JP2590509B2 - 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、温度加熱樹脂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ム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、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（Ｚと称す。）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
は抵抗値の小さい発熱抵抗、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。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、第４図乃至第
８図に示した従来例と同一構成部分には、同一符号を付
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ーであり、61,62,
63はトランジスター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ー60が、交流電源13の負の
半サイクルでオンし、トランジスター60のベースエミッ
タから、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、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。

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、次のような課題
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が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
なる問題があった。

（３） 第２の従来例では、サイリスタの非導通領域
（交流電源13の負の半サイクル）を温度検出に使用して
おり、それゆえヒータ線９の正確な温度検出ができるも
のであるが、リレーのような双方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に通電されて
いるのでヒータ線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らないと共にヒータ線に通電されて
いないときに比べて温度感熱樹脂５に印加される電界も
小さくなる。さらに第６図からわかるように通常のカー
ペット使用時の表面温度である50〜60℃以下では高温時
に比べて温度変化に対するインピーダンスの変化率も小
さく、従って温度変化に対する温度信号の変化も小さく
なり、ヒータ線９の正確な温度検出ができず、通常の使
用範囲での微妙な温度制御が出来ない。したがっ制御手
段でリレーを定期的に非通電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、リレー通電時に温度
検出を全く行わなければ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、また座蒲団下が高温状態に
なりこげや変色の危険性をともなっていた。

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、ヒータ線
の通電を入り切り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、駆動手段停止中は、所望の温度に
設定する第１の設定手段と温度検出回路の信号を比較す
る第１の比較手段で、通常の温度制御時の最高温度にお
ける温度感熱樹脂のインピーダンスより、さらに低いイ
ンピーダンス時に得られる温度検出回路の出力値に相当
する値を前記ヒータ線の局部保温を検出する値とした第
２の設定手段と温度検出回路の信号とを比較する第２の
比較手段と、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、駆動手段停止中は、第１の
比較手段の信号で駆動手段を駆動し、駆動手段駆動中、
局部保温時に第２の比較手段の信号で駆動手段の駆動を
停止し、かつその定周期時間中は駆動手段の停止を保持
する制御手段で構成したものである。

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
停止中は正確な温度検出ができ、第１の比較手段の信号
により駆動手段を駆動する構成なので、ある定周期内の
ヒータ線への通電時間は、駆動手段停止から第１の比較
手段の信号で駆動手段を駆動する時間の残りの時間とな
り、ヒータ通電中、局部保温が生じると第２の比較手段
の信号で強制的にヒータ線への通電を停止するので通電
率を下げる使用を有する。

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回路図であ
る。従来例と同一の構成部分には同一付号を付与してい
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ー
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ー60が、交流電源13の負の半サイク
ルでオンし、トランジスター60、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
をコレクタ順に接続された抵抗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第１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第１の比較手段で
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、
駆動手段であるトランジスター40のオフ時にコンパレー
タ74の出力信号にもとずいてトンランジスター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。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99は抵抗である。10
0,101は抵抗でこれらにより第２の設定手段を構成して
いる。102は第２の比較手段であるコンパレータでその
出力信号は、駆動手段40のオン中にのみ、制御手段が検
出する構成としている。

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ー40をオフし
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、トランジスター40が
オフのあいだは、リレー38がオフであり、リレー38の接
点が開放されているので、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ー60によ
り正確な温度検出をすることができるものである。通常
の温度制御は、このヒータ線９の温度信号電圧と、第１
の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のオン要求の駆動信号を発
生し、マイコン76に入力される。マイコン76はただちに
トランジスター40を駆動すると、リレー38がオンにな
り、ヒータ線９に通電されるものである。ここでヒータ
線９に通電されている時間（T_on）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からの
オン要求信号がくる（T_off）までの差時間となる。温度
制御は、設定手段72を変えるとT_off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をオフに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がまだ熱
い状態の場合、コンパレータ74からのリレー38のオンの
要求信号が発生しにくくなり、したがってＴ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、制御手段76をマイコンで構成し、タイマカウン
ター96をマイコン76内に構成することによってきわめて
回路構成が簡素化される効果がある。

また、電力制御手段に双方向制御素子を使用すること
によってヒータ線９の有効利用ができる効果もある。

なお、本発明一実施例において、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一実
施例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、本発明は、これに
限定されるものではない。

ヒータ一体型温度感熱樹脂５のインピーダンスは、第
６図からわかるようにカーペットの通常に使用する温度
範囲より高温（約80℃以上）になればその傾きも大きく
なり、温度変化に対するインピーダンス変化の割合も大
きくなる。従って、局部保温された場合は、その部分の
顕著なインピーダンス低下が通常の制御時とは全く異な
った値のインピーダンスとなる。

つまり、駆動手段であるトランジスター40がオン中、
即ちヒータ線９に通電中の均等な電界がかからずヒータ
線９に通電されていないときに比べて温度感熱樹脂５に
印加される電界が小さくても局部保温された場合の温度
信号の変化は十分に検出できる。即ち、通常のカーペッ
トの温度制御時の最高温度よりも高い温度に相当するイ
ンピーダンス時に得られるヒータ線の通電中の温度検出
信号の値を局部保温を検出する第２の設定手段の設定値
にする。局部保温により温度信号電圧がこの設定値以下
になった時点で第２の比較手段102の信号が発生するこ
とによって、マイコン76はただちにリレー38をオフし、
その定周期時間内はリレー38のオフを保持しさらに通電
率を下げ座蒲団下の温度上昇をおさえることができるも
のである（第３図のＴ′_offの部分。） 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、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、第1,第２の比較手段にコン
パレータを用いているが、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よれば以下に述べ
る効果が得られる。

ある定周期内においてヒータ線への非通電時に正確
に温度検出をし、それらの差によってのヒータ線への通
電時間を決定し、さらにヒータ通電中のヒータ線の局部
保温状態そのものを検出している制御方法なので、局部
保温の検出能力が高く、かつ座蒲団下の温度上昇をおさ
え、その部分の温度感熱樹脂を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図は同装置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変化温度特性図、第７図はヒータ線
の一部分構成斜視図、第８図は第４図に示す電気毛布の
温度制御回路図、第９図は他の従来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……トランジスター（駆動手
段）、51……電極線、60……トランジスター（温度検出
回路）、72……可変抵抗器（第１の設定手段）、74……
コンパレータ（第１の比較手段）、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）、100,101……抵抗（第２の設定手段）、102…
…コンパレータ（第２の比較手段）。

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入
   り切りする電力制御手段と、前記電力制御手段を駆動す
   る駆動手段と、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
   温度に設定する第１の設定手段と、前記駆動手段停止中
   の温度検出回路の信号と、前記第１の設定手段を比較す
   る第１の比較手段と、前記駆動手段駆動中の前記温度検
   出回路の信号と、通常の温度制御時の最高温度における
   温度感熱樹脂のインピーダンスよりさらに低いインピー
   ダンス時に得られる温度検出回路の出力値に相当する値
   を前記ヒータ線の局部保温を検出する値とした第２の設
   定手段と、前記第２の信号と前記第２の設定手段とを比
   較する第２の比較手段と、前記駆動手段をある定周期で
   強制的に停止し再スタートするタイマ手段と、前記駆動
   手段停止中は、前記第１の比較手段の信号で、前記駆動
   手段を駆動し、前記駆動手段駆動中の局部保温時に、前
   記第２の比較手段の信号で前記駆動手段を強制的に停止
   し、かつその定周期期間中は、前記駆動手段を停止保持
   する制御手段とからなる温度制御装置。