JP2007040585A

JP2007040585A - 温度センサ及びこれを用いた暖房システム

Info

Publication number: JP2007040585A
Application number: JP2005224076A
Authority: JP
Inventors: Kazumori Takagi; 量謹高木; Toru Nakada; 透中田; Shigeru Sugita; 茂杉田
Original assignee: JBH Co Ltd
Current assignee: JBH Co Ltd
Priority date: 2005-08-02
Filing date: 2005-08-02
Publication date: 2007-02-15
Also published as: CN1908602A; US20070029298A1

Abstract

【課題】ＰТＣ素子を利用した簡単な構造で、面状発熱体の広範囲に亘って温度を効率良く検出し、しかも耐久性、さらに加工性、設置施工性に優れ、コストの低減を図る。
【解決手段】温度センサ１は、ＰТＣ素子を利用したフラットな形状の複数の温度検知チップ１１が耐圧部材１２で包囲され、温度検知信号ケーブル１３（銀パターン１３１）で直列に接続されるとともに、絶縁性のフィルム１４でラミネートされて、全体がリボン状に構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、床暖房その他の各種暖房に使用する面状発熱体の温度変化を検出する温度センサ及びこれを用いた暖房システムに関する。

従来、電気式の床暖房システムに採用される面状発熱体には、コードヒータをジグザグ状に配置して面形状に合わせ込む形式のもの（例えば、特許文献１参照）や、カーボン等を主成分とする発熱材がＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）などの絶縁性のフィルムシート上に一定の幅、厚さ及び間隔で、短冊状に印刷されて形成されたフィルム形式のもの（例えば、特許文献２参照）などが知られている。

この種の床暖房システムでは、発熱体の過昇温を防止するために、発熱体にバイメタル式のサーモスタットやサーモヒューズ、あるいはＰТＣ（Positive Temperature Coefficient：正温度係数）特性を有する素子を利用した過昇温防止装置（例えば、特許文献１参照）が用いられて、発熱体が過昇温したときに発熱体への通電が停止されるようになっている。
特開平１１−１８２８７５公報特開２００４−３６９６１公報

ところで、近時の床暖房システムでは、面状発熱体の性能の向上により、面状発熱体全体が均一に一定の温度に上昇、維持されるようになっており、温度管理は面状発熱体の一部で行えばよく、面状発熱体の一部に過昇温防止装置が設けられている。しかしながら、ユーザが床暖房システムを誤った使用方法で使用し、面状発熱体の温度管理されていない部分に物などが載せられたりして部分的に外圧が加えられた場合に、この部分の発熱量が多くなって温度が異常に上昇することがあり、このような場合を考慮すると、面状発熱体の広い範囲に亘って温度管理することが望ましい。ところが、このような温度管理を従来のサーモスタットで行おうとすると、サーモスタットは自己復帰性があり、信頼性が高い反面、面状発熱体の広い範囲に多くのサーモスタットを使用することで、床暖房システムの構造が複雑化し、加工や、設置施工が難しく、コストも高くなるという問題がある。一方、サーモヒューズでは、自己復帰性がないために、１度発熱体への通電が停止されると、メンテナンスが必要になり、利便性がなく、実用的でないという問題がある。これに対して、ＰТＣ特性を有する素子を利用した過昇温防止装置では、サーモスタットを使用する形式に比べて構造が簡単で、コストを低減することができるものの、ＰТＣ素子に加熱用の強い電流が繰り返し流されるために、ＰТＣ素子が劣化しやすく、ＰТＣ特性を長く維持することが難しいという問題がある。

本発明は、上記課題を解決するもので、面状発熱体の広範囲の温度検出に基いて、面状発熱体の通電を制御する方式を採用し、ＰТＣ特性を有する素子を利用した簡単な構造で、面状発熱体の広範囲に亘って温度を効率良く検出することができ、しかも耐久性、さらに加工性、設置施工性に優れ、コストの低減を図ることができるなど、利便性の高い温度センサ、及びこれを用いた暖房システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の温度センサは、ＰТＣ（Positive Temperature Coefficient：正温度係数）特性を有する素子によりフラットな形状に形成され、温度変化を検知することにより通電をオン・オフする温度検知チップと、前記各温度検知チップを包囲して、前記各温度検知チップを外圧から保護する耐圧手段と、任意の方向に延ばし又は曲折して配線可能にフレキシブルな導体により形成され、前記各温度検知チップを直列に接続する温度検知信号ケーブルとを備え、前記各温度検知チップを面状発熱体の任意の位置に点在配置し、前記温度検知信号ケーブルを信号用の電流で通電することにより、前記面状発熱体の温度変化を検出することを要旨とする。この場合、複数の温度検知チップは耐圧手段で保護され、温度検知信号ケーブルとともに絶縁性のフィルムでラミネートされて、全体がリボン状に構成されることが好ましい。また、面状発熱体をコントロールする手段とは独立して温度検知信号ケーブルの通電を制御する手段を備えることが好ましい。

また、本発明の暖房システムは、各種の面状発熱体を採用する暖房システムにおいて、上記温度センサを備えることを要旨とする。

本発明の温度センサは、上記の構成を有し、ＰТＣ特性を有する素子を利用した簡単な構造で、面状発熱体の広範囲に亘って温度を効率良く検出することができ、しかも耐久性、さらに加工性、設置施工性に優れ、コストの低減を図ることができるなど、利便性を向上させることができる。この温度センサによる面状発熱体の広範囲の温度検出に基いて、面状発熱体の通電を制御することにより、ユーザの各種暖房システムの誤った使用方法で、面状発熱体のいずれかに過昇温が生じても、面状発熱体への通電を確実に停止して、安全性を確保することができる。

また、本発明の暖房システムは、上記の構成を有し、ＰТＣ特性を有する素子を利用した簡単な構造で、面状発熱体の広範囲に亘って温度を効率良く検出することができ、しかも耐久性、さらに加工性、設置施工性に優れ、コストの低減を図ることができる。この温度センサによる面状発熱体の広範囲の温度検出に基いて、面状発熱体の通電を制御することにより、ユーザの各種暖房システムの誤った使用方法で、面状発熱体のいずれかに過昇温が生じても、面状発熱体への通電を確実に停止して、安全性を確保することができる。

以下、本発明の実施の形態について図を用いて説明する。図１乃至図３に温度センサを示している。図１において、温度センサ１は、複数の温度検知チップ１１と、これらの温度検知チップ１１を保護する耐圧部材１２と、これらの温度検知チップ１１を直列に接続する温度検知信号ケーブル１３と、この温度センサ１を制御する温度センサユニット１６（図４参照）とを備える。

図２及び図３に示すように、各温度検知チップ１１は、ＰТＣ（Positive Temperature Coefficient：正温度係数）特性を有する素子（以下、単にＰТＣ素子という。）により全体がフラットな四角形又は円形に形成され、その上面及び下面にリード端子１１１、１１２が接続される。この場合、上面のリード端子１１１は温度検知チップ１１の上面から片側一方の端面に曲折され、さらにその端面下縁部から外側に曲折されて延ばされる。下面のリード端子１１２は温度検知チップ１１の他方の端面から外側に延ばされる。この温度検知チップ１１は、温度上昇と共に急激に電気抵抗値が変化するＰТＣ特性を利用して、温度変化を検知することにより通電をオン・オフする機能を有する。

各温度検知チップ１１の耐圧部材１２は平面形状が四角形の角形スペーサで、温度検知チップ１１を包囲する。この場合、耐圧部材１２はＰＥТにより形成され、その内周は温度検知チップ１１の外周よりも僅かに大きく、またその高さは温度検知チップ１１の高さよりも僅かに大きくして、温度検知チップ１１の周囲を取り囲み、温度検知チップ１１の各リード端子１１１、１１２上に粘着材１１３により固定される。このようにして温度検知チップ１１が外圧から保護される。

各温度検知チップ１１を接続する温度検知信号ケーブル１３は、任意の方向に延ばし又は曲折して配線可能に、フレキシブルな導体により形成される。この場合、温度検知信号ケーブル１１は導電材が絶縁性のフィルム１４に一体化して形成される。この絶縁性のフィルム１４は、幅約２センチの、薄く細長いＰＥТからなる下面側のベースフィルム１４１と上面側のカバーフィルム１４２の２層構造で、温度検知信号ケーブル１３はベースフィルム１４１上（の幅方向中央で長手方向）に銀パターン１３１が所定の間隔で間欠して形成され、銀パターン１３１の各間欠部分に温度検知チップ１１が耐圧部材１２に保護された状態でマウントされ、銀パターン１３１と温度検知チップ１１の各リード端子１１１、１１２が接続されて、その上からカバーフィルム１４２がホットメルト１４３などの接着剤を介して積層される。

このようにして温度センサ１は、小型化された複数の温度検知チップ１１が耐圧部材１２で保護されて、温度検知信号ケーブル１３で直列に接続されるとともに、絶縁性のフィルム１４でラミネートされ、全体が薄型、軽量で、絶縁性、可撓性を有するリボン状に構成される。なお、この温度センサ１の温度検知信号ケーブル１３には、図４に示すように、温度センサケーブル１５が接続されて、これが温度センサユニット１６に作動連結される。なお、この温度センサユニット１６は床暖房システム全体をコントロールする制御手段とは独立して備えることが好ましい。

図４にこの温度センサ１を採用した床暖房システムを示している。図４において、床暖房システム４は、面状発熱体（発熱フィルム）４１と、床暖房コントローラ４２と、温度センサ１と、温度センサユニット１６とを備える。

このシステム４の場合、面状発熱体４１は、下地材となるＰＥТなどの絶縁フィルムシート４１１の上に、一定の厚さ及び間隔で、略短冊状に、カーボン（カーボンペースト）４１２が印刷され、この下地材の（左右）両側にフラットケーブル（導体）４１３が設けられて、これらカーボン４１２及びフラットケーブル４１３の上から保護シート４１４がラミネートされた構造で、床暖房コントローラ４２の制御に基いて、フラットケーブル４１３に発熱用の電流が供給され、各カーボン４１２に電流が流されることにより、各カーボン４１２が発熱する形式になっている。なお、面状発熱体４１の一部、裏面側に温度を感知するサーミスタ４３が設置され、このサーミスタ４３はサーミスタケーブル４３１を介して温度センサユニット１６に接続される。

このシステム４において、温度センサ１は面状発熱体４１上に設置され、各温度検知チップ１１が面状発熱体４１の任意の位置に点在配置される。この場合、温度センサ１は面状発熱体４１上をその長手方向に横断するように設置され、各温度検知チップ１１が面状発熱体４１の一端からカーボン４１２上に一つおきにして配置される。このようにして複数の温度検知チップ１１が面状発熱体４１の広い範囲に細かく分布される。なお、この温度センサ１はリボン状に形成されていることにより、任意の長さにして切断でき、また直線的に延ばしたり曲折したりして任意の方向にフレキシブルに配線できるので、複数の面状発熱体４１間に連続して、しかも各面状発熱体４１の任意の位置に各温度検知チップ１１を設置することができる。また、この温度センサ１の場合、温度検知チップ１１の個数や特性（抵抗−温度特性）を変えることで、温度検出範囲を任意に設定することができ、広範囲に異常な過昇温がある場合でも、基準の設定温度よりも低い温度で早期に検知することができる。このようにして温度センサ１が面状発熱体４１上に設置された後（あるいは設置前に）、温度検知信号ケーブル１３が温度センサケーブル１５により温度センサユニット１６に接続される。この温度センサユニット１６は床暖房コントローラ４２によって制御される温度センサ１の制御手段で、この温度センサユニット１６により、温度センサ１に各温度検知チップ１１がジュール熱で自己発熱しない程度の微弱電流が供給される。この温度センサユニット１６は床暖房コントローラ４２とは独立して備えられたことで、非常停止回路として安全性が確保される。

この温度センサ１及び床暖房システム４は床暖房コントローラ４２のコントロールによって駆動され、面状発熱体４１に発熱用の電流が流されて、面状発熱体４１が所定の温度まで発熱する一方、温度センサユニット１６により、温度センサケーブル１５を通じて温度センサ１（の温度検知信号ケーブル１３）に信号用の微弱な電流が流されて通電され、この温度センサ１で、面状発熱体４１の広範囲に亘って温度変化を検出する。面状発熱体全体４１が均一に一定の温度に維持されている間は、各温度検知チップ１１でＰТＣ特性を有する素子の抵抗は小さく、各温度検知チップ１１及び温度検知信号ケーブル１３に信号用の電流が流れ、この正常な状態が温度センサユニット１６で確認され、床暖房コントローラ４２によって運転が続行される。これに対し、ユーザが床暖房システム４を誤った使用方法で使用し、面状発熱体４１の一部に物が載せられるなど部分的に外圧が加えられて、その部分の発熱量が多くなり、温度が異常に上昇した場合、その部分に配置された温度検知チップ１１（ＰТＣ特性を有する素子）の温度が上がり、この温度の上昇とともに抵抗が急激に大きくなって、その温度検知チップ１１で信号用の電流が流れなくなり、即時、この異常な状態が温度センサユニット１６で確認され、床暖房コントローラ４２によって運転が暫時停止される。そして、この運転停止により面状発熱体４１の温度が下がり、その温度検知チップ１１が（ＰТＣ特性を有する素子の自己復帰性により）通常の状態に戻されると、床暖房コントローラ４２によって運転が再開され、面状発熱体４１に発熱用の電流が流されて面状発熱体４１が所定の温度まで発熱する一方、温度センサユニット１６により、温度センサ１に信号用の電流が流されて、この温度センサ１で、面状発熱体４１の広範囲に亘って温度変化を検出する。なお、面状発熱体４１から物が取り除かれ、外圧が解除されるまで、同様の動作が繰り返されることになる。このようにして面状発熱体４１が広範囲に亘って温度管理される。

このように温度センサ１は、ＰТＣ素子を利用したフラットな形状の複数の温度検知チップ１１が耐圧部材１２で包囲されて、温度検知信号ケーブル１３（銀パターン１３１）で直列に接続されるとともに、絶縁性のフィルム１４でラミネートされて、全体がフレキシブルなリボン状に構成され、各温度検知チップ１１を面状発熱体４１の任意に位置に点在配置し、温度検知信号ケーブル１３を信号用の電流で通電することにより、面状発熱体４１の温度変化を検出するようにしたので、ＰТＣ素子を利用した簡単な構造で、面状発熱体４１の広範囲に亘って温度を効率良く検出することができ、特に、耐久性、加工性、設置施工性に優れ、コストを低減することができるなど、利便性の向上を図ることができる。また、この温度センサ１では、各温度検知チップ１１に信号用の微弱な電流を流し、従来のように発熱用の電流を流すことがないので、各温度検知チップ１１の劣化を防止し、ＰТＣ素子の自己復帰性を確保して、ＰТＣ特性を長く維持することができ、温度センサ１の信頼性を高めることができる。

また、この温度センサ１を用いた床暖房システム４によれば、この温度センサ１による面状発熱体４１の広範囲の温度検出に基いて、面状発熱体４１の通電を制御することにより、ユーザの床暖房システム４の誤った使用方法により、面状発熱体４１のいずれかに過昇温が生じても、面状発熱体４１への通電を確実に停止して、床暖房システム４の安全性を確保することができる。

図５及び図６に別の形態の温度センサを示している。図５及び図６に示すように、この温度センサ２は、上記の温度センサ１と同様の基本構成を有し、複数の温度検知チップ２１と、これらの温度検知チップ２１を保護する耐圧部材２２と、これらの温度検知チップ２１を直列に接続する温度検知信号ケーブル２３とを備え、複数の温度検知チップ２１が耐圧部材２２で保護され、温度検知信号ケーブル２３とともに絶縁性のフィルム２４でラミネートされて、全体がリボン状に構成される。この場合、各温度検知チップ２１は、ＰТＣ素子により全体がフラットな形状に形成され、その下面の前後両端に電極２１１、２１２が設けられる。なお、この温度検知チップ２１の形状は角形でも丸形でもいずれでもよいことは勿論である。耐圧部材２２は平面形状が円形の丸形スペーサで、温度検知チップ２１を包囲する。この耐圧部材２２の場合も、丸形スペーサの内周は温度検知チップ２１の外周よりも僅かに大きく、またその高さは温度検知チップ２１の高さよりも僅かに大きくしてある。温度検知信号ケーブル２３は導電材が絶縁性のフィルム２４に一体化して形成される。このフィルム２４の場合も、幅約２センチの、薄く細長いＰＥТからなる下面側のベースフィルム２４１と上面側のカバーフィルム２４２の２層構造で、温度検知信号ケーブル２３がベースフィルム２４１上（の幅方向中央で長手方向）に銀パターン２３１が所定の間隔で間欠して形成される。この銀パターン２３１の各間欠部分に温度検知チップ２１がマウントされて、銀パターン２３１と温度検知チップ２１の各電極２１１、２１２が接続され、その周囲に耐圧部材２２が粘着材を介して固定されて、その上からカバーフィルム２４２がホットメルト２４３などの接着剤を介して積層される。このようにしても上記温度センサ１と同様の作用効果を得ることができ、上記床暖房システム４に同様に採用して、同様の作用効果を奏することができる。

図７乃至図１１にさらに別の形態の温度センサを示している。この形態では、温度センサ３は、複数の温度検知チップ３１と、これらの温度検知チップ３１を直列に接続する温度検知信号ケーブル３３とにより構成され、各温度検知チップ３１は設置側の耐圧手段３２（図１１参照）で保護される。この場合、各温度検知チップ３１は、ＰТＣ特性を有する素子によりフラットな形状に形成される。なお、このチップ３１には温度検知信号ケーブル３３が接続された状態でその周囲に絶縁保護材３４が被覆される。温度検知信号ケーブル３３はリード線で、各温度検知チップ３１の上下の平面に半田付けにより接続される。この温度検知チップ３１とリード線３３の接続は、図８に示すように、各温度検知チップ３１の上下平面に半田面が設けられて、この半田面にリード線３３が直接接続される形式でもよく、図９に示すように、各温度検知チップ３１の上下面にリード端子３１１、３１２が接合されて、このリード端子３１１、３１２にリード線３３が接続される形式でもよい。なお、これら温度検知チップ３１とリード線３３に、図１０に示すように、シース３５を設けて、表面の凹凸を無くし、フラット化してもよい。図１１に示すように、耐圧手段３２は、面状発熱体４１が敷設される床下地材上に設けられ、この床下地材上に温度センサ３（特に各温度検知チップ３１の部分）が略面一に収容可能な深さの溝形形状に形成される。このようにしても上記温度センサ１、２と同様の作用効果を得ることができ、上記床暖房システム４に同様に採用して、同様の作用効果を奏することができる。

なお、上記実施の形態では、温度センサ１、２、３を用いた床暖房システム４にカーボン４１２が短冊状に設けられた形式の面状発熱体４１が例示されているが、カーボン４１２が全面に設けられた面状発熱体が採用されてもよく、温度センサ１、２、３を同様に使用することができる。また、温度センサ１、２、３は床暖房システムの一構成部品として例示されているが、この温度センサ１、２、３を、単体で、各種面状発熱体を採用する床暖房、壁暖房、天井暖房など、各種暖房システムに同様にして利用することができる。

本発明の一実施の形態における温度センサの側面断面図同温度センサの分解側面断面図同温度センサの平面断面図同温度センサを用いた床暖房システムの概略斜視図本発明の別の実施の形態における温度センサの側面断面図同温度センサの平面断面図本発明のさらに別の実施の形態における温度センサの概略平面図同温度センサの温度検知チップと温度検知信号ケーブルの接続例を示す部分拡大断面図同温度センサの温度検知チップと温度検知信号ケーブルの接続例を示す部分拡大断面図同温度センサの変更例を示す概略平面図同温度センサの特に温度検知チップの耐圧手段を示す側面断面図

符号の説明

１温度センサ
１１温度検知チップ
１１１、１１２リード端子
１１３粘着材
１２耐圧部材
１３温度検知信号ケーブル
１３１銀パターン
１４絶縁性のフィルム
１４１ベースフィルム
１４２カバーフィルム
１４３ホットメルト
１５温度センサケーブル
１６温度センサユニット（制御手段）
２温度センサ
２１温度検知チップ
２１１、２１２電極
２２耐圧部材
２３温度検知信号ケーブル
２３１銀パターン
２４絶縁性のフィルム
２４１ベースフィルム
２４２カバーフィルム
２４３ホットメルト
３温度センサ
３１温度検知チップ
３１１、３１２リード端子
３２耐圧手段
３３温度検知信号ケーブル
３４絶縁保護材
３５シース
４床暖房システム
４１面状発熱体
４１１絶縁フィルムシート
４１２カーボン（カーボンペースト）
４１３フラットケーブル（導体）
４１４保護シート
４２床暖房コントローラ
４３サーミスタ
４３１サーミスタケーブル

Claims

ＰТＣ（Positive Temperature Coefficient：正温度係数）特性を有する素子によりフラットな形状に形成され、温度変化を検知することにより通電をオン・オフする温度検知チップと、
前記各温度検知チップを包囲して、前記各温度検知チップを外圧から保護する耐圧手段と、
任意の方向に延ばし又は曲折して配線可能にフレキシブルな導体により形成され、前記各温度検知チップを直列に接続する温度検知信号ケーブルとを備え、
前記各温度検知チップを面状発熱体の任意の位置に点在配置し、前記温度検知信号ケーブルを信号用の電流で通電することにより、前記面状発熱体の温度変化を検出することを特徴とする温度センサ。
複数の温度検知チップは耐圧手段で保護され、温度検知信号ケーブルとともに絶縁性のフィルムでラミネートされて、全体がリボン状に構成される請求項１に記載の温度センサ。
面状発熱体をコントロールする手段とは独立して温度検知信号ケーブルの通電を制御する手段を備える請求項１又は２に記載の温度センサ。
各種の面状発熱体を採用する暖房システムにおいて、請求項１乃至３のいずれかに記載の温度センサを備えることを特徴とする暖房システム。