JPH0720359U

JPH0720359U - 水道管凍結防止ヒータ用節電ユニット

Info

Publication number: JPH0720359U
Application number: JP5551393U
Authority: JP
Inventors: 和久酒井
Original assignee: 株式会社エスエヌ精機
Priority date: 1993-09-20
Filing date: 1993-09-20
Publication date: 1995-04-11
Anticipated expiration: 2006-11-06
Also published as: JP2516325Y2

Abstract

(57)【要約】【目的】節電効果の高い、水道管凍結防止ヒータ用節
電ユニットを提供する。【構成】温度センサ１３の検出出力によって、第１ゲ
イン調整回路１５で設定された弱凍結温度範囲でスイッ
チング回路１７をＯＮしてヒータ５に半波整流波形の電
圧を供給し、第２ゲイン調整回路２１で設定された強凍
結温度範囲で第２スイッチング回路２３をＯＮしてヒー
タ５に通常の正負対称波形の電圧を供給する。これによ
り、氷点に比較的近い弱凍結温度範囲において、ヒータ
５は通常の半分の出力で加熱され、節電を図ることがで
きる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は水道管凍結防止ヒータ用節電ユニットに関し、特に外気温の度合いによりヒータの消費電力を段階的に制御して節電を図るものに関する。

【０００２】

【従来の技術】

冬季の寒冷地においては気温が氷点下を大きく下回り、水道管内の水が凍結することがしばしばある。水栓が閉じられている状態で水道管内の水が凍結すると、凍結による体積の増加によって水道管が破裂することになる。このような事態を避ける手段として、水道管に凍結防止ヒータを回巻してこれに通電し、水道管が氷点下にならないよう保温することが行われている。さらに近年では、この凍結防止ヒータを効率良く通電制御して、消費電力の低減を図る節電ユニット等が付設されることが多くなってきた。

【０００３】図３に従来の節電ユニットの構成を示す。これによれば、節電ユニット３の入力プラグ１と出力レセプタクル２の間にはサーマルスイッチ３ａが設けられ、水道管４に回巻されたヒータ５は、プラグ６を節電ユニット３の出力レセプタクル２に接続し、他方、節電ユニット３のプラグ１を交流電源に接続している。そして、外気温がある一定の温度、例えば２℃以下になったときにサーマルスイッチ３ａが閉じてヒータ５を加熱し、それ以外の温度ではサーマルスイッチ３ａは開いてヒータ５は加熱されないように構成されている。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、上記した従来例は、一定温度を境とするＯＮ−ＯＦＦ制御によって一応の節電効果は期待できるものの、依然として、次のような課題を有している。この従来例の節電ユニット３は、図４に示されるような出力特性を有しており、サーマルスイッチ３ａの設定温度を、例えば２℃に設定した場合、外気温が２ ℃以下では１００％の出力でヒータ５が加熱されることになる。このことから理解できるように、従来例の節電ユニット３では、外気温度が非凍結温度範囲Ｅ₁ 以下の温度（Ｅ₂及びＥ₃）であれば、それが０℃であれ−１０℃であれ、ヒータ５には１００％の出力で電力が供給される。

【０００５】つまり、水道管４の温度を０℃から３〜４℃に上昇させる場合も、−１０℃から３〜４℃に上昇させる場合も同等に扱っている。一般的に、外気温が２℃から −５℃程度の弱凍結温度範囲Ｅ₂では、ヒータ５は少ない発熱量であっても水道管４の凍結は十分に回避することができることは、実験的に確認されている。換言すれば、従来例の節電ユニット３は、弱凍結温度範囲Ｅ₂では、ヒータ５に必要以上の電力が供給され、節電効率が非常に低いという課題を有している。

【０００６】また、サーマルスイッチ３ａの電流容量は、通常、５０ワット程度しかなく、特注品でも最大１００ワットであるため、ヒータ５の容量が制限される可能性がある。しかも、大容量のサーマルスイッチ３ａを用いることはコストアップにつながるにも係らず、サーマルスイッチ３ａの耐久寿命は負荷容量の大きさに反比例して短くなる傾向があるため、耐久性の高い商品を提供することができないという課題を有している。さらに、ヒータ５の通電に際しては、大電流が一気に流れるため、サーマルスイッチ３ａのコンタクトにアークが発生したり、このアークに伴ってＲＦＩを引き起こすという課題を有している。

【０００７】本考案はこのような従来例の課題に鑑みて開発されたものであり、外気温に応じてヒータに必要な電力を出力することで無駄な電力の消費を抑えた、商品価値の高い製品を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】

上記の目的を達成するために、水道管凍結防止ヒータに接続する節電ユニットであって、温度センサによる任意の設定温度で半導体式のスイッチング手段をゼロクロススイッチによってヒータの通電制御を行う節電ユニットにおいて、外気温の変化を検出する温度センサを、任意に定めた非凍結温度範囲、弱凍結温度範囲および強凍結温度範囲を検知する温度測定手段に接続し、この温度測定手段出力をスイッチング手段に接続し、また、このスイッチング手段はゼロクロススイッチを介して交流電源に接続することで、スイッチング手段に接続されたヒータが外気温の変化によりＯＮ−ＯＦＦ制御され、スイッチング手段がＯＮのときは、通常の正負対称波形の電圧または半波正流波形の電圧がヒータに印加されることを特徴とする構成とした。この場合、スイッチング手段に双方向性サイリスタを用い、このスイッチング手段は、弱凍結温度範囲では正または負何れかのパルスでゲートされ、強凍結温度範囲では正及び負双方のパルスでゲートされるのが好ましい。

【０００９】

【作用】

本考案は、上記したように構成されるので、温度センサが外気温の変化を検出し、温度測定手段が任意に設定された弱凍結温度範囲或は強凍結温度範囲より下がったことを検知すると、スイッチング手段はＯＮになり、ヒータは加熱されて水道管内の水温は氷点下とならないように温められる。一方、外気温が非凍結温度範囲以上になると、スイッチング手段はＯＦＦになりヒータへの通電を停止し、不必要な電力の消費を避けている。そして、このようなＯＮ−ＯＦＦ動作を繰り返すことで水道管が保温されて、凍結による破損を防止している。

【００１０】このとき、温度測定手段が弱凍結温度範囲であると検知した場合、双方向性サイリスタを用いたスイッチング手段は、正または負何れかのパルスでゲートされるため、ヒータには半波正流波形の電圧が印加され、必要以上の電力の供給を避けている。また、温度測定手段が強凍結温度範囲であると検知した場合、スイッチング手段は、正及び負双方のパルスでゲートされるため、ヒータには通常の正負対称波形の電圧が印加される。なお、スイッチング手段をゲートするパルスは、交流電源の周波数とシンクロしたゼロクロススイッチによって発生されるが、これは、交流電源の電圧値が０Ｖのときにトリガされてるので、スイッチング手段がＯＮするときにＲＦＩが発生することはない。また、このようなスイッチング手段は、半導体式のスイッチで行われるのであるから、アークが発生することは皆無である。

【００１１】

【実施例】

これより、本考案の一実施例について図面を用いた詳細な説明を行う。図１は、本実施例における水道管凍結防止ヒータ用節電ユニットのブロック図であり、節電ユニット本体１０は、交流電源、例えばＡＣ１００Ｖラインにプラグ１２を接続し、一方、水道管４に巻回されたヒータ５のプラグ６を節電ユニット本体１０のレセプタクル１９に接続することで、使用に供される。

【００１２】節電ユニット本体１０は、図示しないケーシングに収められたプリント基板上に、第１差動増幅回路１４、第１ゲイン調整回路１５、第１シュミット回路１６、第１スイッチング回路１７、第２差動増幅回路２０、第２ゲイン調整回路２１、第２シュミット回路２２、第２スイッチング回路２３が設けられ、さらに、電源回路１８、トリガ回路１８、温度センサ１３が設けられている。また、図示しないケーシングには、例えば３連のレセプタクル１９が装備される。

【００１３】本実施例において、温度測定手段は、第１差動増幅回路１４、第１ゲイン調整回路１５、第２差動増幅回路２０及び第２ゲイン調整回路２１、の各回路で構成される。この場合、弱凍結温度範囲Ｅ₂の検知は、第１差動増幅回路１４及び第１ゲイン調整回路１５で行われ、強凍結温度範囲Ｅ₃の検知は、第２差動増幅回路２０及び第２ゲイン調整回路２１で行われる。また、スイッチング手段は第１スイッチング回路１７及び第２スイッチング回路２３で構成され、トリガ回路１８、第１シュミット回路１６及び第２シュミット回路２２でゼロクロススイッチが構成される。

【００１４】上記において、温度センサ１３は、サーミスタ、サーモカップル、トランジスタ、ダイオード等さまざまな素子を用いることができるが、本実施例では白金温度センサを用いている。また、ヒータ５は、詳しく図示しないが、電源コードの先端にフレキシブルヒータ部とサーモスタット部が一体に形成された、一般に市販されているものを用いている。節電ユニット本体１０を構成する各回路はソリッドステート化されている。特に、第１差動増幅回路１４、第１ゲイン調整回路１５、第１シュミット回路１６、トリガ回路１８及び第２差動増幅回路２０、第２ゲイン調整回路２１、第２シュミット回路２２、第２スイッチング回路２３はＩＣ化するとユニット本体１を小型化できると共に製造コストの削減をもたらすことができる。また、電源回路１１は各回路を動作させるためのＤＣ安定化電源であり、レギュレータ用ＩＣを用いることで小型化、低コスト化を図ることができる。さらに、第１スイッチング回路１７はヒータ５の通電制御をするため、大電流がドライブできる半導体素子、例えばトライアックを用いている。

【００１５】次に、本実施例の作用の説明を行う。なお、本実施例では、２℃以上の温度範囲を非凍結温度Ｅ₁とし、２〜−５℃の温度範囲を弱凍結温度範囲Ｅ₂とし、−５ ℃以下の温度範囲を強凍結温度範囲Ｅ₃としている。しかし、これらの温度設定は、例示であり、第１ゲイン調整回路１５および第２ゲイン調整回路２１のセッティングにより、任意値に可変することが可能である。

【００１６】まず、節電ユニット本体１０のプラグ１２を交流電源に接続すると、電源回路１１は各回路に直流電流を供給し、使用可能な状態となる。図示しないケーシングに収められた温度センサ１３は、外気温の変化に応じた検出信号を出力し、第１差動増幅回路１４及び第２差動増幅回路２０で十分に増幅される。そして、第１差動増幅回路１４の出力は第１ゲイン調整回路１５に送られると共に、第２差動増幅回路２０の出力は第２ゲイン調整回路２１に送られる。外気温が非凍結温度Ｅ₁から弱凍結温度範囲Ｅ₂に下がったことを検知すると、第１シュミット回路１６は、第１スイッチング回路１７に正または負のパルスを出力する。ただし、弱凍結温度範囲Ｅ₂では第２シュミット回路２２からはパルスは出力されない。これによって第１スイッチング手段１７のトライアックはＯＮされ、ヒータ５に電力が供給される。すると、ヒータ５は加熱されて水道管４内の水温は氷点下とならないように温められる。

【００１７】このとき、レセプタクル１９からヒータ５に供給される交流電圧は、第１スイッチング手段１７のトライアックが正または負のパルスでゲートされるため、正相または負相の半波整流波形の電圧が出力される。これにより、外気温が弱凍結温度範囲Ｅ₂では、図２の出力特性に示されるように、ヒータ５に必要以上の電力の供給を回避することができる。つまり、ヒータ５に印加される電流の波形は半波整流波形であるから、通常の５０％の電力を節電することができる。また、第１スイッチング手段１７のトライアックをゲートするパルスは、交流電源の周波数にシンクロされたトリガ回路１８によってトリガされるので、第１スイッチング手段１７がＯＮするときにＲＦＩが発生することはない。

【００１８】一方、外気温がさらに下がって強凍結温度範囲Ｅ₃まで低下すると、上記した動作に加え、第２シュミット回路２２もパルスを出力する。このパルスは第２スイッチング回路２３に送られ、この第２スイッチング回路２３の出力は第１シュミット回路１６に送られる。すると、第１シュミット回路１６は、第１スイッチング回路１７に正及び負のパルスを出力する。これによって第１スイッチング手段１７のトライアックはＯＮされ、ヒータ５に電力が供給される。すると、ヒータ５は加熱されて水道管４内の水温は氷点下とならないように温められる。

【００１９】このとき、レセプタクル１９からヒータ５に供給される交流電圧は、第１スイッチング手段１７のトライアックが正及び負のパルスでゲートされるため、通常の正負対称波形の電圧が出力される。これにより、外気温が強凍結温度範囲Ｅ₃ では、ヒータ５に１００％出力の電力が供給される。また、第２スイッチング手段２３をゲートするパルスも、交流電源の周波数にシンクロされたトリガ回路１８によってトリガされるので、第１スイッチング手段１７がＯＮするときにＲＦＩが発生することはない。

【００２０】また、外気温が上昇して強凍結温度範囲Ｅ₃から弱凍結温度範囲Ｅ₂になると、第２シュミット回路２２はパルスの出力を停止するので、第２スイッチング回路２３も動作を停止する。その結果、第１シュミット回路１６は、再び、第１スイッチング回路１７に正または負のパルスを出力するようになるので、レセプタクル１９からヒータ５に供給される交流電圧は、正相または負相の半波整流波形の電圧が出力され、節電状態となる。さらに外気温が上昇して、弱凍結温度範囲Ｅ ₂ から非凍結温度Ｅ₁になると、第１シュミット回路１６もパルスの出力を停止し、第１スイッチング回路１７はＯＦＦとなり、ヒータ５への通電は停止される。そして、このようなＯＮ−ＯＦＦ動作を繰り返すことで水道管４が保温されて、凍結による破損を防止することができる。なお、非凍結温度Ｅ₁、弱凍結温度範囲Ｅ₂及び強凍結温度範囲Ｅ₃の設定におけるそれぞれの境界線には、第１スイッチング回路１７及び第２スイッチング回路２３の動作を安定させるため、適宜温度でヒステリシスを持たせている。

【００２１】

【考案の効果】

以上の説明で明らかな通り、本考案の水道管凍結防止ヒータ用節電ユニットによれば、氷点に比較的近い温度ではヒータに少ない電力を供給し、氷点からかなり下がった時点で１００％の電力を供給するように構成したので、非常に高い節電効果を上げることができる。また、本考案は半導体回路によって構成されており、半導体スイッチの制御はゼロクロススイッチで行われるので、半導体スイッチの通電時にＲＦＩが発生することがない。また、このように半導体化された構成は、故障が少なく、高い耐久性を有し、低コストで生産ができ、非常に商品価値の高い製品を提供することができる等の優れた効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例におけるブロック図である。

【図２】本実施例の節電ユニットの出力特性を示す図で
ある。

【図３】従来の節電ユニットの内部構造を示す概略図で
ある。

【図４】従来の節電ユニットの出力特性を示す図であ
る。

【符号の説明】

５ヒータ１０節電ユニット本体１３温度センサ１４第１差動増幅回路１５第１ゲイン調整回路１６第１シュミット回路１７スイッチング回路１８トリガ回路２０第２差動増幅回路２１第２ゲイン調整回路２２第２シュミット回路２３第２スイッチング回路

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】水道管凍結防止ヒータに接続する節電ユ
ニットであって、温度センサによる任意の設定温度で半
導体式のスイッチング手段をゼロクロススイッチによっ
てヒータの通電制御を行う節電ユニットにおいて、外気
温の変化を検出する温度センサを、任意に定めた非凍結
温度範囲、弱凍結温度範囲および強凍結温度範囲を検知
する温度測定手段に接続し、この温度測定手段出力をス
イッチング手段に接続し、また、このスイッチング手段
はゼロクロススイッチを介して交流電源に接続すること
で、スイッチング手段に接続されたヒータが外気温の変
化によりＯＮ−ＯＦＦ制御され、スイッチング手段がＯ
Ｎのときは、通常の正負対称波形の電圧または半波正流
波形の電圧がヒータに印加されることを特徴とする水道
管凍結防止ヒータ用節電ユニット。
【請求項２】スイッチング手段に双方向性サイリスタ
を用い、このスイッチング手段は、弱凍結温度範囲では
正または負何れかのパルスでゲートされ、強凍結温度範
囲では正及び負双方のパルスでゲートされる請求項１記
載の水道管凍結防止ヒータ用節電ユニット。