JPH0732057B2 - 床暖房パネルの温度コントロ−ル装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［技術分野］ 本発明は、電気式の床暖房パネルの温度コントロール装
置に関するものである。

［背景技術］ 従来、床パネル内にヒータを組み込んで床から室内を暖
房するようにした床暖房パネルの温度コントロール装置
は、第16図に示すように、床パネル１内に配設された暖
房用のヒータ２と、サイリスタを用いた半導体スイッチ
回路３との直列回路を交流電源４に接続し、床パネル１
の温度を検出する温度検出素子５出力に基いて上記半導
体スイッチ回路３をオン、オフ制御して床パネル１が所
定温度になるようにヒータ２への通電を制御するスイッ
チ制御回路６を設けたのがあった。ところで、このよう
な従来例において、床パネル１内に複数個の過熱検出用
の感熱スイッチを設け、この感熱スイッチが動作しとき
に半導体スイッチ回路３の温度制御用のサイリスタを強
制的にオフさせることにより床パネル１の過熱を防止す
るようにしたものがあった。しかしながら、このような
従来例においては、過負荷によってサイリスタが破壊さ
れて短絡状態になった場合には、温度コントロール機能
が失われるとともに、過熱防止機能も同時に失われてし
まうことになって床パネル１の温度が異常に上昇して危
険な状態になるという問題があった。

［発明の目的］ 本発明は、上記の点に鑑みて為されたものであり、その
目的とするところは、温度コントロール機能および過熱
防止機能がともに失われることがなく、床パネルの温度
が異常に上昇して危険な状態になることがない床暖房パ
ネルの温度コントロール装置を提供することにある。

［発明の開示］ （構成） 本発明は、床パネル内に配設された暖房用のヒータと、
サイリスタを用いた半導体スイッチ回路との直列回路を
交流電源に接続し、床パネルの温度を検出する温度検出
素子出力に基いて上記半導体スイッチ回路をオン、オフ
制御して床パネルが所定温度になるようにヒータへの通
電を制御するスイッチ制御回路を具備した床暖房パネル
のコントロール装置において、温度検出素子出力に基い
て制御され床パネルの温度を所定温度にコントロールす
る温度制御用サイリスタと、床パネル内の要所に複数個
配設された過熱検出用の感熱スイッチが動作したときに
オフされる過熱防止用サイリスタとの直列回路にて半導
体スイッチ回路を形成することにより、温度コントロー
ル機能および過熱防止機能がともに失われることがな
く、床パネルの温度が異常に上昇して危険な状態になる
ことがないようにしたものである。

（実施例） 第１図乃至第15図は本発明一実施例を示すもので、床パ
ネル１は第１図乃至第３図に示すように、木質表面材20
の背面に均熱板21を配置し、均熱板21の下方に一対の暖
房用のヒータ2a,2bを配設するとともに、ヒータ2a,2bの
下方に断熱材22を配設して形成されている。この床パネ
ル１内には、ヒータ2a,2bの下面に配設された過熱検出
用の感熱スイッチSta,Stbと、ゲート抵抗Ｒ_0a,R_0bと、
温度ヒューズFta,Ftbと、双方向性３端子サイリスタ
（以下、トライアックと略称する）Ｑ_1a,Q_1bとよりなる
過熱防止回路が組み込まれており、床パネル１内の温度
が部分的に予め設定された危険温度以上になったときに
感熱スイッチSta,StbがオフしてトライアックＱ_1a,Q_1b
のトリガを停止して、トライアックＱ_1a,Q_1bをオフする
ことによりヒータ2a,2bへの通電を停止して過熱による
危険を防止するようになっている。

上記ヒータ2a,2bに直列接続される半導体スイッチ回路
３は、床パネル１内に組み込まれた上記過熱防止用トラ
イアックＱ_1a,Q_1bと、温度制御用トライアックQ₂とをそ
れぞれ直列的に接続して形成されており、トライアック
Q₂はスイッチ制御回路６出力にてトライアックQ₃を介し
てトリガされるようになっている。ここに、ヒータ2a,2
bはこの半導体スイッチ回路３および両切りスイッチよ
りなる電源スイッチSW₁を介して交流電源４に接続され
ており、電源スイッチSW₁および半導体スイッチ回路３
にて両ヒータ2a,2bへの通電が制御されるようになって
いる。また、コンデンサC₂と、抵抗R₁と、トライアック
Q₃とよりなる温度制御用トライアックQ₂のゲート制御回
路には、トライアックQ₂のリード端子の温度を検出して
トライアックQ₂の温度が破壊温度よりも低く設定されて
いる所定温度（95〜105℃）よりも高くなったときにオ
フする感温スイッチTsが挿入されて過負荷保護回路が形
成されており、例えば、ヒータ2a,2bが短絡したり、パ
ネル接続端子T₁,T₂が誤って短絡されてトライアックQ₂
に定格以上の電流が流れて過負荷状態になったときに、
トライアックQ₂の発熱を検知して感温スイッチｓがオフ
することにより、トライアックQ₃がオフしてトライアッ
クQ₂のトリガを停止させ、トライアックQ₂が過負荷状態
で継続して動作することによる破壊を防止するようにな
っている。

温度制御用トライアックQ₂を制御するスイッチ制御回路
６は、トランジスタQ₄と、ゼロボルトスイッチ回路ZS
と、ダイオードD₁,D₂と、コンデンサC₃〜C₅と、ボリュ
ームVR₁〜VR₃と、抵抗R₃〜R₁₀とで形成されており、床
パネル１の表面温度を検出するサーミスタTHよりなる温
度検出素子５の出力に基いて上記半導体スイッチ回路３
をオン、オフ制御して床パネル１が所定温度になるよう
にヒータ2a,2bへの通電を制御するようになっている。
ここに、整流用ダイオードD₁および抵抗R₁₀よりなる整
流降圧回路にて交流電源４を整流降圧した電圧は、電流
検出用抵抗R₉と、この抵抗R₉の両端電圧にて点灯される
発光ダイオードLEDとの並列回路よりなる動作表示回路
８を介して回路電源ラインに印加されるようになってお
り、平滑用コンデンサC₄にて平滑して回路電源（DC8V）
が得られるようになっている。この回路電源が端子
に印加されるゼロボルトスイッチ回路ZSは、内蔵されて
いるオペアンプおよび外付けの帰還用抵抗R₄にて形成さ
れるコンポレータと、コンパレータ出力が“H"になった
ときに交流電源入力端子から入力される交流電源電圧
のゼロクロス点に同期したトリガパルスを発生したトリ
ガパルス出力端子から出力するパルス発生回路とで構
成されており、オペアンプの反転入力端子に基準電圧
（実施例では4V）が入力されるとともに、非反転入力端
子に温度検出信号が入力されている。したがって、床
パネル１の温度が予め設定された所定温度よりも低くな
っており、温度検出信号が基準電圧よりも低くなったと
き、コンパレータ出力が“H"になってパルス発生回路か
ら半導体スイッチ回路３を交流電源のゼロクロス点近傍
でトリガするトリガパルスが出力されるようになってい
る。基準電圧発生回路は、トランジスタQ₄,分圧用抵抗R
₅,R₆にて構成され、回路電源をトランジスタQ₄を介して
通電した後、抵抗R₅,R₆にて分圧することにより基準電
圧（4V）が発生されるようになっている。一方、温度検
出信号は、回路電源を抵抗R₈と、トランジスタQ₄と、断
線補償用の抵抗R₇が並列接続されたサーミスタTHと、ダ
イオードD₂と、温度設定回路９を構成するボリュームVR
₁〜VR₃とで分圧して得られるようになっている。ここ
に、床パネル１を一定温度にコントロールする場合にお
ける温度設定はボリュームVR₃の回転軸に取着された温
調つまみを回することによって行なわれ、その調整可能
範囲の最高温度、最低温度（50℃、25℃）の設定は半固
定のボリュームVR₁,VR₂を用いて行なわれるようになっ
ている。

また、一方の回路電源ラインは、回路部品が実装された
プリント基板13の銅箔パターンにより形成される放電ギ
ャップＧと、非線形抵抗素子Z₂とよりなる雷サージ吸収
回路７を介して埋め込みボックスへの取付板を兼ねる放
熱板11に接続されており、このアルミ製の放熱板11およ
び埋め込みボックスを介して大地アースされているの
で、雷サージによる高電圧を放電ギャップＧを介して非
線形抵抗素子Z₂にて吸収することにより回路部品の保護
が図られている。この場合、放電ギャップＧのギャップ
幅を適当に設定（例えば0.4±0.1mm）しておくことによ
り、雷サージ吸収回路７を雷サージに対して動作させ、
且つ絶縁試験時に印加される測定用高電圧に対して動作
させないようにすることができ、絶縁試験時に非線形抵
抗素子Z₂を取り外す必要がなくなるので、絶縁試験をや
り易くできることになる。また、銅箔パターンにて形成
される放電ギャップＧの両電極Ga,Gbのうちの一方の電
極Gaには複数の山型突起Ga₁,Ga₂,Ga₃が形成されてお
り、放電によって対抗電極との距離が最も短い１つの山
型突起Ga₁,Ga₂,Ga₃から放電が発生し、この放電によっ
て１つの山型突起Ga₁,Ga₂,Ga₃が破壊されても、順次残
りの山型突起Ga₁,Ga₂,Ga₃を介して放電が可能になって
いるので、雷サージに対する信頼性が向上するととも
に、長寿命化が図れることになる。さらにまた、非線形
抵抗素子Z₂のアース側端子と放熱板12との接続は、一端
がプリント基板13に半田付け接続された黄銅製の接続ピ
ンＰを放熱板12にかしめ接続することにより行なわれて
いるので、電気的接続とプリント基板13の固定とが同時
に行なわれ、組み立てが簡単に行えるようになってい
る。

また、通常、AC100Vの商用電源が印加される電源接続端
子T₅,T₆にAC200Vが誤って印加された場合における床パ
ネル１の異常昇温を防止する異常昇温防止用ヒューズFc
は、プリント基板13の回路電源を供給する部分の銅箔パ
ターンに設けられた細幅部にて形成されており、AC200V
が電源接続端子T₅,T₆に印加されて、コンデンサC₁が並
列接続されたサージ雑音除去用の非線形抵抗素子Z₁（バ
リスタ電圧が198V〜242V）が大電流により破壊されると
ともに、トライアックＱ_1a,Q_1bが過負荷によって短絡故
障した場合（オン状態のままになった場合）において、
異常昇温防止用のヒューズFcが溶断してスイッチ制御回
路６への給電が停止されトリガパルスが出力されなくな
り、トライアックQ₂がオフになってヒータ2a,2bへの給
電が停止されて床パネル１の異常昇温が防止されるよう
になっている。

また、ヒータ2a,2bが短絡されたり、床パネル接続子T₁,
T₂が短絡された場合の短絡電流を遮断する短絡保護回路
は、前記感温度スイッチTsを用いた過負荷保護回路と、
短絡保護用ヒューズFsにて形成されており、短絡保護用
ヒューズFsはプリント基板13の負荷給電ライン部分の銅
箔パターンに細幅部（４〜5mm）を設けることにより形
成され、大きな短絡電流がこの細幅部を流れることによ
り、この短絡保護用ヒューズFsが溶断して電源供給を停
止して異常動作をさせないようにしている。

また、床パネル１が接続される床パネル接続端子T₁,
T₂、温度検出素子５が接続されるセンサ接続端子T₃,T₄
および電源接続端子T₅,T₆はプリント基板13の端部に設
けられた速結端子にて形成されており、電源接続端子
T₅,T₆がセンサ接続端子T₃,T₄から離れた位置であって床
パネル接続端子T₁,T₂に隣接して設けられるとともに、
電源接続端子T₅,T₆が縦方向に配置され、両接続端子T₁,
T₂,T₃,T₄が横方向に配置されている。したがって、セン
サ接続端子T₃,T₄に電源線が接続されるような結線間違
いが起き難いようになっており、誤った配線による故障
の発生を防止できることになる。なお、各接続端子T₁〜
T₆に接続される電線（単線）はケース10の背面に穿設さ
れた電線挿入孔15を介して各接続端子T₁〜T₆に鎖錠接続
されるようになっており、はずし孔16内に露出している
解除ボタン17をドライバーで操作することにより鎖錠が
解除されて電線が取り外されることになる。なお、第８
図乃至第11図では床パネル接続端子T₁,T₂、センサ接続
端子T₃,T₄の鎖錠ばねおよび鎖錠解除ボタンは図示して
おらず、接続端子T₅,T₆は一体化された端子ブロックと
なっている。また、放熱板12のケース10から突出した部
分にはプレート14が覆着されている。

以下、本発明の動作について説明する。まず、最初に温
度コントロールの基本動作について説明すると、いま、
電源スイッチSW₁をオンにすることにより、ヒータ2a,2b
と半導体スイッチ回路３との直列回路の両端に交流電源
４が印加されるとともに、スイッチ制御回路６にも交流
電源４が給電され、スイッチ制御回路６により温度検出
素子５出力に基いてトライアックQ₂がオン、オフ制御さ
れる。実施例では、床パネル１の温度はサーミスタより
なる温度検出素子５の抵抗変化として検出されており、
床パネル１の温度が高くなるにしたがって温度検出素子
５の抵抗が低くなる。したがって、床パネル１の温度が
ボリュームVR₃にて設定されている所定温度以上になっ
たとき、温度検出素子５の抵抗変化に応じて変化する温
度検出信号が基準電圧よりも高くなってスイッチ制御回
路６のゼロボルトスイッチ回路ZSからトリガパルスが出
力されなくなり、半導体スイッチ回路３の温度制御用の
トライアックQ₂がオフされてヒータ2a,2bへの通電が停
止される。一方、床パネル１の温度が所定温度よりも低
くなった場合には、温度検出信号が基準電圧よりも低く
なってスイッチ制御回路６のゼロボルトスイッチZSから
トリガパルスが交流電源電圧のゼロクロス点に同期して
出力され、トライアックQ₂がオンされてヒータ2a,2bに
通電されるようになっており、床パネル１の温度は常に
ボリュームVR₃にて設定された所定温度となるように自
動制御されている。

次に、本発明に係る半導体スイッチ回路３の動作につい
て説明する。いま、半導体スイッチ回路３は直列接続さ
れた温度制御用トライアックQ₂と、過熱防止用トライア
ックＱ_1a,Q_1bとの直列回路にて形成されており、両トラ
イアックQ₂、Ｑ_1a,Q_1bのうちの温度制御用トライアック
Q₂は、温度検出素子５出力に基いてゼロボルトスイッチ
回路ZSを介してトリガされるようになっており、床パネ
ル１の温度を予め設定された温度になるようにコントロ
ールする温度コントロール機能を有している。一方、過
熱防止用のトライアックＱ_1a,Q_1bは、床パネル１内の要
所に複数個配設された過熱検出用感熱スイッチＳ_0a,S_0b
のいずれかが動作したときにトリガが停止されてオフさ
れ、床パネル１の過熱を防止する過熱防止機能を有して
いる。ここに、両トライアックQ₂、トライアックＱ_1a,Q
_1bは直列接続されているので、いずれかのトライアック
Q₂あるいはＱ_1a,Q_1bがオフされれば、ヒータ2a,2bへの
通電が停止されることになり、両トライアックQ₂、
Ｑ_1a,Q_1bが同時に短絡故障する確率は極めて少ないの
で、温度コントロール機能および過熱防止機能が同時に
失われることがなく、床パネル１の温度が異常に上昇し
て危険な状態になることがないようになっている。ま
た、実施例では過熱防止用トライアックＱ_1a,Q₁を床パ
ネル１内に配設しているので、トライアックＱ_1a,Q_1bを
ケース10内に設ける場合に比べて配線を簡略化できる
（２線配線が可能）ことになる。

［発明の効果］ 本発明は上述のように、床パネル内に配設された暖房用
のヒータと、サイリスタを用いた半導体スイッチ回路と
の直列回路を交流電源に接続し、床パネルの温度を検出
する温度検出素子出力に基いて上記半導体スイッチ回路
をオン、オフ制御して床パネルが所定温度になるように
ヒータへの通電を制御するスイッチ制御回路を具備した
床暖房パネルのコントロール装置において、温度検出素
子出力に基いて制御され床パネルの温度を所定温度にコ
ントロールする温度制御用サイリスタと、床パネル内の
要所に複数個配設された過熱検出用感熱スイッチが動作
したときにオフされる過熱防止用サイリスタとの直列回
路にて半導体スイッチ回路を形成したものであり、半導
体スイッチ回路を構成する両サイリスタが同時に短絡故
障する確率は極めて少ないので、温度コントロール機能
および過熱防止機能がともに失われることがなく、床パ
ネルの温度が異常に上昇して危険な状態になることがな
いという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明一実施例の回路図、第２図は同上の一部
切欠した要部斜視図、第３図は同上の要部断面図、第４
図は同上の要部正面図、第５図は同上の要部下面図、第
６図は同上の要部側面図、第７図は同上の要部正面図、
第８図は同上の要部上面図、第９図は同上の要部側面
図、第10図は同上の要部側面図、第11図は同上の要部下
面図、第12図および第13図は同上の断面図、第14図
（ａ）は同上の要部下面図、第14図（ｂ）は同上の要部
拡大下面図、第15図は同上の要部上面図、第16図は従来
例のブロック回路図である １は床パネル、2a,2bはヒータ、３は半導体スイッチ回
路、４は交流電源、５は温度検出素子、６はスイッチ制
御回路、Ｑ_1a,Q_1b,Q₂はトライアック、Ｓ_0a,S_0bは感熱
スイッチである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】床パネル内に配設された暖房用のヒータ
   と、サイリスタを用いた半導体スイッチ回路との直列回
   路を交流電源に接続し、床パネルの温度を検出する温度
   検出素子出力に基いて上記半導体スイッチ回路をオン、
   オフ制御して床パネルが所定温度になるようにヒータへ
   の通電を制御するスイッチ制御回路を具備した床暖房パ
   ネルのコントロール装置において、温度検出素子出力に
   基いて制御され床パネルの温度を所定温度にコントロー
   ルする温度制御用サイリスタと、床パネル内の要所に複
   数個配設された過熱検出用の感熱スイッチが動作したと
   きにオフされる過熱防止用サイリスタとの直列回路にて
   半導体スイッチ回路を形成したことを特徴とする床暖房
   パネルの温度コントロール装置。
2. 【請求項２】過熱防止用サイリスタを床パネル内に配設
   したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の床暖
   房パネルの温度コントロール装置。