JPH10141683A - 面状発熱体の温度制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 過渡状態とその後の定常状態を生じさせる自
己温度調節機能を有する面状発熱体について確実に複数
の発熱体を起動させ、かつ、起動運転させても過電流を
生じさせず、電力を効率よく用いて消費電力も低く維持
させる。 【構成】 通電後一定の温度まで上昇する過渡状態と、
所定の抵抗値に変化して所定の温度を維持する定常状態
を備えた面状発熱体について、１の発熱体を、同発熱体
が過渡状態にある時には他の発熱体を起動させることな
く、定常状態に移行させ、この１の発熱体を定常状態に
移行させた後に、順次他の発熱体について、いずれかの
他の発熱体が過渡状態のときには起動しないようにして
他の発熱体が定常状態のときにのみ、起動させ、それぞ
れの発熱体が定常状態のときには所定のオン時間とオフ
時間を交互に繰り返すように起動させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、床面や壁面に設置して
室内を暖房する面状発熱体の温度制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、室内暖房として床面や壁面等に帯
状に成型された面状発熱体をケース等に内装して埋設
し、この面状発熱体内の電極線に交流電源を接続して面
状に成型された発熱材を発熱させ、室内を加温する暖房
用パネルが利用されている。これらのシート状の面状発
熱体として例えば、自己温度調節機能を有する無機又は
有機の発熱体を帯状シートの内部に挟装させ、電極線を
接続させて電源から電力を供給するようなものがある。
近時、床暖房についても住宅の高級化や家族の構成人員
単位ごとに各部屋について床暖房を行う必要が生じてい
ることや、あるいは各種事業所でも複数の床面について
床暖房を行う需要があり、実際にも１個の家屋や事業所
内に複数の面状発熱体を設置する場合も多い。

【０００３】

【発明が解決しようとする問題点】上記のような場合、
面状発熱体について自己温度調整機能があるものの、こ
れらを一度に使用状態に置く場合には、即座に大きな電
力を必要とし、過負荷電流が流れてブレーカが開くこと
となる。このため、複数の発熱体を必要とするような家
庭、事業所あるいは特に東北、北海道その他の冷温、寒
冷地帯においてはその都度に大電流用の引き込み線へ変
更するための電力線工事を行わねばならず、工事時間中
には電気機器等が使用不能状態となることを余儀なくさ
れるとともに使用者の大きな経済的負担となるという問
題があった。また、そのように複数の面状発熱体を用い
るべき需要がある場合でも、わざわざ電力線取り替え工
事をせねばならないから、我慢して用いないとするよう
な消極的な不採用を強いる要素ともなっていた。

【０００４】本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなさ
れたものであり、その目的は、過渡状態とその後の定常
状態を生じさせる自己温度調節機能を有する面状発熱体
について確実に複数の発熱体を起動させることができ、
かつ、起動運転させても過電流を生じさせず、電力を効
率よく用いることにより消費電力も低く維持することの
できる面状発熱体の温度制御方法を提供することにあ
る。

【０００５】

【問題点を解決するための手段】上記目的を達成するた
めに、請求項１に係る発明は、通電後発熱して所定時間
内に一定の温度まで急上昇する過渡状態を含むととも
に、所定時間経過後は電圧を加えても抵抗値が所定の抵
抗値に変化して所定の温度を維持する定常状態を備えた
自己温度調節発熱体素子からなる面状発熱体の温度を制
御する温度制御方法において、１の発熱体を、同発熱体
が過渡状態にある時には他の発熱体を起動させることな
く、定常状態に移行させ、この１の発熱体を定常状態に
移行させた後に、順次他の発熱体について、いずれかの
他の発熱体が過渡状態のときには起動しないようにして
他の発熱体が定常状態のときにのみ、起動させ、それぞ
れの発熱体が定常状態のときには所定のオン時間とオフ
時間を交互に繰り返すように起動させてなる面状発熱体
の温度制御方法から構成される。

【０００６】また、請求項２に係る発明においては、前
記複数の発熱体が定常状態のときには、互いに重複しな
いように相補的にオン、オフ起動させることとしても良
い。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明に係る面状発熱体の温度制
御方法においては、通電後発熱して所定時間内に一定の
温度まで急上昇する過渡状態を含むとともに、所定時間
経過後は電圧を加えても抵抗値が所定の抵抗値に変化し
て所定の温度を維持する定常状態を備えた自己温度調節
発熱体素子からなる面状発熱体が用いられ、特にこの自
己温度調節発熱体素子を用いた面状発熱体を複数系統起
動させ、かつ複数系統を同時に運転させるについての面
状発熱体の温度制御方法について特徴的に構成される。
これらの面状発熱体のうちの１の発熱体を起動させ、同
発熱体が過渡状態にある時には他の発熱体を起動させる
ことなく、定常状態に移行させる。そして、この１の発
熱体を定常状態に移行させた後に、順次他の発熱体につ
いて、いずれかの他の発熱体が過渡状態のときには起動
しないようにして他の発熱体が定常状態のときにのみ、
起動させ、それぞれの発熱体が定常状態のときには所定
のオン時間とオフ時間を交互に繰り返すように起動させ
る。

【０００８】大電流通流用の電力線取り替え工事を必要
とすることなく、一般家庭用の３０アンペア程度の過電
流遮断機としても複数の面状発熱体を確実に起動させ、
かつ同時運転させることができる。

【０００９】前記複数の発熱体が定常状態のときには、
単にオン時間とオフ時間とを交互に繰り返すように起動
させるのみでなく、互いに重複しないように相補的にオ
ン、オフ起動させるようにしても良い。複数の面状発熱
体の定常状態運転時に確実に他の面状発熱体を追加して
起動させることができる。

【００１０】

【実施例】以下、添付図面に基づき、本発明の好適な実
施例を説明する。図１は、本発明の実施例に係る面状発
熱体の施工状態を示す概略平面図であり、例えば一般家
庭のレンジ、流し、排気口等を備えた８畳間程度の部屋
の床上に単位面状発熱体１０ａ、１０ｂ、１０ｃ．．．
を３個単位で並列接続させてＡ系統、Ｂ系統、Ｃ系統の
面状発熱体１２、１４、１６を接続配置させている。そ
して、これらの面状発熱体の上から、例えば、畳やカー
ペットが敷き込まれ、実生活あるいは事業所等で用いら
れる。

【００１１】この面状発熱体は、通電後発熱して所定時
間内に一定の温度まで急上昇する過渡状態を含むととも
に、所定時間経過後は電圧を加えても抵抗値が所定の抵
抗値に変化して所定の温度を維持する定常状態を備えた
自己温度調節発熱体素子からなる。この自己温度調節発
熱体素子は、予め設定された各々の素子固有の発熱温度
（４５度〜８０度Ｃ）を有しており、サーモスタット等
の温度制御装置等を介することなく温度調節が可能であ
る。

【００１２】この自己温度調節発熱体素子は、無機、あ
るいは有機の発熱体素子であり、例えば、チタン酸バリ
ウム系、有機高分子化合物−黒鉛混合系等の発熱体であ
り、これらをポリエステル、ポリ塩化ビニル、ナイロン
等の帯状シート中に電極と共に層状に埋設させてパネル
化したものが好適に実施される。ポリエチレングリコー
ル−黒鉛系混合物は正特性のピーク温度が鋭く、設定が
しやすい。

【００１３】実施例における自己温度調節発熱体素子と
しては、導電性チタン酸カリウムウイスカと高分子ポリ
マーから形成されている。すなわち、この自己温度調節
発熱体素子は撥水性ポリマーでバインドされており、大
面積の製作が容易にできるようになっている。そして、
使用場所や用途に対応して、例えば長さ１０ｍ、幅４０
０ｍｍ程大面積のシート状の面状発熱装置として構成で
きるようになっている。

【００１４】図２はこの自己温度調節発熱体素子の通電
時の温度−電気抵抗特性を示すグラフ図であり、この自
己温度調節発熱体素子に電圧を加えると、ジュール熱に
より発熱体の温度が上昇し、その結果、発熱体の抵抗値
が２次曲線状に急激に増加する結果電流値が減少するも
のである。したがって、通電開始後、発熱体の温度は時
間と共に上昇するが、短時間に一定の定常温度に達し、
その後は電流値も低い略一定の値で安定する。ここにお
いて、このような自己温度調節発熱体素子から構成され
る面状発熱体１２、１４、１６は、通電後発熱して所定
時間内に一定の温度まで急上昇する過渡状態を含むとと
もに、所定時間経過後は電圧を加えても抵抗値が所定の
抵抗値に変化して所定の温度を維持する定常状態を備え
るものである。

【００１５】この過渡状態及び定常状態の範囲は素子の
抵抗−温度特性に応じて適宜任意に設定される。実施例
において周囲温度から約３５度ないし８０度までに自己
温度が上昇するまでの状態を過渡状態として設定でき
る。この状態の時は図に見られるように急激に抵抗値が
上昇し、これに対応してしだいに電流値が抑制される。
図５にも見られるように８０度以上になると抵抗値が大
幅に上昇し、電流値が大幅に減少する結果自己温度を下
降させ、以降は４５度ないし８０度の範囲で自己温度は
維持され、これによって、自己温度調節機能行うことと
なる。本実施例においては、例えば自己温度が３５度ま
でが過渡状態として設定されている。

【００１６】図３は本発明に係る面状発熱体の温度制御
方法の実施例に係る概略ブロック構成図であり、ＣＰＵ
１８、記憶部２０、表示部２２、タイマ２３、系統連係
部２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、各Ａ、Ｂ、Ｃの面状発熱体
１２、１４、１６に対しスイッチング動作を行わせるス
イッチ部２６ａ、２６ｂ、２６ｃを備えたコントローラ
２８を備えて各面状発熱体を起動させる。

【００１７】記憶部２０には予め本実施例に係る温度制
御方法の制御手順をプログラム記憶させたＲＯＭ及びパ
ネル操作に対応する指示内容を記憶するＲＡＭが設けら
れている。ＣＰＵ１８は統括的に制御演算を行うもので
あり、記憶部のプログラムを必要に応じて呼び出し、所
定の演算制御を行う。また、タイマを内蔵させて、面状
発熱体について所定の遅延起動を行わせる。表示部２２
では接続させた面状発熱体１２、１４、１６のオン、オ
フ状態や、各種のモード状態その他の外部表示に必要な
情報がパネル状の表示装置に表示される。そして、ＣＰ
Ｕからの演算結果が系統連係部２４ａ、２４ｂ、２４ｃ
に出力され、さらにスイッチ部２６ａ、２６ｂ、２６ｃ
に指示されて所定のスイッチングを行う。このスイッチ
部２６ａ、２６ｂ、２６ｃには１００Ｖないし２００Ｖ
電源に接続されたＡ、Ｂ、Ｃの面状発熱体１２、１４、
１６が接続され、スイッチングに対応して電力供給がオ
ン、オフ供給される。

【００１８】図４及び図６ないし図８は本発明に係る面
状発熱体の温度制御方法の特徴部分を説明するタイミン
グチャート図及びフローチャート図であり、図６におい
て、コントローラ２８の電源をオンさせると、Ａ系統起
動用のＡＢＣ信号がＣＰＵ１８に出力され、同信号の立
ち下がりに対応してＡ系統タイマ２３ａが設定された６
分間についてセットされる。なお、電源投入時に、最初
に単一系統のみか、複数系統運転かを選択させるように
しても良い。

【００１９】ＡＢＣ信号の出力と同時にＡ系統の面状発
熱体１２を起動させ、電力が供給されて過渡状態に入
る。この過渡状態では、前記した面状発熱体の自己温度
調節発熱体素子の特性により３５度位までは温度と電気
抵抗の関係は略比例的に推移するが、３５度程度から急
激に抵抗値が増加する。

【００２０】図５において、過渡状態について消費電力
をみると最初の起動時には３５０Ｗ／ｈから６分後には
約２７０ないし１７５Ｗ／ｈの範囲に減少している。こ
の起動から６分経過後には面状発熱体の自己温度は約３
５度程度に達している。過渡状態としての６分間を経過
して、初めのＡＢＣ信号を着信すると、Ａ系統面状発熱
体１２は、過渡状態を終え、定常状態（温調モード）に
至る。この定常状態で、Ａ系統面状発熱体１２は例えば
３０秒オンと６０秒のオフ時間を交互に繰り返すように
オン、オフ起動し、継続していく。図５においてこの定
常状態では１００ないし２００Ｗ／ｈの消費電力に維持
される。

【００２１】一方、図７においてＡ系統面状発熱体１２
の６分間の過渡状態経過後最初のＡＢＣ信号の着信と同
期してＢＣＡ信号がＣＰＵ１８に出力される。このとき
Ｂ系統のタイマ２３ｂがセットされ、６分間の遅延時間
を計算する。ＢＣＡ信号の出力と同時にＢ系統の面状発
熱体１４を起動させ、電力が供給されてＢ系統面状発熱
体は過渡状態に入る。Ｂ系統面状発熱体の起動時にはＡ
系統の消費電力は最大でも２７０Ｗ／ｈであるから、起
動時の瞬間で見ても６２０Ｗ／ｈに維持され、約６．２
Ａの電流を通流させるに維持し得る。そして、起動から
６分後のタイマ設定時間終了後、最初のＢＣＡ信号を着
信すると、Ｂ系統面状発熱体１４は、過渡状態を終え、
定常状態モードに至る。そして、この定常状態モード
で、やはり、３０秒オンと６０秒のオフ時間を交互に繰
り返すようにオン、オフ起動し、継続していく。図５に
おいてこの定常状態でＡ、Ｂ両系統が同時運転中でも、
最大値で考えても４００Ｗ／ｈの電力消費となり、電力
消費量を非常に低く維持し得ることが理解される。

【００２２】更に、図８においてＢ系統面状発熱体１４
の６分間の過渡状態経過後最初のＢＣＡ信号の着信と同
期してＣＡＢ信号がＣＰＵ１８に出力される。このとき
Ｃ系統のタイマ２３ｃがセットされ、６分間の遅延時間
を計算する。ＣＡＢ信号の出力と同時にＣ系統の面状発
熱体１６を起動させ、電力が供給されてＣ系統面状発熱
体は過渡状態に入る。Ｃ系統面状発熱体の起動時にはＡ
及びＢ系統のトータル消費電力は最大でも約４００Ｗ／
ｈであるから、起動時の瞬間で見ても７５０Ｗ／ｈに維
持され、約７．５Ａの電流を通流させることとなる。し
たがって、他の電気器具を用いていても当該家屋あるい
は建築物内で電源用の過電流遮断器を３０アンペア定格
のものを用いていても安定して、かつ確実に起動でき
る。

【００２３】Ｃ系統面状発熱体１６が、起動から６分後
のタイマ設定時間終了後、このＣ系統面状発熱体１６
は、過渡状態を終え、定常状態モードに至る。そして、
この定常状態モードで、やはり、３０秒オンと６０秒の
オフ時間を交互に繰り返すようにオン、オフ起動し、継
続していく。ここにおいて、Ａ、Ｂ、Ｃの面状発熱体が
ともに定常状態運転するときには３０秒オンと６０秒オ
フの起動通電及び休止をそれぞれが交互に繰り返しなが
ら運転する。

【００２４】これらＡ、Ｂ、Ｃ系統の３台が同時運転す
るとしても最大値で６００Ｗ／ｈの電力消費となり、通
常の電力を熱源として用いるいわゆる電熱機器の場合に
比較して電力消費量を大幅に軽減し得るものである。実
施例において、定常状態におけるオン起動、運転（通
電）時間を３０秒、オフ非運転（非通電）時間を６０秒
としているが、この所定の時間は、例えば、３秒：８７
秒、６秒：８４秒．．．、４５秒：４５秒、６０秒：３
０秒、．．．等、任意に設定しても良い。

【００２５】また、タイマ設定時間すなわち、過渡状態
は各自己温度調節発熱体素子の固有の特性に対応して設
定される。また、組み合わせ方により、一律の過渡状態
時間とせずに、ある程度、弾力的に例えば、本実施例に
おいて１０分とする等のように、過渡状態としての時間
を設定しても良い。

【００２６】また、過渡状態としてのタイマ遅延時間が
終了した後の最初のそれぞれのＡＢＣ、ＢＣＡ、ＣＡＢ
信号の着信時間は任意に設定して良い。また、実施装置
も実施例に限定されることなく、例えば、タイマ計算機
能をＣＰＵ内蔵タイマに実行させるようにしても良く、
その他任意の構成としても良い。また、必要に応じて表
示部２２に操作用パネルとして、電源、各種モード、数
値設定ボタン、現時刻、おはようモード、おやすみモー
ド等として外部から操作しやすいようにしても良い。

【００２７】このように、１の発熱体を、同発熱体が過
渡状態にある時には他の発熱体を起動させることなく、
定常状態に移行させ、この１の発熱体を定常状態に移行
させた後に、順次他の発熱体について、いずれかの他の
発熱体が過渡状態のときには起動しないようにして他の
発熱体が定常状態のときにのみ、起動させ、それぞれの
発熱体が定常状態のときには所定のオン時間とオフ時間
を交互に繰り返すように起動させることにより、大電力
用としての特別の電力線交換工事を施すことなく、通常
の過電流遮断器によっても複数の面状発熱体の同時運転
の際に過電流が通流して起動立ち上りができなくなるの
を防止し、複数の面状発熱体を確実に起動させることと
なる。しかも、定常状態においては、発熱体の自己温度
調節機能により消費電力が極めて低いので複数の面状発
熱体の同時運転を保障しつつ、電力消費を低く維持し
て、電力料を低廉に維持するものである。

【００２８】実施例においては、これらＡ、Ｂ、Ｃ系統
の面状発熱体１２、１４、１６は単に所定のオン時間と
オフ時間を交互に反復繰り返し起動するようにしている
が、これについては、例えば図９に示すように、起動通
電の時間が相互に重複しないように相補的にあるいはサ
イクリックにオン、オフ起動させるようにしても良く、
これによって、各系統の面状発熱体ごとの運転状態や消
費電力効率等の管理を行いやすくなるとともに、消費電
力を確実に低く維持できる。さらに、２個以上の面状発
熱体が定常状態運転中に更に他の面状発熱体を起動させ
る時に既に定常状態運転中の消費電力を可能な限りに低
く維持できるから、新たな面状発熱体を安定して確実に
起動させる。

【００２９】

【発明の効果】以上説明した様に、請求項１に係る面状
発熱体の温度制御方法によれば、通電後発熱して所定時
間内に一定の温度まで急上昇する過渡状態を含むととも
に、所定時間経過後は電圧を加えても抵抗値が所定の抵
抗値に変化して所定の温度を維持する定常状態を備えた
自己温度調節発熱体素子からなる面状発熱体の温度を制
御する温度制御方法において、１の発熱体を、同発熱体
が過渡状態にある時には他の発熱体を起動させることな
く、定常状態に移行させ、この１の発熱体を定常状態に
移行させた後に、順次他の発熱体について、いずれかの
他の発熱体が過渡状態のときには起動しないようにして
他の発熱体が定常状態のときにのみ、起動させ、それぞ
れの発熱体が定常状態のときには所定のオン時間とオフ
時間を交互に繰り返すように起動させるようにしたの
で、大電力用としての特別の電力線交換工事を施すこと
なく、通常の過電流遮断器によっても複数の面状発熱体
の同時運転の際に過電流が通流して起動立ち上りができ
なくなるのを防止し、複数の面状発熱体を確実に起動さ
せることが可能である。しかも、このように複数の面状
発熱体の同時運転を可能にしつつ、複数の面状発熱体の
定常状態運転中は自己温度調節機能により消費電力を低
く維持し、電力量を低廉に保持し得るという効果を奏す
る。

【００３０】請求項２に係る面状発熱体の温度制御方法
によれば、前記複数の発熱体が定常状態のときには、互
いに重複しないように相補的にオン、オフ起動させるこ
ととしているので、各系統の面状発熱体ごとの運転状態
や消費電力効率等の管理を行いやすくなるとともに、消
費電力を確実に低く維持できる。また、２個以上の面状
発熱体が定常状態運転中に更に他の面状発熱体を起動さ
せる時に既に定常状態運転中の消費電力を可能な限りに
低く維持できるから、新たな面状発熱体を安定して確実
に起動させることができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る面状発熱体の温度制御方法を実施
する面状発熱体の室内配置状態を説明する概略平面図で
ある。

【図２】本発明に係る面状発熱体を構成する自己温度調
節発熱体素子の電気抵抗−温度特性グラフ図である。

【図３】本発明に係る面状発熱体の温度制御方法を実施
する装置のブロック構成図である。

【図４】本発明に係る面状発熱体の温度制御方法を説明
するタイミングチャート図である。

【図５】本発明に係る面状発熱体を構成する自己温度調
節発熱体素子の時間軸に対する発熱温度特性及び消費電
力特性グラフ図である。

【図６】本発明に係るＡ系統面状発熱体の起動、運転方
法を説明するフローチャート図である。

【図７】本発明に係るＢ系統面状発熱体の起動、運転方
法を説明するフローチャート図である。

【図８】本発明に係るＣ系統面状発熱体の起動、運転方
法を説明するフローチャート図である。

【図９】本発明に係る面状発熱体の温度制御方法の定常
状態におけるオン、オフ起動状態を説明するタイミング
チャート図である。

【符号の説明】

１０ 単位面状発熱体 １２ Ａ系統面状発熱体 １４ Ｂ系統面状発熱体 １６ Ｃ系統面状発熱体 １８ ＣＰＵ ２０ 記憶部 ２２ 表示部 ２３ａ Ａ系統用タイマ ２３ｂ Ｂ系統用タイマ ２３ｃ Ｃ系統用タイマ ２６ａ Ａ系統スイッチ部 ２６ｂ Ｂ系統スイッチ部 ２６ｃ Ｃ系統スイッチ部 ２８ コントローラ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 通電後発熱して所定時間内に一定の温度
   まで急上昇する過渡状態を含むとともに、所定時間経過
   後は電圧を加えても抵抗値が所定の抵抗値に変化して所
   定の温度を維持する定常状態を備えた自己温度調節発熱
   体素子からなる面状発熱体の温度を制御する温度制御方
   法において、 １の発熱体を、同発熱体が過渡状態にある時には他の発
   熱体を起動させることなく、定常状態に移行させ、 この１の発熱体を定常状態に移行させた後に、順次他の
   発熱体について、いずれかの他の発熱体が過渡状態のと
   きには起動しないようにして他の発熱体が定常状態のと
   きにのみ、起動させ、 それぞれの発熱体が定常状態のときには所定のオン時間
   とオフ時間を交互に繰り返すように起動させてなる面状
   発熱体の温度制御方法。
2. 【請求項２】前記複数の発熱体が定常状態のときには、
   互いに重複しないように相補的にオン、オフ起動させる
   ことを特徴とする請求項１記載の面状発熱体の温度制御
   方法。