(57)【要約】  【課題】  ヒータ温度を直接検出する温度センサを用いずに、また、通電開始時から所定温度到達後においても所定のヒータ温度に容易に制御可能とするＰＴＣヒータ用温度コントローラを提供することである。【解決手段】  ＰＴＣヒータ３に通電される電流値を検知する電流センサ１３を設け、検知された電流値に応じて、通電のオン・オフ時間の割合を予め設定された割合に変更する制御を行うＰＴＣヒータ用温度コントローラ１とし、予め設定される所望のヒータ温度に応じて特定される電流値との偏差により所定の制御を行う構成とした。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度の増大と共に抵抗値が増大するＰＴＣ特性を備えるＰＴＣヒータの温度を制御するコントローラであって、
前記ＰＴＣヒータに通電される電流値を検知する電流センサを設け、検知された電流値に応じて、通電のオン・オフ時間の割合を予め設定された割合に変更する制御を行うことを特徴とするＰＴＣヒータ用温度コントローラ。
【請求項２】
検知される前記電流値に対応するヒータ温度を特定し、特定された前記ヒータ温度と予め設定される所定の設定ヒータ温度との偏差に応じた所定の割合で、通電のオン・オフ時間を制御する構成としたことを特徴とする請求項１に記載のＰＴＣヒータ用温度コントローラ。
【請求項３】
通電のオン・オフ時間の１サイクル周期は、ＰＴＣヒータの特性に応じてそれぞれのＰＴＣヒータ毎に一定に設定される時間であることを特徴とする請求項１または２に記載のＰＴＣヒータ用温度コントローラ。
【請求項４】
温度の増大と共に抵抗値が増大するＰＴＣ特性を備えるＰＴＣヒータの温度を制御するコントローラであって、
前記ＰＴＣヒータに通電される電流値を検知する電流センサと、通電されている電流値をＤＣ電圧値に変換して実際に供給される電力値を算出する電力変換部と、算出された電力値を予め規定されるヒータ温度に対応する電力値と比較して偏差を検出する偏差検出部と、検出された偏差により、通電のオン・オフ時間の割合を予め設定された割合に変更するコントローラ部とを備えたことを特徴とするＰＴＣヒータ用温度コントローラ。
【請求項５】
前記ＰＴＣヒータが、断熱材と、面状発熱体と、絶縁シートとを順に重ねると共に、これらを一体的に被覆する金属製保護ケーシングとから構成されるヒータユニットケース体を備え、下方に向けて脚部を突設した支持台に前記ヒータユニットケース体とタイルカーペットを順に敷設して構成する床暖房付フリーアクセスフロアに適用されている面状発熱体であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のＰＴＣヒータ用温度コントローラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、面状発熱体であるＰＴＣヒータの温度を制御するＰＴＣヒータ用温度コントローラに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
最近では、ＰＴＣ特性（温度の増大と共に抵抗値が増大する性質）を有する面状発熱体を用いて、床暖房を行うようになってきている。
【０００３】
一般に、部屋内の空調にはエアコン等により集中的な空調が行われている。そのために、室内の全てが均一な室温になっていることはなく、場所によってかなりの温度差が生じている。特に冬季には、温調による暖気が床面に行き渡らず、また、夏季には、冷気が床面に滞るために、快適さが損なわれている。そのために、特定場所に前記面状発熱体を有する床暖房装置を配置することで、室内の温調管理を効果的に行うことができる。
【０００４】
また、最近ではパソコン等のＯＡ機器が増えてきており、室内の温度も人に最適な温度とすることより、高価なＯＡ機器に適当な温度に設定する場合もある。特にパソコン等は使用時間が長くなると発熱量が増加するために、室内温度を割りと低く設定する場合が多い。
【０００５】
そのために、特に人がいる床上付近を部分的に暖房する要求がある等、室内の特定のフロアを部分的に暖房したい場合があり、特定の場所のフロアのみを床暖房付きフロアに変更したいことがある。またこの例として、面発熱体を付設した配線用二重床が公開されている。（例えば、特許文献１参照）
さらには、ヒータが安定領域に達した後で、ヒータ側に流れる電流値を調整することでＰＴＣヒータの温度を調整するとした出願も既に公開されている。（例えば、特許文献２参照）
【特許文献１】特開平６−３４１６５５号公報（第１−３頁、第１図）
【特許文献２】特開２００４−２５９５５７号公報（第１−８頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
床上を部分的に暖房したい時には、ストーブ等の暖房機を設置すればよいが、床に余分な物を載置することになり、邪魔になったり美観を損ねる場合がある。
【０００７】
ＰＴＣ特性を有するヒータユニットは、それ自体で自己温度制御があるため、わざわざ温度制御機構を追加して設ける必要がない。そのために、温度制御を行う際には、新たな温度センサやサーミスタ等の部品点数の多い素子を用いる温度制御機構を追加して、温度の制御と安全性を確保していた。
【０００８】
上記のように、ヒータの温度を検知するために温度センサを設ける場合には、前記センサをヒータまたはヒータの近傍に設置し、センサケーブルを配線する必要があり、新たな配線を組み込む配線工事が必要となる。
【０００９】
また、単にヒータユニットに通電される電流値を制御するだけでは、通電開始時の立ち上がりにおいて、所定のヒータ温度にまで昇温するのに多大の時間を要する。そのために、ヒータ温度が所定となるまでは電流値の制御を行わずに、ヒータユニットの温度が所定温度となったことを確認した後で、通電される電流値を制御することが必要となる。
【００１０】
本発明の目的は、上記問題点を解消するために、ヒータ温度を直接検出する温度センサを用いずに、また、通電開始時から所定温度到達後においても所定のヒータ温度に容易に制御可能とするＰＴＣヒータ用温度コントローラを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成するために請求項１に係る発明は、温度の増大と共に抵抗値が増大するＰＴＣ特性を備えるＰＴＣヒータの温度を制御するコントローラであって、前記ＰＴＣヒータに通電される電流値を検知する電流センサを設け、検知された電流値に応じて、通電のオン・オフ時間の割合を予め設定された割合に変更する制御を行うことを特徴としている。
【００１２】
上記の構成を有する請求項１に係る発明によれば、ヒータへの通電開始時から所定の温度に安定するまで、また安定した後でも連続して、ヒータに通電される電流値によりヒータ温度を制御することができる。
【００１３】
請求項２に係る発明は、検知される前記電流値に対応するヒータ温度を特定し、特定された前記ヒータ温度と予め設定される所定の設定ヒータ温度との偏差に応じた所定の割合で、通電のオン・オフ時間を制御する構成としたことを特徴としている。
【００１４】
上記の構成を有する請求項２に係る発明によれば、通電開始時から所定のヒータ温度に達した後でも、効率よくヒータ温度の制御を行うことができる。
【００１５】
請求項３に係る発明は、通電のオン・オフ時間の１サイクル周期は、ＰＴＣヒータの特性に応じてそれぞれのＰＴＣヒータ毎に一定に設定される時間であることを特徴としている。
【００１６】
上記の構成を有する請求項３に係る発明によれば、それぞれのヒータに適した周期でヒータの温度を制御することができる。
【００１７】
請求項４に係る発明は、温度の増大と共に抵抗値が増大するＰＴＣ特性を備えるＰＴＣヒータの温度を制御するコントローラであって、前記ＰＴＣヒータに通電される電流値を検知する電流センサと、通電されている電流値をＤＣ電圧値に変換して実際に供給される電力値を算出する電力変換部と、算出された電力値を予め規定されるヒータ温度に対応する電力値と比較して偏差を検出する偏差検出部と、検出された偏差により、通電のオン・オフ時間の割合を予め設定された割合に変更するコントローラ部とを備えたことを特徴としている。
【００１８】
上記の構成を有する請求項４に係る発明によれば、ヒータの温度を任意の温度に容易に設定し制御することができる。
【００１９】
請求項５に係る発明は、前記ＰＴＣヒータが、断熱材と、面状発熱体と、絶縁シートとを順に重ねると共に、これらを一体的に被覆する金属製保護ケーシングとから構成されるヒータユニットケース体を備え、下方に向けて脚部を突設した支持台に前記ヒータユニットケース体とタイルカーペットを順に敷設して構成する床暖房付フリーアクセスフロアに適用されている面状発熱体であることを特徴としている。
【００２０】
上記の構成を有する請求項５に係る発明によれば、ＰＴＣヒータを備える床暖房付フリーアクセスフロアのヒータ温度を任意の温度に設定し制御することができる。
【発明の効果】
【００２１】
上記したように本発明によれば、ヒータへの通電開始時から所定の温度に安定するまで、また安定した後でも連続して、ヒータに通電される電流値に応じた制御を行うことで所定のヒータ温度に速やかに達することができ、また所定のヒータ温度を維持することができる。さらに、それぞれのヒータ特性に適したサイクル周期で制御するので、効率よくヒータ温度の制御を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明に係るＰＣＴヒータ用温度コントローラの実施の形態について、図１から図４に基づいて説明する。
【００２３】
本発明に係るＰＴＣ特性を備える面状発熱体であるＰＴＣヒータ３は図１に示すように、導通性の電極箔を左右から櫛型に配設して、図中の右側電極箔３ａと左側電極箔３ｂを有しており、その間に半導体インクからなる発熱材３ｃを密封した薄いフィルム状シートである。また、その両面はフィルムにより絶縁された構造となっている。
【００２４】
また、前記ＰＴＣヒータ３の外方に突出している端子部３Ａを、断熱材２に設けられた切欠部２Ａに収容する構成とした。そのために、前記端子部３Ａに端子カバー３Ａａが装着された形状となっても、前記ＰＴＣヒータ３の上面側に出っ張ることもなく、前記切欠部２Ａ内に完全に収容することができる。さらに、前記端子部３Ａから延設しているリード線３Ｂはコントローラ１を経由して制御盤１０に配線されている。
【００２５】
ＰＴＣ特性を有していない通常の薄型電熱ヒータ発熱体では、発熱温度を調整するためにフィードバック制御装置が必要であり高価となる。しかし、前記ＰＴＣヒータ３は、温度が上昇すると電気抵抗が増大する所謂正熱特性（ＰＴＣ特性と称する）を有する自己温度制御型の発熱体であるので、複雑な制御なしで、発熱温度を自己調整することが可能となる。そのために本発明に係るＰＴＣヒータ３を、床暖房用の面状発熱体として採用することが好適である。
【００２６】
次に図３により、前記ＰＴＣヒータ３と前記断熱材２と絶縁シート４とを、金属板の四方を折り曲げて箱状に形成した金属製保護ケーシング５内に収納して一体化されたヒータユニットを備える床暖房付フリーアクセスフロアＦについて説明する。
【００２７】
図中に示す床暖房付フリーアクセスフロアＦは、二重床構造として配線用空間を構成するための樹脂製支持台６の上に、前記ＰＴＣヒータを備えて一体化されるヒータユニットケース体ＣＡを載置して、さらに、その上にタイルカーペット７等を敷設してフロアを形成している。
【００２８】
前記ヒータユニットケース体ＣＡは、金属板の四方を折り曲げて箱状に形成した金属製保護ケーシング５内に、断熱材２と、ＰＴＣヒータ３と、絶縁シート４とを下から上へ順に積載して一体的にユニット構成されたものである。
【００２９】
このときに、箱状の金属製保護ケーシング５、５Ａの二枚をその開口部同士を向かい合わせにしてケース体とし、そのケース体内ＣＡａに断熱材２と、ＰＴＣヒータ３と、絶縁シート４とを順に重ねて収納する構成とすれば、電気回路を導電体（この場合は金属製保護ケーシング５、５Ａ）で囲む（被覆する）構成となり、電気回路から発せられる電磁波が外部に発散するのをさらに低減することができ、好適である。
【００３０】
前記断熱材２は、厚さが５〜２０ｍｍ程度の建材用プラスチック発泡材であって、一般的に床暖房用として使用されている市販の材料である。この断熱材２は前記ＰＴＣヒータ３の熱を床下には逃がさずに、床上を効率よく暖房する効果を有する。
【００３１】
絶縁シート４は、合成ゴム又はプラスチック製の厚みが１ｍｍ程（又はそれ以下）の電気絶縁性のシートであって、電気的安全性を完全にするために、前記ＰＴＣヒータ３と金属製保護ケーシング５との間にはさみこんで使用する構成とした。
【００３２】
金属製保護ケーシング５は、四方を下向きに折り曲げて平らな上面を有する箱型ケーシングであって、暖房部材１が組み込まれた床暖房付フリーアクセスフロア上を人が歩いても、また、人が腰掛けたキャスター椅子が乗り上げても、さらにまた、物を置いたりしても、前記ＰＴＣヒータ３が損傷しないように保護する部材であり、アルミ合金板あるいは鉄板製のケーシングである。
【００３３】
前記金属製保護ケーシング５は、前記ＰＴＣヒータ３の発生する熱を床面に均等に伝熱する均熱板であると共に、床面の強度を向上するための保護板であり、単に平面状の板材であってもよい。ただし、上記のように箱状とした内部に、断熱材２と、ＰＴＣヒータ３と、絶縁シート４とを一体的に収納した箱型のケース体構成とすれば、構造的強度が向上すると共に、一体的にユニット化されたヒータユニットケース体ＣＡとして取り扱うことができ好適である。
【００３４】
また、前記ＰＴＣヒータ３の有効面積は前記発熱材３ｃが配設された部分であり、床暖房付フロア全面積に対して小さいが、この金属製保護ケーシング５の伝熱効果により、ヒータユニットケース体ＣＡの床面全面を均一な温度とすることができる。つまり、該金属製保護ケーシング５は、保護板であると共に均熱板でもある。そのために、該金属製保護ケーシング５の素材としては伝熱性のよいアルミ合金が特に好適である。
【００３５】
前記ヒータユニットケース体ＣＡが載置される樹脂製支持台６の四方の側部にはそれぞれに、配線用のＵ溝状の切欠部６ｂが複数設けられている。また、前記切欠部６ｂは、床上に設置するＯＡ機器や電気装置への配線用通路となっており、前記樹脂製支持台６の脚部６ａにより形成される床下の下部空間内に、容易に配線することができる。
【００３６】
そのために、配線が床上に現れないので配線を気にする必要もなく、ヒータユニットケース体ＣＡを備える床暖房付フリーアクセスフロアＦを室内の任意の位置に配設することが可能となり、室内の任意の場所を個別にそれぞれ暖房することができる。
【００３７】
暖房開始時に前記ＰＴＣヒータ３へ所定の電圧で通電されると、櫛状の右側電極箔３ａと左側電極箔３ｂ間の発熱材３ｃが発熱する。このときに、前記発熱材３ｃの抵抗（温度により変化する）に応じた電流が通電される。前記発熱材３ｃは温度が上昇すると電気抵抗が増大する所謂正熱特性（ＰＴＣ特性と称する）を有しているので、温度の上昇と共に通電される電流が減少していき消費電力を低減させ、所定温度以上には昇温しない自己温度制御型の特徴を有する。そのために、所定の設計温度以上に上昇することはなく、安全であると共に電気効率がよい。
【００３８】
さらに、本発明においては、所望のヒータ温度に速やかに達すると共に、より効率のよいヒータ温度制御を行うために、ＰＴＣヒータ用温度コントローラ１を設けた。そのために、寒い日や比較的暖かい日などによって、床暖房の温度を任意に設定することが可能であり、さらに快適な室内環境とすることができる。
【００３９】
本発明に係わるＰＴＣヒータ用温度コントローラ１は、ＰＴＣヒータ３へ供給する電力を制御する装置であって、前記ＰＴＣヒータ３に通電される電流値に応じて、通電のオン・オフの長さを変更して、供給する電力を加減して発熱量を制御するものである。図２にＰＴＣヒータ用温度コントローラ１の概要を示すが、（ａ）はその主要な構成を示すブロック図であり、（ｂ）は電流値と抵抗値とヒータ温度との関係を示すグラフであり、（ｃ）はオン・オフ制御の割合とそのパターンを示すグラフである。
【００４０】
図２（ａ）に示すように、ＰＴＣヒータ用温度コントローラ１は、ＰＴＣヒータ３に通電（供給）される電流値を検出するための電流センサ１３と、検出された電流値を予め設定された電力値と比較するために、交流電流をＤＣ電圧に変換して実際の電力値を算出する電力変換部１４と、予め設定された電力値と実際の電力値との偏差を検出するための偏差検出部１１とを備えている。また、予め目標電力値を設定する設定部１５が制御盤１０に設けられており、前記設定部１５により予め設定される電力値と前記算出された実際の電力値とを比較して検出される偏差により、コントローラ部１２が通電のオン・オフを制御する構成である。
【００４１】
図２（ｂ）（ｃ）に示すグラフより制御の仕方について説明する。ＰＴＣヒータ３は、温度の増大と共に抵抗値が増大する性質（ＰＴＣ特性）を有しているので、供給される電力（電圧が一定の場合には通電される電流値に比例する）により予め発熱量が規定されている。そのために、電流センサ１３により検知される電流値に対応して、その時のヒータ温度を特定することができる。また、予め所望のヒータ温度を設定すると、その設定温度に対応して所定の電流値（電力値）が特定されるので、設定される電流値（電力値）と検知される実際の電流値（電力値）との偏差を検出して、その偏差に応じた制御を行うことで、発熱量を加減することができる。
【００４２】
そのために、本実施の形態においては、所望されるヒータ温度（Ｔ℃）に特定できる電流値と実際に検出される電流値との偏差に応じた所定の割合で、通電のオン・オフ時間を制御する構成とした。つまり、通電開始時のまだ発熱温度が低い状態である図中の高い電流値Ａに対しては、ヒータ温度Ｔａ℃が特定され、その際には、通電の制御サイクルの１周期（Ｐ）のうち８０％をオン（通電）時間とし、２０％をオフ（非通電）時間と規定した。
【００４３】
また、少し温度が上昇した状態の電流値Ｂを検出すると、この時のヒータ温度はＴｂ℃と特定され、制御サイクルＰのうち５０％を通電時間とした。さらに温度が上昇した状態の電流値Ｃを検出すると、この時のヒータ温度をＴｃ℃と特定し、制御サイクルの１周期Ｐのうち２０％を通電時間とし、８０％を非通電時間とした。
【００４４】
上記のように、通電のオン・オフ時間の時間割合を、実際に供給されている電流値に応じた所定割合とすることで、低い温度状態であり供給される電流値が大きい場合には、図中に示す制御ＷＡのように、より長い時間電力を供給して、ヒータ温度を速やかに上昇させることができる。また、徐々にヒータ温度が上昇し、供給される電流値が低下してくると、その電流値に応じて通電時間を短くするように制御するので、図中に示す通電時間が５０％の制御ＷＢから通電時間が２０％となる制御ＷＣまで順に制御パターンを変えていき、徐々に温度の増加を抑制していくことができる。そのために、目標のヒータ温度までは速やかに上昇するが、所定の温度以上には昇温しない構成とすることができる。
【００４５】
また、通電の制御サイクルＰの１周期は、それぞれのＰＴＣヒータの特性に応じて一定に設定される時間であって、使用される発熱材の材質等によるＰＴＣヒータの特性に応じて適当な時間に設定することができる。
【００４６】
上記のように、本発明に係わるＰＴＣヒータ用温度コントローラ１は、実際に通電されている電流値からヒータ温度を特定し、さらにフィードバックして、予め設定される所望のヒータ温度との偏差に応じて、予め設定されるオン・オフ時間の割合を変更した所定のパターン制御を行うことでヒータ温度をコントロールすることができる。
【００４７】
そのために、ヒータ温度を検出するための温度センサを別に設ける必要もなく、新たな配線も必要としない。
【００４８】
ヒータユニットケース体ＣＡを備える床暖房付フリーアクセスフロアＦを用いて床暖房を行う際に、前記ヒータユニットケース体ＣＡの大きさは単独の樹脂製支持台６と同じ大きさとしてもよいが、本実施例においては前記樹脂製支持台６Ａが一辺２５ｃｍ程度の大きさであるので、図に示すように、２個の樹脂製支持台６Ａと６Ｂとを合わせた幅と長さを備える大きさとし、計４個の小さな樹脂製支持台に同時に敷設する、一辺の長さが５０ｃｍ程度の方形の大きさとした。
【００４９】
つまり、本実施例においては５０ｃｍ角のフリーアクセスフロア毎に床暖房装置（ヒータユニットケース体）を敷設可能な構成としたものである。
【００５０】
また、樹脂製支持台６の大きさを従来の樹脂製支持台と同じ大きさとし、さらに、その高さを、ヒータユニットケース体ＣＡを装着して従来の樹脂製支持台と同じ高さとなるようにしておくと、タイルカーペット７を共有して敷設可能な構成となる。そのために、タイルカーペット７を従来のフリーアクセスフロアと床暖房付フリーアクセスフロアとに架け渡すように敷設することが可能となり、床の一部を床暖房付フリーアクセスフロアに改装しても、床に少しの段差も生じず、違和感を感じることもない。
【００５１】
また、前述したように、樹脂製支持台６の四方の側部にはそれぞれ、Ｕ溝状の切欠部６ｂが複数設けられているので、床上に設置するＯＡ機器や電気装置への配線を床下にて行うことができ、配線ケーブル等が床上に現れない構成である。
【００５２】
図４に従来のフリーアクセスフロアに床暖房付フリーアクセスフロアが配設される事務所の一例を示しているが、人が位置する部分のみをＰＴＣヒータ３を有する床暖房付フリーアクセスフロアとしたところを示す平面図である。事務所２０の人が位置する床２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄをそれぞれ床暖房付フリーアクセスフロアとし、それぞれのＰＴＣヒータ３をオン・オフ制御して所定のヒータ温度を維持するＰＴＣヒータ用温度コントローラ１と制御盤１０を配設した例である。
【００５３】
前記制御盤１０は、複数のＰＴＣヒータ３の発熱量をそれぞれ個別に設定可能とすることができる。それぞれのＰＴＣヒータ３毎に、実際に供給される電流値に応じて、通電するタイミングとオン・オフの時間割合を、予め設定したパターンに制御するＰＴＣヒータ用温度コントローラ１を用いることで、それぞれのＰＴＣヒータ３の発熱温度を所定温度とし、効率よく所定温度に維持すると共に、消費電力を低く押えるような構成とされている。
【００５４】
ＰＴＣヒータ３は自己温度制御性能を備えているが、さらに、通電するタイミングとオン・オフの割合を制御することで、室内の居住環境を季節毎にまたその日毎に変更して設定することができる。そのために、温度センサやサーモスタット等が不要となり余分な電装装置がないので、設置する施工工事が簡単になる。また、常時通電しておくのではなく所定の割合でオフして通電しない時間を設ける制御を行うのでランニングコストを低減することができる。
【００５５】
本発明に係るＰＴＣヒータ用温度コントローラを備える床暖房付フリーアクセスフロアは暖房部材をユニット化した構成であるので、従来のフリーアクセスフロア部分と簡単に交換して設置することができる。そのために、事務所内の机やＯＡ機器等の配置や大きさの変更等に対応して、その床暖房付フリーアクセスフロアのレイアウトを簡単に変更することができる。
【００５６】
また、それぞれのヒータユニット毎に、ＰＴＣヒータ３の発熱温度を制御することができるので、室内のそれぞれ位置の温度環境を調整することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明に係るＰＴＣヒータの一例を示す平面図」である。
【図２】本発明に係わるＰＴＣヒータ用温度コントローラの概要を示し、（ａ）はその主要な構成を示すブロック図であり、（ｂ）は電流値と抵抗値とヒータ温度との関係を示すグラフであり、（ｃ）はオン・オフ制御の割合とそのパターンを示すグラフである。
【図３】ＰＴＣヒータを備えるヒータユニットケース体の断面図を示している。
【図４】ヒータユニットケース体を備える床暖房付フリーアクセスフロアが配設される事務所の一例を示す平面図である。
【符号の説明】
【００５８】
１  ＰＴＣヒータ用温度コントローラ
２  断熱材
３  ＰＴＣヒータ（面状発熱体）
４  絶縁シート
５  金属製保護ケーシング
１０  制御盤
１１  偏差検出部
１２  コントローラ部
１３  電流センサ
１４  電力変換部
【図１】
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【図２】
2006185766.tif 000004
【図３】
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【図４】
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