JP2005090875A - 輻射暖房装置および暖房機 - Google Patents

Abstract

【課題】輻射効率がよく、かつ、遠方に対して輻射エネルギーが拡散することなく、ランプ入力が必要以上に高くなることがない、コンパクトで長寿命な輻射暖房装置を実現すること。
【解決手段】内面が赤外線を反射する鏡面をもつおおむね半球体状態である反射鏡２の球体中心部付近に設けた赤外線を発する発熱源１と、発熱源１から反射鏡２のおよそ焦点距離だけ離れた位置に集光手段３を設けることにより、輻射効率がよく、かつ、遠方に対して輻射エネルギーが拡散することがなく、ランプ入力が必要以上に高くなることがない、コンパクトで長寿命な輻射暖房装置が得られる。
【選択図】図１

Description

本発明は、赤外線および可視光線を発光するハロゲンランプなどの白熱電球を発光源として用いた輻射暖房装置およびそれを具備した暖房機に関するものである。

従来、この種のハロゲンランプを用いた輻射暖房装置は、図４に示すようにハロゲン白熱電球と反射鏡とから構成される赤外線放射ランプが用いられており（例えば、特許文献１参照）、このランプを輻射暖房にて使用する場合には、たとえば輻射対象に対して輻射光線をスポット的に熱線照射することにより、暖房感を得るものである。このため、特許文献１に記載があるようにもっぱら狭空間でかつ比較的近い距離で、使用され、さらに複数のランプの複合的な照射により、輻射暖房感を得るものであった。
特開平７−３３２６８３号公報

しかしながら、上記従来の構成では、輻射ランプ（ハロゲン電球）により得られるエネルギーは電気入力と同等であり、効率よい輻射暖房を実現するには、赤外線照射を絞り込むことにより輻射対象に効率よく輻射することが必要である。しかしながら、従来のこの種の輻射ランプは、ランプからの直接エネルギーおよびその反射をおこなうリフレクター（反射鏡）からの照射エネルギーで輻射をおこなうといった構成のために、その輻射効率が悪く省エネルギーに反するといった課題を有していた。また、遠方に対しては反射鏡だけでは輻射エネルギーが拡散し、その輻射暖房感が低下するばかりでなく、ランプ入力が必要以上に高くなるといった課題を有していた。

また、従来この種の形状のリフレクターをもつ特に小出力のハロゲンランプにおいては、ハロゲンサイクルを維持するのに必要なランプのフィラメント温度まで上昇せずにハロゲンサイクルを維持しにくいといった課題を有しており、この種の輻射暖房装置を小型かつ少入力で具現化するのが困難であった。

本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、効率のよい小型の輻射暖房装置を提供するものである。また、このような輻射暖房装置を具備したことにより快適空調を実現する暖房機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明では、内面が赤外線を反射する鏡面をもつおおむね半球体状態である反射鏡の球体中心部付近に設けた、おもに赤外線を発する発熱源と、発熱源からほぼ焦点距離だけ離れた位置に集光手段（レンズ）を設けたものである。

また、発熱源として、ハロゲンサイクルを利用した白熱電球を用いたもので、ハロゲンランプから発する熱線を反射鏡に反射させることにより、その反射熱線が再度その反射鏡の焦点（球体中心）にあるハロゲンランプのフィラメントを加熱することにより、所定のハロゲンサイクルを維持するのに必要な温度を低入力であっても実現するものである。

本発明は、内面が赤外線を反射する鏡面をもつおおむね半球体状態である反射鏡の球体中心部付近に設けた赤外線を発する発熱源をもうけ、さらに発熱源からおよそ焦点距離だけ離れた位置に集光手段（レンズ）を設けたことにより、輻射暖房装置の小型化・高い集
光効率・ほぼ平行な熱線を発生し、遠方に対して拡散することない輻射暖房が実現できる輻射暖房装置を得ることができるものである。

また、本発明によれば発熱源として、ハロゲンサイクルを利用した白熱電球を用いたことにより、ハロゲンランプから発する熱線を反射鏡に反射させることにより、その反射熱線が再度その反射鏡の焦点（球体中心）にある、ランプフィラメントを自己加熱することにより、所定のハロゲンサイクルを維持するのに必要な温度を低入力であっても実現するものであり、ハロゲンランプといったより小型・高温化で長寿命使用できるランプを、低入力の輻射暖房装置においても使用することができるものである。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

（実施の形態１）
図１において、１は可視光線とともに赤外線を放出する発熱源であり、具体的にはランプなどの白熱電球であり、赤熱するフィラメントとそれを収納する耐熱ガラス球から構成されている。この発熱源１は、内面がおもに赤外線を反射する鏡面をもつおおむね球体を半球状態に切断した反射鏡２の中心部（光学的な焦点位置）におかれている。発熱源１の相対する反対側には、発熱源１からおよその焦点距離ｆだけ離れた位置には、おおむね凸レンズで構成される集光手段３が設けられている。

すなわち、発熱源１から放出した熱線（可視光線もふくまれる）は、大きく３通りの光線軌跡を描く、以下に順次説明をおこなう。

まず、第一の軌跡としては、図１において４Ａ、４Ｂで示される発熱源１から直接的に集光手段３へ向かうものである。この軌跡は、発熱源１が集光手段３の焦点位置にあるために、凸レンズで構成されている集光手段３を通過後には、ほぼ平行軌跡を描き遠方へ到達する。また、第二の軌跡としては、５Ａ、５Ｂで示されるように発熱源１から、直接的に集光手段３の外側へ向かうものであり、本輻射暖房装置においては、ロスとなる軌跡をたどるものである。また、第三の軌跡としては、発熱源１から反射鏡２へむかう軌跡６である。この第三の軌跡６は、反射鏡２が球体であり、かつその中心（焦点）位置に発熱源１を設置しているために、反射鏡２の内面における鏡面（反射面）に対して法線で入射および反射する。一般に、球体の中心部からの反射軌跡は、球体が真球体であれば、必ずその中心部を通過するため、本実施の形態においても、発熱源１から反射鏡２へ向かった第三の軌跡６は、再度、発熱源１を通過し、集光手段３へ向かう軌跡７を形成する。この軌跡７は反射鏡２により反射される熱線（光線）は、あたかも前記第一の軌跡４Ａ、４Ｂもしくは、第二の軌跡５Ａ、５Ｂと同じようにその軌跡をたどる。

このことは、もし仮に反射鏡２が必要とする熱線（赤外線）に対して完全反射面であれば、輻射エネルギーは反射鏡２がない場合に対して、ほぼ２倍の輻射エネルギーを同図において右面へ放出することを示しているものである。

すなわち本実施の形態において、内面が赤外線を反射する鏡面をもつおおむね半球体状態であるの球体中心部付近に設けた赤外線を発する発熱源１をもうけ、焦点距離ｆだけ離れた位置に集光手段３（レンズ）を設けたことにより、発熱源１からの赤外線を効率よく集光でき、所定の平行熱線（光線）を作り出せるものである。

この実施の形態１によれば、輻射暖房装置は、小型化で構成することができ、集光効率が従来の構成に比べて高く、ほぼ平行な熱線（光線）を発生することが出来、遠方に対して拡散することがない（赤外線）輻射暖房をおこなうことができるものである。

また、前記軌跡のうち、第二の軌跡５Ａ、５Ｂを描く熱線（光線）に対しては、反射鏡２と集光手段３との間に、図２に示すような接続手段８を具備することにより、そのエネルギーを回収できるものである。接続手段８の外観は内部が中空となった内周面９を有した円筒形状であり、内周面９は反射鏡２と同様の鏡面で形成されることにより、第二の軌跡５Ａ、５Ｂを描く熱線（光線）を内周面９で反射させ、集光手段３へ導くものである。

なお、反射鏡２の内面は、完全な球体であることが効率上望ましいが、必ずしも真球体を形成する必要はなく、ほぼ反射軌跡がの発熱源１の位置に戻る構成であれば問題ない。また、半球体形状でなくても、前記内面が鏡面状態の接続手段８と一体であっても問題ない。

また、集光手段３は、その形態として必ずしも凸レンズである必要はなく、いわゆるフレネルレンズや非球面レンズであっても、同様の効果を実現できるものである。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２においては、発熱源１としていわゆるハロゲンサイクルをもちいたハロゲンランプ（白熱電球）を用いたものである。

図３は、ハロゲンランプ原理構成を示す図である。同図において、点灯過熱により、タングステンフィラメントから蒸発したタングステンはハロゲンガスと反応し、タングステン−ハロゲン化合物が生成される。タングステン−ハロゲン化合物は、温度を２５０℃〜１４００℃の範囲内でその状態を維持し、ランプバルブ温度が２５０℃以上であれば、内壁に付着することはなく黒化も起きない。タングステン−ハロゲン化合物が、対流によってタングステンフィラメント付近に運ばれると、高温のためにタングステンとハロゲンガスに分解され、タングステンはタングステンフィラメントに沈澱し、自由になったハロゲンガスは、再び同じ反応を繰り返す。この一連のサイクルがハロゲンサイクルとして知られており、白熱電球の長寿命化に貢献するととも、小型化を実現する手段として用いられている。

このように、このハロゲンサイクルを維持するためには、前記のように発熱源１のランプバルブ温度を最低２５０℃以上に保持することが必要である。しかしながら、低入力・小出力のランプにおいては、そのランプ形状とフィラメントサイズとから、そのような高温に維持することが困難であった。

しかしながら、本発明の実施の形態２においては、ハロゲンランプである発熱源１を反射鏡２が球体であり、かつその中心（焦点）位置にハロゲンランプ発熱源１を設置しているために、反射鏡２の内面における鏡面（反射面）に対して法線で入射および反射し、反射軌跡は再度発熱源１を通過し、集光手段３へ向かう軌跡７を形成する。

すなわち、ハロゲンランプである発熱源１は、自己放出した熱線（赤外線）および可視光線が反射鏡２により反射されたエネルギーにより、フィラメントの自己加熱がおこる。

なお、発熱源１として、ハロゲンランプをもちいて説明したが、他の同様の発光原理もしくは還元サイクルを用いたランプでも同様の効果を得ることができる。

そして、この実施の形態によれば、少ない電力量でフィラメント温度を高くすることができ、輻射暖房機を小型化に構成することができ、集光効率が従来の構成に比べて高く、かつ、ほぼ平行な熱線（光線）を発生することができ、遠方に対して拡散することがない（赤外線）輻射暖房をおこなうことができるばかりでなく、ハロゲンランプといったより
小型・高温化で長寿命使用できるランプを、低入力の輻射暖房装置においても使用することができるものである。

以上のように、本発明にかかる輻射暖房装置は、装置の小型化・高い集光効率・ほぼ平行な熱線を発生し、遠方に対して拡散することない輻射暖房が実現できるものであり種々の暖房装置に適用できるものである。

本発明の実施の形態１における輻射暖房装置の構成を示す断面図 本発明の実施の形態１における輻射暖房装置の要部を示す斜視図 本発明の実施の形態２におけるハロゲンサイクルの原理を示す模式図 従来の輻射暖房装置の発光ランプを示す断面図

符号の説明

１ 発熱源
２ 反射鏡
３ 集光手段

Claims (3)

1. おおむね真球の半球体でかつ内面が少なくとも赤外線を反射する鏡面状態である反射鏡と、前記反射鏡のおおむね球体中心部（焦点部）に設けた少なくとも赤外線を発する発熱源と、前記反射鏡の球体中心部から離れた位置に集光手段を設け、前記反射鏡の球体中心部と前記集光手段とは、前記集光手段の焦点距離と略等しい距離だけ離れていることを特徴とする輻射暖房装置。
2. 反射鏡の球体中心部に設けた赤外線を発する発熱源が、ハロゲンサイクルを利用した白熱電球であることを特徴とする請求項１記載の輻射暖房装置。
3. 請求項１または２記載の輻射暖房装置を具備したことを特徴とする暖房機。

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