JP2015026458A - 採暖用温度制御装置 - Google Patents
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Abstract
Description
又、高分子層3には、温度上昇に伴いインピーダンスが減少する負温度係数サーミスタ特性を持たせたものがある。
温度制御動作は、温度検知素線4の抵抗変化が、抵抗器R2とR3で分圧され電圧比較器U1のマイナス端子に入力され、予め設定された温度に相当する基準電圧Vref1と比較され電圧比較器U1より出力され、電力制御スイッチSWの開閉が駆動され発熱素線2への通電が制御される。
ここで符号STBは、整流ダイオードD1、減電圧用抵抗器R1、ツェナー・ダイオードZD1、電解コンデンサC1により構成された低電圧の直流安定化電源であり温度制御部に供給される。
尚、図6の温度制御回路図に於けるD2の役目は、電源のN点側が正のサイクルの場合、温度制御部のグランドを通して前記の線間短絡保護機能が働かないようにするためのものである。
又、AC電源のH点、N点は回路図上の位置を示す呼称であり、電気的意味は含まない。
上記説明と外観や構成が類似するものとして特許文献1〜6が挙げられる。
局部過熱のような高温になると1線式コード状発熱線1Hの高分子層3は絶縁性が低下し、発熱素線2と温度検知素線4の間にリーク電流が流れ、電圧比較器U1のマイナス端子の電圧を変化させ、温度制御機能に悪影響を及ぼす場合がある。
尚、電力制御スイッチSWがONの場合を図7に、OFFの場合を図8に示す。
(1)中央部よりS1−H1端子側の場合は、リーク抵抗Rxが小さくなりリーク電流が増えるに従い、電圧比較器U1のマイナス端子に入力される電圧Viはリークのない場合より上昇していき、温度制御としては、設定温度より手前の低目の温度で電圧比較器U1の出力がOFFになるように働くので安全性が高い。
(2)S2−H2側に近い場合は、リーク抵抗Rxが小さくなりリーク電流が増えるに従い、電圧比較器U1のマイナス端子に入力される電圧Viはリークのない場合より低下していき、温度制御としては設定温度を過ぎた高目の温度で電圧比較器U1の出力がOFFになるように働くので、安全性を確保できるとは言い難い。
本説明に当たって、巻芯に所定のピッチで螺旋巻きされる第1の線条を発熱素線、高分子層の外周に所定のピッチで螺旋巻きされた第2の線条を温度検知素線とするが、これらは逆配置であっても構わない。
ここで、発熱素線は、発熱のために電流を流す導体であるが、線間短絡時に温度検知素線と接触する一方の電極として働くことも担う。
図2は、本発明の実施形態にかかるコード状発熱線1Hの一方端を示すもので、絶縁被膜層および高分子層などを一部省略して示した図であり、上記の従来例にて説明した構成と同じものである。
巻芯1の材質 :ポリエステル繊維束 φ0.44mm
発熱素線2の材質 :0.7%錫銅合金
発熱素線2の寸法 :断面0.060×0.420mm(平角導体)、ピッチ0.86mm
高分子層3の材質 :ポリアミド樹脂
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φ0.080mm(丸線状の導体)、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
同図に於いて、全長36mのコード状発熱線1Hの構成要素である発熱素線2の抵抗値は28.6Ω、温度検知素線4の抵抗値は60℃で1176Ω(温度係数は0.44%/℃)である。
R1,R2,R3およびR4は固定抵抗であり、R1=5.6KΩ,3W、ZD1はツェナー・ダイオードであり、Vz=5.0V、R2=1.5KΩF,R3=470ΩF,R4=10KΩである。C1,C2は電解コンデンサであり、C1=100μF,25V、C2=33μF,16V、Cx,Cyはフィルム・コンデンサ、D1,D2,D3およびD4は整流ダイオード1N4004、U1は電圧比較器、SWは電圧比較器U1の結果により発熱素線2への通電を制御する電力制御スイッチであり、STB部はAC100Vから温度制御部へ直流Vcc=5.0Vを供給する安定化回路部である。補正コンデンサCx,Cy(耐電圧250VAC)の値は、以下のリーク試験によって示される。
温度制御動作は、温度検知素線4の抵抗変化が、抵抗器R2とR3で分圧され電圧比較器U1のマイナス端子に入力され、予め設定された温度に相当する基準電圧Vref1と比較され電圧比較器U1より出力され、電力制御スイッチSWの開閉が駆動され発熱素線2への通電が制御される。
線間短絡保護動作は、背景技術〔0008〕と〔0009〕の項で説明した内容と同じである。
36mのコード状発熱線1Hが、アルミ箔などの熱放散の良い下地に交差しないよう固定され、発熱素線2と温度検知素線4の各端末は図1の温度制御回路図に示された位置に接続される。補正コンデンサCxを、ダイオードD3及びD4のカソード側と直流安定化電源のグランド間に接続するとともに、Cxをパラメーターとし、その値を0.47μF、1.0μF、2.2μF、3.3μF(何れも耐電圧250VAC)として次の測定を行った。
十分な冷却後、リーク抵抗Rxを順次1.0KΩ、10KΩ、100KΩ、1000KΩに変えながら、電圧比較器U1のマイナス端子に入力される電圧Viの測定を繰り返し、その結果を図3に示す。
発熱素線2と温度検知素線4の各端末は[リーク試験1]と同じ接続とし、下記に示す[リーク試験1の評価]結果に基づき、補正コンデンサCxを2.2μFとし、Cxの接続位置は[リーク試験1]の場合と同じにした。リーク抵抗Rxを接続する位置をパラメーターとし、その位置をS1−H1端子間、及びコード状発熱線1Hの中央部の発熱素線2と温度検知素線4間として次の測定を行った。
十分な冷却後、リーク抵抗Rxを順次1.0KΩ、10KΩ、100KΩ、1000KΩに変え、電圧比較器U1のマイナス端子に入力される電圧Viの測定を繰り返し、その結果を図4に示す。
尚、S2−H2間のリークに対する入力電圧Viの測定は、[リーク試験1]で既に実施済みなので、データはそれらを使用した。
図1の温度制御回路図に於いて、補正コンデンサCxを外し、同Cyを点線のようにダイオードD3及びD4のカソード側と直流安定化電源の正極間に接続した。リーク抵抗Rxの接続位置をパラメーターとし、その位置をS1−H1端子間、及びコード状発熱線1Hの中央部の発熱素線2と温度検知素線4間、及びS2−H2端子間として、[リーク試験2]と同じくリーク抵抗Rxに対する入力電圧Viの測定を行い、その結果を図5に示す。
36mのコード状発熱線1Hをフェルトなどの表裏生地間に挟み接着固定するとともに、発熱素線2と温度検知素線4の各端末を図1の温度制御回路図に示された位置に接続し電気カーペット完成品とする。ここで、補正コンデンサCxの値を2.2μFとした。
温度検知素線4の「温度―抵抗基準特性」に基づき平均温度が70℃±1℃で制御されるよう、予め電圧比較器U1のプラス入力電圧Vref1とヒステリシス幅を設定し、通電により温度制御されたコード状発熱線1Hの表面温度を測定する。測定位置は、温度制御回路部のS2−H2端子部から線条距離で1m離れたコード状発熱線1Hの表面とし、その箇所に直接測定用温度センサを接触固定し温度を測定した結果は、66℃±2℃であった。
次に、前記温度測定点を中心に1辺が30cm四方の断熱材を被せ温度測定した結果は、64℃±2℃であった。
コード状発熱線1Hの過熱による高分子層3の溶融に伴う発熱素線2と温度検知素線4の間の線間短絡試験は擬似的に次のように実施した。図1の温度制御回路図に於いて、発熱素線2と温度検知素線4の各々の中央部を短絡した状態でAC電源を入れ、強制的に電力制御スイッチSWをONにして温度ヒューズF1の溶断時間を測定したところ、186秒であった。又、比較のため、図6の従来例の回路図に於いて、前記と同様に溶断時間を測定したところ、177秒であった。
[リーク試験1の評価]
S2−H2間に接続されたリーク抵抗Rxが小さくなりリーク電流が増加しても、補正コンデンサCxが大きくなるに従い入力電圧Viは増加するが、誤差を見込んで2.2μF以上の補正コンデンサCxを接続すれば、リークの無い場合の入力電圧Viより確実に大きくなり、設定温度より手前の低目の温度で電圧比較器U1の出力がOFFになるように働く安全性の高い温度制御が可能であることを実証できた。
従って、これ以降の各試験に於いては、補正コンデンサCxの値を2.2μFとする。
前記[リーク試験1の評価]結果に基づき、補正コンデンサCxを2.2μFとし、S1−H1端子間、及びコード状発熱線1Hの中央部の発熱素線2と温度検知素線4間に接続されたリーク抵抗Rxを大幅に変えても、入力電圧Viは補正コンデンサCxの無い場合(図7)の値からズレた程度であり、設定温度より手前の低目の温度で電圧比較器U1の出力がOFFになるように働く安全性の高い温度制御を維持していることを実証できた。
[リーク試験3の評価]
図4と図5を比較すると、殆ど同じ補正特性が得られており、補正コンデンサCx及びCyを直流安定化電源のどちらの極性に接続しても、AC電源から見ればほぼ対称であるとの見通しを実証できた。
補正コンデンサCx=2.2μFを接続すれば、局部過熱に弱いS2−H2端子側に強制的な局部過熱操作をしても、設定温度より手前の低目の温度で電圧比較器U1の出力がOFFになるように働く安全性の高い温度制御が可能であることを実証できた。
短絡検知感度の最も鈍いコード状発熱線1Hの中央部の短絡試験に於いて、補正コンデンサCx=2.2μFを接続しても、温度ヒューズ溶断時間に従来に比べ大きな差はなく、従来と同等の安全性の確保が可能であることを実証できた。
前記の[リーク試験2]とまったく同じく補正コンデンサCx=2.2μFを接続し、S2−H2間にリーク抵抗Rx=0.1KΩを接続して、電力制御スイッチSWがOFFとなる条件でAC電源を投入する。温度制御回路部の初期安定時間後、そのまま電圧比較器U1のマイナス入力端子の電圧Viを測定した。リーク抵抗Rxを順次1.0KΩ、10KΩ、100KΩ、1000KΩに変え、電圧比較器U1のマイナス端子に入力される電圧Viの測定を繰り返し、その結果を図9に示す。
尚、本発明による採暖用温度制御装置の実施の形態に於いては、補正コンデンサの値は2.2μFが好適値であったが、この値は1線式コード状発熱線の電気的特性及び温度制御回路部の回路定数により大幅に変わる場合があり、前記の値に制限されるものではない。
好ましくは1μF〜3.3μFの値にするのがよい。容量が3.3μFより大きいことに越したことはないが、3.3μF以上ではコンデンサの形状が大きくなるので、形状の点から制限を付したものである。
1H コード状発熱線
2 発熱素線
3 高分子層
4 温度検知素線
5 絶縁被覆層
Claims (3)
- 巻芯に所定のピッチで螺旋巻きされる第1の線条、前記第1の線条上に密着配置され所定の温度で溶融する高分子層、前記高分子層の外周に所定のピッチで螺旋巻きされた第2の線条、及び前記第2の線条を絶縁する被覆層を具備したコード状発熱構造を有する採暖用温度制御装置であって、
前記第1及び第2の線条は、一方が発熱素線、他の一方が温度検知素線によって構成され、前記温度検知素線の両端に各々2つのダイオードのアノードが接続され、前記2つのダイオードのカソードの接続端に温度ヒューズ一体形抵抗器の一端が接続され、前記温度ヒューズ一体形抵抗器の他端がAC電源の一方に接続されるともに、前記2つのダイオードのカソードの接続端と温度制御部を駆動する直流安定化電源の正極またはグランド間に補正コンデンサが接続され、
前記高分子層のリークが増加した場合、前記補正コンデンサの作用により前記温度検知素線からの温度信号電圧が、前記高分子層にリークがない場合の温度信号電圧より高温側の電圧になるように補正し、温度制御部が加熱用信号を出力しないよう制御し、過熱を防止し安全性を確保することを特徴とする採暖用温度制御装置。 - 請求項1記載の採暖用温度制御装置に於いて、
前記高分子層はポリアミド樹脂単独、またはポリアミド樹脂とポリアミド・エラストマーとの混和物からなり、溶融温度が130℃以上190℃以下であることを特徴とする採暖用温度制御装置。 - 請求項1または2記載の採暖用温度制御装置に於いて、
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装置。
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US9648666B2 (en) | 2015-07-02 | 2017-05-09 | Hongkong Tachibana Electronics Co., Ltd. | Warming temperature control device |
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