JP2016114259A

JP2016114259A - 輻射式暖房装置

Info

Publication number: JP2016114259A
Application number: JP2014250790A
Authority: JP
Inventors: 隆行坂田; Takayuki Sakata; 威本田; Takeshi Honda
Original assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Current assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Priority date: 2014-12-11
Filing date: 2014-12-11
Publication date: 2016-06-23

Abstract

【課題】高い熱伝導効率および高い配置自由度で、狭小な空間を含む様々な空間を快適に暖房する。【解決手段】輻射式暖房装置１２０は、壁２と床４の取り合い領域において、水平方向に延伸しつつ、垂直方向に並置された、伝熱媒体を流通させる複数の伝熱管１５０と、複数の伝熱管同士の位置関係を維持するように伝熱管を支持する支持体１５２と、複数の伝熱管に対し壁の外側方向に付される伝熱板１５４と、伝熱板と、少なくとも伝熱管における壁の内側方向の面とに接触し、伝熱管の熱を伝熱板に伝達する伝熱材１５６と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、伝熱媒体の熱エネルギーを輻射によって放熱する輻射式暖房装置に関する。

区画された空間を暖める暖房装置は、熱の伝熱態様に応じて様々な方式の暖房装置、例えば、強制対流式暖房装置、輻射式暖房装置等に分類される。強制対流式暖房装置は、エアコンのように、空気を暖め、暖めた空気を強制的に送風して空間を暖める暖房装置であり、輻射式暖房装置は、床暖房のように、輻射を利用して熱エネルギーを放射する暖房装置である。

輻射式暖房装置としては、主に部屋の床面から熱エネルギーを放熱する床暖房がある。例えば、特許文献１のように、床暖房として、木質性で平板状の下地パネルに溝を施すとともに、その溝に温水配管を配し、厚い床板を通じて輻射熱を発する床暖房が開示されている。

特開平８−２１０７４号公報

上述した特許文献１の技術では、温水配管の下地パネルとして木材が用いられ、また、その鉛直上方には床としての剛性を保つための厚い床仕上げ材が用いられている。したがって、温水配管から床の上方への熱伝導効率が低くなっていた。

また、トイレ、洗面室や廊下など狭小な空間を暖房対象とした場合に、その空間の床下は配置自由度に乏しく、積極的に床暖房を設置できなかった。そうすると、暖房された部屋から暖房されていない部屋に移動した際、その温度差により人体に大きな負担（ヒートショック）がかかる問題があった。

本発明は、このような課題に鑑み、高い熱伝導効率および高い配置自由度で、狭小な空間を含む様々な空間を快適に暖房可能な、輻射式暖房装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明の輻射式暖房装置は、壁と床の取り合い領域において、水平方向に延伸しつつ、垂直方向に並置された、伝熱媒体を流通させる複数の伝熱管と、複数の伝熱管同士の位置関係を維持するように伝熱管を支持する支持体と、複数の伝熱管に対し壁の外側方向に付される伝熱板と、伝熱板と、少なくとも伝熱管における壁の内側方向の面とに接触し、伝熱管の熱を伝熱板に伝達する伝熱材と、を備えることを特徴とする。

伝熱板の、壁の外側方向には、輻射効率が所定値以上となる化粧部材が配置されてもよい。

複数の伝熱管は、伝熱媒体の往路および復路が並置されていてもよい。

本発明によれば、高い熱伝導効率および高い配置自由度で、狭小な空間を含む様々な空間を快適に暖房可能となる。

暖房システムの概略的な構成を示した外観図である。輻射式暖房装置の概略的な構成を示した説明図である。伝熱管における伝熱媒体の流通態様を示した説明図である。伝熱管における伝熱媒体の流通態様を示した説明図である。図２における輻射式暖房装置のＡＡ断面を示した説明図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

（暖房システム１００）
図１は、暖房システム１００の概略的な構成を示した外観図である。図１に示すように、暖房システム１００は、屋内の、例えば、区画された空間である部屋で利用される。また、暖房システム１００は、部屋外の例えば浴室付近の屋外等に配される熱源１１０と、部屋の壁２と床４の取り合い領域に位置する巾木６と一体的に構成される輻射式暖房装置１２０と、部屋内に配されたリモートコントローラ１３０とを含んで構成される。

暖房システム１００では、熱源１１０と、輻射式暖房装置１２０とが接続され、両装置間を伝熱媒体（加熱媒体）が循環する。本実施形態の暖房システム１００は、主として６０℃以下の伝熱媒体を循環させる低温系統に相当する。

具体的に、熱源１１０は、例えば、ガスや電気等の加熱手段を通じて伝熱媒体を加熱し、不図示のポンプ等を通じて、加熱した伝熱媒体を輻射式暖房装置１２０に送流する。輻射式暖房装置１２０は、熱源１１０によって加熱された伝熱媒体の熱エネルギーを、巾木６の表面に相当する位置から輻射にて放熱する。そして、熱エネルギーが放出された伝熱媒体は熱源１１０に返還される。上述したように６０℃程度の伝熱媒体を循環させると、輻射式暖房装置１２０から、巾木６の長手方向の単位長さに対して６０Ｗの熱量を放出可能であり、部屋の温度を例えば２０℃に保つのに十分な放熱を得ることができる。

例えば、外気が１０℃の状況下で、リビング（幅４．５ｍ×奥行き３．６ｍ×高さ２．４ｍ：内面表面積４．５×３．６×２＋３．６×２．４×２＋２．４×４．５×２＝７１．２８ｍ^２）を２０℃に保つのに必要な熱量は、住宅の省エネルギー基準における外皮平均熱貫流率（ＵＡ）を０．８７Ｗ／Ｋ／ｍ^２とすれば、０．８７×７１．２８×（２０−１０）?６２０Ｗとなる。ただし、一般的に、リビングの天井、床、壁の６面全てが１０℃の外気に晒されることはない。そこで、リビングの２面が部屋に隣接しているとし、隣接する部屋が２０℃に暖まっていると仮定すると、２面の内面表面積４．５×２．４＋３．６×２．４＝１９．４４ｍ^２について考慮しなくて済み（５１．８４ｍ^２のみ考慮すれば足りる）、リビングを２０℃に保つのに必要な熱量は、０．８７×５１．８４×１０?４５１Ｗとなる。このようなリビングを暖めるべく、リビングの内周（４．５×２＋３．６×２＝１６．２ｍ）のうち、掃き出し窓やドアを考慮した６０％に当該輻射式暖房装置１２０を設置すると、上述した放熱量の実測値６０Ｗ／ｍを踏まえ、放熱量は、６０Ｗ／ｍ×１６．２ｍ×６０％＝５８３．２Ｗ（>４５１Ｗ）となり、リビング室内を十分に暖めることが可能なことを理解できる。

リモートコントローラ１３０は、ユーザの操作に応じ、部屋の温度を所定の温度に維持するように、熱源１１０に対し、伝熱媒体の加熱量や単位時間あたりの流量を調整する。以下、暖房システム１００の構成要素である輻射式暖房装置１２０の概略的な構成を説明する。

（輻射式暖房装置１２０）
図２は、輻射式暖房装置１２０の概略的な構成を示した説明図である。輻射式暖房装置１２０は、伝熱管１５０と、支持体１５２と、伝熱板１５４と、伝熱材１５６と、化粧部材１５８とを含んで構成される。

伝熱管１５０は、水平方向に延伸する伝熱媒体を流通させる管である。また、伝熱管１５０は、複数あり、壁２と床４の取り合い領域に位置する巾木６において垂直方向に並置されている。このように複数の伝熱管１５０を垂直方向に並置することで、垂直に立設する、伝熱管１５０による伝熱面が形成され、部屋の内側方向かつ水平方向に効率よく放熱が行われる。

図３および図４は、伝熱管１５０における伝熱媒体の流通態様を示した説明図である。上述したように輻射式暖房装置１２０には複数（ここでは、例えば６）の伝熱管１５０が配されている。ただし、かかる複数の伝熱管１５０は、図３中、黒で塗り潰した矢印で示す伝熱媒体の往路１５０ａと、図３中白抜きの矢印で示す伝熱媒体の復路１５０ｂとが並置されて（対を成して）構成され、往路１５０ａと復路１５０ｂによって伝熱媒体が循環される。かかる構成により、巾木６の有効面積に対して、伝熱管１５０の流路総面積を大きく（流路を長く）とることができ、高効率な放熱を実行することが可能となる。

また、図４のように、巾木６に対して一端から伝熱媒体を導入し、他端から導出することで伝熱媒体を循環させることもできる。このように構成することで、伝熱管１５０に曲部を設ける必要がなくなり、伝熱管１５０の密度を高めることが可能となる。また、図４のように、隣接する伝熱管１５０において、伝熱媒体の導入方向と導出方向を異ならせる（逆にする）ことで、図４中、黒で塗り潰した高温の伝熱媒体と、図４中、白抜きした低温の伝熱媒体とが巾木６の長手方向に均等に配されることとなり、部屋を均一に暖房することが可能となる。

図２に戻り、支持体１５２は、伝熱管１５０に沿って水平方向に延伸する複数の角材で構成され、複数の伝熱管１５０の鉛直上下、および、伝熱管１５０同士の間に配置される。こうして、支持体１５２は、複数の伝熱管１５０同士の位置関係を維持するように伝熱管１５０を支持することができる。また、支持体１５２の材質は、伝熱管１５０同士の位置関係を維持できる剛性があれば足り、断熱性は高い方が望ましい。

伝熱板１５４は、平板で構成され、複数の伝熱管１５０に対し壁２の外側方向から付される。かかる伝熱板１５４は、巾木６としての役割、例えば、移動体が部屋の壁２と床４の取り合い領域に衝突したときの衝撃や傷から壁２を守る役割を担うとともに、伝熱管１５０の熱エネルギーを受けて、化粧部材１５８に伝熱する。

伝熱板１５４の厚さは、巾木６としての最低限の剛性を確保できる所定値であればよく、ここでは、例えば１ｍｍとする。また、伝熱板１５４の材質は、熱伝導率が高いもの、例えば、アルミニウムを用いる。

伝熱材１５６は、伝熱板１５４と、伝熱管１５０の外周面（少なくとも伝熱管１５０における壁２の内側方向の面）と接触し、伝熱管１５０の熱を伝熱板１５４に伝達する。

図５は、図２における輻射式暖房装置１２０のＡＡ断面を示した説明図である。伝熱材１５６は、Ｕ字部材１５６ａと、平面部材１５６ｂとからなる。

Ｕ字部材１５６ａは、伝熱管１５０における壁２の内側方向の曲面に接触するように曲面に沿って形成されたＵ字形状をしており、伝熱管１５０の、鉛直上下への変位、および、壁２の内側方向への変位を制限する。また、Ｕ字部材１５６ａは、Ｕ字形状の部分が、それぞれ支持体１５２における壁２の外側方向の近傍で接続され、支持体１５２と共に、複数の伝熱管１５０同士の位置関係を維持するように支持している。Ｕ字部材１５６ａの材質は、熱伝導率が高いもの、例えば、アルミニウムが用いられ、ある程度形状を維持する剛性を有する（例えば、厚さ１００μｍ）方が望ましい。

また、平面部材１５６ｂは、壁２の外側方向で伝熱板１５４と面接触し、壁２の内側方向で伝熱管１５０およびＵ字部材１５６ａと面接触し、伝熱管１５０の、壁２の外側方向への変位を制限するとともに、伝熱管１５０の熱エネルギーを、直接、または、Ｕ字部材１５６ａを介して、伝熱板１５４に伝達する。平面部材１５６ｂの材質は、熱伝導率が高いもの、例えば、アルミニウムが用いられ、その剛性は問わない。したがって、可撓性を有する、例えば、厚さ５０μｍのアルミニウム製のテープ等を用いることができる。

このようにＵ字部材１５６ａで伝熱管１５０を包囲することで、壁２の内側方向への熱エネルギーの漏洩を防止できる。また、その熱エネルギーを熱伝導率の高い平面部材１５６ｂを通じて伝熱板１５４に伝達することで、総合的な熱伝導効率を向上することが可能となる。また、アルミニウム製のテープが可撓性を有する場合、アルミニウム製のテープ自体を、伝熱板１５４、伝熱管１５０、および、Ｕ字部材１５６ａに密着させることができるので、接触面積を増大でき、より高い熱伝導効率を得ることが可能となる。

化粧部材１５８は、伝熱板１５４に対し壁２の外側方向に貼付され、巾木６としての意匠外観を形成する。また、化粧部材１５８としては、比較的、黒色に近い木目シートを用い、すなわち、伝熱板１５４を構成するアルミニウムの放射率０．２より輻射を高めるべく、輻射効率が所定値（例えば０．９）以上となる黒色に近い木目シートを採用し、伝熱板１５４から伝熱された熱エネルギーを輻射として効率的に放熱する。

上述した輻射式暖房装置１２０により、高い熱伝導効率および高い配置自由度で、狭小な空間を含む様々な空間を快適に暖房可能となる。かかる効果の根拠を以下に具体的に説明する。

（輻射式暖房装置１２０の熱伝導について）
輻射式暖房装置１２０は、輻射によって暖房対象である空間を暖めるため、強制対流式暖房装置に比べ暖房対象における温度上昇に対する速応性こそ劣るものの、強い送風によるハウスダストの巻き上げがない。また、輻射によって暖房対象における温度分布が均一になるため空間内にいる人の体が偏った温度分布に曝されることがない等、快適性に優れている。また、輻射式なので、強制対流式暖房装置に比べて騒音が生じることがない。さらに、強制対流式暖房装置のように、一部の領域を暖めすぎてしまうこともなく、暖房対象となる空間全体を快適な温度に保持することが可能である。また、輻射式暖房装置１２０は、定常時は熱エネルギーの消費およびその変動が少ないので、利用できる熱エネルギーを想定し易く、安定した制御を実現できる。

（輻射式暖房装置１２０の大きさについて）
図５を参照して理解できるように、輻射式暖房装置１２０の厚さ、すなわち、壁２から突出している距離は、伝熱管１５０の直径と伝熱板１５４の厚さが支配的であり、他の部材はあまり影響しない。したがって、伝熱管１５０の直径や伝熱板１５４の厚さを調整することで輻射式暖房装置１２０の厚さを小さくすることができる。

したがって、壁２の表面、例えば、石膏ボード２ａに対し、何らの加工を施すことなく、石膏ボード２ａの表面に輻射式暖房装置１２０を併設、または、既存の巾木６と交換することが可能となる。こうして、安価かつ簡易な工事で、巾木６として違和感のない輻射式暖房装置１２０を備え付けることができ、快適な暖房空間を得ることが可能となる。

（輻射式暖房装置１２０の配置自由度について）
例えば、床暖房は、暖房空間の床下を占有するので、トイレ、洗面室や廊下など狭小な空間を暖房対象とした場合、その空間の床下は配置自由度に乏しく、積極的に床暖房を設置できない。本実施形態の輻射式暖房装置１２０は、巾木６と一体的に構成できるので、暖房空間の床下の配置自由度に制限されることがなく、高い配置自由度で、狭小な空間を含む様々な空間を快適に暖房することが可能である。

このようなトイレ、洗面室や廊下など狭小な空間までも暖房可能となることで以下の効果も生じる。例えば、近年、リビング等の比較的広大な空間に配置された床暖房の断熱機能は十分に高くなった。しかし、トイレ、洗面室や廊下など狭小な空間は暖房されないのが一般的なので、リビングからトイレに移動した際、その温度差により人体に大きな負担（ヒートショック）がかかっていた。このような温度差による負担は、リビング等の暖房性能が高まれば高まるほど、大きくなる。本実施形態では、洗面室や廊下など狭小な空間まで均一に暖房することで、場所による温度差を抑制し、移動によってヒートショックが生じるのを防止することができる。

以上、説明したように、本実施形態の輻射式暖房装置１２０によれば、高い熱伝導効率および高い配置自由度で、狭小な空間を含む様々な空間を快適に暖房可能となる。また、輻射式暖房装置１２０は、部屋の壁２と床４の取り合い領域といったアクセス容易な位置にあるので、メンテナンス性が高くなる。さらに、輻射式暖房装置１２０の設置においては、床を剥がす等の煩雑な工事が不要であり、既に設置している巾木を差し替え、後付けで設置することも可能である。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、伝熱媒体の熱エネルギーを輻射によって放熱する輻射式暖房装置に利用することができる。

６巾木
１２０輻射式暖房装置
１５０伝熱管
１５０ａ往路
１５０ｂ復路
１５２支持体
１５４伝熱板
１５６伝熱材
１５８化粧部材

Claims

壁と床の取り合い領域において、水平方向に延伸しつつ、垂直方向に並置された、伝熱媒体を流通させる複数の伝熱管と、
前記複数の伝熱管同士の位置関係を維持するように該伝熱管を支持する支持体と、
前記複数の伝熱管に対し前記壁の外側方向に付される伝熱板と、
前記伝熱板と、少なくとも前記伝熱管における前記壁の内側方向の面とに接触し、該伝熱管の熱を伝熱板に伝達する伝熱材と、
を備えることを特徴とする輻射式暖房装置。
前記伝熱板の、前記壁の外側方向には、輻射効率が所定値以上となる化粧部材が配置されることを特徴とする請求項１に記載の輻射式暖房装置。
前記複数の伝熱管は、前記伝熱媒体の往路および復路が並置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の輻射式暖房装置。