JP2016071993A - Temperature control system for electric heater - Google Patents

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豊明 木村
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To develop a temperature control system for an electric heater capable of optionally performing self temperature control at a target temperature.SOLUTION: The temperature control system for a heater 1 includes the heater 1, a temperature sensor 2 and a power unit that gives power to the heater 1. While using a power source that is controlled so as to supply power corresponding to output from the temperature sensor 2 in accordance with a program, the power unit gives rapid increase of an electroresistance value within a predetermined temperature range to a heating temperature of the heater. When the heating temperature is lower than the target temperature, the program of the power unit gives fixed power to the heater 1 until the heating temperature becomes closer to the target temperature. When the heating temperature is higher than the target temperature, the program maintains the heating temperature by constantly supplying low power.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、各種電気ヒーターの発熱温度を一定に維持するための電気ヒーターの温度制御システムに関するものである。   The present invention relates to an electric heater temperature control system for maintaining a constant heat generation temperature of various electric heaters.

我々は人体に近い発熱温度や、環境温度からそれ程離れていない常温に近い低い発熱温度を一定に保つ電気ヒーター(以下、単に「ヒーター」という)を必要とすることがある。正確な発熱温度を必要としなければ、種々のワット数のヒーターを切り替えて使用したり、発熱温度の精度が粗くてもよい場合は、バイメタルスイッチや液体の膨張利用したロバートショウサーモスタット(ロバートショウコントロール社の商品名)を使用したりしている。   We may need an electric heater (hereinafter simply referred to as “heater”) that maintains a constant heat generation temperature close to the human body and a low heat generation temperature close to room temperature that is not far from the ambient temperature. If accurate heat generation temperature is not required, various wattage heaters can be used by switching, or when heat generation temperature accuracy may be coarse, a Robert Shaw thermostat (Robert Shaw Control using a bimetal switch or liquid expansion) Company name).

また、正確に一定の発熱温度を持続する場合は、制御装置を利用してヒーターの発熱温度を一定に制御する技術も広く用いられている。   In addition, when maintaining a constant heat generation temperature accurately, a technique for controlling the heat generation temperature of the heater to be constant using a control device is also widely used.

ところが、目的温度が環境温度に近い場合、従来の技術ではおよそ0℃〜 40℃の温度範囲で制御するためには、ヒーターによる加熱とヒートポンプ等による冷却を行って、双方を同時に制御する方法を採っている。これは、このような温度範囲では、電力を与えられたヒーターは目的温度に向かって温度上昇が起こるが、前記目的温度に近づいて電力をカットしても、発熱温度が目的温度を通り過ぎて上昇してしまう、いわゆる過熱オーバーランが発生する。この過熱オーバーランに対処するためにヒートポンプで冷却するのである。しかし、この冷却も目的温度近くでは、ヒーターによる加熱とヒートポンプによる冷却とを、細かくバランスを取って制御しているのが現行技術である。従って前述の温度範囲での温度制御は冷却装置を必然とするので、事実上従来技術では使用不可能の場合も多々ある。例えば臨床に用いるには冷凍機のスベースや騒音が妨げとなる。また、入り組んだ研究装置の間に冷凍機を置くことも困難な場合もある。   However, when the target temperature is close to the environmental temperature, in order to control the temperature within a temperature range of about 0 ° C. to 40 ° C. in the conventional technology, a method of simultaneously controlling both by heating with a heater and cooling with a heat pump or the like. Adopted. This is because, in such a temperature range, the heater supplied with power rises in temperature toward the target temperature, but even if the power is cut close to the target temperature, the heat generation temperature rises past the target temperature. So-called overheating overrun occurs. In order to cope with this overheating overrun, it is cooled by a heat pump. However, the current technology is that the heating by the heater and the cooling by the heat pump are finely balanced and controlled near the target temperature. Therefore, since the temperature control in the above-mentioned temperature range necessitates a cooling device, there are many cases where it is practically impossible to use the conventional technology. For example, for clinical use, the stub and noise of the refrigerator are hindered. It may also be difficult to place a refrigerator between the intricate research devices.

一方、制御装置を用いることなく、ヒーター自身の物性を利用した自己温度調節ヒーターも用いられている。ひとつはチタン酸バリウムセラミックヒーターであり(例えば特許文献1)、もう一つはカーボン-結晶性高分子系のヒーターである(例えば特許文献2)。何れも系の発熱温度が閾値を越えると抵抗値が急増する性質を利用している。チタン酸バリウムセラミックヒーターは100℃以上の発熱温度で抵抗値が増加する。カーボン-結晶性高分子系ヒーターの場合は発熱温度が50℃〜100℃の場合がほとんどであり、前述の0℃〜 40℃の温度範囲内に発熱温度をもたせることは困難である。   On the other hand, a self-temperature adjusting heater using the physical properties of the heater itself is also used without using a control device. One is a barium titanate ceramic heater (for example, Patent Document 1), and the other is a carbon-crystalline polymer heater (for example, Patent Document 2). In either case, the resistance value rapidly increases when the heat generation temperature of the system exceeds a threshold value. Barium titanate ceramic heaters increase in resistance at exothermic temperatures of 100 ° C or higher. In the case of a carbon-crystalline polymer heater, the exothermic temperature is almost 50 ° C. to 100 ° C., and it is difficult to give the exothermic temperature within the aforementioned temperature range of 0 ° C. to 40 ° C.

高分子の代わりに希望の発熱温度近くで融点をもつ、パラフィン、低分子量ポリエチレングリコール等を用いカーボンを分散させれば得られる温度範囲内に定常的な発熱温度をもつ自己温度調節ヒーターを作ることができることは、本発明者が古くから検討を加えて種々提案をしてきた(例えば特許文献3、非特許文献1など)。然し作製後ヒーターを定常的な発熱温度より高い環境温度に曝すと系が溶解してしまうので、事実上このような系では無理である。   Create a self-regulating heater with a constant exothermic temperature within the temperature range obtained by dispersing carbon using paraffin, low molecular weight polyethylene glycol, etc., which has a melting point near the desired exothermic temperature instead of a polymer. The inventor has been making various proposals for a long time by examining it (for example, Patent Document 3, Non-Patent Document 1, etc.). However, if the heater is exposed to an environmental temperature higher than the steady exothermic temperature after fabrication, the system will be dissolved, which is practically impossible with such a system.

特開平09-045504号公報JP 09-045504 A 特開2005-093735号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2005-093735 特開2004-172611号公報JP 2004-172611 A

J. Appl, Phys., 59, 960 (1986),J. Appl, Phys., 59, 960 (1986),

環境温度や体温に近い発熱温度近辺の領域で、希望する発熱温度を正確に持続するには、現在の技術では冷却装置を併用して、双方のオーバーランを相互に制御する技術より他はない。冷却装置が持ち込めないような場合は、全く手段がないのが現状である。   In order to accurately maintain the desired fever temperature in the vicinity of the fever temperature that is close to the ambient temperature and body temperature, the current technology has nothing but a technology that uses a cooling device to control both overruns mutually. . If the cooling device cannot be brought in, there is no means at all.

前述の低融点のパラフィンやポリエチレングリコールを用いた系による自己温度調節発熱体は、可能性としては前述の温度制御に対する可能性としては否定することはできない。然し融点以上の発熱温度になると系が熔融し、再度固化しても抵抗値は大幅に変化し、そのままの状態でヒーターとして使用するには問題を生ずる。またこのような系によるヒーターは、脆く、脆弱であるので実用面からの問題もある。   The above-described self-temperature-controlled heating element based on a system using low melting point paraffin or polyethylene glycol cannot be denied as a possibility for the aforementioned temperature control. However, when the exothermic temperature is higher than the melting point, the system melts, and even if it is solidified again, the resistance value changes drastically, causing a problem in using it as it is. In addition, heaters based on such systems are brittle and fragile, and thus have practical problems.

そこで、0℃〜40℃の常温領域を含む温度範囲で希望する発熱温度を、冷却装置を一切伴わず、短時間に目的温度に到達し、前記発熱温度を永続的に維持することができるヒーターの温度制御システムの開発により、使用するヒーターは希望する性質(堅牢性、屈曲性、柔軟性、ソフトな肌合い)を持つものは何でも選択して使用できる制御装置を得ることを課題とする。   Therefore, a heater capable of permanently maintaining the exothermic temperature by reaching a desired exothermic temperature in a temperature range including a normal temperature range of 0 ° C. to 40 ° C. in a short time without any cooling device. With the development of the temperature control system, it is an object to obtain a control device that can select and use whatever heater has the desired properties (robustness, flexibility, flexibility, soft texture).

本発明はこれらの課題を解決するための、任意に目的温度で自己温度制御が可能なヒーターの温度制御システムであって、ヒーター、温度センサー、およびヒーターに電力を与える電力装置から構成され、この電力装置はプログラムにより温度センサーからの出力に応じた電力が供給されるように制御される電源を使用して、ヒーターの発熱温度に対して所定の温度範囲で電力を抑制し発熱温度を一定に制御するために適正な電力を与えることを特徴とするヒーターの温度制御システムである。   In order to solve these problems, the present invention is a heater temperature control system capable of self-temperature control arbitrarily at a target temperature, and includes a heater, a temperature sensor, and a power device for supplying power to the heater. The power unit uses a power supply that is controlled by a program so that power corresponding to the output from the temperature sensor is supplied, and suppresses power within a specified temperature range with respect to the heat generation temperature of the heater to keep the heat generation temperature constant. A temperature control system for a heater, characterized in that an appropriate power is supplied for control.

高分子、ポリエチレングリコール、パラフィン等にカーボンを分散させて系を導電性にしたヒーターは、通電するとジュール熱により系の発熱温度が上昇する。カーボンを除く成分が結晶性であればそれらの融点近傍で密度の急変があり、これにより電気抵抗が急増する。これが従来の自己温度調節発熱体である。系の融点は物質固有の性質であり、希望の融点を持つ物質の選択は容易ではない。然し一般のヒーターに対してある種の電気制御を用いて所定の温度範囲で適正な電力制御が行えるプログラムを使用すれば、発熱温度の制御が可能となる。そのための電力装置はプログラムにより温度センサーからの出力に応じた電力が供給されるように制御される電源を使用すればよいことになる。   In a heater in which carbon is dispersed in a polymer, polyethylene glycol, paraffin or the like to make the system conductive, the heating temperature of the system rises due to Joule heat when energized. If the components other than carbon are crystalline, there is a sudden change in density in the vicinity of their melting points, which leads to a rapid increase in electrical resistance. This is a conventional self-temperature adjusting heating element. The melting point of the system is an inherent property of the substance, and it is not easy to select a substance having a desired melting point. However, if a program capable of performing appropriate power control in a predetermined temperature range using a certain kind of electric control for a general heater is used, the heat generation temperature can be controlled. The power device for that purpose may use a power source controlled so as to be supplied with electric power according to the output from the temperature sensor by a program.

現行の技術では、環境温度に近い発熱温度を維持するにはヒーターによる加熱とヒートポンプ(冷凍機等)による冷却を同時に作動させ両者の均衡を制御している。本発明は、目的温度が環境温度に近い場合であってもいかなる冷却システムも使用しない。しかし、本発明により平衡が達成される発熱温度は別に環境温度近くでなくても構わない。どのような発熱温度にも制御可能である。この電力装置は、冷却装置を一切含まないので、環境温度以下の発熱温度を目的温度とすることはできない。このような場合は、ヒーターに電力を与えることはない。目的温度が環境温度より高い場合は、適正な電力をヒーターに供給し、目的温度に到達して後これを持続せしめる。目的温度が環境温度よりはるかに高い場合であっても何ら構わない。   In the current technology, in order to maintain the heat generation temperature close to the environmental temperature, heating by a heater and cooling by a heat pump (such as a refrigerator) are simultaneously operated to control the balance between them. The present invention does not use any cooling system even when the target temperature is close to the ambient temperature. However, the exothermic temperature at which equilibrium is achieved by the present invention may not be close to the ambient temperature. Any exothermic temperature can be controlled. Since this power device does not include any cooling device, it is not possible to set the heat generation temperature below the ambient temperature as the target temperature. In such a case, no power is supplied to the heater. If the target temperature is higher than the ambient temperature, the proper power is supplied to the heater, and this is maintained after reaching the target temperature. It does not matter if the target temperature is much higher than the ambient temperature.

本発明の電力装置は、ヒーターの発熱温度が目的温度より低いと電圧を印加し、図3に示されるように、前記発熱温度が目的温度に近づくに連れて印加される電圧を徐々に低くくし、前記発熱温度が目的温度間近になると電圧の低下の程度を大きくし、更に前記発熱温度が目的温度を越えると更に大きく電圧を低下させる。発熱温度が目的温度を超えた場合、ヒーターに印加される電圧をゼロにする必要はない。ヒーターに与えられる電力(エネルギー)は、電圧の二乗に比例するため、電圧が初期値の1/10に低下しても電力は初期値の1/100まで低下するので、初期電圧の数%の電圧が印加されても、ヒーターの発熱温度は事実上上昇しないからである。   The power device of the present invention applies a voltage when the heating temperature of the heater is lower than the target temperature, and gradually lowers the voltage applied as the heating temperature approaches the target temperature, as shown in FIG. When the heat generation temperature approaches the target temperature, the degree of voltage decrease is increased, and when the heat generation temperature exceeds the target temperature, the voltage is further decreased. When the exothermic temperature exceeds the target temperature, the voltage applied to the heater need not be zero. Since the power (energy) given to the heater is proportional to the square of the voltage, even if the voltage drops to 1/10 of the initial value, the power drops to 1/100 of the initial value. This is because even when a voltage is applied, the heat generation temperature of the heater does not increase substantially.

本発明により一定の発熱温度を維持するには、ヒーターとしては基本的にはどのようなものであっても構わない。どのようなヒーターであってもこのヒーターの許容電流に見合う出力の制御装置を使用すればよい。小型のヒーターにならば、制御装置はテレビのリモコン以下のサイズにすることも可能である。また、大規模な融雪や農業用の場合はもっとサイズの大きなものが必要となる。ヒーターが小型であっても発熱温度を、微小の温度範囲内に縛る場合は制御装置も幾分かは大きくなる。   In order to maintain a constant heat generation temperature according to the present invention, basically any heater may be used. Regardless of the heater, an output control device corresponding to the allowable current of the heater may be used. If it is a small heater, the control device can be smaller than the remote control of the television. For large-scale snow melting and agriculture, a larger size is required. Even if the heater is small, if the heat generation temperature is confined within a very small temperature range, the control device will be somewhat larger.

ヒーターは、用途に応じて面状、線状、棒状、ブロック状等種々の形態のものが利用できるが、汎用の形は面状発熱体である。ヒーターは、細い電気抵抗線を植物または合成樹脂製の繊維とともに編んで形成した布状ヒーターで、場合により、絶縁シートや絶縁フィルムで覆われたシートに仕上げてヒーターとするのが好ましい。   The heater can be used in various forms such as a planar shape, a linear shape, a rod shape, and a block shape depending on the application, but a general-purpose shape is a planar heating element. The heater is a cloth-like heater formed by knitting thin electrical resistance wires together with plant or synthetic resin fibers. In some cases, the heater is preferably finished to a sheet covered with an insulating sheet or insulating film.

上記のような、本発明によるヒーターの温度制御システムムを使用することにより、従来冷却装置を伴わなければ不可能であった40℃以下の一定の発熱温度を維持することが可能なことが明らかになった。したがって、温度制御可能なヒーターの目的温度が環境温度に近い場合であっても、いかなる冷却システムも使用しなくてもよい温度制御システムとなっている。また、電力装置のプログラムのパラメーターを調整すれば、希望する定常的な発熱温度を維持することができる。   It is clear that by using the heater temperature control system according to the present invention as described above, it is possible to maintain a constant heat generation temperature of 40 ° C. or lower, which was impossible without a conventional cooling device. Became. Therefore, even when the target temperature of the temperature-controllable heater is close to the environmental temperature, the temperature control system does not require the use of any cooling system. Further, by adjusting the parameters of the program of the power device, a desired steady heat generation temperature can be maintained.

従来技術では、低融点物質を用いれば低い発熱温度での自己温度調節ヒーターの可能性はあった。しかし前述のごとく、このような低融点物質でヒーターを構成すれば、ヒーターそのものの脆弱性は避けることができない。しかし本発明においては、実用上申し分のない、十分な強度、フレキシブル性等の特性を持つヒーターが使用できるので、耐久性はもとより、安全性、信頼性の高い自己温度調節ができる。   In the prior art, if a low melting point material was used, there was a possibility of a self-temperature-regulating heater at a low exothermic temperature. However, as described above, if the heater is made of such a low melting point material, the vulnerability of the heater itself cannot be avoided. However, in the present invention, since a heater having characteristics such as sufficient strength and flexibility that is satisfactory in practical use can be used, self-temperature adjustment with high safety and reliability as well as durability can be performed.

本発明に係る目的温度で自己温度制御が可能なヒーターの温度制御システムに用いる電力装置の内部構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the internal structure of the electric power apparatus used for the temperature control system of the heater which can perform self temperature control by the target temperature which concerns on this invention. ポリエチレングリコール(#1540)を使用した、従来型の自己温度調節ヒーターの温度抵抗特性である。This is a temperature resistance characteristic of a conventional self-regulating heater using polyethylene glycol (# 1540). 本発明によるヒーターの温度制御システムにより電力制御を行った場合の温度-出力電力の関係の一例を示したものである。2 shows an example of a relationship between temperature and output power when power control is performed by a heater temperature control system according to the present invention. 通常の細い抵抗線を編み込んだ面状ヒーターに対して本発明のヒーターの温度制御システムを使用して低い発熱温度での温度維持の状態を通電時間と発熱温度の関係を示したグラフである。5 is a graph showing the relationship between the energization time and the heat generation temperature in a state of maintaining a temperature at a low heat generation temperature using the heater temperature control system of the present invention for a planar heater knitted with a normal thin resistance wire. 本発明によるヒーターの発熱温度を計測する様子を示した斜視図である。It is the perspective view which showed a mode that the heat_generation | fever temperature of the heater by this invention was measured.

従来の低融点のパラフィンやポリエチレングリコールを系に取り入れた自己温度調節発熱体は前述のごとく、実用的には大きな問題がある。しかし、これらの系の電気的性質、すなわち温度抵抗特性は興味深い。ポリエチレングリコール(#1540)を使用した系の温度抵抗特性を図2に示した。図2には、ポリエチレングリコール(#1540)を使用した、従来型の自己温度調節ヒーターの温度抵抗特性を示す。このヒーターはポリエチレングリコールの融点以上の発熱温度になると融解により特性が大きく変化してしまう。この系を用いた自己温度調節発熱体の下部を熱い断熱材、上部を薄い断熱材で覆い、発熱温度を計測し、定常的な発熱温度が約36℃を維持し続けることは分っている。   Conventional self-regulating heating elements incorporating paraffin or polyethylene glycol having a low melting point in the system have a large problem in practical use as described above. However, the electrical properties of these systems, ie the temperature resistance characteristics, are interesting. The temperature resistance characteristics of the system using polyethylene glycol (# 1540) are shown in FIG. FIG. 2 shows the temperature resistance characteristics of a conventional self-regulating heater using polyethylene glycol (# 1540). When this heater has an exothermic temperature higher than the melting point of polyethylene glycol, its characteristics change greatly due to melting. It is known that the temperature of the self-regulating heating element using this system is covered with a hot insulator and the upper part is covered with a thin insulator, the exothermic temperature is measured, and the constant exothermic temperature is maintained at about 36 ° C. .

前述のポリエチレングリコールを使用した自己温度調節ヒーターの脆弱性は別としても、定常的な発熱温度が更に数℃上のものや、あるいは下のものを自由に製作することはできない。そのような物性をもつ物質を簡単に入手することは困難だからである。   Aside from the weakness of the self-temperature adjusting heater using polyethylene glycol described above, it is not possible to freely manufacture a heater with a constant exothermic temperature of several degrees Celsius or below. This is because it is difficult to easily obtain substances having such physical properties.

そこで本発明では、図2に類似した物性をもつ物質系を探すのではなく、任意のヒーターを使用して、ヒーターの発熱温度に対して図2と同等の効果を与えるヒーターの温度制御システムを開発することにした。すなわち従来の自己温度制御ヒーターでは発熱温度が高くなると抵抗値が増加することによりワット数が低下して一定温度に至るわけであるが、本発明においては目的温度に近づくとヒーターに印加される電圧は目的温度近くで制御され、一定の発熱温度を維持する。双方とも、発熱温度とワットの関係はほぼ同一の関係を持っている。   Therefore, in the present invention, instead of searching for a material system having physical properties similar to those in FIG. 2, an arbitrary heater is used to provide a heater temperature control system that provides the same effect as in FIG. Decided to develop. That is, in the conventional self-temperature control heater, when the heat generation temperature increases, the resistance value increases and the wattage decreases to reach a constant temperature. However, in the present invention, the voltage applied to the heater nears the target temperature. Is controlled near the target temperature and maintains a constant exothermic temperature. In both cases, the relationship between heat generation temperature and wattage is almost the same.

本発明に係る目的温度で温度制御が可能な温度制御システムに用いる電力装置の内部構成は、図1に見られるブロック図に示すことができる。図1において、ヒーター1に接触している温度センサー2の出力を計測し、前記出力のアナログ信号をセンスアンプ3によりリニアライズ、増幅した後、入力用A/D変換器4によりデジタル信号としてマイクロコンピューター5に入力し、ヒーターの発熱温度を認識させる。マイクロコンピューター5により、前記発熱温度に応じたヒーター出力を計算する。そして、計算結果であるデジタル信号を出力用D/A変換器6によりアナログ信号に変換してDC電源7に入力し、前記DC電源7から前記ヒーター出力に一致する直流電圧をヒーター1に与える。温度センサー2により計測されたヒーターの発熱温度は、例えばSDカード8に外部出力され、保存される。また、DC電源7が出力する電流は、監視用A/D変換器9を経てデジタル信号としてマイクロコンピューター5に出力され、監視される。   The internal configuration of the power device used in the temperature control system capable of controlling the temperature at the target temperature according to the present invention can be shown in the block diagram shown in FIG. In FIG. 1, the output of the temperature sensor 2 in contact with the heater 1 is measured, the analog signal of the output is linearized and amplified by the sense amplifier 3, and then converted into a digital signal by the input A / D converter 4. Input to the computer 5 to recognize the heating temperature of the heater. The microcomputer 5 calculates the heater output corresponding to the heat generation temperature. Then, a digital signal as a calculation result is converted into an analog signal by the output D / A converter 6 and input to the DC power source 7, and a DC voltage matching the heater output is applied to the heater 1 from the DC power source 7. The heating temperature of the heater measured by the temperature sensor 2 is output to the SD card 8, for example, and stored. The current output from the DC power source 7 is output as a digital signal to the microcomputer 5 via the monitoring A / D converter 9 and monitored.

図2に示された従来の自己温度調節発熱体とほぼ同じ定常的な発熱温度を与えるように、図1に示された温度制御システムを構成している。温度センサー2(図5参照)に計測された発熱温度と電力装置の出力電圧との関係を図3に示した。抵抗線13(図5参照)を編み込んだヒーター1を温度制御システムに接続し、通電した。図4は、前記ヒーター1に本発明の温度制御システムを使用し、低温度での温度維持の状態を、通電時間と発熱温度の関係で示したグラフである。ヒーター1の発熱温度は通電後30分で目的温度に接近し、1時間以降一定の発熱温度を維持しているのが解る。これは後述の実施例1で示されている。   The temperature control system shown in FIG. 1 is configured so as to give a steady heat generation temperature that is almost the same as that of the conventional self-temperature adjusting heat generator shown in FIG. The relationship between the heat generation temperature measured by the temperature sensor 2 (see FIG. 5) and the output voltage of the power device is shown in FIG. The heater 1 incorporating the resistance wire 13 (see FIG. 5) was connected to the temperature control system and energized. FIG. 4 is a graph showing a state of maintaining the temperature at a low temperature using the temperature control system of the present invention for the heater 1 in relation to the energization time and the heat generation temperature. It can be seen that the heating temperature of the heater 1 approaches the target temperature 30 minutes after being energized, and has maintained a constant heating temperature after 1 hour. This is shown in Example 1 described later.

ここで、あらためて本発明と従来の技術の比較を行なう。先ず従来の制御技術(従来のPTCヒーターは含まない)と本発明について論ずる。従来の制御技術では環境温度近くではヒーターによる加熱と冷凍機等による冷却による双方の制御が必要であった。本発明によるこの冷凍機の不要の技術が、医学、バイオ等の分野において新たな進歩を約束する。すなわち臨床研究や、精密なバイオ研究の場に冷凍機が設置できないことがある。本発明による温度制御が今まで不可能であった研究、技術、産業等を可能にすることができる。但し、本発明においては、環境温度近くの発熱温度のみが問題ではない。目的温度が環境温度を超えてさえおればヒーターのみで目的温度が持続できる。勿論環境温度よりはるかに高い場合の発熱温度の設定も可能である。   Here, the present invention is compared with the prior art again. First, the conventional control technology (not including the conventional PTC heater) and the present invention will be discussed. In the conventional control technology, it is necessary to control both by heating with a heater and cooling with a refrigerator near the environmental temperature. This unnecessary technology of the refrigerator according to the present invention promises new advances in the fields of medicine, biotechnology and the like. In other words, it may not be possible to install a freezer in clinical research or precise bio research. Research, technology, industry, etc., in which temperature control according to the present invention has been impossible until now, can be made possible. However, in the present invention, only the heat generation temperature near the environmental temperature is not a problem. As long as the target temperature exceeds the ambient temperature, the target temperature can be maintained with only the heater. Of course, it is possible to set the heat generation temperature when the temperature is much higher than the environmental temperature.

次に、本発明と従来のPTCヒーターとの比較である。従来のPTCヒーターは定常的な発熱温度が自由に選択できるわけではない。ところが本発明では電源が出力する電力を制御するプログラムの設定又はパラメータ(変数)を変更するだけで、定常的な発熱温度を自由に選択することができる。またヒーターそのものの安定性、堅牢性も本発明の場合の方が優れている。従来のPTCヒーターは抵抗値の急増する発熱温度がマトリックスの層転移温度の近くにあるため、前記層転移温度近辺でヒーターが脆弱となる。これに対して本発明においては、ヒーターはどのようなものであっても構わないので、堅牢なものを選択する事ができる。   Next, the present invention is compared with a conventional PTC heater. Conventional PTC heaters cannot select a steady heat generation temperature freely. However, in the present invention, it is possible to freely select a steady heat generation temperature only by changing the setting of a program for controlling the power output from the power supply or the parameter (variable). Further, the stability and fastness of the heater itself are superior in the case of the present invention. In the conventional PTC heater, the exothermic temperature at which the resistance value increases rapidly is close to the layer transition temperature of the matrix, so that the heater becomes brittle near the layer transition temperature. On the other hand, in the present invention, any heater can be used, so that a robust one can be selected.

計測するヒーター1は、図5の斜視図に示されるように、抵抗線13を編み込んだ布状で、リード線10を接続した大きさ160mm×160mmの平面視正方形である。ヒーター1の底面には50mm厚の発泡スチロール製の断熱板11を設け、ヒーター1の上に温度センサー2をセットした後、5mm厚の発泡ポリエチレンシート(図示略)で上面を覆って本発明のヒーターとした。これに本発明のヒーターの温度制御システムムの電力装置に低温度制御のパラメータ(変数)を設定した場合の自己温度制御の実例を図3に示した。   As shown in the perspective view of FIG. 5, the heater 1 to be measured has a cloth shape in which a resistance wire 13 is knitted, and is a square in plan view having a size of 160 mm × 160 mm to which the lead wire 10 is connected. The bottom surface of the heater 1 is provided with a 50 mm thick styrene foam insulating plate 11, the temperature sensor 2 is set on the heater 1, and the top surface is covered with a 5 mm thick foamed polyethylene sheet (not shown). It was. FIG. 3 shows an example of self-temperature control when a low temperature control parameter (variable) is set in the power device of the heater temperature control system of the present invention.

図3は、本発明によるヒーターの温度制御システムで電力制御を行った場合の温度-陰か電圧の関係の一例を示したものである。また、これにより、図4に示すような通電時間と発熱温度の関係が得られ、通常の細い抵抗線13を編み込んだヒーター1であっても、本発明を利用して低温度のほぼ35℃で発熱温度の維持が可能であることの結果が得られ、発熱温度は通電後30分で目的温度に接近し、1時間以降5時間経過しても一定の発熱温度を維持しているのが解る。   FIG. 3 shows an example of a temperature-negative / voltage relationship when power control is performed by the heater temperature control system according to the present invention. In addition, as a result, the relationship between the energization time and the heat generation temperature as shown in FIG. 4 is obtained. Even in the heater 1 in which the normal thin resistance wire 13 is knitted, the low temperature of about 35 ° C. is obtained using the present invention. The result shows that the exothermic temperature can be maintained, and the exothermic temperature approaches the target temperature 30 minutes after energization, and the constant exothermic temperature is maintained even after 5 hours from 1 hour. I understand.

本発明の最も期待される分野は、医学である。一般に免疫力は体温の増加とともに高まることが知られている。しかし体温から例えば2℃上の発熱温度を維持するヒーターはこれまでは事実上存在しない。また癌の温熱療法も、有効な手段であることは誰でも認めることであるが、これまでは有効な技術が無かった。医学の分野においてはその他の応用が多数存在する。   The most promising field of the present invention is medicine. It is generally known that immunity increases with increasing body temperature. However, there has been virtually no heater that maintains an exothermic temperature of, for example, 2 ° C. above body temperature. Also, anyone can admit that thermotherapy for cancer is also an effective means, but until now there has been no effective technique. There are many other applications in the medical field.

バイオの分野でも多くの期待がもたれといる。組織の培養、細胞増殖過程の映像化においては不可欠の手段といえる。バイオ、医学が重なり合う領域ではあるが、従来複雑であった温度制御が、実質上一枚のヒーターのみで可能であるから新たな研究成果が期待される。   There are many expectations in the field of biotechnology. It can be said to be an indispensable means for tissue culture and visualization of cell growth processes. Although biotechnology and medicine overlap, a new research result is expected because temperature control, which has been complicated in the past, can be performed with only one heater.

農業においても多くの応用分野がある。キノコの栽培で冬季に生産しようとする場合、20℃を超えてはいけない制限があった。本発明を利用すればこれが可能となる。また、一般に言われることであるが、植物は凍結させない限り、「根」だけを暖めればよいといわれている。現在も一部で「根」の為のヒーターの開発が試みられているが残念ながら成功していない。本発明をこの分野に応用すれば、ハウス農家の重油消費量を軽減すると考えている。   There are many fields of application in agriculture. When trying to produce mushrooms in winter, there was a limit that should not exceed 20 ℃. This can be achieved by using the present invention. Moreover, as is generally said, it is said that as long as the plant is not frozen, only the “root” needs to be warmed. At present, development of heaters for "roots" is being attempted in some areas, but unfortunately it has not been successful. If the present invention is applied to this field, it is thought that the consumption of heavy oil by house farmers will be reduced.

本発明の戸外での応用も多数ある。例えば融雪や凍結防止である。この場合ヒーターの発熱温度は5℃あれば十分である。一部には床暖房用のカーボン−高分子系ヒーター(有機ヒーター)を融雪に用いたりしている、これら有機ヒーターは、真夏の高温に曝されると抵抗値が変動してしまうので、次の年に使えなくなる可能性が高い。本発明は、堅牢な無機ヒーターを使用でき、冬季において5℃の定常発熱に全く問題が無い。これにより、冬季の橋梁、道路、飛行場の駐機場、滑走路の凍結防止から、新幹線の車体に付着する雪の溶融など多くの可能性がある。また、新幹線の付着雪を融かすヒーターに本発明を適用した場合、走行速度を落とす必要は無いのでダイヤの乱れを防ぐことができる。   There are many outdoor applications of the present invention. For example, snow melting and freezing prevention. In this case, the heating temperature of the heater should be 5 ° C. Some use carbon-polymer heaters (organic heaters) for floor heating for melting snow. These organic heaters change their resistance values when exposed to high temperatures in the summer. There is a high possibility that it will become unusable in that year. In the present invention, a robust inorganic heater can be used, and there is no problem with steady heat generation at 5 ° C. in winter. This has many possibilities, including winter bridges, roads, airfield parking lots, runway prevention, and snow melting on Shinkansen bodies. Further, when the present invention is applied to a heater that melts snow adhering to the Shinkansen, it is not necessary to reduce the traveling speed, so that the diamond can be prevented from being disturbed.

1 ヒーター
2 温度センサー
3 センスアンプ
4 入力用A/D変換器
5 マイクロコンピューター
6 出力用D/A変換器
7 DC電源
8 SDカード
9 監視用A/D変換器
10 ヒーター用リード線
11 断熱板
12 センサー用リード線
13 抵抗線
1 Heater 2 Temperature Sensor 3 Sense Amplifier 4 A / D Converter for Input 5 Microcomputer 6 D / A Converter for Output 7 DC Power Supply 8 SD Card 9 A / D Converter for Monitoring
10 Lead wire for heater
11 Insulation plate
12 Lead wire for sensor
13 Resistance wire

Claims (5)

任意に目的温度で自己温度制御が可能な電気ヒーターの温度制御システムであって、
ヒーター、温度センサー及び電気ヒーターに電力を与える電力装置から構成され、
電力装置はプログラムにより温度センサーからの出力に応じた電力が供給されるように制御される電源を使用して、
電気ヒーターの発熱温度に対して所定の温度範囲で電力を抑制し発熱温度を一定に制御することを特徴とする電気ヒーターの温度制御システム。
An electric heater temperature control system capable of self-temperature control at a desired temperature,
Consists of a power device that provides power to the heater, temperature sensor and electric heater,
The power device uses a power source controlled by a program so that power corresponding to the output from the temperature sensor is supplied,
A temperature control system for an electric heater, wherein electric power is suppressed in a predetermined temperature range with respect to an exothermic temperature of the electric heater, and the exothermic temperature is controlled to be constant.
電力装置は、発熱温度が目的温度より低温時に、発熱温度が目的温度に至るまでは一定の高い電力を電気ヒーターに与え、
発熱温度が目的温度を越えると供給する電力を減少させて、電気ヒーターの発熱温度を維持するように電源を制御する請求項1記載の電気ヒーターの温度制御システム。
When the heat generation temperature is lower than the target temperature, the power device supplies a constant high power to the electric heater until the heat generation temperature reaches the target temperature.
2. The temperature control system for an electric heater according to claim 1, wherein when the heat generation temperature exceeds a target temperature, the electric power supplied is reduced to control the power source so as to maintain the heat generation temperature of the electric heater.
電気ヒーターは、絶縁シートで覆われた面状発熱体である請求項1記載の電気ヒーターの温度制御システム。   The temperature control system for an electric heater according to claim 1, wherein the electric heater is a planar heating element covered with an insulating sheet. 電気ヒーターは、細い電気抵抗線を植物または合成樹脂製の繊維とともに編んで形成した布状ヒーターである請求項3記載の電気ヒーターの温度制御システム。   The temperature control system for an electric heater according to claim 3, wherein the electric heater is a cloth heater formed by knitting a thin electric resistance wire together with a plant or synthetic resin fiber. 目的温度が環境温度に近い場合であってもいかなる冷却システムも使用しない請求項1〜4いずれか記載の電気ヒーターの温度制御システム。   The temperature control system for an electric heater according to any one of claims 1 to 4, wherein no cooling system is used even when the target temperature is close to the environmental temperature.
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