JP4631568B2 - 面状採暖具 - Google Patents

Description

本発明は、電気カーペットや電気毛布などの広範囲を暖房し、ヒータ線への通電手段が故障したときには、安全に通電を遮断する手段を設けた面状採暖具に関するものである。

従来、この種の面状採暖具としては、例えば、ヒータ線が制御回路の故障によってフル通電となった場合は、ヒータ線と温度検知線の間に設けた可溶体が溶断して、ヒータ線と温度検知線が接触することにより、温度ヒューズを断線させてヒータ線の通電を停止させている（例えば、特許文献１参照）。

図５〜図６は、特許文献１に記載された従来の面状採暖具を示すものである。図５に示すように、発熱体１は、ヒータ線２の上に、ある温度で溶融する可溶体３を被覆し、その上に温度検知線４を設け、さらにその上を電気絶縁物５で被っている。この紐状の発熱体１を、面状の敷物などに配線設置して暖房する。そして図６に示す制御回路によって、温度検知線４の温度信号を検出して、ヒータ線２を通電制御している。温度検知線４はヒータ線２の温度が上がるにつれて抵抗値が増加する特性を示し、ヒータ線２の温度が設定温度よりも低いと制御部６が判断している時は、リレーコイル７を駆動してリレー接点部８をオンさせてヒータ線２へ交流電源９を通電する。そして、ヒータ線２の温度が上昇するのに従って、温度検知線４の温度も上昇し、温度検知線４の抵抗値が大きくなって、抵抗１０と温度検知線４の接続点の電圧Ｖａが高くなって行く。この温度信号電圧Ｖａを制御部６は検出して設定温度に達したと判断した時は、リレーコイル７の駆動を停止しリレー接点部８をオフしてヒータ線２の通電を止める。このように通常は温度制御して発熱体１の温度をコントロールしているが、何らかに原因によって、例えばリレー接点部８が溶着故障を起こすとヒータ線２がフル通電となって温度が上昇し続け、火傷や火災など非常に危険な状態となってしまう。この危険な状態を回避するために次の安全手段を設けている。それは、ヒータ線２がフル通電となって温度が上昇し、ある温度（従来例では１６０℃）に達すると可溶体３の一部が溶融してヒータ線２と温度検知線４がショート状態となる。ショート状態になると発熱抵抗１１に電流が流れ、発熱抵抗１１は発熱し、発熱抵抗１１と熱的結合にある温度ヒューズ１２が溶断して、ヒータ線２への通電を停止するように構成されている。
特開２００３−２０３７４７号公報

しかしながら、前記従来の構成では、安全手段が機能しない場合が考えられる。ヒータ線２がフル通電状態となって可溶体３が溶断する時の温度は、一般的に１７０℃前後であり、この時の温度検知線４の温度も同様となり、温度検知線４の抵抗値がかなりの大きな抵抗値となっている。この状態においてヒータ線２と温度検知線４のショートが発生するが、ショートしても温度検知線４の抵抗値が大きいために発熱抵抗１１を流れる電流が少なく、発熱抵抗１１が温度ヒューズ１２を断線するのに必要な発熱量を得られない。発熱量が得られず温度ヒューズ１２が断線しなければヒータ線２は通電し続けるので危険な状態となってしまう。発熱量が得られにくくなるのは発熱体１の全長の中央付近でショートが発生したときで、この時、ダイオード１３によって温度検知線４の抵抗値は、全抵抗値の約１／４となっているが、広面積の電気カーペットにおいては発熱体１の全長が長くなるので全抵抗値が大きくなり、十分な電流を発熱抵抗１１へ流すことは出来ない。また、温度検知線４の抵抗値は、温度検出の精度面や通常制御時の回路消費電流面からあまり小さい抵抗値に設定できないものである。さらに、周囲温度の低下や交流電源電圧の低下した環境下において、より動作しにくくなってしまう。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、周囲温度や交流電源の低下した環境下においても安定確実に動作する安全手段を有する面状採暖具の提供を目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の面状採暖具は、発熱体の温度検知線に分割点を設け、設けた分割点にダイオードを接続して、安全動作時における温度検知線の抵抗を小さくすることで、発熱抵抗の発熱量を確保するものである。

本発明の面状採暖具は、周囲温度や交流電源の低下した環境下においても、広面積の電気カーペットなどについて、ヒータ線と温度検知線がショートした時の安全動作を確実なものとすることができる。

第１の発明は、面状採暖具本体に配設した発熱体と、前記発熱体内部に設けたヒータ線および可溶体および分割点を設けた温度検知線と、前記温度検知線の抵抗値変化を検出する温度検出部と、前記温度検出部の信号を処理してヒータ線の通電をオンオフする電力制御素子を駆動する制御部と、前記制御部へ制御電源を供給する電源回路部と、前記ヒータ線の異常加熱時に前記可溶体の溶融により前記ヒータ線と前記温度検知線がショートすることで流れる電流で発熱する発熱抵抗と、前記発熱抵抗の加熱によって溶断して前記ヒータ線の通電を停止する温度ヒューズと、前記温度検知線の一端から前記温度検知線のもう一端に向かう方向に接続した第一のダイオードと、前記温度検知線の分割点から前記第一のダイオードのカソードに向けて接続した第二のダイオードと、前記第一のダイオードのカソード側と交流電源との間に発熱抵抗を接続することにより、ヒータ線の異常加熱時に可溶体の溶融によりヒータ線と温度検知線がショートした時の温度検知線の抵抗を小さくすることができ、発熱抵抗が温度ヒューズを断線させるに必要な十分な電流を確保することができる。

第２の発明は、特に、第一の発明の温度検知線の分割点を複数個設け、前記複数個の分割点にそれぞれ複数個のダイオードを接続することにより、ヒータ線の異常加熱時に可溶体の溶融によりヒータ線と温度検知線がショートした時の温度検知線の抵抗を非常に小さくすることができ、発熱抵抗に流れる電流を確保することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における面状採暖具の構成図を示すものである。図１において、２１は発熱体で、発熱体２１はヒータ線２２、可溶体２３、温度検知線２４を内蔵しており、その構造は図５に示す発熱体と同様である。温度検知線２４はヒータ線２２の温度が上がるにつれて温度が上がり温度検知線２４自身の抵抗値も上がる。逆にヒータ線２２の温度が下がると温度検知線２４自身の抵抗値も下がる。この温度検知線２４の抵抗値変化を検出することで発熱体２１の温度を所定の温度に制御する。温度検知線２４の抵抗値変化を温度検出部２５で電圧の変化に変換する。温度検出部２５は抵抗２６と抵抗２７、温度検知線２４とで電源回路部２８の電源を基に分割して得られる電圧を温度信号電圧Ｖａとして出力する。温度信号電圧Ｖａは温度検知線２４の抵抗値が大きくなるのに従って高くなる変化を示す。この温度信号電圧Ｖａを制御部２９に入力する。制御部２９は温度信号電圧Ｖａ値を認識して、発熱体２１の温度が設定した所定の温度に達していないと判断している時は電力制御素子３０のリレーコイル部３１を駆動してリレー接点部３２をオンしている。リレー接点部３２のオンによりヒータ線２２に交流電源３３が供給され、発熱体２１の温度が設定した所定の温度、すなわち、温度信号電圧Ｖａが設定した所定の電圧に達したと判断した時は電力制御素子３０のリレーコイル部３１の駆動を止めリレー接点部３２をオフさせる。温度検知線２４は全長の中間付近のａ点で分割し、温度検知線２４の一端ｂ点から分割点ａ点に向けて第一のダイオード３４と、分割点ａ点か
ら温度検知線２４のもう一端ｃ点に向けて第二のダイオード３５を接続する。そして、第二のダイオード３５のカソード側であるｃ点に発熱抵抗３６を接続する。発熱抵抗３６はダイオード３７及びダイオード３８を介して交流電源３３のそれぞれの一端に接続する。そして発熱抵抗３６が加熱されることによって溶断する温度ヒューズ３９をヒータ線２２の電流が流れる経路に接続している。

以上のように構成された面状採暖具について、以下その動作、作用を説明する。通常は温度検知線２４の抵抗値変化を温度検出部２５で温度信号電圧Ｖａとして取り出し、制御部２９で温度信号電圧Ｖａを処理して電力制御素子３０のリレー接点部３２をオンオフし発熱体２１の温度をある所定の温度に制御している。次に、例えば電力制御素子３０のリレー接点部３２が溶着故障を起こしヒータ線２２が連続通電状態となった時について説明する。ヒータ線２２が連続通電状態になると、発熱体２１の温度が異常に高くなって行く。特に座布団などで保温された部分があるといち早く温度が上昇する。そうして発熱体２１の温度が約１７０℃前後に達すると可溶体２３は溶融して、ヒータ線２２と温度検知線２４がショートする。例えば従来において発熱抵抗３６の発熱量が最も小さくなる発熱体２１の全長の真ん中辺りであるｓ１点でショートが発生すると、交流電源３３の正サイクルにおいてはＡＣ１、温度ヒューズ３９、ヒータ線２２、ショート箇所ｓ１点、分割点ａ点、第二のダイオード３５、発熱抵抗３６、ダイオード３８、ＡＣ２へと電流が流れる。また、交流電源３３の負サイクルにおいてはＡＣ２、リレー接点部３２、ヒータ線２２、ショート箇所ｓ１点、分割点ａ点、第二のダイオード３５、発熱抵抗３６、ダイオード３７、温度ヒューズ３９、ＡＣ１へと電流が流れる。この正サイクル及び負サイクルで流れ温度検知線２４の抵抗に影響されない電流によって発熱抵抗３６は発熱して温度ヒューズ３９を加熱し、温度ヒューズ３９が溶断してヒータ線２２への通電を停止する。さらに、例えば本実施の形態１で発熱抵抗３６の発熱量が最も小さくなる発熱体２１の全長の１／４の所であるｓ２点で可溶体２３が溶融してヒータ線２２と温度検知線２４がショートした時は、交流電源３３の正サイクルにおいてはＡＣ１、温度ヒューズ３９、ヒータ線２２、ショート箇所ｓ２点、温度検知線２４、分割点ａ点、第二のダイオード３５、発熱抵抗３６、ダイオード３８、ＡＣ２へと電流が流れる。また、交流電源３３の負サイクルにおいてはＡＣ２、リレー接点部３２、ヒータ線２２、ショート箇所ｓ２点、温度検知線２４、分割点ａ点、第二のダイオード３５、発熱抵抗３６、ダイオード３７、温度ヒューズ３９、ＡＣ１へと電流が流れる。このｓ２点においては温度検知線２４の抵抗によっても流れる電流が制限されることになるが、その制限抵抗値は、まずａ点で分割していることで全抵抗値の１／２となり、さらに第一のダイオード３４により並列回路が構成されるので全抵抗値の１／２の抵抗がさらに１／４となり、トータルとしては温度検知線２４の制限抵抗値は全抵抗値の１／８と非常に小さくすることができる。次に発熱体２１の端でショートが発生した時は、まずｓ３点においては交流電源３３の正サイクル時、ＡＣ１、温度ヒューズ３９、ショート箇所ｓ３点、発熱抵抗３６、ダイオード３８、ＡＣ２へと電流が流れ、そしてｓ４点においては交流電源３３の負サイクル時、ＡＣ２、リレー接点部３２、ショート箇所ｓ４点、第一のダイオード３４、分割点ａ点、第二のダイオード３５、発熱抵抗３６、ダイオード３７、温度ヒューズ３９、ＡＣ１へと電流が流れる。この正サイクルまたは負サイクルで流れる電流によって発熱抵抗３６は発熱して温度ヒューズ３９を加熱し、温度ヒューズ３９が溶断してヒータ線２２への通電を停止する。また、ｓ５点でショートした時はｓ２点ショート時と同様の動作となる。

以上のように、本実施の形態においては、可溶体２３が溶融した時の温度検知線２４の抵抗分の影響を小さくすることができ、低温時や低交流電圧下においても発熱抵抗３６の発熱量を十分確保できるので安定な動作の安全手段とすることができる。

（実施の形態２）
図２は、本発明の第２の実施の形態の面状採暖具の構成図である。

図２において、温度検知線２４は全長の中間付近のａ点で分割し、温度検知線２４の一端ｂ点から温度検知線２４のもう一端ｃ点に向けて第一のダイオード４０と、分割点ａ点から温度検知線２４の一端ｃ点に向けて第二のダイオード４１を接続したものである。

以上のように構成された面状採暖具について、以下その動作、作用を説明する。

可溶体２３が溶融し、ヒータ線２２と温度検知線２４がショートした時のショート箇所ｓ１、ｓ３、ｓ５点については実施の形態１と同じ動作で、ｓ４点については第一のダイオード４０だけを通して実施の形態１と同様に発熱抵抗３６が発熱する。そしてｓ２点でショートした場合は実施の形態１と同様に温度検知線２４の制限抵抗によって発熱抵抗３６に流れる電流が制限されることになるが、その制限抵抗値はａ点で分割していることで全抵抗値の１／２となり、さらに第一のダイオード４０、第二のダイオード４１により並列回路が構成されるので全抵抗値の１／２の抵抗がさらに１／４となり、トータルとしては温度検知線２４の制限抵抗値は全抵抗値の１／８と非常に小さくすることができる。

以上のように、本実施の形態においては、可溶体２３が溶融した時の温度検知線２４の抵抗分の影響を実施の形態１と同様に小さくすることができ、低温時や低交流電圧下においても発熱抵抗３６の発熱量を十分確保できるので安定な動作の安全手段を有する面状採暖具を提供することができる。

（実施の形態３）
図３、図４は、本発明の第３の実施の形態の面状採暖具の構成図である。

図３において、温度検知線２４に複数の分割点ａ１点、ａ２点を設け、それぞれの分割点ａ１点、ａ２点にそれぞれ第一のダイオード４２、第二のダイオード４３、第三のダイオード４４を接続したものである。

以上のように構成された面状採暖具について、以下その動作、作用を説明する。

可溶体２３が溶融し、ヒータ線２２と温度検知線２４がショートした時のショート箇所ｓ１ａ、ｓ１ｂ、及び、ｓ４については実施の形態１及び２のショート箇所ｓ１、及び、ｓ４と同様の動作となり、ショート箇所ｓ３点については実施の形態１及び２と同じ動作で発熱抵抗３６が発熱する。そして、ｓ２点でショートした場合は実施の形態１及び２と同様に温度検知線２４の制限抵抗によって発熱抵抗３６に流れる電流が制限されることになるが、その制限抵抗値はａ１点、ａ２点で分割していることで全抵抗値の１／３となり、さらに第一のダイオード４２より並列回路が構成されるので全抵抗値の１／３の抵抗がさらに１／４となって、トータルとしては温度検知線２４の制限抵抗値は全抵抗値の１／１２と非常に小さくすることができる。また、ｓ５、ｓ６点についてもｓ２点と同様に温度検知線２４の制限抵抗が全長の全抵抗値の１／１２となり、同様の動作となる。

なお、図４のように第一のダイオード４２、第二のダイオード４３を並列に配設してもよく、同様に第一のダイオード４２、第二のダイオード４３より並列回路が構成されるので全抵抗値の１／３の抵抗がさらに１／４となり、トータルとしては温度検知線２４の制限抵抗値は全抵抗値の１／１２と非常に小さくすることができる。また、ｓ５、ｓ６点についてもｓ２点と同様に温度検知線２４の制限抵抗が全長の全抵抗値の１／１２となり、同様の動作となる。

以上のように、本実施の形態においては、可溶体２３が溶融した時における温度検知線２４の抵抗分の影響を実施の形態１または形態２からさらに小さくすることができ、低温
時や交流電圧低下時においても、また、発熱体２１の全長が長くなっても発熱抵抗３６の発熱量を十分確保できるので安定な動作の安全手段を有する面状採暖具を提供することができる。

以上のように、本発明にかかる面状採暖具は、可溶体が溶融する時における安全動作時の温度検知線の抵抗値を小さくすることができ、温度ヒューズを加熱する発熱抵抗の発熱量を確保することが出来るので、広範囲を暖房する設置型の床下暖房装置等の用途にも十分適用できる。

本発明の実施の形態１における面状採暖具の構成図 本発明の実施の形態２の面状採暖具を示す構成図 本発明の実施の形態３の面状採暖具を示す構成図 本発明の実施の形態３の面状採暖具を示す構成図 発熱体の構造図 従来の面状採暖具の構成図

２１ 発熱体
２２ ヒータ線
２３ 可溶体
２４ 温度検知線
２５ 温度検出部
２８ 電源回路部
２９ 制御部
３０ 電力制御素子
３３ 交流電源
３４ 第一のダイオード
３５ 第二のダイオード
３６ 発熱抵抗
３９ 温度ヒューズ
４０ 第一のダイオード
４１ 第二のダイオード
４２ 第一のダイオード
４３ 第二のダイオード
４４ 第三のダイオード

Claims (2)

1. 面状採暖具本体に配設した発熱体と、
   前記発熱体内部に設けたヒータ線および可溶体および分割点を設けた温度検知線と、
   前記温度検知線の抵抗値変化を検出する温度検出部と、
   前記温度検出部の信号を処理してヒータ線の通電をオンオフする電力制御素子を駆動する制御部と、
   前記制御部へ制御電源を供給する電源回路部と、
   前記ヒータ線の異常加熱時に前記可溶体の溶融により前記ヒータ線と前記温度検知線がショートすることで流れる電流で発熱する発熱抵抗と、
   前記発熱抵抗の加熱によって溶断して前記ヒータ線の通電を停止する温度ヒューズと、
   前記温度検知線の一端から前記温度検知線のもう一端に向かう方向に接続した第一のダイオードと、
   前記温度検知線の分割点から前記第一のダイオードのカソードに向けて接続した第二のダイオードと、
   前記第一のダイオードのカソード側と交流電源との間に発熱抵抗を接続してなる面状採暖具。
2. 前記温度検知線の分割点を複数個設け、前記複数個の分割点にそれぞれ複数個のダイオードを接続した請求項１記載の面状採暖具。

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