JP4752511B2 - 面状電気暖房器 - Google Patents

Description

本発明は電気カーペット、電気毛布等の面状電気暖房器に係わり、詳しくは、発熱線を２層若しくは平行に２本設け、互いに電流が逆方向に流れるようにして電磁波の発生を防止し、且つ、電源に近い側で異常な衝撃等により発熱線間が短絡した場合でも、大電流の発生を防止できる回路構成に関するものである。

従来の例えば電気カーペットのような面状電気暖房器は、発熱体に流れる電流により磁界（電磁波）が発生していた。そこで、発熱体を第１発熱線と第２発熱線とから構成し、第１発熱線の通電により発生する磁界と、第２発熱線の通電により発生する磁界とが互いに打ち消す方向に通電させ電磁波の発生を防止するものが知られている。

前記発熱体を電気毛布、電気カーペットに適用した発熱回路の１例を以下に示す図８によって説明する。図８に示す発熱回路は、発熱体１’の一方の端部で、２本の発熱線Ｈ1,Ｈ2 を互いにＳ点で接続して直列接続とし、コントローラに配置したサイリスタSCR1からなる電力制御素子５1 に直列接続したものである。この発熱回路は、電気毛布など比較的発熱容量の小さい採暖具に適している。なお、図８に示す符号CFは電流ヒューズからなる電源遮断器であり、符号６は電源に接続するプラグである。

ところで、前記発熱体１’に何らかの異常が発生し過熱され、その温度が可撓性樹脂層３’の融点に達し、可撓性樹脂層３’が融解し、発熱線Ｈ1,Ｈ2 が短絡すると発熱回路に異常電流が流れる。この異常電流は、短絡箇所によって一定ではなく、図８の符号ａの部分で短絡が起こると電源が短絡状態になり、大電流が流れ、発熱体１’が損傷するおそれがある。
上記構成において、発熱体１’が短絡した場合、電源側に電流ヒューズＣＦを用い、短絡による過電流により電流ヒューズＣＦを溶断させる方法が一般的である。

しかし、発熱体１’の電源に近い側で異常な衝撃等により発熱線間の絶縁層が破壊され短絡した場合、電流ヒューズＣＦが溶断する前に、瞬間的に数十アンペア（例えば、５０Ａ以上）という大電流が流れて発熱体１’が損傷するおそれがあった。

そこで、この対策として例えば図６および図７に示すようなものが知られている（特許文献１参照）。
図６において、融点を有する可撓性樹脂層３’を介して発熱線Ｈ１，Ｈ２を設け、発生する電磁波を抑制するようにした発熱体１’と電力制御素子５１とを直列接続して発熱回路を保護する安全回路７’は半導体スイッチ８１と発熱線負荷電流検出器９’を介装した構成となっている。

上記構成において、短絡が発生した場合の立ち上がり電流が、正常時の負荷電流ｉを一定値以上越えると、抵抗Ｒ1 の両端に発生する電圧Ｖが半導体スイッチ８1 の点弧電圧以上となり、半導体スイッチ８1 が作動し、短絡によって発生した大電流を安全回路７’側にバイパスする。この大電流で電流ヒューズＣＦは溶断され、発熱回路を電源から切り離すことができる。したがって、図６に示す電源に近い符号ａの位置で短絡が発生したにも係わらず発熱体１’には大電流が流れず、損傷を未然に防ぐことができる。

以上の動作を図７に示す図によって説明する。図７の最上段は安全回路７’を設けない場合、図６の符号ａの部分で短絡が起こった（時間ｔ＝０）場合、負荷電流ｉは急激に増大し、電流ヒューズＣＦの溶断電流ｉm に達し、回路は電源から切り離される（時間ｔ＝ｔO ）。しかしながら、この間に前記説明のとおり発熱体１’が損傷する。これに対し安全回路７’を設けた場合には、図６の符号ａの位置で短絡が起こった（時間ｔ＝０）場合、負荷電流ｉは急激に増大するが、抵抗Ｒ１の両端に半導体スイッチ８１を作動させる電流ｉ1 に達する（時間ｔ＝ｔ1 ）と、半導体スイッチ８1 が作動し、半導体スイッチ８１に短絡電流がバイパスされ、電源遮断器CFの溶断電流ｉm に達すると電源遮断器CFが溶断される。したがって、発熱体１’には大電流が流れず、損傷を防止することができる。

しかしながら、上記従来の構造の場合、回路構成が複雑で、部品点数が多いため、部品に対する信頼性の低下率が増加するおそれがある。また、加工工数が増え、基板スペースも大きくなりコスト的に不利となる。
特開平１１−１９１４８０号公報（３〜４頁、第１〜２図）

本発明は上記の問題点に鑑み、発熱線を２層若しくは平行に２本設け、互いに電流が逆方向に流れるようにして電磁波の発生を防止し、且つ、電源に近い側で異常な衝撃等により発熱線間が短絡した場合でも、大電流の発生を防止し、発熱体の損傷を未然に防ぐことができる面状電気暖房器を提供することを目的としている。

本発明は上述の課題を解決するため、絶縁体を介し隣接して配置され、互いに電流が逆方向に流れる第１発熱線と第２発熱線とからなる発熱体を暖房器本体に配設し、商用電源により前記発熱体の第１発熱線と第２発熱線とに通電して暖房を行う面状電気暖房器において、前記暖房器を複数の前記発熱体で構成し、前記各発熱体の第１発熱線と第２発熱線とを前記商用電源に対して直列接続すると共に、前記複数の発熱体を２つ１組とし、前記各発熱体の第１発熱線の一端と第２発熱線の一端とを接続し、それぞれの発熱体の第１発熱線の他端同志を接続するとともに、前記各発熱体の第２発熱線の他端を前記商用電源に接続してなる構成となっている。

また、絶縁体を介し隣接して配置され、互いに電流が逆方向に流れる第１発熱線と第２発熱線とからなる発熱体を暖房器本体に配設し、商用電源により前記発熱体の第１発熱線と第２発熱線とに通電して暖房を行う面状電気暖房器において、前記暖房器を複数の前記発熱体で構成し、前記各発熱体の第１発熱線と第２発熱線とを前記商用電源に対して直列接続すると共に、前記複数の発熱体を２つ１組とし、前記一方の発熱体の第２発熱線の一端と他方の発熱体の第２発熱線の一端とを接続し、前記一方の発熱体の第１発熱線の他端と他方の発熱体の第１発熱線の他端とを接続するとともに、前記一方の発熱体の第２発熱線の他端と他方の発熱体の第１発熱線の他端とを接続し、前記一方の発熱体の第１発熱線の一端と他方の発熱体の第２発熱線の他端とをそれぞれ前記商用電源に接続してなる構成となっている。

また、前記各発熱線の接続部をコントローラの内部で結線してなる構成となっている。

また、前記各発熱線の接続部分の一部を、個別の箱体内に収納し、同箱体を暖房器の表布と裏布との間に収容してなる構成となっている。

本発明によれば、請求項１の暖房器を複数の前記発熱体で構成し、前記各発熱体の第１発熱線と第２発熱線とを前記商用電源に対して、互いに電流が逆方向に流れる直列接続する構成とすることにより、各発熱線の抵抗値にバラツキがあっても、各発熱線に同じ電流が流れ均一な電磁波抑制ができ、かつ、短絡時の安全性向上を図ることができる。また、各発熱線を連続的に直列接続することにより、接続部が短縮でき結線が容易にできる。請求項２の暖房器を複数の前記発熱体で構成し、前記各発熱体の第１発熱線と第２発熱線とを前記商用電源に対して、互いに電流が逆方向に流れる直列接続する構成とすることにより、各発熱線の抵抗値にバラツキがあっても、各発熱線に同じ電流が流れ均一な電磁波抑制ができ、かつ、短絡時の安全性向上を図ることができる。また、各発熱線を交互に直列接続することにより、上記請求項１と同等の電磁波抑制効果が得られる。請求項３の接続部をコントローラの内部で結線することにより、メンテナンスが容易にできる。請求項４の接続部分の一部を、個別の箱体内に収納し、同箱体を暖房器の表布と裏布との間に収容することにより、組立工数が低減でき、かつ、スペースの有効活用が図れコスト的に有利となる。

本発明の面状電気暖房器の実施の形態を、電気カーペットにより添付図面に基づいた実施例として詳細に説明する。図１は本発明による電気カーペットの外観概略図、図２は本発明の発熱体の拡大構造図、図３（Ａ）は本発明による要部回路図、図３（Ｂ）は本発明の動作を説明するための基本回路図である。

図１〜図３において、断熱性の良い素材（例えばポリエステルのフェルト等）からなる裏生地１上に、通電により発熱する発熱体２と、後述するカーペットの温度（発熱体２の温度）を検知する短絡検知線１３とを蛇行状に配設し、この発熱体２及び短絡検知線１３の上からタフト生地等からなる表生地４を接着固定し、この全周縁をオーバーロック縫製してカーペット本体５を形成している。このカーペット本体５の周縁部に、前記短絡検知線１３の検知温度によって前記発熱体２への通電量を制御する制御回路６ａや安全保護装置等を有したコントローラ６を設け、同コントローラ６に商用電源７ａへの給電用のプラグ７が接続されている。

前記発熱体２は、ポリエステル等からなる芯材８に銅合金でなる第１発熱線９を螺旋状に巻回し、前記第１発熱線９をポリイミド等の耐熱絶縁体１０で被覆するとともに、前記耐熱絶縁体１０に第２発熱線１１を螺旋状に巻回し、前記第２発熱線１１を異常な温度上昇による過熱が生じた場合に融解する融解層１２で被覆し、前記融解層１２に、同融解層１２の融解により前記第２発熱線１１と短絡して安全装置を動作させる短絡検知線１３を螺旋状に巻回し、前記短絡検知線１３を耐熱塩ビ等からなる外被絶縁層１４で被覆して形成している。

前記カーペット本体５は発熱面積を複数に区画し、全体もしくは必要な部分のみ暖房するようになっている。本願ではＡ面とＢ面との暖房領域に区画し、切換装置により両面または、いずれか一方の面を暖房するよう切換られるようになっている。さらに、各暖房領域はそれぞれ２つの発熱面からなり、例えばＡ面の場合、図３（Ｂ）に示すように発熱面Ａ１と発熱面Ａ２との２面で構成されている。

また、前記カーペット本体５内の表生地４と裏生地１との間に、前記各発熱面Ａ１、Ａ２の前記第１発熱線９と前記第２発熱線１１の接続点１６ａ，１６ｂ、および前記短絡検知線１３同志の接続点１７を収納する箱体１５ａと、前記各発熱面Ａ１と発熱面Ａ２間の前記第１発熱線９同志の接続点１６ｃを収納する箱体１５ｂを設け、前記第１発熱線９と前記第２発熱線１１に互いに電流が逆方向に流れるように、前記箱体１５ａ内の接続点１６ａ，１６ｂを折り返し点として接続してなる構成となっている。
また、前記発熱体２は、前記第２発熱線１１の外周に融解層１２を介して、温度上昇により抵抗値が変化する短絡検知線１３を巻回し、その一端を前記箱体１５ａ内で短絡検知線１３同志を接続し、他端をそれぞれ前記コントローラ６内の制御部６ａに導引してなる構成となっている。

図３（Ｂ）において、前記発熱面Ａ１の前記第２発熱線１１のａ点と前記第１発熱線９のｂ点とを接続し、前記発熱面Ａ２の前記第１発熱線９のｃ点と前記第２発熱線１１のｄ点とを接続するとともに、前記発熱面Ａ１の前記第１発熱線９のｆ点と前記発熱面Ａ２の前記第１発熱線９のｇ点とを接続点１６ｃで接続する一方，前記発熱面Ａ１の前記第２発熱線１１のｅ点および前記発熱面Ａ２の前記第２発熱線１１のｈ点を、リレー１９、電流ヒューズ１８及び温度ヒューズ２０を介して前記商用電源７ａにそれぞれ接続してなる構成となっている。

上記構成において、前記商用電源７ａのａｃ１側からの電流Ｉａは、矢印で示すように、前記発熱面Ａ１の前記第２発熱線１１から前記第１発熱線９を通り、前記発熱面Ａ２の前記第１発熱線９を経由して、前記第２発熱線１１を流れて前記商用電源７ａのａｃ２側へ戻る。これにより、前記各発熱面Ａ１、Ａ２の前記第１発熱線９と前記第２発熱線１１には、直列接続により、互いに逆方向に等しい電流Ｉａがそれぞれ流れて磁界を打ち消し合い、電磁波の発生を防止することができる。

また、前記発熱体２の電源７ａに近い側で何らかの異常な衝撃等により、前記耐熱絶縁体１０が破壊され発熱線間が短絡した場合（例えば、図３Ｂのポイントｅ−ｆ間近傍）、電流は前記商用電源７ａのａｃ１側から、前記発熱面Ａ２の前記第１発熱線９および前記第２発熱線１１を流れて前記商用電源７ａのａｃ２側へ戻る。このとき、前記第１発熱線９および前記第２発熱線１１の抵抗値が全てほぼ同じとした場合、前記電源７ａのａｃ１−ａｃ２間の抵抗値は、全体の１／２が残り、電流値は通常（１〜数Ａ）の２倍の２Ｉａとなり、大電流（例えば５０Ａ以上）にはいたらないので、発熱体２が損傷することはない。その上で、上記短絡が継続した場合、安全装置としての温度調節機能（図示せず）が作動したり、電流ヒューズ１８や温度ヒューズ２０が溶断し、カーペット本体５の機能を停止する。

また、図示しないが、前記各発熱線９、１１の接続部をコントローラ６の内部で結線してなる構成とすることによりメンテナンスが容易にできる。

また、前記各発熱線の接続部分の一部を、個別の箱体１５ａ，１５ｂ内に収納し、同箱体１５ａ，１５ｂを暖房器の表布と裏布の間に収容してなる構成とすることにより組立工数が低減でき、かつ、スペースの有効活用が図れコスト的に有利な構成となっている。

図４は本発明における他の実施例で、（Ａ）は要部回路図、（Ｂ）は動作を説明するための基本回路図である。上記第１の実施例では、各発熱面の第１発熱線９と第２発熱線１１とを商用電源７ａに対して連続的に直列接続するとともに、前記第１発熱線９と前記第２発熱線１１に互いに電流が逆方向に流れるようにした構成したのに対して、この実施例では各発熱面の第１発熱線９と第２発熱線１１とを商用電源７ａに対して、交互に直列接続するとともに、前記第１発熱線９と前記第２発熱線１１に互いに電流が逆方向に流れるようにしたものである。

図４Ｂにおいて、発熱面Ａ１の第２発熱線１１のａ点と発熱面Ａ２の第２発熱線１１のｄ点とを接続し（接続点１６ｄ）、前記発熱面Ａ１の第１発熱線９のｆ点と発熱面Ａ２の第１発熱線９のｇ点とを接続（接続点１６ｅ）するとともに、前記発熱面Ａ１の第２発熱線１１のｅ点と発熱面Ａ２の第１発熱線９のｃ点とを接続する（接続点１６ｆ）一方、前記発熱面Ａ１の前記第１発熱線９のｂ点および前記発熱面Ａ２の前記第２発熱線１１のｈ点を前記商用電源７ａにそれぞれ接続してなる構成となっている。

上記構成において、前記商用電源７ａのａｃ１側からの電流Ｉａは、矢印で示すように、前記発熱面Ａ１の前記第１発熱線９から前記発熱面Ａ２の前記第１発熱線９を通り、前記発熱面Ａ１の前記第２発熱線１１を経由して、前記発熱面Ａ２の前記第２発熱線１１を流れて前記商用電源７ａのａｃ２側へ戻る。これにより、前記各発熱面Ａ１、Ａ２の前記第１発熱線９と前記第２発熱線１１には、互いに逆方向に等しい電流Ｉａがそれぞれ流れて磁界を打ち消し合い、電磁波の発生を防止することができる。

また、前記発熱体２の電源７ａに近い側で何らかの異常な衝撃等により、耐熱絶縁体１０が破壊され発熱線間が短絡した場合（例えば、図４Ｂのポイントａ−ｂ間近傍）、電流は前記商用電源７ａのａｃ１側から、前記発熱面Ａ２の前記第２発熱線１１を流れて前記商用電源７ａのａｃ２側へ戻る。このとき、前記第１発熱線９および前記第２発熱線１１の抵抗値が全てほぼ同じとした場合、電源７ａ間の抵抗値は、全体の１／４残り、電流値は通常の４倍の４Ｉａとなり、上記図３（Ｂ）の実施例と同様に大電流にはいたらないので、発熱体２が損傷することはなく、上記短絡が継続した場合、安全装置としての温度調節機能（図示せず）が作動したり、電流ヒューズ１８や温度ヒューズ２０が溶断しカーペットの機能を停止する。

また、図５に前記箱体１５ａ内の配線図を示す。前記箱体１５ａ内に、前記発熱面Ａ１の発熱体２と、前記発熱面Ａ２の発熱体２が交差しないように、仕切壁１５ａ１を設けるとともに、前記各発熱体２の抜けを防止する挟持部１５ａ２をそれぞれ設け、前記箱体１５ａ内に、絶縁性の樹脂を充填し、前記箱体１５ａを前記暖房器本体５の角部に設けてなる構成となっている。

以上説明したように、暖房器本体５の発熱体２を複数に分割構成し、前記各発熱体２の第１発熱線９と第２発熱線１１とを前記商用電源７ａに対して連続的ないし交互に直列接続するとともに、前記第１発熱線９と前記第２発熱線１１を互いに電流が逆方向に流れるようにしてなる構成とすることにより、電磁波の発生を防止し、且つ、前記発熱体２の電源に近い側で異常な衝撃等により発熱線間が短絡した場合でも、大電流の発生を防止し、発熱体２の損傷を未然に防ぐことができる面状電気暖房器とすることができるようになっている。

本発明における面状電気暖房器（電気カーペット）の外観概略図である。 本発明における発熱体の要部拡大図である。 （Ａ）は本発明における面状電気暖房器の第１の実施例を示す回路図である。（Ｂ）は本発明における第１の実施例の動作を説明する回路図である。 （Ａ）は本発明における面状電気暖房器の他の実施例を示す回路図である。（Ｂ）は本発明における他の実施例の動作を説明する回路図である。 本発明における箱体内の配線図である。 従来例における面状電気暖房器の回路図である。 従来例における図６の動作説明図である。 従来例における２本の発熱線を直列接続した場合の電磁波抑制面状電気暖房器の発熱回路である。

符号の説明

１ 裏生地
２ 発熱体
４ 表生地
５ カーペット本体
６ コントローラ
６ａ 制御回路
７ プラグ
７ａ 商用電源
８ 芯材
９ 第１発熱線
１０ 耐熱絶縁体
１１ 第２発熱線
１２ 融解層
１３ 短絡検知線
１４ 外被絶縁層
１５ａ，１５ｂ 箱体
１６ａ〜１６ｅ，１７ 接続点
１８ 電流ヒューズ
１９ リレー
２０ 温度ヒューズ
Ａ１，Ａ２ 発熱面

Claims (4)

1. 絶縁体を介し隣接して配置され、互いに電流が逆方向に流れる第１発熱線と第２発熱線とからなる発熱体を暖房器本体に配設し、商用電源により前記発熱体の第１発熱線と第２発熱線とに通電して暖房を行う面状電気暖房器において、
   前記暖房器を複数の前記発熱体で構成し、前記各発熱体の第１発熱線と第２発熱線とを前記商用電源に対して直列接続すると共に、
   前記複数の発熱体を２つ１組とし、前記各発熱体の第１発熱線の一端と第２発熱線の一端とを接続し、それぞれの発熱体の第１発熱線の他端同志を接続するとともに、前記各発熱体の第２発熱線の他端を前記商用電源に接続してなることを特徴とする面状電気暖房器。
2. 絶縁体を介し隣接して配置され、互いに電流が逆方向に流れる第１発熱線と第２発熱線とからなる発熱体を暖房器本体に配設し、商用電源により前記発熱体の第１発熱線と第２発熱線とに通電して暖房を行う面状電気暖房器において、
   前記暖房器を複数の前記発熱体で構成し、前記各発熱体の第１発熱線と第２発熱線とを前記商用電源に対して直列接続すると共に、
   前記複数の発熱体を２つ１組とし、前記一方の発熱体の第２発熱線の一端と他方の発熱体の第２発熱線の一端とを接続し、前記一方の発熱体の第１発熱線の他端と他方の発熱体の第１発熱線の他端とを接続するとともに、前記一方の発熱体の第２発熱線の他端と他方の発熱体の第１発熱線の他端とを接続し、前記一方の発熱体の第１発熱線の一端と他方の発熱体の第２発熱線の他端とをそれぞれ前記商用電源に接続してなることを特徴とする面状電気暖房器。
3. 前記各発熱線間の接続部をコントローラの内部で結線してなることを特徴とする請求項１または２に記載の面状電気暖房器。
4. 前記各発熱線の接続部分の一部を、個別の箱体内に収納し、同箱体を暖房器の表布と裏布との間に収容してなることを特徴とする請求項１または２に記載の面状電気暖房器。

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