JP3857080B2

JP3857080B2 - 水槽等の加熱装置

Info

Publication number: JP3857080B2
Application number: JP2001206003A
Authority: JP
Inventors: 正志芝原
Original assignee: クマガイ電工株式会社
Priority date: 2001-07-06
Filing date: 2001-07-06
Publication date: 2006-12-13
Anticipated expiration: 2021-07-06
Also published as: JP2003018940A

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】
本発明は上記のような問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、簡単な回路構成によって空焚き状態となった場合にはヒータへの通電を停止状態に保持し、電源プラグをコンセントから抜く等のリセット操作によって再使用可能な元の状態に復帰させることができるようにした水槽等の加熱装置を提供するにある。
【０００５】
【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、主ヒータと、この主ヒータに電力の通電、遮断を行う半導体スイッチと、水温が所定温度に達した時に上記半導体スイッチを非導通とし且つ所定温度以下になると該半導体スイッチを導通状態にする水温感知素子とによって水温制御回路を構成し、この水温制御回路に第１抵抗器の回路と補助ヒータである第２抵抗器の回路とを側路として接続すると共に、この第２抵抗器の回路にサイリスタを設けてこのサイリスタのゲートに上記第１抵抗器の回路を接続し、第１抵抗器の回路を正常時にはサイリスタ側に対して非導通状態にする一方、異常温度発生時には導通状態にして上記補助ヒータである第２抵抗器を水温以上に発熱させ、この第２抵抗器の加熱によって水温感知素子を作動させて上記半導体スイッチを開状態に保持すると共に、水温制御回路への電力の供給を停止させた時に元の状態に復帰させるように構成している。
【０００６】
上記水槽等の加熱装置において、半導体スイッチと水温感知素子は請求項２に記載したように、それぞれトライアックと感温リードスイッチからなり、トライアックのゲートに感温リードスイッチを接続している。
【０００７】
【作用】
加熱装置をバケツ或いは水槽等の水中に投入し、水温制御回路に通電すると、主ヒータが発熱して水を加熱する。水温が所定温度に達すると水温感知素子が開き、半導体スイッチを非導通状態にして主ヒータへの通電を遮断する。水温が低下すると再び水温感知素子が自動的に閉じて半導体スイッチを導通状態にし、主ヒータを発熱させて所定温度にまで水温を上昇させる。このように、水温感知素子の開閉によって主ヒータへの電力の供給、遮断を行いながら水温を所定温度に保持する。
【０００８】
次に、地震等によって水槽やバケツ内が水漏れや地震等による転倒、或いは、ヒータが誤って水槽外に出しておいた場合等のように空焚き状態となった時には、水温感知素子に近接して配設している抵抗器からなる補助ヒータに電力が通電されて補助ヒータが水温よりも僅かに高い温度にまで発熱し、その温度によって上記水温感知素子が開いて半導体スイッチを非導通状態にし、主ヒータへの電力の供給を遮断して主ヒータの発熱を停止状態に保持する。この保持は水温制御回路に電力を供給している電源プラグをコンセントから抜き取ることによって解除されると同時に、元の使用可能な状態に復帰する。
【０００９】
上記半導体スイッチはトライアックであり、水温感知素子は感温リードスイッチであって、この感温リードスイッチをトライアックのゲートに接続して該感温リードスイッチの開閉によりトライアックを介して水温制御回路を自動的に導通、非導通状態にするように構成している。
【００１０】
また、水温制御回路中に設けている上記感温リードスイッチの近接位置に配設した上記補助ヒータは抵抗器からなり、水温以上の温度に達した時にこの抵抗器側に電力を通電して発熱させ、その発熱によって感温リードスイッチを開放させるようにしている。詳しくは、上記水温制御回路に第１抵抗器の回路と上記補助ヒータを形成している第２抵抗器の回路とを側路として接続すると共に、この第２抵抗器の回路にサイリスタを設けてこのサイリスタのゲートに上記第１抵抗器の回路を接続し、第１抵抗器の回路を正常時にはサイリスタ側に対して非導通状態に、異常温度発生時には導通状態に保持するように構成している。
【００１１】
さらに、請求項２に記載したように、上記第１抵抗器の回路を、第４ダイオードと発光ダイオードとを直列に接続し且つこの発光ダイオードのアノードを第１抵抗器に接続している第１側路部と、第１、第２、第３ダイオードとを直列に接続し且つこの第３ダイオードのアノードを第１抵抗器に接続している第２側路部とから構成し、この第２側路部の第１ダイオードを第２抵抗器の回路中のサイリスタのゲートに接続しているので、所定の水温下では第１側路部における発光ダイオードのアノード電圧、即ち、発光ダイオードと第４ダイオードとの電圧の和が第２側路部の上記第１〜第３ダイオードとサイリストのゲート及びカソードの電圧の和よりも低くなっており、従って、電流は第２側路部に流れることなく第１側路部を通じて水温制御回路に流れ、補助ヒータである第２抵抗器は発熱しない。
【００１２】
一方、空焚き状態の時には、主ヒータの異常高温度によって第１側路部側の一個の発光ダイオードの電圧の変化よりも第２側路部側の第１〜第３ダイオードの電圧の変化が大きくなって、この第２側路部の第３ダイオードのアノード電圧が第１側路部の発光ダイオードのアノード電圧よりも低くなり、従って、電流は第２側路部に流れてこの第２側路部の第１ダイオードが接続している上記第２抵抗器の回路中のサイリスタが導通し、補助ヒータである第２抵抗器が発熱する。
【００１３】
この補助ヒータの発熱によって該補助ヒータの近接位置に設けている水温制御回路中の上記感温リードスイッチが開き、半導体スイッチであるトライアックを非導通状態にして電源からの主ヒータへの通電を停止させる。さらに、補助ヒータが一旦、水温よりも僅かに高い温度まで上昇すると、この補助ヒータからの加熱によって上記感温リードスイッチを開放状態に保持すると共に上記第２側路部側の第１〜第３ダイオードも加熱されてその第３ダイオードのアノード電圧を低いままにしてサイリスタを導通状態にし、従って、補助ヒータが発熱を続けて電源が切られるまで自己保持する。そして、加熱装置の電源プラグを電源コンセントから引き抜いたのち再び差し込む等のリセット操作を行うことによって上記自己保持が解消され、元の使用状態に復帰するものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の具体的な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に収容されている水を所定温度にまで加熱する加熱装置を示すもので、セラミック管からなる筒状本体１内の一半部内にニクロム線からなる主ヒータ２を配設していると共に、この筒状本体１内の他半部には感温リードスイッチからなる水温感知素子LS1 とこの水温感知素子LS1 に近接させた位置に配設している抵抗器からなる補助ヒータR2等を備えた温度制御回路を構成しているプリント基板３を設けてあり、この温度制御回路に圧着接続子H1、H2を介して上記主ヒータ２を接続している。なお、水温感知素子LS1 に対して補助ヒータR2を近接させた位置とは、補助ヒータR2の発熱を水温感知素子LS1 が感知し得る位置である。また、補助ヒータR2の能力は主ヒータ２が空気中で300 ℃以上になるのに対して30〜50℃であり、電力的には主ヒータ２が100 〜300 Ｗに対して補助ヒータR2は１〜２Ｗのものである。
【００１５】
さらに、筒状本体１の一半部内、即ち、主ヒータ２の部分にはマグネシア砂を充填していると共にその一端部内をシリコンで防水し、ゴム製キャップ４を筒状本体１の一端部外周面に被着して筒状本体１内を水密状態に保護している一方、筒状本体１の他半部内にはシリコンを充填して上記温度制御回路のプリント基板３の電気的絶縁を保持してあり、さらに、筒状本体１の他端部にゴム製キャップ５を被着して内部を水密状態に保護していると共にこのゴム製キャップ５から上記温度制御回路に接続して電源を供給するための先端に電源フラグ６を有する電源コード７を引き出している。
【００１６】
図２は上記主ヒータ２や補助ヒータR2等を備えた上記温度制御回路を示すもので、電源コード７から給電された電力は電源コード７側に接続した回路の接続子AC1 、AC2 における一方の接続子AC1 から主ヒータ２側の一方の接続子H1を通じて主ヒータ２に流れたのち、該主ヒータ２側の他方の接続子H2から電源コード７側の他方の接続子AC2 へと流れる回路10を有し、この回路10における主ヒータ２と電源コード７との他方の接続子H2、AC2 間にトライアックからなる半導体スイッチTC1 のT1、T2端子を接続していると共にこの半導体スイッチTC1 のT2端子側とゲート間に水感温リードスイッチからなる上記水温感知素子LS1 と抵抗R3とを有する回路10b を接続して水温制御回路10を構成している。
【００１７】
この水温制御回路10における上記半導体スイッチTC1 のT1端子側と上記主ヒータ２の接続子H1側との回路部間に第１抵抗器R1の回路11と、上記補助ヒータR2である第２抵抗器の回路12とを側路として接続している。この側路における第２抵抗器の回路12は、主ヒータ２の接続子H1側から半導体スイッチTC1 のT1端子側に向かって補助ヒータR2とサイリスタTy1 とを順次接続してなる。一方、第１抵抗器R1の回路11はこの第１抵抗器R1を主ヒータ２の接続子H1側に接続し、この第１抵抗器R1から第４ダイオードD4と発光ダイオードLED1とを直列に接続している第１側路部11a と、第１抵抗器R1から第１〜第３ダイオードD1、D2、D3と抵抗器R4とを直列に接続している第２側路部11b とから構成してあり、第１側路部11a の第４ダイオードと第２側路部11b の抵抗器R4、及び上記第２抵抗器R2の回路12におけるサイリスタTy1 のカソード側を上記水温制御回路10の半導体スイッチTC1 のT1端子側の回路部に接続している。
【００１８】
さらに、第１抵抗器R1の回路11における上記第２側路部11b の抵抗器R4と第１ダイオードD1との間の回路部を第２抵抗器の回路12におけるサイリスタTy1 のゲートに接続して第１抵抗器R1の回路11をサイリスタTy1 をトリガーする回路にしていると共に、この第２抵抗器からなる補助ヒータR2を上述したように、水温制御回路10における感温リードスイッチからなる上記水温感知素子LS1 の近傍位置、即ち、補助ヒータR2の発熱がこの水温感知素子LS1 によって感知し得る対向位置に配設している。
【００１９】
次に、上記構成を有する加熱装置の作用を述べる。主ヒータ２や補助ヒータR2等を内蔵している筒状本体１を水槽内に収容している水中に筒状本体１を投入すると共に電源プラグ６をコンセント（図示せず）に差し込むと、電源コード７に電力が給電されて電流が水温制御回路10における接続子AC1 から接続子H1、主ヒータ２、接続子H2、トライアックからなる半導体スイッチTC1 、接続子AC2 へと流れ、主ヒータ２が発熱して水を加熱すると共に加熱された水の温度は水温制御回路10中に設けている水温感知素子LS1 によって感知される。
【００２０】
水温感知素子LS1 として使用している感温リードスイッチは、所定の温度、例えば27℃になると開き、この温度よりも僅かに低く（例えば25℃）なると閉じるように構成されてあり、従って、水温が所定の温度に達すると、該感温リードスイッチが開いて水温制御回路10中のトライアックからなる半導体スイッチTC1 が導通しなくなって主ヒータ２への電力の供給が遮断され、水温が所定温度よりも僅かに低くなると、感温リードスイッチが閉じて半導体スイッチTC1 が導通し、主ヒータ２による水の加温が行われる。このように、感温リードスイッチの開閉の繰り返しによって水槽内の水が所定の温度に保持される。
【００２１】
一方、水温制御回路10の側路を構成している第１抵抗器R1の回路11において、通常温度（水温）下では、第１抵抗器R1から発光ダイオードLED1と第４ダイオードD4を順次接続してなる第１側路部11a における発光ダイオードLED1のアノードの電圧は、第４ダイオードD4の電圧(Vf)0.61Ｖと発光ダイオードLED1の電圧(Vf)1.8 Ｖの和であるから2.41Ｖであり、第２側路部11b における第３ダイオードD3のアノード電圧は、第１〜第３ダイオードD1〜D3と第２抵抗器R2の回路における半導体スイッチTC1 （トライアック）のゲートとカソード間との電圧の和、即ち、0.61×４＝2.44Ｖである。そして、これらの第１、第２側路部11a 、11b の発光ダイオードLED1と第３ダイオードD3のアノードとが共通で第１抵抗器R1に接続されている。
【００２２】
従って、主ヒータ２によって所定の水温に保持されている時には、第１抵抗器R1側の飽和電圧は、第１側路部11a の回路の方が第２側路部11b の回路側よりも低いから、電流は第１側路11a 側に流れて第２側路部11b の第１〜第３ダイオードD1〜D3側には流れなく、そのため、サイリスタTy1 は非導通となって補助ヒータR2は発熱することはない。
【００２３】
次に、水槽が水漏れや転倒、或いは、筒状本体１が誤って水槽外に出しておいた場合のように空気中での通電状態となった時には、水温制御回路10中の水温感知素子LS1 は閉じた状態を維持して主ヒータ２に電力が供給され、主ヒータ２が発熱を続けてこの主ヒータ２を内蔵している筒状本体１内が異常高温度に達することになる。
【００２４】
このように、筒状本体１内が異常高温度になると、筒状本体１に内蔵されている上記第１抵抗器R1の回路11もその温度の影響を受けて第１、第２側路11a 、11b における発光ダイオードLED1と第３ダイオードD3のアノードとの電圧が低下する。この場合、第１側路11a の発光ダイオードLED1のアノード側の電圧においては、発光ダイオードLED1と第４ダイオードD4との２個分に相当する電圧の変化があるが、第２側路11b の第３ダイオードD3のアノード側の電圧においては、第１〜第３ダイオードD1〜D3とサイリスタTy1 のゲート−カソード間との４個分に相当する電圧の変化が生じるから、第２側路11b の第３ダイオードD3側のアノード電圧は発光ダイオードLED1を通路とするアノード電圧よりも低くなる。
【００２５】
従って、電流は第２側路11b 側に流れてこの２側路11b の第１ダイオードD1から第２抵抗器R2の回路12中のサイリスタTy1 をトリガーして該サイリスタTy1 が導通し、補助ヒータR2に対する通電が開始される。この補助ヒータR2が抵抗器であり、気中での通電によって抵抗発熱して該補助ヒータR2に近接して配設されている上記感温リードスイッチからなる水温感知素子LS1 に伝熱し、この水温感知素子LS1 を所定温度、即ち、上述したように例えば27℃以上に保持する。そのため、水温感知素子LS1 は開いた状態を保持して水温制御回路10中のトライアックからなる半導体スイッチTC1 を非導通状態にし、主ヒータ２に対する通電を停止状態に維持する。
【００２６】
このように、気中において主ヒータ２が異常高温度になると、補助ヒータR2側に電流を流して該補助ヒータR2を発熱させ、この補助ヒータR2の近傍位置に設けている感温リードスイッチをその発熱温度により開いてトライアックを非導通状態にすることにより主ヒータ２に対する通電を停止状態に保持する。なお、補助ヒータR2の発熱温度は、感温リードスイッチを開放させるに必要な温度であればよく、従って、感温リードスイッチが開く温度よりも僅かに高い温度となるように設定されている。
【００２７】
また、この補助ヒータR2の抵抗発熱は、水温感知素子LS1 である上記感温リードスイッチを所定温度以上に保持して主ヒータ２への通電を停止するだけではなく、その発熱温度によって第１抵抗器R1の回路11における第２側路部11b の第１〜第３ダイオードD1〜D3をも加熱して所定温度に保ち、第３ダイオードD3のアノード電圧を第１側路部11a の発光ダイオードLED1のアノード電圧よりも低く保つことによって第１抵抗器R1から第１〜第３ダイオードD1〜D3、トライアックのゲート−カソードを通路にし、サイリスタTy1 を導通状態に保持して補助ヒータR2が抵抗発熱をし続け、電源が切られるまで自己保持をする役目も行っている。
【００２８】
そして、電源プラグ６をコンセントから抜き取る等により電源を切ると、その補助ヒータR2の抵抗発熱が停止して自己保持が解かれて元の状態となり、再び電源プラグ６をコンセントに差し込むと共に筒状本体１を水槽内に投入することによって上述したように、水温を所定温度にまで加熱、保持する加熱装置として使用するものである。
【００２９】
【発明の効果】
以上のように本発明の水槽等の加熱装置によれば、主ヒータと、この主ヒータに電力の通電、遮断を行う半導体スイッチと、水温が所定温度に達した時に上記半導体スイッチを非導通にし且つ所定温度以下になると該半導体スイッチを導通させる水温感知素子とによって水温制御回路を構成し、この水温制御回路の上記水温感知素子の近傍位置に補助ヒータを配設して気中通電により異常温度となった時にこの補助ヒータを水温以上に発熱させ、この補助ヒータの加熱によって水温感知素子を作動させて上記半導体スイッチを非導通状態に保持すると共に、水温制御回路への電力の供給を停止させた時に元の状態に復帰させるように構成しているので、簡単な回路構成によって空焚き状態となった場合にはヒータへの通電を停止状態に保持することができ、従って、安全性を高めることができるものであり、その上、電源プラグをコンセントから抜く等の人為的動作によって簡単に再使用可能な状態に復帰させることができる。
【００３０】
上記加熱装置において、半導体スイッチと水温感知素子はそれぞれトライアックと感温リードスイッチからなり、トライアックのゲートに感温リードスイッチを接続しているので、水温を感知する感温リードスイッチの開閉によってトライアックを非導通と導通状態に切り換えて水温制御回路中の主ヒータにより水槽内等に収容されている水を所定の温度に加熱、保持することができる。
【００３１】
さらに、上記水温制御回路に第１抵抗器の回路と補助ヒータである第２抵抗器の回路とを側路として接続すると共に、この第２抵抗器の回路にサイリスタを設けてこのサイリスタのゲートに上記第１抵抗器の回路を接続し、第１抵抗器の回路を正常時にはサイリスタ側に対して非導通状態に、異常温度発生時には導通状態に保持するように構成しているので、水槽等の水中内での通常の使用状態では補助ヒータである第２抵抗器の回路側に電流を流すことはなく、水温を感知する上記感温リードスイッチによって水温制御回路中のトライアックを導通、非導通にしながら主ヒータによって所定の水温に加熱、保持することができる一方、加熱装置が空気中での通電によって空焚き状態になった場合には、サイリスタが導通して補助ヒータが発熱し、その発熱によって該補助ヒータに対して近接位置に設けている上記感温リードスイッチを水温以上に加熱して該感温リードスイッチを開放状態に保持することができ、従って、主ヒータに対する電力の供給をトライアックを介して遮断して主ヒータを切り、加熱装置を補助ヒータによる比較的低い温度に保持しておくことができる。
【００３２】
また、請求項２に係る発明によれば、上記第１抵抗器の回路を、第４ダイオードと発光ダイオードとを直列に接続し且つこの発光ダイオードのアノードを第１抵抗器に接続している第１側路部と、第１、第２、第３ダイオードとを直列に接続し且つこの第３ダイオードのアノードを第１抵抗器に接続している第２側路部とから構成し、この第２側路部の第１ダイオードを第２抵抗器の回路中のサイリスタのゲートに接続しているので、所定の水温下では第１側路部における発光ダイオードのアノード電圧、即ち、発光ダイオードと第４ダイオードとの電圧の和が第２側路部の上記第１〜第３ダイオードとサイリストのゲート及びカソードの電圧の和よりも低くなっており、従って、電流は第２側路部に流れることなく第１側路部を通じて水温制御回路に流れて補助ヒータである第２抵抗器を発熱しない状態に保持しておくことができる。
【００３３】
一方、空焚き状態の時には、主ヒータの異常高温度によって第１側路部側の一個の発光ダイオードの電圧の変化よりも第２側路部側の第１〜第３ダイオードの電圧の変化が大きくなって、この第２側路部の第３ダイオードのアノード電圧を第１側路部の発光ダイオードのアノード電圧よりも低下させることができ、従って、電流は第２側路部に流れてこの第２側路部の第１ダイオードが接続している上記第２抵抗器の回路中のサイリスタが導通し、補助ヒータである第２抵抗器を発熱させることができる。
【００３４】
この補助ヒータの発熱によって上述したように、該補助ヒータの近接位置に設けている水温制御回路中の上記感温リードスイッチが開き、半導体スイッチであるトライアックを非導通状態にして電源からの主ヒータへの通電を遮断させることができ、従って、安全性を高めることができる。さらに、補助ヒータが一旦、水温よりも僅かに高い温度まで上昇すると、この補助ヒータからの加熱によって上記感温リードスイッチを開放状態に保持すると共に上記第２側路部側の第１〜第３ダイオードも加熱されてその第３ダイオードのアノード電圧を低いままにしてサイリスタを導通状態に保持することができ、そのため、補助ヒータが発熱を続けて電源が切られるまで自己保持させることができ、再使用を可能にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】加熱装置の簡略縦断側面図、
【図２】その回路図。
【符号の説明】
１筒状本体
２主ヒータ
６電源プラグ
７電源コード
10 水温制御回路
11 第１抵抗器の回路
12 第２抵抗器の回路
R1 第１抵抗器
R2 第２抵抗器（補助ヒータ）
LED1 発光ダイオード
Ty1 サイリスタ
TC1 半導体スイッチ（トライアック）
LS1 水温感知素子（感温リードスイッチ）

Claims

主ヒータと、この主ヒータに電力の通電、遮断を行う半導体スイッチと、水温が所定温度に達した時に上記半導体スイッチを非導通とし且つ所定温度以下になると該半導体スイッチを導通状態にする水温感知素子とによって水温制御回路を構成し、この水温制御回路に第１抵抗器の回路と補助ヒータである第２抵抗器の回路とを側路として接続すると共に、この第２抵抗器の回路にサイリスタを設けてこのサイリスタのゲートに上記第１抵抗器の回路を接続し、第１抵抗器の回路を正常時にはサイリスタ側に対して非導通状態にする一方、異常温度発生時には導通状態にして上記補助ヒータである第２抵抗器を水温以上に発熱させ、この第２抵抗器の加熱によって水温感知素子を作動させて上記半導体スイッチを開状態に保持すると共に、水温制御回路への電力の供給を停止させた時に元の状態に復帰させるように構成したことを特徴とする水槽等の加熱装置。
第１抵抗器の回路は、第４ダイオードと発光ダイオードとを直列に接続し且つ発光ダイオードのアノードを第１抵抗器に接続している第１側路部と、第１、第２、第３ダイオードとを直列に接続し且つ第３ダイオードのアノードを第１抵抗器に接続している第２側路部とからなり、この第２側路部の第１ダイオードを第２抵抗器の回路中のサイリスタのゲートに接続していることを特徴とする請求項１に記載の水槽等の加熱装置。