JPS5916290A - 電気加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、電気加熱装置に関する。

例えば、ヒータ・を用いた電気湯沸かし器において、ヒ
ータの電力を切換えることにより水のカロ熱と保温とを
おこなうようになっている。このような制御をおこなう
ために、従来は、上記ヒータにタップを設けてヒータの
電力を制御していた。

しかしながら、上述の従来の電気湯沸力）シ器において
は、ヒータに複数のタップを設けるようにしたものであ
るから、ヒータの各タップへの自己線等、回路構成が複
雑かつ大型なものとなり、また、ヒータ電力を多段に制
御することが困難であるなどの問題があった。

この発明は、電力切換えタップを有しないヒータを用い
て、ヒータ電力を複数段に切換えることができる電気加
熱装置を提供することを目的とする。

以下に、この発明の一実施例を、添付図面とともに説明
する。

第１図において、１は熱良導性の容器、２は、上記容器
１の底部の外周面に巻装した湯沸力１し用の帯状のヒー
タ、３　ｉｄ、上記容器１内に貯留しだ液体、たとえば
、水の温度検出用の負特性サーミスタ、４は、空炊き検
出用の負特性サーミスタである。

上述の電気加熱装置の電気回路の一例を第２図に示す。

第２図において、湯沸かし用のヒータ２は、たとえば、
６００Ｗの帯状に形成したもので、とのヒータ２は、商
用交流電源５に接続されるようになっている。このヒー
タ２と交流電源５の接地側の端子との間に、該ヒータ２
への通電制御用の、たとえば、トライアック１０が接続
されている。

１１は、上記交流電源５の出力電圧の零クロス点でパル
スを生じる零クロス点検出器であって、分圧用の抵抗８
を介して、交流電源５と接続される。この零クロス点検
出器１１の出力パルスを、第３図（ｂ）に示す。

上記交流電源５の非接地側の端子には、直列に、整流用
のダイオード１３．抵抗１４．およびアノードを接地し
た定電圧ダイオード６が接続され、抵抗１４の出力側の
端子１４−１に、所定の直流電圧■ｏが表われるように
なっている。

上記抵抗１４の端子１４−１と接地との間に、上記液体
の温度検出用の負特性サーミスタ３と抵抗１５とが直列
に接続される一方、基準温度設定用の可変抵抗器１６．
１７および１８と、抵抗１９とが直列に接続されている
。

２０．２１．２２は、ともに、演算増幅器を用いた水温
判定用の比較器である。各比較器２０．２１゜２２の正
入力端子は、それぞれ、基準温度信号を受けるように、
可変抵抗器１８と抵抗１９との接続点ＴＩ＋可変抵抗器
１７と１８との接続点Ｔ２＋可変抵抗器１６と１７との
接続点１゛３に接続するとともに、これ等の比較器の負
入力端子は、共通に、上記サーミスタ３と抵抗１５との
接続点Ｔｏに接続している。

２５は４つの出力端子を有する２進カウンタ、２６およ
び２７は２人カア：−′ドゲート、：２８，２９゜およ
び３０は３人カアンドゲート、３７は３人力オアゲート
である。２進カウンタ２５およびこれ等のゲート２６，
２７，２８，２９，３０．３７は、上記零クロス点検出
器１１からのパルス列と、上記サーミスタ３および比較
器２０，２１．２２からの水温判定信号とにもとづき、
上記トライアック１０の点弧角制御用のパルスを生成す
る。

上記２進カウンタ２５は、クロック端子ＣＬに零クロス
点検出器１１からのパルス列を受けて、出力端子Ａ　、
Ｉ３．　Ｃ、Ｄに、それぞれ、該パルス列の周波数を弓
、Ｖ４．Ｖ８．１．／ｉ６に分周したパルス列を出力す
る。出力端子Ａ、Ｂ、Ｃにおける信号の一例を、第３図
（ｆ）　、　（ｇ）　、　（ｈ）に示す。

上記アンドゲート２６は、零クロス点検出器１１カラの
パルス列と２進カウンタ２５の出力端子Ａからのパルス
列とを受けるように接続している。

そして、上記アンドゲート２７は、アンドゲート２６の
出力と２進カウンタ２５の出力端子Ｃからのパルス列と
を受けるように接続している。

上記アンドゲート２８は、零クロス点検出器１１からの
パルス列と、比較器２０からの出力と、詳細に後述する
比較器４０からの空炊き判定信号とを受けるように接続
している。このアンドゲート２８は、第３図（Ｃ）のパ
ルス列と同様のノ＜パルス列を出力する。

上記アンドゲート２９は、上記アンドゲート２６の出力
と、上述の比較器４０からの出力信号と、上記比較器２
１からの出力を、インノ（−夕３１゜および３２を介し
て受けるように接続している。

そして、インバータ３１と３２との接続点３３と、上記
抵抗１４の出力端子１４−１との間に、所定の抵抗値場
を有する抵抗３４が接続され、該抵抗３４に、一方の電
極を接地したキャノくシタンスＣＢを有するキャパシタ
３５が接続され、遅延回路３６を形成している。

上述の構成のアンドゲート２９からは、第３図（ｄ）の
パルス列と同様のパルス列が送出される。

上記アンドゲート３０は、上記アンドゲート２７の出力
と、比較器２２の出力と、上述の比較器４０からの出力
とを受けるように接続している。このアンドゲート３０
からは、第３図（ｅ）のノ（ルス列と同様のパルス列が
送出される。

上記オアゲート３７は、上記アンドゲート２８゜２９．
および３０からの出力信号を受けるように接続している
。このオアゲート３７の出力端子は電流増幅器３８に接
続し、該電流増幅器３８の出力端子は点弧パルス発生用
のキャパシタ３９を介してトライアック１０のゲートＧ
に接続している。

４０は空炊き判定用の、たとえば、演算増幅器を用いた
比較器である。この比較器４０の正入力端子は、上記抵
抗１４の出力側の端子１４−１と直列に接続した空炊き
基準温度設定用の可変抵抗器４１と、一端を接地した抵
抗４２との接続点Ｔ４に接続するとともに、該比較器４
０の負入力端子は、抵抗１４の端子１４−１に直列に接
続した空炊き検出用の負特性サーミスタ４と一端を接地
した抵抗７との接続点ｌ１１５に接続している。

以下に、上記構成の電気加熱装置の動作を説明“する。

可変抵抗器１６．１７．１８の抵抗値を調整して、それ
ぞれ、比較器２０に対する基準温度は９０°Ｃに、比較
器２１に対する基準温度は９５°Ｃに、比較器２２に対
する基準温度は９７℃に設定されているとする。

零クロス点検出器１１から、第３図（ｂ）に示すように
、公知の方法で、交流電源５の出力電圧が零となる時に
、所定のパルス幅のパルスが出力される。寸だ、交流電
源５から、ダイオード１３．抵抗１４．定電圧ダイオー
ド６を介して、該抵抗１４の出力側の端子１４−１に所
定の直流電圧■ｏが表われる。

工、容器内の水温がｔａ＝９０’ＣＪミニ９０’ＣＪニ
ジ合には、容器１内の水温を検出するサーミスタ３によ
る検出温度ｔｘを表わす接続点Ｔｏの電圧■Ｘは、第１
基準温度ｔａ　＝　９Ｑ°Ｃを表わす接続点Ｔ１の電圧
■１より低く、＆＜　Ｖ、　＜　ｖ２（Ｖ３である。こ
こで、■２は第２基準温度ｔｂ＝ｇ５°Ｃを表わす接続
点Ｔ２の電圧、■３は第３基準温度ｔｃ　＝　９７°Ｃ
を表わす接続点Ｔ３の電圧である。なお、容器１内には
多量の水が貯留されており、空炊き状態でないとする。

比較器２０は正入力端子に電圧Ｖ１を受けるとともに負
入力端子に電圧鳳を受ける。水温が９０°Ｃ以下の場合
、上述したようにＶ、＜Ｖ、であり、よって、比較器２
０は“１°゛を出力する。また、比較器２１．２２は、
同様にしてそれぞれ“１゛°を出力する。さらに、比較
器４０は、正入力端子に接続点Ｔ４から電圧■４を受け
るとともに、負入力端子Ｔ５から電圧Ｗを受ける。いま
、空炊き状態でないから、サーミスタ４による検出温度
ｔｘ’を表わす接続点Ｔ５の電圧ｖ）は、空炊き判定用
の基準温度間を表わす接続点Ｔ４の電圧■４より低く　
、■Ｘ’＜　■４である。よって、比較器４０は“１°
゛を出力する。

一方、アンドゲート２８は、零クロス点検出器１１から
のパルス列と、比較器２０からの信号“′１°。

と、比較器４０からの信号“１゛とを受けて、第３図（
Ｃ）に示すように、零クロス点検出器１１からの出力と
同一の交流電源５の各零クロス点に同期したパルス列を
出力する。このパルス列は、オアゲート３７を介して、
電流増幅器３８に印加され、増幅されたパルス列は、キ
ャパシタ３９を介して、トライアック１０のゲート電極
Ｇに印加される。

よって、トライアック１０は、第３図（Ｃ）に示すよう
に交流波の各零クロス点のタイミングで、交流波の全波
に亘ってターンオンとされ、交流電源５からヒータ２に
、該交流電源５の全電力が供給され、ヒータ２は最大定
格の約６００Ｗの発熱をおこなう。このようにして、容
器１内の水はヒータ２により最大の６００Ｗで加熱され
る。

なお、２進カウンタ２５は、零クロス点検出器１１から
交流電源５の出力電圧の零クロス点と同期したパルス列
を受けて、出力端子ＡおよびＣか・ら、それぞれ、第３
図（ｆ）および（ｈ）　Ｋ示すようにゼロクロスパルス
の周波数をシ、および届に分周したパルス列を出力する
。

一方、比較器２１の出力信号゛１°゛は、インバ〜り３
１により“０゛に反転され、よって、キャパシある。仁
の電圧１１０１１は、インバータ３２を介してｌ１１１
１に反転される。このようにして、比較器２１から１°
゛が出力されると同時に、インバータ３１および３２を
介して、信号“１゛°がアントゲ〜ト２９０１つの入力
端子に印加される、 上記アンドゲート２９は、上記比較器２１．インバータ
３１．３２からの信号と、アンドゲート２６から、第３
図（ｂ）に示す零クロス点検出器１１の出力パルス列と
第３図（ｆ）に示す２進カウンタ２５の出力端子Ａのパ
ルス列とで論理決定した、第３図（ｄ）に示すパルス列
と、上記比較器４０からの信号“１°゛とを受けて、第
３図（ｄ）のパルス列と同様のパルス列を送出する。

壕だ、アンドゲート３０は、アンドゲート２７から、上
記アンドゲート２６の出力と２進カウンタ２５の出力端
子Ｃのパルス列とで論理決定した第３図（ｅ）に示すパ
ルス列を受けるとともに、上記比較器２２から１゛°と
上記比較器４０から“１°′とを受ける。よって、この
アンドゲート３０は、第３図（ｅ）のパルス列と同様の
パルス列を送出する。

いま、上述したようにして、容器１内の水がヒータ２に
より約６００Ｗで加熱され、水温が上昇して、サーミス
タ３による検出温度板を示す電圧Ｖｘとする。

が、第１基準温度捻＝９０″Ｃを示す電圧■１を越えた
△比較器２０の正・負の入力端子に印加された電圧Ｖｌ
、Ｖｘｌｄ、■Ｘ＞■Ｉとなり、よって、比較器２０の
出力は“′１゛から“０°゛に切り換わる。この比較器
２０からの“０゛によりアンドゲート２８の出力は“０
゛°とされて、第３図（ｃ）に示すパルス列の通過を阻
止する。他のアンドゲート２９．３０は、それぞれ、第
３図（ｃｌ）　、　（ｅ）のパルス列を通過させる。

この結果、オアゲート３７は、第３図（ｄ）のパルス列
と同様のパルス列を送出し、このパルス列は、上述の１
の場合と同様にして、電流増幅器３８゜キャパシタ３９
を介して、トライアック１０のゲート電極Ｇに印加され
る。よって、トライアック１０は、第３図（ｄ）のパル
ス列のタイミングで交流波の正の半サイクル毎にかつ正
の半サイクル期間のみターンオンとされ、ヒータ２には
、交流電源５の出力電圧の正の半波分に相当した電力が
供給され、この電力は、上述した工の場合の半分の約３
００Ｗとされる。

このようにして、容器１内の水温が沸点１００″Ｃに近
い９０°Ｃに達すると、交１流電源５からヒータ２への
供給電力は、自動的に、上述の工の場合の湯沸かし状態
における電力の半分に低減する。この加熱状態を中火状
態という。

■、容器内の水温がｔｂ＝９５°Ｃに達した場合いま、
上述したようにして、容器１内の水温が９５°Ｃを越え
たとする。なお、上述したと同様、空炊き状態でなく、
比較器４０の出力はＩＴＩであるとする。

比較器２１の正・負の入力端子に印加された電圧■２．
ｖｘは、鳳〉■２となり、よって、比較器２１の出力は
、“Ｊｌｌから“０゛に切シ換わる。なお、比較器２０
の出力は、上述したと同様、“０゛°である。

上記比較器２１の出力が１°゛から“０゛に切り換わる
と、この信号“Ｏｌｌはインバータ３１により反転し、
よって、抵抗１４の端子１４−１から抵抗３４を介して
キャパシタ３５に電流が流れ、該キャパシタ３５が充電
される。このキャパシタ３５の電圧は、抵抗３４の抵抗
値期とキャパシタ３５の容量値ＣＢとで定まる時定数τ
に応じた時間τＢ中ＣＢ−−経過後に、所定のノ・イレ
ペル“１゛となる。このように、比較器２１の出力が“
１°°から“０°゛に切り換わった時点よシ上述の遅延
時間τＢが経過するまで、接続点３３はローレベル“０
゛に保持され、よって、インバータ３２の出力は“１゛
を保ち、上述した■における状態を維持し、ヒータ２に
は約３００Ｗの電力が供給されて、中火状態が維持され
る。

上述したように、遅延回路３６により、遅延時間τＢを
もって中火状態が保持されるから、この期間に水は１０
０°Ｃに達し、所定時間沸とうする。よって、水の殺菌
、脱臭等を確実におこなうことができる。

上述したように、容器１内の水温が９５°Ｃに達した時
から遅延時間τＢが経過し、キャパシタ３５の充電電圧
、したがって、接続点３３の電圧が所定のハイレベル″
１°゛に上昇すると、この“１゛信号は、インバータ３
２を介して反転され、この反転信号１１０Ｉ＋はアンド
ゲート２９の１つの入力端子に印加される。よって、ア
ンドゲート２９の出力はｌｌ０ＩＩとなる。上記時間τ
Ｂの経過後に、もし湯温が９７°Ｃを越えていれば、■
工〉■３となり比較器２２の出力は“０°゛となり、オ
アゲート３７の出力もＩＩｏｌｌとなって、トライアッ
ク１ｏはしゃ断して、ヒータ２への給電は停止する。

■、保温動作 ヒータ２への給電停止によって、水温が自然降下して、
９７°Ｃ以下になると、比較器２２は、上述した■にお
けると同様に１゛°を出力し、よって、アンドゲート３
０からは、第３図（ｅ）のパルス列と同様のパルス列が
送出される。

この結果、オアゲート３７は、アンドゲート２８および
２９からそれぞれ“０゛、“ｏｌｌを受けるとともに、
アンドゲート３ｏから第３図（ｅ）に示すパルス列を受
け、よって、このオアゲー１３７は、第３１Ｄ（ｅ）の
パルス列表同様のパルス列を送出する。

このパルス列は、電流増幅器３８．キャパシタ３９を介
して、トライアック１ｏのゲート電極Ｇに印加される。

よって、トライアック１ｏは、上述したと同様にして、
第３図（ｅ）のパルス列のタイミングで、交流波の連続
した２サイクルの正の半波に相当する期間ターン　オ／
とされ、がっ、次の連続した２サイクルに相当した期間
は、ターン・オフとされ、したがって、■の場合におけ
る場合の全電力の略芝程の電力１５０Ｗでヒータ２は発
熱する。このようにして、容器１内の水温が９５”Ｇ！
に達した時から上述した遅延時間τＢの経過後は水温９
７°Ｃを境界にして自動的に、ヒータ２は１５０Ｗでオ
ン・オフして９７°Ｃにて湯の保温がおこなわれる。

なお、上記容器１内の水量が非常に少なく、空炊き状態
となり、容器１の温度が異常に上昇してサーミスタ４の
抵抗値が小さくなると、容器１の検出温度ｔｘｌを表わ
す接続点Ｔ５における電圧■′が、接続点Ｔ４における
基準温度ｔｄを表わす電圧■４より大きくなる。このと
き、比較器４ｏの出力は“０°゛となる。この信号“′
０゛は、アントゲ−）　２８．２ｏ。

３０に印加され、よって、これ等のアンドゲート２８．
２９．３０の出力は全て“ｏＩＩとなシ、オアゲート３
７の出力は“Ｏ゛となシ、トライアック１゜に点弧パル
スが印加されず、該トライアック１゜は遮断状態とされ
、交流電源５からヒータ２への通電は停止する。このよ
うにして、空炊き状態となって容器１の温度が異常に上
昇すれば、自動的にヒータ２への給電は停止し、空炊き
を確実に阻止することができる。

以上に説明したように、この発明の電気加熱装置は、ヒ
ータに接続した電力制御素子に、該ヒータに給電する交
流電源の出力電圧の零クロス点に同期したパルスにもと
づいてゲート回路により生成した通電期間切換え用のパ
ルスを印加して、ヒータへの供給電力の藤階的な制御を
おこなうようにしたものである。しだがって、従来の装
置におけるようなヒ〜りの切換えタップが不要であり、
それだけ、配線、および回路構成を簡単かつ小型にする
ことができる。寸だ、通電期間制御用のパルスは、交流
電源電圧の零クロス点と同期したパルスにもとづいて生
成するようにしたから、それだけ、ゲート回路の構成を
簡単にすることができるという優れた利点もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例の電気加熱装置の構成の
概要を示す図、第２図は、第１図の装置における具体的
な電気回路の一例を示す図、第３図（ａ）乃至（ｈ）は
、第２図の電気回路の動作を説明するだめの、各構成部
分の出力信号を、時間軸を一致させて示すグラフである
。 ■　・容器、２・・・湯沸し用のヒータ、３・・・液温
検出用の負特性サーミスタ、４・空炊き検出用の負特性
サーミスタ、５・・交流電源、１０・・トライアック、
１１　零クロス点検出器、１６．１７，１８゜４１・・
・基準温度設定用の可変抵抗器、２０，２１゜２２・・
比較器、２５・・・２進カウンタ、２６，２７゜２８．
２９．３０　　アンドゲート、３６・・・遅延回路、３
７・・オアゲート、３８・・・電流増幅器。 特許出願人　象印マホービン株式会社 代理人弁理士青山　葆外２名

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）容器に装着され、交流電源と接続するようにした
   ヒータと、 上記ヒータと接、続され、交流電源からヒータへの通電
   期間を制御する電力制御素子と、上記交流電源の出力電
   圧の零クロス点を検出する毎にパルス信号を出力する零
   クロス点検出回路と、 上記容器内の液体の温度を検出する温度センサと、 上記温度センサの出力信号と上記零クロス点検出回路の
   出力信号とによシ交流波の各サイクル或いは選択された
   サイクルにおいて上記電力制御素子の通電期間を制御す
   るパルスを生成し、該パルスを上記電力制御素子に印加
   するゲート回路手段とを備えたことを特徴とする電気加
   熱装置。