(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
深夜電力ヒータを備えた深夜電力ヒータ層、蓄熱材から形成された蓄熱層、熱抵抗層、そして昼間電力ヒータを備えた昼間電力ヒータ層が、パネル本体に、下から上へ順次積層されて内蔵されており、かつ、熱抵抗層が厚さ２０ｍｍ以上の空気層であるとともに、熱抵抗層と蓄熱層の境界面又は熱抵抗層と昼間電力ヒータ層の境界面の少なくともいずれか一方に金属箔が配設されていることを特徴とする床暖房パネル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、床暖房パネルに関するものである。さらに詳しくは、この発明は、追い焚きを可能とするとともに、追い焚き時の蓄熱層への熱伝達を抑制することのできる、熱効率にも優れた床暖房パネルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、住宅等の床暖房のために、蓄熱材を用いた床暖房パネルが検討されてきており、蓄熱材への蓄熱のための熱源を深夜電力から得ようとする試みも始まっている。
【０００３】
このような蓄熱式の床暖房パネルには、図７の断面図に示したように、深夜電力ヒータ（１）を備えた深夜電力ヒータ層（２）の上に蓄熱材から形成される蓄熱層（３）が積層され、これら深夜電力ヒータ層（２）及び蓄熱層（３）がパネル本体（４）に内蔵されたものが知られている。この床暖房パネルでは、夜間に安価な深夜電力を利用して深夜電力ヒータ（１）で熱を発生させ、この熱を蓄熱層（３）に蓄積し、昼間には、そのようにして蓄熱層（３）に蓄積した熱をパネル本体（４）の表面を通じて放出し、暖房を行う。
【０００４】
しかしながら、この図７に示した床暖房パネルでは、蓄熱層（３）への蓄熱量が不足する場合には、特に夜間に暖房が必要とされる時に、熱切れを起こすことがあり、また、この床暖房パネルでは、構造上再加熱をすることができない。
【０００５】
そこで、このような蓄熱量の不足に伴う熱切れというトラブルを解消するために、図８の断面図に示したような床暖房パネルが考えられている。
【０００６】
この図８に示した床暖房パネルでは、図７に示した床暖房パネルにおいて、蓄熱層（３）の上にさらに昼間電力ヒータ（５）を備えた昼間電力ヒータ層（６）が積層され、これをパネル本体（４）に内蔵している。この床暖房パネルでは、蓄熱層（３）に蓄熱された熱量が不足し、夜間の暖房時に熱切れが生じた時には、昼間電力ヒータ（５）で追い焚き加熱することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図８に示した床暖房パネルは、追い焚きこそ可能ではあるが、構造上、追い焚き時の熱が昼間電力ヒータ層（６）の下に位置する蓄熱層（３）に奪われるのが避けられない。
【０００８】
これを、たとえば図９に示したように、床暖房パネルのパネル本体（４）の表面上に、たとえば１２mm厚の合板を床表面材（７）として配置する場合を例にとって検証する。
【０００９】
合板の熱伝導率を0.15kcal／ｍ2・ｈ・deg とすると、床表面材（７）の熱抵抗は、0.08ｍ2・ｈ・deg ／kcalであり、平衡状態を仮定し、一平米当たり100kcal ／ｈの熱を放出しつつ床表面の温度を３０℃に保つとすると、床暖房パネルのパネル本体（４）の表面温度は３８℃に保たれなければならない。
【００１０】
ここで見積もりを簡略化し、パネル本体（４）、昼間電力ヒータ層（６）の昼間電力ヒータ（５）及びヒータ基材の熱抵抗を無視するとともに、蓄熱層（３）の温度分布を均一と仮定すると、上記平衡温度を保持するための昼間電力ヒータ（５）及び蓄熱層（３）の温度は、ともに、パネル本体（４）の表面温度に等しい３８℃になる。
【００１１】
そして、蓄熱層（３）の温度がこの３８℃を下回った熱切れ状態が発生し、昼間電力ヒータ（５）で３８℃に追い焚きした時、蓄熱層（３）を形成する蓄熱材が潜熱蓄熱材の場合には、通常融点は平衡温度に設定されるため、潜熱を使い切り固体となった蓄熱材が、昼間電力ヒータ（５）で発生する熱により再び融解し始め、全て融解するまでに、大きな潜熱が昼間電力ヒータ（５）から蓄熱層（３）に奪われることとなる。
【００１２】
また、蓄熱材が顕熱蓄熱材の場合には、一般に熱容量が大きいので、蓄熱層（３）の温度が３８℃に達するまで、大きな顕熱が昼間電力ヒータ（５）から蓄熱層（３）に奪われることとなる。
【００１３】
床暖房パネルの熱効率が問題視される。
【００１４】
この発明は、以上の通りの事情に鑑みてなされたものであり、従来の深夜電力利用の蓄熱式床暖房パネルの欠点を解消し、追い焚きを可能とするとともに、追い焚き時の蓄熱層への熱伝達を抑制することのできる、熱効率にも優れた床暖房パネルを提供することを目的としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記の課題を解決するものとして、深夜電力ヒータを備えた深夜電力ヒータ層、蓄熱材から形成された蓄熱層、熱抵抗層、そして昼間電力ヒータを備えた昼間電力ヒータ層が、パネル本体に、下から上へ順次積層されて内蔵されており、かつ、熱抵抗層が厚さ２０ｍｍ以上の空気層であるとともに、熱抵抗層と蓄熱層の境界面又は熱抵抗層と昼間電力ヒータ層の境界面の少なくともいずれか一方に金属箔が配設されていることを特徴とする床暖房パネルを提供する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面に沿ってこの発明の床暖房パネルについてさらに詳しく説明する。
【００１７】
図１は、この発明の床暖房パネルの基本構成及び参考形態を示した断面図である。
【００１８】
たとえばこの図１に示したように、この発明の床暖房パネルには、基本構成として、深夜電力ヒータ層（２）、蓄熱層（３）、熱抵抗層（８）、そして昼間電力ヒータ層（６）が、パネル本体（４）に、下から上へ順次積層されて内蔵されている。つまり、この発明の床暖房パネルは、図８に示した床暖房パネルにおいて、蓄熱層（３）と昼間電力ヒータ層（６）の間に熱抵抗層（８）が挿入された構造を有している。
【００１９】
深夜電力ヒータ層（２）及び昼間電力ヒータ層（６）は、各々、深夜電力ヒータ（１）、昼間電力ヒータ（５）を備え、これを基材に配設、埋設などすることにより形成することができる。深夜電力ヒータ（１）は安価な深夜電力を、また、昼間電力ヒータ（５）は通常電力を、それぞれ選択的に使用する。そのようなヒータとしては、各種のものを適宜選択して採用することができる。たとえば、電熱抵抗発熱線やリボン状、シート状等の形状を有する面発熱体、さらには、液媒循環方式のヒータなどが例示される。基材には、断熱性や絶縁性を有する素材が採用可能であり、たとえば、発泡樹脂等を好ましいものとして例示することができる。これらのヒータ（１，５）には、安全性を考慮して、適宜サーモスタットを組み込むことができる。
【００２０】
蓄熱層（３）は、蓄熱材から形成することができる。蓄熱材には、後述するように、熱抵抗層（８）の配設により潜熱、顕熱いずれのものも使用可能である。その形態は、液状をはじめ、粉粒状、バルク状等の固体状、さらにはゲル状の各種のものであってよく、必要に応じて、樹脂、セラミックス、金属等の容器などに充填することにより蓄熱層（３）を形成することができる。単一のユニット又は複数ユニットから形成することができる。また、単層、複層いずれであっても構わない。このような蓄熱層（３）に用いられる蓄熱材には、有機系の、たとえばポリオレフィン系の潜熱蓄熱特性をもつ蓄熱材が、特性並びに取扱いの観点から見て、とりわけ好ましいものとして例示される。
【００２１】
蓄熱層（３）と昼間電力ヒータ層（６）の間に挿入された熱抵抗層（８）は、参考形態として、熱抵抗体（９）から形成することができる。この場合の熱抵抗体（９）とは、昼間電力ヒータ（５）で発生した熱が蓄熱層（３）に移動するのを抑制し得る部材を意味する。このような部材には、たとえば、グラスウール、ロックウール、スチレン発泡板、さらには、合板、パーティクルボード等の木質板などを例示することができる。
【００２２】
この発明における熱抵抗層（８）の実施形態は、図２に示したような空気層（１０）である。
【００２３】
空気層（１０）である熱抵抗層（８）は、昼間電力ヒータ（５）で発生した熱が蓄熱層（３）に奪われるのを抑制し、床暖房パネルの熱効率を改善することができる。
【００２４】
なぜならば、熱抵抗層（８）の存在により、平衡状態を達成するための昼間電力ヒータ（５）の温度が、蓄熱層（３）の温度よりも低くなるからである。
【００２５】
これについて具体的に説明する。
【００２６】
まず、熱抵抗層（８）が、参考形態として上述した熱抵抗体の一つとして例示されるグラスウール（熱伝導率：0.036kcal ／ｍ・ｈ・deg ）から形成される場合について示す。
【００２７】
この熱抵抗層（８）が厚さ５mmとすると、その熱抵抗は0.14ｍ2 ・ｈ・deg ／kcalとなり、床表面材（７）である前述した合板の熱抵抗と合わせると、0.22ｍ2 ・ｈ・deg ／kcalとなる。この時、放熱量を前述と同じ一平米当たり100kcal／ｈとし、床表面温度を３０℃に保つとすると、図３に示したように、蓄熱層（３）の温度は５２℃になるが、昼間電力ヒータ（５）の温度は３８℃である。追い焚きは、蓄熱層（３）が５２℃を下回った時に、昼間電力ヒータ層（６）の温度３８℃で開始される。
【００２８】
なお、５２℃は蓄熱層（３）の温度として常識的な値であり、蓄熱式床暖房の実用上何ら問題となる温度ではない。
【００２９】
蓄熱層（３）が潜熱蓄熱材から形成される場合には、融点は５２℃に設定されるため、もはや蓄熱層（３）の温度が融点に達することはなく、昼間電力ヒータ（５）から蓄熱層（３）に潜熱が奪われることはない。また、蓄熱層（３）が顕熱蓄熱材から形成される場合には、顕熱蓄熱材は、一般に熱容量が大きく、このため、放熱量がやや不足した状態では、蓄熱層（３）の温度は５２℃を少し下回った程度であり、３８℃以上である。したがって、昼間電力ヒータ（５）の発熱が蓄熱層（３）に奪われることはない。しかも、蓄熱層（３）の温度が３８℃を下回った時でも、熱抵抗層（８）の存在により昼間電力ヒータ（５）から蓄熱層（３）に移動する熱量は、図８に示した従来の床暖房パネルに比べ十分に小さくなる。
【００３０】
熱抵抗層（８）が、図２に示したこの発明における空気層（１０）の場合にも全く同様である。  図４に空気層（１０）を１０mm厚とし、空気層（１０）の上下面の射出率を１とした時の各層の温度分布を示した。
【００３１】
なお、空気層（１０）の熱抵抗値は、日本機械学会発行「伝熱工学資料（改訂第４版）」に基づいて試算した。ここでは、空気層（１０）は、平行二面間の無限水平層であり、加熱面を５０℃、冷却面を４０℃に保ち、空気の熱伝導率を0.028kcal ／ｍ2・ｈ・deg と仮定した。１０mm厚の空気層（１０）の熱抵抗値は、0.11ｍ2・ｈ・deg ／kcalとなる。
【００３２】
このように、この発明の床暖房パネルは、追い焚きを可能とするとともに、追い焚き時の蓄熱層（３）への熱伝達を抑制することができ、熱効率にも優れる。図５は、この発明の床暖房パネルの一実施形態を示した断面図である。
【００３３】
この図５に示したように、この発明の床暖房パネルには、熱抵抗層（８）と蓄熱層（３）の境界面又は熱抵抗層（８）と昼間電力ヒータ層（６）の境界面の少なくともいずれか一方に金属箔（１１）を配設することができる。金属箔（１１）には、射出率が小さい金属製の面状体を採用することができる。たとえば、アルミ箔が例示される。この金属箔（１１）は、輻射熱伝達を抑えるため、空気層（１０）の熱抵抗値を増加させ、しかも空気層（１０）内に自然対流が発生する時の熱抵抗に上向きと下向きとで大きな差を与え、昼間電力ヒータ（５）使用時の断熱性を特に高めることを可能にする。
【００３４】
【表１】
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【００３５】
表１は、空気層（１０）の熱抵抗値を上向きと下向きに分けて試算したものである。この試算は、図４に示した床暖房パネルの空気層（１０）の熱抵抗値の試算に準じている。表中の「射出率１」は、空気層（１０）の上下面が木などで形成されている場合に相当し、「射出率０」は、金属箔（１１）で形成されている場合に相当している。また、熱抵抗値の単位は、ｍ2・ｈ・deg ／kcalである。
【００３６】
この表１の結果から、
＜１＞金属箔（１１）の存在によって、空気層（１０）の熱抵抗値が、上向き、下向きのいずれの向きの場合にも増加する。
＜２＞空気層（１０）の厚さが１０mm以下の場合には、自然対流が発生せず、したがって、上向きと下向きとの熱抵抗値に差は生じないが、２０mm以上となると、自然対流が発生し、この場合、金属箔（１１）の存在によって、下向きの熱抵抗値が上向きよりも大きくなる。また、下向きの熱抵抗値は、空気層（１０）の厚さに反映され、上向きの熱抵抗値は空気層（１０）の厚みに依存しない。
【００３７】
したがって、上向きと下向きの熱抵抗値の差は、空気層（１０）の厚さに反映されることが確認される。
【００３８】
すなわち、この発明においては、空気層（１０）の厚さを２０ｍｍ以上にすることをも特徴とする。
【００３９】
そこで、図５に示したように、金属箔（１１）を、熱抵抗層（８）と蓄熱層（３）の境界面及び熱抵抗層（８）と昼間電力ヒータ層（６）の境界面の両方に配設した床暖房パネルの平衡状態における温度分布を前述した通りの仮定に基づいて試算する。ここでは、空気層（１０）の厚さは２０mmとする。なお、図５に示した床暖房パネルの追い焚き時の平衡状態における温度分布を床表面材とともに図６に示した。
【００４０】
この空気層（１０）の熱抵抗値は、表１より、
上向き熱流時  0.036 ｍ2・ｈ・deg ／kcal
下向き熱流時  0.071 ｍ2・ｈ・deg ／kcal
である。上向き熱流時の熱抵抗値から平衡状態を達成するための蓄熱層（３）の温度は、７４℃となる。この７４℃は、常識的な値であり、蓄熱式床暖房に実用上の問題はない。
【００４１】
昼間電力ヒータ（５）による追い焚き時には、空気層（１０）内の熱流は下向きであり、空気層（１０）の熱抵抗値は、上記の通りの0.071 ｍ2・ｈ・deg ／kcalとなる。これは、グラスウールにより形成される熱抵抗層（８）の２６mmの時に相当する。昼間電力ヒータ（５）で発生した熱が、蓄熱層（３）により奪われにくくなっていることが確認される。
【００４２】
このように、金属箔（１１）の配設は、昼間電力ヒータ（５）使用時の断熱性を特に改善する。金属箔（１１）の厚さについては特に制限はなく、たとえば１mm以下とすることができる。
【００４３】
もちろんこの発明は、以上の実施形態によって限定されるものではない。深夜及び昼間電力ヒータの構造をはじめ、深夜及び昼間電力ヒータ層、蓄熱層、そして熱抵抗層の材質、構造等の細部については様々な態様が可能であることは言うまでもない。
【００４４】
【発明の効果】
以上詳しく説明した通り、この発明によって、追い焚きを可能とし、また、追い焚き時の蓄熱層への熱伝達を抑制することのできる、熱効率にも優れた床暖房パネルが提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の床暖房パネルの基本構成及び参考形態を示した断面図である。
【図２】この発明の床暖房パネルにおける熱抵抗層の実施形態を示した断面図である。
【図３】図１に示した床暖房パネルの追い焚き時の平衡状態における温度分布を床表面材とともに示した断面図である。
【図４】図２に示した床暖房パネルの追い焚き時の平衡状態における温度分布を床表面材とともに示した断面図である。
【図５】この発明の床暖房パネルの一実施形態を示した断面図である。
【図６】図５に示した床暖房パネルの追い焚き時の平衡状態における温度分布を床表面材とともに示した断面図である。
【図７】従来の床暖房パネルを示した断面図である。
【図８】従来の床暖房パネルを示した断面図である。
【図９】図８に示した床暖房パネルの追い焚き時の平衡状態における温度分布を床表面材とともに示した断面図である。
【符号の説明】
１    深夜電力ヒータ
２    深夜電力ヒータ層
３    蓄熱層
４    パネル本体
５    昼間電力ヒータ
６    昼間電力ヒータ層
７    床表面材
８    熱抵抗層
９    熱抵抗体
１０    空気層
１１    金属箔
【図１】
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【図２】
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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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