JPS628805B2

JPS628805B2 -

Info

Publication number: JPS628805B2
Application number: JP54150381A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Fujeda; Shigeru Kusuki
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1979-11-19
Filing date: 1979-11-19
Publication date: 1987-02-25
Also published as: JPS5672714A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、電気ヒータやガス・石油バーナ、温
水等を熱源とする暖房器具に関し、特にこれら暖
房器具の発熱量、すなわち暖房能力の制御装置に
関するものである。この種暖房器具の典型的なものとしては、例え
ば電気ストーブがある。この電気ストーブは電気
ヒータによつて生ずる主として輻射熱による暖房
を行なうものである。電気ストーブにおける従来
の発熱量制御は、例えば第８図に示すような回路
により行なわれていた。すなわち、商用電源３１
より発熱体としての電気ヒータ３２に給電する
際、制御回路３３で電気ヒータ３２への通電量を
制御する。前記制御回路３３はサイリスタ３４を
用い、このサイリスタ３４の導通角は、プログラ
マブルユニジヤンクシヨントランジスタ
（PUT）３５をトリガ素子とするゲートトリガ回
路３６にて制御する。また電気ヒータ３２への通
電量は、ゲートトリガ回路３６に設けたボリウム
３７を適当に設定することにより、任意の発熱量
が得られる。もつと簡単なものにあつては、複数
の電気ヒータをスイツチにて入切することにより
発熱量を変えるものもある。またガスストーブ等
では、複数のバーナへのガス供給をコツクにてオ
ン、オフし、発熱量を変えるものがある。これらの暖房器具はいずれにおいても、その発
熱量は、使用者が設定した発熱量に固定されてし
まう。暖房というものは、本来暖房感を得ること
により快適性が得られるものであるにもかかわら
ず、この種暖房器具では発熱量が固定されるため
に、比較的長時間にわたる暖房にあつては、体感
上の馴れとともに、快適感が徐々に失われて、む
しろ不快感さえ発生せしめる。すなわち、刺激を
長時間加えることにより、刺激がもはや快い刺激
でなくなつていくという人間一般の特性は暖房と
いう刺激についても同様である。本発明は上述した従来の暖房器具の発熱量制御
装置における欠点を排除し、長時間の使用に対し
ても常に新鮮で快い暖房感が得られる発熱量制御
装置を提供することを目的とする。一般に発熱量を変化させるとき、発熱量Ｑの時
系列が規則過程と見なせる変化では、当然なが
ら、馴れによる快適感の喪失は免れない。すなわ
ち、例えば発熱量Ｑの変化が正弦波状である場
合、変化はあるが、変化そのものが規則的である
ため、変化が予測可能となり、その結果、刺激の
変化の新鮮感が失われ、かつ快適感も失われる。
また発熱量Ｑの時系列が不規則過程である場合、
例えば白色雑音のようにそのパワースペクトルが
周波数とは無関係に一定値となるような場合は、
ある時点での発熱量はその前の発熱量とは全く相
関のないものとなり、使用者にとつては新鮮とい
うよりはむしろ唐突感が強く、そのために快いも
のとはならない。例えばブラウン運動のようにそ
のパワースペクトルが周波数の２乗に反比例する
ような場合は、発熱量の変化がきわめて緩慢とな
り、ほとんど変化が感じられなくなる。また発熱
量Ｑの時系列のパワースペクトルが周波数に反比
例するようなものであれば、上述した白色雑音的
な変化と、ブラウン運動的な変化との中間に位置
するため、唐突感というよりも新鮮な変化が得ら
れ、その結果、人間にとつて常に快適な暖房が得
られる。そこで本発明は、発熱量のパワースペクトルが
周波数に反比例するように発熱量を制御すること
により、常に新鮮で、かつ快適な暖房を実現しよ
うとするものである。以下、本発明をその実施例を示す図面にもとづ
いて説明する。第１図において、１は商用電源、
２は発熱体としての電気ヒータ、３は電気ヒータ
２への通電量を制御する制御回路で、この制御回
路３はサイリスタ４を用い、このサイリスタ４の
導通角は、プログラマブルユニジヤンクシヨント
ランジスタ（PUT）５をトリガ素子とするゲー
トトリガ回路にて制御する。６ａ〜６ｄは制御回
路３内に設けた固定抵抗である。７は信号発生器
で、そのパワースペクトルが周波数に反比例する
信号を発生するものである。この信号発生器７は
以下のように構成されている。すなわち、８は直
流電源で、その出力電圧はVccであり、以下に示
す回路に直流を供給する。９はバイナリカウンタ
で、その出力端子０１〜０４よりａ１〜ａ４なる
アドレス信号を出力する。１０は読み出し専用記
憶素子（以下ＲＭと称す）で、このＲＭ１０
は４ビツト構成のデータを16個記憶している。番
地は、Ａ１〜Ａ４なるアドレス端子に印加される
アドレス信号ａ１〜ａ４により指定され、その番
地のデータ（φ〜Ｆ）は出力端子０１〜０４よ
り、ｄ１〜ｄ４として出力される。またデータ
は、４ビツト構成、すなわちｄ４，ｄ３，ｄ２，
ｄ１となつていて、下位２ビツトｄ２，ｄ１が発
熱量Ｑ１〜Ｑ４、上位２ビツトd₄，D₃が発熱量
Ｑ１〜Ｑ４持続時間Ｔ１〜Ｔ４を制御するための
ものである。データの下位２ビツトｄ２，ｄ１の
うち、０、０をＱ１に、０、１をＱ２に、１、０
をＱ３に、１、１をＱ４に割当て、上位２ビツト
ｄ４，ｄ３のうち、０、０をＴ１に、０、１をＴ
２に、１、０をＴ３に、１、１をＴ４に割当てて
いる。またデータｄ４，ｄ３，ｄ２，ｄ１は、番
地順に、発熱量Ｑの時系列、その持続時間Ｔの時
間Ｔの時系列ともに、そのパワースペクトルが周
波数に反比例するように配列されている。１１
Ａ，１１Ｂはデコーダで、１１Ａはデータの下位
２ビツトｄ２，ｄ１をデコードし、１１Ｂはデー
タの上位２ビツトｄ４，ｄ３をデコードし、それ
相当の信号を出力する。以下にそれを示す。

【表】１２Ａ，１２ＢはＰ―MOSオープンドレーン
タイプのバツフアで、前記デコーダ１１Ａ，１１
Ｂの出力を増巾する。なお、バツフア１２Ａの電
源は制御回路３の電源と同一の商用電源同期電源
である。またバツフア１２Ａの出力ｅ４，ｅ３，
ｅ２，ｅ１は信号発生器７の出力信号であり、こ
れらはそれぞれ制御回路３の固定抵抗６ｄ＞６ｃ
＞６ｂ＞６ａに接続される。例えば出力信号ｅ１
が「Hi」ならば、サイリスタ４の導通角は大と
なり、かつ発熱量Ｑは最大のＱ１となる。出力信
号ｅ４が「Hi」ならば、サイリスタ４の導通角
は小となり、発熱量Ｑは最小のＱ４となる。した
がつて抵抗６ａの抵抗値は他の抵抗よりも小さ
く、かつ抵抗６ｄの抵抗値は他の抵抗よりも大き
い。すなわち、出力信号ｅ４，ｅ３，ｅ２，ｅ１
は、発熱量Ｑ４，Ｑ３，Ｑ２，Ｑ１に対応してい
る。バツフア１２Ｂの出力は、デコーダ１１Ｂの
出力０１，０２，０３，０４に応じたｆ１〜ｆ４
として、タイマー１３に入力される。このタイマ
ー１３は、いわゆるアナログタイマーで、コンデ
ンサに充電される充電電圧ｃが基準電圧ｒに達す
るまでの時間がタイマー時間であり、またこのタ
イマー１３はその入力ｆ１〜ｆ４によりコンデン
サに充電される速度が制御されるもので、４つの
タイマー時間Ｔ１〜Ｔ４を有する。すなわち、バ
ツフア１２Ｂの出力ｆ１〜ｆ４とタイマー時間Ｔ
１〜Ｔ４とはそれぞれ対応している。なお、タイ
マー時間Ｔ１〜Ｔ４の関係はＴ１＜Ｔ２＜Ｔ３＜
Ｔ４である。またコンデンサに充電された電荷
は、オペアンプ１４の出力が「Hi」になつた瞬
間、抵抗、コンデンサ、バツフアで構成される微
分器出力により、瞬時に放電される。なお、タイ
マー１３の出力、すなわちオペアンプ１４の出力
（CLK）は、バイナリカウンタ９のクロツク信号
としてバイナリカウンタ９に入力される。次に、上記構成における動作を、第２図に示す
タイミングチヤートを参照しながら説明する。な
お、この第２図において、イはバイナリカウンタ
９の出力、すなわちアドレス信号ａ４，ａ３，ａ
２，ａ１を、ロはデータ出力ｄ４，ｄ３，ｄ２，
ｄ１を、ハ〜ヘはデータ出力の状態を、ト〜ヌは
信号発生器７の出力ｅ１〜ｅ４を、ル〜カはバツ
フア１２Ｂの出力ｆ１〜ｆ４を、ヨはタイマー１
３のコンデンサ充電電圧ｃ（点線は基準電圧ｒ）
を、タはオペアンプ１４のクロツク信号
（CLK）を、レはヒータ２の発熱量Ｑをそれぞれ
示す。まず時刻ｔφでスタートすると、バイナリ
カウンタ９の出力、すなわちアドレス信号はφ
で、ＲＭ１０のφ番地が指定される。そしてそ
のデータ０，０，０，０が出力され、デコーダ１
１Ａがこのデータの下位２ビツトｄ２，ｄ１をデ
コードし、バツフア１２Ａの出力信号ｅ１が
「Hi」信号を出力する。またデコーダ１１Ｂはデ
ータの上位ビツトｄ４，ｄ３をデコードし、バツ
フア１２Ｂの出力信号ｆ１が「Hi」信号を出力
する。なお、制御回路３はバツフア１２Ａの出力
信号ｅ１が「Hi」であるため、ヒータ２の通電
率を最大にし、発熱量Ｑを最大のＱ１とする。一
方、タイマー１３はバツフア１２Ｂの出力信号ｆ
１が「Hi」であるため、最小時間でコンデンサ
が充電される。すなわち時間Ｔ１でコンデンサの
充電電圧ｃが基準電圧ｒに達する。これにより、
オペアンプ１４のクロツク信号（CLK）は一度
「Lo」になり、そしてタイマー１３のコンデンサ
の充電電圧ｃが「Lo」になれば、再び「Hi」に
なる（時刻ｔ１）。すなわちこのクロツク信号
（CLK）の「Hi」→「Lo」→「Hi」により、バイ
ナリカウンタ９の出力は（０、０、０、１）とな
り、ＲＭ１０の番地は１番地が指定される。こ
の１番地のデータ（０、１、１、０）が出力さ
れ、デコーダ１１Ａ，１１Ｂがデコードすると、
今度はバツフア１２Ａの出力信号ｅ３が「Hi」
となり、かつバツフア１２Ｂの出力信号ｆ２が
「Hi」となる。これによりヒータ２の発熱量Ｑは
Ｑ３となり、その持続時間ＴはＴ２となる。以
下、この動作を繰り返し、バイナリカウンタ９の
出力が（１、１、１、１）となると、ＲＭ１０
の番地はＦ番地が指定され、それに相応するデー
タが出力される。この後オペアンプ１４のクロツ
ク信号（CLK）がバイナリカウンタ９に入力さ
れると、バイナリカウンタ９の出力は再び（０、
０、０、０）となり、ＲＭ１０はφ番地が指定
される。以後はこれらの動作を繰り返す。なお、上記実施例では説明を簡単にするため、
ＲＭ１０の記憶容量を４ビツト×16としたが、
現実にはきわめて大容量のＲＭを入手すること
ができ、したがつて上記実施例の如く16種のデー
タよりも大きな容量とすることはきわめて容易に
行なうことができる。このようにして得られた発
熱量の時系列Ｑ１，Ｑ３，Ｑ２，Ｑ４，Ｑ３，Ｑ
４，Ｑ１，……とその持続時間Ｔの時系列Ｔ１，
Ｔ２，Ｔ４，Ｔ３，Ｔ３，Ｔ１，Ｔ２，……のパ
ワースペクトルは、データ出力ｄ２，ｄ１および
ｄ４，ｄ３が予めこれらのパワースペクトルが周
波数に反比例するように配列されているので、周
波数に反比例することになる。また上記実施例ではヒータ２の発熱量Ｑ１〜Ｑ
４は固定されているが、これを決定している固定
抵抗６ａ〜６ｄをボリウムに置換する等の方法に
より、容易に変更可能となる。特に発熱量の最大
値Ｑ１、最小値Ｑ４については、使用者が使用者
の感覚に応じて任意にセツトできるようにボリウ
ムをつけ加えて、設定値を変化可能にした方が望
ましい。このことは、発熱量の最大値Ｑ１、最小
値Ｑ４をも、それぞれのパワースペクトルが周波
数に反比例するように変動させた方が良いことを
意味する。第３図は発熱量の最大値Ｑ１、最小値Ｑ４とも
に変動させる場合の実施例の部分回路図で、この
第３図の回路を第１図の回路に付加することによ
つて、発熱量の最大値Ｑ１、最小値Ｑ４を変動さ
せることができる。すなわち、読み出し専用記憶
素子（以下ＲＭと称す）１５を付加し、これを
アドレス信号ａ４，ａ３，ａ２，ａ１で番地指定
する。ＲＭ１５のデータは、上位２ビツトが発
熱量の最大値Ｑ１制御用、下位ビツトが発熱量の
最小値Ｑ４制御用である。なお、第３図の回路で
は、第１図の回路の固定抵抗６ａ，６ｄを各々３
個の固定抵抗１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃと１７Ａ，
１７Ｂ，１７Ｃに置換している。これらの固定抵
抗１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ，１７Ａ，１７Ｂ，１
７Ｃのうち、１６Ｂ，１６Ｃと１７Ｂ，１７Ｃに
は各々アナログスイツチ１８Ｃ，１８Ｄと１８
Ａ，１８Ｂが並列接続されていて、このアナログ
スイツチ１８Ｃ，１８Ｄ，１８Ａ，１８Ｂは、Ｒ
Ｍ１５出力０３，０４，０１，０２で制御され
る。次に第３図の回路の動作を第４図のタイミング
チヤートを参照して説明する。アドレス信号ａ４
〜ａ１がφのとき、ＲＭ１５のデータ出力は
（１、１、０、０）で、アナログスイツチ１８
Ａ，１８Ｂはともにオフで、抵抗値は抵抗１７Ａ
〜１７Ｃの合成抵抗となり、最小発熱量Ｑ４のレ
ベルは最低のＱ４Ｃとなる。またこのとき、アナ
ログスイツチ１８Ｃ，１８Ｄはともにオンで、抵
抗１６Ｂ，１６Ｃはシヨートされ、抵抗１６Ａの
みとなり、最大発熱量Ｑ１のレベルは最高のＱ１
Ａとなる。信号発生器７の出力ｅ４，ｅ３，ｅ
２，ｅ１は第１図と同じ変化をするため、時刻ｔ
φ〜ｔ１では、ヒータ２の発熱量ＱはＱ１Ａとな
る。そして時刻ｔ１でアドレス信号ａ４〜ａ１が
１となるがφ番地と同様のデータ１，１，０，０
が記憶されていて、これが出力される。しかし、
信号発生器７の出力ｅ３が「Hi」のため、最大
発熱量Ｑ１、最小発熱量Ｑ４のレベルは無関係と
なる。時刻ｔ２でＲＭ１５のデータ出力は
（１、１、１、１）となり、アナログスイツチ１
８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ，１８Ｄがともにオンし、
最小発熱量Ｑ４のレベルは最大のＱ４Ａとなる。
しかし、このときも信号発生器７の出力ｅ２が
「Hi」であるため、これらのレベルは無関係とな
る。時刻ｔ３でＲＭ１５のデータ出力は（０、
０、０、１）となり、アナログスイツチ１８Ａの
みがオンする。このため、最大発熱量Ｑ１のレベ
ルは最低のＱ１Ｃとなり、最小発熱量Ｑ４のレベ
ルは中間のＱ４Ｂとなる。このとき信号発生器７
の出力ｅ４が「Hi」であるため、発熱量ＱはＱ
４Ｂとなる。以下、上述したような動作を繰り返
す。最大発熱量Ｑ１のレベルの変動Ａ，Ａ，Ａ，
Ｃ，Ｂ，Ｃ，Ｃ，……と最小発熱量Ｑ４のレベル
の変動Ｃ，Ｃ，Ａ，Ｂ，Ｂ，Ａ，Ａ，……の各々
のパワースペクトルが周波数に反比例するような
データをＲＭ１５が記憶しているため、最大発
熱量Ｑ１、最小発熱量Ｑ４のパワースペクトルは
周波数に反比例することになる。よつて、第１図
の実施例では、発熱量の最大値、最小値が固定さ
れていたが、第３図の実施例では変動させること
ができるので、さらに快適感の高い暖房が得られ
る。なお、構造が簡単な電気ストーブでは、電気ヒ
ータを２本用意し、総発熱量を２段階に切り換え
るものがある。このような電気ストーブに対して
は、発熱量ＱをQA，QBと交互に繰り返すととも
に、各々の持続時間をそのパワースペクトルが周
波数に反比例するように変動させることによつ
て、発熱量ＱをQAまたはQBに固定する場合より
も高い快適感が得られる。この場合の実施例を第
５図に示す。この第５図において、２Ａ，２Ｂは
電気ヒータ、３′は制御回路で、この制御回路
３′は信号発生器７′の出力を増巾するインバータ
１９と、このインバータ１９の出力によりオン、
オフし、前記電気ヒータ２Ａを入、切するリレー
２０とから成り立つている。７′は信号発生器
で、第１図と同一番号は同一物を示す。１０′は
読み出し専用記憶素子（以下ＲＭと称す）で、
このＲＭ１０′は第１図のＲＭ１０とデータ
内容が変つていて、ｄ４〜ｄ１の代りに、バツフ
ア１２Ｂの出力信号ｆ４〜ｆ１が記憶されてい
る。２１はフリツプフロツプで、このフリツプフ
ロツプ２１はタイマー１３の出力（CLK）を受
け、このクロツク信号（CLK）が「Hi」から
「Lo」に変わるたびにその出力ｈが反転するもの
である。その動作を第６図のタイミングチヤート
を参照しながら説明する。まず時刻ｔφからｔ１
までは、フリツプフロツプ２１の出力ｈは
「Lo」で、リレー２０はオフし、電気ヒータ２Ｂ
のみが通電されるため、発熱量ＱはQBとなる。
時刻ｔ１でクロツク信号（CLK）がフリツプフ
ロツプ２１に入力され、その結果、フリツプフロ
ツプ２１の出力ｈは「Hi」となり、リレー２０
がオンし、電気ヒータ２Ａのみに通電されるた
め、発熱量ＱはQAとなる。この場合、QAとQB
の関係はQA＞QBとしている。以下、発熱量は
QAとQBとを交互に繰り返すが、その持続時間Ｔ
はＴ１，Ｔ２，Ｔ４，Ｔ３，Ｔ１，Ｔ２，……の
時系列となり、そのパワースペクトルは周波数に
反比例する。このようにして発熱量ＱはQAとQB
を交互に繰り返すのみであるが、各々の持続時間
は、そのパワースペクトルが周波数に反比例する
ように変動するため、従来の電気ストーブによる
暖房よりもはるかに高い快適感が得られるのであ
る。またこれはきわめて簡単な装置によつて得ら
れる。また持続時間を一定にして、発熱量を変化させ
るだけでも、ある程度快適性については改善でき
るし、これは装置を簡略化できるという効果もあ
る。例えば第７図に示すような実施例がある。第
１図と同一番号は同一物を示す。すなわち、信号
発生器７″は、第１図のデコーダ１１Ｂ、バツフ
ア１２Ｂ、タイマー１３を除去し、かつ発振器２
２を別個に設け、バイナリカウンタ９のフロツク
信号を発生させるようにしたものである。なお、
読み出し専用記憶素子１０″はデータ内容を変
え、信号発生器７″の出力信号ｅ４〜ｅ１を記憶
している。これによりデコーダ１１Ａを除去する
ことができる。その動作は第１図とほぼ同じで、
ただ持続時間Ｔは発振器２２の発振時間間隔To
が一定となつている。この装置における発熱量
は、そのパワースペクトルが周波数に反比例する
ように制御されるが、持続時間ＴはTo一定であ
る。このため、第１図の装置よりも快適感は劣る
が、従来のものよりはそれでもなお高い快適感
を、第１図よりも簡単な装置により得られるとい
う効果がある。以上、電気ストーブを例にして本発明を説明し
たが、例えばガスバーナを用いたガスストーブの
発熱量制御では、電気ヒータの通電量制御の代り
に、電磁弁や電磁式比例弁等を用いることによ
り、容易に本発明を実施することができる。また
温水を用いたフアンコイルユニツト等の発熱量制
御では、温水流量を制御してもよいし、また付属
の送風フアンの速度を制御することによつても達
成できる。いずれの場合であつても、発熱量を、
そのパワースペクトルが周波数に反比例するよう
に制御することにより、快適感の高い暖房を得る
ことができる。以上のように本発明は、パワースペクトルが周
波数に反比例する不規規則信号を発生する信号発
生器と、この不規則信号に応じて暖房器具の発熱
量を制御する制御回路とを備え、前記信号発生器
は、アドレス信号を順次出力するカウンタと、前
記アドレス信号を受けて該当アドレスのデータを
出力し、予めそのパワースペクトルが各々周波数
に反比例する２系列の信号をデジタル量で記憶す
る読み出し専用記憶素子と、前記２系列信号の一
方の系列のデジタルデータをデコードし不規則信
号として出力する第１のデコーダと、前記２系列
信号の他方の系列のデジタルデータをデコードし
てタイマに出力する第２のデコーダと、前記第２
のデコーダの出力によりそのタイマ時間が決定さ
れ、その出力が前記カウンタのクロツク入力に接
続されたタイマとで構成したものであるので暖房
器具の発熱量またはその持続時間あるいはその両
方を、パワースペクトルが周波数に反比例するよ
うに制御するため、従来のように一定の発熱量を
維持することによつて生ずる欠点を排除すること
ができ、きわめて快適感の高い暖房を長時間維持
できるという優れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す電気回路図、
第２図は第１図の回路の動作説明用タイミングチ
ヤート、第３図は本発明の他の実施例を示す要部
電気回路図、第４図は第３図の回路の動作説明用
タイミングチヤート、第５図は本発明の他の実施
例を示す電気回路図、第６図は第５図の回路の動
作説明用タイミングチヤート、第７図は本発明の
さらに他の実施例を示す電気回路図、第８図は従
来の暖房器具の電気回路図である。３，３′……制御回路、７，７′，７″……信号
発生器、９……カウンタ、１０，１０′，１０″…
…読出し専用記憶素子、１１Ａ，１１Ｂ……デコ
ーダ、１３……タイマ。

Claims

【特許請求の範囲】

１パワースペクトルが周波数に反比例する不規
則信号を発生する信号発生器と、この不規則信号
に応じて暖房器具の発熱量を制御する制御回路と
を備え、前記信号発生器は、アドレス信号を順次
出力するカウンタと、前記アドレス信号を受けて
該当アドレスのデータを出力し、予めそのパワー
スペクトルが各々周波数に反比例する２系列の信
号をデジタル量で記憶する読み出し専用記憶素子
と、前記２系列信号の一方の系列のデジタルデー
タをデコードし不規則信号として出力する第１の
デコーダと、前記２系列信号の他方の系列のデジ
タルデータをデコードしてタイマに出力する第２
のデコーダと、前記第２のデコーダの出力により
そのタイマ時間が決定され、その出力が前記カウ
ンタのクロツク入力に接続されたタイマとで構成
した暖房器具用制御装置。