JPH0754736B2 - 面状発熱体の温度制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はカバー装着の有無によっては影響されることな
く、しかも装着したカバーの断熱性の違い、温感に対す
る個人差の問題に対応することができて快適暖房を果た
し得る面状発熱体の温度制御装置に関する。

（従来の技術） 電気カーペットなどの面状発熱体において、周囲温度の
高低に伴う利用者の温度差体感による影響を排除し快適
な温度制御を可能ならしめるものが提案されており、例
えば特開昭57-61281号公報によりその内容が公知であ
る。

これは、室温の高低に応じて設定温度を低高に補正する
と共に、この補正された設定温度に発熱体の温度が合致
するように該発熱体への通電を制御する構成である。

（発明が解決しようとする問題点） 最近に至って、電気カーペットをそのまま使用せずに、
表面側の汚れや損傷を防ぐ趣旨からカバーを装着するこ
とが多く行われてきてるが、現に汎用されるに至るカバ
ーは、綿布などのシーツとは異なりポリウレタンフオー
ムなどを基材として有する比較的厚手で断熱性を持つも
のであるので、カバーを装着したときと装着しないとき
とでは、カーペット上に着座した人が感じる座温は当然
異なることは言うまでもない。

そこで室温の変化に対応し設定温度を調節し得る前述の
公知装置を使用したとしても、カバーの有無には何等対
処することができなく、さらに設定温度の補正を行う必
要があるが、かかる補正要求に応え得る面状発熱体は今
なお提供されていないのが実状である。

ところで、カバーを装着した場合においては設定温度を
若干高めに設定すればよいように、一見考えられるが、
発熱体の温度を検出する温度センサーがカーペットの層
内深く設けられていること、利用者が着座した限定個所
での座温（実際に人体に感じる温度）に対して、設定温
度はカーペットの全面積における温度分布状態下での発
熱部の平均温度を規定するものであるから、単純に一定
値の温度補正を行ったのでは良好な結果が得られないこ
となどの点から、カバー使用の有無による座温差をなく
して快適制御を可能ならしめる装置は容易には実現し難
く、要求が満たされないまま現在に至っているのであ
る。

かかる従来の懸案を解決せしめるものとして本出願人は
さきに特願昭61-120796号公報を提案したが、この発明
はカバーを装着するかしないかの違いに応じて、切換ス
イッチの如き切換手段の作動により、設定温度の補正を
夫々の状態に適合した条件で自動的に行わせるようにす
ることによって、室温差とカバーの有無による座温差の
影響を排除し、常に快適暖房の維持を安定的に果させよ
うとするものである。

しかるに現実としてはカバーにも断熱性能が異なる多種
類があって表面温度の補正を行うにはそれぞれに適応し
た条件で行う必要があり、さらには温感に関して個人差
があること、また、北海道と九州との地域差を考慮する
必要があることなどを考慮したとき、より多面的な温度
制御を可能ならしめる必要が生じるものであって、本発
明は使用者の温感差、地域差、カバーの種類などの諸問
題を克服し得るに足り、快適暖房のより安定維持をはか
らせることを目的とする。

（問題点を解決するための手段） しかして本発明はその構成を明示する第１図によって明
らかな如く、表面に被着させるカバー（６）を着脱可能
に備えた面状発熱体（１）の温度制御装置として、発熱
温度検出手段（７）と、室温検出手段（８）と、複数の
温度設定手段（9-₁）…（9-₄）と、切換手段（11）と、
設定温度補正手段（10）と、温度判定手段（12）と、制
御手段（13）とにより構成したものである。

発熱温度検出手段（７）は、面状発熱体（１）の発熱体
（２）の温度を検出し温度に対応した電気信号を発す
る。

室温度検出手段（８）は、面状発熱体（１）が設置され
た室内の温度を検出し該温度に対応した電気信号を発生
する。

各温度設定手段（9-₁）…（9-₄）は、発熱体（２）の設
定温度に対する電気信号を室温の高低に応じて負係数を
持つ一次関数的な関係の電気信号として発生するもので
あって、しかも相互にレベル及び変化の度合いが異なる
状態として電気信号を発生する。

第１切換手段（11）は、カバー（６）を装着していない
ときは各温度設定手段（9-₁）…（9-₄）において、電気
信号のレベル及び変化の度合いが最小の第１温度設定手
段（9-₁）を、一方、装着したときはカバーの種別に応
じて第１温度設定手段（9-₁）を除き何れかを夫々選択
作動させて室温度検出手段（８）に接続せしめる。

設定温度補正手段（10）は、第１温度設定手段（9-₁）
を除いて第１切換手段（11）が選択した温度設定手段
（9-₂）…の設定温度−室温特性を負係数は不変で定数
のみを若干値増減させる温度補正を行わせるものであ
り、第２切換手段（25）を操作することにより成され
る。

温度判定手段（12）は、第１切換手段（11）が選択し、
かつ、必要に応じ設定温度補正手段（10）で温度補正し
てなる温度設定手段（9-₁）…の発生電気信号に対し
て、前記発熱温度検出手段（７）の発生電気信号の方が
大きいときはオフ信号を、小さいときはオン信号を夫々
発生する。

制御手段（13）は、前記発熱体（２）に対して温度判定
手段（12）が発生する前記オン信号により通電し、オフ
信号により通電を断たせるよう作動し、例えば、リレー
コイルに直列させたトランジスタが好適なものである。

（作用） 本発明は第１切換手段（11）を自動的に作動させ、ある
いは手動で切換えるだけの簡単な人為操作だけで第１温
度設定手段（9-₁）とその他の温度設定手段（9-₂）…が
カバー（６）の有り又は無しの別に応じ、さらに第２温
度設定手段（9-₂）以降の各手段が装着したカバー
（６）の断熱性能の別に応じて、適正な温度補正を行っ
て座温を快適状態に維持することが可能である。

また、設定温度補正手段（10）を作動させることによっ
て温度に対する体感の異なる使用者に対し、あるいは使
用する地域の別に応じて適正な温度特性を保持させるこ
とが可能である。

（実施例） 本発明の実施例を添付図面によって以下説明する。

第２図は面状発熱体（１）例えば電気カーペットであっ
て、導電性フイルムを平面的に配列して形成した発熱体
（２）と、線状感熱素子を前記発熱体（２）の下部に近
接配置して形成した温度センサ（３）とを、裏面材
（４）及び表面材（５）で挟み付けて一体の厚手シート
状に形成した周知の構造をなしている。上記面状発熱体
（１）は表面材（５）上に重ねて載せるカバー（６）を
着脱可能な付属品として備えている。叙上の構成を有す
る面状発熱体（１）の温度を制御するための電気回路を
第３図に示しているが、100ボルト電源と発熱体（２）
とを接続する強電制御回路ならびに発熱体（２）への通
電を自動調節する弱電制御回路を備えている。

前記強電制御回路は、電源の供給を断続するリレー（1
4）、発熱体（２）を全面又は半面に切換え使用するた
めの切換スイッチ（15），電源スイッチ（16），保護用
温度ヒューズ（17）、表示灯（18）からなっている。

一方、前記弱電制御回路は、前記温度センサ（３）を検
出部として有し、発熱体（２）の平均的温度に対応して
電気信号を発生する発熱温度検出手段（７）、カーペッ
トに内設した漏電検出用の保護電極（18）、室温度検知
用の温度センサ（19）を検出部として有し、室温に対応
した電気信号を発生する室温検出手段（８）、第２切換
手段（25）ならびに前記第１切換手段としてのスイッチ
（11）を入力要素として備えると共に、それ等入力要素
からの信号を演算処理するためのマイクロコンピュータ
（以下マイコンと称す）（24）、前記各入力要素から発
生されるアナログ信号を処理するための走査器（22）及
びA/D変換器（23）からなる制御回路本体部を備えてお
り、マイコン（24）の出力ポートに各モニターランプ
（28A〜Ｃ）及び前記リレー（14）のソレノイド（14s）
を接続せしめて、前記リレー（14）のオンオフ制御及び
各運転状態の表示を行わせるようになっている。

しかして前記マイコン（24）は本発明の構成要素のう
ち、複数の温度設定手段（9-₁）…（9-₄）、設定温度補
正手段（10）、温度判定手段（12）および制御手段（1
3）に対応する制御中枢部であって、入力ポート、出力
ポート、読み出し専用メモリ（ROM）、任意アクセスメ
モリ（RAM）及び中央演算装置（CPU）からなるものであ
って、ROM及びRAMに書込まれているプログラムをフロー
チャートで示すと第４図の通りであり、同じく書込まれ
ているデータを線図で示すと第７図に線（Ｉ）〜（IV）
として表される通りである。

次に本発明装置例の作動を第３図及び第４図により説明
すると、電源スイッチ（16）を投入し、切換スイッチ
（15）を適宜操作すると、温度設定手段（9-₁）…及び
設定温度補正手段（10）により設定された設定温度より
も、発熱体（２）の温度が低いことによってマイコン
（24）はリレー（14）のソレノイド（14s）に励磁のた
めの出力を発し、リレー（14）が閉成するために発熱体
（２）は通電され、漸次温度が上昇してくる。

マイコン（24）では所定時間の周期的に前記両検出手段
（７），（８）が検出した発熱体（２）の温度（T_M）及
び室温（T_R）を読み込み（イ）、そして第１切換手段
（11）としてのスイッチ（11）がどちらに操作されてい
かをチエック（ロ）し、例えばカバー（６）が装着され
ていなくて切の状態であると、室温（T_R）が予め設定し
た上限値（T_R1，例えば25℃）よりも高いか低いかを判
定する（ハ）。

この判定結果がT_R≧T_R1であると、室温（T_R）をT_R1（25
℃）に固定せしめ（ニ）、T_R＜T_R1であると次に予め設
定した下限値（T_R2，例えば15.8℃）との比較判定を行
う（ホ）。

このときの判定結果がT_R＞T_R2であれば室温（T_R）を実
際の値で次の演算に充当させるものとし、一方T_R≦T_R2
であると、室温（T_R）をT_R2（15.8℃）に固定せしめる
（ヘ）。

なお、この判定は室温が高い場合に発熱体（２）の選定
温度を低下させたのでは暖房の実効がなく、一方室温が
低い場合には発熱体（２）の温度を極端に高くしたので
は過熱の危険があったりすることから、かかる点を考慮
して上限値と下限値の限界を定めるようにしたものであ
る。

かくして、室温（T_R）がT_R2＜T_R＜T_R1であると、第１温
度設定手段（9-₁）に対応する設定温度の補正をCPUで演
算して行わせる（ト）。

即ち、第７図における線（Ｉ）に対応したオフ制御温度
点（T_OFF）の計算式、 T_OFF＝−ｆ・T_R＋Ａ …（Ａ） 但し、ｆ＝1.2 Ａ＝63とする に基づいて、室温の高低に応じ、負係数を持つ一次関数
の関係で、基準となる設定温度を定める。

この場合に、前述した如く、T_Rの下限値（T_R2＝15.8
℃）及び上限値（T_R1＝25℃）が決定されているので、T
_OFFの上限値及び下限値は夫々44℃及び33℃となり、こ
の温度範囲の間で発熱体（２）の温度（T_H）は室温が高
いと低く、逆に低いと高く自動設定されるのである。

上述の如くしてT_OFFが定まるとオン制御温度点（T_ON）
の計算を、 T_ON＝T_OFF−Ｃ …（Ｂ） 但し、Ｃ＝2.5℃（ディファレンシャル）により行って
（チ）、発熱体（２）の検出温度（T_H）を読み出し
（リ）た後、温度判定手段（12）に対応する温度判定を
行う（ヌ）。

この温度判定（ヌ）の結果がT_H＜T_ONであるとオン信号
を発せしめ、T_H＞T_OFFであるとオフ信号を発せしめる。

此のオン信号，オフ信号によって例えばリレー（14）の
ソレノイド（14s）に直列接続してなるトランジスタを
導通又は不導通させることによって、発熱体（２）への
通電をオン・オフ制御し、発熱体（２）を第１温度設定
手段（9-₁）により求めた設定温度に保持させることが
可能である。

一方、カバー（６）が装着されていて、しかもカバー
（６）が３種類のうち断熱性の大，中，小のいずれであ
るかにより、例えば断熱性が小さいものであって、第１
切換手段（11）が第２温度設定手段（9-₂）に切換接続
された状態（ａ）である（カ）と、まず、この場合も室
温（T_R）が上限値（T_R1）例えば25℃より高いか低いか
を判定する（ハ）′。

この判定結果がT_R≧T_R1であると、室温（T_R）をT_R1（25
℃）に固定せしめ（ニ）′、T_R＜T_R1であると次に予め
設定した下限値（T_R3）例えば17.3℃との比較判定を行
う（ル）′。

このときの判定結果T_R＞T_R3であれば、室温（T_R）を実
際の値で次の演算に充当させるものとし、一方、T_R≦T
_R3であると、室温（T_R）をT_R3（17.3℃）に固定せしめ
る（ヲ）′。

かくして、室温（T_R）がT_R3＜T_R＜T_R1であると、第２温
度設定手段（9-₂）に対応する設定温度の補正をCPUで演
算させる（ワ）′。

すなわち、第７図における線（II）に対応したオフ制御
温度点（T_OFF）の計算式、 T_OFF＝−g_a・T_R＋B_a …（Ｂ） 但し、g_a＝2.2 B_a＝89とする。

に基づいて、室温の高低に応じ第１温度設定手段（9
-₁）の場合に比しレベルが大きく（B_a＞Ａ）、度化の度
合が大きい（g_a＞ｆ）条件の負係数の一次関数の関係
で、基準となる設定温度を定める。

なお、この場合も、T_Rの下限値（T_R3＝17.3℃）及び上
限値（T_R1＝25℃）が決定されているので、T_OFFの上限
値及び下限値は夫々51℃及び34℃となり、この温度範囲
の間で発熱体（２）の温度（T_H）は室温が高いと低い、
逆に低いと高く自動設定される。

その後のオン制御温度点（T_ON）の計算（チ）、発熱体
（２）の検出温度（T_H）読み出し（リ）、温度判定
（ヌ）の各フローはカバー（６）を装着していないとき
のそれと同様である。

以上述べた如くカバー（６）の装着の有無によって発熱
体（２）の基準となる設定温度は、第７図に示す如くカ
バー（６）を装着した場合の方が同じ室温に対して高く
設定され、しかもこの設定温度間温度差（ΔＴ）は室温
が高い場合の方が小さく、25℃で１℃（最小）となり、
一方、17.3℃で8.7℃（最大）と室温が低い場合の方が
大きくなるものであり、実際にカーペット上に着座した
場合の体感温度である座温を測定したところ第７図に示
すように、カバー（６）の有無には関係なく殆ど同じ温
度値となり、しかも快適温感範囲（Ｌ）内に全ての条件
が包含される良好な結果が得られ、かくして快適制御が
実現されるに至った。

なお、装着したカバー（６）の断熱性が中又は大の領域
に属するものである場合は、第１切換手段（11）を第３
温度設定手段（9-₃）に接続した状態（第４図の（ｂ）
のフロー）又は第４温度設定手段（9-₄）に接続した状
態（第４図の（ｃ）のフロー）での判定、演算を行わせ
る。

この場合、計算式の基準となる線は第７図において夫々
III,IVで示される通りであって、係数の絶対値はg_c＞g_b
＞g_a＞ｆの関係となり、定数はB_c＞B_b＞B_a＞Ａの関係と
なる。

以上説明した例は第１切換手段（11）を手動の切換スイ
ッチに適用したものについて説明したが、本発明は第１
切換手段（11）を自動的に作動させる自動装置とするこ
とも可能であって、この例の場合は第５図に示す如く電
気カーペット（１）の表側の互いに離れた２個所にカバ
ー（６）が装着されたか否かを検知するカバーセンサ
（26-₁），（26-₂）を夫々取着して、両センサ（26
-₁），（26-₂）の検知信号をカバー検知回路（27-₁），
（27-₂）を夫々介して走査器（22）に送らせるように回
路構成し、前記カバーセンサ（26-₁），（26-₂）が共に
カバー（６）の装着によって作動し信号を発した場合
に、両信号の倫理積をとって切換手段（11）をカバー装
着側に作動させ、また、両センサ（26-₁），（26-₂）の
少なくとも一方が作動しない場合には第１切換手段（1
1）をカバー非装着側に作動させるようにすればよい
（第６図参照）。

一方、寒帯域か温帯域かの地域差、又は使用する者の体
感の差によって、温度の補正を行いたい場合は、第２切
換手段（25）を操作して第１切換手段手段（11）が選択
した温度選定手段（9-₂）…に対し、設定温度補正手段
（10）を関連接続せしめ温度補正を行わせるようになっ
ている。

この設定温度補正手段（10）はカバー（６）を装着した
場合、すなわち第２温度設定手段（9-₂）乃至第４温度
設定手段（9-₄）が第１切換手段手段（11）により選択
された場合に機能させるものであって、切換スイッチに
よる段階的な温度補正を行わせるか又は可変抵抗器によ
る連続的な温度補正を行わせる第２切換手段（25）を操
作（カ）すると、第１切換手段手段（11）が選択した温
度設定手段（9-₂）…によって決定される設定温度−室
温特性を第７図に一点鎖線示する如く、負係数は不変で
定数のみを若干値増減せしめて例えば高目補正で＋２℃
を限度とし、低目補正で−２℃を限度とする温度補正を
行わせ得るようになっている。

例えば、設定温度補正手段（10）の操作は次の如く行う
ものである。

すなわち、使用者が随意に行い得る調節器とするのでは
なく、販売員，保守員等がコントロール部の内部で調整
を行わせるようにするのが好適であって、マイコンの
「Ａ」，「Ｂ」２つの入力端子電圧のH,Lの組合わせを
共にＬ又はＨで補正なしの標準に「Ａ」がH,「Ｂ」がＬ
で高目補正に、その逆で低目補正になる如く形成したも
のでも良く、あるいは可変抵抗器によって＋２℃〜−２
℃の範囲で補正なしの標準を中心とし無段階的に温度補
正し得るようにしたものでも良い。

このように、使用者別、使用環境別に応じて設定温度の
室温に対する変化特性のレベルを変更可能ならしめるこ
とよって、常に快適な座温が得られる。

（発明の効果） 本発明は以上説明したように、カバー（６）を装着した
場合と装着していない場合とで室温に対する発熱体
（２）の設定温度を変えるようにしており、しかも、カ
バー（６）を装着した場合の設定温度の方を室温に対す
る変化の度合が大きく、かつレベルも大きい値に補正さ
せているので、実際に利用者が体感する座温をカバー
（６）の装着の有無に関係なく快適な温度に安定保持す
ることが可能であって、快適暖房制御を確実、簡単に実
現し得て利用者に対し多大の利便をもたらす優れた効果
が奏される。

さらに、カバー（６）の断熱性の違いによって、設定温
度対室温の関係が快適な座温を得られるよう選択可能と
したことにより、使用地域の別、使用者の温度に対する
体感の差を考慮した適正な設定温度が行えて、快適性を
追求した温度制御が実現される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を明示するブロック図、第２図は
本発明の１実施例に係る面状発熱体の略示組織図、第３
図は本発明の例に係る電気回路系統図、第４図は本発明
の制御態様を示すフローチャート、第５図及び第６図は
本発明の実施例に係る電気回路部分図及び切換手段に対
応するフローチャート、第７図は本発明における室温に
対する発熱体の座温及び設定温度の関係を示す線図であ
る。 （１）……面状発熱体、（２）……発熱体、（７）……
発熱温度検出手段、（８）……室温検出手段、（9-₁）
〜（9-₄）……温度設定手段、（10）……設定温度補正
手段、（11）……第１切換手段、（12）……温度判定手
段、（13）……制御手段、（25）……第２切換手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】表面に被着させるカバー（６）を着脱可能
   に備えた面状発熱体（１）において、発熱体（２）の温
   度を検出し該温度に対応した電気信号を発生する発熱温
   度検出手段（７）と、室温を検出し該温度に対応した電
   気信号を発生する室温検出手段（８）と、設定温度に対
   応する電気信号を互いにレベル及び変化の度合が異なる
   状態として、かつ、室温の高低に応じて負係数を持つ一
   次関数的に変化する電気信号として夫々発生する複数の
   温度設定手段（9-₁）…（9-₄）と、前記カバー（６）を
   装着していないときは前記各温度設定手段（9-₁）…（9
   -₄）においてレベル及び変化の度合が最小の第１温度設
   定手段（9-₁）を、一方、装着したときはカバーの種別
   に応じて第１温度設定手段（9-₁）を除き何れかを夫々
   選択作動させて前記室温検出手段（８）に接続せしめる
   第１切換手段（11）と、第２切換手段（25）を操作する
   ことにより、第１温度設定手段（9-₁）を除き第１切換
   手段（11）が選択した温度設定手段（9-₂）…の設定温
   度−室温特性を負係数は不変で定数のみを若干値増減さ
   せる温度補正を行わせる設定温度補正手段（10）と、第
   １切換手段（11）が選択し、かつ必要に応じ設定温度補
   正手段（10）で温度補正してなる温度設定手段（9-₁）
   …の発生電気信号に対して、前記発熱温度検出手段
   （７）の発生電気信号の方が大きいときはオフ信号を、
   小さいときはオン信号を夫々発生する温度判定手段（1
   2）と、前記発熱体（２）に対して前記オン信号により
   通電し、オフ信号により通電を断たせる制御手段（13）
   とを備えてなることを特徴とする面状発熱体の温度制御
   装置。