JPH0975218A - 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不動作状態と
なる電気湯沸かし器を提供する。 【解決手段】 交流電源に直列接続された整流素子とコ
ンデンサとヒーターと、コンデンサの両端電圧を略所定
電圧に維持する様にスイッチングするスイッチング部
と、所定電圧より大きいツェナー電圧を有しかつコンデ
ンサに並列接続されたツェナーダイオードとを設けるも
のである。

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】従来は、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、交流電源にリレーおよびヒーターが直列
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。

【０００４】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。

【０００５】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、コンデンサにスイッチング部を接続
した。そして、コンデンサの両端電圧に応じてスイッチ
ング部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。しかし万一例えばスイッチ
ング部がオープンモードで故障した場合、コンデンサの
両端電圧は所定電圧を越え、電源回路内で通常電流を越
える電流が流れ、各部品が発熱し、回路基板が過熱する
第３の欠点がある。

【０００６】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、かつ回路基板の発熱が小さく、かつ
電源回路内の部品が故障した時に安全側に不動作状態と
なる電気湯沸かし器を提供する。

【０００７】

【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た整流素子とコ
ンデンサとヒーターと、コンデンサの両端電圧を略所定
電圧に維持する様にスイッチングするスイッチング部
と、所定電圧より大きいツェナー電圧を有しかつコンデ
ンサに並列接続されたツェナーダイオードとを設けるも
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
からの機器による中規模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とＤ２と
Ｄ３と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】スイッチング部２３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２５ａに接続されている。またスイッチング部２３は
トランジスタ等より構成しても良い。検出回路２６はツ
ェナーダイオード２７（ツェナー電圧は例えば１１Ｖ）
と抵抗２８との直列回路からなり、その一端がスイッチ
ング部２３のゲートに接続され、その他端が第３リード
線２５ｂに接続されている。

【００１４】ダイオード２９は第２リード線２５ａと第
３リード線２５ｂとの間に接続されコンデンサ３０の一
端は第１リード線２４に接続され、他端は第３リード線
２５ｂに接続されている。この様に、交流電源１７の一
端２０と整流素子Ｄ１とＤ２とＤ３とＤ４とコンデンサ
３０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。またスイッチング部２３はダイオード２９
を介してコンデンサ３０に並列接続されている。

【００１５】リレー回路３１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３１の一端はトラ
ンジスタ３２のコレクタと接続され、他端は第３リード
線２５ｂに接続されている。

【００１６】トランジスタ３２のエミッタは、第１リー
ド線２４に接続され、トランジスタ３２のベースは抵抗
３３と３４の中間点に接続され、抵抗３４の他端は第１
リード線２４に、抵抗３３の他端は制御部３５（例えば
マイクロコンピュータからなる）の端子Ｐ１に接続され
ている。

【００１７】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３６のコ
レクタに接続され、給湯ポンプ９の他端は第３リード線
２５ｂに接続されている。トランジスタ３６のエミッタ
は第１リード線２４に接続され、ベースは抵抗３７と３
８の中間点に接続され、抵抗３７の他端は第１リード線
２４に接続され、抵抗３８の他端は制御部３５の端子Ｐ
２に接続されている。

【００１８】ツェナーダイオード３９のカソードは第１
リード線２４に接続され、ツェナーダイオード３９のア
ノードは第３リード線２５ｂに接続され、この様にツェ
ナーダイオード３９はコンデンサ３０に並列接続され、
ツェナー電圧は例えば約１５Ｖであり、ツェナーダイオ
ード２７のツェナー電圧よりも高く設定されている。

【００１９】ツェナーダイオード４０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４１
のベースに接続され、抵抗４２の一端はツェナーダイオ
ード４０とトランジスタ４１のベースとの中間点に接続
され、他端は第３リード線２５ｂに接続されている。ト
ランジスタ４１のコレクタは第３リード線２５ｂに、エ
ミッタは第４リード線２５ｃに接続されている。

【００２０】コンデンサ４３の一端は第１リード線２４
に、他端は第４リード線２５ｃに接続されている。制御
部３５の各端子に接続された接地記号の部分は、第４リ
ード線２５ｃと同電位である事を示す。

【００２１】第５リード線４４の一端は第１リード線２
４に接続され、他端は制御部３５の端子Ｐ３、Ｐ４に接
続されている。また第５リード線４４の他端は保温ラン
プ４５と抵抗を介して端子Ｐ５に、湯沸かしランプ４６
と抵抗を介して端子Ｐ６に、再沸騰スイッチ１５と抵抗
を介して端子Ｐ７に接続されている。

【００２２】温度センサー１２の一端は第５リード線４
４に接続され、他端は抵抗４７を介して制御部３５の端
子Ｐ８に接続され、その他端は抵抗４８を介して第４リ
ード線２５ｃ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。

【００２３】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。

【００２４】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３０と第３リード線
２５ｂとダイオード２９と第２リード線２５ａと整流素
子Ｄ２とヒーター５に電流が流れ、コンデンサ３０の両
端電圧が上昇し始める。この時、スイッチング部２３は
コンデンサ３０の両端電圧がまだ低いためオフしてい
る。

【００２５】そして、コンデンサ３０の両端電圧がツェ
ナーダイオード２７のツェナー電圧（例えば１１Ｖ）以
上になると、検出回路２６に電流が流れ、スイッチング
部２３にゲート電流が流れ、スイッチング部２３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とスイッチング部２３と第２リード線２５ａ
と整流素子Ｄ２とヒーター５へと電流が流れる。

【００２６】その結果、コンデンサ３０の両端電圧が低
下し、検出回路２６へ電流が流れなくなり、スイッチン
グ部２３がオフする。この様にスイッチング部２３がオ
フすると、再びコンデンサ３０が充電され、コンデンサ
３０の両端電圧が再び上昇し始める。

【００２７】上述の様に、スイッチング部２３はコンデ
ンサ３０の両端電圧が所定電圧以上の時はオンし、両端
電圧が所定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。即ちスイッチング部２３はコンデンサ３
０の両端電圧が略所定電圧（例えば約１１Ｖ）になる様
に、スイッチングを行う。

【００２８】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３０と第３リード線２５ｂと
ダイオード２９と第２リード線２５ａ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。

【００２９】そして、電源回路４９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３１
と制御部３５を全て接続しても、各回路９、３１、３５
に十分な電流を供給できる。上述の様に電源回路４９
は、コンデンサ３０の両端に接続された負荷回路９、３
１に約１１Ｖの直流電圧を供給している。また、コンデ
ンサ３０の両端電圧はツェナーダイオード４０で降圧さ
れ、制御部３５に約５Ｖの直流電圧を供給し、この様に
安定電圧が供給されている。

【００３０】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３５内の端子Ｐ８
に入力すると、制御部３５は端子Ｐ１に「Ｌ」信号を出
力する。その結果、端子Ｐ１に接続されたリード線は低
電圧となり、トランジスタ３２がオンし、リレー回路３
１が通電し、リレー回路３１に接続されたリレー接点１
６がオンし、湯沸かし用ヒーター４が通電する。そし
て、湯沸かし用ヒーター４とヒーター５が共に発熱し湯
沸かしを行う。

【００３１】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３
５の端子Ｐ８への出力が所定値となり、制御部３５が
「沸騰」と判定し、端子Ｐ１へ「Ｈ」信号を出力する。
その結果、端子Ｐ１に接続されたリード線の電圧が上が
り、トランジスタ３２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。

【００３２】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３５は保温時には端子Ｐ２に
「Ｌ」信号を出力しているため、端子Ｐ２に接続された
リード線が低電圧となり、トランジスタ３６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。

【００３３】また、整流素子Ｄ１〜Ｄ４とコンデンサ３
０とヒーター５又は整流素子Ｄ１〜Ｄ４とスイッチング
部２３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
の電気湯沸かし器が正常動作している状態の説明を終わ
る。

【００３４】次に、整流素子Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４と
スイッチング部２３とダイオード２９とヒーター５と検
出回路２６とコンデンサ３０とからなる電源回路４９内
に於て、ある部品例えばスイッチング部２３がオープン
モードで故障した場合、スイッチング部２３に電流が流
れなくなる。

【００３５】その結果、コンデンサ３０への充電電流が
増え、コンデンサ３０の両端電圧は所定電圧（例えば約
１１Ｖ）を越える。そして両端電圧が更に大きくなる
と、コンデンサ３０に並列接続されたツェナーダイオー
ド３９（ツェナー電圧が約１５Ｖ）に電流が流れる。そ
の結果、ツェナーダイオード３９には熱的許容損失を大
きく越える発熱を生じ、ツェナーダイオード３９は比較
的短時間の内に短絡モードで故障する。その結果、コン
デンサ３０の両端電圧は略ゼロＶとなり、制御部３５へ
の供給電圧も略ゼロＶとなり、電気湯沸かし器は不動作
状態となる。

【００３６】即ち、保温ランプ４５と湯沸かしランプ４
６が非通電となり、使用者は電気湯沸かし器が故障した
と判断する。また、リレー回路３１が非通電となり、湯
沸かしヒーター４も非通電となり、安全性が確保され
る。また、電源回路４９内の部品（整流素子Ｄ１、Ｄ
２、Ｄ３、Ｄ４とコンデンサ３０とヒーター５等）の印
加電圧は略ゼロＶであるので、異常発熱も起こさず、回
路基板も過熱を生じない。この様に整流電流は殆んどツ
ェナーダイオード３９を流れるが、ツェナーダイオード
３９の両端電圧（即ちコンデンサ３０の両端電圧）が略
ゼロＶであるので、ツェナーダイオード３９の発熱は小
さく、回路基板を焼損しない。

【００３７】

【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、両端電圧が所定電圧以
上になると、スイッチング部はオンし電流はスイッチン
グ部を流れ、コンデンサの充電電流がなくなり、両端電
圧は降下する。この様にスイッチング部はコンデンサの
両端電圧を略一定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。

【００３８】また、整流素子とスイッチング部と降圧抵
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。この様に、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ため、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、回路基板の発熱が少なく、かつ小さい
回路基板で済む。

【００３９】そして、電源回路内の部品例えばスイッチ
ング部がオープンモードで故障した場合、スイッチング
部に電流が流れず、コンデンサの両端電圧は所定電圧を
越える。そして、コンデンサに並列接続されたツェナー
ダイオードに電流が流れ、ツェナーダイオードは短絡モ
ードで故障する。その結果、コンデンサへの充電電流は
なくなり、コンデンサの両端電圧は略ゼロＶとなり、電
源回路内の部品に過大電圧が加わり部品が異常発熱する
事を防止できる。また制御部への供給電圧も略ゼロＶと
なり、電気湯沸かし器は不動作状態となるので、安全性
は確保できる。そして保温ランプ等が非通電となるの
で、使用者は電気湯沸かし器が故障した事を明確に判断
できる。

【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。

【符号の説明】

Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４ 整流素子 ５ ヒーター ２３ スイッチング部 ３０ コンデンサ ３９ ツェナーダイオード

───────────────────────────────────────────────────── 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 (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流電源に直列接続された整流素子とコ
   ンデンサとヒーターと、そのコンデンサの両端電圧を略
   所定電圧に維持する様にスイッチングするスイッチング
   部と、前記所定電圧より大きいツェナー電圧を有しかつ
   前記コンデンサに並列接続されたツェナーダイオードと
   を具備した事を特徴とする電気湯沸かし器。