(57)【要約】【課題】感温素子の水中での発熱と、空気中での発熱との違いを利用して水位と水温を測定する。【解決手段】第１の感温素子１と、第２の感温素子２と、判定回路３とを有している。第１の感温素子１と、第２の感温素子２とは、タンク内の水中に浸漬されるものであり、ケース内に内蔵されている。第１の感温素子１は、自己発熱させて水中と空気中での発熱温度の違いを検出するものであり、第２の感温素子２は、第１の感温素子と同じ環境に設置して環境温度を測定するものである。判定回路３は、第２の感温素子２の検出温度を基準温度とし、第１の感温素子１による検出温度を基準温度と比較し、その高低、或いは両温度の一致からタンク内の水位が規定以上か以下かを判定する。【選択図】  図７
2004294208.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の感温素子と、第２の感温素子と、判定回路とを有する水位−水温センサであって、
第１の感温素子と、第２の感温素子とは、タンク内の水中に浸漬されるものであり、ケースに内蔵され、
第１の感温素子は、自己発熱させて水中と空気中での発熱温度の違いを検出するものであり、
第２の感温素子は、第１の感温素子と同じ環境に設置して環境温度を測定するものであり、
判定回路は、第２の感温素子の検出温度を基準温度とし、第１の感温素子による検出温度を基準温度と比較し、その高低、或いは両温度の一致からタンク内の水位が規定以上か以下かを判定する回路であることを特徴とする水位センサ。
【請求項２】
第１の感温素子と、第２の感温素子とは、機器類のタンク内に、互いに熱干渉を生じない一定以上の間隔を置いて規定の水位の高さ位置に設置されているものであることを特徴とする請求項１に記載の水位センサ。
【請求項３】
自己発熱させた前記第１の感温素子は、その発熱温度の高低によりタンク内に充填された液体の水位が第１の感温素子の設置位置より「高い」のか、或いは「低い」のかを判断するとともに、規定の水位以上であったと判断されたときに、その測定温度から水温を検知するものであることを特徴とする請求項１に記載の水位センサ。
【請求項４】
前記第２の感温素子は、水中、空気中の如何にかかわらず、第２の感温素子が設置された環境の温度を検知するものであり、
第２の感温素子の検知温度は、第１の感温素子の発熱温度の高低の判断の基準となる温度を決定するものであることを特徴とする請求項１に記載の水位センサ。
【請求項５】
前記判定回路は、第１の出力回路の出力と、第２の出力回路の出力とを比較するものであり、
第１の出力回路は、第１の感温素子の検知温度に対する電圧を出力する回路であり、
第２の出力回路は、第２の感温素子の検知温度に対する電圧を基準電圧として出力する回路であることを特徴とする請求項１に記載の水位センサ。
【請求項６】
前記基準電圧は、第１の感温素子の出力電圧が水中での相対的に高い電圧を示しているのか、あるいは空気中での相対的に低い電圧を示しているのかの判断の基準を示すものであることを特徴とする請求項５に記載の水位センサ。
【請求項７】
前記基準電圧は、第１の感温素子の水中での出力電圧と、空気中での出力電圧の中間の電圧値として設定されていることを特徴とする請求項５に記載の水位センサ。
【請求項８】
前記基準電圧は、第１の感温素子の水中での出力電圧または空気中での出力電圧に近い電圧値に設定されていることを特徴とする請求項５に記載の水位センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、食器洗浄乾燥機、給湯器、洗濯、乾燥機、浴槽などの機器類の温水或いは水タンク内に設置してタンク内に充填された液体の水位と水温を検知する水位−水温検知センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
食器洗浄器乾燥機のように温水タンクが付設された機器類には、タンクの液体充填量を検知するため、あるいはタンク内の液体温度を検知するために水位−水温検知センサがタンク内に設置される。
【０００３】
タンク内の水位−水温を検知するセンサとして、出願人は、先に特許文献１、特許文献２を提案し、水位センサとして特許文献３を提案し、実用化した。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２８９６９５
【特許文献２】特開２００２−１４８０９８
【特許文献３】特開２００２−１０７２０３
【０００５】
特許文献１に記載の水位−水温検知用複合センサは、対をなす電極の少なくとも一方に温度センサを内蔵したものであり、対をなす電極を上方からタンク内の水中に浸漬し、電極を通じて水温を検知すると同時に電極間の抵抗値の変化をもって水位を検知するものである。
【０００６】
また、特許文献２に記載された水位−水温検知用センサは、タンク内の上限水位位置に設置する第１の電極棒と、水面下に設置する第２の電極棒との組合せからなり、両電極棒を個別にタンク内の水中に差し込み、両電極棒間の電気抵抗の変化をもって水位を検知し、第２の電極棒に組み込んだ温度センサによって水温を測定するものである。
【０００７】
また、特許文献３に記載された水位検知用センサは、対をなす棒状電極を有し、対をなす棒状電極を特許文献１に記載されたセンサと同様に上方からタンク内の水中に浸漬し、棒状電極間の抵抗値の変化をもって水位を検知するものであるが、特許文献３に記載のセンサは、センサの一部に残存する水滴によって抵抗値に影響を受けることが無いように棒状電極間を遮蔽部によって互いに隔離したものである。
【０００８】
以上、特許文献１、２、３に記載されたセンサは、２本の電極を水中に浸して電極間の抵抗を測り、電極間に水が満たされているときの抵抗値と、電極間に水がなくなったときの抵抗値を検知し、電極間に水がなくなったときの抵抗値を示したときに、水位が電極の位置を下回ったと判断する要領において共通するものである。
【０００９】
特許文献１，３に記載されたセンサでは、２本の電極は、上方からタンク内の水中に同じ高さに差し込まれ、水位が２本の電極位置を同時に下回ったときに水位低下が判断され、引用文献２では、第２の電極棒が水中に浸されているときでも、タンク内の上限水位位置に設置された第１の電極棒の位置を下回ったときに水位が低下したと判断される。なお、特許文献１，３に記載されたセンサでは、２本の電極をタンクの底から上向きに差し込むこともでき、このときには、両電極の上端部分が水面に露出したときに水位低下が検知される。
【００１０】
特許文献２に記載したセンサは電極間の距離は問題にはならないが、特許文献１のように電極を平行に並べたときに、電極間の距離が短いと、特許文献３に指摘したような問題が生じてその対策が必要となる。
本発明の目的は、感温素子の水中での発熱と、空気中での発熱との違いを利用して水位と水温を測定する水位−水温センサを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明による水位−水温センサによるときには、第１の感温素子と、第２の感温素子と、判定回路とを有する水位−水温センサであって、
第１の感温素子と、第２の感温素子とは、タンク内の水中に浸漬されるものであり、ケースに内蔵され、
第１の感温素子は、自己発熱させて水中と空気中での発熱温度の違いを検出するものであり、
第２の感温素子は、第１の感温素子と同じ環境に設置して環境温度を測定するものであり、
判定回路は、第２の感温素子の検出温度を基準温度とし、第１の感温素子による検出温度を基準温度と比較し、その高低、或いは両温度の一致からタンク内の水位が規定以上か以下かを判定する回路である。
【００１２】
また、第１の感温素子と、第２の感温素子とは、機器類のタンク内に、互いに熱干渉を生じない一定以上の間隔を置いて規定の水位の高さ位置に設置されているものである。
【００１３】
また、自己発熱させた前記第１の感温素子は、その発熱温度の高低によりタンク内に充填された液体の水位が第１の感温素子の設置位置より「高い」のか、或いは「低い」のかを判断するとともに、規定の水位以上であったと判断されたときに、その測定温度から水温を検知するものである。
【００１４】
また、前記第２の感温素子は、水中、空気中の如何にかかわらず、第２の感温素子が設置された環境の温度を検知するものであり、
第２の感温素子の検知温度は、第１の感温素子の発熱温度の高低の判断の基準となる温度を決定するものである。
【００１５】
また、判定回路は、第１の出力回路の出力と、第２の出力回路の出力とを比較するものであり、
第１の出力回路は、第１の感温素子の検知温度に対する電圧を出力する回路であり、
第２の出力回路は、第２の感温素子の検知温度に対する電圧を基準電圧として出力する回路である。
【００１６】
また、前記基準電圧は、第１の感温素子の出力電圧が水中での相対的に高い電圧を示しているのか、あるいは空気中での相対的に低い電圧を示しているのかの判断の基準を示すものである。
【００１７】
また、前記基準電圧は、第１の感温素子の水中での出力電圧と、空気中での出力電圧の中間の電圧値として設定されているものである。
【００１８】
また、前記基準電圧は、第１の感温素子の水中での出力電圧または空気中での出力電圧に近い電圧値に設定されているものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明による実施の形態を図によって説明する。図１において、本発明による水位センサは、第１の感温素子１と、第２の感温素子２と、判定回路３との組み合わせからなるものである。
【００２０】
第１の感温素子１と、第２の感温素子２とは、具体的にはサーミスタである。図２（ａ）に示すように第１の感温素子１（第２の感温素子２についても同じ）は、金属ケース４に内蔵されており、金属ケース４からは、それぞれの素子の対のリード線５が引き出され、リード線５の端部にはコネクタ６が取り付けられている。この実施形態において、第１の感温素子１と、第２の感温素子２とは、図２（ｂ）に示すように、互いに熱干渉が生じないように一定間隔（少なくとも１０ｍｍ以上）を置いてホルダー７に平行姿勢で保持されている。
【００２１】
ホルダー７は、図２（ｃ）に示すような円形のフランジ８を一体に有し、第１の感温素子１と、第２の感温素子２とはフランジ８から上向きに突出されている。第１の感温素子１と、第２の感温素子２を食器洗浄乾燥機などの機器類のタンク９内に設置するときには、図２（ｂ）に示すようにタンク９の底に開口された孔内にホルダー７を上方から差し込み、タンク９の開口縁にフランジ８を支持させると共に、ホルダー７にパッキング１０を外装してこれをタンク９の下底面にあてがい、さらにホルダー７の外周に刻まれたねじ１１にナット１２をねじ込んでパッキング１０を緊締してホルダー７をタンク９に固定し、第１の感温素子１と、第２の感温素子２とをタンク９内の規定の高さ位置に設置する。
【００２２】
第１の感温素子１は、自己発熱させて水中と空気中での発熱温度の違いを検出するものである。水中で自己発熱させたサーミスタは、空気中で自己発熱させたときに比べてその熱放散定数ははるかに大きい。
【００２３】
そのため、サーミスタの自己発熱温度は水中での発熱温度に比べて空気中での発熱温度が高い。したがって、自己発熱させた第１の感温素子１の発熱温度を測定すれば、その温度の大小により第１の感温素子１が空気中にあるのか、或いは水中にあるのか、言い換えれば、タンク９内に充填された液体の水位が第１の感温素子１の設置位置より「高い」のか、或いは「低い」のかを判断することができる。すなわち、第１の感温素子１が水中に浸されている限り発熱温度が低いが、第１の感温素子１が空気中に露出するような位置にまでタンク９内の水位が下がるとその発熱温度が急激に上昇するのである。
【００２４】
また、タンク９内の水が規定の水位以上であって、第１の感温素子１が水中に浸漬されているときに、その測定温度からタンク９内の水温を検知することができる。第２の感温素子２は、第１の感温素子１の発熱温度が「高い」のか、或いは「低い」の判断の基準となる温度を決定するものである。第２の感温素子２は、水中、空気中の如何にかかわらず、第２の感温素子が設置された環境の温度を正確に検知する。
【００２５】
判定回路３は、第２の感温素子の検出温度を基準温度とし、第１の感温素子による検出温度を基準温度と比較し、その高低、或いは両温度の一致からタンク９内の水位が規定以上あるいは規定以下かどうかを判定する回路であり、後述するように判定回路３は、第１の出力回路１３の出力と、第２の出力回路１４の出力とを直接比較する回路として構成される。
【００２６】
図３に第１の感温素子１の出力回路（第１の出力回路という）１３の例を示す。第１の出力回路１３は、第１の感温素子１の検知温度に対する電圧を出力する回路であり、第１の感温素子１には、熱放散定数が小さいサーミスタを用いる、この例では、２５℃での抵抗値２ｋΩ、Ｂ２５／５０＝３５００Ｋのガラス封入型サーミスタを用いた。また、その電源には、ＤＣ２０Ｖを接続した。また、第１の感温素子１は自己発熱により抵抗が小さくなることから、熱暴走による破損を防止するため、第１の感温素子１と直列に電流制限抵抗ＲＳ（＝５００Ω）を接続し、この抵抗ＲＳによる電圧降下によって、第１の感温素子１への通電電流を制限している。電流制限抵抗ＲＳとして抵抗値５００Ωを選定したが、その抵抗値は、動作温度を定めたときに、そのときのサーミスタの出力電圧、電流及び電源電圧から決定される。
【００２７】
図４は、第１の感温素子１が水中に浸漬されているとき（タンク９内に規定以上の水位が保たれているとき）と、空気中に晒されているとき（タンク９内の水位が規定以下にさがったとき）との出力電圧Ｖａの比較を示したものである。この実施形態において、第１の感温素子１に用いたサーミスタの空気中の熱放散定数は、２．３Ｗ／℃であるのに対し、水中では５．７Ｗ／℃で、約２．５倍の違いがある。
【００２８】
図４中、Ｖａ−ｗは水中での出力電圧、Ｖａ−ａが空気中での出力電圧を示している。この例では、タンク９内の水温が約５０℃では、出力端子電圧Ｖａは約７．５Ｖである。水位の低下によりタンク９内に加水されて水温が２０℃に下がった時の出力端子電圧Ｖａは、１２Ｖに上昇するが、水位が低下して第１の感温素子が空気中に晒されると、自己発熱温度は８０〜９０℃のレベルに上昇し、出力端子電圧Ｖａは６Ｖになる様子を示している。
【００２９】
図４に明らかなように、第１の感温素子１が水中に浸漬されているときと、空気中に晒されていときのいずれも出力電圧は、水中あるいは空気中にかかわらず、タンク内の環境温度が上がるにしたがって低下の傾向をたどるが、水中に浸漬されているときの出力電圧Ｖａ−ｗは、空気中に晒されていときの出力電圧Ｖａ−ａに比べて高いが、その出力電圧は、環境温度によっても変化する。したがって広い温度範囲で使用する場合には、温度補償をする必要がある。第２の感温素子２は、その温度補償のために使用するものである。
【００３０】
図５に第２感温素子２の出力回路（第２の出力回路という）１４の例を示す。第２の出力回路１４は、第２の感温素子２の検知温度に対する電圧を基準電圧として出力する回路であり、第２の感温素子２には、少なくとも０℃〜１００℃の広範囲にわたって正確に温度の変化を検知できるサーミスタであることが必要である。この実施形態では、チップ型サーミスタ（２５℃でのＲｔｈ＝２０ｋΩ、Ｂ２５／５０＝３９３０Ｋ）を用い、自己発熱させないように、第２の出力回路１４には、抵抗Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃを用い、抵抗Ｒｃを第２の感温素子と並列に、さらに抵抗Ｒａ、Ｒｂを直列に接続して抵抗ネットワークを構成している。
【００３１】
第２の出力回路１４から出力される出力電圧Ｖｃは、図４に示す第１の感温素子１の水中での出力電圧Ｖａ−ｗと、空気中での出力電圧Ｖａ−ａとを区別する基準の電圧を設定するものである。第２の感温素子２は、常に第１の感温素子１と同じ環境に置かれ、その環境の温度を測定するが、環境が水中であろうと、空気中であろうと、その測定温度には差が生じない。
【００３２】
各抵抗Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃ値によって決定された環境温度での出力電圧（基準電圧Ｖｃ１、基準電圧Ｖｃ２）を図６に示す。図６に明らかなように、基準電圧Ｖｃ１は、第１の感温素子１の水中での出力電圧Ｖａ−ｗと、空気中での出力電圧Ｖａ−ａの中間の電圧値となり、基準電圧Ｖｃ２は、空気中での出力電圧Ｖａ−ａに近い電圧値を示す。例示はしないが、基準電圧を、水中での出力電圧Ｖａ−ｗに近い電圧値に設定することもできる。
【００３３】
基準電圧Ｖｃ１を選定したときには、第１の感温素子１の出力電圧が基準電圧Ｖｃ１より高い時にはタンク９内は規定以上の水位が保たれていると判断され、基準電圧１より低い時にはタンク９内の水位は規定以下であると判断される。また、基準電圧Ｖｃ２が選定されたときには、第１の感温素子の出力電圧が基準電圧Ｖｃ１より高い時にはタンク９内は規定以上の水位が保たれていると判断される点は、基準電圧Ｖｃ１が選定されたときと同じであるが、タンク９内の水位が規定以下に低下したときには、第１の感温素子１の出力電圧は基準電圧Ｖｃ２に近い電圧を示す。
【００３４】
いずれにしても、基準電圧は、第１の感温素子１の出力電圧が水中での相対的に高い電圧を示しているのか、あるいは空気中での相対的に低い電圧を示しているのかの判断の基準を示すものであり、その基準をどこに置くかは、任意に選ぶことができる。
【００３５】
本発明において、第１の感温素子１の測定温度は、第１の出力回路１３の出力電圧として示され、その測定温度が水温か空気の温度であるかどうかは、第２の出力回路１４の出力電圧によって示される。
【００３６】
第１の出力回路１３の出力Ｖａと、第２の出力回路１４の出力Ｖｃとは、判定回路３によって直接比較される。図７において、判定回路３は、第１の出力回路１３と、第２の出力回路１４とを直流電源１６に並列に接続し、第１の出力回路１３の出力端子Ｖａと、第２の出力回路１４の出力端子Ｖｃに電圧計１５を接続したものである。なお、第２の出力回路の抵抗ネットワークには、図６に示す基準電圧Ｖｃ１を選定した。
【００３７】
この例では、図８の概念図に示すように、第１の感温素子１による温度の測定値が基準値Ｖｃ１より大きければ、判定回路３の電圧計１５は、プラス側に振れて水位が規定以上であることを示し、基準値Ｖｃ１より小さければマイナス側に振れて水位が規定以下であることを示す。電圧計１５は勿論針の振れの方向によって水位の変化を読み取る場合に限るものではなく、デジタル信号として出力することも勿論できる。また、水温は、第１の感温素子１が水中であることを検知した状況のもとで環境温度を検知する第２の感温素子２の検知温度によって示される。
【００３８】
以上、実施形態においては、第１の感温素子１と、第２の感温素子２とをタンク９内に下方から差し込んでタンク９内の水位を検知する場合に適用した例を示した。これによって、水位が第１の感温素子１と、第２の感温素子２の設置高さ以下に低下したときには、タンクが空になったと判断され、判定回路３から出力される信号をもって、例えばタンク９内への給水指令を発し、あるいはタンク９を加熱するヒータ（図示略）の電源を切って、タンク９の空焚きを防止することができる。感温素子１，２をタンク９内に上方から差し込んで水位を測定する場合も、その測定要領は全く同じである。
【００３９】
【発明の効果】
以上のように本発明は、自己発熱させた第１の感温素子の発熱温度が水中と、空気中とでは違うことを利用してタンク内の水位の変化を検知するものであり、水中での発熱温度と、空気中での発熱温度との違いは、基準となる環境温度と比較することによって容易に判定することができ、同時にタンク内に充填された水温を検知できる。
【００４０】
本発明によれば、自己発熱させて水中と空気中での発熱温度の違いを検出する第１の感温素子と、環境温度を測定する第２の感温素子と、第２の感温素子の検出温度を基準温度とし、第１の感温素子による検出温度を基準温度と比較し、その高低、或いは両温度の一致からタンク内の水位が規定以上かどうかを判定してタンク内の水位あるいはタンク内の水の有無を正確に検知することができる。
【００４１】
また、本発明によれば、２個の感温素子がタンク内に差し込まれるが、先行例として引用した特許文献１〜３のように電極棒ではないため、第１と第２の感温素子間にブリッジとして付着する水滴の影響や液体の抵抗値の影響を受けることが無く、第１と第２の感温素子を同一の環境のもとに置いてその環境温度を基準として水中か空気中かの判定を正確に行うことができる。本発明は、食器洗浄乾燥機、給湯器、洗濯、乾燥機、浴槽などの機器類の温水或いは水タンク内に設置して優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による水位センサの設置例を示す略示図である。
【図２】（ａ）は、ケースに内蔵された第１感温素子を示す図、（ｂ）は、水位センサの正面図、（ｃ）は、同平面図である。
【図３】第１の出力回路図である。
【図４】第１の出力回路から出力される水中及び空気中での電圧波形図である。
【図５】第２の出力回路図である。
【図６】第２の出力回路から出力される基準波形図である。
【図７】判定回路図である。
【図８】判定回路の電圧計の振れの方向と、水中、空気中の判定要領を示す図である。
【符号の説明】
１  第１の感温素子
２  第２の感温素子
３  判定回路
４  金属ケース
５  リード線
６  コネクタ
７  ホルダ
８  フランジ
９  タンク
１０  パッキング
１１  ねじ
１２  ナット
１３  第１の出力回路
１４  第２の出力回路
１５  電圧計
１６  直流電源
【図１】
2004294208.tif 000003
【図２】
2004294208.tif 000004
【図３】
2004294208.tif 000005
【図４】
2004294208.tif 000006
【図５】
2004294208.tif 000007
【図６】
2004294208.tif 000008
【図７】
2004294208.tif 000009
【図８】
2004294208.tif 000010