JP2012097998A - 加熱器及び加熱器の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】生産性・加工性に優れ、安全且つ高効率に均一加熱を行うことができる加熱器並びに設置工事が容易で高効率に均一加熱を行うことが可能な床暖房用パネルを提供する。
【解決手段】可撓性を有する保護管１３の内部に、外周面が被覆材１２で覆われた単線状又は撚り線状の発熱体１１を挿入し、前記被覆材１２と前記保護管１３内面との間隙に砂１４を充填する。また、基材２１の上面に溝２７を形成し、前記加熱器１０を前記溝２７に装着し、更にその上に熱伝導シート２４を接着して床暖房用パネル２０を構成する。これにより、加熱器１０は、生産性に優れ、曲げ加工を容易に行うことができ、且つ効率的に均一加熱を行うことができる。また、床暖房用パネル２０は、熱源機や温水配管が不要で設置工事が容易に行えると共に、温水循環式床暖房に比べて暖房時の床面の温度むらを少なくすることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、暖房、霜取り、結露防止、乾燥等に用いる電気式の加熱器及び加熱器の製造方法並びに電気式加熱器を用いた床暖房用パネルに関する。

従来からこの種の加熱器として、線形状の発熱体を無機絶縁物を介して金属性の保護管内部に埋設したものが知られている（例えば、特許文献１）。前記無機絶縁物としては酸化マグネシウム（マグネシア）等が広く用いられており、金属性の保護管としてはステンレス等が使用されている。

また、住宅等の暖房装置として、温水配管を床材下のパネル内に埋設し、当該温水配管内に温水を循環させる温水循環方式の床暖房装置が知られている（例えば、特許文献２）。この種の暖房装置で用いられる床暖房用パネルは、発泡ポリスチレン等からなる基材の上面側に温水配管を設置する溝を設け、前記溝部に温水配管を設置し、更にその上に床材が敷設されている。そして、この種の暖房装置では、温水を供給するための熱源機として、灯油若しくはガス燃焼式の給湯装置又は電気式の給湯装置を用いている。

特許第２９６４３０３号公報 特開２００４−５３２０３号公報

しかしながら、従来の金属性保護管を備えた加熱器では、金属管の剛性が高いため曲げ加工が困難で、加熱器を曲げるためには特別な曲げ加工機械を必要としていた。そのため、工場において曲げ加工機械を用いて所定の形状に加工してから出荷する必要があり、加熱器を設置、利用する現場において曲げ加工を行うことは極めて困難であった。また、曲げ加工が困難であるので、最終利用形状の設計自由度も制限されていた。

そのため、従来の金属性保護管を備えた加熱器では、被加熱物の形態や加熱目的に合わせた形状、配置にすることが困難であり、その結果、加熱器の電力密度を高くし、表面温度を高くせざるを得ない状況もあった。特に、低温加熱を必要とする場合においては、表面温度を本来必要とする温度以上に高く設定することになり、加熱効率が悪く、消費電力が大きくなるという問題があった。

また、保護管として金属管を用いる場合には、発熱体と保護管との間で電気絶縁性能を維持することが困難であった。即ち、加熱器として要求される電気絶縁性能を確保するためには、発熱体を保護管の中心線付近に保持する必要があり、発熱体や絶縁物の片寄り等により発熱体と保護管が接近すると絶縁性が失われるという問題があった。そのため、加熱器の製造過程においては、発熱体を保護管の中心線付近に保持するための工程が必要であり、また、加熱器の曲げ加工を行う場合においても、絶縁性能の劣化という問題を考慮する必要があった。

また、従来から用いられている温水循環方式の床暖房装置では、熱源機の設置工事や温水配管の施工等が容易でないという問題があった。即ち、温水循環方式の床暖房設置では、床暖房パネルを設置する建物工事の他、ボイラー等の熱源機の設置工事と、燃料となるガス等の配管工事と、熱源機から床暖房を行う部屋への温水配管工事と、熱源機や制御機器の電気工事等が必要であった。このように、従来の温水循環方式の床暖房装置では建物全体に係わる工事作業が発生していた。そこで、特に、リフォーム等で既設住宅へ設備を追加設置するような場合や、暖房設備の更新工事を行うような場合、また、住宅内の一部分のみに床暖房を行いたい場合等には、設置工事が容易に行える床暖房装置が望まれていた。

また更に、従来の温水循環方式の床暖房装置では、循環する温水からの顕熱放出により暖房を行うので、温水配管内を流れる温水の温度は熱放出によって低下する。そのため、温水配管は、温水流れ方向に温度勾配を持つことになり、その結果、床暖房パネルの表面温度を均一にすることが困難であるという問題があった。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、生産性・加工性に優れ、安全且つ高効率に均一加熱を行うことができる加熱器を提供すること、並びに設置工事が容易で高効率に均一加熱を行うことが可能な床暖房用パネルを提供することを目的とする。

第１発明の加熱器は、保護管の内部に単線状又は撚り線状の発熱体を設けた加熱器において、前記保護管は可撓性を有し、前記発熱体の外周面は被覆材で覆われており、前記被覆材と前記保護管内面との間隙に砂が充填されていることを特徴とする。

第２発明の加熱器は、前記保護管が可撓性の樹脂であり、前記砂が川砂若しくは海砂であることを特徴とする。

第３発明の加熱器は、配線穴が形成された封止部材を備え、前記配線穴に前記発熱体に接続される配線を通すと共に前記封止部材は前記保護管端部の外周面又は内周面に嵌合され、前記封止部材の外周面に取り付けられ前記封止部材を圧縮し前記配線を固定するカシメ部材を設けたことを特徴とする。

第４発明の加熱器の製造方法は、前記砂の粒径を選別する粒径選別工程と、前記砂を乾燥させる乾燥工程と、前記保護管に前記発熱体を挿入する挿入工程と、前記発熱体が挿入された前記保護管の内部に前記砂を充填する砂充填工程とを少なくとも備え、前記砂充填工程は、前記保護管を該中心線が略鉛直になるように配置し加振機により振動させながら前記保護管の上方端部より前記砂を充填することを特徴とする。

第５発明の床暖房用パネルは、上面に断面略Ｕ字形状の溝が形成された矩形板状のパネル基材と、前記溝に装着される線形状の加熱器と、前記パネル基材及び前記加熱器の上面に接着される熱伝導シートとからなる床暖房用パネルであって、前記加熱器として本願第１発明乃至第３発明何れか一の発明に係る加熱器を用いたことを特徴とする。

第６発明の床暖房用パネルは、前記パネル基材と前記加熱器との間に第二の熱伝導シートを設けたことを特徴とする。

第１発明の加熱器によれば、前記保護管は可撓性を有し、且つ前記保護管内部の間隙に砂が充填されているので、容易に加熱器の曲げ加工を行うことができる。そのため、特別な曲げ加工機械が不要となり、加熱器の生産性が向上する。また、予め工場で加熱器の曲げ加工をしなくても、加熱器を利用する現場において容易に曲げ加工を行うことが可能となる。また、曲げ加工を容易に行えるので、複雑な曲げ形状を採用できるようになり、設計形状の選択自由度が大きくなる。

そして、本発明の加熱器は、容易に曲げることができるので、比較的長尺の製品を製作することが可能であり、また、被加熱物の形態や加熱目的に合わせて自由に形状、配置を変えることができる。従って、加熱器の表面積を増大させると共に、発熱体と被加熱物との距離を近づけることができるので、加熱器の電力密度を低くし、表面温度を低く設定することが可能となる。その結果、加熱器の加熱効率が向上し、消費電力を抑えることができる。

また更に、本発明の加熱器では、前記保護管内部に砂を充填しているので、加熱器の曲げ加工性を確保しつつ、発熱体から発生する熱を効率的に保護管表面へと伝達することができる。その結果、高効率で均一な加熱が可能となる。また、前記発熱体の外周面は被覆材で覆われいるので、発熱体の電気絶縁性を確保すると共に、生産時や曲げ加工時の発熱体の損傷を防止することができる。その結果、加熱器の生産性・曲げ加工性が向上すると共に、安全な加熱が可能となる。

第２発明の加熱器によれば、前記保護管が可撓性の樹脂管であるので、発熱体の片寄り等により発熱体と保護管が接近した場合であっても電気絶縁性能を維持できるようになる。そのため、加熱器の生産時や曲げ加工時に保護管内における発熱体の位置を正確に管理する必要がなくなり、加熱器の生産性・加工性が向上し、且つ安全な加熱が可能となる。また、前記砂として川砂若しくは海砂を採用したので、材料調達が容易になり、加熱器の生産性が向上する。

第３発明の加熱器によれば、配線穴が形成された封止部材を備え、前記配線穴に前記発熱体に接続される配線を通すと共に前記封止部材は前記保護管端部の外周面又は内周面に嵌合され、前記封止部材の外周面に取り付けられ前記封止部材を圧縮し前記配線を固定するカシメ部材を設けたので、加熱器の保護管端部密封処理を容易に行えるようになる。そのため、加熱器の生産性が向上する。

第４発明の加熱器の製造方法によれば、前記砂の粒径を選別する粒径選別工程と、前記砂を乾燥させる乾燥工程と、前記保護管に前記発熱体を挿入する挿入工程と、前記発熱体が挿入された前記保護管の内部に前記砂を充填する砂充填工程とを少なくとも備え、前記砂充填工程は、前記保護管を該中心線が略鉛直になるように配置し加振機により振動させながら前記保護管の上方端部より前記砂を充填するので、前記砂を均一に効率的に保護管内部に充填することが可能となる。そのため、加熱器の生産性が向上する。

第５発明の床暖房用パネルによれば、上面に断面略Ｕ字形状の溝が形成された矩形板状のパネル基材と、前記溝に装着される線形状の加熱器と、前記パネル基材及び前記加熱器の上面に接着される熱伝導シートとからなる床暖房用パネルであって、前記加熱器として本願第１発明乃至第３発明何れか一の発明に係る加熱器を用いたので、床暖房パネルの設置工事が容易で、高効率で均一な床暖房を行うことができる。特に、建物の一部分のみを床暖房する場合や、既設住宅のリフォーム等を行う場合であっても、容易に設置工事を行うことができるようになる。

第６発明の床暖房用パネルによれば、前記パネル基材と前記加熱器との間に第二の熱伝導シートを設けたので、更に効率良く均一的な加熱を行うことが可能となる。

本発明の第１の実施形態に係る加熱器の構造を示す斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係る加熱器の端部構造を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る加熱器の保護管接続部を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る加熱器の生産工程を示す説明図である。 本発明の第１の実施形態に係る加熱器の生産治具を示す説明図である。 本発明の第２の実施形態に係る加熱器の構造を示す斜視図である。 本発明の第３の実施形態に係る床暖房用パネルの断面図である。 本発明の第３の実施形態に係る床暖房用パネルの平面図である。 本発明の第４の実施形態に係る床暖房用パネルの断面図である。

以下、本発明の実施形態に係る加熱器を図面に基づき詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る加熱器１０の構造を示す部分破断斜視図である。第１の実施形態に係る加熱器１０は、被覆材１２で覆われた発熱体１１を保護管１３の内部に挿入し、前記被覆材１２と保護管１３の内面との隙間に絶縁物としての砂１４を充填している。

発熱体１１は、単線状又は撚り線状の抵抗発熱体であり、通電することにより熱を発するものである。本実施形態では発熱体１１として、ニッケル−クロム合金線を用いている。発熱体１１の材質としては、他にも、鉄−クロム−アルミ系合金等を採用することができる。発熱体１１の抵抗値は、所定の発熱量即ち所定の電流値が得られるように設定されており、具体的には、発熱体の全長と直径とを適切に選定することにより調整されている。尚、発熱体１１の両端部分には、図２に示すように、接続配線１８が接続具３２を介して通電可能に接続されている。

被覆材１２は、生産時や曲げ加工時に砂１４によって発熱体１１が損傷することを防ぐと共に絶縁性を確保するためのものであり、発熱体１１の外周面を覆うシリコンゴムからなる。他にも被覆材１２として、エナメル等や、耐熱性の樹脂、例えば、ビニル系樹脂、ポリウレタン、ポリエステル、ポリエチレン、天然ゴム、エチレンプロピレン、クロロプレン等を採用しうる。このように、発熱体１１の外周面を被覆材１２で覆うことにより、外力や砂１４に含有される水分や不純物等による発熱体１１の損傷や劣化を防止できるので、加熱器１０の耐荷重性や耐候性、耐久性が向上する。また、水分による絶縁性能の低下も防止することができるので、安全な加熱が可能となる。また、生産時や曲げ加工時の発熱体１１の損傷を防止することができるので、加熱器の生産性・曲げ加工性が向上する。

保護管１３は、可撓性を有する樹脂管であり、本実施形態では、外径１０ｍｍ、内径７ｍｍ、長さ３ｍの架橋ポリエチレン管を用いている。保護管１３の材質としては、他にも、可撓性を有する樹脂、例えば、シリコン、ポリブデン、軟質塩化ビニル、四フッ化エチレン樹脂等を採用することができる。保護管１３として樹脂管を用いると、発熱体１１の片寄り等により発熱体１１と保護管１３が接近した場合であっても電気絶縁性能を維持できるようになる。そのため、加熱器１０の生産時や曲げ加工時に保護管内における発熱１１体の位置を正確に管理する必要がなくなり、加熱器１０の生産性・加工性が向上し、且つ安全な加熱が可能となる。

保護管１３の内部には、絶縁物として砂１４が充填されている。砂１４は、発熱体１１で発せられる熱を保護管１３へと伝導するための熱伝達媒体としても機能する。このように、可撓性の保護管１３の内部に砂１４を充填しているので、加熱器１０は容易に曲げることができ、且つ、発熱体１１から発生する熱を効率的に保護管表面へと伝達することができる。その結果、高効率且つ均一な加熱が可能となる。本発明の加熱器は、熱伝達媒体として固体粒子である砂１４を充填しているので、熱伝達媒体として液体を封入する場合に比べ、液漏れ等の恐れが全くない点が特に優れている。

また、本実施形態に係る加熱器１０では、砂１４として、川砂若しくは海砂を用いている。砂１４の構成物は、石英、長石、岩片、その他各種鉱物である。川砂若しくは海砂は、調達が容易であり、廉価であるので、生産面で有利である。また、特に、川砂を用いた場合、川砂には塩分等の含有が少ないので、前処理工程としての塩分除去等を目的とした洗浄が不要になるというメリットがある。そのため、川砂を採用することにより、加熱器１０の生産性が更に向上する。尚、砂１４としては、所謂山砂や火山砂、人口破砕された砕屑物等、その他の種類の砂を採用することも可能である。

図２は、本実施形態に係る加熱器１０の端部構造を示す断面図である。加熱器１０の端部は、封止部材１６及びカシメ部材１７により封止されている。
封止部材１６は、中心軸部に配線穴１６ａが形成された略円筒状の形状であり、保護管１３の端部内面に挿入される。前記配線穴１６ａは、発熱体１１に接続される配線１８を通すためのものである。封止部材１６の外周面の前記保護管１３に嵌挿される部分には、該外径の大なる部分１６ｂと小なる部分１６ｃを設けて、略円錐台の形状を複数の並べた形状としており、これにより、保護管１３の内周面への挿入を容易にすると共に抜けを防止し、確実な封止を可能としている。封止部材１６の材質としては、ゴム系の樹脂材料を採用しうる。

封止部材１６として、前記のように保護管１３の内周面に嵌め込む形状に代えて、保護管１３の外周面に嵌め込む形状を採用することも可能である。前者のごとく保護管１３の内周面に嵌め込む形状を採用すると封止部材１６を小さくすることが可能で、加熱器１０の端部形状をコンパクトにまとめることができる点で有利である。特に、この場合、加熱器１０には保護管１３の外径より大きな径となる部分がないので、加熱器の設置・利用時の取り扱い上問題が少ない。他方、後者のごとく保護管１３の外周面に封止部材１６を嵌める仕様では、勘合前に保護管１３の外周面に付着した砂１４等の異物を容易に拭き取ることができるので、生産性が良く、生産工程における勘合面への異物噛み込みが少ないとう点において有利である。

カシメ部材１７は、前記封止部材１６の外周面に装着され、前記封止部材１６を圧縮し、配線穴１６ａを塞ぐと共に前記配線を固定するものである。カシメ部材１７の形状としては、リング状のものを用いても良いし、帯状のものを丸めて使用しても良く、材質としては、鉄等の金属や、樹脂等を用いることができる。カシメ方法としては、金属等の塑性変形を利用する所謂圧着方式でも良いし、ロック機構を備えたその他の方法でも良い。本実施形態に係る加熱器では、カシメ部材１７として、ロック機構を備えた樹脂製のバンド、所謂結束バンド又はケーブルタイを用いており、効率よくカシメ作業を行うことができる。

図３は、本実施形態に係る加熱器１０の保護管接続部を示す断面図である。本実施形態に係る加熱器１０では保護管１３として長さ３ｍの架橋ポリエチレン管を用いているが、加熱器１０の長さはこれに限定されるものではない。図３に示すように接続材１９を用いて保護管１３を必要数接続して、加熱器１０を所定の長さにすることができる。本実施形態に係る加熱器１０では、接続材１９として樹脂性の粘着テープを用いている。そのため、保護管接続作業を容易に行うことができる。尚、接続材１９として、アルミテープ等その他の粘着テープを採用することも可能である。また、接続材１９として、円筒形状で、該円筒の内周面に保護管１３の外周面が嵌挿されるように成形された樹脂等からなる継手を用いることもできる。

次に、本発明の実施形態に係る加熱器の製造方法について詳細に説明する。
粒径選別工程では、充填される絶縁物の原材料となる川砂から、粒径が所定の大きさより小さいものを選別する。選別方法は、川砂を篩にかけることによる。即ち、所定のピッチを持つ金属性メッシュに振動を加えながら川砂を通過させることにより、所定の粒径より小さいものを選別している。これにより、保護管１３に砂１４を充填する作業の効率が高まると共に均一に充填することが可能となる。ここで、砂１４の所定の粒径とは、０．１ｍｍから１．０ｍｍであり、更に好ましくは、粒径０．８ｍｍ以下である。

次に、乾燥工程では、前記粒径選別工程で所定の粒径に選別された砂１４を、乾燥炉を用いて乾燥させる。これにより、砂１４に含まれる水分が除去され、その結果、砂１４の粒子が互いに付着することを防止できるので、砂１４の充填作業性が格段に向上する。更に、水分含有に起因する砂１４の絶縁性不良や発熱体１１の劣化を防止することができる。尚、砂１４の乾燥度の管理は、乾燥時間の調整により行うことができる。

挿入工程では、予め両端に配線１８を接続した発熱体１１を保護管１３の内部に挿入する。この時、保護管１３を該中心線が略鉛直、即ち水平面に対して略垂直になるように立てて、尚且つ、加振機により保護管１３に振動を加えながら、発熱体１１を保護管１３の上端部より挿入することにより、効率よく挿入作業を行うことが可能となる。また、保護管１３の一方端部より圧縮空気を流しながら同端部より発熱体１１を挿入することにより、挿入工程の作業性を向上させることもできる。

次に、砂充填工程では、前記発熱体１１が挿入された後の保護管１３の内部に砂１４を充填する。図４は、本発明の第１の実施形態に係る加熱器１０の砂充填工程を示す説明図である。図４において、矢印Ａは、砂１４を充填する方向を示している。前記砂充填工程は、前記保護管１３を該中心線が略鉛直、即ち水平面に対して略垂直になるように配置し加振機により振動させながら保護管１３の上方端部より砂１４を充填する。これにより、砂１４を均一且つ効率的に保護管１３の内部に充填することが可能となる。尚、この時、予め保護管１３の一端を封止部材１６及びカシメ部材１７により封止しておき、他端部より砂１４を充填することになる。そして、砂１４の充填が完了した部分を、図４に示すように、順次コイル状に巻き上げていく。これにより、作業スペースを狭くすることができ、設備も小さくすることができる。また、加熱器１０を巻き上げた形状のまま次工程への移動や出荷を行うことができるので、作業効率が向上する。

尚、砂充填工程においては、保護管１３を該中心線が略鉛直且つ直線状になるように保持するため、保持用の治具３１を用いている。本実施形態では、保護管１３を保持する治具３１として、図５に示すように、ステンレス鋼棒又は鋼管３本を利用している。ステンレス鋼棒３本を各々の中心線が互いに平行であり、鉛直、即ち水平面に対して垂直であり、且つ等間隔、即ち正三角形状に配置されるよう立設し、該３本のステンレス鋼棒の間に保護管１３を通すようにしている。前記ステンレス鋼棒の間隔は、鋼棒の外周面と保護管１３の外周面が適度なクリアランスを持って接するように設定している。このように、保護管１３を保持する治具３１を用いることにより、可撓性を有する保護管１３の内部に砂１４を充填する作業の効率を向上させることができる。尚、本実施形態の治具３１は、簡便に保護管１３を保持できる点において優れているが、保持用の治具３１の形状や材質としては、本実施形態に限定されるものではなく、保護管１３を該中心線が略鉛直且つ直線状になるように保持できれば、その他の形態でも差し支えない。

保護管１３を複数接続して、比較的長尺の加熱器１０を製造する場合には、一つの保護管１３に対して前記の挿入工程と砂充填工程を行った後、延長接続する保護管１３に対して、挿入工程、接続、砂充填工程を繰り返して実施すれば良い。即ち、延長接続する保護管１３に発熱体１１を挿入し、既に砂が充填されている側の保護管１３と延長する側の保護管１３の管端部を互いに突合せ、外周面を接続材１９としての樹脂粘着テープで固定接続した後、前記と同様の方法により、砂１４を充填していく。このように、複数の所定長の保護管１３を接続する構成を採用することにより、発熱体１１の挿入工程と砂１４の充填工程の作業効率を低下させずに長尺の加熱器１０を製造することが可能となる。

また、砂充填工程として、保護管１３の一方の端部のみから砂１４を充填する前述の方法に代えて、保護管１３を略Ｕ字形状に曲げて該両端部が上方になるように略鉛直に立てて、両端部から砂１４を充填すという方法を採用することも可能である。この場合、砂充填工程の作業効率が更に向上し、特に、比較的短尺の加熱器１０を製造する場合に有利である。

また、砂充填工程において、圧縮空気を用いて砂１４を圧送充填する方法や、保護管１３内部を真空引きした後、砂１４を吸引充填する方法を採用することも可能である。これらの方法を前述の加振充填する方法と併せて採用することにより、砂充填工程の作業効率が更に向上する。

砂充填工程が完了した後、加熱器１０の端部封止を行う。砂１４の充填口となっていた端部の配線１８を封止部材１６の配線穴１６ａに通し、封止部材１６を保護管１３の内周面に嵌め込む。そして、カシメ部材１７としての所謂結束バンドを、前記封止部材１６の外周面に装着し締め付けることにより前記封止部材１６を圧縮し、配線穴１６ａを塞ぐと共に前記配線１８を固定する。このように、本発明の加熱器は、保護管１３の端部密封処理を容易に行えるので、生産性に優れている。以上の工程により、加熱器１０の製造が完了する。

次に、第１の実施形態に係る加熱器１０の動作について説明する。
加熱器１０を所定の形状にて配設し、発熱体１１に繋がる配線１８を電源若しくは電源に接続された温度コントローラに接続する。尚、本実施形態に係る発熱体１１の電源としては、交流１００Ｖ電源を使用している。加熱器１０に通電されると発熱体１１は発熱し、その熱は砂１４に伝わり、保護管１３へと伝達される。そして、保護管１３の外周表面は所定の温度となり、加熱の用途に利用される。保護管１３の表面温度或いは被加熱物の温度等を検出し、その温度に基づいて、図示しない温度コントローラにより、加熱器１０への通電を制御することにより、加熱器１０の加熱能力を調整することができる。温度コントローラとしては、簡易な方法として、例えば、バイメタル式等のサーモスイッチを用いることができる。

ここで、発熱体１１で発せられた熱は砂１４を介して効率的に伝えられるため、保護管１３の表面は、温度むらが少なく均一に加熱されることになる。また、砂１４は適度な熱容量を有しているため、その蓄熱作用により、負荷の変動に対して安定した加熱を行うことが可能となる。即ち、負荷が急激に大きくなっても、砂１４に蓄えられていた熱が放出されるため、加熱器１０の表面温度若しくは被加熱物の温度が急激に低下することを抑えることができる。また、砂１４の蓄熱作用によって加熱器１０の温度変化が緩やかになるので、加熱器１０を所定の温度に維持するための制御サイクル、即ち、加熱器１０の通電ＯＮ、ＯＦＦサイクルが長くなり、その結果、加熱器１０や制御装置の耐久性が向上するという効果が得られる。

また更に、発熱体１１の発熱が砂１４を介して保護管１３へと伝えられるため、保護管１３の表面温度は発熱体１１の温度より十分に低く、暖房や結露防止等比較的低温度の用途に対して好適で安全な加熱が可能となる。

また、本発明の加熱器１０は容易に曲げることができるので、比較的長尺の製品を製作することが可能であると共に、被加熱物の形態や加熱目的に合わせて自由に形状、配置を変えることができる。従って、金属性の保護管を備えた従来の加熱器と比較すると、加熱器の表面積を大きく、発熱体と被加熱物との距離を小さくすることができる。その結果、本発明の加熱器１０は、従来の加熱器に比べて、電力密度を小さくし、表面温度を低く設定することができるので、加熱効率が高く、消費電力を低く抑えることができる。

例えば、複雑な形状をした熱交換器の霜取りを行う場合、金属性保護管を備えた従来の加熱器では、曲げ加工が困難であったため、熱交換器から離れた位置（通常は熱交換器の上流側、即ち、空気等熱交換媒体供給側）に加熱器を設置し、加熱を行っていた。そのため、加熱器の表面温度を、除霜に必要な周囲温度よりもはるかに高い温度に設定する必要があった。それに対して、本発明の加熱器１０は、容易に曲げて自由な形状を採用しうるので、熱交換器の除霜が必要な部分の近くに設置することが可能であり、長さについても従来のものより長くすることができる。その結果、加熱器１０の表面温度を従来より低い温度に設定しても、十分に目的の効果を得ることができる。このように、本発明の加熱器１０を採用することにより、特に低温度の加熱用途において、電力密度を抑えた高効率な加熱を行うことができるようになり、消費電力を削減することが可能となる。

次に、本発明の他の実施形態である第２の実施形態に係る加熱器について、図面に基づき詳細に説明する。
図６は、本発明の第２の実施形態に係る加熱器１１０の部分破断斜視図である。図６において、第１の実施形態に係る加熱器１０と同一若しくは同様の作用、効果を奏する構成要素については、同じ番号を付している。第２の実施形態に係る加熱器１１０は、保護管１３の外周表面に熱伝導部材としての均熱材１５を備えている。この点が、前述の第１の実施形態に係る加熱器１０との相違点である。発熱体１１、被覆材１２、保護管１３、砂１４、封止部材１６、カシメ部材１７は、既に説明した第１の実施形態に係る加熱器１０と同一の構成で同一の作用、効果を奏するので、その説明を省略し、第１の実施形態との相違点についてのみ詳細に説明する。

本実施形態に係る加熱器１１０は、保護管１３の外周面に均熱材１５を備えている。均熱材１５は、厚み約０．１ｍｍ程度のシート状又はテープ状のアルミニウムからなり、粘着材により保護管１３の外周表面に接着されている。高熱伝導率の均熱材１５により、保護管１３の表面の熱が伝達されるため、加熱器１１０の表面温度むらが更に少なくなり、均一な加熱が可能となる。尚、均熱材１５としては、アルミニウムの他、その他の金属箔やシリコン、アクリル等の樹脂複合材も採用しうる。

次に、本発明の他の実施形態である第３の実施形態に係る床暖房用パネルについて、図面に基づき詳細に説明する。
図７は、本発明の第３の実施形態に係る床暖房用パネル２０の断面図であり、図８は、床暖房用パネル２０の平面図である。床暖房用パネル２０は、住宅の床面下に設置され住宅内を床面から暖めるものであり、加熱源として、前述の第１の実施形態に係る加熱器１０又は第２の実施形態に係る加熱器１１０を用いている。加熱器１０及び加熱器１１０については既に説明した通りであるので、その説明を省略し、第１乃至第２の実施形態との相違点についてのみ詳細に説明する。

本実施形態に係る床暖房用パネル２０は、縦長矩形板状のパネル基材２１と、パネル基材２１に形成された溝２７に装着される加熱源としての加熱器１０と、熱伝導シート２４と、小根太２２とから構成される。床暖房用パネル２０の単位モジュールの寸法は、幅約1尺、即ち３０３ｍｍ、長さ約１５９０ｍｍである。設置場所に応じて必要数のモジュールを組み合わせて床暖房用パネル２０を構成することが可能である。また、床暖房用パネル２０の上面には、床面となる床材２５が敷設される。

パネル基材２１は、発泡ポリスチレンからなる、厚み約１２ｍｍから１５ｍｍの縦長矩形板状のパネル材である。そして、パネル基材２１は、加熱器１０を保持するための基礎部材であると共に、加熱器１０の熱がパネル下面へと逃げることを防止するための断熱材としての機能も果たす。パネル基材２１の一方の面、即ち、設置されたときに上側となる面には、断面略Ｕ字形状の溝２７が図８に示すように略Ｕ字形状に形成されている。この溝２７は、加熱器１０を保持するためのものである。加熱器１０は、前述の通り、可撓性を有するので、溝２７の配置形態は、本実施形態の形状に限らず、蛇行状等、自由な形態を採用しうる。また、パネル基材２１は、型内発泡により製造され、前記溝２７も発泡成形時に同時に形成される。尚、パネル基材２１の材質としては、発泡ポリスチレンの他、木材や、その他樹脂材料等を採用することも可能である。

加熱源としての加熱器１０は、パネル基材２１の前記溝２７に装着される。前述の通り、加熱器１０は、可撓性の保護管１３の内部に砂１４を充填してなる構造であるので、特別な曲げ加工機械を必要とせず容易に曲げることが可能である。そのため、パネル基材２１に加熱器１０を成形して装着する工程を極めて容易に行うことができ、床暖房用パネルの生産性を向上させることができる。

熱伝導シート２４は、床面の温度むらを少なくして、均一に加熱するためのものであり、パネル基材２１に加熱器１０を装着した後、更にその上面に貼付されるものである。熱伝導シート２４は、厚み約０．１ｍｍ程度のアルミニウム箔である。アルミニウムは、熱伝導率が高く、加熱器１０の熱を効率的に均一に伝達することができると共に、加工性にも優れている。尚、熱伝導シート２４として、その他の金属箔や、複合樹脂シート材を用いることも可能である。熱伝導シート２４を備えることにより、効率的で均一な加熱を行うことが可能となる。

小根太２２は、床暖房用パネル２０の各モジュールの片側長辺部分に配設され、床暖房用パネル２０の強度を担保し、また、床暖房用パネル２０を床面下地材へ固定したり、床材２５を固定するためのものである。小根太２２の材質は、木材である。ここで、小根太２２の上面側は、前記の熱伝導シート２４に接着固定されている。本実施形態に係る床暖房用パネル２０は、小根太２２を備えているので、設置後、床面の十分な強度を確保することが可能となる。また、設置前の状態においても、小根太２２によりパネル基材２１が補強されるので、床暖房用パネル２０の輸送等取り扱いが容易になり、パネル設置の作業性も向上する。

床材２５は、住宅の床面を構成する所謂フローリング材であり、床暖房用パネル２０の上面、即ち前記熱伝導シート２４が接着された後のパネル基材２１の上側面に敷設される。床材２５としては、一般の木質フローリング材の他、畳、タイル、カーペット、コルク材、クッションフロア材、塩化ビニルシート材等を採用しうる。

また、本実施形態に係る床暖房用パネル２０は、図示しない温度センサを備えている。前記温度センサは、パネル基材２１の内部や加熱器１０の表面に装着され、当該部分の温度を検出するものである。これにより、加熱器１０の出力を制御し、床面の温度を好適に維持することが可能となる。即ち、前記温度センサが検出した温度は図示しない床暖房用コントローラにより読み取られ、前記床暖房用コントローラは、床暖房用パネル２０の加熱器１０の通電を制御する。そのことにより、床暖房を行う住宅の床面、即ち床材２５の表面温度を快適な温度に制御できる。前記温度センサと前記床暖房用コントローラとして、簡便な方法としては、例えば、バイメタル式のサーモスイッチを用いることもできる。

以上説明の構成による床暖房用パネル２０は、住宅の床面下地材、即ち、根太上に設置された合板等の上に設置される。また、コンクリート構造の住宅等では、床面下地となるコンクリートスラブ上に設置することもできる。更にまた、増改築時等には、既設床面の上に設置することも可能である。そして、床下地合板等の上に本実施形態に係る床暖房用パネル２０を設置した後、各々のパネルの配線１８を電源線若しくは前記の床暖房用コントローラ等に接続する。配線接続後、床暖房用パネル２０の上に床板２５を敷設する。

本実施形態に係る床暖房用パネル２０は、上記の構成、即ち、パネル基材２１、加熱器１０、熱伝導シート２４及び小根太２２を備えたモジュールを、設置現場の広さに合わせて適宜１モジュールから数モジュールを組み合わせた状態まで工場で組み立てられ出荷される。そのため、設置現場では、通常の床張り作業に比べ、予め組み立てられた床暖房用パネル２０を床下地材等の上に設置する作業が追加されるのみであるので、極めて容易に床暖房の設置工事を行うことができる。

また、上記の構成での生産に代えて、床暖房用パネル２０の上面に床材２５を備えた状態まで工場で生産することも可能である。その場合、建築現場で床暖房用パネル２０を敷設した後に床材２５を張る工事が不要となるので、更に施工性が向上する。

また更に、上記の生産出荷形態に限らず、建築現場で加熱器１０の配設工事を行うこととしても差し支えない。即ち、設置現場で、パネル基材２１を床下地材等の上に設置し、加熱器１０をパネル基材２１に設けられた溝２７に装着し、熱伝導シート２４を接着した後、床材２５を張ることとしても良い。そのような場合であっても、本発明の加熱器１０は曲げ加工を容易に行うことができるので、曲げ加工機械等を必要とせず、施工作業を容易に行うことができる。

このように、本実施形態に係る床暖房用パネル２０は、住宅の下地合板上に設置されるので、下地合板の下に設置される、所謂根太間ヒータに比べると、設置工事が極めて容易である。また、温水循環式の床暖房装置に比べると、ボイラー等の熱源機を必要としないので、熱源設備の設置工事や燃料配管工事、温水配管工事等も必要なくなるという点で優れている。特に、本発明の床暖房用パネルによれば、建物の一部分のみを床暖房する場合や、既設住宅のリフォーム等を行う場合であっても、容易に設置工事を行うことができるようになる。

また、以上の説明の通り、本発明の床暖房用パネルによれば、パネル基材２１がパネル下面への熱の損失を抑えると共に、熱伝導シート２４が効率的且つ均一的に加熱器１０の熱を床面に伝えるので、高効率で均一な床暖房を行うことができる。

次に、本発明の他の実施形態である第４の実施形態に係る床暖房用パネルについて、図面に基づき詳細に説明する。
図９は、本発明の第４の実施形態に係る床暖房用パネル１２０の断面図である。図において、第３の実施形態に係る床暖房用パネル２０と同一若しくは同様の作用効果を奏する構成要素については、同じ番号を付している。本実施形態に係る床暖房用パネル１２０は、縦長矩形板状のパネル基材２１と、パネル基材２１に接着される第二の熱伝導シート２３と、パネル基材に形成された溝２７に装着される加熱源としての加熱器１０と、熱伝導シート２４と、小根太２２とから構成される。本実施形態に係る床暖房用パネル１２０は、第二の熱伝導シート２３を備えている点が、前述の第３の実施形態に係る床暖房用パネル２０と相違する。以下、この相違点についてのみ詳細に説明する。

第二の熱伝導シート２３は、床面の温度むらを少なくして、均一に加熱するためのものであり、パネル基材２１の前記一方の面、即ち、上側となる面に接着される。ここで、第二の熱伝導シート２３は、溝２７の内面壁に沿うように接着されている。第二の熱伝導シート２３は、厚み約０．１ｍｍ程度のアルミニウム箔である。アルミニウムは、熱伝導率が高く、加熱器１０の熱を効率的に均一に伝達することができると共に、加工性にも優れている。尚、第二の熱伝導シート２３として、その他の金属箔や、複合樹脂シート材を用いることも可能である。

加熱源としての加熱器１０は、前記の第二の熱伝導シート２３が接着された後の前記溝２７に装着される。そして、熱伝導シート２４は、パネル基材２１に加熱器１０を装着した後、更にその上面に貼付されるものである。即ち、溝２７に装着される加熱器１０は、下側の第二の熱伝導シート２３と、上側の熱伝導シート２４に挟まれることになる。第二の熱伝導シート２３を備えることにより、更に効率的で均一な加熱を行うことが可能となる。

ここで、図９においては、第二の熱伝導シート２３をパネル基材２１の上面全体に亘って設ける例を示しているが、これに代えて、第二の熱伝導シート２３を溝２７及びその周囲部分のみに設ける構成としても差し支えない。前者のごとく第二の熱伝導シート２３を全体に亘って設ける構成では、第二の熱伝導シートによる熱伝導効果が大きい点において有利であり、他方、後者ごとく溝２７及びその周囲部分にのみ設ける構成においては、材料使用量を削減すると共に作業効率を向上させることができる点において優れている。

以上説明の通り、本実施形態に係る床暖房用パネル１２０によれば、パネル基材２１がパネル下面への熱の損失を抑えると共に、第二の熱伝導シート２３及び熱伝導シート２４が効率的且つ均一的に加熱器１０の熱を床面に伝えるので、更に高効率で均一な床暖房を行うことができる。

尚、上記の第３乃至第４の実施形態では、加熱源として加熱器１０を用いる場合についてのみ詳細に説明をしたが、既に述べた通り、加熱源としては第２の実施形態に係る加熱器１１０を用いることも可能である。その場合、加熱器１１０は、保護管１３の表面に均熱材１５を備えているので、更に効率良く均一的な加熱を行うことが可能となる。

本発明の加熱器は、暖房用途の他、霜取り用、結露防止用、乾燥用等の加熱源として産業上広く利用することが可能である。

１０、１１０・・・加熱器
１１・・・発熱体
１２・・・被覆材
１３・・・保護管
１４・・・砂
１６・・・封止部材
１６ａ・・・配線穴
１７・・・カシメ部材
１８・・・配線
２０、１２０・・・床暖房用パネル
２１・・・基材
２３・・・第二の熱伝導シート
２４・・・熱伝導シート
２５・・・床材

Claims (6)

1. 保護管の内部に単線状又は撚り線状の発熱体を設けた加熱器において、前記保護管は可撓性を有し、前記発熱体の外周面は被覆材で覆われており、前記被覆材と前記保護管内面との間隙に砂が充填されていることを特徴とする加熱器。
2. 前記保護管が可撓性の樹脂であり、前記砂が川砂若しくは海砂であることを特徴とする請求項１記載の加熱器。
3. 配線穴が形成された封止部材を備え、前記配線穴に前記発熱体に接続される配線を通すと共に前記封止部材は前記保護管端部の外周面又は内周面に嵌合され、前記封止部材の外周面に取り付けられ前記封止部材を圧縮し前記配線を固定するカシメ部材を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項２何れか一項記載の加熱器。
4. 前記砂の粒径を選別する粒径選別工程と、前記砂を乾燥させる乾燥工程と、前記保護管に前記発熱体を挿入する挿入工程と、前記発熱体が挿入された前記保護管の内部に前記砂を充填する砂充填工程とを少なくとも備え、前記砂充填工程は、前記保護管を該中心線が略鉛直になるように配置し加振機により振動させながら前記保護管の上方端部より前記砂を充填することを特徴とする請求項１乃至請求項３何れか一項記載の加熱器の製造方法。
5. 上面に断面略Ｕ字形状の溝が形成された矩形板状のパネル基材と、前記溝に装着される線形状の加熱器と、前記パネル基材及び前記加熱器の上面に接着される熱伝導シートとからなる床暖房用パネルであって、前記加熱器として請求項１乃至請求項３何れか一項記載の加熱器を用いたことを特徴とする床暖房用パネル。
6. 前記パネル基材と前記加熱器との間に第二の熱伝導シートを設けたことを特徴とする請求項５記載の床暖房用パネル。

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