JP2010065508A - 凍結防止ヒーターおよびその凍結防止システム - Google Patents

Abstract

【課題】ヒーターガイド管付きの配管システムに適した凍結防止ヒーターを提供する。
【解決手段】給水用および／または給湯用の配管に沿って設けられるヒーターガイド管１５に挿入されるヒーター線を含むヒーターケーブル３０と、ヒーター線に電力を供給する電力供給線４０と、ヒーター線とともにヒーターガイド管１５に挿入される管内温度センサーを含むセンサー部７０と、電力供給線４０を介してヒーター線に供給される電力をオンオフするためのスイッチング素子およびスイッチング素子を管内温度センサーの検出温度に基づき制御するための制御ユニットとを少なくとも内蔵したコントロールボックス６０とを有する凍結防止ヒーター２０を提供する。
【選択図】図４

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および凍結防止ヒーターに関するものである。

特許文献１には、導電性付与剤のカーボンブラックが分散されている樹脂組成物中に互いに近接して２以上の電極が埋設された自己温度制御型ヒーターにおいて、カーボンブラックとして、その平均粒径が４０〜７０μｍでＤＢＰ吸収量が６０〜１６０ｃｃ／１００ｇである中粒径のカーボンブラックと、その平均粒径が７０μｍ超である大粒径のカーボンブラックとを用い、かつ、中粒径のカーボンブラックに対する大粒径のカーボンブラックの混合比を２０〜５０質量％とし、さらに、これら両カーボンブラックを、ベースの樹脂組成物１００質量部に対して１５〜３０質量部添加して、外部の熱変動に対する出力安定性を向上させた自己温度制御型ヒーターを提供することが記載されている。ＰＴＣ特性を有する自己温度制御型ヒーターは、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ので、水道凍結防止用のヒーターなどに用いられている。

特許文献２には、冬季における寒冷地でのポリブテン管の凍結防止と、万一、ポリブテン管が凍結により破損した場合、交換修理が簡単にできる保温管に関する技術が開示されている。そのため、ポリエチレン樹脂材などにより全体を蛇腹状の凹凸部を設けた可撓性を有するさや管の内部に、合成樹脂材、特にポリブテン系樹脂材により形成した流水管を挿通し、さや管の外側に、流水管の凍結を防止するために自己制御型ヒーター線を挿通した合成樹脂材により形成したヒーター管を位置させ、該ヒーター管と、さや管との外周面に、ポリウレタンなどの発泡樹脂材により形成した断熱管を被覆して形成することが開示されている。
特開２００８−１２３７６４号公報 実用新案登録第３０８４４５５号公報

さや管の内部に流水管を通し、さや管の外側に流水管の凍結を防止するために自己制御型ヒーター線を通した合成樹脂材により形成したヒーター管を位置させ、該ヒーター管と、さや管との外周を断熱管により被覆するシステムは、水道の凍結が予想される地域の水道管の凍結防止システムとして採用されつつある。しかしながら、ＰＴＣ特性を有する自己温度制御型ヒーターは、経時的にヒーター出力が変動しやすい。これは、配管と共にヒーター自体が、外部からの熱変動下に晒されて、熱履歴を受けると、樹脂組成物中のカーボンブラック粒子が凝集して、その抵抗特性の変動によるものであると考えられている。また、一般に、ＰＴＣ特性を有する自己温度制御型ヒーターは、温度変化に対し十分な感度の抵抗値を得るためにヒーターが太くなりやすく柔軟性もそれほど高くない。

このため、上記のような凍結防止システムのヒーター管に挿入して使用するのに適した凍結防止ヒーターが要望されている。

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るヒーターガイド管に挿入されるヒーター線と、ヒーター線に電力を供給する電力供給線と、ヒーター線とともにヒーターガイド管に挿入される管内温度センサーと、電力供給線を介してヒーター線に供給される電力をオンオフするためのスイッチング素子およびスイッチング素子を管内温度センサーの検出温度に基づき制御するための制御ユニットとを少なくとも内蔵したコントロールボックスとを有する凍結防止ヒーターである。

この凍結防止ヒーターは、給水用および／または給湯用の配管に沿って設置されたヒーターガイド管にヒーター線とともに挿入され、ヒーターガイド管内の温度を検知する管内温度センサーと、管内温度センサーの検出温度によりスイッチング素子をオンオフできる制御ユニットとを有する。このため、自己制御型ヒーター線を用いずに、ヒーター線とともにヒーターガイド管内に挿入された温度センサーの検出温度により、ヒーターガイド管内に挿入されたヒーター線の出力を制御できる。したがって、ヒーター線にはＰＴＣ特性を実現するための樹脂層が不要なヒーター線、たとえば、ニクロム線、その他のニッケルメッキ銅線、ニッケルメッキ銅撚線を適当な被覆材で覆った比較的細いヒーター線であって、柔軟性および耐久性が十分に高いヒーター線を採用できる。また、ＰＴＣ特性を実現するための樹脂層が不要な細いヒーター線を採用できるので、ヒーター線とともに管内に温度センサーを挿入するためのスペースを確保できる。

このため、給水用および／または給湯用の配管に沿って設けられるヒーターガイド管にいっそう挿入しやすく、耐久性があり、さらに、ヒーターガイド管内の温度により制御することができる凍結防止ヒーターを提供できる。したがって、ヒーターガイド管を有する凍結防止システムに好適な凍結防止ヒーターを提供できる。

この凍結防止ヒーターは、さらに、外気温を検出するための外気温度センサーを有することが望ましい。さらに、制御ユニットは、外気温度センサーの検出温度が第１の温度以下かつ管内温度センサーの検出温度が第２の温度以下のときにスイッチング素子をオンし、外気温度センサーの検出温度が第３の温度以上または管内温度センサーの検出温度が第４の温度以上のときにスイッチング素子をオフする機能を含むことが望ましい。第１から第４の温度は予め設定された温度である。第３の温度は、第１の温度以上の所定の温度であり、第１の温度と同じであってもよい。第１の温度および第３の温度は、配管内の水の凍結が予想される温度の付近、たとえば、０〜数℃の範囲であることが好ましい。第４の温度は、第２の温度以上の所定の温度であり、第２の温度と同じ温度であってもよい。第２の温度および第４の温度は、配管内の水の凍結が予想されず、また、配管およびヒーターガイド管を含むシステムに運用上の支障が発生しない範囲であることが望ましく、たとえば、１０〜６０℃の範囲であり、２０〜５０℃の範囲であることがさらに好ましい。

この機能を含む制御ユニットを設けることにより、この凍結防止ヒーターは、配管内の水の凍結が予想されるときはオンになり凍結を防止でき、配管内の水の凍結が予想されないときはオフになり配管およびヒーターガイド管を含むシステムに運用上の支障、たとえば、水の代わりに熱湯がでたり、配管などが熱により損傷したりすることを未然に防止できる。また、外気温が第１の温度以下またはその近傍の温度以下にならないとオンにならないので、凍結防止のために消費される電力を低減でき、省電力用の温度コントロールを新たに設ける必要はない。

コントロールボックスは、電力供給線に接続されたインライン型のボックスであり、外気温度センサーはコントロールボックスに内蔵されていることが好ましい。コントロールボックスが電力供給線とインラインに接続され、凍結防止ヒーターに一体化されるので、コンパクトで使いやすい凍結防止ヒーターを提供できる。

コントロールボックスは電力供給線を挟み込むように組み合わされる第１のシェルと第２のシェルとを備え、第１のシェルにスイッチング素子および制御ユニットが収納され、第２のシェルに外気温度センサーが収納されていることが望ましい。コンパクトなボックスであっても、発熱体となるスイッチング素子および制御ユニットと、外気温度センサーとの距離を確保できるので、外気温度をいっそう精度良く検出できる。

第２のシェルは、第１および第２の突部と、第１および第２の突部の間に挟まれた第３の突部とを備え、第３の突部に外気温度センサーが収納されていることが望ましい。２つの突部に挟まれた第３の突部はコントロールボックスが地面に直に置かれる状況でも地面に埋もれる可能性が小さく、さらに、第３の突部の周囲に外気が流れるスペースを確保しやすい。したがって、外気温度をいっそう精度よく検出できる。

また、この凍結防止ヒーターは、管内温度センサーと制御ユニットとを接続するための管内センサー線であって、ヒーター線とともに被覆された管内センサー線を有していることが望ましい。管内温度センサーと制御ユニットとを接続する管内センサー線がヒーター線と並べて一体に被覆されるので、ヒーターガイド管にヒーター線および管内温度センサーを挿入する作業が容易になる。また、ヒーター線の所定の位置に管内温度センサーを予め固定することにより、ヒーター線をヒーターガイド管に挿入するだけで、管内温度センサーの位置を制御できる。

本発明の異なる態様の一つは、上述の複数の凍結防止ヒーターと、複数の給水用および／または給湯用の配管のそれぞれに沿って設けられた複数のヒーターガイド管とを有する凍結防止システムであって、複数のヒーターガイド管のそれぞれに、複数の凍結防止ヒーターのヒーター線および管内温度センサーがそれぞれ挿入されている凍結防止システムである。自己制御型ヒーター線の代わりに、ＰＴＣ特性を実現するための樹脂層が不要なヒーター線、たとえば、ニクロム線などの抵抗加熱用のヒーター線を備えた凍結防止ヒーターを使用できるので、低コストで施工できる凍結防止システムを提供できる。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。図１には、本発明の実施形態の凍結防止システム５０を備えた建屋１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３の下の床下４は、布基礎２により囲われている。床下４には、ヘッダー工法を用いて配管システム５が設置されている。配管システム５は、水道配管６と、その水道配管６に接続された給水用のヘッダ９と、ボイラ７からの給湯配管８と、その給湯配管８に接続された給湯用のヘッダ１０とを含む。

配管システム５は、さらに、給水用のヘッダ９から、消費側の機器１１ａ〜１１ｅのそれぞれに対し、配管（配設）された給水用の保温材付き管１２ａ〜１２ｅを含む。また、配管システム５は、給湯用のヘッダ１０から、消費側の機器１１ａ、１１ｄおよび１１ｅのそれぞれに対し配管（配設）された給湯用の保温材付き管１３ａ〜１３ｃを含む。

本例では、消費側の機器１１ａはシンクの蛇口であり、機器１１ｂは洗濯機用の蛇口であり、機器１１ｃはトイレであり、機器１１ｄは洗面所の蛇口であり、機器１１ｅ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。

図２に、給水用の保温材付き管１２ａ〜１２ｅおよび給湯用の保温材付き管１３ａ〜１３ｃの構成を断面図（図２（ａ））および一部を欠いた状態（図２（ｂ））により示している。これらの保温材付き管は同じ構成であり、以下では、保温材付き管１２ａを代表して説明する。保温材付き管１２ａは、ポリエチレン樹脂材などにより全体を蛇腹状の凹凸部を設けた可撓性を有する流水ガイド管１４およびヒーターガイド管１５を有し、これらのガイド管１４および１５が並列になった状態で、ポリウレタンなどの発泡樹脂材などにより形成された断熱管１６により一体で被覆されている。流水ガイド管１４には、合成樹脂材、典型的にはポリブテン系樹脂製の流水管１７が挿入され、給水用および／または給湯用の配管として用いられる。ヒーターガイド管１５には、流水管１７の凍結を防止するために凍結防止ヒーター２０のヒーターケーブル３０が挿入される。したがって、このタイプの保温材付き管１２ａを採用した配管システム５においては、ヒーターガイド管１５にヒーターケーブル３０を挿入することにより、給水用および／または給湯用の配管１７に沿って凍結防止ヒーター２０のヒーターケーブル３０が敷設され、配管１７の内部において水が凍結するのを防止できる。

図３に、凍結防止ヒーター２０の概略構成を示している。また、図４に、凍結防止ヒーター２０が設置された一例を示している。この凍結防止ヒーター２０は、電源供給用のコンセント４９に差し込まれるプラグ２１と、プラグ２１に接続された電源ケーブル２２と、電源ケーブル２２に接続されたコントロールボックス６０と、コントロールボックス６０に接続された電力供給用ケーブル（電力供給線）４０と、電力供給線４０と接続部２３を介して接続されたヒーターケーブル３０とを備えている。ヒーターケーブル３０の途中には温度センサー部７０が設けられており、ヒーターケーブル３０の先端は端末部３９となっている。ヒーターケーブル３０は、保温材付き管１２ａのヒーターガイド管１５に挿入される。

図５に、ヒーターケーブル３０の構造を、断面を用いて示している。ヒーターケーブル３０は、ニクロム線３１が絶縁材（絶縁被覆）３２により覆われた２本のヒーター線３３と、銅線３４が絶縁材３５により覆われた２本のリード線（センサー線）３６とを有し、それら２本のヒーター線３３および２本のリード線３６が外装絶縁被覆（外装被覆）３７により一体で被覆され、一本のヒーターケーブル３０を成すように束ねられている。内側の絶縁被覆３２、３５および外側の絶縁被覆３７には、ＰＶＤＦ、ＥＴＦＥなどのフッ素樹脂が採用されており、このヒーターケーブル３０は、１５０℃程度の耐熱性を有している。ヒーター線３３は、１ｍ当たり５−１０Ｗ程度（電圧ＡＣ１００Ｖ）の出力、典型的には７Ｗ程度に設定されており、その程度の出力に適したものが選択される。したがって、抵抗加熱を行う手段としては、ニクロム線３１に代わり、ニッケルメッキ銅線、ニッケルメッキ銅撚線、その他、銅合金などを採用してもよい。２本のヒーター線３３および２本のリード線３６は、端末部３９においてそれぞれ接続（端末処理）され、モールド樹脂（たとえば、ポリプロピレン樹脂）により覆われている。

図６には、ヒーターケーブル３０の途中に設けられた温度センサー部７０の構成を透かして示している。温度センサー部７０はサーミスタ７１を含む。このサーミスタ７１は、ヒーターケーブル３０に含まれる２本のリード線３６のうちの外装被覆３７を一部取り除いて露出された１本のリード線３６に接続されている。このため、コントロールボックス６０の内部の制御ユニットは、リード線（センサー線）３６を介してサーミスタ７１の抵抗値または抵抗値の変化を検出でき、サーミスタ７１の設置された環境の温度を検出できる。ケーブル３０の外装被覆３７の剥がされた部分は、サーミスタ７１を含めてモールド樹脂（たとえば、ポリプロピレン樹脂）７２により細長く、ケーブル３０に対して若干太い程度に成型されている。サーモスタットのように温度により電源をオンオフする機能を持たず、温度を検出する機能を備えたサーミスタ７１はコンパクトである。このため、この凍結防止ヒーター２０においては、ヒーターケーブル３０の直径が約４．５ｍｍであるのに対し、温度センサー部７０の直径が約７．５ｍｍに収まっており、温度センサー部７０を簡単にヒーターガイド管１５に挿入することができる。

温度センサー部７０において、ヒーターケーブル３０のリード線３６の一方にサーミスタ７１が接続され、リード線３６が温度センサー（サーミスタ）７１の信号をコントロールボックス６０に伝達するためのセンサー線として使用される。ヒーターケーブル３０のヒーター線３３は温度センサー部７０で切断などされることなく、ヒーターケーブル３０の全長にわたり、発熱帯として機能する。なお、２本のリード線を用いてサーミスタをセンサーとして接続してもよい。ヒーター線３３の一方と、リード線３６の一方との間にサーミスタ７１を接続することにより、ヒーターケーブル３０の３線を用いて、温度センサー部７０を備えたヒーターケーブル３０を形成することも可能である。

このヒーターケーブル３０は、途中にサーミスタ７１を含む温度センサー部７０を備えている。このため、ヒーターケーブル３０をヒーターガイド管１５に挿入すると、ヒーター線３３とともにセンサー部７０がヒーターガイド管１５に挿入される。したがって、ヒーターケーブル３０をヒーターガイド管１５に挿入し、給水または給湯用の流水管１７に沿ってヒーター線３３を設置するだけで、図４に示すように、サーミスタ７１をヒーターガイド管１５の途中の、管内温度を測定するのに適した位置へ装着できる。

図７に、ヒーターケーブル３０とコントロールボックス６０とを接続する電力供給線４０の構成を断面図により示している。電力供給線４０は、４線式の電源コードであり、銅線などの電力線４１が絶縁被覆材４２により覆われた４つの導線４３が、外側被覆材４４により覆われて一体に束ねられている。これら４本の導線４３のうち、２本がヒーターケーブル３０のヒーター線３３に電力を供給するために用いられ、２本がヒーターケーブル３０のセンサー線３６からサーミスタ７１の信号をコントロールボックス６０に収納された制御ユニットへ供給するために用いられる。典型的な電力供給線４０はＶＣＴＦタイプであり、絶縁被覆材４２および４４としてビニル樹脂が用いられる。電力供給線４０とヒーターケーブル３０との接続部２３は、ポリプロピン樹脂によりモールドされている。

図８に、コントロールボックス６０の構成を展開して示している。この凍結防止ヒーター２０のコントロールボックス６０は、電力供給線４０に接続され、電力供給線４０と電源ケーブル２２とを接続するように設けられたインラインタイプのコントロールボックスである。したがって、電力供給線４０、コントロールボックス６０および電源ケーブル２２が一つの配線のようにシリーズに接続された、コンパクトで使いやすい凍結防止ヒーター２０を実現している。

コントロールボックス６０は全体が長細い箱型であり、長手方向に沿った中心の面で上下２つに分割された第１のシェル６１と第２のシェル６２とを備えている。これら第１のシェル６１と第２のシェル６２は、電力供給線４０および電源ケーブル２２を挟み込むように組み合わされ、これら第１のシェル６１と第２のシェル６２とにより形成される内部に防水された空間を形成する。このコントロールボックス６０の内部空間に、電力供給線４０および電源ケーブル２２に接続され、電子デバイスを搭載した基板６５が収納されている。基板６５の第１のシェル６１の側には、制御ユニットとなるマイクロコンピュータを搭載したＩＣ６６と、スイッチング素子となるトライアック６４と、ＬＥＤ６７ａおよび６７ｂが搭載されている。基板６５の第２のシェル６２の側には、外気温度を測定するための温度センサーであるサーミスタ６８が搭載されている。

第２のシェル６２は、コントロールボックス６０の短手方向に突き出た３つの突部６２ａ〜６２ｃを備えている。中心の第３の突部６２ｃはサーミスタ６８を収納できるように中空であり、両側の第１および第２の突部６２ａおよび６２ｂに対して突出せず、第１および第２の突部６２ａおよび６２ｂとの間に空気が通る空間が確保できるようになっている。したがって、このコントロールボックス６０が床下４の地面４ａに置かれるように凍結防止ヒーター２０が設置されても、サーミスタ６８を収納した第３の突部６２ｃは外気に確実に接し、また、第３の突部６２ｃが地面４ａに埋まり難いようになっている。このため、サーミスタ６８により外気温度を確実に、精度よく検出することができる。

さらに、このコントロールボックス６０では、基板６５の第１のシェル６１の側にＩＣ６６、トライアック６４、ＬＥＤ６７ａおよび６７ｂといった電子デバイスが搭載され、反対側にサーミスタ６８が、第３の突部６２ｃに挿入されるように基板６５から突き出た（距離を置いた）状態で搭載されている。したがって、サーミスタ６８は、基板６５に搭載された電子デバイスの発熱の影響を受けにくいように配置されており、この点でも、サーミスタ６８は、外気温度を精度よく測定できるようになっている。

図９に、凍結防止ヒーター２０の回路構成をブロック図により示している。また、図１０に、凍結防止ヒーター２０の制御をフローチャートにより示している。コントロールボックス６０には、制御ユニットとなるＩＣ６６が収納され、ＩＣ６６にはコントロールボックス６０に収納された外気温度を測定する温度センサー６８と、ヒーターケーブル３０とともにヒーターガイド管１５に挿入され、ヒーターガイド管１５の管内温度を測定する温度センサー７１との信号が入力されている。スイッチング素子となるトライアック６４がＩＣ６６に接続されており、ＩＣ６６は、温度センサー６８および７１の測定結果に基づいてヒーターケーブル３０に含まれるヒーター線３３への電力の供給をオンオフできる。

さらに、ＩＣ６６には緑色のＬＥＤ６７ａと、赤色のＬＥＤ６７ｂとが接続されており凍結防止ヒーター２０の動作状態が表示できるようになっている。これらのＬＥＤ６７ａおよび６７ｂの表示は、図３に示したコントロールボックス６０の表示窓６９を通して見ることができる。本例では、プラグ２１から電源が得られると緑色のＬＥＤ６７ａが点灯する。トライアック６４がオンになると、赤色のＬＥＤ６７ｂも点灯する。ＩＣ６６は、ヒーター断線、センサー断線およびセンサーショートの故障監視を行っており、これらの故障が検出されると緑色のＬＥＤ６７ａを０．５秒の間隔で点滅させる。

コントロールボックス６０は、さらに、制御用の電力（５Ｖ）を生成するための電源回路６３ａ、落雷などの高電圧発生防止用のバリスタ６３ｂ、ヒューズ６３ｃなどのデバイスを内蔵している。

制御ユニットであるＩＣ６６は、外気温度センサー６８の検出温度（外気温度）Ｔ１が第１の温度Ｓ１以下かつ管内温度センサー７１の検出温度（管内温度）Ｔ２が第２の温度Ｓ２以下のときにスイッチング素子であるトライアック６４をオンし、外気温度Ｔ１が第１の温度Ｓ１以上の第３の温度Ｓ３以上または管内温度Ｔ２が第２の温度Ｓ２以上の第４の温度Ｓ４以上のときにトライアック６４をオフする機能を含む。この凍結防止ヒーター２０においては、第１の温度が５℃、第２の温度が４４℃、第３の温度が実質的には第１の温度と同じ５℃、第４の温度が４５℃に設定されている。

したがって、図１０に示すように、ステップ１０１において、外気温度Ｔ１が５℃以下でないときに、ステップ１０５でヒーターがオンであれは（トライアック６４がオンであれば）ステップ１０７においてヒーターをオフする（トライアック６４をオフする）。外気温度Ｔ１が５℃以下であっても、ステップ１０２において、管内温度Ｔ２が４５℃以上であれば、同様に、ステップ１０７においてヒーターをオフする。また、外気温度Ｔ１が５℃以下であって、ステップ１０３で管内温度Ｔ２が４４℃以下であり、ステップ１０４においてヒーターがオフであれば、ステップ１０６でヒーターをオンする（トライアック６４をオンする）。

設定温度Ｓ１〜Ｓ４の値は上記に限定されない。たとえば、外気温度Ｔ１と比較される設定温度Ｓ１およびＳ３は、凍結の予防という観点から０〜数℃の範囲であることが好ましい。管内温度Ｔ２と比較される設定温度Ｓ２およびＳ４は、配管内の水の凍結が予想されず、また、配管およびヒーターガイド管１５を含む保温材付き配管システム５に運用上の支障が発生しない範囲であることが望ましい。たとえば、設定温度Ｓ２およびＳ４は、１０〜６０℃の範囲が好ましく、２０〜５０℃の範囲であることがさらに好ましい。

このように、本例の凍結防止ヒーター２０は、外気温度Ｔ１を検出するための温度センサー（サーミスタ）６８を内蔵しており、外気温度でヒーターをオンオフ動作させる節電機能を予め内蔵している。したがって、節電するために、節電サーモスタットなどの新たな装置は不要である。さらに、この凍結防止ヒーター２０は、個々に外気温度を検出するセンサー６８と、管内温度を検出するためのセンサー７１とを備えている。図１に示す凍結防止システム５０においては、複数の凍結防止ヒーター２０が、保温材付き管１２ａ〜１２ｅ、１３ａ〜１３ｃの各々のヒーターガイド管１５にそれぞれ挿入される。したがって、保温材付き管１２ａ〜１２ｅ、１３ａ〜１３ｃそれぞれの条件、さらには、それぞれの凍結防止ヒーター２０のセンサーが検出する外気温度および管内温度に基づき、それぞれの凍結防止ヒーター２０は独立してヒーターをオンオフする。このため、複数のヒーターが同時に同期してオンする可能性は非常に小さく、特殊な条件で凍結防止ヒーターをオンしないかぎり大きな突入電流が発生することはない。したがって、突入電流を処理するための電源設備が不要となる。

さらに、サーモスタットのような接点制御デバイスの代わりに、温度をサーミスタ６８および７１により検出し、トライアック６４をスイッチングデバイスとして採用し、無接点制御回路とマイコン制御とを採用している。したがって、信頼性および耐久性の高い凍結防止ヒーター２０を提供できる。

したがって、この凍結防止ヒーター２０は、冬期間のみの電力消費を効率的に節電できる。このため、架橋ポリエチレン管などを採用している保温材付き管に限らず、従来の金属管などによる水道管の凍結防止にも有効であり、図１に示す凍結防止システム５０においては、凍結防止ヒーター２０が、水道管６、給水ヘッダ９、ボイラ７からの給湯配管８、給湯用のヘッダ１０などにも設置されている。これらの管においては、凍結防止ヒーター２０が管に沿って配置され、それらの外側が断熱材により覆われる。

さらに、この凍結防止ヒーター２０は、ヒーターガイド管１５に挿入されるヒーターケーブル３０の外装被覆にフッ素樹脂を採用しており、高耐熱（１５０℃）と、耐寒性（低温における柔軟性）と、高い電気絶縁性と、さらに、難燃性とを得ている。したがって、安全性および耐久性が高く、長寿命の凍結防止ヒーターを提供できる。

また、フッ素樹脂により被覆されたヒーターケーブル３０は、低摩擦で自己潤滑性に優れ、ヒーターガイド管１５に挿入しやすい。さらに、温度を検出するためにサーモスタットのような大型のデバイスではなく、サーミスタのような小型のデバイスを採用し、管内温度を検出するサーミスタ７１をヒーターケーブル３０に一体化しているので、ヒーターガイド管１５の内部のセンサーの設置も容易である。したがって、保温材付き管に対して施工が容易な凍結防止ヒーターを提供できる。

さらに、管内温度を検出するためのサーミスタ７１をヒーター線３３とともにヒーターガイド管１５に挿入することにより、折り曲げ、引っ張りに対して弱い自己温度制御型のヒーターの代わりに、折り曲げ、引っ張りに対して強いニクロム線などのヒーター線を採用して管内温度に基づいて温度制御できるようにしている。また、抵抗値が変化することから経年劣化も予想されうる自己温度制御型のヒーターに対して、ニクロム線などのヒーター線は、抵抗変化は基本的になく、長寿命であり、長期間にわたり安定した発熱体としての能力を発揮する。したがって、この点でも、安全性および耐久性が高く、長寿命の凍結防止ヒーターを提供できる。

なお、本発明は上記に例示した凍結防止ヒーターに限定されない。たとえば、コントロールボックスはコードに対して直列的に配置されたインライン型に限らず、プラグと一体型など種々の変形が可能である。さらに、１つのコントロールボックスを複数のヒーターケーブルに共通に設けることも可能であり、それぞれのヒーターケーブル毎にスイッチング素子を配置して個別制御することも可能である。ヒーター線はニクロム線に限らず、銅成分の多い銅線であってもよく、また、ヒーター線の発熱量は、メーター当たり７Ｗ程度ではなく、高くても低くてもよい。また、ヒーターとして自己温度制御型のヒーターを用いることも可能であり、管内温度に応じてバリアブルにヒーター出力を変化させることで、さらに消費電力を低減することが可能である。

温度センサーとして抵抗値が変動するサーミスタを採用しているが、熱電対などの他のタイプの温度センサーを用いることも可能である。さらに、直列または並列に接続された複数の温度センサーをヒーターガイド管に挿入しても良い。また複数の温度センサーを備えたヒーターケーブルを提供することも可能である。また、管内の温度を検出するセンサーをヒーター線とは別にヒーターガイド管に挿入することも可能である。しかしながら、ヒーターケーブルとして一体化することにより施工の手間が大幅に緩和されることは上述した通りである。

凍結防止システムを備えた建屋の概要を示す図。 凍結防止システムを備えた給水用および／または給湯用の保温材付き配管の概略構成を示す図。 凍結防止ヒーターの外観を示す図。 凍結防止ヒーターを保温材付き配管のヒーターガイド管に挿入した状態を断続的に示す断面図。 図３の凍結防止ヒーターのＶ−Ｖ断面を拡大して示す図。 図３の凍結防止ヒーターのセンサー部を拡大して透かして示す図。 図３の凍結防止ヒーターのＶＩＩ−ＶＩＩ断面を拡大して示す図。 図３の凍結防止ヒーターのコントロールボックスの概略構成を展開して示す図。 図３の凍結防止ヒーターの回路図。 図３の凍結防止ヒーターの動作を示すフローチャート。

符号の説明

２０ 凍結防止ヒーター、 ３０ ヒーターケーブル
３３ ヒーター線、 ３６ リード線（センサー線）
４０ 電力供給線
６０ コントロールボックス
６８、７１ 温度センサー（サーミスタ）、 ７０ センサー部

Claims (7)

1. 給水用および／または給湯用の配管に沿って設けられるヒーターガイド管に挿入されるヒーター線と、
   前記ヒーター線に電力を供給する電力供給線と、
   前記ヒーター線とともに前記ヒーターガイド管に挿入される管内温度センサーと、
   前記電力供給線を介して前記ヒーター線に供給される電力をオンオフするためのスイッチング素子および前記スイッチング素子を前記管内温度センサーの検出温度に基づき制御するための制御ユニットとを少なくとも内蔵したコントロールボックスとを有する、凍結防止ヒーター。
2. 請求項１において、さらに、外気温を検出するための外気温度センサーを有し、
   前記制御ユニットは、前記外気温度センサーの検出温度が第１の温度以下かつ前記管内温度センサーの検出温度が第２の温度以下のときに前記スイッチング素子をオンし、前記外気温度センサーの検出温度が前記第１の温度以上の第３の温度以上または前記管内温度センサーの検出温度が前記第２の温度以上の第４の温度以上のときに前記スイッチング素子をオフする機能を含む、凍結防止ヒーター。
3. 請求項２において、前記コントロールボックスは、前記電力供給線に接続されたインライン型のボックスであり、前記外気温度センサーは前記コントロールボックスに内蔵されている、凍結防止ヒーター。
4. 請求項３において、前記コントロールボックスは前記電力供給線を挟み込むように組み合わされる第１のシェルと第２のシェルとを備え、
   前記第１のシェルに前記スイッチング素子および前記制御ユニットが収納され、前記第２のシェルに前記外気温度センサーが収納されている、凍結防止ヒーター。
5. 請求項４において、前記第２のシェルは、第１および第２の突部と、前記第１および第２の突部の間に挟まれた第３の突部とを備え、第３の突部に前記外気温度センサーが収納されている、凍結防止ヒーター。
6. 請求項１ないし５のいずれかにおいて、前記管内温度センサーと前記制御ユニットとを接続するための管内センサー線であって、前記ヒーター線とともに被覆された管内センサー線を有する、凍結防止ヒーター。
7. 請求項１ないし６のいずれかに記載の複数の凍結防止ヒーターと、
   複数の給水用および／または給湯用の配管のそれぞれに沿って設けられた複数のヒーターガイド管とを有する凍結防止システムであって、
   前記複数のヒーターガイド管のそれぞれに、前記複数の凍結防止ヒーターの前記ヒーター線および前記管内温度センサーがそれぞれ挿入されている、凍結防止システム。

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