JPS63201434A - 暖房装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 この発明は、床や壁等に使用される暖房装置に関する。

〔背景技術〕

輻射熱を利用した暖房装置は、室内をムラなく加熱して
人体の温点を快く刺激するため、快適な暖房システムを
構成し得る。近時、このような暖房装置に、主として省
エネルギーを目的として、蓄熱構造を加えたものが使用
されるようになってきた。すなわち、安価な深夜電力を
用いて発生させた熱や太陽熱、あるいは、他の熱源の廃
熱等を蓄熱材に蓄熱しておき、暖房時にその熱を利用し
ようと言うものである。

蓄熱材としては、これまで、コンクリートやレンガ等の
顕熱蓄熱材が用いられてきた。しかし、最近では、これ
ら顕熱蓄熱材よりも体積あたりの蓄熱量が大きく、しか
も、一定温度で蓄放熱が行える潜熱蓄熱材が多用される
ようになってきた。

潜熱蓄熱材は、固体−液体間、固体−固体間等の相変化
に伴う潜熱を利用するもので、たとえば、塩化カルシウ
ム６水塩、硫酸ナトリウム１０水塩等の水和塩や、パラ
フィン類、脂肪酸エステル等が知られている。

潜熱蓄熱材のうち、上記例示のものは、使用時に液体と
なるため密封容器中に封入しておく必要がある。

第３図は、そのような液体となる潜熱蓄熱材を利用した
暖房装置を床暖房に使用した一例をあらわしている、こ
の例の暖房装置Ｃは、ヒータ１の上に密封容器６を置き
、その中に潜熱蓄熱材６ａを封入してなるものである。

密封容器６の上には、床板５ａやカーペラ１−５ｂ等の
床仕上材５を敷けばよい。

ところが、図のような暖房装置Ｃでは、長期間の使用に
よって密封容器６にひび割れが生じたり穴があいたりす
ると、そこから潜熱蓄熱材６ａが多量に流出し、蓄熱作
用を失う危険性がある。また、流出した潜熱蓄熱材によ
り床仕上材５等が汚される恐れもある。しかも、このよ
うな暖房装置は、一般に、恒久的な設備として床や壁等
に埋め込まれてしまうので、このような事故が発生して
も容易に修理することができない、と言う問題もある。

上記問題を解消するため、第２図に示したような構造の
暖房装置Ｂが考えられた。このものは、潜熱蓄熱材をカ
プセル化する等して多数のＷＩ！！）蓄熱材粒子２ａに
し、それをヒータ１と床板５ａ等との間に充虜してなる
ものである。このような暖房装置Ｂによれば、たとえ一
つの潜熱蓄熱材粒子２ａが破壊されても、それに含まれ
る潜熱蓄熱材は僅かな量であるため、その流出が直ちに
蓄熱作用の損失や床等の汚染につながることはなくなる
。また、潜熱蓄熱材は相転移の際に大きな体積変化が生
じ、それが、前記暖房装置Ｃにおける密封容器６破損の
主たる原因の１つとなっているが、この暖房装置Ｂでは
、そのような潜熱蓄熱ニオが多くの粒子からなっている
ため、体積変化は粒子間の空隙によって吸収されてしま
い安全である。

しかしながら、このように粒子化された潜熱蓄熱材では
、先の第３図のもののように連続層を形成できないため
、潜熱蓄熱材Ｉ′１ｉｉｉ２′の熱伝導が悪く、下記の
ような欠点がある。

■　ヒータ１からの熱が室外へ逃げてしまい、潜熱蓄熱
材層２′に効率良く蓄熱できない（蓄熱効率が悪い）。

■　潜熱蓄熱材Ｎ　２’からの熱を効率良く室内に導く
ことができず、放熱効率も悪くなる。

■　ヒータ１の回りが異常に高温になり、潜熱蓄熱材粒
子２ａや、ヒータ１の後に設けられた断熱材４が熱損傷
を受けるばかりでなく、火災の発生する危険性もある。

〔発明の目的〕

この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、
蓄放熱を効率良く行え、かつ、耐久性や安全性に優れた
暖房装置を提供することを目的としている。

〔発明の開示〕

上記目的を達成するため、発明者らは、第１図にみるよ
うに面状に配置されたヒータ１の両面に、多数の潜熱蓄
熱材粒子からなる潜熱蓄熱材層２．３を形成することを
考えた。このようにヒータ１の両面に潜熱蓄熱材層２，
３を形成すれば、いままで室外へ逃げていた熱をも蓄熱
できるようになるからである。ところが、放熱時には、
放熱側の潜熱蓄熱材層２と、反対側の潜熱蓄熱材層３と
の放熱環境の違いから、両面同時に放熱を行うことがで
きず、放熱側の潜熱蓄熱材層のみが放熱し、反対側の潜
熱蓄熱材層は蓄熱状態のままになることがわかった。こ
のような状態が発生すると、室温を一定に保つことがで
きないのである。そこで、さらに検討を行った結果、こ
の発明を完成した。

すなわち、この発明は、ヒータとこのヒータからの熱を
蓄熱する潜熱蓄熱材層とを備えた面状の暖房装置であっ
て、前記潜熱蓄熱材層が面状に配置されたヒータの両面
に形成されているとともに、放熱側の潜熱蓄熱材層を構
成する潜熱蓄熱材粒子の相転移温度が反対側の潜熱蓄熱
材層を構成する潜熱蓄熱材粒子の相転移温度よりも低い
ことを特徴とする暖房装置を要旨としている。

以下に、この発明を、その一実施例をあられす第１図を
参照しつつ、詳しく説明する。なお、この実施例の暖房
装置は、図にみるように、床暖房用のものであるが、壁
暖房用であってもよいことは言うまでもない。

この実施例の暖房装置Ａは、ヒータ１が水平に配置され
ているとともに、その両面である上下方向に潜熱蓄熱材
層２．３が形成されてなるものである。ヒータ１として
、図の実施例では、深夜電力による電熱ヒータを使用し
ているが、太陽熱や廃熱等による温水ヒータや蒸気ヒー
タを用いるようであっても構わない。

潜熱蓄熱材層２．３は、それぞれ、多数の潜熱蓄熱材粒
子２ａ・・・＋３ａ・・・を充填することで形成されて
いる。

この発明の暖房装置は、潜熱蓄熱材粒子が充填されて形
成されたヒータ１の放熱側（この実施例では上側）の潜
熱蓄熱材層２の相転移温度が、反対側（この実施例では
下側）の潜熱蓄熱材層３の相転移温度よりも低いことを
特徴とする。

使用される潜熱蓄熱材としては、室内温度との関係から
、２５〜８０℃の範囲の相転移温度を有するものが好ま
しい。このような潜熱蓄熱材としては、たとＬば、酢酸
ナトリウム３水和塩（相転移温度＝融点５８℃）、チオ
硫酸ナトリウム５水和塩（相転移温度４６℃）、硫酸ナ
トＩＪウム１０水和塩（相転移温度３２℃）等の無機水
和塩系のものや、分子量により種々の融点を選択できる
パラフィン、脂肪酸エステル等の結晶質有機化合物系の
ものが挙げられる。これらは単独で、あるいは、複数混
合して使用することができるし、これら以外のものを使
用することも、もちろん可能である。これら各潜熱蓄熱
材の中から、互いに相転移温度の異なる２つのものを選
び、相転移温度の低い方の潜熱蓄熱材を放熱側の潜熱蓄
熱材層２に使用し、相転移温度の高い方の潜熱蓄熱材を
反対側の潜熱蓄熱材層３に使用すればよい。

各潜熱蓄熱材粒子２ａ・・・、３ａ・・・は、従来と同
様にして製造される。すなわち、オリフィス法。

相分離法、気中懸濁法等のマイクロカプセル化の手法を
用いて樹脂を膜材とするマイクロカプセル中に潜熱Ｍ熱
材を封入したり、活性炭や木材チップ等の連続多孔性吸
収体に潜熱蓄熱材融解液を吸収させたり、ゴム等の樹脂
と潜熱蓄熱材とを混練して樹脂マトリクス中に潜熱蓄熱
材を組み込んだり、ポリオレフィンがその融点以上に熱
せられた結晶質有機系蓄熱材中に浸漬されると膨潤する
性質を利用してポリオレフィン粒子に潜熱蓄熱材を含浸
させる等して形成すればよいのである。

上記のような潜熱蓄熱材粒子２ａ、３ａからなる潜熱Ｍ
熱材層２，３を有する、この発明の暖房装置Ａを、たと
えば、床下に施工するには、下記のようにすればよい。

まず、床下の所定の位置に、ヒータ１を配管するととも
に、その下には、空間をあけて硬質ウレタン等からなる
断熱材４を敷設する。断熱材４とヒータ１との間の空間
には、比較的相転移温度の高い潜熱蓄熱材粒子３ａによ
り、潜熱蓄熱材層３を形成する。それとともに、ヒータ
１の上には、比較的相転移温度の低い潜熱Ｍ！！）相粒
子２ａによって、潜熱蓄熱材層２を形成すれば、この実
施例の暖房装置Ａが得られる。このあと、この潜熱蓄熱
材層２の上に床板５　ａ　＋　カーペラ）５ａ等の床仕
上材５を施工すればよい。

潜熱蓄熱材粒子２ａ、３ａから潜熱蓄熱材Ｎ２．３を形
成する方法は、この発明では特に限定されないが、あら
かじめ潜熱蓄熱材粒子２ａ、３ａが充填された袋体を上
記空間内に挿入する方法が、施工の容易さ等の点で好ま
しい。

以上のような、この発明の暖房装置Ａによれば、室温が
低下して潜熱蓄熱材が放熱を開始する際、装置内部の温
度分布と、潜熱蓄熱材層の相転移温度の分布とがほぼ一
致する。このため、潜熱蓄熱材による放熱が基材の厚み
全体でムラなく行われるようになるので、放熱側の潜熱
蓄熱材層のみが放熱し、反対側の潜熱蓄熱材層は蓄熱状
態のままと言った効率の悪い状態を避けることができる
のである。

つぎに、この発明の具体的な実施例について、比較例と
あわせて説明する。

（実施例１） 架橋したポリエチレンの粒子（三菱油化側型ＨＦ４１Ｘ
）を１５０℃に熱して熔融させたパラフィン（日本楕蝋
■製パラフィン１１５、相転移温度４７．２℃、潜熱量
４２．６　Ｋｃａｌ／　ｋｇ）中に浸漬し、膨潤させる
ことで潜熱蓄熱材粒子を作成した。

この潜熱蓄熱材粒子は、ポリエチレン２０重量％、パラ
フィン８０重量％の組成を有するものであった。このよ
うにして得られた潜熱蓄熱材粒子を、充填率が６０体積
％になるようにして袋体に充填し、厚み２７．５　ｍの
板状体を形成した。

つぎに、上記パラフィンよりも相転移温度の高いパラフ
ィン（日本精蝋■製パラフィン１２５、相転移温度５２
．２℃、潜熱量４１．４　Ｋｃａｌ／　ｋｇ）を用いて
、同様にしてポリエチレン２０重量％、パラフィン８０
重量％の潜熱蓄熱材粒子を作成し、袋体に充填して、厚
み２７．５ｍの板状体を形成した。

以上二つの板状体を電熱ヒータの上下に配置して潜熱蓄
熱材層を形成し、この発明の暖房装置を構成した。この
暖房装置の下には厚み１００ｍ＋の硬質ウレタンからな
る断熱材を敷き、上には厚み１５ｍの合板と厚み８ｆｌ
のカーペットによって床仕上材を形成し、施工を完了し
た。

（比較例１） 電熱ヒータ上下の潜熱蓄熱材層を構成する潜熱蓄熱材粒
子を、上下とも同じ相転移温度を有するパラフィン（相
転移温度４７．２℃、潜熱量４２．６Ｋｃａｌ　／　ｋ
ｇ、上記実施例１における上側のもの）で構成した以外
は、実施例１と同様にして暖房装置を得、同様にして床
下に施工した。

（比較例２） 暖房装置の構成を、第２図にみる、電熱ヒータの上にの
み潜熱蓄熱材層が形成されたものとするとともに、その
潜熱蓄熱材層の厚みを５５酊とした以外は、比較例１と
同様にして暖房装置を得、同様にして床下に施工した。

以上の実施例ならびに比較例について、以下の試験を行
い、その性能を評価した。

（試　験） 放熱側（カーペットより上側の空間）の温度を２０℃に
保ちつつ、電熱ヒータに４００Ｗｈ／％の電力を通電し
て、電熱ヒータを５時間運転し、潜熱蓄熱材層への蓄熱
を行ったあと、電熱ヒータの運転を止め、１９時間かけ
て潜熱蓄熱材からの放熱を行い、１サイクルとした。

このサイクル（１サイクル−２４時間）を２回繰り返し
、各部分の温度が長期使用状態と同じになるようにした
あと、ヒータ温度および床仕上材表面温度を測定しつつ
、１サイクルの運転を行った。

１サイクル中におけるヒータ温度の時間による推移を第
４図に、床仕上材表面温度の時間による推移を第５図に
、それぞれ示す。なお、図中実線は実施例１、一点鎖線
は比較例１、破線は比較例２の測定結果を、それぞれ、
あられし、横軸と平行な矢印は電熱ヒータの運転期間を
あられしている。

第４図の結果より、ヒータの上側にのみ潜熱蓄熱材層が
形成された比較例２ではヒータの回りの温度が異常に上
昇し、潜熱蓄熱材粒子や断熱材が熱損傷を受ける恐れが
あるが、ヒータの上下に潜熱蓄熱材層を設けた場合（実
施例１．比較例１）にはそのような危険性のないことが
わかった。

また、第５図の結果より、ヒータ上側の潜熱蓄熱材層の
相転移温度が下側の潜熱蓄熱材層のそれよりも低いこの
発明の実施例１では、上下の潜熱蓄熱材層の相転移温度
が同じである比較例１や、ヒータの上側にのみ潜熱蓄熱
材層が形成された比較例２に較べ、放熱期間中安定し効
率の良い放熱を行えることがわかった。

〔発明の効果〕

この発明の暖房装置は、以上のようであり、ヒータとこ
のヒータからの熱を蓄熱する潜熱蓄熱材層とを備えた面
状の暖房装置であって、前記潜熱蓄熱材層が面状に配置
されたヒータの両面に形成されていてヒータからの熱を
効率よく蓄熱できるとともに、放熱側の潜熱蓄熱材層を
構成する潜熱蓄熱材粒子の相転移温度が反対側の潜熱蓄
熱材層を構成する潜熱蓄熱材粒子の相転移温度よりも低
くなっていて放熱時の装置内部の温度分布とほぼ一致す
るようになっているため放熱をも効率良く行え、かつ、
耐久性や安全性に優れたものとなっている。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の暖房装置の一実施例を床下に施工し
た状態をあられす層構成図、第２図は従来の潜熱蓄熱材
粒子を使用した暖房装置の床下への施工状態をあられす
層構成図、第３図は密閉容器中に潜熱蓄熱材を封入した
暖房装置の床下への施工状態をあられす層構成図、第４
図は実施例ならびに比較例におけるヒータ温度の時間に
よる推移をあられすグラフ、第５図は床仕上材表面温度
の時間による推移をあられすグラフである。 Ａ・・・暖房装置　１・・化−夕　２，３・・・潜熱蓄
熱材層　２ａ、３ａ・・・潜熱蓄熱材粒子代理人　弁理
士　　松　本　武　彦 第１図 第２図 １詞げ酵甫正書（自発 昭和６２年　４月１０日 昭和６２年特ｌ藤０３２０７２号 ３、補正をする者 事件との四Ｍ系　　　　　特許出順人 住　　所　　　大阪府門真市大字門真１０４８番地名　
称　（５８３）松下電工株式会社 代表者　（塘□藤井貞夫 ４、代理人 ６、補正の対象 明細書 ７、補正の内容 （１）　　明細書第５頁第１８行ないし第６頁第１行、
−「両面同時に放熱を行う・・・ことがわかった。」と
あるを、下記のごとくに訂正する。 −記一 、両面同時に放熱を行うことができず、まず放熱側の潜
熱蓄熱材層から放熱がはじまり、反対側の潜熱蓄熱材層
は、上記放熱側の潜熱蓄熱材層を介して放熱することが
わかった。」 （２）　　明細書第９頁第６行ないし同頁第１１行に「
まず、床下に・・・潜熱蓄熱材Ｎ３を形成する。」とあ
るを、下記のごと（に訂正する。 −記一 まず、硬質ウレタン等からなる断熱材４を敷設も。その
上に比較的相転移温度の高い潜熱蓄熱１子３ａにより、
潜熱蓄熱材層３を形成する。 −で、その上にヒータ１を配設する。」］）明細書第１
０頁第５行ないし同頁第１０行に「このため、・・・避
けることができるのである。」とあるを、下記のごとく
に訂正する。 −記一

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ヒータとこのヒータからの熱を蓄熱する潜熱蓄熱
   材層とを備えた面状の暖房装置であって、潜熱蓄熱材層
   が面状に配置されたヒータの両面に形成されているとと
   もに、放熱側の潜熱蓄熱材層を構成する潜熱蓄熱材粒子
   の相転移温度が反対側の潜熱蓄熱材層を構成する潜熱蓄
   熱材粒子の相転移温度よりも低いことを特徴とする暖房
   装置。