JPH0199112A - 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
温度制御装置のフェールセーフ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、たと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の例を示すもので
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５因は、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風塵感熱樹脂５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
りにスパイラル上に巻かれた電極線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
上に巻かれた電極線４があり、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
化図であり、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り、第２の電極線８、ヒータ
線９、絶縁樹脂１０が一体溝成されている。１１は芯糸
、１２は外皮であり、芯糸１１のまわりにスパイラル上
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があり、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。

１５．１６．１７．１８は抵抗、１９．２０はダイオー
ド、２１．２２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５（Ｚとする）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　）　Ｘ　Ｖ　Ａ　Ｃ・、−−
（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２２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
であり、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あり、３０はコンデン
サーであり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
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信号により一トランジスター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
電気カーベント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。第２の電極
線８とヒータ線９の接触のしかたによる保安回路の動作
を第２−　ａ図、第２−ｂ図を用いて説明する。

第２−　ａ図は、第２の電橋線８とヒータ線９のいずれ
か一方の両端で接触した場合の動作を示したものである
。

ａの部分で接触した場合、大電流はダイオード４４、第
１の発熱抵抗４６、第２の電極線８、絶縁樹脂１０、ヒ
ータ線９と流れ、第１の発熱抵抗４６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。

ｂの部分で接触した場合、大電流はダイオード４５、第
２の発熱抵抗４７、第２の電極線、絶縁樹脂１０、ヒー
タ線９と流れ、発熱抵抗４７のジュール熱で同様（こ保
安回路４８を動作させて交流電源１３を遮断する。

第２−ｂ図は、第２の電極線８とヒータ線９が中央で接
触した場合の動作を示したものである。

この場合、第１、第２の発熱抵抗４６．４７にそれぞれ
電流が流れるので同様にそれらのジュール熱によって保
安回路４８を動作させて交流電源１３を遮断する。なお
、通常は絶縁樹脂１０のインピーダンスは非常に大きく
したがって第１、第２の発熱抵抗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。

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、従来例と同一
構成部分には、一部同一番号を付与している。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
あり、５０は、コントローラボックスであり、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、ヒータ一体
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５が充填されその温度特性は第６図と
同様である。なお、５２は、芯糸であり、５３は外皮で
ある。第１１図は、従来の他の例である一線式毛布の制
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。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り、９はヒータ線、５１は電極線
である。５４はダイオード、５５．５６は抵抗、５７．
５８はコンデンサ、５９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り、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１
３の負の半サイクルでオンし、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と流れる温度信号電流をコレクタ側に接続された抵抗
５６、コンデンサー５７で温度信号電圧に変換される。

６５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り、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クが負の半サイ
クルが非導通であり、温度感熱樹脂５と電極線５１の間
にはいかなる部分においても均等な電界がかかつており
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、６９．７０．７１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、
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は制御手段であり、コンパ
レータ７４の出力信号（こ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６５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。

７了はダイオード、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は保安回路であり、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
ンサであり、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、異常温度上昇時に制御
手段７６からサイリスター８３をトリガーし発熱抵抗８
２に大電流を流し、そのジュール熱で保安回路４日を動
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６
４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。

この場合、電極線５１と、ヒータ線９の接触のしかたに
よる動作は、電力制御手段にサイリスターを使用してい
るので、交流電源１３の負の半サイクルにおいては、ヒ
ータ線９に電流が流れないので温度感熱樹脂５１とヒー
タ線９の間は−様な電界であり、いかなる部分で接触し
ても発熱抵抗６４に大電流が流れるので保安回路４８は
動作し、交流電源１３が遮断されるものである。しかし
、サイリスター６５が逆方向の短絡故障をした時に、交
流電源１３の負の半サイクルにおいてもヒータ線９に電
流が流れるので、温度感熱樹脂５１とヒータ線９の間の
電界は−様な電界分布でなくなり、例えば、第１１図に
おいてヒータ線９のａの部分で接触した場合、発熱抵抗
６４に大電流が流れないので保安回路４８が動作するの
に十分なジュール熱を得ることができず交流電源１３を
遮断することができない。そこでその場合には、ダイオ
ード８１、発熱抵抗８２に大電流が流れ交流電源１３を
遮断する構成としているものである。

なお、通常は前述のように電力制御手段にサイリスタ６
５を使用しているので交流電源１３の負の半サイクルは
逆方向の電流は流れず、したがって発熱抵抗８２には電
流は流れないので交流電源１３は遮断されることはない
。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら上記のような構成では、いかに示す問題点
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とである。こ
れは、温度感熱樹脂５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１０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）従来の他の例で示した温度感熱樹脂５とヒータ線
９が一体になったヒータ一体型温度感熱樹脂を使用した
場合（こは、（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
の増大や雑音が太きくなる問題点があった。

（３）従来の他の例では、サイリスクの非導通領域（交
流電源１３の負の半サイクル）が存在するために、温度
感熱樹脂５がいかなる部分で溶解しても発熱抵抗に大電
流が流れ保安回路４８が動作するのであるが、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従来例の他の
例のようなフェールセーフ回路を構成できない上、ヒー
タ線９と電極線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、制御手段７６が故障し、リレー３
８の接点が閉じたままの場合に温度感熱樹脂５が溶解し
、電極線５１とヒータ線９の接触のしかたによっては発
熱抵抗に十分なジュール熱かえられないので保安回路４
８が動作しない場合が生じる。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するために、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に流れる温度
信号電流を電極線を介して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双方向の電力制御手段と、
ヒータ線に接続された交流電源を遮断する保安回路と、
電極線の一端と交流電源の一端の間に第１の発熱抵抗と
第１の整流素子とを直列に接続し、電極線の他端と交流
電源のもう一方の他端の間に第２の発熱抵抗と第２の整
流素子とを直列に接続した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、ヒータ一体型温度感
熱樹脂を使用し、電力制御手段に双方向の電力制御手段
を使用しても、正確な温度検出を可能にし、かつ制御手
段が故障し、電力制御手段がいかなる短絡故障をし、温
度感熱樹脂が溶解し電極線とヒータ線がいかなる部分で
接触しても発熱抵抗に大電流が流れ、保安回路が動作し
交流電源が遮断される作用を有する。

実施例 以下、本発明の一実施例を添付図面にもとずいて説明す
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一番号を付与してい
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
り、４０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、５５．５６は抵抗
、５７．５８はコンデンサ、５９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り、６１．
６２．６３はダイオードであり、９７は第１の整流素子
であるダイオード、９８は第２の整流素子であるダイオ
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、第２の整流素子９８、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５６、コンデンサー５７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、７３はコンデンサーであり
、これらにより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、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４ｏをオンし、リレー３８の
制御をおこない、ヒータ線９の通電を制御する。

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。９４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はタイマ手段であるタイマカウンターであり、ゼロ
ボルトパルス発生手段７５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５１とヒータ線９が
接触し、その接触部位によって発熱抵抗４６．４７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。その接触のしかたによる保安回路４８
の動作に関しては、従来例の絶縁樹脂１０が温度感熱樹
脂５にかわったものであり、その動作は第２−　ａ図、
第２−ｂ図に示した動作と同様である。しかしながら、
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４８．４７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。

なお、本発明一実施例において、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
一実施例に限定されるものではない。

また、第１の発熱抵抗、第１の整流素子の接続の順序、
第２の発熱抵抗、第２の整流素子の接続の順序は、第３
図に示したいずれの組み合わせでも良く本発明一実施例
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。

（１）温度感熱樹脂とヒータ線の一体構成されているも
のにおいて、双方向電力制御手段を用いているのでヒー
タ線の有効利用をしつつ、かつ温度感熱樹脂がいかなる
部分で溶解しても確実に保安回路が動作し交流電源を遮
断する構成なので火災の心配のない極めて安全性の高い
温度制御装置を提供できる。

（２）温度感熱樹脂とヒータ線が一体に構成されている
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回路図、第２−　ａ
図、第２−ｂ図は、保安回路の動作を示す図、第３図は
本発明の他の実施例の第１、第２の発熱抵抗と第１、第
２の整流素子の接続方法を示す図、第４図は、従来例の
電気カーペットの本体構成図、第５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図は同ヒータ線の一部分構
成斜視図、第８図は従来の温度制御回路図、第９図は従
来の他の例の電気毛布の全体外観図、第１０図はヒータ
一体型温度感熱樹脂の一部分構成斜視図、第１１図は、
従来の他の例の温度制御回路図である。 ５・・・・・・温度感熱樹脂、９・・・・・・ヒータ線
、１３・・・・・・交流電源、３日・・・・・・電力制
御手段、４０・・・・・・駆動手段、４６・・・・・・
第１の発熱抵抗、４７・・・・・・第２の発熱抵抗、４
８・・・・・・保安回路、５１・・・・・・電極線、６
０・・・・・・温度検出回路、７６・・・・・・制御手
段、９７・・・・・・第１の整流素子、９８・・・・・
・第２の整流素子、９９・・・・・・抵抗 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第　
２　図　　　　　　　ａ ＼　ｏ−’０　　　　　　　　　　　　　　　　　　’
Ｎ第６図 Ｊ　　　　　４０６０　　　　　ｇｏ　　　　　１００
本体表加温贋 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、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
   一体型温度感熱樹脂と、前記ヒータ線の一端に接続され
   た交流電源と、前記交流電源を遮断する保安回路と、前
   記ヒータ線の他端に接続され前記ヒータ線の通電を入り
   切りする双方向の電力制御手段と、前記電極線の一端に
   接続された第１の発熱抵抗と、前記電極線の他端に接続
   された第２の発熱抵抗と、前記交流電源の一端と前記第
   １の発熱抵抗の間に接続された第１の整流素子と、前記
   交流電源の他端と前記第２の発熱抵抗の間に接続された
   第２の整流素子と、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、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
   制御する制御手段とからなる温度制御装置。