(57)【要約】【課題】発熱体としてＰＴＣヒーターが用いられた暖房具を複数設置して用いる場合、ブレーカ容量を殊更大きくしなくても、始動時に流れる電流によってブレーカが作動しないようにする。【解決手段】コントローラは発熱体３としてＰＴＣヒーターが用いられた複数個の床暖房具１の通電を制御する。各床暖房具１を流れる電流の総和を検出する電流検出器１６と、各床暖房具１への通電を制御する制御装置２０とを備え、制御装置２０は始動時の通電を制御する機能と始動後の通電を制御して温度を設定値に保持する機能とを有する。各床暖房具１は設定時間ずつ遅延して始動し、電流検出値が制限値以下のとき、始動させた床暖房具１を温度制御へ移行させ、電流検出値が制限値を越えるとき、始動させた床暖房具１を一旦停止させた後、時間を置いて再始動させる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱体としてＰＴＣヒーターが用いられた複数個の暖房具について通電を制御するコントローラであって、
各暖房具の発熱体に流れる電流の総和を検出する電流検出手段と、各発熱体への通電を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、各発熱体の始動時における通電を制御する始動制御部と、各発熱体の始動後における通電を制御して温度を設定値に保持する温度制御部とを含み、前記始動制御部は、各発熱体を設定時間ずつ遅延させて始動させ、各発熱体の始動時、前記電流検出手段による電流検出値が制限値以下のとき、始動させた発熱体について温度制御部の制御へ移行させ、前記電流検出手段による電流検出値が制限値を越えるとき、始動させた発熱体を一旦停止させた後、時間を置いて再始動させるようにした暖房具用コントローラ。
【請求項２】
前記暖房具は、発熱体の上面に上部板材、下面に断熱材層を介して下部板材がそれぞれ重ねられて一体化された床暖房用パネルにより構成されている請求項１に記載された暖房具用コントローラ。
【請求項３】
前記始動制御部は、前記電流検出手段による検出値が制限値を越えるとき、始動させた発熱体を一旦停止させた後、前記電流検出手段による電流検出値を監視して再始動させるようにした請求項１に記載された暖房具用コントローラ。
【請求項４】
前記始動制御部は、前記電流検出手段による電流検出値が制限値を越えるとき、始動させた発熱体を一旦停止させ、所定時間経過後に再始動させるようにした請求項１に記載された暖房具用コントローラ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載された暖房具用コントローラを備える床暖房装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、暖房床、暖房畳、カーペットなどの暖房具への通電を制御するための暖房具用コントローラに関し、特にこの発明は、発熱体としてＰＴＣヒーターが用いられた暖房具への通電を制御するための暖房具用コントローラおよびそのコントローラが用いられた床暖房装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば、暖房床は、下地床上に複数枚の床暖房用パネルを整列して並べ、その上にフローリング材を敷設して構成されている。従来、その種の床暖房用パネルの発熱体としてニクロム線やカーボン系発熱体が用いられてきたが、近年、「ＰＴＣヒーター」と呼ばれる正の抵抗率温度係数を有する面状発熱体（以下「ＰＴＣヒーター」という。）も用いられるようになった（例えば、特許文献１参照）。このＰＴＣヒーターは、一定の温度になると、抵抗値が急激に大きくなって電流を通さなくなるという自己電流制御作用をもつものであり、抵抗値はＰＴＣヒーターの温度が低いときは低い抵抗値を示し、温度が上がると、高い抵抗値を示す。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２２２３５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
発熱体としてＰＴＣヒーターが用いられた床暖房用パネルを複数設置して床暖房装置を構成する場合、ＰＴＣヒーターの総容量はかなり大きくなる。また、床温が低いと、ＰＴＣヒーターの抵抗値が低くなるため、始動時の電流が大きくなり、ブレーカが作動して電源が遮断されるおそれがある。これを防ぐには、始動時に流れる電流を考慮してブレーカ容量を大きくする必要がある。特に寒冷地では床温の低下が著しいので、ブレーカが作動し易く、殊更ブレーカ容量を大きくする必要があり、寒冷地とその他の地域とでは床暖房装置の仕様を大幅に変更する必要がある。
【０００５】
この発明は、上記した問題に着目してなされたもので、発熱体としてＰＴＣヒーターが用いられた暖房具を複数設置して用いる場合、ブレーカ容量を殊更大きくしなくても、始動時に流れる電流によってブレーカが作動することのない暖房具用コントローラおよびそのコントローラが用いられた床暖房装置を提供することを目的とする。
また、この発明が他に目的とするところは、温度低下が著しい寒冷地であっても、殊更ブレーカ容量を大きくする必要がなく、また、寒冷地とその他の地域とで大幅な仕様の変更を必要としない暖房具用コントローラおよびそのコントローラが用いられた床暖房装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明は、発熱体としてＰＴＣヒーターが用いられた複数個の暖房具について通電を制御するコントローラであって、各暖房具の発熱体に流れる電流の総和を検出する電流検出手段と、各発熱体への通電を制御する制御装置とを備えている。前記制御装置は、各発熱体の始動時における通電を制御する始動制御部と、各発熱体の始動後における通電を制御して温度を設定値に保持する温度制御部とを含んでいる。前記始動制御部は、各発熱体を設定時間ずつ遅延させて始動させ、各発熱体の始動時、前記電流検出手段による電流検出値が制限値以下のとき、始動させた発熱体について温度制御部の制御へ移行させ、前記電流検出手段による電流検出値が制限値を越えるとき、始動させた発熱体を一旦停止させた後、時間を置いて再始動させるようにしている。
【０００７】
この発明の上記した構成において、「電流検出手段」として、一般に「ＣＴ」と略称される電流検出トランスなどが用いられる。この電流検出トランスで検出された電流は電圧値に変更される。また、「制御装置」は、専用のハードウェア回路によって実現することもでき、また、プログラムされたコンピュータによって実現することもできる。
【０００８】
上記した構成のコントローラをもつ暖房装置において、始動時は温度が低く、ＰＴＣヒーターの抵抗値は低いので、始動時の電流値は大きくなる。制御装置の始動制御部は、各暖房具の発熱体を設定時間ずつ遅延させて始動させる。ひとつの暖房具の発熱体を始動させただけでは、それ程大きな電流が流れず、ブレーカは作動しない。電流値は電流検出手段により検出され、その電流検出値が制限値以下のとき、始動した発熱体は温度制御へ移行する。
【０００９】
設定時間が経過すると、温度が上がって発熱体の抵抗値が大きくなり、電流値が小さくなるので、次の暖房具の発熱体を始動させる。この場合、その発熱体の電流が加わっても、同時に２個の暖房具を始動させる場合と比べて、電流値は小さいので、過大な電流は流れず、ブレーカは作動しない。電流検出手段による電流検出値が制限値以下であれば、始動した発熱体は同様に温度制御へ移行する。
もし、いずれかの暖房具を始動したとき、電流検出手段による電流検出値が制限値を越えれば、始動させた発熱体を一旦停止させた後、時間を置いて再始動させる。時間を置くことにより、温度が上がって発熱体の抵抗値が大きくなり、その分、電流が小さくなるので、停止した暖房具を再始動することが可能となる。
【００１０】
この発明のコントローラは種々の暖房具に適用できる。実施態様のひとつは、発熱体の上面に上部板材、下面に断熱材層を介して下部板材がそれぞれ重ねられて一体化された床暖房用パネルにより構成された床暖房具であるが、これに限らず、暖房畳やカーペットにも用いることができる。
【００１１】
この発明の好ましい実施態様においては、前記始動制御部は、前記電流検出手段による電流検出値が制限値を越えるとき、始動させた発熱体を一旦停止させた後、前記電流検出手段による電流検出値を監視して再始動させる。
この実施態様では、前記電流検出手段による電流検出値によって、たとえ停止させた暖房具を再始動させても制限値を越える電流は流れないと判断し得る時点を検出し、その時点でその暖房具を再始動させるもので、これによりブレーカを作動させることがなく確実に所定数の暖房具を始動させる。
【００１２】
この発明の他の好ましい実施態様においては、前記始動制御部は、前記電流検出手段による電流検出値が制限値を越えるとき、始動させた発熱体を一旦停止させ、所定時間経過後に再始動させる。
この実施態様では、時間経過により作動中の暖房具の発熱体が暖まって電流値が十分に小さくなる時点、すなわち、たとえ停止させた暖房具を再始動させても制限値を越える電流は流れないと判断し得る時点でその暖房具を再始動させるもので、これによりブレーカを作動させることがなく確実に所定数の暖房具を始動させる。
【００１３】
この発明による暖房具用コントローラは種々の暖房具に適用できるもので、これを複数の床暖房具への通電を制御するためのコントローラに用いることにより床暖房装置を構成できる。
【発明の効果】
【００１４】
この発明によると、発熱体としてＰＴＣヒーターが用いられた暖房具を複数設置して用いる場合、ブレーカ容量を殊更大きくしなくても、始動時に流れる電流によってブレーカが作動することがない。また、温度低下が著しい寒冷地であっても、殊更ブレーカ容量を大きくする必要がなく、寒冷地とその他の地域とで大幅な仕様の変更を行う必要もない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は、この発明の一実施例である床暖房装置の構成を示している。
図示例の床暖房装置は、２枚の床暖房用パネル２Ａ，２Ｂで構成された床暖房具１を３個用いて構成されているが、これに限らず、２個または４個以上の床暖房具１を用いたものであってもよい。また、床暖房具１は、１枚の床暖房用パネルで構成してもよく、３枚以上の床暖房用パネルで構成してもよい。
【００１６】
各床暖房用パネル２Ａ，２Ｂは、面状の発熱体３の上面にシート状の電位治療器４が重ねられ、その上に上部板材５が重ねられるとともに、前記発熱体３の下面に発泡合成樹脂より成る断熱材層（図示せず。）を介して下部板材６が重ねられて成る。上部板材５および下部板材６はベニヤ板のような合板が用いられている。
【００１７】
前記発熱体３はＰＴＣヒーターによって構成されている。ＰＴＣヒーターは導電性樹脂によって形成される発熱部を有する。前記導電性樹脂は、電気抵抗の温度係数が正である特性、すなわち、温度上昇に伴って電気抵抗が増し、温度低下に伴って電気抵抗が減少する特性を有する。この導電性樹脂として、高分子材料に対してカーボンブラックなどの導電性炭素粒子を導電性物質として所定の割合で分散せしめてなる導線性エラストマを用いられている。
【００１８】
各床暖房具１を構成する２個の床暖房用パネル２Ａ，２Ｂの発熱体３は直列に電気接続されている。各床暖房用パネル２Ａ，２Ｂへの通電はコントローラ１０によって制御される。前記コントローラ１０は、複数のキーより成るキー操作部１２や液晶表示器１３が設けられたコントローラボックス１１の内部に、図２に示す構成の制御装置２０が組み込まれたものである。
【００１９】
前記制御装置２０は、３個の床暖房具１の各床暖房用パネル２Ａ，２Ｂについて、始動時における通電を制御する始動制御機能と、始動後における通電を制御して設定温度Ｃに保持する温度制御機能とを有しており、その機能を実現するための構成として、図３に示すマイクロコンピュータ２２より制御回路部２１を含んでいる。
【００２０】
前記制御回路部２１は、３個の床暖房具１の通電回路４１〜４３に介装されたリレー接点３１〜３３を開閉することにより各床暖房具１の床暖房用パネル２Ａ，２Ｂへの通電を制御する。前記制御回路部２１および各床暖房具１に電源供給する電源回路１４には始動スイッチ１５と電流検出器１６とが介装されている。前記電流検出器１６は、各床暖房具１の各床暖房用パネル２Ａ，２Ｂに流れる電流Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３の総和を検出する。この電流検出器１６として、一般に「ＣＴ」と略称される電流検出トランスが用いられている。この電流検出器１６による電流検出値は電圧値に変更されて制御回路部２１のマイクロコンピュータ２２に読み込まれる。
【００２１】
前記マイクロコンピュータ２２は、制御・演算の主体であるＣＰＵとプログラムが記憶されるＲＯＭとデータの読み書きに用いられるＲＡＭとを含んでおり、バス２３を介して前記キー操作部１２、液晶表示器１３、電磁リレー３４〜３６、電位治療器４、３個の温度センサ５１〜５３、ゼロクロス検知器１７、計時部１８、電流検出器１６、および地域切換スイッチ１９などが接続されている。
【００２２】
前記電磁リレー３４，３５，３６は、始動時や温度制御時にマイクロコンピュータ２２によりその動作が制御されるもので、前記リレー接点３１〜３３を開閉して各床暖房用パネル２Ａ，２Ｂへの通電をオン、オフ制御する。３個の温度センサ５１〜５３は各床暖房具１の一方の床暖房用パネル２Ａにそれぞれ設けられ、発熱体３の温度を検出する。温度センサ５１〜５３として例えばサーミスタが用いられる。ゼロクロス検出器１７は交流入力がゼロとなるタイミングを検出するもので、その検出タイミングで各電磁リレー３４〜３５を作動させる。計時部１８はタイマーにより構成され、始動時、各床暖房具１を順次始動させるための遅延時間Ｔ（詳細は後述）を計測する。地域切換スイッチ１９は寒冷地とそれ以外の地域によって前記遅延時間Ｔと設定温度Ｃとを大小切り換えるためのスイッチである。
【００２３】
図４は、前記制御装置２０による始動時の通電制御動作と始動後の温度制御動作とを示している。同図の（１）は３個の床暖房具１の各床暖房用パネル２Ａ，２Ｂの温度、換言すれば、床暖房用パネル２Ａに設けられた温度センサ５１〜５３の温度検出出力を示す。同図の（２）は第１〜第３の各床暖房具１のオン、オフ状態、すなわち、前記電磁リレー３４〜３６を駆動する制御信号を示す。同図の（３）は電源回路１４を流れる電流Ｉ、すなわち、各床暖房具１の床暖房用パネル２Ａ，２Ｂを流れる電流の総和（Ｉ１＋Ｉ２＋Ｉ３）、換言すれば、電流検出器１６により検出された電流検出値を示す。
【００２４】
前記始動スイッチ１５を投入すると、まず、第１の床暖房具１が時間ｔ０のタイミングでオンする（図４（２）参照）。これにより第１の床暖房具１の各床暖房用パネル２Ａ，２Ｂが通電し、発熱体３の温度が時間経過とともに上昇してゆく（図４（１））。この温度上昇に従って各床暖房用パネル２Ａ，２Ｂの発熱体３の抵抗値が大きくなるので、第１の床暖房具１の各床暖房用パネル２Ａ，２Ｂを流れる電流Ｉ１、すなわち、電流検出器１６による電流検出値Ｉ（＝Ｉ１）は減少してゆく（図４（３））。第１の床暖房具１のみがオン状態のときは、電流Ｉは制限値ＩＭＡＸより小さな値になっている。
【００２５】
設定時間Ｔが経過すると、次に、第２の床暖房具１が時間ｔ１のタイミングでオンする（図４（２）参照）。これにより第２の床暖房具１の各床暖房用パネル２Ａ，２Ｂが通電し、発熱体３の温度が時間経過とともに上昇してゆく（図４（１））。この温度上昇に従って各床暖房用パネル２Ａ，２Ｂの発熱体３の抵抗値が大きくなるので、第２の床暖房具１の各床暖房用パネル２Ａ，２Ｂを流れる電流Ｉ２が減少してゆき、第１の床暖房具１を流れる電流Ｉ１と第２の床暖房具１を流れる電流Ｉ２との和、すなわち、電流検出器１６による電流検出値Ｉ（＝Ｉ１＋Ｉ２）が減少してゆく（図４（３））。第１の床暖房具１と第２の床暖房具１とがオン状態のときは、電流Ｉは制限値ＩＭＡＸより小さな値になっている。
【００２６】
さらに、設定時間Ｔが経過すると、次に、第３の床暖房具１が時間ｔ２のタイミングでオンする（図４（２）参照）。これにより第３の床暖房具１の各床暖房用パネル２Ａ，２Ｂが通電し、電流Ｉ３が流れるが、図示例では、このとき、第１の床暖房具１を流れる電流Ｉ１と第２の床暖房具１を流れる電流Ｉ２と第３の床暖房具１を流れる電流Ｉ３との和が制限値ＩＭＡＸを越えている。この電流Ｉ（＝Ｉ１＋Ｉ２＋Ｉ３）が電流検出器１６により検出されると、第３の床暖房具１がオフし、その結果、電流Ｉ（＝Ｉ１＋Ｉ２）は制限値ＩＭＡＸより小さくなる。
【００２７】
かくして、第１の床暖房具１の各床暖房用パネル２Ａ，２Ｂの温度が設定温度Ｃを越え、上限値Ｃ＋ΔＣ（ただし、ΔＣは微小な値）に達したとき、第１の床暖房具１がオフする。これにより、電流Ｉは第２の床暖房具１に流れる電流Ｉ２のみとなり、第３の床暖房具１が適当な時間ｔ３のタイミングでオンし（図４（２）参照）、第３の床暖房具１の各床暖房用パネル２Ａ，２Ｂが通電して電流Ｉ３が流れる。今度は、第２の床暖房具１を流れる電流Ｉ２と第３の床暖房具１に流れる電流Ｉ３との和が制限値ＩＭＡＸより小さな値であるので、第３の床暖房具１はオン状態が保持される。
【００２８】
以後は、いずれかの床暖房具１の各床暖房用パネル２Ａ，２Ｂの温度が設定温度Ｃを越えて上限値Ｃ＋ΔＣに達したとき、その床暖房具１はオフし、その後に各床暖房用パネル２Ａ，２Ｂの温度が設定温度Ｃを下回って下限値Ｃ−ΔＣに達したとき、その床暖房具１がオンするもので、この繰り返し動作により各床暖房具１の各床暖房用パネル２Ａ，２Ｂの温度は設定温度Ｃに保持される。この温度制御時は、第１〜第３の床暖房具１を流れる電流Ｉ１〜Ｉ３は始動時に比べてかなり小さいので、その総和（Ｉ１＋Ｉ２＋Ｉ３）は制限値ＩＭＡＸより小さく、なんらかの異常が発生しない限り、いずれの床暖房具１もオフすることはない。
【００２９】
なお、この実施例では、前記電流検出器１６による電流検出値Ｉが制限値ＩＭＡＸを越えたとき、始動させた床暖房具１を一旦停止させた後、電流検出器１６による電流検出値Ｉを監視し、始動を停止させた床暖房具１を再始動しても、電流検出器１６による電流検出値Ｉが制限値ＩＭＡＸを越えることがない基準値Ｉ０（例えば、Ｉ０＝ＩＭＡＸ×１／３）より小さくなったときに、始動を停止させた床暖房具１を再始動させているが、これに限らず、始動させた床暖房具１を一旦停止させた後、所定の時間を経過した後、再始動させるようにしてもよい。
【００３０】
図５および図６は、前記制御回路部２１のマイクロコンピュータ２２による始動制御の流れを示している。なお、図中、「ＳＴ」は「ＳＴＥＰ」の略であり、制御の流れにおける各手順を示す。
まず、マイクロコンピュータ２２は第１の床暖房具１をオンし、計時部１８のタイマーをスタートさせる（ＳＴ１，２）、つぎのＳＴ３では、マイクロコンピュータ２２はタイマーが前記設定時間Ｔを計時したかどうかを判定しており、その判定が「ＹＥＳ」であれば、つぎに第２の床暖房具１をオンして計時部１８のタイマーをスタートさせ（ＳＴ４，５）、設定時間Ｔの経過を待つ（ＳＴ９）。
【００３１】
もし、タイマーがタイムアップせずに、電流検出器１６による電流検出値Ｉ（この場合、Ｉ＝Ｉ１）が制限値ＩＭＡＸを越えたとき、ＳＴ３が「ＮＯ」、ＳＴ６が「ＹＥＳ」となり、第１の床暖房具１をオフさせ（ＳＴ７）、前記電流検出値Ｉが基準値Ｉ０より小さくなるのを待つ（ＳＴ８）。電流検出値Ｉが基準値Ｉ０より小さくなると、ＳＴ８の判定が「ＹＥＳ」となり、ＳＴ１に戻って第１の床暖房具１を再度オンする。
【００３２】
ＳＴ５のタイマースタート後、設定時間Ｔが経過すると、ＳＴ９の判定が「ＹＥＳ」となり、つぎに第３の床暖房具１をオンし、計時部１８のタイマーをスタートさせる（ＳＴ１０，１１）。もし、タイマーがタイムアップせずに、電流検出器１６による電流検出値Ｉ（この場合、Ｉ＝Ｉ１＋Ｉ２）が制限値ＩＭＡＸを越えたとき、ＳＴ９が「ＮＯ」、ＳＴ１２が「ＹＥＳ」となり、第２の床暖房具１をオフさせ（ＳＴ１３）、前記電流検出値Ｉが基準値Ｉ０より小さくなるのを待つ（ＳＴ１４）。電流検出値Ｉが基準値Ｉ０より小さくなると、ＳＴ１４の判定が「ＹＥＳ」となり、ＳＴ４に戻って第２の床暖房具１を再度オンする。
【００３３】
同様に、ＳＴ１１のタイマースタート後、電流検出器１６による電流検出値Ｉ（この場合、Ｉ＝Ｉ１＋Ｉ２＋Ｉ３）が制限値ＩＭＡＸを越えることなく設定時間Ｔが経過すると、ＳＴ１５の判定が「ＹＥＳ」となり、始動制御は終了する。
もし、タイマーがタイムアップせずに、電流検出器１６による電流検出値Ｉ（この場合、Ｉ＝Ｉ１＋Ｉ２＋Ｉ３）が制限値ＩＭＡＸを越えたとき、ＳＴ１５が「ＮＯ」、ＳＴ１６が「ＹＥＳ」となり、第３の床暖房具１をオフさせ（ＳＴ１７）、前記電流検出値Ｉが基準値Ｉ０より小さくなるのを待つ（ＳＴ１８）。電流検出値Ｉが基準値Ｉ０より小さくなると、ＳＴ１８の判定が「ＹＥＳ」となり、ＳＴ１０に戻って第３の床暖房具１を再度オンする。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】この発明の一実施例である床暖房装置の構成を示す斜視図である。
【図２】制御装置の電気的構成を示す電気回路図である。
【図３】制御回路部の構成を示すブロック図である。
【図４】制御装置による始動時の通電制御動作と始動後の温度制御動作とを示すタイムチャートである。
【図５】マイクロコンピュータによる制御の流れを示すフローチャートである。
【図６】図５のフローチャートの続きを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３５】
１    床暖房具
２Ａ，２Ｂ  発熱体
１０  コントローラ
１６  電流検出器
２０  制御装置
２１  制御回路部
２２  マイクロコンピュータ
【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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