JP2013073758A - 採暖用温度制御器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】AC電源のN極側が正の半サイクルの時、コンデンサCfは充電期間に当たり、整流回路部の入力側はダイオードDfの順方向電圧降下分しか電圧印加されないので、温度ヒューズ一体形加熱用抵抗器RF1には殆ど電流は流れず加熱は起きない。しかし、AC電源から見ると、コンデンサCfがAC100Vの半波で充電されるので、それに同期してAC電源のN極から発熱素線2,高分子層3,温度検知素線4を通ってH極を結ぶ線間短絡保護経路には半波のAC100Vが加わった状態となっており、保護機能は維持される。
【選択図】図2
Description
ここで、F1は加熱用抵抗器RF1と一体化された温度ヒューズ、R1、R5は減電圧抵抗器、D1、D2、D3、D4は耐電圧200V以上のダイオード、ZD1はツェナー・ダイオード、C1、C2は電解コンデンサ、R2、R3、R4は抵抗器、U1は電圧比較器、Q1はNPNトランジスタ、RY1はリレー、RYaはその接点である。
→ 温度検知素線4 → D3又はD4 → RF1 → F1 → H極」の経路で大きな電流が流れ温度ヒューズ一体形加熱用抵抗器RF1が加熱され所定時間内に温度ヒューズF1が溶断し電源が遮断され、火災の発生を防止する最終的保護回路が構成される。
第1に、温度ヒューズ一体形加熱用抵抗器RF1の他端にリレーの接点RYaの一端が接続され、温度ヒューズ一体形加熱用抵抗器RF1の他端が温度ヒューズF1を介してAC100VのH極側に接続されているが、これ以外の接続ではダイオードD3、D4の接続方向も含め、発熱素線2と温度検知素線4間の線間短絡時に十分大きな電流が流れず、所定時間内に温度ヒューズを溶断できない点である。
なお、図3に於いて温度ヒューズF1の接続位置は、RF1とRYaとH極の接続が維持されれば必ずしもH極側でなくN極側であっても構わない。
このように従来の採暖用温度制御器は、機能面では温度制御と安全保護機能を兼ね備えた優れた構成になっている。
リレーRY1がDC12V駆動の場合、電解コンデンサC2は耐圧35V、容量100μF程度の普及形、トランジスタQ1もVceo=50V、Ic=100mA程度の汎用普及形で十分である。しかし、リレーRY1がDC100V駆動の場合、電解コンデンサC2は耐圧250V、容量4.7μF、トランジスタQ1もVceo=300V、Ic=50mAと高耐圧の性能が必要である。
Df → D1 → R1 → R2 → D3 → RF1 → F1 → H極」の経路で電流が流れてしまい、温度制御を大幅に狂わせるとともに、温度ヒューズ一体形加熱用抵抗器RF1を加熱させ、初めからある程度の線間短絡保護機能が働く。そのため短期間のうちに温度ヒューズF1を溶断すると云う重大欠点があり実用性は否定される。
本発明による温度制御器の回路を図2に示す。
図2が図4に比較し異なっている部分は、コンデンサCfの位置をAC電源のN極側に移動し、コンデンサ入力形の標準的接続形式とは逆順序の構成としている点である。
→ F1 → H極」を結ぶ線間短絡保護経路には半波のAC100Vが印加された状態で生きており、保護機能は問題なく維持されている。なお、温度ヒューズF1の接続位置は、加熱用抵抗器RF1と熱的に結合されているのでN極側であっても構わない。
これは、図3に示した抵抗入力形の電源の場合、減電圧抵抗器R1がH極側に接続される場合とN極側に接続される場合とで対称性を保って動作をするのと大きな違いである。
図1は、本発明による採暖用温度制御器に適用されるコード状発熱線の一方端を示すもので、絶縁被膜層,高分子層などを一部省略して示した図である。
図1に示した実施の形態についての諸データは次の通りである。
巻芯1の材質 :ポリエステル繊維束
発熱素線2の材質 :銅錫合金
発熱素線2の寸法 :断面0.06×0.42mm、ピッチ0.86mm
高分子層3の材質 :ナイロン12混和物
高分子層3の寸法 :厚さ0.33mm
温度検知素線4の材質 :ニッケル
温度検知素線4の寸法 :断面径φ0.08mm、ピッチ0.86mm
絶縁被覆層5の材質 :ポリ塩化ビニル樹脂混和物
絶縁被覆層5の寸法 :厚さ0.4mm
ポリアミド樹脂は、市販のナイロン12(3020X15、UBE製)及びポリアミド12エラストマー(9055X1、UBE製)を使用した。
各実施例、各従来例に共通する回路定数は、R2=1.5KΩF、R3=470ΩF、R4=10KΩJ、ZD1=6.2V、C1=100μF(16V)、D1、D2、D3、D4は整流ダイオード1N4004、RF1=180Ω(3W)、F1=10A(250V)の通りである。
[温度制御の測定]
温度検知素線の平均温度が65℃で制御されるよう、予め電圧比較器U1のプラス入力電圧Vrefを設定し、通電により温度制御されたコード状発熱線1Hの中央位置の表面に直接温度センサを接触させて温度を測定し、その結果が表2に示されている。
回路部品のうち、表1に示す消費電力の大きい部品の電力(実効値)を測定し、その結果が表2に示されている。
図2及び図3の回路図に於いて、温度検知素線4の一端に接続されたダイオードD4のアノードと発熱素線2の一端であるAC電源のN極を強制的に短絡させ、温度ヒューズ一体形加熱用抵抗器RF1を加熱させ、温度ヒューズが溶断するまでの時間を測定し、その結果が表2に示されている。
[温度制御の評価]
表2の表面温度のバラツキの程度によれば、実施例と従来例間の温度検知素線4の抵抗値や温度係数のバラツキは目につかず、また温度制御器の動作についても入力電源の方式やリレーの種類による違いは見られず安定な結果が得られ、本発明による温度制御は従来に遜色ないことが実証できた。
表2の消費電力の合計によれば、従来例1に比べ、実施例1は大幅な消費電力削減になっており、従来例2で示すように、抵抗入力形電源でDC12Vリレーを使うことは、消費電力の面でまったく不可能であるが、コンデンサ入力形の電源ではそれが可能であることを実証できた。なお、コンデンサCfの入手可能な容量ステップは間隔が大きく、リレー駆動電圧に対し好適な値を選択するのは煩雑であるが、合致性がよければ大幅な消費電力削減が可能である。
表2の溶融時間のバラツキによれば、実施例1,2による溶断時間と、従来例1,2による溶断時間の値に大きな差はなく、本発明による線間短絡保護機能は実績のある従来の機能を十分継承していることを実証できた。
1H コード状発熱線
2 発熱素線
3 高分子層(熱可塑性樹脂部材)
4 温度検知素線
5 絶縁被覆層
Claims (4)
- 分圧抵抗器と温度検知素線との接続点の電圧により発熱素線の上昇温度を検知し、所定温度に達したときリレー接点により前記発熱素線の電源を遮断することによりユーザが設定する温度に調整する温度制御部を有し、前記発熱素線と前記温度検知素線が熱可塑性樹脂部材により分離されるコード状発熱線の温度制御器において、
交流全波の電力制御を担う前記リレー接点の一端に、前記発熱素線の一端が接続され、
前記リレー接点の他端と、
前記温度検知素線の両端にそれぞれアノードが接続された第1と第2のダイオードのカソードを接続し、該接続点に温度ヒューズ一体形抵抗器の一端が接続される該温度ヒューズ一体形抵抗器の他端と、
第3のダイオードのカソードと、
の3点を交流電源の一端に接続し、
前記発熱素線の他端と、
前記第3のダイオードのアノードにコンデンサの一端が接続される該コンデンサの他端と、
の2点を前記交流電源の他端に接続するとともに前記第3のダイオードの両端に整流回路部を含む前記温度制御部を接続してなり、
前記交流電源の他端が正の半サイクルになった場合、該正の半サイクル中の前記コンデンサが充電する期間に前記整流回路部の入力端間に前記第3のダイオードの電圧降下分のみを印加し、かつ、前記交流電源の他端,前記発熱素線,前記熱可塑性樹脂部材,前記温度検知素線,前記第1および第2のダイオード,前記温度ヒューズ一体形抵抗器,温度ヒューズおよび前記交流電源の一端で形成される線間短絡保護経路に前記交流電源の半波電圧を印加可能にして前記熱可塑性樹脂部材が略短絡状態になったとき、前記温度ヒューズを溶断させるように構成し、
消費電力を抑制しつつ前記温度制御部へ十分な電流を供給することを特徴とする採暖用温度制御器。 - 請求項1記載の採暖用温度制御器に於いて、
前記発熱素線は巻芯に所定のピッチで螺旋巻きされ、
前記熱可塑性樹脂部材は前記発熱素線上に密着配置され略130℃から190℃間の温度で溶融する高分子層であり、
前記温度検知素線は前記高分子層の外周に一定のピッチで螺旋巻きされ、
前記温度検知素線上に該温度検知素線を絶縁する被覆層を具備したことを特徴とする採暖用温度制御器。 - 請求項1または2記載の採暖用温度制御器に於いて、
前記第3のダイオードは、整流ダイオードまたはツェナー・ダイオードであることを特徴とする採暖用温度制御器。 - 請求項1または2記載の採暖用温度制御器に於いて、
前記温度検知素線は正の温度係数を有する金属線であることを特徴とする採暖用温度制御器。
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