JP5822884B2 - 採暖用温度制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、電気毛布、電気カーペットなどの面状採暖具に用いられる採暖用温度制御装置に関する。

一般に電気毛布、電気カーペットなどの面状採暖具に用いられるコード状発熱線は従来よりよく知られており、特に近年多用されているコード状発熱線は、発熱素線と検知素線を一体化した１線式コード状発熱線と呼ばれる構成であり、その構造を図２に示す。

図２に示す１線式コード状発熱線１Ｈは、ポリエステル繊維等の繊維束の巻芯１と、巻芯１の外周に銅または銅合金の導体を螺旋状に捻回した発熱素線２と、発熱素線２の外周に高分子樹脂を押出し成形してなる高分子層３と、高分子層３の外周にニッケルなどの導体を螺旋状に捻回した温度検知素線４と、最外周にポリ塩化ビニル樹脂等を押出し成形した絶縁被覆層５とからなっている。

なお、必要に応じて温度検知素線４と絶縁被覆層５の間にポリエステルテープを螺旋状に捻回し、絶縁被覆層５からの可塑剤移行に対するバリア層が設けられる場合がある。また、発熱素線２と温度検知素線４が逆配置のものが一部見受けられる。

このような構造のコード状発熱線１Ｈに於いて、加熱による温度変化が正の温度係数を有するニッケルからなる温度検知素線４の抵抗値を変化させ、その変化は電気信号に変換されて取り出され温度制御用として利用される。尚、ニッケル線による温度検知素線４は、イオン性伝導を使う高分子感熱層と異なり、その抵抗値も温度係数も精度が高く安定しており、長期間にわたって安定した精度の高い温度制御を実現できている。

コード状発熱線１Ｈに於いて、高分子層３は固有の融点を持ち、過熱状態になると高分子層３は溶融し、発熱素線２と温度検知素線４が接触する所謂線間短絡保護機能として働く。即ち、１線式コード状発熱線１Ｈに於いては、温度検知素線４は短絡を検知する電極を兼ねている。
又、高分子層３には、温度上昇に伴いインピーダンスが減少する負温度係数サーミスタ特性を持たせたものがある。

１線式コード状発熱線１Ｈの温度制御と線間短絡保護の動作は、図６の従来例に示すような温度制御回路部で実現される。
温度制御動作は、温度検知素線４の抵抗変化が、抵抗器Ｒ２とＲ３で分圧され電圧比較器Ｕ１のマイナス端子に入力され、予め設定された温度に相当する基準電圧Ｖｒｅｆ１と比較され電圧比較器Ｕ１より出力され、電力制御スイッチＳＷの開閉が駆動され発熱素線２への通電が制御される。
ここで符号ＳＴＢは、整流ダイオードＤ１、減電圧用抵抗器Ｒ１、ツェナー・ダイオードＺＤ１、電解コンデンサＣ１により構成された低電圧の直流安定化電源であり温度制御部に供給される。

線間短絡保護動作は、温度検知素線４の両端にダイオードＤ３とＤ４のアノードが各々接続され、ダイオードＤ３，Ｄ４のカソードはまとめて温度ヒューズ一体形抵抗器ＲＦ１の一端に接続され、温度ヒューズ一体形抵抗器ＲＦ１の他端がＡＣ１００Ｖの一端に接続されて構成される。

ここで、温度制御回路部が破損し制御不能に陥った場合は、電力制御スイッチＳＷがＯＮのままとなり、発熱素線２への通電が連続となり全体が過熱状態になるので、高分子層３が固有の融点で溶融し、発熱素線２と温度検知素線４が短絡し、「ＡＣ電源Ｎ点→発熱素線２→高分子層３→温度検知素線４→Ｄ３又はＤ４→ＲＦ１→Ｆ１→ＡＣ電源Ｈ点」の経路で電流が流れ、温度ヒューズ一体形抵抗器ＲＦ１が加熱され所定時間内に温度ヒューズが溶断し電源が遮断され、火災の発生を防止する最終的保護回路が構成される。

但し、前記短絡時の経路に於いて、短絡位置によって温度検知素線４の高い抵抗値が直列に挿入される場合があり、温度ヒューズ一体型抵抗器に印加される電力の最大値と最小値の比は、一般的に７：１程度ある。これは、温度ヒューズ溶断に要する時間に７倍の開きのあることを意味しており、高性能の保護回路とは言い難い面がある。
尚、図６の温度制御回路図に於けるＤ２の役目は、電源のＮ点側が正のサイクルの場合、温度制御部のグランドを通して前記の線間短絡保護機能が働かないようにするためのものである。
又、ＡＣ電源のＨ点、Ｎ点は回路図上の位置を示す呼称であり、電気的意味は含まない。

このように、従来の１線式コード状発熱線を使用した採暖用温度制御装置は、温度制御機能も安全保護機能も持ち合わせており、形の上では安全性の確保された温度制御装置とされてきた。
上記説明と外観や構成が類似するものとして特許文献１〜６が挙げられる。

特開昭４８−６６４８０号公報 特開平５−３０７１号公報 特開平５−３０６８１９号公報 特開平６−５１７５号公報 特開平６−１２４７７１号公報 特開平７−２１６１７４号公報

近年、電気カーペットに於いて大面積化が進む一方、単位面積当たりのコード状発熱線の布線密度は少なめにすると云う市場の強いコストダウン要求によって発熱線の高ワット密度での動作が常態化したため、線間短絡保護機能を始めとし、局部過熱に対する検知能力が元々高くなかった温度制御装置の性能不足が露呈し、局部過熱時のカーペットの過熱変色やワンコイン状のコゲの発生が増加し、火災発生の危険性を想定させる大きな問題になってきた。

上記の温度制御装置の局部過熱検知能力不足の１つについて、図６の温度制御回路図に基づき詳細に説明する。
局部過熱のような高温になると１線式コード状発熱線１Ｈの高分子層３は絶縁性が低下し、発熱素線２と温度検知素線４の間にリーク電流が流れ、電圧比較器Ｕ１のマイナス端子の電圧を変化させ、温度制御機能に悪影響を及ぼす場合がある。

ここで、前記の高分子層３の絶縁低下部を微小な点状のものと仮定し、発熱素線２と温度検知素線４間に絶縁低下となる各種の固定抵抗器Ｒｘ（以下、リーク抵抗Ｒｘと略す）をリークのモデルとして接続して、電圧比較器Ｕ１のマイナス端子に入力される電圧Ｖｉを測定したものを図７及び図８に示す。前記リーク抵抗Ｒｘを０．１ＫΩ，１．０ＫΩ，１０ＫΩ，１００ＫΩおよび１０００ＫΩとし、０．１ＫΩは短絡直前、１０００ＫΩは殆どリークなしの状態を想定した。リーク抵抗Ｒｘの接続位置は図６の回路図に於いて、Ｓ１−Ｈ１端子間、コード状発熱線１Ｈの中央部に於ける発熱素線２と検知素線４の間、及びＳ２−Ｈ２端子間とし、これらの位置をパラメーターとして入力電圧Ｖｉを測定した。
尚、電力制御スイッチＳＷがＯＮの場合を図７に、ＯＦＦの場合を図８に示す。

図７によれば、リークする位置が、
（１）中央部よりＳ１−Ｈ１端子側の場合は、リーク抵抗Ｒｘが小さくなりリーク電流が増えるに従い、電圧比較器Ｕ１のマイナス端子に入力される電圧Ｖｉはリークのない場合より上昇していき、温度制御としては、設定温度より手前の低目の温度で電圧比較器Ｕ１の出力がＯＦＦになるように働くので安全性が高い。
（２）Ｓ２−Ｈ２側に近い場合は、リーク抵抗Ｒｘが小さくなりリーク電流が増えるに従い、電圧比較器Ｕ１のマイナス端子に入力される電圧Ｖｉはリークのない場合より低下していき、温度制御としては設定温度を過ぎた高目の温度で電圧比較器Ｕ１の出力がＯＦＦになるように働くので、安全性を確保できるとは言い難い。

図８によれば、電力制御スイッチＳＷがＯＮからＯＦＦになった瞬間、リークがあればリーク位置やリーク抵抗値Ｒｘに依らず電圧比較器Ｕ１のマイナス端子に入力される電圧Ｖｉはリークのない場合より必ず低下するが、電力制御スイッチＳＷがＯＦＦ後は、コード状発熱線１Ｈへの通電が止まり温度は低下するのでリーク電流も減少していき、これに伴い電圧比較器Ｕ１のマイナス端子に入力される電圧Ｖｉはリークのない値に戻るようになるので、決定的な安全性の欠如とまでは言えない。またこの問題は、リークによる入力電圧Ｖｉの変化がリーク位置に依らず同方向なので、その変化分を検知して補償することも出来るし、概略的には温度制御のＯＮ／ＯＦＦ間隔を規定するヒステリシス幅に上乗せして回避することもできる設計上の事項に属するので、発明の対象外の問題である。

このように、図６の温度制御回路図に示す従来の温度制御装置では、電力制御スイッチＳＷがＯＮで１線式コード状発熱線１Ｈが加熱されている状態に於いて、Ｓ２−Ｈ２の近傍と云う位置的特徴を持った領域で局部過熱が発生し、コード状発熱線の高分子層３の絶縁性が低下し、発熱素線２と温度検知素線４間にリーク電流が流れるようになった場合、リーク電流は電圧比較器Ｕ１のマイナス端子の入力電圧を低下させ、温度制御出力がＯＦＦしないように働き、局部加熱の温度を益々上昇させるように働き、安全上の非常に大きな問題であったが、長年にわたり本問題を解決する手段は考案されなかった。

本発明の目的は、１線式コード状発熱線１Ｈの高分子層３の如何なる位置にリークが発生しても、温度検知素線２からの温度信号電圧が、高分子層３にリークがない場合の温度信号電圧より高温側の電圧になるように僅かな部品で補正し、温度制御部が加熱用信号を出力しないように動作し、経済的に優れた手段で過熱を防止し安全性を確保できる採暖用温度制御装置を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明による請求項１記載の採暖用温度制御装置は、巻芯に所定のピッチで螺旋巻きされる第１の線条、前記第１の線条上に密着配置され所定の温度で溶融する高分子層、前記高分子層の外周に所定のピッチで螺旋巻きされた第２の線条、及び前記第２の線条を絶縁する被覆層を具備したコード状発熱構造を有する採暖用温度制御装置であって、前記第１及び第２の線条は、一方が発熱素線、他の一方が温度検知素線によって構成され、前記温度検知素線の両端に各々２つのダイオードのアノードが接続され、前記２つのダイオードのカソードの接続端に温度ヒューズ一体形抵抗器の一端が接続され、前記温度ヒューズ一体形抵抗器の他端がＡＣ電源の一方に接続されるともに、前記２つのダイオードのカソードの接続端と温度制御部を駆動する直流安定化電源の正極またはグランド間に補正コンデンサが接続され、前記高分子層のリークが増加した場合、前記補正コンデンサの作用により前記温度検知素線からの温度信号電圧が、前記高分子層にリークがない場合の温度信号電圧より高温側の電圧になるように補正し、温度制御部が加熱用信号を出力しないよう制御し、過熱を防止し安全性を確保することを特徴とする。

本発明による請求項２記載の採暖用温度制御装置は、請求項１記載の採暖用温度制御装置に於いて、前記高分子層はポリアミド樹脂単独、またはポリアミド樹脂とポリアミド・エラストマーとの混和物からなり、溶融温度が１３０℃以上１９０℃以下であることを特徴とする。

本発明による請求項３記載の採暖用温度制御装置は、請求項１または２記載の採暖用温度制御装置に於いて、前記温度検知素線は正の温度係数を有する金属線であることを特徴とする。

以下、本発明の構成につき詳細に説明する。
本説明に当たって、巻芯に所定のピッチで螺旋巻きされる第１の線条を発熱素線、高分子層の外周に所定のピッチで螺旋巻きされた第２の線条を温度検知素線とするが、これらは逆配置であっても構わない。

本発明の採暖用温度制御装置に用いられる芯線は、ポリエステル繊維束、ポリイミド繊維束、ガラス繊維束などであるが、耐熱性、柔軟性及びコストの面からポリエステル繊維束が好適であり、用途に応じて耐熱性、柔軟性に優れた繊維束であれば特に限定されないし、また多種繊維の混合束であってもよい。

本発明の採暖用温度制御装置に用いられる所定のピッチで螺旋巻きされた発熱素線は、材質として純銅線や銅と錫の合金線、または銅と銀の合金線などがあり、形状は丸線状や薄板状にすることも可能であり、それらは単線のままであったり、撚線にされたり、または多条に引き揃えられて螺旋巻きされるが、所定の寸法で所定の抵抗値を得るために、材質や形状の選択は何ら限定されるものではない。
ここで、発熱素線は、発熱のために電流を流す導体であるが、線間短絡時に温度検知素線と接触する一方の電極として働くことも担う。

本発明の採暖用温度制御装置に用いられる高分子層は、電気毛布や電気カーペットなどの製品の表面温度やコード状発熱線の耐熱温度より、高分子層の溶融温度は１３０℃以上１９０℃以下のポリアミド樹脂、好ましくは１５０℃〜１７０℃で比較的急な溶融特性を示すポリアミド樹脂とポリアミド・エラストマーとの混和物が好適である。

ここで、高分子層の溶融温度が１３０℃以下では、通常の温度制御に於いて発熱素線のピーク温度が瞬間的に１２０℃付近まで上昇する場合があり、これが繰り返し発生すると短期間で発熱素線と短絡検知素線が短絡してしまう可能性が高くなり、１９０℃以上では、発熱素線の過熱が進み発煙やコゲの発生が増加するので適切ではない。

更に、本発明の採暖用温度制御装置に用いられるポリアミド樹脂単独、またはポリアミド樹脂とポリアミド・エラストマーの混和物からなる高分子層に、ポリアルキレン・オキサイドや導電剤を添加し、溶融温度の調整や温度上昇に伴い電気的インピーダンスが減少する所謂負温度係数サーミスタ特性を持たせてもよい。

本発明の採暖用温度制御装置に用いられる温度検知素線は、正の温度係数を有する金属線であれば特に限定されないが、金属の中では温度係数が比較的高めで、伸線加工や巻線加工などの機械的ストレスを受けても抵抗値や温度係数が安定しているニッケルが利用され、正の温度係数を有し温度に対する抵抗特性が直線的で再現性に優れ経時変化の少ない温度検知素線とされる。

本発明の採暖用温度制御装置に用いられる被覆層は、温度検知素線の外周に密着し、電気絶縁性が高く、しなやかで且つ安価な塩化ビニル樹脂などの絶縁被覆層が押出し成形などにより形成される。

本発明による採暖用温度制御装置によれば、温度検知素線の両端に各々１つのダイオードのアノードが接続され、２つのダイオードのカソードがまとめて温度ヒューズ一体形抵抗器の一端に接続され、温度ヒューズ一体形抵抗器の他端がＡＣ電源の一方に接続されるともに、２つのダイオードのカソードと温度制御部を駆動する直流安定化電源の正極またはグランド間に補正コンデンサが接続され、高分子層のリークが増加した場合、補正コンデンサの作用により温度検知素線からの温度信号電圧を、高分子層にリークがない場合の温度信号電圧より高温側の電圧になるように補正し、温度制御部が加熱用信号を出力しないよう動作するので、過熱を防止し安全性を確保することができる。

本発明による採暖用温度制御装置によれば、高分子層の溶融温度が１３０℃以上１９０℃以下のポリアミド樹脂、好ましくは１５０℃以上１７０℃以下で比較的急峻な溶融特性を示すポリアミド樹脂とポリアミド・エラストマーとの混和物から成っているので、溶融温度、溶融時間に関し適切な品種と配合を選択することにより、全体的な線間短絡保護機能を柔軟に確保することができる。

本発明による採暖用温度制御装置によれば、温度検知素線は正の温度係数を有する金属線であるため温度係数は小さいが、温度対抵抗特性が直線的で高分子層に比べ経時変化が非常に小さいので、精密で安定性があり再現性に優れた温度制御が可能となる。

本発明による採暖用温度制御装置の温度制御回路部分の実施の形態を示す回路図である。 本発明による採暖用温度制御装置の実施の形態を示すコード状発熱線の一部を省略して示した構造図である。 本発明による採暖用温度制御装置に於いて、電力制御スイッチＳＷがＯＮの場合であって、リーク位置をＳ２−Ｈ２端子間に固定するとともに、補正コンデンサＣｘの位置を温度制御回路部のグランド側に固定し、補正コンデンサＣｘの値をパラメーターとして、リーク抵抗Ｒｘと電圧比較器Ｕ１のマイナス端子に入力される電圧Ｖｉの関係を示す図である。 本発明による採暖用温度制御装置に於いて、電力制御スイッチＳＷがＯＮの場合であって、補正コンデンサＣｘの位置を温度制御回路部のグランド側に固定するとともに、その値をＣｘ＝２．２μＦと固定し、リーク位置をパラメーターとして、リーク抵抗Ｒｘと電圧比較器Ｕ１のマイナス端子に入力される電圧Ｖｉの関係を示す図である。 本発明による採暖用温度制御装置に於いて、電力制御スイッチＳＷがＯＮの場合であって、補正コンデンサＣｙの位置を温度制御回路部の正極側に固定するとともに、その値をＣｙ＝２．２μＦと固定し、リーク位置をパラメーターとして、リーク抵抗Ｒｘと電圧比較器Ｕ１のマイナス端子に入力される電圧Ｖｉの関係を示す図である。 従来例による採暖用温度制御装置の温度制御回路部分の一例を示す回路図である。 従来例による採暖用温度制御装置に於いて、電力制御スイッチＳＷがＯＮの場合であって、補正コンデンサを付けず、リーク位置をパラメーターとして、リーク抵抗Ｒｘと電圧比較器Ｕ１のマイナス端子に入力される電圧Ｖｉの関係を示す図である。 従来例による採暖用温度制御装置に於いて、電力制御スイッチＳＷがＯＦＦの場合であって、補正コンデンサを付けず、リーク位置をパラメーターとして、リーク抵抗Ｒｘと電圧比較器Ｕ１のマイナス端子に入力される電圧Ｖｉの関係を示す図である。 本発明による採暖用温度制御装置に於いて、電力制御スイッチＳＷがＯＦＦの場合であって、補正コンデンサＣｘの位置を温度制御回路部のグランドに固定するとともに、その値をＣｘ＝２．２μＦと固定し、リーク位置をパラメーターとして、リーク抵抗Ｒｘと電圧比較器Ｕ１のマイナス端子に入力される電圧Ｖｉの関係を示す図である。

以下、図面などを参照して本発明による採暖用温度制御装置の実施の形態を更に詳しく説明する。なお、本発明はその要旨を逸脱しない限り、以下の内容に限定されるものではない。
図２は、本発明の実施形態にかかるコード状発熱線１Ｈの一方端を示すもので、絶縁被膜層および高分子層などを一部省略して示した図であり、上記の従来例にて説明した構成と同じものである。

このコード状発熱線１Ｈは、ガラス繊維またはポリエステル繊維等の繊維束の巻芯１と、巻芯１の外周に銅または銅合金の平角導体を螺旋状に捻回した発熱素線２と、発熱素線２の外周に高分子樹脂を押出し成形してなる高分子層３と、高分子層３の外周には螺旋巻きされている温度検知素線４と、最外周にポリ塩化ビニル等を押出し成形した絶縁被覆層５とから構成されている。

ここで、高分子層３はポリアミド樹脂の中でも吸水率の小さいナイロン１２単独、またはナイロン１２とポリアミド・エラストマーの混和物が好ましく、絶縁被覆層５の成形温度が低目の場合は、前記混和物にポリエチレン・グリコールやポリエチレン・オキサイド等のポリアルキレン・オキサイドを添加し、高分子層３の軟化点を下げてもよい。これらの材料をニーダー、または多軸押出機にて混練し、混和物としての高分子層３が得られる。尚、これらの材料は一度に投入され混練される場合もあるが、順次投入され、複数回にわたり混練される場合もある。

絶縁被覆層５のポリ塩化ビニル樹脂混和物に含まれる可塑剤が高分子層３へ移行するのを防止するため、温度検知素線４と絶縁被覆層５の間にポリエステルテープを縦添え形成したバリア層を設けてもよい。

図２に示した実施形態についての諸データは次の通りである。
巻芯１の材質 ：ポリエステル繊維束 φ０．４４ｍｍ
発熱素線２の材質 ：０．７％錫銅合金
発熱素線２の寸法 ：断面０．０６０×０．４２０ｍｍ（平角導体）、ピッチ０．８６ｍｍ
高分子層３の材質 ：ポリアミド樹脂
高分子層３の寸法 ：厚さ０．３３ｍｍ
温度検知素線４の材質 ：ニッケル
温度検知素線４の寸法 ：断面径φ０．０８０ｍｍ（丸線状の導体）、ピッチ０．８６ｍｍ
絶縁被覆層５の材質 ：ポリ塩化ビニル樹脂混和物
絶縁被覆層５の寸法 ：厚さ０．４ｍｍ

尚、ポリアミド樹脂は、市販のナイロン１２（３０２０Ｘ１５、ＵＢＥ製）、ポリ塩化ビニル樹脂混和物は、耐熱グレードのポリ塩化ビニル樹脂を用いた電源電線用の市販の混和物（ＶＭ−１６３、アプコ製）を使用した。

前記の各材料を各層の螺旋巻き工程と押出し成形工程とを経て、図２に示す構造のコード状発熱線１Ｈとし、これを３６ｍの長さに切断し測定用の試料とした。
同図に於いて、全長３６ｍのコード状発熱線１Ｈの構成要素である発熱素線２の抵抗値は２８．６Ω、温度検知素線４の抵抗値は６０℃で１１７６Ω（温度係数は０．４４％／℃）である。

本発明の実施例に関する温度制御回路部の構成を図１に示し、各部品の電気的な値と動作を簡単に説明する。
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３およびＲ４は固定抵抗であり、Ｒ１＝５．６ＫΩ，３Ｗ、ＺＤ１はツェナー・ダイオードであり、Ｖｚ＝５．０Ｖ、Ｒ２＝１．５ＫΩＦ，Ｒ３＝４７０ΩＦ，Ｒ４＝１０ＫΩである。Ｃ１，Ｃ２は電解コンデンサであり、Ｃ１＝１００μＦ，２５Ｖ、Ｃ２＝３３μＦ，１６Ｖ、Ｃｘ，Ｃｙはフィルム・コンデンサ、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３およびＤ４は整流ダイオード１Ｎ４００４、Ｕ１は電圧比較器、ＳＷは電圧比較器Ｕ１の結果により発熱素線２への通電を制御する電力制御スイッチであり、ＳＴＢ部はＡＣ１００Ｖから温度制御部へ直流Ｖｃｃ＝５．０Ｖを供給する安定化回路部である。補正コンデンサＣｘ，Ｃｙ（耐電圧２５０ＶＡＣ）の値は、以下のリーク試験によって示される。

図１の回路の動作はつぎの通りである。
温度制御動作は、温度検知素線４の抵抗変化が、抵抗器Ｒ２とＲ３で分圧され電圧比較器Ｕ１のマイナス端子に入力され、予め設定された温度に相当する基準電圧Ｖｒｅｆ１と比較され電圧比較器Ｕ１より出力され、電力制御スイッチＳＷの開閉が駆動され発熱素線２への通電が制御される。
線間短絡保護動作は、背景技術〔０００８〕と〔０００９〕の項で説明した内容と同じである。

［リーク試験１］
３６ｍのコード状発熱線１Ｈが、アルミ箔などの熱放散の良い下地に交差しないよう固定され、発熱素線２と温度検知素線４の各端末は図１の温度制御回路図に示された位置に接続される。補正コンデンサＣｘを、ダイオードＤ３及びＤ４のカソード側と直流安定化電源のグランド間に接続するとともに、Ｃｘをパラメーターとし、その値を０．４７μＦ、１．０μＦ、２．２μＦ、３．３μＦ（何れも耐電圧２５０ＶＡＣ）として次の測定を行った。

図１の温度制御回路図のＳ２−Ｈ２端子間にリーク抵抗Ｒｘ＝０．１ＫΩを接続し、電力制御スイッチＳＷがＯＦＦとなる条件でＡＣ電源を投入する。温度制御回路部の初期安定時間後、電力制御スイッチＳＷを強制的にＯＮにし、５秒後に電圧比較器Ｕ１のマイナス入力端子の電圧Ｖｉを測定した。
十分な冷却後、リーク抵抗Ｒｘを順次１．０ＫΩ、１０ＫΩ、１００ＫΩ、１０００ＫΩに変えながら、電圧比較器Ｕ１のマイナス端子に入力される電圧Ｖｉの測定を繰り返し、その結果を図３に示す。

［リーク試験２］
発熱素線２と温度検知素線４の各端末は［リーク試験１］と同じ接続とし、下記に示す［リーク試験１の評価］結果に基づき、補正コンデンサＣｘを２．２μＦとし、Ｃｘの接続位置は［リーク試験１］の場合と同じにした。リーク抵抗Ｒｘを接続する位置をパラメーターとし、その位置をＳ１−Ｈ１端子間、及びコード状発熱線１Ｈの中央部の発熱素線２と温度検知素線４間として次の測定を行った。

前記の接続位置にリーク抵抗Ｒｘ＝０．１ＫΩを接続し、電力制御スイッチＳＷがＯＦＦとなる条件でＡＣ電源を投入する。温度制御回路部の初期安定時間後、電力制御スイッチＳＷを強制的にＯＮにし、５秒後に電圧比較器Ｕ１のマイナス入力端子の電圧Ｖｉを測定した。
十分な冷却後、リーク抵抗Ｒｘを順次１．０ＫΩ、１０ＫΩ、１００ＫΩ、１０００ＫΩに変え、電圧比較器Ｕ１のマイナス端子に入力される電圧Ｖｉの測定を繰り返し、その結果を図４に示す。
尚、Ｓ２−Ｈ２間のリークに対する入力電圧Ｖｉの測定は、［リーク試験１］で既に実施済みなので、データはそれらを使用した。

［リーク試験３］
図１の温度制御回路図に於いて、補正コンデンサＣｘを外し、同Ｃｙを点線のようにダイオードＤ３及びＤ４のカソード側と直流安定化電源の正極間に接続した。リーク抵抗Ｒｘの接続位置をパラメーターとし、その位置をＳ１−Ｈ１端子間、及びコード状発熱線１Ｈの中央部の発熱素線２と温度検知素線４間、及びＳ２−Ｈ２端子間として、［リーク試験２］と同じくリーク抵抗Ｒｘに対する入力電圧Ｖｉの測定を行い、その結果を図５に示す。

［局部過熱試験］
３６ｍのコード状発熱線１Ｈをフェルトなどの表裏生地間に挟み接着固定するとともに、発熱素線２と温度検知素線４の各端末を図１の温度制御回路図に示された位置に接続し電気カーペット完成品とする。ここで、補正コンデンサＣｘの値を２．２μＦとした。
温度検知素線４の「温度―抵抗基準特性」に基づき平均温度が７０℃±１℃で制御されるよう、予め電圧比較器Ｕ１のプラス入力電圧Ｖｒｅｆ１とヒステリシス幅を設定し、通電により温度制御されたコード状発熱線１Ｈの表面温度を測定する。測定位置は、温度制御回路部のＳ２−Ｈ２端子部から線条距離で１ｍ離れたコード状発熱線１Ｈの表面とし、その箇所に直接測定用温度センサを接触固定し温度を測定した結果は、６６℃±２℃であった。
次に、前記温度測定点を中心に１辺が３０ｃｍ四方の断熱材を被せ温度測定した結果は、６４℃±２℃であった。

［線間短絡保護試験］
コード状発熱線１Ｈの過熱による高分子層３の溶融に伴う発熱素線２と温度検知素線４の間の線間短絡試験は擬似的に次のように実施した。図１の温度制御回路図に於いて、発熱素線２と温度検知素線４の各々の中央部を短絡した状態でＡＣ電源を入れ、強制的に電力制御スイッチＳＷをＯＮにして温度ヒューズＦ１の溶断時間を測定したところ、１８６秒であった。又、比較のため、図６の従来例の回路図に於いて、前記と同様に溶断時間を測定したところ、１７７秒であった。

各測定値についての評価はつぎの通りである。
［リーク試験１の評価］
Ｓ２−Ｈ２間に接続されたリーク抵抗Ｒｘが小さくなりリーク電流が増加しても、補正コンデンサＣｘが大きくなるに従い入力電圧Ｖｉは増加するが、誤差を見込んで２．２μＦ以上の補正コンデンサＣｘを接続すれば、リークの無い場合の入力電圧Ｖｉより確実に大きくなり、設定温度より手前の低目の温度で電圧比較器Ｕ１の出力がＯＦＦになるように働く安全性の高い温度制御が可能であることを実証できた。
従って、これ以降の各試験に於いては、補正コンデンサＣｘの値を２．２μＦとする。

［リーク試験２の評価］
前記［リーク試験１の評価］結果に基づき、補正コンデンサＣｘを２．２μＦとし、Ｓ１−Ｈ１端子間、及びコード状発熱線１Ｈの中央部の発熱素線２と温度検知素線４間に接続されたリーク抵抗Ｒｘを大幅に変えても、入力電圧Ｖｉは補正コンデンサＣｘの無い場合（図７）の値からズレた程度であり、設定温度より手前の低目の温度で電圧比較器Ｕ１の出力がＯＦＦになるように働く安全性の高い温度制御を維持していることを実証できた。
［リーク試験３の評価］
図４と図５を比較すると、殆ど同じ補正特性が得られており、補正コンデンサＣｘ及びＣｙを直流安定化電源のどちらの極性に接続しても、ＡＣ電源から見ればほぼ対称であるとの見通しを実証できた。

［局部過熱試験の評価］
補正コンデンサＣｘ＝２．２μＦを接続すれば、局部過熱に弱いＳ２−Ｈ２端子側に強制的な局部過熱操作をしても、設定温度より手前の低目の温度で電圧比較器Ｕ１の出力がＯＦＦになるように働く安全性の高い温度制御が可能であることを実証できた。

［線間短絡保護試験の評価］
短絡検知感度の最も鈍いコード状発熱線１Ｈの中央部の短絡試験に於いて、補正コンデンサＣｘ＝２．２μＦを接続しても、温度ヒューズ溶断時間に従来に比べ大きな差はなく、従来と同等の安全性の確保が可能であることを実証できた。

［リーク試験２の補足］
前記の［リーク試験２］とまったく同じく補正コンデンサＣｘ＝２．２μＦを接続し、Ｓ２−Ｈ２間にリーク抵抗Ｒｘ＝０．１ＫΩを接続して、電力制御スイッチＳＷがＯＦＦとなる条件でＡＣ電源を投入する。温度制御回路部の初期安定時間後、そのまま電圧比較器Ｕ１のマイナス入力端子の電圧Ｖｉを測定した。リーク抵抗Ｒｘを順次１．０ＫΩ、１０ＫΩ、１００ＫΩ、１０００ＫΩに変え、電圧比較器Ｕ１のマイナス端子に入力される電圧Ｖｉの測定を繰り返し、その結果を図９に示す。

これによれば、図８に示したように電力制御スイッチＳＷがＯＦＦの場合、すべてのリーク位置とリーク抵抗Ｒｘに於いて、電圧比較器Ｕ１のマイナス端子の入力電圧Ｖｉはリークの無い場合の入力電圧Ｖｉより低下するが、補正コンデンサＣｘの付加により入力電圧Ｖｉはすべて反転上昇することが明らかである。このような動作は必須ではないことを〔００１７〕で説明したが、付随作用としては好ましいものである。
尚、本発明による採暖用温度制御装置の実施の形態に於いては、補正コンデンサの値は２．２μＦが好適値であったが、この値は１線式コード状発熱線の電気的特性及び温度制御回路部の回路定数により大幅に変わる場合があり、前記の値に制限されるものではない。
好ましくは１μＦ〜３．３μＦの値にするのがよい。容量が３．３μＦより大きいことに越したことはないが、３．３μＦ以上ではコンデンサの形状が大きくなるので、形状の点から制限を付したものである。

以上説明したように本発明によれば、従来の１線式コード状発熱線を使用しながら、温度検知素線の両端に各アノードが接続された２つのダイオードの両カソードの接続端と温度制御部を駆動する直流安定化電源の正極またはグランド間に補正コンデンサが接続され、高分子層のリークが増加した場合、補正コンデンサの作用により温度検知素線からの温度信号電圧が、高分子層にリークがない場合の温度信号電圧より高温側の電圧になるように補正し、温度制御部が加熱用信号を出力しないよう制御して過熱を防止し高い安全性を確保するとともに、経済的にも優れた採暖用温度制御装置を提供することが出来る。

電気毛布、電気カーペットなどの面状採暖具に用いられる採暖用温度制御装置である。

１ 巻芯
１Ｈ コード状発熱線
２ 発熱素線
３ 高分子層
４ 温度検知素線
５ 絶縁被覆層

Claims (3)

1. 巻芯に所定のピッチで螺旋巻きされる第１の線条、前記第１の線条上に密着配置され所定の温度で溶融する高分子層、前記高分子層の外周に所定のピッチで螺旋巻きされた第２の線条、及び前記第２の線条を絶縁する被覆層を具備したコード状発熱構造を有する採暖用温度制御装置であって、
   前記第１及び第２の線条は、一方が発熱素線、他の一方が温度検知素線によって構成され、前記温度検知素線の両端に各々２つのダイオードのアノードが接続され、前記２つのダイオードのカソードの接続端に温度ヒューズ一体形抵抗器の一端が接続され、前記温度ヒューズ一体形抵抗器の他端がＡＣ電源の一方に接続されるともに、前記２つのダイオードのカソードの接続端と温度制御部を駆動する直流安定化電源の正極またはグランド間に補正コンデンサが接続され、
   前記高分子層のリークが増加した場合、前記補正コンデンサの作用により前記温度検知素線からの温度信号電圧が、前記高分子層にリークがない場合の温度信号電圧より高温側の電圧になるように補正し、温度制御部が加熱用信号を出力しないよう制御し、過熱を防止し安全性を確保することを特徴とする採暖用温度制御装置。
2. 請求項１記載の採暖用温度制御装置に於いて、
   前記高分子層はポリアミド樹脂単独、またはポリアミド樹脂とポリアミド・エラストマーとの混和物からなり、溶融温度が１３０℃以上１９０℃以下であることを特徴とする採暖用温度制御装置。
3. 請求項１または２記載の採暖用温度制御装置に於いて、
   前記温度検知素線は正の温度係数を有する金属線であることを特徴とする採暖用温度制御装置。

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