JP6511691B2

JP6511691B2 - 水槽用ヒーター

Info

Publication number: JP6511691B2
Application number: JP2017017334A
Authority: JP
Inventors: 福田　一夫; 一夫福田
Original assignee: 株式会社デュプラス
Priority date: 2017-02-02
Filing date: 2017-02-02
Publication date: 2019-05-15
Anticipated expiration: 2037-02-02
Also published as: JP2018121588A

Description

本発明は、主に水槽内に投入されて、水槽内の水を加熱するヒーターに関する。

水槽用ヒーターは、水槽内の水を加熱するものであり、発熱体としては、一般に発熱量が大きくなると内部抵抗が増加して温度の自己制御を行うＰＴＣヒーターが用いられている。発熱体としてＰＴＣヒーターを用いた場合、ヒーターが水槽内に入っているときは、供給される電源による発熱量と水槽内の水への放熱量が均衡し、水槽内の水温が所定温度に保たれる。

また、何らかの原因によりヒーターが水槽の水から外に出たときは、ヒーター内部の発熱体の温度が上昇することになるが、ＰＴＣヒーターの場合は温度の自己制御作用が働く。よって、ヒーターの構成部品を、発熱体の自己制御作用により一定となる温度に耐えうるものとすることにより、ヒータ自体の発火を防ぐことができる。

特許文献１には、板状の発熱体の両面に電極板が設けられており、この電極板の周囲をマグネシアで覆い、このマグネシアを導熱物質として管状の放熱部材から外部に熱を発する水槽用ヒーターが開示されている。

特開平１０−１４６１３９号公報

特許文献１の導熱物質であるマグネシアは粉状であり、導熱物質に粉状のものを使用した場合、発熱体、電極、及び放熱部材と、当該導熱物質であるマグネシアの熱膨張率が異なっていると、各部材に過度の応力が生じたり、マグネシアと放熱部材との間に隙間が発生する等のおそれがある。

本発明は、上記不都合を解消するために、各部材の熱膨張率に関わりなく、安定して放熱を行うことができる水槽用ヒーターを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の水槽用ヒーターは、一対の板状の電極で挟まれたＰＴＣ素子からなる発熱体と、前記発熱体を収納するケースと、前記発熱体の両面に設けられ、前記発熱体と前記ケースとの間に介在する導熱体を備え、前記導熱体は、前記発熱体の前記電極の表面を覆う受熱部と、前記受熱部の少なくとも一方の側縁から立ち上がり他方の側縁に向けて延びる放熱部とを備え、前記放熱部は、前記ケースの内面の形状に合わせて形成され、前記ケース内に前記発熱体及び前記導熱体が収納された際に、前記受熱部が自身の弾性により前記電極の表面に押しつけられると共に、前記放熱部が前記ケースの内面に押しつけられており、前記電極は、給電用のケーブルと接続される基端側の端縁に、前記ケーブルに接続される端子部を有し、前記導熱体は、前記電極の厚さと同じ高さを有し、少なくとも前記電極の前記基端側の端縁と係合する係合部を有し、前記係合部は、前記基端側の端縁において、前記端子部が設けられていない箇所に係合することを特徴とする。

本発明の水槽用ヒーターによれば、前記発熱体の電極と前記導熱体が別部材で構成されており、前記発熱体と前記導熱体とを前記ケース内に収納した際に、前記導熱体が自身の弾性により前記電極と前記ケースの内面に押しつけられた状態となる。よって、本発明の水槽用ヒーターにおいて、温度変化が生じた場合であっても、従来のヒーターのように各部材に過度の応力が生じることがなく、また、各部材の間に隙間が生じることがない。また、前記係合部が、前記基端側の端縁において、前記端子部が設けられていない箇所に係合し、前記電極と前記導熱体との位置ずれが防止できるので、これらの部材を正確に位置決めすることができるため、位置ずれによるヒーターの熱効率の低下を防止することができる。

また、本発明の水槽用ヒーターにおいては、前記電極は、アルミ又はアルミ合金により形成され、前記導熱体は、銅又は銅合金により形成され、前記ケースが絶縁体で形成されていることが好ましい。本願発明者等が、電極及び導熱体について種々材質を替えて実験を行ったところ、電極をアルミ板、導熱体を銅板で構成した際に熱効率が高いことが判明した。また、アルミ及び銅は、合金であっても同様の効果が得られた。

また、当該構成において、前記一対の電極は、一方の前記電極の前記端子部が基端側の端縁において一方の端部に設けられ、他方の前記電極の前記端子部が基端側の端縁において他方の端部に設けられていることが好ましい。このように、一対の電極を、電極の基端側（ケーブルに接続される側）の異なる端部に設けることにより、端子間の短絡を防止することができる。また、当該構成により、一対の電極及び導熱体を同一の形状で形成し、ＰＴＣ素子の表裏で裏返して装着することにより上記構成とすることができるので、製造が容易となり、製造コストの低減を図ることができる。

また、本発明の水槽用ヒーターにおいては、前記ケースが筒状に形成され、前記ケース内の温度を検知する温度検知体と、前記ケースの少なくとも一方の開口部を塞ぐ蓋部材とをさらに備え、前記温度検知体を前記蓋部材に設けることが好ましい。

当該構成によれば、温度検知体によりケース内の温度を検知することができるので、仮に水槽用ヒーターが水槽の外部に出た場合であっても、所定温度で電源を切る等の対応が可能となる。また、温度検知体は蓋部材に設けられているので、ケース内に温度検知体を設置するためのスペースを確保する必要がなく、水槽用ヒーターを全体として小型化できると共に、ケースをムラなく加熱することができる。

本発明の第１の実施形態の水槽用ヒーターの構成を示す説明的斜視図。第１の実施形態の水槽用ヒーターの各部品を示す分解斜視図。第２の実施形態の水槽用ヒーターを示す説明的断面図。

次に、図１及び図２を参照して、本発明の第１の実施形態である水槽用ヒーター１について説明する。本実施形態の水槽用ヒーター１は、図１に示すように、通電することにより発熱するＰＴＣ素子２と、ＰＴＣ素子２の上下両側面に密着固定された電極を備えている。

電極は、上側電極３及び下側電極４から構成され、ＰＴＣ素子２及び電極により発熱体２Ａが形成される。また、上側電極３の表面に配置される上側導熱板５と、下側電極４の表面に配置される下側導熱板６とを備えている。本実施形態では、この上側導熱板５及び下側導熱板６が本発明の導熱体に相当する。

これら発熱体２Ａ、上側導熱板５及び下側導熱板６は、一体に組み合わされてセラミックス製のケース７に収納されている。ケース７の先端部（図１において左側）には、ケース７の先端側の開口を液密に塞ぐ先端側キャップ８が設けられている。この先端側キャップ８は、耐熱性の樹脂で形成されている。ケース７の基端側（図１において右側）には、給電ケーブル及び基端側キャップを有しているが、本実施形態においては図示を省略する。

図２は、本実施形態の発熱体２Ａ、上側導熱板５及び下側導熱板６の分解図である。図２に示すように、ＰＴＣ素子２は薄い板状の素子であり、表面と裏面に電極を設けて電流を印加することにより発熱する。本実施形態においては、このＰＴＣ素子２は、従来より汎用的に用いられているものを３枚並べて使用している。

上側電極３は、アルミ製の板部材で形成され、ＰＴＣ素子２の表面に装着される電極本体３ａと、図示しない給電ケーブルに接続される端子部３ｂとからなる。下側電極４は、上側電極３と同一の形状を有しており、上側電極３とは表裏を逆にした状態でＰＴＣ素子２の裏面に取り付けられる。この下側電極４も、電極本体４ａと端子部４ｂとを備えている。

上側導熱板５は、銅製の薄板部材で形成され、板状の部材をプレスで打ち抜き、曲げ加工することにより形成されている。上側導熱板５は、上側電極３の表面に載置される電極側接触部（受熱部）５ａと、ケース７の内面に接触するケース側接触部（放熱部）５ｂと、上側電極３の先端側及び基端側の端縁に係合される係合部５ｃを有している。下側導熱板６も、上側導熱板５と同様に、電極側接触部６ａと、ケース側接触部６ｂと、係合部６ｃを有している。

図２に示すように、本実施形態では、上側導熱板５及び下側導熱板６が外に露出している状態では、自身の弾性により、電極側接触部５ａに対してケース側接触部５ｂが離れた位置に位置しており、電極側接触部６ａに対してケース側接触部６ｂが離れた位置に位置している。この状態で、例えばケース側接触部５ｂ，６ｂを指で押さえると、その弾性によって両者が近づくが、指を離すと元の状態に戻る。

本実施形態の水槽用ヒーター１は、下側電極４に、耐熱性の接着剤を介してＰＴＣ素子２を３枚並べて設置し、その上に耐熱性の接着剤を介して上側電極３を載置し、上側電極３と下側電極４でＰＴＣ素子２を挟むことにより発熱体２Ａを形成する。

次に、図１に示すように、発熱体２Ａの上下両面に上側導熱板５及び下側導熱板６を配置し、ケース７内に挿入する。その際、上側導熱板５の係合部５ｃ及び下側導熱板６の係合部６ｃを発熱体２Ａの先端縁と基端縁に係合するように配置する。また、その際、上側導熱板５と発熱体２Ａの間、及び下側導熱板６と発熱体２Ａとの間に放熱性シリコーン等の導熱部材を設けることが好ましい。このような構成とすることにより、これらの部材の熱的な密着性が向上し、導熱効果が向上する。なお、この導熱部材は、グリス状であってもよく、シート状であってもよい。

この状態で、作業者が指でこれらの部材を厚さ方向に押し縮めてケース７内に挿入する。このとき、上側導熱板５のケース側接触部５ｂと、下側導熱板６のケース側接触部６ｂが弾性により閉じる方向に曲げられる。

発熱体２Ａ、上側導熱板５及び下側導熱板６がケース７内にある程度挿入されると、上側導熱板５及び下側導熱板６はケース７によって保持されるので、これらの部材を基端側から先端に向かって挿入していけば、ケース７内に装着することができる。その際、上側導熱板５及び下側導熱板６には、係合部５ｃ及び６ｃが設けられているので、これらの部材と発熱体２Ａとの位置がずれることがない。その後、図示しない給電ケーブルを上側電極３の端子部３ｂと下側電極４の端子部４ｂに接続し、図示しない基端側キャップをケース７に装着して水槽用ヒーター１を形成する。

本実施形態の水槽用ヒーター１は、上記構成となっているので、ケース７内では、上側導熱板５のケース側接触部５ｂ及び下側導熱板６のケース側接触部６ｂの弾性によって発熱体２Ａが保持される。また、当該弾性によって、上側導熱板５の電極側接触部５ａと上側電極３が密着し、下側導熱板６の電極側接触部６ａと下側電極４が密着するので、部材間の熱伝導率を高くすることができる。

また、発熱体２Ａにおいては、上側電極３と下側電極４の端子部３ｂ，４ｂが、平面視で左右対称の位置に設けられているので、仮に当該端子部３ｂ，４ｂに上下方向から外力が加わった場合であっても両者の短絡を防止することができる。

また、上側導熱板５の係合部５ｃ及び下側導熱板６の係合部６ｃは、電極の端子部が設けられていない位置に形成されているので、両者が干渉することがない。この係合部５ｃは、上側導熱板５の先端縁と後端縁の２箇所に設けられているが、いずれか一方でもよい。下側導熱板６の係合部６ｃも同様である。

なお、上記実施形態においては、ケース７は扁平の筒状に形成されているが、これに限らず、円筒状であってもよく、角筒状であってもよい。また、ケース７の素材は、セラミックスやガラス等の絶縁体を用いることが好ましいが、導体に絶縁コーティングを施したものであってもよい。

また、上記実施形態では、ＰＴＣ素子２を３枚並べた例について説明したが、これに限らず、１枚のＰＴＣ素子のみを用いてもよく、他の枚数を並べて用いてもよい。

また、上記実施形態では、電極をアルミ製の板部材で形成しているが、これに限らず、アルミ合金や、銅などの他の導体を用いてもよい。また、導熱体は、銅の板部材を用いて形成しているが、弾性があり、熱伝導率が高ければ、銅合金や他の素材を用いてもよい。また、端子部３ｂ，４ｂを平面視で後端縁の左右端部に設けているが、端部ではなく端部から内側にずらして設けてもよい。

また、上記実施形態では、導熱体である上側導熱板５及び下側導熱板６において、ケース側接触部５ｂ，６ｂを電極側接触部５ａ，６ａの一方の側縁から立ち上げるように形成しているが、これに限らず、電極側接触部５ａ，６ａの両方の側縁から中央に向けて円弧状に立ち上げるような形状としてもよい。

次に、本発明の第２の実施形態の水槽用ヒーター１’について、図３を参照して説明する。第２の実施形態の水槽用ヒーター１’は、図３に示すように、ガラス製で円筒状のケース７’と、ケース７’の基端側に装着される基端側キャップ９を備えている。また、図３に示すように、発熱ユニット１０が給電ケーブル１１に接続されている。第２の実施形態においては、給電ケーブル１１の他に、ケース７’内の温度を検知する温度検知体である温度センサ１２が設けられている。

発熱ユニット１０は、上記第１の実施形態におけるＰＴＣ素子、電極、及び導熱体がユニットになっているものであり、上記第１の実施形態と同様の構成で形成することができる。この場合、上側導熱板５のケース側接触部５ｂ及び下側導熱板６のケース側接触部６ｂの形状を基端側から見て半円形とすればよい。

図３に示すように、基端側キャップ９は、ケース７’の基端部を覆ってケース７’の内部に水が入らないようにする部材である。また、基端側キャップ９は、耐熱性の樹脂により形成されている。この第２の実施形態においては、ケース７’の先端部は、半球状に形成されており、先端側キャップは設けられていない。

第２の実施形態の水槽用ヒーター１’は、基端側キャップ９の内部に、温度センサ１２を収納するセンサスペース９ａが設けられている。このセンサスペース９ａは、基端側キャップ９において、給電ケーブル１１の側方に設けられているため、ケース７’の内部に温度センサ１２を設けるスペースを必要としない。よって、水槽用ヒーター１において、発熱部分以外の長さを短くすることができるので、全体として小型化が可能となる。

なお、第２の実施形態の水槽用ヒーター１’において、ケース７’の先端部を半球状に形成しているが、これに限らず、第１の実施形態と同様に、先端側キャップを設ける構成としてもよい。

１…水槽用ヒーター、２…ＰＴＣ素子、３…上側電極、３ａ…電極本体、３ｂ…端子部、４…下側電極、４ａ…電極本体、４ｂ…端子部、５…上側導熱板（導熱体）、５ａ…電極側接触部（受熱部）、５ｂ…ケース側接触部（放熱部）、６…下側導熱板（導熱体）、６ａ…電極側接触部（受熱部）、６ｂ…ケース側接触部（放熱部）、７…ケース。

Claims

一対の板状の電極で挟まれたＰＴＣ素子からなる発熱体と、
前記発熱体を収納するケースと、
前記発熱体の両面に設けられ、前記発熱体と前記ケースとの間に介在する導熱体を備え、
前記導熱体は、前記発熱体の前記電極の表面を覆う受熱部と、前記受熱部の少なくとも一方の側縁から立ち上がり他方の側縁に向けて延びる放熱部とを備え、
前記放熱部は、前記ケースの内面の形状に合わせて形成され、
前記ケース内に前記発熱体及び前記導熱体が収納された際に、前記受熱部が自身の弾性により前記電極の表面に押しつけられると共に、前記放熱部が前記ケースの内面に押しつけられており、
前記電極は、給電用のケーブルと接続される基端側の端縁に、前記ケーブルに接続される端子部を有し、
前記導熱体は、前記電極の厚さと同じ高さを有し、少なくとも前記電極の前記基端側の端縁と係合する係合部を有し、
前記係合部は、前記基端側の端縁において、前記端子部が設けられていない箇所に係合することを特徴とする水槽用ヒーター。
請求項１に記載の水槽用ヒーターであって、
前記電極は、アルミ又はアルミ合金により形成され、
前記導熱体は、銅又は銅合金により形成され、
前記ケースが絶縁体で形成されていることを特徴とする水槽用ヒーター。
請求項１又は２に記載の水槽用ヒーターであって、
前記一対の電極は、一方の前記電極の前記端子部が基端側の端縁において一方の端部に設けられ、他方の前記電極の前記端子部が基端側の端縁において他方の端部に設けられていることを特徴とする水槽用ヒーター。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の水槽用ヒーターであって、
前記ケースが筒状に形成され、
前記ケース内の温度を検知する温度検知体と、前記ケースの少なくとも一方の開口部を塞ぐ蓋部材とをさらに備え、
前記温度検知体が前記蓋部材に設けられていることを特徴とする水槽用ヒーター。