(57)【要約】  【課題】      強制冷却の必要がなく故障時にも安全に水温制御をする。  【解決手段】  基端側制御部29から基端側サイリスタ19にゲート電流として連続直流電流を出力するとともに、基端側、先端側サイリスタ19、41間に軽起動負荷61を設けたので、基端側サイリスタ19を保持電流に関係なく導通状態とすることができ、これにより、水温制御装置全体を正常に作動させることができる。このとき、故障により基端側または先端側サイリスタ19または41が導通状態のまま制御不能となったとしても、残りのサイリスタが正常に作動し、安全に水温制御を行うことができる。【選択図】    図２
2005110631.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基端に交流電源に接続されるプラグが連結され、先端間に通電されたとき発熱して水槽内の水の温度を上昇させる発熱体が設けられた一対の通電線と、前記通電線に設けられ、入力されるゲート電流に基づいて通電線における通電状態を制御する基端側サイリスタと、前記基端側サイリスタより先端側の通電線に設けられ、入力されるゲート電流に基づいて通電線における通電状態を制御する先端側サイリスタと、水温をそれぞれ検出する基端側および先端側検出センサと、基端側検出センサからの検出結果に基づいて基端側サイリスタに連続直流電流のゲート電流を出力することができる基端側制御部と、先端側検出センサからの検出結果に基づいて先端側サイリスタにゲート電流を出力することができる先端側制御部と、基端側サイリスタと先端側サイリスタとの間の一対の通電線を接続する接続線の途中に設けられ、基端側制御部から基端側サイリスタにゲート電流が出力されているとき、基端側トライアックを継続して導通状態とする小発熱量の軽起動負荷とを備えたことを特徴とする水槽の水温制御装置。
【請求項２】
前記軽起動負荷のインピーダンス値は１０ｋΩ〜５００ｋΩの範囲内である請求項１記載の水槽の水温制御装置。
【請求項３】
前記基端側サイリスタと先端側サイリスタとの間において一対の通電線を切断するとともに、基端側切断端にコネクタの基端側コネクタ片を、先端側切断端にコネクタの先端側コネクタ片を設け、基端側、先端側コネクタ片同士を結合分離可能とした請求項１記載の水槽の水温制御装置。
【請求項４】
前記基端側制御部によって通常の水温制御を行い、先端側制御部によって、水温が高温となったとき、通電を停止させるリミット制御を行うようにした請求項１記載の水槽の水温制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、観賞魚等を飼育する水槽の水温を制御する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。
【特許文献１】特開平１０−１４４３９号公報
【０００３】
このものは、基端に交流電源に接続されるプラグが連結され、先端間に通電されたとき発熱して水槽内の水の温度を上昇させる発熱体が設けられた一対の通電線と、前記通電線に設けられ、入力されるゲート電流に基づいて通電線における通電状態を制御するトライアックと、水槽内の水温を検出する水温検出センサと、水温検出センサからの検出結果に基づいてトライアックにゲート電流を出力することができる制御回路とを備えたものである。そして、前述の制御回路としては、通常、ゼロクロスパルス（交流電圧の零点付近で同期パルスを発生する）駆動回路が用いられている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような従来の水槽の水温制御装置にあっては、トライアック、制御回路等が故障をして発熱体に対し通電を継続した状態のまま制御不能となったとき、人が気付くまでは何等の対処も行うことはできず、この結果、水温が異常温度まで上昇して観賞魚等を死なせてしまうことがあるという問題があった。
【０００５】
このため、前記トライアックより先端側の通電線に、前述と同様のトライアック、水温検出センサ、制御回路を追加し、これら追加したトライアック等によって、前述のような既存トライアック等の故障時における通電線の通電状態を制御することも考えられる。しかしながら、このように単にトライアック等を追加した場合、追加したトライアック等が遮断状態時に数十ＭΩ程度の非常に大きなインピーダンス値を有しているため、既存トライアックにゲート電流（パルス電流）を入力しても、通電線には既存トライアックの保持電流（数百ｍＡ以上）より著しく低い数μＡ程度の電流しか流れず、この結果、既存トライアックは作動しなくなって水温制御が全く出来なくなってしまうのである。
【０００６】
このような事態を解決するため、既存トライアックと追加トライアックとの間の一対の通電線を接続線で接続するとともに、該接続線の途中に軽起動負荷を設けることも考えられるが、前述した既存トライアックに保持電流以上の電流を流させるためには、前記軽起動負荷のインピーダンス値を 200Ω程度より小さくしなければならない。しかしながら、軽起動負荷のインピーダンス値がこのような値であると、該軽起動負荷から大熱量が発生し、この結果、ファン等の強制冷却手段を設置して強制冷却を行わないと、トライアック等の電子部品が許容上限温度以上に加熱されてしまうという課題があった。
【０００７】
この発明は、強制冷却の必要がなく故障時にも安全に水温制御を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】
【０００８】
このような目的は、基端に交流電源に接続されるプラグが連結され、先端間に通電されたとき発熱して水槽内の水の温度を上昇させる発熱体が設けられた一対の通電線と、前記通電線に設けられ、入力されるゲート電流に基づいて通電線における通電状態を制御する基端側サイリスタと、前記基端側サイリスタより先端側の通電線に設けられ、入力されるゲート電流に基づいて通電線における通電状態を制御する先端側サイリスタと、水温をそれぞれ検出する基端側および先端側検出センサと、基端側検出センサからの検出結果に基づいて基端側サイリスタに連続直流電流のゲート電流を出力することができる基端側制御部と、先端側検出センサからの検出結果に基づいて先端側サイリスタにゲート電流を出力することができる先端側制御部と、基端側サイリスタと先端側サイリスタとの間の一対の通電線を接続する接続線の途中に設けられ、基端側制御部から基端側サイリスタにゲート電流が出力されているとき、基端側トライアックを継続して導通状態とする小発熱量の軽起動負荷とを備えることにより、達成することができる。
【発明の効果】
【０００９】
この発明においては、基端側制御部から基端側サイリスタにゲート電流として連続直流電流を出力するとともに、基端側サイリスタと先端側サイリスタとの間の一対の通電線を接続する接続線の途中に軽起動負荷を設けたので、基端側サイリスタを保持電流に関係なく導通状態とすることができる。これにより、軽起動負荷のインピーダンス値を背景技術で説明した軽起動負荷より大きくすることで、通電時に該軽起動負荷から発生する熱量を強制冷却の必要のない程度まで小さくしても、水温制御装置を正常に作動させることができる。
【００１０】
これにより、基端側、先端側サイリスタは、基端側、先端側検出センサからの検出結果に基づいて基端側、先端側制御部から出力されたゲート電流により導通状態が制御され、水温の制御が行われる。このとき、基端側、先端側のサイリスタ、検出センサ、制御部のいずれかが故障をして、基端側または先端側のサイリスタが導通状態のまま制御不能となったとしても、残りのサイリスタが正常に作動するため、安全に水温制御を行うことができる。
【００１１】
また、請求項２に記載のように構成すれば、発熱を効果的に抑制しながら基端側サイリスタを確実に作動させることができる。
さらに、請求項３に記載のように構成すれば、基端側のサイリスタ等あるいは先端側のサイリスタ等のいずれかが故障したとき、故障側のサイリスタ等を交換するだけで対処することができる。しかも、先端側のサイリスタ、検出センサ、制御部および発熱体はヒーターユニットとしてユニット化されて市販されているため、これをそのまま使用することもできる。
また、請求項４に記載のように構成すれば、先端側検出センサとして精度の低い安価なものを用いることができるとともに、先端側サイリスタは切換え動作回数が少ないため、故障し難く、確実にリミッターとして機能させることができる。
【実施例１】
【００１２】
以下、この発明の実施例１を図面に基づいて説明する。
図１、２において、11は観賞魚の飼育等を行う水槽であり、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、13は前記水槽11から離れて設置された一対の基端側通電線であり、これら基端側通電線12、13の基端には商用交流電源に接続されるプラグ14が連結され、一方、これら基端側通電線12、13の先端には基端側コネクタ片としての出力ソケット15が連結されている。
【００１３】
16は水温の設定を行う水温設定器17が設けられた制御ユニット18のケースであり、このケース16内を前記基端側通電線12、13の途中が通過している。19は前記ケース16に内蔵されトライアック、ＳＣＲ等の電力制御素子から構成、ここではトライアックから構成された基端側サイリスタであり、この基端側サイリスタ19はケース16内を通過している部位の基端側通電線12または13、ここでは基端側通電線12に設けられ、後述のゲート電流に基づいて基端側通電線12、13における通電状態を制御する。
【００１４】
21は水Ｗに沈められている検出ユニットであり、この検出ユニット21のケース22内にはサーミスタ等から構成され、前記水Ｗの水温を検出する基端側検出センサ23が内蔵されている。この基端側検出センサ23と前記ケース16に内蔵された比較回路24とは接続線25により接続され、また、この比較回路24には前記水温設定器17および前記基端側サイリスタ19にゲート電流を出力するゲート回路27が接続されている。なお、26は直流定電圧を生じさせる直流電源回路である。
【００１５】
そして、比較回路24に水温設定器17からの設定信号および基端側検出センサ23からの検出信号が入力されると、該比較回路24は基端側検出センサ23が検出した温度と水温設定器17によって設定された設定温度とを比較し、検出温度が設定温度未満である場合には、前記ゲート回路27から基端側サイリスタ19にゲート電流を出力して基端側サイリスタ19を導通状態とする一方、検出温度が設定温度を超えると、ゲート電流の出力を停止させ、基端側サイリスタ19を遮断状態とする。前述した水温設定器17、比較回路24、ゲート回路27は全体として、基端側検出センサ23からの検出結果に基づいて基端側サイリスタ19にゲート電流を出力することができる基端側制御部29を構成し、また、ケース16、基端側サイリスタ19、直流電源回路26、基端側制御部29は全体として、前記制御ユニット18を構成する。
【００１６】
31は検出ユニット21のケース22に内蔵されている補助ヒーターであり、この補助ヒーター31は前記基端側検出センサ23の近傍に設置されている。そして、この補助ヒーター31には、電源投入以後、常時小電力が通電されているため、該補助ヒーター31からは若干の熱量が放熱されている。
【００１７】
34、35は一対の先端側通電線であり、これら先端側通電線34、35の基端には、前記出力ソケット15に差し込まれると結合し、引き抜かれると分離する結合分離可能な先端側コネクタ片としての入力プラグ36が設けられ、一方、その先端間には、通電されたとき大量の熱を発熱して水槽11内の水Ｗの温度を上昇させる発熱体としての電熱線37が設けられている。そして、これら先端側通電線34、35の先端部（電熱線37を含む）は水槽11の水Ｗに沈められているヒータユニット38のケース39内に密封収納されている。
【００１８】
前記ケース39内には外部から設定温度を調節することができる水温設定器40が収納され、この水温設定器40の設定温度は前記水温設定器17の設定温度（飼育に適した目標温度）より若干高温、例えば水温設定器17の設定温度が２６度Ｃであるとき、水温設定器40の設定温度を３６度Ｃ程度としている。41はケース39内に収納されトライアック、ＳＣＲ等から構成、ここではトライアックから構成された先端側サイリスタであり、この先端側サイリスタ41はケース39内に位置している部位の先端側通電線34または35、ここでは先端側通電線34に設けられ、後述のゲート電流に基づいて先端側通電線34、35における通電状態を制御する。
【００１９】
44は前記ケース39内に収納されサーミスタ等から構成された先端側検出センサであり、この先端側検出センサ44はケース39の内面に密着配置され、ケース39を介して水Ｗの水温を検出する。45はケース39に内蔵され、前記水温設定器40および先端側検出センサ44が接続された比較回路であり、この比較回路45には前記先端側サイリスタ41にゲート電流を出力するゲート回路47が接続されている。なお、46は直流定電圧を生じさせる直流電源回路である。
【００２０】
そして、比較回路45に水温設定器40からの設定信号および先端側検出センサ44からの検出信号が入力されると、該比較回路45は先端側検出センサ44が検出した温度と水温設定器40によって設定された設定温度とを比較し、検出温度が設定温度未満である場合には、前記ゲート回路47から先端側サイリスタ41にゲート電流を出力して先端側サイリスタ41を導通状態とする一方、検出温度が設定温度を超えると、ゲート電流の出力を停止させ、先端側サイリスタ41を遮断状態とする。
【００２１】
前述した水温設定器40、比較回路45、ゲート回路47は全体として、先端側検出センサ44からの検出結果に基づいて先端側サイリスタ41にゲート電流を出力することができる先端側制御部48を構成する。ここで、前述のように水温設定器17の設定温度を飼育に適する目標温度とし、水温設定器40の設定温度を水温設定器17の設定温度より若干高温とすれば、基端側制御部29によって通常の水温制御を行う一方、基端側サイリスタ19、基端側制御部29等が故障をして電熱線37に通電され続け水Ｗの水温が高温となったときには、先端側制御部48によって電熱線37への通電を停止させるリミット制御を行うことができる。このようにヒータユニット38はリミット制御を行えばよいので、先端側検出センサ44として精度の低い安価なものを用いることができるとともに、先端側サイリスタ41は導通、遮断の切換え動作回数が基端側サイリスタ19に比較して少ないため、故障し難く、確実にリミッターとして機能させることができる。
【００２２】
51はケース39に内蔵されている補助ヒーターであり、この補助ヒーター51は前記先端側検出センサ44の近傍に設置されている。そして、この補助ヒーター51には、電源投入以後、常時小電力が通電されているため、該補助ヒーター51からは若干の熱量が放熱されている。
【００２３】
このように基端側検出センサ23を補助ヒーター31によって、また、先端側検出センサ44を補助ヒーター51によってそれぞれ常時加熱するようにすれば、水Ｗが消失したときの空焚き（気中通電）を２重に防止することができる。また、このような基端側検出センサ23、先端側検出センサ44は検出ユニット21、ヒータユニット38が水Ｗに再び沈められれば、水温まで温度が低下して正常状態に自動復帰するため、繰り返し空焚きを防止することができる。前述した電熱線37、ケース39、先端側サイリスタ41、先端側検出センサ44、直流電源回路46、先端側制御部48、補助ヒーター51は全体として、前記ヒータユニット38を構成する。
【００２４】
ここで、前記基端側制御部29、詳しくはゲート回路27は、従来においてはゼロクロスパルス駆動回路が用いられていたが、この実施例１においては、フォトカプラー等を使用して連続した（パルスのように零に戻ることのない）直流電流を発生する直流電流回路を用いている。そして、このように基端側サイリスタ19に対するゲート電流を連続直流電流とすると、基端側サイリスタ19にゲート電流が入力されている間は、該基端側サイリスタ19を保持電流（数百ｍＡ以上）に関係なく、即ち、基端側通電線12、13を流れる電流値が保持電流未満まで低下しても、導通状態とすることができる。
【００２５】
ここで、前述した直流電流は、ノイズを減少させるため、直流電流の立ち上がりタイミングを交流電圧の零点付近に同期させたゼロクロスとすることが好ましく、また、その値も一定値とすることが好ましい。一方、ゲート回路47は、保持電流の制限を受けても問題はないので、従来から使用されている安価なゼロクロスパルス駆動回路を用いている。この結果、ヒータユニット38として、ユニット化された状態で従来から市販されているヒーターユニットをそのまま使用することができる。
【００２６】
前述した基端側通電線12、13、先端側通電線34、35は全体として、基端にプラグ14が連結され、先端間に電熱線37が設けられた一対の通電線54、55を構成するが、これら通電線54、55は前述のように基端側サイリスタ19と先端側サイリスタ41との間において切断されるとともに、基端側切断端（基端側通電線12、13においては先端）にコネクタ56の出力ソケット15が、先端側切断端（先端側通電線34、35においては基端）にコネクタ56の入力プラグ36が設けられており、この結果、このコネクタ56は出力ソケット15に入力プラグ36が差し込まれたとき結合し、出力ソケット15から入力プラグ36が引き抜かれると分離する。
【００２７】
そして、このような構造であると、基端側サイリスタ19等あるいは先端側サイリスタ41等のいずれかが故障したとき、故障側の制御ユニット18またはヒータユニット38を交換するだけで対処することができる。しかも、ヒータユニット38は前述のように従来から市販されているため、これをそのまま使用することもできる。
【００２８】
60は基端側サイリスタ19と先端側サイリスタ41との間、ここでは基端側サイリスタ19と出力ソケット15との間の一対の通電線54、55（基端側通電線12、13）を接続する接続線であり、この接続線60は制御ユニット18のケース16内に収納されるとともに、その途中には軽起動負荷61が設けられている。ここで、前述のように基端側サイリスタ19に対するゲート回路27からのゲート電流を連続直流電流とすると、基端側サイリスタ19は保持電流（数百ｍＡ以上）に関係なく導通状態となるため、軽起動負荷61のインピーダンス値を背景技術で説明した数十ＭΩよりかなり小さく、即ち軽負荷としても、基端側制御部29（ゲート回路27）からゲート電流が出力されている間は、該基端側サイリスタ19を継続して導通状態とすることができる。
【００２９】
しかも、前述のように基端側サイリスタ19は連続直流電流によって保持電流に関係なく導通状態となるため、軽起動負荷61のインピーダンス値を背景技術で説明した軽起動負荷（ 200Ω程度）より大きくしても、基端側サイリスタ19を含む水温制御装置全体を正常に動作させることができ、この結果、通電時に軽起動負荷61から発生する熱量を強制冷却の必要のない程度の小発熱量とすることができる。
【００３０】
ここで、前述の軽起動負荷61としては、固定抵抗、可変抵抗、ダイオードブリッジを用いた両波整流直流定電圧回路、トランス等のインダクタンス、静電防止用コンデンサー、ラインフィルター等の静電容量、および、これらの組み合わせを用いることができる。また、前記軽起動負荷61は基端側サイリスタ19の出力側に設けたが、先端側サイリスタ41の入力側にのみに設けたり、基端側サイリスタ19の入力側、出力側の双方に設けたり、さらに、基端側サイリスタ19の出力側および先端側サイリスタ41の入力側の双方に設けるようにしてもよい。
【００３１】
そして、前述の軽起動負荷61のインピーダンス値は１０ｋΩ〜５００ｋΩの範囲内であることが好ましい。その理由は前記値が１０ｋΩ未満であると、基端側サイリスタ19等の電子部品の種類によっては軽起動負荷61からの発熱により強制冷却手段が必要になることがあり、一方、５００ｋΩを超えると、基端側サイリスタ19の種類によっては起動できない場合があるからである。しかしながら、前述のように１０ｋΩ〜５００ｋΩの範囲内とすると、発熱を効果的に抑制しながら基端側サイリスタ19を確実に作動させることができる。
【００３２】
次に、前記実施例１の作用について説明する。
今、プラグ14は商用交流電源のコンセントに差し込まれており、検出ユニット21およびヒータユニット38は観賞魚の飼育を行う水槽11の水Ｗに埋没されているとする。このとき、基端側検出センサ23が前記水Ｗの水温を検出して、該水温に対応する検出信号を比較回路24に出力し、一方、水温設定器17は飼育者が設定した設定温度（目標温度）に対応する設定信号を前記比較回路24に出力する。この結果、比較回路24は基端側検出センサ23が検出した温度と水温設定器17によって設定された設定温度とを比較するが、このとき、前記検出温度が設定温度未満である場合には、ゲート回路27から基端側サイリスタ19にゲート電流（連続直流電流）を出力して基端側サイリスタ19を保持電流に関係なく導通状態とする。
【００３３】
このとき、水温設定器40の設定温度は前述のように水温設定器17の設定温度より若干高温に設定されているため、先端側サイリスタ41には常時ゲート回路47からゲート信号が入力され、該先端側サイリスタ41は導通状態となっている。これにより、電熱線37に通電されて該電熱線37が発熱し、水Ｗを加熱する。
【００３４】
そして、水Ｗの水温が上昇し、基端側検出センサ23の検出温度が水温設定器17の設定温度（目標温度）を超えると、比較回路24はゲート回路27からのゲート電流の出力を停止させる。この結果、基端側サイリスタ19は遮断状態となり、電熱線37への通電が遮断される。このようにして水槽11内の水Ｗは設定温度（目標温度）に制御され、観賞魚の飼育に適した環境が提供される。
【００３５】
このようにして水Ｗの水温が水温設定器17の設定温度にコントロールされているとき、制御ユニット18を構成する電子部品、例えば基端側サイリスタ19、基端側検出センサ23、基端側制御部29のいずれかが故障をして基端側サイリスタ19が導通状態のまま制御不能となる場合があるが、このように制御ユニット18が故障をしても、電熱線37の連続加熱により水温設定器40の設定温度まで水温が上昇したとき、故障をしていない残りの先端側サイリスタ41に対する先端側制御部48からのゲート信号出力が停止してリミット制御が行われ、水温制御が安全に行われる。
【実施例２】
【００３６】
図３はこの発明の実施例２を示す図である。この実施例においては、前記実施例１で説明した先端側通電線12、13、検出ユニット21、制御ユニット18と同様構成をした中間通電線62、63、検出ユニット64、中間の制御ユニット65を制御ユニット18（基端側サイリスタ19）とヒータユニット38（先端側サイリスタ41）との間に設けている。このように基端側サイリスタ19と先端側サイリスタ41との間の通電線54、55に、中間の制御ユニット65の一部を構成する中間サイリスタを設け、該中間サイリスタを検出ユニット64に内蔵された検出センサおよびゲート電流として連続直流電流を出力する中間制御部によって制御するとともに、中間の制御ユニット65内に軽起動負荷61と同様の軽起動負荷を設けるようにすれば、水温を３重で安全にコントロールすることができるとともに、空焚きも３重で防止することができ、さらに安全性が向上する。ここで、このような構造をした水温制御装置は、通常、基端側の制御ユニット18で、例えば２６度Ｃに水温制御し、中間の制御ユニット65で制御ユニット18より高温、例えば２８度Ｃに水温制御し、先端側のヒータユニット38で、例えば３６度Ｃのリミット制御を行う。
【実施例３】
【００３７】
図４はこの発明の実施例３を示す図である。この実施例においては、前記実施例１で説明した基端側検出センサ23、補助ヒーター31をヒータユニット38のケース39内に収納するとともに、コードを１本にまとめ、さらに、制御ユニット18（基端側サイリスタ19）とヒータユニット38（先端側サイリスタ41）との間において通電線54、55を切断せず、連続したものとしている。このようにすれば、構造が簡単となり、製作費も安価とすることができる。
【００３８】
なお、前述の実施例においては、水温設定器17の設定温度を目標温度とすることで、基端側サイリスタ19、基端側制御部29により通常の水温制御を行い、一方、水温設定器40の設定温度を前記目標温度より若干高い温度とすることで、先端側サイリスタ41、先端側制御部48によってリミット制御を行うようにしたが、この発明においては、水温設定器17、40の設定温度を同一の目標温度とし、基端側サイリスタ19、基端側制御部29、先端側サイリスタ41、先端側制御部48によって通常の水温制御を２重で行うようにしてもよい。
【００３９】
この場合には、制御ユニット18、ヒータユニット38のいずれかが故障をしても、残りの正常な制御ユニット18、ヒータユニット38が通常の水温制御を行うため、水温を確実に目標温度に維持することができる。また、前述の実施例においては、先端側サイリスタ41の導通・遮断の切換え温度（水温設定器40の設定温度）を変更可能としたが、この発明においては、一定の温度（変更不能）であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
この発明は、水槽内の水の温度を制御する産業分野に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】この発明の実施例１を示す概略正面図である。
【図２】その回路を記号で表した回路図である。
【図３】この発明の実施例２を示す概略正面図である。
【図４】この発明の実施例３を示す概略正面図である。
【符号の説明】
【００４２】
11…水槽                   14…プラグ
15…基端側コネクタ片       19…基端側サイリスタ
23…基端側検出センサ       29…基端側制御部
36…先端側コネクタ片       37…発熱体
41…先端側サイリスタ       44…先端側検出センサ
48…先端側制御部           54、55…通電線
60…接続線                 61…軽起動負荷
Ｗ…水
【図１】
2005110631.tif 000003
【図２】
2005110631.tif 000004
【図３】
2005110631.tif 000005
【図４】
2005110631.tif 000006