(57)【要約】【課題】複数の対象の配管を凍結防止する装置において、使用する配管温度センサ数を意図的に減らしても支障なく凍結防止動作ができる凍結防止装置を提供する。【手段】給水・給湯などの配管（図示せず）の凍結を防止するコントローラ２、１個以上の凍結防止帯６（図は６ａ、６ｂ、６ｃの３個）、着脱自在且つ１個以上の配管温度センサ（図は３個付けられるが図は１個のみ）５および外気温度センサ１４からなり、コントローラ２は、各温度センサ（図は１のみ接続）の取付け確認と作動が正常か否かの検査とを自動的に行い（図５）、且つ発熱体１，２，３の通電制御に、どの温度センサの温度信号を用いるかの割り付けを予め定め（図７）、また配管温度センサが未接続か異常かが検出されると、予め定めた手順（図８）によって選定した代替えセンサにより通電制御し（図７）、全ての温度センサ未接続か故障すると一定通電率で通電制御する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コントローラ、１個または複数の凍結防止帯、前記コントローラに着脱自在に接続できる１個または複数の配管温度センサおよび外気温度センサからなり、前記コントローラは、前記の各温度センサの取り付けの確認と正常に作動するか否かの検査とを自動的に行い、且つ前記個々の凍結防止帯の通電制御に前記配管温度センサのどのセンサの温度信号を用いるかの割り付けを予め定めており、前記検査の結果、前記配管温度センサが未接続かまたは正常に機能しないことが検出されると、該温度センサに割り付けられた凍結防止帯の通電制御を、予め定めた手順によって選定した正常に作動する温度センサの出力する温度信号に基づいて行い、正常に作動する温度センサが無くなったことが検出されると、予め定めた一定通電率で通電制御する給水・給湯などの配管凍結防止装置。
【請求項２】
前記温度センサが温度によりインピーダンスが変化するセンサ素子からなり、該温度センサが正常に作動するか否かの検査が、該温度センサのインピーダンスの値が通常の温度範囲で示す範囲であるか否かによって判定することからなる請求項１記載の配管凍結防止装置。
【請求項３】
前記凍結防止帯を、前記コントローラに着脱自在に接続できるようにした請求項１または２記載の配管凍結防止装置。
【請求項４】
前記正常に作動する温度センサの選定順位が、前記配管温度センサが前記外気温度センサより上位にあり、前記複数の配管温度センサ間順位は、予め定めた順序とするようにした請求項１〜３のいずれかに記載の配管凍結防止装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配管凍結防止装置に関し、更に詳細には、複数の給水管、給湯管などの配管の凍結防止を一つのコントローラで行う際に、配管温度センサの数が規定の数より少ない数でも全凍結防止帯の通電制御ができる凍結防止装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
厳寒期に給水管・給湯管などの配管が凍結する地域では、凍結のおそれのある配管に電気発熱体からなる発熱体を可撓性樹脂で絶縁被覆して帯状とした凍結防止帯を巻き付け、配管温度、外気温度などを検知して発熱体の通電をオン・オフ制御することが従来から行われている。その制御手段は、機械的に一定の温度でスイッチをオン・オフさせるサーマルリードスイッチ、サーモスイッチなどの外、温度によってインピーダンスが変化するサーミスタなどを用いた温度センサを使用し、高い精度で発熱体への通電を制御する手段などが実用されていることは周知である。
【０００３】
そして給水・給湯設備は、小規模事業所や一般家庭でも、複数の給水管、給湯管から給水、給湯を行う場合が多くなるなど、寒冷地における一事業所、一家庭当たりの凍結防止帯の取付け数が多くなるに従い、凍結防止を経済的に行う対策が必要となっている。
【０００４】
例えば特開2003-41633号公報には、互いに独立した単位通電部を連結可能にし、一括して監視できるように形成し、各単位通電部は、それぞれ複数の凍結防止帯を取付け可能に形成し、これら複数の凍結防止帯を一斉に通電制御するようにした凍結防止装置が開示されている。前記監視装置は、前記各単位通電部に通電状態送信指令を発信し、その応答を受信し、各凍結防止帯毎に通電状態を表示部に表示させることで、より効率的に多数の凍結防止箇所の制御と監視とができるようにした凍結防止装置を開示している。そして配管温度センサには、サーモスタットの外、サーミスタなどを使用したセンサを使用している。
【０００５】
そして上記公報には、一つの制御器に取付ける凍結防止帯および配管温度センサを着脱式にして、凍結防止装置の敷設時の作業性や温度センサや凍結防止帯の故障時の交換を容易にすることができる。
【特許文献１】特開２００３−４１６３３号公報（特許請求の範囲、段落〔００１９〕以降、段落〔００２９〕以降、図１〜３、５〜７）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで一つのコントロ−ラで１個または複数の凍結防止帯および配管温度センサを着脱自在に取付ける型の凍結防止装置の場合、サーミスタが比較的高価であるため、凍結防止コストの削減などの理由で、一つの配管温度センサで複数の配管の制御を行わせることを求められる場合がある。
【０００７】
しかしながら、従来の凍結防止装置は、配管温度センサと凍結防止帯とは対で使用し、温度センサが故障した場合には光の点滅やブザーなどで異常を知らせるように設計されている。そのため、着脱式配管温度センサを意図的に外して使用すると、コントローラは異常状態と判断し、制御機能を停止してしまうので、使用者が温度センサの使用・不使用を決定することはできない。したがって、従来の温度センサが着脱式の凍結防止装置は、更に改善しないと市場のニーズに適合していないという問題がある。
【０００８】
本発明は、上記問題に着目して成されたものであり、１個または複数の対象の配管を凍結防止可能にした凍結防止装置において、着脱自在の１個または複数の配管温度センサを使用者が意図的に数を減らして使用した場合でも支障なく凍結防止できる凍結防止装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するための本発明の配管凍結防止装置は、コントローラ、１個または複数の凍結防止帯、前記コントローラに着脱自在に接続できる１個または複数の配管温度センサおよび外気温度センサからなり、前記コントローラは、前記の各温度センサの取り付けの確認と正常に作動するか否かの検査とを自動的に行い、且つ前記個々の凍結防止帯の通電制御に前記配管温度センサのどのセンサの温度信号を用いるかの割り付けを予め定めており、前記検査の結果、前記配管温度センサが未接続かまたは正常に機能しないことが検出されると、該温度センサに割り付けられた凍結防止帯の通電制御を、予め定めた手順によって選定した正常に作動する温度センサの出力する温度信号に基づいて行い、正常に作動する温度センサが無くなったことが検出されると、予め定めた一定通電率で通電制御するものである。
【００１０】
配管温度センサの接続状況の確認および故障の有無の検出には特に限定はなく、配管温度センサをコネクタに接続すると、例えばリミットスイッチが作動して取付け信号を出力することもできるが、配管温度および外気温度の各温度センサから出力される信号はアナログ信号であるから、信号レベルからセンサ接続・故障の有無を判断することが可能である。即ち、
ａ）入力信号が正常範囲であるとき、即ち断線・短絡ではない場合には温度センサ接続と判定する。
ｂ）入力信号が異常範囲であるとき、即ち断線・短絡である場合には、検査履歴が「未接続」であるときは、温度センサは未接続と判定し、検査履歴が「接続」から「未接続」に移ったときには「故障」と判定する。
【００１１】
サーミスタなど温度によりインピーダンスが変化するセンサ素子の場合で、通電コントローラをマイクロコンピュータで構成する場合で説明すると、温度信号は一般に分圧回路によるサーミスタの分圧電圧からなるアナログ信号として得られる。したがって、マイクロコンピュータ駆動電圧は一般に直流５Ｖであるから、分圧電圧も０〜５Ｖの範囲となる。したがって
・温度センサ短絡故障の場合は、マイクロコンピュータに０Ｖが入力され、
・温度センサ断線故障又は未接続の場合は、マイクロコンピュータに５Ｖが入力される。
【００１２】
したがって例えば０．２〜４．７Ｖを正常範囲、それ以外を異常範囲とすると、短絡故障は確実に判定できるが、断線故障か未接続かをコンピュータに判定させることは困難である。そこで、コントローラの電源投入時に温度センサの検査履歴を「未接続」に初期化することで、断線故障か未接続かを判定することができるようになる。
【００１３】
電源投入時に「温度センサ未接続」と判定された場合には、使用者が意図的に温度センサを接続していないと判断して故障表示を行わず、一旦「接続」と判断された後「未接続」と判定された場合に「温度センサ故障」と判定し、「未接続」と判定された後「接続」と判定された場合は温度センサの「取り付け表示」を行うようにすると、発光ダイオード（以下ＬＥＤ）などの表示灯１個で、未接続、接続、故障を通報させることが可能である。
【００１４】
配管温度センサ故障後、修理・取り替えなどが行われたことをコントローラが自動的に認識できるようにすることは可能である。しかしながら、このようにすると次の問題が起こる。
ａ）センサ又はリード線が半断線状態である場合、接続状況により故障と正常とが繰り返されるため、コントローラが異常動作する可能性がある。
ｂ）コントローラの異常をチェックしたときに、センサが偶然「正常」動作していたときは、センサ故障を知ることができない。
【００１５】
そこで本発明は、テストスイッチを設け、電源投入時とテストスイッチを操作したときとに、前記配管温度センサの接続有無を検出可能にして実施することができる。この場合は、温度センサが使用中に故障し「故障表示」に変わったため、正常のものと取り替えても、電源再投入するかテストスイッチをオンしないとコントローラは温度センサが正常になったことを認識しない。したがって半断線状態をコントローラは確実に「故障」と判断することができる。
【００１６】
前記正常に作動する温度センサの選定には特に限定はなく、例えば、前記正常に作動する温度センサの選定順位を、前記外気温度センサより前記配管温度センサの順位が上位にあり、前記複数の配管温度センサ間では、予め定めた順序に基づいて行うようにする、またその際給湯管に取付けた配管温度センサが検知されると、このセンサを除外するなどの選定基準を設けることができる。
【００１７】
給湯管であるか否かの判定は、一定温度以上の温度、例えば２０℃以上、または一定温度上昇速度以上の温度上昇、例えば１５℃／分以上の温度上昇が検出された場合、その配管は給湯管であると判断するなどとすることができる。
【００１８】
前記凍結防止帯も配管温度センサと同様に、前記コントローラに着脱自在に接続することができる。
【００１９】
前記配管温度センサ接続の有無および正常・故障の通報は、光、音、ディスプレイ上に表わす文字、その他周囲に注意を喚起するものであれば何でもよいが、光の場合、具体的には、発光ダイオード（以下ＬＥＤ）などの表示灯の点滅パターンの変化により行わせることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の配管凍結防止装置は、１個または複数の凍結防止帯を使用して配管の凍結を防止する際に、１個または複数（通常は凍結防止帯と同数）の配管温度センサを使用する凍結防止帯において、使用者が意図的に配管温度センサの数を減らして使用する場合でも、正常に凍結防止動作をするという効果が得られる。この効果は、同時に使用中の配管温度センサおよび外気温度センサが故障した場合でも凍結防止動作を行わせることを可能にする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下添付の図面を参照する一実施の形態により本発明の凍結防止装置を説明する。
【００２２】
図１〜８に示す実施の形態の凍結防止装置１のコントローラ２は、給水管および／または給湯管などの配管（図示せず）を３本まで凍結防止できるように、３個の配管温度センサ取付け用コネクタ（以下センサ用コネクタ）３ａ、３ｂ、３ｃ（総称するときは単に３と記載する）および凍結防止帯用コネクタ（以下発熱体用コネクタ）４ａ、４ｂ、４ｃ（総称するときは単に４と記載する）を設けている。
【００２３】
本実施の形態においては、センサ用コネクタ３ａにのみ配管温度センサ５が接続された場合を想定しているのに対し、図５，７，８のフローチャートは、センサ用コネクタ３ｂ、３ｃにも配管温度センサ５が接続されていることを想定してプログラムされている。この二つの状況を区別するために、フローチャートのステップでは、センサコネクタ３ａ、３ｂ、３ｃに接続される配管温度センサの符号をそれぞれセンサ素子１，２，３で表わし、また発熱体用コネクタ４ａ、４ｂ、４ｃに接続する凍結防止帯６ａ、６ｂ、６ｃに（総称するときは単に６と記載する）設けられた発熱体をそれぞれ発熱体１，２、３で表わすことにする。
【００２４】
なお、配管温度センサ５は、例えば温度によりインピーダンスが変化するセンサ素子、例えばサーミスタ（図２の符号「ＴＨ」）を使用した温度センサである。また発熱体６ａ、６ｂ、６ｃは、例えば前記特許文献に図示されているように、発熱用抵抗線であり、可撓性樹脂により帯状に被覆し、配管の凍結防止箇所に巻き付けて使用するものである。
【００２５】
コントローラ２は、商用電源を電源とし、マイクロコンピュータ７によって制御される通電制御素子８ａ、８ｂ、８ｃを通じて発熱体６ａ、６ｂ、６ｃを通電制御する制御回路とマイクロコンピュータ７を駆動する直流電源回路９とからなっている。なお図１に示す符号１０は電源に接続するプラグである。
【００２６】
そしてコントローラ２の制御回路は、前記制御回路の外に、マイクロコンピュータ７によって制御される発熱体６ａ、６ｂ、６ｃそれぞれに通電されたことを通報するそれぞれの通電表示回路１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、テストスイッチ１２、電源表示回路１３および外気温度センサ１４を設けている。
【００２７】
図１に示す配管温度センサ５からの温度検知信号をマイクロコンピュータ７に与える回路は、図２に示すとおり分圧抵抗Ｒと配管温度センサ５のサーミスタＴＨとの分圧電圧ｖをマイクロコンピュータ７の入力端子に与えるようにした。なお外気温度センサ１4の温度検出信号をマイクロコンピュータ７に与える回路（図示しない）も、配管温度センサ５の場合と同様にコントローラ２内に形成した。
【００２８】
以上説明したコントローラ２の外観の一例を図３、４によって説明する。図の符号２ａは図１に２点鎖線で示した制御回路を収容したケーシングであり、正面パネル（図３）にはＬＥＤからなる電源表示灯１３およびそれぞれ通電表示回路１１ａ、１１ｂ、１１ｃに対応したＬＥＤからなる通電表示灯１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃとテストスイッチ１２を配置し、プラグ１０および発熱体用コネクタ４ａ、４ｂ、４ｃ（図１）のソケット４Ａ，４Ｂ、４Ｃは防水仕様のコード（符号付けを省略する）によって、いずれもケーシング２ａに取付けている。
【００２９】
図１および図３の図からも理解されるとおり、センサ用コネクタ３ａ、３ｂ、３ｃ、発熱体６ａ、６ｂ、６ｃ、通電表示回路１１ａ、１１ｂ、１１ｃおよび通電表示灯１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃは、符号中の同じアルファベット毎に一つのグループとしてマイクロコンピュータ７にプログラムした。したがって、本実施の形態の基本プログラムは、例えばセンサ用コネクタ３ａを通じて与えられる温度信号は、発熱体６ａを取付けた配管温度であるとして通電制御信号は通電制御素子８ａおよび通電表示回路１１ａに出力するようにプログラムされている。
【００３０】
配管温度センサ用コネクタ３ａ、３ｂ、３ｃは、図３に示すように、開閉可能の蓋１５の内部に、ソケット３′が、プラグ３″を挿入しやすいように前方斜め下に向けて取付けている。なお、図４に示す符号１６はプラグ３″にプラグ３′を着脱自在に固定する係止爪、１７は配管温度センサ５のリード線、１８は蓋１５を閉じたときにリード線１７が納まり、水、ほこりなどが侵入しないようにした切り込溝である。
【００３１】
以上説明した第一実施の形態による凍結防止装置１の凍結防止動作を図５、７、８によって説明する。コントローラ２が作動開始すると、先ず図５のフローチャートがスタートすると、ステップ１において全温度センサの検査履歴を「未接続」に設定し、ステップ２において正常に動作する配管温度センサの検査記録を「接続」に設定し、ステップ３において検査履歴が「接続」の配管温度センサに対する「接続」表示を行い、ステップ４において検査履歴が「接続」の配管温度センサについて故障の有無を確認し、ステップ５において故障と判定された温度センサに対する検査履歴を「故障」に設定し、ステップ６において検査履歴「故障」の温度センサに対して故障表示を行なう。
【００３２】
以上のステップ２〜６を図１に図示された配管温度センサの接続状態と対照すると、通電表示灯１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ（図３）のうち通電表示灯１１Ａのみが「接続」表示となり、他は「未接続」表示となることが分かる。
【００３３】
ところでコントローラ２に設けた通電表示灯１１Ａ〜１１Ｃは、通常は発熱体通電表示用として以下のように使用する。即ち
・発熱体通電時    ：通電中の通電表示灯は点灯する
・発熱体通電停止時：通電停止中の通電表示灯は消灯する
そして本実施の形態の場合、配管温度センサ未接続の通電制御回路（図示せず）に対しては、代替え選定した配管温度センサの検知温度により発熱体を通電制御すると共に、未接続の配管温度センサに対応する通電表示灯も発熱体への通電制御状態(通電／通電停止)に応じて点灯／消灯する。
【００３４】
接続表示の点灯は、電源投入時およびテストスイッチを押したとき、または電源投入後暫くしてから新規センサを接続したときに、通電表示灯がそれぞれの通報の点灯パターンを表示する。
【００３５】
そして本実施の形態の場合の「接続」表示パターンは、図６Ａに示す２回点滅・１回消灯・２回点滅であり、表示要求があったときのみ、通電表示に優先して行うようにした。また「故障」表示パターンは、図６Ｂに示すとおり、点滅を繰り返すパターンを通電表示パターンに優先して表示するようにした。「未接続」表示パターンは、図示しないが、通電制御されるときのみ点灯し、他は消灯しているパターンとした。
【００３６】
前記ステップ６が実行されるとステップ７において、全ての温度センサの検査履歴について故障であるか否かが判別され、肯定的結果が得られるとステップ１４に移行し、否定的結果が得られるとステップ８に移行する。
【００３７】
ステップ８が実行されると、検査履歴「未接続」のコネクタ（本実施の形態の場合３ｂおよび３ｃ）に配管温度センサが新規に接続されたか否かが判別され、否定的結果が得られるとステップ１１に移行し、肯定的結果が得られると、ステップ９に移行する。
【００３８】
ステップ9が実行されると、新規接続の配管温度センサに対して「接続」表示を行ない、ステップ１０において、新規に接続した配管温度センサに対する検査履歴を「接続」に設定しステップ１１に移行し、センサ対応付け処理が行われるが、ここでは詳細説明を行わず、図5の説明終了後、図７に基づき説明する。ステップ１１が終了すると、ステップは１２に移行し、各発熱体１，２，３のオン・オフによる通電制御が実行され、ステップ１３に移行する。
【００３９】
また前記ステップ７において肯定的結果が得られステップ１４が実行された場合は、一定通電率による通電を行ない、ステップ１３に移行する。
【００４０】
ステップ１３に移行すると、テストスイッチが入力されているか否かが判別され。否定的結果が得られると、ステップ４が実行され、肯定的結果が得られると、ステップ１５においてセンサの「故障」表示を解除し、ステップ１が実行される。
【００４１】
図７は、図５に示すフローチャートのステップ１１のセンサ対応付け処理のフローチャートである。図７のフローチャートがスタートすると、ステップＳ１においてセンサ素子１の検査履歴が「接続」であるか否かが判別され、否定的結果が得られるとステップＳ２に移行し、肯定的結果が得られるとステップＳ３に移行する。
【００４２】
ステップＳ２に移行すると代替えセンサ選定処理が行われる。この代替えセンサ選定処理については、図８によって説明する。次いでステップＳ４において、ステップＳ２で選定した代替えセンサを発熱体１の温度制御に使用することを指定し、ステップＳ５に移行する。また前記ステップＳ３に移行すると、発熱体１の温度制御にセンサ素子１を使用することを指定し、ステップＳ５に移行する。
【００４３】
ステップＳ５〜Ｓ８およびステップＳ９〜Ｓ１２は、対象とするセンサ素子および発熱体が異なるだけで、手順そのものは前記と全く同様である。即ちステップＳ５〜Ｓ８までは図１によれば温度センサコネクタ３ｂに接続される発熱体２に対するフローであり、ステップＳ９〜Ｓ１２は図１によれば温度センサコネクタ３ｃに接続される発熱体３に対するフローである。したがって、図１の場合にはそれぞれセンサ素子が接続されていないので、ステップ６および９において発熱体２，３に使用するセンサ素子は無いのでセンサ素子１が指定されることになる。
【００４４】
前記ステップＳ２，Ｓ６、Ｓ１０の代替えセンサ選定処理の手順を図８のフローチャートによって説明する。図８のフローチャートがスタートすると、ステップＴ１においてセンサ素子１の検査履歴が「接続」であるか否かが判別され、肯定的結果が得られるとステップＴ２に移行し、センサ素子１を代替えセンサに指定してプログラムを終了し、否定的結果が得られるとステップＴ３に移行する。
【００４５】
ステップＴ３に移行すると、センサ素子２の検査履歴が「接続」であるか否かが判別され、肯定的結果が得られるとステップＴ４に移行し、センサ素子２を代替えセンサに指定してプログラムを終了し、否定的結果が得られるとステップＴ５に移行する。
【００４６】
ステップＴ５に移行すると、センサ素子３の検査履歴が「接続」であるか否かが判別され、肯定的結果が得られるとステップＴ６においてセンサ素子３を代替えセンサに選定してプログラムを終了し、否定的結果が得られるとステップＴ７において外気温度センサ１４を代替えセンサに指定してプログラムが終了する。
【００４７】
したがって図１に示す本実施の形態の場合は、センサ素子１が正常なら図８のフローチャートはステップＴ２が実行されてプログラムが終了し、正常でないと、センサ素子２，３は未接続であるから、ステップＴ３、ステップＴ５を経てステップＴ７が実行されることになる。
【００４８】
以上説明したことから理解されるように、図１の場合は、センサ素子１が正常なら、図７のフローチャートのステップＳ６、Ｓ１０では代替えセンサはいずれもセンサ素子１を使用することとなり、センサ素子１が正常でないと判別されると、ステップＳ２、Ｓ６、Ｓ１０において代替えセンサに外気温度センサ１４が指定される結果となる。いずれの場合にも発熱体の接続の有無に拘わらず全ての発熱体ラインの発熱体１，２，３の通電制御を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の一実施の形態による凍結防止装置のブロック回路図である。
【図２】図１に示す温度検知回路を、より詳しく示した部分回路図である。
【図３】図１に示すコントローラ２の正面図である。
【図４】図３の一部を破断して示した側面図である。
【図５】図１に示す凍結防止装置が通電制御を行う基本フローチャート図である。
【図６（Ａ）】センサ接続表示を光の点滅で表示する場合の一例を示すグラフ図である。
【図６（Ｂ）】センサ故障表示を光の点滅で表示する場合の一例を示すグラフ図である。
【図７】配管温度センサの接続・未接続を含め、正常に動作するか否かを判別するフローチャート図である。
【図８】特定発熱体に対応するセンサ接続用コネクタに配管温度センサが取付けられていないか故障している場合の代替え配管温度センサを決めるためのフローチャート図である。
【符号の説明】
【００５０】
２…コントローラ  ５…配管温度センサ  ６ａ…凍結防止帯  ６ｂ…凍結防止帯  ６ｃ…凍結防止帯  １４…外気温度センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６（Ａ）】
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【図６（Ｂ）】
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【図７】
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【図８】
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