JPH1064664A

JPH1064664A - Ｐｔｃコントローラ

Info

Publication number: JPH1064664A
Application number: JP22407196A
Authority: JP
Inventors: Minoru Oba; 稔大庭
Original assignee: KAROTSUTSUERIA JAPAN KK
Current assignee: KAROTSUTSUERIA JAPAN KK
Priority date: 1996-08-26
Filing date: 1996-08-26
Publication date: 1998-03-06

Abstract

(57)【要約】【課題】ＰＴＣ発熱体の自己温度制御機能のみに頼ら
ず最適制御するコントローラの提案があまりない。【解決手段】ＰＴＣコントローラ２はリレーＡ、Ｂを
制御してＰＴＣヒータ１０の２つの回路Ａ、Ｂに対する
通電を制御する。通電のオンオフは、室温、ヒータ面上
温度のほか、ヒータの上の床厚など不変的な環境要因も
参照可能とする。回路Ａ、Ｂに対する通電開始タイミン
グをずらすことで突入電流のピークを軽減する。制御関
連パラメータはテーブルに格納しておく。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明はＰＴＣコントロー
ラ、特に、ＰＴＣ特性をもつ発熱体の発熱を制御するコ
ントローラに関する。

【０００２】

【従来の技術】ここ数年、床暖房の快適性が認められる
ようになり、数多くの床暖房方式が提案されている。そ
うした方式のなかに、ＰＴＣ特性をもつ面状の発熱体
（以下単に「ＰＴＣ発熱体」という）を用いたシステム
がある。ＰＴＣ特性（Positive Thermal Co-efficient
：正温度係数）とは、温度が上がるとある程度急激に
抵抗値が大きくなる性質をいう。一例として、特開平７
−２６３１２７号公報に示されるように、ＰＴＣ発熱体
は結晶性ポリマおよび導電性粒子などで構成することが
でき、熱による膨張で導電性粒子の間隔が開いて電流が
流れにくくなる性質を利用している。

【０００３】ＰＴＣ発熱体が床暖房が導入される以前の
電気式床暖房には、例えばニクロム線を床下に這わせる
システムが知られていた。ニクロム線は温度による抵抗
変化がさして大きくない。したがって、ニクロム線の温
度が上昇してもほぼ一定の電流が流れ、さらに温度が上
昇していく性質をもつ。このため、所定の設定温度に達
すれば通電をカットし、冷えればまた通電を開始すると
いう通電制御が行われている。

【０００４】一方、ＰＴＣ発熱体の場合は温度が上がる
と抵抗値も上がる。したがって、発熱を決めるパラメー
タであるＷ＝Ｖ²／Ｒが小さくなり、やがてある温度で
平衡状態になる。ＰＴＣ発熱体は自己温度制御機能をも
つといわれるゆえんである。

【０００５】この機能により、ＰＴＣ発熱体は少ない電
力で同等の暖房効果が得られるという省エネルギー性に
優れるほか、過熱防止の面で安全性にも優れると考えら
れている。さらに、ＰＴＣ発熱体を面状に敷き詰める場
合、ニクロム線のように断線や短絡を起こす心配もな
い。このため、今後床下やホットカーペットにＰＴＣ発
熱体を入れる設計が増えていくと予想されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】最近では実際にＰＴＣ
発熱体を組み入れた床暖房システムが商品化され始めて
いる。そうしたシステムは、ＰＴＣ発熱体の自己温度制
御機能に着目し、通電制御を行わず、常時通電している
場合が多い。むしろ、通電制御が不要なことを商品の訴
求点として販売されるものもある。

【０００７】しかしながら、ＰＴＣ発熱体とはいえ、や
はりそれを使用する環境に応じて最適な通電制御をする
ことが望ましいことは明らかである。例えば、寒冷地で
も同様の暖房効果を実現するためには、ＰＴＣ発熱体が
到達しうる上限の温度がある程度高くなるような発熱体
素材を選定する必要があるし、その場合、温暖地で暖房
効果が大きくなりすぎないように通電をカットする制御
が必要なはずである。実開平４−１２９０２１号公報、
実開平５−７３４６２号公報などにはＰＴＣ発熱体を用
いた暖房システムが開示されているが、いずれも通電を
最適制御するという思想を開示していない。

【０００８】本発明はこうした点に鑑みてなされたもの
であり、その目的は、ＰＴＣ発熱体が目的に応じて最適
な発熱状態になるよう制御するコントローラを提供する
ことにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】以下、参考のために一部
の部材に図面中の対応部材の符号を与えるが、当然なが
らこれによって発明を限定的に解釈すべきではない。

【００１０】１．本発明はＰＴＣ発熱体を制御するコン
トローラ（以下「ＰＴＣコントローラ」という）であっ
て、ＰＴＣ発熱体（１０）が使用される環境に関する不
変的な情報を入力する入力手段（４０）と、入力された
環境情報を用いてＰＴＣ発熱体に対する通電を制御する
制御手段（５０）とを含む。ここで、「ＰＴＣ発熱体が
使用される環境に関する不変的な情報」とは、ＰＴＣ発
熱体が置かれる部屋の最低室温や、ＰＴＣ発熱体の上に
敷かれる床材の種類など、刻々変化しない情報をいう。
その時々の室温にしたがって制御する単純な方法と区別
する趣旨である。

【００１１】したがって、こうした情報が前記入力手段
によって入力されると、前記制御手段は、この環境情報
を用いてＰＴＣ発熱体に対する通電を制御する。一例と
して、ＰＴＣ発熱体が到達しうる上限の温度が高めのＰ
ＴＣ発熱体を採用し、最低室温が低ければ予め通電時間
を長くとり、逆の場合は短くするなどの制御である。

【００１２】この態様によれば、予め環境を考慮して通
電制御がなされるため、本発明を例えば床暖房システム
に利用する場合、ユーザが意識しないところで室温の最
適制御を行うことができる。またこの態様では、刻々変
化する情報を監視しなくてもよいため、制御機器の構成
も単純になる。

【００１３】２．本発明の別の態様のＰＴＣコントロー
ラは、ＰＴＣ発熱体（１０）が複数存在するとき、各Ｐ
ＴＣ発熱体（回路Ａ、Ｂ）に対する通電開始のタイミン
グをずらすための遅延手段（５２）をもつ。「ＰＴＣ発
熱体が複数存在する」とは、２つ以上のＰＴＣ発熱体が
ある場合のほか、ひとつのＰＴＣ発熱体が内部的に２つ
以上に分かれている場合も指すとする。例えば、外観は
１枚のカーペットであるが、なかは中央で分かれていて
片方づつ通電可能な場合、ＰＴＣ発熱体が複数存在する
と考える。

【００１４】前記遅延手段は、ＰＴＣ発熱体が複数存在
する場合、それらに対する通電開始時間をずらすことに
より、通電開始に伴って突入する電流を制限することが
できる。特にＰＴＣ発熱体の場合、低温時に流れる電流
が比較的大きいため、各家庭の契約電力などを守るため
に有用な配慮である。

【００１５】３．本発明のある態様では、２．のとき
に、前記遅延手段はＰＴＣ発熱体の温度に応じて通電開
始のタイミングを決定する。この決定にあたり、ＰＴＣ
発熱体の温度と通電開始タイミングの関係を予めテーブ
ル（５６）などの形で保持していてもよい。

【００１６】一例として遅延手段は、ＰＴＣ発熱体がす
でにある程度高温の場合、複数のＰＴＣ発熱体に対する
通電開始タイミングのずれを小さく、すなわち遅延時間
を小さくとる。ＰＴＣ発熱体が高温であれば、もともと
突入電流が小さいためである。

【００１７】この態様により、無用に長い遅延時間が設
定されることがなくなり、きめ細かな通電制御が可能と
なる。

【００１８】４．本発明の別の態様のＰＴＣコントロー
ラは、ＰＴＣ発熱体の抵抗値が非ＰＴＣ発熱体の抵抗値
よりも大きくなるような範囲でＰＴＣ発熱体の温度を収
めるべき範囲を設定するための設定手段（３０）と、Ｐ
ＴＣ発熱体の温度を設定された範囲に収めるためにＰＴ
Ｃ発熱体に対する通電を制御する制御手段（５０）とを
含む。ここで「非ＰＴＣ発熱体」とは、通常の半導体の
ようなＮＴＣ発熱体のほか、顕著なＰＴＣ特性を持たな
い発熱体、例えば通常のニクロム線なども含む。

【００１９】この態様では、まず前記設定手段により、
ＰＴＣ発熱体の抵抗値が非ＰＴＣ発熱体の抵抗値よりも
大きくなるような範囲（以下「有利温度範囲」という）
でＰＴＣ発熱体の温度を収めるべき範囲（以下「目標範
囲」という）が設定される。

【００２０】例えば、ＰＴＣ発熱体の抵抗値が４０°Ｃ
以上でニクロム線の抵抗値を上回るとき、有利温度範囲
は４０°Ｃ以上となり、この範囲で５０〜５５°Ｃのよ
うな目標範囲が設定される。つづいて制御手段により、
ＰＴＣ発熱体の温度がこの目標範囲に収まるよう通電の
制御がなされる。

【００２１】この態様によれば、まずＰＴＣ発熱体の温
度が目標範囲に収められるため、ＰＴＣ発熱体を利用す
る場所の温度を細かく制御することができる。また、目
標範囲は有利温度範囲にあるため、ＰＴＣ発熱体の抵抗
値が非ＰＴＣ発熱体の抵抗値より大きく、少ない電力で
暖房効果が得られる。

【００２２】５．本発明の別の態様のＰＴＣコントロー
ラは、ＰＴＣ発熱体に対する通電を制御する制御手段
（５０）と、ＰＴＣ発熱体が使用されている環境の温度
とＰＴＣ発熱体に対する通電時間との関係を保持するテ
ーブル（５４）とを含む。

【００２３】この態様で、前記テーブルは、例えばＰＴ
Ｃ発熱体が使われる部屋の室温と通電時間との関係を保
持している。例えば、室温が高い程、通電時間が短くな
るようなデータの組合せが記録されていると考えればよ
い。そのため、前記制御手段は、前記環境の温度をもと
にこのテーブルの内容を読み取って通電を制御する。こ
のため、本態様によれば制御誤差要因が少なく、最適制
御が可能となる。

【００２４】

【発明の実施の形態】本発明の好適な実施形態を適宜図
面を参照しながら説明する。

【００２５】実施形態１．図１は、実施形態に係るＰＴ
Ｃコントローラと、それによって通電制御がなされるＰ
ＴＣ発熱体であるＰＴＣヒータを含む床暖房システムの
模式図である。

【００２６】同図のごとくこのシステムは、ＰＴＣコン
トローラ２と、電源コンセント６からの電力をＰＴＣヒ
ータ１０に供給またはカットするリレーユニット４を含
む。

【００２７】本実施形態では、ＰＴＣヒータ１０は半面
ずつ独立して通電が可能なものとし、これらの通電単位
をそれぞれ回路Ａ、回路Ｂとする。

【００２８】リレーユニット４は２個のリレーＡ、Ｂを
内蔵している。これらはＰＴＣコントローラ２から個別
に制御される。リレーＡ、Ｂの入力側は１００Ｖや２０
０Ｖの商用電源に接続され、出力側はＰＴＣヒータ１０
の回路Ａ、Ｂにそれぞれ接続される。回路Ａ、Ｂの面上
にはそれぞれ温度センサーＡ、Ｂが取り付けられ、各回
路の面上温度がＰＴＣコントローラ２に伝えられる。こ
の他に、室温をＰＴＣコントローラ２に伝える室温セン
サー８が設けられている。なお、図示しないが、ＰＴＣ
コントローラ２の動作電力はリレーユニット４から与え
る。

【００２９】図２はＰＴＣコントローラ２の内部構成図
である。同図のごとくこのコントローラは、通電のオン
オフを制御するマイクロコンピュータを含むオンオフ制
御部５０、回路Ｂに対する通電開始を遅らせる遅延部５
２を含む。オンオフ制御部５０は、室温と通電時間の関
係を保持する通電時間テーブル５４を参照する。

【００３０】図３は通電時間テーブル５４に記述されて
いる室温と通電時間の関係を模式的に示している。同図
では、室温がＴｒに達すると通電時間を０にしている。
室温がＴｒより低くなるに従って通電時間は長くなり、
最長でｔ_ONとなる。このｔ_ONという数値は、例えば一時
間あたりのｔ_ON分通電するというように解釈すればよ
い。このように本実施形態では、環境温度である室温と
通電時間が予め関連づけられているため、制御の精度が
高まる。従来は、ある設定温度になったら通電を遮断
し、その温度から少し下がれば再度通電を開始するとい
うヒステレシスを持たせた制御が多かったが、そうした
制御はある程度の誤差を覚悟しなければならない。本実
施形態ならそうした誤差は生じない。

【００３１】一方、図４は遅延テーブル５６に記述され
ているＰＴＣヒータ１０の面上温度と遅延時間の関係を
模式的に示す図である。面上温度としては、回路Ａの温
度、回路Ｂの温度のいずれを採用してもよい。前者の場
合、回路Ａに対する電流が落ち着いた頃合を見計らって
回路Ｂの通電を開始することになる。後者の場合、回路
Ｂの温度が高ければこの回路に対する突入電流が少ない
ため、回路Ａに流れている電流と関係なく、回路Ｂに通
電を開始する。ここでは仮に、前者の場合とする。

【００３２】図４では、回路Ａの面上温度がＴｓに達す
ると遅延時間を０にしている。ただし、遅延時間には下
限値を設けておいてもよい。面上温度がＴｓより低くな
るに従って遅延時間は長くなり、最長でｔｄとなる。そ
の場合、回路Ａの通電を開始してからｔｄ経過後に回路
Ｂの通電を開始する。

【００３３】図５は通電の遅延による突入電流軽減の効
果を示している。まず時間０で回路Ａに通電が開始さ
れ、突入電流のピークＰ_Aが生じている。仮に回路Ｂも
同時に通電を開始すれば、このピークが２倍程度にな
る。つづいて、遅延テーブル５６で決まる所定の遅延時
間後に回路Ｂに対する通電が開始される。このとき、回
路Ｂに対する突入電流と回路Ａに対する電流ｉの合計で
ピークＰ_Bが生じる。しかし、回路Ａに対する電流ｉが
すでに落ち着いているため、ピークＰ_Bは２回路の同時
通電開始の場合に比べて大幅に低減される。

【００３４】以上、本実施形態によれば、ＰＴＣヒータ
１０の自己温度制御機能のみに頼らないため、従来のＰ
ＴＣヒータに比べてきめの細かい制御が可能となる。

【００３５】実施形態２．実施形態１では、室温および
面上温度に応じて通電時間テーブルおよび遅延テーブル
を用いて通電を制御した。本実施形態では、明示的に目
標温度を設定して制御する例を説明する。

【００３６】図６は、ＰＴＣコントローラ２の前面パネ
ルの外観例である。ＰＴＣコントローラ２はＰＴＣヒー
タ１０を利用する部屋の壁面などに埋め込まれている。
同図のごとく、ＰＴＣコントローラ２は表面にＬＣＤ２
０を持ち、ここには通常は室温が表示されている。表示
切替ボタン２２が押されれば表示の内容が切り替わり、
例えばＰＴＣヒータ１０の回路Ａ、Ｂの現在の面上温度
などが表示される。なお、ＰＴＣコントローラ２の前面
端部には爪２４が設けられており、前面パネルを開ける
ことができる。

【００３７】図７は本実施形態のＰＴＣコントローラ２
の前面パネルを開けて内部を見たところである。同図の
ごとく内部には、ＰＴＣヒータ１０の目標温度を設定す
るための目標スイッチ群３０（スイッチＡｕ、Ａｌ、Ｂ
ｕ、Ｂｌ）が設けられている。スイッチＡｕ、Ａｌ、Ｂ
ｕ、Ｂｌはそれぞれ回路Ａの面上最高温度、回路Ａの面
上最低温度、回路Ｂの面上最高温度、回路Ｂの面上最低
温度を設定する。同図ではスライドスイッチとして描い
ているが、これは当然ロータリースイッチなど他の形状
であってよい。

【００３８】この構成において、ＰＴＣコントローラ２
は、回路Ａの面上温度がスイッチＡｕの設定温度に到達
したら回路Ａへの通電を遮断し、スイッチＡｌの設定温
度まで下がったら通電を再開する。回路Ｂについても同
様である。

【００３９】以上、本実施形態によれば、実施形態１同
様ＰＴＣヒータの暖房効果をきめ細かく制御することが
できる。通電制御を行わないＰＴＣヒータの場合、ＰＴ
Ｃ発熱体が到達しうる上限の温度が目標温度に近い発熱
体素材を選定するほかなかったが、本実施形態ではこの
上限温度がさらに高い発熱体素材を選定することができ
る。その結果、寒冷値においても十分な暖房効果を実現
することが可能となる。さらに、目標範囲が有利温度範
囲内に設定されるため、本実施形態のＰＴＣコントロー
ラ２によれば、非ＰＴＣ発熱体をもちいるヒータよりも
電力を節約することが可能となる。

【００４０】実施形態３．実施形態１、２では室温や面
上温度など、刻々変化する情報を用いて通電を制御し
た。本実施形態では、不変的な情報をもとに通電を制御
する例を説明する。

【００４１】図８は本実施形態のＰＴＣコントローラ２
の前面パネルを開けて内部を見たところである。同図の
ごとく内部には、各種の不変的な環境情報を設定するた
めの環境スイッチ群４０（スイッチａ、ｂ、ｃ、ｄ）が
設けられている。環境スイッチ群４０には、例えばその
部屋の一年を通しての最低室温や、ＰＴＣヒータ１０の
上に敷かれる床材またはカーペットのタイプ、厚さ、部
屋の気密性（例えば扉の平均開閉頻度）など、部屋の温
度を最適に保つ際に考慮すべき情報が設定される。例え
ば、前記最低室温が低いほどスイッチａを右に設定し、
床材が厚いほどスイッチｂを右に設定するなどである。
これらの環境情報には、ＰＴＣヒータ１０の通電時間を
延ばす方向に作用するものと、縮める方向に作用するも
のがあるため、各情報に一定の重み付けがなされ、最適
と考えられる通電時間が設定される。

【００４２】このように、不変的な環境要因を予め設定
しておくことにより、ＰＴＣコントローラ２は刻々変化
するような情報を参照することなく通電制御が可能であ
る。したがって、本実施形態の場合、温度センサーＡ、
Ｂをなくすことも可能である。環境スイッチ群４０の設
定は、このＰＴＣコントローラ２を設置する際に作業員
が行えば以降ユーザは設定しなくてよい。このため、基
本的にユーザは前面パネルを開けることも不要であり、
ユーザの意識しないところで制御がなされるという意味
で従来の暖房機器と異なる使用環境を提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態に係るＰＴＣコントローラと、それ
によって通電制御がなされるＰＴＣ発熱体であるＰＴＣ
ヒータを含む床暖房システムの模式図である。

【図２】実施形態に係るＰＴＣコントローラの内部構
成図である。

【図３】実施形態１の通電時間テーブルに記述されて
いる室温と通電時間の関係を模式的に示す図である。

【図４】実施形態１の遅延テーブルに記述されている
ＰＴＣヒータの面上温度と遅延時間の関係を模式的に示
す図である。

【図５】実施形態１の通電の遅延による突入電流軽減
の効果を示す図である。

【図６】実施形態に係るＰＴＣコントローラの前面パ
ネルの外観例を示す図である。

【図７】実施形態２に係るＰＴＣコントローラの前面
パネルを開けたときに現れる構成を示す図である。

【図８】実施形態３に係るＰＴＣコントローラの前面
パネルを開けたときに現れる構成を示す図である。

【符号の説明】

２ＰＴＣコントローラ、４リレーユニット、６電
源コンセント、８室温センサー、１０ＰＴＣヒー
タ、２０ＬＣＤ、２２表示切替ボタン、３０目標ス
イッチ群、４０環境スイッチ群、５０オンオフ制御
部、５２遅延部、５４通電時間テーブル、５６遅
延テーブル。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＰＴＣ発熱体を制御するコントローラで
あって、ＰＴＣ発熱体が使用される環境に関する不変的な情報を
入力する入力手段と、入力された環境情報を用いてＰＴＣ発熱体に対する通電
を制御する制御手段と、を含むことを特徴とするＰＴＣコントローラ。
【請求項２】ＰＴＣ発熱体を制御するコントローラで
あって、ＰＴＣ発熱体が複数存在するとき、各ＰＴＣ発熱体に対
する通電開始のタイミングをずらすための遅延手段をも
つことを特徴とするＰＴＣコントローラ。
【請求項３】請求項２に記載のコントローラにおい
て、前記遅延手段は、ＰＴＣ発熱体の温度に応じて通電開始
のタイミングを決定することを特徴とするＰＴＣコント
ローラ。
【請求項４】ＰＴＣ発熱体を制御するコントローラで
あって、ＰＴＣ発熱体の抵抗値が非ＰＴＣ発熱体の抵抗値よりも
大きくなるような範囲でＰＴＣ発熱体の温度を収めるべ
き範囲を設定するための設定手段と、ＰＴＣ発熱体の温度を設定された範囲に収めるためにＰ
ＴＣ発熱体に対する通電を制御する制御手段と、を含むことを特徴とするＰＴＣコントローラ。
【請求項５】ＰＴＣ発熱体を制御するコントローラで
あって、ＰＴＣ発熱体に対する通電を制御する制御手段と、ＰＴＣ発熱体が使用されている環境の温度とＰＴＣ発熱
体に対する通電時間との関係を保持するテーブルと、を含み、前記制御手段は、前記環境の温度をもとにこの
テーブルの内容を読み取って通電を制御することを特徴
とするＰＴＣコントローラ。