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JP3281873B2 - 温度制御装置 - Google Patents

温度制御装置

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Publication number
JP3281873B2
JP3281873B2 JP14261999A JP14261999A JP3281873B2 JP 3281873 B2 JP3281873 B2 JP 3281873B2 JP 14261999 A JP14261999 A JP 14261999A JP 14261999 A JP14261999 A JP 14261999A JP 3281873 B2 JP3281873 B2 JP 3281873B2
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JP
Japan
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temperature
control device
control
energy saving
heater
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JPH11353034A (ja
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健治 蓑輪
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Sharp Corp
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Sharp Corp
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Publication date
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  • Central Heating Systems (AREA)
  • Control Of Temperature (AREA)
  • Control Of Resistance Heating (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は温度制御装置に関
し、特に、発熱体の発熱量を連続的に変化させて、発熱
に伴う温度を調整する温度制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より床暖房の一方法として電気カー
ペットが用いられている。
【0003】電気カーペットは、床に敷くカーペットに
電気ヒータを組込み、ヒータからの熱を直接、伝導と放
射で暖めることができ、その構造はカーペットにヒータ
を組込んだ発熱部と、そのヒータの温度制御を行なう温
度制御部とからなる。
【0004】ところで、前記電気カーペットの発熱量を
制御する方式としては、位相制御方式と消費電力を一定
にしてヒータへの通電の有無で制御する(以下、ON/
OFF制御と称す)方式とがある。詳細に説明するなら
ば、前記ON/OFF制御方式はヒータの温度を検知し
た検知信号に基づいて、前記検知信号レベルが一定温度
レベルを越える期間はヒータへの通電を停止(OFF)
し、その後前記検知信号レベルが前記一定温度レベル以
下になるとヒータへの通電を開始(ON)するというよ
うなON/OFFの繰返し制御によって電気カーペット
の表面温度を一定に保持している。
【0005】一方、前記位相制御方式は、ヒータの通電
期間を位相制御回路の制御信号に基づいて連続的に変化
させることによってヒータの発熱量を可変調整し電気カ
ーペットの表面温度を一定に保持する。したがって位相
制御方式は前記ON/OFF制御方式に比較し、カーペ
ットの表面温度に温度むらを生じさせることなく安定に
保持できるという特徴がある。
【0006】以下、前記位相制御方式によりヒータの発
熱量が調整される電気カーペットについて図面を参照し
て詳細に説明する。
【0007】図4は、従来の位相制御方式により発熱量
が制御される電気カーペットの温度制御装置の機能構成
を示す概略図である。
【0008】図において電気カーペットの温度制御装置
は交流電源を供給するための商用電源1、電源スイッチ
2、前記電源スイッチ2が“ON”状態になったことに
より商用電源1から供給される交流電圧を変圧(この場
合、降圧)するトランス3、前記トランス3を経由して
供給される交流電圧を入力し、応じて全波整流し直流電
圧に変換し出力する整流回路網4を含む。さらに該温度
制御装置は、ゲート電圧印加回路5、マイクロコンピュ
ータ6、温度調整ボリューム7、トライアック(双方向
3極サイリスタ)8、発熱線であるヒータ9、前記ヒー
タ9の発熱量を検知する感熱部10、リアクトルL1な
らびにコンデンサC1ないしC3を含む。
【0009】前記マイクロコンピュータ6はCPU(中
央演算処理装置の略)61およびメモリ62などを内蔵
し該温度制御装置の温度制御を自動的に行なう。詳細に
説明するならばマイクロコンピュータ6、ゲート電圧印
加回路5、温度調整ボリューム7、トライアック8、ヒ
ータ9及び感熱部10を含む回路構成により位相制御方
式による温度制御が行なわれる。つまり、ヒータ9が発
熱すると、感熱部10はこれを感知し、感熱されたレベ
ルに相当する感熱抵抗値Rvをマイクロコンピュータ6
に与える。応じてマイクロコンピュータ6は感熱抵抗値
Rv、および温度調整ボリューム7により設定される電
気カーペットの所望の設定温度とに基づいてトライアッ
ク8をトリガするための位相、すなわち制御角を決定す
る。このようにして決定された制御角はマイクロコンピ
ュータ6から次のゲート電圧印加回路5に制御信号S1
として与えられる。応じてゲート電圧印加回路5は制御
信号S1に基づいて決定された位相でトライアック8を
トリガさせるためのゲートトリガパルスGPを発振し、
これをトライアック8に与える。
【0010】さてトライアック8は与えられる前記トリ
ガパルスGPに応答して導通する。このトライアック8
の導通期間に従ってヒータ9は通電されて発熱するの
で、この発熱量に応じて該カーペットの表面温度が変化
する。また並行してヒータ9の発熱量は感熱部10によ
って感熱され、再度、感熱抵抗値Rvがマイクロコンピ
ュータ6に与えられる。応じてマイクロコンピュータ6
は前述と同様にして制御信号S1を出力するというよう
な一種のフイードバック制御が連続的に行なわれる。
【0011】以上のようにして構成される位相制御方式
においては、マイクロコンピュータ6がトライアック8
をトリガする位相、すなわち制御角を決定して、その位
相でゲート電圧印加回路5がトライアック8をトリガす
るためのトリガパルスGP(トライアック8が導通する
のに十分なゲート電圧レベルを有する)を発振するよう
にしている。つまり、トリガパルスGPの位相(発振周
期)を変化させることによりトライアック8の導通期間
が制御され、ひいてはヒータ9の通電期間(発熱量)を
可変制御するようにして、該カーペットの表面温度を安
定させている。なお、トライアック8は印加電圧が高く
電流の立上がり率di/dtが大きいと焼損してしまう
ので、前記di/dtが大きくならないように電流の立
上がりを抑制する必要があり、そのために該トライアッ
ク8に直列にリアクトルL1が設けられる。また、トラ
イアック8に飛躍的なdi/dt(電流と電圧の位相ず
れが原因となる場合もある)が発生することがあり、こ
の値を該トライアック8の定格値以内に抑えるために、
該トライアック8の外部に並列にコンデンサC1が設け
られる。
【0012】次に、従来の電気カーペットの位相制御方
式に基づく温度制御装置の動作について図4および図5
を参照して詳細に説明する。図5は、図4に示される温
度制御装置の制御動作を示す概略処理フロー図である。
この処理フローは、予めプログラムとしてマイクロコン
ピュータ6のメモリ62に記憶されて、CPU61の制
御に基づいて、電源“ON”期間に一定周期で繰返して
実行される。なお、CPU61は電源スイッチ2が“O
N”されたことに応答して本処理を実行開始する。
【0013】まず、ユーザにより該電気カーペットの電
源スイッチ2が“ON”状態に設定される。また並行し
て温度調整ボリューム7が操作されて所望の表面温度に
設定される。
【0014】さて、電源スイッチ2が“ON”されたこ
とに応答して商用電源1から交流電源の供給が開始され
る。その後、供給された交流電力は、トランス3の1次
側から2次側に与えられて電気カーペットに必要とされ
る電圧レベルにまで変圧(降圧)される。このようにし
て変圧された交流電力は次の整流回路網4において全波
整流されて直流電圧として出力され、次段以降に接続さ
れるゲート電圧印加回路5およびマイクロコンピュータ
6に通電が開始される。
【0015】さて、マイクロコンピュータ6は該電気カ
ーペットの表面積(1畳、2畳、3畳など)と温度調整
ボリューム7から与えられる設定温度との関係で一意に
定まる消費電力量に関するデータを予めメモリ62に記
憶している。この場合、該電気カーペットの表面積は固
定であると想定する。
【0016】まずマイクロコンピュータ6は、該電気カ
ーペットの表面温度のデフォルト値(=省略時解釈;た
とえば38℃など)に応じて定まる消費電力量に応答し
た制御信号S1をゲート電圧印加回路5に与える。つま
り、マイクロコンピュータ6のCPU61は、図5のス
テップS10(図中では、S10と略す)においてトラ
イアック8の導通期間を決定するようなトリガパルスG
Pを出力するように制御信号S1をゲート電圧印加回路
5に出力する。
【0017】したがって、トライアック8は、電源スイ
ッチ2の“ON”状態に応答して商用電源1から双方向
に通電されて、かつトリガパルスGPによって導通(オ
ン)状態に設定される。したがって、トライアック8の
導通(オン)状態は商用電源1の交流周波数に同期して
設定されることになる。以上のような、トライアック8
の一定サイクルごとの導通(オン)期間の繰返しによっ
てヒータ9は連続的に通電されて発熱する。並行して、
CPU61は次のステップS20の処理に移行する。
【0018】ステップS20においては、CPU61は
温度調整ボリューム7の操作により所望の値に設定され
た温度T1を読込みメモリ62に一時的に記憶する。続
いてステップS30において、CPU61はヒータ9の
発熱を感熱する感熱部10から感熱抵抗値Rvを内部バ
ッファに読込む。応じて、CPU61は前記感熱抵抗値
Rvに応じて一意に定まる表面温度の検出温度T2に求
める。
【0019】詳細に説明するならば、メモリ62には感
熱抵抗値Rvに対応する表面温度がデータとして予め記
憶されているので、CPU61は得られる感熱抵抗値R
vに基づいてメモリ62から該当の表面温度を探索して
読出すことができる。このようにして読出された表面温
度は検出温度T2としてメモリ62に一時的に記憶され
る。
【0020】以上のようにして、所望される該電気カー
ペットの設定温度T1と、現在の実際の該電気カーペッ
トの表面温度である検出温度T2が得られる。これに応
じて、CPU61は次のステップS40の判別処理に移
行する。
【0021】ステップS40においては、検出温度T2
が設定温度T1に等しいか否かが判別される。つまり、
該電気カーペットの表面温度が設定温度T1に達し安定
しているか否かが判別されるが、この判別の結果、(検
出温度T2=設定温度T1)が成立していると判断され
れば、後述するステップS50の処理に移行する。しか
し、(検出温度T2≠設定温度T1)と判別されると処
理はステップ41に移行して、新たな制御信号S1が設
定される。
【0022】詳細に説明するならば、該電気カーペット
の表面温度に相当する検出温度T2はヒータの発熱量に
よって決まり、またヒータ9の発熱量はトライアック8
の導通期間、すなわちトリガパルスGPの発振周期によ
って定まる。したがって、CPU61は、(検出温度T
2>設定温度T1)であれば検出温度T2を設定温度T
1まで下げるように、トライアック8の導通期間を短く
するような制御信号S1を生成し出力する。反対に(検
出温度T2<設定温度T1)であればヒータ9の発熱量
を多くして検出温度T2を設定温度T1にまで上昇させ
るように、トライアック8の導通期間を長くするような
制御信号S1を生成し出力する。
【0023】その後は、再度、前述のステップS10に
戻りステップS41で設定された新たな制御信号S1に
基づいて以下同様にして処理が実行される。前述のステ
ップS40の処理に戻り(検出温度T2=設定温度T
1)と判断されれば、ステップS50の処理に移行す
る。ステップS50においては、前述のステップS40
の判別結果を受けて、該電気カーペットの表面温度は設
定温度T1に達して安定状態にあることから、現在の表
面温度を保持するように動作する。すなわち、制御信号
S1の信号レベルは現在の表面温度を保持するように設
定されて出力される。
【0024】その後、ステップS60においては電源ス
イッチ2が“OFF”状態に設定されるか否かが判定さ
れる。電源スイッチ2が“OFF”されるとマイクロコ
ンピュータ6自体への電源供給は停止するので、CPU
61による一連の処理は強制的に終了させられる。ま
た、電源スイッチ2が“OFF”されずに“ON”状態
を継続していれば、再度ステップS10に戻り以降の処
理が同様にして繰返される。
【0025】以上のようにして、温度制御装置の位相制
御方式によって制御されるヒータ9の発熱量(通電期
間)は連続的に可変調整されることからから、該電気カ
ーペットの表面温度は温度むら(温度の急峻な上昇およ
び低下)が抑制されて、使用者に快適な体感を与えるこ
とができる。
【0026】
【発明が解決しようとする課題】上述のような位相制御
方式により温度制御される電気カーペットでは、該カー
ペット表面温度を電源ON期間(使用状態)にわたって
ほぼ一定に保持できるという特徴を備えている。しかし
ながら、該電気カーペット上にいる人間の体感として
は、或る程度暖まってくると同じ温度であっても初期の
頃よりも熱めに感じ、不快感を感じるという問題があ
る。また、前述した位相制御方式による温度制御では、
連続的な制御であるために、消費電力量を少なくするこ
とが困難であるなどの問題があった。
【0027】それゆえに、本発明の目的は、消費電力量
を省くことができるとともに、使用者に快適な体感を与
えることができる温度制御装置を提供することである。
【0028】
【課題を解決するための手段】本発明に係る温度制御装
置は、発熱体の発熱に伴う温度を制御する温度制御装置
であって、前記温度制御装置の制御の省エネ設定のON
/OFFを切り替える省エネスイッチを備えるととも
、前記発熱体への電源供給手段による電源供給開始直
後の第1の期間にわたって、前記発熱体への電源供給を
制御して発熱体の発熱に伴う温度を所定の設定温度に制
御する第1の制御手段と、前記省エネスイッチがONで
あり省エネ設定が選択されている場合に、前記第1の制
御手段により設定された設定温度を、温度変化を体感さ
せない範囲で第2の期間をかけて徐々に前記設定温度よ
りも低く変化させるために前記発熱体への電源供給を制
御して前記発熱体の発熱量を制御する第2の制御手段と
を備えて構成される。
【0029】本発明に係る温度制御装置は以上のように
構成されるので、前記第2の期間における第1制御手段
による温度制御により、発熱に伴う温度を所定温度低く
変化させることで、発熱量すなわち該発熱体の消費電力
量を削減することができる。
【0030】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態につ
いて図面を参照して詳細に説明する。図1は、本発明の
一実施の形態の位相制御方式により発熱量を制御すると
ともに、省エネルギ効果を図ることのできる電気カーペ
ットの温度制御装置の機能構成を示す概略図である。
【0031】図1に示される本発明の一実施の形態の温
度制御装置を、図4に示された従来の温度制御装置と比
較し、その機能構成の上で異なる点は新たに消費電力量
の低減を図ることを目的とした省エネルギのためのスイ
ッチ(以下、省エネスイッチと略す)11を追加してい
る点にある。図1に示されるその他の機能構成および各
回路の動作については、図4に示される従来の機能構成
および動作と同様であるため、説明を簡単に行なう。
【0032】図1において温度制御装置は、従来と同様
にして商用電源1、電源スイッチ2、トランス3、整流
回路網4、ゲート電圧印加回路5、CPU61およびメ
モリ62を含むマイクロコンピュータ6、温度調整ボリ
ューム7、トライアック8、ヒータ9、感熱部10、リ
アクトルL1、コンデンサC1ないしC3を含み、新た
に前記マイクロコンピュータ6にそのスイッチの“O
N”または“OFF”状態に応じた制御信号S2を与え
る省エネスイッチ11を含む。
【0033】ここで、図1に示される温度制御装置の消
費電力量削減方法の概略について図1および図2を参照
して説明する。図2は、図1に示される温度制御装置の
消費電力量削減効果による表面温度の推移状況を説明す
るための図であり、縦軸に温度がとられ横軸に時間がと
られる。なお、図において実線は省エネスイッチ11
“ON”状態によるものであり、点線は省エネスイッチ
11が設けられない状態、または省エネスイッチ11
“OFF”状態によるものである。
【0034】図1に示される温度制御装置は図2に示さ
れるように、電源スイッチ2により電源投入されたこと
に応じてヒータ9を発熱開始するよう制御して、電源投
入されてから期間t1において温度調整ボリューム7で
設定される設定温度T1にまで、該電気カーペットの表
面温度(検知温度T2)を上昇させて安定に維持する。
【0035】ところで前述したように、人間の体感とし
ては同じ温度であっても長時間暖められていると、徐々
に熱めに感じてくることから、一定期間t1後の期間t
2にわたってその表面温度を1〜2℃下げるようヒータ
9の発熱量を連続的に制御する。なお、この表面温度を
1〜2℃の低下は、マイクロコンピュータ6が省エネス
イッチ11から与えられる制御信号S2に応答して開始
する。また、温度低下させる期間t2は期間t1よりも
十分に長く設定されているので、該カーペット上にいる
人にこの温度低下を体感させることなく実施できる。
【0036】上述のように、表面温度を設定温度T1よ
りも1〜2℃低くするよう制御しているので該電気カー
ペットにおける消費電力量を低減させて省エネルギを図
ることができるとともに、前記1〜2℃の温度低下は長
期間にわたって徐々に実施されるので、該カーペットに
いる人にも体感的には不快な温度低下を感じさせること
もない。
【0037】この温度制御の実施方法の詳細を以下に説
明する。図3は、図1に示される温度制御装置の消費電
力量削減の動作を含む制御動作の概略処理フロー図であ
る。この処理フローは、予めプログラムとしてマイクロ
コンピュータ6のメモリ62に記憶されて、CPU61
の制御に基づき、電源“ON”期間にわたって一定周期
で繰返して実行される。なお、CPU61は電源スイッ
チ2が“ON”されたことに応答して本処理を実行開始
するが、電源スイッチ2が“OFF”されると一連の処
理は強制的に終了させられる。
【0038】まず従来と同様にしてユーザにより該電気
カーペットの電源スイッチ2が“ON”状態に設定さ
れ、並行して温度調整ボリューム7が操作されて所望の
表面温度に設定される。さて、電源スイッチ2が“O
N”されたことに応答して適用電源1から供給される交
流電圧がトランス3、整流回路網4を経由して所定レベ
ルの直流電圧としてマイクロコンピュータ6およびゲー
ト電圧印加回路5に与えられて通電が開始される。
【0039】さて、マイクロコンピュータ6のCPU6
1は従来と同様にしてステップS10ないしステップS
41の処理を実行して、感熱部10を介して検出される
該電気カーペットの検出温度T2を現在所望されている
設定温度T1にまで上昇させる。このようにしてステッ
プS40で(検出温度T2=設定温度T1)が成立し、
検出温度T2が安定したことが判別されると、次のステ
ップS42の処理に移行する。ステップS42において
は、省エネスイッチ11が“ON”状態にあるかいなか
切換信号S2の信号レベルに基づいて判別される。たと
えば省エネスイッチ11が“ON”状態に設定されてい
れば切換信号S2は信号レベル“HIGH”に設定さ
れ、反対に省エネスイッチ11が“OFF”状態に設定
されていれば切換信号S2は信号レベル“LOW”に設
定されてCPU61に与えられる。
【0040】したがって、切換信号S2の信号レベルが
“HIGH”であれば処理は後述するステップS43に
以降に分岐するが、その信号レベルが“LOW”であれ
ば処理はステップS50に分岐する。ステップS50の
処理においては、従来と同様にして現在の該カーペット
の検出温度T2を安定に維持するような制御信号S1が
出力され、応じてトライアック8を介してヒータ9の発
熱量が調整される。その後、ステップS60において、
電源スイッチ2が“OFF”状態にあるか否かが判別さ
れる。つまり、電源スイッチ2が“OFF”状態に設定
されるとマイクロコンピュータ6への電源供給は停止
し、応じて一連の処理は強制的に終了させられるが、
“OFF”状態でなければ再度ステップS45(後述す
る)の処理に戻る。
【0041】さて、前述のステップS42の処理に戻っ
て、省エネスイッチ11が“ON”状態にあり、応じて
切換信号S2が信号レベル“HIGH”としてCPU6
1に与えられると、処理はステップS43以降に分岐す
る。ステップS43以降の処理においては、前掲図2に
示されたような温度制御によって消費電力量を削減する
ように処理する。
【0042】まず、ステップS43においてCPU61
に内蔵されるカウンタ機能により期間t1の時間経過が
計測される。並行して制御信号S1を出力して現在の表
面温度、すなわち検出温度T2を設定温度T1で安定維
持する。次に、期間t1の経過が計測されると、CPU
61は次のステップS44において前述と同様にして期
間t2(t2>t1)の時間計かを計測し、並行して現
在の検出温度T2を1〜2℃/t2の割合で低下させる
ように制御する。つまり、制御信号S1は、トライアッ
ク8の導通期間を短くし、ヒータ9の発熱量が該カーペ
ットの表面温度を平均して(1〜2℃/t2)の割合で
低下させるような信号レベルに設定されて出力される。
【0043】この温度低下の割合は、該カーペットの表
面積(1畳、2畳、3畳など)が固定であることを受け
て、ヒータ9の長さが固定になるので、ヒータ9の発熱
量、すなわちトライアック8の導通期間の短縮割合を決
定できる。この導通期間の短縮割合は、制信号S1に基
づくトリガパルスGPの発信周期を可変設定することに
より調整できる。
【0044】その後、期間t2が経過し表面温度が1〜
2℃低下すると、処理はステップS45に移行する。ス
テップS45においては、ユーザの温度調整ボリューム
7操作による新たな温度T1の設定があるか否かが判別
される。この判別処理は、メモリ62に記憶されている
前回の設定温度T1との比較処理によって行われる。こ
の比較結果、新たな温度T1が設定されたことが判別さ
れれば前述のステップS41の処理を経てステップS1
0以降の処理を再度繰返す。一方、新たな温度T1の設
定がなければ前述したようなステップS50以降の処理
が電源スイッチ2が“OFF”されるまで実行される。
【0045】以上のように、該温度制御装置を設けた電
気カーペットでは、1.5〜2℃の温度低下を図ること
により約25Wの消費電力量の削減を実施できる。ま
た、図1に示される省エネスイッチ11の手動操作の代
替として、感圧導電性ゴムセンサまたは圧電センサなど
により該カーペット上に人がいることを検知するように
して、この検知結果を受けて自動的に前記省エネスイッ
チ11を“ON”状態に設定する(センサ検知後、一定
時間遅延させて省エネスイッチ11を“ON”状態に設
定するようプログラム処理に対応する)ようにしてもよ
い。
【0046】さらに、上述の省エネルギ機能を含む温度
制御は位相制御方式に特定されるものではない。
【0047】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、所望温度
で安定している制御対象の温度を、体感させることなく
所定温度だけ低下させて消費電力量の削減を図ることが
でき、不快感を生じることなく省エネルギ化を確実に図
ることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態の位相制御方式により発
熱量を制御するとともに、省エネルギ効果を図ることが
できる電気カーペットの温度制御装置の機能構成を示す
概略図である。
【図2】図1に示される温度制御装置の消費電力量削減
効果による表面温度の推移状況を説明するための図であ
る。
【図3】図1に示される温度制御装置の消費電力量削減
の動作を含む制御動作の概略処理フロー図である。
【図4】従来の位相制御方式により発熱量を制御する電
気カーペットの温度制御装置の機能構成を示す概略図で
ある。
【図5】図4に示される温度制御装置の制御動作を示す
概略処理フロー図である。
【符号の説明】
1 商用電源 2 電源スイッチ 3 トランス 4 整流回路網 5 ゲート電圧印加回路 6 マイクロコンピュータ 7 温度調整ボリューム 8 トライアック 9 ヒータ 10 感熱部 T1 設定温度 T2 検知温度 S1 制御信号 S2 切換信号 GP トリガパルス Rv 感熱抵抗値

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 発熱体の発熱に伴う温度を制御する温度
    制御装置であって、前記温度制御装置の制御の省エネ設
    定のON/OFFを切り替える省エネスイッチを備える
    とともに、 前記発熱体への電源供給手段による電源供給開始直後の
    第1の期間にわたって、前記発熱体への電源供給を制御
    して発熱体の発熱に伴う温度を所定の設定温度に制御す
    る第1の制御手段と、前記省エネスイッチがONであり省エネ設定が選択され
    ている場合に、 前記第1の制御手段により設定された設
    定温度を、温度変化を体感させない範囲で第2の期間を
    かけて徐々に前記設定温度よりも低く変化させるために
    前記発熱体への電源供給を制御して前記発熱体の発熱量
    を制御する第2の制御手段とを備えたことを特徴とする
    温度制御装置。
JP14261999A 1999-05-24 1999-05-24 温度制御装置 Expired - Fee Related JP3281873B2 (ja)

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