JP2007010304A - 床暖房装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
木質系の床材を直接加温して暖房を行なうとともに、その昇温時間を短縮し、しかも床材の面方向の温度分布を均一にするようにした床暖房装置を提供する。
【解決手段】
下地板１２上に配される根太１１の上に補助板３５を配し、この補助板３５の上に発泡樹脂から成る断熱板４４を配し、この断熱板４４の上にカーボングラファイトシート１６から成る発熱手段を取付けるようにし、この発熱手段１６の上に均熱用カーボングラファイトシート３６を介して床材１０を配する。そしてヒータ用カーボングラファイトシート１６に給電することによって、ジュール熱で発熱されて床材１０を加温する。
【選択図】 図１０

Description

本発明は床暖房装置に係り、とくに発熱手段によって床材を加温するようにした床暖房装置に関する。

例えば特開平９−２６８７４２号公報には、発泡体と繊維質材とが混在したチップを略平板状に堆積し、このチップの堆積層に対して埋設状態で、電熱体からなる熱源の電熱層を下層に、カーボン粉末を均一に散在した赤外線の放射層を電熱層と離隔した上層にそれぞれ配し、これらチップ、電熱層及び放射層を一体に固化した畳床を用いた暖房畳であり、畳床の下面に、発泡体と繊維質材とが混在したチップをバインダーで固化し、上面に多数の開口穴、貫通孔又は溝を設けた補強用畳床を貼り合わせ、上前、下前、又は框に面ファスナーを取り付けるようにし、床暖房の構成材としての暖房畳の加温性、保温性の向上と、使用形態の拡大を図るようにした畳暖房装置が開示されている。

このような畳暖房装置は、その発熱体の抵抗値が高いために、電流量が制限され、これによって急速に所定の温度に高めることができない欠点がある。またこのような暖房装置は、板張りから成る床暖房には適用することができない。

特開平９−２６００３５号公報には、端部に電極を有する炭素繊維混抄紙の両面に防水シートを積層し、防水シートの両面に加硫ゴム粉砕物からなる透水性シートを備えた炭素繊維混抄発熱シート発熱体を備えた床マット、及び炭素繊維混抄紙の両面に防水シートを積層し、防水シートの両面に加硫ゴム粉砕物からなる透水性シートを積層した炭素繊維混抄シート発熱体を備え、面状発熱体の全面にわたって自動的に均一な温度分布が得られるようにし、機械的特性や電気的特性において優れ、埋設することにより路面の融雪、床暖房等に用いて融雪、暖房効果が十分に得られ、暖房性能も優れている炭素繊維混抄シート発熱体を備えた床マットが開示されている。

このような床マットは、それ自身が独立した暖房手段を構成するものの、このような暖房手段を床暖房に用いる場合には、床材の上にこの炭素繊維混抄シート発熱体を備えた床マットを敷設して用いることになる。従って床材それ自体を暖房する床暖房に適用することができない。
特開平９−２６８７４２号公報 特開平９−２６００３５号公報 特開平９−２６００３４号公報 特開２０００−２２８２７５号公報

本願発明の課題は、床材それ自体を加熱加温して暖房を行なうようにした床暖房装置を提供することである。

本願発明の別の課題は、電流量が十分に確保でき、これによって所定の温度に加温するまでの時間が短縮できるようにした床暖房装置を提供することである。

本願発明のさらに別の課題は、暖房効率に優れた床暖房装置を提供することである。

本願発明のさらに別の課題は、床材の表面の広範囲にわたって均一にかつ安定に暖房を行なうことができるようにした床暖房装置を提供することである。

本願発明のさらに別の課題は、効率的に床暖房を行ない得るようにした床暖房装置を提供することである。

本願発明のさらに別の課題は、床材のほぼ全面が均一に加温されるようにした床暖房装置を提供することである。

本願発明の上記の課題および別の課題は、以下に述べる本願発明の技術的思想、およびその実施の形態によって明らかにされよう。

本願の主要な発明は、発熱手段によって床材を加温するようにした床暖房装置において、
発熱手段としてカーボングラファイトシートを用いることを特徴とする床暖房装置に関するものである。

ここで、カーボングラファイトシートから成る発熱手段が通電によってジュール熱で発熱するようにしてよい。またカーボングラファイトシートから成る発熱手段を床材の下側に配設して該床材を下方から加熱するようにしてよい。またカーボングラファイトシートから成る発熱手段が床材の下面に直接取付けられてよい。またカーボングラファイトシートから成る発熱手段がアルミニウム製のパネルを介して床材の下面に取付けられてよい。またカーボングラファイトシートから成る発熱手段が下地板の上面に配され、床材の下面との間に空間が形成されてよい。また床材の下面に直接またはアルミニウム製のパネルを介して均熱用カーボングラファイトシートが取付けられ、下地板の上面のカーボングラファイトシートから成る発熱手段からの熱を受けるようにしてよい。

本願の別の主要な発明は、床材の下面のほぼ全面に均熱用カーボングラファイトシートが配され、前記床材が該均熱用カーボングラファイトシートを介してその下側の発熱手段からの熱を受けることを特徴とする床暖房装置に関するものである。

ここで、床材の下面のほぼ全面に均熱用アルミパネルと均熱用カーボングラファイトシートとが重ねて取付けられ、その下側のカーボングラファイトシートから成る発熱手段からの熱を受けるようにしてよい。また床材の下面のほぼ全面に均熱用カーボングラファイトシートが配され、該均熱用カーボングラファイトシートの下側に発熱用カーボングラファイトシートが配され、該カーボングラファイトシートが断熱材のパネル上に支持されてよい。また床材の下面のほぼ全面に均熱用カーボングラファイトシートが配され、該均熱用カーボングラファイトシートの下側に温水パイプが配管され、該温水パイプが断熱材のパネルの上面に形成されたＵ字溝内に保持されてよい。また床材が細長い竹製の板をその巾方向の両端面が前記床材の上面および下面になるように接合して構成されてよい。

本願の主要な発明は、発熱手段によって床材を加温するようにした床暖房装置において、発熱手段としてカーボングラファイトシートを用いるようにしたものである。

従ってこのような構成によると、カーボングラファイトシートから成る発熱手段が発熱することによって、床材が加温され、床暖房が行なわれる。カーボングラファイトシートは抵抗値が比較的低いために、十分な電流量を流すことができ、これによって床材を迅速に所定の速度に加温できるようになる。しかも発熱手段がカーボングラファイトシートから構成されているために、床材の厚さ方向の寸法が非常に小さく、スペースファクタに優れた床暖房装置が提供される。

本願の別の主要な発明は、床材の下面のほぼ全面に均熱用カーボングラファイトシートが配され、床材が該均熱用カーボングラファイトシートを介してその下側の発熱手段からの熱を受けるようにしたものである。

従ってこのような床暖房装置によると、下側の発熱手段からの熱を、床材の下面の均熱用カーボングラファイトシートによって受けることができ、これによって床材の下面のほぼ全面を均等に加温できるようになる。従ってこのような均熱用カーボングラファイトシートによって、床材の全面における温度ムラをなくして床材の全面をほぼ均等な温度に維持することが可能になる。

以下本願発明を図示の実施の形態によって説明する。図１および図２は本実施の形態に係る床暖房装置の全体を示すものであって、木質の板状体から成る床材１０は、その下面に所定の間隔を隔てて配されている矩形断面の根太１１によって支持される。そして根太１１は、下地板１２の上面によって受けられる。下地板１２はコンクリート製のスラブ１３上に直接敷設されている。

ここで上記床材１０の下面であって根太１１間には、発熱手段を構成するカーボングラファイトシート１６が取付けられるようになっている。カーボングラファイトシート１６は図３および図４に示すように、例えば液晶ポリマ等の耐熱性樹脂によってその両面が被覆されるようになっている。しかもカーボングラファイトシート１６のパターンの両端にはそれぞれ端子板１８が取付けられるとともに、端子板１８にはリード線１９が半田付け等の方法によって接続されている。

ここで発熱手段を構成するカーボングラファイトシート１６は天然の炭素系の素材である。炭素はダイヤモンド、グラファイト（黒鉛）、および無定形炭素の形で安定に存在する。この内とくにグラフィトは、黒色不透明であって、六方晶系の結晶構造を有し、電気および熱の導体である。とくに天然に存在するグラファイトを圧延することによって、グラファイトシートが得られる。天然のグラフィトから圧延して製造したグラファイトシートは、低コストであることが特徴である。

なお天然グラファイトを用いる代りに、アクリロニトリルを用いたアクリル系樹脂フィルム等の有機合成フィルムを無酸素下で焼成すると、シート状のグラファイトが得られる。高分子材料から成るグラファイトシートは、柔軟性および圧縮弾性があり、しかも相手とのなじみが良好である利点を有している。従ってここで発熱手段を構成するカーボングラファイトシート１６としては、天然のグラファイトから製作されたものの他、アクリロニトリル等を焼成したグラファイトシートを用いることができる。

なおここでは、シート状をなすカーボングラファイトシートを所定の形状に打抜いてカーボングラファイトシート１６を形成しているが、このようなカーボングラファイトシート１６は、絶縁性に優れた材料によって絶縁される。絶縁材料として用いられるものとしては、液晶フィルム、液晶塗料、エポキシ塗料、ポリアミドフィルム、カプトンフィルム、テンフィルム、２層ポリエチレンテレフタレートフィルム、メラミンフィルム、その他各種の樹脂塗料および樹脂フィルムや、ナイロンフィルムであってよい。その他にガラスクロスによって絶縁を行なうことも可能である。さらにはカーボングラファイト層１６の外表面をセラミックコーティングによって絶縁してもよい。

このように絶縁手段によって封止されたカーボングラファイトシート１６が床材１０の下面に直接取付けられているために、このカーボングラファイトシート１６に対して通電を行なうと、ジュール熱によって発熱する。従って床材１０はその下面から加温されるようになり、これによって床材１０が直接暖められて床暖房が達成される。ここでカーボングラファイトシート１６には十分な電流を流すことができるために、短時間で目的とする温度に急速に昇温することができ、これによって立上がり特性に優れた床暖房装置になる。またカーボングラファイトシート１６それ自身が高い熱伝導性を有しているために、発熱によって生じた熱は、このカーボングラファイトシート１６の全面に均一に伝導され、これによってカーボングラファイトシート１６の各部の温度のばらつきがなくなる。従ってこのようなカーボングラファイトシート１６を取付けた床材１０の温度も全表面に亙ってほぼ均一になる。

図５は床材１０の下面に直接カーボングラファイトシート１６を取付ける代わりに、床材１０の下面にまずアルミニウム製パネル２２を取付けるようにし、このパネル２２の下面にカーボングラファイトシート１６から成る発熱手段を取り付けるようにしたものである。一般にアルミニウム製のパネルは厚み方向の熱伝導に優れている。これに対してカーボングラファイトシート１６はその面方向の熱伝導に優れている。従って高い熱伝導の方向が直交する２つの部材２２、１６を組合わせることによって、より均一に床材１０を加温することができる。またその加温の時間をさらに短縮することが可能になる。

図６に示す構成は、下地板１２の上面に発熱手段を構成するカーボングラファイトシート１６を取付けるようにしている。これに対して床材１０の下面には、アルミニウム製パネル２２を介して熱伝導用カーボングラファイトシート２３を取付けるようにしている。ここで加熱手段を構成するカーボングラファイトシート１６と上側の熱伝導用カーボングラファイトシート２３との間には所定の空間が形成される。

このような構成において、発熱手段を構成するカーボングラファイトシート１６に対して通電を行なうと、このカーボングラファイトシート１６が遠赤外線を発生する。従ってこの遠赤外線が上側に位置する熱伝導用カーボングラファイトシート２３を加熱し、これによってカーボングラファイトシート２３が加温されるとともに、面方向の熱伝導を行なう。そしてカーボングラファイトシート２３の上面に設けられているアルミニウム製のパネル２２が厚さ方向の熱伝導を行なうために、床材１０が迅速に加温される。なお床材１０の下面にアルミニウム製パネル２２を取付けることなく、直接熱伝導用カーボングラファイトシート２３を取付けるようにしてもよい。

次に別の実施の形態を図７〜図９によって説明する。ここでは図７に示すような均熱用カーボングラファイトシート３６が用いられる。カーボングラファイトシート３６は熱を均一に伝達するためのものであって、所定の大きさの矩形のカーボングラファイトシートである。そしてこのようなカーボングラファイトシート３６は、その上下面にそれぞれ耐熱フィルム４１が接合されて被覆される。このようなカーボングラファイトシート３６は、床材１０の下面のほぼ全面に配され、これによって床材１０の下面においてその面方向に均等に熱を伝達する役割を果たす。

図８はこのような均熱用カーボングラファイトシート３６を用いたものである。すなわちこの実施の形態は、根太１１上に配されている補助板３５上にカーボングラファイトシート１６から成るヒータを配置しており、その上に均熱用カーボングラファイトシート３６を介して床材１０を配している。すなわち床材１０の下面であってその全面に、均熱用カーボングラファイトシート３６が貼付けられており、このカーボングラファイトシート３６に接するように、補助板３５上のヒータ１６によって発熱を行なうようにしている。このような構成によると、ヒータ１６で発生する熱が、均熱用カーボングラファイトシート３６によって床材１０の全面にほぼ均一に流動し、これによって床材１０の加熱温度が均等になる利点がある。なお均熱用カーボングラファイトシート３６は、必ずしも床材１０の下面に貼付ける必要はなく、床材１０の下面に接するように配してもよい。

均熱用カーボングラファイトシート３６による均熱化の作用は、図８のグラフによって明らかにされる。均熱用カーボングラファイトシート３６が存在しない場合には、同図において鎖線で示すように、ヒータ１６と接する部分において床材１０の温度が高くなるものの、ヒータ１６間の隙間の部分においては床材１０の温度が谷間状に低くなる。これに対して床材１０とヒータ１６との間に均熱用カーボングラファイトシート３６を配すると、ヒータ１６間の谷間状の温度の低下が防止され、床材１０の全面の温度がほぼ均一になる。これは均熱用カーボングラファイトシート３６によって、熱がその面方向に流動し、これによって温度が均一になるからである。

均熱用カーボングラファイトシート３６による床材１０の均熱化について、実際に測定を行なった結果を表１に示す。この表１は、均熱手段としてカーボングラファイトシート３６を用いた場合と、アルミニウム製のシートを用いた場合と、均熱シートを用いない場合の３つの場合についてそれぞれ比較している。そしてヒータ１６が配された真上の部分の床材１０の温度と、ヒータが配されていない隙間の部分の床材１０の温度とをそれぞれの床材１０の上面から測定し、ヒータ１６がある部位とヒータ１６がない部位の温度差を求めたものである。この結果から明らかなように、均熱用カーボングラファイトシート３６を用いると、ヒータ１６がある部位とない部位の温度差を例えば２．４℃に抑えることができ、温度差を極めて低くできるようになる。なお均熱手段がない場合には、同温度差が約１０℃になる。

図９はさらに別の実施の形態を示している。この実施の形態は、床材１０の下面であってその全面に均熱用アルミパネル３７が貼付けられ、さらにこのアルミパネル３７の外表面上に均熱用カーボングラファイトシート３６が配される。これに対してヒータを構成するカーボングラファイトシート１６は、根太１１間において、下地板１２の上面に配され、このカーボングラファイトシート１６に対する通電によって発生する遠赤外線によって、均熱用カーボングラファイトシート３６と均熱用アルミパネル３７とを介して床材１０の加温を行なうようにしている。一般にカーボングラファイトシート３６は面方向の熱伝導が良好である。これに対してアルミパネル３７は厚さ方向の熱伝導が良好である。従って２種類の熱伝導パネル３６、３７を複合させることによって、床材１０の全面に均一に加温を行なうことが可能になる。

なお図８および図９に示す実施の形態において、図７に示すように、耐熱フィルム４１で包むのに代えて、上記均熱用カーボングラファイトシート３６の上下面をそれぞれセラミック塗料等で被覆することが好適である。セラミック塗料等で被覆されたカーボングラファイトシート３６は、このカーボングラファイトシート３６に伝達された熱を蓄熱する性質がある。また塗布されるセラミック層中の気泡も蓄熱に寄与する。従ってこのようなセラミック塗料で被覆されたカーボングラファイトシート３６によって、蓄熱性を高めることにより、加温効果に優れた床暖房装置が提供される。

次に別の実施の形態を図１０によって説明する。この実施の形態は、根太１１上に配設された補助板３５の上面に発泡樹脂製の断熱板４４を配し、この断熱板４４上に所定の間隔でカーボングラファイトシート１６から成るヒータを配する。そして上記ヒータ１６と床材１０の下面との間に、均熱用カーボングラファイトシート３６を配設する。ここで均熱用カーボングラファイトシート３６は、予め床材１０の下面に接着等の手段によって固定されてもよく、あるいはまたヒータ１６上に均熱用カーボングラファイトシート３６を敷設し、その上にこれに重なるように床材１０を敷設してもよい。

このような構成によると、カーボングラファイトシート１６から成るヒータによって加熱された熱が、床材１０の下側の均熱用カーボングラファイトシート３６に伝達され、これによって床材１０の下面の全面がほぼ均一に加温される。しかも下側の断熱板４４によって下方への熱の伝達が阻止されるために、熱効率が著しく改善される。

次にさらに別の実施の形態を図１１によって説明する。この実施の形態は、根太１１によって支持される補助板３５上に、上面に開放されたＵ字溝４５を所定の位置に配した発泡樹脂製の断熱板４４を敷設してる。そしてこの断熱板４４のＵ字溝４５の部分に温水パイプ４６を配管している。そして上記温水パイプ４６をＵ字溝４５によって保持した断熱板４４の上面に均熱用カーボングラファイトシート３６を敷設している。そしてこのカーボングラファイトシート３６上に、床材１０を配している。なおここでも、床材１０の下面に、均熱用カーボングラファイトシート３６が予め接合されてよく、あるいはまた床材１０とは独立して均熱用カーボングラファイトシート３６を敷設し、その上に床材１０を配置してもよい。

このような構成において、断熱材４４のＵ字溝４５の部分に配管された温水パイプ４６内に、温水を循環させる。するとこの温水の熱が均熱用カーボングラファイトシート３６を介して床材１０の下面に伝達される。ここで均熱用カーボングラファイトシート３６は床材１０の面方向にまんべんなく熱を伝達するために、温水パイプ４６が間隔を隔てて配管されていても、床材１０の全面をほぼ均一な温度に加熱することができ、床材１０の表面における温度ムラをほとんどなくすことが可能になる。

床材１０としては天然の無空の木材、合板等の各種の木質系の床材を用いるのが好適である。さらにはまた、図１２に示すように、竹製の板２７を多数貼合わせて構成した床材２６を用いてもよい。竹製の板２７は、この床材２６の厚みとほぼ同一の幅の細長い短冊状の板であって、このような板を多数貼合わせて構成される。

一般に竹は厚さ方向の熱伝導率が良好であるために、床材２６それ自身の昇温が通常の木材から成る合板に比べて速くなる。このために床材２６自身の熱伝導率の改善によって、さらに暖房効率に優れた床暖房装置が提供される。

以上本願発明を図示の実施の形態によって説明したが、本願発明は上記実施の形態によって限定されることなく、本願に含まれる発明の技術的思想の範囲内において各種の変更が可能である。例えば上記実施の形態における床材１０の下側におけるカーボングラファイトシート１６、２３、３６から成る加熱手段あるいは均熱手段の配置やその大きさあるいは厚さについては、使用目的や使用条件によって各種の変更が可能である。

本願発明は、家屋の床暖房に広く利用可能である。

床暖房装置を備える床材の平面図である。 同床暖房装置の縦断面図である。 同床暖房装置の加熱手段の一部を破断した平面図である。 同加熱手段の断面図である。 変形例に係る床暖房装置の縦断面図である。 さらに別の変形例の床暖房装置の縦断面図である。 均熱用カーボングラファイトシートの平面図である。 別の実施の形態の床暖房装置の縦断面図である。 変形例の床暖房装置の縦断面図である。 さらに別の実施の形態の床暖房装置の縦断面図である。 変形例の床暖房装置の縦断面図である。 同床暖房装置に用いられる床材の拡大断面図である。

符号の説明

１０ 床材
１１ 根太
１２ 下地板
１３ スラブ
１６ カーボングラファイトシート
１７ 絶縁フィルム
１８ 端子板
１９ リード線
２２ アルミニウム製パネル
２３ カーボングラファイトシート（熱伝導用）
２６ 床材
２７ 竹製の板
３５ 補助板
３６ 均熱用カーボングラファイトシート
３７ 均熱用アルミパネル
４１ 耐熱フィルム
４４ 断熱板（発泡樹脂）
４５ Ｕ字溝
４６ 温水パイプ

Claims (12)

1. 発熱手段によって床材を加温するようにした床暖房装置において、
   発熱手段としてカーボングラファイトシートを用いることを特徴とする床暖房装置。
2. カーボングラファイトシートから成る発熱手段が通電によってジュール熱で発熱することを特徴とする請求項１に記載の床暖房装置。
3. カーボングラファイトシートから成る発熱手段を床材の下側に配設して該床材を下方から加熱することを特徴とする請求項１に記載の床暖房装置。
4. カーボングラファイトシートから成る発熱手段が床材の下面に直接取付けられることを特徴とする請求項１に記載の床暖房装置。
5. カーボングラファイトシートから成る発熱手段がアルミニウム製のパネルを介して床材の下面に取付けられることを特徴とする請求項１に記載の床暖房装置。
6. カーボングラファイトシートから成る発熱手段が下地板の上面に配され、床材の下面との間に空間が形成されることを特徴とする請求項１に記載の床暖房装置。
7. 床材の下面に直接またはアルミニウム製のパネルを介して均熱用カーボングラファイトシートが取付けられ、下地板の上面のカーボングラファイトシートから成る発熱手段からの熱を受けることを特徴とする請求項６に記載の床暖房装置。
8. 床材の下面のほぼ全面に均熱用カーボングラファイトシートが配され、前記床材が該均熱用カーボングラファイトシートを介してその下側の発熱手段からの熱を受けることを特徴とする床暖房装置。
9. 床材の下面のほぼ全面に均熱用アルミパネルと均熱用カーボングラファイトシートとが重ねて取付けられ、その下側のカーボングラファイトシートから成る発熱手段からの熱を受けることを特徴とする請求項８に記載の床暖房装置。
10. 床材の下面のほぼ全面に均熱用カーボングラファイトシートが配され、該均熱用カーボングラファイトシートの下側に発熱用カーボングラファイトシートが配され、該カーボングラファイトシートが断熱材のパネル上に支持されることを特徴とする請求項８に記載の床暖房装置。
11. 床材の下面のほぼ全面に均熱用カーボングラファイトシートが配され、該均熱用カーボングラファイトシートの下側に温水パイプが配管され、該温水パイプが断熱材のパネルの上面に形成されたＵ字溝内に保持されることを特徴とする請求項８に記載の床暖房装置。
12. 床材が細長い竹製の板をその巾方向の両端面が前記床材の上面および下面になるように接合して構成されることを特徴とする請求項１または請求項８に記載の床暖房装置。