JPS5880712A - 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】 この発明は温度制御装置に関するものである。

一般に室内の快適な暖房感は、室温および周囲面の温度
、湿度、室内の風速等により影響を受ける。この内室内
の風速はほとんど零に近く、湿度は特殊な場合を除いて
３０〜７０％位で不快となることは少ないので、残りの
室温と周囲面温度の二要素により左右される。例えば室
温が同一であっても周囲面の温度が極端に異なれは笥囲
面の熱放射が変るために暖房感が変る。

第１図は床面、壁面、石油ストーブの各暖房による室内
温度の垂直分布を表わしたもので、床面暖房Ａの場合は
床面温度が高く後はほとんど均一になっており、これに
対し壁面暖房Ｂおよび石油ストーブ暖房Ｃの場合は床面
近くが冷たく天井面付近が暖くなっている。この曲線は
略同−暖房感を持つ暖房状即にも拘らずこのような違い
を示している。

このように同−室内でも温度分布があるのでどの点？代
表させて温度制御を行うかが問題となる。

ところが従来の室内暖房の制御は、室内用温度制御装置
（ルームサーモ）を暖房した部屋の壁面につけて制御す
るか、暖房器具自体に温度制御装置ケつけて制御する方
法が採用されている。

このように従来は床暖房器に対して室ｍまたけ床温のみ
を検知し、一定に保つ温度制御方式が行なわれていたが
、人間にとって快適な暖房感を得るには不充分であった
。このことを示すために、第２図により屋外気温が変化
した場合を例にとり説明する。

第２図は縦軸に温度、横軸に１日の時刻音と９、外気温
が図の実線Ｘで示すように変化した場合に、各制御方式
による床温および室温の変化状況を示している。

短破線Ｙ１け床温一定制御の場合の床温會、短破線Ｚ１
は同室昌を示している。外気温が低く、室温との温度差
が大きい程室内から熱が奪われ、室温が低下するためこ
の制御方式では短破線２工で示すように外気温の変化に
従って室温が大きく変動し、外気温が高い昼間は室温が
高く、暖かすぎ不快であるとともに、熱を無駄に消費す
る。また、外気温が低下した夜間には、室温が低下し過
ぎ寒く感する。

また長破線Ｙ２は室温一定制御の場合の床温を、長破線
Ｚ２け同室愚を示している。外気温が低下する夜間は室
湛會一定に保つには、多量の熱全必委とし、床温がＥ昇
し過ぎ、熱く感じることになり、エネルギを無駄に消費
することになり、また外気温が高くなる昼間は少量の熱
しか必要としないため、床温が低下し、足元が寒く感じ
ることになり、艮好な制御とは言えない。

そこで、従来からの床暖房における上記床温一定制御お
よび室温一定制御の欠点を補うため、第３図に承↑よう
な温度制御装置が提案されている。

この温度制御装置は、商用の聞流電源ＡＣに電源スィッ
チＳＷを弁して電源トランスＰＴの１次巻線ｎ１を接続
し、この電源トランスＰＴの２次巻線ｎ２の変流電圧を
４個のダイオードＤ１〜Ｄ４よりなる全波整流ブリッジ
ＤＢで全波整流し、Ｃの全波整流ブリッジＤＢの出力に
ダイオードＤ５と負荷リレーのリレーコイルＲＹの並列
回路とサイリスタＳＣＲとの直列回路を接続し、また、
聞流電源ＡＣから負荷リレーのリレー接点ｒｙおよび電
源スィッチＳＷを介してフロアヒータＦＨに接続し、電
源トランスＰＴのもうひとつの２次巻線ｎ３の変流電圧
全ダイオードＤ５１１ｒ介して温度検出用ブリッジ回路
ＲＢに加えている。

この温Ｉｆ検出用ブリッジ回路ＲＢの一辺は室温検知用
ＮＴＣサーミスタＲＴＨよと抵抗Ｒ１との並列回路から
なり、その対辺に床畠倹知用ＮＴＯサーミスタＲＴＨ２
と抵抗Ｒ２との並列回路と抵抗Ｒ；５との直列回路とで
構成し、池の辺に抵抗Ｒ４および抵抗Ｒ５ｆそれぞれ接
続し、温度調節用可変抵抗器ＶＲｔ−抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ
５の間に接続し、温度検出用ブリッジ回路ＲＢの出力は
、温度調節用可変抵抗１１１！ＶＲの可動端子からサイ
リスタＳＣＲのゲートに接続し、温度検出用ブリッジ回
路ＲＢの他の出力端子を抵抗Ｒ６全通してサイリスタＳ
ＣＨのカソードに接続する（抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３は希
望の特性にするため（必要）。

整流用の４つのダイオ−ドロ工〜Ｄ４のうち、サイリス
タＳＣＲのカソード端子側されたダイオードＤ３と並列
に、抵抗Ｒ７とコンデンサＣ１の直列回路を抵抗Ｒ７？
サイリスタＳＣＲのカソード端子側にして接続する。

（５） 抵抗Ｒ７とコンデンサＣ１の中間端子から抵抗Ｒ８？介
してブリッジ出力端子の抵抗Ｒ６側の一端に接続する。

第４図は第３図の回路の各部電圧電流波形ゲ示すもので
あり、（３）はサイリスタＳＣＲが導通シて負荷リレー
が動作している場合のリレーコイルＲＹの両端電圧波形
、［Ｆ］）はサイリスタＳＣＲ’ｉ流れる負荷電流波形
、Ｃ１は温度検出用ブリッジ回路ＲＢの出力端子の両端
電圧波形、ａはコンデンサＣ工と抵抗Ｒ，の＋［列回路
の電圧波形であり、同（２）に）は抵抗Ｒツの両端電圧
波形であり、同図０の交流成分が現われている。

つぎに、動作について説明する。

第３図のように、温度検出用ブリッジ回路ＲＢにはダイ
オードＤ６により半波整流波形が加わり、ブリッジ出力
端子には、第４図（Ｃ１のような波形が現われる。

今、外気温が高く、床温、室温がともに高い場合には、
床温検知用ＮＴＣサーミスタＲＴＨ２および室温検知用
ＮＴＣサーミスタＲＴＨＩはともに抵抗値が低（６） く、温度検出用ブリッジ回路ＲＢけ不平衡となりその出
力端子間には第４図Ｃ１の破線で示すように負または低
い正電圧半波状波形をホしている。

外気温が低下し、床温検知用ＮＴＣサーミスタＲＴＨ２
および室温検知用ＮＴＣサーミスグＲＴＨ工の抵抗値が
増加するに従って、温度検出用ブリッジ回路ＲＢの出力
端子間電圧は負からＯを通り正の電圧が高くなり、ある
ところでサイリスタＳＣＲのゲート・カソード端子間に
ゲート電流が流れ、サイリスタＳＣＲは第４図（２）に
示すように時刻ｔ１で導通し、負荷リレーのリレーコイ
ルＲＹに電圧が加わり電流が流れる。ここでもし、コン
デンサＣ１と抵抗Ｒ７の直列回路がなければ、負荷に加
わる電圧は普通の全波整流波形であるので時刻ｔ２で電
圧がＯになると、リレーコイＶＲＹはインダクタンスを
有するため、リレーコイルＲＹに流れていた電流が並列
ダイオードＤ５全通して流れ続け、サイリスタＳＣＲは
遮断状態になる。

しかし、コンデンサＣ１と抵抗Ｒ７ヲ第３図のように入
れることにより、第４図（３）に示すようにリレーコイ
ルＲＹに加わる電圧波形が時刻ｔ２で０にはならず実線
で示すように両半波が継ながった波形になる。コンデン
サｃ１と抵抗Ｒ７の両端波形は第４図■の実線で示すよ
うに充放電波形となる。この友め抵抗Ｒ７の両端電圧波
形はこの交流分が現われ第４図（Ｅｌの実線で示すよう
な波形となる。

このため時刻ｔ２でサイリスタＳＣＲは遮断せず導通を
続ける。時刻ｔ３に至ると、サイリスタＳＣＲの電圧は
Ｏとなり、リレーコイルＲＹ會流れていた電流はそのイ
ンダクタンスのため並列ダイオードＤ５に移りサイリス
タＳＣＲは遮断する。この動作をくり返してリレーコイ
ルＲＹには電流が流れ続け、リレーは動作？続け、リレ
ー接点ｒｙが閉じ、交流電源ＡＣから７０アヒータＦＨ
に電力が供給され、フロアヒータＦＨは発熱し、床温が
上昇する。

上記第３図の温度制御装置全第５図のように設置し、床
温全床温検知用ＮＴＣサーミスタＲＴＨ２で、室温を室
温検知用ＮＴＣサーミスタＲＴＨ工で検知する。

なお、ＣＡは温度制御装置を収容するケースである。

床温の上昇とともに床昌検知用ＮＴＣサーミスタＲＴＨ
２の抵抗値が低下する。室温の温度上昇速度は床温の場
合よりも遅く、急には変化しないが徐々にその抵抗値も
低下する。このため第３図の温度検出用ブリッジ回路Ｒ
Ｂが平衡状態に近づき出方電圧が低下し、サイリスタＳ
ＣＨに流れるゲート電流が少なくなり、あるところでサ
イリスタＳＣＲけ遮断し、リレーコイルＲＹは解放され
、床温は低下し始める。

このため、コンデンサＣ１はダイオードＤｌの両端間の
最大電圧で図示の磁性で充電したまま、サイリスタＳＣ
ＲおよびダイオードＤ３が遮断し続けて放電できなくな
り、電圧波形は第４１１［）ｌに破線で示したようにな
り、抵抗Ｒ７の両端電圧波形も第４図旧の破線で示すよ
うにＯとなる。

すなわち、抵抗Ｒ，の両端電圧波形は第４図（Ｅｌのよ
うにサイリスタＳＣＲが導通して負荷リレーのリレーコ
イルＲＹに電流が流れると、実線のように時刻ｔ□から
ｔ２の期間の前半部にサイリスタＳＣＨのカソード電位
を基準にして正の電圧が生じ、サイ（９） リスタＳＣＲが遮断している期間はこの電圧が破線のよ
うにＯになっている。

そこでこの電圧を第３図のように抵抗Ｒ８と抵抗Ｒ６と
で適度に分圧し、サイリスタＳＣＲのカソードと温度検
出用ブリッジ回路ＲＢの一端に正帰還する。サイリスタ
ＳＣＲが遮断しているときは帰還電圧が０である。温度
検出用ブリッジ回路ＲＢの電圧が高くなりあるところで
ゲート電流が流れ、サイリスタＳＣＲが導通すると、抵
抗Ｒ７の両端電圧が分圧されてサイリスタＳＣＨのカソ
ードと温度検出用ブリッジ回路ＲＢの一万の出力端間に
加わり、サイリスタＳＣＨのカソードを基準にして、抵
抗Ｒ６と温度検出用ブリッジ回路ＲＢの一出方端との接
続点電位が高くなり、サイリスタＳＣＲの導通が確実に
なる。この状態で温度検出用ブリッジ回路ＲＢの出力電
圧が低下し、上記帰還電圧との和が低下シ、ゲート電流
が小さくなり、サイリスタＳＣＲカ遮断すると帰還電圧
がなくなり、サイリスタＳＣＨのゲート・カソード開電
圧はさらに下がりサイリスタＳＣＲの遮断が確実になる
。

（１０］ このようにして負荷の開閉にヒステリシスを持つように
なり、開閉動作が確実なものになる。

床温が低下すると、床温検知用ＮＴＣサーミスタＲＴＨ
２の抵抗値が増加し、温度検出用ブリッジ回路ＲＢの出
力が増大し、あるところで再びサイリスタＳＣＲが導通
し、負荷ＩＩシレー動作し、フロアヒータＦＨの加熱が
始まる。以上の動作をくり返して、床温か制御される。

つき゛に、室温がと昇した場合について述べる。

室温検知用ＮＴＣサーミスタＲＴＨＩの抵抗値が減少す
ることにより、温度検出用ブリッジ回路ＲＢが平衡する
のに必９な床温検知用ＮＴＣサーミスタＲＴＨ２の抵抗
値が増大することになり、床温制御温度が低く制御され
る。

第６図に提案例の温度制御装置による床温−室温特性口
を示す。室温が低下すれば床高を高く、室温が上昇すれ
ば床温を低く制御する。

１１１ このようにして提案例においては、外気温が変化しｆＣ
，場合、第３図の実線Ｙ３で示す工うに床温が変化する
とともに実線ｚ３で示すように室温が変化することにな
り、外気温が低い間は室温が寒すぎない程度に低く、ま
た床温が熱すぎない程度に高く制御され、また外緊濡が
高くなり、室温が上昇すると、暑過ぎないよう、しかも
地元が冷え過き゛ないよう、適度に床高が下がり、常に
快適さを保つことができる。

一般に人によ０また着衣により、寒さを感する程度が異
なり、上記の特性を維持しながら、全体の温度を寒暖調
節するために第３図の高度調節用可変抵抗器ＶＲを有し
ている。第６図の特性ｌｌｌ！Ｗ１〜Ｗ５はこの関係金
示したものであり、自由に調節できる。山度調節用町変
抵抗器ＶＲを変化することによる特性開化け、実験測定
の結果第６図に示したように、室温が高い時には床温間
隔が密となり室温が低くなると、床温間隔が粗となる。

このように、提案例の高度側［装置は、フロアヒータＦ
Ｈへの給電時において、交流電ｔＡＡＣの電圧の前の半
周期の最初の時刻ｔ□から所定時間遅れ７（ｌＦｉ？　
刻ｔ１でサイリスタＳＣＲ？導通させ、前の半周期の最
後の時刻ｔ２付近においてコンデンサＣ１および抵抗Ｒ
７により電圧Ｖよの低下全補償してサイリスタＳＣＲの
導通全継続させ後の半周期の最後の時刻ｔ３でサイリス
タＳＣＲを遮断さぞ、以下これを繰返し、サイＩＪスタ
ＳＣＲを流れる電流により負荷リレーを作動させるよう
になっている。ところが、コンデンサＣ１および抵抗Ｒ
７により得られる電圧は全波整流電圧のピーク値に比べ
てかなり低いものであり、それゆえ、機械的動作応答の
遅い（開放電圧が低い）大型リレーの場合は問題はない
が、開放電圧の冒い（機械的動作応答の速いＪ小型リレ
ーの場合に脈動時およびゲートオン電圧位相タイミング
の遅い時に負荷リレーがチャタリングを起こすおそれが
あり、したがって小型でかつ消費電流の少い高感度リレ
ー金使用することができず、また電源トランスＰＴ’４
容愈の大きいものを必要とした。また、サイリスタＳＣ
Ｒをスイッチング素子として使用しているため、ゲート
オン電圧位相タイミングによりノイズが発生するおそれ
があった。

したがって、この発明の目的は、負荷リレーの（１３） チャタリングを確実に防止でき、しかもノイズの発生を
防出できる温度制御装置を掛供することである。

この発明の一夾施例を第７図に示す。すなわち、この温
度制御装置は、交流電源ＡＣに電源トランスＰＴの１次
巻線ｎｌを１ｉＬ源スイツチＳＷを介して接続し、この
電源トランスＰＴの２次巻線ｎ２の銹起電圧を全波整流
ブリッジＤＢおよび平滑コンデンサＣ２よりなる整流平
滑回路ＤＣで直流電圧に変換し、この整流平滑回路ＤＣ
の正側出力端に負荷リレーのリレーコイルＲＹおよびダ
イオードＤ５の並列回路の一端全接続し、このリレーコ
イルＲＹおよびダイオードＤ５の並列回路の他端と整流
平滑回路ＤＣの負側出力端との間にトランジスタＴＲｉ
接続し、交流電源ＡＣよりｔ源スイッチＳＷおよび負荷
リレーのリレー接点ｒｙを介して７０アヒータＦＨに給
電するようにしている。また、整流平滑回路ＤＣの正側
および負側出力端間には、第３図と同様の構成をもつ温
度検出用ブリッジ回路ＲＢが接続され、この温度検出用
ブリッジ回ＫＲＢの一方（１４） の出力端である湿度調節用可変抵抗器ＶＲの可動端子が
コンパレータＣＰの非反転入力端子に抵抗Ｒ９ｆ介して
接続され、温度検出用ブリッジ回路ＲＢの他方の入力端
がコンパレータＣＰの反転入力端子に接続され、このコ
ンパレータＣＰの出力により抵抗ＲＲ１ｏ−Ｒ１□ケ介
してトランジスタＴＲのオンオフ？制御して負荷リレー
のリレー接点ｒｙの開閉全制御するようになっている。

コンパレータＣＰには、非反転入力端子と出力端子との
間に抵抗Ｒ９と合わせてヒステリシス特性を得るための
帰還抵抗Ｒ１２が接続され、また非反転入力端子および
反転入力端子と整流平滑回路ＤＣの負側出力端との間に
コンデンサＣ３，Ｃ，？それぞれ接続し、コンデンサＣ
３の容量會コンデンサＣ４の容量より大きくすることに
より負荷リレーのオンオフ時の直流電圧ＶＤＤの変動に
対する過渡応答全改善するようにしている。そして、こ
の温度制御装置全第５図と同様に設置している。

つぎに、この温度制御装置の動作について説明する。

交流電源ＡＣの投入時は、床温および室温がともに低温
であり、室温検知用ＮＴＣサーミスタＲＴＨよおよび床
温検知用サーミスタＲＴＨ２がともに高い抵抗値ケもち
、温度検出用ブリッジ回路ＲＢの両出力端の電圧Ｖユ、
ｖ２けＶユ〉■２であり、コンパレータＣＰの出力は高
レベルとなり、トランジスタＴＲが導通してリレーコイ
１ｖＲＹに通電され、リレー接点ｒｙが閉成してフロア
ヒータＦＩ（に交流電源ＡＣから給電され、フロアヒー
タＦＨが発熱する。

それにより床温か上昇する。床温の上昇にエリ床温検知
用ＮＴＣサーミスタＲＴＨ２の抵抗値が減少して電圧ｖ
１が低下し、ｖｌ＜ｖ２となるとコンパレータＣＰの出
力が低レベルとなり、トランジスタＴＲが遮断してリレ
ーコイルＲＹへの通電が停止ヒし、リレー接点ｒｙが開
成してフロアヒータＦＨへの給電が停止し、フロアヒー
タＦＨが冷却され、床温か下降する。

以後、床温の上昇・下降に応答して７０アヒータＦＨへ
の給電が断続され、床温が設定温度に制御される。

このような床温制御によりフロアヒータＦＨの熱で室温
が徐々に上昇すると、Ｎ嵩検知用ＮＴＣサーミスタＲＴ
Ｈ工の抵抗値が減少して電圧Ｖ２が上昇し、床温が比較
的低くてもｖｌ＞ｖ２となって７０アヒータＦＨへの給
電が停止されることになり、室温の上昇とともに床温制
御の設定温度が下降し、床温か低下する。このことは外
完温の亮低による室温の変化に対しても有効に作用する
。そして、平均的な設定温度は湿度調節用可変抵抗器Ｖ
Ｒにより調整できる。

第８図はこのことを説明するための床温−室温特性図で
あり、実線Ｕ１．Ｕ２．Ｕ３は湿度調節用可変抵抗器Ｖ
Ｒの設定値管３段階に変化させたときの各設定時におけ
る床温−室温特性曲線である。この図を見ると明らかな
ように、同−設定において、Ｎ山が低いときは床面ａｌ
！ｉは高い温度で制御され、かつ室温が高いときは床面
高度は低い温度で制御されることになり、快適にかつエ
ネルギロスなく馬度制＠ゲ行うことができる。

また、抵抗Ｒ１２によりコンパレータＣＰに正帰（１７
） 還をかけるとともにコンパレータＣＰの非反転入力端お
よび反転入力端にコンデンサＣ３，Ｃ，ｉ挿入している
ことにより、負荷リレーのオンオフ時にリレーコイル電
流の有無により直流電圧ＶＤＤが多少変動したときにそ
の過渡応答に対して確実なオンオフ動作全実現させるこ
とができる。例えば負荷リレーがオンからオフになると
（負荷が少なくなるため）、直流電圧ＶＤＤが瞬時に上
昇し、それにより温度検出用ブリッジ回路ＲＢの電圧も
変動し、したがってコンパレータＣＰの入力電圧も変動
するが、コンパレータＣＰの反転入力端子に接続したコ
ンデンサＣの容量が非反転入力端子に接続したコンデン
サＣ４の容量より小さいため、反転入力端子の過渡応答
が非反転入力端子の過渡応答より早く、反転入力端子の
方の電位が先に変化して負荷リレー全オフにさせる方向
に働き、動作を確実なものとすることができる。

マタ、コンパレータＣＰの出力でトランジスタＴＲを駆
動し、直流で負荷リレーを制御するように構成したため
、トランジスタＴＲが連続的に導（１８） 通することになり、負荷リレーのチャタリングを確冥に
防止でき、ノイズの発生を抑さえることができ、小型リ
レーを使用しても安定し九動作？行わぜることができ、
また、帰還抵抗Ｒ１２の抵抗値を高くしてヒステリシス
幅？狭くしてきめ細かい温度制御を行うことができ、ま
た、全体的な回路消費電流も少くすることができ、その
結果電源トランスＰＴを小型化でき、コストダウンを図
ることができる。

なお、実施例では床面暖房について説明したが、天井暖
房、壁面暖房および温風パネル等の種々の暖房設備に適
用することができる。

以上のように、この発明の温度制御装置は、直流電源と
、この直流電源より給電されて作動するヒータ制御リレ
ーと、前記直流電源と前記ヒータ制御リレーとの間に介
挿したスイッチングトランジスタと、室温検知用サーミ
スタおよびヒータ近接位置温度検知用サーミスタをブリ
ッジの２辺にそれぞれ配置しブリフジの池の２辺に抵抗
をそれぞれ配置して前記直流電源により電圧が加えられ
る温度検出用ブリッジ回路と、この温度検出用ブリッジ
回路の一対の出力端子を自己の一対の入力端子にそれぞ
れ接続し自己の出力端子を前記スイッチングトランジス
タのペースに接続シたコンパレータとを備えているので
、負荷リレーのチャタリング全確寮に防止でき、したが
ってコストダウン會達成でき、しかもノイズの発生全防
止できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は床面暖房、壁面暖房および石油ストーブ暖房の
室内の垂直温度分布特性（８）、第２図は床面暖房にお
ける床面温度、室温および外ｉ温の１日の変化を示す特
性図、第３図は提案例の温度制御装置の回路図、第４図
へ〜に）はその各部の波形図、第５図は同じくその設置
状態ヲ示す斜視図、第６図は同じくその床温−室温特性
図、第７図はこの発明の一実施例の温度制御装置の回路
図、第８図はその床温−室温特性図である。 ＤＣ・・・整流平滑＠Ｊ路、ＲＹ・・・リレーコイル、
ｒｙ・・・リレー接点、ＴＲ・・・トランジスタ、ＲＴ
ＨＩ・・・室温検知用ＮＴＣサーミスタ、ＲＴＨ２・・
・床山検知用ＮＴＣサーミスタ、　Ｒ，、Ｒ５・・・ｉ
抗、Ｃ、Ｐ　・・・コンパレータ代　理　人　　弁理士
　官　井　暎　夫（２１） →Ｉ 第１図　　′ −吟間 −Ｉ−を −を 第４図 第５図 一床条 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 直流電源と、この直流電源より給電されて作動するヒー
   タ制御リレーと、前記直流電源と前記ヒータ制御リレー
   との間に介挿したスイ・ソチングトランジスタと、室温
   検知用サーミ“スタおよびヒータ近接位置温度検知用サ
   ーミスタをブリッジの２辺にそれぞれ配置しブリッジの
   他の２辺に抵抗をそれぞれ配置して前記直流電源により
   電圧が加えられる温度検出用ブリッジ回路と、この篩度
   検出用ブリッジ回路の一対の出力端子を自己の一対の入
   力端子にそれぞれ接続し自己の出力端子を前記スイッチ
   ングトランジスタのペースにｌ’ｆ続シたコンパレータ
   とを備えた温度制御装置。