JP2588513Y2

JP2588513Y2 - 温度制御装置

Info

Publication number: JP2588513Y2
Application number: JP1990028464U
Authority: JP
Inventors: 健治蓑輪
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1990-03-20
Filing date: 1990-03-20
Publication date: 1999-01-13
Anticipated expiration: 2005-03-20
Also published as: JPH03119213U

Description

【考案の詳細な説明】［産業上の利用分野］本考案は温度制御装置に関し、特に、発熱体の発熱量
を連続的に変化させて、発熱に伴う温度を調整する温度
制御装置に関する。

［従来の技術］従来より床暖房の一方法として電気カーペートが用い
られている。

電気カーペットは、床に敷くカーペットに電気ヒータ
を組込み、ヒータからの熱を直接、伝導と放射で暖める
ことができ、その構造はカーペットにヒータを組込んだ
発熱部と、そのヒータの温度制御を行なう温度制御部と
からなる。

ところで、前記電気カーペットの発熱量を制御する方
式としては、位相制御方式と消費電力を一定にしてヒー
タへの通電の有無で制御する（以下、ON/OFF制御と称
す）方式とがある。詳細に説明するならば、前記ON/OFF
制御方式はヒータの温度を検知した検知信号に基づい
て、前記検知信号レベルが一定温度レベルを越える期間
はヒータへの通電を停止（OFF）し、その後前記検知信
号レベルが前記一定温度レベル以下になるとヒータへの
通電を開始（ON）するというようなON/OFFの繰返し制御
によって電気カーペットの表面温度を一定に保持してい
る。

一方、前記位相制御方式は、ヒータの通電期間を位相
制御回路の制御信号に基づいて連続的に変化させること
によってヒータの発熱量を可変調整し電気カーペットの
表面温度を一定に保持する。したがって位相制御方式は
前記ON/OFF制御方式に比較し、カーペットの表面温度に
温度むらを生じさせることなく安定に保持できるという
特徴がある。

以下、前記位相制御方式によりヒータの発熱量が調整
される電気カーペットについて図面を参照して詳細に説
明する。

第４図は、従来の位相制御方式により発熱量が制御さ
れる電気カーペットの温度制御装置の機能構成を示す概
略図である。

図において電気カーペットの温度制御装置は交流電源
を供給するための商用電源１、電源スイッチ２、前記電
源スイッチ２が“ON"状態になったことにより商用電源
１から供給される交流電圧を変圧（この場合、降圧）す
るトランス３、前記トランス３を経由して供給される交
流電圧を入力し、応じて全波整流し直流電圧に変換し出
力する整流回路網４を含む。さらに該温度制御装置は、
ゲート電圧印加回路５、マイクロコンピュータ６、温度
調整ボリューム７、トライアック（双方向３極サイリス
タ）８、発熱線であるヒータ９、前記ヒータ９の発熱量
を検知する感熱部10、リアクトルL1ならびにコンデンサ
C1ないしC3を含む。

前記マイクロコンピュータ６はCPU（中央処理装置の
略）61およびメモリ62などを内蔵し該温度制御装置の温
度制御を自動的に行なう。詳細に説明するならばマイク
ロコンピュータ６、ゲート電圧印加回路５、温度調整ボ
リューム７、トライアック８、ヒータ９および感熱部10
を含む回路構成により位相制御方式による温度制御が行
なわれる。つまり、ヒータ９が発熱すると、感熱部10は
これを感熱し、感熱されたレベルに相当する感熱抵抗値
Rvをマイクロコンピュータ６に与える。応じてマイクロ
コンピュータ６は感熱抵抗値Rv、および温度調整ボリュ
ーム７により設定される該電気カーペットの所望の設定
温度とに基づいてトライアック８をトリガするための位
相、すなわち制御角を決定する。このようにして決定さ
れた制御角はマイクロコンピュータ６から次のゲート電
圧印加回路５に制御信号S1として与えられる。応じてゲ
ート電圧印加回路５は制御信号S1に基づいて決定された
位相でトライアック８をトリガさせるためのゲートトリ
ガパルスGPを発振し、これをトライアック８に与える。

さてトライアック８は与えられる前記トリガパルスGP
に応答して導通する。このトライアック８の導通期間に
従ってヒータ９は通電されて発熱するので、この発熱量
に応じて該カーペットの表面温度が変化する。また並行
してヒータ９の発熱量は感熱部10によって感熱され、再
度、感熱抵抗値Rvがマイクロコンピュータ６に与えられ
る。応じてマイクロコンピュータ６は前述と同様にして
制御信号S1を出力するというような一種のフィードバッ
ク制御が連続的に行なわれる。

以上のようにして構成される位相制御方式において
は、マイクロコンピュータ６がトライアック８をトリガ
する位相、すなわち制御角を決定して、その位相でゲー
ト電圧印加回路５がトライアック８をトリガするための
トリガパルスGP（トライアック８が導通するのに十分な
ゲート電圧レベルを有する）を発振するようにしてい
る。つまり、トリガパルスGPの位相（発振周期）を変化
させることによりトライアック８の導通期間が制御さ
れ、ひいてはヒータ９の通電期間（発熱量）を可変制御
するようにして、該カーペットの表面温度を安定させて
いる。

なお、トライアック８は印加電が高く電流の立上がり
率di/dtが大きいと焼損してしまうので、前記di/dtが大
きくならないように電流の立上がりを抑制する必要があ
り、そのために該トライアック８に直列にリアクトルL1
が設けられる。また、トライアック８に飛躍的なdv/dt
（電流と電圧の位相ずれが原因となる場合もある）が発
生することがあり、この値を該トライアック８の定格値
以内に抑えるために、該トライアック８の外部に並列に
コンデンサC1が設けられる。

次に、従来の電気カーペットの位相制御方式に基づく
温度制御装置の動作について第４図および第５図を参照
して詳細に説明する。

第５図は、第４図に示される温度制御装置の制御動作
を示す概略処理フロー図である。

この処理フローは、予めプログラムとしてマイクロコ
ンピュータ６のメモリ62に記憶されて、CPU61の制御に
基づいて、電源“ON"期間に一定周期で繰返して実行さ
れる。なお、CPU61は電源スイッチ２が“ON"されたこと
に応答して本処理を実行開始する。

まず、ユーザにより該電気カーペットの電源スイッチ
２が“ON"状態に設定される。また並行して温度調整ボ
リューム７が操作されて所望の表面温度に設定される。

さて、電源スイッチ２が“ON"されたことに応答して
商用電源１から交流電源の供給が開始される。その後、
供給された交流電力は、トランス３の１次側から２次側
に与えらえて該電気カーペットに必要とされる電圧レベ
ルにまで変圧（降圧）される。このようにして変圧され
た交流電力は次の整流回路網４において全波整流されて
直流電圧として出力され、次段以降に接続されるゲート
電圧印加回路５およびマイクロコンピュータ６に通電が
開始される。

さて、マイクロコンピュータ６は該電気カーペットの
表面積（１畳、２畳、３畳など）と温度調整ボリューム
７から与えられる設定温度との関係で一意に定まる消費
電力量に関するデータを予めメモリ62に記憶している。
この場合、該電気カーペットの表面積は固定であると想
定する。まずマイクロコンピュータ６は、該電気カーペ
ットの表面温度のデフォルト値（＝省略時解釈；たとえ
ば38℃など）に応じて定まる消費電力量を応答した制御
信号S1ゲート電圧印加回路５に与える。つまり、マイク
ロコンピュータ６のCPU61は、第５図のステップS10（図
中では、S10と略す）においてトライアック８の導通期
間を決定するようなトリガパルスGPを出力するように制
御信号S1をゲート電圧印加回路５に出力する。したがっ
て、トライアック８は、電源スイッチ２の“ON"状態に
応答して商用電源１から双方向に通電されて、かつトリ
ガパルスGPによって導通（オン）状態に設定される。し
たがって、トライアック８の導通（オン）状態は商用電
源１の交流周波数に同期して設定されることになる。以
上のような、トライアック８の一定サイクルごとの導通
（オン）期間の繰返しによってヒータ９は連続的に通電
されて発熱する。並行して、CPU61は次のステップS20の
処理に移行する。

ステップS20においては、CPU61は温度調整ボリューム
７の操作により所望の値に設定された温度T1を読込みメ
モリ62に一時的に記憶する。

続いてステップS30において、CPU61はヒータ９の発熱
を感熱する感熱部10から感熱抵抗値Rvを内部バッファに
読込み。応じて、CPU61は前記感熱抵抗値Rvに応じて一
意に定まる表面温度の検出温度T2を求める。詳細に説明
するならば、メモリ62には感熱抵抗値Rvに対応する表面
温度がデータとして予め記憶されているので、CPU61は
得られる感熱抵抗値Rvに基づいてメモリ62から該当の表
面温度を探索して読出すことができる。このようにして
読出された表面温度は検出温度T2としてメモリ62に一時
的に記憶される。

以上のようにして、所望される該電気カーペットの設
定温度T1と、現在の実際の該電気カーペットの表面温度
である検出温度T2が得られる。これに応じて、CPU61は
次のステップS40の判別処理に移行する。

ステップS40においては、検出温度T2が設定温度T1に
等しいか否かが判別される。つまり、該電気カーペット
の表面温度が設定温度T1に達し安定しているか否かが判
別されるが、この判別の結果、（検出温度T2＝設定温度
T1）が成立していると判別されれば、後述するステップ
S50の処理に移行する。しかし、（検出温度T2≠設定温
度T1）と判別されると処理はステップS41に移行して、
新たな制御信号S1が設定される。詳細に説明するなら
ば、該電気カーペットの表面温度に相当する検出温度T2
はヒータの発熱量によって決まり、またヒータ９の発熱
量はトライアック８の導通期間、すなわちトリガパルス
GPの発振周期によって定まる。したがって、CPU61は、
（検出温度T2＞設定温度T1）であれば検出温度T2を設定
温度T1まで下げるように、トライアック８の導通期間を
短くするような制御信号S1を生成し出力する。反対に
（検出温度T2＜設定温度T1）であればヒータ９の発熱量
を多くして検出温度T2を設定温度T1にまで上昇させるよ
うに、トライアック８の導通期間を長くするような制御
信号S1を生成し出力する。その後は、再度、前述のステ
ップS10に戻りステップS41で設定された新たな制御信号
S1に基づいて以下同様にして処理が実行される。

前述のステップS40の処理に戻り（検出温度T2＝設定
温度T1）と判別されれば、ステップS50の処理に移行す
る。

ステップS50においては、前述のステップS40の判別結
果を受けて、該電気カーペットの表面温度は設定温度T1
に達して安定状態にあることから、現在の表面温度を保
持するように動作する。すなわち、制御信号S1の信号レ
ベルは現在の表面温度を保持するように設定されて出力
される。

その後、ステップS60においては電源スイッチ２が“O
FF"状態に設定されるか否かが判定される。電源スイッ
チ２が“OFF"されるとマイクロコンピュータ６自体への
電源供給は停止するので、CPU61による一連の処理は強
制的に終了させられる。また、電源スイッチ２が“OFF"
されずに“ON"状態を継続していれば、再度ステップS10
に戻り以降の処理が同様にして繰返される。

以上のようにして、温度制御装置の位相制御方式によ
って制御されるヒータ９の発熱量（通電期間）は連続的
に可変調整されることから、該電気カーペットの表面温
度は温度むら（温度の急峻な上昇および低下）が抑制さ
れて、使用者に快適な体感を与えることができる。

［考案が解決しようとする課題］上述のように位相制御方式により温度制御される電気
カーペットでは、該カーペット表面温度を電源ON期間
（使用状態）にわたってほぼ一定に保持できるという特
徴を備えている。しかしながら、該電気カーペット上に
いる人間の体感としては、或る程度暖まってくると同じ
温度であっても初期の頃よりも熱めに感じ、不快感を感
じるという問題がある。また、前述した位相制御方式に
よる温度制御では、連続的な制御であるために、消費電
力量を少なくすることが困難であるなどの問題があっ
た。

それゆえに、本考案の目的は、消費電力量を省くこと
ができるとともに、使用者に快適な体感を与えることが
できる温度制御装置を提供することである。

［課題を解決するための手段］本考案に係る温度制御装置は、発熱体の発熱に伴う温
度を制御する温度制御装置であって、電源供給手段と、
前記発熱体の発熱に伴う温度を所望の温度に設定する温
度設定手段と、前記発熱体の発熱に伴う温度を検知する
温度検知手段と、前記電源供給手段による電源供給開始
直後の第１の期間にわたって、前記温度検知手段による
検知温度を前記温度設定手段による設定温度に設定する
ために前記発熱体の発熱量を制御する第１の制御手段
と、前記第１の期間の直後の第２の期間をかけて除々
に、前記第１の制御手段により制御された設定温度によ
り少し低い温度に低下させるべく前記発熱体の発熱量を
制御する第２の制御手段とを備えて構成される。

［作用］本考案に係る温度制御装置は以上のように構成される
ので、第２の制御手段による温度制御により、発熱に伴
う温度を第２の期間を掛けて除々に第１の制御手段によ
り制御されて設定された温度から所定の温度に低下させ
ることで、温度変化を体感させることなく発熱量すなわ
ち該発熱体の消費電力量を削減することができる。

［実施例］以下、本考案の一実施例について図面を参照して詳細
に説明する。

第１図は、本考案の一実施例の位相制御方式により発
熱量を制御するとともに、省エネルギ効果を図ることの
できる電気カーペットの温度制御装置の機能構成を示す
概略図である。

第１図に示される本考案の一実施例の温度制御装置
を、第４図に示された従来の温度制御装置と比較し、そ
の機能構成の上で異なる点は新たに消費電力量の低減を
図ることを目的とした省エネルギのためのスイッチ（以
下、省エネスイッチと略す）11を追加している点にあ
る。第１図に示されるその他の機能構成および各回路の
動作については、第４図に示される従来の機能構成およ
び動作と同様であるため、説明を簡単に行なう。

第１図において温度制御装置は、従来と同様にして商
用電源１、電源スイッチ２、トランス３、整流回路網４
よりなる電源供給手段、ゲート電圧印加回路５、CPU61
およびメモリ62を含むマイクロコンピュータ６、温度設
定手段である温度調整ボリューム７、トライアック８よ
りなる第１の制御手段、ヒータ９、感熱部10、ルアクト
ルL1、コンデンサC1ないしC3を含み、新たに前記マイク
ロコンピュータ６にそのスイッチの“ON"または“OFF"
状態に応じた制御信号Ｓを与える省エネスイッチ11より
なる第２の制御手段を含む。

ここで、第１図に示される温度制御装置の消費電力量
削減方法の概略について第１図および第２図を参照して
説明する。

第２図は、第１図に示される温度制御装置の消費電力
量削減効果による表面温度の推移状況を説明するための
図であり、縦軸に温度がとられ横軸に時間がとられる。
なお、図において実線は省エネスイッチ11“ON"状態に
よるものであり、点線は省エネスイッチ11が設けられな
い状態、または省エネスイッチ11“OFF"状態によるもの
である。

第１図に示される温度制御装置は第２図に示されるよ
うに、電力スイッチ２により電源投入されたことに応じ
てヒータ９を発熱開始するよう制御して、電源投入され
てから期間t₁において温度調整ボリューム７で設定され
る設定温度T1にまで、該電気カーペットの表面温度（検
知温度T2）を上昇させて安定に維持する。

ところで前述したように、人間の体感としては同じ温
度であっても長時間暖められていると、除々に熱めに感
じてくることから、一定期間t₁後の期間t₂にわたってそ
の表面温度を１〜２℃下げるようヒータ９の発熱量を連
続的に制御する。

なお、この表面温度の１〜２℃の低下は、マイクロコ
ンピュータ６が省エネスイッチ11から与えられる制御信
号S2に応答して開始する。また、温度低下させる期間t₂
は期間t₁よりも十分に長く設定されているので、該カー
ペット上にいる人にこの温度低下を体感させることなく
実施できる。

上述のように、表面温度を設定温度T1よりも１〜２℃
低くするよう制御しているので該電気カーペットにおけ
る消費電力量を低減させて省エネルギを図ることができ
るとともに、前記１〜２℃の温度低下は長期間にわたっ
て除々に実施されるので、該カーペット上にいる人にも
体感的には不快な温度低下を感じさせることもない。こ
の温度制御の実施方法の詳細を以下に説明する。

第３図は、第１図に示される温度制御装置の消費電力
量削減の動作を含む制御動作の概略処理フロー図であ
る。

この処理フローは、予めプログラムとしてマイクロコ
ンピュータ６のメモリ62に記憶されて、CPU61の制御に
基づき、電源“ON"期間にわたって一定周期で繰返して
実行される。なお、CPU61は電源スイッチ２が“ON"され
たことに応答して本処理を実行開始するが、電源スイッ
チ２が“OFF"されると一連の処理は強制的に終了させら
れる。

まず、従来と同様にしてユーザにより該電気カーペッ
トの電源スイッチ２が“ON"状態に設定され、並行して
温度調整ボリューム７が操作されて所望の表面温度に設
定される。

さて、電源スイッチ２が“ON"されたことに応答して
適用電源１から供給される交流電圧がトランス３、整流
回路網４を経由して所定レベルの直流電圧としてマイク
ロコンピュータ６およびゲート電圧印加回路５に与えら
れた通電が開始される。

さて、マイクロコンピュータ６のCPU61は従来と同様
にしてステップS10ないしステップS41の処理を実行し
て、感熱部10を介して検出される該電気カーペットの検
出温度T2を現在所望されている設定温度T1にまで上昇さ
せる。このようにしてステップS40で（検出温度T2＝設
定温度T1）が成立し、検出温度T2が安定したことが判別
されると、次のステップS42の処理に移行する。

ステップS42においては、省エネスイッチ11が“ON"状
態にあるか否かが切換信号S2の信号レベルに基づいて判
別される。たとえば省エネスイッチ11が“ON"状態に設
定されていれば切換信号S2は信号レベル“HIGH"に設定
され、反対に省エネスイッチ11が“OFF"状態に設定され
いれば切換信号S2は信号レベル“LOW"に設定されてCPU6
1に与えられる。したがって、切換信号S2の信号レベル
が“HIGH"であれば処理は後述するステップS43以降に分
岐するが、その信号レベルが“LOW"であれば処理はステ
ップS50に分岐する。

ステップS50の処理においては、従来と同様にして現
在の該カーペットの検出温度T2を安定に維持すうような
制御信号S1が出力され、応じてトライアック８を介して
ヒータ９の発熱量が調整される。その後、ステップS60
において、電源スイッチ２が“0FF"状態にあるか否かが
判別される。つまり、電源スイッチ２が“OFF"状態に設
定されるとマイクロコンピュータ６への電源供給は停止
し、応じて一連の処理は強制的に終了させられるが、
“OFF"状態でなければ再度ステップS45（後述する）の
処理に戻る。

さて、前述のステップS42の処理に戻って、省エネス
イッチ11が“ON"状態にあり、応じて切換信号S2が信号
レベル“HIGH"としてCPU61に与えられると、処理はステ
ップS43以降に分岐する。

ステップS43以降の処理においては、前掲第２図に示
されたような温度制御によって消費電力量を削減するよ
うに処理する。

まず、ステップS43においてCPU61に内蔵されるカウン
タ機能により期間t₁の時間経過が計測される。並行して
制御信号S1を出力して現在の表面温度、すなわち検出温
度T2を設定温度T1で安定維持する。

次に、期間t₁の経過が計測されると、CPU61は次のス
テップS44において、前述と同様にして期間t₂（t₂＞
t₁）の時間経過を計測し、並行して現在の検出温度T2を
１〜２℃低下させるように制御する。つまり、制御信号
S1は、トライアック８の導通期間を短くし、ヒータ９の
発熱量が該カーペットの表面温度を平均して（１〜２℃
／t₂）の割合で低下させるような信号レベルに設定され
て出力される。この温度低下の割合は、該カーペットの
表面積（１畳、２畳、３畳など）が固定であることを受
けて、ヒータ９の長さが固定になるので、ヒータ９の発
熱量、すなわちトライアック８の導通期間の短縮割合を
決定できる。この導電期間の短縮割合は、制御信号S1に
基づくトリガパルスGPの発振周期を可変設定することに
より調整できる。

その後、期間t₂が経過し表面温度が１〜２℃低下する
と、処理はステップS45に移行する。

ステップS45においては、ユーザの温度調整ボリュー
ム７操作による新たな温度T1の設定があるか否かが判別
される。この判別処理は、メモリ62に記憶されている前
回の設定温度T1との比較処理によって行なわれる。この
比較結果、新たな温度T1が設定されたことが判別されれ
ば前述のステップS41の処理を経てステップS10以降の処
理を再度繰返す。

一方、新たな温度T1の設定がなければ前述したような
ステップS50以降の処理が電源スイッチ２が“OFF"され
るまで実行される。

以上のように、該温度制御装置を設けた電気カーペッ
トでは、1.5〜２℃の温度低下を図ることにより約25Wの
消費電力量の削減を実施できる。

また、第１図に示される省エネスイッチ11の手動操作
の代替として、感圧導電性ゴムセンサまたは圧電センサ
などにより該カーペット上に人がいることを検知するよ
うにして、この検知結果を受けて自動的に前記省エネス
イッチ11を“ON"状態に設定する（センサ検知後、一定
時間遅延させて省エネスイッチ11を“ON"状態に設定す
るようプログラム処理により対応する）ようにしてもよ
い。

さらに、上述の省エネルギ機能を含む温度制御は位相
制御方式に特定されるものではない。

［考案の効果］以上のように本考案によれば、所望温度で安定してい
る被制御対象の温度を、第２制御手段により第２の期間
をかけて除々に所定温度変化させることで、体感させる
ことなく所定温度だけ低下させて消費電力量の削減を図
ることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本考案の一実施例の位相制御方式により発熱
量を制御するとともに、省エネルギ効果を図ることので
きる電気カーペットの温度制御装置の機能構成を示す概
略図である。第２図は、第１図に示される温度制御装置
の消費電力量削減効果による表面温度の推移状況を説明
するための図である。第３図は、第１図に示される温度
制御装置の消費電力量削減の動作を含む制御動作の概略
処理フロー図である。第４図は、従来の位相制御方式に
より発熱量を制御する電気カーペットの温度制御装置の
機能構成を示す概略図である。第５図は、第４図に示さ
れる温度制御装置の制御動作を示す概略処理フロー図で
ある。図において、１は商用電源、２は電源スイッチ、３はト
ランス、４は整流回路網、５はゲート電圧印加回路、６
はマイクロコンピュータ、７は温度調整ボリューム、８
はトライアック、９はヒータ、10は感熱部、T1は設定温
度、T2は検知温度、S1は制御信号、S2は切換信号、GPは
トリガパルスおよびRvは感熱抵抗値である。なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims

(57)【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】発熱体の発熱に伴う温度を制御する温度制
御装置であって、電源供給手段と、前記発熱体の発熱に
伴う温度を所望の温度に設定する温度設定手段と、前記
発熱体の発熱に伴う温度を検知する温度検知手段と、前
記電源供給手段による電源供給開始直後の第１の期間に
わたって、前記温度検知手段による検知温度を前記温度
設定手段による設定温度に設定するために前記発熱体の
発熱量を制御する第１の制御手段と、前記第１の期間の
直後の第２の期間をかけて徐々に、前記第１の制御手段
により制御された設定温度により少し低い温度に低下さ
せるべく前記発熱体の発熱量を制御する第２の制御手段
とを備えた、温度制御装置。