JPH01236316A - 温度制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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に
関し、ヒータせんと温度感熱樹脂とが一体になったヒー
タ線を有する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例えば電気カーペットの例
を第４図に示す。１は電気カーベント本体であり、本体
１の中に表面温度を検出する温度検知線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
とよばれている電気カーペットの例を示すものである。

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。そして、第５図は、温度検知線５
の一部分構成斜視図である。一対の第１の電極線３．４
０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６（高分子感温体）が一体に構成されてい
る。なお７は芯糸、８は外皮であり、芯糸７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６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８でおおわれている。そ
して、第６図は、温度感熱樹脂６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、電気カーベント本体
１の採暖に寄与するヒータ線９の一部分構成斜視図であ
り、第２の電極線９−１発熱線９ｂ、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
に巻かれた発熱線９ｂがあり、外皮１２でおおわれてい
る。そして第８図は、第４図に示す本体１における温度
制御回路図である。

１３は交流電源であり、１４は電源スィッチである。１
５，１６．１７．１８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
６のインピーダンス（２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かえられる。検
出される温度信号電圧ｖ１　　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。

Ｖ１＝１／（１＋抵抗１５／Ｚ　）　ＸＶ　ＡＣ−＝−
（１）すなわち、温度上昇とともに温度感熱樹脂６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ｖ
１　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の負ノサイクルにおいて
も、温度感熱樹脂６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６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，
２７．２８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、３ｏ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ｖ２
となる。

３１は制御手段であり、温度感熱樹脂６の温度信号電圧
Ｖ、と、温度設定手段２９の温度設定電圧ｖ２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
オードである。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３５．３６
、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の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
タ線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はそ
れぞれ抵抗値の小さい第１．第２の発熱抵抗、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本体１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
９ａと発熱線９ｂが接触することによって、第１．第２
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。第２の電極線９ａと発熱線９ｂの接触のしかたに
よる保安回路の動作を第２図（ａ）、第２図（ｂ）を用
いて説明する。

第２図１は、第２の電極線９機と発熱線９ｂのいずれか
一方の両端で接触した場合の動作を示したものである。

第２図ａにおける−の部分で接触した場合、大電流はダ
イオード４４、第１の発熱抵抗４６、第２の電極線９ｍ
、絶縁樹脂１０、発熱線９ｂと流れ、第１の発熱抵抗４
６のジュール熱で保安回路４８を動作させて交流電源１
３を遮断する。

第２図１におけるｂの部分で接触した場合、大電流はダ
イオード４５、第２の発熱抵抗４７、第２の電極線９ｍ
、絶縁樹脂１０、発熱線９ｂと流れ、発熱抵抗４７のジ
ュール熱で同様に保安回路４８を動作させて交流型］１
３を遮断する。

第２図すは、第２の電極線９ａと発熱線９ｂが中央で接
触した場合の動作を示したものである。

この場合、第１．第２の発熱抵抗４６．４７にそれぞれ
電流が流れるので同様にそれらのジュール熱によって保
安回路４８を動作させて交流電源１３を遮断する。なお
、通常は絶縁樹脂１ｏのインピーダンスは非常に大きく
、シたがって第１゜第２の発熱抵抗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、第８図の従来
例と同一構成部分には、一部同一符号を付与している。

第９図は電気毛布の全体外観図である。４９は電気毛布
の本体で、５０はコントローラボックスであり、本体４
９の中に温度検知線と発熱線が一体に構成されたヒータ
線９が一本配線されている。そして、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で、発熱線９
ｂ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６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。そして第１１図は、第９図に示す一線式
毛布の制御回路図である。１３は交流電源であり、１４
は電源スィッチである。６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、９ｂは発熱線、５１は
電極線である。５４はダイオードで、５５．５６は抵抗
で、５７．５８はコンデンサで、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が接地されたトランジスタであり
、８１．６２．６３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
。そして、温度検出方法はベースが接地されたトランジ
スタ６０が、交流電源１３０）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６、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ｖ１　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６５が負の半サイクルが非導通であ
り、温度感熱樹脂６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ｖ２
　を作成している。７４は温度信号電圧Ｖ、と、温度設
定電圧ｖ２　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はマイクロコンピュータより
なる制御手段であり、コンパレータ７４の出力信号（出
力電圧ｖ３）にもとづいてゼロボルトパルス発生手段７
５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発熱線９ｂへの通電を制御するもの
である。７７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６
５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６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
６、発熱線９ｂ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。

この場合、電極線５１と、発熱線９ｂの接触のしかたに
よる動作は、電力制御手段にサイリスタ６５を使用して
いるので、交流電源１３の負の半サイクルにおいては、
ヒータ線９に電流が流れないので電極線５１と発熱線９
ｂの間は−様な電界であり、いかなる部分で接触しても
発熱抵抗６４に大電流が流れるので保安回路４８は動作
し、交流電源１３が遮断されるものである。しかし、サ
イリスタ６５が逆方向の短絡故障をした時に、交流電源
１３の負の半サイクルにおいてもヒータ線９に電流が流
れるので、電極線５１と発熱線９ｂの間の電界は−様な
電界分布でなくなり、例えば、第１１図において発熱線
９ｂのａの部分で温度感熱樹脂６が溶解し、電極線５１
と接触した場合、発熱抵抗６４に大電流が流れないので
保安回路４８が動作するのに十分なジュール熱を得るこ
とができず交流電源１３を遮断することができない。

そこでその場合には、ダイオード８１、発熱抵抗８２に
大電流が流れ交流電源１３を遮断する構成としているも
のである。

なお、通常は前述のように電力制御手段にサイリスタ６
５を使用しているので交流電源１３の負の半サイクルは
逆方向の電流は流れず、したがって発熱抵抗８２には電
流は流れないので交流電源１３は遮断されることはない
。

発明が解決しようとする課題 しかしながら上記のような構成では、いかに示す課題を
有していた。

（１）例えば第４図に示すような消費電力の高い３００
ワット以上の電気カーペットにおいて局部的に温度検知
線５にかからずにヒータ線９に保温物をおくと、温度検
知線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、温度検知線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９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１
０の溶解温度にまで達することがあった。また、温度検
知線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第９図に示す温度感熱樹脂
６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、上記（１）の欠点は解消される
が比較的消費電力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。

（３３第１１図に示す従来の他の例では、サイリスタの
非導通領域（交流電源１３の負の半サイクル）が存在す
るために、温度感熱樹脂６がいかなる部分で溶解しても
発熱抵抗に大電流が流れ保安回路４８が動作するのであ
る。しかし、リレーのような双方向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に通電されている
ので従来例の他の例の電気毛布のようなフェールセーフ
回路を構成できない上、従来例の電気カーペットのよう
な最終安全回路を構成すると、温度感熱樹脂６には交流
電源から充電される電荷が、放電する経路がなくなり、
半波倍電圧が印加され、温度感熱樹脂６のインピーダン
スが変化し、劣化する課題があった。

課題を解決するための手段 上記課題を解決するために、本発明の温度制御装置は電
極線、発熱線、電極線と発熱線の間に充填し、温度によ
りインピーダンスが変化する温度感熱樹脂を一体にした
ヒータ線と、前記温度感熱樹脂に流れる温度信号電流を
電極線を介して検出する温度検出回路と、前記発熱線の
通電を入り切りする電力制御手段と、前記発熱線に接続
された交流電源を遮断する保安回路と、電極線の一端と
交流電源の一端の間に第１の発熱抵抗と電極線に流れる
方向に接続した第１の整流素子とを直列に接続し、電極
線の他端と交流電源のもう一方の他端の間に第２の発熱
抵抗と電極線に流れる方向に接続した第２の整流素子と
を直列に接続し、第１もしくは第２の発熱抵抗の接続点
に第３の抵抗を接続したものである。

作　　用 本発明は、上記した構成によって、双方向の電力制御手
段を使用しても、正確な温度検出を可能にし、かつ制御
手段が故障し、電力制御手段がいかなる短絡故障をし、
温度感熱樹脂が溶解し電極線と発熱線がいかなる部分で
接触しても発熱抵抗に大電流が流れ、保安回路が動作し
交流電源が遮断され、かつ温度感熱樹脂に充電される電
荷を放出する作用を有する。

実施例 以下、本発明の一実施例を添付図面にもとすいて説明す
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符号を付与してい
る。温度感熱樹脂６、発熱線９ｂ。

電極線５１が一体に構成され、電気カーペット本体１内
に配線されている。１３は交流電源、１４は電源スィッ
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、ａｔ、６２．６３はダイオードであり、９
７は第１の整流素子であるダイオード、９８は第２の整
流素子であるダイオード、９９は抵抗である。温度検出
方法は、従来の他の例（電気毛布）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、第２の整流素子
であるダイオード９８、発熱抵抗４７、電極線５１、温
度感熱樹脂６、発熱線９ｂ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Ｖ、に変換される。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Ｖ、と、温度設定電圧ｖ２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Ｖ３にも
とづ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、了９はコンデン
サー、８ｏ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の電源を供給している。また、９ｏ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
７６の駆動電源を供給している。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６が溶解すると、電極線５１と発
熱線９ｂ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を遮断する最終安全回路を構成しているものである
。その接触のしかたによる保安回路４８の動作に関して
は、第８図に示す従来例の絶縁樹脂１０が温度感熱樹脂
６および電極線が第８図でいう９ａから第１１図の５１
にかわったものであり、その動作は第２図１、第２図す
に示した動作と同様である。また、ヒータ一体型の温度
感熱樹脂６の外巻きを発熱線９ｂ内巻きを電極線５１に
することにより、折り曲げ強度が向上する。しかしなが
ら、通常は温度感熱樹脂６のインピーダンスは非常に大
きく、したがって発熱抵抗４８．４７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、抵抗９９は温度感熱樹脂６に充電される電荷を放
電するものであり、ダイオード６１，６２、第１．第２
の整流素子であるダイオード９７゜９８で温度感熱樹脂
６に交流電源１３の半波倍電圧が半波電圧に印加される
ことになる。この回路動作の説明として、交流電源１３
の正の半サイクルでダイオード９７、発熱抵抗４６を通
して温度感熱樹脂６に充電される電荷は、抵抗９９がな
い場合に放電できず、次の負の半サイクルでダイオード
６１．６２，９Ｂ、発熱抵抗４７により、さらに電位を
押しあげることになり、結果として半波の倍電圧が電極
線５１と発熱線９ｂの間にかかり、温度感熱樹脂６のイ
ンピーダンスの安定化をはかれない。そこで抵抗９９と
、ダイオード６３により正の半サイクルで充電される電
荷を放電させて、交流半波の電圧にしているものである
。

なお、本発明一実施例において、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
一実施例に限定されるものではない。

また、抵抗９９は第３図のように第１の発熱抵抗４６の
接続点と発熱線９ｂの一端と接続してもよく、回路全体
の動作、作用効果は上記実施例と同じである。

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のよう
な効果が得られる。

（１）温度感熱樹脂と発熱線を一体にしたヒータ線を使
用しているものにおいて、双方向電力制御手段を用いた
場合、温度感熱樹脂がいかなる部分で溶解しても確実に
動作する最終安全回路を構成しながら、温度感熱樹脂に
交流半波の倍電圧が印加されない放電抵抗を付加するこ
とによって、温度感熱樹脂のインピーダンスの長期安定
化がはかれ、正確な温度制御が可能となる。

（２）　　温度感熱樹脂と発熱線が一体に構成されてい
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ａ、
第２図すは同保安回路の動作を示す図、第３図は本発明
の他の実施例の抵抗９９の接続方法を示す図、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の斜視図、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
の一部分構成の斜視図、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１
０図はヒータ一体型の温度感熱樹脂の一部分構成の斜視
図、第１１図は従来の他の例の温度制御回路図である。 ６・・・・・・温度感熱樹脂、９ｂ・・・・・・発熱線
、９・・・・・・ヒータ線、１３・・・・・・交流電源
、３８・・・・・・電力制御手段、４０・・・・・・駆
動手段、４６・・・・・・第１の発熱抵抗、４７・・・
・・・第２の発熱抵抗、４８・・・・・・保安回路、５
１・・・・・・電極線、６０・・・・・・温度検出回路
、７６・・・・・・制御手段、９７・・・・・・第１の
整流素子、９８・・・・・・第２の整流素子、９９・・
・・・・抵抗。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第２
図 ＋ａン 第４図 第５図 第６図 、１ ２０４０　６０　．９０　１００ 本体表ＩＸ浅 第７図 ０＋１０− 第　９　図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）採暖に寄与する発熱線、温度信号を検出する電極
   線、前記発熱線と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温度感熱樹脂を一体にしたヒー
   タ線と、前記発熱線の一端に接続された交流電源と、前
   記交流電源を遮断する保安回路と、前記発熱線の他端に
   接続され前記発熱線の通電を入り切りする電力制御手段
   と、前記電極線の一端に接続された第１の発熱抵抗と、
   前記電極線の他端に接続された第２の発熱抵抗と、前記
   交流電源の一端と前記第１の発熱抵抗の間に接続された
   第１の整流素子と、前記交流電源の他端と前記第２の発
   熱抵抗の間に接続された第２の整流素子と、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、前記電力制御手段を駆動する駆動
   手段と、前記駆動手段を制御する制御手段と、前記第１
   、もしくは前記第２の発熱抵抗の接続点に接続された第
   ３の抵抗群とからなる温度制御装置。
2. （２）ヒータ線は、発熱線を外巻きに、前記電極線は内
   巻きにした特許請求の範囲第１項記載の温度制御装置。
3. （３）第１、第２の整流素子のカソードはそれぞれ第１
   、第２の発熱抵抗に接続した特許請求の範囲第１項記載
   の温度制御装置。