JP2638841B2

JP2638841B2 - 温度制御装置

Info

Publication number: JP2638841B2
Application number: JP62256552A
Authority: JP
Inventors: 隆柏本; 和俊永井; 十起夫瓦井
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1987-10-12
Filing date: 1987-10-12
Publication date: 1997-08-06
Anticipated expiration: 2012-08-06
Also published as: JPH0199111A

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、たとえば電気カーペッ
トの例を第４図に示す。このものは電気カーペット本体
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
とよばれている構成となっている。なお、図中の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、前記温度感熱樹脂５の一部部分構成斜視図
である。このものは一対の第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
ー線９の一部分構成斜視図であり、第２の電極線８、ヒ
ータ線８、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、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時は
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、ヒーター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、62、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、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。

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、以下に示す問題
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にかかわらずヒ
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）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量の
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（電
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
は均等な電解がかかっておらず、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。

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
ほ電極線とヒータ線の間に充填した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、ある定
周期を繰り返し、この定周期の終了時毎に前記駆動手段
を強制的に停止するタイマ手段と、前記駆動手段停止中
において前記設定手段で設定された温度より前記温度検
出回路で検出された温度が低下した時点で発生する比較
手段の信号で前記駆動手段を駆動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、タイマ手段はある
定周期を繰り返し、この定周期の終了時毎に制御手段が
駆動手段を停止させるので、駆動手段停止中の温度感熱
樹脂の正確な温度検出ができ、かつ前記駆動手段停止中
において前記設定手段で設定された温度より前記温度検
出回路で検出された温度が低下した時点で発生する比較
手段の信号で前記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
前記設定手段で設定された温度より前記温度検出回路で
検出された温度が低下した時点で発生する比較手段の信
号で駆動手段を駆動するまでの時間の残りの時間となる
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に内に配線されてい
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、7
0、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の出力信号にもとず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。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。

以上の構成から本発明一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90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。このヒータ線
９の温度信号電圧と、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72の温度設定電圧をコンパレータ
74で比較し、温度信号電圧＞温度設定電圧となればヒー
タ線９の温度が設定手段72で設定した温度より低下した
と判断し、比較手段であるコンパレータ74はリレー38の
オン要求の駆動信号をマイコン76に出力する。マイコン
76はただちにトランジスタ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（Tom）は、第２図
に示すように、ある定周期内（TTOTAL）でコンパレータ
74からのオン要求信号がくる（TOFF）までの差の時間と
なる。温度制御は、設定手段72を変えるとTOFFの時間が
変わり、ある定周期内（TTOTAL）でのTON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の間に充填されているので、電気回
路的にみると並列回路になり、局部保温すると、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
TOFF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、また、
比較手段74も、マイコン76がアナログデジタル変換器を
有するマイコンであれば、内部構成されるのできわめて
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をカウントしても本発明は前記一
実施例に限定されるものではない。

また、本発明の一実施例において、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
明は前記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）ある定周期内（TTOTAL）においてヒータ線への
非通電時（TOFF）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（TON）を決定している
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できると共に、ヒータ線への
非通電時間には設定温度と検出温度を比較して設定温度
より検出温度が下がればその時点よりヒータ線への通電
を開始することによって、検出温度の変化に対する応答
性は非常によいものとなる。

（２）温度感熱樹脂がヒータ線温度を監視しているの
できわめて安定性が高い。

（３）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回路図、第２図、第
３図は同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図はヒータ一体
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、51……電極線、
13……交流電源、38……電力制御手段、40……駆動手
段、60……温度検出回路、72……設定手段、74……比較
手段、76……制御手段、96……タイマ手段。

フロントページの続き (56)参考文献特開昭62−222311（ＪＰ，Ａ) 特開昭52−94266（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−7909（ＪＰ，Ａ) 特開昭53−93283（ＪＰ，Ａ) 特開昭57−201917（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【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、前記ヒータ線の通電を入
り切り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、ある定周
期を繰り返し、この定周期の終了時毎に前記駆動手段を
強制的に停止するタイマ手段と、前記駆動手段停止中に
おいて前記設定手段で設定された温度より前記温度検出
回路で検出された温度が低下した時点で発生する比較手
段の信号で前記駆動手段を駆動する制御手段とからなる
温度制御装置。
【請求項２】制御手段をマイクロコンピュータで構成し
た特許請求の範囲第１項記載の温度制御装置。
【請求項３】タイマ手段、比較手段は、前記制御手段内
に構成した特許請求の範囲第１項、または第２項記載の
温度制御装置。
【請求項４】電力制御手段は、双方向制御素子で構成し
た特許請求の範囲第１項記載の温度制御装置。