(57)【要約】【課題】水温制御装置の制御を簡単とし、製作費も安価とする。【解決手段】水温が設定温度範囲内の所定値となってから下限値となるまでの間、電熱線20からの発熱量を通常熱量より一定割合だけ少ない低熱量としたので、前述した期間に水温が設定温度範囲の上限値以上に上昇しても、この上昇時における電熱線20からの発熱量は通常熱量より一定割合だけ少ない低熱量である。この結果、前記上限値からのオーバーシュート量を容易に低減させることができるとともに、制御も簡単となって水温制御装置の製作費を容易に安価となることができる。【選択図】図２
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
通電されたとき発熱して水槽内の水を加熱する発熱体と、水槽内の水の温度を検出する温度センサと、前記温度センサによる検出温度が設定温度範囲の上限値まで上昇したとき、発熱体に対する通電を遮断する一方、前記検出温度が設定温度範囲の下限値まで下降したとき、発熱体に対し通電して発熱体から通常熱量を発熱させる制御手段とを備え、前記制御手段は、前記水温が設定温度範囲内の所定値まで下降してから下限値となるまでの間、発熱体からの発熱量が前記通常熱量より一定割合だけ少ない低熱量となるよう通電制御することを特徴とする水槽の水温制御装置。
【請求項２】
前記低熱量は、通常熱量の 1/2の値である請求項１記載の水槽の水温制御装置。
【請求項３】
サイリスタにより発熱体への通電時間を制御することで発熱体の発熱量を制御しているとき、該サイリスタにより交流電圧が正の値または負の値のいずれか一方のときのみ通電させるようにした請求項２記載の水槽の水温制御装置。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この考案は、発熱体に対する通電を制御することで、水槽内の水の温度を設定温度範囲内となるよう制御する水槽の水温制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の水槽の水温制御装置としては、例えば以下の特許文献１に記載されているようなものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−１７８９６８号公報
【０００４】
このものは、通電されたとき発熱して水槽内の水を加熱するヒータと、水槽内の水の温度を検出する温度検知素子と、前記温度検知素子による検出温度が所定温度の上限値まで上昇したとき、商用電源からヒータへの通電を停止する一方、前記検出温度が所定温度の下限値まで下降したとき、ヒータへの通電を開始する制御手段とを備えた水槽用加温装置であって、前記温度検知素子で検知された水温が前記上、下限値の範囲内のときには、前記温度検知素子で検知された水温に応じて商用電源の位相を制御、具体的には、水温が所定温度範囲内の中心温度より低温である場合には、トライアックをオンとしている時間が長くなるよう、逆に、水温が所定温度範囲内の中心温度より高温である場合には、前記トライアックをオフとしている時間が長くなるよう制御し、これにより、ヒータの加熱により水温が前記所定温度の上限値より高くなるオーバーシュートを低減させるようにしたものである。
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような従来の水槽用加温装置にあっては、商用電源の位相を温度検知素子で検知された水温に応じて制御、即ち、交流電源における１サイクル中の通電時間を連続的に増減させるようにしているため、制御が複雑となり製作費が高価となってしまうという課題があった。
【０００６】
この考案は、制御が簡単で製作費を安価とすることができる水槽の水温制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このような目的は、通電されたとき発熱して水槽内の水を加熱する発熱体と、水槽内の水の温度を検出する温度センサと、前記温度センサによる検出温度が設定温度範囲の上限値まで上昇したとき、発熱体に対する通電を遮断する一方、前記検出温度が設定温度範囲の下限値まで下降したとき、発熱体に対し通電して発熱体から通常熱量を発熱させる制御手段とを備え、前記制御手段は、前記水温が設定温度範囲内の所定値まで下降してから下限値となるまでの間、発熱体からの発熱量が前記通常熱量より一定割合だけ少ない低熱量となるよう通電制御する水槽の水温制御装置により、達成することができる。
【考案の効果】
【０００８】
この考案においては、制御手段により、水温が設定温度範囲内の所定値まで下降してから下限値となるまでの間、発熱体からの発熱量が通常熱量より一定割合だけ少ない低熱量となるよう通電制御したので、前述した期間に水温が設定温度範囲の上限値以上に上昇しても、緩やかな温度上昇であるため、上限値からのオーバーシュート量を容易に低減させることができる。しかも、発熱体からの発熱量が低熱量であるため、発熱体の熱負担を軽減することができるとともに、空焚き時における遮断温度を低温とすることもできる。さらに、このときの制御は、発熱体からの発熱量を通常熱量より一定割合だけ少ない低熱量とするだけであり、この結果、制御が簡単となって水温制御装置の製作費を容易に安価とすることができる。
【０００９】
また、請求項２に記載のように構成すれば、発熱量が低熱量であるときの水温上昇をなだらかとしながら、水温が頻繁に設定温度範囲の下限値となる事態を抑制することができる。さらに、請求項３に記載のように構成すれば、通電時間の制御が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この考案の実施形態１を示す一部が破断された全体概略正面図である。
【図２】一部が記号で示されたヒーターユニット、制御ユニット近傍の正面断面図である。
【図３】発熱体への通電電力を示す波形図である。
【考案を実施するための形態】
【００１１】
以下、この考案の実施形態１を図面に基づいて説明する。
図１、２において、11は観賞魚等の飼育を行う水槽であり、この水槽11内には所定量の水（淡水、海水）Ｗが貯留されている。12は両端が開口した円筒状のヒーター管であり、このヒーター管12は、例えばセラミック、石英、ガラス等から構成されている。そして、このヒーター管12の一端および他端にはそれぞれゴムやプラスチック等の絶縁材料からなるキャップ13およびキャップ14がそれぞれ嵌合されており、これらキャップ13、14により前記ヒーター管12の一端開口および他端開口がそれぞれ閉止されることで、該ヒーター管12内は密閉空間となっている。前述したヒーター管12、キャップ13、14は全体としてケース15を構成する。なお、この考案においては、ヒーター管を他端に底壁を有する有底円筒状のものから構成してもよく、この場合にはヒーター管の一端のみにキャップが嵌合されることになる。
【００１２】
前記ケース15内でその一端部に仕切板18が配置されることで、ケース15の内部は一端側の一側室15ａと他端側の他側室15ｂとに仕切られ、この一側室15ａにはシリコン等からなるシール材が充填されている。そして、前記他側室15ｂには軸方向に延びる帯板状のセパレータ19が収納され、これにより、該他側室15ｂ内は半円柱状の空間に２分割される。20は前記ケース15、詳しくは他側室15ｂ内に密閉収納された発熱体としての螺旋状に屈曲した電熱線であり、この電熱線20はその両端が仕切板18に設けられた一対のコネクタ21ａ、21ｂにそれぞれ接続されるとともに、その中央部が前記セパレータ19によって分割された半円柱状の空間内を軸方向に延び、さらに、その中央がセパレータ19を貫通しながら他側室15ｂの他端部において折り返されている。ここで、この電熱線20は、例えば鉄・ニッケル合金、ニッケル・クロム合金、鉄・クロム合金から構成され、通電されたときに発熱して水槽11内の水Ｗを加熱する。
【００１３】
また、この電熱線20の周囲の他側室15ｂには絶縁砂が充填されており、この結果、前記電熱線20から放出された熱は該絶縁砂を通じて水槽11内の水Ｗに伝達され該水Ｗを加熱する。なお、この考案においては、発熱体を、複数の抵抗器、例えば炭素皮膜抵抗器を並列接続することで構成したり、あるいは、面状発熱体、例えば、ポリイミド樹脂製シートによって両側から挟持されたステンレス箔等から構成するようにしてもよい。前述したケース15、仕切板18、セパレータ19、電熱線20は全体として水槽11内の水Ｗを加熱することができるヒーターユニット22を構成する。前記ケース15、詳しくは一側室15ａ内にはサーミスタから構成され、水槽11内の水Ｗの温度を検出する温度センサ23が内蔵され、この温度センサ23はヒーター管12の内面に押し付けられるとともに、その両端に一対の信号線24の他端が接続されている。25は水槽11から離れて設置された制御ユニットであり、この制御ユニット25と前記ヒーターユニット22とは、前記信号線24および一対の導電線26が埋設された第１コード27により接続されている。28は前記制御ユニット25に内蔵されたＩＣチップ等の制御手段であり、この制御手段28には前記信号線24が接続され、これにより、該制御手段28には前記温度センサ23からの検出信号が入力される。
【００１４】
31は前記制御ユニット25内に設けられた設定部であり、この設定部31から前記制御手段28に設定範囲信号が出力されるが、該設定範囲信号の値は制御ユニット25に設けられた設定ダイヤル32を回転することで調節することができる。また、この制御ユニット25内には前記一方の導電線26が接続された通電制御素子としてのサイリスタ33（ここでは２個のサイリスタからなるトライアック）が設置され、これにより、該サイリスタ33は前記電熱線20に直列接続されることになる。そして、前記制御手段28に設定部31から設定範囲信号が、温度センサ23から検出信号が入力されると、該制御手段28は温度センサ23が検出した温度と設定部31によって設定された設定温度範囲とを比較するが、このとき、温度センサ23による検出温度が設定温度範囲の下限値まで下降した場合には、該制御手段28は前記サイリスタ33を作動する（ＯＮとなる）よう制御することで、電熱線20に対し連続通電して電熱線20から通常熱量を発熱させ、ヒーターユニット22を加温モードとする一方、検出温度が設定温度範囲の上限値（通常、設定温度と呼ばれる）まで上昇した場合には、該制御手段28はサイリスタ33の作動が停止する（ＯＦＦとなる）よう制御して電熱線20に対する通電を遮断し、発熱量を零とする。ここで、前述した通常熱量とは、電熱線20に商用電源（ 100Ｖの交流電源）から電力が連続供給されたときの該電熱線20からの発熱量のことである。35は一端に商用電源のコンセントに差し込まれるプラグ34が取り付けられ、他端部が制御ユニット25に接続された第２コードであり、この第２コード35内には前記サイリスタ33に他端が接続された一方の導電線36と、残りの導電線26に他端が接続された他方の導電線36とが埋設されている。
【００１５】
なお、この考案においては、前記温度センサを、ヒーターユニット22から離れた位置において水Ｗに沈められた別構造のセンサケース内に密閉収納するとともに、該温度センサと前記制御手段とをコードにより接続するようにしたり、あるいは、制御手段、通電制御素子（サイリスタ）を温度センサ近傍のケースの一側室内に収納するようにしてもよい。39はケース15の一側室15ａ内に設置されるとともに、導電線26の途中に介装された遮断手段としてのバイメタル式サーモスタットからなるサーマルプロテクタであり、このサーマルプロテクタ39は前記ケース15（ヒーター管12）の内面に接触した状態で密閉収納されている。ここで、前記サーマルプロテクタ39は、該サーマルプロテクタ39の温度が前記設定温度範囲の上限値よりかなり高い異常温度まで上昇したとき、作動して前記電熱線20に対する通電をブロック（遮断）する。
【００１６】
なお、この考案においては、遮断手段として前記サーマルプロテクタ39と同様のサーマルリードスイッチや、異常温度となったとき溶断する温度ヒューズを用いてもよく、さらに、前述の水温制御と同様のサーミスタ、サイリスタ、制御手段から構成してもよい。この結果、前述の電熱線20およびサーマルプロテクタ39は導電線26に直列に接続されていることになる。そして、気中通電等により該サーマルプロテクタ39が異常温度まで上昇すると、サーマルプロテクタ39が作動して電熱線20に対する通電が遮断される。ここで、前記電熱線20に対する通電時における該電熱線20からの発熱量が、周知技術のように常時前述した通常熱量である場合には、該電熱線の発熱により水槽内の水の温度が一定割合で上昇する。そして、従来においては、前記水の温度が設定温度範囲の上限値まで上昇すると、温度センサからの検出信号を基に制御手段はサイリスタを停止させて通電を遮断し電熱線の発熱を停止させるが、このとき、該電熱線は高温となっているので、その予熱により水は前述の上限値を超えて加熱され、水温が大幅にオーバーシュートしてしまうのである。その後、温度センサによる水の検出温度が設定温度範囲の下限値以下に低下するまでの間は電熱線への通電はないが、前記下限値以下まで低下すると、再び電熱線に通電され、該電熱線は通常熱量を発熱する。
【００１７】
前述のように周知の水温制御装置では、水温が大幅にオーバーシュートしてしまうが、このような事態に対処するため、この実施形態では、前記制御手段28により水Ｗの水温が設定温度範囲内の所定値まで下降してから下限値となるまでの間、電熱線20からの発熱量が前記通常熱量より一定割合だけ少ない低熱量となるよう通電制御するようにしたのである。ここで、前述の所定値とは、設定温度範囲の上限値以下で下限値を超えたいずれかの温度、例えば、前記上限値から上限値と下限値との温度差の 1/3だけ減じた温度、であり、水Ｗの水量、電熱線20の消費電力、室温等を総合的に勘案して決定する。また、水温が所定値まで下降したとき、低熱量に切換えるようにしており、温度上昇により所定値となったときには低熱量に切換えられることはない。即ち、電熱線20の発熱により水Ｗの温度が設定温度範囲の上限値まで上昇すると、制御手段28はサイリスタ33の作動を停止して電熱線20への通電を遮断するため、水Ｗの温度は徐々に低下するが、この低下の途中で水Ｗの温度が所定温度まで最初に低下すると、制御手段28はサイリスタ33の作動および電熱線20への通電電力を制御し、電熱線20からの発熱量を低熱量としてヒーターユニット22を保温モードに切換え、水Ｗの温度変化（低下）を緩やかなものとしているのである。
【００１８】
また、前述のように電熱線20からの発熱量が低熱量であると、水Ｗの温度（温度センサ23による水Ｗの検出温度）が設定温度範囲の下限値まで低下することがあるが、この場合には制御手段28は水Ｗの温度が低下し過ぎたと判断し、サイリスタ33を制御して電熱線20からの発熱量が通常熱量となるよう制御する。前述のように制御手段28により、水温が設定温度範囲内の所定値となってから下限値となるまでの間、電熱線20からの発熱量が通常熱量より一定割合だけ少ない低熱量となるよう通電制御を行えば、前述した期間内に水温が設定温度範囲の上限値以上に上昇しても、緩やかな温度上昇であるため、上限値からのオーバーシュート量を容易に低減させることができる。しかも、電熱線20からの発熱量が低熱量であると、電熱線20の熱負担を軽減することができるとともに、空焚き時における遮断温度（ヒーター管12の表面温度）を低温とすることもできる。さらに、このときの制御は、電熱線20からの発熱量を通常熱量より一定割合だけ少ない低熱量とするだけであり、この結果、制御が簡単となって水温制御装置の製作費を容易に安価となることができる。
【００１９】
ここで、前述した低熱量を通常熱量の 1/2の値とすることが好ましい。その理由は、前述のように 1/2とすると、発熱量が低熱量であるときの水温上昇をなだらかとしながら、水温が急速に低下して頻繁に設定温度範囲の下限値となる事態を抑制することができるからである。また、前述のようにサイリスタ33により電熱線20への通電時間を制御することで、電熱線20の発熱量を制御（通常熱量または低熱量のいずれかと）するようにしているときには、該サイリスタ33により交流電圧が正の値または負の値のいずれか一方のときのみ、通電させるようにすることが好ましい。その理由は、このようにすれば通電時間の制御が容易となるからである。ここで、この実施形態では図３に太い実線で示すように、正の値のときのみ通電させるようにしたが、この考案においては、負の値のときのみ通電させるようにしてもよい。
【００２０】
次に、前記実施形態１の作用について説明する。
前述した水温制御装置を用いて水Ｗの水温制御を行う場合には、ヒーターユニット22を水槽11内の水Ｗに沈めるとともに、設定ダイヤル32によって水Ｗが希望する水温となるよう温度設定を行う。次に、プラグ34を商用電源に接続すると、温度センサ23は水Ｗの温度を検出してその検出結果を検出信号として制御手段28に出力するが、このとき、水Ｗの温度が設定温度範囲内、即ち上限値と下限値との間であると、制御手段28は電熱線20への通電を遮断するため、水Ｗは加熱されない。この結果、放熱により水Ｗの温度が徐々に低下するが、該水Ｗの温度が設定温度範囲の下限値まで低下すると、制御手段28はサイリスタ33を作動して電熱線20への通電を開始させ、電熱線20を通常熱量で発熱させて水Ｗの温度を上昇させる。そして、温度センサ23による水Ｗの検出温度が設定温度範囲の上限値となると、制御手段28はサイリスタ33の作動を停止させ電熱線20からの発熱を停止させる。このようにして水槽11内の水Ｗの温度は設定温度範囲内に制御される。この最初のオーバーシュート時におけるオーバーシュート量は周知技術と同程度となる。そして、前述のように電熱線20からの発熱が停止すると、水Ｗの温度が低下するが、この低下の途中で水Ｗの温度が最初に所定温度まで低下すると、制御手段28はサイリスタ33の作動および電熱線20への通電電力を制御して電熱線20からの発熱量を低熱量とし、水Ｗの温度変化を緩やかなものとする。
【００２１】
このように電熱線20からの発熱量が低熱量となると、水Ｗの温度が緩やかに上昇して設定温度範囲の上限値に向かう場合と、水Ｗの温度が緩やかに下降して設定温度範囲の下限値に向かう場合（通常の水温制御装置ではこちらに該当する場合が多い）と、さらに、水Ｗの温度が所定温度近傍で維持される場合とがある。例えば、水量に対して電熱線20からの発熱量が多い場合や、設定温度範囲の上限値と室温との温度差が小さい場合等には、前述した緩やかな温度上昇により上限値まで上昇するが、このときには、温度センサ23からの検出信号を基に制御手段28は再びサイリスタ33を停止させて電熱線20への通電を停止させる。この時点までの電熱線20からの発熱量は低熱量であるため、温度のオーバーシュート量はかなり低減される。その後、水Ｗの温度が所定温度まで低下すると、前述と同様に電熱線20に対し通電が開始されるが、このときの電熱線20からの発熱量は前述と同様に低熱量であり、再度保温モードとなる。一方、水量に対して電熱線20からの発熱量が少ない場合や、設定温度範囲の上限値と室温との温度差が大きい場合等には、水Ｗの温度が温度低下により下限値まで低下する。このとき、制御手段28によりサイリスタ33が作動されて電熱線20に通電されるが、このとき、制御手段28は電熱線20による発熱量が不足していると判断し、電熱線20からの発熱量が通常熱量となるよう加温モードに切換える。その後の動作は前述と同様である。なお、前述のように水Ｗの温度が所定温度近傍で維持される場合には、電熱線20からの発熱量は低熱量のままである。
【００２２】
このように温度低下によって水温が所定値となった場合には、電熱線20の発熱量が低熱量に切換えられるが、このような低熱量の発熱は、水温が設定温度範囲の下限値に低下するまでの間、継続される。この結果、上限値からのオーバーシュート量が低減するとともに、電熱線20の熱負担が軽減されるとともに、制御が簡単となって製作費を安価とすることができる。また、電熱線20への通電中に、誤ってヒーターユニット22が水槽11から空中に取り出されたり、あるいは、水槽11から水Ｗが流出してヒーターユニット22が空中に露出したりすると、周囲が断熱性の高い空気により囲まれるため、電熱線20が発した熱の行き場が無くなってケース15の温度が上昇する。このとき、温度が上昇したケース15からサーマルプロテクタ39に高温が伝達されてサーマルプロテクタ39の温度が異常温度まで上昇、即ちサーマルプロテクタ39が気中通電を検出し、これにより、サーマルプロテクタ39が作動して電熱線20への通電を遮断し安全性を向上させる。このとき、電熱線20の発熱量が低熱量であると、電熱線20とサーマルプロテクタ39との温度差が小さい段階で（ケース15の温度上昇が小さいときに）気中通電を検出することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
この考案は、発熱体に対する通電を制御することで、水槽内の水の温度を設定温度範囲内となるよう制御する産業分野に適用できる。
【符号の説明】
【００２４】
11…水槽                   20…発熱体
23…温度センサ             28…制御手段
33…サイリスタ             Ｗ…水
【図１】
0003212996.tif 000003
【図２】
0003212996.tif 000004
【図３】
0003212996.tif 000005