JP2005256420A - サッシの発熱ガラスへの通電制御方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 結露を予測又は感知して発熱ガラスの発熱制御を行って合理的に結露の予防又は抑止ができる発熱ガラスの発熱制御方法を提供する。
【解決手段】 室内温度θｉと屋外温度θｏと室内湿度Ｈｉを計測し、
θｗi ＝θｉ−（θｉ−θｏ）・ｒｉ／Ｒ
但し、ｒｉは発熱ガラスの室内側表面の熱抵抗、１／Ｒは熱貫流率
を演算して発熱ガラスの室内側表面温度θｗi を求め、室内温度θｉと室内湿度Ｈｉとｉ基づいて室内の露点温度θｄｐを算定し、前記θｗi とθｄｐとを比較して、θｗi ≦θｄｐの時に、θｗi ＞θｄｐの関係を保持するように発熱ガラスの発熱体への通電制御を行うようにした。
【選択図】 図５

Description

本発明は、サッシの発熱ガラスへの通電制御方法及び装置に関する。

窓サッシや玄関サッシには一般的に面積が大きいガラスが装着されるので、特に冬季の暖房負荷を軽減するため、２枚のガラスの間に乾燥空気層を設けた複層ガラスや２枚のガラスの間に断熱シートを介在させた合わせガラスなどを用いて、窓や玄関の断熱性を向上させる努力が払われてきた。

しかし、従来の複層ガラスや合わせガラスは断熱性が完全でないため、冬季などに屋外冷気によりガラスの室内面の温度が低下する。そのガラス室内面温度が露点温度以下になると、ガラス室内面に結露する。ガラスの下部から結露が始まり、左右両側部、そして、最終的に全面が結露する。また、ガラス室内面温度が室内温度よりも一定温度差以上に低下すると、ガラス面近傍の室内空気が冷却されて重くなるため、低温下降気流（コールドドラフト）が発生する。結露水は窓木枠や壁面に悪さをするので排除処理が必要であるが、その処理が面倒であり、低温下降気流は在室者に不快感を与える。

このような結露や低温下降気流を防止するため、複層ガラスや合わせガラスの中に通電すると発熱する金属薄膜などで作られた発熱体を備えた発熱ガラスが、一例として、特許文献１〜５に開示された。
その発熱ガラスをサッシ枠体の中に直接（嵌め殺し式）に保持し、又はその発熱ガラスを障子もしくは扉の中に保持し、その障子もしくは扉をサッシ枠体に摺動自在もしくは回動自在に支持するとともに、電源と発熱体とを導線により電気的に接続して通電することにより、ガラス面が発熱して結露防止のみならずコールドドラフト防止や室内暖房までも期待できることが同文献に記載されている。
特開平１０−１０１３７６号公報 特開平１０−１３９４９２号公報 特開平１１−１７３０２８号公報 特開２０００−１９１３４７号公報 特開２００２−３２８６９号公報

しかしながら、上記特許文献には、発熱ガラスの発熱制御、すなわち、発熱体に対する通電制御はコントローラ（温度制御装置）の操作により行うとしか記載されておらず、発熱体に対する通電時間又は通電量をどのように制御すれば所期の効果が発揮されるかが不明である。コントローラの操作により通電開始及び通電停止を行う場合は、例えば、結露発見時に通電開始の操作をし、結露消滅確認時に通電停止の操作をするものと思われるが、この場合は、人が結露発現を見付けた時及び結露消滅を確認した時にそれぞれスイッチ操作を行うことは繁雑であり、結露条件消滅に気付かずに通電状態を放置すれば、電力を浪費することになる。コールドドラフトの発生を人が感知した時に通電開始の操作をし、ガラスからの放熱により室内温度が上昇してコールドドラフトが消滅したことを人が感知した時に通電停止の操作をする場合も同様である。いずれの場合も、従来技術は、室内外の温度や湿度などの環境条件とその変化を考慮して発熱ガラスの発熱制御を自動的に行うものでないため、適時に合理的な発熱制御を行うことが困難である。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、第一の課題は、環境条件、すなわち、室内及び又は屋外の温度並びに室内湿度に基づいてガラスへの結露条件の充足を自動的に予測又は感知して自動的に発熱ガラスの発熱制御を行うことにより、適時に合理的な制御を行って結露の予防又は抑止ができるようにした発熱ガラスの発熱制御方法及びその方法を使用するための装置を提供することにある。

また、本発明の第二の課題は、環境条件、すなわち、屋外温度と室内温度とに基づいてコールドドラフト発生条件の充足を自動的に予測又は感知して自動的に発熱ガラスの発熱制御を行うことにより、適時に合理的な制御を行ってコールドドラフトの予防又は抑止ができるようにした発熱ガラスの発熱制御方法及びその方法を使用するための装置を提供することにある。

本発明の第三の課題は、結露防止又はコールドドラフト防止のための発熱ガラスの発熱体に対する通電制御機能を備えたサッシにおいて、室内温度が快適温度よりも低い場合は、発熱ガラスの発熱によりさらに室内暖房ができるようにした発熱ガラスの発熱制御方法及びその方法を使用するための装置を提供することにある。

上記第一の課題を解決するための請求項１の方法発明は、原理的には、発熱ガラスを用いる室の室内温度と室内湿度を計測して室内露点温度を算定し、ガラス面温度を露点温度以上に保持するめたに必要な電力を発熱ガラスに供給することを骨子としている。これを実現するため、本発明は、室内温度θｉと屋外温度θｏを計測するとともに室内湿度Ｈｉを計測し、計測値θｉとθｏを用いて次式
θｗi ＝θｉ−（θｉ−θｏ）・ｒｉ／Ｒ
但し、ｒｉは発熱ガラスの室内側表面の熱抵抗、１／Ｒは熱貫流率
を演算して発熱ガラスの室内側表面温度θｗi を求め、前記室内温度θｉと室内湿度Ｈｉに基づいて発熱ガラスの室内側表面の露点温度θｄｐを算定し、前記θｗi と前記θｄｐとを比較して、θｗi ≦θｄｐの時に、θｗi ＞θｄｐの関係を保持するように前記発熱ガラスの発熱体への通電制御を行うことを特徴としている。
つまり、本発明は、室内温度θｉと室内湿度Ｈｉに依存する室内における露点温度θｄｐを算出し、その露点温度θｄｐと室内側表面温度θｗi を比較して、結露発生条件の充足を自動的に予測又は感知し、発熱ガラスの発熱体に対する通電を自動的に開始する。室内温度が予め設定した温度まで上昇した時は、通電量を自動的に低減するか、通電を間欠的に停止して、室内温度を一定範囲に保持したまま、発熱ガラスの室内面付近の温度を露点温度以上の保持する。これにより、発熱ガラスの室内面への結露が電力浪費を招くことなく防止される。

第一の課題を解決するための請求項２の装置発明は、発熱ガラスを用いる室に設けられる室内温度計測手段及び室内湿度計測手段と、屋外温度計測手段と、前記室内温度計測手段及び屋外温度計測手段の計測値θｉ，θｏと発熱ガラスの室内側表面の熱抵抗ｒｉと発熱ガラスの熱貫流率１／Ｒとを用いて次式
θｗi ＝θｉ−（θｉ−θｏ）・ｒｉ／Ｒ
を演算して発熱ガラスの室内側表面温度θｗi を求める演算手段と、露点温度曲線データを格納している露点温度ルックアップテーブルと、前記室内温度θｉと前記室内湿度計測手段の計測値Ｈｉに基づいて前記ルックアップテーブルを検索して前記発熱ガラスの室内面付近の露点温度データθｄｐを取出す露点温度検索手段と、θｗi とθｄｐとを比較して、θｗi ≦θｄｐの時に、θｗi ＞θｄｐの関係を保持するように前記発熱ガラスの発熱体への通電制御を行う通電制御手段とを有することを特徴としている。
上記構成により、室内温度計測手段及び屋外温度計測手段の計測値θｉ，θｏが得られると、演算手段により次式
θｗi ＝θｉ−（θｉ−θｏ）・ｒｉ／Ｒ
が演算されて発熱ガラスの室内側表面温度θｗi が求められ、露点温度検索手段はθｉとＨｉに基づいてルックアップテーブルを検索して発熱ガラスの室内面付近の露点温度データθｄｐを取出し、通電制御手段に与える。通電制御手段は、θｗi とθｄｐとを比較して、θｗi ≦θｄｐの時に、すなわち、発熱ガラスの室内側表面温度が発熱ガラスの室内面付近の露点温度と等しいかこれよりも低温の時に、θｗi ＞θｄｐの関係が保持されるように発熱ガラスの発熱体への通電制御を行う。従って、発熱体の発熱により発熱ガラスの室内側表面温度が露点温度よりも上昇するので、発熱ガラスへの結露が防止される。

前記通電制御手段は、発熱体の発熱後の上記式の演算により、発熱ガラスの室内側表面温度θｗi が予め設定した温度まで上昇した時は、通電量を自動的に低減するか、通電を間欠的に停止することが望ましい。これにより、室内温度を一定範囲に保持したまま、発熱ガラスの室内側表面温度θｗi をその室内温度と室内湿度に対応する露点温度以上の温度を保持する。これにより、発熱ガラスの室内面への結露の防止を電力浪費を招くことなく行うことができる。

窓ガラス近傍でコールドドラフトが発生するのは、室内温度よりも窓ガラスの室内側表面温度が低く、その温度差が一定値以上ある場合である。すなわち、窓ガラス付近の空気が冷やされると、それ以外の空気よりも重くなるため下降し始め、気流となるが、温度差がないか小さい場合は下降気流が生じないか気流の下降速度が緩慢であるのに対し、温度差が大きいとその下降速度が急になって、コールドドラフトとなる。

本発明の第二の課題を解決するための請求項３の方法発明は、室内温度と窓ガラス室内側表面温度の一定以上の温度差が上記コールドドラフトの発生原因であることに着眼し、その発生を防止するため、上記温度差が一定以上にならないように、発熱ガラスの発熱体に通電するようにしたものである。
すなわち、本発明は、室内温度θｉと屋外温度θｏを計測するとともに、計測値θｉとθｏを用いて次式
θｗi ＝θｉ−（θｉ−θｏ）・ｒｉ／Ｒ
但し、ｒｉは発熱ガラスの室内側表面の熱抵抗、１／Ｒは熱貫流率
を演算して発熱ガラスの室内側表面温度θｗi を求め、発熱ガラス室内側表面温度θｗi と室内温度θｉとを比較した場合に、θｗi がθｉよりも低く、その温度差（Ｄｔ＝θｉ−θｗi ）がコールドドラフトの発生条件である温度差（Ｄｔｃｄ）に近付いた時又は温度差（Ｄｔｃｄ）以上になった時に、Ｄｔ＜Ｄｔｃｄの関係を保持するように前記発熱ガラスの発熱体への通電制御を行うことを特徴としている。
上記構成により、室内温度θｉと屋外温度θｏを計測し、所定の演算により発熱ガラスの室内側表面温度θｗi を求めて、室内温度θｉと発熱ガラス室内側表面温度θｗi とを比較し、θｉがθｗi よりも低く、その温度差が（Ｄｔｃｄ）に近付いた時にコールドドラフト発生を自動的に予知し、又は温度差（Ｄｔｃｄ）以上になった時にコールドドラフト発生を自動的に感知して、発熱ガラスの発熱体への通電制御が行われ、Ｄｔ＜Ｄｔｃｄの温度関係が保持される。従って、コールドドラフト発生が事前に防止され、又は発生初期に抑止される。

本発明の第二の課題を解決するための請求項４の装置発明は、発熱ガラスを用いる室に設けられる室内温度計測手段及び屋外温度計測手段と、前記室内温度計測手段及び屋外温度計測手段の計測値θｉとθｏを用いて次式
θｗi ＝θｉ−（θｉ−θｏ）・ｒｉ／Ｒ
但し、ｒｉは発熱ガラスの室内側表面の熱抵抗、１／Ｒは熱貫流率
を演算して発熱ガラスの室内側表面温度θｗi を求め、かつ、得られた発熱ガラス室内側表面温度θｗi と前記室内温度θｉとを用いて、次式
Ｄｔ＝θｗi −θｉ
を演算して、前記温度差Ｄｔが正である場合に出力する演算手段と、その温度差Ｄｔがコールドドラフトの発生条件である温度差（Ｄｔｃｄ）からマイナス側又はプラス側の一定範囲内である時に出力する判断手段と、その判断手段の出力に基づいてＤｔ＜Ｄｔｃｄの関係を保持するように前記発熱ガラスの発熱体への通電制御を行う通電制御手段とを特徴としている。
上記構成により、室内温度計測手段及び屋外温度計測手段は室内温度θｉと屋外温度θｏを計測して、その計測値θｉとθｏを演算手段に出力する。演算手段は所定の演算により発熱ガラスの室内側表面温度θｗi を求めるとともに、発熱ガラス室内側表面温度θｗi と室内温度θｉを用いて温度差Ｄｔを得る。その温度差Ｄｔが正である場合にその温度差Ｄｔがコールドドラフトの発生条件である温度差Ｄｔｃｄからマイナス側又はプラス側に一定範囲内にある時は、コールドドラフト発生を自動的に予知し又は自動的に感知して、Ｄｔ＜Ｄｔｃｄの温度関係が保持されるように発熱ガラスの発熱体への通電制御が行う。従って、コールドドラフト発生が事前に防止され又は発生初期に抑止される。

第一の課題を解決する方法及び装置においては、発熱ガラスの発熱体にガラス室内側面の温度がその時の室内温度と室内湿度に対応する露点温度よりも高い温度を保持するように、発熱体への通電制御を行うことを要部とする。また、第二の課題を解決する方法及び装置においては、ガラス室内側面温度と室内温度との温度差がコールドドラフト発生条件である温度差よりも小さくなるように発熱ガラスの発熱体に対する通電を制御することを要部とする。
そして、本発明の第三の課題を解決するための請求項５の発明は、発熱ガラスの室内側面から室内側に発熱ガラスの透過損失熱量以上の熱量が輻射されるように発熱体への通電制御を行うことを特徴としている。
この実現形態としては、第一の課題を解決する請求項２の装置において、暖房モードを指定する手段を付加し、暖房モードを指定した時は、露点温度よりも高い温度を保持する際に、発熱ガラスの室内側面から室内側に発熱ガラスの透過損失熱量以上の熱量が輻射されるように発熱体への通電制御を行う装置がある。この発明の場合は、発熱ガラスの室内側面から室内側に輻射される発熱ガラスの損失熱量以上の熱量により室内側の温度が上昇するので、結露が防止されるに止まらず、室内に暖房効果が得られる。
もう一つの実現形態としては、第二の課題を解決する請求項４の装置において、暖房モードを指定する手段を付加し、暖房モードを指定した時は、ガラス室内側面温度と室内温度との温度差がコールドドラフト発生条件である温度差よりも小さくなるように発熱ガラスの発熱体に対して通電制御を行う際に、ガラス室内側面温度と室内温度との温度差がなくなり、さらに、発熱ガラスの室内側面から室内側に発熱ガラスの透過損失熱量以上の熱量が輻射されるように、すなわち、ガラス室内側面温度が室内温度よりも高温になるように発熱体への通電制御を行う装置がある。この場合は、発熱体への通電によりコールドドラフト発生が防止又は抑止されるに止まらず、室内暖房効果が得られる。

発熱ガラスの透過損失熱量（ｋｃａｌ／ｈ）は、発熱ガラスの面積（ｍ² ）と係数（ｋｃａｌ／ｈ・ｍ² ）の乗算により求められる。全暖房負荷の計算は、一般的には発熱ガラスの損失熱量のほかに、外壁、内壁、屋根、床、自然換気などにおける損失熱量も加算されるが、これらは、既存の暖房装置において考慮されるので、本発明においては、発熱ガラスの損失熱量だけを考慮している。

本発明は、一つの装置で、（ａ）結露防止モード、（ｂ）コールドドラフト防止モード、（ｃ）暖房モードのいずれも可能とし、そのいずれかを選択して運転させる装置として、実施することもできる。

請求項１の発明によれば、室内温度θｉと室内湿度Ｈｉに対応する室内における露点温度θｄｐが算出され、その露点温度θｄｐと室内側表面温度θｗi が比較されて結露が自動的に予測されて、発熱ガラスの発熱体に対する通電が自動的に開始され、室内温度が予め設定した温度まで上昇した時は、通電量が自動的に制御（通電の低減又は間欠的停止）されて室内温度が一定範囲に保持され、発熱ガラスの室内面付近の温度が露点温度以上に保持される。従って、発熱ガラスの室内面への結露が電力浪費を招くことなく自動的かつ合理的に防止される。

請求項２の装置発明によれば、室内温度計測手段と、屋外温度計測手段と、室内湿度計測手段と、演算手段と、露点温度ルックアップテーブルと、露点温度検索手段と、通電制御手段とを備えているので、上記請求項１の方法発明を実製品において実施することができる。

請求項３の方法発明によれば、室内温度θｉと屋外温度θｏを計測して、発熱ガラスの室内側表面温度θｗi を求め、室内温度θｉがその発熱ガラス室内側表面温度θｗi よりも低く、その温度差がコールドドラフト発生条件である温度差（Ｄｔｃｄ）に近付いた時又は温度差（Ｄｔｃｄ）以上になった時に、Ｄｔ＜Ｄｔｃｄの温度関係が保持されるように発熱ガラスの発熱体への通電制御を行うようにしたので、自動的にコールドドラフト発生が事前に防止され又は発生初期に抑止される。

請求項４の装置発明によれば、室内温度計測手段と、屋外温度計測手段と、演算手段と、判断手段と、通電制御手段とを備えているので、上記請求項３の方法発明を実製品において実施することができる。

請求項５の発明によれば、（ａ）サッシの結露防止に止まらず暖房をも、あるいは（ｂ）サッシ付近のコールドドラフト防止のみに止まらず、暖房をも行なうことができる。

請求項６の発明によれば、暖房モードを選択して運転すると、サッシの結露防止に止まらず暖房をも行なうことができる。

請求項７の発明によれば、暖房モードを選択して運転すると、サッシの結露防止に止まらず、コールドドラフト防止及び暖房の多機能を具備して、より快適な居住性を提供することができる。

請求項８の発明によれば、一つの装置で同一サッシに結露防止とコールドドラフト防止と暖房の３機能を選択的に発揮させることができる。

次に、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。
図１は本発明に係る第１の発熱制御装置の構成を示すブロック図、図２は２種類の発熱ガラスと温度計測手段及び湿度計測手段の配置状態と発熱ガラスにおける熱貫流を説明するための要部の断面図、図３は露点曲線図、図４は本発明に係る第２の発熱制御装置の構成を示すブロック図、図５は本発明に係る第３の発熱制御装置の構成を示すブロック図である。

図１に示された発熱制御装置は、電源７から電力供給回路６を介して窓サッシのガラスに備えられた発熱体８に通電して発熱させるようにした窓ガラス発熱システムにおいて、ガラスの室内側表面に発生する結露を防止するため、電力供給回路６の通電制御を窓の環境条件によって自動的に行うようにしたものであり、前記環境条件の中の室内温度、室内湿度及び屋外温度を計測する手段（１，２，３）を有している。これらは、大気中で計測して、その計測値をデジタル信号で出力する既知の室内温度計１、室内湿度計２、屋外温度計３が用いられている。
室内温度計１及び室内湿度計２は、それぞれ室内温度の平均値及び室内湿度の平均値を計測するように、窓ガラスから離れた、例えば室内壁面などに設置される。また、屋外温度計３は当該窓ガラスの熱貫流に影響を与える外気温度の計測が可能なように、窓面付近に設置される。

図１において、４はＣＰＵであり、演算部４１と、露点温度検索部４２と、通電制御部４２とを構成している。

演算部４１は、図示を省略されたインタフェースを介して、室内温度計１、室内湿度計２、屋外温度計３から計測値、すなわち室内温度θｉ、室内湿度Ｈｉ及び屋外温度θｏを入力して、次式
θｗi ＝θｉ−（θｉ−θｏ）・Ｒｉ／Ｒ
但し、Ｒｉは発熱ガラスの室内側表面の熱抵抗、１／Ｒは熱貫流率
を演算して発熱ガラスの室内側表面温度θｗi を求めるものである。

窓サッシの発熱ガラスには、図２の（ａ）に示されるように、内外２枚のガラス板ｇ１，ｇ２の間に通電されると抵抗により発熱する既知の発熱材料ｍを介在された合わせガラスＧｓと、同図（ｂ）に示されるように、内外２枚のガラス板ｇ１，ｇ２の間に乾燥空気層Ａを設け、室内側ガラスｇ１の屋外側面に既知の発熱材料ｍを備えた複層ガラスＧｐとが知られている。

合わせガラスＧｓの熱貫流率１／Ｒは、次のように設定される。すなわち、ガラスの室外側表面熱伝達率をｈe 、室内側表面熱伝達率をｈi 、ガラス厚さをｄ、ガラスの熱伝導率をλとすると、ガラスの室外側表面の熱抵抗Ｒｅは１／ｈe 、ガラスの熱抵抗Ｒw はｄ／λ、ガラスの室内側表面の熱抵抗Ｒi は１／ｈi となり、熱貫流抵抗ＲはＲｅ＋Ｒw ＋Ｒi の式から求められ、従って、この合わせガラスの熱貫流率Ｕ１は１／Ｒとなる。こうして、上記各条件ｈe ，ｈi ，ｄ，λを設定し、室内温度θｉ、室内湿度Ｈｉ及び屋外温度θｏを入力して、上記式１を演算させることにより、合わせガラスタイプの発熱ガラスの室内側表面温度θｗi が求まる。

また、複層ガラスＧｐの熱貫流率１／Ｒは、次のように設定される。すなわち、複層ガラスの室外側表面熱伝達率をｈe 、室内側表面熱伝達率をｈi 、複層ガラスの室外側ガラスの厚さをｄ１、室内側ガラスの厚さをｄ２、空気層の厚さをｓ、複層ガラスの修正放射率をεｓとすると、ガラスの室外側表面の熱抵抗ｒｅは１／ｈe 、複層ガラスの熱抵抗ｒw は１／（２５／ｓ＋５．１４εｓ）＋（ｄ１＋ｄ２）／１０００、ガラスの室内側表面の熱抵抗ｒi は１／ｈi となり、熱貫流抵抗Ｒはｒe ＋ｒw ＋ｒi の式から求められ、従って、この複層ガラスの熱貫流率Ｕ２は１／Ｒとなる。こうして、上記各条件ｈe ，ｄ１，ｄ２，ｓ，εｓを設定し、室内温度θｉ、室内湿度Ｈｉ及び屋外温度θｏを入力して、上記式１を演算させることにより、複層ガラスタイプの発熱ガラスの室内側表面温度θｗi が求まる。

ＣＰＵ４の外側に合わせガラスの熱貫流率Ｕ１と複層ガラスの熱貫流率Ｕ２のデータを格納したメモリ（不図示）を備え、当該発熱制御装置の適用対象が合わせガラスか複層ガラスかに応じてディップスイッチなどで、ＣＰＵ４のアクセス対象となる熱貫流率を選択指定することもできる。

次に、露点温度検索部４２は、演算部４１が先に入力した室内温度データθｉと室内湿度データＨｉに基づいて露点温度ルックアップテーブル５を検索して室内の露点温度データθｄｐを取出し、通電制御部４３に与えるものである。
露点温度ルックアップテーブル５には、一例として、図３に示す露点曲線図に基づいて、各種の室内温度と各種の室内湿度との組合わせにおける露点温度データを作成して、記憶させてある。

上記露点温度ルックアップテーブル５を用いる代わりに、次のようにして演算部４１において露点温度を算出し、これを通電制御部４３に直接与えるようにしてもよい。すなわち、室内空気の飽和水蒸気圧をＰｗi ｓi 、室内の水蒸気圧をＰｗi とすると、
Ｐｗi ＝ψi ／１００・Ｐｗi ｓi
であり、室内空気の露点温度θｓw は、次式から求めることができる。
θｓw ＝１００・（Ｐｗi ・１３３．３／２８８．６８）^1/8.02−１０９．８
この方法を用いる場合は、得られる露点温度にある程度の誤差はあるが、結露発生後に発熱ガラスの発熱体を発熱させてその後の結露を防止できる。

露点温度検索部４２から検索された室内の露点温度データθｄｐが、又は、演算部４１から室内空気の露点温度データθｓw が与えられた通電制御部４３は、これらの露点温度と発熱ガラス室内側表面温度θｗi とを比較し、θｗi がθｄｐ又はθｓw よりも低温である場合は、電力供給回路６に通電させるための制御信号を与えるように構成されている。電力供給回路６はこの通電制御信号に基づいて電源７から発熱体８に電力を供給させるようになっている。

通電制御部４３には、露点温度検索部４２又は演算部４１から露点温度データ（θｄｐ又はθｓw ）と発熱ガラス室内側表面温度データ（θｗi ）が連続的又は定期的に与えられるので、θｗi ≦θｄｐ（又はθｓw ）の条件が継続する間は通電制御信号を電力供給回路６に与えるので、θｗi ＞θｄｐ（又はθｓw ）の状態が保持されるように発熱体の発熱が継続される。

発熱体への通電による発熱ガラスの放熱量は、発熱体の電気的抵抗率、面積及び印加電力により計算可能である。また、ガラスの室内表面温度の上昇率も、ガラス厚みを関数とする損失熱量などを考慮して予想可能である。従って、発熱体への通電によりガラスの室内表面温度を露点温度以上に昇温させるための印加必要な電力量も計算によって求めことができる。

ガラス温度は、通電後２０分から３０分程度で設定温度を維持できるように昇温することが望ましい。従って、外気温や室内温度の急激な変化には即応しにくいので、ガラスの室内表面温度が露点温度よりも若干高めの温度まで低下したときに通電を開始するように設定することが良い。これは、障子を閉めた状態での長時間温度維持には適している。

一例として、外気温５℃、室温２０℃、湿度４２％の時は、ガラス表面温度を７℃以上、すなわち、露点温度以上に維持するように発熱体に通電すると、結露が防止される。

上記の構成による発熱制御装置は、運転を開始するとθｗi ≦θｄｐ又はθｓw の条件が成立する時に自動的に結露を予測又は感知して、発熱体に通電させてガラスの室内表面温度を露点温度以上に昇温させるために必要なだけの熱量を発生させる。これにより、ガラスへの結露が防止又は解消される。

この発熱制御装置には、運転用電源を供給して運転開始又は運転停止を操作するためのコントロールボックス９が設けられ、ＣＰＵ４に電気的に接続されているが、本発明の好ましい実施の形態においては、このコントロールボックス９に結露防止モードと暖房モードを選択するためのモード選択部９１，９３が設けられている。そして、結露防止モード選択部９１を操作した時は、第１モード選択信号が通電制御部４３に与えられ、通電制御部４３はこの場合は、θｗi ≦θｄｐ又はθｓw の条件成立時に、ガラスの室内表面温度を露点温度以上に昇温させるために必要なだけの電力を発熱体に通電させるための制御信号を電力供給回路６に与えるようになっている。また、暖房モード選択部９３を操作した時は、第２モード選択信号が通電制御部４３に与えられ、通電制御部４３はこの場合は、θｗi ≦θｄｐ又はθｓw の条件成否に関係なく、ガラスの室内表面温度が室内温度と等しいかそれ以上の温度にするために予め定められた電力を発熱体に通電させるための制御信号を電力供給回路６に与えるようになっている。

そして、さらに、電力供給回路６には、発熱体に設けられた複数の電極と電源と間に複数個のスイッチング素子を備えるとともに、通電制御部４３が第１モード選択信号に基づいて出力する通電制御信号に対応して所定数のスイッチング素子を導通させ、通電制御部４３が第２モード選択信号に基づいて出力する通電制御信号に対応して、第１モード選択信号に基づいて出力する通電制御信号に対応する場合よりも多い数のスイッチング素子を導通させるように構成されている。

暖房モード選択部９３を操作した場合は、一例として、外気温５℃、室温２０℃の時は、ガラス表面温度を２４℃（すなわち、室内温度よりも高い温度）に維持するように通電制御すると、暖房効果が得られる

こうして、コントロールボックス９の結露防止モード選択部９１を操作した時はガラスの結露が防止され、暖房モード選択部９３を操作した時はガラスの室内側面からの多量の輻射熱により室内が暖房される。

続いて、図４に示された発熱制御装置について説明する。この発熱制御装置は、電源７から電力供給回路６を介して窓サッシのガラスに備えられた発熱体８に通電して発熱させるようにした窓ガラス発熱システムにおいて、ガラスの室内側に発生するコールドドラフトを窓内外の環境条件によって自動的に予測し又は感知して、そのコールドドラフトを防止するため電力供給回路６の通電制御を行うようにしたものであり、前記環境条件の中の室内温度及び屋外温度を計測する手段を有している。これらは、先の装置の場合と同様に、大気中で計測してその計測値をデジタル信号で出力する既知の室内温度計１及び屋外温度計３が用いられている。室内温度計１は、それぞれ室内温度の平均値の平均値を計測するように、窓ガラスから離れた、例えば室内壁面などに設置される。また、屋外温度計３は当該窓ガラスの熱貫流に影響を与える外気温度の計測が可能なように、窓面付近に設置される。

図４において、４ｅはＣＰＵであり、演算部４１ｅと、判断部４２ｅと、通電制御部４２ｅとを構成している。ＣＰＵ４ｅは、図示されていないインタフェースを介して室内温度計１及び屋外温度計３の計測値θｉとθｏを入力して、後述される所定の演算及び制御を行う。

演算部４１ｅは、室内温度計１及び屋外温度計３の計測値θｉとθｏを用いて次式
θｗi ＝θｉ−（θｉ−θｏ）・ｒｉ／Ｒ
但し、ｒｉは発熱ガラスの室内側表面の熱抵抗、１／Ｒは熱貫流率
を演算して発熱ガラスの室内側表面温度θｗi を求めるとともに、得られた発熱ガラス室内側表面温度θｗi と室内温度θｉとを用いて、次式
Ｄｔ＝θｗi −θｉ
を演算して温度差データＤｔを求める。そして、温度差データＤｔが正である場合に、これを次段の判断部４２ｅに出力する。

判断部４２ｅは、演算部から与えられた温度差Ｄｔが、コールドドラフトの発生条件である温度差（Ｄｔｃｄ）よりも若干小さい値からＤｔｃｄを越えた任意の値までの範囲で設定された判断基準ゾーンに含まれるか否かを判断し、判断基準ゾーンに含まれる場合は、コールドドラフト発生の可能性がある（ＤｔがＤｔｃｄよりも若干小さい値の場合）か、コールドドラフトが発生している（ＤｔがＤｔｃｄを越えている場合）ことを意味するので、判断部４２ｅは、これらの場合にコールドドラフト発生条件成立を意味する肯定判断信号を出力して、通電制御部４３ｅに与えるように構成されている。

コールドドラフトの発生条件である温度差（Ｄｔｃｄ）及び判断基準ゾーンの具体値は、ＣＰＵ４ｅに接続された外部の温度差設定部１０において、この発熱制御装置が採用される地域の冬季温度条件に適合するように設定すればよい。また、温度差（Ｄｔｃｄ）よりも若干小さい値からＤｔｃｄを越えた任意の値までの判断基準ゾーンは、コールドドラフト発生予知の段階から発熱ガラスの発熱を開始させて、コールドドラフト発生を未然に防止するために設けられたが、コールドドラフト発生を感知した時のみ発熱ガラスの発熱を開始させる場合は、予め設定された温度差（Ｄｔｃｄ）を判断部の判断基準値として用いればよい。判断基準ゾーンを用いる場合は、この発熱制御装置の設置場所における環境条件が多少変化してもそれに対する融通性がある利点を有している。

通電制御部４３ｅは、判断部４２ｅから肯定判断信号を受けると、その肯定判断信号に基づいて温度差Ｄｔが温度差Ｄｔｃｄよりも小さくなるように、すなわちＤｔ＜Ｄｔｃｄの関係を保持するように、好ましくは、発熱ガラス室内側表面温度θｗi と室内温度θｉとが等しい温度になるように、電力供給回路６に通電させるための制御信号を与えるため、電力供給回路６はこの通電制御信号に基づいて電源７から発熱体８に電力を供給させるようになっている。

通電制御部４３には、判断部４２ｅから肯定判断信号が連続的又は定期的に与えられるので、Ｄｔ＞Ｄｔｃｄの条件が継続する間は、又はθｗi ＝θｉの状態が成立するまで、通電制御信号を電力供給回路６に与えるので、Ｄｔ＜Ｄｔｃｄの状態又はθｗi ＝θｉの状態が保持されるように発熱体の発熱が継続される。

上述のように、発熱体への通電による発熱ガラスの放熱量は、発熱体の電気的抵抗率、面積及び印加電力により計算可能であり、ガラスの室内表面温度の上昇率も、ガラス厚みを関数とする損失熱量などを考慮して予想可能であるから、発熱体への通電によりＤｔ＜Ｄｔｃｄとなり、又はθｗi ＝θｉとなるように昇温させるための印加必要な電力量も計算によって求めことができる。

一例として、外気温５℃、室温２０℃の時は、ガラス表面温度を室内温度と等しい１８℃になるように発熱ガラスの発熱体への通電制御を行うと、コールドドラフト発生が未然に防止される。

上記第２の発熱制御装置は、運転を開始すると、発熱ガラス室内側表面温度θｗi と室内温度θｉの温度差Ｄｔとコールドドラフト発生条件である温度差Ｄｔｃｄの比較により、コールドドラフト発生を自動的に予知又は感知して、Ｄｔ＜Ｄｔｃｄ又はθｗi ＝θｉとなるようにガラスの室内表面温度を昇温させるために必要なだけの電力を発熱体に通電させて、熱量を発生させる。これにより、窓面のコールドドラフト発生が予防され、又は解消される。

第２の発熱制御装置には、運転用電源を供給して運転開始又は運転停止を操作するためのコントロールボックス９ｅが設けられ、ＣＰＵ４ｅに電気的に接続されているが、本発明の好ましい実施の形態においては、このコントロールボックス９ｅにコールドドラフト防止モードと暖房モードを選択するためのモード選択部９２，９３が設けられている。
そして、コールドドラフト防止モード選択部９２を操作した時は、第１モード選択信号が通電制御部４３ｅに与えられ、通電制御部４３ｅはこの場合はＤｔ＞Ｄｔｃｄの条件成立時に、Ｄｔ＜Ｄｔｃｄ又はθｗi ＝θｉとなるようにガラスの室内表面温度を昇温させるために必要なだけの電力を発熱体に通電させるための制御信号を電力供給回路６に与えるようになっている。
また、暖房モード選択部９３を操作した時は、第２モード選択信号が通電制御部４３ｅに与えられ、通電制御部４３ｅはこの場合は、Ｄｔ＞Ｄｔｃｄの条件成否に関係なく、ガラスの室内表面温度を室内温度よりも高温にするために予め定められた電力を発熱体に通電させるための制御信号を電力供給回路６に与えるようになっている。

この場合の電力供給回路６も、上記第１の発熱制御装置の場合と同様に、発熱体に設けられた複数の電極と電源と間に複数個のスイッチング素子を備えるとともに、通電制御部４３ｅが第１モード選択信号に基づいて出力する通電制御信号に対応して所定数のスイッチング素子を導通させ、通電制御部４３ｅが第２モード選択信号に基づいて出力する通電制御信号に対応して、第１モード選択信号に基づいて出力する通電制御信号に対応する場合よりも多い数のスイッチング素子を導通させるように構成されている。

こうして、コントロールボックス９のコールドドラフト防止モード選択部９２を操作した時はコールドドラフトが防止され、暖房モード選択部９３を操作した時はガラスの室内側面からの多量の輻射熱により室内が暖房される。

図５は、一つの装置でモード選択により発熱ガラスを利用して結露防止とコールドドラフト防止と暖房の３つの機能を実現することができるように構成した第３の発熱制御装置の構成を示す。
この装置は、上記第１の発熱制御装置の構成と第２の発熱制御装置の構成を集約したものであり、両装置の構成要素と共通する構成要素は同一の符号で示されている。両装置と異なる点は、コントロールボックス９Ｅが結露防止モード選択部９１とコールドドラフト防止モード選択部９２と暖房モード選択部９３とを有する点、ＣＰＵ４Ｅには、図５には図示を省略されたが、図１の演算部４１と図４の演算部４１ｅの機能を融合した機能を有する演算部のほか、露点温度検索部（４２）、判断部（４２ｅ）及び通電制御部（４３，４３ｅ）が含まれている。

そして、各モードを選択した場合の作用は、上述した各装置のモード選択時の作用と同一である。こうして、第３の発熱制御装置によれば、モード選択により、結露防止とコールドドラフト防止と暖房の３つの機能のいずれを実現することができる。

本発明に係る第１の発熱制御装置の構成を示すブロック図。 ２種類の発熱ガラスと温度計測手段の配置状態と発熱ガラスにおける熱貫流を説明するための要部の断面図。 露点曲線図。 本発明に係る第２の発熱制御装置の構成を示すブロック図。 本発明に係る第３の発熱制御装置の構成を示すブロック図。

符号の説明

１ 室内温度計
２ 室内湿度計
３ 屋外温度計
４，４ｅ，４Ｅ ＣＰＵ
４１，４１ｅ，４Ｅ 演算部
４２ 露点温度検索部
４２ｅ 判断部
４３，４３ｅ 通電制御部
５ 露点温度ルックアップテーブル
６ 電力供給回路
７ 電源
８ サッシのガラスに設けられた発熱体
９，９ｅ，９１Ｅ コントロールボックス
Ｇｓ，Ｇｐ サッシのガラス

Claims (8)

1. 発熱ガラスが用いられる室内の温度θｉと湿度Ｈｉと屋外温度θｏを計測し、
   計測値θｉとθｏを用いて次式
   θｗi ＝θｉ−（θｉ−θｏ）・（ｒｉ／Ｒ）
   但し、ｒｉは発熱ガラスの室内側表面の熱抵抗、１／Ｒは熱貫流率
   を演算して発熱ガラスの室内側表面温度θｗi を求め、
   前記室内温度θｉと室内湿度Ｈｉに基づいて発熱ガラスの室内側表面の露点温度θｄｐを算定し、
   前記θｗi と前記θｄｐとを比較して、θｗi ≦θｄｐの時に、θｗi ＞θｄｐの関係を保持するように前記発熱ガラスの発熱体への通電制御を行うことを特徴とするサッシにおける発熱ガラスの発熱制御方法。
2. 発熱ガラスが用いられる室に設けられる室内温度計測手段及び室内湿度計測手段と、屋外温度計測手段と、前記室内温度計測手段及び屋外温度計測手段の計測値θｉ，θｏと前記発熱ガラスの室内側表面の熱抵抗ｒｉと前記発熱ガラスの熱貫流率１／Ｒとを用いて次式
   θｗi ＝θｉ−（θｉ−θｏ）・ｒｉ／Ｒ
   を演算して前記発熱ガラスの室内側表面温度θｗi を求める演算手段と、露点温度ルックアップテーブルと、前記計測値θｉと前記室内湿度計測手段の計測値Ｈｉに基づいて前記ルックアップテーブルを検索して前記室内の露点温度データθｄｐを取出す露点温度検索手段と、θｗi とθｄｐとを比較して、θｗi ≦θｄｐの時に、θｗi ＞θｄｐの関係を保持するように前記発熱ガラスの発熱体への通電制御を行う通電制御手段とを有することを特徴とするサッシにおける発熱ガラスの発熱制御装置。
3. 発熱ガラスが用いられる室内の温度θｉと屋外温度θｏを計測し、計測値θｉとθｏを用いて次式
   θｗi ＝θｉ−（θｉ−θｏ）・（ｒｉ／Ｒ）
   但し、ｒｉは発熱ガラスの室内側表面の熱抵抗、１／Ｒは熱貫流率
   を演算して発熱ガラスの室内側表面温度θｗi を求め、
   室内温度θｉと発熱ガラス室内側表面温度θｗi とを比較した場合に、θｗi がθｉよりも低く、その温度差（Ｄｔ＝θｉ−θｗi ）がコールドドラフトの発生条件である温度差（Ｄｔｃｄ）に近付いた時又は温度差（Ｄｔｃｄ）以上になった時に、Ｄｔ＜Ｄｔｃｄの関係を保持するように前記発熱ガラスの発熱体への通電制御を行うことを特徴とするサッシにおける発熱ガラスの発熱制御方法。
4. 発熱ガラスが用いられる室に設けられる室内温度計測手段及び室内湿度計測手段と屋外温度計測手段と、屋外温度計測手段の計測値θｉとθｏを用いて次式
   θｗi ＝θｉ−（θｉ−θｏ）・ｒｉ／Ｒ
   但し、ｒｉは発熱ガラスの室内側表面の熱抵抗、１／Ｒは熱貫流率
   を演算して前記発熱ガラスの室内側表面温度θｗi を求め、かつ、得られた発熱ガラス室内側表面温度θｗi と前記室内温度θｉとを用いて、次式
   Ｄｔ＝θｗi −θｉ
   を演算して、前記温度差Ｄｔが正である場合に出力する演算手段と、その温度差Ｄｔがコールドドラフトの発生条件である温度差（Ｄｔｃｄ）からプラスマイナスの一定範囲内である時に出力する判断手段と、その判断手段の出力に基づいてＤｔ＜Ｄｔｃｄの関係を保持するように前記発熱ガラスの発熱体への通電制御を行う通電制御手段とを特徴とするサッシにおける発熱ガラスの発熱制御装置。
5. 発熱ガラスの室内側面から室内側に発熱ガラスの透過損失熱量以上の熱量が輻射されるように発熱体への通電制御を行うことを特徴とする請求項１又は３に記載のサッシにおける発熱ガラスの発熱制御方法。
6. 暖房モード指定手段を付加し、暖房モードが指定された時は、得られた発熱ガラスの室内側表面温度θｗi と露点温度θｄｐの大小判定結果に関わりなく、通電制御手段は発熱ガラスの室内側面から室内側に発熱ガラスの透過損失熱量以上の熱量が輻射されるように発熱体への通電制御を行うようにしたことを特徴とする請求項２に記載のサッシにおける発熱ガラスの発熱制御装置。
7. 暖房モード指定手段を付加し、暖房モードが指定された時は、得られた発熱ガラス室内側表面温度θｗi と室内温度θｉとの温度差Ｄｔがコールドドラフトの発生条件である温度差（Ｄｔｃｄ）からプラスマイナスの一定範囲内であるか否かに関わりなく、通電制御手段は発熱ガラスの室内側面から室内側に発熱ガラスの透過損失熱量以上の熱量が輻射されるように発熱体への通電制御を行うようにしたことを特徴とする請求項４に記載のサッシにおける発熱ガラスの発熱制御装置。
8. 発熱ガラスが用いられる室に設けられる室内温度計測手段及び室内湿度計測手段と屋外温度計測手段と、
   前記室内温度計測手段及び屋外温度計測手段の計測値θｉとθｏを用いて次式
   θｗi ＝θｉ−（θｉ−θｏ）・ｒｉ／Ｒ
   但し、ｒｉは発熱ガラスの室内側表面の熱抵抗、１／Ｒは熱貫流率
   を演算して前記発熱ガラスの室内側表面温度θｗi を求めるとともに、得られた発熱ガラス室内側表面温度θｗi と前記室内温度θｉとを用いて、次式
   Ｄｔ＝θｗi −θｉ
   を演算して、前記温度差Ｄｔが正である場合に出力する演算手段と、
   露点温度ルックアップテーブルと、
   前記発熱ガラスの室内温度θｉと前記室内湿度計測手段の計測値Ｈｉに基づいて前記ルックアップテーブルを検索して前記発熱ガラスの室内面付近の露点温度データθｄｐを取出す露点温度検索手段と、
   温度差Ｄｔがコールドドラフトの発生条件である温度差（Ｄｔｃｄ）からプラスマイナスの一定範囲内である時に出力する判断手段と、
   結露防止モード、コールドドラフト防止モード及び暖房モードのいずれかを選択する選択部を備えたコントロールボックスと、
   結露防止モードが選択された時は、θｗi とθｄｐとを比較して、θｗi ≦θｄｐの時に、θｗi ＞θｄｐの関係を保持するように前記発熱ガラスの発熱体への通電制御を行い、コールドドラフト防止モードが選択された時は、前記判断手段の出力に基づいてＤｔ＜Ｄｔｃｄの関係を保持するように前記発熱ガラスの発熱体への通電制御を行い、暖房モードが選択された時は、発熱ガラスの室内側面から室内側に発熱ガラスの透過損失熱量以上の熱量が輻射されるように発熱体への通電制御を行う通電制御手段と、
   を有することを特徴とするサッシにおける発熱ガラスの発熱制御装置。

Images