JP3857095B2 - 水槽等の加熱装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バケツや水槽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加熱装置の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、例えば熱帯魚など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、遮断するスイッチ素子と、温度検知センサ及び温度制御回路とを備えてあり、ヒータによって加熱された水温が設定温度以下においてはヒータに電力を供給して水槽内の水を加熱し、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の温度を所定温度に保持している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の加熱装置では水漏れや水槽の転倒、或いは、ヒータが誤って水槽外に出しておい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、回路中に温度ヒューズを設けておき、異常に温度上昇した時にはその温度ヒューズを溶断させて電力を遮断するように構成しているが、一度、温度ヒューズが溶断すると加熱装置の構造上、その取り替えができないため、装置全体を破棄せざるを得ないという問題点がある。
【０００４】
本発明は上記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、簡単な回路構成によって空焚き状態となった場合にはヒータへの通電を停止状態に保持し、水中に再投入等することによって、或いは、電源プラグをコンセントから抜く等のリセット操作を行うことによって元の使用状態に復帰させることができるようにした水槽等の加熱装置を提供するにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
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、主ヒータと、この主ヒータに電力の通電、遮断を行う半導体スイッチと、水温が所定温度に達した時に上記半導体スイッチを非導通とし且つ所定温度以下になると該半導体スイッチを導通状態にする水温感知素子とによって水温制御回路を構成し、この水温制御回路における上記主ヒータの接続子側の回路部間に側路を接続して該側路における上記水温感知素子の近傍位置に補助ヒータを配設し、さらに、この補助ヒータと水温感知素子との間に金属製の熱遮蔽部材を介在させてこの熱遮蔽部材により水中においては補助ヒータからの伝熱を水温感知素子に伝熱することなく水中に放熱させて該補助ヒータの熱により上記水温感知素子の作動を不能状態とし、気中においては水温感知素子に伝熱して該水温感知素子を作動させて上記半導体スイッチを非導通状態に保持するように構成している。
【０００６】
【作用】
加熱装置をバケツ或いは水槽等の水中に投入し、水温制御回路に通電すると、主ヒータが発熱して水を加熱する。水温が所定温度に達すると水温感知素子が開き、半導体スイッチを非導通状態にして主ヒータへの通電を遮断する。水温が低下すると再び水温感知素子が自動的に閉じて半導体スイッチを導通状態にし、主ヒータを発熱させて所定温度にまで水温を上昇させる。このように、水温感知素子の開閉によって主ヒータへの電力の供給、遮断を行いながら水温を所定温度に保持する。
【０００７】
水温を一定温度に制御している状態において、上記補助ヒータを水温制御回路における主ヒータの接続子側の回路部間に接続した側路に設けている場合には、半導体スイッチが導通、非導通にかかわらず常に発熱している。
【０００８】
しかしながら、この補助ヒータが通電によって発熱しても、水中においては水の熱伝導率が大きいために水中に放熱されて温度上昇が小さく、従って、補助ヒータからの発熱は水温感知素子の開閉に殆ど影響を与えることはなく、この水温感知素子によって上述したように水温を一定温度に制御させることができる。
【０００９】
この場合、補助ヒータの発熱によって水温感知素子周辺の水温が、多少、高くなるので、補助ヒータと水温感知素子との間に金属製の熱遮蔽部材を介在させておけば、補助ヒータからこの熱遮蔽部材に伝わる熱を水温感知素子に直接、伝熱させることなく、水中に放熱させて補助ヒータの発熱による水温感知素子の開放を確実に防止することができる。
【００１０】
次に、地震等によって水槽やバケツ内が水漏れや地震等による転倒、或いは、ヒータが誤って水槽外に出しておいた場合等のように気中での空焚き状態となった時には、通電によって発熱している補助ヒータは空気の熱伝導率が小さいために温度上昇が大きくなって水温感知素子を開にし、半導体スイッチを非導通状態にして主ヒータに対する電力の供給を停止させた状態に保持する。
【００１１】
例えば、補助ヒータの電力を２ワットとすると、水温感知素子の周辺の空気の温度を略20℃上昇させることができ、気中の温度（気温）が10℃であれば、水温感知素子の周辺が略30℃となって水温感知素子を開にすることができる。この場合、気温が５℃以下であれば、補助ヒータの発熱にもかかわらず、水温感知素子の周辺の空気が25℃以下となって該水温感知素子が閉じた状態を保持するが、この水温感知素子の閉止していると、主ヒータの温度が上昇し、その温度が水温感知素子に伝熱して該水温感知素子を開かせて主ヒータに対する電力の供給を停止させることができる。
【００１２】
そして、加熱装置の電源プラグを電源コンセントから引き抜いたのち再び差し込む等のリセット操作を行うことによって、或いは、この加熱装置を水槽中に投入等することによって再使用状態にすることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の具体的な実施の形態を図面について説明すると、図１はバケツや水槽（以下、水槽という）内に投入して水槽内に収容されている水を所定温度にまで加熱する加熱装置を示すもので、ガラス製の管からなる筒状本体１内の一半部内にニクロム線からなる主ヒータ２を配設していると共に、この筒状本体１内の他半部には感温リードスイッチからなる水温感知素子LS1 とこの水温感知素子LS1 に近接させた位置に配設している抵抗器からなる補助ヒータR2、及び、トライアックからなる半導体スイッチTC1 を備えた温度制御回路を構成しているプリント基板３を設けてあり、この温度制御回路に圧着接続子H1、H2を介して上記主ヒータ２を接続している。なお、水温感知素子LS1 に対して補助ヒータR2を近接させた位置とは、補助ヒータR2の発熱を水温感知素子LS1 が感知し得る位置である。また、補助ヒータR2の能力は主ヒータ２が空気中で500 ℃以上になるのに対して30〜50℃であり、電力的には主ヒータ２が100 〜300 Ｗに対して補助ヒータR2は１〜２Ｗのものである。
【００１４】
さらに、上記水温感知素子LS1 と補助ヒータR2との間に金属製の熱遮蔽部材４を介在させている。この熱遮蔽部材４は、図２に示すように筒状本体１の他端部内周面に内嵌した短筒部4aと、この短筒部4aの一端から水平状に突設した板部4bとからなり、この板部4bを水温感知素子LS1 と補助ヒータR2との間に介在させていると共に、短筒部4aと板部4bとの間にゴム製の仕切り板５を配設し、この仕切り板５に設けているスリット5aを通じて板部4bを水温感知素子LS1 と補助ヒータR2との間に介在させている。
【００１５】
また、主ヒータ２から仕切り板５に至る筒状本体１内にはマグネシア砂を充填していると共に筒状本体１の一端部内をシリコンで防水し、ゴム製キャップ６を筒状本体１の一端部外周面に被着して筒状本体１内を水密状態に保護している一方、筒状本体１の他端部における上記熱遮蔽部材４の短筒部4a側にシリコンを充填して上記温度制御回路のプリント基板３の電気的絶縁を保持してあり、さらに、筒状本体１の他端部にゴム製キャップ７を被着して内部を水密状態に保護していると共にこのゴム製キャップ７から上記温度制御回路に接続して電源を供給するための先端に電源フラグ８を有する電源コード９を引き出している。
【００１６】
図３は主ヒータ２や補助ヒータR2等を備えた上記温度制御回路を示すもので、電源コード９から給電された電力は電源コード９側に接続した回路の接続子AC1 、AC2 における一方の接続子AC1 から主ヒータ２側の一方の接続子H1を通じて主ヒータ２に流れたのち、該主ヒータ２側の他方の接続子H2から電源コード９側の他方の接続子AC2 へと流れる回路10を有し、この回路10における主ヒータ２と電源コード９との他方の接続子H2、AC2 間にトライアックからなる上記半導体スイッチTC1 の端子T1、T2を接続していると共にこの半導体スイッチTC1 の端子T2側とゲート間に水感温リードスイッチからなる上記水温感知素子LS1 と抵抗R1とを有する回路10a を接続して水温制御回路10を構成している。
【００１７】
さらに、この水温制御回路10における上記半導体スイッチTC1 のT1、T2端子間に上記補助ヒータR2を有する回路10b を接続している。即ち、この回路10b を上記半導体スイッチTC1 の回路10a に並列接続してあり、補助ヒータR2を上述のように、水温制御回路10における感温リードスイッチからなる上記水温感知素子LS1 の近傍位置、即ち、補助ヒータR2の発熱がこの水温感知素子LS1 によって感知し得る対向位置に配設していると共にこの補助ヒータR2と水温感知素子LS1 との間に上記熱遮蔽部材４の板部4bを介在させている。
【００１８】
次に、このように構成した加熱装置の作用を述べる。筒状本体１を水槽の水中に投入すると共に電源プラグ８をコンセント（図示せず）に差し込むと、電源コード９に電力が給電されて電流が水温制御回路10における接続子AC1 から接続子H1、主ヒータ２、接続子H2、トライアックからなる半導体スイッチTC1 、接続子AC2 へと流れ、主ヒータ２が発熱して水を加熱すると共に加熱された水の温度は水温制御回路10中に設けている水温感知素子LS1 によって感知される。
【００１９】
水温感知素子LS1 として使用している感温リードスイッチは、水温が所定の温度、例えば25℃になると開き、この温度よりも僅かに低くなると閉じるように構成されてあり、従って、水温が所定の温度に達すると、該感温リードスイッチが開いて水温制御回路10中のトライアックからなる半導体スイッチTC1 が導通しなくなって主ヒータ２への電力の供給が遮断される一方、水温が所定温度（25℃）よりも僅かに低くなると、感温リードスイッチからなる水温感知素子LS1 が閉じて半導体スイッチTC1 が導通し、主ヒータ２による水の加温が行われる。このように、水温感知素子LS1 の開閉の繰り返しによって水槽内の水が所定の温度に保持される。
【００２０】
また、半導体スイッチTC1 が導通して主ヒータ２に通電しているときは、半導体スイッチTC1 の端子T1、T2間の電圧は無視できるから補助ヒータR2には電流が流れず、従って、補助ヒータR2は発熱しないが、半導体スイッチTC1 が非導通となって主ヒータ２が開状態のときには、電流が接続子AC1 から主ヒータ２側の一方の接続子H1、主ヒータ２、該主ヒータ２側の他方の接続子H2を通じて補助ヒータR2へと流れる。しかしながら、例えば、電源電圧を100V、主ヒータ２の電力を200W、補助ヒータR2の電力を２Ｗとすると、主ヒータ２の抵抗値が50Ω、補助ヒータの抵抗値が5000Ωとなって、主ヒータ２に流れる電流による発生熱量は無視することができ、補助ヒータR2によって支配される。
【００２１】
電力が２Ｗの補助ヒータR2が水中において発熱すると、該補助ヒータR2と水中との温度差は水の熱伝導率0.5 Ｗ／ｍ℃に反比例するので、ガラス管からなる筒状本体１の放熱面積及び水中で温度勾配を生じる筒状本体１の表面からの距離を所定量に設定すると約２℃位になる。同様に、空気中において電力が２Ｗの補助ヒータR2が発熱すると、空気の熱伝導率が0.025 Ｗ／ｍ℃であって温度差が約22℃となる。なお、温度差は熱伝導率の値に反比例するので、水中より気中が20倍になるが、実際にはガラス管からなる筒状本体１の表面の状態や水、空気の対流、等の条件を効力した場合、上記の半分、即ち、水中より気中が10倍程度になると考えるのが適当である。
【００２２】
従って、熱伝導率の大きい水中において補助ヒータR2が発熱すると、温度差が少なくても水中に直ちに放熱されて該補助ヒータR2周辺の水温を約２℃上昇させるが、この補助ヒータR2と水温感知素子LS1 との間には金属製の熱遮蔽部材４が介在しているので、補助ヒータR2の発熱はこの熱遮蔽部材４の板部4bから短筒部4aに伝熱して水中に放熱され、上記温度上昇が水温感知素子LS1 に殆ど影響を及ぼすことはない。そのため、水温感知素子LS1 が上述したように所定の水温（25℃）に達した時に主ヒータ２への通電を停止させ、水温が所定温度よりも僅かに低くなると、主ヒータ２が通電して所定の水温に達するまで水の加熱が行われるものである。
【００２３】
次に、水槽が水漏れや転倒、或いは、筒状本体１が誤って水槽外に出しておいた場合のように空気中での通電状態となった時には、通電によって発熱している補助ヒータR2は、上述したように空気の熱伝導率が小さいために放熱量が少なくなって温度が上昇し、この温度上昇によって水温感知素子LS1 を開状態に保持して主ヒータ２への通電を停止状態に維持する。例えば、気中温度が10℃であれば、水温感知素子LS1 の周囲が30℃以上の温度となって、該水温感知素子LS1 を開き、トライアックからなる半導体スイッチTC1 を非導通状態に保持しておくことができるものである。なお、気中の温度が５℃以下であると、補助ヒータR2の発熱にもかかわらず、水温感知素子LS1 の周囲の温度が25℃以下となって該水温感知素子LS1 が閉じた状態となるが、この場合には主ヒータ２が発熱するために、その温度上昇によって水温感知素子LS1 の周囲の温度が25℃以上に達した時に該水温感知素子LS1 が開き、主ヒータ２の発熱が停止することになる。
【００２４】
図４は上記温度制御回路の変形例を示すもので、上記実施の形態においては、補助ヒータR2を半導体スイッチTC1 の回路10a に対して並列接続した回路10b に設けているが、この図４に示す温度制御回路においては、補助ヒータR2を回路10におけるトライアックからなる半導体スイッチTC1 の端子T1側と主ヒータ２の一方の接続子H1との間に接続した側路10c に、水温感知素子LS1 に近接して設けているものである。その他の構造については上記実施の形態と同じであるので、同一部分には同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００２５】
このように構成したので、筒状本体１を水槽の水中に投入すると共に電源プラグ８をコンセント（図示せず）に差し込むと、電源コード９からの電力は水温制御回路10における一方の接続子AC1 から接続子H1、主ヒータ２、接続子H2、トライアックからなる半導体スイッチTC1 、接続子AC2 へと流れて主ヒータ２が発熱すると共に、上記電力は水温制御回路10における一方の接続子AC1 から側路10c 側にも流れて補助ヒータR2から他方の接続子AC2 に流通し、補助ヒータR2は感温リードスイッチからなる上記水温感知素子LS1 の動作に関係なく常に発熱している。
【００２６】
従って、上記実施の形態と同様に主ヒータ２の発熱によって水が加熱されると共にその水温が水温制御回路10中に設けている水温感知素子LS1 によって感知され、水温感知素子LS1 は、水温が所定の温度、例えば25℃になると開いて半導体スイッチTC1 を非導通とし、この温度よりも僅かに低くなると閉じて半導体スイッチTC1 を導通させることになり、この繰り返しにより水槽内の水が所定の温度に保持される。
【００２７】
一方、補助ヒータR2は常に発熱しているが、熱伝導率の大きい水中においては上述したように、該補助ヒータR2周辺の水温を約２℃上昇させるだけであり、この補助ヒータR2と水温感知素子LS1 との間には金属製の熱遮蔽部材４が介在しているので、補助ヒータR2の発熱はこの熱遮蔽部材４の板部4bから短筒部4aに伝熱して水中に放熱され、上記温度上昇が水温感知素子LS1 に殆ど影響を及ぼすことはない。そのため、上記実施の形態と同様に、水温感知素子LS1 が上述したように所定の水温（25℃）に達した時に主ヒータ２への通電を停止させ、水温が所定温度よりも僅かに低くなると、主ヒータ２が通電して所定の水温に達するまで水の加熱が行われるものである。
【００２８】
次に、水槽が水漏れや転倒、或いは、筒状本体１が誤って水槽外に出しておいた場合のように空気中での通電状態となった時には、通電によって発熱している補助ヒータR2は、上述したように空気の熱伝導率が小さいために放熱量が少なくなって温度が上昇し、この温度が熱遮蔽部材４に伝熱して該熱遮蔽部材４により水温感知素子LS1 が所定温度以上に加熱されて開状態を保持し、主ヒータ２への通電を停止状態に保持するものである。
【００２９】
そして、上記図３、図４に示すいずれの実施の形態においても、水温制御回路10を備えた筒状本体１からなる加熱装置を元の水槽の水中に戻すことによって、或いは、電源プラグをコンセントから抜く等のリセット操作を行ったのち、再び電源プラグ６をコンセントに差し込むと共に筒状本体１を水槽内に投入することによって、元の使用状態に復帰させることができるものである。
【００３０】
【発明の効果】
以上のように本発明の水槽等の加熱装置によれば、主ヒータと、この主ヒータに電力の通電、遮断を行う半導体スイッチと、水温が所定温度に達した時に上記半導体スイッチを非導通とし且つ所定温度以下になると該半導体スイッチを導通状態にする水温感知素子とによって水温制御回路を構成し、この水温制御回路における上記水温感知素子の近傍位置に上記電力の通電によって発熱する補助ヒータを配設して水中においては該補助ヒータの熱を水中に放熱させて該補助ヒータの熱による上記水温感知素子の作動を不能状態とし、気中通電により異常温度となった時にこの補助ヒータの熱により上記水温感知素子を作動させて上記半導体スイッチを非導通状態に保持するように構成しているので、構造が簡単で安価に提供し得るのは勿論、水中においては、補助ヒータの発熱を水温感知素子の作動に影響を及ぼすことなく、この水温感知素子によって水温を感知させて水槽内の水温を所定温度に保持することができ、気中における空焚き状態となった場合には補助ヒータの熱を水温感知素子に伝達して半導体スイッチを非導通状態とし、主ヒータへの通電を停止状態に保持して安全性を高めることができる。
【００３１】
その上、電源プラグをコンセントから抜く等の人為的動作によって再使用可能な状態に復帰させることができるのは勿論、電源プラグをコンセントから抜くことなく加熱装置を再び水中に投入することによって、そのまま元の使用状態に復帰させ、水温を一定温度に加熱、保持することができる。
【００３２】
このように、水温制御回路中に温度で作動する電子部品を使用することなく、電力の小さい補助ヒータをその回路に接続した簡単な構造によって、該補助ヒータから水への熱の流れと、空気中への熱の流れの物理定数の差を利用して水中においてはこの補助ヒータの発熱にもかかわらず、水温制御回路によって一定の水温に保持させることができ、気中においては補助ヒータの発熱によって水温感知素子を開状態に保持して主ヒータが異常高温になるのを確実に防止することができるものである。
【００３３】
さらに、補助ヒータと水温感知素子との間に金属製の熱遮蔽部材を介在させてこの熱遮蔽部材により水中においては補助ヒータからの伝熱を水温感知素子に伝熱することなく水中に放熱させ、気中においては水温感知素子に伝熱して該水温感知素子を作動させるように構成しているので、水中においては補助ヒータの発熱を熱遮蔽部材によって水温感知素子に電熱するのを防止して水温感知素子により正確に水温感知を行わせることができ、気中においては熱遮蔽部材を介して水温感知素子に伝熱して該水温感知素子を確実に作動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 加熱装置の簡略縦断側面図、
【図２】 遮蔽部材と仕切り板の斜視図、
【図３】 加熱装置の回路図、
【図４】 その変形例を示す回路図。
【符号の説明】
１ 筒状本体
２ 主ヒータ
４ 遮蔽部材
10 水温制御回路
R2 補助ヒータ
TC1 半導体スイッチ（トライアック）
LS1 水温感知素子（感温リードスイッチ）

Claims (1)

1. 主ヒータと、この主ヒータに電力の通電、遮断を行う半導体スイッチと、水温が所定温度に達した時に上記半導体スイッチを非導通とし且つ所定温度以下になると該半導体スイッチを導通状態にする水温感知素子とによって水温制御回路を構成し、この水温制御回路における上記主ヒータの接続子側の回路部間に側路を接続して該側路における上記水温感知素子の近傍位置に補助ヒータを配設し、さらに、この補助ヒータと水温感知素子との間に金属製の熱遮蔽部材を介在させてこの熱遮蔽部材により水中においては補助ヒータからの伝熱を水温感知素子に伝熱することなく水中に放熱させて該補助ヒータの熱により上記水温感知素子の作動を不能状態とし、気中においては水温感知素子に伝熱して該水温感知素子を作動させて上記半導体スイッチを非導通状態に保持するように構成していることを特徴とする水槽等の加熱装置。

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