JP2010205688A

JP2010205688A - ヒータ装置

Info

Publication number: JP2010205688A
Application number: JP2009052831A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Kase; 広明加瀬; Kazuhiko Ito; 和彦伊藤; Masami Taura; 方三田浦; Mitsuhiro Fukuda; 充浩福田
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2009-03-06
Filing date: 2009-03-06
Publication date: 2010-09-16

Abstract

【課題】複数のヒータを具備し、異なる電圧の電源接続を可能とするヒータ装置において、異なる電圧値の印加発熱に伴うヒータの劣化の進行を抑制する。
【解決手段】複数のヒータ７、１２に印加される電源Ｖの電圧値が所定値よりも高い場合には、ヒータ７、１２を直列接続とし、電源Ｖの電圧値が所定値よりも低い場合には、ヒータ７、１２を並列接続とすることにより、単一のヒータ７、１２に印加される電圧を、電源電圧が高い場合あるいは低い場合にかかわらず略同じ電圧とし、ヒータの発熱状態、および発熱に伴うヒータの熱応力を略安定させ、ヒータの劣化の進行を抑制する。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数のヒータを具備し、異なる電圧の電源接続を可能とするヒータ装置に関するものである。

従来、複数のヒータを具備し、電源電圧の変動に伴って前記ヒータの通電回路を、複数のヒータが直列接続となる回路、あるいは複数のヒータが並列接続となる回路に切換える構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。

かかる構成は、電源となる電気二重層コンデンサの放電電圧が開始された状態において、ヒータの温度を検出し、放電開始前の温度との比較において、電気ヒータの温度上昇がない場合でも、電気二重層コンデンサの端子電圧の低下に合せて強制的にヒータの抵抗値を下げ、電気二重層コンデンサから定電力放電に近い放電を実現させるものである。
特開２００５−６９５９３号公報

しかしながら上記従来の構成は、ヒータに対する電力供給元が、交流電源のみ、蓄電装置のみ、交流電源と蓄電装置との並列接続、交流電源と蓄電装置の直列接続と選択可能であるため、ヒータに印加される電圧は、電源の選択状態によって異なる構成である。

したがって、通電状態にあるヒータは、大幅に異なる電圧が印加されることとなり、この電圧の変化に伴ってヒータの発熱量も変化する。これに伴い、ヒータにかかる熱応力も安定し難く、これに起因してヒータは劣化が進み易い条件にあり、ヒータの長寿命化をはかることが困難であった。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、電源電圧が異なる場合であっても、単一のヒータに印加される電圧を一定の範囲に維持し、ヒータにかかる熱応力を安定させ、ヒータの長寿命化を可能とするものである。

上記従来の課題を解決するために、本発明のヒータ装置は、複数のヒータと、前記ヒータに印加される電源の電圧を検出する入力電圧検出手段と、前記入力電圧検出手段の検出電圧値により、前記複数のヒータが、前記電源に対して直列接続もしくは並列接続となるように切換える切換え手段を具備し、前記検出電圧値が所定値よりも高い場合に前記ヒータを直列接続とし、前記検出電圧値が所定値よりも低い場合に前記ヒータを並列接続とするものである。

これにより、単一のヒータに印加される電圧を、電源電圧が高い場合あるいは低い場合にかかわらず略同じ電圧とすることができる。

その結果、ヒータの発熱状態、および発熱に伴うヒータの熱応力は略安定し、ヒータの劣化の進行を抑制することができる。

本発明のヒータ装置は、印加される電源の電圧が異なった場合であっても、特定のヒータに突出した電圧が印加されないようにしたもので、それぞれのヒータにかかる電圧を所定の範囲に抑制し、発熱量が略安定した状態でヒータを動作させることができる。その結果、ヒータにかかる熱応力を所定の範囲で抑えることができ、ヒータの劣化進行を抑制し、ヒータの長寿命化をはかることができる。

請求項１に記載の発明は、電源に接続された複数のヒータと、前記ヒータに印加される電源の電圧を検出する入力電圧検出手段と、前記入力電圧検出手段の検出電圧値により、前記複数のヒータが、前記電源に対して直列接続もしくは並列接続となるように切換える切換え手段を具備し、前記検出電圧値が所定値よりも高い場合に前記ヒータを直列接続とし、前記検出電圧値が所定値よりも低い場合に前記ヒータを並列接続とするものである。

かかることにより、単一のヒータに印加される電圧を、電源電圧が高い場合あるいは低い場合にかかわらず略同じ電圧とすることができる。その結果、ヒータの発熱状態、および発熱に伴うヒータの熱応力を略安定させ、ヒータの劣化の進行を抑制することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記切換え手段に、接点式リレーを採用したものである。

かかることにより、電源に交流・直流のいずれもが採用可能となり、用途範囲を拡大することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記切換え手段に、半導体リレーを採用したものである。

かかることにより、リレーにおける導通、非導通動作に伴うノイズの発生を抑制することができ、ヒータ装置を搭載する機器へのノイズに起因する影響を抑制することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるヒータ装置のブロック回路図である。図２は、同ヒータ装置における電源電圧が所定の電圧値よりも低い場合の通電状態を示す加熱部の回路図である。図３は、同ヒータ装置における電源電圧が所定の電圧値よりも高い場合の通電状態を示す加熱部の回路図である。

図１において、ヒータ装置１は、電源Ｖと、制御部２と、加熱部６を具備した構成であり、電源Ｖは、バッテリー等で構成される直流の電源で、＋（プラス）端子および−（マイナス）端子に電源線Ｌ１、Ｌ２が接続されている。電源線Ｌ１、Ｌ２には、制御部２と加熱部６がそれぞれ接続されている。

制御部２は、電源Ｖの電圧を検出する入力電圧検出手段３と、加熱部６の周辺を主体に周囲の温度を検出するサーミスタ等からなる温度検出手段４と、入力電圧検出手段３および温度検出手段４からの信号を入力し、加熱部６への通電を制御する制御手段５を具備している。なお、制御手段５は、周知の如くマイクロプロセッサー等を主体にその回路が構成されているものである。

加熱部６は、第一ヒータ７と、この第一ヒータ７を挟んで直列に接続された電磁式リレーで代表される接点式の第一リレー８、第二リレー９（いずれも本発明の切換え手段に相当）と、この直列回路の両端に配置接続されたヒューズ１０、１１と、同様に第二ヒータ１２を挟んで接続された第三リレー１３、第四リレー１４（いずれも本発明の切換え手段に相当）、ヒューズ１５、１６で構成される直列回路を具備している。

そして、第一ヒータ７等、第二ヒータ１２等で構成されるそれぞれの直列回路は、電源線Ｌ１、Ｌ２へ並列に接続されている。また、第一ヒータ７と第二ヒータ１２のそれぞれのマイナス側は、接続線１７によって接続されており、さらに、第一ヒータ７と第二リレー９の直列回路と並列となるように第五リレー１８（本発明の切換え手段に相当）が接続されている。

ここで、本実施の形態１においては、便宜上第一ヒータ７および第二ヒータ１２を同じ定格のものとし、また第一リレー８から第五リレー１８までの各リレー８、９、１３、１４、１８および各ヒューズ１０、１１、１５、１６もそれぞれの定格を同じものとしている。なお、各ヒューズ１０、１１、１５、１６は、過度な温度上昇あるいは過度な電流によって溶断するものであるが、その他、復帰型等の周知のヒューズを使用することも可能である。

上記構成において、加熱部６に印加される電源Ｖの電圧が所定値以下（例えば２４Ｖ）の場合、まず入力電圧検出手段３がその電圧値を検出し、その信号を入力した制御手段５は、第一リレー８、第二リレー９、第三リレー１３、第四リレー１４をそれぞれ導通状態とし、第五リレー１８を非導通状態となるように制御する。その状態を図２に示す。

したがって、第一ヒータ７および第二ヒータ１２は、電源Ｖに対して並列に接続された状態となり、第一ヒータ７および第二ヒータ１２には同じ電圧が印加され、定格を同じとしていることから、それぞれ同じ発熱量を発する。

そして、周辺の温度が予め定めた所定温度以上に上昇すると温度検出手段４がこれを検出し、その信号を入力した制御手段５は、第一リレー８から第四リレー１４までの各リレー８、９、１３、１４を非導通状態となるように制御し、温度制御を行う。

以下、温度検出手段４の検出温度に応じて制御手段５は、第一リレー８から第四リレー１４までの各リレー８、９、１３、１４を導通状態、非導通状態となるように制御し、これによって周辺の温度を所定の範囲に維持することができる。

また、加熱部６に印加される電源Ｖの電圧が所定値以上（例えば４８Ｖ）の場合、上述と同様に入力電圧検出手段３がその電圧値を検出し、その信号を入力した制御手段５は、第一リレー８、第二リレー９、第三リレー１３、第四リレー１４、第五リレー１８をそれぞれ導通状態、非導通状態となるように制御する。その状態を図３に示す。

すなわち、第一リレー８、第二リレー９、第四リレー１４はそれぞれ非導通状態となり、第三リレー１３および第五リレー１８が導通状態となる。

その結果、電源Ｖからの電流は、電源線Ｌ１、ヒューズ１５、第三リレー１３、第二ヒータ１２、接続線１７、第一ヒータ７、第五リレー１８、ヒューズ１１、電源線Ｌ２と流れ、第一ヒータ７と第二ヒータ１２を直列に接続した回路が形成される。

その状態において、第一、第二の各ヒータ７、１２を流れる電流値は、その定格を同一としていることに伴い、同じ電流値となり、それぞれ同じ発熱量を発する。

そして、周辺の温度制御についても、同様に温度検出手段４の検出温度に応じて制御手段５を動作させ、第一リレー８から第四リレー１４までの各リレー８、９、１３、１４を導通状態、非導通状態となるように制御することにより、周辺の温度を所定の範囲に維持することができる。

このように、電源Ｖの電圧が、所定値以下（２４Ｖ）と所定値以上（４８Ｖ）の場合であっても、第一、第二それぞれのヒータ７、１２に印加される電圧は、いずれも所定値以下で定める２４Ｖであるため、第一、第二それぞれのヒータ７、１２にかかる熱応力は、電源Ｖから異なる電圧が供給された場合であっても所定の範囲とすることができ、熱応力に伴う劣化の進行も抑制された状態となる。

したがって、第一、第二それぞれのヒータ７、１２の長寿命化が可能となり、メンテナンスに伴う作業負担を軽減することができる。特に、第一、第二それぞれのヒータ７、１２に同じ定格のものを用いる仕様とすることにより、発熱量の確保に要する表面積、電線サイズのヒータ設計が容易となり、また、ヒータ装置１を小型化することができる。

さらに、本実施の形態１においては、切換え手段に接点式のリレーを採用しているため、電源Ｖが直流・交流のどちらであっても対応することができる。

なお、本実施の形態１においては、同定格のヒータ７、１２を二本用いた場合について説明したが、それ以上の本数を使用し、電源Ｖの電圧値に応じて各ヒータの直列接続回路、並列接続回路を構成することも可能であり、かかる場合においても、他のヒータと比較して特定のヒータに突出した電圧が印加されるといったことを抑制し、ヒータの劣化の進行を抑制することができる。

（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２におけるヒータ装置の電源電圧が所定の電圧値よりも低い場合の通電状態を示す加熱部の回路図である。図５は、同ヒータ装置における電源電圧が所定の電圧値よりも高い場合の通電状態を示す加熱部の回路図である。なお、先の実施の形態１と同じ構成要件については、同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

先の実施の形態１と相違する構成は、電源Ｖを直流電源に特定し、また、切換え手段に第一から第五の半導体リレー２１、２２、２３、２４、２５を採用し、さらに、ヒューズ１１、１６に替えて電源Ｖからの電流の流れを規制するダイオード２６、２７をそれぞれ第一ヒータ７、第二ヒータ１２の電源線Ｌ２側で直列に配置接続し、電源線Ｌ２にもダイオード２８を配置接続した点である。

したがって、かかる構成においても、加熱部６に印加される電源Ｖの電圧が所定値以下（例えば２４Ｖ）の場合、まず入力電圧検出手段３がその電圧値を検出し、その信号を入力した制御手段５が、第一半導体リレー２１、第二半導体リレー２２、第三半導体リレー２３、第四半導体リレー２４をそれぞれ導通状態とし、第五半導体リレー２５を非導通状態となるように制御する。その状態を図４に示す。

したがって、第一ヒータ７および第二ヒータ１２は、電源Ｖに対して並列に接続された状態となり、矢印で示す如く電流が流れる。その結果、第一ヒータ７および第二ヒータ１２には同じ電圧が印加され、定格を同じとしていることから、それぞれ同じ発熱量を発する。

そして、周辺の温度が予め定めた所定温度以上に上昇すると温度検出手段４がこれを検出し、その信号を入力した制御手段５は、第一半導体リレー２１から第四半導体リレー２４までの各半導体リレー２１、２２、２３、２４を非導通状態となるように制御し、温度制御を行う。

以下、温度検出手段４の検出温度に応じて制御手段５は、第一半導体リレー２１から第四半導体リレー２４までの各半導体リレー２１、２２、２３、２４を導通状態、非導通状態となるように制御し、これによって周辺の温度を所定の範囲に維持することができる。

また、加熱部６に印加される電源Ｖの電圧が所定値以上（例えば４８Ｖ）の場合も、上述と同様に入力電圧検出手段３がその電圧値を検出し、その信号を入力した制御手段５が、第一半導体リレー２１、第二半導体リレー２２、第三半導体リレー２３、第四半導体リレー２４をそれぞれ導通状態、非導通状態となるように制御する。その状態を図５に示す。

すなわち、第一半導体リレー２１、第二半導体リレー２２、第四半導体リレー２４はそれぞれ非導通状態となり、第三半導体リレー２３および第五半導体リレー２５が導通状態となる。

その結果、電源Ｖからの電流は、矢印で示す如く電源線Ｌ１、ヒューズ１５、第三半導体リレー１３、第二ヒータ１２、接続線１７、第一ヒータ７、第五半導体リレー１８、ダイオード２６、電源線Ｌ２と流れる。このように、加熱部６に印加される電源Ｖの電圧が所定値以上（４８Ｖ）の場合は、第一ヒータ７と第二ヒータ１２を直列に接続した回路が形成される。

しかも、電源Ｖの電圧が、所定値以下（２４Ｖ）と所定値以上（４８Ｖ）の場合であっても、第一、第二それぞれのヒータ７、１２に印加される電圧は、いずれも所定値以下で定める２４Ｖであるため、第一、第二それぞれのヒータ７、１２にかかる熱応力は、電源Ｖから異なる電圧が供給された場合であっても所定の範囲とすることができ、熱応力に伴う劣化の進行も抑制された状態となる。

さらに、本実施の形態２においては、電源Ｖを直流とし、切換え手段に半導体リレー２１、２２、２３、２４、２５を採用した構成としているため、導通、非導通の切換え動作に伴うノイズを抑制することができる。その結果、近辺に電子機器が配置された環境に設置したばあいであっても、ノイズに伴う電子機器への影響を抑制することが可能となる。

以上のように、本発明のヒータ装置は、接続される電源の電圧値によって複数のヒータの接続形態を並列接続、あるいは直列接続に切換え、特定のヒータに突出した電圧が印加されないようにしたもので、ヒータの長寿命化が可能となるため、ヒータ装置を熱源とする加熱装置、あるいは暖房装置等に広く適用することができるものである。

本発明の実施の形態１におけるヒータ装置のブロック回路図同実施の形態１におけるヒータ装置の電源電圧が所定の電圧値よりも低い場合の通電状態を示す加熱部の回路図同実施の形態１におけるヒータ装置の電源電圧が所定の電圧値よりも高い場合の通電状態を示す加熱部の回路図本発明の実施の形態２におけるヒータ装置の電源電圧が所定の電圧値よりも低い場合の通電状態を示す加熱部の回路図同実施の形態２におけるヒータ装置の電源電圧が所定の電圧値よりも高い場合の通電状態を示す加熱部の回路図

１ヒータ装置
２制御部
３入力電圧検出手段
４温度検出手段
５制御手段
６加熱部
７第一ヒータ
８第一リレー（切換え手段）
９第二リレー（切換え手段）
１２第二ヒータ
１３第三リレー（切換え手段）
１４第四リレー（切換え手段）
１８第五リレー（切換え手段）
２１第一半導体リレー（切換え手段）
２２第二半導体リレー（切換え手段）
２３第三半導体リレー（切換え手段）
２４第四半導体リレー（切換え手段）
２５第五半導体リレー（切換え手段）
Ｖ電源

Claims

電源に接続された複数のヒータと、前記ヒータに印加される電源の電圧を検出する入力電圧検出手段と、前記入力電圧検出手段の検出電圧値により、前記複数のヒータが、前記電源に対して直列接続もしくは並列接続となるように切換える切換え手段を具備し、前記検出電圧値が所定値よりも高い場合に前記ヒータを直列接続とし、前記検出電圧値が所定値よりも低い場合に前記ヒータを並列接続とするヒータ装置。
前記切換え手段に、接点式リレーを採用した請求項１に記載のヒータ装置。
前記切換え手段に、半導体リレーを採用した請求項１に記載のヒータ装置。