JP6660520B2

JP6660520B2 - 面状採暖具

Info

Publication number: JP6660520B2
Application number: JP2015087217A
Authority: JP
Inventors: 池本　大輔; 池本　　大輔; 由子栗本
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2015-04-22
Filing date: 2015-04-22
Publication date: 2020-03-11
Anticipated expiration: 2035-04-22
Also published as: JP2016205704A

Description

本発明は、温度検知機能を備えた面状採暖具の温度制御に関するものである。

従来、この種の面状採暖具は、面状採暖具本体に配設された発熱線と温度検知線とが一体になった発熱体と、発熱体に接続されたコントローラとを備え、コントローラは、発熱体の温度を検出する温度検出手段と、発熱体の制御温度を設定する温度設定手段と、通電開始時から一定時間は温度設定手段による設定温度よりも高い温度で発熱体を制御する速熱制御手段と、通電開始時から一定時間は発熱体に強制的に通電を行う強制立ち上げ制御手段と、強制立ち上げ制御手段の実施の可否を判定する判定手段とを備えている。

上記構成の面状採暖具においては、面状採暖具を長期間使用されず放置された場合、発熱体が吸湿するため、温度検知線より検出する温度検出手段の検出温度に誤差が生じ、吸湿状態では乾燥状態よりも高い温度として検出してしまう。

吸湿状態での検知誤差を解消するために、面状採暖具の通電開始時に判定手段が可と判定した場合、通電開始から一定時間は強制立ち上げ制御手段で発熱体を制御し、判定手段が否と判定した場合、通電開始から一定時間は速熱制御手段で発熱体を制御する構成となっている。

また、強制立ち上げ制御を実施中に、温度検出手段の検出温度が異常温度まで到達したときには、通電を停止させるようにしている（例えば、特許文献１参照）。

図６は従来の面状採暖具の制御系の構成を示す回路図である。図６に示すように、面状採暖具に配設された発熱体１と、発熱体に接続されたコントローラ２と、発熱体１の温度を検出する温度検出手段３と、発熱体１の温度を設定する温度設定手段４と、速熱制御手段５と、強制立ち上げ制御手段６と、強制立ち上げ制御手段６の実施の可否を判定する判定手段７で構成されている。

特許第４６０９２１４号公報

しかしながら、前記従来の構成では、強制立ち上げ制御手段の実施中に、発熱線の乾燥状態における異常温度に到達した時は通電を停止する構成となっており、発熱体が多くの水分を吸湿している場合、実際には異常温度に到達していないにも関わらず通電が停止される。そのため、発熱体の吸湿状態においては、面状採暖具の加熱が中断される可能性が高く、また発熱体の除湿が短時間に成されないことが懸念される。

本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、吸湿状態においても通電開始直後に適切な制御を実施することにより、快適な面状採暖具を提供することを目的とする。

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、面状採暖具本体に内蔵され、発熱線と温度検知線とが一体に構成されたヒータ線と、ヒータ線に接続されたコントローラとを含み、コントローラは、ヒータ線の通電を制御する制御部と、ヒータ線の温度を設定する温度設定手段と、コントローラの内部の温度を検知する内部温度センサと、室温を検知する室温センサと、を備え、制御部は、ヒータ線の温度を検出するヒータ温度検出部と、コントローラの内部の温度を検出する内部温度検出部と、室温を検出する室温検出部と、ヒータ線の設定温度を設定する温度設定部と、ヒータ線の通電を駆動するヒータ駆動部と、ヒータ線の制御形態を記憶する記憶部と、記憶部に記憶された制御形態の実施を判定する判定部と、を備え、記憶部は、温度設定部の設定温度と、ヒータ温度検出部の検出温度に基づき、発熱線をフィードバック制御する通常制御と、設定温度より高い温度で前記発熱線を制御する速熱制御と、通電開始から所定時間は発熱線に強制的に通電を行う強制立上制御と、の制御形態を備え、判定部は、通電開始時に、温度設定部の設定温度と、内部温度検出部の検出温度と、室温検出部の検出温度と、に基づき、通電開始直後の制御形態として、記憶部に記憶された速熱制御と強制立上制御のいずれかを選択して実施し、前記強制立上制御が実施された場合、前記判定部は、通電開始直後に前記ヒータ温度検出部が所定温度以上の検出温度を所定時間以内に検出した場合、前記制御形態を前記強制立上制御から前記速熱制御に切替えることを特徴とするものである。

これにより、所定の使用条件および環境条件の場合は、自動的に強制立上制御が実施され、ヒータ線の除湿を短時間かつ安全に実施することが可能となり、使用者が意図した設定温度の温度特性を回復させることができ、快適な暖房効果を得ることができる。

本発明の面状採暖具は、吸湿状態のヒータ線の除湿を通電開始直後に実施することにより、温度検知機能の温度特性を正常状態に復帰させ、快適な暖房効果を提供することができる。

本発明の実施の形態における面状採暖具の制御系のブロック図強制立上制御と速熱制御との温度変化を比較したグラフヒータ温度検出部の検出値とヒータ線の温度との関係を表したグラフヒータ温度検出部の保護部の回路図ヒータ線の乾燥状態と吸湿状態での温度検出値を示すグラフ従来の面状採暖具のブロック図

第１の発明は、面状採暖具本体に内蔵され、発熱線と温度検知線とが一体に構成されたヒータ線と、前記ヒータ線に接続されたコントローラと、を含み、前記コントローラは、前記ヒータ線の通電を制御する制御部と、前記ヒータ線の温度を設定する温度設定手段と、前記コントローラの内部の温度を検知する内部温度センサと、室温を検知する室温センサと、を備え、前記制御部は、前記ヒータ線の温度を検出するヒータ温度検出部と、前記コントローラの内部の温度を検出する内部温度検出部と、室温を検出する室温検出部と、前記ヒータ線の設定温度を設定する温度設定部と、前記ヒータ線の通電を駆動するヒータ駆動部と、前記ヒータ線の制御形態を記憶する記憶部と、前記記憶部に記憶された前記制御形態の実施を判定する判定部と、を備え、前記記憶部は、前記温度設定部の設定温度と、前記ヒータ温度検出部の検出温度に基づき、前記発熱線をフィードバック制御する通常制御と、前記設定温度より高い温度で前記発熱線を制御する速熱制御と、通電開始から所定時間は前記発熱線に強制的に通電を行う強制立上制御と、の制御形態を備え、前記判定部は、通電開始時に、前記温度設定部の設定温度と、前記内部温度検出部の検出温度と、前記室温検出部の検出温度と、に基づき、通電開始直後の制御形態として、前記記憶部に記憶された前記速熱制御と前記強制立上制御のいずれかを選択して実施し、前記強制立上制御が実施された場合、前記判定部は、通電開始直後に前記ヒータ温度検出部が所定温度以上の検出温度を所定時間以内に検出した場合、前記制御形態を前記強制立上制御から前記速熱制御に切替えることを特徴とする面状採暖機である。

これにより、所定の使用条件および環境条件の場合は、自動的に強制立上制御が実施さ
れ、ヒータ線の除湿を短時間かつ安全に実施することが可能となり、使用者が意図した設定温度の温度特性を回復させることができ、快適な暖房効果を得ることができる。

第２の発明は、特に、第１の発明において、前記強制立上制御が実施された場合、前記判定部は、通電開始直後に前記ヒータ温度検出部が所定温度以上の検出温度を所定時間以内に検出した場合、前記制御形態を前記強制立上制御から前記速熱制御に切替えることを特徴とするものである。

これにより、例えば、面状採暖具の上で電気コタツ等の暖房器具が使用され、面状採暖具に外来熱が付加された異常使用状態で強制立上制御が実施された場合、ヒータ温度検出部の検出温度により異常使用状態を検出することが可能となり、ヒータ線の異常温度上昇を防止することができ、安全性と耐久性を向上することができる。

第３の発明は、特に、第１または第２の発明において、前記強制立上制御が実施された場合、前記ヒータ線の温度を検出する前記ヒータ温度検出部が、温度信号の許容範囲を超えて入力されることに対し、制御回路の損傷を防止する保護部を設けていることを特徴とするものである。

これにより、強制立上制御を実施した場合に、ヒータ温度検出部に異常電圧が印可されることが防止されるので、制御回路が損傷されることがなく、安全性と耐久性を向上することができる。

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）
＜１＞面状採暖具の構成
図１は本発明の面状採暖具の制御系統のブロック図であり、図２は強制立上制御と速熱制御との温度変化を比較したグラフであり、図３はヒータ温度検出部の検出値とヒータ線の温度との関係を表したグラフであり、図４はヒータ温度検出部の保護部の回路図である。

図１に示すように、面状採暖具の制御系の主な構成としては、面状採暖具の本体（図示せず）の内部に配設されたヒータ線１００と、本体に接続され、ヒータ線１００の通電を制御するコントローラ（図示せず）とを備え、コントローラには、ヒータ線１００の通電を制御する制御部２００と、使用者が面状採暖具の温度を設定する温度設定手段３００と、コントローラ内部の温度を検知する内部温度センサ４００と、室温を検知する室温センサ５００が備えられている。

ヒータ線１００は発熱線１１０と、温度検知線１２０と、発熱線１１０と温度検知線１２０の間に介装された樹脂材料による感温体１３０が一体になった一線式の線状ヒータである。

温度設定手段３００は、例えばスライドボリュームを主な構成部材とし、使用者が手動で操作することにより、ヒータ線１００の温度を任意に設定可能なものである。

内部温度センサ４００は、制御部２００を構成する制御基板（図示せず）の中央部に設置されおり、コントローラ内部の温度変化が検知できる構成となっている。また、室温センサ５００は、コントローラ内部の温度変化に影響されずに外部の温度が検知できるように、コントローラの端部設けられた外部との連通口の近傍に配置されている。

制御部２００は、ヒータ線１００の温度を検出するヒータ温度検出部２１０と、コントローラの内部の温度を検出する内部温度検出部２２０と、室温を検出する室温検出部２３０と、発熱線１１０の通電を制御するヒータ駆動部２４０と、温度設定手段３００の設定情報を受信し、制御データに変換する温度設定部２５０と、発熱線１１０の制御形態および制御形態の選択条件等を記憶する記憶部２６０と、発熱線１１０の制御形態の選択を判定する判定部２７０を備えている。

特に、ヒータ温度検出部２１０は、温度検知線１２０からの検知信号を電圧に変換する電圧変換部２１１と、変換された電圧がマイナスになることを防止する保護部２１２と、保護部２１２で補正されたデータからヒータ線１００の温度を検出する温度検出部２１３から構成されている（保護部２１２の詳細については後述する）。

発熱線１１０の制御形態としては３個のパターンを備えている。第１の制御形態は、ヒータ線１００の温度検知線１２０の検知データからヒータ温度検出部２１０が検出した検出温度と、温度設定手段３００により設定された設定温度に基づきフィードバック制御により発熱線１１０の通電を制御する通常制御Ｐ１のパターンである。

第２の制御形態は、通電開始直後の所定時間（５〜５０分間）は、温度設定手段３００で設定された設定温度よりも高い温度（速熱設定温度と称する）で発熱線１１０の温度制御を行う速熱制御Ｐ２のパターンである。この場合の所定時間は温度設定手段３００の設定レベルにより異なり、例えば、最高温度の設定である７段階中の「７」に設定されている場合は、５０分間となり、最低の温度設定である「１」に設定されている場合は５分間となり、いずれの設定レベルにおいても５分間〜５０分間の範囲である。

第３の制御形態は、通電開始直後の所定時間（２０分間）は、発熱線１１０に強制的に通電を行う強制立上制御Ｐ３のパターンである。２０分間の所定時間は、乾燥状態のヒータ線１００に強制的に通電を行った場合に、ヒータ線１００の温度が異常温度に到達しない時間として設定されている。

上記３個の制御形態は制御部２００の記憶部２６０に記憶されており、通電開始時に、判定部２７０の判定により、速熱制御Ｐ２または強制立上制御Ｐ３の制御形態が選択される。

また、通電開始時に実施される速熱制御Ｐ２および強制立上制御Ｐ３が終了した時点からは、第１の制御パターンである通常制御Ｐ１に移行して通電が継続される。

判定部２７０は、温度設定手段３００の設定データと、内部温度検出部２２０の検知データと、室温検出部２３０の検知データに基づいて判定を行い、記憶部２６０に記憶された速熱制御Ｐ２と強制立上制御Ｐ３の２個の制御形態から、通電開始時に実施する制御形態を選択する機能を備えている。

また、判定部は上記選択機能に加え、強制立上制御Ｐ３の開始から３分以内に、ヒータ温度検出部２１０の検知データが８０℃以上の温度が検出されている場合は、ヒータ線１００が他の熱源から加熱されていると判定し、強制立上制御Ｐ３から速熱制御Ｐ２に制御形態を切替える機能を備えている。この機能を備えることにより、例えば、面状採暖具の上でコタツ等の暖房器具が使用されている異常使用状態において、強制立上制御Ｐ３によるヒータ線１００の異常温度上昇を防止することができる。

強制立上制御Ｐ３を選択する条件は、温度設定手段３００の設定が最高の設定である７
段階中の「７」が設定されており、内部温度検出部の検知データが２３℃未満で、室温検出部２３０の検知データが２７℃未満、の３項目の条件が揃った場合に強制立上制御Ｐ３の制御形態が選択され、所定時間（２０分間）発熱線１１０に強制的に通電される。

また、温度設定手段３００の設定が「７」以外で通電を開始した場合は、速熱制御Ｐ２で制御が開始されるが、通電開始時の内部温度検出部２２０の検知データが２３℃未満で、室温検出部２３０の検知データが２７℃未満であった場合、所定時間（２０分間）以内であれば、速熱制御Ｐ２が実施されている途中に、使用者が温度設定を「７」に切替えた場合、強制立上制御Ｐ３所定時間（２０分間）の残りの時間は、強制立上制御Ｐ３に移行して実施される構成となっている。これは、吸湿状態の面状採暖具を使用して、使用者が温度が低いと思って温度設定手段３００の切替え操作が実施された場合に、可能な限り使用者の意思に対応するためである。

上記以外の条件の場合、判定部２７０は速熱制御Ｐ２選択し、所定時間に亘り速熱制御Ｐ２が実施される。速熱制御Ｐ２が実施される時間は温度設定手段３００の設定により異なり、例えば、温度設定の７段階中の最高温度である「７」の場合は５０分間、中レベルの温度である「４」の場合は２０分間、最低の温度設定である「１」に設定されている場合は５分間となる。

図２は、上記制御形態におけるヒータ線１００の温度上昇を示すものである（図に示す速熱制御のグラフは温度設定が「４」の場合を示すものである）。

図に示すように、速熱制御Ｐ２が実施された場合、通電開始後にヒータ線１００の温度は設定温度Ｔ１より高い速熱設定温度Ｔ２まで上昇し、所定時間（通電開始後２０分間）内は速熱設定温度Ｔ２を維持し、所定時間到達後は設定温度Ｔ１まで下降し、設定温度Ｔ１に維持される。

一方、強制立上制御Ｐ３が実施された場合、通電開始後の所定時間（２０分間）内は連続して温度上昇が継続して速熱設定温度Ｔ２以上の強制立上温度Ｔ３までヒータ線１００の温度は上昇し、所定時間（２０分間）に到達した時点で発熱線１１０への通電が停止されることにより、ヒータ線１００の温度は設定温度Ｔ１まで下降し、その後設定温度に維持される。

図３は通常制御におけるヒータ温度検出部２１０の検出値（電圧）とヒータ線１００の温度との関係を示すグラフである。

ヒータ温度検出部２１０の検出値は電圧として出力され、温度が上昇するのに伴って電圧は下降し、通常制御Ｐ１が実施される設定温度Ｔ１の範囲ではプラスの電圧が維持されるように制御回路は構成されている。

また、速熱制御Ｐ２が実施された場合の速熱設定温度Ｔ２の範囲においてもプラスの電圧が維持されるように構成されている。

一方、強制立上制御Ｐ３が実施された場合、図３から推察できるように、検出値（電圧）がマイナスの電圧まで下降する可能性がある。この電圧はヒータ温度検出部２１０を構成するマイコンのＡ／Ｄ（アナログからデジタルに変換する入力）に印加される電圧であり、マイナス電圧を印加した場合マイコンが損傷する可能性がある。

上記のように、通常制御Ｐ１と速熱制御Ｐ２に対応する温度範囲のみをプラス電圧になるように回路を構成しているのは、特に、通常制御Ｐ１の温度検知精度を向上することを
目的とするものである。

このため、本実施の形態におけるヒータ温度検出部２１０には検出値がマイナス電圧になることを防止する保護部２１２が設けられている。図４は、保護部２１２の一例を示すものであり、保護用負荷切替回路２１２ａと保護用ダイオード２１２ｂを保護手段として備えている。

保護用負荷切替回路２１２ａは温度検出用補助抵抗２１２ｃを備えており、温度検出用抵抗２１２ｄと切替えることにより検出値がマイナス電圧になることを防止することができる。

また、マイコンを使用した場合、最大定格が−０．３Ｖ〜＋５．３Ｖであるのが一般的であるので、保護用ダイオード２１２ｂはＶｆが小さく０．２Ｖ程度であるショットキーバリアダイオードを使用している。

上記のように保護部２１２を設けることにより、強制立上制御Ｐ３を実施した場合、検出値（電圧）はプラスの状態に維持されるため、マイコンが損傷することを防止することができる。

＜２＞面状採暖具の動作および作用
図５はヒータ線の乾燥状態と吸湿状態での温度検出値を示すグラフである。

面状採暖具は、通常の使用状態においては、使用者が温度設定手段３００によって設定した設定温度に早く到達させるために、通電開始時に速熱制御Ｐ２の制御形態を実施し、通電開始直後は、使用者が設定した設定温度よりも高い温度で発熱線１１０を通電制御し、所定時間後に設定温度で制御する通常制御Ｐ１に移行する。

しかし、前述の通り、購入直後やシーズン始めのときには、面状採暖具、特にヒータ線１００の感温体１３０が吸湿している場合、ヒータ温度検出部２１０の検出値とヒータ線１００の実際の温度との関係に差異が生じる。

図５に示すように、ヒータ温度検出部２１０の検出値Ｖａである時、ヒータ線１００が乾燥状態であれば、ヒータ線１００の実際の温度はＴａであるが、ヒータ線１００が吸湿状態の場合は、Ｔａより低い温度のＴｂである。そのため、ヒータ線が吸湿状態の場合は、ヒータ温度検出部２１０の検出値はヒータ線１００の実際の温度より高い温度として検出してしまうため、温度設定手段３００で設定した設定温度Ｔ１まで上昇しないことがある。

ここで、正規の設定温度で制御させようとすると、早急に湿気を除去し、ヒータ温度検出部２１０の検出値とヒータ線１００の温度との関係を正常な状態に復帰させる必要がある。

本実施の形態においては、温度設定手段３００の設定が７段階中の「７」が設定されており、内部温度検出部の検知データが２３℃未満で、室温検出部の検知データが２７℃未満、の３項目の条件が揃った場合に、通電開始直後の所定時間（２０分間）は発熱線１１０に強制的に通電し、ヒータ線１００の温度を設定温度より上昇させることで、早期に湿気を除去し、所定時間後に設定温度で制御する通常制御Ｐ１に移行する。

通電開始時に実施される速熱制御Ｐ２と強制立上制御Ｐ３の選択は制御部２００の判定部２７０が自動的に選択して実施する。

上記のように、本実施の形態における面状採暖具は、温度設定手段３００の設定が「７」に設定され、内部温度検出部の検知データが２３℃未満で、室温検出部の検知データが２７℃未満、の３項目の条件が揃った場合に、自動的に強制立上制御Ｐ３の制御形態で通電が実施されるので、短時間にヒータ線１００の除湿を実施することができ、使用者が意図した設定温度で面状採暖具を制御することができ、快適な暖房効果を得ることができる。

また、制御部２００の判定部２７０が、強制立上制御Ｐ３の開始直後のヒータ線１００の温度を検知することにより、面状採暖具の上で電気コタツ等の暖房器具が使用され、面状採暖具に外来熱が付加された異常使用状態で強制立上制御が実施された場合、ヒータ温度検出部の検出温度により異常使用状態を検出することが可能となり、ヒータ線の異常温度上昇を防止することができ、安全性と耐久性を向上することができる。

また、ヒータ線の温度を検知するヒータ温度検出部２１０に保護部２１２を設けたことにより、強制立上制御Ｐ３を実施した場合に、マイコンにマイナス電圧が印可されることが防止されるので、制御回路が損傷されることがなく、安全性と耐久性を向上することができる。

なお、本実施の形態においては、強制立上制御が実施される条件として、温度設定手段の設定が７段階中の「７」が設定されており、内部温度検出部の検知データが２３℃未満で、室温検出部の検知データが２７℃未満、の３項目の条件が揃った場合としたが、これに限るものではなく、使用するヒータ線およびコントローラに形態等により、他の条件としてもよい。

また、強制立上制御の所定時間を２０分間としたが、これに限るものではなく、ヒータ線の耐熱温度および強制通電の電力容量およびヒータ線の実際の温度上昇に基づき、適切な時間を設定すればよい。

また、前記強制立上制御の実施中の通電開始直後にヒータ温度検出部が所定温度以上の検出温度を所定時間以内に検出した場合、前記制御形態を前記強制立上制御から前記速熱制御に切替える制御において、所定時間を３分間としたが、これに限るものではなく、使用するヒータ線の仕様等に合わせた他の時間に設定してもよい。

以上のように、本発明にかかる面状採暖具は、一線式ヒータ線の吸湿による特性変化を早期に回復させることができるので、感温式の発熱体を用いている機器に適用できる。

１００ヒータ線
１１０発熱線
１２０温度検知線
２００制御部
２１０ヒータ温度検出部
２１２保護部
２２０内部温度検出部
２３０室温検出部
２４０ヒータ駆動部
２５０温度設定部
２６０記憶部
２７０判定部
３００温度設定手段
４００内部温度センサ
５００室温センサ
Ｐ２速熱制御
Ｐ３強制立上制御

Claims

面状採暖具本体に内蔵され、発熱線と温度検知線とが一体に構成されたヒータ線と、
前記ヒータ線に接続されたコントローラと、を含み、
前記コントローラは、前記ヒータ線の通電を制御する制御部と、前記ヒータ線の温度を設定する温度設定手段と、前記コントローラの内部の温度を検知する内部温度センサと、室温を検知する室温センサと、を備え、
前記制御部は、前記ヒータ線の温度を検出するヒータ温度検出部と、前記コントローラの内部の温度を検出する内部温度検出部と、室温を検出する室温検出部と、前記ヒータ線の設定温度を設定する温度設定部と、前記ヒータ線の通電を駆動するヒータ駆動部と、前記ヒータ線の制御形態を記憶する記憶部と、前記記憶部に記憶された前記制御形態の実施を判定する判定部と、を備え、
前記記憶部は、前記温度設定部の設定温度と、前記ヒータ温度検出部の検出温度に基づき、前記発熱線をフィードバック制御する通常制御と、前記設定温度より高い温度で前記発熱線を制御する速熱制御と、通電開始から所定時間は前記発熱線に強制的に通電を行う強制立上制御と、の制御形態を備え、
前記判定部は、通電開始時に、前記温度設定部の設定温度と、前記内部温度検出部の検出温度と、前記室温検出部の検出温度と、に基づき、通電開始直後の制御形態として、前記記憶部に記憶された前記速熱制御と前記強制立上制御のいずれかを選択して実施し、
前記強制立上制御が実施された場合、
前記判定部は、通電開始直後に前記ヒータ温度検出部が所定温度以上の検出温度を所定時間以内に検出した場合、前記制御形態を前記強制立上制御から前記速熱制御に切替えることを特徴とする、
面状採暖具。
前記強制立上制御が実施された場合、前記ヒータ線の温度を検出する前記ヒータ温度検出部が、温度信号の許容範囲を超えて入力されることに対し、制御回路の損傷を防止する保護部を設けていることを特徴とする、
請求項１に記載の面状採暖具。