JP2004152809A - Ｐｔｃヒーターの発熱量切替え方法及びｐｔｃヒーターを使用した暖房装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低温で通電を開始した際に大電流が流れるという不都合を回避すること。構造設計をシンプルとすること。低発熱から高発熱への切り替えで従来よりも発熱量をアップすると共に、必要に応じて発熱量を段階的に切り替えることができ、所望の発熱量を容易に得ること。同じ発熱面積のままで発熱量が切り替え可能となり、イニシャルコストの低減、設置スペースの縮小を容易にすること。システム構成や制御仕様を簡素化すること。
【解決手段】素体シート２の両端に電極３，４を配置すると共にこの両端の電極３，４間に少なくとも１個の電極５を追加してＰＴＣヒーター１を構成する。低発熱時には両端の電極３，４のみに通電して大電流が流れるのを抑制し、高発熱時には必要に応じた発熱量が選択的に得られるように通電する電極の切り替えを行なう。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＰＴＣヒーターの発熱量切替え方法及びＰＴＣヒーターを使用した暖房装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の暖房装置８として、例えば図１０に示すように、ＰＣＴ特性を有する素体シート２の両端に電極３，４を配置し、電極３，４間に電圧を印加することで面全体が発熱するＰＴＣヒーター１’が多く用いられる。
【０００３】
従来のＰＴＣヒーター１’は、温度の変化を素子の電気抵抗の変化に変換する正のサーミスタの一種であり、高発熱時において発熱量が低下する「発熱量自己制御」機能により、異常な温度上昇がないようにする特性や、面全体が発熱するので表面温度ムラがないようにするという特性を有している。このようなＰＴＣ特性には、低発熱時でヒータに通電を開始すると、図１０（ａ）の矢印方向に急激に大きな電流が流れるという特性も有している。このため、低発熱時の電流特性を考慮して、電気容量設計をしなければならなかった。例えば図１１に示すように、使いたい温度３０℃で発熱量が１０００Ｗ、０℃（低発熱時）で１５００ＷのＰＴＣ特性とすると、設計上は１５００Ｗの電気容量をもたせる必要があり、より低い温度が想定されれば、それに合わせて電気容量をより高く設定する必要がある。図１１中のＡは使いたい温度（発熱量）領域、Ｂはより大きな電流が流れる低い低温度領域、Ｃは発熱量が低下する高い高温度領域をそれぞれ示している。そのために従来では、使用開始時のみ、通常使用する電気容量と比較して、より大きな電気容量・設備等を必要とするという問題があった。
【０００４】
また、一定時間後にＰＴＣヒーター１’の発熱量を変化させる場合の手段として、従来では、ＰＴＣヒーター１’への通電時間・位相制御により、通電率を変化させて発熱量を可変とする方法、或いは、例えば図１２に示すように発熱量の違う２つ以上のＰＴＣヒーター１ａ’，１ｂ’を持ち、適宜切り替え・併用する方法などを行なっている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
ところが、前者の方法では、２路、３路スイッチ程度の切り替えでは不可であり、通電時間・位相制御するためのコントローラーが別途必要となる。そのうえ、ＰＴＣヒーター１’として、使用する最大発熱量のものが必要であり、通常使用時には発熱量が過剰になる可能性がある。一方、後者（特許文献１）の方法では、ＰＴＣヒーター１’を複数個使用するため、図１２に示すように２枚同じ大きさのＰＴＣヒーター１ａ’，１ｂ’を重ねないと同じ発熱面積での発熱量アップが図れなくなり、イニシャルコストのアップ、設置スペースの拡大などが生じ、またシステム構成や制御仕様が複雑になるという問題があった。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１０−２４１８４１号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の従来例の問題点に鑑みて発明したものであって、その目的とするところは、低温で通電を開始した際に大電流が流れるという不都合を回避でき、しかも構造設計がシンプルとなり、さらに低発熱から高発熱への切り替えで従来よりも発熱量をアップできると共に、必要に応じて発熱量を段階的に切り替えることができ、所望の発熱量を容易に得ることができ、そのうえ同じ発熱面積のままで発熱量が切り替え可能となり、イニシャルコストの低減、設置スペースの縮小が容易となり、システム構成や制御仕様を簡素化できるようにしたＰＴＣヒーターの発熱量切替え方法及びＰＴＣヒーターを使用した暖房装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明のうちの請求項１に係るＰＴＣヒーター１の発熱量切替え方法にあっては、素体シート２の両端に電極３，４を配置すると共に両端の電極３，４間に少なくとも１個の電極５を追加してＰＴＣヒーター１を構成し、低発熱時には両端の電極３，４のみに通電して大電流が流れるのを抑制し、高発熱時には必要に応じた発熱量が選択的に得られるように通電する電極の切り替えを行なうことを特徴としている。
【０００９】
また請求項２に係るＰＴＣヒーター１を使用した暖房装置８にあっては、素体シート２の両端に電極３，４を配置すると共に両端の電極３，４間に少なくとも１個の電極５を追加して構成されるＰＴＣヒーター１と、低発熱時には両端の電極３，４のみに通電して大電流が流れるのを抑制し、高発熱時には必要に応じた発熱量が選択的に得られるように通電する電極の切り替えを行なうための電極切り替え手段６とを具備することを特徴としている。
【００１０】
このように構成することで、ＰＴＣヒーター１に電極５を１個以上追加して、低発熱時には両端の電極３，４のみに通電して大電流が流れるのを抑制し、一定温度の到達時に通電する電極３〜５の切り替えを行なって発熱量を変化させることによって、従来のように使いたい温度より低い温度になった場合の電流特性を考慮して電気容量設計をする必要がなくなり、使用開始時のような低温時において大電流が流れるのを抑えることができる。また、配置した全電極３〜５のうち通電する電極を選択するだけで、必要に応じて発熱量を段階的に切り替えて発熱量を変化させることができると共に、追加する電極数に応じてＰＴＣヒーター１の単位面積当たりの発熱量アップを図ることができる上に、イニシャルコストの低減、設置スペースの縮小が容易となり、そのうえ簡単なスイッチ切替のみで通常使用時において発熱量が過剰になるのを防止できるだけでなく、通電率制御や位相制御は一切不要となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基づいて説明する。
【００１２】
本実施形態のＰＴＣヒーター１は、図１、図２に示すように、ＰＴＣ特性を有する素体シート２の両端に電極３，４を配置すると共に、両端の電極３，４間に電極３，４と平行に１個以上の電極５を追加し、低発熱時には両端の電極３，４のみに通電して大電流が流れるのを抑制し、高発熱時には必要に応じた発熱量が選択的に得られるように通電する電極の切り替えを行なう構造を有している。
【００１３】
上記素体シート２は、例えば熱可塑性樹脂などの発熱組成物から形成され、正温度係数特性を有する発熱体である。なお熱可塑性樹脂としては例えば結晶性熱可塑性樹脂などが挙げられる。また、ＰＴＣヒーター１が敷設される床構造は特に限定されるものではなく、コンクリート床、根太直付き床、荒床等の床構造が広く含まれる。また、ユニット化した暖房装置８を床バネルの上に施工するものでもよい。
【００１４】
上記両端の電極３，４及び追加電極５は、例えば可撓性を有する電極線で構成されている。この電極線を素体シート２に固定する方法として、素体上に電極線を圧接する方法、素体に電極線を縫い込む方法、素体内に電極線を埋め込む方法などが挙げられる。本例では、素体シート２に３個の電極線を配置し、必要発熱量に合わせて、通電する電極の切り替えを行なう。図１は、電極３本（単相１００Ｖ）の例であり、図１（ａ）の低温時（使用開始時など）においては、両端の電極３，４のみに通電して、矢印７ａの方向に電流を流す。このとき追加電極５は使用されない。図１（ｂ）の高温時においては全電極３〜５に通電して、電極３，５間及び電極４，５間に矢印７ｂ，７ｃの方向にそれぞれ電流を流す。これにより、従来の４倍の発熱量が得られる。発熱量が４倍になる理由として、発熱面積（幅）が１／２になると、電極間抵抗値は１／２となるので、発熱量は２倍となり、さらに追加電極５の両側の２枚の発熱体面積は両端の電極３，４間の１枚の広い発熱体面積に相当するので、トータルの発熱量は計４倍となる。
【００１５】
なお、両端の電極３，４間に１個の電極５を追加する場合を説明したが、２個以上追加してもよく、この場合、電極数が増えると発熱量が（電極数−１）の２乗倍に増加する。例えば、図７に示すように、電極５を２個追加した場合は発熱量は計９倍となる。
【００１６】
次に、低温時から高温時に推移する過程で電極３〜５を切り替える方法として、図４に示す電極切り替え手段６が使用される。この電極切り替え手段６は、商用電源１０が投入された後、低温時においては一定時間経過するまでの間はＰＴＣヒーター１の両端の電極３，４のみ通電を行ない、一定温度に到達した時点で通電する電極３〜５を切り替えるためのものであり、図４に示す例では、１つの片切スイッチ１２と１つの３路スイッチ１３を使用して通電切り替えを行なっている。なお電源線１１として図５に示すような１本の陽線１４と１本のアース線１５とを備えた２芯ＶＶＦケーブル１１Ａが使用される。先ず低温時においては、図４（ａ）に示すように、片切スイッチ１２を一端の電極４から離し、３路スイッチ１３を一端の電極４に接続することで、両端の電極３，４のみを使用し、追加電極５は使用しない状態となる。この状態では図１（ａ）のように両端の電極３，４に陽線１４とアース線１５がそれぞれ接続されて電圧（１００Ｖ）が印加される。その後、高発熱時には、図４（ｂ）に示すように、片切スイッチ１２を一端の電極４に接続し、３路スイッチ１３を追加電極５に接続することにより全電極３〜５を使用した発熱に切り替えられる。このとき図１（ｂ）のように両端の電極３，４にアース線１５、追加電極５に陽線１４が接続されて、それぞれの電極３，５間：４，５間にそれぞれ電圧（１００Ｖ）が印加されるようになる。なお、片切スイッチ１２と３路スイッチ１３の配置は図４の例には限らず、例えば図６に示すように、片切スイッチ１２と３路スイッチ１３の位置を互いに入れ替えても同様な発熱切り替えを行なうことができる。また本例では、電源線１１として２芯ＶＶＦケーブル１１Ａを用いた場合を説明したが、３芯ＶＶＦケーブル等を用いることも可能である。
【００１７】
次に、上記構成のＰＴＣヒーター１を実際の暖房装置８として使用する場合において、温度センサー付き多電極ヒーターを利用して以下のような電極切り替えを行なう。図８は、電極数が３個の場合のシステム構成図を示している。温度が低いときには、前述のように低発熱側の電極接続を行ない、電流値の上昇を抑える。温度が高いときには、前述のように高発熱側の電極接続を行ない、適切な発熱量を確保する。また、コントローラ１６で暖房装置８の温度を測定し、発熱量切り替え温度に達したら、切り替えを行なう。
【００１８】
ここで図９（ａ）（ｂ）は同上の発熱量切り替えにおいて、温度上昇と電流値の推移の一例を示している。図９（ａ）のように所定の電流値で電極切り替えを行なうことによって、低発熱時の電流値を抑えることができる。なお図９（ａ）中のＤは使いたい温度（発熱量）領域、Ｅは高発熱領域、Ｆは電流値の低い低発熱領域をそれぞれ示し、図９（ａ）中の実線ラインＬは本発明の電極切り替えを行なう場合の電流値であり、破線ラインＬ_１は電極切り替えをしない従来例の電流値である。これにより、低温時における電流値（突入電流値）を従来よりも低くすることができるようになっている。図９（ｂ）中のＭ_１は低発熱領域での温度推移を示し、Ｍ_２は高発熱領域での温度推移を示している。
【００１９】
しかして、ＰＴＣヒーター１の両端の電極３，４間に、電極３，４と平行に少なくとも１個の電極５を追加し、低発熱時には両端の電極３，４のみに通電して大電流が流れるのを抑制し、一定温度の到達時に必要に応じた発熱量が選択的に得られるように通電する電極３〜５の切り替えを行なうことで発熱量を変化させるので、従来のように使いたい温度より低い温度になった場合の電流特性を考慮して電気容量設計をする必要がなくなり、使用開始時のような低温時において大電流が流れるのを抑えることができ、従って、通常使用する電気容量よりも少ない電気容量・設備で済むようになる。しかも、配置した全電極３〜５のうち通電する電極を選択するだけで、必要に応じて発熱量を段階的に切り替えて発熱量を変化させることができるので、ヒーターの素体としては低発熱用のもの１種類でよくなり、暖房装置８の構造設計がシンプルなものとなる。また例えば１個の電極５を追加すれば、低発熱から高発熱への切り替えで、同じ発熱面積のままで従来の４倍の発熱量が得られるなど、追加する電極数に応じてＰＴＣヒーター１の単位面積当たりの発熱量アップを図ることができる上に、イニシャルコストの低減、設置スペースの縮小が容易となる。さらに、従来のように発熱量の違うＰＴＣヒーター１を２つ以上備え、適宜切り替え・併用する必要もないため、簡単なスイッチ切替のみで通常使用時において発熱量が過剰になるのを防止できるだけでなく、通電率制御や位相制御は一切不要となり、システム構成や制御仕様を簡素化できるものである。
【００２０】
このように床暖房に際して、高発熱時において全電極３〜５に通電することで広い発熱面積を確保できると同時に従来と同じ発熱面積で高い発熱量を確保できるものとなり、また使いたい発熱面積に応じて通電する電極３〜５を選択することで、床の局所的な暖房を実現できる。そのうえ、既存のＰＴＣヒーター１の両端の電極３，４と平行に、１個以上の電極５を追加するだけで、簡単な製造工程によって発熱量の高いＰＴＣヒーター１を製造できるものであり、大量生産に適合できるものである。
【００２１】
なお、本発明に係るＰＴＣヒーター１の発熱量切替え方法及びＰＴＣヒーター１を使用した暖房装置８は、床暖房に限らず、壁暖房、天井暖房などにも広く適用可能であることは勿論のことである。
【００２２】
【発明の効果】
上述のように請求項１に係るＰＴＣヒーターの発熱量切替え方法にあっては、素体シートの両端に電極を配置すると共にこの両端の電極間に少なくとも１個の電極を追加してＰＴＣヒーターを構成し、低発熱時には両端の電極のみに通電して大電流が流れるのを抑制し、高発熱時には必要に応じた発熱量が選択的に得られるように電極切り替えを行なうことを特徴とする。
【００２３】
また請求項２に係るＰＴＣヒーターを使用した暖房装置にあっては、素体シートの両端に電極を配置すると共にこの両端の電極間に少なくとも１個の電極を追加して構成されるＰＴＣヒーターと、低発熱時には両端の電極のみに通電して大電流が流れるのを抑制し、高発熱時には必要に応じた発熱量が選択的に得られるように電極切り替えを行なうための電極切り替え手段とを具備することを特徴とする。
【００２４】
このような請求項１の方法、請求項２の装置を採用することで、ＰＴＣヒーターに電極を１個以上追加して、低発熱時には両端の電極のみに通電して大電流が流れるのを抑制し、一定温度の到達時に通電する電極を切り替えて発熱量を変化させることによって、従来のように使いたい温度より低い温度になった場合の電流特性を考慮して電気容量設計をする必要がなくなり、使用開始時のような低温時において大電流が流れるのを抑えることができ、従って低温時においては、通常使用する電気容量よりも少ない電気容量・設備で済むようになる。
また高発熱時には電極の切り替えによって必要に応じた発熱量を変化させることができるので、ヒーターの素体としては低発熱用のもの１種類でよくなり、暖房装置の構造設計がシンプルなものとなる。また高発熱時において通電する電極を選択することにより、必要に応じて発熱量を段階的に切り替えることができ、例えば１個の電極を追加すれば、低発熱から高発熱への切り替えで、同じ発熱面積のままで従来の４倍の発熱量が得られることとなり、追加する電極数に応じてＰＴＣヒーターの単位面積当たりの発熱量アップを図ることができると共に、イニシャルコストの低減、設置スペースの縮小を容易に実現することができる。さらに、従来のように発熱量の違うＰＴＣヒーターを２つ以上備え、適宜切り替え・併用する必要もないため、簡単なスイッチ切替のみで通常使用時において発熱量が過剰になるのを防止できるだけでなく、通電率制御や位相制御は一切不要となり、システム構成や制御仕様を簡素化できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の一例を示し、（ａ）は低発熱時、（ｂ）は高発熱時の説明図である。
【図２】同上のＰＴＣヒーターの断面図である。
【図３】同上のＰＴＣヒーターの発熱量が従来の４倍になる理由の説明図である。
【図４】同上の配線切り替えにおいて片切スイッチと３路スイッチとを用いた場合の一例であり、（ａ）は低発熱時、（ｂ）は高発熱時を示す図である。
【図５】同上の電源線として使用されるＶＶＦケーブルの斜視図である。
【図６】同上の片切スイッチと３路スイッチを入れ替えた場合の説明図である。
【図７】同上の電極数が４個の場合において、（ａ）は低発熱時、（ｂ）は高発熱時の説明図である。
【図８】同上の電極数が３個の場合のシステム構成図である。
【図９】同上の発熱量切り替えにおいて、（ａ）（ｂ）は温度上昇と電流値の推移の例を示すグラフである。
【図１０】（ａ）は従来のＰＴＣヒーターの正面図、（ｂ）は断面図である。
【図１１】従来のＰＴＣ特性を説明するグラフである。
【図１２】従来の２枚のＰＴＣヒーターを重ねて発熱量アップを図る場合の説明図である。
【符号の説明】
１ ＰＴＣヒーター
２ 素体シート
３，４ 両端の電極
５ 追加電極
６ 電極切り替え手段
１６ 暖房装置

Claims (2)

1. 素体シートの両端に電極を配置すると共に両端の電極間に少なくとも１個の電極を追加してＰＴＣヒーターを構成し、低発熱時には両端の電極のみに通電して大電流が流れるのを抑制し、高発熱時には必要に応じた発熱量が選択的に得られるように通電する電極の切り替えを行なうことを特徴とするＰＴＣヒーターの発熱量切替え方法。
2. 素体シートの両端に電極を配置すると共に両端の電極間に少なくとも１個の電極を追加して構成されるＰＴＣヒーターと、低発熱時には両端の電極のみに通電して大電流が流れるのを抑制し、高発熱時には必要に応じた発熱量が選択的に得られるように通電する電極の切り替えを行なうための電極切り替え手段とを具備することを特徴とするＰＴＣヒーターを使用した暖房装置。

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