JPH0975220A - 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量が小さ
く、かつ保温ヒーターと湯沸かしヒーターが接触して故
障し電流ヒューズが溶断しない場合にスイッチング部等
が熱破壊し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た湯沸かしヒーター
と、その交流電源に直列接続された整流素子とコンデン
サと保温ヒーターと、そのコンデンサの電圧を検出する
制御部と、前記コンデンサに接続されかつ前記制御部の
出力によりスイッチングするダーリントン接続部とを具
備する事を特徴とする電気湯沸かし器。

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、交流電源にリレーおよびヒーターが直列接
続されそして交流電源に電源回路を介してマイクロコン
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、マイクロコンピュータ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、マイクロコンピュータ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、保温ヒーターに整流素
子とコンデンサを接続し、コンデンサにスイッチング部
（例えば制御トランジスタ）をダイオードを介して接続
し、電源回路を製造した。そしてヒーター内部で保温ヒ
ーター線と湯沸かしヒーター線が接触する故障が発生し
た場合、整流素子等を保護するために電源回路に電流ヒ
ューズを設けていた。ところが正常時の電源回路の実効
電流は約０．４５Ａであり、電流ヒューズの溶断電流は
余裕度を考慮して約１Ａのものを用いていた。しかし保
温ヒーター線と湯沸かしヒーター線の接触の状態によ
り、電源回路の実効電流が１Ａ未満となり、電流ヒュー
ズが溶断せず、比較的大きい電流が流れ、特に制御トラ
ンジスタが発熱し、熱破壊する第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量が小さく、か
つ保温ヒーターと湯沸かしヒーターが接触する故障が発
生し電流ヒューズが溶断しない場合にスイッチング部等
が熱破壊しない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、交流電源に接続された湯沸かしヒーター
と、その交流電源に直列接続された整流素子とコンデン
サと保温ヒーターと、そのコンデンサの電圧を検出する
制御部と、前記コンデンサに接続されかつ前記制御部の
出力によりスイッチングするダーリントン接続部を設け
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は内容液（水等）
を収納する容器２の底部に密着して取付けられた保温ヒ
ーター４と湯沸かしヒーター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はその一端が容器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は保温ヒーター４と湯沸かしヒーター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、給湯スイッチ１４は本体の上部に設けら
れている。そして、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が湯沸かしヒーター５に直列接続され、その
直列回路が交流電源１７に接続されている。第１電流ヒ
ューズ１８の溶断電流は約１５Ａと比較的高く、その一
端は交流電源１７の一端に接続されている。

【００１２】サージ吸収素子１９は約１００Ｖの電圧が
印加された時は高抵抗として働き、中規模のサージ電圧
が印加された時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。サージ吸収素子１９とコンデン
サは並列接続され、その並列回路の一端が第１電流ヒュ
ーズ１８の他端に接続され、その並列回路の他端が交流
電源１７の他端に接続されている。

【００１３】第２電流ヒューズ２０は溶断電流が約１Ａ
と比較的低く、その一端は第１電流ヒューズ１８の他端
に接続され、第２電流ヒューズ２０の他端は整流素子２
１（例えばダイオード）のアノードに接続されている。
整流素子２１のカソードは整流素子２２のアノードに接
続され、両素子２１、２２の中間点が第１リード線２３
に接続されている。整流素子２２のカソードは第２リー
ド線２４に接続されている。

【００１４】第１トランジスタ２５のコレクタは第１リ
ード線２３に接続され、エミッタは第３リード線２６に
接続され、ベースは抵抗２７を介して第２トランジスタ
２８のベースに接続されている。第２トランジスタ２８
のコレクタは第１リード線２３に接続され、エミッタは
第１トランジスタ２５のベースと抵抗２７を結ぶリード
線に接続され、かつ抵抗２９を介して第３リード線２６
に接続されている。また抵抗２７の一端は抵抗３０を介
して第２リード線２４に接続されている。上述の第１ト
ランジスタ２５と第２トランジスタ２８と抵抗２７、２
９、３０によりダーリントン接続部３１が構成されてい
る。

【００１５】比較器（コンパレータ）３２の出力端子は
抵抗２７と３０の中間点に接続され比較器３２は（＋）
入力端子と（−）入力端子を有する。抵抗３３とダイオ
ード３４が直列接続され、比較器３２の出力端子に接続
され、上述の比較器３２と抵抗３３とダイオード３４に
より比較回路３５が構成されている。

【００１６】分圧回路３６は抵抗３７、３８が直列接続
されたものであり、抵抗３７の一端は第２リード線２４
に接続され、抵抗３８の一端は第３リード線２６に接続
されている。抵抗３７、３８の中間点は比較器３２の
（＋）入力端子に接続され、前記中間点は抵抗３３の一
端に接続されている。

【００１７】基準電圧回路３９は抵抗４０とツェナーダ
イオード４１が直列接続されたものであり、抵抗４０の
一端は第２リード線２４に接続され、ツェナーダイオー
ド４１の一端は第３リード線２６に接続されている。抵
抗４０とツェナーダイオード４１との中間点は比較器３
２の（−）入力端子に接続されている。上述の比較回路
３５と分圧回路３６と基準電圧回路３９により制御部４
２が構成されている。

【００１８】コンデンサ４３の一端は第２リード線２４
に接続され、他端は第３リード線２６に接続されてい
る。この様に、整流素子２１、２２とコンデンサ４３と
保温ヒーター４は交流電源１７に直列接続されている。

【００１９】また制御部４２はコンデンサ４３に並列接
続され、ダーリントン接続部３１も整流素子２２を介し
てコンデンサ４３に並列接続され、かつ比較器３２の出
力端子を通じて、制御部４２に接続されている。

【００２０】リレー回路４４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４４の一端はトラ
ンジスタ４５のコレクタに接続され、他端は抵抗を介し
て第３リード線２６に接続されている。トランジスタ４
５のベースは抵抗４６と４７の中間点に接続されてい
る。

【００２１】ポンプ回路４８は給湯スイッチ１４とモー
ター１０が直列接続されたものであり、その一端はトラ
ンジスタ４９のコレクタに接続され、ポンプ回路４８の
他端は第３リード線２６に接続されている。トランジス
タ４９のベースは抵抗５０と５１の中間点に接続されて
いる。

【００２２】マイクロコンピュータ５２の端子Ｐ１は抵
抗４７に接続され、端子Ｐ２は抵抗５１に接続されてい
る。第４リード線５３の一端は第２リード線２４に接続
され第４リード線５３の他端はマイクロコンピュータ５
２の端子Ｐ３、Ｐ４に接続されている。そして第４リー
ド線５３の他端は保温ランプ５４と抵抗を介して端子Ｐ
５に、湯沸かしランプ５５と抵抗を介して端子Ｐ６に、
そして再沸騰スイッチ１５と抵抗を介して端子Ｐ７に接
続されている。

【００２３】トランジスタ５６のコレクタは第３リード
線２６に接続され、エミッタは第５リード線５７に接続
され、ベースはツェナーダイオード５８を介して第２リ
ード線２４に接続されている。トランジスタ５６のベー
スとツェナーダイオード５８との中間点と、第３リード
線２６との間に抵抗５９が接続されている。コンデンサ
６０は第２リード線２４と第５リード線５７との間に接
続されている。マイクロコンピュータ５２の各端子に接
続された接地記号の部分は、第５リード線５７と同電位
である事を示す。

【００２４】温度センサー１２の一端は第４リード線５
３に接続され、温度センサー１２の他端は抵抗６１を介
してマイクロコンピュータ５２の端子Ｐ８に接続され、
また抵抗６２を介して第５リード線５７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。これらの図に於て、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、第１電流ヒ
ューズ１８と第２電流ヒューズ２０と整流素子２１、２
２と第２リード線２４とコンデンサ４３と第３リード線
２６と保温ヒーター４に電流が流れ、コンデンサ４３の
両端電圧が上昇し始める。そして、制御部４２の基準電
圧回路３９が基準電圧を発生させ、その基準電圧（すな
わちツェナーダイオード４１のツェナー電圧）が比較器
３２の（−）入力端子に入力される。

【００２７】また、制御部４２の分圧回路３６により分
圧電圧を発生させ、その分圧電圧が比較器３２の（＋）
入力端子に入力される。この時、分圧電圧は基準電圧未
満であるので、比較器３２は「Ｌ」信号を出力し、比較
器３２の出力端子は比較器３２内の接地線（図示せず）
と導通する。

【００２８】その結果、第２リード線２４と抵抗３０と
比較器３２内の接地線を介して電流が流れ、第２トラン
ジスタ２８のベースに電流が流れない。それ故に第２ト
ランジスタ２８はオフし、第１トランジスタ２５のベー
スに電流が流れなく、第１トランジスタ２５もオフす
る。その結果、コンデンサ４３の両端電圧および分圧電
圧は徐々に上昇する。

【００２９】次に分圧電圧が基準電圧以上になると、比
較器３２の出力は「Ｈ」となり、比較器３２の出力端子
は開放される。その結果、抵抗３０を介して第２トラン
ジスタ２８のベースに電流は流れ、第２トランジスタ２
８はオンする。そして第１トランジスタ２５のベースに
電流は流れ第１トランジスタ２５もオンし、電流は主
に、第１電流ヒューズ１８と第２電流ヒューズ２０と整
流素子２１と第１リード線２３と第１トランジスタ２５
と保温ヒーター４を介して流れる。そのために、コンデ
ンサ４３へ充電電流がなくなり、コンデンサ４３の両端
電圧および分圧電圧は下降し始める。

【００３０】更にコンデンサ４３の両端電圧が下降し、
分圧電圧が基準電圧未満になると、比較器３２の出力は
「Ｌ」に反転する。その結果、上述した様に、抵抗３０
と比較器３２内の接地線を介して電流が流れ、第２トラ
ンジスタ２８と第１トランジスタ２５はオフし、コンデ
ンサ４３の両端電圧および分圧電圧は再び上昇する。

【００３１】この様に、制御部４２は基準電圧回路３９
により基準電圧を発生させ、分圧回路３６により分圧電
圧を発生させ、比較回路３５により両電圧を比較し、そ
の結果により、ダーリントン接続部３１を制御してい
る。すなわち分圧電圧が基準電圧未満又は以上に応じ
て、ダーリントン接続部３１を各々オフ又はオンする様
にスイッチング制御している。

【００３２】そして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する電圧がマイクロコンピュータ
５２内の端子Ｐ８に入力すると、マイクロコンピュータ
５２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４５がオンし、リレー回路４４が通電し、リレー回
路４４に接続されたリレー接点１６がオンし、湯沸かし
ヒーター４が通電する。そして、保温ヒーター４と湯沸
かしヒーター５が共に発熱し湯沸かしを行う。

【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、マイクロ
コンピュータ５２の端子Ｐ８への出力が所定値となり、
マイクロコンピュータ５２が「沸騰」と判定し、端子Ｐ
１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は上がり、トランジスタ４５がオ
フし、リレー回路４４が非通電状態となり、リレー接点
１６がオフし、湯沸かしヒーター５が加熱を停止し、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、マイクロコンピュータ５２が保温
時には端子Ｐ２に「Ｌ」信号を出力しているので、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４９はオンし、ポンプ回路４８は通電し、直流モータ
ー１０が通電し、出湯が開始する。

【００３５】そして、保温ヒーター４は例えば約３２Ｗ
の消費電力であり抵抗値は約１５０オームである。湯沸
かしヒータ５は例えば約８４０Ｗの消費電力であり抵抗
値は約１１オームである。電気湯沸かし器が正常に動作
している場合、保温時に保温ヒーター４等を流れる電流
（実効値）は約０．４５Ａである。以上にて、この電気
湯沸かし器が正常に動作する状態の説明を終わる。

【００３６】次に、保温ヒーター４と湯沸かしヒーター
５を一体化したヒーターセット３の場合は、ヒーターセ
ット３の内部で保温ヒーター線と湯沸かしヒーター線が
接触して故障する事が考えられる。この故障モードで
は、接触箇所により回路を流れる電流は様々に変化する
が、その箇所が両ヒーター４、５の共通線から遠い位置
にあるＡ１、Ｂ１の場合を説明する。

【００３７】この場合、例えば交流電源１７の一端から
第１電流ヒューズ１８と第２電流ヒューズ２０と整流素
子２１と第１リード線２３と第１トランジスタ２５と第
３リード線２６とＡ１部分とＢ１部分と湯沸かしヒータ
ー５を介して交流電源１７の他端へと瞬間的に大部分の
電流が流れる。

【００３８】上述の回路では、約１１オームと比較的抵
抗値の小さい湯沸かしヒーター５に電流が流れるので、
電流値（実効値）は約８．４Ａとなる。この時、この回
路に接続された第２電流ヒューズ２０（溶断電流１Ａ）
が溶断する事により、回路を安全側に遮断する。この様
に接触して故障した場合、第２電流ヒューズ２０の溶断
電流を小さくする程有利であるが、正常時の実効電流値
が０．４５Ａ（ピーク時電流値が約０．９Ａ）であるの
で、正常時に早切れする事を防止し、余裕度を考慮する
と、溶断電流は１Ａ未満に設ける事は出来ない。

【００３９】次に、両ヒーター４、５の接触箇所が両ヒ
ーター４、５の共通線から比較的近い位置にあるＡ２、
Ｂ２の場合を説明する。この場合は、第１電流ヒューズ
１８と第２電流ヒューズ２０と整流素子２１と第１リー
ド線２３と第１トランジスタ２５と第３リード線２６と
保温ヒーター４（Ａ１〜Ａ２間）とＡ２〜Ｂ２間と湯沸
かしヒーター５（Ｂ２から他端まで）へ主に電流が流れ
る。仮にその電流値を０．９Ａ（実効値）とする。

【００４０】この時、第１トランジスタ２５のコレクタ
とエミッタ間の電流は０．９Ａ（実効値）となり、ピー
ク電流値は１．８Ａとなる。そして第１トランジスタ２
５と第２トランジスタ２８の電流増幅率ＨＦＥ（エミッ
タの電流値をベースに流れる電流値で割った値）を各々
５０と１００に設定する。その結果、第１トランジスタ
２５のベース電流（ベースからエミッタへ流れる電流）
のピーク値は１．８Ａ／５０＝３６ｍＡとなる。

【００４１】また上述の回路が通電している時に、３６
ｍＡのベース電流は第２トランジスタ２８により供給さ
れ、第１トランジスタ２５は「飽和領域」にあるため、
第１トランジスタ２５のコレクタとエミッタ間の電圧は
数１０ｍＶと比較的小さい。故に電流ヒューズ２０が溶
断しないヒーター線の接触故障の場合でも、ダーリント
ン接続部３１が飽和領域（トランジスタ自身の抵抗分が
小さくなる）で動作するので、第１トランジスタ２５の
発熱を防止でき、破壊を防止できる。

【００４２】そして第２トランジスタ２８のベース電流
は１．８Ａ×１／５０×１／１００＝０．３６ｍＡと比
較的小さくなる。このベース電流は抵抗３０を介して供
給される。上述の動作は比較器３２の出力が「Ｈ」であ
り、ダーリントン接続部３１がオンしている状態を説明
した。

【００４３】この様にダーリントン接続部３１がオンす
ると、コンデンサ４３の充電電流が供給されずに、コン
デンサ４３の両端電圧が下降する。そして上述した様
に、分圧電圧が基準電圧未満になると、比較器３２の出
力は「Ｌ」に反転し、抵抗３０を介して比較器３２内の
接地線へ電流が流れる。

【００４４】この時、比較器３２の出力電流（接地線へ
引き込まれる電流）は、上述の第２トランジスタ２８の
ベース電流と略等しい約０．３６ｍＡと比較的小さいも
のである。それ故に、比較器３２は例えば、出力電流の
最大定格が１０ｍＡと比較的小さいものが選択でき、コ
ストが安い標準品を用いる事ができる。

【００４５】また従来の様にスイッチング部としてトラ
ンジスタを１段に設ける構造では、トランジスタの発熱
を防止するために飽和領域で動作する様に、ＨＦＥ＝５
０のものを選択して、３６ｍＡのベース電流が得られ
る。しかし上述した様に、比較器が「Ｌ」出力時の出力
電流が略３６ｍＡと大きいものが必要となり、コストが
安い標準品を用いる事が出来ない欠点が生ずる。

【００４６】これに対して本発明ではスイッチング部を
ダーリントン接続部３１により構成し、電流増幅率ＨＦ
Ｅが大きくなる事を利用する。すなわち、第１トランジ
スタ２５のベース電流を十分に確保し飽和領域で用いる
事により、第１トランジスタ２５の発熱を抑える。そし
てＨＦＥが大きい事により第２トランジスタ２８のベー
ス電流を小さくし、そのベース電流に略等しい比較器３
２の「Ｌ」出力時の出力電流を小さくする。その結果、
比較器３２はコストが安い標準品を用いる事が出来る。

【００４７】また、整流素子２１、２２とダーリントン
接続部３１と制御部４２とコンデンサ４３と保温ヒータ
ー４からなる電源回路６３では、保温ヒーター４が比較
的低インピーダンス（約１５０オーム）である。故に負
荷回路としてのリレー回路４４とポンプ回路４８とマイ
クロコンピュータ５２を全て接続しても、各回路４４と
４８と５２に十分な電流を供給できる。

【００４８】そして、整流素子２１、２２とコンデンサ
４３と保温ヒーター４、又は整流素子２１と第１トラン
ジスタ２５と保温ヒーター４の各回路で半波の電流が流
れ、保温ヒーター４は略一定の電力（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。この保温ヒータ
ー４を降圧抵抗として電源回路６３は構成されている。
故に、従来の様に降圧抵抗としての酸化金属抵抗を回路
基板上に配置しないので、回路基板がこの抵抗により発
熱する事がない。

【００４９】

【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、保温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、制御部はコンデ
ンサの分圧電圧と基準電圧を発生させ、両者を比較し、
分圧電圧が基準電圧以上になるとダーリントン接続部を
オンさせる。その結果、コンデンサに並列接続されたダ
ーリントン接続部に電流が流れ、コンデンサへの充電電
流が流れなくなり、両端電圧は低下し、分圧電圧も低下
する。

【００５０】そして、分圧電圧が基準電圧未満になる
と、制御部によりダーリントン接続部はオフする。その
結果、コンデンサが充電し、両端電圧は再び上昇する。
この様に制御部はコンデンサの両端電圧を略一定に保つ
様に、ダーリントン接続部をスイッチングするので、コ
ンデンサに接続されたリレー回路とポンプ回路とマイク
ロコンピュータへ略一定の電圧を供給できる。

【００５１】上述の様に、整流素子とコンデンサと保温
ヒーター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電圧変動の少
ない電源回路が得られる。すなわち、リレー回路とモー
タ回路とマイクロコンピュータヘ電圧を供給する電源回
路を共通化できるので、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、大型の金属抵抗を用いる必要がないので、比較
的小さい回路基板で済み、かつ回路基板の温度上昇が小
さい。

【００５２】また本発明では、保温ヒーターと湯沸かし
ヒーターが接触して故障し、かつ電流ヒューズが溶断し
ない場合、ダーリントン接続部を設け、第１トランジス
タのベース電流を十分に確保し飽和領域で用いる事によ
り、第１トランジスタの発熱を抑制する。そしてダーリ
ントン接続部により、ダーリントン接続部内の第２トラ
ンジスタのベース電流が小さな値となる。その結果、そ
のベース電流に略等しい制御部内の比較器の「Ｌ」出力
時の出力電流を少なくできるので、比較器はコストの安
い標準品を用いる事が出来る。

【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】

４ 保温ヒーター ５ 湯沸かしヒーター ２１、２２ 整流素子 ３１ ダーリントン接続部 ４２ 制御部 ４３ 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 (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流電源に接続された湯沸かしヒーター
   と、その交流電源に直列接続された整流素子とコンデン
   サと保温ヒーターと、そのコンデンサの電圧を検出する
   制御部と、前記コンデンサに接続されかつ前記制御部の
   出力によりスイッチングするダーリントン接続部を具備
   する事を特徴とする電気湯沸かし器。