(57)【要約】【課題】複雑な構成を採用すること無く、及び契約電力を大口にすること無く、複数枚のＰＴＣヒーターを使用者の選択により複数態様で使用可能にする。【解決手段】各ヒーター２Ａ、２Ｂへの電源の供給／非供給を行なう切替手段４Ａ、４Ｂと、ヒーター側へ流れる電流値を制御する電流制御手段６Ａ、６Ｂと、使用するヒーターとその優先順を選択する選択手段と、選択手段による選択に基づき切替手段４Ａ、４Ｂ及び電流制御手段６Ａ、６Ｂを制御する集中制御手段（８）を備え、各ヒーター面積を調整し、すべてのヒーターが安定領域に達した後の消費電流が予め設定した値を超えないように、及び任意のヒーターの電源を投入した際の電流値の合計が予め設定した値を超えないようにし、電源投入後は、選択されたヒーターについて選択された順により設定時間だけずらして電源を供給し、安定領域に達したヒーターについては供給電力を調整可能にする。【選択図】              図１
2004259557.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数枚の正極性のサーミスター特性を有するヒーターに電源を供給する方法であって、
各ヒーターの面積を調整することにより、すべてのヒーターが安定領域に達した後におけるそれぞれのヒーターの消費電流を合計した値が予め設定した値を超えないようにするとともに任意のヒーターについて電源を投入した時点において各ヒーターが消費している電流値の合計値が予め設定した値を超えないようにし、
電源投入後は、予め選択されたヒーターについて、予め選択された順により、予め設定された時間だけずらしながら、各ヒーターに電源を供給し、
その後安定領域に達したヒーターについて、該ヒーター側へ流れる電流値を調整することにより、前記ヒーターの温度を調整可能にする、ことを特徴としたヒーターにおける消費電流制御方法。
【請求項２】
複数枚の正極性のサーミスター特性を有するヒーターに電源を供給するに際して、各ヒーターの面積を調整することにより、すべてのヒーターが安定領域に達した後のそれぞれのヒーターの消費電流を合計した値が予め設定した値を超えないようにするとともに任意のヒーターについて電源を投入した時点において各ヒーターが消費している電流値の合計値が予め設定した値を超えないようにし、電源投入後は、予め選択されたヒーターについて予め選択された順により、予め設定された時間だけずらしながら、各ヒーターに電源を供給し、その後安定領域に達したヒーターについて、該ヒーター側へ流れる電流値を調整することにより、前記ヒーターの温度を調整可能にするために用いられる消費電流制御装置であって、
各ヒーター（２Ａ、２Ｂ）について電源の供給あるいは非供給を切りかえるための切替手段（４Ａ、４Ｂ）と、
各ヒーター（２Ａ、２Ｂ）側へ流れる電流値を制御するための電流制御手段（６Ａ、６Ｂ）と、
使用するヒーター及びその優先順を選択ためのシーン選択手段と、
該シーン選択手段による選択に基づいて、前記切替手段（４Ａ、４Ｂ）の作動を制御することにより、予め選択されたヒーターについて、予め選択された順により、予め設定された時間だけずらしながら電源を供給するとともに、前記電流制御手段（６Ａ、６Ｂ）を制御して、安定領域に達したヒーター側へ流れる電流値を制御してその温度を調整可能にするための集中制御手段（８）と、を備えたことを特徴とする消費電流制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、正極性のサーミスター特性を有するヒーターを使用する際にその消費電流を制御するための電流制御方法及びそれを実施するために用いられる電流制御装置に係り、より詳しくは、前記ヒーターを複数枚用いるとともに、各ヒーター面積を予め調整することによりヒーターの初期立ち上がり時消費電流を予め設定した電流値の範囲内に設定し、その後にヒーターへの電源供給を行ない、これにより消費電流を制御可能とした電流制御方法及びそれを実施するための電流制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、床暖房等のために電気式のヒーターを用いることが行なわれており、このヒーターとしては、正極性のサーミスター特性を有するヒーターが用いられることがある。
【０００３】
ここで、この「正極性のサーミスター特性」とは、温度が上昇すると抵抗値が上昇し、一定の温度に達した後は消費電流及び温度が安定する特性をいい、一般的にＰＴＣ特性といわれており、この特性を備えた物質を発熱部として用いたヒーターをＰＴＣヒーターという。
【０００４】
そして、このＰＴＣヒーターにおいては、発熱部の温度が上昇すると抵抗値が上昇して、これにより発熱部を流れる電流が抑制されるとともに発熱部の温度上昇が緩やかになり、その後、発熱部の温度が一定の温度（これを一般的に「キュリーポイント」という。）に達した後は、消費電流及び発熱部の温度が、飽和領域に達して安定していくものである（この領域を「安定領域」という。）。
【０００５】
このように、ＰＴＣヒーターでは、ヒーターの温度が上昇すると消費電流が低くなり、その後一定温度の飽和領域を有する特性があるために、これを用いることにより、消費電力の節約ができるとともに、発熱体の温度の異常上昇を防止可能であるという利点があり、また、一般の発熱体に比較して温度の立ち上がりが速いため、床暖房や融雪のように目的としている温度帯域が明確である場合に使用することが近年多く見受けられる。
【０００６】
ところで、このＰＴＣヒーターでは、前述したように、温度上昇に伴って抵抗値が上昇する特性を有するので、初期立ち上がり時に最も消費電流が大きくなるため、これを使用するに際してはこの初期立ち上がり時の電流に合わせて電力契約を行なう必要がある。
【０００７】
しかしながら、一般的にＰＴＣヒーターの場合には初期立ち上がり時電流が大きく、またこの初期立ち上がり時電流は、ＰＴＣメーカーや周囲温度により異なるが、安定領域の電流に対して１．５倍から８倍程度の差異があるため、これを使用する場合には大口の電力契約をしなければならなかった。
【０００８】
その一方、例えば、集合住宅であるマンションやアパートでは構造上電力契約が制限される場合が多く、床暖房の専用回線として１回路（２０Ａ）しか引き込みできない場合がしばしば見受けられ、かかる場合には、ＰＴＣヒーターの設置枚数が制限され、床暖房を十分に行なうことができないという問題点が発生することが考えられる。
【０００９】
また、構造上からの電力契約の制限が無い戸建住宅の場合でも、リビングのような広い面積にＰＴＣヒーターを設置しようとすると電力契約が大口となり契約電力が高くなる一方、ＰＴＣヒーターを使用しない夏場でもこの大口契約した基本料金を払わなければならないという問題点が考えられる。
【００１０】
そのため、このような問題点を解決するために、電流検知センサーを用いてヒーター側に流れる電流を検知し、この検知した電流が契約電流を超えた場合に電流を制御する方法が考えられるが、この方法では、ヒーター側に一旦電流を流し、その後にこの電流を制限する方法であるため、特に冬場等の初期立ち上がり電流が大きい場合には、電源投入と同時に電流の制御が開始されてしまい、ヒーター温度を十分に上昇させることが困難となってしまうとともに、初期立ち上がり電流が契約電流よりもはるかに大きい場合には、電源投入と同時にブレーカーが落ちてしまうという問題点が発生する。
【００１１】
そのため、本発明者は過去において、ヒーター側に流す電源の電圧を調整することにより消費電流を制御する方法を提案した。即ち、この方法によれば、ヒーター側に流す電源の電圧を０からスタートして徐々に上昇させるとともに、電流センサーを用いてこの電圧を予め設定した値を超えないように制御するため、消費電流値を予め設定した範囲内にすることができ、契約電流内でヒーター温度を上昇させることが可能となる（特願２００１−２４８０７７号）。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、一般家庭においては、例えばリビングと子供部屋というように、複数の部屋にそれぞれ床暖房を備える場合がある一方、その使用態様には、すべてのヒーターを使用する場合のほか、いずれか一方のヒーターのみを使用する態様があるため、ヒーターとして前記ＰＴＣヒーターを用いた場合に、使用するヒーターの枚数に応じて、またその使用態様に応じて、ヒーター側に流す電源の電圧を徐々に増加させていき、これにより消費電流値を予め設定した範囲内にする前記方法を採用した場合には、装置全体の構成が複雑になってしまう。
【００１３】
また、前記ＰＴＣヒーターの中には、いわゆる共振型といわれるものが存在しており、この共振型のＰＴＣヒーターは、定格電圧を加えない限りヒーター温度が上昇しない性質を有するが、上述した、ヒーター側に流す電源の電圧を調整することにより消費電流を制御する方法をこの共振型のヒーターに採用した場合には、ヒーター温度を上昇させることができない、という問題点が発生する。
【００１４】
そこで、本発明は、複雑な構成を採用すること無く、また、共振型のＰＴＣヒーターを使用するに際しても、契約電力を大口にすること無く、複数枚のＰＴＣヒーターを、使用者の選択によって複数の態様で使用可能にする電流制御方法及びそれを実施するための電流制御装置を提供することを課題としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の消費電流制御方法は、各ヒーターの面積を調整することにより、すべてのヒーターが安定領域に達した後におけるそれぞれのヒーターの消費電流を合計した値が予め設定した値を超えないようにするとともに任意のヒーターについて電源を投入した時点において各ヒーターが消費している電流値の合計値が予め設定した値を超えないようにし、
電源投入後は、予め選択されたヒーターについて予め選択された順により、予め設定された時間だけずらしながら、各ヒーターに電源を供給し、
その後安定領域に達したヒーターについて、該ヒーター側へ流れる電流値を調整することにより、前記ヒーターの温度を調整可能にする、ことを特徴としており、及び、この方法を実施するための本発明の電流制御装置は、各ヒーターについて電源の供給あるいは非供給を切りかえるための切替手段と、各ヒーター側へ流れる電流値を制御するための電流制御手段と、使用するヒーター及びその優先順を選択ためのシーン選択手段と、該シーン選択手段による選択に基づいて、前記切替手段の作動を制御することにより予め選択されたヒーターについて、予め選択された順により、予め設定された時間だけずらしながら電源を供給するとともに、前記電流制御手段を制御して、安定領域に達したヒーター側へ流れる電流値を制御してその温度を調整可能にするための集中制御手段と、を備えたことを特徴としている。
【００１６】
本発明では、すべてのヒーターが安定領域に達した後におけるそれぞれのヒーターの消費電流を合計した値が予め設定した値を超えないように、及び、任意のヒーターについて電源を投入した時点において各ヒーターが消費している電流値の合計値が予め設定した値を超えないように、予め、各ヒーターの面積を調整しておく。
【００１７】
そして、電源投入後は、予め選択されたヒーターについて、予め選択された順により、予め設定された時間だけずらしながら、各ヒーターに電源を供給していき、その後、安定領域に達したヒーターについては、該ヒーター側へ流れる電流値を調整することにより、前記ヒーターの温度を調整可能にする、ことを可能としている。
【００１８】
そのため、各ヒーターの面積を調整する際に、すべてのヒーターが安定領域に達した後におけるヒーターの消費電流の合計した値が電力契約の範囲内になるようにするとともに、各ヒーターに電源を供給した際にヒーターにおける消費電流の合計値を電力契約の範囲内にすることにより、電力契約の範囲内で所望するヒーターに電源を供給することが可能となる。
【００１９】
また、本発明では、予め選択されたヒーターについて、予め選択された順により、予め設定された時間だけずらしながら、各ヒーターに電源を供給する方法を可能としているために、使用者の選択に応じて、複数の使用態様に対応することが可能である。
【００２０】
更に、本発明では、ヒーター面積を調整することにより消費電流を調整しているために、ヒーター側に定格電圧を流すことができ、そのために、共振型のＰＴＣヒーターを使用するに際しても、契約電力を大口にすること無く、短時間でヒーター温度を適温まで上昇させることが可能となる。
【００２１】
更にまた、本発明では、安定領域に達したヒーターについて、該ヒーター側へ流れる電流値を調整することにより、前記ヒーターの温度を調整可能にする、ことを可能としているために、環境温度等に対応させてヒーター温度を自在にすることが可能である
【実施例】
本発明の実施例について説明すると、図１は、本発明の消費電流制御装置の実施例を示すブロック図であり、本実施例では、２枚のＰＴＣヒーターを用いた場合を示している。
【００２２】
そして、図において２Ａ、２Ｂが、電源３に接続されたＰＴＣヒーター（以下単に「ヒーター」という。）である。
【００２３】
次に、図において４Ａ、４Ｂは、切替手段としてのリレーであり、このリレー４Ａ、４Ｂは、電源３とヒーター２Ａ、及び電源３とヒーター２Ｂのそれぞれの間に接点５Ａ、５Ｂを備えており、これにより、リレー４Ａ、４Ｂが作動することにより、ヒーター２Ａ、及びヒーター２Ｂへの電源の供給及び非供給を制御可能としている。
【００２４】
次に、各ヒーター２Ａ、２Ｂと電源３との間には、ヒーター２Ａ、２Ｂ側へ流れる電流値を制御するための電流制御手段として、サイリスタを介在させており、本実施例においてこのサイリスタとしては、双方向サイリスタとしてのトライアック６Ａ、６Ｂを用いている。そして、このトライアック６Ａ、６Ｂにはそれぞれ、ゲート信号を生成するためのゲート信号生成手段７が接続されている。なお、本実施例においてこのゲート信号生成手段７は、Ｄ−Ａ変換器７０１と、このＤ−Ａ変換器７０１よりの信号により所定のパルス幅のゲート信号を生成するとともにこのゲート信号を前記トライアック６Ａ、６Ｂに出力するためのパルスジェネレーター７０２とにより構成されている。
【００２５】
次に、図において８は、装置全体の制御を司るための集中制御手段としてのマイコンであり、このマイコン８は、前記リレー４Ａ、４Ｂの作動の制御、パルス生成手段７の制御、及び装置全体の制御を行う。
【００２６】
なお、図において１０は、前記リレー４Ａ、４Ｂ、マイコン８へ電源を供給するためのＤＣ電源である。
【００２７】
また、図において９は操作スイッチであり、本実施例においてこの操作スイッチ９としては、少なくとも、オン／オフスイッチ、使用するヒーターの選択及びその優先順位を選択するためのシーン選択スイッチ、及び、各ヒーターが安定領域に達した後にそのヒーター側へ流れる電流値を調整するための電力調整スイッチを備えており、及び、その他に、各ヒーターについて、電源供給を開始した時点から安定領域に達するまでの立上り時間を設定するための立上り時間設定スイッチを備えている。
【００２８】
なお、前述の実施例では、切替手段としてリレー４Ａ、４Ｂ及びその接点５Ａ、５Ｂを用いた場合を説明したが、このリレー４Ａ、４Ｂ及び接点５Ａ、５Ｂは必ずしも必要なものではなく、ヒーター２Ａ、２Ｂへの電源供給及び非供給をマイコン８により制御し、これにより、マイコン８に切替手段の機能を持たせてもよい。
【００２９】
次に、このように構成される本実施例の電流制御装置を用いた本発明の電流制御方法の実施例について、２枚のヒーターＡ、Ｂを用いた場合を想定して、図２のフローチャートを用いて説明すると、本実施例の電流制御方法では、まずステップ１において、初期設定を行なう。
【００３０】
即ち、まず、各ヒーターの面積を調整して、使用するすべてのヒーターが安定領域に達した後におけるそれぞれのヒーターの消費電流を合計した値が予め設定した値を越えないように、及び、任意のヒーターについて電源を投入した時点において、各ヒーターが消費している電流値の合計値が、ヒーターのために使用できる電流値を超えないようにする。
【００３１】
この関係を詳細に説明すると、例えば、ヒーターで使用可能な電流値が２０Ａである場合において、初期立上り時の消費電流が２０Ａであるときに安定領域に達した場合には約１／３の６．７Ａの消費電流になるＰＴＣヒーターを用いた場合を想定すると、まず、ヒーターＡ及びＢのいずれもが安定領域に達した後における、それぞれのヒーターの消費電流を合計した値が２０Ａを越えないように、及び、ヒーターＡ、Ｂのいずれかに電源を供給した時点におけるヒーター全体の消費電流が２０Ａを超えないようにする。
【００３２】
そして、本実施例においては、ヒーターＡ、Ｂのいずれについても、初期立ち上がり時の消費電流が１５Ａになるように、ヒーター面積を調整した。そのため、ヒーターＡ、Ｂのいずれについても、安定領域に達した後の消費電流値は約５Ａになる。
【００３３】
そうすると、ヒーターＡ及びヒーターＢがともに安定領域に達している場合の消費電流値は１０Ａになる。また、ヒーターＡ、ヒーターＢの順番で電源供給を行った場合において、ヒーターＢへの電源供給を開始した時点における消費電流の合計値は２０Ａになり、逆に、ヒーターＢ、ヒーターＡの順番で電源供給を行った場合において、ヒーターＡへの電源供給を開始した時点における消費電流の合計値は２０Ａになり、いずれの場合も使用可能な電流値である２０Ａを超えることがない。従って、本実施例による設定では、ヒーターで使用可能な電流値が２０Ａである場合において、初期立上り時の消費電流が２０Ａであるときに安定領域に達した場合には約１／３の６．７Ａの消費電流になるＰＴＣヒーターを用いた場合には、ヒーターＡ及びＢのいずれもが安定領域に達した後におけるそれぞれのヒーターの消費電流を合計した値が２０Ａを越えないようにすることができるとともに、及び、ヒーターＡ、Ｂのいずれかに電源を供給した時点におけるヒーター全体の消費電流が２０Ａを超えないようにすることができる。
【００３４】
次に、ステップ１の初期設定においては更に、ヒーターの特性等を考慮し、立上り時間を設定しておく。即ち、電源供給を開始した時点からヒーターが安定領域に達するまでの時間を立上り時間（例えば１０分）として、これを予めマイコン８に設定しておき、ヒーターＡ及びヒーターＢの双方を使用する場合に、先に電源供給を行うヒーターが安定領域に達するまでは他のヒーターへの電源供給が遮断されるようにしておく。
【００３５】
次に、本実施例の電流制御方法では、ステップ２において、前記シーン選択スイッチを操作して、使用するヒーターの選択、即ち、（１）ヒーターＡのみの使用、（２）ヒーターＢのみの使用、（３）ヒーターＡ及びヒーターＢの双方の使用、のいずれかを選択するとともに、ヒーターＡ及びヒーターＢの双方を使用する場合には、先に電源供給を行うヒーターを選択する。
【００３６】
そして、その後、ステップ３において電源スイッチをオンにすると、マイコン８により電源オンからの経過時間が監視されるとともに、まず、シーン選択スイッチにしたがって、使用を選択されたヒーターについて、選択された順により、立上り時間分だけずらしながら、各ヒーターへの電源供給が開始される。
【００３７】
例えば、使用するヒーターがヒーターＡ及びヒーターＢであり、使用順が（１）ヒーターＡ、（２）ヒーターＢである場合には、まず、マイコン８の制御により、ヒーターＡに接続されているリレー４Ａのみが作動して、ステップ４において、ヒーターＡに対して定格電圧が供給され、この時点で消費電流値は１５Ａとなる。そして、立上り時間の１０分が経過してヒーターＡが安定領域に達し、従ってヒーターＡの消費電流値が５Ａになると、次に、マイコン８の制御により、ヒーターＢに接続されているリレー４Ｂが作動して、ステップ６においてヒーターＢへの電源供給が開始される。そして、この時点における消費電流値の合計は２０Ａとなる。
【００３８】
一方、使用するヒーターがヒーターＡ及びヒーターＢであり、使用順が（１）ヒーターＢ、（２）ヒーターＡである場合には、図示しないが、まず、マイコン８の制御によりヒーターＢに接続されているリレー４Ｂのみが作動して、ヒーターＢに対して定格電圧が供給され、この時点で消費電流値は１５Ａとなる。そして、立上り時間の１０分が経過してヒーターＢが安定領域に達し、従ってヒーターＢの消費電流値が５Ａになると、次に、マイコン８の制御によりヒーターＡに接続されているリレー４Ａが作動して、ヒーターＡへの電源供給が開始される。そしてこの時点における消費電流値の合計は、２０Ａとなる。
【００３９】
更に、使用するヒーターがヒーターＡあるいはヒーターＢのいずれかである場合には、図示しないが、マイコン８の制御により、使用するヒーターに接続されているリレーのみが作動して、使用を選択されたヒーターにのみ定格電圧が供給される。
【００４０】
次に、本実施例では、使用を選択されたヒーターが安定領域に達した後は、適宜、電力調整スイッチを操作することで、ヒーター側へ流れる電流値を調整することで、ヒーター温度を調整可能としている（ステップ５、ステップ７）。
【００４１】
即ち、本実施例においては、各ヒーターと電源３との間にトライアック６Ａ、６Ｂを介在させるとともに、このトライアック６Ａ、６Ｂへ入力するゲート信号のパルス幅を調整可能なゲート信号生成手段７を備えているために、電力調整スイッチを操作することにより、マイコン８の制御によりゲート信号のパルス幅を調整し、これによりヒーター側へ流れる電流値を調整可能としている。
【００４２】
このように、本実施例の電流調整装置及びその装置を用いた電流制御方法によれば、使用可能な電流の範囲内において、複数枚のＰＴＣヒーターを好みの態様によって使用することが可能である。
【００４３】
なお、前述の実施例では、ヒーターＡ、Ｂの双方ともに、初期立ち上がり時の消費電流が１５Ａになるようにヒーター面積を調整したが、必ずしもこのように調整する必要はない。即ち、本発明では、施工場所等に応じ、使用するすべてのヒーターが安定領域に達した後におけるそれぞれのヒーターの消費電流を合計した値が予め設定した値を越えないように、及び、任意のヒーターについて電源を投入した時点において、各ヒーターが消費している電流値の合計が、ヒーターのために使用できる電流値を超えないように、ヒーター面積を調整すればよい。
【００４４】
【発明の効果】
本発明の電流制御方法及びそれを実施するための電流制御装置は、以上説明した形態で実施され、以下に記載するような効果を奏する。
【００４５】
本発明では、複数枚の正極性のサーミスター特性を有するヒーターに電源を供給するに際して、各ヒーターの面積を調整することにより、すべてのヒーターが安定領域に達した後におけるそれぞれのヒーターの消費電流を合計した値が予め設定した値を超えないようにするとともに任意のヒーターについて電源を投入した時点において各ヒーターが消費している電流値の合計値が予め設定した値を超えないようにし、電源投入後は、予め選択されたヒーターについ、て予め選択された順により、予め設定された時間だけずらしながら、各ヒーターに電源を供給し、その後安定領域に達したヒーターについて、該ヒーター側へ流れる電流値を調整することにより、前記ヒーターの温度を調整可能にすることを可能としている。
【００４６】
そのため本発明によれば、すべてのヒーターが安定領域に達した後におけるヒーターの消費電流の合計した値が電力契約の範囲内になるように、及び各ヒーターに電源を供給した際にヒーターにおける消費電流の合計値が電力契約の範囲内になるように、各ヒーターの面積を調整することにより、電力契約の範囲内で、使用者の選択に応じて所望するヒーターに電源を供給することが可能となる。
【００４７】
また、本発明では、ヒーター面積を調整することにより消費電流を調整しているために、ヒーター側に定格電圧を流すことができ、そのために、共振型のＰＴＣヒーターを使用するに際しても、契約電力を大口にすること無く、短時間でヒーター温度を適温まで上昇させることが可能となる。
【００４８】
更に、本発明では、安定領域に達したヒーターについて、該ヒーター側へ流れる電流値を調整することにより、前記ヒーターの温度を調整可能にする、ことを可能としているために、環境温度等に対応させてヒーター温度を自在にすることが可能である
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電流制御装置の実施例の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の電流制御装置の作用を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１    電流制御装置
２Ａ、２Ｂ    ＰＴＣヒーター
３    電源
４Ａ、４Ｂ    リレー
５Ａ、５Ｂ    リレーの接点
６Ａ、６Ｂ    トライアック
７    ゲート信号生成手段
７０１    Ａ−Ｄ変換器
７０２    パルスジェネレーター
８    マイコン
９    操作スイッチ
１０    ＤＣ電源
【図１】
2004259557.tif 000003
【図２】
2004259557.tif 000004