JP3098788B2 - 電気カーペット - Google Patents
電気カーペットInfo
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Description
能と発熱線を一体としたワイヤー状の感熱発熱線をジグ
ザグ状に配線して成る等の面状発熱体を組み込んで成る
電気カーペットに関するものである。
電力量が比較的大きいので、温度制御は、従来、特開昭
62−19917号公報等に示されているように、リレ
ーを使用したオンオフ制御が一般的に実施されている。
このオンオフ制御には種々の方式があるが、原理は以下
のようになっている。
の図7に示すような負特性サーミスタからなる温度セン
サーによって、発熱体の温度上昇を検知して、温度調節
温度まで温度上昇すれば、リレーをオフして発熱を停止
し、発熱体の温度が低下すれば、再びリレーをオンして
発熱させることによって温度を一定に制御するものであ
る。また、好みの温度を得るためには、温度調節温度を
可変にできるようにしていた。
る従来の温度制御装置の構成を示し、図10は面状発熱
体2の構造を示したものである。図11において、面状
発熱体2のヒータ電極2aの両端にはリレー接点S1 及
び電源スイッチSWを介して商用電源1が接続されてお
り、センサー電極2bの一端はヒータ電極2aの一端
(制御回路のアース側)に接続されている。
を介してAC100Vラインに接続されると共に、増幅
回路10に接続され、増幅回路10の出力は平滑回路3
に入力されている。ここで、平滑回路3は入力された信
号を整流・平滑して直流化を行うものであり、その出力
はスイッチング回路4に接続され、スイッチング回路4
の出力により、リレー駆動回路8が動作するようになっ
ている。
回路4の出力信号がLレベル(リレーのオフ信号)にな
ってから、所定の時間が経過するまでスイッチング回路
4の出力をLレベルに保持(リレーオフロック)するた
めのものであり、リセット入力端子Rがスイッチング回
路4の出力端子に接続され、出力端子はスイッチング回
路4の入力側に接続されている。
レベルになると、リレー接点S1 がオフとなるため、ヒ
ータ電極2aには商用電圧が印加されなくなり、センサ
ー電極2bに電流が流れなくなるので、この際にスイッ
チング回路4が再び反転してしまわないようにするため
のものである。また、電源回路9により、各回路部に直
流電源を供給している。
度が低い場合は感熱材2cのインピーダンスが高く、ヒ
ータ電極2aから感熱材2cを介してセンサー電極2b
に流れる電流は小さく、その電流によって生ずるセンサ
ー電極2b間の電圧Vaは小さな値となる。従って、増
幅回路10の増幅出力電圧も小さく、平滑回路3によっ
て直流化された信号は、スイッチング回路4の比較レベ
ルに達しないため、リレー駆動回路8はリレー接点S1
をオン状態に保ち、ヒータ電極2aに通電を続けて加熱
を行う。
センサー電極2b間の電圧Vaも大きくなる。温度が設
定値に達すると、スイッチング回路4が反転動作してリ
レー駆動回路8に信号を送出し、リレー接点S1 をオフ
させ、ヒータ電極2aへの通電を停止する。而して、ヒ
ータ電極2aが商用電源1と切り離されることにより、
センサー電極2bに生じていた信号電圧は消失してスイ
ッチング回路4は再び反転動作を行おうとするが、直前
のオフ動作時にオフ時間タイマー6が動作を開始して、
一定時間、リレー駆動回路8のオフ動作を保持している
ので、リレー接点S1 は即座にオンとならず、オフ時間
タイマー6で設定される一定の冷却時間をおいて再びオ
ンに復帰する。その後も上記の動作を繰り返し、よって
面状発熱体2は一定温度に保たれることになる。
スイッチング回路4のスイッチングレベルを可変抵抗器
等で選択できるようにしていた。
ーペットの表面温の時間変化を示しており、破線は電気
カーペットの出力を強めに設定した場合であり、実線は
弱めに設定した場合である。この図から明らかなよう
に、従来の電気カーペットでは、表面温を一定に保つよ
うに制御しているので、長時間使用すると、使用者とカ
ーペットとの接触部に熱がこもってきてしまうという欠
点がある。尚、図12において、立ち上がり時はオン時
間が長くなるが、安定時は、オン−オフが高頻度で発生
する。
膚温度の時間変化、実線は弱めに設定した場合の皮膚
温度の時間変化である。図14の破線は強めに設定し
た場合の暖かさの主観評価の時間変化、実線は弱めに
設定した場合の暖かさの主観評価の時間変化である。こ
こで、主観評価は「熱い」、「かなり暖かい」、「やや
暖かい」、「不感」、「涼しい」の5段階に分けて表示
している。使用者が座って直ぐに暖かさを感じようとし
て強めに設定すると、時間が経つにつれて、破線,
に示すように、だんだん熱く感じるようになってしま
う。反対に、弱めに設定すると、実線,に示すよう
に、座ってから数十分は暖かさが物足りないという欠点
があった。
あって、長時間使用しても熱くならず、使用者にとって
短調感や慣れが無く、常に新鮮に暖かさを感じることが
できるようにした電気カーペットを提供することを目的
としたものである。
気カーペットは、発熱体を通電すると共に、予め設定し
た最高設定温度以下に保つ温度制御手段と、温度制御手
段を制御して発熱体への任意の通電率を与えるオンタイ
マーとオフタイマーと、カーペットの表面温度がほぼ一
定でなく、使用者がオン時とオフ時で少なくとも温度差
を感じる程度に、表面温度に“ゆらぎ”を発生させるべ
くオンタイマーとオフタイマーとを制御する制御手段と
を備え、任意の通電率に対して、オフ時間タイマーの設
定を複数個設け、上記制御手段はオフ時間の設定時間パ
ターンが“1/fゆらぎ”で変化するように制御するも
のである。
発熱体を通電すると共に、予め設定した最高設定温度以
下に保つ温度制御手段と、温度制御手段を制御して発熱
体への任意の通電率を与えるオンタイマーとオフタイマ
ーと、カーペットの表面温度がほぼ一定でなく、使用者
がオン時とオフ時で少なくとも温度差を感じる程度に、
表面温度に“ゆらぎ”を発生させるべくオンタイマーと
オフタイマーとを制御する制御手段とを備え、任意の通
電率に対して、オン時間タイマーの設定を複数個設け、
上記制御手段はオン時間の設定時間パターンが“1/f
ゆらぎ”で変化するように制御するものである。
発熱体を通電すると共に、予め設定した最高設定温度以
下に保つ温度制御手段と、温度制御手段を制御して発熱
体への任意の通電率を与えるオンタイマーとオフタイマ
ーと、カーペットの表面温度がほぼ一定でなく、使用者
がオン時とオフ時で少なくとも温度差を感じる程度に、
表面温度に“ゆらぎ”を発生させるべくオンタイマーと
オフタイマーとを制御する制御手段とを備え、任意の通
電率に対して、オン時間タイマー、オフ時間タイマーの
設定をそれぞれ複数個設け、上記制御手段は交互に生じ
るオン時間とオフ時間の時間比率パターンを“1/fゆ
らぎ”で変化するように制御するものである。
て、使用者がオン時とオフ時で少なくとも温度差を感じ
る程度に、表面温度に“ゆらぎ”を発生させることで、
オン時間とオフ時間とが比較的長くなって長時間使用し
ても熱くならず、使用者にとって単調感や慣れが無く、
常に新鮮に暖か感を得るようにしている。
間とオフ時間の設定時間パターンを1/fゆらぎで変化
するように制御していることで、使用者は単調感や慣れ
を感じることなく、また、オフ時間が長いので皮膚温度
が徐々に上昇する傾向も少なく、毎回の動作毎に常に新
鮮な暖か感が得られるようにしている。
する。本発明の電気カーペットにあっては、上記の課題
を解決するために、図1に示す様に、カーペットの表面
温度を従来の様にほぼ一定でなく、使用者がオン時とオ
フ時で、少なくとも温度差を感じる程度に表面温度に
“ゆらぎ”を発生させられる様なオン時間タイマーとオ
フ時間タイマーとを備えて、かつ、少なくともオン時間
又はオフ時間のいずれか一方の時間パターン、又は、オ
ン時間とオフ時間の時間比率パターンを“1/fゆら
ぎ”で変化する様に制御するようにしたものである。
度を最高設定値以下に保つ手段を併用することにより実
現可能としたものである。従って、電気カーペットにあ
っては、表面温度に“ゆらぎ”が発生する様な時間比率
となっているので、従来に比べてオン時間,オフ時間共
に時間が長くなっており、長いオン時間中に、使用者は
電気カーペットの表面材やカバー材を通して発熱状態を
確実に感じることができる。
するので、使用者は発熱が停止していることを感じるこ
とができる。この場合にあって、使用者の好みの暖房感
に相当する通電率レベルを選択すれば、好みの暖か感を
平均として、暖か感を感じたり、暖か感が低下したりす
る制御が持続するので、図2に示す様に皮膚温度は、ゆ
らぎの発生によって時間経過と共に上昇する傾向がほと
んどなくなる。
ーン、或いはオンとオフ時間の時間比率を1/fゆらぎ
で変化させているので、使用者は、単調なオン−オフと
は異なり、慣れを感じにくいので、常に新鮮な暖か感を
得ることができるし、温度が上がり続けることがないの
で、長時間使用しても暖房感の調節をやり直すことが少
なくなる。また、長いオン時間中に使用者は暖か感を確
実に感じとることができるので、1時間あたりの消費電
力量は従来とほとんど変わらないか、むしろ少なめで使
用することができる。
本発明の一実施例を示し、図1の波形Bは、電気カーペ
ットへのオン−オフの状態を示したもので、この例で
は、任意の通電率毎に基準オン時間があり、オフ時間
(TOFF )が複数個設けてあり、TOFF の時間パターン
が1/fゆらぎパターンに設定してある。これによっ
て、電気カーペットの表面温度は、図1のAに示す様に
“ゆらぎ”を発生する。尚、安定時のオン−オフは低頻
度で発生する。
W/Hrの発熱量を与える場合の時間比率を次に示す。 No. オン時間(秒) オフ時間(秒) 1 320 200 2 320 224 3 320 219 4 320 231 5 320 231 6 320 278 7 320 225 8 320 250 9 320 247 10 320 231 11 320 245 12 320 225 13 320 250 14 320 237 15 320 300 16 320 250 平均 320 240 従って、平均電力は以下のようになる。
それに伴って暖かさの主観評価は、図3Dの様に変化す
る。従来例で同様に、200W/Hrの発熱量を得るに
は、オン時間約80秒、オフ時間約60秒程度であり、
カーペットの表面温度を65mm角、厚さ0.5mmの
銅板に同サイズの断熱材で覆った温度測定板の表面に温
度センサーを取り付けて測定した表面温度のオン−オフ
時の差は0.5deg程度であったものが、上記の実施
例では3deg程度発生し、ゆらぎ感を感じさせること
が可能となる(好ましくは、1.5〜5deg程度が主
観評価が大きくバラツキが生じなくて良い。)。
o.1の200秒からNo.16の250秒まで変化し
た後、No.1の200秒にもどり以後継続するが、こ
の16パターンが1/fゆらぎパターンとなっており、
元のNo.1にもどるまでが長時間を有するので、オン
−オフの規則性を感じることがなく、常に新鮮な暖か感
を得られる。
温度制御回路構成の一実施例である。図4において、ヒ
ータとセンサーとを一体化した感熱発熱線11をジグザ
グ状に配線して構成した面状発熱体を使用した電気カー
ペットからなる面状採暖具の例を示している。尚、面状
発熱体、センサー等の形状や制御回路構成は特に制約さ
れるものではない。
発熱線に限定されるものではなく、ワイヤー状の発熱線
とワイヤー状の温度検知線をそれぞれ配線して構成した
2線式の面状発熱体や、金属箔の発熱パターンを利用し
た感熱フィルムヒータなど面状の発熱体がある。図4に
示されている感熱発熱線11は図6に示すような構造と
なっている。すなわち、絶縁性の芯糸bの外周に金属箔
よりなる発熱線H1 をスパイラル状に巻装し、その外周
に設けた図7に示すような温度・インピーダンス特性を
有するプラスチックサーミスタ材Zの外周に金属箔より
なる温度検出電極S1 をスパイラル状に巻装している。
また、外周は絶縁性の被覆cで覆われている。
た場合は、図8に示すように、温度上昇と共にセンサー
電圧Vaが上昇する特性を示す。図4において、感熱発
熱線11の発熱線H1 の一端はリレー接点R1 を介して
商用電源1に接続されている。また、感熱発熱線11の
温度検出電極S1 の一端は発熱線H1 の他端に接続さ
れ、温度検出電極S1 の他端はバイアス回路7に接続さ
れると共に、増幅回路10、平滑回路3に接続され、温
度特性に応じたセンサー電圧値に相当する値がマイクロ
コンピュータで構成される演算制御部12に読み込まれ
るようになっている。
た温度情報は、演算制御部12内部に設けられた最高設
定温度情報量と比較して、入力された温度情報がもし高
くなれば、リレー駆動回路8を介してリレー接点R1 を
開き、オフ動作させるようになっている。さらに、演算
制御部12の処理動作は後述するが、本発明にあって
は、ユーザーが選択した暖房能力のレベルを、暖房能力
を選択するセレクト回路14から演算制御部12に読み
込んで、演算制御部12内部に設けられた暖房能力レベ
ル毎に定められているオン時間・オフ時間の通りにリレ
ーを開閉するタイマー制御機能を有している。
に、室温変化や、電源電圧変動が発生した時、暖房能力
を調整できるように室温読み込み処理回路13と、電源
の電圧値を読み込む電圧値読み込み処理回路15を設け
ている。また、演算制御部12の入力端子にA/Dと表
示しているのは、演算制御部12でそれぞれの入力情報
量によって数式処理を行うためのA/D変換機能を示し
ている。
よりも、電源投入時は暖房能力のレベルを切り替えられ
た場合には、ヒータの温度制御を1回以上行った後にタ
イマー制御に移行した方が、立上りスピードのアップ
や、設定変化応答性が早い等のメリットもある。ここ
で、温度センサー情報量(D1 )を演算制御部12内部
の最高設定温度情報量と比較する必要があるのは、電気
カーペットの実使用にあっては、座布団等の断熱性の大
きいものが置かれることが多いが、オンもオフもタイマ
ー制御だけでは、部分的な断熱が発生している場合に、
蓄熱等により断熱部のヒータ温度が高くなりすぎるのを
防止するためである。
温度の最高設定点とすると、部分断熱時には、断熱され
た部分の特性値(ロ)と断熱されていない部分の特性値
(ハ)の電気信号量が(イ)と同等になったところで制
御ができ、サーミスタ特性の傾きと最高設定点(イ)の
位置によって、最高温度を安全範囲に保つことが可能と
なる。
面材21内に感熱発熱線11が配設され、表面側には均
熱シート22を介して表面材23及びカバー材24が設
けられている。図5は、上記の実施例の温度制御に係わ
る演算制御部12の動作を示す基本のフローチャートの
一例を示している。すなわち、ステップ1でイニシャル
設定をし、ステップ2で演算制御部12の出力端子Ro
をHレベルにしてリレー接点R 1 をオン状態にする。そ
して、ステップ3で入力端子D1 から温度センサー情報
(ヒータ温度)を読み込み、ステップ4で安全確保のた
めの最高温度設定レベルDHiを確定する。
オン時間を求め、ステップ6でユーザーが選択している
暖房能力のセレクトレベルを入力端子Riから確定す
る。そして、ステップ7で温度情報D1 と最高温度設定
レベルDHiとを比較して、安全確保のためにリレーをオ
フするレベルならステップ10に移り、そうでなけれ
ば、ステップ8でユーザーが選択した暖房能力レベルの
規定されているオン時間T ONを確定する。
実際のオン時間とを比較して、実際のオン時間が規定の
オン時間に達していなければステップ3に戻り、そうで
なければステップ10でリレーをオフする。そして、ス
テップ11で複数の1/fゆらぎになっているオフ時間
パターンの中から、オフ時間の順番を選び、ステップ1
2でオフ時間TOFF を確定し、ステップ13でリレーオ
フからのオフ時間を求める。
のオフ時間とを比較して、実際のオフ時間が規定時間に
達していなければステップ13に戻り、そうでなければ
ステップ2に戻って、リレーオンから再び発熱を再開す
るようになっている。上述の例では、オフ時間が1/f
ゆらぎパターンになった例を示したが、慣れや規則性を
感じさせなければ良いので、オン時間が1/fゆらぎパ
ターンになっていても良いし、オン時間と対になってい
るオフ時間との比率が1/fゆらぎパターンになってい
ても良いので特に制約されるものではない。
オンタイマー、オフタイマー、制御手段等を構成してい
る。このように、本発明の電気カーペットでは、表面温
度にゆらぎ感が発生する様に、比較的長いオン時間とオ
フ時間及び1/fゆらぎ時間パターンより制御されてい
るので、使用者は毎回のオン時に確実に暖か感を感じる
ことができるし、時間パターンが1/fゆらぎで変化し
ているので、使用者は単調感や慣れを感じることなく、
また、オフ時間が長いので皮膚温度が徐々に上昇する傾
向も少なく、毎回の動作毎に常に新鮮な暖か感が得られ
る。
して、常に最高温度設定に対するヒータ温度のチェック
を優先的に動作させているので、部分的な断熱等が発生
しても、安全な電気カーペットが得られる。また、毎回
のオン時間中に確実に暖か感が得られるので、表面温度
は、従来の電気カーペットよりも低く設定しても良く、
使用電力も従来の電気カーペットに比べて同程度以下で
済むという効果がある。
で、時間経過と共に設定を調節する手間が少なくなり、
使い勝手の良い電気カーペットとなる。
ると共に、予め設定した最高設定温度以下に保つ温度制
御手段と、温度制御手段を制御して発熱体への任意の通
電率を与えるオンタイマーとオフタイマーと、カーペッ
トの表面温度がほぼ一定でなく、使用者がオン時とオフ
時で少なくとも温度差を感じる程度に、表面温度に“ゆ
らぎ”を発生させるべくオンタイマーとオフタイマーと
を制御する制御手段とを備えたものであるから、オンタ
イマーとオフタイマーとを用いて、使用者がオン時とオ
フ時で少なくとも温度差を感じる程度に、表面温度に
“ゆらぎ”を発生させることで、オン時間とオフ時間と
が比較的長くなって長時間使用しても熱くならず、使用
者にとって単調感や慣れが無く、常に新鮮に暖か感を得
ることができ、また、毎回のオン時間中に確実に暖か感
が得られるので、表面温度は、従来の電気カーペットよ
りも低く設定しても良く、使用電力も従来の電気カーペ
ットに比べて同程度以下で済むという効果があり、さら
に、皮膚温度の上昇が従来より少ないので、時間経過と
共に設定を調節する手間が少なくなり、使い勝手の良い
電気カーペットを提供できる効果を奏するとともに、オ
フ時間、オン時間、或いはオン時間とオフ時間の設定時
間パターンを1/fゆらぎで変化するように制御してい
ることで、使用者は単調感や慣れを感じることなく、ま
た、オフ時間が長いので皮膚温度が徐々に上昇する傾向
も少なく、毎回の動作毎に常に新鮮な暖か感が得られる
ものである。
の状態を示す図である。
を示す図である。
ある。
化を示す図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 発熱体を通電すると共に、予め設定した
最高設定温度以下に保つ温度制御手段と、温度制御手段
を制御して発熱体への任意の通電率を与えるオンタイマ
ーとオフタイマーと、カーペットの表面温度がほぼ一定
でなく、使用者がオン時とオフ時で少なくとも温度差を
感じる程度に、表面温度に“ゆらぎ”を発生させるべく
オンタイマーとオフタイマーとを制御する制御手段とを
備え、任意の通電率に対して、オフ時間タイマーの設定
を複数個設け、上記制御手段はオフ時間の設定時間パタ
ーンが“1/fゆらぎ”で変化するように制御すること
を特徴とする電気カーペット。 - 【請求項2】 発熱体を通電すると共に、予め設定した
最高設定温度以下に保つ温度制御手段と、温度制御手段
を制御して発熱体への任意の通電率を与えるオンタイマ
ーとオフタイマーと、カーペットの表面温度がほぼ一定
でなく、使用者がオン時とオフ時で少なくとも温度差を
感じる程度に、表面温度に“ゆらぎ”を発生させるべく
オンタイマーとオフタイマーとを制御する制御手段とを
備え、任意の通電率に対して、オン時間タイマーの設定
を複数個設け、上記制御手段はオン時間の設定時間パタ
ーンが“1/fゆらぎ”で変化するように制御すること
を特徴とする電気カーペット。 - 【請求項3】 発熱体を通電すると共に、予め設定した
最高設定温度以下に保つ温度制御手段と、温度制御手段
を制御して発熱体への任意の通電率を与えるオンタイマ
ーとオフタイマーと、カーペットの表面温度がほぼ一定
でなく、使用者がオン時とオフ時で少なくとも温度差を
感じる程度に、表面温度に“ゆらぎ”を発生させるべく
オンタイマーとオフタイマーとを制御する制御手段とを
備え、任意の通電率に対して、オン時間タイマー、オフ
時間タイマーの設定をそれぞれ複数個設け、上記制御手
段は交互に生じるオン時間とオフ時間の時間比率パター
ンを“1/fゆらぎ”で変化するように制御することを
特徴とする電気カーペット。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP03080303A JP3098788B2 (ja) | 1991-04-15 | 1991-04-15 | 電気カーペット |
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---|---|---|---|
JP03080303A JP3098788B2 (ja) | 1991-04-15 | 1991-04-15 | 電気カーペット |
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JPH04315785A JPH04315785A (ja) | 1992-11-06 |
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-
1991
- 1991-04-15 JP JP03080303A patent/JP3098788B2/ja not_active Expired - Fee Related
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