JP2005285420A - 電気採暖具の電流制御方法と電気採暖具 - Google Patents

Abstract

【課題】 第１発熱導体の周囲に絶縁層を介して第２発熱導体を巻いた発熱体を有する電気採暖具において、第１発熱導体と第２発熱導体の短絡の発生を迅速に検出でき、この短絡の発生の検出によりこれらの発熱体に供給する電流を停止できる、極めて安全性の高い電気採暖具の電流制御方法及び電気採暖具を提供する。
【解決手段】 芯線１１に巻き付けた第１発熱導体１２と、第１発熱導体１２の周囲に絶縁層１３を介して巻きつけた第２発熱導体１４と、第２発熱導体１４の周囲に溶融層１５を介して巻きつけた温度検出用導体１６を有して形成される発熱体１０を備えた電気採暖具１において、第１発熱導体１２と第２発熱導体１４の他端側の接続部分を流れる電流を検出して、この検出電流の変化に基づいて第１発熱導体１２と第２発熱導体１４に供給する電流を制御して、第１発熱導体１２と第２発熱導体１４における発熱を制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電気毛布や電気カーペット等の電気採暖具の電流制御方法と電気採暖具に関し、より詳細には、電気採暖具の発熱導体間の短絡の発生をより正確に検知して電流を制御できる電気採暖具の電流制御方法と電気採暖具に関するものである。

電気毛布や電気カーペット等の人体の極めて近くで使用する電気採暖具では、電磁波の発生を低減するために、図３に示すように、ヒーター線となる第１発熱導体（１次導体）１２と第２発熱導体（２次導体）１４を絶縁層１３を介して互いに逆方向に巻いて、第１発熱導体１２と第２発熱導体１４の一端側を電源に接続すると共に、図４に示すように、他端側を１次−２次短絡部１８で短絡接続して、第１発熱導体１２と第２発熱導体１４へ流れる電流を、同じ大きさで逆方向になるように構成している（例えば、特許文献１及び特許文献２参照。）。

また、これらの第１発熱導体１２と第２発熱導体１４を絶縁層１３よりも低い温度で溶融する溶融層１５で覆うと共に、この溶融層１５の外側に、抵抗の変化により温度を検出する温度検出用導体（３次導体）１６を巻き付けて、この温度検出用導体１６により温度検出を行って、第１発熱導体１２と第２発熱導体１４に供給する電流をＯＮ／ＯＦＦ制御等により制御している。

つまり、図４に示すように、温度検出用導体１６の抵抗値の変化を温度制御回路９Ｘで検知し、設定温度より温度が高い時はＯＮ−ＯＦＦ素子６をＯＦＦして電流を停止し、温度が低い時はＯＮ−ＯＦＦ素子６をＯＮして通電し、設定温度を維持している。あるいは、溶融層１５を温度によりインピーダンスが変化する感温層で形成し、この感温層の温度によるインピーダンスの変化を温度検出用導体１６で検出し、第１発熱導体１２と第２発熱導体１４に供給する電流をＯＮ／ＯＦＦ制御等により制御している。

そして、回路の故障等によって異常発熱した場合には、溶融層１５が絶縁層１３よりも先に溶融することにより、第２発熱導体１４と温度検出用導体１６を先に短絡させる。この短絡の発生により、温度ヒューズ組立５に内蔵されている抵抗が発熱し、近傍に配置された温度ヒューズを溶断し、第１発熱導体１２と第２発熱導体１４の通電が停止するので、これらの発熱導体１２，１４が通電状態のまま短絡することを防止して、安全性を向上している（例えば、特許文献１参照。）。

また、絶縁層１３に何らかの原因で溶融又は破損し、第１発熱導体１２と第２発熱導体１４とが短絡するような場合には、この短絡の発生により、大きな電流が流れるので、この電流により電流ヒーズ３を溶断して、安全性を保つように構成している。

しかしながら、何らかの原因で絶縁層１３が破壊され第１発熱導体１２と第２発熱導体１４とが短絡した場合には、この電流が電気ヒューズ３の規格をオーバーすれば電流ヒューズ３が溶断し、電源は遮断され通電は止まるが、電流ヒューズ３が溶断するには大きな電流が流れることが必要であるため、短絡部分が電源側Ａの近くでない場合には、第１発熱導体１２と第２発熱導体１４の抵抗により電流がある程度までしか大きくならないので、電流ヒューズ３の溶断が遅くなることになる。

そして、先端側Ｂに近い部位Ｃで第１発熱導体１２と第２発熱導体１４の間で短絡が発生すると、短絡した部分Ｃより先（Ｃ−Ｂ間）の発熱導体１２，１４には電流は流れないのでこの部分（Ｃ−Ｂ間）では発熱しない。そのため、全体の温度を検出する温度検出用導体１６による温度検出では温度が低いと検知され、通電率を増加する制御が行われる。従って、発熱導体１２，１４が発熱している部分（Ａ−Ｃ）のワット密度が高くなると共に、温度が更に上昇し、局部的な温度上昇を促進してしまう結果となる。この現象は、短絡の発生場所が電源側Ａに近くなる程、顕著に現れる。従って、この短絡の発生場所の位置Ｃにより温度上昇の程度は異なるが、電気採暖具の安全性が損なわれることになる。
特許公報第３３１２２３３１号公報 特許公報第２８９６９４１号公報

本発明の目的は、上記の問題を解決するためになされたものであり、第１発熱導体の周囲に絶縁層を介して第２発熱導体を巻いた発熱体を有する電気採暖具において、第１発熱導体と第２発熱導体の短絡を迅速に検出でき、この短絡の検出によりこれらの発熱体に供給する電流を停止できる、極めて安全性の高い電気採暖具の電流制御方法及び電気採暖具を提供することにある。

上記の目的を達成するための本発明の電気採暖具の電流制御方法は、電気絶縁性の芯線と、該芯線に巻き付けた第１発熱導体と、該第１発熱導体を覆う絶縁層と、該絶縁層に巻き付けた第２発熱導体と、該第２発熱導体を覆い前記絶縁層よりも低温で溶融する電気絶縁性の溶融層と、該溶融層に巻き付けた温度検出用導体と、該温度検出用導体を覆う外皮とを有してなり、前記第１発熱導体と前記第２発熱導体の一端側を電源側に接続すると共に他端側を接続して、前記第１発熱導体と前記第２発熱導体を流れる電流が同じ大きさで互いに逆方向となるように構成した電気採暖具において、前記第１発熱導体と前記第２発熱導体の他端側の接続部分を流れる電流を検出して、該検出した電流の変化に基づいて、前記第１発熱導体と前記第２発熱導体に供給する電流を制御して、前記第１発熱導体と前記第２発熱導体における発熱を制御するように構成される。

また、上記の目的を達成するための本発明の電気採暖具は、電気絶縁性の芯線と、該芯線に巻き付けた第１発熱導体と、該第１発熱導体を覆う絶縁層と、該絶縁層に巻き付けた第２発熱導体と、該第２発熱導体を覆い、前記絶縁層よりも低温で溶融する電気絶縁性の溶融層と、該溶融層に巻き付けた温度検出用導体と、該温度検出用導体を覆う外皮とからなり、前記第１発熱導体と前記第２発熱導体の一端側を電源側に接続すると共に他端側を接続して、前記第１発熱導体と前記第２発熱導体を流れる電流が同じ大きさで互いに逆方向となるように構成した電気採暖具において、前記第１発熱導体と前記第２発熱導体の他端側の接続部分を流れる電流を検出し、該検出した電流に基づいて、前記第１発熱導体と前記第２発熱導体に供給する電流を制御するように構成される。

つまり、電磁波抑制電気毛布等の電気採暖具において、発熱体（ヒーター線）の発熱導体（１次−２次導体）の短絡接続部分に電流検出回路を挿入し、発熱導体に流れる電流信号の変化により、発熱導体に供給する電流を制御する。これにより、発熱体の異常過熱を防止する。

本発明の電気採暖具の電流制御方法及び電気採暖具によれば、第１発熱導体の周囲に絶縁層を介して第２発熱導体を巻いた発熱体を有する電気採暖具において、電流検出という非常に簡単な手段により、第１発熱導体と第２発熱導体との間の短絡の発生を迅速に検出でき、また、この短絡発生の検出により、これらの発熱体に供給する電流を制御できるので、より安全性の高い電気採暖具とすることができる。

以下、本発明に係る実施の形態の電気採暖具の電流制御方法及び電気採暖具について、電磁波抑制電気毛布を例にして、図面を参照しながら説明する。

図１に、本発明の実施の形態の電気採暖具の制御ブロックを示し、図２に、電気採暖具の電気回路を示す。また、図３に、電気採暖具の発熱体の概略の構造を示す。

図３に示すように、この電気採暖具１の発熱体（ヒートワイヤー）１０は、芯糸１１、第１発熱導体（１次導体）１２、絶縁層１３、第２発熱導体（２次導体）１４、溶融層１５、温度検出用導体（３次導体）１６、外皮１７を有して構成される。

この芯糸１１は、電気絶縁性で、例えばポリエステル等の可撓性樹脂、あるいは、ガラスファイバー等の可撓性無機材料で形成され、第１発熱導体１２は銅合金等で形成され、発熱源として機能する。絶縁層１３は、電気絶縁性で、溶融層１５よりも融点の高い絶縁体、例えばポリエステル等で形成され、第１発熱導体１２と第２発熱導体１４の間を電気的に絶縁する。第２発熱導体１４は、第１発熱導体１２と同様に、銅合金等で形成され、発熱源として機能する。

図１及び図２に示すように、この第１発熱導体１２と第２発熱導体１４は、第２発熱導体１４の一端側を電源側のＯＮ−ＯＦＦ素子６に接続すると共に、第２発熱導体１４の他端側を第１発熱導体１２の一端側に電流検出回路７を介して、短絡接続、即ち、直列接続して、第１発熱導体１２の他端側を電源２に接続し、これにより、第１発熱導体１２と第２発熱導体１４を流れる電流が同じ大きさで互いに逆方向となるように構成する。これにより、第１発熱導体１２が発生する磁界と第２発熱導体が発生する磁界とが逆磁界となるため、相互に打ち消し合い、全体としての磁界は低減される。

また、溶融層１５は、電気絶縁性で、絶縁層１３よりも融点の低い絶縁体、例えばポリアミド樹脂等で形成され、第２発熱導体１４と温度検出用導体１６の間を電気的に絶縁する。これにより、回路の故障等によって異常発熱し、発熱体１０の一部が過熱状態となった時に、この溶融層１５が絶縁層１３よりも先に溶融し、第２発熱導体１４と温度検出導体１６を短絡させることにより、第１発熱導体１２と第２発熱導体１４の通電が停止し、これらが通電状態のまま短絡することを防止する。

温度検出用導体１６は、温度によって抵抗が変化するのを利用して、第１発熱導体１２と第２発熱導体１４の温度を検出するものであり、一端側は接続点Ｐを経由して電源側の温度ヒューズ組立５とＯＮ−ＯＦＦ素子６に、他端側は接続点Ｑを経由して温度検知温度制御回路９に接続される。つまり、温度検出用導体１６が、電源より温度検知温度制御回路９を経由して温度ヒューズ組立５とＯＮ−ＯＦＦ素子６の間に設けられる。

この温度検出用導体１６は、局部的な過熱により溶融層１５が溶融した時に第２発熱導体１４と短絡して異常を検知する短絡導体を兼ねている。

なお、抵抗変化によって温度を検出する代わりに、溶融層１５を温度によってインピーダンスが変化するポリアミド樹脂等の感温樹脂で形成し、この感温溶融層１５のインピーダンスに対応した温度検出用導体１６の電流値を検出することにより、第１発熱導体１２と第２発熱導体１４の温度を検出するように構成することもできる。

また、外皮１７は、電気絶縁性で、例えば軟質塩化ビニール樹脂等で形成され、温度検出用導体１６を外部と絶縁する。

そして、図１及び図２に示すように、電気採暖具１において、電流は、電源プラグ２、電流ヒューズ（ＣＦ）３、電源スイッチ４、温度ヒューズ組立５、ＯＮ−ＯＦＦ素子６、発熱体１０、電源プラグ２を流れ、第１発熱導体１２と第２発熱導体１４を発熱し、電気採暖具１を暖めるように構成される。

そして、本発明においては、更に、電流検出回路７と１次−２次短絡検知回路８を設ける。この電流検出回路７は、抵抗やダイオード等で構成され、第１発熱導体１２と第２発熱導体１４の短絡部分に設けられ、この短絡部分を流れる電流を検出し、この検出した電流値を１次−２次短絡検知回路８に出力するように構成される。

また、１次−２次短絡検知回路８は、この検出した電流値の変化により、第１発熱導体１２と第２発熱導体１４とが短絡したか否かを判定し、この判定結果の信号を温度検知温度制御回路９に出力するように構成される。そして、温度検知温度制御回路９は、短絡した旨の信号を受けると、電流をＯＦＦする信号をＯＮ−ＯＦＦ素子６に出力するように構成される。

次に、上記の電気採暖具１における電流制御方法について説明する。

この電気採暖具１によれば、電源プラグ２を電圧１００Ｖの商用交流電源等の電源に接続し、電源スイッチ４をＯＮにすると、電流が、電源プラグ２、電流ヒューズ（ＣＦ）３、電源スイッチ４、温度ヒューズ組立５、ＯＮ−ＯＦＦ素子６、発熱体１０、電源プラグ２を流れ、第１発熱導体１２と第２発熱導体１４を発熱し、電気採暖具１を暖める。

この時、通常の発熱状態では、ＯＮ−ＯＦＦ素子６が温度検知温度制御回路９により制御され、ＯＮ−ＯＦＦ素子６がＯＮの時は、発熱用の電流が第１発熱導体１２と第２発熱導体１４の接続部分を流れる。この時、温度検出用導体１６を流れる電流値から、発熱体１０の温度を検出し、ＯＮ−ＯＦＦ素子６を駆動して、第１発熱導体１２と第２発熱導体１４に供給する電流をＯＮ／ＯＦＦして、発熱体１０の温度を設定温度に維持する。

そして、電流検出回路７は、第１発熱導体１２と第２発熱導体１４を流れる電流を検出し、１次−２次短絡検知回路８に出力する。この１次−２次短絡検知回路８では、この検出電流値を基に、第１発熱導体１２と第２発熱導体１４との間の短絡の発生の有無を判定し、結果を温度検知温度制御回路９に出力する。

第１発熱導体１２と第２発熱導体１４との間に短絡が発生しない時には、発熱用の電流が第１発熱導体１２と第２発熱導体１４の接続部分を流れるのに対して、短絡が発生すると殆どの電流が短絡部分を経由して流れるため、第１発熱導体１２と第２発熱導体１４の接続部分を流れる電流は低下し、略ゼロとなる。そのため、１次−２次短絡検知回路８における短絡の発生の有無の判定は、非常に容易に行うことができる。

そして、絶縁層１３が何らかの原因で溶融又は破損し、第１発熱導体１２と第２発熱導体１４とに間で短絡が発生した場合には、１次−２次短絡検知回路８から、短絡の発生を検知した旨の信号が、温度検知温度制御回路９に入力され、温度検知温度制御回路９は、電流をＯＦＦする信号をＯＮ−ＯＦＦ素子６に出力し、ＯＮ−ＯＦＦ素子６を制御して、第１発熱導体１２と第２発熱導体１４への通電を停止する。この通電の停止により、電気採暖具１の異常発熱を防ぐことができる。

つまり、第１発熱導体１２と第２発熱導体１４の他端側の接続部分を流れる電流を検出して、この検出した電流の変化に基づいて、第１発熱導体１２と第２発熱導体１４に供給する電流を制御して、第１発熱導体１２と第２発熱導体１４における発熱を制御する。

また、１次−２次短絡検知回路８から、短絡が発生していないことを検知した旨の信号が、温度検知温度制御回路９に入力された場合には、通常の温度検出用導体１６を流れる電流値に基づくＯＮ−ＯＦＦ素子６の制御が行われる。この時、第１発熱導体１２と第２発熱導体１４には、電流が同じ大きさで逆方向に流れるので、第１発熱導体１２が発生する磁界と第２発熱導体が発生する磁界とが逆磁界となり、互いに相殺し全体としての磁界を低減する。

本発明に係る実施の形態の電気採暖具の電流制御を示すブロック図である。 本発明に係る実施の形態の電気採暖具の電気回路を示す図である。 電気採暖具の発熱体の構成を示す図である。 従来技術の電気採暖具の電流制御を示すブロック図である。

符号の説明

１，１Ｘ 電気採暖具
６ ＯＮ−ＯＦＦ素子
７ 電流検出回路
８ １次−２次短絡検知回路
９，９Ｘ 温度検知温度制御回路
１０ 発熱体
１１ 芯糸
１２ 第１発熱導体
１３ 絶縁層
１４ 第２発熱導体
１５ 溶融層
１６ 温度検出用導体
１７ 外皮
１８ １次−２次短絡部

Claims (2)

1. 電気絶縁性の芯線と、該芯線に巻き付けた第１発熱導体と、該第１発熱導体を覆う絶縁層と、該絶縁層に巻き付けた第２発熱導体と、該第２発熱導体を覆い前記絶縁層よりも低温で溶融する電気絶縁性の溶融層と、該溶融層に巻き付けた温度検出用導体と、該温度検出用導体を覆う外皮とを有してなり、前記第１発熱導体と前記第２発熱導体の一端側を電源側に接続すると共に他端側を接続して、前記第１発熱導体と前記第２発熱導体を流れる電流が同じ大きさで互いに逆方向となるように構成した電気採暖具において、
   前記第１発熱導体と前記第２発熱導体の他端側の接続部分を流れる電流を検出して、該検出した電流の変化に基づいて、前記第１発熱導体と前記第２発熱導体に供給する電流を制御して、前記第１発熱導体と前記第２発熱導体における発熱を制御することを特徴とする電気採暖具の発熱制御方法。
2. 電気絶縁性の芯線と、該芯線に巻き付けた第１発熱導体と、該第１発熱導体を覆う絶縁層と、該絶縁層に巻き付けた第２発熱導体と、該第２発熱導体を覆い、前記絶縁層よりも低温で溶融する電気絶縁性の溶融層と、該溶融層に巻き付けた温度検出用導体と、該温度検出用導体を覆う外皮とからなり、前記第１発熱導体と前記第２発熱導体の一端側を電源側に接続すると共に他端側を接続して、前記第１発熱導体と前記第２発熱導体を流れる電流が同じ大きさで互いに逆方向となるように構成した電気採暖具において、
   前記第１発熱導体と前記第２発熱導体の他端側の接続部分を流れる電流を検出し、該検出した電流に基づいて、前記第１発熱導体と前記第２発熱導体に供給する電流を制御することを特徴とする電気採暖具。
   

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