(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
こたつ加熱用の主発熱体と、前記主発熱体に直列に接続される主サーモスタットと、前記主サーモスタットに熱的に結合されて発熱量を調整することにより開閉時間の変更が可能な補助発熱体と、前記補助発熱体に直列に接続されるとともに任意の温度管理箇所に配置され前記温度管理箇所が設定温度を越えて復帰するまでの間、前記補助発熱体に通電する補助サーモスタットからなり、前記温度管理箇所の昇温によって前記主発熱体の通電率が減少するようにしてなるこたつ用ヒータユニット。
【請求項２】
こたつ加熱用の主発熱体と、前記主発熱体に直列に接続される主サーモスタットと、前記主サーモスタットに熱的に結合されて発熱量を調整することにより開閉時間の変更が可能な補助発熱体と、前記補助発熱体に直列に接続されるとともに任意の温度管理箇所に配置され前記温度管理箇所の設定温度を越えて復帰するまでの間、前記補助発熱体に通電する補助サーモスタットからなり、前記補助発熱体と補助サーモスタットの直列回路を前記主発熱体に並列に接続し、前記温度管理箇所の昇温によって前記主発熱体の発熱時間が短縮されることによって、ピーク温度が減少するようにしてなるこたつ用ヒータユニット。
【請求項３】
こたつ加熱用の主発熱体と、前記主発熱体に直列に接続される主サーモスタットと、前記主サーモスタットに熱的に結合されて発熱量を調整することにより開閉時間の変更が可能な複数の補助発熱体と、前記複数の補助発熱体の１つに直列に接続されるとともに任意の温度管理箇所に配置され前記温度管理箇所の設定温度を越えて復帰するまでの間、前記補助発熱体に通電する補助サーモスタットからなり、前記補助発熱体の１つと補助サーモスタットの直列回路を前記主発熱体に並列に接続し、前記複数の補助発熱体全てにはそれぞれ通電切替回路を設け、前記切替回路の開閉の組み合わせによって通電率を多段階に設定できるこたつ用ヒータユニット。
【請求項４】
こたつ加熱用の主発熱体と、前記主発熱体に直列に接続される主サーモスタットと、前記主サーモスタットに熱的に結合されて発熱量を調整することにより開閉時間の変更が可能な１個以上の補助発熱体とを含む本体と、前記本体に接続される一対の電源電線と、前記電源電線と前記補助発熱体と前記主発熱体もしくは前記主サーモスタットの一方の極からコントローラまで引き出される少なくとも３本の電線とからなり、もう一方の極は全て本体内で同極で結ばれるとともに、コントローラ内では前記電源電線と前記
主発熱体もしくは前記主サーモスタット間に挿入される主開閉回路と、前記主開閉回路の反電源側と前記補助発熱体に至る電線間に挿入される副開閉回路を備え、前記副開閉回路には整流素子が挿入され、前記整流素子の本体側と前記主開閉回路の反電源側との間に形成される直流電圧の下に発光素子回路を形成してなるこたつ用ヒータユニット。
【請求項５】
こたつ加熱用の主発熱体と、前記主発熱体に直列に接続される主サーモスタットと、前記主サーモスタットに熱的に結合されて発熱量を調整することにより開閉時間の変更が可能な補助発熱体と、前記補助発熱体に直列に接続されるとともに任意の温度管理箇所に配置され前記温度管理箇所の設定温度を越えて復帰するまでの間前記補助発熱体に通電する補助サーモスタットと、前記補助発熱体と補助サーモスタットの直列回路を前記主発熱体に並列に接続してヒータユニットが構成され、前記ヒータユニットが複数集まり、前記各ヒータユニットの前記主発熱体または前記主サーモスタットの一方の極が共通に電源の一方の極に接続され、他方の極は独立に設けられた開閉回路を介して他方の電源に接続され、前記各ヒータユニットの前記補助発熱体と前記補助サーモスタットの間は共通開閉回路を経て他方の電源に接続され、前記補助サーモスタットを経由し前記主発熱体に至る経路には各ヒータユニット共に同一の極性に整流素子が挿入され、前記共通開閉回路から前記各ヒータユニットの前記補助発熱体または前記補助サーモスタットに至る経路には前記補助サーモスタットから前記主発熱体に向かう経路に挿入された整流素子と逆の極性で整流素子が挿入されてなるこたつ用ヒータユニット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、昇温性能と木部の熱ストレスの緩和を両立させた、こたつ用ヒータユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来この種のこたつ用ヒータユニットは、実公昭６３−４７０１７号公報に記載されているようなものが一般的であった。このユニットは図１１に示されているように赤外線電球１及び２に電源３が結ばれ、２個のスイッチ４及び６と、サーモスタット５によって、赤外線電球の内部ある４個のフィラメント７、８、９、１０の通電個数を切り替え、さらにサーモスタットによって制御されるフィラメントを限定する等して、暖房性能の調整範囲を拡大するようになっていた。
【０００３】
また、この公報には記載されていないが、サーモスタットの温度設定を可変にしたり、サーモスタットに補助加熱発熱体を組み込んで通電率を調整したりする方法もとられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のこたつ用ヒータユニットで常用される電力を切り替える方式では、弱目盛に設定をした場合、電力が低下するので素早い温度の立ち上がり性能は得られず、最初は強目盛りで運転して、後で弱目盛に変更するなど使い勝手が悪いものであった。
【０００５】
また、通電率を制御する方式では、弱目盛の場合、通電と非通電の温度差が大きくなるのを防ぐことが困難であり、対策として電力切替方式を併用し、少ない電力の下に通電率を絞るか、小電力のヒータを常時点灯するなどの方式が採用されてきた。このために、弱目盛ではやはり温度上昇性能に課題があった。
【０００６】
なお、改良された通電率制御方式として、電子回路を用いた位相制御方式やサーモスタットを用いて頻繁に接点を開閉する方式を用いれば、この課題は解決するが、反面、ノイズ対策や、接点やヒータの寿命など技術的な課題があり、実用上の課題があった。
【０００７】
また、通電率を制御する方式では、短い時間で開閉する程、ヒータの温度は平準化され、ピーク温度が低下して発光しなくなり、通電しているのか判別できなくなるという課題があった。
【０００８】
また、上記電力切替方式や通電率制御方式全体の課題として、強目盛で立ち上げると、床面やすのこ等の木部の温度が許容限度内ではあるものの過酷な熱環境にさらされる。逆にこれだけの温度にならないと短時間で温度が立ち上がらないとも言え、こたつの宿命でもあった。特に、すのこ下面の温度は最も過酷であり、近年、２階への掘こたつの設置等で、薄型の掘が望まれ、ヒータユニットの収納スペースが薄型化される等、すのこ下面の温度の管理が重要課題になってきている。
【０００９】
しかしながら、いかなる温度調節装置であっても、温度検出器が設置された場所の温度を一定に保つように機能するために、通電開始から飽和までの間の経過をたどると、ヒータユニットは比較的早く温度飽和するが、掘こたつ各部の温度飽和はかなり遅く、完全に飽和するには数時間以上を要する。
【００１０】
すのこ下面の温度も例外ではなく、最初は１００℃程度に収まったとしても、やがて２０Ｋ程度の温度上昇は避けられなかった。これは、ヒータユニットの設置スペースを薄型にして十分な温度の立ち上がり性能を得ようとすると、さらに高い温度にさらされることになり、法的な許容限度温度には至らなくても、木部に対しては好ましいものではなくなるという課題があった。
【００１１】
さらに、上記電力切替方式や通電率制御方式全体の課題として、切替回路をコントローラで制御する場合に芯線数が多くなり、太くて使いにくいだけでなく、価格も高いものになっていた。切替回路の数だけの芯線数は避けられないが、例えば表示灯を点灯するのにも異極の芯線を設ける必要があるなど、芯線数の削減が課題であった。
【００１２】
また、２台以上のヒータユニットから構成される大型掘こたつ用のものでは、２台以上並列の切替回路構成となり、ユニット毎に開閉するための切替回路や各ユニット内の温度調節回路の開閉状態など様々な切替モードにおいて電流が回り込み、正常な切替ができない場合が多く、ユニット毎に独立に配線するなど、非常に多くの芯線数が必要となるという課題があった。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために、まず、こたつ加熱用の主発熱体に主サーモスタットを直列に接続し、主サーモスタットの開閉温度で温度調整される基本回路を構成する。その主サーモスタットには熱的に結合された状態で補助発熱体が設けられ、その補助発熱体が発熱することによって、主サーモスタットの昇温速度を早めたり、冷却を遅くしたりすることによって、主サーモスタットの動作温度は変わらないものの、通電時間を短く、非通電時間を長く変更できる。
【００１４】
その補助発熱体には直列に補助サーモスタットが接続されていて、補助サーモスタットは所定の温度以上で接点が閉じ、復帰温度以下で接点が開く構成のもので、この補助サーモスタットを温度を管理したい場所に配置すれば、その場所の温度が所定の温度以上になれば直列に接続されている補助発熱体を発熱させ、復帰温度以下になれば補助発熱体への通電を停止する。補助発熱体の発熱があれば、主サーモスタットの閉じる時間が減り、開く時間が長くなり、主発熱体の通電率が減って発熱量、温度共に低下する。
【００１５】
上記発明によれば、温度を管理したい場所が所定の温度を越えたときに補助発熱体を発熱させて主サーモスタットの開時間及び閉時間をシフトさせ、結果的に主発熱体による発
熱温度並びに電力を制御して、温度を管理したい場所の温度を所定の温度以下に制御することができる。
【００１６】
以下、詳細にその作用を述べる。この補助サーモスタットは設定温度を越え、復帰温度以下に下がるまでの時間に応じて通電時間が増大するために、通電を開始してしばらくの間は補助サーモスタットが設定温度を越えることはなく、補助発熱体には全く通電されない。
【００１７】
従って、主サーモスタットの通電率は最大の状態が維持され、急速な温度の立ち上がり性能が得られる。やがて、主サーモスタットが雰囲気温度を検出して開閉制御を始めるが、温度管理をしたい箇所の温度が安定するのは数時間後であり、この部分の温度は遅れて徐々に上がっていく。
【００１８】
やがて、温度を管理したい箇所が設定温度を越えると、その時間に応じて補助サーモスタットの接点が閉じ、補助発熱体に通電される。この結果、主サーモスタットによる通電率は低下を始める。時間の経過とともに補助サーモスタット近辺の温度はさらに高まり、接点が閉じている時間が増大して、補助発熱体の発熱量はいっそう増大する。こうして、主サーモスタットの通電率は温度管理箇所が所定の温度域近辺にとどまるように設定される。
【００１９】
より具体的に述べると、温度を管理したい場所がすのこ下面であれば、すのこ下面に近接した位置、あるいはすのこ下面の温度と相関のある場所に補助サーモスタットを配置すれば、すのこ下面の温度を所定の温度以下に制御できる。
【００２０】
例えば、ヒータユニットのコーナ部に補助サーモスタットを配置すれば、主発熱体からの熱の伝達が遅く、昇温の遅い掘こたつ内の雰囲気温度の影響を受けやすい場所なので温度飽和が遅く、すのこ下面温度が所定の温度越始める時に、主発熱体の通電率を低下させるようにできる。
【００２１】
この作用をさらに積極的に活用すると、主サーモスタットの開放温度をより高くするとともに補助発熱体の発熱量をより増やすことによって、立ち上がりの所定の間はすのこ下面温度が高めの設定であるが、やがてより低い温度で飽和させるといった設定ができる。
【００２２】
このため、素早い温度の立ち上がり特性が得られるとともに、所定の温度を維持したい箇所の温度は適温を維持できるようになる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明のこたつ用ヒータユニットは、こたつ加熱用の主発熱体と、前記主発熱体に直列に接続される主サーモスタットと、前記主サーモスタットに熱的に結合されて発熱量を調整することにより開閉時間の変更が可能な補助発熱体と、前記補助発熱体に直列に接続されるとともに任意の温度管理箇所に配置され前記温度管理箇所が設定温度を越えて復帰するまでの間、前記補助発熱体に通電する補助サーモスタットからなり前記温度管理箇所の昇温によって前記主発熱体の通電率が減少するようにしてなるものである。
【００２４】
そして、課題を解決するための手段の項に記載したような作用効果を有するものである。
【００２５】
また、こたつ加熱用の主発熱体と、前記主発熱体に直列に接続される主サーモスタットと、前記主サーモスタットに熱的に結合されて発熱量を調整することより開閉時間の変更が可能な補助発熱体と、前記補助発熱体に直列に接続されるとともに任意の温度管理箇所
に配置され前記温度管理箇所の設定温度を越えて復帰するまでの間、前記補助発熱体に通電する補助サーモスタットからなり前記補助発熱体と補助サーモスタットの直列回路を前記主発熱体に並列に接続するようにしたものである。
【００２６】
そして、温度を管理したい場所が所定の温度を越えたときに補助発熱体を発熱させて主サーモスタットが復帰してから開放されるまでの時間を短縮し、結果的に主発熱体による発熱ピーク温度を下げ、電力の方は余り大きく低下しないように制御することができるものである。
【００２７】
この補助サーモスタットは設定温度を越え、復帰温度以下に下がるまでの時間に応じて通電時間が増大するために、通電を開始してしばらくの間は補助サーモスタットが設定温度を越えることはなく、補助発熱体には全く通電されない。
【００２８】
従って、主サーモスタットの通電率は最大の状態が維持され、急速な温度の立ち上がり性能が得られる。やがて、主サーモスタットが雰囲気温度を検出して開閉制御を始めるが、温度管理をしたい箇所の温度が安定するのは数時間後であり、この部分の温度は遅れて徐々に上がっていく。
【００２９】
やがて、温度を管理したい箇所が設定温度を越えると、その時間に応じて補助サーモスタットの接点が閉じ、主サーモスタットが閉じている間、主発熱体と並列に接続されている補助サーモスタットと補助発熱体の直列回路に通電される。この結果、主サーモスタットは加熱され、閉じている時間が短縮される。主サーモスタットが開放の間は補助発熱体による加熱はできないので、開放の冷却速度は余り影響を受けない。
【００３０】
いずれにせよ、復帰から接点が開放されるまでの時間が短縮され、冷却速度は同一のために、主サーモスタットの開閉頻度は増え、温度の幅が小さくなり、通電率もやや低下を始める。時間の経過とともに補助サーモスタット近辺の温度はさらに高まり、接点が閉じている時間が増大して、補助発熱体が主サーモスタットを加熱する時間はいっそう増大する。
【００３１】
こうして、主サーモスタットの復帰から接点開放までの時間は最小になり、開閉頻度は最大になる。結果的には、ピーク温度が低下する形で温度管理箇所が所定の温度域を越えないように設定される。この復帰から接点開放までの時間の設定は補助発熱体の電力を調整することによって設定できる。
【００３２】
そして、通電率を大きく低下することなく、ピーク温度を下げることが可能なために強目盛に近い設定ながら、温度管理箇所の温度を所定の値以下に保持する場合に、極めて有効である。
【００３３】
また、こたつ加熱用の主発熱体と、前記主発熱体に直列に接続される主サーモスタットと、前記主サーモスタットに熱的に結合されて発熱量を調整することにより開閉時間の変更が可能な複数の補助発熱体と、前記複数の補助発熱体の１つに直列に接続されるとともに任意の温度管理箇所に配置され前記温度管理箇所の設定温度を越えて復帰するまでの間、前記補助発熱体に通電する補助サーモスタットからなり、前記補助発熱体の１つと補助サーモスタットの直列回路を前記主発熱体に並列に接続し、前記複数の補助発熱体全てにはそれぞれ通電切替回路を設け、前記切替回路の開閉の組み合わせによって通電率を多段階に設定できるようにしたものである。
【００３４】
そして、温度を管理したい場所が所定の温度を越えたときに、補助サーモスタットが閉じて補助発熱体を発熱させて、主サーモスタットが復帰してから開放するまでの時間を短
縮し、結果的に主発熱体による発熱ピーク温度を下げ、電力のほうは余り大きく低下しないように制御することができる。また、通電切替回路により強制的にこの補助発熱体を発熱させることにより、温度の立ち上がり段階からピーク温度を下げる設定、すなわち強目盛の１つ下の設定ができる。
【００３５】
さらに、これとは別の補助発熱体を備え、主サーモスタットの動作に関係なく通電できる切替回路を設けることによって主サーモスタットによる主発熱体の通電時間を短く、非通電時間を長く設定できるので、平均消費電力量の少ない設定、すなわち強目盛よりも２つ低い設定ができる。
【００３６】
さらに、双方の補助発熱体を組み合わせればピーク温度が低く、通電率の低い設定、すなわち、強目盛より３つ低い設定が可能になる。このように複数の補助発熱体と通電切替回路を設けることによって、ピーク温度及び通電率の組み合わせによる多彩な設定が可能になる。
【００３７】
また、こたつ加熱用の主発熱体と、前記主発熱体に直列に接続される主サーモスタットと、前記主サーモスタットに熱的に結合されて発熱量を調整することにより開閉時間の変更が可能な１個以上の補助発熱体とを含む本体と、前記本体に接続される一対の電源電線と、前記電源電線と前記補助発熱体と前記主発熱体もしくは前記主サーモスタットの一方の極からコントローラまで引き出される少なくとも３本の電線とからなり、これらの他方の極は全て本体内で同極で結ばれるとともに、コントローラ内では前記電源電線と前記主発熱体もしくは前記主サーモスタット間に挿入される主開閉回路と、前記主開閉回路の反電源側と前記補助発熱体に至る電線間に挿入される副開閉回路を備え、前記副開閉回路には整流素子が挿入され、前記整流素子の本体側と前記主開閉回路の反電源側との間に形成される直流電圧の下に発光素子回路を形成するようにしたものである。
【００３８】
そして、上記回路のなかで電源電圧に接続される回路は、主発熱体と主サーモスタットの直列回路と補助発熱体回路の２回路である。一対の電源が本体に結線されている場合、この２回路の開閉を離れた位置にあるコントローラで操作するには、それぞれの回路の一方の端末と一方の電源を本体内で接続し、それぞれの回路の他方の端末と他方の電源をコントローラまで３芯コードで引き出し、コントローラ内で電源とそれぞれの回路の他方の端末を開閉すれば良い。
【００３９】
しかし、コントローラ内で双方の開閉回路を閉じてしまうと、コントローラ内は全て同電位になり、表示用の発光素子等を点灯することはできない。一対の電源をコントローラ内に引き出せば解決するが、引き出すコードが４芯にもなり、他の開閉回路を設ける余地がなくなってしまう。
【００４０】
副開閉回路に整流素子を挿入すると、コントローラ内で主開閉回路を閉じた場合、順方向では電圧はほとんど得られないが、逆方向は電源電圧のままであり、この直流電圧で発光素子を点灯するようにすれば芯線数を１本減らすことが可能になる。芯線数が少ないほどコントローラの引き回しが容易であり、同じ芯線数であれば別の制御に活用できる。
【００４１】
また、こたつ加熱用の主発熱体と、前記主発熱体に直列に接続される主サーモスタットと、前記主サーモスタットに熱的に結合されて発熱量を調整することにより開閉時間の変更が可能な補助発熱体と、前記補助発熱体に直列に接続されるとともに任意の温度管理箇所に配置され前記温度管理箇所の設定温度を越えて復帰するまでの間前記補助発熱体に通電する補助サーモスタットと、前記補助発熱体と補助サーモスタットの直列回路を前記主発熱体に並列に接続してヒータユニットが構成され、前記ヒータユニットが複数集まり、前記各ヒータユニットの前記主発熱体または前記主サーモスタットの一方の極が共通に電
源の一方の極に接続され、他方の極は独立に設けられた開閉回路を介して他方の電源に接続され、前記各ヒータユニットの前記補助発熱体と前記補助サーモスタットの間は共通開閉回路を経て他方の電源に接続され、前記補助サーモスタットを経由し前記主発熱体に至る経路には各ヒータユニット共に同一の極性に整流素子が挿入され、前記共通開閉回路から前記各ヒータユニットの前記補助発熱体または前記補助サーモスタットに至る経路には前記補助サーモスタットから前記主発熱体に向かう経路に挿入された整流素子と逆の極性で整流素子が挿入されているものである。
【００４２】
そして、上記回路のなかで電源電圧に接続される回路は、主発熱体と主サーモスタットの直列回路と補助発熱体回路の２回路がヒータユニットの数だけある。一対の電源が主ヒータユニットに結線されている場合、全ての回路の開閉を離れた位置にあるコントローラで操作するには、コントローラには一方の電源から引き出される１本の線と２回路×ヒータユニット数から引き出される線が集まり、実用に供することのできるコントローラとはなり得ない。
【００４３】
そこで、実用的には、主ヒータユニット内で２回路の一方の端末と一方の電源を接続し、この接続部を他のヒータユニットに結ぶとともに各ユニット内で２回路の対応する端末と結び、共通の接地回路とする。一方、他方の２端末のうち補助発熱回路は端末同志をユニット間で結び、主発熱体を含む回路は独立とし、このユニット間を結んだ補助発熱体回路と主発熱体を含む独立回路と他方の電源をコントローラまでをヒータユニット数に２を加えた数の多芯コードで引き出す。
【００４４】
さらに、コントローラ内で他方の電源と補助発熱体回路間、他方の電源と独立回路間に開閉回路を挿入し、補助サーモスタットによって自動的に補助発熱体が通電される強目盛、強制的に補助発熱体に通電する弱目盛、いずれかのヒータユニットを選択的に通電する切替回路を設定できるようにしたい。
【００４５】
しかし、このままではいずれかのヒータユニットの通電を切替回路で停止した場合、そのユニットの補助サーモスタットとその他のいずれかのユニットの補助サーモスタットが閉じていれば、双方の補助サーモスタットを経由して主発熱体に電流が流れ、通電停止できない状況が想定できる。
【００４６】
また、強制的に補助発熱体に通電する開閉回路を閉じれば、切替回路で停止していても、補助サーモスタットが閉じていれば、補助サーモスタットを経由して電流が流れ、その主発熱体に通電されてしまうことも想定される。回路中に挿入される整流素子は回路に方向性を与え、想定される有害な電流経路を遮断するものである。
【００４７】
（実施例１）
図１は本発明の実施例１のこたつ用ヒータユニットの平面図を示すもので、ボデー１１の上に１０ｍｍ程の隙間を設けて遮熱板１２を取り付け、その遮熱板１２の上に、石英管ヒータの主発熱体１３を固定している。石英管ヒータは直列に２本接続することによって交流１００Ｖ印加時に６００Ｗを発生するようになっている。
【００４８】
石英管ヒータの主発熱体１３の上には遮熱板１２′があり、上部への熱流を遮断するようにしている。石英管ヒータ１３の一方の端末は電源ターミナル１４に接続され、他方の端末は温度制御用の主サーモスタット１５に接続され、主サーモスタット１５を介して、電源ターミナル１４の異極側に接続されている。また、主サーモスタット１５にはセラミックで絶縁された耐熱性の抵抗からなる補助発熱体１６が密着されている。補助発熱体１６の一方の端末は電源ターミナル１４に接続され、他方の端末はボデー１１のコーナ部に固定された補助サーモスタット１７に接続されていて、補助サーモスタット１７を介して
電源ターミナル１４の異極側に接続されている。
【００４９】
実施例１を回路図で表すと、図２に示したようになり、主発熱体１３と主サーモスタット１５が直列に結ばれ、補助発熱体１６と補助サーモスタット１７が直列に結ばれ、それぞれの直列に結ばれた回路が並列に電源に接続されている。補助発熱体１６と主サーモスタット１５は熱的に結合されている。主サーモスタット１５は１０５℃でオフし、９５℃で復帰する。また、補助サーモスタット１７は常温ではオフであり、７０℃でオンし、６５℃で復帰する。補助発熱体１６は１．５Ｗを発熱する。
【００５０】
電源を入れて通電を開始すると、主発熱体１３が６００Ｗで発熱するが、補助発熱体１６は発熱しないので、主サーモスタット１５は雰囲気温度によって加熱
される。やがて雰囲気温度が十分に上がり、主サーモスタット１５が１０５℃でオフするが、この時、ボデー１１のコーナに設けられた補助サーモスタット１７は熱伝達が遅く、また、ボデー１１の周囲雰囲気の影響も受けるので、７０℃のオン温度に達しない。主サーモスタット１５が復帰温度の９５℃まで下がると、再びオンして、１０５℃でオフ、９５℃でオンのサイクルを繰り返す。
【００５１】
この過程で補助サーモスタット１７の温度は７０℃を越えるようになり、７０℃でオンすると補助発熱体１６が発熱し、その熱量が主サーモスタット１５に伝達され、主サーモスタット１５はより短時間で１０５℃に達して、オフになる。また、冷却時はより長時間で復帰温度に達してオンになる。伝達される熱量は、補助サーモスタット１７が復帰するまでの時間に比例するので、ボデー１１のコーナ部の温度が７０℃を越えた時点で主サーモスタット１５の通電率に確実に反映される。
【００５２】
このサイクルを繰り返すうちに、補助サーモスタット１７の温度は最終的には常時復帰温度以上となり、常に補助発熱体１６は発熱し続けるようになり、この状態で飽和に至る。
【００５３】
実施例１はボデー１１のコーナ部の温度を所定の温度以下に管理するものであるが、この場所の温度は、例えば、すのこの下面の温度との相関が高く、堀こたつの場合に最も過酷な温度条件にさらされるすのこ下面の温度を所定の温度以下に管理することができる。
【００５４】
図３はすのこ下面の中央部の温度を示す特性図で、破線は補助サーモスタット１７を機能させなかった場合であり、実線は補助サーモスタット１７を機能させた場合である。破線は従来の技術に基づくものであり、立ち上がり時に必要な温度設定のまま飽和に至るために、木部に対して大きな負担を強いるものである。実線は実施例１に基づくものであり、立ち上がり性能は遜色なく、木部の負担を減らすことができる。
【００５５】
なお、実施例１は、主サーモスタット１５と補助サーモスタット１７の動作温度を高め、補助発熱体の電力を増せば、立ち上がりはより早く、飽和温度はより低くするといった設定もできる。また、補助サーモスタットの位置を変えることによって様々な制御特性を付与することができる。
【００５６】
（実施例２）
図４は実施例２のこたつ用ヒータユニットの回路図で、実施例１と比較して部品構成は同一であるが、回路構成が異なっている。第４図において、主発熱体１３と主サーモスタット１５が直列に結ばれ電源に接続しており、補助発熱体１６と補助サーモスタット１７が直列に結ばれた回路が主発熱体１３と並列に挿入されている。
【００５７】
補助発熱体１６と主サーモスタット１５が熱的に結合されているのは実施例１と同じで
ある。主サーモスタット１５は１０５℃でオフし、９５℃で復帰する。また、補助サーモスタット１７は常温ではオフであり、７０℃でオンし、６５℃で復帰する。補助発熱体１６は１．５Ｗを発熱する。主サーモスタット１５がオンしている時しか、補助発熱体１６は発熱できない構成になっている。
【００５８】
電源を入れて通電を開始すると、主発熱体１３が６００Ｗで発熱するが、補助発熱体１６は発熱しないので、主サーモスタット１５は雰囲気温度によって加熱される。やがて雰囲気温度が十分に上がり、主サーモスタット１５が１０５℃でオフするが、この時、ボデー１１のコーナに設けられた補助サーモスタット１７は熱伝達が遅く、また、ボデー１１の周囲雰囲気の影響も受けるので、７０℃のオン温度に達しない。
【００５９】
主サーモスタット１５が復帰温度の９５℃まで下がると、再びオンして、１０５℃でオフ、９５℃でオンのサイクルを繰り返す。この過程で補助サーモスタット１７の温度は７０℃を越えるようになり、７０℃でオンすると補助発熱体１６が発熱し、その熱量が主サーモスタット１５に伝達され、主サーモスタット１５はより短時間で１０５℃に達して、オフになる。
【００６０】
一方、冷却時は主サーモスタット１５によってオフされるために補助発熱体１６は発熱せず、冷却速度は影響を受けない。補助サーモスタット１７の温度は最終的には常時復帰温度以上となり、常に補助発熱体１６は主発熱体１３と同じ時間発熱するようになり、この状態で飽和に至る。
【００６１】
実施例２のこたつ用ヒータユニットの特長は、補助サーモスタット１７の働きにより、主サーモスタットが復帰からオフするまでの時間が短くなり、冷却速度は変わらないことからすぐに復帰することにある。実施例１と同じく、すのこ下面の温度で示せば、各オン、オフのサイクルの中で高温側温度が低下し、低温側温度は余り低下しない。
【００６２】
温度の立ち上がり時はピーク温度が高い方が通電持続時間が長くとれ、早く立ち上がるが、飽和時はオフ時間を短くして通電率を高めた方が暖かく、すのこ下面に対する熱的な負担が軽減する。立ち上がり時は高いピーク温度を維持し、飽和時はピーク温度が下がるが通電率は余り低下しないという理想的な制御特性が得られる。
【００６３】
（実施例３）
図５は実施例３のこたつ用ヒータユニットの回路図を示すもので、実施例２と比較して部品構成は類似であるが、回路構成がより複雑になり、より多くの機能を有する。図５において、主発熱体１３と主サーモスタット１５が直列に結ばれ電源に接続しており、、補助発熱体１６と補助サーモスタット１７が直列に結ばれた回路が主発熱体１３と並列に挿入されている。
【００６４】
補助発熱体１６と主サーモスタット１５が熱的に結合されているのは実施例１、２のこたつ用ヒータユニットと同じである。そして、別の補助発熱体１８が主サーモスタット１３と熱的に結合して設けられ、補助発熱体１８には開閉スイッチ１９が接続され、電源に接続されている。また、補助サーモスタット１７に並列に開閉スイッチ２０が挿入されている。
【００６５】
主サーモスタット１５は１０５℃でオフし、９５℃で復帰する。また、補助サーモスタット１７は常温ではオフであり、７０℃でオンし、６５℃で復帰する。補助発熱体１６は１．５Ｗを発熱し、補助発熱体１８は２．５Ｗを発熱する。主サーモスタット１５がオンしている時しか、補助発熱体１６は発熱できないが、補助サーモスタット１７がオンしなくても、開閉スイッチ２０により通電ができる。また、補助発熱体１８は開閉スイッチ１
９により、いつでも通電できる。
【００６６】
開閉スイッチ１９及び２０を入れない場合は、その挙動は実施例２と全く同様の内容であるが、開閉スイッチ２０を入れた場合は、立ち上がり当初から補助発熱体１６が主発熱体１３と同じ時間発熱するので主サーモスタット１５は短時間でオフするとともに復帰するモードになる。
【００６７】
通電持続時間が短くなるので立ち上がり時に投入される電力量が減り、ややぬるいモードになるが、飽和時は補助サーモスタット１７が投入されたのと全く同一の温度特性となる。開閉スイッチ１８を開き、１９を入れた場合は、常時、２．５Ｗの補助発熱体１８が発熱するので、主サーモスタット１５の通電率は大きく低下する。
【００６８】
条件に大きく依存するが、開閉スイッチ１９を入れない場合の飽和時の通電率は約５０％であるが、開閉スイッチ１９を入れると３０％程度に低減できる。
【００６９】
この場合、電力が少ないのでボデー１１のコーナ部の温度は７０℃まで到達せず、補助サーモスタット１７はオンしない。開閉スイッチ１９と２０を同時に入れると、主発熱体１３がオンの時は補助発熱体１６と１８が発熱するので４Ｗが主サーモスタット１５に伝達される。
【００７０】
また、主発熱体１３がオフの時は補助発熱体１８のみが発熱するので２．５Ｗが主サーモスタット１５に伝達される。この結果、主サーモスタット１７が復帰からオフするまでの時間は極めて短くなり、開閉スイッチ１９だけを入れた場合に比べ、通電率が一層低減され、２５％以下となる。
【００７１】
（実施例４）
実施例４のこたつ用ヒータユニットは実施例１、２、３に示した通電率制御を本体から離れたコントローラで行う場合の課題を解決するものである。
【００７２】
実施例４のこたつ用ヒータユニットを回路図で表すと、図６に示したようになる。主発熱体１３と主サーモスタット１５が直列に結ばれ、補助発熱体１６が主サーモスタット１７に熱的に結合して設けられている。
【００７３】
これらの回路部品をコントローラ２１の内部で制御するために主発熱体１７、補助発熱体１６の一方の端末、電源の一方の極のそれぞれから計３本の電線をコントローラ２１に引き出し、コントローラ２１の内部に電源スイッチとなる主開閉回路２２及び補助発熱体スイッチとなる副開閉回路２３を設けている。コントローラ２１は遠隔操作であるから、当然表示灯が必要とされるが、主開閉回路２２及び副開閉回路２３を入れるとコントローラ２１の内部には表示灯を点灯させるだけの電圧がなく、点灯できない。
【００７４】
そこで、電源の他方の極をコントローラ２１まで引き込なければならないが、引き込む電線の数が４本にもなり、コントローラの操作性が低下する。さらに機能を追加することを考慮すると、５本以上もの線が必要となり、操作性のみならず配線が極めて複雑になる。
【００７５】
コントローラ２１内部の副開閉回路２３から補助発熱体１６に至る経路に挿入されたダイオードの整流素子２４は、順方向では副開閉回路２３を閉じれば有効な電圧が得られないが、逆方向では電源電圧の半波が残るのでこれに保護抵抗２５と発光ダイオードの発光素子２６を接続すれば、電線を追加せずに発光表示ができるものである。
【００７６】
（実施例５）
実施例５のこたつ用ヒータユニットは実施例１、２、３に示したヒータユニットを複数用いたものであり、大きなこたつに対応するものである。
【００７７】
図７はその回路図を示すものであるが、実施例２及び図４に示したヒータユニットを複数備えたものである。構成部品の符号にａ及びｂを付けているのは実施例２及び図４で示した構成部品に対応するものである。
【００７８】
ヒータユニット間は補助サーモスタット１７ａと補助発熱体１６ａの間と、補助サーモスタット１７ｂと補助発熱体１６ｂの間は共通の開閉回路２７を経て、電源の一方の極に接続されている。
【００７９】
また、主発熱体１３ａと１３ｂにはそれぞれ電源の一方の極との開閉回路２８ａ及び２８ｂが設けられている。主サーモスタット１５ａ、１５ｂは共に電源の他方の極に接続されていて、開閉回路２７、２８ａ、２８ｂはヒータユニットより引き出された電線により、コントローラ２９内に設けられている。
【００８０】
さらに、主発熱体１３ａと補助サーモスタット１７ａの間と、主発熱体１３ｂと補助サーモスタット１７ｂの間には、アノード側を主発熱体側に向けてダイオードの整流素子３０ａと３０ｂが挿入されている。
【００８１】
また、コントローラ２９内部の開閉回路２７とヒータユニットの間にはアノード側を開閉回路２７に向けてダイオードの整流素子３１が挿入されている。
【００８２】
整流素子３０ａ、３０ｂは、開閉回路２８ａが閉、２８ｂが開、補助サーモスタット１７ａ、１７ｂが閉の時、開閉回路２８ａ、整流素子３０ａ、補助サーモスタット１７ａ、補助サーモスタット１７ｂ、整流素子３０ｂ、主発熱体１３ｂ、主サーモスタット１５ｂを経て、電源に至る経路を、整流素子の極性を逆にすることによって防止している。
【００８３】
また、整流素子３１は、開閉回路２７閉、開閉回路２８ａ、２８ｂ開、補助サーモスタット１７ａ、１７ｂ開、補助サーモスタット１７ａ、１７ｂが閉の時、開閉回路２７、整流素子２７、補助サーモスタット１７ａまたは１７ｂを経て、主発熱体１３ａまたは１３ｂが発熱するのを防止する。
【００８４】
整流素子３０ａ、３０ｂ、３１により、開閉回路２８ａ、２８ｂは主発熱体１３ａ、１３ｂのスイッチ、開閉回路２７は補助発熱体１６ａ、１６ｂの共通のスイッチとして機能できる。整流素子を用いなければ、ヒータユニットから独立に電線を引き出す必要があり、芯線数が多くなりすぎて実用に供し得ない。
【００８５】
次に本発明の参考実施例について以下述べる。
【００８６】
（参考実施例１）
参考実施例１のこたつ用ヒータユニットは実施例１、２、３、４、５に示したような通電率制御回路の下に脱臭触媒を有効に作用させて、目盛設定に係わらず、消臭効果を得るものである。
【００８７】
回路構成は実施例３、すなわち図５に示すものであり、図１に示したように各部品は配列される。
【００８８】
図８（ａ）に断面構成を示すように、脱臭触媒３２ａは石英管ヒータの主発熱体１３の
近傍に主発熱体１３を囲むように配置されている。脱臭触媒３２ａは遮熱板１２に固定されていて、遮熱板１２を上下に配置することによって脱臭触媒３２ａは効率よく加熱される。脱臭触媒３２ａは、面積が大きいほど効果が高まり、図８（ａ）に対して第８図（ｂ）の脱臭触媒３２ｂの方が良い結果が得られる。
【００８９】
しかしながら、脱臭触媒３２ｂが主発熱体１３の周囲を囲んでしまうと赤熱光が遮断され、暖房感覚を阻害することになる。そのために、脱臭触媒３２ａ、３２ｂは図９に示すような開口部が多数設けられており、赤熱光を透過するようになっている。図９に示したような脱臭触媒を中央の破線部で折り曲げれば第８図に示したような脱臭触媒ができる。なお、脱臭触媒は多量の空気と接することによって消臭機能を発揮するので、赤熱光の透過性だけでなく脱臭性能の面からも多数の開口部が効果を発揮する。
【００９０】
また、空気との接触をさらに増やすためには、図１０に示したように遮熱板３３に遮熱効果を妨げない程度の貫通穴３４を設けるのが効果的である。
【００９１】
また、脱臭触媒３５はラス網状にすることによって空気の通過性を一層高めることもできる。脱臭触媒の材質は貴金属系、二酸化マンガンのようなセラミック系等様々であるが、広範囲の脱臭効果を得るためには貴金属系、特に、白金を含むものが好ましく、信頼性も高い。
【００９２】
白金系の脱臭触媒を効果的に作用させるためには、２５０℃以上の温度域で触媒活性が急激に高まることから、ある程度の通電持続時間を設定する必要がある。石英管ヒータを熱源に用いる場合、１分以上の持続時間が必要である。従来のこたつの目盛設定方式では、電力切替と通電率の併用か、オンオフの山谷の小さい位相制御のようなものが多く、弱目盛の場合、電力が不足したり、温度の山が低すぎて触媒効果を発揮できない。
【００９３】
第５図に示す回路は、主サーモスタット１５のオン時間とオフ時間の調整が可能で、それも通電率が２５％近辺にまで絞り込むことができるもので、弱目盛設定での触媒脱臭効果が得られるものである。６００Ｗの主発熱体１３であれば、通電率２５％の弱目盛は１．５分オン、４．５分オフ程度に設定すれば、温度むらを感じることなく、また、脱臭触媒を２５０℃以上に加熱することができる。この条件は実施例３に示した設定で実現できる。
【００９４】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、以下のような効果を有する。
【００９５】
１．立ち上がり時と飽和時の通電率設定が自動的に滑らかに切り替えることが可能になり、立ち上がりは早く、やがて、こたつを構成するすのこ等の木部の熱ストレスが少ない状態で飽和するこたつ用ヒータユニットが実現できる。
【００９６】
２．立ち上がり時は高いピーク温度を維持し急速に立ち上がり、飽和時はピーク温度を下げ、木部に対する熱ストレスを緩和するが通電率は余り低下しないという理想的な制御特性のこたつ用ヒータユニットが実現できる。
【００９７】
３．オン時間及びオフ時間の細かい設定が可能になり、定格電力を最小通電率２５％近辺まで多段階に絞り込むことができるこたつ用ヒータユニットが実現できる。
【００９８】
４．少ない芯線数で発光表示付のリモートコントロールが可能になり、使い勝手の良いこたつ用ヒータユニットが実現できる。
【００９９】
５．少ない芯線数で複数のヒータユニットに対するリモートコントロールが可能になり、大型のこたつ用のヒータユニットが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例１のこたつ用ヒータユニットの平面図
【図２】  同こたつ用ヒータユニットの回路図
【図３】  同こたつ用ヒータユニットの特性図
【図４】  本発明の実施例２のこたつ用ヒータユニットの回路図
【図５】  本発明の実施例３のこたつ用ヒータユニットの回路図
【図６】  本発明の実施例４のこたつ用ヒータユニットの回路図
【図７】  本発明の実施例５のこたつ用ヒータユニットの回路図
【図８】  （ａ）本発明の参考実施例１のこたつ用ヒータユニットの断面図
（ｂ）同こたつ用ヒータユニットの断面図
【図９】  同こたつ用ヒータユニットの脱臭触媒の平面図
【図１０】  同こたつ用ヒータユニットの脱臭触媒と遮熱板部分の平面図
【図１１】  従来のこたつ用ヒータユニットの回路図
【符号の説明】
１１  ボデー
１２，３３  遮熱板
１３  主発熱体
１４  電源ターミナル
１５  主サーモスタット
１６，１８  補助発熱体
１７  補助サーモスタット
１９，２０  開閉スイッチ
２１，２９  コントローラ
２２  主開閉回路
２３  副開閉回路
２４  整流素子
２５  保護抵抗
２６  発光素子
２７，２８  開閉回路
３０，３１  整流素子
【図１】
0003861377.tif 000002
【図２】
0003861377.tif 000003
【図３】
0003861377.tif 000004
【図４】
0003861377.tif 000005
【図５】
0003861377.tif 000006
【図６】
0003861377.tif 000007
【図７】
0003861377.tif 000008
【図８】
0003861377.tif 000009
【図９】
0003861377.tif 000010
【図１０】
0003861377.tif 000011
【図１１】
0003861377.tif 000012