JPH0732060B2 - 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、床パネル１内のヒータ２に短絡故
障が発生したり、施工時の工事不良により床パネル接続
端子が短絡された場合において、短絡電流により半導体
スイッチ回路３のサイリスタが過負荷になって破壊され
るのを防止するために、短絡電流により溶断する管型の
過電流ヒューズのような短絡保護用ヒューズＦを設けて
いた。しかしながら、このような従来例にあっては、短
絡保護用ヒューズＦが別部品として必要であり、部品点
数が多くなる上、組み立てが面倒になり、コストが高く
なるという問題があった。また、短絡保護用ヒューズＦ
が溶断した場合には、ユーザー側（電気工事店を含む）
で同定格の過電流ヒューズと交換することになるが、同
定格のものと交換される保証がないので、信頼性が確保
できない場合があ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、部品点数が少なく構成が簡単で組
み立てを容易にでき、コストを安くすることができると
ともに、常に高い信頼性を確保することができる床暖房
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、半導体スイッチ回路にて
オン、オフされるヒータ回路へ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、該細幅部にて床パ
ネル接続端子の短絡による短絡電流にて溶断する短絡保
護用ヒューズを形成することにより、部品点数が少なく
構成が簡単で組み立てを容易にでき、コストを安くする
ことができるとともに、常に高い信頼性を確保すること
ができる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過熱防止用トラ
イアックQ₁a,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,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、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高くなったと
き、コンパレータ出力が“H"になってゼロクロスパルス
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、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のアース側端子とアルミ製の放熱板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。なお、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、本発明に係る短絡保護用ヒューズFsの動作につい
て詳細に説明する。いま、ヒータ2a,2bの短絡障あるい
は工事不良によって床パネル接続端子T₁,T₂が短絡され
た場合には、半導体スイッチ回路３にてオン、オフされ
るヒータ回路に短絡電流が流れ、プリント基板13の銅箔
パターンに設けられた細幅部にて形成される短絡保護用
ヒューズFsが直ちに溶断して、ヒータ2a,2bへの通電が
停止され、半導体スイッチ回路３のトライアックQ₂の過
負荷による破壊が防止される。一方、このようにプリン
ト基板13に一体形成されている短絡保護用ヒューズFsが
溶断した場合には、プリント基板13を取り外してメーカ
側で予め用意している保守用のプリント基板13と交換す
ることにより簡単に短絡故障の修理を行うことができ
る。この場合、短絡保護用ヒューズFsの定格は常に同一
であることが確実に保証される（プリント基板13の銅箔
パターンのエッチング精度によるバラツキの範囲内）こ
とになり、常に高い信頼性が確保できるようになってい
る。さらにまた、短絡保護用ヒューズFsをプリント基板
13に一体化して形成しているので、部品点数が少なくな
って構成が簡単になり、組み立てが容易になってコスト
を安くできることになる。

［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
床暖房パネルのコントロール装置において、半導体スイ
ッチ回路にてオン、オフされるヒータ回路へ電源を供給
するプリント基板の銅箔パターンに細幅部を設け、該細
幅部にて床パネル接続端子の短絡による短絡電流にて溶
断する短絡保護用ヒューズを形成したものであり、短絡
保護用ヒューズをプリント基板に一体化して形成してい
るので、部品点数が少なく構成が簡単で組み立てを容易
にでき、コストを安くすることができるという効果があ
り、また、メーカ側で予め用意している保守用のプリン
ト基板を用いて短絡故障の修理が行なわれるので、常に
高い信頼性を確保することが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、Fsは短絡保護用ヒューズで
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、半導体スイッチ回路
   にてオン、オフされるヒータ回路へ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
   床パネル接続端子の短絡による短絡電流にて溶断する短
   絡保護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。