JPH1038294A - 遠赤外線複層蓄熱反射型床暖房装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 遠赤外線複層蓄熱反射型床暖房パネルを用い
て、その総容量が定格容量を超えている場合でも、連続
的に定格容量を超えないように電流を制御し、かつ、暖
房効率を低下させることなく床暖房を行なう。 【構成】 電源投入時点から所定時間作動するタイマー
回路がオンの期間に予熱モードとなり、所定時間経過後
は弱モード、中モード、強モードの内の任意に選択した
モードに移行する。これら、いずれのモードも複数の床
暖房パネルを用いた床暖房装置の個々の床暖房パネルを
時分割制御し、電源側から見たときに常に定格電流以下
の電流になるように構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は遠赤外線複層蓄熱反射型
床暖房パネルを用いた床暖房装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、電気的に行う床暖房においては、
発熱体としてフイルムヒーターを使用し、これと温度セ
ンサーを併用することにより、オン．オフ制御して所定
の温度を得る方法がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
電気床暖房装置にあっては、次のような問題があった。 （１）比較的広い室内において、上記のような電気床暖
房装置を使用して床暖房を行う場合、ヒーターの容量は
かなり大きくなる。従って、電源を投入してから所定の
温度まで上昇する間、大電流が連続的に流れるため、暖
房途中でブレーカが働いて電源が遮断する恐れがある。
これを防止するためには電力会社との契約電流容量を大
きくしなければならないが、このことによって、基本料
金が上がり、従って、電気料金が大幅にかかっていた。 （２）発熱体はフイルム状のヒーターであるため、蓄熱
効果がなく、更に、四方への熱拡散によって、発熱体が
発熱した熱を効率良く室内に伝えることが出来ず、下地
床材を伝わって床下に逃げる熱も多分にあり、熱効率が
悪かった。 （３）上記により、常に電力を１００％供給しなければ
床暖房効果がない。 （４）発熱体はフイルム状のヒーターであるため、引っ
張り、屈曲、衝撃に弱く、工事や運搬、保管の際に傷つ
きやすく、安全性及び取扱上大きな問題があった。 （５）床暖房工事に使用する発熱体としては、フイルム
状の発熱体は取扱いや工事が非常に難しく、設置に非常
に時間が掛かると同時に、専門業者を必要としていた。

【０００４】本発明はこのような欠点を除き、電源投入
直後から所定の温度まで上昇する間、電流を極力抑え
て、しかも、効率よく所定の温度まで上昇させることの
できる床暖房装置を提供することを目的としたものであ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の遠赤外線複層蓄熱反射型床暖房装置に使
用する遠赤外線複層蓄熱反射型床暖房パネルにおいて
は、アルミニウム板の上面に蓄熱材を重ね合わせ、この
蓄熱材の上面に有機高分子系半導体を発熱素子とする発
熱体を重ね合わせ、更に、この発熱体の上面に木板を重
ね合わせ、また、上記アルミニウム板の下面に断熱材を
重ね合わせ、更に、この断熱材の下面に木板を重ね合わ
せて一体としたものである。

【０００６】また、上記の床暖房パネルを用いた床暖房
装置においては、電源投入時点より所定時間までの間、
上記床暖房パネルに予熱を与えるための時間を設定する
タイマー回路と、このタイマー回路が作動している時間
に動作する予熱モード設定回路と、上記床暖房パネルの
発熱の強弱を設定するための複数のモード設定回路と、
このモード設定回路を選択するモード選択回路と、この
モード選択回路の出力によって作動するスイッチ回路
と、このスイッチ回路を介してモード設定回路の出力に
よって上記床暖房パネルの発熱体に印加する電圧を時分
割制御するように構成したものである。

【０００７】また、電源周波数に同期した同期信号をリ
セット信号とする積分回路の出力と、スイッチ回路によ
って選択した複数の基準電圧の内の適宜の基準電圧とを
比較回路によって比較し、この比較回路の出力によって
上記床暖房パネルの発熱体に印加する電圧を位相制御す
るように構成しても同様の効果が得られる。

【０００８】

【作用】上記構成による作用は次の通りである。まず、
上記発熱体の下面に蓄熱材を重ね合わせ、更に、この蓄
熱材の下面にアルミニウム板を重ね合わせると発熱体よ
り発した熱は上下方向に向かうが、下方に向かった熱は
蓄熱材に吸収される。この蓄熱材として、例えばセラミ
ック板等を使用すれば、この蓄熱材も熱源として働き、
遠赤外線を上下方向に放射する。これら下方に向かう熱
及び遠赤外線はアルミニウム板で反射されて上方に向か
う結果、大部分の熱や遠赤外線は発熱体の上面に重ね合
わせた木板を暖める。また、蓄熱材から直接アルミニウ
ム板に伝導される熱でアルミニウム板は暖められるが、
アルミニウム板の下面に重ね合わせた断熱材によって保
温、蓄熱される。

【０００９】上記発熱体は発熱体自体の温度が低い場合
には、その抵抗値は低く、また、発熱体の温度が高くな
ると、その抵抗値は高くなる特性を有している。従っ
て、印加電圧が一定とすれば、電源投入時には発熱体の
温度が低いため電流が多く流れ、それに伴って発熱体の
温度が上昇する。発熱体の温度が上昇すると、発熱体の
抵抗値が高くなるため電流が減少する。従って、発熱体
の温度は定常状態では印加電圧に比例してほぼ一定の温
度を保持することができる。それ故に、上記発熱体は自
己温度制御形の発熱体と言える。

【００１０】上記発熱体を用いて床暖房を行なう場合、
床面積によっては複数個の発熱体を使用する場合があ
り、その総容量が大きくなって、発熱体の温度が低い状
態で電源を投入すると、定格電流以上の電流が流れてブ
レーカが遮断する場合がある。上記予熱モード設定回路
は電源投入時点からタイマー回路で設定された所定の時
間までの間、ブレーカが遮断しない状態を保ちながら発
熱体の温度を上昇させる機能を有するもので、電源の投
入直後の時点で必ず他の強弱モード設定回路に対して最
優先される。この予熱モード設定回路の作動が完了する
時点では、発熱体の温度は所定の温度まで上昇している
ため、発熱体の温度が低い時の電流に比して、かなり電
流は減少している。上記タイマー回路の動作が完了する
と、予めモード選択回路によって選択された任意のモー
ド設定回路が作動し、そのモード設定回路の出力によっ
て、スイッチ回路を介して発熱体の駆動回路を時分割駆
動して所定の発熱体を作動させる。このとき強モードに
選択されていても、既に発熱体の温度が上昇しているた
め、発熱体の抵抗値が高くなっているので定格電流を超
えることがなく制御できる。また、上記のように発熱体
に印加する電圧を時分割制御する代わりに位相制御によ
って発熱体に印加する電圧を制御しても同様の効果が得
られる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は本発明による遠赤外線複層蓄熱反射型床暖
房装置に使用する床暖房パネルの実施例の断面図であ
る。図１において、有機高分子系半導体を発熱素子とす
る発熱体１の上面に上木板２を密着して重ね合わせ、そ
の下面に蓄熱材３を密着して重ね合わせ、更に、この蓄
熱材３の下面にアルミニウム板４を密着して重ね合わせ
る。また、上記アルミニウム板４の下面に断熱材５を重
ね合わせ、更に、この断熱材５の下面に下木板６を重ね
合わせてある。また、側面を枠木７で補強して、これら
を一体とした構造にしてある。

【００１２】次に、図２は図１で示した床暖房パネルを
用いた床暖房装置の実施例の回路図である。図２におい
て、交流電源８は電源スイッチ９の入力側に接続され、
この電源スイッチ９の出力側の一端は複数の床暖房パネ
ル１０、１１，１２の一端に接続され、また、電源スイ
ッチ９の出力側の他端は無接点リレー１３、１４、１５
の出力を介して上記床暖房パネル１０、１１，１２の他
端に接続されている。一方、上記電源スイッチ９の出力
側に接続された直流電源１６の直流電圧は本装置の各回
路に直流電源として供給されると共に、この直流電圧の
立ち上がり時点よりタイマー回路１７が作動を開始す
る。タイマー回路１７の出力は、スイッチ回路２８の制
御入力に接続されると共に、反転回路１８を介してＡＮ
Ｄ回路１９、２０、２１の各一方の入力に接続され、こ
れらＡＮＤ回路１９、２０、２１の各もう一方の入力は
モード選択回路２２の各出力に接続されている。また、
クロック回路２３の出力は予熱モード設定回路２４、弱
モード設定回路２５、中モード設定回路２６及び強モー
ド設定回路２７の各入力に接続されている。上記予熱モ
ード設定回路２４の出力Ａ１、Ｂ１、Ｃ１はスイッチ回
路２８の各入力に接続され、弱モード設定回路２５の出
力Ａ２、Ｂ２、Ｃ２はスイッチ回路２９の各入力に接続
され、中モード設定回路２６の出力Ａ３、Ｂ３、Ｃ３は
スイッチ回路３０の各入力に接続され、また、強モード
設定回路２７の出力Ａ４、Ｂ４、Ｃ４はスイッチ回路３
１の各入力に接続されている。一方、前記ＡＮＤ回路１
９、２０、２１の出力は各々スイッチ回路２９、３０、
３１の各制御入力に接続されている。上記予熱モード設
定回路２４及び弱，中，強モード設定回路２５、２６、
２７の各出力のうち、Ａ１，Ａ２、Ａ３、Ａ４の各出力
はスイッチ回路２８、２９、３０、３１のスイッチを介
して並列に接続されて無接点リレー１３の制御入力に接
続されている。同様に、Ｂ１，Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４の各出
力もスイツチを介して並列に接続されて無接点リレー１
４の制御入力に接続され、また、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ
４の各出力も同様にスイッチを介して並列に接続されて
無接点リレー１５の制御入力に接続されている。

【００１３】次に、図２の実施例の動作を説明する。図
２において、電源スイッチ９が投入され、直流電源１６
の直流電圧が立ち上がった時点から所定時間タイマー回
路１７の出力がハイレベルとなり、それに伴ってスイッ
チ回路２８の制御入力がハイレベルになるため、スイッ
チ回路２８の全てのスイッチはオン状態となる。また、
それと同時にタイマー回路１７の反転出力（ローレベ
ル）がＡＮＤ回路１９、２０、２１に入力されるため、
ＡＮＤ回路１９、２０、２１の出力はローレベルとな
り、それに伴ってスッチ回路２９、３０、３１の全ての
スイッチはオフ状態を保つ。

【００１４】今、クロック回路２３の出力ＣＫと予熱モ
ード設定回路２４の出力Ａ１，Ｂ１，Ｃ１の各出力波形
を図３に示す。上記タイマー回路１７の出力がハイレベ
ルの期間では、予熱モード設定回路２４の出力Ａ１、Ｂ
１、Ｃ１がスイッチ回路２８を通って無接点リレー１
３、１４、１５の制御入力に入力されるので、Ａ１、Ｂ
１，Ｃ１がハイレベルになる期間、無接点リレー１３、
１４、１５の出力が導通して床暖房パネル１０、１１、
１２に電流が流れる。図３の波形から分かるように各床
暖房パネル１０、１１、１２は各々１／３ずつ繰り返し
電流が流れることになる。また、これを電源８から見た
場合、床暖房パネル１０、１１、１２の各容量がほぼ同
一とすれば、総容量の１／３の電力の消費となる。

【００１５】次に、上記タイマー回路１７の出力レベル
は所定時間経過するとローレベルになるから、スイッチ
回路２８の制御入力もローレベルになり、スイッチ回路
２８の全てのスイッチがオフ状態になる。従って、Ａ
１，Ｂ１，Ｃ１の信号は無接点リレー１３、１４、１５
の制御入力には送出されなくなる。

【００１６】ここで、予めモード選択回路２２によって
弱，中，強モードのいずれか一つが選択されているとす
れば、その選択されたモードに対応したＡＮＤ回路１
９、２０、２１の入力のうちいずれか一つがハイレベル
になっている。また、タイマー回路１７の出力レベルが
ハイレベルからローレベルに変わったため、ＡＮＤ回路
１９、２０、２１のもう一方の入力レベルは全てハイレ
ベルになっている。従って、モード選択回路２２によっ
て選択されたモードに対応したＡＮＤ回路の出力はハイ
レベルとなり、それに対応したスイッチ回路２９、３
０、３１のうちのいずれかが導通し、それに対応した
弱、中、強モード設定回路２５、２６、２７のうち、い
ずれかの出力信号が無接点リレー１３、１４、１５の制
御入力に入力され、その波形に応じて無接点リレー１
３、１４、１５の出力が導通し、床暖房パネル１０、１
１、１２に電流が流れる。

【００１７】図４にクロック回路２３の出力ＣＫと弱モ
ード設定回路２５の出力Ａ２，Ｂ２，Ｃ２の各波形例を
示す。図４のＡ２，Ｂ２，Ｃ２のハイレベル期間に床暖
房パネル１０、１１、１２に電流が流れる。従って、各
床暖房パネル１０、１１、１２は各々１／６ずつ繰り返
し電流が流れることになる。また、これを電源８から見
た場合、床暖房パネル１０、１１、１２の各容量がほぼ
同一とすれば、総容量の１／６の電力の消費となる。

【００１８】図５にクロツク回路２３の出力ＣＫと中モ
ード設定回路２６の出力Ａ３、Ｂ３、Ｃ３の各波形例を
示す。図５から分かるように、図３と同一である。即
ち、この実施例では予熱モード時と中モード時の電力の
消費は同一である。

【００１９】図６にクロック回路２３の出力ＣＫと強モ
ード設定回路２７の出力Ａ４、Ｂ４、Ｃ４の各波形例を
示す。図６のＡ４、Ｂ４、Ｃ４のハイレベル期間に床暖
房パネル１０、１１、１２に電流が流れる。図５から分
かるように、床暖房パネル１０、１１、１２のうち必ず
２組の床暖房パネルに電流が流れる。従って、各床暖房
パネル１０、１１、１２には各々２／３ずつ繰り返し電
流が流れることになり、これを電源８から見た場合、床
暖房パネル１０、１１、１２の各容量がほぼ同一とすれ
ば、総容量の２／３の電力の消費となる。

【００２０】次に、図７も図２同様に、図１で示した床
暖房パネルを用いた床暖房装置の実施例の回路図であ
る。図７において、交流電源８は電源スイッチ９の入力
側に接続され、この電源スイッチ９の出力側の一端は床
暖房パネル１０、１１、１２の一端に接続され、また、
電源スイッチ９の出力側の他端は無接点リレー１３、１
４、１５の出力を介して上記床暖房パネル１０、１１、
１２の他端に接続されている。一方、上記電源スイッチ
９の出力側に接続された直流電源１６の直流電圧は本装
置の各回路に直流電源として供給されると共に、この直
流電圧の立ち上がり時点よりタイマー回路１７が作動を
開始する。タイマー回路１７の出力は反転回路１８を介
してＡＮＤ回路１９、２０、２１の各一方の入力に接続
され、これらＡＮＤ回路１９、２０、２１の各もう一方
の入力はモード選択回路２２の各出力に接続されてい
る。以上の部分までは図２と同じである。ここで、上記
電源スイッチ９の出力側の両端から同期信号発生回路３
２の入力に接続され、その出力は積分回路３３の入力に
接続され、また、この積分回路３３の出力は比較回路４
２の反転入力に接続されている。一方、この比較回路４
２の非反転入力はスイッチ回路３８、３９、４０、４１
の各出力に接続され、その各入力は基準電圧設定回路３
４、３５、３６、３７の各出力Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４
に接続されている。また、スイッチ回路３８の制御入力
は前述のタイマー回路１７の出力及び反転回路１８の入
力に接続され、スイッチ回路３９、４０、４１の各制御
入力は、それぞれＡＮＤ回路１９、２０、２１の各出力
に接続されている。上記比較回路４２の出力は無接点リ
レー１３、１４、１５の制御入力に接続されている。

【００２１】次に、図７の実施例の動作を図８の各部波
形を併用して説明する。図７において、電源スイッチ９
が投入され、直流電源１６の直流電圧が立ち上がった時
点から所定時間タイマー回路１７の出力がハイレベルと
なり、それに伴ってスイッチ回路３８の制御入力がハイ
レベルになるため、スイッチ回路３８のスイッチがオン
状態になり、基準電圧設定回路３４の出力Ｖ１が比較回
路４２の非反転入力に入力される。一方、図８の（ａ）
に示すような交流電圧を入力とする同期信号発生回路３
２の出力波形は同図（ｂ）に示すように電源周波数に同
期したパルスとなる。このパルスをリセット信号とする
積分回路３３の出力は同図（ｃ）に示すような鋸歯状波
の積分波形となり、比較回路４２の反転入力に入力され
る。今、同図（ｃ）に示すようなレベルの波形が比較回
路４２に入力されると、比較回路４２の出力は同図
（ｄ）に示すように、Ｖ１のレベルが積分波形のレベル
より高い期間、ハイレベルとなる。この比較回路４２の
出力がハイレベルの期間、無接点リレー１３、１４、１
５の出力はオン状態になるため、床暖房パネル１０、１
１、１２に印加される電圧は同図（ｅ）に示すような位
相制御された波形となる。従って、基準電圧設定回路３
４の出力Ｖ１を適宜に設定すれば、図２における予熱モ
ードと等価にすることができる。次に、タイマー回路１
７が作動してから所定の時間が経過すると、タイマー回
路１７の出力はローレベルになるため、スイッチ回路３
８はオフ状態となり、代わりにモード選択回路２２によ
って選択されたＡＮＤ回路１９、２０、２１の出力のう
ち、いずれか一つがハイレベルとなりスイッチ回路３
９、４０、４１のうちの、いずれかそれに対応するスイ
ッチ回路がオン状態となり、前述と同様の動作をする。
ここで、基準電圧設定回路３５、３６、３７を図２で示
す弱、中、強モードにそれぞれ対応するように基準電圧
設定回路３５、３６、３７の出力Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４を適
宜設定すれば、図２における弱、中、強モードと等価に
することができる。

【００２２】

【発明の効果】以上により、本発明によれば、次のよう
な効果がある。

【００２３】（Ａ）電源投入時に過電流によってブレー
カが遮断するようなことがない。

【００２４】（Ｂ）効率を損なうことなく消費電力を抑
えることができる。

【００２５】（Ｃ）自己温度制御形の発熱体の使用によ
り、異常高温になることがなく安全性が高い。 （Ｄ）有機高分子系半導体を発熱素子とする発熱体とセ
ラミック等の蓄熱材、アルミニウム板及び断熱材を上下
木板で複層したパネル構造により、熱及び遠赤外線を四
方に拡散させることなく室内方向にのみ放射して、効率
よく室内を暖めることができる。 （Ｅ）上記のような床暖房パネル構造により、引っ張
り、屈曲、衝撃に強く安全性が高い。 （Ｆ）常に電力を１００％供給しなくとも３０〜７０％
の消費電力で同じ暖房効果を得ることができる。 （Ｇ）この床暖房パネルの設置工事や運搬、保管の際に
傷が付くことなく、また、設置工事が簡単にできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】床暖房パネルの実施例の断面図である。

【図２】床暖房装置の実施例の回路図である。

【図３】床暖房装置の実施例の予熱モード設定回路の出
力波形である。

【図４】床暖房装置の実施例の弱モード設定回路の出力
波形である。

【図５】床暖房装置の実施例の中モード設定回路の出力
波形である。

【図６】床暖房装置の実施例の強モード設定回路の出力
波形である。

【図７】床暖房装置のもう一つの実施例の回路図であ
る。

【図８】図７による床暖房装置の実施例の各部波形であ
る。

【符号の説明】

１ 発熱体 ２ 上木板 ３ 蓄熱材 ４ アルミニウム板 ５ 断熱材 ６ 下木板 ７ 枠木 ８ 交流電源 ９ 電源スイッチ １０、１１，１２ 床暖房パネル １３、１４、１５ 無接点リレー １６ 直流電源 １７ タイマー回路 １８ 反転回路 １９、２０、２１ ＡＮＤ回路 ２２ モード選択回路 ２３ クロック回路 ２４ 予熱モード設定回路 ２５ 弱モード設定回路 ２６ 中モード設定回路 ２７ 強モード設定回路 ２８、２９、３０、３１，３８、３９、４０、４１ ス
イッチ回路 ３２ 同期信号発生回路 ３３ 積分回路 ３４、３５、３６、３７ 基準電圧設定回路 ４２ 比較回路

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アルミニウム板の上面に蓄熱材を重ね合
   わせ、この蓄熱材の上面に有機高分子系半導体を発熱素
   子とする発熱体を重ね合わせ、更に、この発熱体の上面
   に木板を重ね合わせ、また、上記アルミニウム板の下面
   に断熱材を重ね合わせ、更に、この断熱材の下面に木板
   を重ね合わせて一体とした遠赤外線複層蓄熱反射型床暖
   房パネル。
2. 【請求項２】 電源投入時点より所定時間までの間、床
   暖房パネルに予熱を与えるための時間を設定するタイマ
   ー回路と、このタイマー回路の作動中に動作する予熱モ
   ード設定回路と、上記床暖房パネルの発熱の強弱を設定
   するための複数のモード設定回路と、このモード設定回
   路を選択するモード選択回路と、このモード選択回路の
   出力によって作動するスイッチ回路と、このスイッチ回
   路を介してモード設定回路の出力によって上記床暖房パ
   ネルの発熱体の印加電圧を時分割制御することを特徴と
   する床暖房装置。
3. 【請求項３】 電源投入時点より所定時間までの間、床
   暖房パネルに予熱を与えるための時間を設定するタイマ
   ー回路と、電源周波数に同期した同期信号発生回路と、
   この同期信号をリセット信号とする積分回路と、複数の
   基準電圧設定回路と、前記タイマー回路の作動中に上記
   基準電圧設定回路の内の１回路の出力を送出するスイッ
   チ回路と、このタイマー回路の不動作時に任意の基準電
   圧設定回路の出力を送出するスイッチ回路と、これらの
   スイッチ回路の出力と上記積分回路の出力を比較する比
   較回路と、この比較回路の出力によって床暖房パネルの
   発熱体の印加電圧を位相制御することを特徴とする床暖
   房装置。