JP4559904B2 - 電気式床暖房システム - Google Patents

Description

本発明は線ヒータを発熱源に持つ電気式床暖房システムとその運転方法に関する。

発熱源として線ヒータを有する電気式床暖房システムは知られている。線ヒータを床下地の上に配置した後にその上から木質系床材を置くか、あるいは線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。線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、給電の開始と停止、加熱温度の調節、異常の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）。

床暖房の場合、部屋が暖まるまでの立ち上がり運転時は多くのエネルギーを必要とするが、暖まった後の定常運転時には比較的少ないエネルギーで快適な暖房効果を得ることができる。そこで、熱源が線ヒータである電気式床暖房システムの従来の運転方法では、給電を開始してから一定時間（例えば３０分程度の間）はヒータ出力１００％の立ち上げ運転を行って迅速な室温上昇を図り、その後は、室温あるいは床温の変化に応じた給電のＯＮ−ＯＦＦ運転を行うようにしている。

コントローラには、立ち上げ運転モードと、その後の定常運転モードが組み込まれており、あらかじめプログラミングされた立ち上げ運転の継続時間が経過すると、立ち上げ運転モードから定常運転モードに切り替わる。定常運転モード開始時でのヒータ出力を１００％、８０％、６０％のように使用者が選択できるようになっている場合もあり、定常運転開始後も、さらにヒータ出力を変えることができるようになっているものもある。

例えば、ヒーターパネル１枚当たり１００Ｗの電気式床暖房システムの場合、出力１００％の立ち上がり運転時の最大電力は１００Ｗｈとなり、立ち上げ運転後の定常運転時では、使用電力量は最大で１００Ｗｈであり、ヒータ出力を適宜選択することにより、より少ない電力量での運転となる。
特開平７−２４８１２２号公報 特開平１０−１８５２２２号公報

電気式床暖房システムが設置してある場所の温度環境条件や床下地環境条件に大きな変化がなければ、継続して快適な床暖房が得られる。しかし、立ち上げ前の室内温度が当初予定していた以上に低い温度になるような場合、標準的に設定された立ち上げ運転条件では、室内温度の上昇遅れや暖房不足を感じることがある。例えば１２０Ｗというようなより高出力の線ヒータを用いることにより、前記したような立ち上げ時の不都合は回避することができる。しかし、従来のコントローラでは、定常運転時に出力１００％での運転モードが含まれており、このモードで定常運転を継続した場合に、１２０Ｗでは出力が大きくなりすぎて、部分的に熱閉塞が生じ低温火傷を生じさせる恐れがある。また、安全装置が頻繁に断続を繰り返す原因ともなるので、定常運転時の温度管理システム（例えばサーモスタットを備えた安全装置）をより精度の高いものとするなどの手当が必要となる。

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、立ち上げの迅速性と定常運転時での安全性の双方を同時に満足することのできる電気式床暖房システムとその運転方法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、発熱源である線ヒータと、線ヒータへの給電電圧を制御できる電圧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、前記線ヒータは定常運転時の設定出力より大きい定格出力を備えた線ヒータであり、前記コントローラは、線ヒータの定格最大電圧で行う立ち上げ運転モードと、あらかじめ設定した前記ヒータの定常運転時の設定出力に対応する前記定格最大電圧以下である定常運転電圧で運転を行う定常運転モードとの切り替え手段を備えていることを特徴とする。

また、本発明による電気式床暖房システムの運転方法は、発熱源である線ヒータを備えた電気式床暖房システムの運転方法であって、線ヒータとして定常運転時の設定出力より大きい定格出力を備えた線ヒータを使用し、立ち上げ運転時はヒータの定格最大電圧で運転を行い、立ち上げ運転後の定常運転時にはあらかじめ設定した前記ヒータの定常運転時の設定出力に対応する前記定格最大電圧以下である定常運転電圧で運転を行うことを特徴とする。

本発明では、線ヒータとして、定常運転に必要とされる設定出力（例えば１００Ｗ−２００Ｖ）よりも大きな出力（例えば１２０Ｗ−２００Ｖ）の線ヒータを発熱源として用いること、および線ヒータの発熱量制御を電圧制御で行うことを基本とする。そして、立ち上げ運転モード時にはヒータの定格最大電圧Ｖｔ（例えば２００Ｖ）での運転を行う。それにより、１２０Ｗの立ち上がり出力Ｗｔが得られ、迅速な立ち上げ環境を作り出すことができる。

所定の立ち上げ時間経過後に、定常運転モードに切り替わるが、コントローラは、定常運転モードでは、あらかじめ設定したヒータの定常運転時の設定出力Ｗｓに対応する前記定格最大電圧Ｖｔ（２００Ｖ）以下である定常運転電圧Ｖｓ（例えば１８０Ｖ）で運転を行うように設定されており、低温火傷を引き起こすよう高出力が定常運転時には生じない。

例えば、定常時の最大出力Ｗｓを、従来からの経験で安全な出力値であると認識されている９７Ｗとあらかじめ設定した場合に、定格１２０Ｗ−２００Ｖのヒータを用いると仮定すると、最大で１８０Ｖ以下の電圧Ｖｓで定常運転を行うようにコントローラ内の制御部を設定する。それにより、定常運転時の安全性も確保される。すなわち、定格１２０Ｗ−２００Ｖのヒータの抵抗値Ｒは、Ｖ＝ＩＲより、Ｒ＝３３３．３Ωであり、出力Ｗ＝Ｖ×Ｖ／Ｒの式から、１８０Ｖ×１８０Ｖ／３３３．３Ｒ（Ω）＝９７Ｗ、となり、定常運転時での安全運転が確保される。

コントローラに備える前記立ち上げ運転モードから定常運転モードに切り替える切り替え手段は任意でありに特に制限はない。使用者が立ち上げ運転時間が経過したことを認識した後に、手作業でスイッチを切り替えるような手段でもよい。しかし、安全性や運転の容易性の観点から、コントローラ内にタイマー回路を備え、設定時間経過後に、立ち上げ運転モードから定常運転モードへ自動的に切り替えが行われるようにすることが望ましい。

定常運転モード開始後の定常運転電圧Ｖｓを選択できる手段をさらに備えることも好ましい。例えば、コントローラに、当該電気式床暖房システムを施工する場所の立地条件や施工下地条件などに応じた異なった線ヒータ出力に相応する給電電圧Ｖｓを設定できる電圧設定手段と、その回路に選択した給電電圧Ｖｓに関する情報を送出する手段を備えておき、施工業者が施工現場でコントローラを取り付けるときに、設置する電気式床暖房システムに適した定常運転時での供給電圧Ｖｓに関する情報を選択してあらかじめ制御部に与えておく。より具体的には、例えば給電電圧Ｖｓ＝１６０，１４０Ｖ，１２０Ｖ、・・に対応する複数個のディップスイッチをコントローラに備えておき、施工時に施工業者が適宜のディップスイッチを選択する。定常運転モードに切り替わったときに、制御部は、電圧設定手段に対してあらかじめ選択した定常運転時での電圧Ｖｓによる運転を指令する。

さらに、コントローラの制御盤に押しボタンスイッチなどを設けておき、あらかじめメーカー側が過昇温の回避や熱閉塞による低温火傷の防止などをねらった安全使用の範囲で、使用者が、個人的に嗜好に応じて、あるいは、立ち上げ運転終了時での室温や外気温に応じて、定常運転モード開始時の電圧Ｖｓを適宜選択できるようにしてもよい。

前記した業者があらかじめ定常運転電圧Ｖｓを施工時に設定する手段と、使用者が安全使用の範囲でさらに定常運転電圧Ｖｓを選択できる手段との双方を備えるようにしてもよい。

当初選択した定常運転電圧Ｖｓ（例えば１８０Ｖ）を、定常運転の過程で、さらに１６０，１４０Ｖ，１２０Ｖ・・のように切り替える手段をコントローラに備えるようにしてもよく、より多様な床暖房環境を得ることができる。

本発明によれば、立ち上げの迅速性と定常運転時での安全性の双方を同時に満足することのできる電気式床暖房システムが得られる。

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、図３は制御のフロー図である。

図１において、床下地１０の上に発熱源としての線ヒータ１１が配置され、その上に線ヒータ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、線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、線ヒータ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。

線ヒータ１１は従来の電気式床暖房システムで使用されると同様の線ヒータであるが、電気式床暖房システムの定常運転時における設定出力Ｗｓよりも大きい定格出力Ｗｔの線ヒータが用いられる。コントローラ２０は、従来の電気式床暖房フロアで使用されるコントローラと同様に、立ち上げ運転モードと定常運転モードの２つのモードを備えたものであり、立ち上げ運転モードでは給電開始時から所定時間は線ヒータ１１の定格最大電圧Ｖｔでの立ち上げ運転を行い、その後の定常運転モードではＯＮ−ＯＦＦを繰り返す定常運転を行う形態のものであり、その限りで従来のコントローラと同じ構成を備えている。しかし、立ち上げ運転終了後の定常運転開始時における電圧Ｖｓを線ヒータ１１の定格最大電圧Ｖｔよりも低い電圧に制限する回路を備えている点で相違する。以下に、その相違点を中心に説明する。

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、コントローラ２０と該コントローラ２０により制御された電圧の電流が流れる線ヒータ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には操作盤３１と記憶部４０と駆動回路５０が接続している。

制御部３０はタイマー回路３２を備え、あらかじめ設定した時間Ｚの経過後に立ち上げ運転モードから定常運転モードに運転モードの切り替えを行う。

記憶部４０は、線ヒータ１１の出力Ｗと給電される電圧Ｖとの関連データ４１を有している。具体的には、線ヒータ１１の定格出力Ｗｔ時での定格最大電圧Ｖｔと、定格出力Ｗｔ以下の出力Ｗｓとそのときの給電電圧Ｖｓとの関連データである。

操作盤３１には、システムのＯＮ−ＯＦＦスイッチ３５や、立ち上げ運転モードか定常運転モードかを示すティスプレー３６や、定常運転開始時での線ヒータ出力Ｗｓあるいはそれ以降の出力Ｗｘを選択するための押しボタンスイッチ３７などが備えられる。

駆動回路５０は電源線１３からヒータ１１へ給電するための回路であり、ヒータ１１への給電電圧を設定する電圧設定手段５１を備える。図示しないが、ヒータ１１に付設したサーモスタットからの信号も駆動回路５０にフィードバックされ、従来知られたコントローラと同様に、定常運転時の給電ＯＮ−ＯＦＦ制御も行われる。

制御部３０はさらにディップスイッチ３８を備え、ディップスイッチ３８は定常運転での異なった供給電圧Ｖｓを選択するためのスイッチであり、ディップスイッチ３８からの信号により、制御部３０は記憶部４０の関連データ４１から定常運転での設定された供給電圧Ｖｓに関する情報を入手し、それを駆動回路５０に出力する。

上記システムの運転操作を、図３を参照して説明する。使用者は、操作盤３１のＯＮ−ＯＦＦスイッチ３５をＯＮにする（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ィッチ３８を読み込む（ステップ３０２）。立ち上げ運転が開始し（ステップ３０３）、タイマー３２が作動する（ステップ３０４）。制御部３０は記憶部４０の出力電圧関連データ４１から立ち上げ運転時の電圧Ｖｔ、すなわち、線ヒータ１１の定格出力Ｗｔ時での定格最大電圧Ｖｔのデータを入手し、その電圧での運転開始を駆動回路５０に指示する（ステップ３０５）。駆動回路５０内の電圧設定手段５１は、制御部３０からの指令を受けて運転電圧Ｖｔを設定し、その電圧でヒータ１１に給電する。

タイマー３２に設定した立ち上げ運転時間Ｚの経過を待つ（ステップ３０６）。時間Ｚの経過後、制御部３０は定常運転指示（ステップ３０７）を出す。電圧設定手段５１には、あらかじめ読み込んであるディップスィッチ３８に基づく定常運転時の電圧Ｖｓに相当する信号、すなわち、線ヒータ１１の定常運転時の出力Ｗｓ（＜Ｗｔ）に対応する電圧Ｖｓ（＜Ｗｔ）の信号が送られる。それにより、駆動回路５０はその定常運転電圧Ｖｓでの運転を開始する（ステップ３０８）。定常運転電圧Ｖｓは線ヒータ１１の定格最大電圧Ｖｔよりも低い電圧であり、線ヒータ１１の定常運転時の出力Ｗｓは線ヒータ１１の定格出力Ｗｔ以下となる。

定常運転に入った旨の表示が操作盤３１のディスプレー３６に表示される。使用者は、希望する場合には、操作盤３１の押しボタン３７を選択して、安全使用範囲内での異なったヒータ出力Ｗｓ１（＜Ｗｓ）を選択することもできる（ステップ３０９）。選択された情報は制御部３０に送られ、制御部３０はその出力Ｗｓ１に対応する電圧Ｖｓ１のデータを記憶部から取り込み、それを駆動回路５０の電圧設定手段５１に伝達する。その給電電圧Ｖｓ１での定常運転が開始する（ステップ３１０）。

上記のとおりであり、本発明による電気式床暖房システムでは、線ヒータ１１として、当該電気式床暖房システムの定常運転時における設定出力Ｗｓより大きい定格出力Ｗｔを備えた線ヒータを用い、立ち上げ運転時には、線ヒータ１１に定格最大電圧Ｖｔで給電して定格出力Ｗｔでの運転を行い、所定時間Ｚの立ち上げ運転終了後は、線ヒータ１１の出力が定常運転時におけるあらかじめ設定した設定出力Ｗｓ（＜Ｗｔ）あるいはそれ以下の出力となるように、定格最大電圧Ｖｔよりも低い電圧Ｖｓで給電して運転を行うようにしたので、立ち上がりの迅速性と定常運転時での安全性の双方を同時に満足することができる。

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。 制御のフロー図。

符号の説明

１０…床下地、１１…線ヒータ、１２…木質系床材、１３…配線、２０…コントローラ、３０…制御部、３１…操作盤、３２…タイマー回路、４０…記憶部、４１…線ヒータの出力と電圧との関連データ、５０…駆動回路、５１…電圧設定手段

Claims (2)

1. 発熱源である線ヒータと、線ヒータへの給電電圧を制御できる電圧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、
   前記線ヒータは定常運転時の設定出力より大きい定格出力を備えた線ヒータであり、
   前記コントローラは、線ヒータの定格最大電圧で行う立ち上げ運転モードと、あらかじめ設定した前記ヒータの定常運転時の設定出力に対応する前記定格最大電圧以下である定常運転電圧で運転を行う定常運転モードとの切り替え手段と、施工時に定常運転モード開始後の定常運転電圧を選択できる第１の選択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. 前記コントローラは、システムの使用者が前記第１の選択手段で選択した電圧の範囲内で定常運転モード開始後の定常運転電圧を選択できる第２の選択手段をさらに備え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。

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