JP2005221120A - 床暖房用ヒーターの配線構造。 - Google Patents

Abstract

【課題】面状ヒーターを用いる床暖房設備において、ヒーター配線の手間と電磁波の発生を大幅に軽減し得る配線構造を提供する。
【解決手段】並列に敷設された複数の面状ヒーターの接続端子間を左右交互に接続して、未接続の一の接続端子に電源から電圧を印加することにより、接続された各面状ヒーターの２本の電極線間に並列的に電圧が印加されるように結線する。また、面状ヒーターの電極線に、多数の金属細線を平帯状に網上げた可撓性の帯線を用いる。さらに、上記の配線構造において、並列に敷設された２枚の面状ヒーターの近接する電極線間に互に１８０度位相の異なる電圧が印加されるように結線する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電熱式ヒーターによる床暖房に関し、とくに配線工事の手間を軽減することができ、かつヒーターにより生成する電磁波又は電磁場の強度を小さくし得る床暖房用ヒーターの配線構造に関する。

近年、マンションや戸建て住宅に床暖房が採用されることが多くなってきた。床暖房の加熱方法としては、電熱式と温水加熱式が一般に用いられている。温水加熱式は、都市ガスや灯油をエネルギー源とするため燃料費が安いのに対して、我が国においては電力単価が高いため、電熱式は電気代が高いことが問題となる。しかし、近年では潜熱蓄熱材を用い、電力単価の低廉な夜間のみ通電して、昼間は蓄熱材からの放出熱を利用する暖房方法が普及して、電力費を大幅に低減することが可能になってきた。

一方、温水加熱式は、ボイラー等の給湯設備や床下に張り巡らせた温水配管が必要で設備負担が大きいのに対して、電熱式は床下にヒーターを配設すればよく、設備は比較的簡単である。また、温水加熱式は、温水パイプが水垢で閉塞するため寿命が短く、かつ温水パイプの上流と下流で温度ムラが発生し易いという問題があるのに対して、電熱式は耐久性に富み温度制御が容易であるという特長を有している。とくに電熱式は、既設住宅のリフォーム時に簡単な工事で導入できることも利点である。高齢化への対応のため、バリヤフリー化や床暖房の採用等を目的とする住宅のリフォームが今後ますます増加し、これに伴い電熱式の床暖房の採用もさらに増加するものと予測される。

床暖房の普及に伴い、施工コストの低減と施工期間の短縮の要請がますます強くなっている。電熱式の場合、施工の手間にはヒーター配設の手間とヒーターへの配線の手間があるが、如何にしてこの両者を軽減するかが課題となる。電熱式ヒーターは、大別して発熱線を用いるものと面状の発熱層を備えた面状ヒーターとに分けられ、一般に前者の方がヒーター配設に要する手間は大きい。すなわち、発熱線式のものは、断熱材の中に屈曲した溝を設け、この溝内にヒーターを埋め込む必要があるのに対して、面状ヒーターの場合は、小根太等により所定幅の凹所を形成して、この凹所にヒーターを敷設すればよい。そのため、ヒーター配設の容易な面状ヒーターが広く採用されるようになってきている。

また、ヒーター配設に係る施工の手間をさらに簡便にするため、プレハブ式のヒーターユニットや床暖房パネルが用いられることも多い。例えば、金属製の函体内に断熱材を充填して発熱線や面状ヒーター等を組み込んだヒーターユニットや、木質材等の枠体の内部に断熱材を充填して発熱線や面状ヒーター等を埋め込み、その上面に床板材、均熱板等を張り、下面に断熱板等を張って予め一体に形成した床暖房パネルが種々提案されるようになってきた。

一方、各種電気器具の普及に伴い、これらが発生する電磁波や電磁場の人体に対する影響が問題になってきている。近年一般情報誌においても、家庭内での電磁波強度の測定例が報じられ（下記非特許文献１）、電磁波の発生源から近接した場所では、人体への影響を無視しえないとの問題提起がなされている。電熱式床暖房も、人体の近傍にありかつ人体がその影響を受ける時間が長いことから、ヒーターや配線から発生する電磁波又は電磁場の強度をできるだけ小さくすることが望まれる。電熱式床暖房における電磁波の低減という観点から、いくつかの提案（例えば下記特許文献１など）はあるが、一般的な認識としてこの問題が重視されているとは言い難いのが現状である。

毎日新聞社発行「サンデー毎日」（２００２年９月１５日号の第３５〜３８頁） 特開平５−２６４６７号公報

前述のように、プレハブ型のユニットやパネルに予めヒーターをセットして、これを床面に敷設することにより、施工現地でのヒーター配設の手間は軽減されるようになってきた。しかし、施工の手間の軽減という観点からは、ヒーターへの配線の手間を如何にして軽減するかも重要であり、この手間を大幅に軽減し得るような手段が望まれている。

例えば、面状ヒーターを用いる場合には、室内に複数のヒーターを平行に並べて配設するが、個々のヒーターに独立に給電する配線構造になっている。一般には、図６に示すように、コントローラー１５から立ち下げた給電ケーブル１６を床下に引き回し、この給電ケーブルを分岐させて、平行に並べた複数の面状ヒーター１の電極線３に接続するような給電方式がとられている。

このように独立に給電するのは、個々の面状ヒーターの電力量が相当に大きいため、配線の容量上止むを得ないという側面もある。しかし、上記のような配線方式では、床下に配線溝や配線カバーを設け、給電ケーブルを分岐させて、個々の面状ヒーターに接続する必要があるため、ヒーターの配線に関連する工事量を低減させることは難しい。プレハブ型のパネル等により、ヒーター配設に手間が掛らなくなったとしても、配線溝やカバーを形成する工事などが必要なため、全体としての施工の手間はあまり軽減されないという事態も考えられ、配線に係る工事の手間を如何に軽減するかが課題である。

また、本発明者らは、電熱式床暖房の普及のためには、電磁波の問題が新たな課題になるとの認識を持っており、電力ケーブルや面状ヒーターから発生する電磁波を低減させる技術についても種々の提案を行なってきた。先の非特許文献１にも紹介されているように、我が国の国立研究機関の疫学調査で、日常生活で被曝する電磁波（電磁界強度）の平均値が４ミリガウスを超えると、小児白血病の発症率が増加する可能性が指摘されている。かかる数値は、床暖房からの電磁波の抑制を考える上で、一つの基準となり得るものと見ることができる。したがって、床暖房の配線の問題においても、かかる数値を念頭において、発生電磁波の軽減を図ることが重要である。

そこで本発明は、面状ヒーターを用いる床暖房設備において、従来の配線構造を抜本的に見直して、ヒーター配線の手間を大幅に軽減させ得る手段を提供することを課題とする。また、かかる新しい配線構造において、電磁波の発生を大幅に軽減する手段を提供することを課題としている。

上記課題を解決するための本発明の床暖房用ヒーターの配線構造は、
長手方向の両側縁に沿って設けられた２本の電極線と、これら電極線間に形成された面状発熱層と、該発熱層及び電極線を覆う絶縁被覆と、前記電極線の両端に設けられた２極の接続端子とを備えた電熱式面状ヒーターが複数並列に敷設された床暖房設備において、
隣接する前記面状ヒーターの一方の端部の２極の接続端子間を２極のコネクターにより接続し、他方の端部の接続端子を反対側に隣接する面状ヒーターの一方の端部の接続端子に２極のコネクターにより接続し、並列に敷設された複数の面状ヒーターの接続端子間を左右交互に接続して、未接続の一の接続端子間に電源から電圧を印加することにより、接続された各面状ヒーターの２本の電極線間に並列的に電圧が印加されるように結線されていることを特徴とする

かかる構成をとることにより、ヒーターの配線に係る作業は、各ヒーター間をコネクターにより連結する作業と、一の面状ヒーターの電極線を電源に接続する作業のみになる。そのため、従来の配線方式のように、床下に配線溝や配線カバーを設けたり、給電ケーブルを分岐させて、各ヒーターに接続するというような作業が不要になり、配線に要する作業の工数を画期的に減ずることができる。

上記の配線構造においては、面状ヒーターの電極線が、多数の金属細線を平帯状に網み上げた可撓性の帯線からなり、該帯線の公称断面積が０．７５ｍｍ²以上であることが好ましい。

本発明の配線構造においては、各ヒーターの電極線を流れる電流量が大きくなるため、電極線の断面積を大きくする必要があり、ヒーターの縁の厚みが大きくなったり、ヒーターの折り曲げが難しくなるという問題がある。これに対して、上述のように多数の金属細線を平帯状に網み上げた可撓性の帯線を電極線として用いれば、ヒーターの厚みや可撓性に問題を生じることなく、容易に電極線の公称断面積を２．０ｍｍ²程度以上にすることができる。なお、本発明の配線構造においては、面状ヒーターの電極線の公称断面積は０．７５ｍｍ²以上であることが好ましく、より好ましくは１．２５ｍｍ²以上とする。

また、本発明の配線構造においては、前記コネクターが、抜け止め用のロック機構を備えた防水コネクターであることが好ましい。本発明の配線構造においては、ヒーター間を接続するコネクターが、点検のできない床下に多数配設される。電熱式床暖房設備の耐久性という観点からは、かかるコネクターにトラブルが生じないようにすることがきわめて重要である。したがって、本発明の配線構造においては、抜け止め用のロック機構を備えた防水コネクターを用いて、コネクターの信頼性を確保することが好ましい。

さらに、通常面状ヒーターの電極線間には２相交流電圧が印加されるが、本発明の配線構造においては、並列に敷設された２枚の面状ヒーターの近接する電極線間に互に１８０度位相の異なる電圧が印加されるように結線されていることが好ましい。これにより、近接する電極線により生じる電磁場が打ち消し合って、床面での電磁界強度を、人体に全く影響が無いと考えられるレベルまで抑えることができる。

本発明は、床暖房用ヒーターの配線に、従来と抜本的に異なる配線方式を提案し、この方式の実現に必要な要素技術と、この方式における発生電磁波の抑制方法を提供するものである。これにより、ヒーター配線に伴う工事の手間を画期的に低減させることを可能にし、かつヒーターにより発生する電磁波を人体に全く影響が無いレベルに抑えることを可能にしたものである。

以下、実施例の図面を参照して、本発明の好ましい実施形態について説明する。図１は、本発明の実施例である暖房用ヒーターの配線構造を示す説明図、図２はその電気回路の構成を示す模式図、図３はこの実施例で用いられた面状ヒーターの構造を示す斜視図である。本実施例で用いた面状ヒーター１は、図３(ａ)に示すように、長手方向の両側縁に沿って帯状の２本の電極線３が配置され、これら電極線間に面状発熱層２が形成され、この発熱層２と電極線３を覆うように絶縁被覆４が形成されてなるものである。

２本の電極線３の両端は、それぞれ接続端子として２極のコネクター５の端子金具に接続されている。従来の面状ヒーターは、一方の端部の電極線のみが接続端子として引き出され、反対側の端部は袋状に閉じられているのが通例である。これに対し、本発明に用いる面状ヒーターは、電極線が両側に引き出され、各２極の接続端子が形成されていることが特徴である。

本発明においては、面状ヒーター１の発熱層２や絶縁被覆４を形成する材料について、とくに限定を要しないが、本実施例においては、ミサト(株)製のプラヒート（商標）を用いた。このヒーターの発熱層２は、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリブテン等の熱可塑性樹脂にカーボン微粉末とくにハーネスブラック等の導電性物質を均一に分散させてなるもので、正の温度係数を有する発熱体である。また、絶縁被覆４は、ポリエチレンやポリエステル樹脂のシートからなるものである。この面状ヒーターは、２ｍｍ以下の一様な厚みのものを容易に入手することができる。

本発明の床暖房用ヒーターの配線構造は、図１に示すように、両側に接続端子が引き出された面状ヒーターが、複数枚並列に敷設された床暖房設備において、壁に近い面状ヒーター１ａの一方の端部の２極の接続端子を、隣接するヒーター１ｂの接続端子に２極のコネクター５ｂにより接続し、ヒーター１ｂの他方の端部の接続端子を、次ぎに隣接するヒーター１ｃの端部の接続端子にコネクター５ｃにより接続し、並列に敷設された複数ヒーターの接続端子間を左右交互に順次接続してなることを特徴とするものである。

このように結線することにより、ヒーター１ａの未接続の接続端子間に電源から電圧を印加することにより、接続された各ヒーター１ａ〜１ｎの電極線間に並列的に電圧が印加されることになる。したがって、ヒーターの配線に係る作業は、コネクター５ａを電源に接続する作業と、コネクター５ｂ〜５ｎを連結する作業のみになる。そのため、従来の配線方式のように、床下に配線溝や配線カバーを設けたり、給電ケーブルを分岐させて、各ヒーターに接続するというような作業が不要になり、配線に要する作業の工数を画期的に減ずることができる。

かかる配線方式の場合に留意すべきことは、電極線３の電流容量の問題である。この配線方式では、図２に示すように、各ヒーター（抵抗Ｒで示す）が並列に接続されることになる。ヒーターの数をｎ、各ヒーターを流れる電流値をＩ（一定とする）として、電極線３には最大ｎＩの電流が流れるため、各ヒーターの電極線３の電流容量はこれに対応し得るものでなければならない。

床暖房における単位床面積当りの所要電力は、通常２００Ｗ／ｍ²程度である。一般家屋の一室分のヒーターを、図２に示すように並列結線するとすれば、一室の暖房部分の面積に前記の床面積当りの所要電力値を乗じた容量が必要になる。一般に壁際には、重量のある家具が置かれるため、ヒーター配線部分は室内床面積の６〜７割程度であるが、１０畳間で２ｋＷ、６畳間で１．２ｋＷ程度になる。これに必要な電流容量を勘案すると、配線の断面積として１．２５〜２．０ｍｍ²程度のものが必要となる。

面状ヒーター１の電極線３の電流容量を大きくしようとすると、面状ヒーターの厚みと可撓性が問題となる。すなわち、既設住宅のリフォームにより床暖房を採用するような場合、ヒーターの配設に伴う床面高さの増加を避ける必要があり、面状ヒーターの薄手化が強く要請されるようになってきた。したがって、ヒーターの厚みを２ｍｍ程度以下にすることが望まれている。一方面状ヒーターは、長尺のものを連続的に製作し、コイル状に巻いて保管される。したがって、これに対応しうる十分な可撓性が必要である。

本発明者らが種々検討した結果、円形断面の通常の単線コード又は多線単心コード（例えば、ＪＩＳに定めるＶＳＦビニルコードの導体部分）を用い、前記のような電流容量を確保しようとすると、ヒーターの縁が厚くなり、かつコイルに巻いたり、折り曲げたりすることが難しくなることが判明した。本発明は、面状ヒーターの電極線に、平帯状の網線を用いれば、上記の問題を解決し得るという知見により完成されたものである。

図３(ｂ)（図３(ａ)のＡ部の拡大図）に示すように、本実施例で用いた面状ヒーターの電極線３には、多数の金属細線を平帯状に網み上げた可撓性の帯線を用いた。この帯線は線径０．１８ｍｍの銅細線を、幅約１０ｍｍ、厚み約０．６の平帯状に、綾織りに織り上げてなるもので、公称断面積で２．０ｍｍ²以上に相当する。

かかる帯線を用いれば、面状ヒーターの縁の厚みを２．０ｍｍ以下（本実施例では１．７ｍｍ）にすることができ、ヒーターをコイル状に巻くことにも、折り曲げることにも何ら支障が生じない。なお、本発明に用いる面状ヒーターの電極線の断面積の下限は、ヒーターを一体に結線する面積の大小によるが、少なくとも公称断面積で０．７５ｍｍ²以上、より好ましくは１．２５ｍｍ²以上とする。

また、本発明の配線構造において留意すべきことの第二は、ヒーター間を接続するコネクターの耐久性や漏電防止の問題である。床暖房の点検や修理は、床板を剥がして行なう必要があり、ヒーターの配線はかかる事態を生じさせない信頼性のあるものでなければならない。本発明者らの知見によれば、面状ヒーター自体は長年の技術改善により、十分な信頼性を有するものになっているが、ヒーター間を接続するコネクターに問題が生じることが少なくない。とくに長年の使用に耐え得るようにするためには、コネクターの防水と抜け止めが重要である。したがって、本発明の配線構造においては、面状ヒーター間を接続するコネクターとして、抜け止め用のロック機構を備えた防水コネクターを用いることが好ましい。

図４は、本実施例で用いた２極の防水コネクターの斜視図である。雌側ハウジング６と雄側ハウジング７はいずれも弾性変形可能な合成樹脂材（例えばゴム）で形成されている。雄側ハウジング７の先端を雌側ハウジング６の内部に差し込むと、Ｔ型のガイド部材８によって位置決めされ、２極の凸状（雄側）の端子金具９が、雄側ハウジング７内の凹状（雌側）の端子金具（図示していない）と結合する。雄側ハウジング７の先端近くにはシールリング１０が２列に取り付けられており、これが雌側ハウジング６の内周面に密着して機密状態を保つ。また、雌側ハウジング６と雄側ハウジング７ともに、２本のケーブルの引出し孔はＯリング１１によりシールされている。

雄側ハウジング７の上面には、係止爪１２が形成されたロックレバー１３が設けられている。この係止爪１２は、雄側ハウジング７の先端を雌側ハウジング６内に差し込んだ時に、雌側ハウジング６の上面の門型のストッパ部材１４で係止されて、両ハウジングの離間を防止する。また、ロックレバー１３は、内部から（シール状態を維持して）バネによって付勢されている。このロックレバー１３を押し下げれば、係止爪１２はストッパ部材１４から外れ、両ハウジングを分離することが可能になる。

かかるロック機構を備えた防水コネクターは自動車の配線等に多用されているもので、その形状や材質等多種のものが市販されている。本発明においては、防水コネクターの形状、材質等についてとくに限定を要さず、既製のものを好適に使用することができる。ただし、床下の狭い空間内で用いるのであるから、できるだけ小型のもの、とくにその厚みの薄いものを用いることが好ましい。

本発明者らは、電熱式床暖房においてヒーターから発生する電磁波又は電磁場をできるだけ少なくする方策について、以前から種々の検討を行なってきた。図１に示すような配線構造においても、電磁場を実測した結果、隣接するヒーター間の結線の仕方によって、電磁界強度に大きな差が生じることを知見した。図５は、隣接するヒーター間の結線方式の説明図である。図５(ａ)では、面状ヒーター１ａの２本の電極線３ａ，３ａ´と、ヒーター１ｂの電極線３ｂ，３ｂ´はクロスしないで結線され（ノーマル結線）、電極３ａは３ｂ´と接続し、電極３ａ´は３ｂと接続している。

図５(ｂ)では、電極線３ａ，３ａ´と電極線３ｂ，３ｂ´はクロスに結線され（クロス結線）、電極３ａは３ｂと接続し、電極３ａ´は３ｂ´と接続している。通常ヒーターには２相交流が印加されるから、電極線３ａ，３ａ´には互に１８０度位相がずれた電圧が印加される。図５では、配線に印加される電圧の位相の相違を実線と破線で表示している。並列に配設された面状ヒーター１ａ，１ｂでは、電極線３ａ´と３ｂが近接している。図５(ａ)のノーマル結線では、３ａ´と３ｂはともに破線であり、位相の同じ電圧が印加されるのに対して、図５(ｂ)のクロス結線では、１８０度位相の異なる破線と実線が近接している。

隣接する面状ヒーターの近接する電極線間に同位相の電圧が印加される場合には、強い電磁界が生成する（各電極線単独で形成される電磁界強度の和より大きい）のに対して、近接する電極線間に１８０度位相の異なる電圧が印加される場合には、両電極線で形成される電磁界が打ち消しあって、電磁界強度が大幅に小さくなる。したがって、本発明の配線構造においては、並列に敷設された２枚の面状ヒーターの近接する電極線間に互に１８０度位相の異なる電圧が印加されるように結線されていることが好ましい。
このようにクロス結線する方法はとくに限定を要しないが、図４の示すような防水コネクタを用いる場合には、ハウジングの表裏は明らかであるから、一方のハウジングのみクロスに電極線と接合するようにすればよい。

実際に、図３(ａ)，(ｂ)に示すような構造の面状ヒーター（幅４００ｍｍ、長さ３．５ｍのミサト(株)製のプラヒート）を２枚並列に配設し、両者間の結線方式を図５のようなノーマル結線とクロス結線に変えて、近接する電極線間中央直上の電磁界強度の実測を試みた（測定計器は、AlphaLab,Inc.（米国）製の AC MILLIGAUSS METER(MODEL UHS)）。図５(ａ)に示すようなノーマル結線では、測定値は２０〜３０ミリガウスの範囲の大きな値を示したのに対して、図５(ｂ)に示すようなクロス結線では、測定値は２〜４ミリガウスの範囲で、著しく小さな値になる。この結果から、電磁界強度の低減に対するクロス結線の効果が予想以上に大きいことが確かめられた。

本発明の実施例である暖房用ヒーターの配線構造を示す説明図である。 図１の配線構造の電気回路の構成を示す模式図である。 本実施例で用いた面状ヒーターの構造を示す斜視図である。 本実施例で用いた２極コネクターの斜視図である。 隣接するヒーター間の結線方式の説明図である。 従来の床暖房用ヒーターの一般的な配線方式の説明図である。

符号の説明

１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｎ：面状ヒーター
２：面状発熱層
３，３ａ，３ａ´，３ｂ，３ｂ´：電極線
４：絶縁被覆
５，５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｎ：コネクター
６：雌側ハウジング
７：雄側ハウジング
８：ガイド部材
９：端子金具
１０：シールリング
１１：Ｏリング
１２：係止爪
１３：ロックレバー
１４：ストッパー部材
１５：コントローラ
１６：給電ケーブル

Claims (4)

1. 長手方向の両側縁に沿って設けられた２本の電極線と、これら電極線間に形成された面状発熱層と、該発熱層及び電極線を覆う絶縁被覆と、前記電極線の両端に設けられた２極の接続端子とを備えた電熱式面状ヒーターが複数並列に敷設された床暖房設備において、隣接する前記面状ヒーターの一方の端部の２極の接続端子間を２極のコネクターにより接続し、他方の端部の接続端子を反対側に隣接する面状ヒーターの一方の端部の接続端子に２極のコネクターにより接続し、並列に敷設された複数の面状ヒーターの接続端子間を左右交互に接続して、未接続の一の接続端子間に電源から電圧を印加することにより、接続された各面状ヒーターの２本の電極線間に並列的に電圧が印加されるように結線されていることを特徴とする床暖房用ヒーターの配線構造。
2. 前記面状ヒーターの電極線が、多数の金属細線を平帯状に網み上げた可撓性の帯線からなり、該帯線の公称断面積が０．７５ｍｍ²以上であることを特徴とする請求項１記載の配線構造。
3. 前記コネクターが、抜け止め用のロック機構を備えた防水コネクターである請求項１又は２記載の配線構造。
4. 前記面状ヒーターの電極線間に２相交流電圧が印加され、並列に敷設された面状ヒーターの近接する電極線間に互に１８０度位相の異なる電圧が印加されるように結線されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の配線構造。

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