JP2015175554A - 給湯装置及び床暖房システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】立体形状を有し、且つ熱伝導性の大なる材料からなる水槽部2、水槽部2の外周表面部3を被覆する断熱材層部4、断熱材層部4の内で、水槽部2の外周面部3と接触して対向する面5上に設けられた導電性粒子と適宜の合成樹脂成分とが混合された発熱層6を有する面状の発熱部7、板状発熱部7に取り付けられている一対の電極部8、及び電極部8と電気的に接続されている配線部9とから構成されている発熱体部50を有する給湯装置1。
【選択図】図1
Description
従って、係る従来技術は、現状では、卓上型の小型湯沸かし器や自動車搭載用の温水生成器等の水容量の小さな容器にのみ適用されているに過ぎず、より大型の水槽、例えば20乃至40リットルレベルの水槽を備えた、例えば、床暖房システムに使用可能な温水発生装置等には、全く使用する事が不可能であった。
即ち、本発明の第1の態様は、基本的には、所定の大きさを有する断熱性でかつ絶縁性部材からなる基板の少なくとも一面上の少なくとも一部分に形成された、少なくとも導電性粒子を含む材料で構成された、所定の厚みと所定の幅及び長さとを有する帯状の面状発熱部と、当該帯状の面状発熱部の適宜の部位に設けられている一対の電極部、及び当該一対の電極部のそれぞれに電気的に接続されている電気配線部とから構成されている発熱体部を有し、且つ、通電により発熱する当該発熱体部から放射される発熱量を、直接的若しくは間接的に、適宜の部材で構成された適宜の内部容量を有する水槽部内に収容されている液体に伝達させて、当該液体を昇温させる様に構成されている事を特徴とする給湯装置であり、更に、本発明に於ける第2の態様は、基本的には、床面に配置される、液体を循環させる管状体を内部に有する床暖房用パネル部であって、且つその一部に当該液体を当該管状体に流入させる為の液体導入管部と、当該液体を当該管状体から外部に流出させる為の液体導入出管部とを有する当該床暖房用パネル部の1乃至複数個を相互に隣接して配置し、1の当該床暖房用パネル部の当該液体導入出管部を隣接配置されている他の当該床暖房用パネル部の当該液体導入管部と相互に接続させて、一連の床暖房用パネル部列を形成せしめた後、当該床暖房用パネル部列の第1の当該床暖房用パネル部に於ける当該液体導入部を、上記した第1の態様で規定されている当該給湯装置に於ける当該水槽部に於ける当該液体流出管部と適宜の液体循環ポンプ手段を介して連通させると共に、当該床暖房用パネル部列の最後の当該床暖房用パネル部に於ける当該液体導出部を当該水槽部に於ける当該液体流入管部と連通させる事を特徴とする床暖房システム
である。
更に、本発明に係る、当該装置或いは当該システムは、小型且つ軽量であり、電気エネルギーのみで駆動され、且つ太陽光エネルギーも利用可能であることから、高層住宅の床暖房システムとして好ましいシステムである。
即ち、図1は、本発明の第1の態様に係る給湯装置1の一具体例の構成を示す図であって、当該図中、所定の大きさ、(例えば、その長さ及び幅がそれぞれ20cm〜100cm程度)を有する断熱性でかつ絶縁性部材からなる基板4の少なくとも一面5上の少なくとも一部分5’に形成された、少なくとも導電性粒子を含む材料で構成された、所定の厚みと所定の幅及び長さとを有する帯状の発熱層部6からなる面状発熱部7と、当該帯状の面状発熱部7の適宜の部位に設けられている一対の電極部8、及び当該一対の電極部8のそれぞれに電気的に接続されている電気配線部9とから構成されている発熱体部50を有し、且つ、通電により発熱する当該発熱体部50から放射される発熱量を、直接的若しくは間接的に、適宜の部材で構成された適宜の内部容量を有する水槽部2内に収容されている水の様な液体を含む液体18に伝達させて、当該液体18の温度を昇温させるか或は所定の温度に保温する様に構成されている給湯装置1が示されている。
本発明に於ける当該具体例に於いては、当該帯状の発熱層部6の所定の寸法としては、例えば、その長手方向の長さは、20乃至100cmで、その幅方向の長さは、3乃至100cmで、且つその厚みは、0.1mm乃至3.0mmである事が望ましい。
本発明に於ける当該給湯装置1は、基本的には、上記した様な構成を採用しているものであるが、当該給湯装置1の更に外周部には、当該給湯装置1を外部衝撃力等から保護し、耐候性を向上させる目的で、且つその外観を美麗化するために、適宜の材質からなる保護部材を使用して、当該給湯装置1本体全体を被覆する被覆容器部材10が設けられている事も好ましい具体例である。
又、上記した第2の具体例に於いては、当該水槽部2は、適宜の断熱性材料により構成されている事が望ましい。
当該内部容量は20乃至40リットル程度であることが望ましい。
更に、本発明に係る当該水槽部2の形状も特に限定されるものではないが、例えば、図2(A)に示す様な、底面部と上面部と側壁面部を含む、立方6面体形状を有する立体形状であっても良く、或は図2(B)に示す様な、底面と上面の平面形状が楕円形若しくは円形、更には多角形状を示す筒状の側壁面部を持った立体形状を有するものであっても良い。
即ち、当該第1の具体例に於いては、当該水槽部2の外周表面部3の少なくとも一部、好ましくは全周面を被覆する断熱材層部4が設けられるものである。
本発明於いて、使用される当該断熱材層部4の材質も特に限定されるものではないが、熱断熱効果の大なる特性を有する材料が好ましくは選択されるものである。
例えば、本発明に於いては、当該断熱材層部4の経方向長さ及び横方向長さは、それぞれ、20乃至100cmであって、その厚みは、1mm乃至20mmである事が望ましい。
から、ハニカム構造を採用することが好ましく、更には、当該絶縁層として、珪藻土を主体とする成分を含む絶縁層を使用する事も好ましい具体例である。
一方、本発明に於ける当該断熱材層部4は、当該水槽部2の少なくとも一部、好ましくはその外周壁面全面に対向して配置し、当該水槽部2を事実上完全に被覆する様に配置形成されている事が望ましい。
そして、本発明に於ける当該断熱材層部4と当該水槽部2の各外周側面部の外表面とは、接合はされていないが、密接して当接状態で接触配置されている事が好ましく、場合によっては、その一部に於いて、当該両者間に適宜のスペーサを配置して、当該両者を僅かな間隙を挟んで対向配置したものであっても良い。
より具体的には、当該水槽部2の当該外周面部3と接触するか、それと近接して対向する当該断熱材層部4の一面5上の少なくとも一部に、導電性粒子と適宜の合成樹脂成分とが混合された発熱層6を有する面状の発熱部7が形成配置されているものである。
その後、当該発熱層6の両端部に接触する様に、正極及び負極を構成する一対の電極部8、8’を当該断熱材層部4の当該一面5上に、適宜の導電性金属材料を使用して形成する。
処で、本発明に於ける当該発熱層6の構成材料としては、特に特定されるものではないが、当該導電性粒子としては、例えば、黒鉛、カーボンブラック、カーボン繊維、カーボンウィスカー、金属粒子、金属箔片、微小金属条、又はPVD(物理的蒸着)、CVD(化学的蒸着)、無電解メッキ等によりチタン酸カリウムやマイカ等の絶縁性微粒子の表面に金属を付与したもの等を用いることができる。
尚、本発明に於ける当該電極部8の構成材料も特に限定されるものではないが、例えば、銀或いは銀パラ等の材料を使用する事が可能である。
本発明に於いては、かくして形成された当該発熱部7を一面に配置形成されている当該断熱材層部4の当該発熱部7が形成されている面が、当該水槽部2の外周表面部3と対向する様に、接着剤を介在させることなく配置するものであり、当該両者は、相互に当接した状態で対向配置される事が望ましく、場合によっては、当該水槽部2の外周表面部3と当該断熱材層部4との間に適宜のスペーサーを介在させて、当該両者間に一定の間隙部を存在させたものであっても良い。
更に、別の具体例では、当該水槽部2に於ける底面部45や上面部46の外周表面部3と対向して配置するものであっても良く、或いは、上記の具体的な構成を複数個組み合わせて使用する事も可能である。
又、当該水槽部2が図2(B)に示す様な楕円形の筒状体を形成している場合には、主として対向している当該水槽部2の壁面に、当該発熱部7が配置される様に設計する事が望ましい。
本発明に於ける当該液体対流制御手段26は、当該水槽部2内の適宜の高さ部分に設けられた、適宜の合成樹脂或いは金属材料から構成された、当該水槽部2の平面断面を略覆う程度の大きさと厚みを有する板状体28で構成され、その平面部の少なくとも一部に、複数個の厚み方向に貫通した孔部27が設けられており、且つ当該孔部27を介して、当該水槽部2内の水を含む液体が渦流を生ずることなく、当該孔部27を貫通して上方に流れる様に制御する様に構成されたものである。
尚、図1中、当該水槽部2の上面に設けられた管状部29は、当該水槽部2内部の圧力を一定に維持する為の安全弁である。
即ち、本発明に於ける当該第1の実施態様に於ける、第2の具体例で使用される当該給湯装置1に使用される当該発熱体部50の基本的な構成は、当該第1の実施態様に於ける、第1の具体例で使用されている上記した構成と基本的には同じであるが、当該第1の実施態様に於ける、第1の具体例で使用される当該発熱体部50は、当該水槽部2の外壁面に当接させて使用するものであるのに対し、当該第1の実施態様に於ける、第2の具体例で使用される当該発熱体部50は、当該水槽部2の内部に配置して使用され、当該水槽部2内の液体18を当該発熱体部50により、直接的に加熱する構成を採用しているので、その使用態様に適合すべく、その構成は、若干当該第1の具体例のものと相違している。
一方、当該第1の実施態様に於ける当該第2の具体例に於いては、当該発熱体部50に於ける当該基板4上には、当該帯状の面状発熱層部6が主として配置されている主体部56と当該主体部56の少なくとも一部から外方に突出した一対の接続部57,58とから構成されており、当該接続部57,58のそれぞれには、その突出している長手方向に沿って、当該面状発熱層部6の個々の電極部8と電気的に接続している電極配線部59が形成されており、且つ当該接続部57,58の当該突出先端部60から、当該電極配線部59と接続されているリード配線部61が接続されている。
つまり、図6に例示されている通り、適宜の水槽部2の上面部を適宜の蓋部70で閉鎖する際に、当該蓋部70の一部に、適宜の開口部71を設けると共に、当該開口部71にキャップ部である適宜のねじ込み式開閉蓋部72を着脱自在に係合固定出来る様に構成し、且つ当該ねじ込み式若しくははめ込み式開閉蓋部72の一部に、当該リード線部61を導出させる事が可能な開口部73を設けておく事が好ましい。
係る構成に於いて、当該接続部57,58は、容易に当該開口部71と係合・離脱が出来るのである。
つまり、当該補強筋部80は、当該基板部の特に当該接続部57,58が破損しない様に補強の為に挿入されるものであって、その材質、太さ、断面形状等は特に特定されるものではない。
一方、本発明に係る当該発熱体部50は、その外部周面の少なくとも一部で、当該発熱部7が形成されている部分、或いはその全体を適宜の絶縁性を有する熱伝導性の大なる材質により形成された被膜層85で被覆した構成を採用する事も好ましい具体例である。
具体的には、図3に示される様な構成を有する当該発熱体部50を、例えば適宜のホーロー処理用の釉薬に浸漬した後、当該釉薬が塗布されている当該発熱体部50を例えば、800℃前後の温度で加熱焼結加工処理を行うことにより、完成する。
勿論、当該第2の具体例に於いても、当該水槽部2内に配置された当該発熱体部50に近接させて、図4に示されている様な、当該水槽部内には、当該水槽部内に貯留されている水の対流を制御するための、水対流制御手段26が配置されている事も好ましい具体例の一つである。
即ち、図7は、本発明に係る当該床暖房システム100一具体例の構成が示されており、中、適宜の領域を有する建物内部の床面104の上面に、相互に平行して隣接して配置されている1乃至複数個の、所定の温度に昇温された液体を循環させる管状体105を内部に有する床暖房用パネル部103と、当該床暖房用パネル部103に於ける当該管状体105の液体導入部106を適宜の液体循環ポンプ手段101を介して上記した本発明の第1の態様に係る当該給湯装置1の当該液体流出管部12と連通させると共に、当該床暖房用パネル部103に於ける当該管状体105の液体導出部107を、当該給湯装置1の当該液体流入管部19と連通させる様に構成された床暖房システ100が示されている。
一方、本具体例に於いて使用される当該床暖房用パネル部103内に配置される当該、温水発熱体105は、当該床暖房用パネル部103の長手方向に沿って、直線的若しくは所定の湾曲状を呈して配置されているものであっても良く、或は、当該床暖房用パネル部103の内部で折り畳み状態若しくはジグザグ状に配置さているものであっても良い。
と、当該複数個の床暖房用パネル部103の個々の液体導出部107と個別的に連結されて、当該個々の床暖房用パネル部103に供給される当該温水流の流量を含めて、当該温水流の供給を個別的に制御出来る、所謂ヘッダー部と称される切り替え機構部102が設けられている事も好ましい具体例である。
尚、上記各具体例に於ける当該床暖房システム100於いては、当該温水を当該循環系40内であれば、必ずしも図5に示された部位に配置する必要性はなく、当該循環系40内の何れかの部位に配置することが可能である。
即ち、図7(B)に於いては、図7(A)に示される様な、当該床暖房用パネル部103内の当該管状体からなる発熱部105が、当該床暖房用パネル部103内で直線状に配置されているのに対し、当該管状体からなる発熱部105が当該床暖房用パネル部103内で、ジグザグに配置されているものであっても良く、或いは、図7(C)に示される様に、一つの当該床暖房用パネル部103の当該管状体からなる発熱部105の液体導出部107が、隣接して配置されている別の当該床暖房用パネル部103に設けられた当該液体導入部106と接続される様に、当該複数個の床暖房用パネル部103が直列的に配列接続されているものであっても良い。
一方、当該床暖房用パネル部103に於ける当該それぞれの液体導入部106は、個別的に当該循環ポンプ101の当該液体排出部108に接合されている場合であっても良く、若しくは前記した当該ヘッダー部(切り替え機構)102のそれぞれの液体排出部110、111、112、・・・・と個別に接合されており、他方、当該床暖房用パネル部103に於ける当該それぞれの液体導入部107は、一体化されて、当該給湯装置1の液体導入部19に直接的に接合されているか、或いは、循環ポンプ101の当該液体排出部108に接合されている場合であっても良く、若しくは前記した当該ヘッダー部(切り替え機構)102の液体導入部115と直接的に接合されている様に構成する事も可能である。
尚、図1に示されている本発明に係る当該給湯装置1に於いて、当該水槽部2の上面に設けられた貫通環状体29は、当該水槽部2内部に蓄積されたガスを、当該水槽部2の外部に放出(ベント)する為の安全弁である。
即ち、先ず、本発明に係る当該床暖房システム100に於いては、当該発熱部7内に設けられた当該発熱層6と接合する当該電極部8、8‘と接続され、当該給湯装置1の外部に引き出された当該配線部9を適宜のスイッチ手段21を介してそれぞれ適宜の電源22と接続し、当該スイッチ手段21を作動させることにより、当該水槽部2内に貯留されている20乃至40リットルの水を加熱する。
当該発熱部7に通電が開始されると、本発明に係る当該発熱部7内の当該発熱層6が瞬時に昇温され、比較的短時間で、例えば10分以内に約200℃迄昇温する。
然も、本発明に於いては、当該発熱層6の発熱部の表面積が極めて大きいので、当該発生された当該熱エネルギーが効率よく当該水槽部2内の水に遷移して、当該水の温度を高速度で上昇させることになる。
上記した基本的な設計を配慮する事を前提にした、本発明に於ける当該床暖房システム100の一具体例に於ける操作プログラムの概要は以下の通りである。
即ち、当該給湯装置1の配線部9に接続されている当該適宜のスイッチ手段21をONにして、当該適宜の商用電源22から電力を当該発熱部7の当該発熱層6に電気エネルギーを供給することにより、当該水槽部2内の水18を昇温させ、目標となる水温が80℃となる様に継続的に通電処理を実行する。
その間、当然のことながら、当該循環ポンプ101は稼働が継続されるので、当該循環水18の循環操作は継続され、当該床暖房用パネル部103は、発熱操作を継続することになる。
2…水槽部
3…外周表面部
4…断熱材層部透
5…断熱材層部の面
6…面状発熱層
7…発熱部
8…電極部
9…配線部
10…被覆容器部材
11…合成樹脂製の薄膜脚部
12…液体流出管部
13…開口部
14…水槽部の一部
16…水槽部2の一部
17…開口部
18…液体
19…液体流入管部
20…温度センサー部
21…スイッチ機構
22…電源部
23…液体流量制御手段
24…液体補給管部
25…水位センサー部
26…水対流制御手段
27…孔部
28…板状体
29…管状部(ベント部)
35…水源
40…液体の循環系
41、42…水槽部に於ける一対の壁部
43、44…水槽部に於ける一対の壁部
45…水槽部2に於ける底面部
46…水槽部2に於ける上面部
50…発熱体部
55…液体部の水平面
57,58…接続部
59…電極配線部
60…突出先端
61…リード配線部
70…蓋部
71…開口部
72…キャップ部、ねじ込み式開閉蓋部
73…開口部
80…補強筋部
85…被膜層
100…床暖房システム
104…床面
105…管状体
103…床暖房用パネル部
106…液体導入部
101…液体循環ポンプ手段
107…液体導出部
105…温水発熱体
106…液体導入部
108…温水流出部
107…液体導出部
102…ヘッダー部、切り替え機構部
110、111、112・・・・…液体排出部
Claims (19)
- 所定の大きさを有する断熱性でかつ絶縁性部材からなる基板の少なくとも一面上の少なくとも一部分に形成された、少なくとも導電性粒子を含む材料で構成された、所定の厚みと所定の幅及び長さとを有する帯状の面状発熱部と、当該帯状の面状発熱部の適宜の部位に設けられている一対の電極部、及び当該一対の電極部のそれぞれに電気的に接続されている電気配線部とから構成されている発熱体部を有し、且つ、通電により発熱する当該発熱体部から放射される発熱量を、直接的若しくは間接的に、適宜の部材で構成された適宜の内部容量を有する水槽部内に収容されている液体に伝達させて、当該液体を昇温させる様に構成されている事を特徴とする給湯装置。
- 当該発熱体部の当該発熱部を、熱伝導性の大なる材料で構成された水槽部の外周面部の少なくとも一部と直接的に接触させるか、若しくは当該外周面部の少なくとも一部と所定の間隙を介して近接して対向させる様に配置する事を特徴とする請求項1に記載の給湯装置。
- 当該給湯装置本体全体を更に被覆する、断熱性を有する部材により形成された被覆容器部材が設けられている事を特徴とする請求項1又は2に記載の給湯装置。
- 当該発熱体部の外表面部の少なくとも当該発熱部が形成されている面が、絶縁性を有し且つ熱伝導性の優れた材料で構成された被覆層で被覆されている事を特徴とする請求項1に記載の給湯装置。
- 当該被覆層はホーロー若しくはガラス成分を含むセラミックスからなる膜層で形成されている事を特徴とする請求項4に記載の給湯装置。
- 当該発熱体部を、断熱性の大なる材料で構成された水槽部の内部に、当該発熱体部の当該面状発熱部の平面部が、当該水槽部の内部に貯留されている液体部の水平面と略直交する様に立直状に配置し、当該水槽部の内部に貯留されている液体部と直接的に接触させて、当該液体部の温度を昇温させる様に構成されている事を特徴とする請求項3乃至5の何れかに記載の給湯装置。
- 当該発熱体部に於ける当該基板は、当該帯状の面状発熱部が主として配置されている主体部と当該主体部の少なくとも一部から外方に突出した一対の接続部とから構成されており、当該接続部のそれぞれには、その突出している長手方向に沿って、当該面状発熱部の個々の電極部と電気的に接続している電極配線部が形成されており、且つ当該接続部の当該突出先端部から、当該電極配線部と接続されているリード配線部が接続されている事を特徴とする請求項3乃至5の何れかに記載の給湯装置。
- 当該接続部には、当該突出先端部から当該主体部の少なくとも一部分に亘って配置されている補強筋部が設けられている事を特徴とする請求項7に記載の給湯装置。
- 当該給湯装置の当該水槽部は、その一部に、開口部が接続されている液体流出管部と当該水槽部の別の一部に開口部が接続され、当該液体流出管部から流出した当該液体が適宜の発熱ブロック体で構成されている循環システムを介して当該水槽部に循環帰還する為の液体流入管部とが設けられている事を特徴とする請求項1乃至8の何れかに記載の給湯装置。
- 当該給湯装置は、更に、当該水槽部に内蔵されている液体の温度を検出する温度センサー部と当該温度センサー部の温度検出情報に基づいて、当該電極部に通電される電力量を制御するためのスイッチ機構を作動させる様に構成されている制御部とを有する事を特徴とする請求項1乃至9の何れかに記載の給湯装置。
- 当該給湯装置の当該水槽部には、更に、当該液体の循環系外から別途当該水槽部に内に同一の液体を供給する為に、当該液体の流量を制御する液体流量制御手段を含む液体補給管部と、当該水槽部内の液体の水位を検出する水位センサー部とが設けられており、且つ、当該水位センサー部の当該水位検出情報に基づいて、当該液体補給管部の液体流量が、液体流量制御手段により制御される様に構成されている事を特徴とする請求項1乃至10の何れかに記載の給湯装置。
- 当該発熱体は、当該水槽部に於ける相互に対向する少なくとも一対の内壁部の外方壁部と対向して配置されている事を特徴とする請求項1又は2に記載の給湯装置。
- 当該水槽部内には、当該水槽部内に貯留されている水の対流を制御するための、水対流制御手段が配置されている事を特徴とする請求項1乃至12の何れかに記載の給湯装置。
- 当該給湯装置の当該水槽部は、20乃至40リットルの水を収納出来る容量を有する事を特徴とする請求項1乃至13の何れかに記載の給湯装置。
- 当該断熱性でかつ絶縁性部材からなる基板部は、ハニカム構造を有している事を特徴とする請求項1に記載の給湯装置。
- 当該断熱性でかつ絶縁性部材からなる基板部は、珪藻土を主成分として構成されている事を特徴とする請求項1又は15に記載の給湯装置。
- 当該水槽部は、立方体形状、底面部の平面形状が円筒形状、多角形状若しくは楕円形状を有する筒状体で構成されている事を特徴とする請求項1乃至16の何れかに記載の給湯装置。
- 所定の大きさを有する断熱性でかつ絶縁性部材からなる基板の少なくとも一面上の少なくとも一部分に形成された、少なくとも導電性粒子を含む材料で構成された、所定の厚みと所定の幅及び長さとを有する帯状の面状発熱部と、当該帯状の面状発熱部の適宜の部位に設けられている一対の電極部、及び当該一対の電極部のそれぞれに電気的に接続されている電気配線部とから構成されている発熱体部を有し、且つ、通電により発熱する当該発熱体部から放射される発熱量を、直接的若しくは間接的に、適宜の部材で構成された適宜の内部容量を有する水槽部内に収容されている液体に伝達させて、当該液体を昇温させる様に構成されている事を特徴とする給湯装置。
- 当該一連の床暖房用パネル部列と当該水槽部の当該液体流出管部との間の連通部及び/又は当該一連の床暖房用パネル部列と当該水槽部の当該液体流入管部との間の連通部の一部に適宜のヘッダー部(切り替え機構)が設けられている事を特徴とする請求項17に記載の床暖房システム。
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