JP4943134B2

JP4943134B2 - 電気式床暖房パネルとそれを用いた電気式床暖房装置

Info

Publication number: JP4943134B2
Application number: JP2006345701A
Authority: JP
Inventors: 和弘三輪; 貴雄井上
Original assignee: Eidai Co Ltd
Current assignee: Eidai Co Ltd
Priority date: 2006-12-22
Filing date: 2006-12-22
Publication date: 2012-05-30
Anticipated expiration: 2026-12-22
Also published as: JP2008157523A

Description

本発明は電気式床暖房パネルとそれを用いた電気式床暖房装置に関し、特に発熱源であるコード状ヒータを組み込んだ電気式床暖房パネルと、その複数枚を電気的に接続して床下地面に敷き詰めた形態の電気式床暖房装置に関する。

木質基材の裏面に形成した配線溝内にコード状ヒータを組み込んだ電気式床暖房パネルの複数枚を電気的に接続しながら床下地面に敷き詰め、コントローラを介して電気式床暖房パネルに所要の電力を供給するようにした電気式床暖房装置は知られている（特許文献１等参照）。コントローラには、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、などの機能が備えられ、電気式床暖房装置の安全性を確保している。また、交流電源に一対のＰＴＣヒータを並列に接続するようにした電気式床暖房装置も知られている（特許文献２）。

特開２００５−１２０８１０号公報特開２００５−４７９７９号公報

電気式床暖房の場合、床面積に応じて異なる枚数の電気式床暖房パネルが接続される。通常の場合、コントローラは、床暖房される領域を複数個の加熱エリアに分け、それぞれのエリアについて温度レベルの設定等の制御を行うようになっているが、電気式床暖房パネルの１枚ごとに温度制御等をするようにはなっていない。異常昇温等による不都合が生じたときの対処を電気式床暖房パネル毎に行うことができれば、より安全側に電気式床暖房装置を運転することができる。

また、電気式床暖房パネルの場合、製品寿命を超える長期にわたって使用されると、歩行等による荷重が繰り返し加わることで、内部に組み込んだコード状ヒータにひずみによる応力が繰り返しかかり、その影響で疲労断線が起こる可能性がある。断線すると断線箇所でスパークが発生し、異常加熱により発火することも起こり得る。

本発明は、上記のような事情を考慮してなされたものであり、構成を複雑化することなく電気式床暖房パネル毎に異常昇温を防止することを可能にした電気式床暖房パネルを提供することを第１の課題とする。さらに、製品寿命を超えて使用しているときに起こる可能性のある、コード状ヒータの断線に起因する発火等の不都合に対して、安全設計を施した電気式床暖房パネルを提供することを第２の課題とする。さらに、そのような電気式床暖房パネルを備えた電気式床暖房装置を提供することを第３の課題とする。

上記の課題を解決する本発明による電気式床暖房パネルは、木質基材の裏面にコード状ヒータ回路を組み込んだ電気式床暖房パネルであって、前記コード状ヒータは、通電により発熱するヒータ線と、温度に応じて抵抗値が変化する特性を持つ検知線と、前記ヒータ線と検知線との間に充填された溶断層とを有するものであり、かつ電気式床暖房パネルは前記検知線の抵抗値の変化に応じてヒータ回路を流れる電流のＯＮ−ＯＦＦを行うコントロール基盤を備えることを特徴とする。好ましくは、前記コントロール基盤には、さらに、前記ヒータ線と前記検知線とが短絡したときに検知線を流れる電流に起因して溶断するヒューズが組み込まれる。前記ヒューズとしては、抵抗器付き温度ヒューズや過電流ヒューズ等が挙げられる。

上記の電気式床暖房パネルは、通電によりコード状ヒータのヒータ線が発熱して温度が上昇すると、その温度に応じて検知線の抵抗値が変化する。検知線の抵抗値の変化は例えば抵抗値計測用のテスター等により検出され、その検出信号により、電気式床暖房パネル内に備えたコントロール基盤に組み込まれた例えばリレースイッチの開閉等が行われる。それにより、ヒータ回路を流れる電流のＯＮ−ＯＦＦ制御が実行されるので、一枚の電気式床暖房パネル毎に、異常昇温が生じるのを確実に阻止することができる。

前記コントロール基盤に、さらに、前記ヒータ線と前記検知線とが短絡したときに検知線を流れる電流に起因して溶断するヒューズを組み込む場合には、さらに安全性が高くなる。この態様の電気式床暖房パネルにおいて、通常の使用状態では、コントロール基盤に組み込まれたヒューズには、ヒータ線の持つ抵抗値に応じた電流が流れており、ヒューズが溶断することなく、正常な運転が継続する。

製品寿命を超えた長期の使用等により、電気式床暖房パネルに組み込まれたコード状ヒータに疲労断線等による部分断線等が生じてスパーク等によりその近傍に設定値以上の発熱が生じると、前記ヒータ線と検知線との間に充填された溶断層が溶融する。絶縁層として機能していた溶断層が溶融することにより、ヒータ線と検知線が短絡状態となる。この短絡により検知線には高い値の短絡電流が流れ、ヒータ回路に組み込まれているヒューズがこの短絡電流により溶断する。それにより、コントローラからの電力の供給は完全に遮断されるので、それ以降は、スパーク等が発生することはない。そのために、燃焼にまで至るような事態となるのが確実に阻止される。すなわち、事故発生時には、さらに安全サイドに導かれる。

本発明は、また、床下地面に上記の電気式床暖房パネルの２枚以上が並列に接続した状態で敷き詰められており、コントローラを介して各電気式床暖房パネルに所要の電力が供給されるようになっていることを特徴とする電気式床暖房装置をも開示する。この電気式床暖房装置では、正常な状態ではコントローラに予め設定した条件に従った運転が継続する。何らかの事情で電気式床暖房パネルに異常昇温が起こったときには、それが生じた電気式床暖房パネルに対して、個々に昇温防止措置が取られる。それにより、コントローラ側の負担を低減することができる。さらに、異常時の回路遮断も各電気式床暖房パネル毎に行うことができるので、安全性の高い電気式床暖房装置の運転が可能となる。

本発明によれば、制御が簡素化でき、かつ高い安全性を備えた電気式床暖房装置が得られる。

以下、図面を参照しながら、本発明を実施の形態により説明する。図１は電気式床暖房装置の全体を示す概略図、図２は電気式床暖房パネルの一例を説明する図、図３は電気式床暖房パネルに組み込まれたコード状ヒータを説明する図、図４は電気回路図の一例である。図５〜図７は電気式床暖房パネルに備えられるコントロール基盤の異なった形態の回路図である。

電気式床暖房装置Ａは、床下地面１０の上に、図２に一例を示すような、発熱源としてのコード状ヒータ２０を組み込んだ電気式床暖房パネル３０の複数枚を、図４に示すように、電気的に並列接続して敷き詰めて構成され、各電気式床暖房パネル３０には、外部からの交流の商用電力がコントローラ４０を介して供給される。コントローラ４０は、前記特許文献１に記載のような従来知られた電気式床暖房装置で用いられているものであってよく、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、などの機能が備えられる。

図２に示すように、電気式床暖房パネル３０は木質基材３１を有し、その裏面には配線溝が形成され、該配線溝の中に図３に示すコード状ヒータ２０が埋め込まれている。電気式床暖房パネル３０には、さらに後記するコントロール基盤５０が組み込まれており、コード状ヒータ２０は、該コントロール基盤５０を介して、前記コントローラ４０および外部電源に接続している。図示しないが、木質基材３１の裏面には、遮音性能を向上させる目的で、緩衝材等が貼り付けられている。

図３に示すように、コード状ヒータ２０は、ポリエステル系合成繊維より糸のような耐熱芯材２１に、発熱体であるヒータ線２２が巻き込まれており、その全体がヒータ線２２の異常発熱等で溶融する非導電性材料からなる溶断層２３で被覆されている。溶断層２３の外周には、温度に応じて抵抗値が変化する金属線からなる検知線２４が配置されており、それ全体が耐熱ＰＶＣのような断熱性のある非導電性材料からなる被覆材２５により覆われている。検知線２４の例としては、温度の上昇とともに抵抗値が大きくなるニッケル材質の金属線等を挙げることができる。

溶断層２３は、熱可塑性樹脂、例えばナイロン系やポリアミド系樹脂製のもので作られており、通常の運転時ではそのままで存在し、ヒータ線２２に予定されている最高加熱温度を超える異常加熱状態となったとき溶融する。そのような異常加熱状態は、例えば、ヒータ線２２に部分断線等が生じてスパークが発生するような場合に起こる。

図４は、電気式床暖房装置Ａの電気回路図である。交流電源はコントローラ４０から並列接続した複数枚の電気式床暖房パネル３０に供給される。前記したように、各電気式床暖房パネル３０には、コントロール基盤５０が組み込まれている。図５は、コントロール基盤５０の一例を、それを備える電気式床暖房パネル３０のコード状ヒータ２０とともに示している。

このコントロール基盤５０は、コード状ヒータ２０に取り付けてある前記検知線２４側に電流が流れるのを遮断する電流遮断用ダイオード５１，５１を備え、さらに、前記検知線２４の温度による抵抗値の変化を検出するための、抵抗値計測用テスターのような検知手段５２を備える。また、検出手段５２からの電気信号によりＯＮ−ＯＦＦするリレー５３が交流電源に直列に配置されている。リレーとしては、電磁式のものや半導体式の無接点リレーなどが用いられる。

交流電源からコード状ヒータ２０に通電されて、ヒータ線２２が発熱し床暖房が開始する。正常な運転環境では、前記コントローラ４０で設定した条件下で床暖房の運転が継続する。ヒータ線２２の昇温とともに検知線２４も温度が上昇し抵抗値が増加する。その変化が検出手段５２により検出され、異常昇温状態（例えば５０±５℃）になったときに、リレー５３を開く電気信号が検出手段５２からリレー５３に送られる。それにより、ヒータ回路の通電はＯＦＦ状態となる。通電停止により、ヒータ線２２の温度は次第に低下する。それにより検知線２４の抵抗値が小さくなり、その変化が検出手段５２により検出される。所定の低温状態（例えば３０±５℃）になったときに、リレー５３を閉じる電気信号が検出手段５２からリレー５３に送られる。それにより、ヒータ回路の通電はＯＮ状態となり、ヒータ線２２の温度は、再び次第に上昇していき、定常運転状態に戻る。

すなわち、一枚の電気式床暖房パネル３０は、それ単独で、ＰＴＣヒータを備えた電気式床暖房パネル、あるいはサーモスタットを備えた電気式床暖房パネルと同等の挙動を取ることができ、異常昇温を阻止することができる。そして、この挙動は、並列接続しているすべての電気式床暖房パネル３０において、独立的に継続する。

図６にはコントロール基盤５０の他の例が示される。ここでは、抵抗器付き温度ヒューズ５５がリレー５３と直列に配置されている。抵抗器付き温度ヒューズ５５は、所定の温度（例えば９１℃）で溶融するヒューズ５６と、ヒータとして機能する例えば１５０Ω程度の抵抗器５７を備えている。抵抗器付き温度ヒューズ５５の一方端は前記リレー５３側に接続するが、前記抵抗器５７側は電流遮断用ダイオード５１を介して接続している。抵抗器付き温度ヒューズ５５の他端側は、そのヒューズ５６がコード状ヒータ２０のヒータ線２２に、抵抗器５７がコード状ヒータ２０の検知線２４にそれぞれ接続している。検知線２４の抵抗値の変化を検出する検出手段５２も、図５に示したコントロール基盤５０におけると同様に備えられる。

上記のコントロール基盤５０において、電気式床暖房が正常に運転している環境では、供給される電源によるヒータ線２２の発熱により床暖房が行われる。その間に、図５において説明したと同様に、検知線２４の抵抗値の変化が検出手段５２により検出され、異常昇温時でのリレー５３のＯＮ−ＯＦＦ制御が進行する。また、ヒューズ５６を流れる電流は、大きな抵抗値を持つヒータ線２２の抵抗値に依存する小さな値であり、ヒューズ５６が溶断することはない。

製品寿命を超えてもなお継続使用していると、使用者がまったく知らないうちにヒータ線２２に部分断線が生じ、接触抵抗が異常に増加してスパーク等による異常加熱が生じる場合がある。その場合に、その部分に存在する溶断層２３が溶融し、ヒータ線２２と検知線２４とが短絡状態となる。この短絡により検知線２４に短絡電流が流れ、抵抗器付き温度ヒューズ５５に設けた抵抗器５７が加熱されてヒータとして機能するようになり、その熱によりヒューズ５６が溶断する。

ヒューズ５６の溶断によりコントロール基盤５０からの電力供給回路は完全に遮断されるので、断線箇所でのそれ以上の発熱やスパークの発生は起こらない。それにより、電気式床暖房パネル３０の裏面に積層した緩衝材等が発火するという事態は確実に回避される。この現象は、並列接続している各電気式床暖房パネル３０毎に独立的に生じるので、電気式床暖房装置は全体として常に安全サイド側で運転されることとなる。

図７にはコントロール基盤５０のさらに他の例が示される。ここでは、コード状ヒータ２０の両電源接続端の近傍に、図６に示した抵抗器付き温度ヒューズ５５ａ，５５ｂがそれぞれ組み込まれており、それらと並列にダイオード５８がそれぞれ取り付けられている。一方の抵抗器付き温度ヒューズ５５ａ側には、リレー５３および検知線２４の抵抗値の変化を検出する検出手段５２が、図５に示したコントロール基盤５０におけると同様に備えられる。双方の抵抗器付き温度ヒューズ５５ａ，５５ｂの電源接続側と反対側の端部は、ヒューズ５６がコード状ヒータ２０のヒータ線２２に、抵抗器５７がコード状ヒータ２０の検知線２４にそれぞれ接続している。

上記のコントロール基盤５０においても、図６に示したコントロール基盤５０と同様、電気式床暖房が正常に運転している環境では、供給される電源によるヒータ線２２の発熱により床暖房が行われる。その間に、図５において説明したと同様に、検知線２４の抵抗値の変化が検出手段５２により検出され、異常昇温時でのリレー５３のＯＮ−ＯＦＦ制御が進行する。また、ヒューズ５６を流れる電流は、大きな抵抗値を持つヒータ線２２の抵抗値に依存する小さな値であり、ヒューズ５６が溶断することはない。

ヒータ線２２に部分断線等により異常加熱が生じ、その部分に存在する溶断層２３が溶融して、ヒータ線２２と検知線２４とが短絡状態となる。短絡が図７でコード状ヒータ２０の左端部Ａで生じたと仮定すると、抵抗器付き温度ヒューズ５５ａを通過した電流は、前記短絡部Ａから検知線２４に流れ込み、他方の抵抗器付き温度ヒューズ５５ｂの抵抗器５７を通過する。それにより抵抗器５７は加熱されヒータとして機能して、ヒューズ５６が溶断する。

逆に、短絡がコード状ヒータ２０の右端部Ｂで生じたと仮定すると、抵抗器付き温度ヒューズ５５ｂを通過した電流は、前記短絡部Ｂから検知線２４に流れ込み、他方の抵抗器付き温度ヒューズ５５ａの抵抗器５７を通過する。それにより抵抗器５７は加熱されヒータとして機能して、ヒューズ５６を溶断する。短絡がコード状ヒータ２０の中間位置で起こった場合でも、その短絡位置に応じた電流が検知線２４を流れることとなり、やはり、いずれかの抵抗器付き温度ヒューズ５５ａ，５５ｂのヒューズ５６は溶断する。

上記のように、図７に示す形態のコントロール基盤５０をそなえる電気式床暖房パネル３０では、そこに組み込んだコード状ヒータ２０のいずれの箇所で断線が生じた場合でも、確実にその断線を検知して、電力供給回路を完全に遮断することができ、さらに高い安全性が確保される。

本発明による電気式床暖房装置の全体を示す概略図。本発明による電気式床暖房パネルの一例を説明する図。電気式床暖房パネルに組み込まれたコード状ヒータを説明する図。本発明による電気式床暖房装置の電気回路図。本発明による電気式床暖房パネルに備えられるコントロール基盤の一形態の回路図。本発明による電気式床暖房パネルに備えられるコントロール基盤の他の形態の回路図。本発明による電気式床暖房パネルに備えられるコントロール基盤のさらに形態の回路図。

符号の説明

Ａ…電気式床暖房装置、１０…床下地面、２０…コード状ヒータ、２１…耐熱芯材、２２…ヒータ線、２３…溶断層、２４…検知線、２５…被覆材、３０…電気式床暖房パネル、３１…木質基材、４０…コントローラ、５０…コントロール基盤、５１…電流遮断用ダイオード、５２…検知線の抵抗変化を検出する手段、５３…リレー、５５…抵抗器付き温度ヒューズ、５６…ヒューズ、５７…ヒータとして機能する抵抗器、５８…ダイオード

Claims

木質基材の裏面にコード状ヒータ回路を組み込んだ電気式床暖房パネルであって、
前記コード状ヒータは、交流電源からの電流の通電により発熱するヒータ線と、温度に応じて抵抗値が変化する特性を持つ検知線と、前記ヒータ線と検知線との間に充填された溶断層とを有するものであり、かつ電気式床暖房パネルは前記検知線の抵抗値の変化に応じてヒータ回路を流れる電流のＯＮ−ＯＦＦを行うコントロール基盤を備え、
前記コントロール基盤は、前記ヒータ線と前記検知線とが短絡したときに検知線を流れる電流に起因して溶断するヒューズが、前記ヒータ線の電源接続端の両側のそれぞれに、組み込まれており、
前記各ヒューズが抵抗器付き温度ヒューズであり、前記検知線を流れる電流は前記抵抗器付き温度ヒューズの抵抗器を流れることを特徴とする電気式床暖房パネル。
床下地面に請求項１に記載の電気式床暖房パネルの２枚以上が並列に接続した状態で敷き詰められており、コントローラを介して各電気式床暖房パネルに所要の電力が供給されるようになっていることを特徴とする電気式床暖房装置。