JPH06231865A - 発熱体の温度制御回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 製品組み込み後の検知線のインピーダンスに
バラツキがあっても或いは経時変化が起こっても、発熱
線の設定温度の補正を適宜行うことのできる発熱体の温
度制御回路を提供する。 【構成】 動作開始時における入力電圧Ｖａの大小の差
異を検知線３個々のインピーダンスの差異として捉える
ので、温度制御回路６は動作開始時にまず、室温入力電
圧Ｖｃ及び入力電圧Ｖａを取り込む。温度制御回路６
は、各室温における入力電圧Ｖａ初期値の標準値を記憶
しており、室温入力電圧Ｖｃから得られる室温における
入力電圧Ｖａ初期値の標準値に対し実際の入力電圧Ｖａ
の値が小さ（大き）ければ検知線３のインピーダンスも
標準より小さい（大きい）と推定する。基準電圧Ｖｂの
値としては、標準値のままでは発熱線２の温度が保温設
定したい摂氏５０度を超えてしまう（に達しない）ので
保温設定する温度が摂氏５０度になるようにこれを補正
する。以後、入力電圧Ｖａは基準電圧Ｖｂの補正値近傍
を往復し発熱線２の温度は正確に摂氏５０度近傍に保持
される構成。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、特に電気カーペット等
に用いられる発熱体の温度制御回路に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】電気カーペット等の保温器具に用いられ
る発熱線の温度を制御する従来の温度制御回路について
以下図示に基づいて説明する。まず一般に用いられる発
熱線一体型センサー１の構造図を図２に示す。図２に示
す発熱線一体型センサー１は、巻芯２３に発熱線２を巻
いたものをナイロン被覆２４で被覆し、さらにこの外側
を前記発熱線２の温度を検出する検知線３で巻いたもの
をポリ塩化ビニル外被２５で被覆して造られる。

【０００３】次に、従来の温度制御回路の回路図を図６
に示し説明する。図６において、発熱線一体型センサー
１及びその発熱線２と検知線３は、図２に示し説明した
構造を有している。発熱線２の一端を端子５及びアース
ラインに接続し、発熱線２の他端をリレー接点１２の一
方に接続する。リレー接点１２の他方を端子４と温度制
御回路６の端子ｅとダイオード８のカソードに接続す
る。温度制御回路６の端子ｊをアースラインに接続す
る。尚、端子４、５には、家庭用１００Ｖの交流電圧Ｅ
が印加されており、リレー接点１２がオンしている限り
発熱線２は発熱し続ける仕組みとなっているので、リレ
ー接点１２のオン・オフにより発熱線２の発熱量を調整
し温度制御を行うことになる。

【０００４】一方、検知線３の一端を、抵抗２０を介し
て、ダイオード８、９のアノードに接続する。ダイオー
ド９のカソードはアースラインに接続する。検知線３の
他端を、半固定抵抗４０を介して、ダイオード１０のカ
ソードに接続する。ダイオード１０のアノードを、温度
制御回路６の端子ｈと抵抗２１の一端とコンデンサ１６
の一方の電極に接続し、コンデンサ１６の他方の電極を
アースラインに接続する。抵抗２１の他端を抵抗４１と
半固定抵抗４２の一端に接続し、抵抗４１と半固定抵抗
４２の他端には直流電圧Ｖ1 を印加する。

【０００５】従って、検知線３、抵抗２０、半固定抵抗
４０と抵抗２１、４１、半固定抵抗４２により直流電圧
Ｖ1 が分圧されて生じる入力電圧Ｖａが、温度制御回路
６の端子ｈに供給される。発熱線２の温度上昇又は下降
とともに検知線３のインピーダンスが増加又は減少する
と、この入力電圧Ｖａは大きく又は小さくなる。従っ
て、発熱線２の温度が、検知線３により電圧信号である
入力電圧Ｖａに変換されて温度制御回路６によりモニタ
ーされることになる。

【０００６】一方、リレーコイル１１の一端とダイオー
ド７のカソードと温度制御回路６の端子ｆには直流電圧
ＶO が印加されている。リレーコイル１１の他端とダイ
オード７のアノードとトランジスタ１３のコレクタを接
続する。トランジスタ１３のベースを電界コンデンサ１
４を介してアースラインに接続するとともに、抵抗１８
を介して温度制御回路６の端子ｇに接続する。トランジ
スタ１３のエミッタをアースラインに接続する。

【０００７】温度制御回路６は、１チップのマイクロコ
ンピュータ（以後「マイコン」という）により構成さ
れ、その内部に予め基準電圧Ｖｂが設定されている。温
度制御回路６は、入力電圧Ｖａと基準電圧Ｖｂを比較
し、入力電圧Ｖａが基準電圧Ｖｂより小さいときは、ト
ランジスタ１３のベースに抵抗１８を介して”Ｈｉｇ
ｈ”レベルの電圧を与えてトランジスタ１３をＯＮし、
それによってリレーコイル１１を通電してリレー接点１
２を閉じる。逆に、入力電圧Ｖａが基準電圧Ｖｂより大
きくなると、温度制御回路６はトランジスタ１３のベー
スに抵抗１８を介して”Ｌｏｗ”レベルの電圧を与えて
トランジスタ１３をＯＦＦ状態にし、それによってリレ
ーコイル１１の通電を遮断し、リレー接点１２を開く。

【０００８】上記のように組まれたフィードバックによ
る温度制御回路において、発熱線２の温度上昇（下降）
とともに検知線３の温度も上昇（下降）しこれに伴って
該検知線３の抵抗値も上昇（下降）して、入力電圧Ｖａ
が大きく（小さく）なる。入力電圧Ｖａが基準電圧Ｖｂ
より大きく（小さく）なると、温度制御回路６はトラン
ジスタ１３のベースに抵抗１８を介してオフ（オン）電
圧を与えリレーコイル１１の通電を遮断（開始）し、リ
レー接点１２を開いて（閉じて）発熱線２の発熱を停止
（開始）してカーペット本体の温度を下降（上昇）させ
る。このような温度制御動作が繰り返されて、発熱線の
温度は一定の範囲に保たれる。

【０００９】抵抗１９の一端には直流電圧Ｖ2 が与えら
れており、その他端を室温センサー１７の一方の端子と
コンデンサ１５の一方の電極と温度制御回路６の端子ｉ
を接続する。室温センサー１７の他方の端子とコンデン
サ１５の他方の電極をアースラインに接続する。室温セ
ンサー１７と抵抗１９は、直流電圧Ｖ2 を分圧し、その
接続点において室温入力電圧Ｖｃを生成し温度制御回路
６の端子ｉに供給する。ところで、室温センサー１７は
感温素子により形成され、室温が高く（低く）なるとそ
の抵抗値が小さく（大きく）なるのでこれに伴って、室
温入力電圧Ｖｃは小さく（大きく）なる。温度制御回路
６はこの室温入力電圧Ｖｃを端子ｉから随時取り込み、
室温が上昇（下降）して室温入力電圧Ｖｃが下がれば
（上がれば）、暖房は徐々に不要（必要）となってくる
ので、基準電圧Ｖｂを低く（高く）設定し直して、発熱
線の設定温度を室温に応じて適宜変更し電力の浪費を避
けている。（特開昭６３−２９４７９公報参照）

【００１０】次に、従来の温度制御回路における入力電
圧Ｖａの経時変化について、簡単のため室温が摂氏２０
度、摂氏１０度であるとして、基準電圧Ｖｂ、室温入力
電圧Ｖｃとの関係とともに図７、図８にそれぞれ示す。
図７、図８において、Ｖc(20) は摂氏２０度のときの室
温入力電圧Ｖｃである。Ｖc(10) は摂氏１０度のときの
室温入力電圧Ｖｃである。ただし、室温入力電圧Ｖc(1
0) は、室温入力電圧Ｖc(20) より大きい。このよう
に、室温入力電圧Ｖｃは、室温が低ければより大きくな
り室温が高ければより小さくなる。

【００１１】まず温度制御回路６は、室温入力電圧Ｖc
(20) 、Ｖc(10) に基づき基準電圧Ｖｂの値を標準のＶb
(20)、Ｖb (10)に設定する。ただし、室温が摂氏１０
度のときの基準電圧Ｖｂの設定値Ｖb (10)は、室温が摂
氏２０度のときの基準電圧Ｖｂの設定値Ｖb (20)より大
きい。このように動作開始時に温度制御回路６は、室温
が低ければ（室温入力電圧Ｖｃが大きければ）基準電圧
Ｖｂの値をより大きく、室温が高ければ（室温入力電圧
Ｖｃが小さければ）基準電圧Ｖｂの値をより小さく設定
する。

【００１２】検知線３のインピーダンスは、個々ばらつ
きがあるため２つの発熱体ア、イ（図示せず）をそのま
ま用いると、発熱体アの入力電圧Ｖａの値は、室温が摂
氏２０度のときは、動作開始時においてＶ1 (20)であり
以後、図７のグラフＶa (20)のように変化する。時刻Ａ
において、発熱体アの温度は摂氏５０度になり、入力電
圧Ｖａの値も基準電圧Ｖｂに達する。その後、入力電圧
Ｖａの値が基準電圧Ｖｂ近傍を往復し、発熱体アの温度
は、設定温度である摂氏５０度近傍に保温される。

【００１３】また室温が摂氏１０度のときも、動作開始
時においてＶ1 (10)であり以後、図８のグラフＶa (10)
のように変化する。時刻Ａ’において、発熱体アの温度
は摂氏５５度になり、入力電圧Ｖａの値も基準電圧Ｖｂ
に達する。その後、入力電圧Ｖａの値が基準電圧Ｖｂ近
傍を往復し、発熱体アの温度は、設定温度である摂氏５
５度近傍に保温される。

【００１４】一方、発熱体イの入力電圧Ｖａの値は、室
温が摂氏２０度のときは、動作開始時においてＶ1'(20)
であり以後、図７のグラフＶa'(20)のように変化する。
時刻Ｂにおいて、発熱体イの温度は摂氏５０度を超え、
時刻Ｃにおいて、発熱体イの温度は摂氏５５度になり、
入力電圧Ｖａの値も基準電圧Ｖｂに達する。その後、入
力電圧Ｖａの値が基準電圧Ｖｂ近傍を往復し、発熱体イ
の温度は、設定温度である摂氏５０度ではなく摂氏５５
度近傍に保温される。

【００１５】また室温が摂氏１０度のときも、動作開始
時においてＶ1'(10)であり以後、図８のグラフＶa'(10)
のように変化する。時刻Ｂ’において、発熱体イの温度
は摂氏５５度を超え、時刻Ｃ’において、発熱体イの温
度は摂氏６０度になり、入力電圧Ｖａの値も基準電圧Ｖ
ｂに達する。その後、入力電圧Ｖａの値が基準電圧Ｖｂ
近傍を往復し、発熱体イの温度は、設定温度である摂氏
５５度ではなく摂氏６０度近傍に保温される。

【００１６】この保温される温度の設定温度に対するず
れがさらに大きくなることもありこれを防止するため、
組み込み後の温度制御回路において半固定抵抗４０、４
２を調整する。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】このように発熱体の温
度制御は、結果である発熱線２の温度を検知しこれに基
づいて原因である発熱量を決定するフィードバックによ
り為される。特に、結果検知手段に相当する検知線３の
インピーダンスは個々異なりバラツキがあるので、製品
化した発熱体個々において、入力電圧Ｖａを一定に保持
してもその際設定される温度がそれぞれ異なり、表面温
度が上がり過ぎたり低かったりする不具合が生じる。こ
の不具合を防ぐにも上述のように、インピーダンスの較
差２０％以内のバラツキの小さい検知線３を選別する作
業を行ったり、バラツキを押さえるため半固定抵抗４
０、４２を回路中に施しこれらの抵抗値を調節する手間
がかかり、部品増による製造原価高や本体組立時の工程
数を増加させる問題が生じていた。

【００１８】また、たとえ検知線３のインピーダンスの
選別及び調整を行っても、検知線３のインピーダンスは
経時的に変化し、発熱線２について入力電圧Ｖａによる
検知温度と実際の温度とが大きくずれるので前記不具合
を防ぐことができなくなる。

【００１９】発熱線２の実際の温度が検知温度よりかな
り低い場合は、発熱体としての機能を果たさず故障であ
るとすぐ使用者に認知される。しかし、発熱線２の実際
の温度が検知温度よりかなり高い場合、室温も少々上昇
しており減少した室温入力電圧Ｖｃにより補正を受け下
げられた基準電圧Ｖｂとの比較で入力電圧Ｖａを下げ発
熱線２の実際の温度上昇を食い止める制御が働く。しか
し、発熱線２の実際の温度上昇に対して、表面温度まし
て室温はすぐには上昇しないのでこの制御が遅れて表面
温度が上昇し、使用者の故障認知が遅れ火傷や火災等の
原因になるような危険な状態となることもありえた。

【００２０】本発明は、このような問題点を解決するた
めに、製品組み込み後の検知線のインピーダンスにバラ
ツキがあっても或いは経時変化が起こっても、発熱線の
設定温度の補正を適宜行うことのできる発熱体の温度制
御回路を提供することを目的とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の発熱体は、電源からの給電により発熱する
発熱手段と；この発熱手段の温度を検知線によって検出
する第１温度検知手段と；前記発熱手段が置かれる周囲
の温度を検出する第２温度検知手段と；前記発熱手段の
温度が収束する基準温度を前記第２温度検知手段の出力
に基づいて設定する基準温度設定手段と；前記第１温度
検知手段の出力に基づいて前記発熱手段の温度が前記基
準温度に収束するように前記発熱手段の発熱量を制御す
る制御手段とから成る発熱体の温度制御回路において、
前記第１温度検知手段と第２温度検知手段の出力に基づ
いて前記検知線の初期インピーダンスを求め、該初期イ
ンピーダンスと前記第２温度検知手段の出力に基づいて
前記基準温度を設定するようにしたことを特徴とする。

【００２２】

【作用】このようにすると、検知線のインピーダンスに
バラツキがあったり経時的に変化しても、温度制御回路
が動作開始時に検知線のインピーダンスを新たに求め、
このインピーダンスに応じて基準温度を決定するので正
確な温度制御が可能となる。

【００２３】

【実施例】電気カーペット等保温器具に用いられる温度
制御回路に関する本発明の実施例について以下図示に基
づいて説明する。尚、以下の説明において「室温」とは
床面ないし周囲空調雰囲気の温度を含めて意味するもの
とする。本発明を実施した温度制御回路の回路図を図１
に示す。このときの発熱線一体型センサー１は、従来例
で説明した図２の構造図と同じ構造を有している。

【００２４】また、本発明を実施した温度制御回路にお
ける入力電圧Ｖａの経時変化について、簡単のため室温
が摂氏２０度、摂氏１０度であるとして、基準電圧Ｖ
ｂ、室温入力電圧Ｖｃとの関係とともに図３、図４にそ
れぞれ示す。図３、図４において、Ｖc(20) 、Ｖc(10)
は摂氏２０度、１０度のときの室温入力電圧Ｖｃであ
る。温度制御回路６は、各室温ごとに入力電圧Ｖａの標
準的推移を記憶している。室温が摂氏２０度、１０度の
場合における入力電圧Ｖａの標準的推移は図３、図４の
グラフＶa1(20)、Ｖa1(10)である。

【００２５】図１において、図６に示した従来の温度制
御回路と異なるのは半固定抵抗４０の両端を削除すると
ともに、半固定抵抗４２、抵抗４１の代わりに抵抗２２
を接続した点だけであり、他は同じであるので図６と同
じ箇所には同じ符号を付し説明を省略する。

【００２６】動作開始時における入力電圧Ｖａの大小の
差異を、検知線３個々のインピーダンスの差異と捉え
る。この時点で、温度制御回路６はまず、室温入力電圧
Ｖｃ及び入力電圧Ｖａを取り込む。

【００２７】取り込んだ室温入力電圧Ｖｃから室温が摂
氏２０度と判断される場合、図３に示すように入力電圧
Ｖａの標準値Ｖ1(20) に対し実際の入力電圧Ｖａの値が
Ｖ2(20) であって小さければ、検知線３のインピーダン
スも標準より小さいと推定する。基準電圧Ｖｂの値とし
ては、標準値Ｖb1(20)のままでは発熱線２の温度が保温
設定したい摂氏５０度を超えてしまうので保温設定する
温度が摂氏５０度になるように、これを補正して補正値
Ｖb2(20)に設定する。以後、室温が摂氏２０度のままで
あるとすると、入力電圧ＶａはグラフＶa2(20)のように
推移し基準電圧Ｖｂの補正値Ｖb2(20)近傍を往復し、発
熱線２の温度は正確に摂氏５０度近傍に保持される。

【００２８】逆に、入力電圧Ｖａの標準値Ｖ1(20) に対
し実際の入力電圧Ｖａの値がＶ3(20) であって大きけれ
ば、検知線３のインピーダンスも標準より大きいと推定
する。基準電圧Ｖｂの値としては、標準値Ｖb1(20)のま
までは発熱線２の温度が保温設定したい摂氏５０度に達
しないので保温設定する温度が摂氏５０度になるよう
に、これを補正して補正値Ｖb3(20)に設定する。以後、
室温が摂氏２０度のままであるとすると、入力電圧Ｖａ
はグラフＶa3(20)のように推移し基準電圧Ｖｂの補正値
Ｖb3(20)近傍を往復し、発熱線２の温度は正確に摂氏５
０度近傍に保持される。

【００２９】取り込んだ室温入力電圧Ｖｃから室温が摂
氏１０度と判断される場合は設定温度を摂氏５５度とし
て図４に示すようになるが、この場合もまた他の室温に
おいても図３と同様に推移する。いうまでもなく図４に
おいて、室温入力電圧Ｖｃの値Ｖc(20) よりＶc(10) の
方が大きく、基準電圧Ｖｂの値Ｖb1(20)、Ｖb2(20)、Ｖ
b3(20)よりＶb1(10)、Ｖb2(10)、Ｖb3(10)の方がそれぞ
れ大きく、入力電圧ＶａのグラフＶa1(20)、Ｖa2(20)、
Ｖa3(20)よりＶa1(10)、Ｖa2(10)、Ｖa3(10)の方がそれ
ぞれ大きくなる。また入力電圧Ｖａの初期値Ｖ1(20) 、
Ｖ2(20) 、Ｖ3(20) よりＶ1(10) 、Ｖ2(10) 、Ｖ3(10)
の方がそれぞれ小さくなる。

【００３０】次に、本発明の別の実施例として、発熱す
る部分と感熱する部分が別々にカーペット本体内に配設
された型の温度制御回路の回路図を図５に示す。図５に
おいて、図１に示し説明したものと同じ箇所には同じ番
号を付し説明を省略する。この場合、図２に示したよう
に発熱線２と検知線３が一体と成った発熱線一体型セン
サー１を用いておらず、発熱線３２とその温度を検知す
るための感熱線３１が発熱体内に平行に配されている。

【００３１】感熱線３１の温度変化に伴ってインピーダ
ンスが変化し、電界コンデンサ２８を介して点Ｘの交流
の電圧ＶX の振幅が変動する。該電圧ＶX は、抵抗３４
とダイオード２７、及び電界コンデンサ２９によって整
流され、抵抗３８、３９及びコンデンサ３０によって平
滑されて直流電圧ＶY になり（点Ｙ）、抵抗３７を通し
て入力電圧Ｖａと成し温度制御回路６の端子ｈに与えら
れる。この後の制御動作は、図１に示し説明した温度制
御回路の場合と同様に行われるので説明を省略する。

【００３２】尚、抵抗３５、３６により電圧Ｖ1 が分圧
されたＺ点の電圧ＶZ は、電圧ＶYの許容値ＶZ でもあ
り、電圧ＶY が許容値ＶZ を超えようとしてもダイオー
ド２６が導通し電圧ＶY を許容値ＶZ とすることがで
き、温度制御回路６の破壊をくいとめる。

【００３３】また、上記実施例において発熱手段として
発熱線２、３２を用いジュール熱による電気カーペット
の場合について説明したが、燃焼によるもの等他の発熱
方法によってもよい。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
製品組み込み後の検知線のインピーダンスにバラツキが
あっても或いは検知線のインピーダンスが経時的に変化
しても、発熱線の設定温度の補正を適宜行うことがで
き、確実な温度制御が可能となる。さらに、インピーダ
ンスのバラツキの小さい検知線を選別する作業が不要と
なり、インピーダンスのバラツキを調整するための可変
抵抗等の調整部品を組み込む工程を不要とするとともに
その原価を削減することができる。また、検知線の経時
変化によって検知温度と実際の温度に差異が生じても、
発熱線の温度を所定の設定温度に保持するので火傷や火
災等の危険が全く無い。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明を実施した温度制御回路の回路図。

【図２】 発熱線一体型センサーの構造図。

【図３】 本発明の温度制御回路における入力電圧Ｖａ
の経時変化を示す図。

【図４】 本発明の温度制御回路における入力電圧Ｖａ
の経時変化を示す図。

【図５】 本発明を実施した別の温度制御回路の回路
図。

【図６】 従来の温度制御回路の回路図。

【図７】 従来の温度制御回路における入力電圧Ｖａの
経時変化を示す図。

【図８】 従来の温度制御回路における入力電圧Ｖａの
経時変化を示す図。

【符号の説明】

１ 発熱線一体形センサー ２ 発熱線 ３ 検知線 ４ 端子 ５ 端子 ６ 温度制御回路 ｅ〜ｊ 端子 ７ ダイオード ８ ダイオード ９ ダイオード １０ ダイオード １１ リレーコイル １２ リレー接点 １３ トランジスタ １４ 電界コンデンサ １５ コンデンサ １６ コンデンサ １７ 室温センサー １８ 抵抗 １９ 抵抗 ２０ 抵抗 ２１ 抵抗 ２２ 抵抗 ２３ 巻芯 ２４ ナイロン被膜 ２５ ポリ塩化ビニル外皮 ２６ ダイオード ２７ ダイオード ２８ 電界コンデンサ ２９ 電界コンデンサ ３０ コンデンサ ３１ 感熱線 ３２ 発熱線 ３３ 抵抗 ３４ 抵抗 ３５ 抵抗 ３６ 抵抗 ３７ 抵抗 ３８ 抵抗 ３９ 抵抗 ４０ 半固定抵抗 ４１ 抵抗 ４２ 半固定抵抗 Ｖａ 入力電圧 ＶX 電圧 ＶY 電圧 ＶZ 電圧 Ｅ 交流電圧 Ｖ0、Ｖ1 、Ｖ2 直流電圧 Ｖa1(20)、Ｖa2(20)、Ｖa3(20) 入力電圧Ｖａのグラフ Ｖa1(10)、Ｖa2(10)、Ｖa3(10) 入力電圧Ｖａのグラフ Ｖ1(20) 、Ｖ2(20) 、Ｖ3(20) 入力電圧Ｖａの初期値 Ｖ1(10) 、Ｖ2(10) 、Ｖ3(10) 入力電圧Ｖａの初期値 Ｖb1(20)、Ｖb2(20)、Ｖb3(20) 基準電圧Ｖｂの値 Ｖb1(10)、Ｖb2(10)、Ｖb3(10) 基準電圧Ｖｂの値 Ｖc(10) 、Ｖc(20) 室温入力電圧Ｖｃの値 Ａ、Ｂ、Ｃ 時刻 Ａ’、Ｂ’、Ｃ’ 時刻 Ｘ、Ｙ、Ｚ 点

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電源からの給電により発熱する発熱手段
   と；この発熱手段の温度を検知線によって検出する第１
   温度検知手段と；前記発熱手段が置かれる周囲の温度を
   検出する第２温度検知手段と；前記発熱手段の温度が収
   束する基準温度を前記第２温度検知手段の出力に基づい
   て設定する基準温度設定手段と；前記第１温度検知手段
   の出力に基づいて前記発熱手段の温度が前記基準温度に
   収束するように前記発熱手段の発熱量を制御する制御手
   段とから成る発熱体の温度制御回路において、 前記第１温度検知手段と第２温度検知手段の出力に基づ
   いて前記検知線の初期インピーダンスを求め、該初期イ
   ンピーダンスと前記第２温度検知手段の出力に基づいて
   前記基準温度を設定するようにしたことを特徴とする発
   熱体の温度制御回路。