(57)【要約】【課題】  多層階の建物の２階以上のフロアの床下にも配置可能な薄型の温風循環式床暖房装置を提供する。【解決手段】複数の温風吹き出し口及び温風戻り口が形成された外枠部材と、外枠部材の内部に配置される温風発生機であって、空気の流れを発生させるファン、及び前記ファンから出た空気を加熱する複数のロッド状のヒーターを有する温風発生機と、前記温風発生機の上方に配置されて、温風発生機の動作を制御する制御ユニットと、一端が前記温風吹き出し口に接続され、他端が温風戻り口に接続された、ダクトとを備え、前記温風吹き出し口及び前記温風戻り口とはフラットオーバル形状に形成され、前記複数のヒーターは、鉛直方向において互いに重ならないように配置されている温風循環式床暖房装置が提供される。【選択図】  図３
2014126353.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
温風循環式床暖房装置であって、
複数の温風吹き出し口及び温風戻り口が形成された外枠部材と、
外枠部材の内部に配置される温風発生機であって、空気の流れを発生させるファン、及び前記ファンから出た空気を加熱する複数のロッド状のヒーターを有する温風発生機と、
前記温風発生機の上方に配置されて、温風発生機の動作を制御する制御ユニットと、
一端が前記温風吹き出し口に接続され、他端が温風戻り口に接続された、ダクトとを備え、
前記温風吹き出し口及び前記温風戻り口はフラットオーバル形状に形成され、
前記複数のヒーターは、鉛直方向において互いに重ならないように配置されている温風循環式床暖房装置。
【請求項２】
前記ダクトは、断面がフラットオーバル形状に形成されている請求項１に記載の温風循環式床暖房装置。
【請求項３】
前記ファンの下方から、前記ヒーターの下方まで延在する板状のガイド部材であって、前記ファンからの空気の流れを前記ヒーターに向けてガイドするガイド部材をさらに備える請求項１又は２に記載の温風循環式床暖房装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、住宅などの建物に設置される温風循環式床暖房装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
住宅等に用いられる暖房装置として、床暖房装置が広く普及している。床暖房装置は、住宅等の床下に熱源を配置することによって床温を制御しているが、どのような熱源を用いるかによって、いくつかの方式に分類される。例えば、主な床暖房方式として、電熱線を利用した電熱線床暖房方式、金属製パイプなどによって形成された循環流路に温水を循環させる温水循環式床暖房方式、金属製の放熱ダクトなどによって形成された循環流路に温風を循環させる温風循環式床暖房方式などが挙げられる。ここで、温風循環式床暖房方式には、電熱線床暖房方式、温水循環式床暖房方式と比べて漏電や漏水などのトラブルが発生する恐れがないという優れた利点が挙げられる。
【０００３】
既存の温風循環式床暖房方式の床暖房装置として、温風発生機と金属製放熱ダクトを接続して温風循環回路を形成して住宅等の床下空間に設置したり、床コンクリート内に埋設したりする床暖房装置が知られている（特許文献１及び２参照）。このような床暖房装置の熱源にあたる温風発生機は、放熱ダクトにそれぞれ繋がる温風吐出口及び温風戻り口が形成された本体ケースと、本体ケースの内部に配置された１又は複数のヒーターと、送風ファンと、温度制御部と有する温風発生ユニットを備えている。そして、ヒーターにより暖められた空気は、送風ファンによって温風吐出口から放熱ダクトに送られ、放熱ダクト内を循環して温風戻り口に吸い込まれる。そして再びヒーターにより加熱され、再度放熱ダクト内を循環する。このように、ほぼ密閉された状態で温風が循環するため、熱の無駄な放出がなく、また、室内に床下の埃やにおいをまき散らす恐れもない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１６２９９０号公報
【０００５】
【特許文献２】特開２０１０−１０７１１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の温風循環式床暖房装置の高さは約２０ｃｍであった。ここで、温風発生機の上に取り付けられる床点検口の蓋の厚みは約５ｃｍであるため、床暖房装置を取り付けるための床の厚みは、少なくとも約２５ｃｍ必要であった。しかしながら、一般に、住宅などの建物、特に２階以上の多層階の建物においては、建物の軽量化や建築コストの観点から、また、天井高を高くして居住空間をより大きくするという観点から、床の厚みを抑えることが求められている。そのため、従来の温風循環式床暖房装置は建物の２階以上には設置されず、建物の１階にのみ設置されることもあった。このように、設置のための床の厚みとして約２５ｃｍも必要であることは、温風循環式床暖房装置の普及の障害となっていた。
【０００７】
本発明者らは、建物の２階以上の床の下にも容易に設置できるように、温風循環式床暖房装置を薄型化するために鋭意努力を重ねてきた。そして、温風循環式床暖房装置を薄型化する際に発生する新たな問題点（後述するオーバーヒーティング）を見いだすとともに、それらの問題点を解決することにより本発明にかかる温風循環式床暖房装置を開発するに至った。
【０００８】
本発明の目的は、建物の２階以上の床の下にも容易に設置できるような、比較的薄型の温風循環式床暖房装置であって、オーバーヒーティング等が発生しない温風循環式床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】
【０００９】
本発明の態様に従えば、温風循環式床暖房装置であって、
複数の温風吹き出し口及び温風戻り口が形成された外枠部材と、
外枠部材の内部に配置される温風発生機であって、空気の流れを発生させるファン、及び前記ファンから出た空気を加熱する複数のロッド状のヒーターを有する温風発生機と、
前記温風発生機の上方に配置されて、温風発生機の動作を制御する制御ユニットと、
一端が前記温風吹き出し口に接続され、他端が温風戻り口に接続された、ダクトとを備え、
前記温風吹き出し口及び前記温風戻り口はフラットオーバル形状に形成され、
前記複数のヒーターは、鉛直方向において互いに重ならないように配置されている温風循環式床暖房装置が提供される。
【００１０】
本発明にかかる温風循環式床暖房装置において、外枠部材に形成された温風吹き出し口と温風戻り口とがフラットオーバル形状に形成されているので、開口面積の大きさが小さくなりすぎないように維持しつつ、装置全体の高さ方向の寸法を小さく抑えることができる。そして、複数のヒーターが鉛直方向において互いに重ならないように配置されているので、ヒーターの上部に配置された制御ユニットが過度に加熱する恐れがない。ここで、ロッド状のヒーターが放熱フィンを有していることがあるが、「複数のヒーターが鉛直方向において互いに重ならないように配置されている」とは、放熱フィン同士が重ならないという意味ではなく、放熱フィンを除いたヒーター本体部分が重ならないことを意味している。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、建物の２階以上の床の下にも容易に設置できる比較的薄型の温風循環式床暖房装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は本発明にかかる温風循環式床暖房装置の概略上面図である。
【図２】図２はフラットオーバル形状の温風吹き出し口及び温風戻り口を示す図である。
【図３】図３は温風循環式床暖房装置の概略断面図である。
【図４】図４は蓋の上部における温度変化をプロットした図である。
【図５】図５は、送風ファンからの空気の流れを示す図である。
【図６】図６は、円形の金属ダクトとフラットオーバル形状のフランジカラーとを接続するアジャスター部材を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明にかかる温風循環式床暖房装置１について図面を参照しつつ説明する。図１に示すように、本発明にかかる温風循環式床暖房装置１は、複数の温風吹き出し口２１及び温風戻り口２２が形成された外枠部材２と、外枠部材２の内部に配置されて、温風を発生させる温風発生機３と、温風発生機３の上方に配置されて、温風発生機３の動作を制御する制御ユニット４と、一端が温風吹き出し口２１に接続され、他端が温風戻り口２２に接続された、金属ダクト５とを備える。
【００１４】
外枠部材２は、金属製の直方体状の箱形部材であり、４つの側面にそれぞれ２つの温風吹き出し口２１及び２つの温風戻り口２２が形成されている。各側面において、２つの温風吹き出し口２１及び２つの温風戻り口２２は横方向（水平方向）に１列に並んで配置されており、中央に並んで配置された２つの温風吹き出し口２１を両側から温風戻り口２２が挟むように配置されている。外枠部材２に形成された温風吹き出し口２１及び温風戻り口２２は、後述のように、従来の円形形状ではなくフラットオーバル形状となるように形成されている。温風吹き出し口２１及び温風戻り口２２には同じくフラットオーバル形状のフランジカラー２３が取り付けられており、これに金属ダクト５が接続されている。金属ダクト５の断面形状も、従来のような円形ではなく、温風吹き出し口２１及び温風戻り口２２に対応するフラットオーバル形状である。
【００１５】
図１、３、５に示すように、温風発生機３は、中空の箱形のケース３１と、ケース３１の上を覆うとともに、中央部分に開口３２ａが形成された蓋３２と、蓋３２の開口３２ａに取り付けられた送風ファン３３と、複数のヒーター３４と、送風ファン３３から出る空気の流れをヒーター３４に向けてガイドするガイド板３５とを主に備える。送風ファン３３は鉛直方向に回転軸を有するファンであり、上方に設けられた吸入口３３Ａから空気を取り込んで側方の４方向（水平方向）にそれぞれ設けられた４つの噴出口３３Ｂから空気を吹き出す（図５参照）。噴出口３３Ｂから吹き出された空気は、ヒーター３４の近傍を通過することにより加熱されつつ、さらに温風吹き出し口２１から吐出される。なお、送風ファン３３の吸入口３３Ａには、ゴミなどの進入を防ぎ、吸引される空気の流れを整える整流部材３６が取り付けられている。
【００１６】
蓋３２の上面には、制御ユニット４が配置されている。制御ユニット４は、送付ファン３３、ヒーター３４の通電を制御するパワーリレーなどの電子機器が収納されたパワーリレーボックス４１と、温風発生機３の設置された空間の温度及び湿度をそれぞれ計測する温度計、湿度計などの複数のセンサが配置されたセンサユニット４２とを主に備える。
【００１７】
上述のように、温風発生機３の４つの側面にそれぞれ２つの温風吹き出し口２１及び２つの温風戻り口２２が形成されていることに対応して、８本の金属ダクト５が温風発生機３に取り付けられている。つまり、温風発生機３の各側面において、２本の金属ダクト５の一端が、それぞれ、２つの温風吹き出し口２１に取り付けられている。そして、建物の床下空間を所望のルートで引き回された後、２本の金属ダクト５の他端が、それぞれ、２つの温風戻り口２２に接続される。このようにして、内部を温風が循環する複数の循環経路が形成される。なお、金属ダクト５は金属で形成されていることから熱伝導性がよく、内部を流れる温風からの熱が、金属ダクト５を介してその外側に伝達される。このように、金属ダクト５は、内部を流れる温風の流路を画成する流路部材としての役割を果たしているだけで無く、内部を流れる温風の持つ熱を外部に放出する放熱ダクトとしての役割も果たしている。
【００１８】
次に、温風循環式床暖房装置１に対して施された薄型化について説明する。後述のように、温風循環式床暖房装置１の高さ方向の寸法（以下、単に厚さと呼ぶ）を抑えるために、発明者らは鋭意検討した結果、温風吹き出し口２１及び温風戻り口２２の形状を従来の円形に代えて、フラットオーバル形状とすることにした。従来の温風循環式床暖房装置においては、直径１０ｃｍの円形開口が採用されていたが、これを図２に示すように、長径方向に平行に延びる２本の直線状部分と円弧状部分とを有し、高さＷ１、幅Ｗ２のフラットオーバル形状とした。なお、高さＷ１と幅Ｗ２の比率（アスペクト比）は約１：１．５である。このように、温風吹き出し口２１及び温風戻り口２２の形状をフラットオーバル形状とすることにより、温風吹き出し口２１及び温風戻り口２２の高さを約７．５ｃｍに抑えることができた。つまり、従来の直径１０ｃｍの円形開口を採用したときと比べて、温風吹き出し口２１及び温風戻り口２２の高さを約２５％抑えることができた。しかしながら、フラットオーバル形状を採用することにより、温風吹き出し口２１及び温風戻り口２２の開口面積は円形開口を採用したときと比べて約９３％の大きさを確保することができた。発明者らの検証によれば、温風循環式床暖房装置１の温風吐出能力は従来の温風循環式床暖房装置と比べて遜色がなく、装置の薄型化を図ることができた。なお、本発明において、温風吹き出し口２１及び温風戻り口２２の高さＷ１と幅Ｗ２の比率（アスペクト比）が約１：１．５であることは必ずしも必須の要件ではないが、温風循環式床暖房装置の薄型化を図る観点からは、幅Ｗ２は高さＷ１の１．５倍以上であることが望ましい。また、温風吐出能力を維持するという観点からは、温風吹き出し口２１及び温風戻り口２２の開口面積は円形開口を採用したときと比べて少なくとも８０％以上の大きさを確保することが好ましく、本実施形態のように９０％以上の大きさを確保することがさらに好ましい。
【００１９】
このように、外枠部材２に形成された温風吹き出し口２１及び温風戻り口２２の形状をフラットオーバル形状にすることにより、温風吹き出し口２１及び温風戻り口２２の高さを約２５％抑えることができる。しかしながら、本発明者らは、温風吹き出し口２１及び温風戻り口２２の形状をフラットオーバル形状にするのに伴って、温風発生機３及び外枠部材２が薄くなるように、温風発生機３及び外枠部材２の高さを切り詰めると、以下に述べるオーバーヒーティングの問題が発生することを見いだした。なお、温風循環式床暖房装置１を薄型化するのに際して、送風ファン３３の吸入口３３Ａに配置される整流部材３６の厚さを従来のものと比べて薄く加工している。
【００２０】
ここで、上述のように温風発生機３には複数のヒータ−３４が設けられている。具体的には、送風ファン３３の各排出口３３Ｂと、温風吹き出し口２１との間の領域に、３本のヒーター３４が配置されている。これらの各ヒーター３４は、金属製のロッド状のヒーター（１本あたり定格５００Ｗ）であり、水平方向に延在している。なお、従来の温風発生機においては、図３において点線で示されるように、３本のヒーター３４のうち、２本のヒーター３４が鉛直方向に並んで配置され、残りの一本が２本のヒーター３４から等間隔の位置に配置されるように配置されていた。つまり、側面視で３本のヒーター３４が、底辺が垂直な二等辺三角形となるように配置されていた。ここで、前述のように、温風発生機３及び外枠部材２が薄くなるように温風発生機３及び外枠部材２の高さを切り詰めると、鉛直方向に並んだヒーター３４と、蓋３２との間の間隔が狭くなる。具体的には、従来の温風発生機においては、鉛直方向において一番上に配置されたヒーターの中心と蓋までの距離は約４５ｍｍであったのに対して、温風発生機３及び外枠部材２の高さを切り詰めることによって、鉛直方向において一番上に配置されたヒーターの中心と蓋までの距離は約２５ｍｍとなってしまう。なお、図３において、各ヒーター３４は２重の同心円によって示されているが、ロッド状のヒーター３４の大きさは内側の円により示されており、外側の円は、ヒーター３４に設けられた放熱フィンを示している。
【００２１】
前述のように、蓋３２の上面にはパワーリレーボックス４１が配置されている。パワーリレーボックス４１の内部に配置される電子回路部品の中には、熱に弱い部品もあり、蓋３２の上面における温度は常に約５５度以下に保たれることが好ましい。しかしながら、上述のように一番上に配置されたヒーターの中心と蓋までの距離が従来の距離と比べて著しく短くなっているため、このままでは蓋３２の上面において温度が過度に上昇する恐れがあった。そこで本発明者らは定常運転時における蓋３２の上面温度を測定したところ、３０〜３５℃程度であることがわかった。これは特に問題になる温度ではなく、定常運転時において、蓋３２の上部（パワーリレーボックス４１が配置されている領域）の温度が過度に上昇することがないことがわかった。
【００２２】
しかしながら、本発明にかかる温風循環式床暖房装置１の運転について考えると、通常、ユーザーは安価な深夜電力を利用できる時間帯に、温風循環式床暖房装置１を動作させて、建物の床下部分を暖める。そして、朝になって深夜電力を利用できる時間帯が終了した後は、パワーリレーボックス４１内に設置された不図示のパワーリレーを用いて、温風発生機３への通電を遮断する。これにより、ヒーター３４への通電が遮断されるとともに、送風ファン３３も停止する。送風ファン３３が停止するとその直後から温風は循環しなくなるが、ヒーター３４への通電を停止した後もヒーター３４は余熱により周囲に熱を放出し続ける。このとき、送風ファン３３は停止しているのでヒーター３４が送風ファン３３からの風により空冷されることは無いため、蓋３２の上部（パワーリレーボックス４１が配置されている領域）の温度が過度に上昇する恐れがある。本発明者らはこのような運転形態に着目し、温風発生機３への通電を遮断した後に、蓋３２の上部の温度がどのように変化するかを実験的に求めることにした。
【００２３】
まず、温風循環式床暖房装置１を定常状態で運転し、蓋３２の上部における温度を熱電対により測定した。熱電対は、蓋３２の上部の、蓋３２に最も近くに配置されたヒーター３４の真上にあたる位置に配置した。そして、蓋３２の上部の温度の時間変化がほぼゼロになったときに、温風循環式床暖房装置１への通電を停止した。このときの蓋３２の上部の温度変化を測定し、市販のプロッターによりグラフ化した。図４（上側のプロット）に温度測定の結果を示す。この測定によれば、蓋３２の上部の温度は、温風循環式床暖房装置１への通電を停止した直後から上昇を始め、約１分程度で５７℃まで上昇し、その後、徐々に温度が下がっていくことが確認された。
【００２４】
前述のように、パワーリレーボックス４１の内部に配置される電子回路部品の中には、熱に弱い部品もあるため、蓋３２の上面における温度は常に約５５度以下に保たれることが好ましい。そのことを考えると、蓋３２の上部の温度が５７℃まで上昇することは問題である。そこで、本発明者らはこのようなオーバーヒーティングの問題に対処するために鋭意検討を重ねた結果、３つのヒーター３４の配置を修正することにより、オーバーヒーティングの問題を解消しうることを発見し、本発明に至った。
【００２５】
ここで、本発明者らは、従来の温風循環式床暖房装置の温風発生機において、３本のヒーター３４のうち、２本のヒーター３４が側面視で鉛直方向に並んで配置されていることに注目した。熱は鉛直方向上側に向かって広がっていくため、鉛直方向に２本のヒーター３４が並んでいる場合には下側のヒーター３４からの熱と上側のヒーター３４からの熱が、蓋３２のほぼ同じ位置に伝わることになり、このことが上述のオーバーヒーティングを引き起こしている可能性があると考えた。
【００２６】
そこで、本発明者らは、図３において実線で示されるように、３つのヒーター３４が鉛直方向に互いに重ならないように配置して、前述と同様の測定を行った。その結果を図４（下側プロット）に示す。この測定において、前述の測定と同様に、蓋３２の上部の温度は、温風循環式床暖房装置１への通電を停止した直後から上昇を始めるが、最終的に約４９．５℃までしか上昇しないことが確認された。このことから、３つのヒーター３４が鉛直方向に互いに重ならないように配置することは、蓋３２の上部におけるオーバーヒーティングを抑制するために有効であることがわかった。
【００２７】
また、３つのヒーター３４が鉛直方向に互いに重ならないように配置した場合と、３つのヒーター３４のうち２つが鉛直方向に重なるように配置した場合とで、定常運転時におけるヒーター３４の表面温度の違いも検証した。その結果、３つのヒーター３４が鉛直方向に互いに重ならないように配置されている場合におけるヒーター３４の表面温度が１７５．２℃であったのに対して、３つのヒーター３４のうち２つが鉛直方向に重なるように配置した場合の、上側のヒーター３４の表面温度は１９８．７℃まで上昇した。ただし、いずれの場合にも温風の温度自体は大差がなかった。このように、ヒーター３４の配置を、鉛直方向に互いに重ならないように調整することによりヒーター３４自身の過熱を防止することができる。
【００２８】
さらに、本発明者らが温風循環式床暖房装置１の薄型化に際して行った種々の改良について説明する。まず、発明者らが送風ファン３３から吹き出す風の向きについて調べたところ、図５に示されるように、水平方向よりも若干下向きに傾いて放出されることがわかった。そこで、若干下向きに傾いて放出される風に対して正対するように、３つのヒーター３４は側面視で少し傾いた三角形状に配置されている。なお、前述のように、３つのヒーター３４は鉛直方向には互いに重ならないように配置されている。
【００２９】
また、送風ファン３３から吹き出す風が斜め下方に向いているため、送風ファン３３からの風が、鉛直方向において一番下に配置されたヒーター３４のさらに下側を通過して、温風吹き出し口２１へと送られる可能性がある。このような場合には、ヒータ−３４の下側を通過した風はヒーター３４によって十分に熱せられない可能性がある。そこで、温風循環式床暖房装置１の温風発生機３には、送風ファン３３から出る風の流れをヒーター３４に向けてガイドするガイド板３５が設けられている。送風ファン３３から出た風の一部がガイド板３５により上向きに反射されることにより、送風ファン３３からの風が、鉛直方向において一番下に配置されたヒーター３４のさらに下側を通過することが抑制され、送風ファン３３から出た風を効率よく暖めることができる。
【００３０】
なお、上述の説明において、金属ダクト５の断面形状がフラットオーバル形状であったが、本発明はこのような構成には限られない。例えば金属ダクト５の断面形状が円形であってもよい。この場合には、金属ダクト５とフランジカラー２３との間に、図６に示されるようなアジャスター部材２３Ａを挿入することにより、金属ダクト５とフランジカラー２３との間の断面形状の違いを吸収するようにすればよい。なお、温風の循環流路となるダクトは、耐久性、熱伝導性の観点から金属製のダクトであることが好ましいが、本発明は必ずしも金属製のダクトに限定されるものではなく、例えば樹脂製のダクトなどを用いることができる。また、温風発生機３の４つの側面において、それぞれ３つのヒーター３４が配置されていたが、本発明はこのような構成にも限られない。鉛直方向において重ならない限りにおいて、例えば、２個、あるいは４個以上のヒーター３４が配置されていてもよい。
【符号の説明】
【００３１】
１      温風循環式床暖房装置
２      外枠部材
３      温風発生機
３３    送風ファン
３４    ヒーター
【図１】
2014126353.tif 000003
【図２】
2014126353.tif 000004
【図３】
2014126353.tif 000005
【図４】
2014126353.tif 000006
【図５】
2014126353.tif 000007
【図６】
2014126353.tif 000008