(57)【要約】【課題】  ＰＴＣヒータを用いる電気式床暖房装置の冷間運転開始時に発生するＰＴＣヒータの突入電流値を、制御装置の定格電流値近くに抑制し、制御装置の定格電力値に相当するＰＴＣヒータを過負荷なしに接続可能とする。【解決手段】  ＰＴＣ特性をもつＰＴＣヒータを用いる電気式床暖房装置において、ＰＴＣヒータを複数のヒータブロック１９〜２４に分割し、それぞれの回路に交流電力を直接制御できるトライアック１０〜１５を割当てる。トライアックは導通角制御を行わず半サイクル単位で通電時間および休止時間を任意に調整できるように回路構成される。そして、分割したヒータブロック回路への通電時間を順番に割当てて電気式床暖房装置の負荷電流を抑えながら全てのヒータブロックを同時にヒートアップするように構成する。【選択図】        図１
2006313053.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＰＴＣ特性をもつＰＴＣヒータを用いる電気式床暖房装置において、
ＰＴＣヒータを複数のヒータブロックに分割することにより構成される複数のヒータブロック回路と、それぞれの回路への交流電力を直接制御する複数のトライアックと、前記各ヒータブロックにおけるＰＴＣヒータの温度を直接測定する複数の温度センサとを設け、
それぞれの回路に交流電力を導通角１８０°に固定して半サイクル単位で通電時間および休止時間を任意に制御可能に構成したことを特徴とする電気式床暖房制御装置。
【請求項２】
ＰＴＣ特性をもつＰＴＣヒータを用いる電気式床暖房装置において、
ＰＴＣヒータを複数のヒータブロックに分割することにより構成される複数のヒータブロック回路と、それぞれの回路への交流電力を直接制御する複数のトライアックを設け、
それぞれの回路に交流電力を導通角１８０°に固定して半サイクル単位で通電時間および休止時間を任意に制御可能に構成し、
分割したヒータブロック回路への通電時間を順番に割当てて電気式床暖房装置の負荷電流を抑えながら全てのヒータブロックを同時にヒートアップする低速ヒートアップ運転時に、分割した全てのヒータブロック回路への通電時間をブレーカの所定の応答時間よりも短時間に設定するとともに、それぞれのヒータブロック回路への通電時間の間に一定の休止時間を追加して平均実効値が１００％以下になるように制御することを特徴とする電気式床暖房制御装置。
【請求項３】
請求項２記載の電気式床暖房制御装置において、
前記各ヒータブロックにおけるＰＴＣヒータの温度を直接測定する複数の温度センサを設け、
これらの温度センサが測定した温度が１つでも規定の温度未満であれば、前記低速ヒートアップ運転を自動的に行うとともに、温度センサが測定した温度が全て規定の温度以上であれば、前記低速ヒートアップ運転を中止して自動的に次の運転モードへシフトすることにより、短時間でヒートアップ運転を終了させるように制御することを特徴とする電気式床暖房制御装置。
【請求項４】
請求項２記載の電気式床暖房制御装置において、
冷間運転開始時は前記低速ヒートアップ運転を自動的に行うとともに、ＰＴＣヒータの温度が次第に上昇して通電電流値が定格電流値の２００％を超えなくなると、分割した全てのヒータブロック回路への通電時間を所定時間延長するとともに、それぞれのヒータブロック回路への通電時間の間に入れた休止時間を削除して総合通電時間が１００％になるように制御することにより、中速ヒートアップ運転を行うことを特徴とする電気式床暖房制御装置。
【請求項５】
請求項４記載の電気式床暖房制御装置において、
前記各ヒータブロックにおけるＰＴＣヒータの温度を直接測定する複数の温度センサを設け、
これらの温度センサが測定した温度が１つでも規定の温度未満であれば、前記中速ヒートアップ運転を自動的に行うとともに、温度センサが測定した温度が全て規定の温度以上であれば、前記中速ヒートアップ運転を中止して自動的に次の運転モードへシフトすることにより、短時間でヒートアップ運転を終了させるように制御することを特徴とする電気式床暖房制御装置。
【請求項６】
請求項２記載の電気式床暖房制御装置において、
冷間運転開始時は前記低速ヒートアップ運転から中速ヒートアップ運転が自動的に行うとともに、ＰＴＣヒータの温度が次第に上昇して通電電流値が定格電流値の１００％にほぼ近くなると、分割したヒータブロックにそれぞれ１００％連続通電して短時間でヒートアップ運転を終了させるように制御することにより、高速ヒートアップ運転を行うことを特徴とする電気式床暖房制御装置。
【請求項７】
請求項６記載の電気式床暖房制御装置において、
前記各ヒータブロックにおけるＰＴＣヒータの温度を直接測定する複数の温度センサを設け、
これらの温度センサが測定した温度が１つでも規定の温度未満であれば、前項の高速ヒートアップ運転へ自動的に入るが、温度センサが測定した温度が全て規定の温度以上であれば設定される所定温度範囲の上限にほぼ近いため、前記高速ヒートアップ運転を中止して自動的に次の運転モードへシフトすることにより、短時間でヒートアップ運転を終了させるように制御することを特徴とする電気式床暖房制御装置。
【請求項８】
請求項２記載の電気式床暖房制御装置において、
前記各ヒータブロックにおけるＰＴＣヒータの温度を直接測定する複数の温度センサを設け、
これらの温度センサが測定した温度が設定された所定温度未満であれば、決められた比例周期時間内でトライアックの通電時間を延長して平均交流電力をアップし、温度センサが測定した温度が設定された温度以上であれば、決められた比例周期時間内でトライアックの通電時間を短縮して平均交流電力をダウンさせることにより、ＰＴＣヒータの自己温度制御特性に左右されずに設定された温度に制御し、床面温度比例制御運転を行うことを特徴とする電気式床暖房制御装置。
【請求項９】
ＰＴＣ特性をもつＰＴＣヒータを用いる電気式床暖房装置において、
ＰＴＣヒータを複数のヒータブロックに分割することにより構成される複数のヒータブロック回路と、それぞれの回路への交流電力を直接制御する複数のトライアックを設け、
それぞれの回路に交流電力を導通角１８０°に固定して半サイクル単位で通電時間および休止時間を任意に制御可能に構成し、
ヒートアップ運転終了後に分割したヒータブロック回路への通電開始時間を決められた比例周期時間内で順番に運転を開始させることにより、消費電力を平均化できるように制御し、消費電力平準化運転を行うことを特徴とする電気式床暖房制御装置。
【請求項１０】
ＰＴＣ特性をもつＰＴＣヒータを用いる電気式床暖房装置において、
設置面積が体育館のように広いＰＴＣヒータを１台当たりの制御装置で制御できるヒータゾーンに分割するとともに、それぞれのヒータゾーンのＰＴＣヒータを複数のヒータブロックに分割することにより構成される複数のヒータブロック回路と、それぞれの回路への交流電力を直接制御する複数のトライアックとを設けた複数台の制御装置を備え、
それぞれの制御装置を連動運転できるように親機から子機、子機から孫機へと通信回路を構成するとともに、それぞれの通信回路で親機からの運転開始／運転終了命令がシリアル信号により子機から孫機へと伝達されるように構成したことを特徴とする電気式床暖房制御装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の電気式床暖房制御装置において、
分割したヒータゾーンへの通電開始／通電終了時間を親機から子機、子機から孫機へと遅れ時間を設けて順番に運転を開始／終了させることにより、消費電力の変動を抑えながら全てのヒータゾーンをほぼ同時にヒートアップするように制御することを特徴とする電気式床暖房制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、通電により発熱する発熱体としてＰＴＣ特性をもつＰＴＣヒータを用いた電気式床暖房装置において、ＰＴＣヒータに通電する交流電力を直接制御できるトライアックとＰＴＣヒータの本体温度を直接測定できる温度センサにより発熱を制御するように構成した電気式床暖房制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  この種の電気式床暖房装置の発熱体としては、ＰＴＣ特性（正の抵抗温度係数の大きな材料を用いることによる自己温度制御特性）をもつＰＴＣヒータが多く用いられている。すなわち、この種のＰＴＣヒータは、その本体温度が上がると電気抵抗が大きくなり通電電流値が自動的に減少することから、設置環境温度が一定であればＰＴＣヒータの本体温度を直接測定してフィードバック制御を行わなくても、機械式リレーによるＯＮ／ＯＦＦスイッチだけでＰＴＣヒータの本体温度をほぼ一定温度に保持することができるものであり、上述した電気式床暖房装置の発熱体等に多用されている（例えば、特許文献１参照）。【０００３】
【特許文献１】  特開平６−１０４０７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  しかしながら、上述したＰＴＣヒータを用いた電気式床暖房装置において、冷間運転開始時にはＰＴＣヒータの本体温度が低いことから電気抵抗が小さくなり、突入電流値が定格電流値の２５０％にもなるため、過電流保護用として設置されているブレーカの定格電流値を制御装置の定格電流値の２００％とするとともに、接続するＰＴＣヒータの定格消費電力値も制御装置の定格電力値の８０％までディレーティングしてブレーカの過電流トリップを回避する等の対策を講じる必要があった。【０００５】  また、制御装置内部の機械式リレーの定格電流値は制御装置の定格電流値と同じく１００％とする場合が多く、接点寿命や接点溶着の問題を引きずっていた。
さらに、この電気式床暖房装置に電力を供給する配電盤設備の電気容量も制御装置の短時間定格電力が２００％以上になることを考慮する必要があり、電力会社との契約電流を上げなければならないので電気料金が高くなる弊害もあった。【０００６】  このため、ＰＴＣ特性をもつＰＴＣヒータを用いる電気式床暖房装置において、ＰＴＣヒータに交流電力を直接制御できるトライアックを接続し、半サイクル内でトライアックの導通角を０°〜１８０°の間で変化させて制御する方法が知られている。
しかし、冷間運転開始時の突入電流値を２５０％から１００％に抑えるにはトライアックの導通角を７８°にする必要があるため、導通時間は４４％しかなくＰＴＣヒータのヒートアップに長時間かかる。また、トライアックの導通時に高調波が発生するため、ＥＭＣ対策として制御装置のフィルター回路を強化しなければならない。【０００７】  また、ＰＴＣ特性をもつＰＴＣヒータを用いる電気式床暖房装置において、たとえば特開２００２−２６７１９４号公報に示されるように、ＰＴＣヒータを複数のヒータブロックに分割し、それぞれの回路に交流電力を供給するリレー回路を割当てるとともに、分割したヒータブロックのＰＴＣヒータ本体の温度を直接測定できる温度センサを床面施工時に貼付けておき、冷間運転開始時には優先順位の高いヒータブロックから通電を開始し、通電電流値が低く安定する温度まで運転したら次の優先順位のヒータブロックへと順番に制御する方法も提案されている。【０００８】  しかし、このような従来の制御方法では、全てのヒータブロックを同時にヒートアップできないとともに、通常のヒートアップ時間のヒータブロック分割倍数分だけヒートアップに時間がかかる。また、最後のヒータブロックの通電電流値が低く安定する時間まで他のヒータブロックは休止していなければならないため優先順位の高いヒータブロックほど温度が低下してしまい、全ヒータブロック再通電時に再度突入電流が発生して意味をなさない。【０００９】  さらに、優先順位の高いヒータブロックは全て休止させずに運転させたとしても、最後のヒータブロックに通電を開始した際に発生する突入電流により定格電流値をオーバーしてしまうのでヒータブロックを細かく分割する必要があり、リレー回路および温度センサが分割した分だけ増えて制御装置が複雑になるという問題もあった。【００１０】  また、ＰＴＣ特性をもつＰＴＣヒータを用いる電気式床暖房装置において、たとえば特開２００５−４２９７９号公報に示されるように、ＰＴＣヒータを２つのヒータブロックに分割し、それぞれの回路に交流電力を供給するリレー回路および並列にお互いに逆方向となる半波整流ダイオードを割当て、また分割したヒータブロックのＰＴＣヒータ本体の温度を直接測定できる温度センサを床面施工時に貼付けておき、冷間運転開始時には双方のリレー回路を開放して２つのヒータブロックにお互いに逆方向となる半サイクル突入電流が流れ、通電電流値が低く安定する温度まで運転したら双方のリレー回路を短絡して制御する方法も提案されている。【００１１】  しかし、このような従来の制御方法では、２つのヒータブロックへの通電電流を完全に遮断するには別途リレー回路を設ける必要があるとともに、配電盤設備の変圧器が直流偏磁する問題があるため２つのヒータブロックを個別に制御することができない。また、制御できる電流の方向は２つしかないため、ヒータブロックを３つ以上に分割することもできない。【００１２】  さらに、ＰＴＣ特性をもつＰＴＣヒータを用いる電気式床暖房装置において、設置面積が体育館のように広いところに設置されるものである場合がある。このような場合に、ＰＴＣヒータを複数台の制御装置１台ごとに制御できるヒータゾーンに割当て���それぞれの制御装置を連動運転できるように親機からリレー駆動信号を出力して子機のリレー回路を制御する方法が考えられている。【００１３】  このような方法では、冷間運転開始時に発生するＰＴＣヒータの突入電流値が制御装置の使用台数倍になるため、電力を供給する配電盤設備の電気容量も電気式床暖房装置全体の短時間定格電力が２００％以上になることを考慮する必要があり、使用する変圧器等の容量を上げなければならないので設備費用が高くなる。また、２台以上の子機を接続するためには、親機から子機台数分のリレー駆動信号を出力しなければならないため、親機のプリント基板実装スペースの問題から３台以上の複数台運転は困難となる。【００１４】  本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、ＰＴＣ特性をもつＰＴＣヒータを用いる電気式床暖房装置において、冷間運転開始時に発生するＰＴＣヒータの突入電流値を制御装置の定格電流値近くに抑制し、制御装置の定格電力値に相当するＰＴＣヒータをディレーティングなしに接続できるようにすることにより、暖房可能な床面積を拡大可能とするとともに、電力会社との契約電流を下げて電気料金も節約できるようにし、さらに制御装置に電力を供給する配電盤設備の電気容量も少なくて済むので設備費用も安くすることが可能となる電気式床暖房制御装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】  このような目的に応えるために本発明（請求項１記載の発明）に係る電気式床暖房制御装置は、ＰＴＣ特性をもつＰＴＣヒータを用いる電気式床暖房装置において、ＰＴＣヒータを複数のヒータブロックに分割することにより構成される複数のヒータブロック回路と、それぞれの回路への交流電力を直接制御する複数のトライアックと、前記各ヒータブロックにおけるＰＴＣヒータの温度を直接測定する複数の温度センサとを設け、それぞれの回路に交流電力を導通角１８０°に固定して半サイクル単位で通電時間および休止時間を任意に制御可能に構成したことを特徴とする。【００１６】  請求項１記載の発明によれば、ＰＴＣ特性をもつＰＴＣヒータを用いる電気式床暖房装置において、冷間運転開始時に発生するＰＴＣヒータの突入電流値を制御装置の定格電流値近くに抑制できるので、制御装置の定格電力値に相当するＰＴＣヒータをディレーティングなしに接続できるようになり制御装置１台で暖房可能な床面積を拡大できる。また、本発明によれば、いわゆるゼロクロス電力時間制御運転をしているので力率の面で優れ、さらにヒータブロック回路への優先順位の違いによる通電開始時間の大幅なズレがないので、全てのヒータブロックを同時にヒートアップできるようになり快適温度になるまでの時間が短縮できる。【００１７】  本発明（請求項２記載の発明）は、ＰＴＣ特性をもつＰＴＣヒータを用いる電気式床暖房装置において、ＰＴＣヒータを複数のヒータブロックに分割することにより構成される複数のヒータブロック回路と、それぞれの回路への交流電力を直接制御する複数のトライアックを設け、それぞれの回路に交流電力を導通角１８０°に固定して半サイクル単位で通電時間および休止時間を任意に制御可能に構成し、分割したヒータブロック回路への通電時間を順番に割当てて電気式床暖房装置の負荷電流を抑えながら全てのヒータブロックを同時にヒートアップする、いわゆる低速ヒートアップ運転時に、分割した全てのヒータブロック回路への通電時間をブレーカの所定の応答時間よりも短時間に設定するとともに、それぞれのヒータブロック回路への通電時間の間に一定の休止時間を追加して平均実効値が１００％以下になるように制御することを特徴とする。【００１８】  請求項２記載の発明によれば、分割したヒータブロック回路への通電時間を順番に割当てて電気式床暖房装置の負荷電流を抑えながら全てのヒータブロックを同時にヒートアップする低速ヒートアップ運転時において、従来問題であった不具合、すなわち冷間運転開始時に発生するＰＴＣヒータの突入電流値は定格電流値の２５０％にもなるため、ヒータブロックを５０％ずつに２分割した場合でも突入電流値として１２５％になり、過電流保護用として設置されているブレーカの定格電流値が１００％の場合は過電流トリップしてしまうという問題を回避するために、分割した全てのヒータブロック回路への通電時間をブレーカの応答時間（例えば１秒以内）よりも短時間に設定するとともに、それぞれのヒータブロック回路への通電時間の間に一定の休止時間を追加して平均実効値が１００％以下になるように制御し、所要の低速ヒートアップ運転を行えるようにしたものである。【００１９】  ���発明（請求項３記載の発明）は、上述した請求項２記載の電気式床暖房制御装置において、前記各ヒータブロックにおけるＰＴＣヒータの温度を直接測定する複数の温度センサを設け、これらの温度センサが測定した温度が１つでも規定の温度未満であれば、前記低速ヒートアップ運転を自動的に行うとともに、温度センサが測定した温度が全て規定の温度以上であれば、前記低速ヒートアップ運転を中止して自動的に次の運転モードへシフトすることにより、短時間でヒートアップ運転を終了させるように制御することを特徴とする。【００２０】  請求項３記載の発明によれば、分割したヒータブロックのＰＴＣヒータの本体の温度を直接測定できる温度センサを床面施工時に貼付けておき、ここでＰＴＣヒータの本体に貼付けた温度センサが測定した温度が１つでも規定の温度未満（例えば１０℃未満）であれば、上述した低速ヒートアップ運転へ自動的に入るが、温度センサが測定した温度が全て規定の温度以上（例えば１０℃以上）であれば、運転開始時に発生するＰＴＣヒータの冷間突入電流値は定格電流値の２００％を超えないため、ヒータブロックを５０％ずつに２分割した場合の突入電流値も１００％未満となり、過電流保護用として設置されているブレーカが過電流トリップすることもないことに基づき、上述した低速ヒートアップ運転を中止して自動的に次の運転モードへシフトさせ、短時間でヒートアップ運転を終了させるという低速ヒートアップ回避運転を行う。【００２１】  本発明（請求項４記載の発明）は、請求項２記載の電気式床暖房制御装置において、冷間運転開始時は前記低速ヒートアップ運転を自動的に行うとともに、ＰＴＣヒータの温度が次第に上昇して通電電流値が定格電流値の２００％を超えなくなると、分割した全てのヒータブロック回路への通電時間を所定時間延長するとともに、それぞれのヒータブロック回路への通電時間の間に入れた休止時間を削除して総合通電時間が１００％になるように制御することにより、いわゆる中速ヒートアップ運転を行うことを特徴とする。【００２２】  請求項４記載の発明によれば、冷間運転開始時は低速ヒートアップ運転へ自動的に入るが、ＰＴＣヒータの温度が次第に上昇して通電電流値が定格電流値の２００％を超えなくなると、ヒータブロックを５０％ずつに２分割した場合の通電電流値も１００％未満になり、過電流保護用として設置されているブレーカが過電流トリップすることもない。したがって、分割した全てのヒータブロック回路への通電時間を延長（例えば５秒）するとともに、それぞれのヒータブロック回路への通電時間の間に入れた休止時間を削除して総合通電時間が１００％になるように制御し、中速ヒートアップ運転を行う。【００２３】  本発明（請求項５記載の発明）は、請求項４記載の電気式床暖房制御装置において、各ヒータブロックにおけるＰＴＣヒータの温度を直接測定する複数の温度センサを設け、これらの温度センサが測定した温度が１つでも規定の温度未満であれば、前記中速ヒートアップ運転を自動的に行うとともに、温度センサが測定した温度が全て規定の温度以上であれば、前記中速ヒートアップ運転を中止して自動的に次の運転モードへシフトすることにより、短時間でヒートア��プ運転を終了させるように制御することを特徴とする。【００２４】  請求項５記載の発明によれば、ＰＴＣヒータに貼付けた温度センサが測定した温度が１つでも規定の温度未満（例えば４０℃未満）であれば、前記中速ヒートアップ運転へ自動的に入るが、温度センサが測定した温度が全て規定の温度以上（例えば４０℃以上）であれば運転開始時に発生するＰＴＣヒータの通電電流値は定格電流値の１００％にほぼ近いため、分割したヒータブロックにそれぞれ１００％連続通電したとしても、過電流保護用として設置されているブレーカが過電流トリップすることもない。したがって、前記中速ヒートアップ運転を中止して自動的に次の運転モードへシフトすることにより、短時間でヒートアップ運転を終了させるように制御し、いわゆる中速ヒートアップ回避運転を行う。【００２５】  本発明（請求項６記載の発明）は、請求項２記載の電気式床暖房制御装置において、冷間運転開始時は前記低速ヒートアップ運転から中速ヒートアップ運転が自動的に行うとともに、ＰＴＣヒータの温度が次第に上昇して通電電流値が定格電流値の１００％にほぼ近くなると、分割したヒータブロックにそれぞれ１００％連続通電して短時間でヒートアップ運転を終了させるように制御することにより、いわゆる高速ヒートアップ運転を行うことを特徴とする。【００２６】  請求項６記載の発明によれば、冷間運転開始時は低速ヒートアップ運転から中速ヒートアップ運転へ自動的に入るが、ＰＴＣヒータの温度が次第に上昇して通電電流値が定格電流値の１００％にほぼ近くなると、分割したヒータブロックにそれぞれ１００％連続通電して短時間でヒートアップ運転を終了させるように制御し、いわゆる高速ヒートアップ運転を行う。【００２７】  本発明（請求項７記載の発明）は、請求項６記載の電気式床暖房制御装置において、前記各ヒータブロックにおけるＰＴＣヒータの温度を直接測定する複数の温度センサを設け、これらの温度センサが測定した温度が１つでも規定の温度未満であれば、前項の高速ヒートアップ運転へ自動的に入るが、温度センサが測定した温度が全て規定の温度以上であれば設定される所定温度範囲の上限にほぼ近いため、前記高速ヒートアップ運転を中止して自動的に次の運転モードへシフトすることにより、短時間でヒートアップ運転を終了させるように制御することを特徴とする。【００２８】  請求項７記載の発明によれば、ＰＴＣヒータに貼付けた温度センサが測定した温度が１つでも規定の温度未満（例えば５０℃未満）であれば、前記高速ヒートアップ運転へ自動的に入るが、温度センサが測定した温度が全て規定の温度以上（例えば５０℃以上）であれば設定される温度範囲（例えば３５℃〜５５℃）の上限にほぼ近いため、前記高速ヒートアップ運転を中止して自動的に次の運転モードへシフトすることにより、短時間でヒートアップ運転を終了させるように制御し、いわゆる高速ヒートアップ回避運転を行う。【００２９】  本発明（請求項８記載の発明）は、請求項２記載の電気式床暖房制御装置において、前記各ヒータブロックにおけるＰＴＣヒータの温度を直接測定する複数の温度センサを設け、これらの温度センサが測定した温度が設定された所定温度未満であれば、��められた比例周期時間内でトライアックの通電時間を延長して平均交流電力をアップし、温度センサが測定した温度が設定された温度以上であれば、決められた比例周期時間内でトライアックの通電時間を短縮して平均交流電力をダウンさせることにより、ＰＴＣヒータの自己温度制御特性に左右されずに設定された温度に制御し、いわゆる床面温度比例制御運転を行うことを特徴とする。【００３０】  請求項８記載の発明によれば、ＰＴＣヒータに貼付けた温度センサが測定した温度が設定された温度未満（例えば４５℃未満）であれば、決められた比例周期時間内でトライアックの通電時間を延長して平均交流電力をアップし、温度センサが測定した温度が設定された温度以上（例えば４５℃以上）であれば、決められた比例周期時間内でトライアックの通電時間を短縮して平均交流電力をダウンすることにより、ＰＴＣヒータ本体の自己温度制御特性に左右されずに設定された温度に制御し、いわゆる床面温度比例制御運転を行う。【００３１】  本発明（請求項９記載の発明）は、ＰＴＣ特性をもつＰＴＣヒータを用いる電気式床暖房装置において、ＰＴＣヒータを複数のヒータブロックに分割することにより構成される複数のヒータブロック回路と、それぞれの回路への交流電力を直接制御する複数のトライアックを設け、それぞれの回路に交流電力を導通角１８０°に固定して半サイクル単位で通電時間および休止時間を任意に制御可能に構成し、ヒートアップ運転終了後に分割したヒータブロック回路への通電開始時間を決められた比例周期時間内で順番に運転を開始させることにより、消費電力を平均化できるように制御し、いわゆる消費電力平準化運転を行うことを特徴とする。【００３２】  請求項９記載の発明によれば、ヒートアップ運転終了後に分割したヒータブロック回路への通電開始時間を決められた比例周期時間内で順番に運転を開始させ、消費電力を平均化できるように制御することで、いわゆる消費電力平準化運転を行う。【００３３】  本発明（請求項１０記載の発明）は、ＰＴＣ特性をもつＰＴＣヒータを用いる電気式床暖房装置において、設置面積が体育館のように広いＰＴＣヒータを１台当たりの制御装置で制御できるヒータゾーンに分割するとともに、それぞれのヒータゾーンのＰＴＣヒータを複数のヒータブロックに分割することにより構成される複数のヒータブロック回路と、それぞれの回路への交流電力を直接制御する複数のトライアックとを設けた複数台の制御装置を備え、それぞれの制御装置を連動運転できるように親機から子機、子機から孫機へと通信回路を構成するとともに、それぞれの通信回路で親機からの運転開始／運転終了命令がシリアル信号により子機から孫機へと伝達されるように構成したことを特徴とする。【００３４】  請求項１０記載の発明によれば、複数台の制御装置を用いて電気式床暖房装置を連動運転させるにあたって、各制御装置を接続する通信回路を用い、親機からの運転開始／運転終了命令をシリアル信号により子機から孫機へと伝達させることで、親機の電気的仕様を変えることなく何台でも増設することができるのである。【００３５】  本発明（請求項１１記載の発明）は、請求項１０記載の電気式床暖房制御装置において、分割したヒータゾーンへの通電開始／通電終了時間を親機から子機、子機から孫機へと遅れ時間を設けて順番に運転を開始／終了させることにより、消費電力の変動を抑えながら全てのヒータゾーンをほぼ同時にヒートアップするように制御することを特徴とする。【００３６】  請求項１１記載の発明によれば、分割したヒータゾーンへの通電開始／通電終了時間を親機から子機、子機から孫機へと遅れ時間を設けて順番に運転を開始／終了させることにより、消費電力の変動を抑えながら全てのヒータゾーンをほぼ同時にヒートアップするように制御し、いわゆる消費電力変動抑制運転を行う。
【発明の効果】
【００３７】  以上説明したように本発明に係る電気式床暖房制御装置によれば、ＰＴＣ特性をもつＰＴＣヒータを用いる電気式床暖房装置の運転制御を行うにあたって、冷間運転開始時に発生するＰＴＣヒータの突入電流値を制御装置の定格電流値近くに抑制できるので、制御装置の定格電力値に相当するＰＴＣヒータをディレーティングなしに接続できるようになり制御装置１台で暖房可能な床面積を拡大できる。【００３８】  また、本発明によれば、ＰＴＣ特性をもつＰＴＣヒータを用いる電気式床暖房装置の運転制御を行うにあたって、ゼロクロス制御運転をしているので力率の面で優れ、さらにヒータブロック回路への優先順位の違いによる通電開始時間の大幅なズレがないので、全てのヒータブロックを同時にヒートアップできるようになり快適温度になるまでの時間が短縮できる。【００３９】  また、本発明によれば、ＰＴＣ特性をもつＰＴＣヒータを用いる電気式床暖房装置の運転制御を行うにあたって、ヒートアップ運転終了後に分割したヒータブロック回路への通電開始時間を決められたサイクル時間内で順番に運転を開始させることにより電気式床暖房装置の負荷電流を平均化できるので、制御装置のタイマー運転機能により他の機器が稼動する前にヒートアップ運転を完了しておけば電力会社との契約電流が下げられるから、電気料金が節約できる。【００４０】  さらに、本発明によれば、ＰＴＣ特性をもつＰＴＣヒータを用いる電気式床暖房装置の運転制御を複数台の制御装置を用いて行うにあたって、冷間運転開始時に発生するＰＴＣヒータの突入電流値を制御装置の定格電流値の使用台数倍近くに抑制できるので、電力を供給する配電盤設備の電気容量も電気式床暖房装置全体の短時間定格電力を考慮する必要がなくなり、使用する変圧器等の容量を下げることにより設備費用を安くできる。【００４１】  また、本発明によれば、ＰＴＣ特性をもつＰＴＣヒータを用いる電気式床暖房装置の運転制御を複数台の制御装置を用いて行うにあたって、親機から子機、子機から孫機へと連動運転できる制御装置を何台でも増設できるので、親機から子機台数分のリレー駆動信号を出力するためのプリント基板実装スペースを考慮する必要がなくなり、設置面積が体育館のように広い場合でも所要の暖房効果を発揮させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】  図１は本発明に係る電気式床暖房制御装置の一つの実施の形態を示すものであり、この実施形態では、電気式床暖房装置を複数台の制御装置により運転制御する場合を示す。
ここで、この実施形態では、３台の制御装置を親機Ａ／子機Ｂ／孫機Ｃとし、ヒータゾーンＡ〜Ｃの３ゾーンからなるＰＴＣヒータをそれぞれ制御する場合を示す。【００４３】  図において、符号１は配電盤設備で、その中のメインブレーカ２から分配された個別ブレーカＡ〜Ｃ（符号３〜５で示す）から交流電力を供給するとともに、親機Ａと子機Ｂ間および子機Ｂと孫機Ｃ間に接続された通信ケーブル９により親機Ａからの通電開始／通電終了信号を子機Ｂおよび孫機Ｃにも伝達される。【００４４】  また、ヒータゾーンＡ〜Ｃ（符号１６〜１８）はそれぞれヒータブロックＡ１／Ａ２（１９，２０）、ヒータブロックＢ１／Ｂ２（２１，２２）、ヒータブロックＣ１／Ｃ２（２３，２４）に均等分割され、個々の制御装置内部に設置されたトライアックＡ１／Ａ２（１０，１１）、トライアックＢ１／Ｂ２（１２，１３）、トライアックＣ１／Ｃ２（１４，１５）を通して６ブロックのＰＴＣヒータに交流電力が供給される。【００４５】  さらに、個々のヒータブロック１９〜２４にはＰＴＣヒータの本体温度を直接測定するためのサーミスタＴＨＡ１／ＴＨＡ２（２５，２６）、サーミスタＴＨＢ１／ＴＨＢ２（２７，２８）、サーミスタＴＨＣ１／ＴＨＣ２（２９，３０）を床面施工時に貼付けておき、個々の制御装置に接続して低速／中速／高速ヒートアップ運転時や床面温度比例制御運転時に用いるように構成されている。【００４６】  図２は本発明においてトライアックを用いる電気式床暖房装置の電力制御方法を説明するための図である。
すなわち、図２（ａ）は従来のトライアックの導通角を０°〜１８０°の間で変化させて交流電圧を位相制御する方法であり、導通角θ１＜θ２＜θ３になるほどＰＴＣヒータに供給される交流電力も増加するため、冷間運転開始時の突入電流を抑えるには導通角θを小さくすることで対応できるが、ステップ状の電圧波形となるため高調波成分を多く含む。【００４７】  これに対し、図２（ｂ）は本発明のトライアックの導通角を１８０°に固定して半サイクル単位で交流電圧を時間制御する方法であって、休止時間Ｔ０を半サイクル単位で固定した状態で、通電時間を半サイクル単位でＴ１＜Ｔ２＜Ｔ３と増やすほどＰＴＣヒータに供給される交流電力も増加するため、冷間運転開始時の突入電流を抑えるには導通時間Ｔを小さくすることで対応できるとともに、導通／休止の切替えが電圧波形のゼロクロス点で行われるため高調波成分を少なくできる。【００４８】  図３は本発明においてＰＴＣヒータを用いる電気式床暖房装置の各運転モードにおけるＰＴＣヒータ温度特性例である。
冷間運転開始時の突入電流値が定格電流値の２５０％から２００％に低下するまでの温度範囲（例えば０℃〜１０℃）においては低速ヒートアップ運転を適用し、突入電流値が定格電流値の２００％から１００％近くに低下するまでの温度範囲（例えば１０℃〜４０℃）においては中速ヒートアップ運転を適用し、設定される温度範囲の上限近くになるまでの温度範囲（例えば４０℃〜５０℃）においては高速ヒートアップ運転を適用し、設定される温度を保持するための温度範囲（例えば３５℃〜５５℃）においては床面温度比例制御運転を適用する。【００４９】  この際、床面施工時に貼付けた各サーミスタ２５〜３０で測定したＰＴＣヒータ１９〜２４の本体温度により自動的に適用する運転モードを選択する。なお、サーミスタ２５〜３０を使用しないためＰＴＣヒータ１９〜２４の本体温度が測定できない場合は、突入電流値が定格電流値の２５０％から２００％に低下するまでの低速ヒートアップ時間ＴＳ０および、突入電流値が定格電流値の２００％から１００％近くに低下するまでの中速ヒートアップ時間ＴＭ０および、設定される温度範囲の中心値になるまでの高速ヒートアップ時間ＴＦ０をあらかじめ制御装置に記憶させておき、ＰＴＣヒータ本体が冷間／温間状態にかかわらず低速／中速／高速ヒートアップ運転を規定の時間ＴＳ０／ＴＭ０／ＴＦ０だけ運転してから、最終的に床面温度比例制御運転に入るように構成する。【００５０】  図４は本発明においてＰＴＣヒータを用いる電気式床暖房装置の低速ヒートアップ運転を説明するための図である。ここで、図４（ａ）はヒータブロックＡ１／Ｂ１／Ｃ１のＰＴＣヒータに供給される交流電流波形を示し、図４（ｂ）はヒータブロックＡ２／Ｂ２／Ｃ２のＰＴＣヒータに供給される交流電流波形を示す。
ヒータブロック回路への導通時間ＴＳ１／ＴＳ２は個別ブレーカＡ〜Ｃの応答時間（例えば１秒以内）よりも短時間に設定するとともに、それぞれのヒータブロック回路への通電時間の間に一定の休止時間ＴＳ３を追加して平均実効値が１００％以下になるように制御する。【００５１】  また、図４（ｃ）は個別ブレーカＡ〜Ｃを通過する親機Ａ／子機Ｂ／孫機Ｃの制御装置単体における電流波形で、ヒータブロックＡ１／Ｂ１／Ｃ１とヒータブロックＡ２／Ｂ２／Ｃ２に流れるピーク電流ＩＳ１／ＩＳ２は均等分割されているため同じ値となるとともに、お互いの電流波形が重複していないため総合ピーク電流ＩＳ０も同じ値となる。【００５２】  図４（ｄ）は低速ヒートアップ運転時のＰＴＣヒータ温度上昇に伴う制御装置単体における電流値の変化を示し、ヒータブロックを分割しない場合は曲線Ｉで示すように突入電流値が定格電流値の２５０％になるが、ヒータブロックを２つに均等分割して交互に通電した場合は曲線ＩＩで示すように突入電流値が定格電流値の半分の１２５％になる。さらに、図４（ｃ）の電流波形のように４サイクル分の通電時間の間に１サイクル分の休止時間を追加した場合は曲線ＩＩＩで示すように突入電流値が定格電流値の１００％に下げられるため、個別ブレーカＡ〜Ｃの定格電流値を制御装置の定格電流値と同じく１００％とした場合でも過電流トリップしない。【００５３】  図５は本発明においてＰＴＣヒータを用いる電気式床暖房装置の中速ヒートアップ運転の実施例である。ここで、図５（ａ）はヒータブロックＡ１／Ｂ１／Ｃ１のＰＴＣヒータに供給される交流電流波形を示し、図５（ｂ）はヒータブロックＡ２／Ｂ２／Ｃ２のＰＴＣヒータに供給される交流電流波形を示す。
ヒータブロック回路への導通時間ＴＭ１／ＴＭ２は個別ブレーカＡ〜Ｃの応答時間（例えば１秒以内）に規制されないため５倍程度の時間に設定するとともに、それぞれのヒータブロック回路への通電時間の間にある休止時間も削除して総合通電時間が１００％になるように制御する。【００５４】  また、図５（ｃ）は個別ブレーカＡ〜Ｃを通過する親機Ａ／子機Ｂ／孫機Ｃの制御装置単体における電流波形で、ヒータブロックＡ１／Ｂ１／Ｃ１とヒータブロックＡ２／Ｂ２／Ｃ２に流れるピーク電流ＩＭ１／ＩＭ２は均等分割されているため同じ値となるとともに、お互いの電流波形が重複していないため総合ピーク電流ＩＭ０も同じ値となる。【００５５】  図５（ｄ）は中速ヒートアップ運転時のＰＴＣヒータ温度上昇に伴う制御装置単体における電流値の変化を示し、ヒータブロックを分割しない場合は曲線Ｉで示すように突入電流値が定格電流値の２００％になるが、ヒータブロックを２つに均等分割して交互に通電した場合は曲線ＩＩで示すように突入電流値が定格電流値の半分の１００％になる。【００５６】  図６は本発明においてＰＴＣヒータを用いる電気式床暖房装置の高速ヒートアップ運転の実施例である。ここで、図６（ａ）はヒータブロックＡ１／Ｂ１／Ｃ１のＰＴＣヒータに供給される交流電流波形を示し、図６（ｂ）はヒータブロックＡ２／Ｂ２／Ｃ２のＰＴＣヒータに供給される交流電流波形を示す。それぞれのヒータブロック回路への通電時間は、休止時間を全て削除して連続通電となるように制御する。【００５７】  また、図６（ｃ）は個別ブレーカＡ〜Ｃを通過する親機Ａ／子機Ｂ／孫機Ｃの制御装置単体における電流波形で、ヒータブロックＡ１／Ｂ１／Ｃ１とヒータブロックＡ２／Ｂ２／Ｃ２に流れるピーク電流ＩＦ１／ＩＦ２は均等分割されているため同じ値となるとともに、お互いの電流波形が重複するため総合ピーク電流ＩＦ０は２倍の値となる。【００５８】  図６（ｄ）は高速ヒートアップ運転時のＰＴＣヒータ温度上昇に伴う制御装置単体における電流値の変化を示し、ヒータブロックを２つに均等分割した場合でも分割しない場合と同じく曲線Ｉで示すように突入電流値が定格電流値と同じ１００％になる。【００５９】  図７は本発明においてＰＴＣヒータを用いる電気式床暖房装置の床面温度比例制御運転の実施例である。ここで、図７（ａ）は従来のＯＮ／ＯＦＦ制御した場合のＰＴＣヒータに供給される交流電力の変化を示し、リレー方式では開閉頻度が制限されるので設定温度に対してヒステリシス幅を大きく設定する必要があり、床面温度設定値ＳＶに対して床面温度測定値ＰＶはこのヒステリシス温度範囲内で変動してしまう。【００６０】  これに対し、図７（ｂ）は本発明の比例制御した場合のＰＴＣヒータに供給される交流電力の変化を示し、トライアック方式では開閉頻度が制限されないので比較的短い比例周期時間ＴＣ内でトライアックの導通時間Ｔ４を半サイクル単位で調整してＰＴＣヒータに供給される平均交流電力を細かいステップで変化させて制御することにより、床面温度設定値ＳＶに対して床面温度測定値ＰＶを一定に保つことができる。また、サーミスタを使用しないためＰＴＣヒータ本体の温度が測定できない場合は、ＰＴＣヒ���タに供給される平均交流電力とＰＴＣヒータ本体の最終平衡床面温度をあらかじめ制御装置に記憶させておき、床面温度設定値ＳＶに対応する平均交流電力を供給して床面温度予測値ＰＶをＰＴＣヒータ本体の自己温度制御機能の助けをかりて一定に保つ。【００６１】  図８は本発明においてＰＴＣヒータを用いる電気式床暖房装置の消費電力平準化運転の実施例である。ここで、図８（ａ）はヒータブロックＡ１／Ｂ１／Ｃ１のＰＴＣヒータに供給される交流電力の変化を示し、図８（ｂ）はヒータブロックＡ２／Ｂ２／Ｃ２のＰＴＣヒータに供給される交流電力の変化を示す。
ヒートアップ運転終了後に分割したヒータブロック回路への通電開始時間を比例周期時間ＴＣの５０％に相当する遅れ時間Ｔ５だけずらして運転を開始させることにより、お互いの休止時間を利用して通電時間が重複しにくいように制御する。【００６２】  また、図８（ｃ）は個別ブレーカＡ〜Ｃを通過する親機Ａ／子機Ｂ／孫機Ｃの制御装置単体における交流電力の変化で、ヒータブロックＡ１／Ｂ１／Ｃ１とヒータブロックＡ２／Ｂ２／Ｃ２に流れる交流ピーク電力Ｐ１／Ｐ２は均等分割されているため同じ値となるとともに、お互いの交流電力が重複する時間の交流ピーク電力Ｐ０はＰ１／Ｐ２の２倍の値となるが、比例周期時間ＴＣに対して通電時間が５０％以下になるとお互いの交流電力が重複しなくなるため交流ピーク電力は半分になる。【００６３】  図９は本発明においてＰＴＣヒータを用いる電気式床暖房装置の消費電力変動抑制運転の実施例である。ここで、図９（ａ），（ｂ），（ｃ）はそれぞれ個別ブレーカＡ／Ｂ／Ｃを通過する親機Ａ／子機Ｂ／孫機Ｃの制御装置単体における交流電力の変化であり、図９（ｄ）はメインブレーカを通過する総合交流電力の変化を示す。
親機Ａ／子機Ｂ／孫機Ｃの制御装置３台を同時に運転開始／運転終了させると総合交流電力が０→ＰＡ０＋ＰＢ０＋ＰＣ０＝ＰＴ０→０と大きく変動するため、電源電圧の変動により他の機器が誤動作する場合がある。そこで、親機Ａから子機Ｂ、子機Ｂから孫機Ｃへと遅れ時間Ｔ６をそれぞれ設定して順番に運転開始／運転終了させると総合交流電力が０→ＰＡ０→ＰＡ０＋ＰＢ０→ＰＴ０→ＰＢ０＋ＰＣ０→ＰＣ０→０と少しずつ階段状に変化するので電気式床暖房装置全体の消費電力変動を小さく抑えることができるのである。【００６４】  なお、本発明は上述した実施の形態で説明した構造には限定されず、電気式床暖房装置やその制御装置各部の形状、構造等を適宜変形、変更し得ることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】  本発明に係る電気式床暖房制御装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】  本発明に係る電気式床暖房制御装置において、電力制御方法を例示すための図である。
【図３】  本発明に係る電気式床暖房制御装置において、電気式床暖房装置の各運転モードにおけるＰＴＣヒータ温度特性である。
【図４】  本発明に係る電気式床暖房制御装置において、電気式床暖房装置の低速ヒートアップ運転時の状態を説明するための特性図である。
【図５】  本発明に係る電気式床暖房制御装置において、電気式床暖房装置の中速ヒートアップ運転時の状態を説明するための特性図である。
【図６】  本発明に係る電気式床暖房制御装置において、電気式床暖房装置の高速ヒートアップ運転時の状態を説明するための特性図である。
【図７】  本発明に係る電気式床暖房制御装置において、電気式床暖房装置の床面温度比例制御運転を説明するための特性図である。
【図８】  本発明に係る電気式床暖房制御装置において、電気式床暖房装置の消費電力平準化運転を説明するための特性図である。
【図９】  本発明に係る電気式床暖房制御装置において、電気式床暖房装置の消費電力変動抑制運転を説明するための特性図である。
【符号の説明】
【００６６】  １…配電盤設備、２…メインブレーカ、３…個別ブレーカＡ、４…個別ブレーカＢ、５…個別ブレーカＣ、６…親機Ａ、７…子機Ｂ、８…孫機Ｃ、９…通信ケーブル、１０…トライアックＡ１、１１…トライアックＡ２、１２…トライアックＢ１、１３…トライアックＢ２、１４…トライアックＣ１、１５…トライアックＣ２、１６…ヒータゾーンＡ、１７…ヒータゾーンＢ、１８…ヒータゾーンＣ、１９…ヒータブロックＡ１、２０…ヒータブロックＡ２、２１…ヒータブロックＢ１、２２…ヒータブロックＢ２、２３…ヒータブロックＣ１、２４…ヒータブロックＣ２、２５…サーミスタＴＨＡ１、２６…サーミスタＴＨＡ２、２７…サーミスタＴＨＢ１、２８…サーミスタＴＨＢ２、２９…サーミスタＴＨＣ１、３０…サーミスタＴＨＣ２。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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