JP2007046844A - 電気式床暖房システム - Google Patents

Abstract

【課題】電気式床暖房システムにおいて、長時間通電を継続したときに起こりがちな床表面温度の異常上昇を抑制する。
【解決手段】定常運転モードでの運転が４時間、８時間と長時間にわたり継続するときに、所定時間経過した時点で、通電率を自動的に５％程度低減するように、コントローラの制御回路を構築する。
【選択図】図２

Description

本発明はコード状電気ヒータを発熱源に持つ電気式床暖房システムに関する。

発熱源としてコード状電気ヒータを有する電気式床暖房システムは知られている。コード状電気ヒータを床下地の上に配設した後にその上から木質系床材を置くか、あるいはコード状電気ヒータを一体に組み込んだ木質系床材を電気的に接続しながら床下地の上に置くことにより、電気式床暖房システムとされる。コード状電気ヒータには主に商用電源からの電力がコントローラを介して供給される。コントローラは、加熱エリアの特定、通電の開始と停止、定常運転モードでの温度レベル設定、異常検知などの機能が備えられる（特許文献１、特許文献２など参照）。また、ヒータへの電力供給の制御を、比較制御手段により温度センサによって検出される周囲温度に応じた通電率制御で行うようにした床暖房等の制御装置も提案されている（特許文献３など参照）。

従来の電気式床暖房システムにおいて、使用者は、使用開始時にコントローラの電源スイッチをＯＮにし、希望する定常運転モードでの設定温度レベルを選択すると、１００％通電率での立ち上げ運転モードが例えば３０分程度継続した後、選択した設定温度レベルに対応する通電率での定常運転モードに切り替わる。床表面温度は設定温度レベルとなり、それ以降は、その温度が維持される。特許文献３に記載のように、温度センサにより検出される周囲温度に応じて通電率を制御するものでは、外気温度の変化に対応して、床表面温度を調整することもできる。

特開平７−２４８１２２号公報 特開平１０−１８５２２２号公報 特開平５−２０３１６８号公報

発熱源としてコード状電気ヒータを用い、床表面温度の制御方式として通電率制御方式を採用した電気式床暖房システムの場合、選択した設定温度レベルに床表面温度が達した後は、その温度が維持される。しかし、設定温度レベルが高く通電率１００％近傍での定常運転が継続する場合に、特に外気温度に変化のない状態で、７〜１０時間程度の長時間にわたる運転を行うと、設定温度よりも高い温度に床表面温度が上昇することがある。

床暖房の一般的な床表面温度は高くても２７℃〜３０℃前後といわれており、前記したような温度上昇が起こると、床表面温度は４０℃前後という、設定温度よりも１０℃程度も高い温度となる恐れがある。そのような温度環境は、床暖房の快適性を損なうと共に熱閉塞現象による低温火傷を引き起こす原因ともなりかねない。もちろん、電気式床暖房システムにはサーモスタットが過昇温防止手段として設けてあり、システムの安全性は確保されているが、通常、サーモスタットの作動温度は４２〜５０℃程度に設定されていることが多く、サーモスタットによってこの現象を回避することはできない。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、発熱源としてコード状電気ヒータを用い、床表面温度の制御方式として通電率制御方式を採用した電気式床暖房システムにおいて、外気温度に変化がない環境下で、通電率１００％近傍での定常運転が長時間継続する場合であっても、予め選択した設定温度レベルを大きく超えて床表面温度が上昇するのを回避できるようにした電気式床暖房システムを提供することを目的とする。

本発明による電気式床暖房システムは、発熱源であるコード状電気ヒータと、コード状電気ヒータへの通電率を制御する通電率制御手段を少なくとも備えたコントローラとを少なくとも含む電気式床暖房システムであって、前記通電率制御手段は、コード状電気ヒータへ通電を開始した後の経過時間を監視するタイマー手段と、該タイマー手段で予め設定した時間が経過したときに、予め設定した量だけ通電率を低減する通電率低減手段を備えていることを特徴とする。

本発明による電気式床暖房システムでは、コントローラは上記の通電率低減手段を備えており、通電開始後に所定時間通電が継続すると、通電率は自動的に予め設定した量だけ低減する。そのために、電気式床暖房システムが外気温度の変化がない環境下に置かれ、しかも通電率１００％近傍での定常運転が長時間継続するときであっても、床表面温度が当初選択した設定温度レベル以上になるのを効果的に回避することができる。結果として、長時間の継続運転を行っても、床表面温度を一定の温度帯に維持することが可能となる。そのために、床暖房の快適性が損なわれることはなく、熱閉塞現象による低温火傷等を生じさせることもない。また、通電率を低減させることは、結果として不必要な電力使用を回避することとなり、消費電力が低減して省エネルギー効果ももたらされる。

さらに、床暖房の上に座布団等が長時間放置されているとき、あるいはコード状電気ヒータとそれが配設されている均熱板との間に部分的な剥離が生じたときなどに、いわゆる強制断熱による熱閉塞現象が発生して、部分的に異常昇温領域が生じることがあるが、上記の通電率低減手段を備えることにより、このような異常昇温現象が発生するのも回避することができる。

通電開始時から通電率自動低減開始までの時間をどの程度とするか、および通電率低減手段に設定する通電率低減量をどの程度にするかは、当該床暖房の使用条件や使用環境に応じて決められるが、好ましくは、通電率低減前と比較して通電率低減後の床表面温度の温度帯が低下しない範囲で設定される。例えば、通電開始時から通電率自動低減開始までの設定時間は、投入後４〜１０時間の範囲で設定することが通常の床暖房の使用態様から判断して実際的である。４時間よりも短い時間では、電気式床暖房システムが置かれている環境によっては、床表面温度が設定した温度レベルに達していない段階で、通電率が強制的に低減することが起こり得、床表面温度が低下して、使用者に不快感を与えるからである。通電率低減量は通電開始時の通電率の１０〜１５％程度であることが望ましい。これより大きな値で低減させると、通電率低減前と比較して通電率低減後の床表面温度の温度帯が使用者が意識する程度に低下してしまう恐れがある。

通電率低減回数は一回であってもよい。その場合、設定時間（例えば８時間）を経過した後に、通電開始時の通電率から例えば１０％あるいは１５％低減し、９０％あるいは８５％の通電率で定常運転が継続する。しかし、このように一度に通電率を１０％あるいは１５％という大きな値で低減させると、一時的に床表面温度の変化が大きくなり、使用者に不快感を与えることが考えられる。

それを回避するために、好ましくは、通電率制御手段におけるタイマー手段は、同じまたは異なる間隔の設定時間を経時的に連続して多段に設定できるようにされる。この場合には、例えば、通電開始後４時間を経過したとき、通電開始時の通電率の５％を低減し、さらに４時間経過した後（通電開始後８時間を経過した後）は、さらに５％低減するように設定する。このように段階を追って通電率を低減することにより、床表面温度の変化を小さくすることができ、使用者が不快感を持つことは解消される。

本発明による電気式床暖房システムにおいて、コントローラに、通電開始時の通電率を選択できる手段をさらに備えることもできる。具体的には、例えば、同じ定格出力のコード状電気ヒータに対して、通電開始時の通電率を１００％通電率として運転を開始するか、それ以下の例えば７５％通電率あるいは５０％通電率で運転を開始するかを選択できるようにする。いずれの場合であっても、所定の設定時間経過後に、通電開始時の通電率を基準として、そこから予め設定した量だけ通電率を低減させる。

この通電開始時の通電率を選択できる手段は、同じ電気式床暖房システムを環境の異なる地域、例えば北海道と東京のような寒暖の違いのある地域に設置するときにきわめて有効となる。例えば、この選択手段を、通常の使用状態では使用者が容易にアクセスできないコントローラ内の位置にディップスイッチとして取り付けておき、北海道域に電気式床暖房システムを施工するときには、施工業者が１００％通電率のディップスイッチを選択して施工を行う。一方、東京域に施工するときには、施工業者が例えば７５％通電率のディップスイッチを選択して施工を行う。

北海道のように寒冷な地区では、使用者が高い設定温度を選択したときに、通電開始時通電率１００％での定常運転モードが進行し、前記した２７℃〜３０℃前後の快適な床表面温度が得られる。一方、東京のような比較的温暖な地区では、同じ定格出力のコード状電気ヒータを用い、通電開始時通電率を７５％に設定しておいても、定常運転モードで床表面温度は２７℃〜３０℃前後の快適な温度となる。そのために、低い通電開始時通電率を選択して施工された電気式床暖房システムにおいても、長時間運転継続時に、床表面温度が４０℃程度にまで達することが起こり得るので、ここでも、本発明による通電率低減手段を採用することは有効となる。

コントローラに、定常運転モードでの設定温度（床表面温度）に対応する通電率を選択するための通電率選択手段を設けることもできる。この場合、使用者がコントローラの電源スイッチをＯＮにし、希望する設定温度レベルを選択すると、一定時間経過後に、設定温度レベルに対応した通電率での定常運転モードに入り、床表面温度は設定温度帯に維持される。選択した設定温度レベルが２５℃程度以下のような低い温度の場合には、定常運転時での通電率は低く、その状態が長時間継続しても、上記した不快感を与えるような床表面温度の上昇は起こらない。しかし、高い設定温度レベルを選択した場合には、定常運転モードで１００％あるいは１００％近傍の通電率での運転が継続するので、４０℃程度に達するような温度上昇が起こり得る。従って、定常運転モードで希望する設定温度レベルに対応する通電率を選択するための通電率選択手段を備えた形態のコントローラを用いる場合でも、本発明による上記した通電率低減手段を備えることはきわめて有効となる。

なお、本発明における電気式床暖房システムの全体的な構成に特に制限はなく、従来知られている任意の構成、例えば、コード状電気ヒータを床下地の上に配設した後にその上から木質系床材を置くようにして施工された形態のもの、あるいはコード状電気ヒータを一体に組み込んだ木質系床材を電気的に接続しながら床下地の上に置くようにして施工された形態のもの、などをすべてが含まれる。

本発明によれば、発熱源としてコード状電気ヒータを用い、床表面温度の制御方式として通電率制御方式を採用した電気式床暖房システムにおいて、外気温度に変化がない環境下で長時間通電を継続する場合であっても、最初に設定した設定温度帯（レベル）以上に床表面温度が上昇するのを確実に回避することができ、使用者に過昇温による不快感を与えたり、熱閉塞現象による低温火傷を生じさせたりするのを確実に回避することができる。また、消費電力を低減することもでき、省エネルギー運転が可能となる。

以下、本発明を実施の形態により説明する。図１は本発明による電気式床暖房システムを示す概略図であり、図２は全体の制御系を示すブロック図である。

図１において、床下地１０の上に発熱源としてのコード状電気ヒータ１１が配置され、その上にコード状電気ヒータ１１を収容する凹溝を裏面に形成した多数枚の木質系床材１２が敷設されて、電気式床暖房フロアを作っている。図示しないが、コード状電気ヒータを一体に組み込んだ木質系床材を電気的に接続しながら床下地の上に置くようにして電気式床暖房フロアを作るようにしてもよい。いずれにおいても、コード状電気ヒータ１１には配線１３を介して外部からの商用電力が供給され、配線途中にはコントローラ２０が取り付けてある。

図２は電気式床暖房システム全体の制御系を示すブロック図であり、本発明による電気式床暖房システムは、前記コントローラ２０と該コントローラ２０により制御された通電率で駆動されるコード状電気ヒータ１１とからなる。コントローラ２０は制御部３０を備え、制御部３０にはタイマー３１とディップスイッチ３２が接続し、さらに、操作盤４０と記憶部５０と駆動回路６０が接続している。

操作盤４０には、システム全体のＯＮ−ＯＦＦスイッチ４１、使用者が定常運転時での設定温度レベルＬを選択するための温度レベル選択スイッチ４２ａ〜４２ｃ、選択した設定温度レベルＬや時刻等を表示するティスプレー４３などが備えられる。この例で、図３に示すように、定常運転時での出力レベルは３段階ｓｔ１〜ｓｔ３の３つに区分されており、選択スイッチ４２ａを選択すると最大レベルＬＨ（例えば、通電開始時の通電率Ｐの１００％通電率Ｌ）で運転すべき旨の指令が制御部３０に送られ、選択スイッチ４２ｂを選択すると中間レベルＬＭ（例えば、通電開始時の通電率Ｐの７０％通電率）で運転すべき旨の指令が制御部３０に送られ、選択スイッチ４２ｃを選択すると最小レベルＬＬ（例えば、通電開始時の通電率Ｐの４０％通電率）で運転すべき旨の指令が制御部３０に送られる。なお、温度レベル選択スイッチ４２ａ〜４２ｃは、スライダースイッチのように連続的に値が変化する形態のものであってもよい。

記憶部５０は給電率テーブルＴを備えるが、これについては、後述する。

駆動回路６０は電源線１３からヒータ１１へ給電するための回路であり、通電率制御を行う手段の一例としてのスイッチング回路６１を内蔵する。スイッチング回路６１は１個または２個以上のリレーを備え、各リレーの開閉を制御部３０からの指令で可変することでヒータ１１への通電率Ｐを制御するものであり、それ自体は公知のものである。

制御部３０は、図３に示すように、スイッチング回路６１に対してリレーの開閉周期Ｔの信号を送出する。この信号はハイレベル期間ｔ１でスイッチング回路６１を導通状態とし、ローレベル期間ｔ２でスイッチング回路６１を非導通状態とする。ｔ１／ｔ２の比を適宜の回路で制御することにより、設定した通電率Ｐが得られる。

このコントローラ２０において、使用者は、使用開始時にＯＮ−ＯＦＦスイッチ４１をＯＮにし、温度レベル選択スイッチ４２ａ〜４２ｃにより希望する設定温度レベルＬｉ（ＬＨ，ＬＭ，ＬＬのいずれか）を選択すると、１００％通電率での立ち上げ運転モードが開始し、タイマー３１に設定した例えば３０分程度の時間が経過すると、定常運転モードに切り替わって、制御部３０は、使用者が選択した定常運転時での設定温度レベルＬｉに対応したハイレベル期間ｔ１の信号をスイッチング回路５１に送り込む。なお、この運転態様およびそのためのシステム構成等は従来知られたものであり、詳細な説明は省略する。

本発明によるコントローラ２０は、タイマー３１で予め設定した時間ｔが経過したときに、予め設定した量ｑだけ通電率を自動的に低減する通電率低減手段をさらに備えている点で、従来知られたコントローラと相違する。以下に、その相違点を中心に説明する。

すなわち、本発明によるコントローラ２０の記憶部５０には、通電開始時のコード状電気ヒータ１１への通電率Ｐｍａｘと所定時間ｔｉ経過後（例えば４時間と８時間経過後）の通電率Ｐｉを定めた給電率テーブルＴが所要枚数格納されている。この例において、給電率テーブルＴは、３枚のテーブルＴ１，Ｔ２，Ｔ３からなり、図５に示すように、給電率テーブルＴ１は、電源ＯＮ時の通電率Ｐｍａｘ：１００％，電源ＯＮから時間ｔ１経過後（４時間経過後）の通電率Ｐ１：９５％（−５％低減），電源ＯＮから時間ｔ２（＞ｔ１）（８時間経過後）経過後の通電率Ｐ２：９０％（さらに−５％低減）となっている。

また、給電率テーブルＴ２は、電源ＯＮ時の通電率Ｐｍａｘ：７５％，電源ＯＮから時間ｔ１経過後（４時間経過後）の通電率Ｐ１：７０％（−５％低減），電源ＯＮから時間ｔ２（＞ｔ１）（８時間経過後）経過後の通電率Ｐ２：６５％（さらに−５％低減）となっている。

また、給電率テーブルＴ３は、電源ＯＮ時の通電率Ｐｍａｘ：６０％，電源ＯＮから時間ｔ１経過後（４時間経過後）の通電率Ｐ１：５５％（−５％低減），電源ＯＮから時間ｔ２（＞ｔ１）（８時間経過後）経過後の通電率Ｐ２：５０％（さらに−５％低減）となっている。

ここにおいて、前記タイマー３１で予め設定した時間ｔが、上記経過時間ｔ１，ｔ２に相当し、前記予め設定した量ｑは、すべて通電率の各段階での低減量（−５％）に相当する。

コントローラ２０において、この３枚のテーブルＴ１，Ｔ２，Ｔ３のいずれかが、ディップスイッチ３２の操作により選択され、選択された給電率テーブルＴｉの情報が制御部３０に取り込まれる。格納する給電率テーブルＴが３枚に限らないことは、前記したとおりである。

本発明による電気式床暖房システムの施工に際して、施工業者は、ディップスイッチ３２を操作して、当該施工現場に最適な給電率テーブルＴｉをテーブルＴ１〜Ｔ３のいずれかから選択する。例として、施工現場が寒冷地であることから、テーブルＴ１を選択したとして、電気式床暖房システムの運転操作の一例を図６を参照して説明する。

使用者は、操作盤４０のＯＮ−ＯＦＦスイッチ４１をＯＮする（ステップ３０１）。制御部３０はあらかじめ選択してあるディップスイッチ３２を読み込み、テーブルＴ１の情報を取り込む（ステップ３０２）。使用者は、定常運転時の設定温度レベルＬｉを温度レベル選択スイッチ４２ａ〜４２ｃのいずれかから選択する（ステップ３０３）。ここでは、選択スイッチ４２ａを選択して通電開始時の通電率Ｐの１００％通電率ＬＨを定常運転時通電率として選択したとする。

タイマー３１が作動すると共に、通電率１００％の立ち上げ運転が開始する（ステップ３０４）。予め設定した時間（通常３０分程度）経過後に、定常運転モードに切り替わり（ステップ３０５）、制御部３０は駆動回路６０のスイッチング回路６１に定常運転時の通電率（この例では、立ち上げ時の通電率Ｐの１００％）に相当する長さの信号を送出し、駆動回路６０は１００％通電率ＬＨでヒータ１１を駆動を継続する（ステップ３０６）。

タイマー３１は通電開始時からの時間ｔ１が経過したかどうかを監視する（ステップ３０７）。時間ｔ１（例えば４時間）が経過した時点で、制御部３０内の比較回路はテーブルＴ１に設定した時間ｔ１経過後の通電率Ｐ１（９５％）と、現在の通電率Ｐｓ％とを比較する（ステップ３０８）。現在の通電率Ｐｓが通電率Ｐ１と等しいかそれより低いときにはそのまま運転を継続する（ステップ３０９）。現在の通電率Ｐｓが通電率Ｐ１より高い場合には、制御部３０は、通電率Ｐ１（９５％）に対応した通電率となるように、駆動回路６０のスイッチング回路６１にハイレベル期間ｔ１の変更信号を発信する（ステップ３１０）。それにより、システムは通電率９５％での運転を継続する。

時間ｔ２（例えば通電開始時から８時間）が経過したかどうか監視する（ステップ３１１）。経過した時点で、制御部３０内の比較回路はテーブルＴ１に設定した時間ｔ２経過後の通電率Ｐ２（９０％）と、現在の通電率Ｐｓ％とを比較する（ステップ３１２）。現在の通電率Ｐｓが通電率Ｐ２と等しいかそれより低いときにはそのまま運転を継続する（ステップ３１３）。現在の通電率Ｐｓが通電率Ｐ２より高い場合には、制御部３０は、通電率Ｐ２（９０％）に対応した通電率となるように、駆動回路６０のスイッチング回路６１にハイレベル期間ｔ１の変更信号を発信する（ステップ３１４）。それにより、システムは通電率９０％での定常運転を継続する。

上記のように、本発明による電気式床暖房システムでは、定常運転状態が長時間継続しているときに、自動的に通電率を所定量だけ低減するようにしているので、特に立ち上げ時の通電率をそのまま維持した状態で定常運転が継続するような場合に起こりがちな、床表面温度が設定温度レベルよりも例えば１０℃程度高くなる現象が起こるのを効果的に回避することができる。そのために、システムの安全性を向上させることができ、また運転の省エネルギー化ももたらされる。

上記の説明では、使用者が定常運転時での設定温度レベルを最大値ＬＨ（通電率１００％）とした場合を例として説明したが、例えば、前記した設定温度レベルＬＭあるいはＬＬを選択した場合には、定常運転時での通電率は、通電開始時の通電率はそれぞれ７０％または４０％であり、その場合、ステップ３０８，ステップ３１１での判断は常にｎｏ、すなわち、その時点での通電率Ｐｓは、通電率Ｐ１（９５％）あるいは通電率Ｐ２（９０％）より低くなっており、本発明の通電率自動低減機能は機能しない。しかし、使用者がＬＭまたはＬＬを選択した場合には、図７に一例を示すように、定常運転時の床温度レベルは２５℃程度あるいは１８℃程度と低く、長時間その運転状態が継続したとしても、床表面温度が例えば４０℃程度にまで高くなるような現象は生じなく、特に問題はない。

本発明による電気式床暖房システムを比較的温暖な地域に施工する場合には、施工業者はディップスイッチ３２を操作して、図５に示したテーブルＴ２またはテーブルＴ３を選択することとなる。その場合には、前記した温度レベル選択スイッチ４２ａを選択すると最大レベルＬＨでは、通電開始時の通電率Ｐ（７５％（テーブル２の場合）、６０％（テーブル３の場合）を１００として、その１００％通電率、すなわち、７５％×１＝７５％通電率、あるいは６０％×１＝６０％通電率での運転が定常運転モードでの通電率となる。温度レベル選択スイッチ４２ｂ（中間レベルＬＭ）を選択したときには、定常運転モードでは、７５％×０．７＝５３％通電率（テーブル２の場合）、あるいは６０％×０．７＝４２％通電率（テーブル３の場合）での運転となる。さらに、温度レベル選択スイッチ４２ｃ（低レベルＬＬ）を選択したときには、定常運転モードでは、７５％×０．４＝３０％通電率、あるいは６０％×０．４＝２４％通電率での運転となる。

上記の場合でも、前記したように、最大レベルＬＨでの運転（定常運転時に、通電開始時の通電率Ｐの１００％通電率で運転）では、長時間運転継続により４０℃程度までの床表面温度の上昇が起こり得るので、本発明による自動通電率低減手法はやはり有効となる。

上記の説明では、通電率テーブルＴ１〜Ｔ３の選択手段としてディップスイッチ３２を例示したが、ディップスイッチ３２は例示であり、複数個の通電率テーブルの中からそのいずれかを選択できる手段であれば、任意の選択手段を用いることができる。また、通電率を制御するための回路としてリレーを用いたスイッチング回路６１を示したが、これも例示であり従来知られた任意の通電率制御手段を用いることができる。

本発明による電気式床暖房システムの一例を示す概略図。 電気式床暖房システム全体の制御系を示すブロック図。 通電開始時の通電率と定常運転時での出力レベルとの関係を示すテーブル。 システムにおける通電率制御を示す波形を説明する図。 給電率テーブルを説明するための図。 制御のフロー図。 通電率制御方式による床表面温度と時間との関係の一例を示すグラフ。

符号の説明

１０…床下地、１１…コード状電気ヒータ、１２…木質系床材、１３…配線、２０…コントローラ、３０…制御部、３１…タイマー、３２…ディップスイッチ、４０…操作盤、４２ａ〜４２ｂ…設定温度レベル選択スイッチ、５０…記憶部、６０…駆動回路、６１…スイッチング回路、Ｔ…通電率テーブル

Claims (4)

1. 発熱源であるコード状電気ヒータと、コード状電気ヒータへの通電率を制御する通電率制御手段を少なくとも備えたコントローラとを少なくとも含む電気式床暖房システムであって、
   前記通電率制御手段は、コード状電気ヒータへ通電を開始した後の経過時間を監視するタイマー手段と、該タイマー手段で予め設定した時間が経過したときに、予め設定した量だけ通電率を低減する通電率低減手段を備えていることを特徴とする電気式床暖房システム。
2. 前記通電率制御手段におけるタイマー手段は、同じまたは異なる間隔の設定時間を経時的に連続して多段に設定できるようになっていることを特徴とする請求項１に記載の電気式床暖房システム。
3. 前記コントローラは、通電開始時の通電率を選択できる手段をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の電気式床暖房システム。
4. 前記コントローラは、定常運転モードでの設定温度に対応する通電率を選択するための通電率選択手段が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電気式床暖房システム。

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