JPH0732059B2 - 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、電源接続端子に定格電源電圧（AC
100V）の略２倍の電圧（AC200V）が印加された場合に
は、スイッチ制御回路６が誤動作して異常な温度コント
ロールが行なわれ、床パネル１の温度が異常に上昇して
火傷したり、火災が発生する危険があるという問題があ
った。なお、電源側に短絡保護用の過電流ヒューズＦが
設けられているが、定格電源の略２倍の電圧が印加され
た場合の負荷電流は短絡電流に比べてかなり小さいの
で、過電流ヒューズは溶断しない場合があり、異常昇温
を確実に防止することができない。

［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、電源接続端子に定格電源電圧の略
２倍の電圧が印加された場合における床パネルの異常昇
温を防止することができ、しかも、構成が簡単で安価な
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、スイッチ制御回路へ回路
電源を供給するプリント基板の銅箔パターンに細幅部を
設け、該細幅部にて定格電源電圧の略２倍の電圧が電源
接続端子に印加されたときに溶断する異常昇温防止用ヒ
ューズを形成することにより、電源接続端子に定格電源
電圧の略２倍の電圧が印加された場合における床パネル
の異常昇温を防止でき、しかも、構成が簡単で安価な床
暖房パネルの温度コントロール装置を提供するものであ
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
下方に断熱板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、温度制御用のトライアック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、トライアックQ₂に大きな過負荷電流が流
れた場合において、トライアックQ₂の発熱を検知して感
温スイッチTs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。

温度制御用のトライアック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
流用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（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R₅,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、サージ吸収回路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。また、第８
図乃至第11図では接続端子T₁,T₂、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出力に基いて半導体スイッチ回路３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、本発明に係る異常昇温防止ヒューズFcの動作につ
いて詳細に説明する。いま、電源接続端子T₅,T₆に定格
電源電圧（AC100V）の２倍の電圧（AC200V）が印加され
た場合において、バリスタ電圧の低い非線形抵抗素子Z₁
は瞬時に導通し、過大電流が流れるため破壊されてしま
う。このとき、スイッチ制御回路６へ回路電源を供給す
るプリント基板13の銅箔パターンに設けられている細幅
部よりなる異常昇温防止用ヒューズFcが溶断してスイッ
チ制御回路６への給電が停止される。したがって、ゼロ
ボルトスイッチ回路ZSが動作しないので、温度制御用の
トライアックQ₂のトリガが停止され、トライアックQ₂が
オフのままとなるため、AC200Vが電源接続端子T₅,T₆に
印加されたことによる床パネル１の異常昇温が発生する
ことがない。なお、AC200Vが印加された状態でスイッチ
制御回路６が動作した場合には、温度検出信号が低温検
出側にずれる上、ゼロボルトスイッチ回路ZSの正常動作
が保証されないことになって、トライアックQ₂のトリガ
パルスが出力され続けることがある。また、異常昇温防
止用ヒューズFcはプリント基板13の銅箔パターンにて形
成されているので、溶断電流を正確に設定できるととも
に、別個のヒューズを用いる場合に比較して構成を簡単
にすることができ、安価な床暖房パネルの温度コントロ
ール装置が得られれることになる。なお、実施例におい
ては、トライアックQ₁a,Q₁bが正常に動作している場合
には、異常昇温によって感熱スイッチSta,Stbがオフす
ることによりトライアックQ₁a,Q₁bのトリガが停止さ
れ、異常昇温が防止されることになるが、AC200V印加時
にはトライアックQ₁a,Q₁bが過負荷になって破壊され易
く、このような場合に本発明に係る異常昇温防止用ヒュ
ーズFcが有効になり、所謂２重安全機能を付加するもの
である。

［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、スイッチ制
御回路へ回路電源を供給するプリント基板の銅箔パター
ンに細幅部を設け、該細幅部にて定格電源電圧の略２倍
の電圧が電源接続端子に印加されたときに溶断する異常
昇温防止用ヒューズを形成したものであり、電源接続端
子に定格電源電圧の略２倍の電圧が印加された場合には
異常昇温防止用ヒューズが溶断してスイッチ制御回路へ
の給電が停止され、半導体スイッチ回路が強制的にオフ
してヒータに通電しないようにしているので、床パネル
の異常昇温を防止でき、しかも、異常昇温防止用ヒュー
ズをプリント基板の銅箔パターンにて形成しているの
で、構成が簡単で安価な床暖房パネルの温度コントロー
ル装置を提供でき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、13はプリント基板、Fcは異常昇温防止用ヒュー
ズである。

Claims (1)

【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、スイッチ制御回路へ
   回路電源を供給するプリント基板の銅箔パターンに細幅
   部を設け、該細幅部にて定格電源電圧の略２倍の電圧が
   電源接続端子に印加されたときに溶断する異常昇温防止
   用ヒューズ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。