの
適温表示回路２６は、本考案では必須のものでは
なく、オプシヨナルなものである。

次に比例制御回路２２における前段のオペアン
プAMP₂は、差動増幅器として機能するものであ
つて、その反転入力端子Vin^-には低抗R₄，R₅に
より電圧設定された基準電圧がオペアンプAMP₁
によるボルテージフオロワを介して入力されてい
る。そしてこの基準電圧と前記サーミスタ１４か
らの出力電圧との差に比例する電圧CVが、オペ
アンプAMP₂の出力端子Voutから出力される。
従つて設定温度値と貯湯タンク中の実際の湯温と
の差が大きい場合は、オペアンプAMP₂の出力信
号CVは大きくなり、また温度差が縮まるにつれ
て前記出力信号CVは漸次小さくなる。

この出力信号CVは、次段のコンパレータ
CMP₂の非反転入力端子Vin⁺に入力しており、ま
たその反転入力端子Vin^-には、前述した単接合
トランジスタTR₂から励起され時定数により周期
設定された「のこぎり波」基準電圧SVが入力し
ている。このコンパレータCMP₂は、電圧比較器
として機能するものであつて、第３図に示すよう
に、その入力電圧CVが前記のこぎり波基準電圧
SVよりも高い領域に亘るT₁時間だけ出力端子
Voutから高電圧信号を出力する。従つてサーミ
スタ１４による湯検出温度が所期の設定温度に近
づくと、コンパレータCMP₂への入力電圧CVは、
第３図に破線で示すように低くなる。このため当
該コンパレータCMP₂から信号が出力されるの
は、T₂時間だけとなつて、その出力持続時間は
短くなる。

このコンパレータCMP₂の出力信号は、前記ト
ランジスタTR₃を介して前記ホトカプラPCに内
蔵した発光ダイオードLEDのカソードに入力し
てこれを発光させ、ホトトランジスタPTRのベ
ースを感光させる。これによりブリツジ接続され
たダイードD₁〜D₄が通電されて、トライアツク
TRIACのゲートがトリガ（点弧）され、該トラ
イアツクTRIACのターンオンにより前記加熱用
ヒータ１２が通電される。前記トライアツク
TRIACのゲートをトリガする信号の持続時間は、
とりもなおさず後段のコンパレータCMP₂からの
出力信号の持続時間となるが、これは第３図で考
察したように、基準電圧SVと比較電圧CVとの電
圧比較関係にほかならない。

すなわち湯温が設定温度に近づくと、前記T₂
時間が短くなつてコンパレータCMP₂から出力さ
れる信号の持続時間も短くなる。このためトライ
アツクTRIACのゲートがトリガされてターンオ
ンしている時間も短くなつて、加熱用ヒータ１２
への通電時間も短縮化される。その状態を第４ａ
図および第４ｂ図に示す。第４ａ図において、比
較電圧CVがＡ→Ｂ→Ｃ→Ｄの如く降下すると、
第４ｂ図に対応的に示すように、加熱用ヒータ１
２に供給される交流電圧V₀の通電時間もＡ→Ｂ
→Ｃ→Ｄの如く減少し、Ｄの状態では完全に通電
遮断されるに至つている。

また第５図は、本考案に係る湯温制御装置Ａお
よび従来のサーモスタツト使用の温度制御方式Ｂ
による温度特性を比較的に示すものである。所期
の設定温度T₀に対し、従来方式では上下の振幅
が大きく不安定であるが、本考案によれ湯温は、
なだらかな立上り後、前記設定温度T₀に限りな
く直線状に接近して安定していることが判る。

考案の効果 以上説明した如く、本考案に係る湯温制御装置
によれば、サーミスタによつて検出された電圧変
化としての出力は、回路処理された後、スイツチ
ング素子のゲートに対する時間制御されたトリガ
信号として現われ、これにより加熱用ヒータのオ
ン・オフを頻繁に行なつて通電時間を制御するも
のである。このため従来のサーモスタツトのよう
に湯温の大きな変動が全くなく、湯温は直線状に
現われ、湯気の発生を極力おさえた安定した湯温
制御が達成される。

また誤差がなく信頼性の高い制御が可能とな
り、外気温に影響されないので四季を通じて一定
の湯温が得られ、前述したように貯湯タンクを密
閉構造としても安全性が損われることはない。更
に無接点での制御であるため故障がなく、寿命が
半永久的に長くなり、しかも外部にノイズを誘導
しないから、電子機器の回路を外乱により誤作動
させることもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本考案に係る給茶機の湯温制御装置
が好適に実施される給茶機の概略縦断面図、第２
図は、本考案に係る湯温制御装置の一実施例とし
ての制御回路図、第３図は、パルス基準電圧と出
力電圧との関係を示す説明図、第４ａ図および第
４ｂ図は、比例電圧の変化を示す波形図、第５図
は、本考案に係る湯温制御装置と従来方式とによ
る温度特性の比較図である。 １０……貯湯タンク、１２……加熱用ヒータ、
１４……温度検出素子、２０……温度検出回路、
２２……比例制御回路、２４……スイツチング制
御回路。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 貯湯タンク中に加熱用ヒータと温度検出素子と
   を臨ませ、前記貯湯タンクの湯温を前記温度検出
   素子により検出して、電気抵抗変化に伴う電圧変
   化を出力する温度検出回路を備えた給茶機の湯温
   制御装置において、 前記温度検出回路から得られる出力電圧を基準
   電圧と比較して両電圧の差に比例する電圧を出力
   し、この比例電圧と時定数により周期設定された
   基準パルスの電圧とを比較して、高電圧または低
   電圧の出力信号を発生する比例制御回路と、 前記比例制御回路からの時間制御された出力信
   号により、前記加熱用ヒータに接続するスイツチ
   ング素子のゲートをトリガするスイツチング制御
   回路とから構成したことを特徴とする給茶機の湯
   温制御装置。