本發(fā)明涉及一種在電熱毛毯、電熱地毯等面狀采暖器具中使用的采暖用溫度控制裝置。

背景技術(shù)：

一直以來，廣泛公知通常在電熱毛毯、電熱地毯等面狀采暖器具中使用的軟線狀發(fā)熱線，尤其是近年來較多地使用的軟線狀發(fā)熱線為將發(fā)熱線材和探測線材一體化而成的被稱為單線式軟線狀發(fā)熱線的結(jié)構(gòu)，其構(gòu)造在圖2中示出。

圖2所示的單線式軟線狀發(fā)熱線1H由聚酯纖維等纖維束的卷芯1、將銅或者銅合金的導(dǎo)體呈螺旋狀捻繞在卷芯1的外周而成的發(fā)熱線材2、在發(fā)熱線材2的外周將高分子樹脂擠壓成型而成的高分子層3、將鎳等導(dǎo)體呈螺旋狀捻繞在高分子層3的外周而成的溫度探測線材4以及在最外周將聚氯乙烯樹脂等擠壓成型而成的絕緣被覆層5構(gòu)成。

另外，存在如下的情況，即根據(jù)需要而在溫度探測線材4和絕緣被覆層5之間呈螺旋狀捻繞聚酯帶，并設(shè)置有針對增塑劑從絕緣被覆層5轉(zhuǎn)移的阻擋層。另外，發(fā)現(xiàn)了發(fā)熱線材2與溫度探測線材4相反地配置的一部分軟線狀發(fā)熱線。

在這種構(gòu)造的軟線狀發(fā)熱線1H中，由加熱引起的溫度變化使具有正溫度系數(shù)的由鎳構(gòu)成的溫度探測線材4的電阻值改變，將該變化轉(zhuǎn)換為電信號并進行提取而用于溫度控制。另外，由鎳線構(gòu)成的溫度探測線材4與使用離子導(dǎo)電劑等而具有溫度特性的高分子熱敏層不同，無論是其電阻值的值還是溫度系數(shù)的值均較小但精度高且穩(wěn)定，能夠?qū)崿F(xiàn)長時間穩(wěn)定的高精度的溫度控制。

在軟線狀發(fā)熱線1H中，高分子層3具有固有的熔點，若軟線狀發(fā)熱線1H成為過熱狀態(tài)，則高分子層3熔融，作為發(fā)熱線材2和溫度探測線材4接觸的所謂線間短路保護功能材料而發(fā)揮作用。關(guān)于這一點，在單線式軟線狀發(fā)熱線1H中，發(fā)熱線材2和溫度探測線材4以兼作為探測短路的一對電極的方式構(gòu)成控制電路。

并且，作為高分子熱敏層，高分子層3具有隨著溫度上升而阻抗降低的所謂負溫度系數(shù)熱敏電阻(以下簡稱為“熱敏電阻”)特性，還能夠?qū)崿F(xiàn)通過獲得與溫度探測線材4不同的溫度信號而具有防止局部過熱的功能的控制裝置。

單線式軟線狀發(fā)熱線1H的溫度控制和線間短路保護的動作用圖6的以往例所示出的溫度控制電路來實現(xiàn)。

在溫度控制動作中，溫度探測線材4的電阻變化由電阻器R1和R2分壓并經(jīng)由R3和C2構(gòu)成的平滑電路而作為直流的輸入電壓Vi輸入到電壓比較器U1的負端子，并且與相當(dāng)于預(yù)先設(shè)定的溫度的基準電壓Vref1比較，將其結(jié)果從電壓比較器U1的輸出端子輸出，驅(qū)動電力控制開關(guān)SW的開閉來控制向發(fā)熱線材2的通電。

在此，整流二極管D4、減電壓用電阻器R4、電解電容器C3、三端子穩(wěn)壓器U2用于將低電壓的直流穩(wěn)定化電源Vcc＝5V供給到溫度控制部，GND為所述直流穩(wěn)定化電源的地線。

并且，AC電源的H點、N點為示出電路圖上的位置的稱呼，并不包含電學(xué)意義。

線間短路保護動作構(gòu)成為，溫度探測線材4的兩端分別與二極管D2和D3的陽極連接，二極管D2、D3的陰極匯集并與溫度熔斷器一體式電阻器RF1的一端連接，溫度熔斷器一體式電阻器RF1的另一端與AC100V的一端連接。另外，圖6的溫度控制電路圖中的D5的作用為，在電源的N點側(cè)是正循環(huán)的情況下，用于避免逆向電流通過溫度控制電路的直流穩(wěn)定化電源的地線GND而向所述的線間短路保護電路流動。

在此，在溫度控制部破損而陷入無法控制的狀況時，由于電力控制開關(guān)SW仍保持接通(ON)，向發(fā)熱線材2的通電連續(xù)進行而使整體成為過熱狀態(tài)，因此高分子層3以固有的熔點熔融，發(fā)熱線材2和溫度探測線材4短路，電流在“AC電源N點→發(fā)熱線材2→高分子層3→溫度探測線材4→D2或者D3→RF1→F1→AC電源H點”的路徑上流動，溫度熔斷器一體式電阻器RF1被加熱，在預(yù)定時間內(nèi)溫度熔斷器熔斷而截斷電源，構(gòu)成防止火災(zāi)產(chǎn)生的最終保護電路。

高分子層3具有熱敏電阻特性，在檢測相對于其溫度的交流阻抗而設(shè)置防止局部過熱功能的情況下，用下述的方法實現(xiàn)。

·在高分子層3上與溫度探測線材4分開地卷繞過熱探測線，檢測與發(fā)熱線材2之間的交流阻抗變化并輸入到與電壓比較器U1分開設(shè)置的電壓比較器中，與相對于Vref1分開設(shè)置的基準值Vref2比較，根據(jù)其結(jié)果來驅(qū)動電力控制開關(guān)SW的開閉而控制向發(fā)熱線材2的通電。

·來自溫度探測線材2的溫度信號通過控制電路這樣的硬件構(gòu)件而分時地切換為用于溫度探測和用于過熱探測，并且各自的信號輸入到用于溫度控制和用于過熱防止的分開設(shè)置的電壓比較器中，與各自的基準值比較，根據(jù)其結(jié)果來驅(qū)動電力控制開關(guān)SW的開閉而控制向發(fā)熱線材2的通電。

這樣，使用以往的單線式軟線狀發(fā)熱線的采暖用溫度控制裝置具有溫度控制功能和安全保護功能，成為在形式上確保了安全性的溫度控制裝置。

作為外觀和結(jié)構(gòu)與上述說明類似的技術(shù)方案舉例有專利文獻1～12。

現(xiàn)有技術(shù)文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開昭48-66480號公報

專利文獻2：日本特開平2-98088號公報

專利文獻3：日本實開平3-100393號公報

專利文獻4：日本特開平5-3071號公報

專利文獻5：日本特開平5-343169號公報

專利文獻6：日本特開平5-306819號公報

專利文獻7：日本特開平6-5175號公報

專利文獻8：日本特開平6-124771號公報

專利文獻9：日本實開平6-38195號公報

專利文獻10：日本特開平7-216174號公報

專利文獻11：國際公開第99/30535號手冊

專利文獻12：日本特開2015-26458號公報

技術(shù)實現(xiàn)要素：

近年來，在電熱地毯中向大面積化發(fā)展，另一方面，盡管由于要減少每單位面積的軟線狀發(fā)熱線的布線密度這樣的市場的強烈的成本降低的需求，發(fā)熱線的高瓦特密度下的動作常態(tài)化而使局部過熱的概率增加，但是，由于會大幅度地增加成本或者由于專利的限制而不安裝使用了負溫度系數(shù)熱敏電阻的防止局部過熱電路或僅安裝對局部過熱的探測能力原本就不高的低成本的線間短路保護功能的制品增多，暴露出溫度控制裝置的性能不足，發(fā)生由局部過熱導(dǎo)致的地毯的過熱變色和一個硬幣狀的燒焦的情況增加，而被指出具有產(chǎn)生火災(zāi)的危險性的嚴重的問題。

作為無法低成本地提供使用上述的熱敏電阻的具有過熱防止的溫度控制裝置的理由，舉例有局部過熱的產(chǎn)生過程不明確這一點。對于這一點，通過由本發(fā)明人等提出的另外的申請的日本特開2015-26458號公報(專利文獻12)詳細地進行了解析，在這里基于圖6的溫度控制電路圖說明其概要。

當(dāng)如局部過熱那樣達到超過100℃的高溫時，單線式軟線狀發(fā)熱線1H的高分子層3尤其在材質(zhì)為聚酰胺樹脂的情況下存在如下的情況：即使添加離子導(dǎo)電劑等特別的添加物來使高分子層3不具備熱敏電阻的特性，隨著溫度上升也發(fā)現(xiàn)與熱敏電阻接近的交流阻抗的降低，由過熱引起的漏電流在發(fā)熱線材2和溫度探測線材4之間流動，使電壓比較器U1的負端子的電壓改變而對溫度控制功能產(chǎn)生不良影響。

具體來說，在圖6的電路圖中，將S1-H1端子之間、軟線狀發(fā)熱線1H的中央部的發(fā)熱線材2和溫度探測線材4之間以及S2-H2端子之間的三個漏電位置作為參數(shù)，參照日本特開2015-26458號公報(專利文獻12)在圖7中示出漏泄電阻Rx和輸入電壓Vi的關(guān)系。

根據(jù)圖7，關(guān)于漏電的位置，

(1)在比中央部靠S1-H1端子側(cè)的情況下，隨著由過熱引起的漏泄電阻Rx降低而漏電流增加，與沒有漏電的情況相比，輸入到電壓比較器UI的負端子的電壓Vi上升，作為溫度控制，由于以使電壓比較器U1的輸出在接近設(shè)定溫度的稍低的溫度下斷開(OFF)的方式運轉(zhuǎn)，因此安全性較高。

(2)在比中央部靠近S2-H2側(cè)的情況下，隨著由過熱引起的漏泄電阻Rx降低而漏電流增加，與沒有漏電的情況相比，輸入到電壓比較器U1的負端子的電壓Vi降低，作為溫度控制，由于以使電壓比較器U1的輸出在超過設(shè)定溫度的稍高的溫度下斷開的方式運轉(zhuǎn)，因此存在漏電流增加的傾向而易于產(chǎn)生向過熱發(fā)展的危險的狀態(tài)。

這樣，在圖6的溫度控制電路圖所示的以往的溫度控制電路中，在電力控制開關(guān)SW接通且加熱單線式軟線狀發(fā)熱線1H的狀態(tài)下，可以明確如下這一點：在具有S2-H2附近這樣的位置特征的區(qū)域產(chǎn)生局部過熱且漏電流在軟線狀發(fā)熱線1H的發(fā)熱線材2和溫度探測線材4之間的高分子層3流動的情況下，漏電流使電壓比較器U1的負端子的輸入電壓降低，而以溫度控制輸出不會斷開的方式運轉(zhuǎn)，正反饋動作使得局部加熱的溫度逐漸上升，在安全方面非常危險。

對于這樣的問題，在〔專利文獻8〕、〔專利文獻9〕中，獨立地設(shè)置有溫度探測線材和過熱探測線材，分開檢測各自的溫度信號和基于熱敏電阻的過熱信號，并輸入到分開設(shè)置的電壓比較器中而用于溫度控制和過熱防止，但存在軟線狀發(fā)熱線和溫度控制電路都較復(fù)雜而無法低成本地經(jīng)濟地提供的缺點。

另外，在〔專利文獻4〕中，軟線狀發(fā)熱線具有熱敏電阻功能但不具有過熱探測線材，溫度探測線材所包含的溫度信號和基于熱敏電阻的過熱信號通過多個晶體管而交替地切換電路連接，在時間上分離地檢測，輸入到分開設(shè)置的電壓比較器中而用于溫度控制和過熱防止。但是，熱敏電阻在低溫且高阻抗的區(qū)域中，除了信號電流較小而無法確保穩(wěn)定的切換動作和探測動作的缺點之外，還存在溫度控制電路較復(fù)雜而無法低成本地經(jīng)濟地提供的缺點。

進而，在〔專利文獻11〕中，構(gòu)成為具有熱敏電阻功能但不具有過熱探測線材，溫度探測線材所包含的溫度信號和基于熱敏電阻的過熱信號通過多個二極管而用交流電源的正循環(huán)和負循環(huán)分開電流的路徑，在時間上分離地檢測，并輸入到分開設(shè)置的電壓比較器中而用于溫度控制和過熱防止，以非常簡單且經(jīng)濟的方法實現(xiàn)兩個功能，但在熱敏電阻的漏電較小的區(qū)域中，存在由于二極管的插入損耗而導(dǎo)致信號電壓被埋沒，或者由于二極管的溫度依賴性而導(dǎo)致信號電壓漂移，再或者無法確保高精度且穩(wěn)定的檢測動作的缺點。

并且，在上述四個現(xiàn)有技術(shù)文獻中，由于沒有根據(jù)在上述的說明書第5頁第2段-第6頁第2段中說明的漏電的產(chǎn)生位置而使漏泄電阻增減向電壓比較器的輸入電壓這樣的內(nèi)容，因此存在難以說是對發(fā)生漏電的所有模式都有效的過熱防止這樣的缺點。

本發(fā)明的目的在于，提供一種采暖用溫度控制裝置，以即使在單線式軟線狀發(fā)熱線1H的高分子層3的任何位置上產(chǎn)生漏電也避免成為如上述四個現(xiàn)有技術(shù)文獻所述的精度低且不明確的過熱防止的方式，將溫度探測線材4所包含的溫度信號和過熱信號在不加工的情況下直接輸入到電壓比較器中，并在電壓比較器內(nèi)部辨別，在產(chǎn)生過熱時控制為不從電壓比較器的輸出端子輸出加熱用信號，能夠用精度高且在成本節(jié)約方面優(yōu)異的構(gòu)件防止過熱而能夠確保安全性。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案1所述的采暖用溫度控制裝置具有：第一線條，以預(yù)定的間距螺旋卷繞在卷芯上；高分子層，在所述第一線條上緊貼配置且會在預(yù)定的溫度下熔融；第二線條，以預(yù)定的間距螺旋卷繞在所述高分子層的外周；以及軟線狀發(fā)熱構(gòu)造，具備將所述第二線條絕緣的被覆層，所述采暖用溫度控制裝置的特征在于，所述第一線條以及第二線條中的一方由發(fā)熱線材構(gòu)成且另一方由溫度探測線材構(gòu)成，在對溫度控制部進行驅(qū)動的直流穩(wěn)定化電源的兩極之間，串聯(lián)連接有與電容器并聯(lián)連接的固定電阻器、相對于所述電源正向配置的第一二極管以及所述溫度探測線材，所述溫度探測線材的兩端與第二二極管和第三二極管各自的陽極連接，所述第二二極管和第三二極管的兩陰極與溫度熔斷器一體式電阻器的一端連接，所述溫度熔斷器一體式電阻器的另一端與交流電源的一方連接，所述第一二極管的陰極和所述溫度探測線材的連接點的電壓作為輸入信號輸入到電壓比較器中，通過檢測所述輸入信號的時間軸上的最大值和最小值的差分，辨別所述高分子層的漏電的大小，在所述差分增加并到達預(yù)定的設(shè)定值的情況下，溫度控制部控制為不輸出加熱用信號來防止過熱而確保安全性。

根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案2所述的采暖用溫度控制裝置，其特征在于，在技術(shù)方案1所述的采暖用溫度控制裝置中，所述高分子層由聚酰胺樹脂單獨構(gòu)成或者由聚酰胺樹脂和聚酰胺彈性體的混合物構(gòu)成，熔融溫度為130℃以上且190℃以下。

根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案3所述的采暖用溫度控制裝置，其特征在于，在技術(shù)方案1或2所述的采暖用溫度控制裝置中，所述溫度探測線材具有正溫度系數(shù)的金屬線。

以下，對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)進行詳細地說明。

在本說明中，將以預(yù)定的間距螺旋卷繞在卷芯上的第一線條作為發(fā)熱線材，將以預(yù)定的間距螺旋卷繞在高分子層的外周的第二線條作為溫度探測線材，但它們也可以相反地配置。

用于本發(fā)明的采暖用溫度控制裝置的芯線為聚酯纖維束、芳族聚酰胺纖維束以及玻璃纖維束等，但從耐熱性、靈活性以及成本的方面考慮，聚酯纖維束較適合，并且根據(jù)用途只要是耐熱性、靈活性優(yōu)異的纖維束則沒有特別限定，另外也可以為多種纖維的混合束。

用于本發(fā)明的采暖用溫度控制裝置的以預(yù)定的間距螺旋卷繞而成的發(fā)熱線材，作為材質(zhì)，具有純銅線、銅和錫的合金線或者銅和銀的合金線等，形狀也能夠設(shè)為圓線狀和薄板狀，它們可以是單線，或者絞合線，再或者將多條拉伸對齊地螺旋卷繞，為了以預(yù)定的尺寸得到預(yù)定的電阻值，材質(zhì)和形狀的選擇沒有任何限定。

在用于本發(fā)明的采暖用溫度控制裝置的溫度控制部中，在直流穩(wěn)定化電源的兩極之間連接有與固定電阻器并聯(lián)連接的電容器，在固定電阻器和溫度探測線材之間相對于直流穩(wěn)定化電源正向配置有二極管，因此向電壓比較器輸入的輸入電壓穩(wěn)定，并且能夠穩(wěn)定地辨別電壓比較器內(nèi)部的溫度信號和過熱信號。

并且，由與所述溫度探測線材的兩端連接的第二二極管和第三二極管和溫度熔斷器一體式電阻器構(gòu)成的線間短路保護電路在高分子層的短路之前產(chǎn)生漏電的情況下，也承擔(dān)給予相對于向電壓比較器的輸入電壓的交流電源的穩(wěn)定的電位的作用，并且也是能夠穩(wěn)定地辨別的另外的構(gòu)件。

另外，在驅(qū)動溫度控制部的直流穩(wěn)定化電源的兩極之間連接的部件中的與電容器并聯(lián)連接的固定電阻器和第一二極管即使替換連接順序，如果從所述溫度探測線材和所述固定電阻器的連接點取得向電壓比較器輸入的輸入信號，則輸入電壓也不會改變。

并且，開閉向發(fā)熱線材的通電的電力開關(guān)即使用于交流全波而使用繼電器或三端雙向可控硅開關(guān)元件，用于交流半波而使用半導(dǎo)體閘流管，本發(fā)明的動作樣態(tài)也不改變，并且交流電源中的部件的位置和其連接方向如果相對于交流電源顛倒其配置和連接方向則當(dāng)然能夠保持對稱性。

以往在產(chǎn)生線間漏電的情況下，為了防止由溫度信號和過熱信號的交直信號的混雜而產(chǎn)生的噪音和不穩(wěn)定，將所述兩信號匯合并經(jīng)由具有較大的時間常數(shù)的平滑電路而作為直流電壓輸入到電壓比較器中，因此如〔專利文獻4〕〔專利文獻11〕所述，不得不在向電壓比較器的輸入的前段通過控制電路的硬件構(gòu)件切換并分離溫度信號和過熱信號，而用分開設(shè)置的電壓比較器辨別。

關(guān)于用于本發(fā)明的采暖用溫度控制裝置的高分子層，從電熱毛毯和電熱地毯等制品的表面溫度、軟線狀發(fā)熱線的耐熱溫度以及發(fā)熱線材的發(fā)熱溫度來看，高分子層的熔融溫度為130℃以上且190℃以下的聚酰胺樹脂較適合，優(yōu)選在150℃～170℃中示出較急劇的熔融特性的聚酰胺樹脂和聚酰胺彈性體的混合物。

在此，高分子層的熔融溫度在130℃以下，在通常的溫度控制中，存在發(fā)熱線材的峰值溫度瞬間上升到120℃附近的情況，這種情況如果反復(fù)發(fā)生，則在短時間內(nèi)發(fā)熱線材和短路探測線材短路的可能性增高，并且在190℃以上，由于發(fā)熱線材的過熱持續(xù)進行，因此發(fā)生冒煙和燒焦的情況增加，所以這并不適合。

進而，也可以為，在用于本發(fā)明的采暖用溫度控制裝置的由聚酰胺樹脂單獨構(gòu)成或者由聚酰胺樹脂和聚酰胺彈性體的混合物構(gòu)成的高分子層中，添加以聚亞烷基氧化物為首的各種導(dǎo)電劑，使其具有隨著熔融溫度的調(diào)整和溫度上升而阻抗降低的所謂負溫度系數(shù)熱敏電阻特性。

關(guān)于用于本發(fā)明的采暖用溫度控制裝置的溫度探測線材，只要是具有正溫度系數(shù)的金屬線，則沒有特別限定，設(shè)為利用在金屬中溫度系數(shù)較高且即使受到拉絲加工和卷繞加工等的機械應(yīng)力，電阻值和溫度系數(shù)也穩(wěn)定的鎳，并被視為具有正溫度系數(shù)且電阻特性相對于溫度為線性的再現(xiàn)性優(yōu)異且經(jīng)時變化小的溫度探測線材。

用于本發(fā)明的采暖用溫度控制裝置的被覆層通過擠壓成型等而形成與溫度探測線材的外周緊貼、電絕緣性高、柔軟且低成本的氯乙烯樹脂等的絕緣被覆層。

根據(jù)本發(fā)明的采暖用溫度控制裝置，在驅(qū)動溫度控制部的直流穩(wěn)定化電源的兩極之間串聯(lián)連接有與電容器并聯(lián)連接的固定電阻器、相對于所述電源正向配置的第一二極管和溫度探測線材，所述溫度探測線材的兩端與第二二極管和第三二極管各自的陽極連接，所述第二二極管和第三二極管的兩陰極與溫度熔斷器一體式電阻器的一端連接，所述溫度熔斷器一體式電阻器的另一端與交流電源的一方連接，將所述第一二極管的陰極和所述溫度探測線材的連接點的電壓作為輸入信號輸入到電壓比較器中，通過檢測所述輸入信號的時間軸上的最大值和最小值的差分，辨別高分子層的漏電的大小，在所述差分增加并到達預(yù)定的設(shè)定值的情況下，控制為從電壓比較器的輸出端子不輸出加熱用信號，因為能夠防止過熱而確保安全性。

根據(jù)本發(fā)明的采暖用溫度控制裝置，由高分子層的熔融溫度為130℃以上且190℃以下的聚酰胺樹脂構(gòu)成，優(yōu)選為由在150℃以上且170℃以下示出較急劇的熔融特性的聚酰胺樹脂和聚酰胺彈性體的混合物構(gòu)成，因此，能夠針對熔融溫度、熔融時間而選擇適當(dāng)?shù)钠贩N和配合，從而靈活地確保整體的線間短路保護功能。

根據(jù)本發(fā)明的采暖用溫度控制裝置，由于溫度探測線材為具有正溫度系數(shù)的金屬線，因此溫度系數(shù)較小，但由于電阻特性相對于溫度為線性且與高分子層相比長期變化非常小，因此能夠進行精密的、具有穩(wěn)定性且再現(xiàn)性優(yōu)異的溫度控制。

附圖說明

圖1為示出本發(fā)明的采暖用溫度控制裝置的溫度控制電路的實施方式的電路圖，電壓比較器由微型計算機U1的A/D轉(zhuǎn)換器和運算處理部承擔(dān)。

圖2為省略示出本發(fā)明的采暖用溫度控制裝置的實施方式的軟線狀發(fā)熱線的一部分而示出的構(gòu)造圖。

圖3為在本發(fā)明的采暖用溫度控制裝置中，在電力控制開關(guān)SW接通的情況下，在將漏電位置固定為S1-H1端且將漏泄電阻Rx固定為100KΩ的情況下，例示輸入到微型計算機U1的A/D轉(zhuǎn)換端口AD1的電壓Vi的相位和負載電流Ih的相位的圖。

圖4為在本發(fā)明的采暖用溫度控制裝置中，在電力控制開關(guān)SW接通的情況下，在將漏電位置固定為軟線狀發(fā)熱線1H的中央部且將漏泄電阻Rx固定為100KΩ的情況下，例示輸入到微型計算機U1的A/D轉(zhuǎn)換端口AD1的輸入電壓Vi的相位和負載電流Ih的相位的圖。

圖5為在本發(fā)明的采暖用溫度控制裝置中，在電力控制開關(guān)SW接通的情況下，在將漏電位置固定為S2-H2端且將漏泄電阻Rx固定為100KΩ的情況下，例示輸入到微型計算機U1的A/D轉(zhuǎn)換端口AD1的輸入電壓Vi的相位和負載電流Ih的相位的圖。

圖6為示出以往例的采暖用溫度控制裝置的溫度控制電路的一例的電路圖。

圖7為在以往例的采暖用溫度控制裝置中，在電力控制開關(guān)SW接通的情況下，以漏電位置為參數(shù)，示出漏泄電阻Rx和輸入到電壓比較器U1的負端子的輸入電壓Vi的關(guān)系的圖。

具體實施方式

以下，參照附圖等進一步詳細地說明本發(fā)明的采暖用溫度控制裝置的實施方式。另外，只要不脫離本發(fā)明的主旨，本發(fā)明并不限定于以下的內(nèi)容。

圖2示出本發(fā)明的實施方式所涉及的軟線狀發(fā)熱線1H的一端，且為將絕緣被覆層以及高分子層等省略一部分而示出的圖，并且與用上述的以往例說明的結(jié)構(gòu)相同。

該軟線狀發(fā)熱線1H由如下部件構(gòu)成：玻璃纖維或者聚酯纖維等纖維束的卷芯1、將銅或者銅合金的扁平導(dǎo)體呈螺旋狀捻繞在卷芯1的外周而成的發(fā)熱線材2、在發(fā)熱線材2的外周將高分子樹脂擠壓成型而成的高分子層3、螺旋卷繞在高分子層3外周的溫度探測線材4以及在最外周將聚氯乙烯等擠壓成型而成的絕緣被覆層5。

在此，高分子層3優(yōu)選聚酰胺樹脂中吸水率小的尼龍12單組分或者尼龍12和聚酰胺彈性體的混合物，在絕緣被覆層5的成型溫度稍低的情況下，也可以在上述混合物中添加聚乙二醇或聚環(huán)氧乙烷等聚亞烷基氧化物來降低高分子層3的軟化點。通過攪拌機或者多軸擠壓機混煉這些材料，而能夠得到作為混合物的高分子層3。另外，這些材料有一次性投入而混煉的情況，也有依次投入而混煉多次的情況。

為了防止絕緣被覆層5的聚氯乙烯樹脂混合物所包含的增塑劑向高分子層3轉(zhuǎn)移，也可以在溫度探測線材4和絕緣被覆層5之間設(shè)置縱向添加聚酯帶而形成的阻擋層。

關(guān)于圖2所示的實施方式的具體的各個數(shù)據(jù)如下所述。

卷芯1的材質(zhì)：聚酯纖維束

發(fā)熱線材2的材質(zhì)：0.7％錫銅合金

發(fā)熱線材2的尺寸：剖面0.060×0.420mm(扁平導(dǎo)體)、間距0.86mm

高分子層3的材質(zhì)：聚酰胺樹脂

高分子層3的尺寸：厚度0.33mm

溫度探測線材4的材質(zhì)：鎳

溫度探測線材4的尺寸：剖面直徑(圓線狀的導(dǎo)體)、間距0.86mm

絕緣被覆層5的材質(zhì)：聚氯乙烯樹脂混合物

絕緣被覆層5的尺寸：厚度0.4mm

另外，聚酰胺樹脂使用不包含熱敏電阻用的添加物的市場出售的尼龍12(3020×15，UBE制)、聚氯乙烯樹脂混合物使用電源電線用的市場出售的混合物(VM-163，APCO制)，所述電源電線用的市場出售的混合物(VM-163、APCO制)使用耐熱級的聚氯乙烯樹脂。

在上述的各材料經(jīng)過各層的螺旋卷繞工序和擠壓成型工序后，形成為圖2所示的結(jié)構(gòu)的軟線狀發(fā)熱線1H，將它切斷為36m的長度并作為測定用的試樣。

在該圖2中，作為全長36m的軟線狀發(fā)熱線1H的構(gòu)成要素的發(fā)熱線材2的電阻值為28.6Ω，溫度探測線材4的電阻值在20℃下為1000Ω(溫度系數(shù)為0.44％/℃)。

在圖1中示出關(guān)于本發(fā)明的實施例的溫度控制電路的結(jié)構(gòu)，并簡單地說明各部件的電學(xué)值和動作。

R1、R2、R3以及R4為固定電阻器，R1＝1.5KΩF、R2＝470ΩF、R3＝10KΩ、R4＝5.6KΩ、3W。C1為薄膜電容器，C1＝0.1μF、50V，C3為電解電容器，C3＝100μF、35V。D1、D2、D3、D4以及D5為整流二極管1N4004、ZD1為穩(wěn)壓二極管，Vz＝4.7V。U1為內(nèi)置A/D轉(zhuǎn)換器的通用閃存型微型計算機，U2為三端子穩(wěn)壓器，輸出電壓為5V。GND為直流穩(wěn)定化電源的地線。SW為根據(jù)微型計算機U1的比較判定結(jié)果而控制向發(fā)熱線材2的通電的電力控制開關(guān)。

圖1的電路的動作如下所述。

在溫度控制動作中，溫度探測線材4的電阻變化作為溫度信號電壓，從二極管D1和溫度探測線材4的連接點經(jīng)由過電壓防止用的電阻器R3和穩(wěn)壓二極管ZD1輸入到微型計算機U1的A/D轉(zhuǎn)換端口AD1，并存儲于微型計算機U1內(nèi)的RAM。

在本實施例中，向A/D轉(zhuǎn)換器的加載頻率為每1mS連續(xù)輸入45次，計算這45個數(shù)據(jù)的最大值和最小值以及其差分并存儲于RAM。在此，由于軟線狀發(fā)熱線1H的溫度上升或下降的速度并不太快，因此花費45mS的向A/D轉(zhuǎn)換器的加載動作每10秒進行1次左右也足夠，所述一單位的加載時間45mS成為微型計算機U1的其他處理的障礙的情況極其少。

在所述A/D轉(zhuǎn)換的最大值和最小值的差分△V比設(shè)定值小的情況下，作為沒有由過熱引起的漏電的情況，將最大值視作是溫度信號并用于溫度控制。

在溫度控制中，用微型計算機U1的運算處理部將AD1輸入的最大值與作為相當(dāng)于預(yù)先設(shè)定的溫度的電壓而從AD0端口輸入并存儲的Vref1進行比較，將其判定結(jié)果從輸出端口PB1輸出，驅(qū)動電力控制開關(guān)SW的開閉而控制向發(fā)熱線材2的通電。在過熱保護動作中，在AD1輸入的最大值和最小值的差分△V比設(shè)定值大的情況下，判定為具有由過熱引起的漏電，將其結(jié)果從輸出端口PB1輸出并驅(qū)動電力控制開關(guān)SW斷開，停止向發(fā)熱線材2的通電。

線間短路保護動作與在背景技術(shù)的第11段和第12段中說明的內(nèi)容相同。

〔漏電試驗〕

將36m的軟線狀發(fā)熱線1H夾持并粘接固定于毛氈等的正反面料之間，形成為電熱地毯發(fā)熱體，將發(fā)熱線材2的末端與圖1的溫度控制電路圖所示的H1、H2端子連接。

·將1200Ω的固定電阻器(相對于65.5℃的電阻值)連接在S1、S2端子之間來代替溫度探測線材4，并且將溫度控制設(shè)定電壓Vref1設(shè)為Vcc的5V且與微型計算機U1的AD0端口連接。

·將溫度控制電路與交流電源連接，在經(jīng)過三分鐘的初始穩(wěn)定時間后，測定微型計算機U1的AD1端口的輸入電壓Vi，得到Vi＝2.354V，將其作為沒有漏電的情況下的輸入電壓Vis。

·接著，取下1200Ω的固定電阻器，將溫度探測線材4的兩端與S1、S2端子連接，將溫度控制設(shè)定電壓Vref1設(shè)定為2.354V并輸入到AD0端口，并設(shè)為能夠使電熱地毯工作的狀態(tài)。

·將電熱地毯與交流電源連接，通過溫度控制電路而使電力控制開關(guān)SW動作為接通/斷開并設(shè)為穩(wěn)定狀態(tài)。

·測定微型計算機U1的AD1端口的輸入電壓Vi，并且在電力控制開關(guān)SW接通的期間AD1端口的輸入電壓Vi達到Vi＝2.354V的瞬間，在漏電位置S1-H1端子之間連接漏泄電阻1KΩ，在五秒后通過數(shù)字示波器觀測輸入電壓Vi的波形，并讀取輸入電壓Vi的最大值和最小值。

·以相同的方法，對于漏泄電阻為10KΩ、100KΩ、1000KΩ的情況，讀取Vi的最大值和最小值。

·進一步以相同的方法，對于漏電位置為軟線狀發(fā)熱線1H的中央部的情況和漏電位置為S2-H2端子之間的情況，讀取輸入電壓Vi的最大值和最小值。

·在表1中示出得到的Vi的最大值、最小值和它們的差分△V。

·在所述各漏電位置上，在漏泄電阻為100KΩ的情況下，在圖3、4、5中示出觀測到輸入電壓Vi的波形和負載電流Ih的波形的結(jié)果。

[表1]

相對于漏泄電阻的輸入電壓和差分

C3＝0.1μF 電力SW＝ON

關(guān)于該表，在本發(fā)明的采暖用溫度控制裝置中，在電力控制開關(guān)SW為接通的情況下，將漏電位置作為參數(shù)，示出漏泄電阻Rx和輸入到微型計算機U1的AD1端口的輸入電壓Vi的最大值(Max)和最小值(Min)以及它們的差分(△V)。

〔局部過熱試驗〕

與所述〔漏電試驗〕相同，將溫度控制設(shè)定電壓Vref1設(shè)定為2.354V(相當(dāng)于65.5℃)并輸入到AD0端口，將電熱地毯設(shè)為工作狀態(tài)，測定被溫度控制的軟線狀發(fā)熱線1H的表面溫度。測定位置設(shè)為在線條距離上從溫度控制電路的S2-H2端子離開1m的軟線狀發(fā)熱線1H的表面，在該部位上接觸固定直接測定用溫度傳感器并測定溫度，溫度測定的結(jié)果為，在沒有局部過熱的情況下為66℃±2℃。

接著，以所述溫度測定點為中心覆蓋單邊為30cm的四邊的具有優(yōu)異的絕熱功能的絕熱材料，溫度測定的結(jié)果為67℃±2℃。

關(guān)于各測定值的評價如下所述。

〔漏電試驗的評價〕

對于S1-H1端子和中央部處的漏電的產(chǎn)生，如果與漏泄電阻Rx的值無關(guān)地將輸入電壓Vi的最大值用作溫度控制信號，則能夠以接近設(shè)定溫度的較低的溫度將電力開關(guān)SW斷開，而判斷為確保安全。這與在前申請的日本特開2015-26458號(專利文獻12)中所得到結(jié)果一致。

對于S2-H2端子處的漏電，當(dāng)漏泄電阻為100KΩ以下時，如果輸入電壓Vi未到達設(shè)定電壓Vref1而沒有達到超過設(shè)定溫度的較高的溫度，則基于來自微型計算機U1的輸出端口PB1的輸出的電力控制開關(guān)SW不斷開。

并且，如果軟線狀發(fā)熱線1H成為較高的溫度，則漏電也增大，因此電力控制開關(guān)SW逐漸向不斷開的一側(cè)變化這樣的正反饋產(chǎn)生，過熱的危險性增高。

在此，觀察表1的輸入電壓Vi的最大值和最小值的差分△V中的S2-H2端的欄，將△V＞0.8V的區(qū)域設(shè)為過熱的判定基準，如果設(shè)為根據(jù)來自微型計算機U1的輸出端口PB1的輸出而將電力控制開關(guān)SW斷開的形式，則判斷為即使漏電增加也防止過熱。

因此，根據(jù)圖1的溫度控制電路圖和表1的所有數(shù)據(jù)而考慮余量，對于本實施例的軟線狀發(fā)熱線1H，如果以“用輸入電壓Vi的最大值進行溫度控制”條件和“將差分△V＞0.5V設(shè)為過熱范圍而將電力控制開關(guān)SW斷開”的兩個條件進行控制，則判斷為可提供能夠防止過熱且安全性高的電熱地毯。

并且，根據(jù)觀測輸入電壓Vi和負載電流Ih的圖3、4、5，存在漏電的情況下的輸入電壓Vi與根據(jù)漏電位置而整齊地與負載電流同步的交流分量重疊。這是基于在本發(fā)明中添加的電容器C1和二極管D1的線間短路保護電路的組合的效果，如以往例所述，證實了即使在電壓比較器的前段不用硬件構(gòu)件分離溫度信號和過熱信號，在加載到電壓比較器之后用軟件構(gòu)件也能夠高精度且穩(wěn)定地分離。

〔局部過熱試驗的評價〕

能夠證實通過將以上述〔漏電試驗〕說明的“溫度控制”和“過熱保護”的條件組入控制程序中，即使對局部過熱較弱的S2-H2端子附近進行強力的局部絕熱操作，也不會成為較大地偏離設(shè)定溫度的溫度控制結(jié)果，能夠進行高安全性的溫度控制。

如上所述，根據(jù)本發(fā)明，使用以往的單線式軟線狀發(fā)熱線，并且在驅(qū)動溫度控制部的直流穩(wěn)定化電源的兩極間串聯(lián)連接有與電容器并聯(lián)連接的固定電阻器、相對于所述電源正向配置的第一二極管和溫度探測線材，并具備線間短路保護電路，將所述第一二極管的陰極和所述溫度探測線材的連接點的電壓作為輸入信號而輸入到電壓比較器中，通過檢測所述輸入信號的時間軸上的最大值和最小值的差分，辨別高分子層的漏電的大小，在所述差分增加并到達預(yù)定的設(shè)定值的情況下，溫度控制部控制為不輸出加熱用信號，因此能夠提供一種高精度和高穩(wěn)定性地防止過熱而確保安全性，并且在節(jié)省成本方面優(yōu)異的采暖用溫度控制裝置。

產(chǎn)業(yè)上的可利用性

一種在電熱毛毯、電熱地毯等面狀采暖器具中使用的采暖用溫度控制裝置。

符號說明

1 卷芯

1H 軟線狀發(fā)熱線

2 發(fā)熱線材

3 高分子層

4 溫度探測線材

5 絕緣被覆層。