JPH08255670A - 電気ヒータ駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電気ヒータのオンオフに用いるリレーを、ア
ークが発生することなく小形化し、寿命の増大、ノイズ
の低下、装置全体の小形化を図る。 【構成】 電気ヒータ１０をオンオフする電気ヒータ駆
動装置１２における交流電源１４から電気ヒータ１０へ
の電気供給ライン１６に、トライアックＱ１と小形リレ
ーＲＬ１を並列に配置して、タイミング回路１８によ
り、小形リレーＲＬ１の接点が閉じられ、あるいは開か
れる前にトライアックＱ１をオン状態として、トライア
ックＱ１に電流を通し、小形リレーＲＬ１にはアークが
発生しないようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は電気ヒータ駆動装置、
特に小型電気式ボイラー等の最大でも数キロワット程度
の電力を消費するもの等に用いて好適な電気ヒータの駆
動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の電気ヒータ駆動装置、例
えば小型電気式ボイラーの電気ヒータ駆動装置は、ボイ
ラーの蒸気室の圧力を検出する圧力スイッチからの信号
によって、蒸気圧が一定値以下に低下したときに電気ヒ
ータに通電し、缶内の水を加熱して蒸気を発生するもの
である。

【０００３】この場合、蒸気を頻繁に消費するとき、例
えば工業用アイロンのスチームとして上記電気式ボイラ
ーからの蒸気を用いる場合、蒸気室内の圧力が頻繁に上
下するので、電気ヒータもこれに対応して頻繁にオンオ
フされる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ここで、上記従来の小
形電気式ボイラーの場合、電気ヒータのオンオフに機械
式有接点スイッチや電磁開閉器を用いているために、オ
ンオフ毎に接点間にアークが発生し、接点寿命が短くな
り（寿命約数十万回）、消耗部品となってしまうという
問題点があった。又、前記機械式有接点スイッチや電磁
開閉器は、大形でコストが高く、更に中継束線が必要と
なるという問題点があった。

【０００５】更に、電気ヒータが交流電源の高電圧位置
でオンオフされるのでノイズが発生するという問題点が
あった。

【０００６】又、接点寿命が短く交換部品になるので、
機械式有接点スイッチや電磁開閉器を、プリント基板に
実装することが不可能であり、外付けにせざるを得ず、
装置容積が大きくなるという問題点があった。

【０００７】これに対して、トライアック等の無接点開
閉器を用いることも考えられるが、電気ヒータをボイラ
ーの加熱源として用いた場合、蒸気の使用量が多いと常
に電気ヒータがオン状態となり、このためトライアック
の発熱量が大きくなり、放熱板を大きくせざるを得ず、
電気ヒータ駆動装置全体が大型となり、従って装置容
積、コスト共に増大してしまうという問題点がある。

【０００８】特に、トライアックの発熱量が多い場合、
電気ヒータあるいは蒸気室から離間した位置に設けなけ
ればならず、これによって電気ヒータ駆動装置の設計の
自由度が低下すると共に、ボイラー全体が大形化してし
まうという問題点も生じる。

【０００９】この発明は上記従来の問題点に鑑みてなさ
れたものであって、発熱量が大きくならないようにして
半導体式無接点スイッチを用いることにより、無接点開
閉の利点を得ると共に半導体式無接点スイッチの小形化
を図ることができるようにした電気ヒータ駆動装置を提
供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明は、電源と電気
ヒータとの間に、半導体式無接点スイッチと機械式有接
点スイッチを並列に配置すると共に、前記電気ヒータへ
の通電開始時には、前記半導体式無接点スイッチをオン
した後に前記機械式有接点スイッチを閉じ、通電終了時
には、前記半導体式無接点スイッチのオン状態で前記機
械式有接点スイッチを開き、しかる後に前記半導体式無
接点スイッチをオフとする制御装置を設けたことを特徴
とする電気ヒータ駆動装置により、上記目的を達成する
ものである。

【００１１】又請求項２の発明は、請求項１の発明にお
いて、前記制御装置を、前記通電開始時には、前記機械
式有接点スイッチが閉じられた後に前記半導体式無接点
スイッチをオフとし、通電終了時には、前記機械式有接
点スイッチが開く前に前記半導体式無接点スイッチをオ
ンとするように構成したものである。

【００１２】更に、請求項３の発明は、請求項１の発明
において、前記制御装置を、前記半導体式無接点スイッ
チを前記通電開始時にオンした後に、前記機械式有接点
スイッチが開かれるまでオン状態を維持するように構成
したものである。

【００１３】又、請求項５の発明は、請求項１乃至４の
いずれかの発明において、前記半導体式無接点スイッ
チ、機械式有接点スイッチ及び制御装置を１枚の基板に
実装したものである。

【００１４】

【作用】本発明によれば、機械式有接点スイッチと並列
に配置された半導体式無接点スイッチが、機械式有接点
スイッチのオンオフ時に常にオン状態となって、電流が
半導体式無接点スイッチと機械式有接点スイッチの間で
移行するので、これにより機械式有接点スイッチにアー
クが発生することを防止する。従って、機械式有接点ス
イッチの寿命を増大させ、且つノイズ発生が抑制され
る。

【００１５】更に、電気ヒータへの通電状態では機械式
有接点スイッチを介してほとんど電流が電気ヒータに供
給されるので、半導体式無接点スイッチの発熱は機械式
有接点スイッチのオンオフ時のみとなり、半導体式無接
点スイッチの発熱を抑制し、従って半導体式無接点スイ
ッチの小型化、低コスト化を図ることができる。

【００１６】前記半導体式無接点スイッチを、機械式有
接点スイッチが閉じられた後にオフとし、通電終了時に
機械式有接点スイッチが開く前に半導体式無接点スイッ
チをオンとすることによって、半導体式無接点スイッチ
の通電時間を機械式有接点スイッチの開閉時のみとし、
該半導体式無接点スイッチの発熱量を最小限に抑制する
ことができる。

【００１７】又電気ヒータへの通電開始時に半導体式無
接点スイッチをオンした後に、機械式有接点スイッチが
開かれるまでそのオン状態を維持するようにして、半導
体式無接点スイッチのオンオフ回数を低減させて制御を
容易とすることができ、又この場合機械式有接点スイッ
チの通電状態では半導体式無接点スイッチには僅かな電
流しか流れないので、該半導体式無接点スイッチが大き
く発熱することがない。

【００１８】半導体式無接点スイッチ、機械式有接点ス
イッチ及び制御装置が小形化されることによって、これ
らを１枚の基板に実装することができ、又これらの間の
配線を省略することができる。

【００１９】

【実施例】以下本発明の実施例を図面を参照して説明す
る。

【００２０】この実施例は、図１に示されるように、小
形電気式ボイラー（全体図示省略）における電気ヒータ
１０を駆動するための電気ヒータ駆動装置１２を、交流
電源１４と前記電気ヒータ１０との間の一方の電気供給
ライン１６の途中に、トライアックＱ１と小形リレーＲ
Ｌ１を並列に配置すると共に、これらトライアックＱ１
と小形リレーＲＬ１を制御するための制御装置であるタ
イミング回路１８を設けて構成したものである。

【００２１】前記トライアックＱ１はフォトトライアッ
クＰＣ１によって駆動され、又このフォトトライアック
ＰＣ１はフォトトライアックドライブ用のトランジスタ
ＴＲ２を介して前記タイミング回路１８からの信号に基
づいて駆動されるようになっている。

【００２２】ここにおいて、前記フォトトライアックＰ
Ｃ１は０Ｖスイッチ式であり、交流０Ｖで動作させ、且
つ動作を止めることができるようにされている。

【００２３】又前記小形リレーＲＬ１は、該小形リレー
ＲＬ１のコイルドライブ用のトランジスタＴＲ１によっ
て、タイミング回路１８からの信号に基づいて制御され
るようになっている。

【００２４】又、タイミング回路１８には、ボイラーの
蒸気室における圧力を検知して、該圧力が一定値以下と
なったときに信号を出力する圧力検出器２０からの信号
が入力されるようになっている。

【００２５】前記タイミング回路１８は、前記電気ヒー
タ１０への通電開始時には、前記トライアックＱ１をオ
ンした後に僅かな時間遅れで前記小形リレーＲＬ１を閉
じ、通電終了時には前記トライアックＱ１のオン状態の
ままで前記小形リレーＲＬ１を開き、僅かな時間遅れで
前記トライアックＱ１をオフとするようにされている。

【００２６】これを、図２のタイミングチャートで説明
する。

【００２７】交流電源１４のオン状態で、圧力検出器２
０からの蒸気管圧力が一定値以下となったことを検出す
る信号がタイミング回路１８に入力すると、タイミング
回路１８はこの信号に基づいてフォトトライアックドラ
イブ用のトランジスタＴＲ２を動作させ、フォトトライ
アックＰＣ１を駆動して、これによりトライアックＱ１
をオンとする。

【００２８】トライアックＱ１がオンされた後、時間Ｔ
１（約１００ms）の後に、タイミング回路１８は小形リ
レーＲＬ１のコイルドライブ用のトランジスタＴＲ１を
駆動して、小形リレーＲＬ１を閉じるようにする。

【００２９】このとき、交流電源１４から電気ヒータ１
０に対してはトライアックＱ１を通って電流が供給され
ているので、小形リレーＲＬ１が閉じられるときその接
点間にアークが発生することがない。

【００３０】小形リレーＲＬ１を電流が通って電気ヒー
タ１０に供給される間は、トライアックＱ１にはほとん
ど電流が流れることがない。又、流れたとしても非常に
僅かであり、その発熱量はほとんど無視することができ
る。

【００３１】次に、電気ヒータ１０への通電を終了する
場合、即ち圧力検出器２０からの信号がオフとなったと
き、タイミング回路１８からの信号に基づいてトランジ
スタＴＲ１の動作が止められ、これにより小形リレーＲ
Ｌ１が開かれる。

【００３２】このとき、トライアックＱ１はオン状態で
あるので、小形リレーＲＬ１が開くとき、交流電源１４
からの電流が該トライアックＱ１に流れ、小形リレーＲ
Ｌ１の接点にアークが発生することがない。小形リレー
ＲＬ１の開かれた後、時間Ｔ３（約１００〜３００ms）
の後にタイミング回路１８によりトランジスタＴＲ２の
動作が止められ、これによってフォトトライアックＰＣ
１がオフとなり、トライアックＱ１がオフとなる。この
時点で電気ヒータ１０への通電が終了する。

【００３３】この間、トライアックＱ１には通電開始時
の時間Ｔ１と通電終了時のＴ３の間にのみ通電されるの
で、その発熱量は非常に僅かである。

【００３４】又、小形リレーＲＬ１の開閉時にはいずれ
の場合もトライアックＱ１がオン状態であるので、小形
リレーＲＬ１の接点間にアークが発生して該接点を消耗
させることがない。

【００３５】この実施例においては、従来、耐アーク性
の強い長寿命で大形、高価なリレーや電磁開閉器等を使
用していたが、小形で安価なリレーであっても寿命を大
幅に増大することができるようになった。

【００３６】又、トライアックＱ１は実質的に僅かの間
のみ通電されるので、放熱板が不要になり、これも小形
且つ低コスト化することができた。

【００３７】又、フォトトライアックＰＣ１は交流の０
Ｖで動作させ、あるいは動作を止めることができるの
で、交流電源の高い電圧位置でオンオフする場合と比較
してノイズの発生を大幅に抑制することができる。

【００３８】更に、小形リレーＲＬ１は、従来の大形リ
レー等と比較してその駆動電力が少なくて済み、このた
めのトランスの小形、低コスト化を図ることもできる。

【００３９】この結果、上記のような電気ヒータ駆動装
置１２を実際の小形電気式ボイラーに取り付ける場合
は、図３に示されるように、トライアックＱ１、小形リ
レーＲＬ１、フォトトライアックＰＣ１、トランジスタ
ＴＲ１、ＴＲ２及びタイミング回路１８を、小形化した
トランス２４と共に１枚のプリント基板２２に実装して
用いることができる。従って、従来のリレー駆動電源用
のトランスと交流電源との間の配線、又このトランスと
制御基板との間の配線が不要になる。

【００４０】なお、上記実施例において、小形リレーＲ
Ｌ１が閉じられて電気ヒータ１０に通電している間、前
記トライアックＱ１もオン状態とされているが、本発明
はこれに限定されるものでなく、トランジスタＴＲ２及
びフォトトライアックＰＣ１を介して、小形リレーＲＬ
１が閉じられた後にオフとし、且つ小形リレーＲＬ１が
開かれる直前にオンとなるようにしてもよい。

【００４１】前述の場合、電気ヒータ１０に通電中に、
交流電源１４からの電流はオン抵抗の低い小形リレーＲ
Ｌ１側にほとんど流れ、僅かにトライアックＱ１にも流
れるが、上記のように小形リレーＲＬ１の接点が閉じら
れている間、トライアックＱ１をオフ状態とすると電流
が全く流れないので、該トライアックＱ１の寿命を更に
増大させることができる。

【００４２】なお、上記実施例において、小形リレーＲ
Ｌ１と並列にトライアックＱ１を設けたが、本発明はこ
れに限定されるものでなく、要するに、リレー等の機械
式有接点スイッチと、トライアック等の半導体式無接点
スイッチとを並列に接続させて電気ヒータを駆動させる
ものであればよい。従って、リレー以外の電磁開閉器を
用いてもよく、又トライアックに変えてサイダックを用
いるようにしてもよい。

【００４３】

【発明の効果】本発明は上記のように構成したので、電
気ヒータのオンオフ時に電流が半導体式無接点スイッチ
と機械式有接点スイッチの両方に分配され、これにより
機械式有接点スイッチにアークが発生することを防止す
る。従って、機械式有接点スイッチの寿命を増大させ、
且つノイズ発生が抑制される。

【００４４】更に、電気ヒータへの通電状態では機械式
有接点スイッチを介してほとんどの電流が電気ヒータに
供給されるので、半導体式無接点スイッチの発熱は機械
式有接点スイッチのオンオフ時のみとなり、半導体式無
接点スイッチの発熱を抑制し、従って半導体式無接点ス
イッチの小型化、低コスト化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る電気ヒータ駆動装置の実施例を示
す回路図

【図２】同実施例装置の作用を示すタイミングチャート

【図３】同実施例装置をプリント基板に実装した状態を
示す平面図

【符号の説明】

１２…電気ヒータ駆動装置 １４…交流電源 １６…電力供給ライン １８…タイミング回路 ２０…圧力検出器 ２２…プリント基板 Ｑ１…トライアック ＲＬ１…小形リレー ＰＣ１…フォトトライアック ＴＲ１、ＴＲ２…トランジスタ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電源と電気ヒータとの間に、半導体式無接
   点スイッチと機械式有接点スイッチを並列に配置すると
   共に、前記電気ヒータへの通電開始時には、前記半導体
   式無接点スイッチをオンした後に前記機械式有接点スイ
   ッチを閉じ、通電終了時には、前記半導体式無接点スイ
   ッチのオン状態で前記機械式有接点スイッチを開き、し
   かる後に前記半導体式無接点スイッチをオフとする制御
   装置を設けたことを特徴とする電気ヒータ駆動装置。
2. 【請求項２】請求項１において、前記制御装置は、前記
   通電開始時には、前記機械式有接点スイッチが閉じられ
   た後に前記半導体式無接点スイッチをオフとし、通電終
   了時には、前記機械式有接点スイッチが開く前に前記半
   導体式無接点スイッチをオンとするように構成されたこ
   とを特徴とする電気ヒータ駆動装置。
3. 【請求項３】請求項１において、前記制御装置は、前記
   半導体式無接点スイッチを、前記通電開始時にオンした
   後に、前記機械式有接点スイッチが開かれるまでオン状
   態を維持するように構成されたことを特徴とする電気ヒ
   ータ駆動装置。
4. 【請求項４】請求項１、２又は３において、前記半導体
   式無接点スイッチを交流の０Ｖでオン・オフさせるよう
   に構成したことを特徴とする電気ヒータ駆動装置。
5. 【請求項５】請求項１乃至４のいずれかにおいて、前記
   半導体式無接点スイッチ、機械式有接点スイッチ及び制
   御装置を１枚の基板に実装したことを特徴とする電気ヒ
   ータ駆動装置。