JPH10162934A - 電気ヒータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電気ヒータの連続運転時にその定格通りの発
熱量が得ることが可能であり、しかも通電初期時に大き
な電流が流れないようにする。 【構成】 発熱体１０に流れる電流はその抵抗値が最も
小さい通電初期時に最大になる傾向となる。ただ、出力
切り換え手段２０により、通電初期時に発熱体１０に通
電する電圧の実効値が連続運転時に比べて小さくなるよ
うに発熱体１０に通電する電圧が切り換えられているの
で、通電初期時に発熱体に流れる過電流は抑制され、結
果として、連続運転時に発熱体１０の定格通りの発熱量
を発生させることが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は温度上昇に伴って抵
抗値が増加する特性の発熱体を備えた電気暖房機、電気
式の低温サウナ、乾燥器等に利用される電気ヒータに関
する。

【０００２】

【従来の技術】電気暖房機等に使用される発熱体の一つ
として耐熱ガラスの表面に金属膜が形成された構造のガ
ラスヒータがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、この種のガ
ラスヒータは温度上昇に伴って抵抗値が顕著に変化する
という本質的な欠点がある。

【０００４】１０００Ｗのガラスヒータの温度抵抗特性
を図２中破線で示している。即ち、通電時の常温２０℃
のときには抵抗値が１０Ωであるが、連続運転時の２０
０℃まで温度が上昇すると抵抗値が１３Ω程度にまで増
加する。ガラスヒータに通電する電圧が１００Ｖである
とき、通電初期時にガラスヒータに流れる１０Ａの電流
が連続運転時には約７．５Ａまで低下する。これは、１
０００Ｗのガラスヒータであるにもかかわらず、連続運
転時には約７５０Ｗまで低下することを意味する。

【０００５】もっとも、１０００Ｗ以上のガラスヒータ
を使用すれば、少なくとも連続運転時に１０００Ｗの発
熱量が得られることになる。ただ、通電時に１０Ａ以上
の大きな電流が流れ、電気暖房機等に装備されたブレー
カが誤作動するおそれがある。通電時にガラスヒータに
流れる電流によりブレーカが誤作動しないように、その
許容電流値を上げると、この問題も一応解消されるもの
の、安全保護の面からすると、この方法を採ることも必
ずしも好ましいことではない。

【０００６】本発明は上記した事情に鑑みて創案された
ものであり、その目的とするところは、発熱体の連続運
転時にその定格通りの発熱量が得ることが可能であり、
しかも通電初期時に大きな電流が流れないように改良し
た電気ヒータを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係る電気ヒータ
は、温度上昇に伴って抵抗値が増加する特性を有した発
熱体と、通電初期時に発熱体に通電する電圧の実効値が
連続運転時に比べて小さくなるように発熱体に通電する
電圧を切り換える出力切り換え手段とを具備した構成に
なっている。より好ましくは、出力切り換え手段とし
て、温度センサにより発熱体の温度を検出し、この検出
結果に応じて発熱体に通電する電圧を切り換える構成の
ものを用いることが望ましい。あるいは電流センサによ
り発熱体に流れる電流を検出し、この検出結果に応じて
発熱体に通電する電圧を切り換える構成のものを用いる
ことが望ましい。発熱体としては、例えば、ガラスの表
面に金属膜を形成した構成のガラスヒータがある。

【０００８】即ち、温度上昇に伴って抵抗値が増加する
特性を有した発熱体を用いる以上、発熱体に流れる電流
はその抵抗値が最も小さい通電初期時に最大になる傾向
となる。ただ、通電初期時に発熱体に通電する電圧の実
効値が連続運転時に比べて小さくなるように発熱体に通
電する電圧が切り換えられているので、上記したような
通電初期時に発熱体に流れる過電流は抑制され、結果と
して、通電初期時、連続運転時に発熱体の定格通りの発
熱量を発生させることが可能となる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図１は電気ヒータの回路構成図、図
２は発熱体の温度抵抗特性を示すグラフである。

【００１０】ここに例示する電気ヒータは電気暖房機、
電気式の低温サウナ、乾燥器等に装備されているもので
あって、図１に示すように、温度上昇に伴って抵抗値が
増加する特性を有する発熱体１０と、通電初期時に発熱
体１０に通電する電圧の実効値が連続運転時に比べて小
さくなるように発熱体１０に通電する電圧を切り換える
出力切り変え手段２０とから構成されている。

【００１１】発熱体１０としては、ここでは耐熱ガラス
の表面に金属膜が形成された構造の１０００Ｗのガラス
ヒータが使用されている。図２はガラスヒータの温度抵
抗特性を示している。図中破線で示すように、従来は常
温（２０℃）で約１０Ωを示すものを用いていたが、こ
こでは、図中実線で示すように連続運転時の２００℃で
約１０Ωを示すものを用いる。常温では１０Ωより小さ
い約７Ωの抵抗値を示す。

【００１２】出力切り変え手段２０としては、図１に示
すように、温度センサ２１により発熱体１０の温度を検
出し、この検出結果に基づいて発熱体１０に通電する電
圧を定格電圧（１００Ｖ）に切り換えるような回路構成
のものを用いている。

【００１３】具体的には、スイッチ４０を介して入力さ
れた商用交流を１００Ｖと８３．５Ｖの交流に変換する
トランス２２と、トランス２２の１００Ｖ、８３．５Ｖ
用の出力端子２２１ａ、２２１ｂと発熱体１０との間に
各々接続されたリレー２６ａ、２６ｂと、リレー２６
ａ、２６ｂの各コイルを励磁するためトランジスタ２３
ａ、２３ｂと、温度センサ２１からの出力に基づいてト
ランジスタ２３ａ、２３ｂのオンオフを切り換えるため
の信号を生成するマイクロコンピュータ２４とから構成
されている。

【００１４】マイクロコンピュータ２４によりリレー２
６ａ、２６ｂを切り換えて、発熱体１０に対して通電初
期時に８３．５Ｖの交流電圧を通電させ、連続運転時に
１００Ｖの交流電圧を通電させるようになっている。

【００１５】通電初期時には発熱体１０の温度は常温の
約２０℃であるが、連続運転時には約２００℃まで上昇
する。発熱体１０の抵抗値はその温度にほぼ比例する
（図２参照）、マイクロコンピュータ２４には温度セン
サ２１により発熱体１０の温度のデータが入力されてい
るので、このデータに基づいて発熱体１０の抵抗値が推
定できる。マイクロコンピュータ２４のシーケンスは次
の通りである。

【００１６】電気ヒータの図外のスイッチがオンにされ
ると、まず、リレー２６ａをオフ、リレー２６ｂをオン
にし、発熱体１０に８３．５Ｖの交流電圧を通電させ
る。

【００１７】発熱体１０に１００Ｖの定格電圧を印加し
たとしても定格電流１０Ａ（１００Ｖ／１０Ω）以上の
電流が流れないような抵抗値にまで増加したことを確認
したところで、リレー２６ａをオン、リレー２６ｂをオ
フにして、発熱体１０に１００Ｖの交流電圧を通電させ
る。

【００１８】なお、マイクロコンピュータ２４は図外の
室内温度センサに基づいて発熱体１０に与える電力を制
御し、室内温度を設定温度に一定に保つ機能をも有して
いる。即ち、連続運転時にトランジスタ２３ａを通じて
リレー２６ａをオンオフ制御させ、発熱体１０に通電す
る１００Ｖの交流電圧のデューティ比を可変にさせるよ
うになっている。

【００１９】そして、電気ヒータの図外のスイッチがオ
フにされると、リレー２６ａ、２６ｂを何れもオフにし
て、発熱体１０への通電を停止させる。

【００２０】この場合、連続運転時に発熱体１０の定格
通り１０００Ｗの発熱出力が得られる。従来、１０００
Ｗのガラスヒータを用いていたにもかかわらず、連続運
転時に約７５０Ｗの発熱出力しか得られない場合と比較
すると、発熱出力が２〜３割増加することになり、発熱
体１０の発熱能力を最大限に引き出すことが可能とな
る。

【００２１】通電初期時、発熱体１０に流れる電流（通
電初期最大電流）は約１１．９Ａ（８３．５Ｖ／７Ω）
であり、定格電流１０Ａ（１００Ｖ／１０Ω）に比べて
若干大きいものの、発熱体１０が通電されるとその抵抗
値が増加して直ぐに小さくなる。しかも通電初期最大電
流と定格電流の差は従来に比べると遙かに小さいので、
許容電流の大きいブレーカーを用いなくとも、これが誤
作動するおそれがなくなる。即ち、電気暖房機等に装備
された図外のブレーカーの許容電流値を最大限に下げる
ことができ、安全保護の面でも有利となる。

【００２２】また、連続運転時に発熱体１０の定格通り
１０００Ｗの発熱出力が得られることは上記したが、本
実施例では通電初期時にも１０００Ｗの発熱出力が得ら
れる。逆に言うと、通電初期時に１０００Ｗの発熱出力
が得られるように、発熱体１０に通電する電圧を８３．
５Ｖに設定している。この点でも、発熱体１０の発熱能
力を最大限に引き出すことが可能となる。

【００２３】なお、ブレーカーの許容電流との関係で通
電初期最大電流を定格電流に一致させる必要があるとき
には、通電初期時、発熱体１０に７０Ｖ（１０Ａ×７
Ω）を通電するようにすると良い。この場合、ブレーカ
ーの許容電流値を更に下げることができるので、安全保
護の面でさらに有利となる。

【００２４】出力切り変え手段２０としては、温度セン
サ２１を用いる代わりに電流センサ２５を用いるように
しても良い。この場合、電流センサ２５により発熱体１
０に流れる電流を検出し、この検出結果に応じて発熱体
１０に通電する電圧を切り換えるような構成とする。

【００２５】マイクロコンピュータ２４のシーケンスは
基本的に上記例と同じであるが、発熱体１０の抵抗値の
求め方が上記例とは異なる。即ち、マイクロコンピュー
タ２４により発熱体１０に通電する電圧を切り換えてい
る以上、発熱体１０に実際に通電されている電圧の大き
さを認識することは可能である。一方、発熱体１０に実
際に流れる電流の大きさは電流センサ２５から入力され
ている。よって、この両者のデータにより発熱体１０の
実際の抵抗値を計算することができる。

【００２６】出力切り変え手段２０として上記のような
構成を用いた場合であっても、上記例と同様の効果が得
ることができる。

【００２７】なお、本発明の電気ヒータは上記例に限定
されず、発熱体としては、例えば、セラミック等の絶縁
体の表面に金属膜が形成された構造のものを用いてもよ
い。要するに、温度上昇に伴って抵抗値が増加する特性
を有するものであれば如何なる種類のものを用いてもか
まわない。

【００２８】また、出力切り換え手段としては、トラン
スを用いて発熱体に通電する電圧の大きさを切り換える
という形態に限定されず、サイリスタ等の半導体素子に
より発熱体に通電する電圧の点弧制御を行ったり、その
デューティ比を変化させるような形態を採っても良い。
温度センサや電流センサを用いることなく、通電後、所
定時間が経過した時点で発熱体に通電する電圧を定格電
圧に切り換えるような形態をとっても良い。

【００２９】通電初期時に発熱体に通電する電圧は、発
熱体の温度抵抗特性、ブレーカーの許容電流、通電初期
時の発生電力等に応じて決定されるものであるが、通
常、連続運転時に発熱体に通電する電圧より小さければ
足りる。発熱体に直流電圧を通電するようにしてもかま
わない。

【００３０】

【発明の効果】以上、本発明に係る電気ヒータによる場
合、通電初期時に発熱体に通電する電圧の実効値が連続
運転時に比べて小さくなるように発熱体に通電する電圧
が切り換えられるような構成となっているので、通電初
期時に発熱体に流れる過電流は抑制され、安全保護の面
で有利となる。しかも連続運転時に発熱体の定格通りの
発熱量を発生させることができ、従来と比較すると、発
熱出力を約２〜３割向上させることが可能となる。特
に、発熱体として温度上昇に伴う抵抗値の増大が顕著な
ガラスヒータを用いたときには有意義であり、ガラスヒ
ータの本来有する性能を十分に発揮させることか可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態を説明するための図であっ
て、電気ヒータの回路構成図である。

【図２】同電気ヒータに用いられる発熱体の温度抵抗特
性を示すグラフである。

【符号の説明】

１０ 発熱体 ２０ 出力切り換え手段 ２１ 温度センサ ２５ 電流センサ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 温度上昇に伴って抵抗値が増加する特性
   を有した発熱体と、通電初期時に発熱体に通電する電圧
   の実効値が連続運転時に比べて小さくなるように発熱体
   に通電する電圧を切り換える出力切り換え手段とを具備
   していることを特徴とする電気ヒータ。
2. 【請求項２】 出力切り換え手段は、温度センサにより
   前記発熱体の温度を検出し、この検出結果に応じて前記
   発熱体に通電する電圧を切り換える構成となっているこ
   とを特徴とする請求項１記載の電気ヒータ。
3. 【請求項３】 出力切り換え手段は、電流センサにより
   前記発熱体に流れる電流を検出し、この検出結果に応じ
   て前記発熱体に通電する電圧を切り換える構成となって
   いることを特徴とする請求項１記載の電気ヒータ。
4. 【請求項４】 発熱体はガラスの表面に金属膜を形成し
   た構成となっていることを特徴とする請求項１、２又は
   ３記載の電気ヒータ。