JPH0732058B2 - 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を設けたものがあった。ところで、このよ
うな従来例において、雷サージによる回路障を防止する
ために電源ラインと大地アースとの間に非線形抵抗素子
を接続して雷サージ吸収回路を設けていたが、一般に、
非線形抵抗素子の耐圧（バリスタ電圧）は絶縁耐圧試験
電圧（〜1000V）よりもはるかに抵いので、定期点検な
どにおいて絶縁耐圧試験を行う場合、非線形抵抗素子を
取り外して絶縁耐圧試験を行わなければならず、絶縁耐
圧試験が面倒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、雷サージによる回路故障を有効に
防止でき、しかも絶縁耐圧試験時に非線形抵抗素子を取
り外す必要がなく、絶縁耐圧試験が容易に行える床暖房
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、電源ラインと大地アース
との間に、絶縁耐圧試験電圧よりも若干高い放電開始電
圧を有する放電ギャップと、非線形抵抗素子との直列回
路よりなる雷サージ吸収回路を設けることにより、雷サ
ージによる回路障を有効に防止でき、しかも絶縁耐圧試
験時に非線形抵抗素子を取り外す必要がなく、絶縁耐圧
試験を容易に行える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を配設し、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の下方に配設された感熱スイ
ッチSta,Stbと、ゲート抵抗R₀a,R₀bと、温度ヒューズFt
a,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）Q₁a,Q₁b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Q₁a,Q₁bのトリガを停止し
て、トライアックQ₁a,Q₁bをオフすることによりヒータ2
a,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トライアックQ₁
a,Q₁bと、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、温度制御用トライアック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,2b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、温度制御用トライアックQ₂のゲート制御回路は、コ
ンデンサC₂と、抵抗R₁と、トライアックQ₂のリード端子
の温度が所定温度（95〜105℃）よりも高くなったとき
にオフする感温スイッチTsと、トライアックQ₃とで形成
されており、過負荷または高温場所での使用時にトライ
アックQ₂が過負荷状態で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
検出用の抵抗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（DC8
V）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
成されるコンパレータと、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て
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
らトライアックQ₂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および分圧用の抵抗
R₅,R₆にて構成され、回路電源をトランジスタQ₄を用い
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
VR₁〜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9aを回動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の先端から放電が発生し、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。なお、電極Gbに
も山型突起を設けても良い。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異常
昇温防止用のヒューズ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Q₁a,Q₁b
が過負荷によって短絡故障した場合（オン状態のままに
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、床パネル接続端子T
₁,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、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のヒータ回路の銅箔
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。また、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、また電源接続端子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にも回路
電源が給電され、スイッチ制御回路６により温度検出素
子５出力に基いて半導体スイッチ回路３のトライアック
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TH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、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回路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、本発明に係る雷サージ吸収回路７の動作は以下の
ようになっている。いま、電源ラインと大地アースとの
間には、放電ギャップＧを介して非線形抵抗素子Z₂が接
続されており、電源ラインに放電ギャップＧの放電開始
電圧よりも高い雷サージが印加された場合には、直ちに
放電ギャップＧに放電が発生して放電ギャップＧが導通
状態になって非線形抵抗素子Z₂が電源ラインに接続さ
れ、従来例と同様に非線形抵抗素子Z₂の非線形抵抗効果
によって雷サージが吸収される。

また、放電ギャップＧの放電開始電圧を絶縁耐圧試験電
圧よりも若干高い電圧にしており、試験電圧印加時に放
電ギャップＧに放電が発生せず、非線形抵抗素子Z₂が電
源ラインに接続されることがないので、絶縁耐圧試験時
に非線形抵抗素子Z₂を取り外す必要がなく、絶縁耐圧試
験作業が容易に行える。さらにまた、実施例では、放電
ギャップＧの放電電極Ga,Gbをプリント基板13の銅箔パ
ターンにて形成しているので、精度の良い放電ギャップ
Ｇを容易に設定でき、所望の放電開始電圧が正確に設定
できるようになっている。

ところで、放電ギャップＧをプリント基板13の銅箔パタ
ーンで形成した場合には、雷サージの吸収動作によって
放電ギャップＧの一方の電極Gaに形成された複数の山型
突起Ga₁,Ga₂,Ga₃のうちの放電が行なわれた山型突起G
a₁,Ga₂,Ga₃が破壊されることがあるが、次の雷サージに
対しては残りの山型突起Ga₁,Ga₂,Ga₃のうちのいずれか
から放電が開始されることになって雷サージの吸収が正
常に行なわれることになり、実施例では少なくとも３回
の大きな雷サージに対する吸収効果が期待でき、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。

［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
床暖房パネルの温度コントロール装置において、電源ラ
インと大地アースとの間に、絶縁耐圧試験電圧よりも若
干高い放電開始電圧を有する放電ギャップと、非線形抵
抗素子との直列回路よりなる雷サージ吸収回路を設けた
ものであり、電源ラインと大地アースとの間に放電ギャ
ップを介して接続されている非線形抵抗素子により雷サ
ージを吸収することができ、雷サージによる回路故障を
有効に防止できるという効果があり、また、放電ギャッ
プの放電ギャップの放電開始電圧を絶縁耐圧試験電圧よ
りも若干高い電圧にしているので、絶縁耐圧試験時に非
線形抵抗素子を取り外す必要がなく、絶縁耐圧試験が容
易に行えるという効果がある。

【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、７は雷サージ吸収回路、13はプリント基板、Ｇ
は放電ギャップ、Ga,Gbは放電電極、Ga₁,Ga₂,Ga₃は山型
突起、Z₂は非線形抵抗素子である。

Claims (3)

【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、電源ラインと大地ア
   ースとの間に、絶縁耐圧試験電圧よりも若干高い放電開
   始電圧を有する放電ギャップと、非線形抵抗素子との直
   列回路よりなる雷サージ吸収回路を設けたことを特徴と
   する床暖房パネルの温度コントロール装置。
2. 【請求項２】上記放電ギャップをプリント基板の銅箔パ
   ターンにて形成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。
3. 【請求項３】上記放電ギャップを形成する少なくとも一
   方の電極に複数の山型突起を形成したことを特徴とする
   特許請求の範囲第２項記載の床暖房パネルの温度コント
   ロール装置。