(57)【要約】【課題】規定電流を越えた場合には、速やかに通電面積を減ずることによって、過電流（過負荷）を防止する。また、通常は２＋１、１＋２の５０％交互運転することで、１／２の設計電流で運転でき、敷設面積を２倍に拡大したり、基本電気料の低減、幹線設計の低減化により、省エネ、省コストに貢献できるＰＴＣ面状発熱体用の電気回路を提供しようとするものである。【解決手段】ＰＴＣ面状発熱体の面積比を２：１：１：２となるよう分割し、該発熱体を制御するための電気回路を、面積比２：１：１：２のそれぞれの発熱体に対応するよう配置したことを特徴とするＰＴＣ面状発熱体用の電気回路。【選択図】図１
2010086834.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＰＴＣ面状発熱体の面積比を２：１：１：２となるよう分割し、該発熱体を制御するための電気回路を、面積比２：１：１：２のそれぞれの発熱体に対応するよう配置したことを特徴とするＰＴＣ面状発熱体用の電気回路。
【請求項２】
前記面積比２：１：１：２のそれぞれの発熱体に対応するよう配置した電気回路を、下記のように制御できるようにしたことを特徴とする請求項１記載のＰＴＣ面状発熱体用の電気回路。
ａ）通常運転の場合：前記面積比２：１：１：２に対応する電気回路を２＋１または１＋２の組合せとして、５０％交互通電。
ｂ）発熱体の抵抗値公差が大きく、ブレーカ容量を超えた場合：前記面積比２：１：１：２に対応する電気回路を２、１＋１または２の組合せとして、３３％通電。
ｃ）５０％交互通電から１００％通電に通電面積を広くしようとする場合：前記面積比２：１：１：２に対応する電気回路を２＋（１＋１）と（１＋１）＋２、または２＋２の組合せとして、６７％通電を経由。
【請求項３】
突入電流の低減化を図るため、前記面積比２：１：１：２のそれぞれの発熱体に対応するよう配置した電気回路を、下記のように制御できるようにしたことを特徴とする請求項１記載のＰＴＣ面状発熱体用の電気回路。
ａ）通常運転の場合：前記面積比２：１：１：２に対応する電気回路を２、１＋１または２の組合せとして、３３％通電。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ＰＴＣ面状発熱体に設計の安全率を越えた発熱体が混入した場合の公差を吸収し、突入電流の低減に貢献し、過電流を確実に回避することができるようにしたＰＴＣ面状発熱体用の電気回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の床暖房用のＰＴＣ面状発熱体用の電気回路は、ほとんどＰＴＣ面状発熱体とそれを制御する電気回路を１：１とする考えに基いて作成されていた。
すなわち、一般の発熱体には設計の安全率を越えた発熱体が混入した場合の公差があり、特にＰＴＣの特性を持つような面状の発熱体はその性質が温度に依存していることもあって、その温度による公差が前記公差と合わせて比較的大きいため（基準値±２０％）、おのずと安全率が問題となっている。
したがって、電気回路を１回路としていることに対応してＰＴＣ面状発熱体を比較的小面積のものとするか、または電気容量を大きくすることが大きい面積のＰＴＣ面状発熱体を敷設する条件であり、特に後者は、電力会社の基本契約料金に反映してしまう。
【０００３】
このため、電気式の床暖房システムを導入する際は、電気容量契約を大きくする必要があった。また設計の安全率を越えた発熱体が混入した場合のいわゆる公差は、開閉素子やブレーカに過電流が流れ、開閉素子・ブレーカの溶着、溶断等が生じる場合があるため非常に危険であり、度々のブレーカ作動によって結果的にさらに大きい電気容量へ変更するための工事、並びに、新しい電気容量契約等が必要であった。
そしてこのように安全率を高めることは、安全性の確保には役立つが、敷設面積の低下にもつながるという欠点があった。
【０００４】
そこで、特開平２−１１２１９１号公報（特許文献１参照）に記載された発明のように、電源に並列に接続され、かつパターンの往路と復路が並列に配設された２個以上の発熱電極と、前記複数個の発熱電極への通電を選択する暖房面積選択スイッチと、感熱樹脂材を介して前記発熱電極に共通的に対面すると共に、一端を前記電源と接続した温度検知電極と、前記発熱電極から前記温度検知電極に流れるリーク電流を検知するCTと、前記暖房面積選択スイッチの動作を個別に検出して通電面積を検知し、通電面積に応じた基準電圧を設定する通電面積検知回路と、前記通電面積に応じた基準電圧と前記CTの出力に応じた温度信号電圧とを比較するスイッチング回路とを備えたことを特徴とした多分割面状発熱体が提案されている。
【特許文献１】特開平２−１１２１９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、前記先行技術のように通電面積を３分割にして、すなわち３３％突入をシミレーションしたところ、３３％通電から所定の時間が経過した後に抵抗値が上がったので６６％通電へ移行させようとしたが、設定温度まで昇温させるのに１時間以上掛かってしまい、昇温時間が長く、条件によっては移行できないおそれも考えられる。
そこで種々検討した結果、通電面積を３分割に等分する必要がないことに思い至り、２：１：１：２を生み出したのである。これによって、ＰＴＣ面状発熱体に５０％交互通電することが可能となり、初期昇温時間も３０分に短縮できようになった。
【０００６】
この発明は、床暖房の発熱体の抵抗値公差による過電流によるブレーカ作動、並びに、コントローラ開閉素子のダメージ軽減、及び、突入電流を低減するために、電気回路を、２：１：１：２と面積比を４分割して制御するものである。
すなわち、万一、規定電流を越えた場合には、速やかに通電面積を減ずることによって、過電流（過負荷）を防止する。また、通常は２＋１、１＋２の５０％交互運転することで、１／２の設計電流で運転でき、敷設面積を２倍に拡大でき、基本電気料の低減、幹線設計の低減化により、省エネ、省コストに貢献できるＰＴＣ面状発熱体用の電気回路を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明のＰＴＣ面状発熱体用の電気回路は、ＰＴＣ面状発熱体の面積比を２：１：１：２となるよう分割し、該発熱体を制御するための電気回路を、面積比２：１：１：２のそれぞれの発熱体に対応するよう配置したことを特徴とするものである。
【０００８】
この発明のＰＴＣ面状発熱体用の電気回路は、前記面積比２：１：１：２のそれぞれの発熱体に対応するよう配置した電気回路を、下記のように制御できるようにしたことをも特徴とするものである。
ａ）通常運転の場合：前記面積比２：１：１：２に対応する電気回路を２＋１または１＋２の組合せとして、５０％交互通電。
ｂ）発熱体の抵抗値公差が大きく、ブレーカ容量を超えた場合：前記面積比２：１：１：２に対応する電気回路を２、１＋１または２の組合せとして、３３％通電。
ｃ）５０％交互通電から１００％通電に通電面積を広くしようとする場合：前記面積比２：１：１：２に対応する電気回路を２＋（１＋１）と（１＋１）＋２、または２＋２の組合せとして、６７％通電を経由。
したがって通常使用時では、ＯＮ時の突入時は強制的に５０％交互通電または３３％通電とし、利用者が１００％通電をセットしても５０％交互通電を３０分行った後、６７％通電を１５分行い、その後１００％通電に移行するようにプログラムしておくことが望ましい。もちろん、３３％通電でＯＮに突入する場合は５０％交互通電を経過することが望ましい。
【０００９】
この発明のＰＴＣ面状発熱体用の電気回路は、突入電流の低減化を図るため、前記面積比２：１：１：２のそれぞれの発熱体に対応するよう配置した電気回路を、下記のように制御できるようにしたことをも特徴とするものである。
ａ）通常運転の場合：前記面積比２：１：１：２に対応する電気回路を２、１＋１または２の組合せとして、３３％通電。
【００１０】
以上のように、ＰＴＣ面状発熱体用への電気回路を、２：１：１：２の面積比で４回路に分割することで、これらの重大事故や電力会社との基本電気契約料金を低減できる。
すなわち、通常は、２＋１、１＋２の割合で交互（５０％）に電気を流す。このことで、設計電気容量が 1／２に低減でき、同じ電気容量で２倍の敷設面積が実現できる。
さらに、発熱体の抵抗値公差等に起因してこの状態で過電流が検出された場合、速やかに通電面積を低減させ、２と（１＋１）と２の１／３（３３％通電）に移行する。
またＰＴＣ面状発熱体の場合は温度が上昇すると抵抗値が増大して電流が低下する特性がある。したがって、この発熱体を使用する場合は、一定時間後に面積を減ずる前の通電比率に復帰するよう制御することが望ましい。このように速やかに通電面積を減ずることにより、開閉素子、ブレーカに過負荷ストレスが持続的にかかることがなく、機器の寿命も本願発明のような制御のための電気回路を持たないものより延びることが期待できる。
【発明の効果】
【００１１】
以上のように、請求項１の発明はＰＴＣ面状発熱体の面積比を２：１：１：２となるよう分割し、該発熱体を制御するための電気回路を、面積比２：１：１：２のそれぞれの発熱体に対応するよう配置した。
【００１２】
請求項２の発明（ａ）は、前記電気回路を応用し、初期運転時に２＋１、１＋２の１／２ずつに均等に分け、それぞれに交互に電流を流すことにより（５０％交互通電）、通常の突入電流の半分で設計できることである。
請求項２の発明（ｂ）は、さらに、２と（１＋１）と２に１／３ずつ流すことにより、さらに省電力での設計を可能としたことである。
すなわち、通常の１／２の立ち上がりに際して、抵抗値公差等で過電流が流れた際に、これをＣＴ（電流感知トランス）等で検知し、通電面積を瞬時に落とす機構である。これは、２＋１と１＋２の５０％交互通電状態から、２と（１＋１）と２の１／３通電（３３％通電）にすることを可能としたものである。
同じように、ＰＴＣ面状発熱体は電流が流れ暖かくなることで抵抗値が増大するので、ある一定時間に、面積を減ずる前のモードに自動復帰させることも可能である。
請求項２の発明（ｃ）はさらに、５０％交互通電後にＣＰＵが１００％通電を指令しても、過電流が検知されれば、２＋（１＋１）と（１＋１）＋２、または２＋２の６７％通電に減じる制御等が確実に行えるようになっている。
【００１３】
請求項３の発明は、突入電流の低減化を図るため、前記面積比２：１：１：２のそれぞれの発熱体に対応するよう配置した電気回路を、通常運転の場合：前記面積比２：１：１：２に対応する電気回路を２、１＋１または２の組合せとして、３３％通電にすることを可能としたものである。
このようにすることで、設計電気容量が 1／３に低減でき、同じ電気容量で３倍の敷設面積が実現できる。
【００１４】
請求項１〜３の発明によれば、同じ電気量では２倍の敷設面積とすることができ、同じ敷設面積では、半分以下の電気量で床暖房が設計できる。また、発熱体の抵抗値公差による過電流も安全に防ぐことが可能で、省エネ、省コスト及び、より安全性に優れた床暖房システムの供給が可能である。
【００１５】
そしてこの発明によれば、床暖房システムとして床暖房用コントローラをコンパクトに構成することができ、かつ、より安全性に高い製品が供給できるようになった。
すなわち、従来、発熱体の抵抗値公差の過電流による、重大事故につながる恐れを回避するため、机上の計算によって算出された安全率から敷設面積が制限され、万一、公差が大きい場合には、ブレーカ作動や機器に対する負荷が大きく、安全とは言いがたい側面が否定できなかった。
しかしながら、この発明のＰＴＣ面状発熱体用の電気回路によっていわゆる回路分けをすることにより、昇温時間を犠牲にすることなく、上述したような事故を確実に未然に予防することが可能であり、省エネ、省コスト及び、契約電気容量の低減化に大いに貢献することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下この発明のＰＴＣ面状発熱体用の電気回路の実施の形態を、図１に基いて詳細に説明する。
図１はこの発明のＰＴＣ面状発熱体用の電気回路の１実施例を示すブロック図である。
【００１７】
図１に示すように、この発明のＰＴＣ面状発熱体用の電気回路を構成する基本回路１１は、ＰＴＣ面状発熱体を構成する発熱体の面積比を２：１：１：２となるよう分割し、面積比２：１：１：２のそれぞれに対応するよう回路（１）〜回路（４）からなる電気回路を配置したことを特徴としている。
すなわち基本回路１１の構成は、図１の左上段のように、発熱体の面積比が、回路（１）＝２、回路（２）＝１、回路（３）＝１、回路（４）＝２となるように構成されている。
【００１８】
上記ＰＴＣ面状発熱体用の電気回路は、前記面積比２：１：１：２のそれぞれの発熱体に対応するよう配置した基本回路１１を、下記のように制御することができる。
（ａ）通常運転時：図１の左中段、左下段のように、前記電気回路を応用し、初期運転時に２＋１、１＋２の１／２ずつに均等に分け、それぞれに交互に電流を流すことにより（５０％交互通電）、通常の突入電流の半分で設計できることである。
【００１９】
より詳しく説明すると、一般に通電面積を広げる場合、例えば４等分した場合は５０％交互通電から７５％通電、１００％通電へと移行させることができ、一番簡単な分割のように思われる。しかしながら、電気的には良いものの、基本回路は１回路ずつＯＮ，ＯＦＦできるよう回路設計されている。仮に４等分された場合、一番需要のあるマンションの床暖房では、１ルームにキッチン、ダイニング、リビングとあって、４等分では前記１ルームに対応した設計がしにくいという欠点が見受けられる。
この実施例においては、通電面積が２の回路（１），（４）はダイニングとリビングに、通電面積が１の回路（２），（３）はキッチンと脱衣場等と使い分けることができるのである。
【００２０】
したがって、５０％交互通電からいきなり１００％通電では抵抗値が上がりきらず移行できない場合もあり、また抵抗値は温度の変化とは同等すなわち直線で上がるのではなく温度の変化の１０倍位の変化をするため、２：１：１：２に４分割し、５０％交互通電から、６７％通電を経て１００％通電にすることが理想的な移行なのである。
このように発熱体の面積比を２：１：１：２となるよう分割し、面積比２：１：１：２のそれぞれに対応するよう回路（１）〜回路（４）からなる電気回路を配置したことにより無理なく通電面積を広げることができるようになった。
【００２１】
また以上のように、ＰＴＣ面状発熱体用への電気回路を、２：１：１：２の面積比で４回路に分割することで、異常事態の発生時、例えば発熱体の抵抗値公差の過電流による重大事故を防止することができる。
（ｂ）すなわち、発熱体の抵抗値公差が大きく、過電流が流れてブレーカ容量を超えた場合：図１の右下段のように、前記面積比２：１：１：２に対応する基本回路１１を２、１＋１または２の組合せとして制御することにより、３３％しか通電しないようにする。
このように通常の１／２の立ち上がりに際して、抵抗値公差等で過電流が流れた際に、これをＣＴ（電流感知トランス）等で検知し、通電面積を瞬時に落とす機構である。これは、２＋１と１＋２の５０％交互通電状態から、２と（１＋１）と２の１／３通電（３３％通電）にすることを意味する。
【００２２】
またＰＴＣ面状発熱体の場合、温度が上昇すると抵抗値が増大して電流が低下する特性がある。したがって、ＰＴＣ面状発熱体を使用する場合は、一定時間後に面積を減ずる前の通電比率に復帰するよう制御できるよう構成することが望ましい。もちろんこの制御は、基本回路１１に制御回路を組み込む等の方法で行うことができる。
このように速やかに通電面積を復帰させることにより、開閉素子、ブレーカに過負荷ストレスが持続的にかかることがなく、機器の寿命も本願発明のような制御のための電気回路を持たないものより延びることが期待できる。
【００２３】
（ｃ）５０％交互通電から１００％通電に通電面積を広くしようとする場合：図１の右中段のように、５０％交互通電後にＣＰＵが１００％通電を指令しても、過電流が検知される場合がある。そしてこのような場合には、前記面積比２：１：１：２に対応する基本回路１１を２＋（１＋１）と（１＋１）＋２、または２＋２の組合せとして、６７％通電を経由させる制御を行うようになっている。
【００２４】
また、通常運転の場合：図１左下段のように、突入電流の低減化を図るため、前記面積比２：１：１：２のそれぞれの発熱体に対応するよう配置した基本回路１１を、通常運転の場合であっても２、１＋１または２の組合せとして、３３％通電にすることもできるのである。
【００２５】
この発明の前記実施例によれば、同じ電気量では２倍の敷設面積とすることができ、同じ敷設面積では、半分以下の電気量で床暖房が設計できる。
また、発熱体の抵抗値公差による過電流も安全に防ぐことが可能で、省エネ、省コスト及び、突入電流の低減化により安全性に優れた床暖房システムの供給が可能である。
【００２６】
すなわち、単に通電面積を抑制することで突入電流の低減化が可能である。通常は２＋１と１＋２の５０％交互通電であり、これで従来比 1／２の突入電流となるが、建物の構造等により意図的に２と（１＋１）と２の１／３にすることもでき、より突入電流の低減化が図れるようになった。
［実施形態の効果］
【００２７】
したがって、前記ＰＴＣ面状発熱体用の電気回路を組み込んだ床暖房コントローラは、確実な過電流遮断、及び省エネが図られ、基本電気契約の料金の低減や、住宅の幹線（引込み線）容量の低減による省コスト化が実現できる。
もちろん、対応する発熱材料の違いにより、その発熱材料の特性を考慮しさらに面積を細分化することもできる。  
ただし、これに対するコントローラ制御・コントローラへの分岐回路の施工の煩雑等を考慮した場合２：１：１：２の分配が最適であるというのがこの発明のＰＴＣ面状発熱体用の電気回路の考え方である。
【００２８】
従来の床暖房コントローラの発熱体用の電気回路の多くは、基本回路が１回路であり、さらに発熱体の抵抗値公差等を考慮して安全率を求めて適用しているので、敷設面積が著しく少なかった。
また、敷設面積を大きくするためには電気容量を確保する必要があり、これらは住宅幹線の引き込み線の容量等住宅設計・費用にも係る問題が発生していた。
すなわち、ユーザは床暖房のためだけに電力会社との契約電気容量も大きくする必要があった。このため、ユーザに対して「電気式床暖房＝ランニングコストが高い」というイメージを払拭することができず、市場として停滞している感じが否めなかった。
【００２９】
そこでこの発明は、発熱体の基本回路１を２：１：１：２の４回路に分け、さらに突入時を２＋１と１＋２の５０％交互通電することで、設計電流を１／２に低減した。
またこの考えを発熱体の抵抗値公差にも応用し、過電流検知時には、さらに２と（１＋１）と２の１／３通電することで、確実に過電流を減じ、安全性を確保できるシステムを構築した。なおこの機能は抵抗値公差だけでなく、昇温を早めるために意図的にコントローラＣＰＵから過負荷の指令が発せられた場合にも適用が可能である。
なお、ＰＴＣ面状発熱体を利用する場合は、発熱体の電気が流れ、暖まると抵抗値が増加し、電流が低減するという特性を活用し、一定時間後に面積を減ずる以前の状態に自動復帰する機能も設けてある。
【００３０】
以上の実施例によれば、突入電流の低減化のみならず、発熱体の抵抗値公差による過電流対策等の安全にも貢献でき、重大事故発生を未然に防げる効果が期待でき、さらに、より一層の省エネ、省コスト化が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
この発明によれば、特に、突入電流の低減化（通常運転時は、設計電流が他社の１／２）が可能であることから、地球温暖化の原因となるＣＯ2も半分となり、地球環境に優しい製品の提供が可能となる。
また、今までは、机上の設計・経験等により規定されていた安全率を、ＣＴ（電流感知トランス）等により検知し、速やかに通電面積を減ずる対策が施せることにより、より確実に安全性が確保できるので非常に有効な発明である。
【００３２】
なお、通電面積の減じ方は、例えば、５０％交互通電（２＋１と１＋２）から１００％通電に移行命令がＣＰＵから発せられた場合においても、過電流の場合は、２＋（１＋１）と（１＋１）＋２、または２＋２の６７％通電に減ずることにも応用できる。
【００３３】
また、この発明における通電面積の分割に際しては、使用発熱材料に応じて最良の面積分割を行うことにより、同等の効果を得ることができる。
また、１ルームがより広い面積である場合、１台のコントローラで４回路を個々にＯＮ，ＯＦＦすることにより、例えば１ルームにおいてキッチン使用時間に他の回路を切る当の操作によって、大幅な節電が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】この発明のＰＴＣ面状発熱体用の電気回路の１実施例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００３５】
１１  基本回路
【図１】
2010086834.tif 000003
【手続補正書】
【提出日】平成20年9月30日(2008.9.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2010086834.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成21年5月9日(2009.5.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
面状発熱体を所定の面積比の複数ブロックに分割し、該発熱体を制御するための電気回路を、前記面積比の複数ブロックのそれぞれの発熱体に対応するよう配置したことを特徴とする面状発熱体用の電気回路。
【請求項２】
面状発熱体がＰＴＣ面状発熱体であり、ＰＴＣ面状発熱体の面積比を２：１：１：２となるよう分割し、該発熱体を制御するための電気回路を、面積比２：１：１：２のそれぞれの発熱体に対応するよう配置したことを特徴とする請求項１記載のＰＴＣ面状発熱体用の電気回路。
【請求項３】
前記面積比２：１：１：２のそれぞれの発熱体に対応するよう配置した電気回路を、下記のように制御できるようにしたことを特徴とする請求項２記載のＰＴＣ面状発熱体用の電気回路。
ａ）通常運転の場合：前記面積比２：１：１：２に対応する電気回路を２＋１または１＋２の組合せとして、５０％交互通電。
ｂ）発熱体の抵抗値公差が大きく、ブレーカ容量を超えた場合：前記面積比２：１：１：２に対応する電気回路を２、１＋１または２の組合せとして、３３％通電。
ｃ）５０％交互通電から１００％通電に通電面積を広くしようとする場合：前記面積比２：１：１：２に対応する電気回路を２＋（１＋１）と（１＋１）＋２、または２＋２の組合せとして、６７％通電を経由。
【請求項４】
突入電流の低減化を図るため、前記面積比２：１：１：２のそれぞれの発熱体に対応するよう配置した電気回路を、下記のように制御できるようにしたことを特徴とする請求項２記載のＰＴＣ面状発熱体用の電気回路。
ａ）通常運転の場合：前記面積比２：１：１：２に対応する電気回路を２、１＋１または２の組合せとして、３３％通電。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ＰＴＣ面状発熱体を床暖房に応用した場合、安全率の取り方によっては、抵抗値が雰囲気温度に依存するＰＴＣ面状発熱体の性質により、突入電流が許容容量を超える過電流の場合があり、この場合、電気設備基準（第２２８条）により設置が義務付けられている過電流ブレーカが作動することがある。また、発熱体自体の公差も比較的大きいことから安全率の取り方によっては極めて狭い範囲の敷設しか行えず、電気回路（コントローラ）の機能としては有効活用できていない側面もあった。したがってこの発明は、過電流を物理的に面積を減ずる、あるいは広げることにより、安全・確実に敷設並びに発熱体公差による影響を回避することができるようにしたＰＴＣ面状発熱体用の電気回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、固定抵抗の性質を有する従来のニクロム線タイプの発熱体、およびカーボン面状発熱体(非ＰＴＣ面状発熱体)においては比較的容易に出荷時初期抵抗値を決定でき、またこれらは、前述の固定抵抗のため雰囲気温度に依存する抵抗値変化は乏しい。一方、正の温度係数を有するＰＴＣ面状発熱体はエージングにより初期抵抗値は安定しているものの、雰囲気温度依存する抵抗値、並びに製造上の制約、および出荷時と実際の敷設現場におけ（温度に）る雰囲気温度との差によっては、公差を逸脱する場合があり、また敷設面積を広げようと定格容量内で設計上限値ぎりぎりに余裕なく敷設した場合、場合によっては突入電流が定格容量を上回る場合があって過電流となり、ブレーカが作動することがあるため安全率を如何に見るかが課題であった。
【０００３】
このため、電気式（PTC面状発熱体）の床暖房システムを導入する際は、電気容量契約を大きくする必要があった。また設計の安全率を越えた発熱体が混入した場合のいわゆる公差は、開閉素子やブレーカに過電流が流れ、開閉素子・ブレーカの溶着、溶断等が生じる場合があるため非常に危険であり、度々のブレーカ作動によって結果的にさらに大きい電気容量へ変更するための工事、並びに、新しい電気容量契約等が必要であった。
そしてこのように安全率を高めることは、安全性の確保には役立つが、敷設面積の低下にもつながるという欠点があった。
【０００４】
そこで、特開平２−１１２１９１号公報（特許文献１参照）に記載された発明のように、電源に並列に接続され、かつパターンの往路と復路が並列に配設された２個以上の発熱電極と、前記複数個の発熱電極への通電を選択する暖房面積選択スイッチと、感熱樹脂材を介して前記発熱電極に共通的に対面すると共に、一端を前記電源と接続した温度検知電極と、前記発熱電極から前記温度検知電極に流れるリーク電流を検知するＣＴと、前記暖房面積選択スイッチの動作を個別に検出して通電面積を検知し、通電面積に応じた基準電圧を設定する通電面積検知回路と、前記通電面積に応じた基準電圧と前記ＣＴの出力に応じた温度信号電圧とを比較するスイッチング回路とを備えたことを特徴とした多分割面状発熱体が提案されている。
【特許文献１】特開平２−１１２１９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、前記先行技術のように通電面積を３分割にして、すなわち３３％突入をシミレーションしたところ、３３％通電から所定の時間が経過した後に抵抗値が上がったので６６％通電へ移行させようとしたが、設定温度まで昇温させるのに１時間以上掛かってしまい、昇温時間が長く、条件によっては移行できないおそれも考えられる。
そこで種々検討した結果、通電面積を３分割に等分する必要がないことに思い至り、２：１：１：２を生み出したのである。これによって、ＰＴＣ面状発熱体に５０％交互通電することが可能となり、初期昇温時間も３０分以内に短縮できようになった。
【０００６】
この発明は、床暖房の発熱体の抵抗値公差による過電流によるブレーカ作動、並びに、コントローラ開閉素子のダメージ軽減、及び、突入電流を低減するために、電気回路を、２：１：１：２と面積比を４分割して制御するものである。
すなわち、万一、規定電流を越えた場合には、速やかに通電面積を減ずることによって、過電流（過負荷）を防止する。また、通常は２＋１、１＋２の５０％交互運転することで、１／２の設計電流で運転でき、敷設面積を２倍に拡大でき、基本電気料の低減、幹線設計の低減化により、省エネ、省コストに貢献できるＰＴＣ面状発熱体用の電気回路を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明の面状発熱体用の電気回路は、面状発熱体を所定の面積比の複数ブロックに分割し、該発熱体を制御するための電気回路を、前記面積比の複数ブロックのそれぞれの発熱体に対応するよう配置したことを特徴とするものである。
【０００８】
この発明のＰＴＣ面状発熱体用の電気回路は、面状発熱体がＰＴＣ面状発熱体であり、ＰＴＣ面状発熱体の面積比を２：１：１：２となるよう分割し、該発熱体を制御するための電気回路を、面積比２：１：１：２のそれぞれの発熱体に対応するよう配置したことをも特徴とするものである。
【０００９】
この発明のＰＴＣ面状発熱体用の電気回路は、前記面積比２：１：１：２のそれぞれの発熱体に対応するよう配置した電気回路を、下記のように制御できるようにしたことをも特徴とするものである。
ａ）通常運転の場合：前記面積比２：１：１：２に対応する電気回路を２＋１または１＋２の組合せとして、５０％交互通電。
ｂ）発熱体の抵抗値公差が大きく、ブレーカ容量を超えた場合：前記面積比２：１：１：２に対応する電気回路を２、１＋１または２の組合せとして、３３％通電。
ｃ）５０％交互通電から１００％通電に通電面積を広くしようとする場合：前記面積比２：１：１：２に対応する電気回路を２＋（１＋１）と（１＋１）＋２、または２＋２の組合せとして、６７％通電を経由。
したがって通常使用時では、ＯＮ時の突入時は強制的に５０％交互通電を行い、ブレーカ容量を超えた場合は３３％通電とし、利用者が１００％通電をセットしても５０％交互通電を３０分行った後、６７％通電を１５分行い、その後１００％通電に移行するようにプログラムしておくことが望ましい。ユーザが３３％通電を望んだ場合でも、当初の３０分間は、昇温スピード、省エネの観点から、５０％交互通電を経過することが望ましい。
【００１０】
この発明のＰＴＣ面状発熱体用の電気回路は、突入電流の低減化を図るため、前記面積比２：１：１：２のそれぞれの発熱体に対応するよう配置した電気回路を、下記のように制御できるようにしたことをも特徴とするものである。
ａ）通常運転の場合：前記面積比２：１：１：２に対応する電気回路を２、１＋１または２の組合せとして、３３％通電。
【００１１】
以上のように、ＰＴＣ面状発熱体用への電気回路を、２：１：１：２の面積比で４回路に分割することで、これらの重大事故や電力会社との基本電気契約料金を低減できる。
すなわち、通常は、２＋１、１＋２の割合で交互（５０％）に電気を流す。このことで、設計電気容量が  １／２に低減でき、同じ電気容量で２倍の敷設面積が実現できる。
さらに、発熱体の抵抗値公差等に起因してこの状態で過電流が検出された場合、速やかに通電面積を低減させ、２と（１＋１）と２の１／３（３３％通電）に移行する。
またＰＴＣ面状発熱体の場合は温度が上昇すると抵抗値が増大して電流が低下する特性がある。したがって、この発熱体を使用する場合は、一定時間後に面積を減ずる前の通電比率に復帰するよう制御することが望ましい。このように速やかに通電面積を減ずることにより、開閉素子、ブレーカに過負荷ストレスが持続的にかかることがなく、機器の寿命も本願発明のような制御のための電気回路を持たないものより延びることが期待できる。
【発明の効果】
【００１２】
以上のように、請求項１の発明は面状発熱体の面積比を２：１：１：２となるよう分割し、該発熱体を制御するための電気回路を、面積比２：１：１：２のそれぞれの発熱体に対応するよう配置した。
【００１３】
請求項２の発明（ａ）は、前記電気回路を応用し、初期運転時に２＋１、１＋２の１／２ずつに均等に分け、それぞれに交互に電流を流すことにより（５０％交互通電）、通常の突入電流の半分で設計できることである。
請求項２の発明（ｂ）は、さらに、２と（１＋１）と２に１／３ずつ流すことにより、さらに省電力での設計を可能としたことである。
すなわち、通常の１／２の立ち上がりに際して、抵抗値公差等で過電流が流れた際に、これをＣＴ（電流感知トランス）等で検知し、通電面積を瞬時に落とす機構である。これは、２＋１と１＋２の５０％交互通電状態から、２と（１＋１）と２の１／３通電（３３％通電）にすることを可能としたものである。
同じように、ＰＴＣ面状発熱体は電流が流れ暖かくなることで抵抗値が増大するので、ある一定時間に、面積を減ずる前のモードに自動復帰させることも可能である。
請求項２の発明（ｃ）はさらに、５０％交互通電後にＣＰＵが１００％通電を指令しても、過電流が検知されれば、２＋（１＋１）と（１＋１）＋２、または２＋２の６７％通電に減じる制御等が確実に行えるようになっている。
【００１４】
請求項３の発明は、突入電流の低減化を図るため、前記面積比２：１：１：２のそれぞれの発熱体に対応するよう配置した電気回路を、通常運転の場合：前記面積比２：１：１：２に対応する電気回路を２、１＋１または２の組合せとして、３３％通電にすることを可能としたものである。
このようにすることで、設計電気容量が  １／３に低減でき、同じ電気容量で３倍の敷設面積が実現できる。
【００１５】
請求項１〜４の発明によれば、同じ電気量では２倍の敷設面積とすることができ、同じ敷設面積では、半分以下の電気量で床暖房が設計できる。また、発熱体の抵抗値公差による過電流も安全に防ぐことが可能で、省エネ、省コスト及び、より安全性に優れた床暖房システムの供給が可能である。
【００１６】
そしてこの発明によれば、床暖房システムとして床暖房用コントローラをコンパクトに構成することができ、かつ、より安全性に高い製品が供給できるようになった。
すなわち、従来、発熱体の抵抗値公差の過電流による、重大事故につながる恐れを回避するため、机上の計算によって算出された安全率から敷設面積が制限され、万一、公差が大きい場合には、ブレーカ作動や機器に対する負荷が大きく、安全とは言いがたい側面が否定できなかった。
しかしながら、この発明のＰＴＣ面状発熱体用の電気回路によっていわゆる回路分けをすることにより、昇温時間を犠牲にすることなく、上述したような事故を確実に未然に予防することが可能であり、省エネ、省コスト及び、契約電気容量の低減化に大いに貢献することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下この発明のＰＴＣ面状発熱体用の電気回路の実施の形態を、図１に基いて詳細に説明する。
図１はこの発明のＰＴＣ面状発熱体用の電気回路の１実施例を示すブロック図である。
【００１８】
図１に示すように、この発明のＰＴＣ面状発熱体用の電気回路を構成する基本回路１１は、ＰＴＣ面状発熱体を構成する発熱体の面積比を２：１：１：２となるよう分割し、面積比２：１：１：２のそれぞれに対応するよう回路（１）〜回路（４）からなる電気回路を配置したことを特徴としている。
すなわち基本回路１１の構成は、図１の左上段のように、発熱体の面積比が、回路（１）＝２、回路（２）＝１、回路（３）＝１、回路（４）＝２となるように構成されている。
【００１９】
上記ＰＴＣ面状発熱体用の電気回路は、前記面積比２：１：１：２のそれぞれの発熱体に対応するよう配置した基本回路１１を、下記のように制御することができる。
（ａ）通常運転時：図１の左中段、左下段のように、前記電気回路を応用し、初期運転時に２＋１、１＋２の１／２ずつに均等に分け、それぞれに交互に電流を流すことにより（５０％交互通電）、通常の突入電流の半分で設計できることである。
【００２０】
より詳しく説明すると、一般に通電面積を広げる場合、例えば４等分した場合は５０％交互通電から７５％通電、１００％通電へと移行させることができ、一番簡単な分割のように思われる。しかしながら、電気的には良いものの、基本回路は１回路ずつＯＮ，ＯＦＦできるよう回路設計されている。仮に４等分された場合、一番需要のあるマンションの床暖房では、１ルームにキッチン、ダイニング、リビングとあって、４等分では前記１ルームに対応した設計がしにくいという欠点が見受けられる。
この実施例においては、通電面積が２の回路（１），（４）は比較的敷設面積が大きい、ダイニングとリビングに、通電面積が１の回路（２），（３）は比較的敷設面積が少ない、キッチンと脱衣場等と使い分けることができるのである。
【００２１】
したがって、５０％交互通電からいきなり１００％通電では抵抗値が上がりきらず移行できない場合もあり、また抵抗値は温度の変化とは同等すなわち直線で上がるのではなく温度の変化の１０倍位の変化をするため、２：１：１：２に４分割し、５０％交互通電から、６７％通電を経て１００％通電にすることが理想的な移行なのである。
このように発熱体の面積比を２：１：１：２となるよう分割し、面積比２：１：１：２のそれぞれに対応するよう回路（１）〜回路（４）からなる電気回路を配置したことにより無理なく通電面積を広げることができるようになった。
【００２２】
また以上のように、ＰＴＣ面状発熱体用への電気回路を、２：１：１：２の面積比で４回路に分割することで、異常事態の発生時、例えば発熱体の抵抗値公差の過電流による重大事故を防止することができる。
（ｂ）すなわち、発熱体の抵抗値公差が大きく、過電流が流れてブレーカ容量を超えた場合：図１の右下段のように、前記面積比２：１：１：２に対応する基本回路１１を２、１＋１または２の組合せとして制御することにより、３３％しか通電しないようにする。
このように通常の１／２の立ち上がりに際して、抵抗値公差等で過電流が流れた際に、これをＣＴ（電流感知トランス）等で検知し、通電面積を瞬時に落とす機構である。これは、２＋１と１＋２の５０％交互通電状態から、２と（１＋１）と２の１／３通電（３３％通電）にすることを意味する。
【００２３】
またＰＴＣ面状発熱体の場合、温度が上昇すると抵抗値が増大して電流が低下する特性がある。したがって、ＰＴＣ面状発熱体を使用する場合は、一定時間後に面積を減ずる前の通電比率に復帰するよう制御できるよう構成することが望ましい。もちろんこの制御は、基本回路１１に制御回路を組み込む等の方法で行うことができる。
このように速やかに通電面積を復帰させることにより、開閉素子、ブレーカに過負荷ストレスが持続的にかかることがなく、機器の寿命も本願発明のような制御のための電気回路を持たないものより延びることが期待できる。
【００２４】
（ｃ）５０％交互通電から１００％通電に通電面積を広くしようとする場合：図１の右中段のように、５０％交互通電後にＣＰＵが１００％通電を指令しても、過電流が検知される場合がある。そしてこのような場合には、前記面積比２：１：１：２に対応する基本回路１１を２＋（１＋１）と（１＋１）＋２、または２＋２の組合せとして、６７％通電を経由させる制御を行うようになっている。
【００２５】
また、通常運転の場合：図１左下段のように、突入電流の低減化を図るため、前記面積比２：１：１：２のそれぞれの発熱体に対応するよう配置した基本回路１１を、通常運転の場合であっても２、１＋１または２の組合せとして、３３％通電にすることもできるのである。
【００２６】
この発明の前記実施例によれば、同じ電気量では２倍の敷設面積とすることができ、同じ敷設面積では、半分以下の電気量で床暖房が設計できる。
また、発熱体の抵抗値公差による過電流も安全に防ぐことが可能で、省エネ、省コスト及び、突入電流の低減化により安全性に優れた床暖房システムの供給が可能である。
【００２７】
すなわち、単に通電面積を抑制することで突入電流の低減化が可能である。通常は２＋１と１＋２の５０％交互通電であり、これで従来比  １／２の突入電流となるが、建物の構造等により意図的に２と（１＋１）と２の１／３にすることもでき、より突入電流の低減化が図れるようになった。
［実施形態の効果］
【００２８】
したがって、前記ＰＴＣ面状発熱体用の電気回路を組み込んだ床暖房コントローラは、確実な過電流遮断、及び省エネが図られ、基本電気契約の料金の低減や、住宅の幹線（引込み線）容量の低減による省コスト化が実現できる。
もちろん、対応する発熱材料の違いにより、その発熱材料の特性を考慮しさらに面積を細分化することもできる。  
ただし、これに対するコントローラ制御・コントローラへの分岐回路の施工の煩雑等を考慮した場合２：１：１：２の分配が最適であるというのがこの発明のＰＴＣ面状発熱体用の電気回路の考え方である。
【００２９】
従来の床暖房コントローラの発熱体用の電気回路の多くは、基本回路が１回路であり、さらに発熱体の抵抗値公差等を考慮して安全率を求めて適用しているので、敷設面積が著しく少なかった。
また、敷設面積を大きくするためには電気容量を確保する必要があり、これらは住宅幹線の引き込み線の容量等住宅設計・費用にも係る問題が発生していた。
すなわち、ユーザは床暖房のためだけに電力会社との契約電気容量も大きくする必要があった。このため、ユーザに対して「電気式床暖房＝ランニングコストが高い」というイメージを払拭することができず、市場として停滞している感じが否めなかった。
【００３０】
そこでこの発明は、発熱体の基本回路１を２：１：１：２の４回路に分け、さらに突入時を２＋１と１＋２の５０％交互通電することで、設計電流を１／２に低減した。
またこの考えを発熱体の抵抗値公差にも応用し、過電流検知時には、さらに２と（１＋１）と２の１／３通電することで、通電面積を減じ、過電流を低減し、安全性を確保できるシステムを構築した。なおこの機能は抵抗値公差だけでなく、昇温を早めるために意図的にコントローラＣＰＵから過負荷の指令が発せられた場合にも適用が可能である。
なお、ＰＴＣ面状発熱体を利用する場合は、発熱体の電気が流れ、暖まると抵抗値が増加し、電流が低減するという特性を活用し、一定時間後に面積を減ずる以前の状態に自動復帰する機能も設けてある。
【００３１】
以上の実施例によれば、突入電流の低減化のみならず、発熱体の抵抗値公差による過電流対策等の安全にも貢献でき、重大事故発生を未然に防げる効果が期待でき、さらに、より一層の省エネ、省コスト化が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
この発明によれば、特に、突入電流の低減化（通常運転時は、設計電流が他社の１／２）が可能であることから、地球温暖化の原因となるＣＯ2も半分となり、地球環境に優しい製品の提供が可能となる。
また、今までは、机上の設計・経験等により規定されていた安全率を、ＣＴ（電流感知トランス）等により検知し、速やかに通電面積を減ずる対策が施せることにより、より確実に安全性が確保できるので非常に有効な発明である。
【００３３】
なお、通電面積の減じ方は、例えば、５０％交互通電（２＋１と１＋２）から１００％通電に移行命令がＣＰＵから発せられた場合においても、過電流の場合は、２＋（１＋１）と（１＋１）＋２、または２＋２の６７％通電に減ずることにも応用できる。
【００３４】
また、この発明における通電面積の分割に際しては、使用発熱材料に応じて最良の面積分割を行うことにより、同等の効果を得ることができる。
また、１ルームがより広い面積である場合、１台のコントローラで４回路を個々にＯＮ，ＯＦＦすることにより、例えば１ルームにおいてキッチン使用時間に他の回路を切る等の操作によって、大幅な節電が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】この発明のＰＴＣ面状発熱体用の電気回路の１実施例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００３６】
１１  基本回路