JPH01205217A - 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に
関し、ヒータ線と温度感熱樹脂とが一体になった温度制
御装置に関するものである。

従来の技術 従来のこの種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５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５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りイン
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のまわり
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５が充填され、その外側を同様にスパイラル状
に巻かれた電極ａ４があり、外皮７でおおわれている。

第６図は温度感熱樹脂６のインビーダンス温度特性図で
あり、温度上昇とともにインピーダンスが低下する特性
を示している。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り、第２図の電
極線８、ヒータ線９、絶縁樹脂１０が一体構成されてい
る。１１は芯糸、１２は外皮であり、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１０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
交流電源であり、１４は電源スィッチである。１５，１
６，１７．１８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６のインピーダンス（
Ｚ、！：する）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かえられる。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）ＸＶＡＣ・”−・−”（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、２４．２５，２６，２
７．２８は抵抗、２９は所望の温度に設定するだめの温
度設定手段である可変抵抗器であり、３０はコンデンサ
ーであシこれらにより平滑されて温度設定電圧となる。

３１は制御手段であり、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
あり、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３
２、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
スターであり、４１．４２は抵抗、４３はダイオードで
あり、制御手段３１信号によシトランシスター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
の入り切りを制御する。

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はそれぞれ抵抗値の小さい第１．第２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３８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、第１、第２発熱抵抗４６．４
７に大電流が流れそのジュール熱で保安回路４８を動作
させて交流電源１３を遮断するものである。

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
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６ｏが、交流電源１
３の負の半サイクルでオンし、トランジスタ６ｏのベー
ス・エミッタ間から発熱抵抗６４、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
側に接続された抵抗６６、コンデンサー６７で温度信号
電圧に変換される。６６は電力制御手段であるサイリス
タでヒータ線９０通電の入り切りを制御しているもので
あり、６６は抵抗、６７はコンデンサーであシ、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り、温度感熱樹脂５と
電極線６１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全体の正確な温度検出ができ
るものである。６８はダイオード、６９、了０，７１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、７６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
あり、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７５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
ンサー、８ｏは定電圧ダイオードで、これらの構成部品
によシ、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は発熱
抵抗、８３はサイリスタ、８４は抵抗、８５はコンデン
サであシ、これらは、電力制御手段であるサイリスター
６５の逆方向の短絡故障時や異常塩度上昇時に制御手段
７６からサイリスター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５が溶解したときも、ダイオ
ード６１，６２、発熱抵抗６４、電極線６１、温度感熱
樹脂６、ヒータ線９と大電流が流れ同様に発熱抵抗６４
のジュール熱で保安回路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、以下に示す課題を
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６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
り、ヒータ線９の異常温度上昇によって保温物下が変色
したり、ついには絶縁樹脂１ｏの溶解温度にまで達する
ことがあった。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。

（２）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タ
で制御すると、その放熱フィンの増大や雑音が大きくな
る問題点があった０ （３）サイリスタの非導通領域（交流電源１３の負の半
サイクル）を温度検出に使用した場合、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、ヒータ線９に通電されてい
る場合、負の半サイクルにおいてヒータ線９と電極線５
１の間の温度感熱樹脂５には均等な電界がかかつておら
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シ温度感熱樹脂のインピーダンス
の特性が変化してしまうことがあった。

本発明は上記課題を解消する温度制御装置を提供するも
のである。

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
より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、所望の温度
に設定する設定手段と、温度検出回路の信号と設定手段
の信号を比較する比較手段と、ヒータ線の通電をＯＮ・
ＯＦＦ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、駆動手段駆動中の比較手段の
信号で駆動手段の駆動を停止する制御手段で構成とした
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、駆動手段駆
動中の温度感熱樹脂そのものの温度検出で制御をする。

また比較手段の信号によシ駆動手段を停止する構成なの
で、ある定周期内のヒータ線への通電オフ時間は、比較
手段による駆動手段停止から制御手段で駆動手段を駆動
するまでの時間となる。

実施例 以下、本発明の実施例を添付図面にもとすいて説明する
。

第１図は本発明の一実施例を示す温度制御装置の回路図
である。従来例と同一の構成部分には同一符号を付与し
ている。温度感熱樹脂５、ヒータ線９、電極線５１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。１３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
であシ、４０はリレー３８を駆動するだめの駆動手段で
あるトランジスターである。４８．４７は発熱抵抗、４
８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。６０は
温度検出用のペース接地されたトランジスタであｐ、６
１，６２゜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ペース
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、ダイオード６１゜６２．９７、発熱
抵抗４７、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
、コンデンサー６７で温度信号電圧に変換される。６８
はダイオード、６９．７０．７１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、了３
はコンデンサーであシ、これらによシ平滑された温度設
定電圧を作成している。了４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、７６は
交流電源に同期したノ（ルスを発生するゼロボルトパル
ス発生手段、７６は制御手段テするマイクロコンピュー
タ（以後マイコンとよぶ）であり、コンパレータ７４の
出力信号にもとづいて駆動手段であるトランジスタ４０
をオフし、リレー３８の制御をおこない、ヒータ線９の
通電の入り切りを制御する。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りコン７（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、９
２はコンデンサー、９３は定電圧ダイオードでありこれ
らの構成によりマイコンの駆動電源を作成している。９
４はマイコン７６のリセット回路、９５はマイコン７６
へのクロック回路である。９６はタイマカウンターであ
り、ゼロボルトパルス発生手段７６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７６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本体内のヒータ線９の温度が異常に
上昇し温度感熱樹脂が溶解すると、電極線６１とヒータ
線９が接触し、その接触部位によって発熱抵抗４６．４
７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４
６．４７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。また抵抗９９は温度感熱樹脂５
に充電される電荷を放電するものであシ、ダイオード６
１　、６２．９７　。

９８で温度感熱樹脂６に交流電源１３の半波倍電圧が印
加されることによる極度の分極劣化を防ぐものである。

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７６は、駆動手段のトランジスタ４゜をオンし
てからゼロボルトパルス発生手段７６のパルス数をタイ
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
がオンのあいだは、リレー３８がオンであシ、リレー３
８の接点が閉じているので、温度感熱樹脂６には、ヒー
タ線９の通電中の温度そのものが検出される。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６０により通電中
の温度検出をすることができるものである。このヒータ
線９の温度信号電圧と、設定手段である可変抵抗器７２
の温度設定電圧をコン・（レータ７４で比較し、リレー
３８のオフ要求の信号を発生し、マイコン７６に入力さ
れる。マイコン７６はただちにトランジスタ４０を停止
し、リレー３８がオフになり、ヒータ線９の通電が停止
されるものである。ここでヒータ線９がオフしている時
間（Ｔｏｆｆ３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からオフ要求信
号がきてからマイコン７６が駆動手段を強制的にオンす
るまでの時間となシ、残シがヒータ線９の通電時間（Ｔ
　ｏｎ　）となる。温度制御は、設定手段７２を変える
とＴ。ｎの時間が変わりある定周期内（Ｔｔｏｔａｌ　
）でのＴ。ｎ　の時間が変化し、したがってヒータ線９
の通電率が変化することによシ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
内にあって、マイコン７６はトランジスター４０をオン
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と電極線６１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の一部がほかの部分に比べて異常に高く
なシ、コンパレータ７４からのリレー３８のオフの要求
信号が発生しやすくなり、したがってＴｏｆｆ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、本実施例において、タイマカウンター９６はゼロ
ボルトパルス発生手段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はこれ
に限定されるものではない。

また本実施例において、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同様に本発明はこれに
限定されるものではない。

さらに本実施例にわいて、比較手段にコンパレータ７４
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（Ｔ　ｔｏｔａｌ　）においてヒータ
線の通電中（Ｔｏｎ　）にヒータ線そのものの温度検出
をしているので温度感熱樹脂の耐熱温度以上の温度には
ならず、また、ヒータ線への非通電時間（Ｔｏｆｆ　）
はその定周期内の（Ｔｏｎ）の残りの時間となるので、
局部保温時、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り生産性が向上
する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明一実施例の温度制御装置の回路図、第２
図および第３図は同回路の温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の温度特性図、第７図はヒータ線の
一部分構成斜視図、第８図は従来の温度制御装置の回路
図、第９図は従来の他の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
。 ５・・・・・・温度感熱樹脂、９・・・・・化−夕線、
３８・・・・・・リレー（電力制御手段）、４ｏ・・・
・・トランジスタ（駆動手段）、５１・・・・・・電極
線、θＱ・・・・・・トランジスタ（温度検出回路）、
７２・・・・・可変抵抗器（設定手段）、７４・・・・
・コンパレータ（比較手段）、７６・・・・・・マイク
ロコンピュータ（制御手段）、９６・・・・・タイマカ
ウンター（タイマ手段）。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第２
図 第３図 第４図 第５図 第６図 本体表酌温茂 第７図 第　９　図 第１０図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （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ＯＮ、Ｏ
   ＦＦする電力制御手段と、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設定手段と、前記温度検出回
   路の信号と前記設定手段の信号を比較する比較手段と、
   前記電力制御手段を駆動する駆動手段と、前記駆動手段
   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、前記駆動手段駆動中の比較手段の信号にもとづい
   て前記駆動手段を停止する制御手段とからなる温度制御
   装置。