JP2517043B2 - 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
に関し、ヒータ線と温度感熱樹脂とが一体になった温度
制御装置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例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状に巻かれた電極線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
ラル状に巻かれた電極線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
る特性を示している。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
図の電線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
パイラル状に巻かれた第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、1
9,20はダイオード、21,22はコンデンサーである。抵抗1
5、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（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V_ACとすると、概略
（１）式のようになる。

1/（１＋抵抗15/Z）×V_AC ……（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、24,25,26,27,28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35,36、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48を動作させて
交流電源13を遮断するものである。

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
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、トランジスタ60のベース・エ
ミッタ間から発熱抵抗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6
4、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。

発明が解決しようとする課題 しかしながら上記のような構成では、以下に示す課題
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にかかわらず
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とをペ
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） 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） サイリスタの非導通領域（交流電源13の負の半
サイクル）を温度検出に使用した場合、ヒータ線９の正
確に温度検出ができるものであるが、リレーのような双
方向の電力制御手段の場合、ヒータ線９に通電されてい
る場合、負の半サイクルにおいてヒータ線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、ヒータ線９の正確な温度検出ができないことであ
る。したがって制御手段でリレーを定期的に非導通にし
て温度感熱樹脂５の正確な温度検出をおこなったものの
座蒲団などの局部保温時に温度感熱樹脂５の耐熱限界を
こえてしまう温度になり温度感熱樹脂のインピーダンス
の特性が変化してしまうことがあった。

本発明は上記課題を解消する温度制御装置を提供する
ものである。

課題を解決するための手段 上記課題を解決するために、本発明の温度制御装置は
電極線とヒータ線と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
熱樹脂の温度信号を検出する温度検出回路と、所望の温
度に設定する設定手段と、温度検出回路の信号と設定手
段の信号を比較する比較手段と、ヒータ線の通電をON・
OFFする電力制御手段と、電力制御手段を駆動する駆動
手段と、駆動手段をある定周期で強制的に駆動し再スタ
ートするタイマ手段と、駆動手段駆動中の比較手段の信
号で駆動手段の駆動を停止する制御手段で構成としたも
のである。

作用 本発明は、上記した構成によって、制御手段がある定
周期で駆動手段を駆動し再スタートするので、駆動手段
駆動中の温度感熱樹脂そのものの温度検出で制御をす
る。また比較手段の信号により駆動手段を停止する構成
なので、ある定周期内のヒータ線への通電オフ時間は、
比較手段による駆動手段停止から制御手段で駆動手段を
駆動するまでの時間となる。

実施例 以下、本発明の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装置の回路
図である。従来例と同一の構成部分には同一符号を付与
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を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、61,62,63,97,98はダイオード、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61,62,97、発熱抵抗47、電極線5
1、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
ルトパルス発生手段、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をオフし、リレー38の制御をおこない、ヒータ線９の
通電の入り切りを制御する。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1
3を遮断するものである。しかし、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。また抵抗99は温度感熱樹脂５に充電
される電荷を放電するものであり、ダイオード61,62,9
7,98で温度感熱樹脂５に交流電源13の半波倍電圧が印加
されることによる極度の分極劣化を防ぐものである。

以上の構成から本実施例の温度制御の方法を第２図，
第３図を用いて説明する。

マイコン76は、駆動手段のトランジスタ40をオンして
からゼロボルトパルス発生手段75のパルス数をタイマカ
ウンター96でカウントし、ある定周期を作成する。（例
えば、５分とする。）そして、トランジスタ40がオンの
あいだは、リレー38がオンであり、リレー38の接点が閉
じているので、温度感熱樹脂５には、ヒータ線９の通電
中の温度そのものが検出される。ヒータ線９全体の温度
検出は、交流電源13の負の半サイクルにおいてベース接
地されたトランジスタ60により通電中の温度検出をする
ことができるものである。このヒータ線９の温度信号電
圧と、設定手段である可変抵抗器72の温度設定電圧をコ
ンパレータ74で比較し、リレー38のオフ要求の信号を発
生し、マイコン76に入力される。マイコン76はただちに
トランジスタ40を停止し、リレー38がオフになり、ヒー
タ線９の通電が停止されるものである。ここでヒータ線
９がオフしている時間（T_off）は、第２図に示すよう
に、ある定周期内（T_total）でコンパレータ74からオフ
要求信号がきてからマイコン76が駆動手段を強制的にオ
ンするまでの時間となり、残りがヒータ線９の通電時間
（T_on）となる。温度制御は、設定手段72を変えるとT_on
の時間が変わりある定周期内（T_total）でのT_onの時間
が変化し、したがってヒータ線９の通電率が変化するこ
とにより所望の温度が得られるものである。なおタイマ
カウンター96は、マイコン76内にあって、マイコン76は
トランジスター40をオンした時にリセットし、タイマの
カウントを再スタートするものである。

第３図は、電気カーペット１を座蒲団などで局部保温
した時の通電率のパターンを示したものである。これは
温度感熱樹脂５がヒータ線９と電極線51の間に充填され
電気回路的にみると並列回路になるので局部保温をする
と、ヒータ線９の一部がほかの部分に比べて異常に高く
なり、コンパレータ74からのリレー38のオフの要求信号
が発生しやすくなり、したがってT_offの時間が増加し、
全体の通電率が減少することを示すものである。このよ
うに通電率が下がるので、座蒲団などの局部保温時の座
蒲団下のヒータ線９の温度上昇をおさえることができる
ものである。

なお、本実施例において、タイマカウンター96はゼロ
ボルトパルス発生手段75のパルスをカウントしているが
クロック回路95をカウントしてもよく本発明はこれに限
定されるものではない。

また本実施例において、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はこれに
限定されるものではない。

さらに本実施例において、比較手段にコンパレータ74
を用いているが、マイコン76をアナログ・デジタル変換
器を内蔵し、マイコン76内部で比較してもよく、同様に
本発明はこれ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。

ある定周期内（T_total）においてヒータ線の通電中
（T_on）にヒータ線そのものの温度検出をしているので
温度感熱樹脂の耐熱温度以上の温度にはならず、また、
ヒータ線への比通電時間（T_off）はその定周期内の（T
_on）の残りの時間となるので、局部保温時、座蒲団下の
温度上昇をおさえ、その部分の温度感熱樹脂のインピー
ダンスの劣化を防ぎ長期にわたる電気カーペットの安定
な温度制御を可能にすることができる。

温度感熱樹脂がヒータ線温度を監視しているのでき
わめて安全性が高い。

温度感熱樹脂とヒータ線が一体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装置の回路図、第２
図および第３図は同回路の温度制御方法を示す図、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の温度特性図、第７図はヒータ線の
一部分構成斜視図、第８図は従来の温度制御装置の回路
図、第９図は従来の他の例の電気毛布の正面図、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、第11
図は第９図に示す電気毛布の温度制御回路図である。 ５……温度感熱樹脂、９……ヒータ線、38……リレー
（電力制御手段）、40……トランジスタ（駆動手段）、
51……電極線、60……トランジスタ（温度検出回路）、
72……可変抵抗器（設定手段）、74……コンパレータ
（比較手段）、76……マイクロコンピュータ（制御手
段）、96……タイマカウンター（タイマ手段）。

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、前記ヒータ線と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
   ヒータ一体型温度感熱樹脂と、前記ヒータ線の通電をO
   N,OFFする電力制御手段と、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、所望の温度に設定する設定手段と、前記温度検出
   回路の信号と前記設定手段の信号を比較する比較手段
   と、前記電力制御手段を駆動する駆動手段と、前記駆動
   手段をある定周期で強制的に駆動し再スタートするタイ
   マ手段と、前記駆動手段駆動中の比較手段の信号にもと
   づいて前記駆動手段を停止する制御手段とからなる温度
   制御装置。