JPH08255671A - Ｉ線式絶縁電熱線応用制御装置及び制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 絶縁電熱線及び装置自身の耐用寿命の延長を
図ることができるＩ線式絶縁電熱線応用制御装置、及
び、長期にわたって安定した状態で絶縁電熱線温度を制
御することができる制御方法の提供にある。 【構成】 発熱のための絶縁電熱線１への通電を、スイ
ッチング手段２にて周期的に所定時間比率でＯＮ・ＯＦ
Ｆさせる。絶縁電熱線１の検出温度が設定温度を越えれ
ば、通電時間比率を小とする。検出温度が設定温度以下
となれば、通電時間比率を大とする。スイッチング手段
２の発熱温度が設定値に達したときに、絶縁電熱線１の
内部導体７への通電時間比率を小とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電気毛布や電気カーペ
ット等に用いられるＩ線式絶縁電熱線応用制御装置及び
制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、主として電気毛布、電気カーペッ
トや電気布団などに用いられる絶縁電熱線は、図９と図
10に示すように、ヒータとしての発熱線ａと温度センサ
ーとしての検知線ｂの２本で構成されるいわゆる「II線
式」のものが一般的であり、この２本の発熱線ａと検知
線ｂの一部を密着させて、通電により発熱する発熱体ｆ
の温度を検知線ｂに熱伝導させている。

【０００３】この検知線ｂでは、電極ｃ，ｄの間に、温
度上昇により電気抵抗が低下しサーミスタ電流が増加す
る高分子半導体ｅを、介在させてあり、このサーミスタ
電流の変化を利用し、従来、次のようにして、絶縁電熱
線が設定温度となるように、その発熱温度の制御を行な
っていた。

【０００４】即ち、発熱体ｆの発熱によるサーミスタ電
流の変化を電極ｃ，ｄを通じて図示省略の制御回路にて
検出し、そのサーミスタ電流値が上記設定温度に対応す
る設定サーミスタ電流値に至れば、リレースイッチ等を
ＯＦＦして通電を停止し、逆にサーミスタ電流値が設定
サーミスタ電流値以下になれば、リレースイッチ等をＯ
Ｎして通電を開始し、設定温度に保持するようにしてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述のよう
に、発熱線ａと検知線ｂの２本で構成される絶縁電熱線
では、高温溶融絶縁体ｇ、信号体ｈ及び外装絶縁体ｉ
と、高分子電極ｄ、セパレータｊ及び外装絶縁体ｋと、
を介して、発熱体ｆの温度を高分子半導体ｅに熱伝導さ
せるため、両者ｆ，ｅの間に大きな熱抵抗が生じる。し
かも、図11に示すように、電気カーペット等では、２本
の発熱線ａに対して１本の検知線ｂを配置する隔列配線
となっている。

【０００６】そのため、高分子半導体ｅで、発熱体ｆの
正確な温度を検出することができず、発熱体ｆの温度が
上昇し過ぎた状態───これを局部保温という───を
つくりだす。また、熱抵抗により、図12に示すように、
例えば、55℃の設定温度に制御しようとしても、発熱体
ｆの実際のピーク温度は80℃を越えてしまう。

【０００７】この検知線ｂに内蔵する高分子半導体ｅ
は、耐熱性が施されていないため、80℃を越えた時点で
急速に熱劣化して、サーミスタ電流を不安定にし、セン
サー機能を喪失する。そのため、上述のように、発熱体
ｆの温度が上昇し過ぎると、高分子半導体ｅの劣化を促
進し、検知線ｂとしての寿命を縮める問題がある。例え
ば、２〜３年の使用で温度制御機能が衰える。

【０００８】しかも、発熱体ｆを設定温度に制御するた
めに必要な温度の変動幅が、熱抵抗のために大きなもの
となる。その結果、リレースイッチのＯＮ・ＯＦＦの繰
り返しが粗くなり、このような絶縁電熱線を用いた電気
カーペット等の表面では、発熱線ａの真上の高温部と、
そうでないところの差が大きくなる問題がある。

【０００９】なお、温度制御システムが故障し、発熱線
ａに通電し続けて異常高温が生じた場合には、高温溶融
絶縁体ｇが溶融し、発熱体ｆと信号体ｈが短絡して、温
度ヒューズが溶断して電源が切れるようになっている
が、この場合には、電気カーペットは再使用できない。

【００１０】また、制御装置（コントローラー）と絶縁
電熱線の接続箇所も多くなり───例えば、２畳用の電
気カーペット等の場合、発熱線で４箇所、検知線で２箇
所の合計６箇所───、図11の如く発熱線ａと検知線ｂ
を均一に密着させて正確に配線しなければならず、手間
が掛かる問題がある。

【００１１】そこで、本発明では、上記問題点を解決す
るＩ線式絶縁電熱線応用制御装置及び制御方法を提供す
ることを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明に係るＩ線式絶縁電熱線応用制御装置は、
通電により発熱する内部導体と、該内部導体を被覆する
と共に温度上昇にともなってサーミスタ電流が増加する
高分子半導体と、該高分子半導体へ巻回される外部導体
と、を備えた絶縁電熱線の発熱温度を制御する装置であ
って、上記内部導体への通電を周期的に所定時間比率で
ＯＮ・ＯＦＦさせるスイッチング手段と、該スイッチン
グ手段の発熱温度を検知する過熱検知手段と、絶縁電熱
線の予め設定された発熱温度に対応する設定サーミスタ
電流値及び上記スイッチング手段の予め設定された過熱
設定温度とを記憶する記憶手段と、設定サーミスタ電流
値と通電ＯＦＦ時に上記高分子半導体から出力されたサ
ーミスタ電流値とを比較すると共に上記過熱設定温度と
上記スイッチング手段の発熱温度とを比較する判別手段
と、サーミスタ電流値が設定サーミスタ電流値を越えれ
ば上記スイッチング手段の通電時間比率を小とすると共
に該サーミスタ電流値が設定サーミスタ電流値以下とな
れば該スイッチング手段の通電時間比率を大としかつ該
スイッチング手段の発熱温度が過熱設定温度に達すれば
該スイッチング手段の通電時間比率を小とする通電時間
比率変更手段と、を備えたものである。

【００１３】また、本発明に係るＩ線式絶縁電熱線応用
制御方法は、発熱のための絶縁電熱線への通電をスイッ
チング手段にて周期的に所定時間比率でＯＮ・ＯＦＦさ
せ、該絶縁電熱線の検出温度が設定温度を越えると、通
電時間比率を小とすると共に、該検出温度が設定温度以
下になると、通電時間比率を大とするＩ線式絶縁電熱線
応用制御方法であって、上記スイッチング手段の発熱温
度が設定値に達すれば、絶縁電熱線の内部導体への通電
時間比率を小とするものである。

【００１４】

【作用】スイッチング手段にて、内部導体への通電を所
定周期でＯＮ・ＯＦＦさせることにより、絶縁電熱線を
発熱させることができる。この際、判別手段にて、高分
子半導体のサーミスタ電流値を設定サーミスタ電流値と
比較して、発熱温度が設定温度を越えているか否かを判
別し、サーミスタ電流値が設定サーミスタ電流値を越え
ていれば、通電時間比率変更手段により、スイッチング
手段の内部導体への通電時間比率を小として、また、サ
ーミスタ電流値が設定サーミスタ電流値以下となれば、
通電時間比率を大として、発熱温度が設定温度に保持さ
れるように制御される。

【００１５】また、内部導体へ通電して電気カーペット
等の採暖具を運転状態とすると、その通電電流により、
スイッチング手段に使用されるトライアックやサイリス
タ等の半導体素子が発熱する。

【００１６】この際、過熱検知手段にて、スイッチング
手段の発熱温度が検知され、判別手段にて、この発熱温
度と過熱設定温度とを比較して、発熱温度が過熱設定温
度に達すれば、通電時間比率変更手段により、スイッチ
ング手段の通電時間比率を小とし、スイッチング手段の
発熱温度を低下させることができる。

【００１７】この絶縁電熱線では、発熱体として使用さ
れる内部導体と温度センサーとして使用される高分子半
導体とを、その間に熱抵抗を生じさせるものを介さず、
直接接触させた構造としているので、内部導体の発熱温
度を正確に検出でき、内部導体を設定温度に制御するた
めに必要なピーク温度が低く抑えられて、局部保温と高
分子半導体の劣化を防止し得る。

【００１８】

【実施例】以下、実施例を示す図面に基づいて本発明を
詳説する。

【００１９】図１は、電気毛布や電気カーペット等に配
線される絶縁電熱線１の温度制御に用いられる本発明の
耐久性Ｉ線式絶縁電熱線応用制御装置の一実施例であ
り、この制御装置は、スイッチング手段２と、記憶手段
３と、判別手段４と、通電時間比率変更手段５と、及び
過熱検知手段13とを備えている。

【００２０】しかして、図１と図２に示すように、絶縁
電熱線１は、強靱で耐熱性に優れた合成樹脂繊維等から
なる芯体６と、芯体６の周囲へスパイラルに巻回される
と共に通電により発熱する内部導体７と、内部導体７を
被覆して導通すると共に温度変化に応じてサーミスタ電
流を発生させる高分子半導体８と、高分子半導体８の周
囲へスパイラルに巻回されて導通する外部導体９と、外
部導体９を被覆するセパレータ10と、セパレータ10の周
囲を被覆する外装絶縁体11と、からなる。

【００２１】内部導体７は、耐酸化性を有する電気硬銅
線の丸線又は箔線に錫めっきしたもの等からなり、高分
子半導体８のサーミスタ電極として機能すると共に、電
源12との通電により発熱体（ヒータ）として機能する。

【００２２】高分子半導体８は、温度上昇にともなって
電気抵抗（インピーダンス）が小さくなって、サーミス
タ電流が増加する特性を有しており、内部導体７の発熱
温度を検知する温度センサーとして機能する。

【００２３】この高分子半導体８には、ポリビニルクロ
ライドをベースとした化合物等の経年耐久性に優れた素
材を用いる。このような素材を用いれば、従来よりも高
分子半導体８の寿命が延び、例えば、100 ℃・100 Ｖの
雰囲気で12000 時間───12年の使用期間に相当する─
──劣化しない。

【００２４】外部導体９は、内部導体７と同様の素材か
らなる高分子半導体８のサーミスタ電極で、高分子半導
体８のサーミスタ電流を判別手段４に送る信号体として
機能する。

【００２５】セパレータ10は、ポリエチレンテレフタレ
ート等の合成樹脂等からなり、外装絶縁体11が及ぼす化
学的・物理的影響から高分子半導体８を守るための分離
層として機能する。

【００２６】外装絶縁体11は、ポリビニルクロライドを
ベースとした耐熱性配合の高分子化合物等からなり、外
部導体９を絶縁すると共に、絶縁電熱線１の全体を保護
する機能をもつ。

【００２７】また、図１，図４及び図５に示すように、
スイッチング手段２は、内部導体７への通電を周期的に
所定時間比率でＯＮ・ＯＦＦさせる。この通電ＯＮ・Ｏ
ＦＦの周期Ｔを短くし、通電ＯＮ時には内部導体７を発
熱体として使用し、通電ＯＦＦ時には内部導体７を高分
子半導体８の電極として内部導体７の発熱温度の検出に
使用する。この通電ＯＮ・ＯＦＦの周期Ｔは、20秒以下
好ましくは10秒以下とする。

【００２８】記憶手段３は、絶縁電熱線１の予め設定さ
れた発熱温度に対応する設定サーミスタ電流値を記憶す
る。判別手段４は、記憶手段３からの設定サーミスタ電
流値と通電ＯＦＦ時に内部導体７と外部導体９を通じて
高分子半導体８から出力されたサーミスタ電流値とを比
較してサーミスタ電流値が設定サーミスタ電流値を越え
たか否かを判別する。

【００２９】通電時間比率変更手段５は、判別手段４か
らの判別結果が入力されることによりスイッチング手段
２の通電時間比率を変更する。即ち、サーミスタ電流値
が設定サーミスタ電流値を越えれば、通電時間比率を小
とすると共に、サーミスタ電流値が設定サーミスタ電流
値以下とされれば、通電時間比率を大とする。

【００３０】なお、これらの手段２，３，４，５は、ト
ランジスタ、サイリスタ、ダイオード等の電子素子、及
びマイクロプロセッサ、メモリ、インターフェイス等か
らなるマイクロコンピュータ等にて構成される。

【００３１】しかして、過熱検知手段13は、スイッチン
グ手段２の発熱温度を検知する。即ち、内部導体７へ通
電すれば、その通電電流により、スイッチング手段２の
トライアックやサイリスタ等の半導体素子が発熱し、こ
の過熱検知手段13では、この半導体素子が過熱状態とな
るのを監視する。

【００３２】また、上述の判別手段４は、スイッチング
手段２の発熱温度と記憶手段３に予め記憶されている過
熱設定温度とを比較する。そして、発熱温度が過熱設定
温度に達すれば、通電時間比率変更手段５により内部導
体７への通電時間比率を小さくして、通電電流の平均値
を減少し、スイッチング手段２の発熱温度を下げる。ス
イッチング手段２が過熱状態から脱すれば、スイッチン
グ手段２は、元の通電時間比率による内部導体への通電
に戻る。

【００３３】なお、サーミスタ電流値による通電時間比
率の変更と、過熱検知手段13による通電時間比率の変更
とは互いに独立して行なわれる。

【００３４】次に、上述の如く構成された制御装置の動
作を図６に示すフローチャート図等に従って説明する。

【００３５】まず、内部導体７を、通電状態とする。こ
の際、動作開始初期は一定に設定された周期で、つま
り、所定のＯＮ・ＯＦＦ時間比率で内部導体７を通電状
態として、電熱線１を発熱させる。また、通電ＯＦＦ時
に（図４の符号Ｔｓで示すタイミングでもって）、内部
導体７の発熱温度に対する高分子半導体８のサーミスタ
電流値を、判別手段４に入力する。

【００３６】そして、判別手段４にて、サーミスタ電流
値が設定値（設定サーミスタ電流値）を越えたか否かか
ら判断され、越えれば、通電時間比率を小として（一定
周期時間に対する通電ＯＮ時間の割合を小として）、通
電電流の平均値を減少させ、サーミスタ電流値が設定値
以下であれば、通電時間比率を大として（一定周期時間
に対する通電ＯＮ時間の割合を大として）、通電電流の
平均値を増大させ、電熱線１の発熱温度を設定温度に保
持させ、この電熱線１が使用されている電気カーペット
等を所定温度に保持させる。

【００３７】なお、時間比率は、例えば、図５に示すよ
うに、（ＯＮ：ＯＦＦ）＝（5.5 秒：4.5 秒）とされ
る。また、この場合、設定温度を55℃とした場合、ピー
ク温度は57℃で済んだ。

【００３８】しかして、上述の動作中においては、図７
のフローチャート図で示すように、スイッチング手段２
の発熱温度が所定の過熱温度を越えないようにしてい
る。

【００３９】即ち、過熱検知手段13にて、スイッチング
手段２の発熱温度が検知され、その発熱温度が判別手段
４に入力され、ここで、その発熱温度が過熱設定温度に
達したか否かが判別され、達していれば、内部導体７へ
の通電時間比率を小として、通電電流の平均値を減少さ
せ、発熱温度を下げ、達していなければ、通常の通電時
間比率にて通電を続ける。

【００４０】そして、通電時間比率を小として、発熱温
度を下げて、その発熱温度が過熱設定温度以下となれば
（つまり、過熱状態から脱すれば）、通常の通電時間比
率に戻す。

【００４１】これにより、動作中においては、スイッチ
ング手段２が過熱されるのを有効に回避することができ
る。

【００４２】次に、図８は他の実施例を示し、この場
合、判別手段を、過熱設定温度とスイッチング手段２の
発熱温度とを比較する判別手段４′と、設定サーミスタ
電流値とサーミスタ電流値とを比較する判別手段４とを
分けると共に、記憶手段を、過熱設定温度を記憶する記
憶手段３′と、設定サーミスタ電流値を記憶する記憶手
段３とを分けているものであって、動作としては、図１
に示すＩ線式絶縁電熱線応用制御装置と同様である。な
お、この場合、判別手段４′を省略して、一つの判別手
段４にて発熱温度も判別させたり、記憶手段３′を省略
して、一つの記憶手段３′にて過熱設定温度も記憶させ
てもよい。

【００４３】

【発明の効果】本発明は上述の如く構成されているの
で、次に記載する効果を奏する。

【００４４】 請求項１記載の制御装置によれば、発
熱体として使用される内部導体７と、温度センサーとし
て使用される高分子半導体８との間に熱抵抗がないの
で、内部導体７の発熱温度を正確に検出でき、かつ、絶
縁電熱線１の全長にわたって温度センサーである高分子
半導体８が存在するので、内部導体７のピーク温度を低
く抑えることができると共に、局部保温の場合でも異常
温度を確実に検出して、絶縁電熱線１の熱劣化を防止で
き、耐用寿命の大幅な延長を図り得る。

【００４５】さらに、内部導体７への通電のＯＮ・ＯＦ
Ｆを短い周期で繰り返すことにより、平均化された電力
を供給し、電気カーペット等の表面温度のバラツキを小
さく抑えることができる。また、絶縁電熱線は、１本
で、発熱機能と、温度検知機能の両機能を具備する「Ｉ
線式」であるので、絶縁電熱線１全体の材料コスト及び
加工工数を削減できる。

【００４６】しかも、スイッチング手段２の過熱を回避
することができ、スイッチング手段２に用いられている
半導体素子の劣化を抑えることができてスイッチング手
段２の耐用寿命を延ばすことができる。かつ、広い面積
の放熱板を該半導体素子に取付ける必要がなくなり、制
御装置全体として小型化を図ることができる。さらに、
内部導体７への単なる通電の停止・再開による過熱回避
ではないので、絶縁電熱線１の発熱温度の変動が極めて
小さくなる。

【００４７】 請求項２記載の制御方法によれば、通
電時間比率を変更するという簡単な方法で絶縁電熱線１
の温度制御を容易に行なえ、しかも、絶縁電熱線１の発
熱温度は、通電時間比率の変化に追従して確実に上下す
るので、絶縁電熱線１の発熱温度を、応答性良く高精度
に制御できる。さらに、スイッチング手段２の過熱が有
効に防止され、長期にわたって安定して電熱線１を使用
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す全体構成図である。

【図２】絶縁電熱線の断面図である。

【図３】絶縁電熱線の配線状態を示す平面図である。

【図４】通電と温度検知の関係等を示すタイムチャート
図である。

【図５】温度変化を示すグラフ図である。

【図６】フローチャート図である。

【図７】フローチャート図である。

【図８】他の実施例を示す構成図である。

【図９】従来の絶縁電熱線を示す要部側面図である。

【図10】従来の絶縁電熱線の断面図である。

【図11】従来の絶縁電熱線の配線図である。

【図12】従来の温度変化を示すグラフ図である。

【符号の説明】

１ 絶縁電熱線 ２ スイッチング手段 ３ 記憶手段 ４ 判別手段 ５ 通電時間比率変更手段 ７ 内部導体 ８ 高分子半導体 ９ 外部導体 13 過熱検知手段

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 通電により発熱する内部導体７と、該内
   部導体７を被覆すると共に温度上昇にともなってサーミ
   スタ電流が増加する高分子半導体８と、該高分子半導体
   ８へ巻回される外部導体９と、を備えた絶縁電熱線１の
   発熱温度を制御する装置であって、上記内部導体７への
   通電を周期的に所定時間比率でＯＮ・ＯＦＦさせるスイ
   ッチング手段２と、該スイッチング手段２の発熱温度を
   検知する過熱検知手段13と、絶縁電熱線１の予め設定さ
   れた発熱温度に対応する設定サーミスタ電流値及び上記
   スイッチング手段２の予め設定された過熱設定温度とを
   記憶する記憶手段３と、設定サーミスタ電流値と通電Ｏ
   ＦＦ時に上記高分子半導体８から出力されたサーミスタ
   電流値とを比較すると共に上記過熱設定温度と上記スイ
   ッチング手段２の発熱温度とを比較する判別手段４と、
   サーミスタ電流値が設定サーミスタ電流値を越えれば上
   記スイッチング手段２の通電時間比率を小とすると共に
   該サーミスタ電流値が設定サーミスタ電流値以下となれ
   ば該スイッチング手段２の通電時間比率を大としかつ該
   スイッチング手段２の発熱温度が過熱設定温度に達すれ
   ば該スイッチング手段２の通電時間比率を小とする通電
   時間比率変更手段５と、を備えたことを特徴とするＩ線
   式絶縁電熱線応用制御装置。
2. 【請求項２】 発熱のための絶縁電熱線１への通電をス
   イッチング手段２にて周期的に所定時間比率でＯＮ・Ｏ
   ＦＦさせ、該絶縁電熱線１の検出温度が設定温度を越え
   ると、通電時間比率を小とすると共に、該検出温度が設
   定温度以下になると、通電時間比率を大とするＩ線式絶
   縁電熱線応用制御方法であって、上記スイッチング手段
   ２の発熱温度が設定値に達すれば、絶縁電熱線１の内部
   導体７への通電時間比率を小とすることを特徴とするＩ
   線式絶縁電熱線応用制御方法。