JP2007123172A

JP2007123172A - 水槽等の加熱装置

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Publication number: JP2007123172A
Application number: JP2005316747A
Authority: JP
Inventors: Yasumasa Kumagai; 康正熊谷
Original assignee: KUMAGAI DENKO KK
Current assignee: KUMAGAI DENKO KK
Priority date: 2005-10-31
Filing date: 2005-10-31
Publication date: 2007-05-17
Anticipated expiration: 2025-10-31
Also published as: JP4761933B2

Abstract

【課題】水槽等内に投入して水を所定温度にまで加熱し、その温度を保持する装置であって、ヒータが湯水中に存在しているにもかかわらず、ヒータを設けている本体の一部が気中に露出した状態となった時に、ヒータへの通電を遮断して安全性を高めることができる加熱装置を提供する。
【解決手段】水槽等の底部に横置状態にして水を加熱するヒータ２を内装した管状の本体１の周囲の３方に、周方向に等間隔毎に感知センサT1〜T3を配設して、横置状態のヒータ２から少なくとも１本の感知センサを上方に位置させるように構成し、この感知センサの電極端子が気中に露出した時にヒータ２への通電を停止させるように回路構成を形成している。
【選択図】図５

Description

本発明は、水槽やバケツ内に投入して内部の水を所定温度にまで加熱し、その水温を保持するようにした水槽等の加熱装置に関するものである。

従来から、例えば、熱帯魚等を鑑賞する水槽においては、水槽内の温度を一定温度に加熱、保持するための加熱装置が使用されている。この加熱装置は通電によって発熱するヒータと、このヒータに電力を供給したり遮断したりする遮断するスイッチ素子と、温度検知センサと、温度制御回路とを備えてあり、水温が所定温度以下になるとヒータに電力を供給して水槽内を加熱し、水槽内の水が設定温度に達するとスイッチ素子により通電を遮断してヒータに対する電力の供給を停止し、これを繰り返し行わせて水槽内の水温を所定の温度に保持している。

しかしながら、地震等によって水槽が転倒したり、水漏れが生じたり、或いは、ヒータが誤って水槽外に露出した場合には、空焚き状態となってヒータが異常に温度上昇し、火災が発生する等の極めて危険な事態となる虞れがある。このため、例えば、特許文献１に記載されているように、ガラス管ヒータの表面に間隔を存して一対の水検知用電極を装着し、これらの電極間に水が存在する場合にはその水を媒体として導通させてヒータへの通電状態を保持し、ヒータが水の外に露出した場合には、該ヒータの加熱により電極間の水分を蒸発させて電極間を非導通状態にし、ヒータへの通電を遮断するように構成した加熱装置が開発されている。
特開平１０−１３４９３９号公報

上記のような加熱装置によれば、ヒータが水槽外に露出してその表面に配設している電極が水中から完全に離脱している場合には、ヒータの加熱により電極間に存在する水分を蒸発させて直ちに通電を遮断することができるが、水位の低い或いは水漏れ等により水位が低下した水槽やバケツ等内の水を該ヒータによって加熱している状態となった時には、ヒータの一部が水面から気中に露出しても電極間には水が存在することになり、しかも、この加熱装置に配設されている温度検知センサが気中側に位置した場合には該温度検知センサにより温度の低い空気が検知されてヒータへの通電が連続的に行われることになってヒータが異常に温度上昇し、水槽内やバケツ内の水がその高熱によって完全に蒸散するまで、危険な加熱状態を継続するといった問題点がある。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、ヒータが湯水中に存在しているにもかかわらず、このヒータを内装している本体の一部が気中に露出した状態になった時に、直ちにヒータへの通電を遮断するようにした水槽等の加熱装置を提供するにある。

上記目的を達成するために本発明の水槽等の加熱装置は、請求項１に記載したように、水槽等内に投入して水を所定温度にまで加熱する装置であって、ヒータを内装している管状の本体の周囲に、この本体を中心として周方向に所定間隔毎に水中と気中との違いを感知する少なくとも３本の感知センサを配設し、これらの感知センサの少なくとも一本の感知センサの電極端子が気中に露呈した時にヒータに対する電源からの通電を遮断するように構成している。

このように構成した水槽等の加熱装置において、請求項２に係る発明は、上記複数個の感知センサ以外に本体の長さ方向の先端部に湯水中と気中との違いを感知する少なくとも１本の別な感知センサを配設していることを特徴とする。

また、請求項３に係る発明は、ヒータに対する通電を制御する好ましい制御回路であって、上記感知センサの電極端子が湯水中にある場合に発振出力し、気中にある場合に発振出力しない高周波発振回路を各感知センサごとに接続し、これらの全ての高周波発振回路からの電圧と基準電圧とを比較回路により比較していずれか１つの高周波発振回路からでも電圧が低くなった時に電源からの通電を遮断するように構成している。

請求項１に係る発明によれば、ヒータを内装している管状のヒータ本体に、このヒータ本体を中心として周方向に所定間隔毎に水中と気中との違いを感知する少なくとも３本の感知センサを配設しているので、ヒータ本体を水槽やバケツ等（以下、水槽とする）内に投入して内底面上に横置させた場合、少なくとも、１本の感知センサの電極端子をヒータよりも上方に位置させることができる。従って、水漏れ等によって水位が低下した場合、或いは、水位の低い水中で加熱を行っている場合等において、横置状態の本体の上周部が湯水面から外気中（以下、気中という）に露呈した状態になると、ヒータの一部でも空焚き状態となる前に、ヒータよりも上方に位置する少なくとも１本の感知センサの電極端子が気中に露出した際に、ヒータに対する通電を直ちに遮断してヒータによる湯水の過熱を防止することができる。

さらに、地震等によって水槽が倒れてヒータ本体が水槽外に放出されても、ヒータに対する通電が停止されて火災の発生等を防止することができるのは勿論、水槽内に水が存在しない場合において、誤って電源スイッチ等を入れてもヒータへの通電を確実に遮断することができ、安全性の高い過熱防止機能を備えた加熱装置を提供することができる。

また、請求項２に係る発明によれば、本体の長さ方向の先端部に湯水中と気中との違いを感知する別な感知センサを配設しているので、誤って電源コード等を引っ張って本体が水槽の湯水面から上方に引き出されても、本体の先端側に配設している該感知センサの電極端子が気中に露出して直ちにヒータへの通電を遮断することができる。

請求項３に係る発明は、ヒータに対する通電を制御する好ましい回路であって、上記感知センサの電極端子が湯水中にある場合に発振出力し、気中にある場合に発振出力しない高周波発振回路を各感知センサごとに接続し、これらの全ての高周波発振回路からの出力電圧と基準電圧とを比較回路により比較してどれか１つの高周波発振回路からでも電圧が低くなった時に電源からの通電を遮断するように構成しているので、簡単な回路によってどの感知センサが気中に露出してもヒータへの通電を確実に遮断することができる。

本発明の実施の形態を図面について説明すると、図１〜図３において、１は一定径と長さを有する金属管からなるヒータ本体で、その一半部分の内部にニクロム線からなるヒータ２を配設していると共に他半部分の内部に制御回路を実装している回路基板３を配設してあり、これらのヒータ２と回路基板３間は適宜な仕切壁よって仕切られている。さらに、このヒータ本体１の両端部に合成樹脂又はゴム製のキャップ体４と底面部材５との対向面中央部を固着してこれらのキャップ体４と底面部材５によりヒータ本体１の両端開口部を密閉していると共に、ヒータ本体１の両端部から外周方に突出しているキャップ体４と底面部材５との外周部対向面間に、ヒータ本体１を囲繞した金属製の円筒状保護カバー６を配設してこの保護カバー６の両端開口部をキャップ体４と底面部材５との対向面の外周部に固定している。この保護カバー６には周方向及び長さ方向に小間隔毎に、内外面間に亘って貫通した多数の透孔７が穿設されている。

さらに、上記ヒータ本体１と保護カバー６との間の空間部に、ヒータ本体１を中心にして該ヒータ本体１の周囲に、周方向に所定間隔毎に水中と気中との違いを感知する複数本（図においては３本）の第１感知センサT1、T2、T3を配設している。これらの第１感知センサT1〜T3は、一定長さを有する金属線又は小径の金属棒からなる導電体８を、その両端部以外を合成樹脂被覆層９によって被覆して防水されてあり、その長さ方向をヒータ本体１の長さ方向に向けて互いに平行に且つ周方向に等間隔毎に配設し、一端部をキャップ体４に支持させていると共に他端部をヒータ本体１の他端部に支持された円環形状のホルダー10によって周方向に等間隔毎に挿通状態で支持させている。そして、キャップ体４側に露出しているこれらの第１感知センサT1〜T3の導電体８の一端部を上記回路基板３上の後述するセンサ側制御回路Ａに接続していると共に上記底面部材５の近傍部、即ち、ヒータ本体１の底部側に配設されて上記ホルダー10から突出している導電体８の他端部を電極端子t1〜t3として水中或いは気中に露出させている。

また、ヒータ本体１のキャップ体４側、即ち、先端部にも短い導電体からなる第２感知センサT4を装着して、その電極端子t4をヒータ本体１と多数の通孔７を有する上記保護カバー６との間の空間部に突出させてあり、その一端部をセンサ側制御回路Ａに接続している。

このセンサ側制御回路Ａに接続している接続コード11は、図４に示すように、上記キャップ体４を貫通して引き出され、その先端部にコントローラ12を介して電源コード14を通じプラグ13を接続していると共に、コントローラ12内には接続コード11および電源コード14と接続したコントローラ側制御回路Ｂが配設されている。

そして、上記電源コード14を電源に接続し、電源スイッチを入れて上記制御回路Ａ、Ｂに通電した場合、上記複数本（３本）の第１感知センサT1〜T3と一本の第２感知センサT4とのうち、一本でもその電極端子が気中に露出していると、或いは露出すると、ヒータ２が水中に存在していても該ヒータに対する通電を遮断するように構成している。次に、この回路構成の具体的な実施の形態を説明する。

図５は上記制御回路Ａ、Ｂの回路図であって、センサ側制御回路Ａは、上記第１感知センサT1〜T3の電極端子t1〜t3と第２感知センサT4の電極端子t4とをそれぞれコンデンサC1〜C3、C4を介して接続させている高周波発振回路OSC1〜OSC4と、これらの高周波発振回路OSC1〜OSC4の出力側に接続しているダイオードD1〜D4と、これらのダイオードD1〜D4の出力側に共通の配線を介して接続している水位検出・出力用電圧比較集積回路CMP2とを有し、この水位検出・出力用電圧比較集積回路CMP2によってダイオードD1〜D4側の電圧と水位検出発振電圧相当基準電圧Vref2 とを比較させてダイオードD1〜D4側の電圧が水位検出発振電圧相当基準電圧Vref2 よりも低くなった場合には制御信号を出力させ、高い場合は制御信号を出力しないように構成している。

さらに、上記ヒータ本体１には、過昇の温度を検出するサーミスタNTC1と、水温検出サーミスタNTC2と、回路故障等で暴走し過熱状態になった時に溶断しヒータ２に対する通電を物理的に遮断する温度ヒューズTF（この回路では96℃を設定）と、上記ヒータ２とが配設されてあり、検出する過昇温度を50℃とした時、上記過昇温度を検出するサーミスタNTC1と50℃相当基準電圧Vref1 とを過昇温度検出・出力用電圧比較集積回路CMP1の入力側に接続し、この過昇温度検出・出力用電圧比較集積回路CMP1と上記水位検出発振電圧相当基準電圧Vref2 との出力側をコントローラ側制御回路Ｂに設けている継電器RYと異常警報ブザーBZと表示ランプLED に接続している。

コントローラ側制御回路Ｂは漏電遮断器の機能を併せ持つ電源スイッチLBK と、上記センサ側制御回路Ａを作動させる直流電圧を作る電源回路PSと、漏電遮断器の機能を併せ持つ電源スイッチLBK を介してプラグ側に接続している上記ヒータ２に通電、遮断する継電器RYと、上記水温検出サーミスタNTC2と水温設定用可変抵抗器TAJ とを比較する水温検出・出力用電圧比較集積回路CMP3と、上記異常警報ブザーBZ及び表示ランプLED を備えてあり、上記電源回路PSはトランスレス電源部であって100 Ｖの商用電源の電圧は、抵抗R2から整流ダイオードD5を介し、ツェナーダイオードZD1 の両端に一定の直流電圧を生じさせ、この直流電圧を平滑コンデンサC5で平滑化してコントロール側制御回路Ｂ及びセンサ側制御回路Ａの高周波発振回路OSC1〜OSC4に回路用低圧電源＋、Ｇとして供給し、この直流電圧の供給によって高周波発振回路OSC1〜OSC4に高周波交流（電気信号）を発生させるように構成している。また、これらの高周波発振回路OSC1〜OSC4の電源共通線Ｇは、コンデンサCGを通じてヒータ本体１の金属管に接続している。

上記各電極端子t1〜t4は、それぞれの高周波発振回路OSC1〜OSC4中のオペアンプに接続していて、図６に示すように、水中に没入している際には、ヒータ本体１はその金属管に取付けられているアースにより対地と接続されるから、電流がこれらの電極端子t1〜t4を通じて対地に逃げてオペアンプの出力はＨとなって発振出力し、電極端子t1〜t4が空気中に出た時には、オペアンプの出力はＬとなって出力しないように構成している。

このように構成したので、使用に際してヒータ本体１を水槽やバケツ等の水中内に投入し、プラグ13を電源に差し込んだのち、漏電遮断器の機能を併せ持つ電源スイッチLBK を「ON」にすると、表示ランプLED が点灯すると共にトランスレスの電源回路PSからセンサ側制御回路Ａ及びコントローラ側制御回路Ｂに回路用低圧電源＋、Ｇが供給される。そして、通常は、水温検出サーミスタNTC2の電圧と水温設定可変抵抗器TAJ の電圧とを水温検出・出力用電圧比較集積回路CMP3が温度（電圧）を比較して、設定温度に水温が達すると継電器RYがヒータ２への通電を止め、水温が設定温度以下になれば通電を行うことを繰り返すことにより、水温を設定温度に保持する。

さらに、水中にヒータ本体１が没入した状態にある場合には、ヒータ本体１の外殻である金属管に取付けられているアースにより、電流が第１感知センサT1〜T3及び第２感知センサT4の電極端子t1〜t4を通じて対地に逃げると共に、これらの電極端子t1〜t4が電源共通線Ｇと電気的に導通するからそれぞれの高周波発振回路OSC1〜OSC4は電気信号を発振出力する。この際、水中（湯中）で発振出力があるときは、ダイオードD1〜D4の電圧は水位検出発振電圧相当基準電圧Vref2 よりも少し高めに設定しているので、水位検出・出力用電圧比較集積回路CMP2は制御信号を出力しなく、従って、継電器RYが切り替わることなく通電状態を保持する。

次に、水槽内の内底部にヒータ本体１を横置状態にして加熱中において、水槽内が水漏れ等により水位が低下した場合、或いは、水位の低い水中で加熱を行っている場合には、ヒータ本体１におけるヒータ２の外周方に、周方向に等間隔毎に複数本（３本）の第１感知センサT1〜T3が配設されているので、図７、図８に示すように、ヒータ２が水中に存在しているにもかかわらず、これらの第１感知センサT1〜T3のうち、少なくとも１本の感知センサが気中に露出した状態となる。このように、第１感知センサT1〜T3のいずれか、例えば、感知センサT1が気中に露出すると、空気は絶縁体で通電させないから、電源共通線Ｇは不導電状態となって高周波発振回路OSC1の電極端子t1は発振出力をしなくなり、その発振回路のダイオードD1によって電圧が引き下げられて水位検出発振電圧相当基準電圧Vref2 より低くなり、水位検出・出力用電圧比較集積回路CMP2の出力によって継電器RYが遮断してヒータ２に対する通電を遮断すると共にブザーBZを鳴らし且つ表示ランプLED を点滅表示させる。

同様に、図９に示すように、ヒータ本体１が不測に引き上げられてその先端部、即ち、キャップ体４側が水面（湯面）から上方に突出した起立状態となった場合には、上記第１感知センサT1〜T3の電極端子t1〜t3が水中に没入しているにもかかわらず、キャップ体４側に配設している第２感知センサT4の電極端子t4が気中に露出して上記同様に電源共通線Ｇは不導電状態となり、高周波発振回路OSC4の電極端子t4は発振出力をしなくなってその発振回路のダイオードD4によって電圧が引き下げられ、水位検出発振電圧相当基準電圧Vref2 より低くなって水位検出・出力用電圧比較集積回路CMP2の出力により継電器RYが遮断し、ヒータ２に対する通電を遮断するものである。

また、50℃の過昇温度検出サーミスタNTC1の電圧を過昇温度検出・出力用電圧比較集積回路CMP1により50℃相当基準電圧Vref1 と比較してヒータ本体１の周囲が50℃に達するとこの過昇温度検出・出力用電圧比較集積回路CMP1の出力によって継電器RYを作動させて上述したようにヒータ２への通電を遮断し、ブザーBZを鳴らすと共に表示ランプLED を点滅表示させるものである。

なお、ヒータ本体１におけるヒータ２は、多数の透孔７を穿設している保護カバー６によって被覆されているので、この保護カバー６によって手触れによる火傷や第１、第２感知センサT1〜T4への異物の接触等による誤動作を防止すると共に、ヒータ２によって加温された湯水を効率よく周囲に伝達して温度を均等に循環させることができる。

ヒータ本体の一部を断面した簡略側面図。その斜視図。その簡略縦断正面図。使用状態を示す簡略斜視図。本発明装置の回路構成図。発振出力の回路図。一本の電極端子が気中に露出している状態の簡略正面図。二本の電極端子が気中に露出している状態の簡略正面図。ヒータ本体の先端部を水面から上方に露出させた状態の側面図。

符号の説明

１ヒータ本体
２ヒータ
T1〜T3 第１感知センサ
T4 第２感知センサ
t1〜t4 電極端子
OSC1〜OSC4 高周波発振回路
D1〜D4 ダイオード
PS 電源回路
CMP1〜CMP3 電圧比較集積回路
Vref1 、Vref2 基準電圧
RY 継電器

Claims

水槽等内に投入して水を所定温度にまで加熱する装置であって、ヒータを内装している管状の本体の周囲に、この本体を中心として周方向に所定間隔毎に水中と気中との違いを感知する少なくとも３本の感知センサを配設し、これらの感知センサの少なくとも一本の感知センサの電極端子が気中に露呈した時にヒータに対する電源からの通電を遮断するように構成したことを特徴とする水槽等の加熱装置。
ヒータ本体の長さ方向の先端部に湯水中と気中との違いを感知する少なくとも１本の別な感知センサを配設していることを特徴とする請求項１に記載の水槽等の加熱装置。
感知センサの電極端子が湯水中にある場合に発振出力し、気中にある場合に発振出力しない高周波発振回路を各感知センサごとに接続し、これらの全ての高周波発振回路からの電圧と基準電圧とを比較回路により比較していずれか１つの高周波発振回路からでも電圧が低くなった時に電源からの通電を遮断するように構成したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の水槽等の加熱装置。