JPH01196611A - 温度制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、電気カーペット、床暖などの電気暖房器具の
温度制御装置に関するものである。

従来の技術 従来のこの穏の電気暖房器具例えば電気カーペットの例
を第４図に示す。１は電気カーペット本体であり、本体
１の中に表面温度を検出する温度感熱樹脂６と、採暖に
寄与するヒータ線９とを別々に配線した、いわゆる二線
式とよばれている電気カーペットである。２は電気カー
ペット１の表面温度を制御するコントローラボックスで
ある。

第６図は、温度感熱樹脂６の一部分構成斜視図である。

一対の第１の電極線３．４の間に充填され温度によジイ
ンピーダンスが変化する温度感熱樹脂６が一体構成され
ている。なお６は芯糸、７は外皮であり、芯糸６のまわ
もにスパイラル状に巻かれた電極線３と、その周囲に温
度感熱樹脂６が充填され、その外側を同様にスパイラル
状に巻がれた電極線４があシ、外皮７でおおわれている
。

第６図は温度感熱樹脂５のインピーダンス温度特性変化
図であシ、温度上昇とともにインピーダンスが低下する
特性を有する。第７図は、電気カーペット１の採暖に寄
与するヒータ線９の一部分構成斜視図であシ、第２の電
極線８、ヒータ線９、絶縁樹脂１ｏが一体構成されてい
る。１１は芯糸、１２は外皮であシ、芯糸１１のまわシ
にスパイラル状に巻かれた第２の電極線８と、その周囲
に絶縁樹脂１ｏが充填され、その外側を同様にスパイラ
ル状に巻かれたヒータ線９があシ、外皮１２でおおわれ
ている。第８図は、従来の温度制御回路図である。１３
は交流電源であシ、１４は電源スィッチである。１５，
１８，１７．１８は抵抗、１９．２０はダイオード、２
１．２２はコンデンサーである。抵抗１５、一対の第１
の電極線３゜４と、温度感熱樹脂５のインピーダンス（
Ｚ、！：称す。）と、抵抗１６と、ダイオード１９と、
コンデンサー２１によって交流電源１３の正サイクルの
平滑された温度信号電圧がえられる。検出される温度信
号電圧の関係式は交流電源１３の電圧をｖＡｃとすると
、概略（１）式のようになる。

１／（１＋抵抗１５／ｚ）×ｖＡｃ　　・・団・（１）
すなわち、温度上昇とともに温度感熱樹脂５のインピー
ダンスが低下するので平滑された温度信号電圧は低下す
る。また、ダイオード２０．抵抗１７、コンデンサー２
２で交流電源１３の負のサイクルにおいても、温度感熱
樹脂５に正のサイクルと対称な電圧が印加されるように
なっている。これは、温度感熱樹脂５はナイロン系の化
学物質の樹脂であシ、分極劣化を防ぎインピーダンスの
安定化をはかるためである。２３はダイオード、２４，
２５゜２６．２７．２８は抵抗、２９は所望の温度に設
定するための温度設定手段である可変抵抗器でらシ、３
Ｑはコンデンサーでアシこれらによシ平滑されて温度設
定電圧となる。３１は制御手段であシ、温度感熱樹脂５
の温度信号電圧と、温度設定手段２９の温度設定電圧を
比較制御しているものである。３２はダイオード、３３
．３４は抵抗、３５．３６はコンデンサー、３７は定電
圧ダイオードでアシ、３８は電力制御手段であるリレー
、３９はリレー３８のサージ吸収用のダイオードである
。ダイオード３２、抵抗３３．３４、コンデンサー３５
．３６、定電圧ダイオード３７から制御手段３１、リレ
ー３８の駆動電源をえている。

４０はリレー３８の駆動手段のトランジスターであシ、
４１．４２は抵抗、４３はダイオードであシ、制御手段
３１信号によりトランジスター４０がオンオフし、リレ
ー３８の制御を行ない、ヒータ９の通電の入り切シを制
御する。なお、抵抗４２とダイオード４３はリレー３８
のチャタリングを防止するものである。４４．４５はダ
イオード、４６．４７は抵抗値の小さい発熱抵抗、４８
は保安回路である。制御手段３１が故障し、リレーＧ８
がオン状態のまま・で電気カーペット１本体のヒータ線
９の温度が異常に上昇し絶縁樹脂１０が溶解し、第２の
電極線８とヒータ線９が接触することによって発熱抵抗
４６．４７に大電流が流れそのジュール熱で保安回路４
８を動作させて交流電源１３を遮断するものである。な
お、通常は絶縁樹脂１ｏのインピーダンスは非常に大き
くしたがって発熱抵抗４６，４了には微小な電流しか流
れないので保安回路４８が動作することはない。

次に従来の技術の他の例として、第９図から第１１図に
示すように比較的消費電力の小さい電気毛布に採用され
ているヒータ線と電極線が一体に構成されたいわゆる一
線式の毛布の例について説明する。なお、第４図乃至第
８図に示した従来例と同一構成部分には、同−付号を付
与している。

第９図は電気毛布の全体外観図である。４９は、電気毛
布本体であシ、６ｏはコントローラボックスであシ、電
気毛布４９の中に温度感熱樹脂５とヒータ線９が一体に
構成された線が一本配線されている。第１０図はヒータ
ー体型温度感熱樹脂の一部分構成斜視図で、ヒータ線９
と電極線５１の間に温度によってそのインピーダンスが
変化する温度感熱樹脂６が充填されその温度特性は第６
図と同様である。なお、６２は芯糸であり、５３は外皮
である。第１１図は一線式毛布の制御回路図である。１
３は交流電源であシ、１４は電源スィッチである。５は
温度によりインピーダンスの変化する温度感熱樹脂であ
シ、９はヒータ線、５１は電極線である。６４はダイオ
ード、５５．５６は抵抗、５７．５８はコンデンサ、５
９は定電圧ダイオードでこれらによって定電圧回路を構
成している。６０は温度検出用のベース接地されたトラ
ンジスタであシ、６１．６２．６３はトランジ＾ スタ保護用のダイオードであり、６４は発熱抵抗＾ で電極線５１に接続されている。温度検出方法はベース
接地されたトランジスタ６０が、交流電源△ １３の負の半サイクルでオンし、トランジスタの１へ のベーヌエミッタから、発熱抵抗６４、電極線５１、温
度感熱樹脂５、ヒータ線９と流れる温度信号電流をコレ
クタ側に接続された抵抗６６、コンデンサ　５７で温度
信号電圧に変換される。ｅ６は電力制御手段であるサイ
リスタでヒータ線９の通電の入り切りを制御しているも
のであシ、６６は抵抗、６７はコンデンサーであり、ノ
イズによる誤動作を防止している。また温度検出はサイ
リスタが負の半サイクルが非導通であシ、温度感熱樹脂
６と電極線５１の間にはいかなる部分においても均等な
電界がかかっておυヒータ線９全体の正確な温度検出が
できるものである。６８はダイオード、６９　、７０　
、了１は抵抗、７２は所望の温度に設定するための設定
手段である可変抵抗器、７３はコンデンサーである。こ
れらの構成で平滑された温度設定電圧を作成している。

７４は温度信号電圧と、温度設定電圧を比較する比較手
段であるコンパレータ、７５は交流電源１３に同期した
パルスを発生するゼロボルトパルス発生手段、７６は制
御手段であシ、コンパレータ７４の出力信号にもとづい
てゼロボルトパルス発生手段７６のパルスに同期してサ
イリスタ６６をトリガーし所望の温度になるように制御
するものである。７７はダイオード、７８は抵抗、７９
はコンデンサ、８０は定電圧ダイオードで、これらの構
成部品により、制御手段７６とコンパレータ７４の電源
を作成している。

４８は保安回路であシ、８１はダイオード、８２発熱抵
抗、８３はサイリスタ、８４は抵抗、８６はコンデンサ
であり、これらは、電力制御手段であるサイリスター６
６の逆方向の短絡故障時や、異常温度上昇時に制御手段
７６からサイリスク−８３をトリガーし発熱抵抗８２に
大電流を流し、そのジュール熱で保安回路４８を動作さ
せて交流電源１３を遮断させるものである。また異常温
度によって温度感熱樹脂６が溶解したときもダイオード
６１，６２、発熱抵抗６４、電極線５１、温度感熱樹脂
５、ヒータ線９と大電流が流れ、同様に発熱抵抗６４０
ジユール熱で保安回路４８が動作し、交流電源１３を遮
断する。

発明が解決しようとする課題 しかしながら上記のような構成では、次のような課題を
有していた。

（１）例えば消費電力の高い３００ワット以上の電気カ
ーペットにおいて局部的に温度感熱樹脂５にかからずに
ヒータ線９に保温物をおくと、温度感熱樹脂５はヒータ
線９の異常温度上昇を全く検出できない。これは、温度
感熱樹脂６とヒータ線９が別々に配線されているためで
あシ、ヒータ線９の異常温度上昇によって保温物下が変
色したシ、ついには絶縁樹脂１ｏの溶解温度にまで達す
ることがちった。また、温度感熱樹脂５とヒータ線９と
をペアに配線するため、生産性の面と、コストダウンの
点で限界があった。

＠）温度感熱樹脂５とヒータ線９が一体になったヒータ
ー体型温度感熱樹脂を使用した場合には、（１）の欠点
は解消されるが比較的消費電力の少ない電気毛布の場合
に限定される。また、数百ワットの電力をサイリスクで
制御すると、その放熱フィンの増大や雑音が大きくなる
問題があった。

（３）第２の従来例では、サイリスタの非導通領域（交
流電源１３の負の半すイク／Ｌ／）を温度検出に使用し
ており、それゆえヒータ線９の正確な温度検出ができる
ものであるが、リレーのような双方向の電力制御手段の
場合、負の半サイクルにおいてもヒータ線９に通電され
ているのでヒータ線９とｔＦＭ線５１の間の温度感熱樹
脂５には均等な電界がかかっておらず、ヒータ線９の正
確な温度検出ができないことである。したがって制御手
段でリレーを定期的に非通電にして温度感熱樹脂５の正
確な温度検出をおこなったものの座蒲団などの局部保温
時に温度感熱樹脂６の耐熱限界をこえてしまう温度にな
り温度感熱樹脂のインピーダンスの特性が変化し、また
座蒲団下が高温状態になシこげや変色の危険性をともな
っていた。

課題を解決するための手段 上記課題、、を解決するために、本発明の温度制御装置
は電極線とヒータ線と電極線とヒータ線の間に充填し温
度によジインピーダンスが変化する一体構成された温度
感熱樹脂の温度信号を検出する温度検出回路と、ヒータ
線の通電を入り切りする電力制御手段と、電力制御手段
を駆動する駆動手段と、駆動手段停止中は、所望の温度
に設定する第１の設定手段と温度検出回路の信号を比較
する第１の比較手段で、駆動手段駆動中は、局部保温を
検出するための第２の設定手段と温度検出回路の信号と
を比較する第２の比較手段と、駆動手段をある定周期で
強制的に駆動し再スタートするタイマ手段と、駆動手段
停止中は、第１の比較手段の信号で駆動手段を駆動し、
駆動手段駆動中、局部保温時に第２の比較手段の信号で
駆動手段の駆動を停止し、かつその定周期時間中は駆動
手段の停止を保持する制御手段で構成したものである。

作　　用 本発明は、上記した構成によって、制御手段がある定周
期で駆動手段を駆動し再スタートするので、駆動手段停
止中は正確な温度検出ができ、第１の比較手段の信号に
よシ駆動手段を駆動する構成なので、ある定周期内のヒ
ータ線への通電時間は、駆動手段停止から第１の比較手
段の信号で駆動手段を駆動する時間の残りの時間となシ
、ヒータ通電中、局部保温が生じると第２の比較手段の
信号で強制的にヒータ線への通電を停止するので通電率
を下げる作用を有する。

実施例 以下、本発明の一実施例を添付図面にもとづいて説明す
る。

第１図は本発明の一実施例を示す温度制御回路図である
。従来例と同一の構成部分には同−付号を付与している
。温度感熱樹脂６、ヒータ線９、電極線６１が一体に構
成され、電気カーペット本体１内に配線されている。１
３は交流電源、１４は電源スィッチである。３２はダイ
オード、３３は抵抗、３８は電力制御手段であるリレー
、３９はリレー３８のサージ吸収用のダイオードであり
、４ｏはリレー３８を駆動するための駆動手段であるト
ランジスターである。４６．４７は発熱抵抗、４８は保
安回路である。５４はダイオード、５５゜６６は抵抗、
５７．５８はコンデンサ、６９は定電圧ダイオードでこ
れらによって定電圧回路を構成している。ｅＯは温度検
出用のベース接地されたトランジスタであシ、６１，６
２，６３，９７゜＾ ９８はダイオード、９９は抵抗である。温度検出方法は
、従来の他の例と同様にベース接地されたトランジスｐ
Ａｅ　ｏが、交流電源１３の負の半サイクルでオンし、
トランジスＪ、６０、発熱抵抗４７、電極線６１、温度
感熱樹脂６、ヒータ線９と流れる温度信号電流をコレク
タ側に接続された抵拘聞、コンデンサ　５７で温度信号
電圧に変換される。

６８はダイオード、６９．Ｔｏ、７１は抵抗、７２は所
望の温度に設定するための第１の設定手段である可変抵
抗器、７３はコンデンサ　であシ、とれらによシ平滑さ
れた温度設定電圧を作成している。７４は温度信号電圧
と、温度設定電圧を比較する第１の比較手段であるコン
パレータ、７５は交流電源に同期したパルスを発生する
ゼロボルトパルス発生手段、７６は制御手段であるマイ
クロコンピュータ（以後マイコンとよぶ）であり、駆動
手段であるトランジスタＡｌ４０のオフ時にコンパＶ−
１７４の出力信号にもとすいてトランジスタ、４０をオ
ンし、リレー３８の制御をおこない、ヒータ線９の通電
の入シ切シを制御する。７７．８９はダイオード、７８
は抵抗、７９はコンデンサー８０は定電圧ダイオードで
これらの構成によシコンパレータ７４の電源を作成して
いる。また９０はダイオード、９１は抵抗、９２はコン
デンサー、９３は定電圧ダイオードであシこれらの構成
により、マイコンの駆動電源を作成している。９４はマ
イコン７６のリセット回路、９６はマイコンＴ６へのク
ロック回路である。９６はタイマ手段であるタイマカウ
ンターであシ、ゼロボルトパルス発生手１１７Ｂのパル
スをカウントすることによっである定周期の時間を作成
している。なおマイコンブｅが故障し、リレー３８がオ
ン状態のままで電気カーペット１本体内のセータ線９の
温度が異常に上昇し温度感熱樹脂が溶解すると、電Ｗｉ
線６１とヒータ線ｅが接触し、その接触部位によって発
熱抵抗４６．４７に大電流が流れ保安回路４８が動作し
て交流電源１３を遮断するものである。しかし、通常は
温度感熱樹脂５のインピーダンスは非常に大きくしたが
って発熱抵抗４６．４７には微小な電流しか流れないの
で保安回路４８が動作することはない。また９ｅは抵抗
である。１ｏＯ１１０１は抵抗でこれらによシ第２の設
定手段を構成している。１０２は第２の比較手段である
コンパレータでその出力信号は、駆動手段４ｏのオン中
にのみ、制御手段が検出する構成としている。

以上の構成から本実施例の温度制御の方法を第２図、第
３図を用いて説明する。

マイコンＴ６は、駆動手段のトランジスタＡ４０をオフ
してからゼロボ／１／ｌ−パルス発生手段７５のパルレ
ス数ヲタイマカウンター９６でカウントし、ある定周期
を作成する。（例えば、６分とする。）そして、トラン
ジスタ４ｏがオフのあいだは、す△ レー３８がオフであり、リレー３８の接点が開放されて
いるので、温度感熱樹脂６と電極線５１の間にはいかな
る部分においても均等な電界がかかっておりヒータ線９
全体の温度検出は、交流電源１３の負の半サイクルにお
いてベース接地されたトランジスタ６ｏによシ正確な温
度検出をするこ＾ とができるものである。通常の温度制御は、このヒータ
線９の温度信号電圧と、第１の設定手段である可変抵抗
器７２の温度設定電圧をコンパレータ７４で比較し、リ
レー３８のオン要求の駆動信号を発生し、マイコン７ｅ
に入力される。マイコン７６はただちにトランジスＪ、
、４０を駆動すると、リレー３８がオンになり、ヒータ
線９に通電されるものである。ここでヒータ線９に通電
されている時間（ＴＯｎ）は、第２図に示すように、あ
る定周期内（Ｔｔｏｔａｌ）でコンパレータ７４からの
オン要求信号がくる（”ｏｆｆ　）までの差時間となる
。

温度制御は、設定手段７２を変えるとＴ。ｆｆの時間が
変わり、ある定周期内（Ｔ　　　）でのＴ′ｏｎのｏｔ
ａ１ 時間が変化し、したがつてヒータ線９の通電率が変化す
ることにより所望の温度が得られるものである。なお、
タイマカウンター９６は、マイコン７６内に６うて、マ
イコン７６はトランジスター４０をオフした時にリセッ
トし、タイマのカウントを再スタートするものである。

第３図は、電気カーペット１を座蒲団などで局部保温し
た時の通電率のパターンを示したものである。これは、
温度感熱樹脂６がヒータ線９と電極＃１６１の間に充填
され、電気回路的にみると並列回路になるので局部保温
をすると、ヒータ線９がまだ熱い状態の場合、コンパレ
ータ７４からのリレー３８のオンの要求信号が発生しに
くくなり、したがってＴの時間が増加し、全体の通電率
が減少することを示すものである。このように通電率が
下がるので、座蒲団などの局部保温時の座蒲団下のヒー
タ線９の温度上昇をおさえることができるものである。

なお、制御手段７６をマイコンで構成し、タイマカウン
ター９６をマイコン了６内に構成することによってきわ
めて回路構成が簡素化される効果がある。

また、電力制御手段に双方向制御素子を使用することに
よってヒータｔｉＡ９の有効利用ができる効果もある。

なお、本発明一実施例において、タイマカウンター９６
はゼロボμトパルス発生手段７５のパルスをカウントし
ているがクロック回路９５をカウントしてもよく本発明
一実施例に限定されるものではない。

また、本実施例にお埴て、電力制御手段にリレ−３８を
用いているがトライアックでもよく、本発明は、これに
限定されるものではない。

そして、駆動手段のトランジスＪ、、４０がオン中局部
保温によシ、第２の比較手段１０２の信号が発生した時
には、マイコン７６はただちにリレー３８をオフし、そ
の定周期時間内はリレー３８のオフを保持しさらに通電
率を下げ座蒲団下の温度上昇をおさえることができるも
のである（第３図のＴ′。ｆｆの部分）。

なお、本実施例において、タイマカウンター％はゼロボ
ルトパルス発生手段７６のパルスヲカウントしているが
クロック回路９６をカウントしてもよく本発明はこれに
限定されるものではない。

また実施例において、電力制御手段にリレー３８を用い
ているがトライアックでもよく、本発明はこれに限定さ
れるものではない。

さらに本実施例において、第１．第２の比較手段にコン
パレータを用いているが、マイコン７６をアナログ・デ
ジタル変換器を内蔵し、マイコン７６内部で比較しても
よく同様に本発明はこれに限定されるものではない。

発明の効果 以上のように本発明の温度制御装置によれば以下に述べ
る効果が得られる。

■　ある定周期内においてヒータ線への非通電時に正確
に温度検出をし、それらの差によってのヒータ線への通
電時間を決定し、さらにと−タ通電中のヒータ線の局部
保温状態そのものを検出している制御方法なので、局部
保温の検出能力が高く、かつ座蒲団下の温度上昇をおさ
え、その部分の温度感熱樹脂のインピーダンスの劣化を
防ぎ長期にわたる電気カーペットの安定な温度制御を可
能にすることができる。

■　温度感熱樹脂がヒータ線温度を監視しているのでき
わめて安全性が高い。

■　温度感熱樹脂とヒータ線が一体構成されているので
電気カーペット内の配線工程が簡素になシ生産性が向上
する。

第１図は本発明一実施例の温度制御回路図、第へ 伍蓼の ２図および第３図は廊−度制御方法を示す図、第４図は
従来例の電気カーペットの本体構成図、第６図は同温度
感熱樹脂の一部分構成斜視図、第６図は温度感熱樹脂の
インピーダンス変化温度特性図、第７図は：　ヒータ線
の一部分構成斜視図、第８図は第４図に示す電気毛布の
温度制御回路図、第９図は他の従来例の電気毛布の正面
図、第１０図はヒーター体型温度感熱樹脂の一部分構成
斜視図、第１１図は第９図に示す電気毛布の温度制御回
路図である。

代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第４
図 第５図 ／　　　　　　　　Ｓ 窮６図 ２０　　４７）　　　　ω　　　め　　　／θＱ；φ（
イ本　表　面　ｋｓ＆及 第７図 第９図 第】　０図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 採暖に寄与するヒータ線と、温度信号を検出する電極線
   と、前記ヒータ線と前記電極線の間に充填し温度により
   インピーダンスが変化する一体構成されたヒーター体型
   温度感熱樹脂と、前記ヒータ線の通電を入り切りする電
   力制御手段と、前記電力制御手段を駆動する駆動手段と
   、前記温度感熱樹脂に流れる温度信号電流を前記電極線
   を介して検出する温度検出回路と、所望の温度に設定す
   る第１の設定手段と、前記駆動手段停止中の温度検出回
   路の信号と前記第１の設定手段を比較する第１の比較手
   段と、前記駆動手段駆動中の前記温度検出回路の信号と
   、前記ヒータ線の局部保温を検出する第２の設定手段と
   、前記第２の信号と前記第２の設定手段とを比較する第
   ２の比較手段と、前記駆動手段をある定周期で強制的に
   停止し再スタートするタイマ手段と、前記駆動手段停止
   中は、前記第１の比較手段の信号で、前記駆動手段を駆
   動し、前記駆動手段駆動中の局部保温時に、前記第２の
   比較手段の信号で前記駆動手段を強制的に停止し、かつ
   その定周期時間中は前記駆動手段を停止保持する制御手
   段とからなる温度制御装置。