JP2517004B2 - 温度制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、電気カーペット、床暖などの電気暖房器具
の温度制御装置のフェールセーフに関するものである。

従来の技術 従来のこの種の電気暖房器具、たとえば電気カーペッ
トの例を第４図に示す。１は電気カーペット本体であ
り、本体１の中に表面温度を検出する温度感熱樹脂５
と、採暖に寄与するヒータ線９とを別々に配線した、い
わゆる二線式とよばれている電気カーペットの例を示す
ものである。２は、電気カーペット１の表面温度を制御
するコントローラボックスである。

第５図は、温度感熱樹脂５の一部分構成斜視図であ
る。一対の第１の電極線３、４の間に充填され温度によ
りインピーダンスが変化する温度感熱樹脂５が一体構成
されている。なお６は芯糸、７は外皮であり、芯糸６の
まわりにスパイラル上に巻かれた電極線３と、その周囲
に温度感熱樹脂５が充填され、その外側を同様にスパイ
ラル上に巻かれた電極線４があり、外皮７でおおわれて
いる。

第６図は、温度感熱樹脂５のインピーダンス温度特性
変化図であり、温度上昇とともにインピーダンスが低下
する特性を有する。

第７図は、電気カーペット１の採暖に寄与するヒータ
線９の一部分構成斜視図であり、第２の電極線８、ヒー
タ線９、絶縁樹脂10が一体構成されている。11は芯糸、
12は外皮であり、芯糸11のまわりにスパイラル上に巻か
れた第２の電極線８と、その周囲に絶縁樹脂10が充填さ
れ、その外側を同様にスパイラル状に巻かれたヒータ線
９があり、外皮12でおおわれている。

第８図は、従来の温度制御回路図である。13は交流電
源であり、14は、電源スイッチである。15、16、17、18
は抵抗、19、20はダイオード、21、22はコンデンサーで
ある。抵抗15、一対の第１の電極線３、４と、温度感熱
樹脂５のインピーダンス５（Ｚとする）と、抵抗16と、
ダイオード19と、コンデンサー21によって交流電源13の
正サイクルの平滑された温度信号電圧がえられる。検出
される温度信号電圧の関係式は交流電源13の電圧をVAC
とすると、概略（１）式のようになる。

1/（１＋抵抗15/Z）×VAC ……（１） すなわち、温度上昇とともに温度感熱樹脂５のインピ
ーダンスが低下するので平滑された温度信号電圧は低下
する。また、ダイオード20、抵抗17、コンデンサー22で
交流電源13の負のサイクルにおいても、温度感熱樹脂５
に正のサイクルと対称な電圧が印加されるようになって
いる。これは、温度感熱樹脂５はナイロン系の化学物質
の樹脂であり、分極劣化を防ぎインピーダンスの安定化
をはかるためである。23はダイオード、24、25、26、2
7、28は抵抗、29は所望の温度に設定するための温度設
定手段である可変抵抗器であり、30はコンデンサーであ
りこれらにより平滑されて温度設定電圧となる。31は制
御手段であり、温度感熱樹脂５の温度信号電圧と、温度
設定手段29の温度設定電圧を比較制御しているものであ
る。32はダイオード、33、34は抵抗、35、36はコンデン
サー、37は定電圧ダイオードであり、38は電力制御手段
であるリレー、39はリレー38のサージ吸収用のダイオー
ドである。ダイオード32、抵抗33、34、コンデンサー3
5、36、定電圧ダイオード37から制御手段31、リレー38
の駆動電源をえている。40はリレー38の駆動手段のトラ
ンジスターであり、41、42は抵抗、43はダイオードであ
り、制御手段31信号によりトランジスター40がオンオフ
し、リレー38の制御を行ない、ヒータ９の通電の入り切
りを制御する。なお、抵抗42とダイオード43はリレー38
のチャタリングを防止するものである。44、45はダイオ
ード、46、47はそれぞれの抵抗値の小さい第１、第２発
熱抵抗、48は保安回路である。

制御手段31が故障し、リレー38がオン状態のままで電
気カーペット１本体のヒータ線９の温度が異常に上昇し
絶縁樹脂10が溶解し、第２の電極線８とヒータ線９が接
触することによって、第１、第２発熱抵抗46、47に大電
流が流れそのジュール熱で保安回路８を動作させて交流
電源13を遮断するものである。第２の電極線８とヒータ
線９の接触のしかたによる保安回路の動作を第２−ａ
図、第２−ｂ図を用いて説明する。

第２−ａ図は、第２の電極線８とヒータ線９のいずれ
か一方の両端で接触した場合の動作を示したものであ
る。

ａの部分で接触した場合、大電流はダイオード44、第
１の発熱抵抗46、第２の電極線８、絶縁樹脂10、ヒータ
線９と流れ、第１の発熱抵抗46のジュール熱で保安回路
48を動作させて交流電源13を遮断する。

ｂの部分で接触した場合、大電流はダイオード45、第
２の発熱抵抗47、第２の電極線、絶縁樹脂10、ヒータ線
９と流れ、発熱抵抗47のジュール熱で同様に保安回路48
を動作させて交流電源13を遮断する。

第２−ｂ図は、第２の電極線８とヒータ線９が中央で
接触した場合の動作を示したものである。この場合、第
１、第２の発熱抵抗46、47にそれぞれ電流が流れるので
同様にそれらのジュール熱によって保安回路48を動作さ
せて交流電源13を遮断する。なお、通常は絶縁樹脂10の
インピーダンスは非常に大きくしたがって第１、第２の
発熱抵抗46、47には微小な電流しか流れないので保安回
路48が動作することはない。

次に従来の技術の他の例として、第９図から第11図に
示すように比較的消費電力の小さい電気毛布に採用され
ているヒータ線と電極線が一体に構成されたいわゆる一
線式の毛布の例について説明する。なお、従来例と同一
構成部分には、一部同一番号を付与している。第９図は
電気毛布の全体外観図である。49は、電気毛布本体であ
り、50は、コントローラボックスであり、電気毛布49の
中に温度感熱樹脂５とヒータ線９が一体に構成された線
が一本配線されている。第10図は、ヒータ一体型温度感
熱樹脂の一部分構成斜視図で、ヒータ線９と電極線51の
間に温度によってそのインピーダンスが変化する温度感
熱樹脂５が充填されその温度特性は第６図と同様であ
る。なお、52は、芯糸であり、53は外皮である。第11図
は、従来の他の例である一線式毛布の制御回路図であ
る。13は交流電源であり、14は、電源スイッチである。
５は温度によりインピーダンスの変化する温度感熱樹脂
であり、９はヒータ線、51は電極線である。54はダイオ
ード、55、56は抵抗、57、58はコンデンサ、59は定電圧
ダイオードでこれらによって定電圧回路を構成してい
る。60は、温度検出用のベース接地されたトランジスタ
であり、61、62、63はトランジスタ保護用のダイオード
であり、64は発熱抵抗で電極線51に接続されている。温
度検出方法は、ベース接地されたトランジスタ60が、交
流電源13の負の半サイクルでオンし、ダイオード61、6
2、発熱抵抗64、電極線51、温度感熱樹脂５、ヒータ線
９と流れる温度信号電流をコレクタ側に接続された抵抗
56、コンデンサー57で温度信号電圧に変換される。65
は、電力制御手段であるサイリスタでヒータ線９の通電
の入り切りを制御しているものであり、66は抵抗、67は
コンデンサーであり、ノイズによる誤動作を防止してい
る。また、温度検出はサイリスタが負の半サイクルが非
導通であり、温度感熱樹脂５と電極線51の間にはいかな
る部分においても均等な電界がかかっておりヒータ線９
全体の正確な温度検出ができるものである。68はダイオ
ード、69、70、71は抵抗、72は所望の温度に設定するた
めの設定手段である可変抵抗器、73はコンデンサーであ
る。これらの構成で平滑された温度設定電圧を作成して
いる。74は、温度信号電圧と、温度設定電圧を比較する
比較手段であるコンパレータ、75は交流電源13に同期し
たパルスを発生するゼロボルトパルス発生手段、76は制
御手段であり、コンパレータ74の出力信号にもとづいて
ゼロボルトパルス発生手段75のパルスに同期してサイリ
スタ65をトリガーし所望の温度になるように制御するも
のである。

77はダイオード、78は抵抗、79はコンデンサー、80は
定電圧ダイオードで、これらの構成部品により、制御手
段76とコンパレータ74の電源を作成している。

48は保安回路であり、81は、ダイオード、82は発熱抵
抗、83はサイリスタ、84は抵抗、85はコンデンサであ
り、これらは、電力制御手段であるサイリスター65の逆
方向の短絡故障時や、異常温度上昇時に制御手段76から
サイリスター83をトリガーし発熱抵抗82に大電流を流
し、そのジュール熱で保安回路48を動作させて交流電源
13を遮断させるものである。また、異常温度によって温
度感熱樹脂５が溶解したときも、ダイオード61、62発熱
抵抗64、電極線51、温度感熱樹脂５、ヒータ線９と大電
流が流れ同様に発熱抵抗64のジュール熱で保安回路48が
動作し、交流電源13を遮断する。

この場合、電極線51と、ヒータ線９の接触のしかたに
よる動作は、電力制御手段にサイリスターを使用してい
るので、交流電源13の負の半サイクルにおいては、ヒー
タ線９に電流が流れないので温度感熱樹脂51とヒータ線
９の間は一様な電界であり、いかなる部分で接触しても
発熱抵抗64に大電流が流れるので保安回路48は動作し、
交流電源13が遮断されるものである。しかし、サイリス
ター65が逆方向の短絡故障をした時に、交流電源13の負
の半サイクルにおいてもヒータ線９に電流が流れるの
で、温度感熱樹脂51とヒータ線９の間の電界は一様な電
界分布でなくなり、例えば、第11図においてヒータ線９
のａの部分で接触した場合、発熱抵抗64に大電流が流れ
ないので保安回路48が動作するのに十分なジュール熱を
得ることができず交流電源13を遮断することができな
い。そこでその場合には、ダイオード81、発熱抵抗82に
大電流が流れ交流電源13を遮断する構成としているもの
である。

なお、通常は前述のように電力制御手段にサイリスタ
65を使用しているので交流電源13の負の半サイクルは逆
方向の電流は流れず、したがって発熱抵抗82には電流は
流れないので交流電源13は遮断されることはない。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら上記のような構成では、いかに示す問題
点を有していた。

（１） 例えば消費電力の高い300ワット以上の電気カ
ーペットにおいて局部的に温度感熱樹脂５にかからずに
ヒータ線９に保温物をおくと、温度感熱樹脂５はヒータ
線９の異常温度上昇を全く検出できないことである。こ
れは、温度感熱樹脂５とヒータ線９が別々に配線されて
いるためであり、ヒータ線９の異常温度上昇によって保
温物下が変色したり、ついには絶縁樹脂10の溶解温度に
まで達することがあった。また、温度感熱樹脂５とヒー
タ線９とペアに配線するため、生産性の面と、コストダ
ウンの点で限界があった。

（２） 従来の他の例で示した温度感熱樹脂５とヒータ
線９が一体になったヒータ一体型温度感熱樹脂を使用し
た場合には、（１）の欠点は解消されるが比較的消費電
力の少ない電気毛布の場合に限定される。また、数百ワ
ットの電力をサイリスタで制御すると、その放熱フィン
の増大や雑音が大きくなる問題点があった。

（３） 従来の他の例では、サイリスタの非導通領域
（交流電源13の負の半サイクル）が存在するために、温
度感熱樹脂５がいかなる部分で溶解しても発熱抵抗に大
電流が流れ保安回路48が動作するのであるが、リレーの
ような双方向の電力制御手段の場合、負の半サイクルに
おいてもヒータ線９に導通されているので従来例の他の
例のようなフェールセーフ回路を構成できない上、ヒー
タ線９と電極線51の間の温度感熱樹脂５には均等な電界
がかかっておらず、制御手段76が故障し、リレー38の接
点が閉じたままの場合に温度感熱樹脂５が溶解し、電極
線51とヒータ線９の接触のしかたによって発熱抵抗に十
分なジュール熱がえられないので保安回路48が動作しな
い場合が生じる。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するために、本発明の温度制御装置
は電極線とヒータ線の間に充填し温度によりインピーダ
ンスが変化する一体構成された温度感熱樹脂に流れる温
度信号電流を電極線を介して検出する温度検出回路と、
ヒータ線の通電を入り切りする双方向の電力制御手段
と、ヒータ線に接続された交流電源を遮断する保安回路
と、電極線の一端と交流電源の一端の間に第１の発熱抵
抗と第１の整流素子とを直列に接続し、電極線の他端と
交流電源のもう一方の他端の間に第２の発熱抵抗と第２
の整流素子とを直列に接続した構成としたものである。

作用 本発明は、上記した構成によって、ヒータ一体型温度
感熱樹脂を使用し、電力制御手段に双方向の電力制御手
段を使用しても、正確な温度検出を可能にし、かつ制御
手段が故障し、電力制御手段がいかなる短絡故障をし、
温度感熱樹脂が溶解し電極線とヒータ線がいかなる部分
で接触しても発熱抵抗に大電流が流れ、保安回路が動作
し交流電源が遮断される作用を有する。

実施例 以下、本発明の一実施例を添付図面にもとずいて説明
する。

第１図は、本発明の一実施例を示す温度制御回路図で
ある。従来例と同一の構成部分には同一番号を付与して
いる。温度感熱樹脂５、ヒータ線９、電極線51が一体に
構成され、電気カーペット本体１内に配線されている。
13は交流電源、14は電源スイッチである。32はダイオー
ド、33は抵抗、38は電力制御手段であるリレー、39はリ
レー38のサージ吸収用のダイオードであり、40はリレー
38は駆動するための駆動手段であるトランジスターであ
る。46、47は発熱抵抗、48は保安回路である。54はダイ
オード、55、56は抵抗、57、58はコンデンサ、59は定電
圧ダイオードでこれらによって定電圧回路を構成してい
る。60は温度検出用のベース接地されたトランジスタで
あり、61、62、63はダイオードであり、97は第１の整流
素子であるダイオード、98は第２の整流素子であるダイ
オード、99は抵抗である。温度検出方法は、従来の他の
例と同様にベース接地されたトランジスタ60が、交流電
源13の負の半サイクルでオンし、ダイオード61、62、第
２の整流素子98、発熱抵抗47、電極線51、温度感熱樹脂
５、ヒータ線９と流れる温度信号電流をコレクタ側に接
続された抵抗56、コンデンサー57で温度信号電圧に変換
される。68はダイオード、69、70、71は抵抗、72は所望
の温度に設定するための設定手段である可変抵抗器、73
はコンデンサーであり、これらにより平滑された温度設
定電圧を作成している。74は温度信号電圧と、温度設定
電圧を比較する比較手段であるコンパレータ、75は交流
電源に同期したパルスを発生するゼロボルトバルス発生
手段、76は制御手段であるマイクロコンピュータ（以後
マイコンとよぶ）であり、コンパレータ74の出力信号に
もとづいて駆動手段であるトランジスタ40をオンし、リ
レー38の制御をおこない、ヒータ線９の通電を制御す
る。77、89はダイオード、78は抵抗、79はコンデンサ
ー、80は定電圧ダイオードでこれらの構成によりコンパ
レータ74の電源を作成している。また、90はダイオー
ド、91は抵抗、92はコンデンサー、93は定電圧ダイオー
ドでありこれらの構成により、マイコンの駆動電源を作
成している。94はマイコン76のリセット回路、95はマイ
コン76へのクロック回路である。96はタイマ手段である
タイマカウンターであり、ゼロボルトパルス発生手段75
のパルスをカウントすることによってある定周期の時間
を作成している。なお、マイコン76が故障し、リレー38
がオン状態のままで電気カーペット１本体内のヒータ線
９の温度が異常に上昇し温度感熱樹脂が溶解すると、電
極線51とヒータ線９が接触し、その接触部位によって発
熱抵抗46、47に大電流が流れ保安回路48が動作して交流
電源13を遮断するものである。その接触のしかたによる
保安回路48の動作に関しては、従来例の絶縁樹脂10が温
度感熱樹脂５にかわったものであり、その動作は第２−
ａ図、第２−ｂ図に示した動作と同様である。しかしな
がら、通常は温度感熱樹脂５のインピーダンスは非常に
大きくしたがって発熱抵抗46、47には微小な電流しか流
れないので保安回路48が動作することはない。

なお、本発明一実施例において、電力制御手段にリレ
ー38を用いているがトライアックでもよく同様に本発明
一実施例に限定されるものではない。

また、第１の発熱抵抗、第１の整流素子の接続の順
序、第２の発熱抵抗、第２の整流素子の接続の順序は、
第３図に示したいずれの組み合わせでも良く本発明一実
施例に限定されるものではない。

発明の効果 以上のように本発明の温度制御装置によれば以下に述
べる効果が得られる。

（１） 温度感熱樹脂とヒータ線の一体構成されている
ものにおいて、双方向電力制御手段を用いているのでヒ
ータ線の有効利用をしつつ、かつ温度感熱樹脂がいかな
る部分で溶解しても確実に保安回路が動作し交流電源を
遮断する構成なので火災の心配のない極めて安全性の高
い温度制御装置を提供できる。

（２） 温度感熱樹脂とヒータ線が一体に構成されてい
るので電気カーペット内の配線工程が簡素になり生産性
が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明一実施例の温度制御回路図、第２−ａ
図、第２−ｂ図は、保安回路の動作を示す図、第３図は
本発明の他の実施例の第１、第２の発熱抵抗と第１、第
２の整流素子の接続方法を示す図、第４図は、従来例の
電気カーペットの本体構成図、第５図は同温度感熱樹脂
の一部分構成斜視図、第６図は温度感熱樹脂のインピー
ダンス変化温度特性図、第７図は同ヒータ線の一部分構
成斜視図、第８図は従来の温度制御回路図、第９図は従
来の他の例の電気毛布の全体外観図、第10図はヒーター
体型温度感熱樹脂の一部分構成斜視図、第11図は、従来
の他の例の温度制御回路図である。 ５……温度感熱樹脂、９……ヒータ線、13……交流電
源、38……電力制御手段、40……駆動手段、46……第１
の発熱抵抗、47……第２の発熱抵抗、48……保安回路、
51……電極線、60……温度検出回路、76……制御手段、
97……第１の整流素子、98……第２の整流素子、99……
抵抗

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】採暖に寄与するヒータ線と、温度信号を検
   出する電極線と、前記ヒータ線、前記電極線の間に充填
   し温度によりインピーダンスが変化する一体構成された
   ヒーター体型温度感熱樹脂と、前記ヒータ線の一端に接
   続された交流電源と、前記交流電源を遮断する保安回路
   と、前記ヒータ線の他端に接続され前記ヒータ線の通電
   を入り切りする双方向の電力制御手段と、前記電極線の
   一端に接続された第１の発熱抵抗と、前記電極線の他端
   に接続された第２の発熱抵抗と、前記交流電源の一端と
   前記第１の発熱抵抗の間に接続された第１の整流素子
   と、前記交流電源の他端と前記第２の発熱抵抗の間に接
   続された第２の整流素子と、前記温度感熱樹脂に流れる
   温度信号電流を前記電極線を介して検出する温度検出回
   路と、前記電力制御手段を制御する駆動手段と、前記温
   度検出回路の信号に基づいて前記駆動手段を制御する制
   御手段とからなる温度制御装置。