JP4226264B2 - 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】
一方、加熱装置が空焚き状態になった時に、高温度に達したヒータの異常温度を検知してヒータへの通電を遮断するように構成した水槽等の加熱装置も開発されているが、気中においてヒータが高温に達するまで発熱するので、安全性において問題があった。
【０００５】
本発明は上記のような問題点に鑑みてなされたもので、気中と水中とではコンデンサの静電容量と誘電体損失とが変化するのを利用してヒータが気中あるときにはヒータに対する通電を完全に遮断し、水中にあるときにヒータに対して通電して安全に使用することができる水槽等の加熱装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【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、ガラス管又はセラミック管からなる筒状のヒータ本体内にヒータを配設すると共に発振回路や電圧比較回路の回路部品を実装したプリント基板を配設し、さらに、このプリント基板上にヒータ本体の内面に沿ってコンデンサの導電体の役目をする円弧状に湾曲した金属板からなる一対の電極片をヒータ本体の長さ方向に小間隔を存して配設し、この電極片とヒータ間の回路中にスイッチ制御回路を配設してなり、このスイッチ回路は、電源回路と、この電源回路からの直流電圧の供給によって電気信号を発生する発振回路と、この発振回路の出力側に共振回路を介して接続している検波回路及び比較回路と、この比較回路とヒータ間に接続しているスイッチ回路とからなり、上記発振回路の一部に上記一対の電極片を接続して上記共振回路の共振周波数をこれらの一対の電極片が水中にあるときにおける発振回路からの発振周波数に合わせておき、ヒータ本体及び一対の電極片が水中にある時にはこの発振周波数の信号を通過させてスイッチ回路によりヒータを通電状態にすると共に気中にある時には通電を遮断するように構成している。
【０００７】
【作用及び効果】
一対の電極片はこれらの電極片が面している物質を絶縁体としたコンデンサの作用を発揮する。この電極片を、ヒータを内装しているヒータ本体内に配設しておくか、或いは、ヒータ本体とは別に回路と共に合成樹脂カバー体内に実装しておき、使用に際して水槽内に配設して通電すると、一対の電極片の静電容量が空気中における時によりも大きくなる。このように、電極片が水中における時と空気中における時とで大きさの異なる静電容量によってスイッチ回路側に出力する信号を変化させ、この信号によってヒータ本体が水中にある時にはスイッチ回路を閉じてヒータを発熱させる一方、ヒータ本体が空気中にある時にはスイッチ回路を何ら作動させることなく開放状態を保持させることができ、安全性の高い水槽等の加熱装置を提供することができる。
【０００８】
上記一対の電極片を、電源回路からの直流電圧の供給によって電気信号を発生する発振回路の構成要素の一部として組み込んでおいた場合、電極板が水中にある時にはその静電容量が空気中に比べて大きくなると同時に誘電体損失も多くなることから、発振回路の発振周波数は低くなる。従って、水中では発振周波数が低くなるのに合わせてその発振勢力も損失として消費される。
【０００９】
ここで、上記一対の電極片を組み込んでいる発振回路からの発振が水中において誘電体損失が多くなっても停止しない回路に構成している。即ち、上記発振回路の出力側と検波回路との間に共振回路を接続し、この共振回路の共振周波数を一対の電極片が水中にあるときにおける発振回路からの発振周波数に合わせておく。そうすると、ヒータ及び電極片が水中にある時には、発振回路から発振する低い発振周波数の信号が共振回路を良く通過し、検波回路から電圧比較回路を通じてスイッチ回路を閉じ、ヒータに通電する。これに対して、電極片が空気中にあると、発振回路からの発振周波数が高くなるので、共振周波数からずれることになり、従って、共振回路を通過する信号は小さくなって電圧比較回路、スイッチ回路がヒータ通電を遮断した状態を保持する。
【００１０】
上記電圧比較回路は、基準電圧と共振回路を通過する信号とを比較して基準電圧に対する信号の大小を判定するものであるから、発振回路からの発振周波数が共振周波数からずれて信号振幅が小さくなった場合と、故障等によって発振ができなくなった場合とで同じ判定を行うことになり、両者の場合にはいずれもヒータに対する通電を停止するから信頼性、安全性の高い加熱装置を提供することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の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の水を所定温度にまで加熱する加熱装置の構造を示すもので、ガラス管又はセラミック管からなる有底筒状のヒータ本体１の一半部内にニクロム線からなるヒータHRを配設していると共に、他半部内に温度が高くなると抵抗値が下がる負特性抵抗素子からなる水温感知素子NTC と高周波回路の回路部品とを一体に組み込んでいるプリント基板２を配設し、さらに、このプリント基板２上に図２、図３に示すように、ヒータ本体１の内面に沿って円弧状に湾曲した金属板からなる一対の電極片P1、P2をヒータ本体１の長さ方向に小間隔を存して設けてあり、これらの電極片P1、P2を上記高周波回路に接続している。
【００１２】
なお、上記ヒータHRはニクロム線をマイカ板の両面に配設してマグネシア砂等で埋設されている点や故障等によってヒータHRが異常高温に達した時に通電を遮断する温度ヒューズ３をヒータ本体１内に配設している点は従来の加熱装置と同じであり、また、このヒータHRと上記プリント基板２間に仕切ゴム３を設け、シリコン樹脂を充填している。
【００１３】
さらに、ヒータ本体１の開口端を水密状態に密閉しているゴム製キャップ４から上記プリント基板上の回路に接続している電源コード５を引き出し、この電源コード５の先端にプラグ６を接続している。なお、この場合、温度設定部を設けていない固定温度式加熱装置を構成しているが、図４に示すように、電源コード５の中間部に温度設定部７を設けている設定温度可変式加熱装置を構成しておいてもよい。上記固定温度式加熱装置の場合には、ヒータHRに通電、遮断するスイッチ回路をヒータ本体１内に設けているが、この設定温度可変式ヒータでは、スイッチ回路は、温度設定部７またはヒータ本体１内のどちらに組み入れておいてもよい。
【００１４】
ヒータ本体１内に配設している上記一対の電極片P1、P2は、その間にあるガラスや水、空気等を絶縁体とするコンデンサとしての働きを行い、これらの電極片P1、P2間に高周波電圧を与えた場合、水中にある時と気中にある時とでその静電容量が変化すると共に絶縁体内で出る誘電体損失も異なった値となる。そして、本発明は、ヒータ本体１、即ち、電極片P1、P2が水中にある時と空気中にあるときとで大小に変化する静電容量や誘電体損失によって、ヒータ本体１が水中にある時にはヒータHRに通電し、気中にある時にヒータHRを非通電状態にするように回路を構成しているものであり、次に、この回路構成の具体的な実施の形態を説明する。
【００１５】
図５は、上記静電容量、誘電体損失を変化させる一対の電極片P1、P2からなるコンデンサを発振回路OSC の一部として組み込んだスイッチ制御回路を示すもので、このスイッチ制御回路は、該回路を作動させる直流電圧を作る電源回路PSと、この電源回路PSに接続して電源回路PSからの直流電圧の供給により高周波交流（電気信号）を発生する上記発振回路OSC と、この発振回路OSC の出力側に接続している検波回路RCと、検波回路RCの出力側に接続している電圧比較回路CMP2と、この電圧比較回路CMP2と上記ヒータ本体１内のヒータHR間に接続している電力スイッチ回路PSW とからなるものである。なお、一対の電極片P1、P2をコンデンサの一部として組み込んでいる発振回路OSC の構成は、一般に知られている回路構成を採用しているので、詳細な説明は省略する。
【００１６】
さらに、ヒータ本体１内に設けている水温感知素子NTC と温度設定部に設けている摘まみの回動操作によって抵抗値を変化させて温度設定を行う可変抵抗器TAJ とは、上記電圧比較回路CMP2とは別の電圧比較回路CMP1を介して電力スイッチ回路PSW に接続している。
【００１７】
このように構成したスイッチ制御回路の作用を述べると、電源回路PSからの直流電圧によってスイッチ制御回路を作動させると、この直流電圧による上記発振回路OSC の発振周波数はコイルL1と電極片P1、P2の静電容量と、コンデンサC1、C2、C3の容量で決まるが、電極片P1、P2の静電容量は電極片P1、P2が空気中にあるときは小さいが水中では大きくなり、同時に誘電体損失も多くなる。従って、水中では発振回路OSC からの発振周波数が低くなるのに合わせて発振勢力も誘電体損失として消費されることになる。ここで、予め、空気中での発振勢力をあまり大きくせずに、安定発振を持続する臨界に定数を設定しておくと、水中においては誘電体損失が大きくなるために上記発振回路OSC からの発振振幅が消失して発振が停止し、出力信号は発生しない状態となる。
【００１８】
従って、発振回路OSC から出力信号が発生しない時に、電力スイッチ回路PSW がヒータHRに通電するように検波回路RCを通じて電圧比較回路CMP2の電圧を設定しておけば、ヒータHRを内蔵しているヒータ本体１が水中にあるときだけ該ヒータHRに通電して発熱させることができ、空気中にあるときには発振回路OSC から出力信号が発生して、検波回路RCによりその信号を振幅に応じた直流電圧に変換して電圧比較回路CMP2に出力し、電力スイッチ回路PSW に対する通電を遮断してヒータHRの発熱を停止させるものである。
【００１９】
しかしながら、上記スイッチ制御回路においては、発振回路OSC からの出力信号が発生しない時に電力スイッチ回路PSW をヒータHRが通電するように作動させているが、発振回路OSC 等が故障した場合においても出力信号が発生しないために、このような場合でもヒータHRに通電することは安全性の上において問題がある。そのため、本発明の実施の形態においては、発振回路OSC からの出力信号が検波回路RC側に円滑に通過した時にのみ、ヒータHRに通電して発熱させるように構成している。
【００２０】
図６はそのスイッチ制御回路を示すもので、発振回路 OSC の構成は上記図５で示した構成と同じであるが、水中で損失が多くなっても発振が停止しない定数に設定しておくと共に、この発振回路OSC と検波回路RCとの間に共振回路L2、C6を接続してこの共振回路L2、C6の共振周波数を発振回路OSC からの発振周波数に合わせた回路構成としている。その他の回路構成は上記図５の回路構成と同一であるので、同一部分には同一符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００２１】
このように構成したので、ヒータHRを電極片P1、P2と共に水中に入れている状態において、電源回路PSからの直流電圧によって発振回路OSC を作動させると、上記電極片P1、P2の静電容量が水中では大きいから発振回路OSC からの発振周波数は低いが、この発振周波数に共振回路L2、C6の共振周波数を合わせているので、この発振周波数の信号をよく通過させるから信号振幅が大きい。この信号によって検波回路RCで直流電圧を得、電圧比較回路CMP2によって電力スイッチ回路PSW を閉止した状態にしてヒータHRに通電する。
【００２２】
一方、ヒータ本体１、即ち、ヒータHRや電極片P1、P2が空気中にある場合には、発振回路OSC からの発振周波数が高くなるから共振回路L2、C6の共振周波数から外れることになり、従って、共振回路をL2、C6を通過する信号が小さくなって電圧比較回路CMP2により電力スイッチ回路PSW を開放状態に維持し、ヒータHRへの通電を遮断する。電圧比較回路CMP2は基準電圧と比較して大小を判定するものであるから、発振回路OSC からの発振周波数が共振周波数から外れて信号振幅が小さくなったことと、故障等で発振がなくなったこととに対して同じ判定を行ってヒータHRへの通電を停止するので、安全性、信頼性の高い加熱装置を提供することができる。
【００２３】
なお、以上の実施の形態において、水槽内の水を所定の温度に加熱、保持する手段としては、従来から公知の手段、例えば、ヒータHRによって加熱される水温をヒータ本体１内に配設している水温感知素子である負特性抵抗素子NTC によって感知させ、この負特性抵抗素子NTC の電圧と予め、温度設定摘まみで設定された可変抵抗器TAJ の電圧とを電圧比較回路CMP1によって比較した電圧出力で電力スイッチ回路PSW をオン、オフするように構成している。
【図面の簡単な説明】
【図１】加熱装置の簡略縦断側面図。
【図２】その電極片を設けた回路部分の簡略斜視図。
【図３】その縦断正面図。
【図４】温度設定部を有する設定温度可変式加熱装置の簡略縦断側面図。
【図５】発振回路の一部に一対の電極片を接続しているスイッチ回路の回路構成図。
【図６】本発明の実施の形態を示す回路構成図。
【符号の説明】
１ ヒータ本体
２ プリント基板
５ 電源コード
７ 温度設定部
P1、P2 電極片
PS 電源回路
OSC 発振回路
AMP 信号増幅回路
RC 検波回路
PSW 電力スイッチ回路
CMP1、CMP2 電圧比較回路
L2 、 C6 共振回路
NTC 水温感知素子NTC
HR ヒータ

Claims (1)

1. ガラス管又はセラミック管からなる筒状のヒータ本体内にヒータを配設すると共に発振回路や電圧比較回路の回路部品を実装したプリント基板を配設し、さらに、このプリント基板上にヒータ本体の内面に沿ってコンデンサの導電体の役目をする円弧状に湾曲した金属板からなる一対の電極片をヒータ本体の長さ方向に小間隔を存して配設し、この電極片とヒータ間の回路中にスイッチ制御回路を配設してなり、このスイッチ回路は、電源回路と、この電源回路からの直流電圧の供給によって電気信号を発生する発振回路と、この発振回路の出力側に共振回路を介して接続している検波回路及び比較回路と、この比較回路とヒータ間に接続しているスイッチ回路とからなり、上記発振回路の一部に上記一対の電極片を接続して上記共振回路の共振周波数をこれらの一対の電極片が水中にあるときにおける発振回路からの発振周波数に合わせておき、ヒータ本体及び一対の電極片が水中にある時にはこの発振周波数の信号を通過させてスイッチ回路によりヒータを通電状態にすると共に気中にある時には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。

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