JPH0447323B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、車の座席やベツド等を採暖する直流
電源用採暖装置に関するものである。

従来のこの種の直流電源用採暖装置は第１図に
示すように構成されていた。この例では車の座席
を採暖するカーシートヒータを示している。すな
わち、この第１図において、１は座部シート、２
は背部シート、３は前記座部および背部シート
１，２を加熱するヒータ線、４は前記座部および
背部シート１，２間に埋め込まれ、かつ前記ヒー
タ線３の温度制御を行うサーモスタツト、５はリ
ード線、６は車のバツテリーに接続するコネクタ
ーである。しかしながら、上記従来の構成では、
前記サーモスタツト４が一点の温度を検出して作
動するものであるため、他の部分の局部過熱を検
出することができず、例えば座布団が前記サーモ
スタツト４から外れて前記座部シート１を覆つて
いた場合などには、前記座布団と座部シート１間
のみが過熱することになり、その結果、前記サー
モスタツト４が作動せずに正確な温度制御が行え
ないばかりでなく、火災に至るという危険性があ
つた。

本発明は上記従来の欠点を解消するもので、ヒ
ータ線の全ての部分の過熱を検出して適切な温度
制御を行うことにより、精度の高い温度制御と火
災防止とを行うことを目的とするものである。

上記目的を達成するために本発明は、ヒータ線
と電極線とを温度依存性誘電体を介して巻回し、
チユーブ状に構成したチユービングヒータと、前
記ヒータ線の非通電状態においてこのヒータ線と
電極線間の前記誘電体の静電容量値を判別する容
量値判別回路と、この容量値判別回路の出力によ
つて一定時間出力反転状態を持続する時限タイマ
と、この時限タイマの出力によつて付勢され、か
つ前記ヒータ線の通電の制御を行う開閉素子とを
設けたものである。

本発明は上記構成とすることにより、前記ヒー
タ線の温度が設定温度より低い場合には、前記誘
電体の静電容量値が小さく、従つて前記ヒータ線
の非通電状態において前記ヒータ線と前記電極線
間で検出される静電容量値が設定値よりも小さい
と前記容量値判別回路が判別すると、前記時限タ
イマを反転し、一定時間前記開閉素子を付勢して
前記ヒータ線の通電を行い、設定温度まで引き上
げ、そして前記時限タイマのタイマ時間経過後に
は前記ヒータ線を非通電状態に戻すが、その時点
でもまだ設定温度に達していない時には、前記容
量値判別回路によつて前記時限タイマが再度反転
され、継続して設定温度になるまで前記ヒータ線
の時限ONを繰り返すという作用を行い、また前
記ヒータ線の温度が設定温度を越えた場合もしく
は前記ヒータ線の一部が過熱した場合には、前記
容量値判別回路が前記ヒータ線と前記電極線間の
静電容量値が設定値より大きくなつたと判断し、
前記時限タイマを再度反転することを止めるの
で、前記ヒータ線の再通電が停止され、前記ヒー
タ線の温度を設定温度に引き下げる作用を行うも
ので、前記誘電体が有する静電容量は、前記ヒー
タ線と電極線間に並列に無数に接続される等価回
路を有するため、局部過熱によつて一部の容量が
大きくなつた場合でも、これに伴つて前記ヒータ
線と電極線間で検出される容量値も大きくなり、
その結果、局部変化も敏感に検出することができ
る。

すなわち、上記作用によつてヒータ線が配設さ
れている採暖部の全面を総合的に監視して温度制
御できるため、精度の高い温度制御が可能になる
とともに、局部過熱に対しても敏感に反応し、温
度を下降させることができるので、火災防止の面
での安全性も飛躍的に向上し、さらにヒータ線温
度をヒータのOFF時に検出するので、誘電体の
容量値をヒータ線の電位勾配の影響を受けずに検
出でき、従つて精度の高い温度検出ができる等の
種々のすぐれた特長を有するものである。

以下、本発明の一実施例を第２図〜第７図を用
いて説明する。

第２図は本発明に用いられるチユービングヒー
タの構造図を示したもので、７は芯糸、８は前記
芯糸７上に巻回された電極線、９は前記電極線８
の全面を覆う誘電体で、この誘電体９はナイロン
などのように温度によつてその誘電率が変化する
温度依存性誘電体を用いる。１０は前記誘電体９
上に巻回されたヒータ線であり、１１は前記ヒー
タ線１０の全面を覆う絶縁被覆である。なお、チ
ユービングヒータの構造によつては、前記電極線
８と前記ヒータ線１０とが入れ替わつているも
の、または内側の線が巻回されずにまつすぐにな
つて芯糸を兼ねているものなどがあり、第２図に
示した例に限定されるものではない。

第３図は前記電極線８と前記ヒータ線１０間で
検出される前記誘電体９の静電容量値の温度特性
図であり、横軸に温度Ｔ、縦軸に静電容量値Ｃを
示す。この例では温度の上昇とともに静電容量値
Ｃが増加する特性を示している。

第４図は本発明の電気回路図、第５図は前記電
気回路図における要部電位の波形図を示したもの
で、１２は直流電源であり、この場合は車のバツ
テリーである。１３は採暖スイツチ、１４は容量
値判別回路で、この容量値判別回路１４は、発振
回路１５と、この発振回路１５の発振出力を直流
の電圧に変換するＤ／Ａ変換回路１６と、この
Ｄ／Ａ変換回路１６の出力電圧を基準値と比較し
て判別する比較回路１７とで構成されている。前
期発振回路１５は、抵抗１８〜２３とダイオード
２４およびオペアンプ２５で構成され、前記直流
電源１２の印加と同様に前記ヒータ線１０と前記
電極線８間の静電容量値に応じた周波数で自動的
に発振を継続する。前記誘電体９の温度が低い場
合には、誘電体９の静電容量値は小さいので、前
記オペアンプ２５の出力がLow時に前記抵抗１
８を介して行われる前記誘電体９の充電速度、お
よび前記オペアンプ２５の出力がHi時に前記抵
抗２２、ダイオード２４を介して行われる前記誘
電体９の放電速度が共に速くなり、従つて前記オ
ペアンプ２５の出力V_Fの発振周期は速く、逆に
前記誘電体９温度が高い場合には、前記静電容量
値が大きいので、前記オペアンプ２５の出力V_F
の発振周期は遅くなる。また前記Ｄ／Ａ変換回路
１６は、前記オペアンプ２５の出力V_FがHiのと
き、一定の電荷を通過させるコンデンサ２６と、
前記オペアンプ２５の出力V_FがLowのときに前
記コンデンサ２６に蓄積した電荷を放電する通路
を構成するダイオード２７と、前記コンデンサ２
６の一定通過電荷を積分するコンデンサ２８、抵
抗２９と、前記通過電荷を前記コンデンサ２８に
通し、かつ前記コンデンサ２６の放電時には前記
コンデンサ２８の放電を防止するダイオード３０
とで構成されている。前記オペアンプ２５の出力
V_Fの発振周期が速いとき、つまり温度が低いと
きには、前記コンデンサ２６を介して通過する一
定電荷の通過数が多くなるので、前記コンデンサ
２８の積分電位V_Dは上昇し、また前記オペアン
プ２５の出力V_Fの発振周期が遅いとき、つまり
温度が高いときには逆に前記積分電位V_Dは下降
する。また前記比較回路１７は、基準電位V_Sを
得るための抵抗３１，３２および前記基準電位
V_Sを変化させるための可変抵抗３３と、前記積
分電位V_Dと前記基準電位V_Sとを比較し、その出
力を反転するオペアンプ３４とで構成されてい
る。前記積分電位V_Dと基準電位V_SがV_D＞V_Sのと
き、つまり設定温度よりも検出温度が低い場合に
は、前記オペアンプ３４の出力はHiであり、ま
た前記積分電位V_Dと基準電位V_SがV_D＜V_S、つま
り設定温度よりも検出温度が高い場合には、前記
オペアンプ３４の出力はLowである。従つて前
記可変抵抗３３の値を小さくすると、前記基準電
位V_Sが上がり、設定温度を下げることができる。
３５は時限タイマで、この時限タイマ３５は、タ
イマ時間を決定するコンデンサ３６と充電抵抗３
７、基準電位Voを得る抵抗３８，３９、放電用
の抵抗４０とダイオード４１、前記コンデンサ３
６の電位Voと前記基準電位Voとを比較して反転
するオペアンプ４２、入力固定手段としてのダイ
オード４３、出力抵抗４４および、後に説明する
が、前記コンデンサ３６の放電を確実に行わせる
ためのダイオード４５とで構成されている。設定
温度よりも検出温度が高い場合、つまり前記オペ
アンプ３４の出力がLowのときには、前記コン
デンサ３６の電荷は前記抵抗４０とダイオード４
１を介して瞬時に放電され零になつているので、
コンデンサ３６の電位V_Cと基準電位VoはV_C＜
Voの状態にあり、前記オペアンプ４２の出力V_A
はLowになつている。また設定温度よりも検出
温度が低くなると、つまり前記オペアンプ３４の
出力がHiになると、前記抵抗４０〓抵抗３７に
選定することにより、前記オペアンプ４２の
（＋）側入力電位V_CもHiになつてV_C＞Voになる
ので、前記オペアンプ４２の出力V_AもHiになり、
前記ダイオード４３を介して前記コンデンサ３６
の（＋）側をHiに固定する。つまり前記オペア
ンプ４２の出力V_Aが一旦Hiになると、その後、
前記オペアンプ３４の出力が前記ダイオード４５
の作用によりLowになるが、前記コンデンサ３
６の（＋）側電位はHiを維持し、前記抵抗３７
を介して前記コンデンサ３６の充電を継続する。
この充電とともに前記オペアンプ４２の（＋）側
入力電位V_Cは下降して行くが、オペアンプ４２
の（＋）側入力電位V_Cと基準電位VoがV_C＜Vo
となつた時点で前記オペアンプ４２の出力V_Aは
Lowに戻り、前記コンデンサ３６の蓄積電荷は
前記抵抗４０、ダイオード４１を介して急速放電
して次に前記オペアンプ３４の出力がHiになる
のを待機する。もし、前記オペアンプ４２の出力
V_AがLowに戻つた時に、まだ設定温度よりも検
出温度が低く、前記オペアンプ３４の出力が瞬間
のLow期間（この間に前記コンデンサ３６の放
電が完了する）を経てHiに戻つた場合には、即
座に前記動作を繰り返し、前記オペアンプ４２の
出力V_AはHiに戻り、再びそのHiを一定時間持続
する。４６は開閉素子で、この開閉素子４６は１
個のトランジスタ４７で構成されており、前記オ
ペアンプ４２の出力電位V_AがHiのとき、つまり
前記時限タイマ３５の作動時にONし、前記ヒー
タ線１０の通電を行う。説明は少し戻るが、前記
トランジスタ４７がONの時には前記ダイオード
４５を介して前記コンデンサ２８の電荷を零にし
ておく。従つて前記時限タイマ３５のタイマ時間
が完了し、前記トランジスタ４７がOFFになつ
た時点から、再度前記コンデンサ２６を介して前
記コンデンサ２８の充電が行われるため、前記コ
ンデンサ２６からの投入電荷量が多い場合（検出
温度が低い場合）でも前記比較回路１７のオペア
ンプ３４の出力がLowからHiに反転するのに瞬
間的とは言え、一定の時間がかかる。その一定時
間よりも前記コンデンサ３６の放電時間を短く設
定しておくことにより、前記コンデンサ３６の放
電が確実に行われ、前記時限タイマ３５が繰り返
し作動されたとしても、常に一定の反転状態の持
続を得ることができるものである。

上記第４図の回路構成において、前記採暖スイ
ツチ１３をONすると、前記発振回路１５が前記
誘電体９の値に応じた周波数で発振を行い、その
発振出力V_Fは前記Ｄ／Ａ変換回路１６で直流電
位V_Dに変換される。前記ヒータ線１０の温度、
つまり前記誘電体９の温度が設定温度より高い場
合には、前記比較回路１７の基準電位V_Sよりも
前記直流電位V_Dが低く、前記時限タイマ３５は
作動せず、従つて前記開閉素子４６はOFFし、
前記ヒータ線１０の通電を行わないので、温度は
下降する。従つて前記発振回路１５の周波数は上
昇し、前記Ｄ／Ａ変換回路１６の直流電位V_Dも
上昇して行く。前記温度が設定温度より下がる
と、直流電位V_Dと基準電位V_SはV_D＞V_Sとなり、
前記比較回路１７の出力が反転し、前記時限タイ
マ３５を作動して前記開閉素子４６をONし、前
記ヒータ線１０へ一定時間の通電を行う。前記時
限タイマ３５による一定時間のヒータ線１０への
通電後でも、まだ設定温度に達しない場合には、
前記一定時間のヒータ線１０への通電を繰り返
し、この場合、前記ヒータ線１０は連続通電状態
になるが、前記ヒータ線１０の温度を設定温度に
引き上げる。このようにして前記ヒータ線１０の
温度を設定温度に制御する。しかるに、前記ヒー
タ線１０が通電されている時には、前記ヒータ線
１０に電位勾配が生じるので、前記ヒータ線１０
に通電した状態で温度検出、つまり前記誘電体９
の容量値判別を行おうとすると、前記直流電源１
２のアース側に近い部分、すなわち、前記開閉素
子４６との接続側の容量値判別が不可能になり、
均等な温度検出ができないが、本発明の構成で
は、ヒータ線温度が設定温度より低い場合であつ
ても、時限タイマの復帰時に前記ヒータ線１０の
非通電時間を強制的に設け、その時間に温度検出
を行うものであるため、精度の高い温度検出およ
び制御が行える。前記のタイマ時間は、応答の速
い機器においてはそれに応じて短く設定すること
により、制御温度の変動をほとんどなくすること
ができる。また、検出温度が設定温度よりはるか
に低い場合に、前記時限タイマ３５の繰り返し作
動による前記ヒータ線１０の通電を効率良く行
い、立上がりを速くさせるためには、前記時限タ
イマ３５の作動時間に比べて強制的に設けられる
前記ヒータ線１０の非通電時間、つまり前記コン
デンサ２８の電荷が前記ダイオード４５およびト
ランジスタ４７のONによつて零になつている状
態から前記時限タイマ３５が復帰して前記コンデ
ンサ２８の電位が前記基準電位V_Sまで上昇し、
前記コンパレータ３４の出力がHiに反転するま
での時間を非常に短く設定すれば良く、これによ
つて連続通電とほとんど変わらない立上がりを得
ることができる。

第６図は本発明の他の実施例における電気回路
図を示したもので、この実施例は、第４図におけ
る時限タイマのほとんどの構成部品をＤ／Ａ変換
回路および比較回路と共用化して合理化を図つた
ものである。なお、第４図と同一番号のものは同
一物を示すものであり、説明は省略する。

第７図は第６図の電気回路図における要部電位
の波形図である。

第６図において、４８は基準電位V_SSと前記コ
ンデンサ２８の電位V_DDとを比較するオペアンプ
である。４９はダイオード、５０抵抗で、この抵
抗５０と前記ダイオード４９は前記オペアンプ４
８の出力V_AAがLowになつたときに前記基準電位
V_SSを下げて後述するタイマ時間を得るためのも
のである。５１は前記オペアンプ４８の出力抵
抗、５２は前記開閉素子４６がONのときに前記
Ｄ／Ａ変換回路１６の入力電位をアースに落とし
て前記ダイオード３０を逆バイアスし、前記コン
デンサ２８への電荷の流入を防止するためのダイ
オードである。５３，５４は互いに反転してON
−OFFするトランジスタ、５５は電流制御用抵
抗である。また前記時限タイマ３５は、前記Ｄ／
Ａ変換回路１６の一部と前記比較回路１７の構成
部品を共用して構成されている。

上記第６図の構成において、前記採暖スイツチ
１３をONすると、第４図の実施例の場合と同様
に前記発振回路１５が発振し、その出力V_Fは前
記Ｄ／Ａ変換回路１６で直流電位V_DDに変換され
るが、検出温度が設定温度よりも高い場合には、
コンデンサ２８の電位V_DDと基準電位V_SSはV_DD＜
V_SSであり、従つて前記オペアンプ４８の出力
V_AAはHi、かつ前記トランジスタ５４はOFFと
なつて前記ヒータ線１０への通電は行われず、温
度は下降する。また前記検出温度が設定温度より
も下がると、V_DD＞V_SSとなり、その結果、前記
オペアンプ４８の出力V_AAがLowに反転し、前記
ヒータ線１０への通電を開始すると同時に、前記
抵抗３１と並列に前記ダイオード４９と抵抗５０
が接続されて前記基準電位V_SSを下げる。その時、
前記ダイオード５２によつて前記ダイオード３０
が逆バイアスになるので、前記コンデンサ２８へ
の充電は行われず、従つて前記抵抗２９を介して
放電を行うので、前記コンデンサ２８の電位V_DD
は徐々に下降する。そして一定時間後には、コン
デンサ２８の電位V_DDと基準電位V_SSはV_DD＜V_SS
（下がつた値）となり、前記オペアンプ４８の出
力出力V_AAがHiに戻り、前記ヒータ線の通電を停
止するとともに、前記基準電位V_SSを引き上げて
元の値に戻し、また前記ダイオード３０の逆バイ
アスを解いて前記電位V_DDを復帰させ、最初の状
態に戻る。

従つて、第４図の電気回路図と比較すると、構
成部品は共用化により大幅に減少しているが、動
作そのものは前と全く変わりがない。

以上のように本発明の直流電源用採暖装置は、
ヒータ線と電極線とを温度依存性誘電体を介して
巻回し、チユーブ状に構成したチユービングヒー
タと、前記ヒータ線の非通電状態においてこのヒ
ータ線と電極線間の静電容量値を判別する容量値
判別回路と、この容量値判別回路の出力によつて
一定時間出力反転状態を持続する時限タイマと、
この時限タイマの出力によつて付勢され、かつ前
記ヒータ線の通電の制御を行う開閉素子とを有
し、前記ヒータ線の非通電時に前記容量値判別回
路が前記誘電体の静電容量値の判別によつて前記
ヒータ線の温度が設定温度よりも低いと判断され
た場合には、前記時限タイマを作動し、前記開閉
素子を付勢して前記ヒータ線の通電を一定時間行
い、温度を引き上げるとともに、一定時間後には
前記時限タイマによる前記開閉素子の付勢を解除
し、前記ヒータ線への通電を一旦停止して再度前
記容量値判別回路による前記誘電体の静電容量値
の判別、つまり前記ヒータ線の温度検出を行い、
その時にまだ設定温度よりも低い場合には再度前
記時限タイマによる一定時間の通電を繰り返して
前記ヒータ線温度を設定温度に引き上げ、そして
設定温度より上昇した場合には前記時限タイマの
作動を停止し、前記ヒータ線の再通電を停止して
設定温度より下がるのを待機することによつて、
ヒータ線温度を設定温度に制御する構成としてい
るため、次のような種々のすぐれた特長を有する
ものである。

(1) ヒータ線が配設されている採暖部の全面を総
合的に監視して温度制御できるため、精度の高
い温度制御が可能になる。

(2) 誘電体が有する静電容量は、前記ヒータ線と
電極線間に並列に無数に接続される等価回路を
有するため、局部過熱によつて一部の容量が大
きくなつた場合でも前記ヒータ線と電極線間で
検出される容量値も大きくなり、その結果、局
部過熱も敏感に検出できるため、火災防止の面
での安全性が飛躍的に向上する。

(3) ヒータ線の非通電時、つまり前記ヒータ線に
電位勾配が発生していない時に前記ヒータ線と
電極線間に誘電体の静電容量値を判別し、温度
極出を行うので、容量判別を正確に行うことが
でき、従つて温度検出精度は高くなるものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の直流電源用採暖装置の構成図、
第２図は本発明の直流電源用採暖装置に用いられ
るチユービングヒータの構造を示す斜視図、第３
図は同チユービングヒータの温度−静電容量値特
性図、第４図は同直流電源用採暖装置における電
気回路図、第５図は上記第４図の電気回路図にお
ける要部電位の波形図、第６図は本発明の他の実
施例における電気回路図、第７図は上記第６図の
電気回路図における要部電位の波形図である。 ８……電極線、９……誘電体、１０……ヒータ
線、１２……直流電源、１４……容量値判別回
路、１５……発振回路、１６……Ｄ／Ａ変換回
路、１７……比較回路、３５……時限タイマ、４
３，４５……ダイオード、４６……開閉素子、５
２……ダイオード。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ヒータ線と電極線とを温度依存性誘電体を介
   して巻回し、チユーブ状に構成したチユービング
   ヒータと、前記ヒータ線の非通電状態においてこ
   のヒータ線と電極線間の前記誘電体の静電容量値
   を判別する容量値判別回路と、この容量値判別回
   路の出力によつて一定時間出力反転状態を持続す
   る時限タイマと、この時限タイマの出力によつて
   付勢され、かつ前記ヒータ線の通電の制御を開閉
   素子とを設けた直流電源用採暖装置。 ２ 前記容量値判別回路は前記誘電体の静電容量
   値に応じた発振を行う発振回路と、この発振回路
   の発振出力を直流の電圧に変換するＤ／Ａ変換回
   路と、このＤ／Ａ変換回路の出力電圧を基準値と
   比較して判別する比較回路とで構成するととも
   に、時限タイマは出力反転時に前記比較回路の出
   力状態に影響を受けない入力固定手段を内蔵した
   特許請求の範囲第１項記載の直流電源用採暖装
   置。