サーモスタットとは
サーモスタットとは、温度調節の際に用いられる素子のことです。
温度を検出した結果をもとに、冷却や加温装置への動作信号を制御する役目を担います。サーモスタットの一般的な機能は温度検知ですが、製品によっては温度の異常上昇を検知して温度の過上昇を防ぐ機能が搭載されている場合もあります。
サーモスタットの使用用途
使用用途により制御に関する付随機能は異なりますが、サーモスタットは水槽の温度ヒータなどの設定温度の上下限どちらかのみを制御する際に使用されるのが一般的です。
その他にも、精密空調のように上下限どちらも制御し、一定の温度範囲を指定するものや設定温度の上下限だけでなく、異常温度までの上昇阻止・規定温度の検出などにも対応したものも展開されています。
また、上記のような電気回路に組み込まれるもの以外に、エンジンルームの冷却水流量制御などの流体回路に開閉弁として直接組み込むものもあります。いずれにせよ、他の種類の温度検出機に比べて小型化を実現できることが利点です。
サーモスタットの原理
サーモスタットの中でも、バイメタル式のサーモスタットでは、金属が熱により膨張や収縮する現象を利用しています。異種金属を張り合わせたバイメタルでは、各金属間の熱膨張係数が違うため、温度変化による膨張や伸縮の大きさの違いから、バイメタル全体は相対的に熱膨張係数の小さい金属側へ湾曲します。
このバイメタルの湾曲を利用すると、温度に応じて接点が開閉する回路を作ることが可能です。その際、接点の開閉の閾値を任意に設定することで、ある温度を境に熱源や冷却源の電源のオンオフが切り替わるような回路制御が可能となります。
また、この仕組みは実際に温度を計測してから電気制御するのではなく、バイメタル素材の温度感受性を直接利用しているため、素子を小型化できるのが利点です。サーモスタットを回路の接点として用いるのではなく、開閉弁として流体回路へ組み込めば、温度変化に応じて徐々に開く制御弁を表現することもできます。
サーモスタットの種類
サーモスタットは温度制御させるための装置ですが、用途によってさまざまな種類のサーモスタットが使用されています。
1. 電子式のサーモスタット
電子式のサーモスタットは、温度制御を動作信号ではなく、コンピューター制御によって行います。そのため、使用環境での温度制御をより正確に行うことが可能です。
温度管理も自動で行えるので、適切な温度管理や電気代などのコスト削減を実現できます。使用環境は主に工業分野で、エンジンの冷却水温管理や農業用ビニールハウス内の温度管理などに多く用いられています。
2. バイメタル式のサーモスタット
バイメタル式サーモスタットは、熱膨張率が異なる2種類の金属を張り合わせた構造をしています。設定温度まで温度が上昇すると、2種類の金属から構成される接点が離れ、回路を遮断することが可能です。
このような原理を利用しているサーモスタットがバイメタル式サーモスタットと呼ばれています。バイメタル式サーモスタットは、一般家庭で使用されている冷蔵庫やガス給湯器などに使用されています。
構造も単純かつ正確な温度制御が可能であるため、多くの工業製品に用いられています。また、金属を用いた構造をとっており、長期間の使用でも壊れにくいことも特徴の一つです。
3. 液体膨張式のサーモスタット
液体膨張式のサーモスタットは、熱膨張率の高い液体を金属管内に封入された構造をしています。封入した液体が膨張することで、接点が動作し温度制御を行っています。
液体として金属を使用する場合、温度測定の精度がより高くなる特徴があります。そのため、精確な温度測定が必要な調理器具や冷凍機器などに幅広く使用されています。
また、液体膨張式のサーモスタットは、電気容量を大きくできることが特徴です。電気容量を増加させることで、より広範囲での温度検知が可能になります。そのため、広範囲での温度検知を必要とする大規模工場など工業分野で多く用いられています
参考文献
http://www.ngt.co.jp/technical/about_thermostat.html
http://www.billion-inc.co.jp/