サーモスタットとは？仕組みと種類を解説
建築物研究家
サーモスタットとは、自動的に温度を一定に保つための装置のことです。いつ頃から使われていたと思いますか？
建築を知りたい
いつ頃から使われていたかは知りません。
建築物研究家
サーモスタットは、1600年ごろから、すでに似たような機器を用いていた記録があります。
建築を知りたい
サーモスタットの発明として残っているのは、1885年のアルバート・バッツによるプロセス制御であることを知りました。
サーモスタットとは。
サーモスタットは、自動的に温度を一定に保つ装置のことです。その歴史は古く、1600年ごろにはすでに似たような機器が使われていた記録があります。サーモスタットは、水栓金具やガス器具、コタツ、オーブントースターなどで使用されているほか、車のエンジンの燃焼効率を高める部品としても利用されています。サーモスタットの仕組みは、スイッチとヒーターを組み合わせて、温度を調整することです。具体的には、熱膨張係数の違う2種類の金属板を貼り合わせてできるバイメタルを利用して、温度を感知します。バイメタルは温度によって膨張したり収縮したりするので、その動きを利用してスイッチをオン・オフしたり、ヒーターの電流を調節したりすることで、温度を一定に保ちます。
サーモスタットの基本構造
サーモスタットの基本構造は、温度センサー、コントローラー、アクチュエーターの3つから構成されています。温度センサーは、室内の温度を感知し、コントローラーに信号を送ります。コントローラーは、温度センサーから受け取った信号を基に、室温を一定に保つための指示をアクチュエーターに送ります。アクチュエーターは、コントローラーから受け取った指示に従って、室温を調整します。
サーモスタットの仕組み
サーモスタットの仕組みとしては、最も単純な構成で考えた場合、スイッチとヒーターを組み合わせる方法があります。この方法は、熱膨張係数の異なる2種類の金属板を貼り合わせてできるバイメタルを利用することで温度調整を行うものです。金属板の膨張により、スイッチの接点がオン/オフされ、ヒーターの通電/遮断が制御されます。また、水栓金具やガス用具などで使用されているサーモスタットでは、バイメタルではなく、気体の膨張を利用して作られるダイヤフラム式が多く用いられています。ダイヤフラム式のサーモスタットは、気体の膨張によりダイヤフラムが変形し、スイッチの接点がオン/オフされ、ヒーターの通電/遮断が制御されます。さらに、近年では半導体を利用したサーミスター式というタイプのサーモスタットも開発されています。サーミスター式のサーモスタットは、半導体の抵抗値が温度によって変化する性質を利用して、温度を検出・制御するものです。サーミスター式のサーモスタットは、高精度で応答性に優れていることから、医療機器や宇宙機器など、高精度な温度制御が求められる分野で使用されています。
サーモスタットの種類
サーモスタットの種類は、作動原理や用途によって、さまざまな種類があります。最も一般的なのはバイメタル式です。これは、熱膨張率が異なる2種類の金属を貼り合わせて作られたバイメタルが、温度変化によって曲がる性質を利用し、接点を開閉して温度を調整します。
サーミスタ式は、半導体の抵抗値が温度によって変化する性質を利用したサーモスタットです。温度が上昇すると抵抗値が低下し、降下すると抵抗値が上昇します。この抵抗値の変化を利用して、温度を制御します。
ダイヤフラム式は、金属製の密閉容器の中にガスを充填し、温度変化によってガスの圧力が変化する性質を利用したサーモスタットです。温度が上昇するとガスの圧力が上昇し、降下するとガスの圧力が低下します。この圧力変化を利用して、温度を制御します。
また、電子式のサーモスタットもあります。これは、温度センサーとマイコンを利用して温度を制御するサーモスタットです。温度センサーが温度を検出し、マイコンがその信号を処理して、適切な制御を行います。
サーモスタットの設置場所
サーモスタットの設置場所は、サーモスタットの精度と効率に影響を与える重要な要素です。誤った場所に設置すると、サーモスタットが正確な温度を検知できず、暖房や冷房の効率が低下する可能性があります。
一般的に、サーモスタットは、部屋の中央、床から約1.5mの高さに設置するのがおすすめです。これは、部屋の温度を最も正確に検知できる場所だからです。
また、サーモスタットは、直射日光や暖房器具などの熱源から離れた場所に設置することも大切です。熱源の近くにあると、サーモスタットが誤った温度を検知して、暖房や冷房を過剰に作動させる可能性があります。
さらに、サーモスタットは、遮蔽物のない場所に設置することも重要です。家具やカーテンなどでサーモスタットを塞いでしまうと、サーモスタットが正確な温度を検知できなくなります。
サーモスタットの操作方法
サーモスタットの操作方法は、使用するサーモスタットのタイプによって異なる場合があります。一般的に、サーモスタットには以下の操作方法があります。
・ダイヤル式サーモスタットのダイヤルを回して、希望の温度を設定します。
・ボタン式サーモスタットのボタンを押して、希望の温度を設定します。
・タッチパネル式サーモスタットのタッチパネルを操作して、希望の温度を設定します。
また、サーモスタットによっては、以下のような機能を備えている場合があります。
・タイマー機能サーモスタットにタイマーを設定することで、特定の時間に自動的に温度を設定することができます。
・プログラム機能サーモスタットにプログラムを設定することで、1日のうちで異なる時間に異なる温度を設定することができます。
・リモコン機能サーモスタットをリモコンで操作することができます。
サーモスタットを使用する際は、サーモスタットの操作方法をよく理解した上で使用することが大切です。