JP4148709B2 - 節電型凍結防止装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、節電型凍結防止装置に関し、更に詳細には、寒冷地などでは、電気ヒーターによって配水管などの凍結を防止する節電型凍結防止装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、寒冷地において水道管などが凍結することを防止するため、水道管に平紐状の電気ヒーターからなる凍結防止帯を巻き付けるなどして凍結を防止することが行われている。
【０００３】
従来の凍結防止装置は、水道管にサーマルリードスイッチやサーモスイッチを取り付けて水道管の温度を検知し、検知温度が例えば６℃以下となると凍結防止帯に通電を開始し、１２℃以上となると通電を停止する動作を繰り返すように設定されている。このように設定することで、例えば外気温度が−２０℃に下がるような寒波が襲ったときでも、水道管の凍結を防止することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記のように動作温度を高めに設定する理由は、 水道管など、配水管が凍結するより前に安全を見て早めに通電を開始するためである。
【０００５】
しかし、作動温度を高く設定して早めに水道管を温めることで凍結を防止すると、凍結が起こらない場合でも水道管を暖めるという不都合を回避することができず、消費電力が大きくなるという問題がある。
【０００６】
上記問題を解決するため、例えば外気温度を検知し、外気温度が所定温度以上である場合には、電源を遮断し、前記サーマルリードスイッチ、サーモスイッチなどがオンしても凍結防止帯に通電させないことで通電率を下げ、節電するものがある。
【０００７】
しかしながらこの方法は、実際の配管温度を無視して通電率を下げるため、外気温度測定部位が適切でない場合には配管を温め過ぎたり、逆に凍結させてしまうおそれがある。
【０００８】
本発明は、以上の問題に着目して成されたものであり、通電開始温度および通電停止温度を可及的に低い温度に設定し、無駄な通電を少なくし、しかも凍結事故を起こすことを防止できる節電型凍結防止装置を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明の節電型凍結防止装置の第１の手段は、発熱部、配管温度検知部および通電制御部を備えた凍結防止装置において、前記発熱部は通電されると配管を加熱するように配置され、前記通電制御部は、前記配管温度検知部の検出温度が通電開始温度以下の温度であると発熱部に通電を開始し、検出温度が通電停止温度以上であると発熱部の通電を停止し、通電停止から次の通電開始までの経過時間が予め定めた時間以下であると、通電開始温度および通電停止温度の少なくともいずれか１つの設定温度を高くするものである。
【００１０】
設計時の予想冷え込みより冷え込みが厳しいときは、通電により配管温度が上昇し通電を停止した後の配管温度の下降速度は予想より早くなる。このような事態が観測された場合には、通電開始温度および通電停止温度の少なくともいずれか１つを高くすることにより凍結を防止できる。したがって予め定める通電開始温度および通電停止温度の少なくともいずれか１つの設定温度を可及的に低く設定し、節電することが可能とするように作用させることができる。
【００１１】
上記目的を達成するための本発明の節電型凍結防止装置の第２の手段は、発熱部、配管温度検知部、外気温度検知部および通電制御部を備えた凍結防止装置において、前記発熱部は通電されると配管を加熱するように配置され、前記通電制御部は、配管温度検知部の検出温度が通電開始温度以下の温度であると発熱部に通電を開始し、検出温度が通電停止温度以上であると発熱部の通電を停止し、前記外気温度検知部の検出温度が予め定めた温度以下に下がるにしたがって、前記通電開始温度および通電停止温度の少なくともいずれか１つの設定温度を高くするものである。
【００１２】
上記目的を達成するための本発明の節電型凍結防止装置の第３の手段は、前記通電制御部は、外気温度検知部の検出温度が予め定めた温度以下の温度を一定時間継続すると、通電制御部は、通電開始温度および通電停止温度の少なくともいずれか１つの設定温度を高くするものである。
【００１３】
上記目的を達成するための本発明の節電型凍結防止装置の第４の手段は、前記配管温度検知部の検知温度が、予め設定された通電開始温度以下であることを検知すると、外気温度検知部の検知温度に関わらず前記発熱部への通電を開始するようにするものである。この第４の手段は、外気温度検知部の取り付け位置が、例えば日当たりがよかったり、ボイラーの近くで周辺空気が温められられる場所など、気温が高い方に偏る場所に取り付けられた場合に対するものである。
【００１４】
前記設定温度を高く設定する手段は、制御温度範囲全体に対して１回の変更であってもよく、また複数回変更することもでき、更に１回の変更で連続的に温度変化させてもよい。また設定温度変更幅には特に限定はなく、更に複数回段階的に変更する場合に変更幅をそれぞれ変化させることもできる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下添付の図面を参照する一実施の形態により本発明を具体的に説明する。
【００１６】
図１〜５によって本発明の第１実施の形態による節電型凍結防止装置を説明する。先ず図１により配水管１に発熱体（発熱部）２および配管温度センサー（配管温度検知部）３を取り付けた様子を説明する。図１は、地面４から立上り外壁５を貫通して屋内５ａに引き込む部分の配水管１（図１は水道管）に、平紐状の発熱体２を適当な間隔を開けて巻き付けている。
【００１７】
配管温度センサー３は、サーミスタ（図示せず）などからなるもので、地面４から所定高さのところの配水管１に取り付け、その外側を保温材６で覆っている。なお図１に示す符号１ａはカラン、７は発熱体２に通電するリード線、８は配管温度センサー３の温度検知信号を通電制御部９に与えるリード線である。
【００１８】
なお図１に示す通電制御部９は複数の発熱体２と配管温度センサー３の組を複数個一度に制御することを想定した場合で、以下の説明は１つの配水管に取り付けた発熱体２と配管温度センサー３との組を通電制御部９で制御する場合について説明する。
【００１９】
平紐状の発熱体２は、図２の（ａ）に示すように、可撓性の絶縁性樹脂からなる芯線 2ａに発熱線２ｂを巻き付けたものを所定の間隔を開けて可撓性の絶縁樹脂の外皮 2ｃにより平紐状に形成し、自由端側の発熱線を短絡接続し、その短絡部の絶縁被覆２ｄに貫通孔２ｅを開け、他方の発熱線２ｂの端部に、防水プラグ７ａ付きリード線 7を接続したものである。前記貫通孔２ｅは、配水管１に発熱体２を固定する際, この孔２ｅに紐などを通して配管に縛り付けるなどして先端部を固定するためのものである。
【００２０】
配管温度センサー３は、サーミスタ（図示せず）などで構成することができ、発熱体２と同様に防水プラグ８ａを端部に取り付けたリード線８に接続されている。発熱体２および配管温度センサー３は、例えば防水コネクター７ｃを通じて屋外に配置した通電制御部９に接続される。そして図１に示すように地面４から所定高さで、しかも発熱体２の影響を受けない部位の配水管１に取り付け、その外側を保温材６で覆い、外気温度の影響を無くすようにした。
【００２１】
次に図３によって第１実施の形態の通電制御部９について説明する。図３に示す第１実施の形態の節電型凍結防止装置１０は、発熱体２への通電を制御するリレー、サイリスタなどからなる電力制御素子９ａを制御するマイクロコンピュータ（以下マイコン）９ｂ、通電表示部９ｃおよび直流電源回路９ｄを備えている。なお図３に示す符号９ｅは１００Ｖ商用電源（図示せず）に接続するプラグである。
【００２２】
マイコン９ｂは、配管温度センサー３の出力する検知温度信号に基づき電力制御素子９ａをオン・オフ制御する。通電表示部９ｃは、電源、発熱体２の通電状態を表示するＬＥＤ（図示せず）などで構成することができる。
【００２３】
次に図４に示すフローチャートにより第１実施の形態による通電制御手順を説明する。図４において、凍結防止装置１０（図３）に電源が投入されマイコン９ｂのプログラムがスタートすると、先ずステップ１において配管温度が２℃以下であるか否かが判別され、否定的結果が得られると再びステップ１が実行され、肯定的結果が得られるとステップ２において、マイコン９ｂは電力制御素子９a をオンし発熱体２に通電するスイッチオン信号を出力し、次いでステップ３が実行される。
【００２４】
ステップ３において配管温度が４℃以上であるか否かが判別され、否定的結果が得られると再度ステップ２が実行され、肯定的結果が得られると、ステップ４において発熱体２の通電をオフするスイッチオフ信号を出力し、ステップ５において配管温度が２℃以下であるか否かが判別され、否定的結果が得られると、ステップ６において発熱体２の通電オフ後の経過時間が２０分経過したか否かが判別され、否定的結果が得られると再度ステップ４が実行され、肯定的結果が得られるとステップ１に戻り以上の操作が繰り返される。
【００２５】
これに対して前記ステップ５において肯定的結果が得られると、ルーチンＳに移行し、ステップＳ１において配管温度が４℃以下であるか否かが判別される。即ちこの手順は、予め定めた通電オフ時間（前記２０分）経過する前に通電開始温度に達すると冷え込みが厳しくなったと考えられるので、ステップ１より高い設定温度としたものである。
【００２６】
ステップＳ１において否定的結果が得られると再度ステップＳ１が実行され、肯定的結果が得られるとステップＳ２においてスイッチオン信号が出力され、ステップＳ３において配管温度が６℃以上であるか否かが判別され、否定的結果が得られると再びステップＳ２が実行され、肯定的結果が得られるとステップＳ４においてスイッチオフ信号を出力し、ステップＳ５が実行される。
【００２７】
ステップＳ５において配管温度が４℃以下であるか否かが判別され、否定的結果が得られるとステップＳ６が実行され、肯定的結果が得られるとステップＳ７が実行される。
【００２８】
ステップＳ６に移行すると、スイッチオフ信号出力後１５分経過したか否かが判別され、否定的結果が得られると再度ステップＳ４が実行され、肯定的結果が得られると最初のルーチンに戻りステップ１が実行される。
【００２９】
また前記ステップＳ７に移行すると、スイッチオフ信号出力後１０分経過したか否かが判別され、肯定的結果が得られるとステップＳ２が実行され、否定的結果が得られると冷え込みが厳しいと判断され、ルーチンＴに移行し、ステップＴ１が実行される。
【００３０】
即ちステップＳ３、Ｓ５において、予め設定された通電開始温度２℃、通電停止温度４℃をそれぞれ２℃上昇させた場合に、通電停止後温度の下がりが緩い場合は元の設定温度に戻して通電制御が実行され、比較的早く（１０分〜１５分の間）温度が低下した場合はそのまま（即ち設定温度を２℃上げたまま）通電制御を実行し、非常に早く（１０分以内）温度が低下した場合は、冷え込みが更に厳しいと判断し、更に設定温度を上げた通電制御を実行するものである。
【００３１】
ステップＴ１が実行されるとスイッチオン信号が出力され、ステップＴ２において配管温度が８℃以上であるか否かが判別され、否定的結果が得られると再度ステップＴ１が実行され、肯定的結果が得られるとステップＴ３においてスイッチオフ信号を出力し、ステップＴ４が実行される。
【００３２】
ステップＴ４において配管温度が６℃以下であるか否かが判別され、肯定的結果が得られると再度ステップＴ１が実行され、否定的結果が得られるとステップＴ５においてスイッチオフ信号出力後１０分経過したか否かが判別され、否定的結果が得られると再度ステップＴ３が実行され、肯定的結果が得られると冷え込みが緩んだと判断されるのでルーチンＳに移行しステップＳ１が実行される。
【００３３】
節電型凍結防止装置１０に電源が接続されている間、以上説明した操作を冷え込み具合に応じ配管温度の制御温度を２〜４℃、４〜６℃および６〜８℃の３段階に変化させながら制御を継続する。
【００３４】
以上説明した温度制御と外気温度の変化との関係を図５に示す。外気温度の変化が、＋２℃から気温が下がり始め、−７℃近くまで下がった後、上昇に転じ＋２℃まで上昇した場合について、図４のフローチャートの通電制御による配管温度変化の様子を説明する。
【００３５】
図５において、時間ｔ＝０で配管温度が４℃となり、発熱体２への通電が停止されて配管温度が２℃まで下がる時間は、気温の低下と共に速くなり、４℃から２℃に下がる時間が２０分以下となると、ルーチンＳに制御手順が切り換わり、通電停止温度が６℃、通電開始温度が４℃に変更される。その後気温の低下が更に大きくなり、６℃から４℃まで配管温度が下がる時間が１０分以下となると、前記ルーチンＴに切り替わり、通電開始温度を６℃、通電停止温度を８℃に変更して通電制御が行われる。
【００３６】
その後気温が緩み、通電停止後の配管温度が８℃から６℃に下がる時間が１０分以上となるとルーチンＳに切り替わり、通電停止温度が６℃、通電開始温度が４℃に設定温度が変更され、更に気温が緩み前記温度低下時間が１５分以上となると最初のルーチンに切り替わり、配管温度の通電停止温度が４℃、通電開始温度が２℃の最初の設定温度に切り替えて通電制御するものである。
【００３７】
次に図６に示す第２の実施の形態の節電型凍結防止装置１０ａは、通電制御を配管温度センサー３に加えて外気温度センサー９ｆからの検知温度信号を加えて行うようにした外は、前記説明の節電型凍結防止装置１０と同様にしたので、同様の部材には同じ符号を付し説明を省略する。
【００３８】
図７に示す第２実施の形態のフローチャートがスタートすると、ルーチンＵのステップＵ１において外気温度が０℃以下であるか否かが判別され、肯定的結果が得られるとルーチンＶに移行し、ステップＶ１が実行され、否定的結果が得られるとステップＵ２において配管温度が２℃を超える判別結果が得られると再度ステップＵ１が実行され、配管温度が２℃以下である判別結果が得られるとステップＵ３においてスイッチオン信号が出力され、ステップＵ４において配管温度の判別が行われる。
【００３９】
ステップＵ４において配管温度が４℃未満の判別結果が得られると、再度ステップＵ３が実行され、配管温度が４℃以上であるとステップＵ５において、スイッチオフ信号を出力し、ステップＵ１が再度実行される。この状態を図８の時間ｔ0 〜ｔ1 に示すルーチンＵに示す。
【００４０】
また前記ルーチンＶに移行し、ステップＶ１が実行されると、再度外気温度が０℃以下であるか否かが判別され、否定的結果が得られるとルーチンＵに戻りステップＵ１が実行される。また肯定的結果が得られるとステップＶ２において外気温度が−２℃以下であるか否かが判別され、判別結果が−２℃以下と判別されるとルーチンＷに移行し、ステップＷ１が実行さる。
【００４１】
前記ステップＶ２において、外気温度が−２℃を越える判別結果が得られるとステップＶ３が実行され、配管温度が２℃を越える判別結果が得られると再度ステップＶ１が実行され、配管温度が２℃以下である判別結果が得られると、ステップＶ４においてスイッチオン信号が出力されステップＶ５が実行される。
【００４２】
ステップＶ５において配管温度が６℃未満であると判別されると再度ステップＶ４が実行され、６℃以上であると判別されると、ステップＶ６においてスイッチオフ信号を出力し、ステップＶ１に戻る。以上の状態は図８の時間ｔ1 〜ｔ2 のルーチンＶに示す状態である。
【００４３】
前記ステップＶ２において外気温度が−２℃以下であると判別され、ルーチンＷに移行しステップＷ１が実行され、外気温度が−２℃以下であるか否かが判別され、否定的結果が得られるとステップＶ１が実行され、図８の時間ｔ1 〜ｔ2 に示すルーチンＶの状態となる。
【００４４】
またステップＷ１において肯定的結果が得られた場合は、ステップＷ２において配管温度が４℃を越えると判別されると再度ステップＷ１が実行され、４℃以下であると判別されるとステップＷ３においてスイッチオン信号が出力され、ステップＷ４において配管温度が８℃未満であると判別されると再度ステップＷ３が実行され、８℃以上であると判別されると、ステップＷ５においてスイッチオフ信号を出力し、ステップＷ１に戻るように制御される。この状態は図８の時間ｔ2 〜ｔ3 に示す温度制御結果が得られる。
【００４５】
前記ステップＷ１が実行され、外気温度が−２℃を越えると判別されるとルーチンＶに戻りステッップＶ１が実行され、図８の時間ｔ3 〜ｔ4 に示すルーチンＶの状態となる。
【００４６】
図８に点線で示すグラフは従来の節電器を用いた凍結防止装置による温度制御の様子を示したものである。節電器は電源回路にサーモスタットを入れ、配管温度に関係なく外気温度でオンオフするものであり、外気温度が２℃に下がるとオンし、以後は配水管に取り付けたサーマルリードスイッチやサーもスイッチの検出温度が１２℃で電源オフし、温度が６℃で電源をオンするものである。図８に示す第２実施の形態と比較すると、本発明の節電型凍結防止装置の節電効果は遥かに優れていることが分かる。
【００４７】
因みに、前記図７のステップＵ１、Ｕ２、 ステップＶ１、Ｖ２、Ｖ３およびステップＷ１、Ｗ２の手順は、本発明の前記請求項４の処理順である。これらのステップは、外気温度センサーの取付け位置の不良や、取り付け後の状況の変化により、外気温度が適切に温度検出されない場合でも、凍結防止動作を実行させるものである。
【００４８】
図９は第２の実施の形態の変形例である。この変形例は極寒地を対象にするものであり、外気温度に対応して変更する通電開始および通電停止設定温度を更にきめ細かく設定し、低温時の節電を図ったものである。
【００４９】
即ち図９において、外気温度が２℃から−２℃の間は通電開始温度が２℃であるのに対し、通電停止温度は外気温度が２℃〜０℃の間は４℃で０℃〜−２℃の間は６℃、外気温度が−２℃〜−８℃の間は通電開始温度が４℃で、通電停止温度は−２℃〜−５℃の間が８℃で、−５℃〜−８℃の間が１０℃、そして外気温度が−８℃〜−１１℃の間は通電開始温度が６℃、外気温度が−１１℃以下の場合は通電開始温度が８℃であるのに対し、通電停止温度は外気温度が−８℃以下は全て１２℃としたものである。
【００５０】
図１０に示すフローチャートに示す第３の実施の形態は、図６に示す節電型凍結防止装置１０ａを使用し、第２実施の形態と異なる制御を行ったものである。図１０に示すフローチャートがスタートすると、ステップＸ１において外気温度０℃以下が６０分継続したか否かが判別され、６０分以上であると判別されるとルーチンＹのステップＹ１に移行し、６０分未満であると判別されるとステップＸ２が実行される。
【００５１】
ステップＸ２〜Ｘ５は図７のルーチンＵのステップＵ２〜Ｕ５と同様な処理手順であるので説明を省略する。このステップＸ２〜Ｘ５による制御は図１１の時間ｔ1 〜ｔ2 に示すルーチンＸの制御状態を示す。
【００５２】
前記ルーチンＹに移行した場合は、ステップＹ１において外気温度が０℃以下であるか否かが判別され、否定的結果が得られると、ルーチンＸに戻りステップＸ１が実行される。また肯定的結果が得られるとステップＹ２が実行される。
【００５３】
ステップＹ２において外気温度が−２℃以下が６０分継続したか否かが判別され、肯定的結果が得られるとルーチンＺに移行しステップＺ１が実行され、否定的結果が得られるとステップＹ３〜Ｙ６が実行される。このステップは、図７におけるルーチンＶのＶ３〜Ｖ６と同様の処理手順であるので説明を省略する。この処理は図１１の時間ｔ2 〜ｔ3 のルーチンＹの温度制御状態が得られる。
【００５４】
そして前記ステップＺ１が実行されると外気温度が−２℃以下であるか否かが判別され、否定的結果が得られるとルーチンＹに移行してステップＹ１が実行され、肯定的結果が得られるとステップＺ２が実行される。ステップＺ２〜Ｚ５は図７のステップＷ２〜Ｗ５と同様の処理手順であるので説明を省略する。ステップＺ２〜Ｚ５の処理は図１１の時間ｔ3 〜ｔ4 のルーチンＺと示した状態の制御が行われる。
【００５５】
図１２に示す節電型凍結防止装置１０ｂは、１個の発熱体２に対して１個の通電制御部９を設けたものであり、通電制御部９にソケット９ｇを設け、これに別体とした発熱部（図示せず）を接続するようにし、外気温度検知部（図示せず）は通電制御部９のケーシング内に収納するようにしたものである。このようにすると使用上最も損傷の激しい発熱部の交換が可能になる。その他の部材は図１および図３において説明した部材と同様の部材には同じ符号を付して説明を省略する。
【００５６】
図１３に示す節電型凍結防止装置１０ｃは、配管温度センサー３と発熱体２とを一体としたものである。配管温度センサー３を配置した部分は、発熱線を電線（いずれも図示せず）に変え、発熱部の温度を配管温度センサー３が検知しないようにしている。なお図１３に示す符号１２は発熱体２、配管温度センサー３などのリード線を束ねたワイヤー部であり、１３は電源接続用リード線である。また、図２および図３に示す部材と同様の部材には同じ符号を付し説明を省略する。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の節電型凍結防止装置は、配管温度を検知し、通電停止した際の配管温度が下がる傾向を捕らえ、外気温度の変化に合わせた温度制御をするか、更に外気温度を検知し、外気温度の変化により設定温度を変更することで更にきめの細かい温度制御を行うことにより、凍結を防止しながら可及的に不要な電力消費を防止する事を可能にすることができた。
【００５８】
また外気温度検知部が適切に外気温度を検知できない状態が生じたときには、 節電動作に優先して凍結防止動作が実行され、配水管の凍結事故を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に使用する凍結防止用発熱部を水道管に適用した状態を示す説明図である。
【図２】図１に使用した発熱部の構造の概要説明図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態の節電型凍結防止装置の回路構成の概要を説明するブロック回路図である。
【図４】図３に示す節電型凍結防止装置の通電制御手順を示すフローチャート図である。
【図５】図３に示す節電型凍結防止装置の通電制御手順による制御温度の変化の様子を示すグラフ図である。
【図６】本発明の第２実施の形態および第３実施の形態に使用した節電型凍結防止装置の回路概要を示すブロック回路図である。
【図７】図６に示すブロック回路図を使用した第２実施の形態の通電制御手順を示すフローチャート図である。
【図８】図７に示す通電制御手順による温度制御と従来の節電器を用いた凍結防止装置の温度制御状態を示すグラフ図である。
【図９】第２実施の形態の変形例であり、極寒地における節電をよりきめ細かく設定する一例を示すグラフ図である。
【図１０】図６に示すブロック回路図を使用した第３実施の形態の通電制御手順を示すフローチャート図である。
【図１１】図１０に示す通電制御手順による配管温度の変化の一例を示すグラフ図である。
【図１２】本発明に使用する節電型凍結防止装置を一体型とした場合の一例を示す外観斜視図である。
【図１３】図１２と別の一体型とした節電型凍結防止装置の外観斜視図である。
【符号の説明】
２ 発熱体（発熱部）
３ 配管温度センサー（配管温度検知部）
９ 通電制御部
９ａ 電力制御素子
９ｂ マイクロコンピュータ
９ｃ 通電表示部
９ｆ 外気温度センサー（外気温度検知部）
【発明の属する技術分野】
本発明は、節電型凍結防止装置に関し、更に詳細には、寒冷地などでは、電気ヒーターによって配水管などの凍結を防止する節電型凍結防止装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、寒冷地において水道管などが凍結することを防止するため、水道管に平紐状の電気ヒーターからなる凍結防止帯を巻き付けるなどして凍結を防止することが行われている。
【０００３】
従来の凍結防止装置は、水道管にサーマルリードスイッチやサーモスイッチを取り付けて水道管の温度を検知し、検知温度が例えば６℃以下となると凍結防止帯に通電を開始し、１２℃以上となると通電を停止する動作を繰り返すように設定されている。このように設定することで、例えば外気温度が−２０℃に下がるような寒波が襲ったときでも、水道管の凍結を防止することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記のように動作温度を高めに設定する理由は、 水道管など、配水管が凍結するより前に安全を見て早めに通電を開始するためである。
【０００５】
しかし、作動温度を高く設定して早めに水道管を温めることで凍結を防止すると、凍結が起こらない場合でも水道管を暖めるという不都合を回避することができず、消費電力が大きくなるという問題がある。
【０００６】
上記問題を解決するため、例えば外気温度を検知し、外気温度が所定温度以上である場合には、電源を遮断し、前記サーマルリードスイッチ、サーモスイッチなどがオンしても凍結防止帯に通電させないことで通電率を下げ、節電するものがある。
【０００７】
しかしながらこの方法は、実際の配管温度を無視して通電率を下げるため、外気温度測定部位が適切でない場合には配管を温め過ぎたり、逆に凍結させてしまうおそれがある。
【０００８】
本発明は、以上の問題に着目して成されたものであり、通電開始温度および通電停止温度を可及的に低い温度に設定し、無駄な通電を少なくし、しかも凍結事故を起こすことを防止できる節電型凍結防止装置を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明の節電型凍結防止装置の第１の手段は、発熱部、配管温度検知部および通電制御部を備えた凍結防止装置において、前記発熱部は通電されると配管を加熱するように配置され、前記通電制御部は、前記配管温度検知部の検出温度が通電開始温度以下の温度であると発熱部に通電を開始し、検出温度が通電停止温度以上であると発熱部の通電を停止し、通電停止から次の通電開始までの経過時間が予め定めた時間以下であると、通電開始温度および通電停止温度の少なくともいずれか１つの設定温度を高くするものである。
【００１０】
設計時の予想冷え込みより冷え込みが厳しいときは、通電により配管温度が上昇し通電を停止した後の配管温度の下降速度は予想より早くなる。このような事態が観測された場合には、通電開始温度および通電停止温度の少なくともいずれか１つを高くすることにより凍結を防止できる。したがって予め定める通電開始温度および通電停止温度の少なくともいずれか１つの設定温度を可及的に低く設定し、節電することが可能とするように作用させることができる。
【００１１】
上記目的を達成するための本発明の節電型凍結防止装置の第２の手段は、発熱部、配管温度検知部、外気温度検知部および通電制御部を備えた凍結防止装置において、前記発熱部は通電されると配管を加熱するように配置され、前記通電制御部は、配管温度検知部の検出温度が通電開始温度以下の温度であると発熱部に通電を開始し、検出温度が通電停止温度以上であると発熱部の通電を停止し、前記外気温度検知部の検出温度が予め定めた温度以下に下がるにしたがって、前記通電開始温度および通電停止温度の少なくともいずれか１つの設定温度を高くするものである。
【００１２】
上記目的を達成するための本発明の節電型凍結防止装置の第３の手段は、前記通電制御部は、外気温度検知部の検出温度が予め定めた温度以下の温度を一定時間継続すると、通電制御部は、通電開始温度および通電停止温度の少なくともいずれか１つの設定温度を高くするものである。
【００１３】
上記目的を達成するための本発明の節電型凍結防止装置の第４の手段は、前記配管温度検知部の検知温度が、予め設定された通電開始温度以下であることを検知すると、外気温度検知部の検知温度に関わらず前記発熱部への通電を開始するようにするものである。この第４の手段は、外気温度検知部の取り付け位置が、例えば日当たりがよかったり、ボイラーの近くで周辺空気が温められられる場所など、気温が高い方に偏る場所に取り付けられた場合に対するものである。
【００１４】
前記設定温度を高く設定する手段は、制御温度範囲全体に対して１回の変更であってもよく、また複数回変更することもでき、更に１回の変更で連続的に温度変化させてもよい。また設定温度変更幅には特に限定はなく、更に複数回段階的に変更する場合に変更幅をそれぞれ変化させることもできる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下添付の図面を参照する一実施の形態により本発明を具体的に説明する。
【００１６】
図１〜５によって本発明の第１実施の形態による節電型凍結防止装置を説明する。先ず図１により配水管１に発熱体（発熱部）２および配管温度センサー（配管温度検知部）３を取り付けた様子を説明する。図１は、地面４から立上り外壁５を貫通して屋内５ａに引き込む部分の配水管１（図１は水道管）に、平紐状の発熱体２を適当な間隔を開けて巻き付けている。
【００１７】
配管温度センサー３は、サーミスタ（図示せず）などからなるもので、地面４から所定高さのところの配水管１に取り付け、その外側を保温材６で覆っている。なお図１に示す符号１ａはカラン、７は発熱体２に通電するリード線、８は配管温度センサー３の温度検知信号を通電制御部９に与えるリード線である。
【００１８】
なお図１に示す通電制御部９は複数の発熱体２と配管温度センサー３の組を複数個一度に制御することを想定した場合で、以下の説明は１つの配水管に取り付けた発熱体２と配管温度センサー３との組を通電制御部９で制御する場合について説明する。
【００１９】
平紐状の発熱体２は、図２の（ａ）に示すように、可撓性の絶縁性樹脂からなる芯線 2ａに発熱線２ｂを巻き付けたものを所定の間隔を開けて可撓性の絶縁樹脂の外皮 2ｃにより平紐状に形成し、自由端側の発熱線を短絡接続し、その短絡部の絶縁被覆２ｄに貫通孔２ｅを開け、他方の発熱線２ｂの端部に、防水プラグ７ａ付きリード線 7を接続したものである。前記貫通孔２ｅは、配水管１に発熱体２を固定する際, この孔２ｅに紐などを通して配管に縛り付けるなどして先端部を固定するためのものである。
【００２０】
配管温度センサー３は、サーミスタ（図示せず）などで構成することができ、発熱体２と同様に防水プラグ８ａを端部に取り付けたリード線８に接続されている。発熱体２および配管温度センサー３は、例えば防水コネクター７ｃを通じて屋外に配置した通電制御部９に接続される。そして図１に示すように地面４から所定高さで、しかも発熱体２の影響を受けない部位の配水管１に取り付け、その外側を保温材６で覆い、外気温度の影響を無くすようにした。
【００２１】
次に図３によって第１実施の形態の通電制御部９について説明する。図３に示す第１実施の形態の節電型凍結防止装置１０は、発熱体２への通電を制御するリレー、サイリスタなどからなる電力制御素子９ａを制御するマイクロコンピュータ（以下マイコン）９ｂ、通電表示部９ｃおよび直流電源回路９ｄを備えている。なお図３に示す符号９ｅは１００Ｖ商用電源（図示せず）に接続するプラグである。
【００２２】
マイコン９ｂは、配管温度センサー３の出力する検知温度信号に基づき電力制御素子９ａをオン・オフ制御する。通電表示部９ｃは、電源、発熱体２の通電状態を表示するＬＥＤ（図示せず）などで構成することができる。
【００２３】
次に図４に示すフローチャートにより第１実施の形態による通電制御手順を説明する。図４において、凍結防止装置１０（図３）に電源が投入されマイコン９ｂのプログラムがスタートすると、先ずステップ１において配管温度が２℃以下であるか否かが判別され、否定的結果が得られると再びステップ１が実行され、肯定的結果が得られるとステップ２において、マイコン９ｂは電力制御素子９a をオンし発熱体２に通電するスイッチオン信号を出力し、次いでステップ３が実行される。
【００２４】
ステップ３において配管温度が４℃以上であるか否かが判別され、否定的結果が得られると再度ステップ２が実行され、肯定的結果が得られると、ステップ４において発熱体２の通電をオフするスイッチオフ信号を出力し、ステップ５において配管温度が２℃以下であるか否かが判別され、否定的結果が得られると、ステップ６において発熱体２の通電オフ後の経過時間が２０分経過したか否かが判別され、否定的結果が得られると再度ステップ４が実行され、肯定的結果が得られるとステップ１に戻り以上の操作が繰り返される。
【００２５】
これに対して前記ステップ５において肯定的結果が得られると、ルーチンＳに移行し、ステップＳ１において配管温度が４℃以下であるか否かが判別される。即ちこの手順は、予め定めた通電オフ時間（前記２０分）経過する前に通電開始温度に達すると冷え込みが厳しくなったと考えられるので、ステップ１より高い設定温度としたものである。
【００２６】
ステップＳ１において否定的結果が得られると再度ステップＳ１が実行され、肯定的結果が得られるとステップＳ２においてスイッチオン信号が出力され、ステップＳ３において配管温度が６℃以上であるか否かが判別され、否定的結果が得られると再びステップＳ２が実行され、肯定的結果が得られるとステップＳ４においてスイッチオフ信号を出力し、ステップＳ５が実行される。
【００２７】
ステップＳ５において配管温度が４℃以下であるか否かが判別され、否定的結果が得られるとステップＳ６が実行され、肯定的結果が得られるとステップＳ７が実行される。
【００２８】
ステップＳ６に移行すると、スイッチオフ信号出力後１５分経過したか否かが判別され、否定的結果が得られると再度ステップＳ４が実行され、肯定的結果が得られると最初のルーチンに戻りステップ１が実行される。
【００２９】
また前記ステップＳ７に移行すると、スイッチオフ信号出力後１０分経過したか否かが判別され、肯定的結果が得られるとステップＳ２が実行され、否定的結果が得られると冷え込みが厳しいと判断され、ルーチンＴに移行し、ステップＴ１が実行される。
【００３０】
即ちステップＳ３、Ｓ５において、予め設定された通電開始温度２℃、通電停止温度４℃をそれぞれ２℃上昇させた場合に、通電停止後温度の下がりが緩い場合は元の設定温度に戻して通電制御が実行され、比較的早く（１０分〜１５分の間）温度が低下した場合はそのまま（即ち設定温度を２℃上げたまま）通電制御を実行し、非常に早く（１０分以内）温度が低下した場合は、冷え込みが更に厳しいと判断し、更に設定温度を上げた通電制御を実行するものである。
【００３１】
ステップＴ１が実行されるとスイッチオン信号が出力され、ステップＴ２において配管温度が８℃以上であるか否かが判別され、否定的結果が得られると再度ステップＴ１が実行され、肯定的結果が得られるとステップＴ３においてスイッチオフ信号を出力し、ステップＴ４が実行される。
【００３２】
ステップＴ４において配管温度が６℃以下であるか否かが判別され、肯定的結果が得られると再度ステップＴ１が実行され、否定的結果が得られるとステップＴ５においてスイッチオフ信号出力後１０分経過したか否かが判別され、否定的結果が得られると再度ステップＴ３が実行され、肯定的結果が得られると冷え込みが緩んだと判断されるのでルーチンＳに移行しステップＳ１が実行される。
【００３３】
節電型凍結防止装置１０に電源が接続されている間、以上説明した操作を冷え込み具合に応じ配管温度の制御温度を２〜４℃、４〜６℃および６〜８℃の３段階に変化させながら制御を継続する。
【００３４】
以上説明した温度制御と外気温度の変化との関係を図５に示す。外気温度の変化が、＋２℃から気温が下がり始め、−７℃近くまで下がった後、上昇に転じ＋２℃まで上昇した場合について、図４のフローチャートの通電制御による配管温度変化の様子を説明する。
【００３５】
図５において、時間ｔ＝０で配管温度が４℃となり、発熱体２への通電が停止されて配管温度が２℃まで下がる時間は、気温の低下と共に速くなり、４℃から２℃に下がる時間が２０分以下となると、ルーチンＳに制御手順が切り換わり、通電停止温度が６℃、通電開始温度が４℃に変更される。その後気温の低下が更に大きくなり、６℃から４℃まで配管温度が下がる時間が１０分以下となると、前記ルーチンＴに切り替わり、通電開始温度を６℃、通電停止温度を８℃に変更して通電制御が行われる。
【００３６】
その後気温が緩み、通電停止後の配管温度が８℃から６℃に下がる時間が１０分以上となるとルーチンＳに切り替わり、通電停止温度が６℃、通電開始温度が４℃に設定温度が変更され、更に気温が緩み前記温度低下時間が１５分以上となると最初のルーチンに切り替わり、配管温度の通電停止温度が４℃、通電開始温度が２℃の最初の設定温度に切り替えて通電制御するものである。
【００３７】
次に図６に示す第２の実施の形態の節電型凍結防止装置１０ａは、通電制御を配管温度センサー３に加えて外気温度センサー９ｆからの検知温度信号を加えて行うようにした外は、前記説明の節電型凍結防止装置１０と同様にしたので、同様の部材には同じ符号を付し説明を省略する。
【００３８】
図７に示す第２実施の形態のフローチャートがスタートすると、ルーチンＵのステップＵ１において外気温度が０℃以下であるか否かが判別され、肯定的結果が得られるとルーチンＶに移行し、ステップＶ１が実行され、否定的結果が得られるとステップＵ２において配管温度が２℃を超える判別結果が得られると再度ステップＵ１が実行され、配管温度が２℃以下である判別結果が得られるとステップＵ３においてスイッチオン信号が出力され、ステップＵ４において配管温度の判別が行われる。
【００３９】
ステップＵ４において配管温度が４℃未満の判別結果が得られると、再度ステップＵ３が実行され、配管温度が４℃以上であるとステップＵ５において、スイッチオフ信号を出力し、ステップＵ１が再度実行される。この状態を図８の時間ｔ0 〜ｔ1 に示すルーチンＵに示す。
【００４０】
また前記ルーチンＶに移行し、ステップＶ１が実行されると、再度外気温度が０℃以下であるか否かが判別され、否定的結果が得られるとルーチンＵに戻りステップＵ１が実行される。また肯定的結果が得られるとステップＶ２において外気温度が−２℃以下であるか否かが判別され、判別結果が−２℃以下と判別されるとルーチンＷに移行し、ステップＷ１が実行さる。
【００４１】
前記ステップＶ２において、外気温度が−２℃を越える判別結果が得られるとステップＶ３が実行され、配管温度が２℃を越える判別結果が得られると再度ステップＶ１が実行され、配管温度が２℃以下である判別結果が得られると、ステップＶ４においてスイッチオン信号が出力されステップＶ５が実行される。
【００４２】
ステップＶ５において配管温度が６℃未満であると判別されると再度ステップＶ４が実行され、６℃以上であると判別されると、ステップＶ６においてスイッチオフ信号を出力し、ステップＶ１に戻る。以上の状態は図８の時間ｔ1 〜ｔ2 のルーチンＶに示す状態である。
【００４３】
前記ステップＶ２において外気温度が−２℃以下であると判別され、ルーチンＷに移行しステップＷ１が実行され、外気温度が−２℃以下であるか否かが判別され、否定的結果が得られるとステップＶ１が実行され、図８の時間ｔ1 〜ｔ2 に示すルーチンＶの状態となる。
【００４４】
またステップＷ１において肯定的結果が得られた場合は、ステップＷ２において配管温度が４℃を越えると判別されると再度ステップＷ１が実行され、４℃以下であると判別されるとステップＷ３においてスイッチオン信号が出力され、ステップＷ４において配管温度が８℃未満であると判別されると再度ステップＷ３が実行され、８℃以上であると判別されると、ステップＷ５においてスイッチオフ信号を出力し、ステップＷ１に戻るように制御される。この状態は図８の時間ｔ2 〜ｔ3 に示す温度制御結果が得られる。
【００４５】
前記ステップＷ１が実行され、外気温度が−２℃を越えると判別されるとルーチンＶに戻りステッップＶ１が実行され、図８の時間ｔ3 〜ｔ4 に示すルーチンＶの状態となる。
【００４６】
図８に点線で示すグラフは従来の節電器を用いた凍結防止装置による温度制御の様子を示したものである。節電器は電源回路にサーモスタットを入れ、配管温度に関係なく外気温度でオンオフするものであり、外気温度が２℃に下がるとオンし、以後は配水管に取り付けたサーマルリードスイッチやサーもスイッチの検出温度が１２℃で電源オフし、温度が６℃で電源をオンするものである。図８に示す第２実施の形態と比較すると、本発明の節電型凍結防止装置の節電効果は遥かに優れていることが分かる。
【００４７】
因みに、前記図７のステップＵ１、Ｕ２、 ステップＶ１、Ｖ２、Ｖ３およびステップＷ１、Ｗ２の手順は、本発明の前記請求項４の処理順である。これらのステップは、外気温度センサーの取付け位置の不良や、取り付け後の状況の変化により、外気温度が適切に温度検出されない場合でも、凍結防止動作を実行させるものである。
【００４８】
図９は第２の実施の形態の変形例である。この変形例は極寒地を対象にするものであり、外気温度に対応して変更する通電開始および通電停止設定温度を更にきめ細かく設定し、低温時の節電を図ったものである。
【００４９】
即ち図９において、外気温度が２℃から−２℃の間は通電開始温度が２℃であるのに対し、通電停止温度は外気温度が２℃〜０℃の間は４℃で０℃〜−２℃の間は６℃、外気温度が−２℃〜−８℃の間は通電開始温度が４℃で、通電停止温度は−２℃〜−５℃の間が８℃で、−５℃〜−８℃の間が１０℃、そして外気温度が−８℃〜−１１℃の間は通電開始温度が６℃、外気温度が−１１℃以下の場合は通電開始温度が８℃であるのに対し、通電停止温度は外気温度が−８℃以下は全て１２℃としたものである。
【００５０】
図１０に示すフローチャートに示す第３の実施の形態は、図６に示す節電型凍結防止装置１０ａを使用し、第２実施の形態と異なる制御を行ったものである。図１０に示すフローチャートがスタートすると、ステップＸ１において外気温度０℃以下が６０分継続したか否かが判別され、６０分以上であると判別されるとルーチンＹのステップＹ１に移行し、６０分未満であると判別されるとステップＸ２が実行される。
【００５１】
ステップＸ２〜Ｘ５は図７のルーチンＵのステップＵ２〜Ｕ５と同様な処理手順であるので説明を省略する。このステップＸ２〜Ｘ５による制御は図１１の時間ｔ1 〜ｔ2 に示すルーチンＸの制御状態を示す。
【００５２】
前記ルーチンＹに移行した場合は、ステップＹ１において外気温度が０℃以下であるか否かが判別され、否定的結果が得られると、ルーチンＸに戻りステップＸ１が実行される。また肯定的結果が得られるとステップＹ２が実行される。
【００５３】
ステップＹ２において外気温度が−２℃以下が６０分継続したか否かが判別され、肯定的結果が得られるとルーチンＺに移行しステップＺ１が実行され、否定的結果が得られるとステップＹ３〜Ｙ６が実行される。このステップは、図７におけるルーチンＶのＶ３〜Ｖ６と同様の処理手順であるので説明を省略する。この処理は図１１の時間ｔ2 〜ｔ3 のルーチンＹの温度制御状態が得られる。
【００５４】
そして前記ステップＺ１が実行されると外気温度が−２℃以下であるか否かが判別され、否定的結果が得られるとルーチンＹに移行してステップＹ１が実行され、肯定的結果が得られるとステップＺ２が実行される。ステップＺ２〜Ｚ５は図７のステップＷ２〜Ｗ５と同様の処理手順であるので説明を省略する。ステップＺ２〜Ｚ５の処理は図１１の時間ｔ3 〜ｔ4 のルーチンＺと示した状態の制御が行われる。
【００５５】
図１２に示す節電型凍結防止装置１０ｂは、１個の発熱体２に対して１個の通電制御部９を設けたものであり、通電制御部９にソケット９ｇを設け、これに別体とした発熱部（図示せず）を接続するようにし、外気温度検知部（図示せず）は通電制御部９のケーシング内に収納するようにしたものである。このようにすると使用上最も損傷の激しい発熱部の交換が可能になる。その他の部材は図１および図３において説明した部材と同様の部材には同じ符号を付して説明を省略する。
【００５６】
図１３に示す節電型凍結防止装置１０ｃは、配管温度センサー３と発熱体２とを一体としたものである。配管温度センサー３を配置した部分は、発熱線を電線（いずれも図示せず）に変え、発熱部の温度を配管温度センサー３が検知しないようにしている。なお図１３に示す符号１２は発熱体２、配管温度センサー３などのリード線を束ねたワイヤー部であり、１３は電源接続用リード線である。また、図２および図３に示す部材と同様の部材には同じ符号を付し説明を省略する。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の節電型凍結防止装置は、配管温度を検知し、通電停止した際の配管温度が下がる傾向を捕らえ、外気温度の変化に合わせた温度制御をするか、更に外気温度を検知し、外気温度の変化により設定温度を変更することで更にきめの細かい温度制御を行うことにより、凍結を防止しながら可及的に不要な電力消費を防止する事を可能にすることができた。
【００５８】
また外気温度検知部が適切に外気温度を検知できない状態が生じたときには、 節電動作に優先して凍結防止動作が実行され、配水管の凍結事故を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に使用する凍結防止用発熱部を水道管に適用した状態を示す説明図である。
【図２】図１に使用した発熱部の構造の概要説明図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態の節電型凍結防止装置の回路構成の概要を説明するブロック回路図である。
【図４】図３に示す節電型凍結防止装置の通電制御手順を示すフローチャート図である。
【図５】図３に示す節電型凍結防止装置の通電制御手順による制御温度の変化の様子を示すグラフ図である。
【図６】本発明の第２実施の形態および第３実施の形態に使用した節電型凍結防止装置の回路概要を示すブロック回路図である。
【図７】図６に示すブロック回路図を使用した第２実施の形態の通電制御手順を示すフローチャート図である。
【図８】図７に示す通電制御手順による温度制御と従来の節電器を用いた凍結防止装置の温度制御状態を示すグラフ図である。
【図９】第２実施の形態の変形例であり、極寒地における節電をよりきめ細かく設定する一例を示すグラフ図である。
【図１０】図６に示すブロック回路図を使用した第３実施の形態の通電制御手順を示すフローチャート図である。
【図１１】図１０に示す通電制御手順による配管温度の変化の一例を示すグラフ図である。
【図１２】本発明に使用する節電型凍結防止装置を一体型とした場合の一例を示す外観斜視図である。
【図１３】図１２と別の一体型とした節電型凍結防止装置の外観斜視図である。
【符号の説明】
２ 発熱体（発熱部）
３ 配管温度センサー（配管温度検知部）
９ 通電制御部
９ａ 電力制御素子
９ｂ マイクロコンピュータ
９ｃ 通電表示部
９ｆ 外気温度センサー（外気温度検知部）
Claims (4)
- 発熱部、配管温度検知部および通電制御部を備えた凍結防止装置において、前記発熱部は通電されると配管を加熱するように配置され、前記通電制御部は、前記配管温度検知部の検出温度が通電開始温度以下の温度であると発熱部に通電を開始し、検出温度が通電停止温度以上であると発熱部の通電を停止し、通電停止から次の通電開始までの経過時間が予め定めた時間以下であると、通電開始温度および通電停止温度の少なくともいずれか１つの設定温度を高くすることを特徴とする節電型凍結防止装置。
- 発熱部、配管温度検知部、外気温度検知部および通電制御部を備えた凍結防止装置において、前記発熱部は通電されると配管を加熱するように配置され、前記通電制御部は、配管温度検知部の検出温度が通電開始温度以下の温度であると発熱部に通電を開始し、検出温度が通電停止温度以上であると発熱部の通電を停止し、前記外気温度検知部の検出温度が予め定めた温度以下に下がるにしたがって、前記通電開始温度および通電停止温度の少なくともいずれか１つの設定温度を高くすることを特徴とする節電型凍結防止装置。
- 前記通電制御部は、前記外気温度検知部の検出温度が予め定めた温度以下の温度を一定時間継続すると、前記通電開始温度および通電停止温度の少なくともいずれか１つの設定温度を高くすることを特徴とする請求項２記載の節電型凍結防止装置。
- 前記配管温度検知部の検知温度が、予め設定された前記通電開始温度以下であることを検知すると、前記外気温度検知部の検知温度に関わらず前記発熱部への通電を開始するようにしたことを特徴とする請求項２または３記載の節電型凍結防止装置。
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