JP2005214440A

JP2005214440A - 蓄熱床暖房装置及び蓄熱床暖房装置の蓄熱運転制御方法

Info

Publication number: JP2005214440A
Application number: JP2004018043A
Authority: JP
Inventors: Toshiki Tamura; 俊樹田村; Soichiro Kawada; 宗一郎川田; Futoshi Maeda; 太前田
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2004-01-27
Filing date: 2004-01-27
Publication date: 2005-08-11

Abstract

【課題】
簡単な構成で、蓄熱材の蓄熱量に応じた蓄熱開始時刻を決定し、蓄熱運転をすることができる蓄熱床暖房装置及びその蓄熱運転制御方法を提供すること。
【解決手段】
コントローラ部に、蓄熱運転前に行われる予備蓄熱運転時のＰＴＣヒータへの通電量を計測する通電量計測部と、該通電量からＰＴＣヒータの抵抗値を計算し、同抵抗値に基づくヒータ温度により蓄熱材温度を推定する蓄熱材温度推定部と、蓄熱材温度から予め設定された通電時間補正表に基づき通電補正時間を抽出し、通電時間記録部に保存されている前日通電時間と該通電補正時間とを加算し通電時間を決定し、通電終了時刻から該通電時間を逆算し得られる通電開始時刻をタイマー部に設定する通電時間演算部と、前記通電開始時刻と通電終了時刻とを監視し、それぞれ通電開始信号及び通電終了信号を生成するタイマー部とを有してなることを特徴とする蓄熱床暖房装置及びその蓄熱運転制御方法である。
【選択図】図１

Description

本発明は、床暖房に必要な熱を予め蓄熱材に保持し、該熱を放出し暖房を行う蓄熱床暖房装置及び、該蓄熱床暖房装置の蓄熱運転制御方法に関するものである。

近年、一般住宅において、床暖房装置を用いた暖房を行う例が増えてきている。この床暖房装置には、電気ヒータを内装するもの、温水等の熱媒を循環させるパイプを内装するもの、蓄熱材を内装し、該蓄熱材に予め必要な熱量を蓄え、床暖房時にこの熱を放出するものなどが用いられている。

このうち蓄熱材を用いる蓄熱床暖房装置は、夜間の電力使用量が落ちる時間帯に電気代を低く抑える制度が広く普及しているため、蓄熱材への蓄熱は、このいわゆる深夜電力時間帯に集中して行われている。

図５（ａ）は、蓄熱床暖房装置の一般的なものを示している。

この蓄熱床暖房装置では、、床材１裏面側に蓄熱材２とこれを加熱する加熱ヒータ８と、蓄熱運転を制御するコントローラ部３とを備え、該加熱ヒータ８には、平板状の加熱ヒータ本体８３の裏面側にコードヒータ８１を適宜間隔で配し、さらに所定部位に加熱ヒータ８の温度を測定するためのセンサ８２を設け、センサ信号線４３を通してコントローラ部３にセンサ信号を入力し、その値に応じて加熱ヒータ８への通電を加熱ヒータ８への電源線４４を介して制御している。

この蓄熱床暖房装置の蓄熱運転は、以下の様に行われる。

図５（ｂ）は、蓄熱運転時のセンサ８２の温度（実線）と蓄熱材２の温度（点線）とを示したグラフである。またこの例では、深夜電力時間帯が２３時〜翌朝７時の時間帯で、この時間いっぱいを使って蓄熱運転を行っている。なお、蓄熱材温度は実際には測定を行わないが、検討のため蓄熱材２に温度計を付け、測定したグラフとなっている。

このグラフによると、２３時に蓄熱運転が開始され、加熱ヒータ８の温度が上昇し、蓄熱完了温度に至ると、ｏｎ−ｏｆｆ制御により蓄熱完了温度を超えないようにされる。これは、例えば蓄熱材２の耐熱温度への保障や蓄熱材２を蓄熱完了温度以上で加熱をした場合、不要な電力を消費するので、これを防ぐためである。

一方蓄熱材温度は、この例では一旦温度が低下し、ついで温度が上昇していき、蓄熱完了時刻以前に蓄熱完了温度に達したので、加熱ヒータ８の制御により、蓄熱材温度も制御している。そして深夜電力時間帯の終わりである翌朝７時に、蓄熱運転を終了している。以後、蓄熱材２の放熱により、床暖房を行うため、漸次蓄熱材温度は低下していく。

ところで毎日の気温は変動するため、蓄熱材２からの放熱量は日によりまちまちである。したがって毎日同じ時刻に蓄熱運転を行うと、蓄熱完了時刻以前に蓄熱材温度が蓄熱完了温度に達してしまうことや、逆に蓄熱完了時刻になっても蓄熱完了温度に達せず、蓄熱運転を打ち切ってしまうおそれがある。

そこで例えば、必要な蓄熱量を確保するために、蓄熱運転開始直前の蓄熱量を判断し、所定量以上の蓄熱量であれば、その分蓄熱運転開始時刻を後ろにずらせ、蓄熱完了時刻に丁度蓄熱完了温度に蓄熱材２の温度が達するようにすることを行っている。

また、蓄熱運転前の蓄熱材２の温度低下率を計測し、これに基づいて蓄熱運転時間を決定し、蓄熱完了時刻の蓄熱運転時間前に蓄熱運転を開始することなど、色々な方法が行われている。
特開２００１−９０９６９号公報

一方で実際の蓄熱床暖房装置では、蓄熱材の温度測定は、加熱ヒータのセンサを蓄熱運転が始まる前に流用して用いているが、できるだけ簡素化した構成のものが求められている。

本願発明は、上記背景技術に鑑みて発明されたものであり、その課題は、従来より簡単な構成であって、蓄熱材の蓄熱量に応じた蓄熱開始時刻を決定し、蓄熱運転をすることができる蓄熱床暖房装置及び蓄熱床暖房装置の蓄熱運転制御方法を提供することである。

上記課題を解決するために、本願発明は、床材裏面側の蓄熱材とこれを加熱するＰＴＣヒータと、蓄熱運転を制御するコントローラ部とを備えた蓄熱床暖房装置において、コントローラ部に、蓄熱運転前に行われる予備蓄熱運転時のＰＴＣヒータへの通電量を計測する通電量計測部と、該通電量からＰＴＣヒータの抵抗値を計算し、同抵抗値に基づくヒータ温度により蓄熱材温度を推定する蓄熱材温度推定部と、蓄熱材温度から予め設定された通電時間補正表に基づき通電補正時間を抽出し、通電時間記録部に保存されている前日通電時間と該通電補正時間とを加算し通電時間を決定し、予め設定される通電終了時刻から該通電時間を逆算し得られる通電開始時刻をタイマー部に設定する通電時間演算部と、前記通電開始時刻と通電終了時刻とを監視し、それぞれ通電開始信号及び通電終了信号を生成するタイマー部とを有してなることを特徴とする蓄熱床暖房装置としている。

また、床材裏面側の蓄熱材とこれを加熱するＰＴＣヒータと、蓄熱運転を制御するコントローラ部とを備え、該コントローラ部内には通電量計測部、蓄熱材温度推定部、通電時間演算部及びタイマー部が設けられた蓄熱床暖房装置において、蓄熱運転開始前に蓄熱材温度を計測する予備蓄熱運転を行い、該予備蓄熱運転時に、通電量計測部においてＰＴＣヒータの通電量を計測し、同計測値に基づき蓄熱材温度推定部においてＰＴＣヒータ抵抗値を計算し、同抵抗値に基づくヒータ温度を蓄熱材温度と推定し、通電時間演算部において、予め設定された通電時間補正表の該蓄熱材温度に対応した通電補正時間を抽出し、通電時間記録部に記録されている前日通電時間に通電補正時間を加算し通電時間を計算すると共に、予めタイマー部に設定されている通電終了時刻から該通電時間遡った時刻を通電開始時刻としてタイマー部に設定し、タイマー部において、設定された通電開始時刻及び通電終了時刻を監視し、それぞれ通電開始信号及び通電終了信号を生成することでコントローラ部において蓄熱運転制御を行わせることを特徴とする蓄熱床暖房装置の蓄熱運転制御方法としている。

本願発明の蓄熱床暖房装置及び蓄熱床暖房装置の蓄熱運転制御方法においては、上記のように蓄熱運転前に予備蓄熱運転を行い、このときのＰＴＣヒータへの通電量から、同ＰＴＣヒータの抵抗値を得てＰＴＣヒータの温度を得、これを蓄熱材の温度と推定し、蓄熱材の温度に応じた通電補正時間を抽出し、これを前日の通電時間に加算することで当日の通電時間を決定し、蓄熱開始時刻を決定しているので、センサが不要な簡易な構成でありながら、蓄熱開始時刻を前後に動かすことができ、より確実な蓄熱運転が可能となる。

本願発明の最良の形態を図１〜図３に示される以下の実施例にて説明する。なお、図１は本願発明の要部となる判定フロチャートを、図２は本願発明に用いられている蓄熱床暖房装置の動作を説明する断面図を、図３は、同蓄熱床暖房装置のコントローラ部の内部構成概略図をそれぞれ示している。

本実施例では、床材１裏面側の蓄熱材２とこれを加熱するＰＴＣヒータ３と、蓄熱運転を制御するコントローラ部４とを備えた蓄熱床暖房装置において、コントローラ部４に、蓄熱運転前に行われる予備蓄熱運転時のＰＴＣヒータ３への通電量を計測する通電量計測部４０１と、該通電量からＰＴＣヒータ３の抵抗値を計算し、同抵抗値に基づくヒータ温度により蓄熱材温度を推定する蓄熱材温度推定部４０２と、蓄熱材温度から予め設定された通電時間補正表に基づき通電補正時間を抽出し、通電時間記録部４０７に保存されている前日通電時間と該通電補正時間とを加算し通電時間を決定し、予め設定される通電終了時刻から該通電時間を逆算し得られる通電開始時刻をタイマー部４０４に設定する通電時間演算部４０３と、前記通電開始時刻と通電終了時刻とを監視し、それぞれ通電開始信号及び通電終了信号を生成するタイマー部４０４とを有してなることを特徴とする蓄熱床暖房装置を用いている。

したがって、蓄熱運転前に予備蓄熱運転を行い、このときのＰＴＣヒータ３への通電量から、同ＰＴＣヒータ３の抵抗値を得てＰＴＣヒータ３の温度を得、これを蓄熱材２の温度と推定し、蓄熱材２の温度に応じた通電補正時間を抽出し、これを前日の通電時間に加算することで当日の通電時間を決定し、蓄熱開始時刻を決定しているので、センサが不要な簡易な構成でありながら、蓄熱開始時刻を前後に動かすことができ、より確実な蓄熱運転が可能となる。

ここで図３にコントローラ部３の概要を示し、その制御対象であるＰＴＣヒータ３との関連も含め、蓄熱運転制御方法を説明する。なお、図３には、コントローラ部３の内部構成のうち、本願発明に関連する部分のみを示している。

なおコントローラ部３は、ＰＴＣヒータ３へ電力を供給する電源線４１に設けられる電流検知部１１を用いて、ＰＴＣヒータ３への通電量を測定している。またＰＴＣヒータ３への通電制御は、コントローラ部３から電源線４１の中途に設けられるリレー１０の開閉を制御し行われる。

この蓄熱床暖房装置においては、床材１裏面側の蓄熱材２とこれを加熱するＰＴＣヒータ３と、蓄熱運転を制御するコントローラ部４とを備え、該コントローラ部４内には通電量計測部４０１、蓄熱材温度推定部４０２、通電時間演算部４０３及びタイマー部４０４が設けられた蓄熱床暖房装置において、蓄熱運転開始前に蓄熱材温度を計測する予備蓄熱運転を行い、該予備蓄熱運転時に、通電量計測部４０１においてＰＴＣヒータ３の通電量を計測し、同計測値に基づき蓄熱材温度推定部４０２においてＰＴＣヒータ３の抵抗値を計算し、同抵抗値に基づくヒータ温度を蓄熱材温度と推定し、通電時間演算部４０３において、予め設定された通電時間補正表の該蓄熱材温度に対応した通電補正時間を抽出し、通電時間記録部４０７に記録されている前日通電時間に通電補正時間を加算し通電時間を計算すると共に、予めタイマー部４０４に設定されている通電終了時刻から該通電時間遡った時刻を通電開始時刻としてタイマー部４０４に設定し、タイマー部４０４において、設定された通電開始時刻及び通電終了時刻を監視し、それぞれ通電開始信号及び通電終了信号を生成することでコントローラ部４において蓄熱運転制御を行わせることを特徴とする蓄熱床暖房装置の蓄熱運転制御方法により蓄熱運転が行われている。

図４はＰＴＣヒータ３の温度に応じたＰＴＣヒータ３の抵抗値の関係を図示している。このうち例えば９０℃以下の対応をＰＴＣヒータ温度換算表として用いている。なお９０℃以上は、異常状態として判断し、加熱中断などの制御を行うようにコントローラ部３でしている。

予備蓄熱運転時には、図４中の凡そ４０℃〜５０℃領域の抵抗値が通常得られる。そして表１に示されるような通電時間補正表の該当部分の通電補正時間を選択する。そして実際に蓄熱運転を開始すると、このＰＴＣヒータ３の発熱温度は凡そ７０℃近辺と設計されているが、蓄熱材２にＰＴＣヒータ３の発熱量の殆どが吸収され、蓄熱材２自体の温度がＰＴＣヒータ３の温度を規制するので、蓄熱材２の温度が上昇してくるまでは抵抗値は低く抑えられ、ＰＴＣヒータ３としての発熱量は大きいままである。

そして蓄熱材２の潜熱域を越え、蓄熱材温度がさらに上昇を始めると、ＰＴＣヒータ３の全体の温度もそれにつれ高くなるので、ＰＴＣヒータ３の抵抗値が上昇し、通電量が減ることでＰＴＣヒータ３の発熱量は抑えられてくる。

なお、当日の運転時間は、翌日の蓄熱運転のために通電時間記録部４０７に予備運転終了後に記録される。また蓄熱材温度推定部４０２には、図４に基づくＰＴＣヒータ温度換算表がＰＴＣヒータ温度換算表記録部４０５に記録され用いられる。なおこの表は、用いられるＰＴＣヒータ固有のもので、本実施例に用いられるＰＴＣヒータ３に対応して作成されるので、例えばＰＴＣヒータ３の特性を変更したものを用いると、このＰＴＣヒータ温度換算表はそれに応じて変更されなければならない。

ここで実際の判断例を説明する。ここでは図４に示したＰＴＣヒータ特性のＰＴＣヒータ３で、蓄熱材２は潜熱域が５０℃のものを用いている。

当日の２３時に予備蓄熱運転を行う。このとき通電量計測部４０１においてＰＴＣヒータ３一枚当りの通電量を計測し、そのときの抵抗値により蓄熱材温度推定部４０２において蓄熱材温度を推定する。例えば、０．４ｋΩであれば図４のグラフ（ＰＴＣヒータ温度換算表としてＰＴＣ温度換算表記録部に記録されている）からヒータ温度が４４℃となり、蓄熱材温度が４４℃と推定される。

この蓄熱材温度から通電時間補正表記録部４０６に記録されている通電時間補正表（表１）をもとに通電時間演算部４０３において通電補正時間が＋４０分であると抽出され、通電時間記録部４０７に記録されている前日の通電時間（仮に７時間とする）に加算され、当日の通電時間が７時間４０分となる。したがって通電時間演算部４０３ではさらに、通電開始時刻を通電終了時刻７時から逆算し、２３時２０分と決定し、タイマー部４０４に設定する。そのため２３時に予備運転が開始されていたので、一旦ＰＴＣヒータへの通電をとめ、２３時２０分になったときに蓄熱運転を開始することになる。

なお図１にはこの制御方法の要部を一例として示しているが、深夜電力時間帯が前夜２３時〜翌朝７時までとなっている地域において、予備蓄熱運転が２３時に蓄熱運転の開始時に同時に行うものを示している。この場合、決定された通電開始時刻が２３時より後になった時は、一旦蓄熱運転を休止して蓄熱開始時刻に蓄熱運転を再開する。この他、必要により予備蓄熱運転を例えば１９時から始めるなど、全く別の時間帯に行っても良い。

ここで本実施例に用いられている蓄熱床暖房装置について図２を用いて説明する。なお、本実施例以外の蓄熱床暖房装置であっても、本願発明の趣旨に合致するものであれば本願発明に含まれるのは言うまでもない。

本蓄熱床暖房装置は、図２（ａ）（ｂ）にその状態遷移を示しているが、蓄熱材２からの放熱量を制御することが可能なものである。すなわち、蓄熱材２を床材１の裏面側に中空部５を介して配し、該中空部５には蓄熱材２からの放熱量を制御する袋体６１の上面にアルミ層６２を形成した放熱制御袋６が、蓄熱材２の上面に載置され、放熱制御状態に応じて、袋体６１の空気量を調節するファン７を利用することで、膨縮させられるものである。なお、放熱制御自体は、中空部５内でのアルミ層６２の露出状態に応じ熱抵抗を変化させることで行うものである。

なお、中空部５は上面を床材１、下面を蓄熱材２上面略全面に挟まれ、側面を蓄熱材２を床材１に吊るす側面板で囲まれる空間である。そして蓄熱材２の裏面にはＰＴＣヒータ３を貼着している。

この放熱制御も含め、蓄熱床暖房装置の制御全体は、コントローラ部３により行われ、該コントローラ部３には、ファン７の回転制御、ＰＴＣヒータ３への通電ｏｎ／ｏｆｆや、利用者への情報提供など種々の機能を有するものである。

なお、ファン７はファン制御線４２で、ＰＴＣヒータ３は電源線４１でそれぞれコントローラ部３と接続されている。

図２（ａ）は、放熱制御袋６が縮み、中空部５内にアルミ層６２が露出した状態である。このとき本蓄熱床暖房装置では、蓄熱材２からの放熱量が抑制されない状態となり、これを放熱促進状態とし、例えばより部屋を暖めたいときや、蓄熱材２からの放熱量が不足してくる蓄熱運転開始前などに利用する。

一方図２（ｂ）は、放熱制御袋６が膨らみ、アルミ層６２を床材１裏面に押し付け、中空部５内でアルミ層６２が露出しないようにした状態である。このとき蓄熱材２からの放熱量が抑制され、例えば、蓄熱材２からの放熱が多い状態であるのに対し一定量以上の放熱量を必要としない蓄熱運転終了後の日中などに用いられる。コントローラ部３ではこれら放熱制御を自動で行っている。

本願発明の実施例のコントローラ部において行われる予備蓄熱運転時の通電開始時刻決定フロチャートである。それぞれ同実施例の蓄熱床暖房装置の各状態を示した断面図である。同コントローラ部の内部構成を示した概略ブロック図である。ＰＴＣヒータの温度−抵抗値特性図である。従来例の蓄熱床暖房装置の構成図及び蓄熱運転時の温度特性図である。

符号の説明

１床材
２蓄熱材
３ＰＴＣヒータ
４コントローラ部
４１電源線
４２ファン制御線
４３センサ信号線
４４電源線
４０１通電量計測部
４０２蓄熱材温度推定部
４０３通電時間演算部
４０４タイマー部
４０５ＰＴＣヒータ温度換算表記録部
４０６通電時間補正表記録部
４０７通電時間記録部
５中空部
６放熱制御袋
６１袋体
６２アルミ層
７ファン
８加熱ヒータ
８１コードヒータ
８２センサ
８３加熱ヒータ本体
９電源
１０リレー
１１電流検知部

Claims

床材裏面側の蓄熱材とこれを加熱するＰＴＣヒータと、蓄熱運転を制御するコントローラ部とを備えた蓄熱床暖房装置において、コントローラ部に、蓄熱運転前に行われる予備蓄熱運転時のＰＴＣヒータへの通電量を計測する通電量計測部と、該通電量からＰＴＣヒータの抵抗値を計算し、同抵抗値に基づくヒータ温度により蓄熱材温度を推定する蓄熱材温度推定部と、蓄熱材温度から予め設定された通電時間補正表に基づき通電補正時間を抽出し、通電時間記録部に保存されている前日通電時間と該通電補正時間とを加算し通電時間を決定し、予め設定される通電終了時刻から該通電時間を逆算し得られる通電開始時刻をタイマー部に設定する通電時間演算部と、前記通電開始時刻と通電終了時刻とを監視し、それぞれ通電開始信号及び通電終了信号を生成するタイマー部とを有してなることを特徴とする蓄熱床暖房装置。
床材裏面側の蓄熱材とこれを加熱するＰＴＣヒータと、蓄熱運転を制御するコントローラ部とを備え、該コントローラ部内には通電量計測部、蓄熱材温度推定部、通電時間演算部及びタイマー部が設けられた蓄熱床暖房装置において、蓄熱運転開始前に蓄熱材温度を計測する予備蓄熱運転を行い、該予備蓄熱運転時に、通電量計測部においてＰＴＣヒータの通電量を計測し、同計測値に基づき蓄熱材温度推定部においてＰＴＣヒータ抵抗値を計算し、同抵抗値に基づくヒータ温度を蓄熱材温度と推定し、通電時間演算部において、予め設定された通電時間補正表の該蓄熱材温度に対応した通電補正時間を抽出し、通電時間記録部に記録されている前日通電時間に通電補正時間を加算し通電時間を計算すると共に、予めタイマー部に設定されている通電終了時刻から該通電時間遡った時刻を通電開始時刻としてタイマー部に設定し、タイマー部において、設定された通電開始時刻及び通電終了時刻を監視し、それぞれ通電開始信号及び通電終了信号を生成することでコントローラ部において蓄熱運転制御を行わせることを特徴とする蓄熱床暖房装置の蓄熱運転制御方法。