JP2583942B2

JP2583942B2 - 温度制御装置

Info

Publication number: JP2583942B2
Application number: JP63041326A
Authority: JP
Inventors: 和俊永井; 一郎奈須; 十起夫瓦井; 隆柏本
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1988-02-24
Filing date: 1988-02-24
Publication date: 1997-02-19
Anticipated expiration: 2012-02-19
Also published as: JPH01216415A

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、床暖房などの電気暖房器
具の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
本体構成の一例を第３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検知線
５と、採暖に寄与する発熱線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、電気カーペット本体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４図は、温度
検知線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
化する高分子感温体６が一体構成されている。なお７は
芯糸、８は外皮であり、芯糸７のまわりにスパライル上
に巻かれた電極線３と、その周囲に高分子感温体６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８でおおわれている。第５図は、高分
子感温体６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６図は、電気カーペット本体１の採暖に寄与する
発熱線９の一部分構成斜視図であり、第２の電極線13、
発熱線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13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発熱
線９があり、外皮12でおおわれている。第７図は、従来
の温度制御回路図である。14は交流電源であり、15は、
電源スイッチである。16、17、18、19は抵抗、20、21は
ダイオード、22、23はコンデンサーである。抵抗19、一
対の第１の電極線３、４と、高分子感温体６のインピー
ダンス（Ｚとする）と、抵抗16と、ダイオード21と、コ
ンデンサー23によって交流電源14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14の電圧をV_ACとすると、概略
（１）式のようになる。

1/（１＋抵抗19/Z）×V_AC ……（１）すなわち、温度上昇とともに高分子感温体６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14の負のサイクルにおいても、高分子感温体６
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、高分子感温体６は塩ビニール系やナイロ
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。24はダイオード、
25、26、27、28、29は抵抗、30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、31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。32は制御手段であり、高分子感温体６の温度信号
電圧と、温度設定手段30の温度設定電圧を比較制御して
いるものである。33はダイオード、34、35は抵抗、36、
37はコンデンサー、38は定電圧ダイオードであり、39は
電力制御手段であるリレー、40はリレー39のサージ吸収
用のダイオードである。ダイオード33、抵抗34、35、コ
ンデンサー36、37、定電圧ダイオード38から制御手段3
2、リレー39の駆動電源をえている。41はリレー39の駆
動手段のトランジスターであり、42、43は抵抗、44はダ
イオードであり、制御手段32信号によりトランジスター
41がオンオフし、リレー39の制御を行ない、発熱源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
44はリレー39のチャタリングを防止するものである。4
5、46はダイオード、47、48は抵抗値の小さい抵抗、49
は保安回路であり、本例では抵抗47、48と熱的に結合し
た温度ヒューズである。制御手段32が故障し、リレー39
がオン状態のなまで電気カーペット本体１の発熱線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
13と発熱線９が接触することよって、抵抗47、48に大電
流が流れそのジュール熱で保安回路49を動作させて交流
電源14を遮断するものである。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抵抗47、48
には微小な電流しか流れないので保安回路49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８図から第10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、一部同一符号を付与している。第８図は
電気毛布の構成図である。50は、電気毛布本体であり、
51は、コントローラボックスであり、電気毛布50の中に
高分子感温体６と発熱線９が一体に構成された感熱ヒー
タ線52が一本配線されている。第９図は、この感熱ヒー
タ線52の一部分構成斜視図で、発熱線９と電極線53の間
に温度によってそのインピーダンスが変化する高分子感
温体６が充填されその温度特性は第５図と同様である。
なお、54は、芯糸であり、55は外皮である。第10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。14
は交流電源であり、15は、電源スイッチである。６は温
度によりインピーダンスの変化する高分子感温体であ
り、９は発熱線、53は電極線である。56はダイオード、
57、58はコンデンサ、59、60は抵抗、61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。62
は、温度検出用のベース接地されたトランジスタであ
り、63、64、65はトランジスタ、70は保護用のダイオー
ドであり、66は発熱抵抗で電極線53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62が、
交流電源14の負の半サイクルでオンし、抵抗66、電極線
53、高分子感温体６、発熱線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60、コンデンサー57で温度
信号電圧に変換される。67は、電力制御手段であるサイ
リスタで発熱線９の通電の入り切りを制御しているもの
であり、68は抵抗、69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、高分子感温体６と
電極線53の間にはいかなる部分においても均等な電界が
かかっており発熱線９全体の正確な温度検出ができるも
のである。70はダイオード、71、72、73は抵抗、74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、
75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。76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、77は
交流電源14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、78は制御手段であり、コンパレータ76の出
力信号にもとづいてゼロボルトパルス発生手段77のパル
スに同期してサイリスタ67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。79はダイオード、80は抵
抗、81はコンデンサー、82は低電圧ダイオードで、これ
らの構成部品により、制御手段78とコンパレータ76の電
源を作成している。

49は保安手段であり、本例では抵抗66、83と熱的に結
合した温度ヒューズである。84はダイオード、85はサイ
リスタ、86は抵抗、87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67の逆方向の短絡故障時
や、異常温度上昇時に制御手段78からサイリスタ85をト
リガーし抵抗83に大電流を流し、そのジュール熱で保安
手段49を動作させて交流電源14を遮断させるものであ
る。また、異常温度によって高分子感温体６が溶解した
ときも、電極線53と発熱線９が直接接触して、ダイオー
ド63、64、抵抗66、電極線53、高分子感温体６、発熱線
９と大電流が流れ、同様に抵抗66のジュール熱で保安手
段49が動作し、交流電源14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検知線５にかからず発熱
線９に保温物をおくと、温度検知線５は発熱線９の異常
温度上昇を全く検出できないこととなる。これは、温度
検知線５と発熱線９が別々に配線されているためであ
り、発熱線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、温度検知線５と発熱線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）従来の他の例で示した高分子感温体６と発熱線
９が一体になった感温ヒータ線52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
気用毛布の場合に適用が限定される。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課題があった。

（３）従来の他の例において、サイリスタの代わりに
リレーの様な双方向の電力制御手段を用いた場合におい
ても、比較手段及び温度検出回路が故障した場合、故障
の検出は不可能であり感熱ヒータ線52が異常加熱し、抵
抗66が発熱するほどの温度に達する可能性を有してい
た。また、比較器がアナログ−ディジタル変換器（以下
A/D変換器）を用いた場合においても同様の問題点を有
していた。

本発明は上記課題を解決するものであり、感熱線と発
熱線が一体になった感熱ヒータ線を用い、このヒータ線
の制御回路の故障時でも安全側に動作するようにした温
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、発熱線と電極線の間に高分子感温体を介在させてな
る感熱ヒータ線と、前記発熱線への通電を制御する電力
制御手段と、前記高分子感温体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、前記感熱
ヒータ線を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、前記電
力制御手段のオンからオフまたはオフからオンの少なく
ともどちら一方の変化時の前記温度検出回路の信号の変
化を検出する温度信号変化検出手段と、この温度信号変
化検出時には前記比較手段の信号で前記駆動手段を制御
し、温度信号変化非検出時には前記駆動手段を停止させ
るか電源を遮断する保安手段を動作させるか少なくとも
どちらか一方の制御を行なう制御手段とで構成したもの
である。

作用本発明は、上記構成により電力制御手段のオンからオ
フまたはオフからオンの少なくともどちらか一方の変化
時の温度検出回路の信号の変化を検出できるため、温度
検出回路系の故障を検出することができる。

実施例以下、本発明の一実施例を添付図面にもとづいて説明
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。高分子感温体６、発熱線９、電極線53が一
体となって感熱ヒータ線52を構成し、電気カーペット本
体１内に配線されている。14は交流電源、15は電源スイ
ッチである。33はダイオード、35は抵抗、39は電力制御
手段であるリレー、40はリレー39のサージ吸収用のダイ
オードであり、41はリレー39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。47、48は抵抗、49は保安
手段である温度ヒューズで、抵抗47、48及び100と熱的
に結合している。62は温度検出用のベース接地されたト
ランジスタであり、63、64、65、97、98はダイオード、
96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ー62が、交流電源14の
負の半サイクルでオンし、ダイオード98、抵抗47、電極
線53、高分子感温体６、発熱線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60、コンデンサー57で温
度信号電圧に変換される。74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である。78はマイクロコ
ンピュータであり、比較手段77（例えばA/D変換器で構
成している）、温度信号変化検出手段101、制御手段102
を含んでいる。ダイオード79、抵抗80、ツェナーダイオ
ード82、コンデンサ81でマイクロコンピュータ78、設定
手段74、トランジスタ62の電源を構成している。また、
93はマイクロコンピュータ78のリセット回路、94は発振
回路である。そして、電力制御手段39のオンからオフま
たはオフからオンの少なくともどちらか一方の変化時の
トランジスタ62の信号の変化を比較手段77を通じて温度
信号変化検出手段101で検出し、変化検出時には制御手
段102より比較手段77での信号で電力制御手段39を制御
し、変化非検出時には保安手段49を動作させるために抵
抗100に接続されたサイリスタ103のゲートに信号を制御
手段102より出力する。これはまた、駆動手段であるト
ランジスタ41をオフする出力を制御手段102から出して
も良い。そして、温度検出方法は交流電源14の負の半サ
イクルに高分子感温体６に流れる電流を温度信号電圧に
変換する物であり、電力制御手段であるリレー39がオフ
時に電極線53とヒータ線９にはどの部分に於いても交流
電源14の電圧がそのまま印加される。即ちこの電圧によ
って高分子感温体６に流れる温度信号電流が温度信号電
圧に変換される。次にリレー39がオン時にはヒータ線９
には電流が流れ電位勾配ができるため電極線53とヒータ
線９間に印加される電圧も第１図に示す抵抗47側の電極
線53とリレー接点側のヒータ線９間にはほとんど電圧が
かからず反対に抵抗48側の電極線53と温度ヒューズ49側
のヒータ線９間には交流電源14の電圧がそのまま印加さ
れる。従って高分子感温体６には平均すれば交流源電圧
の約1/2の電圧が印加され、その電圧によって流れる温
度信号電流がトランジスタ62によって温度信号電圧に変
換される。従って高分子感温体６が同一の温度であって
もリレー39がオン時の温度信号電圧はリレー39がオフ時
に比較して高分子感温体６に流れる温度信号電流が小さ
いため高くなれ。即ち、リレー39がオン時とオフ時では
例え高分子感温体６が同一温度であっても温度信号電圧
は異なることとなる。この場合、変化の度合はあらかじ
め予測できるので同一設定手段の温度信号をリレー39の
オン時とオフ時とで異なった値で処理することで正確な
温度検出ができる。従って、リレー39がオンからオフ時
又は、オフからオン時には、トランジスタ62の出力信号
である温度信号電圧は大きく変化する。従ってリレー39
がオンからオフ又は、オフからオン時には、トランジス
タ62の信号は大きく変化する。このことは、制御手段10
2が駆動手段であるトランジスタ41をオフする信号を出
力したにもかかわらず、駆動手段であるトランジスター
41がショート故障したり、電力制御手段であるリレー39
の接点が溶着した場合においては、発熱線９への通電は
継続され、温度検出回路の信号は変化せず、これは比較
手段77を通じて温度信号変化検出手段101でこれらの故
障が検出でき、制御手段102は、サイリスタ103をオンさ
せることにより保安手段である温度ヒューズ49を溶断さ
せ発熱線９の異常過熱を防止することができる。また、
駆動手段であるトランジスター41のオープン故障、電力
制御手段であるリレー39のコイルのオープン故障、温度
検出回路であるトランジスター62のオープン及びショー
ト故障、比較手段77や温度信号変化検出手段101の故障
も検出できる。またさらに特に本例の様にマイクロコン
ピュータ78に比較手段77や温度信号変化検出手段101が
内蔵している場合、少ない部品で安全性向上が実現でき
る。

第２図は本例の温度制御装置のフローチャートであ
る。まず比較手段77で駆動手段41をオンからオフ又はオ
フからオンへ切り換える前の感熱ヒータ線52の温度（温
度検出値１）を検出する（温度検出１）。次に設定手段
74と温度検出値１とを比較手段77で比較して、その結果
によって駆動手段41を切り換える。次にその直後の感熱
ヒータ線52の温度（温度検出値２）を検出する（温度検
出２）。そして温度検出値１と温度検出値２を温度信号
変化検出手段101で比較し変化があればこれを繰り返
す。変化がない場合、制御手段102より駆動手段41を停
止させる信号または保安手段49を動作させる信号を出力
する。

発明の効果以上の様に本発明の温度制御装置によれば以下の様な
効果が得られる。

消費電力の高い電気カーペットにおいても感熱ヒー
タ線を用いているので局部的に保温されても発熱線が異
常温度上昇せず保温部が変色したりすることがなく安全
な温度制御が実現できる。

感熱ヒータ線が同一温度であっても電力制御手段の
オン時とオフ時では高分子感温体に流れる温度信号電流
が異なる。従って、温度検出回路の出力である温度信号
電圧も電力制御手段のオン時とオフ時とで異なる。この
ことを利用して、制御手段でオンからオフにまたはオフ
からオンに電力制御手段を切り替える信号を出力した時
に温度信号変化手段で切り替える以前と以後での温度信
号電圧の変化を確認し、もしその変化が検出できなかっ
たら電力制御手段または駆動手段の故障によって電力制
御手段がオンからオフまたはオフからオンに切り替わら
なかったか、温度検出回路又は比較手段又は温度信号変
化検出手段の故障によって温度信号電圧の変化が正しく
検出できなかったかのどちらかの故障が発生したことが
判る。

即ち、オンからオフ又はオフからオフの変化前後の温
度信号電圧の変化を検出することによって、電力制御手
段・駆動手段・温度検出回路・比較手段・温度信号変化
手段が正常か故障かを判別でき、故障発生時には、即時
に駆動手段をオフさせたり保安手段を動作させて発熱線
を電源から遮断したりして発熱線の異常過熱を防止する
ことができ、非常に安全性の高い温度制御回路を実現す
ることができるものであり、このことは電気暖房器具の
安全性を高める上で非常に重要なことである。なお、本
例の様に比較手段、温度信号変化検出手段及び制御手段
をマイクロコンピュータに内蔵しているものにあって少
ない部品で安全性が向上できる。

【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図は同
フローチャート、第３図は従来例の電気カーペットの本
体構成の平面図、第４図は同温度検知線の一部分構成斜
視図、第５図は高分子感温体のインピーダンス変化温度
特性図、第６図は同発熱線の一部分構成斜視図、第７図
は従来の温度制御回路図、第８図は従来の他の例の電気
毛布の全体構成図、第９図は感熱ヒータ線の一部分構成
斜視図、第10図は従来の他の例の温度制御回路図であ
る。６……高分子感温体、９……発熱線、39……電力制御手
段、41……駆動手段、49……保安手段、52……感温ヒー
タ線、53……電極線、62……温度検出回路、74……設定
手段、77……比較手段、101……温度信号変化検出手
段、102……制御手段。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者柏本隆大阪府門真市大市門真1006番地松下電器産業株式会社内 (56)参考文献特開昭63−19019（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−232673（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】発熱線と電極線の間に高分子感温体を介在
させてなる感熱ヒータ線と、前記発熱線への通電を制御
する電力制御手段と、前記高分子感温体に流れる温度信
号電流を前記電極線を介して検出する温度検出回路と、
前記感熱ヒータ線を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、前記電力制御手段のオンからオフまたはオフからオ
ンの少なくともどちらか一方の変化前後の前記温度検出
回路の変化を検出する温度信号変化検出手段と、この温
度信号変化検出時には前記比較手段の信号で前記駆動手
段を制御し、温度信号変化非検出時には前記駆動手段を
停止させるか、あるいは電源を遮断する保安手段を動作
させるか少なくともどちらか一方の制御を行う制御手段
を有する構成とした温度制御装置。