JP5313597B2 - Anti-freezing heater and anti-freezing system - Google Patents
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Abstract
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。 The present invention relates to a freeze prevention system and a freeze prevention heater for piping for water supply and / or hot water supply.
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。 In Patent Document 1, in a self-temperature control type heater in which two or more electrodes are embedded in close proximity to each other in a resin composition in which carbon black as a conductivity imparting agent is dispersed, the average particle diameter of carbon black is defined as carbon black. Medium particle size carbon black having a DBP absorption of 60 to 160 cc / 100 g and a large particle size carbon black having an average particle size exceeding 70 μm, and having a medium particle size carbon The mixing ratio of carbon black having a large particle size with respect to black is set to 20 to 50% by mass, and both these carbon blacks are added to 15 to 30 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the base resin composition. It is described to provide a self-temperature controlled heater with improved output stability against fluctuations. A self-temperature control type heater having PTC characteristics is used as a water-freezing prevention heater or the like because the electrical resistance increases and the energization current value automatically decreases as the body temperature rises.
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。
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。 Position the heater pipe formed of a synthetic resin material through a self-controlling heater wire to prevent the free flowing pipe from passing through the inside of the sheath pipe and prevent the water pipe from freezing outside the sheath pipe. A system in which the outer periphery of a pipe is covered with a heat insulating pipe is being adopted as a freeze prevention system for water pipes in areas where water supply is expected to freeze. However, in the self-temperature control type heater having PTC characteristics, the heater output tends to fluctuate with time. This is thought to be due to fluctuations in the resistance characteristics of the carbon black particles in the resin composition when the heater itself is exposed to heat fluctuations from outside and subjected to a thermal history. It has been. In general, a self-temperature control type heater having PTC characteristics is likely to be thicker and not very flexible in order to obtain a resistance value with sufficient sensitivity to temperature changes.
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。 For this reason, there is a demand for an anti-freeze heater suitable for being inserted into a heater tube of the anti-freeze system as described above.
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。 One aspect of the present invention includes a heater wire inserted into a heater guide tube provided along a pipe for water supply and / or hot water supply, a power supply line for supplying power to the heater wire, and a heater guide tube together with the heater wire And a control unit for controlling the switching element for turning on and off the power supplied to the heater line via the power supply line and the switching element based on the detected temperature of the pipe temperature sensor. An anti-freezing heater having a built-in control box.
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。 This anti-freezing heater is inserted into a heater guide pipe installed along a pipe for water supply and / or hot water supply together with a heater wire, and an internal temperature sensor for detecting the temperature in the heater guide pipe and a detection temperature of the internal temperature sensor And a control unit capable of turning on and off the switching element. Therefore, the output of the heater wire inserted into the heater guide tube can be controlled by the detected temperature of the temperature sensor inserted into the heater guide tube together with the heater wire without using the self-control heater wire. Therefore, a heater wire that does not require a resin layer for realizing PTC characteristics, for example, a nichrome wire, other nickel-plated copper wire, or a nickel-plated copper twisted wire covered with an appropriate coating material. It is possible to adopt a heater wire that is sufficiently high in flexibility and durability. In addition, since a thin heater wire that does not require a resin layer for realizing the PTC characteristic can be employed, a space for inserting the temperature sensor into the pipe can be secured together with the heater wire.
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。 For this reason, it is possible to provide an anti-freezing heater that can be more easily inserted into a heater guide pipe provided along a pipe for water supply and / or hot water supply, has durability, and can be controlled by the temperature in the heater guide pipe. . Therefore, it is possible to provide an antifreeze heater suitable for an antifreeze system having a heater guide tube.
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。 It is desirable that the freeze prevention heater further has an outside air temperature sensor for detecting the outside air temperature. Furthermore, the control unit turns on the switching element when the detected temperature of the outside temperature sensor is equal to or lower than the first temperature and the detected temperature of the pipe temperature sensor is equal to or lower than the second temperature, and the detected temperature of the outside temperature sensor is the third temperature. It is desirable to include a function of turning off the switching element when the temperature is equal to or higher than the temperature or the temperature detected by the in-tube temperature sensor is equal to or higher than the fourth temperature. The first to fourth temperatures are preset temperatures. The third temperature is a predetermined temperature that is equal to or higher than the first temperature, and may be the same as the first temperature. The first temperature and the third temperature are preferably in the vicinity of a temperature at which water in the pipe is expected to freeze, for example, in the range of 0 to several degrees Celsius. The fourth temperature is a predetermined temperature equal to or higher than the second temperature, and may be the same temperature as the second temperature. It is desirable that the second temperature and the fourth temperature are in a range in which water in the pipe is not expected to be frozen and an operation trouble is not caused in the system including the pipe and the heater guide pipe. It is the range of -60 degreeC, and it is still more preferable that it is the range of 20-50 degreeC.
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。 By providing a control unit that includes this function, this anti-freeze heater can be turned on when water in the pipe is expected to be frozen, and can be prevented when water in the pipe is not expected to be turned off. It is possible to prevent troubles in operation of the system including the inner pipe and the heater guide pipe, for example, hot water instead of water or damage to the pipe due to heat. In addition, since the power is not turned on unless the outside air temperature is equal to or lower than the first temperature or the temperature in the vicinity thereof, the power consumed for preventing freezing can be reduced, and there is no need to newly provide a temperature control for power saving. .
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。 The control box is an inline type box connected to the power supply line, and the outside temperature sensor is preferably built in the control box. Since the control box is connected inline with the power supply line and integrated with the anti-freeze heater, a compact and easy-to-use anti-freeze heater can be provided.
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。 The control box includes a first shell and a second shell combined so as to sandwich the power supply line, the switching element and the control unit are accommodated in the first shell, and the outside temperature sensor is accommodated in the second shell. It is desirable that Even in a compact box, the distance between the switching element and control unit serving as a heating element and the outside air temperature sensor can be secured, so that the outside air temperature can be detected with higher accuracy.
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。 The second shell includes first and second protrusions and a third protrusion sandwiched between the first and second protrusions, and an outside air temperature sensor is accommodated in the third protrusion. It is desirable that The third protrusion sandwiched between the two protrusions is less likely to be buried in the ground even when the control box is placed directly on the ground, and also provides a space for outside air to flow around the third protrusion. Cheap. Therefore, the outside air temperature can be detected with higher accuracy.
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。 The anti-freezing heater is preferably an in-pipe sensor line for connecting the in-pipe temperature sensor and the control unit, and has an in-pipe sensor line covered with the heater line. Since the in-pipe sensor line connecting the in-pipe temperature sensor and the control unit is covered and integrated with the heater line, the operation of inserting the heater line and the in-pipe temperature sensor into the heater guide pipe is facilitated. In addition, by fixing the in-pipe temperature sensor in a predetermined position of the heater wire in advance, the position of the in-pipe temperature sensor can be controlled only by inserting the heater wire into the heater guide tube.
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。 One of the different aspects of the present invention is an anti-freezing system having the above-described plurality of anti-freezing heaters and a plurality of heater guide tubes provided along each of a plurality of water supply and / or hot water supply pipes. In this anti-freezing system, the heater wires of the plurality of anti-freezing heaters and the in-pipe temperature sensors are respectively inserted into the plurality of heater guide tubes. Instead of self-control heater wires, heater wires that do not require a resin layer to achieve PTC characteristics, for example, anti-freeze heaters equipped with heater wires for resistance heating such as nichrome wires, can be used at low cost. Freezing prevention system that can be constructed can be provided.
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。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In FIG. 1, the outline | summary of the building 1 provided with the
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。
The
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。
In this example, the
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。
FIG. 2 is a cross-sectional view (FIG. 2 (a)) and a part of FIG. 2 (b) showing the configurations of the heat-insulating
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。
FIG. 3 shows a schematic configuration of the
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。
FIG. 5 shows the structure of the
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。
In FIG. 6, the configuration of the
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。
In the
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。
The
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。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing the configuration of the
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。
FIG. 8 shows an expanded configuration of the
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。
The
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。
The
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。
Further, in the
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。
FIG. 9 is a block diagram showing the circuit configuration of the
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。
Further, a
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。
The
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。
The
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)。
Therefore, as shown in FIG. 10, in
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。
The values of the set temperatures S1 to S4 are not limited to the above. For example, the set temperatures S1 and S3 compared with the outside air temperature T1 are preferably in the range of 0 to several degrees C. from the viewpoint of prevention of freezing. The set temperatures S2 and S4 to be compared with the in-pipe temperature T2 are ranges in which water in the pipe is not expected to freeze, and the
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。
As described above, the
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。
Further, instead of a contact control device such as a thermostat, the temperature is detected by the
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。
Therefore, the
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。
Furthermore, this
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。
Further, the
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。
Further, by inserting a
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。 In addition, this invention is not limited to the antifreezing heater illustrated above. For example, the control box is not limited to the in-line type arranged in series with the cord, and various modifications such as an integral type with a plug are possible. In addition, one control box can be provided in common for a plurality of heater cables, and a switching element can be arranged for each heater cable and individually controlled. The heater wire is not limited to the nichrome wire, and may be a copper wire with a large amount of copper component. The heating value of the heater wire is not about 7 W per meter, and may be high or low. In addition, a self-temperature control type heater can be used as the heater, and power consumption can be further reduced by changing the heater output in a variable manner according to the temperature in the pipe.
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。 Although a thermistor whose resistance value varies is employed as the temperature sensor, other types of temperature sensors such as thermocouples may be used. Further, a plurality of temperature sensors connected in series or in parallel may be inserted into the heater guide tube. It is also possible to provide a heater cable with a plurality of temperature sensors. It is also possible to insert a sensor for detecting the temperature in the tube into the heater guide tube separately from the heater wire. However, as described above, it is possible to significantly ease the construction work by integrating the heater cable.
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
20 Antifreeze heater, 30
40
Claims (7)
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。 A heater wire inserted into a heater guide pipe provided along a pipe for water supply and / or hot water supply;
A power supply line for supplying power to the heater wire;
A temperature sensor in the tube inserted into the heater guide tube together with the heater wire;
A control box including at least a switching element for turning on and off power supplied to the heater line via the power supply line and a control unit for controlling the switching element based on a temperature detected by the in-pipe temperature sensor; Having an anti-freeze heater.
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。 In Claim 1, it further has an outside temperature sensor for detecting outside temperature,
The control unit turns on the switching element when the detected temperature of the outside temperature sensor is equal to or lower than a first temperature and the detected temperature of the pipe temperature sensor is equal to or lower than a second temperature, and the detected temperature of the outside temperature sensor is An anti-freezing heater comprising a function of turning off the switching element when the temperature is not less than a third temperature not less than the first temperature or the temperature detected by the in-pipe temperature sensor is not less than a fourth temperature not less than the second temperature.
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。 The control box according to claim 3, comprising a first shell and a second shell combined so as to sandwich the power supply line.
An anti-freezing heater in which the switching element and the control unit are housed in the first shell, and the outside air temperature sensor is housed in the second shell.
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。 A plurality of antifreeze heaters according to any one of claims 1 to 6;
A freeze prevention system having a plurality of heater guide tubes provided along each of a plurality of water supply and / or hot water supply pipes,
The anti-freezing system, wherein the heater wires of the plurality of anti-freezing heaters and the in-pipe temperature sensors are respectively inserted into the plurality of heater guide tubes.
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