JP2009085494A - 凍結防止システムおよびその制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】消費電力のさらに少ない凍結防止システムを提供する。
【解決手段】凍結防止システム３０は、給水用および／または給湯用の配管に沿って設けられた自己温度制御型のヒータ３５〜３８に電力を供給し、配管の凍結を防止するための制御装置３１を有する。この制御装置３１は、温度センサー３２により検出された第１の温度条件でヒータに対する電力の供給を開始し、第２の温度条件でヒータ３５〜３８に対する電力の供給を停止する第１の機能と、温度センサー３２により検出された温度にかかわらず、第１の時間だけヒータ３５〜３８に電力を供給する第２の機能と、第１の機能および第２の機能を切り替え可能な選択機能とを有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、給水用および／または給湯用の配管の凍結防止システムに関するものである。

特許文献１には、正の温度係数特性（ＰＴＣ）を有する導電性ポリマー組成物を利用した自己温度制御型のヒータが開示されている。

近年、戸建住宅用配管システムに、床下、特に、一階床下の布基礎に覆われたスペースに、給水用のヘッダと、給湯用のヘッダとを設置し、それぞれのヘッダからシンクなどの消費側の機器に対して個別に配管を敷設する工法（ヘッダー工法）が採用されることが多い。配管には、架橋ポリエチレン、ポリブテンなどの樹脂配管が用いられることがおおい。
特開２００７−１５７６８０号公報

ＰＴＣの自己温度制御型のヒータは、本体温度が上がると電気抵抗が大きくなり通電電流値が自動的に減少する。したがって、自己温度制御型のヒータを用いた水道凍結防止システムは、ヒータの本体温度を測定してフィードバック制御を行わなくても良く、異常過熱を起こさずに安全である。自己温度制御型のヒータを用いた水道凍結防止システムにおいて、ヒータの消費電力をさらに抑制するために、サーモスタットなどの温度センサーを用いて戸外温度を測定し、戸外温度が、たとえば５℃以下になるとオンし、１３℃以上になるとオフになる機能を備えた温度制御装置が採用されている。

このような水道管などの配管の凍結防止システムにおいて、消費電力をさらに低減し、ランニングコストを下げることが常に要望されている。

本発明の一態様は、給水用および／または給湯用の配管に沿って設けられた自己温度制御型のヒータに電力を供給し、配管の凍結を防止するための制御装置である。この制御装置は、温度センサーにより検出された第１の温度条件でヒータに対する電力の供給を開始し、第２の温度条件でヒータに対する電力の供給を停止する第１の機能と、温度センサーにより検出された温度にかかわらず、第１の時間だけヒータに電力を供給する第２の機能と、第１の機能および第２の機能を切り替え可能な選択機能とを有する。

配管の凍結防止システムにおいては、冬季の配管の損傷を防止するために凍結を常に防ぐように制御されていた。上記のヘッダー工法などにおいて採用されている樹脂配管においては、マイナス数度の条件で凍結しても損傷する可能性は小さい。上記の制御装置は、温度センサーにより検出された温度にかかわらず、第１の時間だけヒータに電力を供給し、凍結した配管内の水を解凍可能とする第２の機能を備えているので、ヒータへの電力を停止して冬季の配管の凍結を許容することができる。したがって、典型的には、別荘などのように使用される期間が限られる建屋の配管の凍結防止システムにおいて、配管を使用しないときは凍結を許容することにより、凍結防止システムの冬季における電力消費をさらに低減できる。この制御装置により電力が供給されるヒータは自己温度制御型であるので、温度センサーにより検出された温度にかかわらず連続通電してもヒータが過熱する可能性は小さく安全である。

選択機能は、第２の機能が選択された後、第１の時間が経過すると、第１の機能を自動的に選択することが望ましい。配管内の凍結した水を解凍した後、再度凍結することを抑制できる。

選択機能は、マニュアルで第１の機能および第２の機能を切り替えるスイッチを含むことが望ましい。制御装置に電力が供給されると自動的に第２の機能に切り替わるような制御も可能である。しかしながら、配管内の水が凍結していないときは、ヒータに連続通電する必要はなく、マニュアルで選択できるようにすることにより、さらに電力消費を低減できる。

本発明の異なる態様の１つは、上記の制御装置と、制御装置に接続された温度センサーと、制御装置から電力の供給を受ける自己温度制御型のヒータであって、給水用および／または給湯用の配管に沿って設けられたヒータとを有する凍結防止システムである。

ヒータが設けられた配管の典型的なものは、建屋の基礎に囲われた床下の空間に配置された樹脂配管である。この場合、温度センサーは、床下の空間に配置されていることが望ましい。第１の機能において、配管が設置されている空間の温度により、ヒータへの電力の供給をオンオフできるので、消費電力をさらに低減できる。

また、温度センサーは、基礎に設けられた換気口の近傍に配置されていることが望ましい。床下の空間において、換気口付近の温度がもっとも低くなる可能性がある。したがって、換気口付近に温度センサーを設置することにより、第１の機能が選択されているときに、配管内の水の凍結をより確実に防止できる。

図１に、本発明の実施形態の凍結防止システムを備えた建屋の概要を示している。この建屋１は、布基礎２の上に構築されており、１階の床５の下の床下１０は、布基礎２により囲われている。床下１０には、ヘッダー工法を用いて配管システム２０が設置されている。配管システム２０は、水道配管１１と、その水道配管１１に接続された給水用のヘッダ１２と、ボイラ１３からの給湯配管１４と、その給湯配管１４に接続された給湯用のヘッダ１５とを含む。配管システム２０は、さらに、給水用のヘッダ１２から、消費側の機器１９ａ〜１９ｅのそれぞれに対し、配管（配設）された樹脂製の給水用の配管１７ａ〜１７ｅを含む。また、配管システム２０は、給湯用のヘッダ１５から、消費側の機器１９ａ、１９ｄおよび１９ｅのそれぞれに対し配管（配設）された樹脂製の給湯用の配管１８ａ、１８ｄおよび１８ｅを含む。これらの樹脂製の配管１７ａ〜１７ｅ、１８ａ、１８ｄおよび１８ｅの典型的なものは、架橋ポリエチレン製またはポリブテン製の配管である。この例では、消費側の機器１９ａはシンクの蛇口であり、機器１９ｂは洗濯機用の蛇口であり、機器１９ｃはトイレであり、機器１９ｄは洗面所の蛇口であり、機器１９ｅは風呂用の蛇口である。消費側の機器はこれらに限定されるものではない。

この配管システム２０の凍結を防止するために２種類の凍結防止システムが設けられている。１つの凍結防止システム４０は、ヘッダ１２および１５よりも上流の配管１１および１４の凍結を防止するためのシステムである。この凍結防止システム４０は、配管１１および１４に沿って設けられたヒータ（自己温度制御型ヒータ）４１および４２と、ヒータ４１および４２に電力を供給するための配線４３および４４と、ヒータ４１および４２に対する電力供給をオンオフするためのサーモスタット４５および４６とを含む。この凍結防止システム４０では、サーモスタット４５および４６により外気温度を検出し、外気温度が、例えば、５℃で電力供給を開始（オン）し、１３℃で電力供給を停止（オフ）にするようにセットされている。この凍結防止システム４０は、多くのケースでは、通年にわたり家庭用の電源に接続されており、外気温度を常に監視して、配管１１および１４の凍結を未然に防止している。

他方の凍結防止システム３０は、ヘッダ１２および１５と、ヘッダ１２および１５から下流の配管１７ａ〜１７ｅ、１８ａ、１８ｄおよび１８ｅ（以降では、これらの配管をまとめて配管１７および１８と呼ぶ）の凍結を防止するためのシステムである。凍結防止システム３０は、建屋１の壁６に取り付けられた、または埋め込まれた制御装置３１と、制御装置３１に接続された温度センサー３２と、制御装置３１から電力の供給を受ける自己温度制御型のヒータ３５〜３８と、電力を供給するための配線３９ａおよび３９ｂとを含む。温度センサー３２は、床下（床下の空間）１０に配置されている。さらに詳しくは、布基礎２に設けられた換気口３の近傍に配置されている。

自己温度制御型のヒータ３５〜３８は典型的には、ＰＴＣ（特性）を備えた導電性ポリマー組成物を利用した同軸型または丸型の自己温度制御型のヒータである。自己温度制御型のヒータ３５〜３８は、２芯平型のヒータであっても良い。ヒータ３５は、給水用のヘッダ１２の周囲に設けられており、給水用のヘッダ１２およびその中の水を加温できるようになっている。ヒータ３６は、給湯用のヘッダ１５の周囲に設けられており、給湯用のヘッダ１５およびその中の水を加温できるようになっている。ヒータ３７は、給水用のヘッダ１２から各機器に延びた各配管１７の全長に沿って設けられており、給水用の配管１７およびその中の水を加温できるようになっている。ヒータ３８は、給湯用のヘッダ１５から各機器に延びた各配管１８の全長に沿って設けられており、給湯用の配管１８およびその中の水を加温できるようになっている。

図２に、凍結防止システム３０を抜き出して模式的に示している。温度センサー３２は例えば、サーミスタであり、基礎２の開口３の内側に配置されている。自己温度制御型のヒータ３５は、給水ヘッダ１２の周囲を取り巻くように配置され、ヘッダ１２の外側はヒータ３５も含めて断熱材３４により覆われている。自己温度制御型のヒータ３７は、樹脂製の給水用の配管１７に沿って配置され、配管１７の外側がヒータ３７を含めて断熱材３４により覆われている。給湯ヘッダ１５および給湯用の配管１８においても同様である。

図３に、配管に沿って自己温度制御型のヒータ３７を施工する例を示している。図３（ａ）および（ｂ）は、樹脂製の配管（樹脂管）１７または１８に沿って樹脂製のヒータガイド管１６を配置し、ヒータガイド管１６の中にヒータ３７または３８を挿入し、樹脂管１７または１８と、ヒータガイド管１６とを断熱材３４により覆った例である。図３（ｃ）および（ｄ）は、樹脂製の配管（樹脂管）１７または１８に沿って直にヒータ３７または３８を這わせ、樹脂管１７または１８とヒータ３７または３８とを断熱材３４により覆った例である。

図２に示したように、制御装置（温度コントローラ）３１は、温度表示部３３ａと、操作スイッチ（操作ボタン）３３ｂと、動作表示灯３３ｃとを備えている。図４に、制御装置３１の機能をブロック図により示している。この制御装置３１は、ヘッダ１２、１５、給水用の配管１７および給湯用の配管１８に沿って設けられた自己温度制御型のヒータ３５〜３８に電力を供給し、配管システム２０の凍結を防止するための制御装置である。

図４に示すように、この制御装置３１は、温度センサー３２により検出された第１の温度条件（本例では温度Ｔ１（第１の温度）未満）でヒータ３５〜３８に対する電力の供給を開始し、第２の温度条件（本例では、温度Ｔ１よりも高い温度Ｔ２（第２の温度）以上）でヒータ３５〜３８に対する電力の供給を停止する第１の機能（第１の機能ユニット、第１の手段）５１を含む。さらに、この制御装置３１は、温度センサー３２により検出された温度にかかわらず、第１の時間Ｗ１だけヒータ３５〜３８に電力を供給する第２の機能（第２の機能ユニット、第２の手段）５２と、第１の機能５１および第２の機能５２を切り替え可能な選択機能（選択機能ユニット、選択手段）５３とを含む。選択機能５３は、第２の機能５２が選択された後、第１の時間Ｗ１が経過すると、第１の機能５１を自動的に選択する。また、選択機能５３は、マニュアルスイッチ３３ｂで第１の機能５１および第２の機能５２を切り替える機能を含む。

さらに具体的には、この制御装置３１は、プログラマブルな制御ユニット５４、例えば、ＣＰＵおよびメモリなどにより構成されるマイクロコンピュータを含む。上記の機能５１〜５３は、制御ユニット５４により提供される。制御ユニット５４は、リレー５５を介して電源スイッチ５６をオンオフし、家庭用電源に接続された電源線５９から配線３９ａおよび３９ｂを介してヒータ３５〜３８に対して供給される電力を制御する。

図５に、制御装置３１の動作をフローチャートにより示している。ステップ６１において、凍結防止システム３０を起動（オン）するか否かを判断する。マニュアルスイッチ３３ｂとして押しボタンスイッチが採用されており、押しボタンスイッチ３３ｂを押すと、制御装置３１は起動する。起動すると、表示灯３３ｃを点灯する。表示灯３３ｃは、ヒータ３７および３８に通電しているときは赤色に点灯し、通電していないときは緑色に点灯する。なお、温度表示部３３ａには、制御装置３１に電力が供給されている状態で、温度センサー３２により検出されている温度が表示される。また、温度センサー３２により検出されている温度が−２０℃以下の場合は「ＬＬ」と表示され、温度が６０℃を超えている場合は「ＨＨ」が表示される。さらに、システム３０が異常停止した場合は、その要因、たとえば、ショート、断線、内部故障に対応する記号が表示される。

ステップ６２において、押しボタンスイッチ３３ｂが５秒以上連続して押されたか否かを判断する。押しボタンスイッチ３３ｂが５秒以上連続して押されると、選択機能５３は、第２の機能５２を選択し、温度センサー３２により検出される温度にかかわらず、ヒータ３５〜３８に第１の時間Ｗ１（本例では一時間）、強制的に通電する（連続モード）。そのため、ステップ６３においてタイマーをセットし、ステップ６４においてスイッチ５６を操作してヒータ３５〜３８に対する電力供給を行う。通電中、押しボタンスイッチ３３ｂを操作すると、ステップ６５において、選択機能５３は、タイマーをリセットし、ヒータ３５〜３８への通電を停止する（オフ、ステップ６６）。ステップ６７において、タイマーがアップすると選択機能５３は、第１の機能５１を選択し、温度センサー３２により検出された温度によりヒータ３５〜３８に対する電力供給を制御する。

ステップ６７において、タイマーがアップして連続モードが終了するか、または、ステップ６２において、押しボタンスイッチ３３ｂの押されていた時間が５秒未満であると判断されると、第１の機能５１が選択されてオンオフモード（オンオフ制御）が開始される。

オンオフモードにおいては、ステップ６８において、押しボタンスイッチ３３ｂが操作されたか否かを判断し、押しボタンスイッチ３３ｂが押されると、ステップ６９において、凍結防止システム３０を停止（オフ）する。すなわち、この凍結防止システム３０は、稼働中に押しボタンスイッチ３３ｂを押すことにより何時でも停止できる。

第１の機能５１によるオンオフモードでは、ステップ７０において、温度センサー３２により検出された温度がＴ１（この例では１℃）未満（第１の温度条件）であれば、ステップ７１において通電状態をセットし、スイッチ５６を閉じて（オンし）、または閉じた状態に維持して、ヒータ３５〜３８に対して電力を供給する。ステップ７２において、温度センサー３２により検出された温度がＴ２（この例では３℃）以上（第２の温度条件）であれば、ステップ７３において通電状態をリセットし、スイッチ５６を開いて（オフし）、または開いた状態に維持して、ヒータ３５〜３８に対して電力を供給しない。したがって、第１の機能５１が選択されると、ヒータ３５〜３８は、温度センサー３２の検出温度、すなわち、床下１０の温度が１℃未満になるとオンし、床下１０の温度が３℃以上になるとオフになる。

従来の配管の凍結防止システムにおいては、冬季の配管の損傷を防止するために凍結を常に防ぐように制御されていた。上記において、凍結防止システム４０は、従来のタイプであり、金属製の水道管が凍結して破裂するような事態を未然に防ぐようにしている。一方、ヘッダー工法などにおいて採用されているヘッダ１２、１５および樹脂配管１７および１８は、マイナス数度の条件で凍結しても損傷する可能性はほとんどない。このため、それらの凍結を防止する凍結防止システム３０の制御装置３１は、スイッチ３３ｂを操作することにより簡単に停止できるようになっている。そして、冬季において、ヘッダ１２、１５および樹脂配管１７および１８が凍結（ヘッダ内および配管内の水が凍結）すると、第２の機能５２を選択することにより、強制的に（温度センサー３２により検出された温度にかかわらず）、一時間（第１の時間Ｗ１）だけヒータ３５〜３８に電力を供給し、凍結した配管内の水を解凍することができる。このため、別荘などの冬季でも、使わない期間がある建屋においては、凍結防止用のヒータを止めることにより、凍結防止に要する電力消費を低減できる。

この制御装置３１により電力が供給されるヒータ３５〜３８は自己温度制御型であるので、温度センサー３２により検出された温度にかかわらず連続通電してもヒータ３７および３８が過熱する可能性はなく安全である。したがって、床下１０に設置されたヘッダ１２、１５および配管１７、１８が凍結しているか否かにかかわらず、冬季に凍結防止システム３０を起動するときは、まず、第２の機能５２を選択して、ヒータ３５〜３８に連続通電しても良い。また、シンクの蛇口から水がでることを確認するなどの方法により、床下１０に設置されたヘッダ１２、１５および配管１７、１８が凍結していないのであれば、システム３０の起動時に、スイッチ３３ｂにより第２の機能５２を選択せず、第１の機能５１を選択することにより、連続通電で消費される電力をさらに節約できる。

近年、建屋内の給水および／または給湯用の配管には、経済的な理由に加えて、外部からの衝撃による損傷がないなどの理由により樹脂製の配管が採用されている。したがって、上記の凍結防止システム３０は、建屋内の配管全体に対して適用できる。上記において説明した床下１０に配置された配管システム２０は、一例に過ぎない。また、建屋内の配管は外気に晒されないので、局部的に零下になって凍結するという危険はない。このため、ヒータの動作開始および停止温度を零度近傍にセットすることにより消費電力を低減できるというメリットがある。

例えば、建屋１の基礎２に囲われた床下の空間１０であれば、凍結防止用にヒータへの電力の供給を１℃オン、３℃オフに設定できる。上記の例では、温度センサー３２を床下１０のさらに、基礎２の換気口３の近傍に配置し、温度センサー３２で床下１０の最も温度が低い部分の温度を検出できるようにしている。したがって、配管の凍結をより確実に防止でき、さらに凍結防止に要する消費電力をさらに低減できる。

凍結防止システムを備えた建屋の概要を示す。 凍結防止システムの概要を示す。 自己温度制御型のヒータの施工例を示す。 制御装置の機能ブロック図である。 制御装置の動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 建屋、 ２ 布基礎（建屋基礎）、 ３ 換気口
１０ 床下の空間、 １２ 給水用ヘッダ、 １５ 給湯用ヘッダ
１７ 給水用の配管、 １８ 給湯用の配管、 ２０ 配管システム
３０ 凍結防止システム、 ３１ 制御装置、 ３２ 温度センサー
３５〜３８ 自己温度制御型のヒータ

Claims (6)

1. 給水用および／または給湯用の配管に沿って設けられた自己温度制御型のヒータに電力を供給し、前記配管の凍結を防止するための制御装置であって、
   温度センサーにより検出された第１の温度条件で前記ヒータに対する電力の供給を開始し、第２の温度条件で前記ヒータに対する電力の供給を停止する第１の機能と、
   前記温度センサーにより検出された温度にかかわらず、第１の時間だけ前記ヒータに電力を供給する第２の機能と、
   前記第１の機能および前記第２の機能を切り替え可能な選択機能とを有する制御装置。
2. 請求項１において、前記選択機能は、前記第２の機能が選択された後、前記第１の時間が経過すると、前記第１の機能を自動的に選択する、制御装置。
3. 請求項１または２において、前記選択機能は、マニュアルで前記第１の機能および前記第２の機能を切り替えるスイッチを含む、制御装置。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の制御装置と、
   前記制御装置に接続された温度センサーと、
   前記制御装置から電力の供給を受ける自己温度制御型のヒータであって、給水用および／または給湯用の配管に沿って設けられたヒータとを有する凍結防止システム。
5. 請求項４において、前記ヒータが設けられた前記配管は、建屋の基礎に囲われた床下の空間に配置された樹脂配管であり、
   前記温度センサーは、前記床下の空間に配置されている、凍結防止システム。
6. 請求項５において、前記温度センサーは、前記基礎に設けられた換気口の近傍に配置されている、凍結防止システム。

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