(57)【要約】    【課題】  耳障りな音や有害な電磁波の発生が十分に抑えられつつ、加熱対象水を連続的に加熱して温水又は熱水を得ることができる。    【解決手段】  電気給湯装置Ａの熱交換部１８は、断熱槽１０内から供給される熱媒体水で加熱対象水を連続的に加熱する。循環装置２０は、断熱槽１０と熱交換部１８の間で熱媒体水を循環させる。直流駆動装置１４は、交流電源ＡＣの一方の端子と整流回路ＲＥの一方の入力端子の間に接続されたゼロクロス機能付きトライアックＴＲ、直列接続のコンデンサＣ１とゼロクロス機能付きフォトトライアックＰＴＲと抵抗Ｒ、発光ダイオードＬＤ、発光ダイオードＬＤのオン・オフを制御する制御部ＣＵ、整流回路ＲＥの出力端子に接続された２つの平滑コンデンサＣ２・Ｃ３及び大容量のキャパシタＣＡを有する。【選択図】      図２
2010181076.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液状熱媒体を貯留するための断熱槽と、
断熱槽内の液状熱媒体を加熱するための電気ヒータと、
電気ヒータを直流駆動するための直流駆動装置と、
断熱槽内の液状熱媒体の温度を感知するための液状熱媒体温度センサと、
加熱時に連続的に供給及び排出がなされる加熱対象水と前記液状熱媒体の間で熱交換を行うことにより加熱対象水を加熱するための熱交換部と、
断熱槽と熱交換部の間で液状熱媒体を循環させるための循環装置を備え、
前記直流駆動装置は、
交流電源に接続される整流回路と、
交流電源の一方の端子と整流回路の一方の入力端子の間に接続されたゼロクロス機能付きトライアックと、
前記ゼロクロス機能付きトライアックと並列に接続された、直列接続のコンデンサとゼロクロス機能付きフォトトライアックと抵抗と、
前記フォトトライアックと共にフォトトライアックカプラを構成する発光素子と、
発光素子のオン・オフを制御する制御部と、
前記整流回路の出力端子に接続された、互いに並列の、同容量の２つの平滑コンデンサ及びその平滑コンデンサの容量の１００倍以上の容量のキャパシタを有し、
前記コンデンサは交流電源の前記一方の端子に接続され、前記抵抗は前記整流回路の一方の入力端子に接続され、ゼロクロス機能付きトライアックのゲートがフォトトライアックと抵抗の間に接続され、
前記制御部は、少なくとも液状熱媒体温度センサによる温度情報に基づき発光素子のオン・オフを制御することにより、電気ヒータを駆動する直流電流のオン・オフを制御することを特徴とする電気給湯装置。
【請求項２】
２つの平滑コンデンサが何れも電解コンデンサである請求項１記載の電気給湯装置。
【請求項３】
キャパシタが電気二重層キャパシタである請求項１又は２記載の電気給湯装置。
【請求項４】
交流電源に接続される整流回路と、
交流電源の一方の端子と整流回路の一方の入力端子の間に接続されたゼロクロス機能付きトライアックと、
前記ゼロクロス機能付きトライアックと並列に接続された、直列接続のコンデンサとゼロクロス機能付きフォトトライアックと抵抗と、
前記フォトトライアックと共にフォトトライアックカプラを構成する発光素子と、
発光素子のオン・オフを制御する制御部と、
前記整流回路の出力端子に接続された、互いに並列の、同容量の２つの平滑コンデンサ及びその平滑コンデンサの容量の１００倍以上の容量のキャパシタを有し、
前記コンデンサは交流電源の前記一方の端子に接続され、前記抵抗は前記整流回路の一方の入力端子に接続され、ゼロクロス機能付きトライアックのゲートがフォトトライアックと抵抗の間に接続され、
前記制御部は、発光素子のオン・オフを制御することにより、負荷を駆動する直流電流のオン・オフを制御することを特徴とする直流駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、断熱槽内で必要に応じた加熱が行われることによりほぼ所定温度範囲に保持される液状熱媒体と加熱対象水の間で熱交換を行うことにより加熱対象水を加熱する電気給湯装置と、その電気給湯装置における電気ヒータを直流駆動するために用い得る直流駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２００７−８５５８２号公報には、給水配管の水道水を貯湯タンクの温水により間接的に加熱する給湯熱交換器を設けた電気給湯機の運転方法において、給湯熱交換器の二次側に給湯流量センサを設けるとともに、給湯熱交換器の一次側及び二次側の出入り口にそれぞれ温度センサを設け、給湯開始直後に、給湯温度設定値、給湯流量センサ及び各温度センサの値に基づいて必要熱量を演算し、この演算結果に基づいて給湯循環ポンプを所定の回転数で動作させることにより、給湯熱交換器の一次側を最適な循環量に近い状態とした後、給湯熱交換器二次側の出口温度が所定の温度となるように給湯循環ポンプの流量を調節する電気給湯機の運転方法の発明が記載されている。
【０００３】
この運転方法によれば、まず先に給湯熱交換器の一次側を最適な循環量に近い状態にしてから、給湯温度が所定の温度となるように給湯循環ポンプの流量を微調整することができ、これにより、給湯開始から所定の温度の湯となるまでの時間を短くすることができるものとされている。
【０００４】
また前記特開２００７−８５５８２号公報には、この貯湯タンク内の湯を沸き上げる手段として電気ヒータを用いることにより、沸き上げ運転を短時間で行うことができるとされている。
【０００５】
電気ヒータを熱源とする場合、マンション等の密閉度の高い空間において使用する場合にも安全面で適するが、給湯熱交換器の一次側に用いる貯湯タンクの温水の温度管理を適切に行わなければ、必要なお湯を常時連続的に得る上で支障を来たしかねない。また、マンション等の室内で使用する場合は、耳障りな音や有害な電磁波の発生が十分に抑えられなければならない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−８５５８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、従来技術に存した上記のような課題に鑑み行われたものであって、その目的とするところは、マンション等の密閉度の高い空間において使用する場合においても耳障りな音や有害な電磁波の発生が十分に抑えられつつ、加熱対象水を連続的に加熱して温水又は熱水を得ることができる電気給湯装置、及び、その電気給湯装置における電気ヒータを直流駆動するために用い得る直流駆動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成する本発明の電気給湯装置は、
液状熱媒体を貯留するための断熱槽と、
断熱槽内の液状熱媒体を加熱するための電気ヒータと、
電気ヒータを直流駆動するための直流駆動装置と、
断熱槽内の液状熱媒体の温度を感知するための液状熱媒体温度センサと、
加熱時に連続的に供給及び排出がなされる加熱対象水と前記液状熱媒体の間で熱交換を行うことにより加熱対象水を加熱するための熱交換部と、
断熱槽と熱交換部の間で液状熱媒体を循環させるための循環装置を備え、
前記直流駆動装置は、
交流電源に接続される整流回路と、
交流電源の一方の端子と整流回路の一方の入力端子の間に接続されたゼロクロス機能付きトライアックと、
前記ゼロクロス機能付きトライアックと並列に接続された、直列接続のコンデンサとゼロクロス機能付きフォトトライアックと抵抗と、
前記フォトトライアックと共にフォトトライアックカプラを構成する発光素子と、
発光素子のオン・オフを制御する制御部と、
前記整流回路の出力端子に接続された、互いに並列の、同容量の２つの平滑コンデンサ及びその平滑コンデンサの容量の１００倍以上の容量のキャパシタを有し、
前記コンデンサは交流電源の前記一方の端子に接続され、前記抵抗は前記整流回路の一方の入力端子に接続され、ゼロクロス機能付きトライアックのゲートがフォトトライアックと抵抗の間に接続され、
前記制御部は、少なくとも液状熱媒体温度センサによる温度情報に基づき発光素子のオン・オフを制御することにより、電気ヒータを駆動する直流電流のオン・オフを制御することを特徴とする。
【０００９】
断熱槽内に貯留された液状熱媒体は、直流駆動装置により駆動される電気ヒータによる必要に応じた加熱と、断熱槽の内外の間の断熱効果によって、ほぼ所定温度範囲となるように調整される。
【００１０】
温水又は熱水を得る必要がある時、熱交換部に加熱対象水が連続的に供給されると共に、循環装置により、断熱槽と熱交換部の間で液状熱媒体を循環させる。これにより、熱交換部に連続的に供給された加熱対象水が、液状熱媒体との間で熱交換され、加熱された温水又は熱水として連続的に排出される。
【００１１】
断熱槽内に貯留された液状熱媒体の温度は、少なくとも、断熱槽内の液状熱媒体の温度を感知するための液状熱媒体温度センサによる温度情報に基づき、制御部が電気ヒータを駆動する直流電流のオン・オフを制御することにより、ほぼ所定温度範囲となるように調整される。加熱対象水を加熱した場合、断熱槽内の液状熱媒体の温度が低下するので制御部が電気ヒータを駆動する直流電流を供給し、断熱槽内の液状熱媒体の温度が所定温度に達したならば、その直流電流の供給を停止するか又は液状熱媒体の温度維持に必要な程度に供給電流を実質上低下させる。
【００１２】
直流駆動装置における電気ヒータを駆動する直流電流のオン・オフ制御は、制御部が発光素子のオン・オフを制御することにより行われる。発光素子がオンとなった状態において、共にフォトトライアックカプラを構成するゼロクロス機能付きフォトトライアックに交流電源により加わる電圧がゼロクロス状態となった場合に、そのフォトトライアックが導通状態となり、コンデンサ、フォトトライアック及び抵抗からなる直列回路を通じて交流電源の電流が整流回路に徐々に流れる。
【００１３】
それと共に、ゼロクロス機能付きトライアックのゲートの電圧が徐々に上昇し、トリガ電圧に達する。この状態で、交流電源によりトライアックに加わる電圧がゼロクロス状態となった場合に、トライアックが導通状態となり、交流電源から整流回路に流れる電流が更に徐々に増大する。
【００１４】
整流回路の出力は、互いに並列の、同容量の２つの平滑コンデンサ及びその平滑コンデンサの容量の１００倍以上の容量のキャパシタを経、直流電流として断熱槽内の液状熱媒体を加熱するための電気ヒータを駆動する。
【００１５】
電気ヒータは直流電流により駆動され、その直流電流のオン・オフ制御は、突入電流やサージ電流を効果的に抑制しつつ行われて断熱槽内に貯留された液状熱媒体の温度がほぼ所定温度範囲となるように調整されるので、マンション等の密閉度の高い空間において使用する場合においても耳障りな音や有害な電磁波の発生が十分に抑えられつつ、加熱対象水を連続的に加熱して温水又は熱水を得ることができる。
【００１６】
また、本発明の直流駆動装置は、
交流電源に接続される整流回路と、
交流電源の一方の端子と整流回路の一方の入力端子の間に接続されたゼロクロス機能付きトライアックと、
前記ゼロクロス機能付きトライアックと並列に接続された、直列接続のコンデンサとゼロクロス機能付きフォトトライアックと抵抗と、
前記フォトトライアックと共にフォトトライアックカプラを構成する発光素子と、
発光素子のオン・オフを制御する制御部と、
前記整流回路の出力端子に接続された、互いに並列の、同容量の２つの平滑コンデンサ及びその平滑コンデンサの容量の１００倍以上の容量のキャパシタを有し、
前記コンデンサは交流電源の前記一方の端子に接続され、前記抵抗は前記整流回路の一方の入力端子に接続され、ゼロクロス機能付きトライアックのゲートがフォトトライアックと抵抗の間に接続され、
前記制御部は、発光素子のオン・オフを制御することにより、負荷を駆動する直流電流のオン・オフを制御することを特徴とする。
【００１７】
直流駆動装置における負荷を駆動する直流電流のオン・オフ制御は、制御部が発光素子のオン・オフを制御することにより行われる。発光素子がオンとなった状態において、共にフォトトライアックカプラを構成するゼロクロス機能付きフォトトライアックに交流電源により加わる電圧がゼロクロス状態となった場合に、そのフォトトライアックが導通状態となり、コンデンサ、フォトトライアック及び抵抗からなる直列回路を通じて交流電源の電流が整流回路に徐々に流れる。
【００１８】
次いで、ゼロクロス機能付きトライアックのゲートの電圧が徐々に上昇し、トリガ電圧に達する。この状態で、交流電源によりトライアックに加わる電圧がゼロクロス状態となった場合に、トライアックが導通状態となり、交流電源から整流回路に流れる電流が更に徐々に増大する。
【００１９】
整流回路の出力は、互いに並列の、同容量の２つの平滑コンデンサ及びその平滑コンデンサの容量の１００倍以上の容量のキャパシタを経、直流電流として負荷を駆動する。
【００２０】
負荷は直流電流により駆動され、その直流電流のオン・オフ制御は、突入電流やサージ電流を効果的に抑制しつつ行われるので、マンション等の密閉度の高い空間において使用する場合においても耳障りな音や有害な電磁波の発生が十分に抑えられつつ、負荷を駆動することができる。
【００２１】
上記２つの平滑コンデンサは、何れも電解コンデンサであるものとすることができる。
【００２２】
また、上記キャパシタは電気二重層キャパシタであるものとすることができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の電気給湯装置は、熱交換を行うことにより加熱対象水を加熱するための液状熱媒体を断熱槽内で必要に応じ加熱して所定温度範囲とするものであり、液状熱媒体を加熱するための電気ヒータは、直流電流により駆動される。電気ヒータを駆動するための直流電流のオン・オフ制御が、突入電流やサージ電流を効果的に抑制しつつ行われることにより、断熱槽内に貯留された液状熱媒体の温度がほぼ所定温度範囲となるように調整されるので、マンション等の密閉度の高い空間において使用する場合においても耳障りな音や有害な電磁波の発生が十分に抑えられつつ、加熱対象水を連続的に加熱して温水又は熱水を得ることができる。
【００２４】
本発明の直流駆動装置は、負荷を駆動するための直流電流のオン・オフ制御が、突入電流やサージ電流を効果的に抑制しつつ行われるので、マンション等の密閉度の高い空間において使用する場合においても耳障りな音や有害な電磁波の発生が十分に抑えられつつ、負荷を駆動することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】電気給湯装置の説明図である。
【図２】直流駆動装置の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。
【００２７】
図面は何れも本発明の電気給湯装置及び直流駆動装置の実施の形態の一例に関するものであって、図１は電気給湯装置の説明図、図２は直流駆動装置の回路図である。
【００２８】
電気給湯装置Ａは、主に、断熱槽１０と、電気ヒータ１２と直流駆動装置１４と、熱媒体水温度センサ１６（液状熱媒体温度センサ）と、熱交換部１８と、循環装置２０を備える。
【００２９】
断熱槽１０は、真空断熱層を備えた断熱壁１０ａにより形成され、熱媒体水（すなわち液状熱媒体としての水である。尤も、必ずしも水に限らない。）を、外部との間を可能な限り断熱した状態で貯留する。熱媒体水は、必要に応じ断熱槽１０に対し補給することができる。例えば断熱槽１０内の熱媒体水の水位が所定の低水位を下回った場合にそれを感知して自動補給し、水位が所定の高水位を上回った場合には補給を自動停止する。
【００３０】
断熱槽１０内には、断熱槽１０内に貯留された熱媒体水に対し必要に応じた加熱を行うための電気ヒータ１２（例えばシーズヒータ）が設けられている。電気ヒータ１２は、直流駆動装置１４により直流電流で駆動される。
【００３１】
熱媒体水温度センサ１６は、断熱槽１０内の熱媒体水の温度を感知するために、断熱槽１０内に設けられている。断熱槽１０内の熱媒体水の温度を直接感知する熱媒体水温度センサ１６のほか、断熱槽１０内の熱媒体水の温度を間接に感知するものであってもよい。
【００３２】
熱交換部１８は、加熱対象水と断熱槽１０内から供給される熱媒体水の間で熱交換を行うことにより加熱対象水を加熱する。加熱対象水を加熱する際には、熱交換部１８に対し加熱対象水が連続的に供給され且つ排出される。
【００３３】
循環装置２０は、断熱槽１０と熱交換部１８の間で熱媒体水を循環させるためのものであって、例えばリニアパルスモータによる駆動されるポンプを循環装置２０として用いることができるが、これに限るものではない。
【００３４】
直流駆動装置１４は、交流電源ＡＣに接続される整流回路ＲＥと、交流電源ＡＣの一方の端子と整流回路ＲＥの一方の入力端子の間に接続されたゼロクロス機能付きトライアックＴＲと、ゼロクロス機能付きトライアックＴＲと並列に接続された、直列接続のコンデンサＣ１とゼロクロス機能付きフォトトライアックＰＴＲと抵抗Ｒと、フォトトライアックＰＴＲと共にフォトトライアックカプラＣＰを構成する発光ダイオードＬＤ（発光素子の一例）と、発光ダイオードＬＤのオン・オフを制御する制御部ＣＵと、整流回路ＲＥの出力端子に接続された、互いに並列の、同容量の２つの平滑コンデンサＣ２・Ｃ３（例えば電解コンデンサ）及びその平滑コンデンサＣ２・Ｃ３の容量の１００倍以上（例えば２００倍乃至１０００倍以上、１万倍乃至１０万倍以下の範囲で選択することができる）の容量のキャパシタＣＡ（好ましくは電気二重層キャパシタ）を有する。例えば、２つの平滑コンデンサＣ２・Ｃ３の容量はそれぞれ２５００乃至８３００μＦ程度とすることができる。またキャパシタＣＡとしては、例えば１乃至１００Ｆのものを用いることできる。
【００３５】
コンデンサＣ１は交流電源ＡＣの一方の端子に接続され、抵抗Ｒは整流回路ＲＥの一方の入力端子に接続され、ゼロクロス機能付きトライアックＴＲのゲートがフォトトライアックＰＴＲと抵抗Ｒの間に接続され、制御部ＣＵは、少なくとも熱媒体水温度センサ１６による温度情報に基づき発光ダイオードＬＤのオン・オフを制御することにより、電気ヒータ１２を駆動する直流電流のオン・オフを制御する。
【００３６】
断熱槽１０内に貯留された熱媒体水は、直流駆動装置１４により駆動される電気ヒータ１２による必要に応じた加熱と、断熱槽１０の内外の間の断熱効果によって、ほぼ所定温度範囲（例えば８５乃至９５℃）となるように調整される。
【００３７】
温水又は熱水を得る必要がある時、熱交換部１８に加熱対象水（例えば５乃至２０℃程度の水とすることができるが、これに限らず、断熱槽１０内に貯留された熱媒体水の温度より十分に低い温度であればよい。）が連続的に供給されると共に、循環装置２０を作動させて、断熱槽１０と熱交換部１８の間で熱媒体水を循環させる。循環装置２０による熱媒体水の循環流量は、断熱槽１０内の熱媒体水の温度と、熱交換部１８に導入される加熱対象水の温度と、必要な温水又は熱水の温度に応じて、適切な熱交換が熱交換部１８において行われるように制御部ＣＵにより制御するものとすることができる。熱媒体水は、断熱槽１０から、導出管Ｆ１、熱交換部１８、熱交換部１８から導出される導出管Ｆ２、循環装置２０、及び導入管Ｆ３を経て、断熱槽１０に戻る。
【００３８】
これにより、加熱対象水導入管ＳＩより熱交換部１８に連続的に供給された加熱対象水が、熱媒体水との間で熱交換され、加熱された温水又は熱水が加熱対象水排出管ＳＯから連続的に得られる（排出される）。加熱対象水の連続供給は、熱交換部１８に加熱対象水を導入する加熱対象水導入管ＳＩに水道管を連結している場合、例えばその水道管の開閉弁を開くことにより行い得る。
【００３９】
断熱槽１０内に貯留された熱媒体水の温度は、少なくとも、断熱槽１０内の熱媒体水の温度を感知するための熱媒体水温度センサ１６による温度情報に基づき、制御部ＣＵが電気ヒータ１２を駆動する直流電流のオン・オフを制御することにより、ほぼ所定温度範囲となるように調整される。熱交換部１８又はその前後における加熱対象水および／または熱媒体水の流路における温度等のデータを用いて電気ヒータ１２を駆動する直流電流のオン・オフを制御することにより断熱槽１０内の熱媒体水の温度を調整することもできる。
【００４０】
加熱対象水を加熱した場合、断熱槽１０内の熱媒体水の温度が低下するので制御部ＣＵが電気ヒータ１２を駆動する直流電流を供給し、断熱槽１０内の熱媒体水の温度が所定温度に達したならば、その直流電流の供給を停止するか又は熱媒体水の温度維持に必要な程度に供給電流を実質上低下させる。
【００４１】
直流駆動装置１４における電気ヒータ１２を駆動する直流電流のオン・オフ制御は、制御部ＣＵが発光ダイオードＬＤのオン・オフを制御することにより行われる。発光ダイオードＬＤがオンとなった状態において、その発光ダイオードＬＤと共にフォトトライアックカプラＣＰを構成するゼロクロス機能付きフォトトライアックＰＴＲに対し交流電源ＡＣにより加わる電圧がゼロクロス状態となった場合に、そのフォトトライアックＰＴＲが導通状態となり、コンデンサＣ１、フォトトライアックＰＴＲ及び抵抗Ｒからなる直列回路を通じて交流電源ＡＣの電流が整流回路ＲＥに徐々に流れる。
【００４２】
それと共に、ゼロクロス機能付きトライアックＴＲのゲートの電圧が徐々に上昇し、トリガ電圧に達する。このようにトリガ電圧以上になった状態で、交流電源ＡＣによりトライアックＴＲに加わる電圧がゼロクロス状態となった場合に、トライアックＴＲが導通状態となり、交流電源ＡＣから整流回路ＲＥに流れる電流が更に徐々に増大する。
【００４３】
整流回路ＲＥの出力は、互いに並列の、同容量の２つの平滑コンデンサＣ２・Ｃ３及びその平滑コンデンサＣ２・Ｃ３の容量の１００倍以上の容量のキャパシタＣＡを経、直流電流として断熱槽１０内の熱媒体水を加熱するための電気ヒータ１２を駆動する。
【００４４】
電気ヒータ１２は直流電流により駆動され、その直流電流のオン・オフ制御は、突入電流やサージ電流を効果的に抑制しつつ行われて断熱槽１０内に貯留された熱媒体水の温度がほぼ所定温度範囲となるように調整されるので、マンション等の密閉度の高い空間において使用する場合においても耳障りな音や有害な電磁波の発生が十分に抑えられつつ、加熱対象水を連続的に加熱して温水又は熱水を得ることができる。
【符号の説明】
【００４５】
１０      断熱槽
１０ａ    断熱壁
１２      電気ヒータ
１４      直流駆動装置
１６      熱媒体水温度センサ
１８      熱交換部
２０      循環装置
Ａ        電気給湯装置
ＡＣ      交流電源
Ｃ１      コンデンサ
Ｃ２      平滑コンデンサ
Ｃ３      平滑コンデンサ
ＣＡ      キャパシタ
ＣＰ      フォトトライアックカプラ
ＣＵ      制御部
Ｆ１      導出管
Ｆ２      導出管
Ｆ３      導入管
ＬＤ      発光ダイオード
ＰＴＲ    フォトトライアック
Ｒ        抵抗
ＲＥ      整流回路
ＳＩ      加熱対象水導入管
ＳＯ      加熱対象水排出管
ＴＲ      トライアック
【図１】
2010181076.tif 000003
【図２】
2010181076.tif 000004