JPH11144840A - 床暖房装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 同一家屋内で複数の床暖房装置を同時に作動
させる場合に、過電流でブレーカが遮断することのない
床暖房装置を提供することを目的とする。 【構成】 自己温度制御形発熱体を使用した床暖房装置
において、複数個の床暖房装置を同時に作動させる場合
に、複数のオフ時間を生成する回路のオフ時間を各々異
なるように設定することにより、同時に電源を投入して
も互いに時間差をもって発熱体に電流が流れるように構
成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は複数の床暖房用ヒータを
同一家屋内で同時に使用する場合に、過電流によってブ
レーカが遮断しないようにした床暖房装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来の床暖房装置においては、オン、オ
フ制御によって温度をコントロールする方法や、位相制
御によって電圧をコントロールすることによって、温度
をコントロールする方法等が一般的である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、同一家
屋内に、上記のような床暖房装置を複数設置して、同時
に床暖房を行う場合、ヒーターの総容量はかなり大きく
なる。従って、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、電気料金が大幅に増加する。

【０００４】本発明はこのような欠点を除き、複数の床
暖房装置を同時に作動させても、暖房途中でブレーカが
働いて電源が遮断することのない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
め本発明は、交流電源電圧を全波整流する全波整流回路
と、該全波整流回路の出力より電源電圧のゼロクロス点
を検出し、該ゼロクロス点に同期した同期パルス信号を
得るゼロクロス検出回路と、この同期パルス信号の発生
時間間隔で周期的に変化する鋸歯状波形を生成する鋸歯
状波形生成回路と、レベル調整可能な直流電圧を出力す
る電圧調整回路と、前記鋸歯状波形と該直流電圧とを比
較するコンパレータと、前記同期パルスに基づき、所定
の時間間隔でパルスを出力するクロック回路と、該クロ
ック回路が出力するクロックパルスを入力として、複数
の出力回路から順次出力パルスを送出するリングカウン
タと、前記クロックパルスに基づき、複数のオフ時間を
生成するオフ時間生成回路と、該オフ時間生成回路の出
力を選択するオフ時間選択回路と、該オフ時間選択回路
の出力と前記リングカウンタの出力を乗算するＡＮＤ回
路と、該ＡＮＤ回路の出力によつて、前記コンパレータ
の出力をオン．オフするスイッチ回路と、該スイッチ回
路を介してコンパレータの出力に応じて双方向性半導体
電力素子の導通角を制御するゲート回路と、該双方向性
半導体電力素子を介して発熱体に交流電流を流すように
構成したことを特徴としたものである。

【０００６】また、上記発熱体としては、発熱体自体の
温度が低い場合には、その抵抗値は小さく、また、発熱
体の温度が高くなると、その抵抗値は大きくなる特性を
有する自己温度制御形の発熱体である。

【０００７】

【作用】上述の如く構成された本発明によれば、交流電
源に双方向性半導体電力素子を介して接続された発熱体
を制御する際に、電源電圧を全波整流した全波整流波形
から電源電圧のゼロクロス点を検出し、これを電源同期
信号として用い、先ず、この信号に同期した鋸歯状波形
を生成する。また、直流電圧調整回路によって、所定の
直流電圧を設定し、この直流電圧と鋸歯状波形をコンパ
レータによって比較し、直流電圧のレベルの方が鋸歯状
波形のレベルより高いときにコンパレータの出力がハイ
レベルになるようにすれば、このコンパレータの出力は
スイッチ回路を介してゲート回路に送出され、双方向性
半導体電力素子の導通角を制御することによって、発熱
体に流れる電流を制御する。この発熱体に流れる電流
は、上記直流電圧調整回路の直流電圧レベルを調整する
ことによって、任意に変えることができる。

【０００８】一方、上記電源同期信号に基づいて周期の
長いクロックパルスを生成する。このクロックパルスを
入力として、複数の出力回路から順次出力パルスを送出
するリングカウンタが設けられ、更に、このクロックパ
ルスを入力として、電源が投入された時点から所定の時
間までローレベルを維持し、所定の時間を経過した後に
ハイレベルを維持する機能を有する回路において、ロー
レベルを維持している時間を異にする複数の回路から成
るオフ時間生成回路が設けられている。

【０００９】上記オフ時間生成回路の任意のオフ時間を
選択して、前記リングカウンタの各出力と乗算し、この
乗算出力がハイレベルのときに、前記スイッチ回路のス
イッチをオン状態とし、また、この乗算出力がローレベ
ルのときに、スイッチがオフ状態になるようにすれば、
選択されたオフ時間生成回路がローレベルの期間は双方
向性半導体電力素子はオフ状態になる。従って、この期
間は発熱体には電流が流れない。

【００１０】

【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は本発明による床暖房装置の実施例の回路図
である。図１において、交流電源１は直流電源２の入力
及び全波整流回路３の入力に接続されると共に、双方向
性半導体電力素子２１、２２、２３を介して発熱体２
４、２５、２６に接続されている。即ち、双方向性半導
体電力素子２１と発熱体２４、双方向性半導体電力素子
２２と発熱体２５、及び双方向性半導体電力素子２３と
発熱体２６は各々直列に接続され、かつ、交流電源１に
対して並列に接続されている。上記全波整流回路３の出
力はゼロクロス回路４の入力に接続され、該ゼロクロス
回路４の出力は鋸歯状波形生成回路５及びクロック回路
６の入力に接続され、該鋸歯状波形生成回路５の出力は
コンパレータ８の反転入力に接続され、また、クロック
回路６の出力はオフ時間生成回路９の入力に接続される
と共に、リングカウンタ１０の入力に接続されている。
該リングカウンタ１０の出力Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３は各々Ａ
ＮＤ回路１２、１３、１４の一方の入力に接続され、ま
た、上記オフ時間生成回路９の出力Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、
Ｔ４、Ｔ５はオフ時間選択回路１１の入力に各々接続さ
れ、該オフ時間選択回路１１の出力は前記ＡＮＤ回路１
２、１３、１４のもう一方の入力に接続されている。前
記コンパレータ８の非反転入力は直流電圧調整回路７の
出力に接続され、また、このコンパレータ８の出力はス
イッチ回路１５、１６、１７の各入力に接続され、ま
た、このスイッチ回路１５、１６、１７の各出力は各々
ゲート回路１８、１９、２０の入力に接続され、更に、
このスイッチ回路１５、１６、１７の各コントロール入
力は各々前記ＡＮＤ回路１２、１３、１４の出力に接続
されている。また、上記ゲート回路１８、１９、２０の
各出力は前記双方向性半導体電力素子２１、２２、２３
の各ゲートに接続されている。

【００１１】次に、図１の実施例の動作を図２以下の波
形例を併用して説明する。図１において、図２に示すよ
うに、交流電源１の両端間の電圧波形Ｅを全波整流回路
３によって全波整流した全波整流波形ａから、ゼロクロ
ス検出回路４によって、電源周波数に同期した同期信号
ｂを得る。鋸歯状波形生成回路５はこの同期信号ｂを入
力として、この同期信号ｂの立ち上がり点毎に繰り返す
鋸歯状波形ｃを生成する。この鋸歯状波形ｃと直流電圧
調整回路７で任意に設定した直流電圧ｄとをコンパレー
タ８によって比較すると、直流電圧ｄのレベルの方が鋸
歯状波形ｃのレベルより高いときにコンパレータ８の出
力レベルがハイレベルになるため、コンパレータ８の出
力には波形ｅが得られる。尚、交流電源１を入力とする
直流電源２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、直流電圧調整回路７の基準電圧と
して供給される。

【００１２】一方、同期信号ｂを入力とするクロック回
路６によって、同期信号ｂを分周して、図３に示すよう
に、同期信号ｂの周期（５０Ｈｚ時１０ｍＳ、６０Ｈｚ
時約８．３ｍＳ）に比して長い周期（例えば３０秒）の
クロックパルスｆを得る。このクロックパルスｆを入力
とするリングカウンタ１０の出力Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３には
波形ｇ、ｈ、ｉが得られる。

【００１３】また、クロックパルスｆを入力とするオフ
時間生成回路９の出力Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５の
各出力波形ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ５はクロックパ
ルスｆを更に分周し、電源が投入された時点から所定の
時間までローレベルを維持し、所定の時間が経過した後
にハイレベルを維持するようにしたもので、その波形例
を図４に示す。今、ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ５のロ
ーレベルの時間を例えば各々０分、５分、１０分、１５
分、２０分とする。ここで、オフ時間選択回路１１によ
ってオフ時間生成回路９の出力の内のＴ２を選択したと
すると、オフ時間選択回路１１の出力波形ｊはｔ２に等
しい。この出力波形ｊと前記リングカウンタ１０の出力
波形ｇ、ｈ、ｉとの各論理積によって、ＡＮＤ回路１
２、１３、１４の出力波形ｋ、ｌ、ｍは図５に示すよう
に、電源が投入された時点から５分間は波形ｋ、ｌ、ｍ
はローレベルのため、スイッチ回路１５、１６、１７は
オフ状態になる。従って、コンパレータ８の出力がゲー
ト回路１８、１９、２０に送出されないため、双方向性
半導体電力素子２１、２２、２３はオフ状態となり発熱
体２４、２５、２６には電流が流れない。

【００１４】しかし、電源が投入されてから５分を経過
すると、ＡＮＤ回路１２、１３、１４の出力波形ｋ、
ｌ、ｍは図５に示すように、順次、繰り返しハイレベル
となり、それに伴って、スイッチ回路１５、１６、１７
が順次オン状態を繰り返し、コンパレータ８の出力波形
ｅのパルス幅に応じたゲート信号ｎ，ｐ，ｑが各々ゲー
ト回路１８、１９、２０から送出され、双方向性半導体
電力素子２１、２２、２３の導通角を制御し、発熱体２
４、２５、２６の各両端間に図６に示したような位相制
御された電圧ｒ、ｓ、ｔが印加される。

【００１５】上記記発熱体２４、２５、２６は発熱体自
体の温度が低いときには、その抵抗値が小さく、また、
発熱体自体の温度が高くなると、その抵抗値が大きくな
る特性を有しているため、発熱体の温度が低い場合に流
れる電流値に比して、発熱体の温度が高い場合に流れる
電流値は約１／２に減少する。実験によれば、発熱体に
電流を流し始めてから約５分後には、当初の電流値の約
１／２になる結果が得られている。

【００１６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明による床暖
房装置では、以下に示すような効果を得ることができ
る。即ち、 （１）同一家屋内で複数個の床暖房装置を同時に作動さ
せても、各床暖房装置のオフ時間選択回路のオフ時間の
設定を異にすれば、過電流によってブレーカが遮断する
ことがない。

【００１７】（２）複数個の発熱体に順次電流を流すよ
うにするため、同じ電力で、より広い床暖房面積が得ら
れる。

【００１８】（３）電力会社との契約電流容量を大きく
する必要がなく、経済的である。

【図面の簡単な説明】

【図１】床暖房装置の実施例の回路図である。

【図２】交流電源、全波整流回路、ゼロクロス検出回
路、鋸歯状波形生成回路、直流電圧調整回路及びコンパ
レータの各出力波形図。

【図３】ゼロクロス検出回路、クロック回路及びリング
カウンタの各出力波形図。

【図４】クロック回路及びオフ時間生成回路の出力波形
図。

【図５】交流電源、リングカウンタ、オフ時間生成回
路、オフ時間選択回路及びＡＮＤ回路の出力波形図。

【図６】コンパレータ、ゲート回路の出力波形図と発熱
体に印加される電圧波形図。

【符号の説明】

１ 交流電源 ２ 直流電源 ３ 全波整流回路 ４ ゼロクロス検出回路 ５ 鋸歯状波生成回路 ６ クロック回路 ７ 直流電圧調整回路 ８ コンパレータ ９ オフ時間生成回路 １０ リングカウンタ １１ オフ時間選択回路 １２、１３、１４ ＡＮＤ回路 １５、１６、１７ スイッチ回路 １８、１９、２０ ゲート回路 ２１、２２、２３ 双方向性半導体電力素子 ２４、２５、２６ 発熱体

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流電源電圧を全波整流する全波整流回
   路と、該全波整流回路の出力より電源電圧のゼロクロス
   点を検出し、該ゼロクロス点に同期した同期パルス信号
   を得るゼロクロス検出回路と、この同期パルス信号の発
   生時間間隔で周期的に変化する鋸歯状波形を生成する鋸
   歯状波形生成回路と、レベル調整可能な直流電圧を出力
   する電圧調整回路と、前記鋸歯状波形と該直流電圧とを
   比較するコンパレータと、前記同期パルスに基づき、所
   定の時間間隔でパルスを出力するクロック回路と、該ク
   ロックパルスを入力として、複数の出力回路から順次出
   力パルスを送出するリングカウンタと、前記クロックパ
   ルスに基づき、複数のオフ時間を生成するオフ時間生成
   回路と、該オフ時間生成回路の出力を選択するオフ時間
   選択回路と、該オフ時間選択回路の出力と前記リングカ
   ウンタの出力を乗算するＡＮＤ回路と、該ＡＮＤ回路の
   出力によって作動するスイッチ回路と、該スイッチ回路
   を介して前記コンパレータの出力に応じて双方向性半導
   体電力素子の導通角を制御するゲート回路と、該双方向
   性半導体電力素子を介して発熱体を作動させることを特
   徴とする床暖房装置。
2. 【請求項２】 前記発熱体は、発熱体の温度が低い場合
   には、該発熱体の抵抗値が小さく、また、発熱体の温度
   が高い場合には、該発熱体の抵抗値が大きくなることを
   特徴とする請求項１記載の発熱体。