JPH0984694A - 電気湯沸かし器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コストが安く、かつ回路基板の発熱が小さ
く、かつ電源回路内の部品が故障した時に他の部品に過
電圧が印加されない電気湯沸かし器を提供する。 【解決手段】 交流電源に接続される整流素子とコンデ
ンサとヒーターと、そのコンデンサの両端電圧を第１電
圧に維持する制御素子と、前記コンデンサに接続された
スイッチング部と、そのスイッチング部に接続された制
御部とを備え、前記両端電圧が第１電圧を越えると、前
記スイッチング部をスイッチングさせ前記両端電圧を第
２電圧に維持する様に、前記制御部が制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電気湯沸かし器に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、このタイプの湯沸かし器は例えば
特公平６−８５７３６号公報に開示されている。この公
報によると、交流電源にリレーとヒーターが直列接続さ
れ、交流電源に電源回路を介して制御部（マイクロコン
ピュータ）が接続されている。そして温度センサーの入
力により制御部から制御信号がリレーに出力している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしこの湯沸かし器
では、制御部用に電圧変動が少ない低電圧の直流電圧が
要求されるため、上述の電源回路はトランスと整流回路
と平滑回路を必要とし、コスト高になる第１の欠点があ
る。そのため回路基板上に酸化金属抵抗を配置し交流電
源を降圧させる手段ではこの抵抗が回路基板上に大きな
スペースを必要とし、かつ抵抗の発熱量が大きい第２の
欠点がある。

【０００４】そこで本発明者はヒーターに整流素子とコ
ンデンサを接続し、コンデンサに制御素子を接続した。
そして、コンデンサの両端電圧に応じて制御素子をスイ
ッチングさせ、コンデンサの両端電圧を安定化し、電源
回路を構成した。しかし万一例えば制御素子がオープン
モードで故障した場合、コンデンサの両端電圧は所定値
を越え、電源回路内の部品に過電圧が印加され、各部品
と回路基板が過熱する第３の欠点がある。

【０００５】故に本発明はこの様な従来の欠点を考慮し
て、コストが安く、かつ回路基板の温度上昇が小さく、
かつ電源回路内の部品が故障した時に他の部品に過電圧
が印加されない電気湯沸かし器を提供する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上述の課題を解
決するために、交流電源に直列接続される整流素子とコ
ンデンサとヒーターと、コンデンサの両端電圧を第１電
圧に維持する制御素子と、コンデンサに接続されたスイ
ッチング部と、スイッチング部に接続された制御部とを
備え、両端電圧が第１電圧を越えると、スイッチング部
をスイッチングさせ、両端電圧を第２電圧に維持する様
に、制御部が制御するものである。

【０００７】そして更に望しくは、制御部に報知手段を
接続させ、両端電圧が第２電圧に到達すると、制御部が
報知手段に故障表示をさせるものである。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を図
１と図２に従い説明する。図１は本実施の形態に係る電
気湯沸かし器の断面図、図２はその電気湯沸かし器の電
気回路図である。これらの図に於て、フレーム１は円筒
状のものであり、容器２はフレーム１に内装された有底
筒状のものである。ヒーターセット３は水等を収納する
容器２の底部に密着して取付けられた湯沸かし用ヒータ
ー４とヒーター（保温用）５からなる。裏蓋６はフレー
ム１の下部に固定され、容器２の底壁との間に収納空間
７が設けられている。

【０００９】給湯パイプ８は一端が容器２に連通し他端
がフレーム１の外に導出している。給湯ポンプ９は給湯
パイプ８の経路に位置し、収納空間７内に配置固定さ
れ、直流モーター１０により駆動される。収納ボックス
１１は湯沸かしヒーター４とヒーター５と給湯ポンプ９
の制御を行う制御部品を収納している。

【００１０】温度センサー１２は容器２の外底面に密着
して取付けられ、蓋体１３はフレーム１の上部に開閉自
在に設けられ、通路１３ａは容器２内の蒸気の通路であ
る。給湯スイッチ１４は本体前面の上部に設けられ、再
沸騰スイッチ１５は下部に設けられている。

【００１１】次に電気回路を図２に従い説明する。リレ
ー接点１６が湯沸かし用ヒーター４に直列接続され、そ
れが交流電源１７に接続されている。サージ吸収素子１
８とコンデンサ１９が並列接続され、その並列接続され
たものの一端は交流電源１７の一端２０に接続され、そ
の他端は交流電源１７の他端２１に接続されている。

【００１２】サージ吸収素子１８は例えばバリスタから
なり、約１００Ｖの電圧が印加された時は、高抵抗とし
て働き、他の回路に殆んど影響を与えない。しかし外部
からのサージ電圧が印加される場合は、サージ吸収素子
１８は低抵抗として働き、サージ電圧によるエネルギー
を吸収する。整流素子Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４は例えば
ブリッジ整流回路２２を構成し、交流電圧を全波整流し
ている。

【００１３】トランジスタ２３のコレクタは第１リード
線２４に接続され、エミッタは第２リード線２５に接続
され、ベースは抵抗２６を介してトランジスタ２７のコ
レクタに接続されている。

【００１４】トランジスタ２７のエミッタは第１リード
線２４に接続され、ベースは抵抗２８、２９の中間点に
接続されている。抵抗２８の他端は第１リード線２４に
接続され、抵抗２９の他端は第３リード線３０を介して
制御部（例えばマイクロコンピュータよりなる）３１の
端子Ｐ１に接続されている。これらのトランジスタ２
３、２７と抵抗２６、２８、２９によりスイッチング部
３２が構成されている。

【００１５】制御素子３３は例えばＴＲＩＡＣからな
り、その両端は各々第１リード線２４と第２リード線２
５に接続されている。また制御素子３３はトランジスタ
等より構成しても良い。検出回路３４はツェナーダイオ
ード３５（ツェナー電圧は例えば１１Ｖ）と抵抗３６と
の直列回路からなり、その一端が制御素子３３のゲート
に接続され、その他端が第４リード線３７に接続されて
いる。

【００１６】ダイオード３８は第２リード線２５と第４
リード線３７との間に接続され、コンデンサ３９の一端
は第１リード線２４に接続され、他端は第４リード線３
７に接続されている。この様に、交流電源１７の一端２
０と整流素子Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４とコンデンサ３９
とヒーター５と交流電源１７の他端２１は直列接続され
ている。また制御素子３３はダイオード３８を介してコ
ンデンサ３９に並列接続されている。

【００１７】第５リード線４０の一端は第１リード線２
４に接続され、他端は制御部３１の端子Ｐ２、Ｐ３に接
続されている。また第５リード線４０の他端は保温ラン
プ４１と抵抗を介して端子Ｐ４に、湯沸かしランプ４２
と抵抗を介して端子Ｐ５に、再沸騰スイッチ１５と抵抗
を介して端子Ｐ６に接続されている。そして後述する様
に、保温ランプ４１又は湯沸かしランプ４２又は両ラン
プ４１、４２により報知手段４２ａが構成されている。

【００１８】リレー回路４３はコイルとダイオードが並
列接続されたものであり、リレー回路４３の一端はトラ
ンジスタ４４のコレクタと接続され、他端は抵抗を介し
て第４リード線３７に接続されている。

【００１９】トランジスタ４４のエミッタは第１リード
線２４に接続され、トランジスタ４４のベースは抵抗４
５と４６の中間点に接続され、抵抗４５の他端は第１リ
ード線２４に、抵抗４６の他端は制御部３１の端子Ｐ７
に接続されている。

【００２０】直流モーター１０からなる給湯ポンプ９の
一端は給湯スイッチ１４を介してトランジスタ４７のコ
レクタに接続され、給湯ポンプ９の他端は第４リード線
３７に接続されている。トランジスタ４７のエミッタは
第１リード線２４に接続されベースは抵抗４８と４９の
中間点に接続され、抵抗４８の他端は第１リード線２４
に接続され、抵抗４９の他端は制御部３１の端子Ｐ８に
接続されている。

【００２１】ツェナーダイオード５０のツェナー電圧は
例えば１５Ｖであり、そのカソードは抵抗を介してトラ
ンジスタ５１のベースに接続され、アノードは第４リー
ド線３７に接続されている。トランジスタ５１のエミッ
タは第１リード線２４に接続され、コレクタは抵抗を介
して後述の第６リード線５２と同電位部に接続されてい
る。またトランジスタ５１のコレクタは抵抗を介して制
御部３１の端子Ｐ９に接続されている。これらのツェナ
ーダイオード５０とトランジスタ５１と２個の抵抗によ
り、電圧検出部５３が構成されている。

【００２２】ツェナーダイオード５４のカソードは第１
リード線２４に接続され、アノードはトランジスタ５５
のベースに接続され、抵抗５６の一端はツェナーダイオ
ード５４とトランジスタ５５のベースとの中間点に接続
され、他端は第４リード線３７に接続されている。トラ
ンジスタ５５のコレクタは第４リード線３７に、エミッ
タは第６リード線５２に接続されている。

【００２３】コンデンサ５７の一端は第１リード線２４
に、他端は第６リード線５２に接続されている。制御部
３１の各端子に接続された接地記号の部分は、第６リー
ド線５２と同電位である事を示す。

【００２４】温度センサー１２の一端は第５リード線４
０に接続され、他端は抵抗５８を介して制御部３１の端
子Ｐ１０に接続され、その他端は抵抗５９を介して第６
リード線５２と同電位部に接続されている。これらの部
品により、本実施の形態に係る電気湯沸かし器が構成さ
れている。

【００２５】次に、この電気湯沸かし器の動作を再び図
１と図２に従い説明する。最初に容器２内に水を入れ、
電気湯沸かし器の電源プラグを電源コンセント（いずれ
も図示せず）に挿入する。

【００２６】交流電源１７が正電位の時に、整流素子Ｄ
１と第１リード線２４とコンデンサ３９と第４リード線
３７とダイオード３８と第２リード線２５と整流素子Ｄ
２とヒーター５に電流が流れ、コンデンサ３９の両端電
圧が上昇し始める。この時、制御素子３３はコンデンサ
３９の両端電圧がまだ低いためオフしている。

【００２７】そして、コンデンサ３９の両端電圧がツェ
ナーダイオード３５のツェナー電圧（例えば１１Ｖ）以
上になると、検出回路３４に電流が流れ、制御素子３３
にゲート電流が流れ、制御素子３３がオンする。そし
て、交流電源１７から整流素子Ｄ１と第１リード線２４
と制御素子３３と第２リード線２５と整流素子Ｄ２とヒ
ーター５へと電流が流れる。

【００２８】その結果、コンデンサ３９の両端電圧が低
下し、検出回路３４へ電流が流れなくなり、制御素子３
３がオフする。この様に制御素子３３がオフすると、再
びコンデンサ３９が充電され、コンデンサ３９の両端電
圧が再び上昇し始める。

【００２９】上述の様に制御素子３３はコンデンサ３９
の両端電圧が第１電圧（約１１Ｖ）以上の時はオンし、
両端電圧が第１電圧より低い時はオフする様に、スイッ
チング動作を行う。即ち制御素子３３はコンデンサ３９
の両端電圧が略第１電圧（例えば約１１Ｖ）に維持され
る様に、スイッチングを行う。

【００３０】また交流電源１７が負電位の時に、交流電
源１７の他端２１からヒーター５と整流素子Ｄ３と第１
リード線２４とコンデンサ３９と第４リード線３７とダ
イオード３８と第２リード線２５と整流素子Ｄ４と交流
電源１７の一端２０に電流が流れる。その後の動作は上
述の正電位の場合と同じである。

【００３１】そして、電源回路６０では、ヒーター５が
比較的低インピーダンス（約３００オーム程度）である
ので、負荷回路としての給湯ポンプ９とリレー回路４３
と制御部３１を全て接続しても、各回路９、３１、４３
に十分な電流を供給できる。上述の様に電源回路６０
は、コンデンサ３９の両端に接続された負荷回路９、４
３に約１１Ｖの直流電圧を供給している。また、コンデ
ンサ３９の両端電圧はツェナーダイオード５４で降圧さ
れ、制御部３１に約５Ｖの直流電圧を供給している。

【００３２】この様に安定電圧が供給され、電源投入時
では容器２内の水温が低いため、温度センサー１２の抵
抗値が大きい。そして、この大きい抵抗値に対応する電
圧が制御部３１内の端子Ｐ１０に入力すると、制御部３
１は端子Ｐ７に「Ｌ」信号を出力する。その結果、端子
Ｐ７に接続されたリード線は低電圧となり、トランジス
タ４４がオンし、リレー回路４３が通電し、リレー回路
４３に接続されたリレー接点１６がオンし、湯沸かし用
ヒーター４が通電する。

【００３３】次に湯温が上昇し略沸騰温度に達すると、
温度センサー１２の抵抗値が小さくなり、制御部３１の
端子Ｐ１０への出力が所定値となり、制御部３１が「沸
騰」と判定し、端子Ｐ７へ「Ｈ」信号を出力する。その
結果、端子Ｐ７に接続されたリード線の電圧が上がり、
トランジスタ４４がオフし、リレー回路３１が非通電と
なり、リレー接点１６がオフし、湯沸かし用ヒーター４
が非通電となり、保温動作に移る。

【００３４】そして使用者が湯を必要とし給湯スイッチ
１４をオンすると、制御部３１は保温時には端子Ｐ８に
「Ｌ」信号を出力しているため、端子Ｐ８に接続された
リード線が低電圧となり、トランジスタ４７はオンし、
直流モーター１０が通電し、給湯ポンプ９が通電し、出
湯が開始する。

【００３５】また、整流素子Ｄ１〜Ｄ４とコンデンサ３
９とヒーター５又は整流素子Ｄ１〜Ｄ４と制御素子３３
とヒーター５の回路で電流が流れるため、ヒーター５は
常時通電され、略一定の電力（例えば３２Ｗ）を消費す
る。これにより約２．２リットルの容量の電気湯沸かし
器では、適正な保温電力となる。以上により、この電気
ポットが正常動作している状態の説明を終わる。

【００３６】次に電源回路６０内の部品が故障した場合
の説明を図１乃至図３に従い行う。図３は制御部３１の
主たる処理への割り込み処理のフローチャートである。
そして、整流素子Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４と制御素子３
３とダイオード３８とヒーター５と検出回路２６とコン
デンサ３９からなる電源回路６０内に於て、例えば制御
素子３３がオープンモードで故障した場合を説明する。
図３に示す様に、制御部３１の主たる処理に対して、１
ミリ秒毎に割り込み処理が起動され、「割り込み処理」
が開始する。

【００３７】例えば上述の様に、制御素子３３がオープ
ンモードで故障すると、制御素子３３に電流が流れなく
なる。その結果、コンデンサ３９への充電電流が増え、
コンデンサ３９の両端電圧は第１電圧（例えば１１Ｖ）
を越える。そして両端電圧が更に大きくなり電圧検出部
５３内のツェナーダイオード５０のツェナー電圧（即ち
これが第２電圧であり、例えば１５Ｖ）を越えると、ツ
ェナーダイオード５０へ電流が流れ、トランジスタ５１
がオンとなる。それ故に、トランジスタ５１に接続され
た制御部３１の端子Ｐ９に「Ｈ」信号が入力し、「Ｐ９
はＨか」がＹＥＳと判定される（ステップＳ１）。

【００３８】次に、制御部３１内で「故障モード確定」
が行われる（ステップＳ２）。即ち制御部３１内のＲＡ
Ｍのデータの故障モードフラグが「１」である事が記憶
され現在、この電気湯沸かし器は故障である事が制御部
３１に認識される。

【００３９】そして、制御部３１は端子Ｐ７に「Ｈ」信
号を出力し、トランジスタ４４をオフにし、リレー回路
４３を非通電（オフ）状態にする（ステップＳ３）。そ
の結果、リレー接点１６がオフし、湯沸かし用ヒーター
４が非通電となり、安全性が確保される。

【００４０】この様に端子Ｐ９に「Ｈ」信号が入力さ
れ、コンデンサ３９の両端電圧が第２電圧に到達したと
判定されると、故障表示を行わせる（ステップＳ４）。
例えば制御部３１は「Ｈ」信号と「Ｌ」信号を交互に端
子Ｐ４に出力する事により、保温ランプ４１が点滅し、
報知手段４２ａは、この電気湯沸かし器が故障している
事を使用者に知らせる。また報知手段４２ａとして、ブ
ザーを設け、ブザー音により故障を知らせても良い。

【００４１】次に再び「Ｐ９はＨか」の判定がなされ、
端子Ｐ９に「Ｈ」信号が入力されていると（ステップＳ
５）、端子Ｐ１に「Ｌ」信号を出力する（ステップＳ
６）。その結果、端子Ｐ１に接続された第３リード線３
０が低電圧となり、スイッチング部３２内のトランジス
タ２７、２３がオンとなる。そして交流電源１７から整
流素子Ｄ１と第１リード線２４とトランジスタ２３のコ
レクタとエミッタ間と第２リード線２５と整流素子Ｄ２
とヒーター５を介して電流が流れる。その結果、コンデ
ンサ３９の両端電圧は下降を始める。

【００４２】この様な割り込み処理が１ミリ秒毎に主た
る処理に割り込まれる。そして上述のフローと同じ処理
が複数回行われる。

【００４３】この様な処理により、コンデンサ３９の両
端電圧が更に下降し、ツェナーダイオード５０のツェナ
ー電圧（第２電圧）より小さくなると、ツェナーダイオ
ード５０への電流が停止し、トランジスタ５１がオフと
なる。

【００４４】その結果、制御部３１の端子Ｐ９に「Ｌ」
信号が入力される。それ故に、第Ｎ回目の割り込み処理
に於て、「Ｐ９はＨか」がＮＯと判定され（ステップＳ
１）「故障モードか」否かが判定される（ステップＳ
７）。即ち、制御部３１内のＲＡＭのデータに於ける故
障モードフラグが「１」か「０」かが判定される。上述
の場合、第１回目の割り込み処理に於て故障モードフラ
グが「１」である事が記憶されているので、「故障モー
ドか」がＹＥＳと判定される（ステップＳ７）。

【００４５】そして上述の様にステップＳ２、Ｓ３、Ｓ
４を行う。また端子Ｐ９に「Ｌ」信号が入力されている
ので、「Ｐ９はＨか」がＮＯと判定され（ステップＳ
５）、端子Ｐ１に「Ｈ」信号を出力する（ステップＳ
８）。

【００４６】その結果、第３リード線３０の電圧が上が
り、トランジスタ２７、２３がオフする。この様にして
トランジスタ２３のコレクタとエミッタ間に流れる電流
が停止するので、コンデンサ３９への充電電流が流れ、
コンデンサ３９の両端電圧が上昇する。この様にして、
第Ｎ回目の割り込み処理を終了する。そして１ミリ秒毎
に上述のフローと同じ処理が複数回行われる。

【００４７】この様にして、コンデンサ３９の両端電圧
（第１電圧例えば１１Ｖ）より大きい第２電圧（即ちツ
ェナーダイオード５０のツェナー電圧１５Ｖ）にてコン
デンサ３９の両端電圧が維持される様に、スイッチング
部３２はスイッチングする。

【００４８】上述の様に、電源回路６０内の部品例えば
制御素子３３がオープンモードで故障した場合、スイッ
チング部３２によりコンデンサ３９の両端電圧を第２電
圧に維持する事により、電源回路６０内の部品とスイッ
チング部３２内のトランジスタ２７、２３と給湯ポンプ
９と制御部３１とリレー回路４３に第２電圧を越す過電
圧が印加される事が防止出来る。

【００４９】また、電源回路６０内の部品の故障がなけ
れば（正常動作時）、コンデンサ３９の両端電圧は検出
部５３の第２電圧に到達していないので、割り込み処理
に於て「Ｐ９はＨか」否かがＮＯと判定される（ステッ
プＳ１）。そして故障モードのフラグは「０」であるの
で、「故障モードか」否かがＮＯと判定され（ステップ
Ｓ７）、割り込み処理を終了する。以上にて動作説明を
終わる。

【００５０】

【発明の効果】本発明は上述の様に、交流電源からの電
圧が整流素子により整流されヒーターにより降圧され、
コンデンサの両端電圧は上昇し、両端電圧が第１電圧以
上になると、制御素子はオンし電流は制御素子を流れ、
コンデンサの充電電流がなくなり、両端電圧は降下す
る。この様に制御素子はコンデンサの両端電圧を略一定
の第１電圧に保つ様にスイッチングを繰り返すので、コ
ンデンサに並列接続された負荷回路へ略一定の電圧を供
給できる。

【００５１】また、整流素子と制御素子と降圧抵抗とし
てのヒーターとコンデンサにより電源回路を構成するの
で、従来の様に高価な電源トランスが必要ないため、安
価かつ小型かつ電圧変動の少ない電源回路が得られる。
また、リレー回路と給湯ポンプと制御部ヘ電圧を供給す
る電源回路を共通化できる。故に個別に整流回路と平滑
回路を設ける従来品と比べて、低コストで製造できる。
また従来の様に、大型の酸化金属抵抗を用いる必要がな
いので、回路部品の温度上昇が小さく、かつ小さい回路
基板で済む。

【００５２】そして、電源回路内の部品例えば制御素子
がオープンモードで故障した場合、スイッチング部によ
りコンデンサの両端電圧を第１電圧より大きい第２電圧
に維持する事により、電源回路内の部品とスイッチング
部内の部品と制御部等に第２電圧を越える過電圧が印加
される事が防止出来る。

【００５３】そして本発明は望しくは、両端電圧が第２
電圧に到達すると、制御部が報知手段に故障表示させる
事により、この電気湯沸かし器が故障している事を使用
者に報知する事が出来、安全性がより向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る電気湯沸かし器の断
面図である。

【図２】前記電気湯沸かし器の電気回路図である。

【図３】前記電気湯沸かし器に用いられる制御部の割り
込み処理のフローチャートである。

【符号の説明】

Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４ 整流素子 ５ ヒーター ３１ 制御部 ３２ スイッチング部 ３３ 制御素子 ３９ コンデンサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 浅井 和輝 鳥取県鳥取市南吉方３丁目201番地 鳥取 三洋電機株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流電源に接続される整流素子とコンデ
   ンサとヒーターと、該コンデンサの両端電圧を第１電圧
   に維持する制御素子と、前記コンデンサに接続されたス
   イッチング部と、該スイッチング部に接続された制御部
   とを備え、前記両端電圧が第１電圧を越えると、前記ス
   イッチング部をスイッチングさせ前記両端電圧を第２電
   圧に維持する様に、前記制御部が制御する事を特徴とす
   る電気湯沸かし器。
2. 【請求項２】 前記制御部に報知手段を接続させ、前記
   両端電圧が前記第２電圧に到達すると、前記制御部が前
   記報知手段に故障表示をさせる事を特徴とする請求項１
   の電気湯沸かし器。