(57)【要約】      （修正有）【課題】輻射の指向性を制御することで、高効率に加熱あるいは広い空間範囲を加熱できる輻射ヒーターを提供する。【解決手段】表面に形成されて赤外領域の波長の輻射を増幅する第１の凹凸構造と、表面に形成されて第１の凹凸構造よりも大きな第２の凹凸構造と、を有する輻射体を備える、輻射ヒーター１である。これにより、第１の凹凸構造に由来する指向性と合わせ、第２の凹凸構造によって輻射熱の指向性を制御することで、高効率に加熱あるいは広い空間範囲を加熱できる。さらに輻射ヒーターを有する加熱部と、加熱対象の位置を検出可能な位置センサを有する検出部と、加熱部の位置および／又は向きを変更可能な駆動部と、検出部で検出した情報に基づいて駆動部を制御することにより、加熱部の出力および指向性を制御する制御部と、を備える、輻射ヒーターシステムを提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に形成されて赤外領域の波長の輻射を増幅する第１の凹凸構造と、前記表面に形成されて前記第１の凹凸構造よりも大きな第２の凹凸構造と、を有する輻射体を備える、輻射ヒーター。
【請求項２】
前記第２の凹凸構造は、山部と谷部が所定方向に交互に連続して配置された蛇腹構造である、請求項１に記載の輻射ヒーター。
【請求項３】
前記蛇腹構造は、複数の前記山部および複数の前記谷部が２種類以上の異なる角度を有して構成される、請求項２に記載の輻射ヒーター。
【請求項４】
前記蛇腹構造は、複数の前記山部が２種類以上の異なる高さを有して構成される、請求項２または３に記載の輻射ヒーター。
【請求項５】
前記蛇腹構造は、前記所定方向に直交する方向にも山部と谷部が交互に連続して配置されて構成される、請求項２〜５のいずれかに記載の輻射ヒーター。
【請求項６】
前記山部および／又は谷部は、略四角錐形状または略四角錐台形状を有する、請求項５に記載の輻射ヒーター。
【請求項７】
前記蛇腹構造は、前記山部の角度が可変である、請求項２〜６のいずれかに記載の輻射ヒーター。
【請求項８】
前記山部の角度は、前記蛇腹構造を伸縮させることで変更可能とされる、請求項７に記載の輻射ヒーター。
【請求項９】
前記第２の凹凸構造は、曲面を有して構成される、請求項１〜８のいずれかに記載の輻射ヒーター。
【請求項１０】
前記第２の凹凸構造の位置および／又は向きが可変である、請求項１〜９のいずれかに記載の輻射ヒーター。
【請求項１１】
請求項１〜１０に記載の輻射ヒーターを有する加熱部と、
加熱対象の位置を検出可能な位置センサを有する検出部と、
前記加熱部の位置および／又は向きを変更可能な駆動部と、
前記検出部で検出した情報に基づいて前記駆動部を制御することにより、前記加熱部の出力および指向性を制御する制御部と、を備える、輻射ヒーターシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、輻射ヒーター及び輻射ヒーターシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、輻射により被加熱物を加熱する輻射ヒーターに関し、輻射される赤外線の波長を制御し、人体等の被加熱物に吸収されやすい特定波長の赤外線を輻射の主波長とするとともに、輻射される赤外線の指向性を高め、被加熱物に向けて選択的に加熱を行うことで、輻射ヒーターの効率を向上させる技術が提案されている。
【０００３】
上記のような輻射ヒーターとしては、例えば、特定波長に対して透過率の高い材料によって構成されるほか、輻射体の表面に微細な光学構造を設け、放射・反射する赤外線に指向性を付与した輻射ヒーターが提案されている（例えば、特許文献１および２を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１７−０９６５１６号公報
【特許文献２】特開２０１７−１７４６０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１および２に記載された輻射ヒーターによって輻射の効率を高めたとしても、例えば様々に変化する姿勢をとる人体を加熱したいときには大型のヒーターが必要となり、高コスト化は避けられない。しかも、そのような大型のヒーターを既設の住設機器に組み込むことは困難である。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、輻射の指向性を制御することにより、高効率に加熱あるいは広い空間範囲を加熱可能な輻射ヒーターを提供することを目的とする。さらに、暖房空間の温度分布が所望の状態になるように、均一化あるいは局在化させる制御を行うことができる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明は、表面に形成されて赤外領域の波長の輻射を増幅する第１の凹凸構造（例えば、後述の第１の凹凸構造３１）と、前記表面に形成されて前記第１の凹凸構造よりも大きな第２の凹凸構造（例えば、後述の第２の凹凸構造３２）と、を有する輻射体（例えば、後述の輻射体３）を備える、輻射ヒーター（例えば、後述の輻射ヒーター１）を提供する。
【０００８】
前記第２の凹凸構造は、山部と谷部が所定方向に交互に連続して配置された蛇腹構造（例えば、後述の蛇腹構造３３）であってもよい。
【０００９】
前記蛇腹構造は、複数の前記山部および複数の前記谷部が２種類以上の異なる角度を有して構成されることが好ましい。
【００１０】
前記蛇腹構造は、複数の前記山部が２種類以上の異なる高さを有して構成されてもよい。
【００１１】
前記蛇腹構造は、前記所定方向に直交する方向にも山部と谷部が交互に連続して配置されて構成されてもよい。
【００１２】
前記山部および／又は谷部は、略四角錐形状（例えば、後述の四角錐２０６）または略四角錐台形状（例えば、後述の四角錐台３０７）を有していてもよい。
【００１３】
前記蛇腹構造は、前記山部の角度が可変であることが好ましい。
【００１４】
前記山部の角度は、前記蛇腹構造を伸縮させることで変更可能とされてもよい。
【００１５】
前記第２の凹凸構造は、曲面を有して構成されてもよい。
【００１６】
前記第２の凹凸構造は、位置および／又は向きが可変であることが好ましい。
【００１７】
また本発明は、加熱対象の位置を検出可能な位置センサを有する検出部と、前記加熱部の位置および／又は向きを変更可能な駆動部と、前記検出部で検出した情報に基づいて前記駆動部を制御することにより、前記加熱部の出力および指向性を制御する制御部と、を備える、輻射ヒーターシステムを提供する。
【００１８】
さらに本発明は、前記山部の角度が可変である蛇腹構造を備える輻射ヒーターを有する加熱部（例えば、後述の加熱部５０１）と、加熱対象の位置を検出可能な位置センサを有する検出部（例えば、後述の検出部５１１）と、前記輻射ヒーターの蛇腹構造を伸縮させることで前記山部の角度を変更可能な駆動部（例えば、後述の駆動部５１３）と、前記検出部で検出した情報に基づいて前記駆動部を制御することにより、前記加熱部の出力および指向性を制御する制御部（例えば、後述の検出部５１２）と、を備える、輻射ヒーターシステム（例えば、後述の輻射ヒーターシステム５００）を提供する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、輻射の指向性を制御することにより、高効率に加熱あるいは広い空間範囲を加熱可能な輻射ヒーターを提供できる。さらに、暖房空間の温度分布が所望の状態になるように、均一化あるいは局在化させる制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る輻射ヒーター１を示す図である。
【図２Ａ】本発明の実施形態に係るキャビティ構造を示す図である。
【図２Ｂ】本発明の実施形態に係るＭＩＭ構造を示す図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る輻射ヒーター１の使用例を示す図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る輻射ヒーター１の輻射制御機構の一例を示す図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る輻射ヒーター１０１の第２の凹凸構造１３２を示す図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係る輻射ヒーター２０１の第２の凹凸構造２３２を示す図である。
【図７】本発明の第４実施形態に係る輻射ヒーター３０１の第２の凹凸構造３３２を示す図である。
【図８】本発明の第５実施形態に係る輻射ヒーター４０１の第２の凹凸構造４３２の一例を示す図である。
【図９】本発明の第５実施形態に係る輻射ヒーター４０１の第２の凹凸構造４３２の一例を示す図である。
【図１０】本発明の輻射ヒーターシステム５００の概要を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。
【００２２】
＜輻射ヒーター＞
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る輻射ヒーター１を示す図である。
本実施形態に係る輻射ヒーター１は、例えば人体等の被加熱物を加熱するために用いられる。具体的には、例えば、パネルヒーター、床暖房、壁紙、炬燵等として用いられる。
図１に示すように、本実施形態に係る輻射ヒーター１は、収容部２と、輻射体３と、電源装置４と、を備える。
【００２３】
収容部２は、輻射体３を収容可能な構造を有する。収容部２の材質や形状については特に制限されないが、加熱される輻射体３を収容するため、金属や耐熱性樹脂等、一定の耐熱性を有する材質により構成されることが好ましい。収容部２は、床暖房や壁暖房のように建物の一部であってもよいし、独立した筐体であってもよい。
【００２４】
輻射体３は、後述する電源装置４により直接あるいは間接に通電加熱されることで一定の波長領域を有する赤外線（電磁波）を輻射する。該赤外線が被加熱物に吸収されることで被加熱物が加熱される。被加熱物としては、例えば人体が挙げられる。
【００２５】
輻射体３の材質としては、特に制限されず、一定の耐熱性を有する材質であればよい。このような材質としては、例えば、金属、セラミックス、耐熱性樹脂等が挙げられる。但し、輻射体３の加熱方式を、輻射体３に直接通電して加熱する直接抵抗加熱とする場合、輻射体３としては一定の導電性及び抵抗率を有する金属やセラミックスを用いることが好ましい。輻射体３の加熱方式として直接抵抗加熱を用いる場合、高い加熱効率が得られる。
また、輻射体３の加熱方式を、他の輻射体に通電して輻射体３を加熱する間接抵抗加熱とする場合、輻射体３の材質は導電性や抵抗率を有するものに限定されず、樹脂等を輻射体３の材質として用いる事ができるため、後述の第１の凹凸構造３１を輻射体３に容易に形成することができる。
【００２６】
図２は、本発明の第１実施形態に係る第１の凹凸構造３１を示す図である。
輻射体３は、第１の凹凸構造３１を表面に有する。これにより、輻射に指向性を持たせることができる。第１の凹凸構造３１としては特に限定されず、例えば、キャビティ構造やＭＩＭ構造によって指向性を発揮できる。
より詳しくは、第１の凹凸構造３１は例えば、図２Ａに示すキャビティ構造である。キャビティ構造３１は、孔３１１と、壁部３１２とを有し、電磁波は孔３１１の開口部から輻射される。この際に、開口部の形状に由来して、輻射体３が面する向きに対して数度の、比較的狭い角度範囲内の方向に電磁波が輻射される。
また第１の凹凸構造３１は例えば、図２Ｂに示すＭＩＭ構造である。ＭＩＭ構造は、基板３１３上に導電体層３１４、誘電体層３１５、導電体層不連続層３１６が基板側からこの順に形成される。この表面の光学構造に由来して、輻射体３が面する向きに対して約５０°〜６０°の、比較的広い角度範囲内の方向に電磁波が輻射される。
【００２７】
また、輻射体３の形状により、輻射の指向性を制御することができる。すなわち、第１の凹凸構造３１が所望の方向を向くような第２の凹凸構造３２を設けることで、その方向に向けて輻射を行うことができる。また輻射体３の加熱方式を他の輻射体により加熱する間接抵抗加熱とする場合には、輻射体３をシート状とし、所望の指向性に対応する形状とした他の輻射体と組み合わせて用いることができる。これにより、表面への第１の凹凸構造の形成および所望の形状への加工を容易に両立させることができる。
【００２８】
第１の凹凸構造３１および第２の凹凸構造３２のない輻射ヒーターでは単に輻射体から放射状に輻射されるのに対し、本実施形態に係る輻射ヒーター１は第１の凹凸構造３１および第２の凹凸構造３２に由来する指向性を有するために、所望の方向に効率よく輻射を行うことができるほか、より遠くまで輻射熱を伝えることが可能である。
また、第１の凹凸構造３１に由来する輻射が広い角度範囲への指向性を有する場合には、輻射を狭めて集中させるような第２の凹凸構造３２を設けてもよい。このような場合には、輻射に係る電磁波の流束が集中することで、当該集中する方向における加熱効率が向上する。
【００２９】
電源装置４は、輻射体３に通電する装置である。電源装置４によって通電された輻射体３は、内部抵抗によりジュール熱を発生し加熱され、一定温度に達すると一定の波長領域を有する赤外線（電磁波）を輻射する。
電源装置４は、輻射体３に通電可能な装置であれば特に制限されない。また、電源装置４による加熱方式は輻射体３に直接通電して加熱する直接抵抗加熱を用いた加熱方式には限定されず、間接抵抗加熱を用いた加熱方式としてもよい。例えば、所望の指向性を備える輻射体３を既存のパネルヒーター等の輻射ヒーターに貼り付けることで輻射体３を加熱してもよい。
その他、電源装置４による誘導加熱や誘電加熱により輻射体３を加熱してもよい。
【００３０】
[指向性の制御]
上述したように、輻射体３はその形状および表面に備える第１の凹凸構造３１に由来して、指向性を有する。したがって、表面形状および第１の凹凸構造３１を適切に設計し、組み合わせることで、この指向性を制御することができる。これにより、高効率に加熱あるいは広い空間範囲を加熱可能な輻射ヒーターを提供できる。さらに、暖房空間の温度分布が所望の状態になるように、均一化あるいは局在化させることができる。
【００３１】
以下に、本実施形態に係る輻射ヒーター１について、図を参照しながら具体的に説明する。
【００３２】
図３は、本発明の第１実施形態に係る輻射ヒーター１の使用例を示す図である。
本実施形態に係る輻射ヒーター１の輻射体３は、表面に形成されて赤外領域の波長の輻射を増幅する第１の凹凸構造３１と、前記表面に形成されて第１の凹凸構造３１よりも大きな第２の凹凸構造３２と、を有する。本実施形態において第２の凹凸構造３２は、山部と谷部が所定方向に交互に連続して配置された蛇腹構造３３である。蛇腹構造３３は、表面に第１の凹凸構造を有する複数の短冊状輻射体５が連なって構成される。輻射ヒーター１は、鉛直壁面に平行に設置され、水平方向に対向して輻射暖房を行う。
【００３３】
輻射体３が表面に第１の凹凸構造３１を有することによって、第１の凹凸構造３１による輻射の指向性に由来して、輻射体３から一定の角度範囲内の方向に向けて輻射を行うことができるため、暖房効率が向上する。加えて輻射体３が蛇腹構造３３を形成していることで、複数の短冊状輻射体５の表面が、蛇腹の折れ目を境に異なる方向に対向することとなる。これにより、短冊状輻射体５が対向する方向に対して選択的に輻射を行うことができる。
【００３４】
輻射ヒーター１が所望の方向に選択的に輻射暖房を行えることで、例えば図３のように、人体の縦長形状に対応して加熱を行うことができる。すなわち、輻射ヒーター１を鉛直方向に蛇腹を連ねて設置した場合、輻射ヒーター１の鉛直方向幅以上の高さに対応して加熱を行うことができる。広範囲を加熱するための大型のヒーターを製造する場合と比べ、取扱いが容易であるほか、コストの削減が可能である。
【００３５】
また、短冊状輻射体５の連なり角を変更することで、第２の凹凸構造３２の位置および／又は向きは、可変とされる。これにより、用途や状況に応じて輻射の指向性を制御し、輻射ヒーター１の可動域の範囲内で、用途や状況に応じて所望の箇所について加熱を行うことができる。例えば、立位、座位に応じて加熱範囲を変更することが可能である。
【００３６】
図４は、本発明の第１実施形態に係る輻射ヒーター１の輻射制御機構の一例を示す図である。表面に輻射体３が貼り付けられた蛇腹状のシートの上端にポールが取り付けられており、引き上げ機によってポールを上下させることで、シートを伸縮させて蛇腹の角度を変えることができる。これにより、加熱範囲を制御することができる。
なお、短冊状輻射体５の連なり角を可変とするための機構については、これに限定されるものではない。
【００３７】
[輻射体３の製造方法]
第１の凹凸構造３１を表面に有する輻射体３の製造方法としては、特に制限されないが、例えばキャビティ構造であれば、フォトリソグラフィによる方法が挙げられる。フォトリソグラフィによるキャビティ構造の形成方法を以下に例示する。
【００３８】
まず、輻射体３の基材表面に感光物質（レジスト）をスピンコート等により均一に塗布し、乾燥させた後、孔３１１の開口部形状に対応する所望のパターンで露光するパターニングを行う。
次に、不要箇所のレジストを現像液により除去する。
次に、レジストが除去された箇所をドライエッチング、ウェットエッチング等によりエッチングする。この際のエッチング条件により、孔３１１の深さを調整できる。
エッチング後、基材上に残ったレジストを除去することにより、キャビティ構造が形成される。
【００３９】
上記工程後、必要に応じてスパッタリング法等により、輻射体３の表面を金属で被覆する。以上により、キャビティ構造を表面に有する輻射体３を製造できる。
【００４０】
また、ＭＩＭ構造であれば、例えば除去法やリフトオフ法によって製造することができる。除去法やリフトオフ法によるＭＩＭ構造の形成方法を以下に例示する。
【００４１】
除去法においては、スパッタリング法等によって誘電体層３１５の上に導電体層を成膜したのち、さらにその上にレジストを塗布し、フォトマスク等を用いて所望のパターンで露光するパターニングを行う。
続いて、レジストによって保護されておらず、露出している導電体層を湿式エッチングやドライエッチングにより除去する。
エッチング後、基材上に残ったレジストを除去することにより、導電体不連続層３１６が形成され、ＭＩＭ構造を表面に有する輻射体３を製造できる。
【００４２】
リフトオフ法においては、まずスパッタリング法等によって誘電体層３１５の上にレジストを塗布し、フォトマスク等を用いて所望のパターンで露光するパターニングを行う。
続いて、パターン形成されたレジスト層の上から、全面に導電体層を形成する。
その後、レジスト層を溶剤で除去することで、レジスト層上の導電体も合わせて除去されることとなり、表面には導電体不連続層３１６が形成され、ＭＩＭ構造を表面に有する輻射体３を製造できる。
【００４３】
上記のようにして第１の凹凸構造３１を表面に有する輻射体３を製造することができるが、製法はこれに限定されるものではなく、例えば印刷や転写を行うことにより第１の凹凸構造３１が形成されてもよい。また、例えば蛇腹構造３３の折り目上など、ヒーターの指向性制御が困難あるいは効果が小さい場所においては第１の凹凸構造３１を形成しなくともよく、これにより製造コストの低減や生産工程の短縮がされる。
【００４４】
以下に説明する本発明の第２〜第５実施形態に係る輻射ヒーターは、第１実施形態において指向性をさらに制御する具体的な実施形態の例を開示するものである。
【００４５】
（第２実施形態）
図５は、本発明の第２実施形態に係る輻射ヒーター１０１の第２の凹凸構造１３２を示す図である。
本発明の第２実施形態に係る輻射ヒーター１０１は、第１実施形態に係る輻射ヒーター１と蛇腹構造１３３の構成が異なる。本実施形態の蛇腹構造１３３は、複数の山部および複数の谷部が２種類以上の異なる角度を有して構成される。若しくは、複数の山部が２種類以上の異なる高さを有して構成されてもよい。これにより、輻射に係る電磁波の流束分布をより細かく制御することができ、効率よく輻射暖房を行うことができる。
【００４６】
輻射体１０３は鉛直方向に関し、短冊状輻射体１０５の連なり角が中央部でより鈍角になり、両端側でより鋭角になる。これにより、中央部の短冊状輻射体１０５は両端側と比較して輻射の水平方向成分が大きくなるため、図３に示す人体の腹部のあたりを重点的に暖めることができる。なお、蛇腹の連なり角は用途や周囲の環境に応じて適宜変更してもよく、例えば足元を重点的に暖めるように赤外線の輻射を制御する構成であってもよい。
【００４７】
（第３実施形態）
図６は、本発明の第３実施形態に係る輻射ヒーター２０１の第２の凹凸構造２３２を示す図である。
本発明の第３実施形態に係る輻射ヒーター２０１は、第１および第２実施形態に係る輻射ヒーター１，１０１と比較して、蛇腹構造２３３の構成が異なる。本実施形態の蛇腹構造２３３は、前記所定方向に直交する方向にも山部と谷部が交互に連続して配置されて構成される。具体的には、山部に略四角錐構造を有する。輻射範囲を鉛直方向だけでなく水平方向に関しても制御することができるため、輻射方向の自由度が向上する。なお図６においては凸型に形成される四角錐２０６を示しているが、四角錐２０６は凹型に形成されていてもよく、凸型の場合と同様に指向性の制御が可能である。
【００４８】
これにより例えば、ヒーター２０１の正面に位置しない物体など、ヒーター２０１を設置した居室空間の所望の方向に輻射することができる。さらに、ヒーター２０１一台のみで居室空間を広範囲にわたって暖めることも可能である。また、第２の凹凸構造２３２が水平方向にも可変となるため、輻射方向の自由度が大きく向上する。
【００４９】
（第４実施形態）
図７は、本発明の第４実施形態に係る輻射ヒーター３０１の第２の凹凸構造３３２を示す図である。
本発明の第４実施形態に係る輻射ヒーター３０１は、第１〜第３実施形態に係る輻射ヒーター１，１０１，２０１と比較して、蛇腹構造３３３の構成が異なる。本実施形態の蛇腹構造３３３は、第３実施形態に係る蛇腹構造２３３において、山部に略四角錐台構造を有する。３次元蛇腹構造に平面構造を組み合わせることで、指向性の調整の自由度を高めることができる。なお図７において四角錐台３０７は凸型に形成されるものを示しているが、凹型に形成されていてもよく、凸型の場合と同様に指向性の制御が可能である。
【００５０】
これにより、輻射体３０３の正面方向への輻射を確保しつつ、その周囲方向へも輻射を行うことができる。また平面構造と３次元蛇腹構造の面積比を調節することによって、各方向への輻射に係る電磁波の流束分布を制御することができ、用途や周囲の環境等に応じて加熱箇所を設計できる。
【００５１】
（第５実施形態）
図８および図９は、本発明の第５実施形態に係る輻射ヒーター４０１の第２の凹凸構造４３２を示す図である。
本発明の第５実施形態に係る輻射ヒーター４０１は、第１〜第４実施形態に係る輻射ヒーター１，１０１，２０１，３０１と比較して、第２の凹凸構造４３２の構成が異なる。本実施形態の第２の凹凸構造４３２は、曲面を有して構成される。例えば凹型の球面や放物面などを使用することで、赤外線を集光することができる。これにより指向性をさらに高め、より高効率に輻射暖房を行うことができる。逆に、凸形の曲面を使用することで広範囲に赤外線を拡散させることも可能である。
【００５２】
図８に示すような半円筒状の凹面を有する短冊状輻射体４０５を連ねることで、鉛直方向の赤外線を集光することができる。また、図９に示すような凹型の半球面構造を有して構成されることで、鉛直および水平方向の赤外線を集光することができる。
【００５３】
＜輻射ヒーターシステム＞
次に、本発明の輻射ヒーターシステムの実施形態について説明する。図１０は、本発明の輻射ヒーターシステム５００の概要を示す図である。
本発明の輻射ヒーターシステム５００は、輻射ヒーター５０１を有する加熱部と、加熱対象の位置を検出可能な位置センサを有する検出部５１１と、前記加熱部の位置および／又は向きを変更可能な駆動部５１２と、前記検出部で検出した情報に基づいて前記駆動部を制御することにより、前記加熱部の出力および指向性を制御する制御部５１３と、を備える。輻射ヒーター５０１は第１〜第５実施形態に準ずるものであり、指向性を制御可能である。また輻射ヒーターシステム５００は、位置センサを複数設けることで位置情報を組み合わせて制御を行ってもよいし、位置情報に応じて複数の輻射ヒーター５０１を同時に制御してもよい。
【００５４】
これにより、位置センサによって検出した位置情報に対応して、輻射ヒーター５０１の指向性を制御して効率的なスポット暖房を行うことができる。また加熱部の出力の制御も可能であり、人体を検出した時のみに輻射ヒーター５０１が稼動するため省エネルギーであるほか、人体と輻射ヒーター５０１との距離に応じて出力を制御することで、暖房使用者８の快適性や安全性が向上する。
【００５５】
本実施形態は効率的なスポット暖房を行えるため、空調暖房がなされない空間において特に有効であり、例えば冬場に室温が低くなりがちな脱衣所において有効である。輻射ヒーター５０１を天井、壁面、床面あるいは洗面台等に取り付けることができ、脱衣時や洗面台の使用時等、位置センサにより検出した位置に応じてスポット暖房を行うことで、暖房使用者８が快適に使用することができる。
【００５６】
本実施形態はさらに、熱対流の制御がしにくい廊下や開放空間においても有効である。空間の空気を暖める空調暖房に対し、輻射暖房は加熱対象を輻射伝熱により直接加熱できるため、空調暖房が開放空間にて十分に機能できないのに対し、輻射暖房は開放空間においてもその機能を損なわない。そのため、例えば日本家屋における縁側のような空間においても効率的に作用することができる。
【００５７】
また本実施形態は、同一室内にいる複数の個人に合わせて、各人に適した出力で暖房を行うことができる。例えば、立位であったり調理等の動作を行っている個人に向けては弱い出力で、座位または伏位であったり静止状態にある個人に対しては強い出力で輻射することで、個々人に適した暖房を行うことができる。
【００５８】
以上、本発明の輻射ヒーターおよび輻射ヒーターシステムによれば、以下のような効果を奏する。
【００５９】
本発明の第１実施形態に係る輻射ヒーター１は、表面に形成されて赤外領域の波長の輻射を増幅する第１の凹凸構造と、前記表面に形成されて前記第１の凹凸構造よりも大きな第２の凹凸構造と、を有する輻射体を備える。
これにより、第１の凹凸構造３１および第２の凹凸構造３２に由来する指向性を有するために、所望の方向に効率よく輻射を行うことができるほか、より遠くまで輻射熱を伝えることが可能である。
【００６０】
また、第１実施形態において、前記第２の凹凸構造は、山部と谷部が所定方向に交互に連続して配置された蛇腹構造である。
これにより、山部及び谷部を構成する複数の短冊状輻射体５の表面が、蛇腹の折れ目を境に異なる方向に対向することとなり、短冊状輻射体５が対向する方向に対して選択的に輻射を行うことができる。
【００６１】
また、本発明の第２実施形態に係る輻射ヒーター１０１において、前記蛇腹構造は、複数の前記山部および複数の前記谷部が２種類以上の異なる角度を有して構成されるか、複数の前記山部が２種類以上の異なる高さを有して構成される。
これにより、輻射に係る赤外線の流束分布をより細かく制御することができ、効率よく輻射暖房を行うことができる。
【００６２】
また、本発明の第３実施形態に係る輻射ヒーター２０１において、前記蛇腹構造は、前記所定方向に直交する方向にも山部と谷部が交互に連続して配置されて構成される。
これにより、輻射範囲を鉛直方向だけでなく水平方向に関しても制御することができるため、輻射方向の自由度が向上する。
【００６３】
また、本発明の第４実施形態に係る輻射ヒーター３０１において、前記山部および／又は谷部は、略四角錐形状または略四角錐台形状を有する。
これにより、輻射範囲を鉛直方向だけでなく水平方向に関しても制御しつつ、平面構造を組み合わせることで、指向性の調整の自由度を高めることができる。
【００６４】
また、本発明の第５実施形態に係る輻射ヒーター４０１において、第２の凹凸構造は曲面を有して構成される。
凹型の球面や放物面などの球面を使用することで、放射する赤外線を集光することができる。これにより指向性をさらに高め、より高効率に輻射暖房を行うことができる。逆に、凸形の曲面を使用することで広範囲に赤外線を拡散させることも可能である。
【００６５】
また、第１実施形態において、前記蛇腹構造を伸縮させることによって、前記山部の角度が可変とされる。
これにより、用途や状況に応じて輻射の指向性を制御し、輻射ヒーターの可動域の範囲内で、用途や状況に応じて所望の箇所について加熱を行うことができる。なお第２の凹凸構造の位置および／又は向きを可変とする手段は、蛇腹構造を伸縮させることに限定されない。例えば、輻射体を自在に折り曲げることによって第２の凹凸構造の位置および／又は向きを変更してもよい。
【００６６】
また、本発明の輻射ヒーターシステム５００は、上記いずれかの輻射ヒーターを有する加熱部と、加熱対象の位置を検出可能な位置センサを有する検出部と、前記加熱部の位置および／又は向きを変更可能な駆動部と、前記検出部で検出した情報に基づいて前記駆動部を制御することにより、前記加熱部の出力および指向性を制御する制御部と、を備える。
これにより、位置センサによって検出した位置情報に対応して、輻射ヒーター５０１の指向性を制御して効率的なスポット暖房を行うことができる。また加熱部の出力の制御により、省エネルギー性や暖房使用者８の快適性および安全性が向上する。
【００６７】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良は本発明に含まれる。
【００６８】
例えば、上記実施形態においては、輻射ヒーター１を、電源装置４によって輻射体３に直接又は間接に通電等して加熱するものとして説明したが、本発明において輻射体の加熱方式は電気を加熱源とするものには限定されず、燃料を加熱源とするものであってもよい。例えば、燃料によって加熱した流体等により輻射を行う床暖房や壁暖房等を、本発明に係る輻射体を備えるものとして構成してもよい。
【００６９】
また、上記実施形態においては、輻射ヒーター１を壁面に据え付ける壁暖房等のように、輻射体３の収容部２は建物等に固定されたものとして説明したが、これに限定されない。例えば、輻射体３の収容部２は箱状の本体部を有するものであり、独立した筐体を構成するヒーターであってもよい。
【００７０】
また、本実施形態においては、第１の凹凸構造を有する輻射体３の製造方法を、フォトリソグラフィを用いた方法や除去法、リフトオフ法として説明したが、これに限定されない。第１の凹凸構造を有する輻射体の製造方法としては、輻射体表面に微細パターンを形成できる公知の方法を用いる事ができる。例えば、ナノインプリント法やモールドを用いた射出成型等により、第１の凹凸構造を輻射体表面に形成してもよい。
【符号の説明】
【００７１】
１，１０１，２０１，３０１，４０１，５０１      輻射ヒーター
２                                              収容部
３，１０３，２０３，３０３，４０３              輻射体
３１                                            第１の凹凸構造
３１１                                          孔部
３１２                                          壁部
３１３                                          基板
３１４                                          導電体層
３１５                                          誘電体層
３１６                                          導電体層不連続層
３２，１３２，２３２，３３２，４３２            第２の凹凸構造
３３，１３３，２３３，３３３                    蛇腹構造
４                                              電源装置
５，１０５，４０５                              短冊状輻射体
２０６                                          四角錐
３０７                                          四角錐台
８                                              暖房使用者
９                                              ポール
１０                                            引き上げ機
５００                                          輻射ヒーターシステム
５１１                                          検出部
５１２                                          制御部
５１３                                          駆動部
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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