(57)【要約】【課題】電気ヒーターに流す電流をオン・オフさせるだけで室内をできるだけ速やかに且つ一定の温度に暖める。【解決手段】全部又は一部が発熱容量を異にする複数の電気ヒーターからなる発熱体１２と、発熱体１２の電気ヒーターの全部又は一部に電流を選択的に供給する電流供給装置とを備え、電流供給装置は、目標室温を設定操作する目標室温設定操作部２２と、室温を測定する室温センサー１８と、複数の電気ヒーター１８に流す電流を各々オンオフさせるトライアック１４と、目標温度設定操作部２２から入力された目標室温と温度センサー１８によって得られた室温から理想加熱条件を求め、理想加熱条件に近い加熱条件となる１又は２以上の電気ヒーター１２を選択し、１又は２以上の電気ヒーター１２に電流を流すようにトライアック１４を制御する電子制御装置１６とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
全部又は一部が発熱容量を異にする複数の電気ヒーターからなる発熱体と、該発熱体の電気ヒーターの全部又は一部に電流を選択的に供給する電流供給装置とを備えたことを特徴とする暖房装置。
【請求項２】
目標室温を設定操作する目標室温設定操作部と、室温を測定する室温センサーと、前記発熱体の複数の電気ヒーターに流す電流を各々オンオフさせる電子制御弁と、該目標温度設定操作部から入力された目標室温と該温度センサーによって得られた室温から理想加熱条件を求め、該理想加熱条件に近い加熱条件となる１又は２以上の電気ヒーターの組み合わせを選択し、該１又は２以上の電気ヒーターに電流を流すように該電子制御弁を制御する電子制御装置とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の暖房装置。
【請求項３】
前記電子制御装置が、目標室温設定操作部の入力操作を温度データとして認識する目標室温設定手段と、目標室温設定手段で認識された温度データを保持する目標室温データ保持ＲＡＭと、室温センサーから送られてきた信号を温度データとして認識する室温データ取得手段と、室温データ取得手段で認識された温度データを保持する室温データ保持ＲＡＭと、目標温度データ保持ＲＡＭに保持されている温度データと室温データ保持ＲＡＭに保持されている温度データから理想加熱条件を求めるヒーター理想出力計算手段と、該ヒーター理想出力計算手段によって得られた理想加熱条件に近い加熱条件となる１又は２以上の電気ヒーターの組み合わせを選択するヒーター出力組合せ決定手段と、該ヒーター出力組合せ決定手段によって選択された１又は２以上の電気ヒーターに電流を流すように前記電子制御弁を制御するヒーター出力制御部とを備えていることを特徴とする請求項２に記載の暖房装置。
【請求項４】
前記ヒーター理想出力計算手段が、ＰＩＤ制御を行うＰＩＤ演算部を備えていることを特徴とする請求項３に記載の暖房装置。
【請求項５】
前記発熱体が、発熱容量を異にする複数の発熱線を1の基板に略平行に設けて形成した電気ヒーターからなることを特徴とする請求項１に記載の暖房装置。
【請求項６】
前記暖房装置が、室内暖房装置、床暖房装置又は便座暖房装置であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の暖房装置。
【請求項７】
全部又は一部が発熱容量を異にする複数の電気ヒーターからなることを特徴とする暖房装置用発熱体。
【請求項８】
発熱容量を異にする複数の発熱線を1の基板に略平行に設けて形成した電気ヒーターからなることを特徴とする請求項７に記載の暖房装置用発熱体。
【請求項９】
前記電気ヒーターがマイカ製の基板に印刷・形成されていることを特徴とする請求項７又は８に記載の暖房装置用発熱体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば室内暖房装置、床暖房装置、便座等の暖房装置とこの暖房装置に用いられる発熱体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
室内暖房装置としては電気ヒーターに電流を流して該電気ヒーターを発熱させ、発熱させた該電気ヒーターの熱で室内を暖めるものが知られている。電気ヒーターとしては、シーズヒーター、マイカヒーター、ＰＴＣヒーター等が使用されている。この室内暖房装置で部屋を暖める場合、部屋の温度は、図４に示すように、電気ヒーターに流す電流をオン・オフさせることによって調整している。
【０００３】
例えば、電気ヒーターが５００Ｗのマイカヒーター１個の場合、１個のマイカヒーターのＯＮ（５００Ｗ）／ＯＦＦ（０Ｗ）のみといった制御で部屋の温度を調整し、電気ヒーターが５００Ｗの電気ヒーター２個の場合、強（１０００Ｗ）／弱（５００Ｗ）／切（０Ｗ）といった制御で部屋の温度を調整している。
【０００４】
室内暖房装置をこのように制御すると、電気ヒーターのスイッチがオン状態になると、室温が所望の温度まで暖められた後、所望の温度を超えて更に暑くなり、電気ヒーターのスイッチがオフ状態になると、室温が所望の温度まで下がった後、所望の温度を通り過ぎて室温が更に下がってしまい、室温を一定の温度に維持することができないという問題がある。
【０００５】
このような問題に対しては、例えば最大出力１４００Ｗの暖房器具において、２００Ｗのヒーターを７個用いるというように、出力の小さな多数の電気ヒーターを組み合わせて電気ヒーターのトータル出力を大きくし、出力の小さな各ヒーターを各々オン・オフさせて部屋を暖めるようにすれば、室温をできるだけ所望の温度に近い温度に維持することができると考えられる。
【０００６】
しかし、出力の小さな電気ヒーターの数を増やせば増やすほど、電気ヒーターのコストが増え、しかも電気ヒーターの制御部品も増えて制御部品のコストも加算されるので、室内暖房装置がコスト高になるという問題、そして、電気ヒーターの数と制御部品の数が増えるので室内暖房装置が故障し易くなるという問題がある。
【０００７】
また、電気ヒーターと電源の間にトライアック（双方向のＯＮ／ＯＦＦ制御が可能な素子）を介在させ、トライアックをＰＷＭ制御でＯＮ／ＯＦＦさせ、電気ヒータ出力を所望の容量に制御すれば、室温を所望の温度に近い温度に近付けるようにすることができる。ここで、ＰＷＭ制御とは、Pulse Width Modulation制御の略で、パルス幅のＯＮとＯＦＦの比率を変えて制御する方法のことをいう。
【０００８】
しかし、トライアックをＰＷＭ制御すると、設置環境（住宅の電力設備）によっては商用電源の電圧が激しく変動し、蛍光灯がちらつくなど、他の家電製品の動作を不安定にするという問題がある。
【０００９】
また、電気ヒーターと電源の間にトライアックを介在させ、トライアックを位相制御することによって電気ヒータ出力を所望の容量に無段階に制御すれば、室温を所望の温度に近い温度に近付けるようにすることができる。
【００１０】
しかし、トライアックを位相制御すると、ゲートパルスを加えて電流が流れ始めた瞬間に、電磁波ノイズや音声ノイズが発生し、電磁波ノイズは他の電子機器に悪影響を及ぼすおそれがあるので、電磁波ノイズを抑える対策を行なわなければならないが、そのような対策を採ると室内暖房装置がコスト高になるという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００６−１７７５８７号公報
【特許文献２】特開２００４−１１６９２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明が解決しようとする課題は、従来の暖房装置が、部品点数を増やすことなく、商用電源の電圧を変動させることなく、電磁波ノイズ等を発生させることなく、電気ヒーターの出力を細かに制御できない点である。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、電気ヒーターの出力をより細かに制御可能とするため、発熱容量を異にする複数の電気ヒーターを発熱手段とし、選択された電気ヒーターの発熱容量の合計ができるだけ所望の発熱容量になるように該複数の電気ヒーターの１又は２以上を選択し、選択された１又は２以上の該電気ヒーターに電流を流して該電気ヒーターを発熱させることを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の暖房装置は、発熱容量の異なる複数の電気ヒーターを組み合わせて発熱させる発熱体を備えているので、商用電源の電圧を激しく変動させることなく、電磁波ノイズ等を発生させることなく、発熱出力の種類を、電気ヒーターの個数以上に、多数、段階的に、すなわち略無段階に提供することができるという利点がある。
【００１５】
そして、本発明の暖房装置は、発熱出力の種類を、電気ヒーターの個数以上に、多数、段階的に、すなわち略無段階に提供することができるので、細かな温度制御に必要な細かな出力制御（ＰＩＤ制御）を最小限のＯＮ／ＯＦＦ制御だけで実現することができ、従って、安定した温度制御をすることができるという利点がある。
【００１６】
また、本発明の暖房装置は、複数の電気ヒーターに流す電流を電子制御弁を介してオン・オフさせるという単純な制御をしているだけなので、電子制御装置に負荷がかかり難く、電子制御装置が故障し難いという利点がある。
【００１７】
また、電気ヒーターとしてマイカヒーターを使用した場合は、異なる発熱容量の複数の発熱部を1枚のマイカ板に印刷して電気ヒーターを形成することができるので、異なる発熱容量の発熱部毎に複数の電気ヒーターを別々に製造しなくて済み、１個の発熱部を有する同程度の発熱容量のマイカヒーターを製造する場合と同程度のコストで電気ヒーターを製造することができるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は本発明に係る室内暖房装置の一実施例の構成を示す説明図である。
【図２】図２は本発明に係る室内暖房装置に使用する電気ヒーターの一例を示す説明図である。
【図３】図３は本発明に係る室内暖房装置の一実施例の動作を表すフローチャートである。
【図４】図４は従来の室内暖房装置の一例の動作を表すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
室内をできるだけ速やかに且つ一定温度に暖房するという目的を、故障し難い単純な構造により、商用電源の電圧を激しく変動させたり、電磁波ノイズ等を発生させるという不都合を生じさせることなく実現した。
【実施例１】
【００２０】
図１は本発明に係る室内暖房装置の一実施例の構成を示す説明図、図２は本発明に係る室内暖房装置に使用する発熱体の一例を示す説明図である。
【００２１】
本発明に係る室内暖房装置は、図１に示すように、電源１０から供給された電流によって発熱する発熱体１２と、発熱体１２に供給される電流をオン・オフさせる電子制御弁としてのトライアック１４と、トライアック１４を制御する電子制御装置１６と、室温を測定する室温センサー１８とを備えている。
【００２２】
電源１０は１００Ｖ〜２００Ｖの家庭用電源からなる。発熱体１２は複数の電気ヒーターからなる。図１の例では、３個の電気ヒーター１２ａ，１２ｂ，１２ｃから発熱体１２が構成されているが、発熱体１２を構成する電気ヒーターは４個以上であってもよい。発熱体１２を構成する電気ヒーターの数を多くすればするほど発熱出力を細かに調整することができる。
【００２３】
複数の電気ヒーター１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、例えば、電気ヒーター１２ａが１９０Ｗ、電気ヒーター１２ｂが３７０Ｗ、電気ヒーター１２ｃが７４０Ｗと、発熱容量が各電気ヒーター毎に異なっているが、各電気ヒーターの発熱容量はこれらの数値に限定されるものではなく、他の数値の発熱容量であってもよい。
【００２４】
発熱体１２としては、マイカヒーター、シーズヒーター、ＰＴＣヒーター、セラミックヒータ、ハロゲンヒータ等、電流を流して発熱するものであれば、如何なるものを使用してもよいが、マイカヒーターを使用するのが好ましい。これは、異なる発熱容量の複数の発熱線を1枚のマイカ製の基板に、図２に示すように、略平行に印刷形成することによって、複数の電気ヒーターを1枚の基板の上に集約した状態で形成することができるからである。
【００２５】
トライアック１４は電子制御装置１６の指示で発熱体１２の各電気ヒーター１２ａ，１２ｂ，１２ｃに供給される電流を各々オン・オフさせる電子制御弁であり、電源１０と発熱体１２との間に直列に設けられている。また、トライアック１４にはインターフェース２０を介して電子制御装置１６が接続されている。なお、電子制御弁はトライアック以外にリレーなど様々な手段を採用することが可能である。
【００２６】
室温センサー１８はインターフェース２０を介して電子制御装置１６に接続されている。室温センサー１８としては、例えば、熱電対、サーミスタ素子、測温抵抗体、赤外線温度計等の温度センサーを使用することができる。また、電子制御装置１６はインターフェース２０を介して接続された目標室温設定操作部２２を有しており、目標室温設定操作部２２から目標室温を入力設定できるようになっている。目標室温設定操作部２２は液晶ディスプレイや有機ＥＬなどからなる目標室温表示部と、ボタン、ダイヤル等の操作部で構成されている。
【００２７】
電子制御装置は、室温センサー１８から送られてきた信号を温度データとして認識する室温データ取得手段２８と、室温データ取得手段２８で認識された温度データを保持する室温データ保持ＲＡＭ３０とを備えている。
【００２８】
電子制御装置１６は、目標室温設定操作部２２の入力操作を温度データとして認識する目標室温設定手段２４と、目標室温設定手段２４で認識された温度データを保持する目標室温データ保持ＲＡＭ２６を備えている。
【００２９】
電子制御装置１６は、目標室温データ保持ＲＡＭ２６に保持されている温度データと室温データ保持ＲＡＭ３０に保持されている温度データから理想加熱条件を求めるヒーター理想出力計算手段３２と、ヒーター理想出力計算手段３２によって得られた理想加熱条件に近い加熱条件となる１又は２以上の電気ヒーターを選択するヒーター出力組合せ決定手段３４を備えている。
【００３０】
電子制御装置１６は、発熱体１２の複数の電気ヒーター、図１の例では、複数の電気ヒーター１２ａ，１２ｂ，１２ｃの中から、ヒーター出力組合せ決定手段３４によって選択された１又は２以上の電気ヒーターに電流を流すようにトライアック１４を制御するヒーター出力制御部３６を備えている。
【００３１】
電子制御装置１６には、室温データ取得手段２８で認識された温度データを表示する室温表示部がインターフェース２０を介して接続され、目標室温設定手段２４で認識された温度データを表示する目標室温表示部がインターフェース２０を介して接続されている。室温表示部と目標室温表示部は温度表示部３８として集約されている。
【００３２】
なお、上記実施例では電子制御弁としてトライアックを使用しているが、リレーその他の電子部品を使用して電子制御弁を構成してもよい。また、上記実施例では複数の電気ヒーター１２ａ，１２ｂ，１２ｃから任意の組み合わせの電気ヒーターを電子的に選択して電流を流すようにしているが、別の実施例として、手動でオン・オフができる機械的な切り換えスイッチを用いて、複数の電気ヒーター１２ａ，１２ｂ，１２ｃから任意の組み合わせの電気ヒーターを選択し、その選択した電気ヒーターに電流を流すことができるようにすることもできる。
【００３３】
次に、この室内暖房装置の動作について、図１及び図３を参照しながら説明する。
【００３４】
まず、室内暖房装置の電源１０をオンにすると室内暖房装置が運転を開始する。そして、温度表示部３８に表示されている現在温度及び目標室温を確認し、表示されている目標室温が希望する目標室温温度と異なっている場合は、目標室温設定操作部２２を操作して、目標室温を希望する目標室温に変更する。表示されている目標室温が希望する目標室温と一致している場合は、目標室温設定操作部２２は操作しない。
【００３５】
目標室温設定操作部２２を操作して目標室温を入力した場合は、目標室温設定操作部２２で入力された操作信号が目標室温設定手段２４に送られ、目標室温設定手段２４はこの操作信号を解析して目標室温データＴａとして取得し、この目標室温データＴａは目標室温データ保持ＲＡＭ２６に格納される。また、この目標室温データＴａは目標室温設定手段２４から温度表示部３８に送られ、温度表示部３８の目標室温が変更される。
【００３６】
室温センサー１８では室温が測定され、この測定によって得られた入力データは室温データ取得手段２８に送られる。室温データ取得手段２８は室温センサー１８から送られてきた入力データを解析して室温データＴｂを取得し、この室温データＴｂは室温データ保持ＲＡＭ３０に格納される。また、この室温データＴｂは室温データ取得手段２８から温度表示部３８に送られ、温度表示部３８の室温が変更される。
【００３７】
ヒーター理想出力計算手段３２では、目標室温データ保持ＲＡＭ２６に保持されている温度データＴａと室温データ保持ＲＡＭ３０に保持されている温度データＴｂから理想加熱条件Ｐａを求める。ここで、ヒーター理想出力計算手段３２はＰＩＤ演算部を備えており、ヒーター出力制御部３６がトライアック１４をＰＩＤ制御するように、理想加熱条件Ｐａを計算する。
【００３８】
発熱体１２は、発熱容量の異なる複数の電気ヒーター１２ａ，１２ｂ，１２ｃを組み合わせて発熱させるように構成されているので、発熱出力の種類を、表１に示すように、電気ヒーターの個数以上に、多数、段階的に提供することができ、ヒーター理想出力計算手段３２によって得られた理想加熱条件Ｐａに近い加熱条件を提供することができる。
【００３９】
【表１】
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【００４０】
このため、例えば、発熱体１２の出力と暖房能力が表１のような関係で、ＰＩＤ演算によって得られた出力が７０％であった場合、７０％に最も近い出力である７１．４％の組み合わせを選び、トライアック１４を制御して電気ヒーター１２ａと電気ヒーター１２ｃをＯＮにし、電気ヒーター１２ｂをＯＦＦにすることになる。
【００４１】
なお、表１の暖房能力の欄の数値は説明の都合上例示した一例であり、この発明はこれらの数値に限定されるものではない。また、本発明では、選択する出力は理想加熱条件に最も近い出力の組み合わせを選択するのが基本であるが、本発明は必ずしもこの基本「選択する出力＝最も近い値」に厳格に限定されるものではなく、環境条件により適宜調整して対応してもよい。
【００４２】
このように、ヒーター出力組合せ決定手段３４で、ヒーター理想出力計算手段３２によって得られた理想加熱条件Ｐａに近い加熱条件になる１又は２以上の電気ヒーターを選択し、ヒーター出力組合せ決定手段３４はヒーター出力制御部３６に選択指令Ｃａを出し、ヒーター出力制御部３６はトライアック１４を制御し、ヒーター出力組合せ決定手段３４によって選択された電気ヒーターをＯＮ状態にすれば、ヒーター理想出力計算手段３２によって得られた理想加熱条件Ｐａに近い加熱条件で発熱体１２を発熱させ、室内を暖房することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は、室内を暖房する用途以外に、建物の床に発熱体を積層して床を暖める用途、トイレの便座に発熱体を組み込んでトイレの便座を暖める用途等にも適用できる。
【符号の説明】
【００４４】
１０  電源
１２  発熱体
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ  電気ヒーター
１４  トライアック
１６  電子制御装置
１８  室温センサー
２０  インターフェース
２２  目標室温設定操作部
２４  目標室温設定手段
２６  目標温度データ保持ＲＡＭ
２８  室温データ取得手段
３０  室温データ保持ＲＡＭ
３２  ヒーター理想出力計算手段
３４  ヒーター出力組合せ決定手段
３６  ヒーター出力制御部
３８  温度表示部
【図１】
2015031500.tif 000004
【図２】
2015031500.tif 000005
【図３】
2015031500.tif 000006
【図４】
2015031500.tif 000007