JP2571595B2 - 暖房装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、夜間電力等を利用する蓄熱型の暖房装置に
係わり、更に詳しくは住居、事務所、工場等の床や壁、
或いは貯槽等の保温が必要な箇所に適用される暖房装置
に関する。

〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題〕

社会生活の向上に伴い、より快適な生活を指向する風
潮となり、病院事務所ビル等に止まらず、一般家庭にお
いても暖房システムの採用が増えてきている。この暖房
システムにおいては温水を利用するシステムが従来よく
知られているが、最近特に注目されているのが安い深夜
電力を利用する蓄熱型の暖房システムである。この蓄熱
型の暖房システムとは潜熱の大きい組成物を蓄熱材とし
て使用し、これを電熱ヒーター等で加熱融解し、その後
蓄熱材が凝固する際に放出する凝固熱により保温するシ
ステムであり、電気料金の安い深夜電力を利用して加温
し蓄熱しておき、昼間の暖房に利用するものである。こ
の蓄熱材としては、例えばNa₂SO₄・lOH₂O、Na₂S₂O₃・5H
₂O、CaCl₂・6H₂O等の含水塩化化合物を主体とし、これ
に過冷却防止剤、融点調節剤、固液分離防止剤、濃化剤
等が必要に応じ添加されたものが使用され、30〜80℃程
度で融解し、25〜70℃程度で凝固し、凝固の際に凝固熱
を発生する組成物である。

従来、蓄熱材は第８図に示す様な面状の容器５に充填
して使用される。該容器５は縦リブ5aにより補強をする
と共に断面が正方形又は長方形となる細長い室5bを多数
形成して融解、凝縮を繰り返しても蓄熱材の層分離が起
きない様に工夫をしたものである。また、特開昭61−85
97号公報には、２枚の面材間に多数のセルを形成し、各
セル相互間を連通する孔を有してなる蓄熱材パネル用中
空板状体が示されているが、いずれもその外形は長方形
又は正方形の板状としてなるものである。

一方、ヒーターとしては例えば特公昭61−32442号公
報記載の第９図に示す様な面状発熱素子を電気絶縁性を
有し且つ非通気性を有するカバー内に挿入した形式の面
状ヒーター、或いは線状ヒーターを面状体カバーに挿入
した形式のヒーターを挙げることができる。また、温水
を通じるパイプ状ヒーターを用いることもできる。

これらを組み合わせて用いる従来の暖房装置は、例え
ば床暖房に用いる場合、第９図に示す如く、先ずコンク
リートスラブ等からなる建造物の床１の上面に硬質発泡
ウレタン等の断熱材２を布設し且つこの断熱材２の上部
にヒーター３を布設してなり、このヒーター３の全面を
覆う形で又はヒーター３の上部全面に蓄熱材４を封入し
た容器５を隙間なく埋め込み、これらのヒーター３及び
容器５の上方からモルタル等の構造材７を流し込み、こ
の構造材７の上部に床仕上げ材８を敷いてなるものであ
る。尚、上記構造材７には溶接金網６が介在され補強さ
れている。

しかし、従来の暖房装置は、蓄熱材４が融解するまで
は断熱材として働くためにヒーター３が上下面共に断熱
材に覆われた形になり、ヒーター３による加熱を開始し
ても蓄熱材４が融解するまでは床１が加温されず、暖房
されるまでに時間のずれを生ずる。また、片面加熱のた
めの蓄熱材４のオーバーヒートが生じ易くこのために蓄
熱材４の組成物が層分離を起こすか組成変化を起こして
蓄熱材として機能しなくなるまでの期間が短くなる（寿
命が短くなる）虞れがある。更に、従来の暖房装置は、
その施工の際にヒーター３と蓄熱材を封入した容器５と
の間に空間が生ずる虞れがあるため、熱効率が低下する
上に、上記空間内の空気の熱膨張及び冷却収縮の繰り返
しによって、やがてモルタル等の構造材７にクラックを
生ずることがある。

従って、本発明の目的は、熱効率に優れ、蓄熱材のオ
ーバーヒートを生ずる虞れがなく、また速やかに暖房が
開始され、更には施工に際しヒーターと蓄熱材を封入し
た容器との間に空間を生じる虞れがなく、そのためモル
タル等の構造材にクラックが発生する虞れがない暖房装
置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明はヒーターと蓄熱材を封入した容器とを組み合
わせて使用する暖房装置において、上記蓄熱材を封入し
た容器を、上記ヒーターの全面を覆うことなく、上記ヒ
ーター全面に亘って隙間を散在させ且つ上記ヒーターと
の間に構造材を介在させて配置し、上記蓄熱材を封入し
た容器と上記隙間との横断面積の比を1:0.1〜0.5とし、
上記蓄熱材を封入した容器は、複数の丸パイプを複数枚
の支持材によって柵状に形成して組み立てたものである
ことを特徴とする暖房装置を提供することにより上記目
的を達成したものである。

〔作用〕

本発明の暖房装置は、蓄熱材を封入した容器を、上記
ヒーターの全面を覆うことなく、上記ヒーター全面に亘
って隙間を介在させ且つ上記ヒーターとの間に構造材を
介在させて配置し、上記蓄熱材を封入した容器と上記隙
間との横断面積の比を1:0.1〜0.5とし、上記蓄熱材を封
入した容器を複数の丸パイプを複数枚の支持材によって
柵状に形成して組み立てたものとなしたことにより、ヒ
ーターの熱を均一化させて上記隙間を通して加温面に伝
えることができ、ヒーター加熱時より暖房開始までの時
間のずれが少なく且つ蓄熱材のオーバーヒートを生ずる
ことがなく、その結果熱効率が良く且つモルタル層にク
ラックの生じる虞れがない。

〔実施例〕

以下、本発明の暖房装置を例えば床暖房装置について
示す各実施態様について説明する。尚、以下には、本発
明の実施例と共に、本発明の暖房装置と一部構成を異に
する参考例である第１図及び第３図に示す暖房装置につ
いても併せて説明した。

第１図は本発明の床暖房装置の参考例を示す横断面図
であるが、この床暖房システムは、コンクリートスラブ
等からなる床１の上に硬質発泡ウレタン等の断熱材２を
布設し且つこの断熱材２の上部に面状のヒーター３を布
設してなり、更にこのヒーター３の上部に接した状態
で、蓄熱材４を封入した容器５を、上記ヒーター３の全
面を覆うことなく、上記ヒーター３の全面に亘って隙間
10を散在させて配置し、これらのヒーター３及び容器５
の上方からモルタル等の構造材７を流し込み、この構造
材７の上部に床仕上げ材８を敷いてなるものである。
尚、上記構造材７には溶接金網６が介在し補強されてい
るのは従来と同様である。

然して本参考例で用いる容器５は第６図（ａ）〜
（ｂ）に示した構造を有している。即ち、容器５は、本
出願人の出願に係る実開平１−106780号公報に記載の容
器であって、該容器５は複数のパイプ（丸パイプ）5eを
備え、これらのパイプ5eは２枚の支持材5cによって柵状
に形成して組み立てられている。つまり支持材5cには等
間隔に孔が形成され，各孔にパイプ5eをそれぞれ挿入し
て柵状に固定されているものである。勿論パイプ5eには
蓄熱材が充填してあり、両端が封止して形成されてい
る。また、好ましいパイプの内径、材質、組み合わせ本
数及び支持材の形状、枚数等の条件は上述の実開平１−
106780号公報に記載の容器に用いているものと同様であ
る。

第２図は本発明の一実施例を示すもので、本実施例装
置は上記参考例と異なり、ヒーター３と上記容器５とを
接することなく隙間を設けて、これら両者間に上記構造
材７が介在した状態で上記容器５を配置するようにした
ものである。

また、上記ヒーター３は、上記参考例及び上記実施例
のように面状のものでなく第３図〜第５図に示すよう
に、線状のヒーター３を用いることができる。この場
合、上述したと同様にヒーター３と蓄熱材４を封入した
容器５とを接した状態で配置することも（第３図参
照）、またヒーター３と上記容器５ととを離し両者間に
構造材７を介在させた状態とすることもできる（第４図
及び第５図参照）。上記実施例（第２図、第４図及び第
５図参照）の暖房装置は、ヒーター３と上記容器５との
間に上記構造材７が介在されており、上記参考例（第１
図及び第３図参照）の暖房装置に比べて、上記構造材７
によりヒーター３からの熱を均一化し得る。

また、本発明においては、蓄熱材を封入した容器５の
容量と上記隙間10に介在しているモルタル等の構造材７
の量との関係が重要であるため以下に説明する。

深夜電力を利用する床暖房システムの場合、深夜電力
料金帯では電気加温により蓄熱材を融解すると共に床暖
房をし、電力を使用しない間（昼間）は蓄熱材が徐々に
凝固し、凝固が完了した時点では再び深夜電力料金帯に
なっている様な量の蓄熱材４が必要である。一方、伝熱
媒体となる上記モルタル等の構造材７の量も所定量必要
である。以上を勘案した場合、ヒーター３を覆う部分に
おける蓄熱材４を封入した容器５とモルタル等の構造材
７を介在した隙間10との横断面積の比は1:0.05〜３が好
ましく、より好ましくは1:0.1〜0.5とするのが良い。上
記比が1:0.05より小さくなると上記隙間10が小さくなり
すぎ、隙間10に介在された上記モルタル等の構造材７を
通して上方への伝熱が充分でなくなり、また施行上モー
ター３と蓄熱材４を封入した容器５との間に空間が生じ
易くなる。一方、上記比が1:3より大きくなると上述し
た暖房に必要な蓄熱材４を確保することができず好まし
くない。従って、最も好ましい本発明の実施態様は、通
常の床暖房等においては、内径７〜30mmのパイプを各パ
イプ間に隙間を形成した状態で５〜10本並列に配置して
板状に固定し且つこのパイプ内に蓄熱材を充填してなる
容器を用い、この蓄熱材を封入した容器と上記各パイプ
間の隙間との横断面積の比を1:0.1〜0.5とする暖房装置
である。

以上、図面に示す実施態様に基づいて本発明の暖房装
置を説明したが、本発明は上記実施態様に限られるもの
ではなく、例えば、上記蓄熱材を封入した容器は、第３
図〜第５図においては線状のヒーターと蓄熱材を封入し
たパイプ状の容器とが略平行の位置になる様に施工して
あるが、特にこの施工形態に限定されるものではなく、
上部より見た場合に両者がクロスする様に施工しても良
い。また、第１図〜第５図において、ヒーター３と蓄熱
材４を封入した容器５との間に、熱の伝播を均質化する
ために、アルミニウム等の金属板、網、或いはフエルト
の様な布、プラスチック、ゴム等を布設する方法もより
好ましい。

次に、本発明の暖房装置の上記実施態様の暖房作用に
ついて説明する。

本発明の暖房装置の上記実施態様によれば、上記蓄熱
材４を封入した容器５を、上記ヒーター３の全面を覆う
ことなく、上記ヒーター３全面に亘って隙間10を散在さ
せて配置し、これらの隙間10にモルタル等の構造材７が
介在しているため、施工に際してヒーター３と容器５と
の間に空間部が生じることがない。従って、この空間部
が原因であるモルタル等の構造材７にクラックが生じる
ことがない。更に、構造材７が伝熱媒体となるためにヒ
ーター３による加熱を開始すると蓄熱材４は容器５全面
より熱を受けるので、効率良く熱の授受がなされ、また
構造材７を介し床仕上げ材８まで速やかに熱が伝達され
るので、床が適温となるまでに長時間を要さない。更
に、構造材７を伝わって熱が上部へ速やかに伝播するの
で床表面部に温度センサーを配することで温度コントロ
ールが容易にでき、ヒーター３による過熱を防止できる
ので、蓄熱材４の寿命も長くなる。

次に、本発明の効果を明らかにするために行った実験
例について説明する。

縦1500mm、横250mm及び高さ1000mmの箱、２箱を使用
し、低部より厚さ50mmのコンクリートスラブを打設して
床を形成し、その上に厚さ25mmの硬質発泡ポリウレタン
を布設して断熱材とし、さらにこの硬質発泡ポリウレタ
ンの上部にヒーターである面状発熱体（ミサト（株）製
プラヒート）を設置した。

そして従来装置の例として、一方の箱には縦1200mm、
横191mm及び高さ13mmの板状で蓄熱材を充填したポリプ
ロピレン製の容器を、面状発熱体の全面を覆う様に配置
した。また、本発明の床暖房装置の例として、他方の箱
には外径23mm長さ1200mmの蓄熱材を充填した丸パイプ７
本をそれぞれ5mmの隙間を設けた状態で並列に配置し且
つ板状に固定した幅191mmの容器を配置した（前記比は
1:0.186となる）。これらの容器に充填された蓄熱材は
いずれも約2900cm³であった。この上に容器とモルタル
の合計の厚さが70mmとなる様に構造材であるモルタルを
ながした。

またモルタルの上部より10mmの部分に温度センサーを
差し込み、この部分が30℃となると自動的に上記面状発
熱体への通電が停止される様にした。

以上に述べたシステムにおいて面状発熱体に通電をし
て加熱を開始し、（ａ）面状発熱体と蓄熱材容器接触
部、（ｂ）床面及び（ｃ）床からの高さ450mmの位置そ
れぞれの温度の変化を測定し、それらの温度−時間の関
係グラフをそれぞれ第７図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示
した。図中（イ）は本発明の装置による場合の温度変
化、（ロ）は従来の装置による場合の温度変化を示す。

先ず、第７図（ａ）に示すように従来の装置において
は、通電より約８時間加熱が続き43℃となってはじめて
通電が停止しており、その間蓄熱材は急速に加熱され40
℃以上のオーバーヒート状態が約２時間続いている。一
方、本発明の施工方法においては６時間強で通電が停止
され、１時間強の後に再度約１時間通電されている。そ
の間の温度は40℃未満で止まっており、オーバーヒート
状態にはなっていない。

また、第７図（ｂ）に示すように本発明の装置は従来
装置に比較して床温度の上昇が速く、しかも終日従来装
置によるものに比較してより高温に維持されている。従
って、第７図（ｃ）に示すように床よりの高さ450mmの
空間部の温度も従来のものに比較してより高温に維持さ
れている。尚、24時間以降も同様なサイクルを繰り返し
た。

尚、本発明は、床暖房装置に限定されるものでなく、
壁面などに適用することができるのは言うまでもない。

〔発明の効果〕

本発明の暖房装置によれば、熱効率に優れ、蓄熱材の
オーバーヒートを生ずる虞れがなく、また速やかに暖房
が開始される効果を奏し、更には施工に際しヒーターと
蓄熱材を封入した容器との間に空間を生じる虞れがない
ため、モルタル等の構造材にクラックが発生する虞れが
ない等の効果を奏する。更に、ヒーターと蓄熱材を封入
した容器との間に構造材が介在されているため、該構造
材によりヒーターからの熱が均一化される。また更に、
蓄熱材を封入した容器として複数の丸パイプを複数枚の
支持材によって柵状に形成して組み立てたものを用いて
いるため、ヒーターからの熱をパイプ間の隙間を介して
該パイプの全面に速やかに且つ均一に伝達することが可
能となり、蓄熱材のオーバーヒートを生ずる虞れがな
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の暖房装置の参考例を示す横断面図、第
２図は本発明の暖房装置の一実施例を示す横断面図、第
３図は本発明の暖房装置の他の参考例を示す横断面図、
第４図は本発明の暖房装置の他の実施例を示す横断面
図、第５図は本発明の暖房装置の更に他の実施例を示す
横断面図、第６図は本発明の暖房装置に用いる蓄熱材を
封入する容器の一例を示し同図（ａ）は一部を省略して
示す平面図、同図（ｂ）はその正面図、同図（ｃ）は一
部を省略して示す側面図、同図（ｄ）は同図（ａ）に示
すＡ−Ａ′視の断面図、第７図は本発明の暖房装置及び
従来の暖房装置の実験結果を示し、同図（ａ）はヒータ
ーと蓄熱材を封入した容器との接触部の温度変化、同図
（ｂ）は床面の温度変化、同図（ｃ）は床からの高さ45
0mmにおける空間部の温度変化をそれぞれ示すグラフ、
第８図（ａ）〜（ｃ）は従来の暖房装置に用いる蓄熱材
を封入する容器のそれぞれ異なる例を示す斜視図、第９
図は従来の暖房装置を示す横断面図である。 ３……ヒーター ４……蓄熱材 ５……蓄熱材を封入した容器 ７……構造材 10……隙間

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 明 群馬県渋川市大崎1385―１ 関東電化社 宅Ｋ５―204 (72)発明者 清川 晋 埼玉県草加市弁天町402 (72)発明者 坂口 拯吉 埼玉県三郷市彦成３―８―25―103 (56)参考文献 特開 昭62−186134（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−25712（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭60−118426（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭62−56408（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ヒーターと蓄熱材を封入した容器とを組み
   合わせて使用する暖房装置において、上記蓄熱材を封入
   した容器を、上記ヒーターの全面を覆うことなく、上記
   ヒーター全面に亘って隙間を散在させ且つ上記ヒーター
   との間に構造材を介在させて配置し、上記蓄熱材を封入
   した容器と上記隙間との横断面積の比を1:0.1〜0.5と
   し、上記蓄熱材を封入した容器は、複数の丸パイプを複
   数枚の支持材によって柵状に形成して組み立てたもので
   あることを特徴とする暖房装置。