(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を貯溜するタンクと、
外部に熱を放熱する放熱パイプと、
前記タンクと放熱パイプとの間を連通する管路と、
前記流体を管路を通じて放熱パイプ及びタンク内に循環させるポンプと、
前記タンクと放熱パイプとの間を連通する管路付近に配置され、同管路を通過する流体を加熱するヒータとを備え、
前記ヒータ付近の管路は並列に複数配置され、その各管路間には前記ヒータが配置され、各管路とヒータとは金属からなるモールド体により被覆され、さらにそのモールド体は断熱材により被覆されている暖房装置。
【請求項２】
前記モールド体と断熱材との間には、前記断熱材よりも耐熱性の高い補助断熱材が介在されている請求項１に記載の暖房装置。
【請求項３】
前記ヒータ付近の管路内には流体に乱流を強制発生させる乱流発生部材が設けられている請求項１又は請求項２に記載の暖房装置。
【請求項４】
前記ヒータ付近の管路内には、同管路の熱を放熱する放熱部材が設けられている請求項１〜請求項３のいずれかに記載の暖房装置。
【請求項５】
前記ヒータのオン・オフの切換動作は半導体スイッチにより行われ、同半導体スイッチは前記放熱パイプとタンクとの間を連通する管路に取付固定されている請求項１〜請求項４のいずれかに記載の暖房装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ヒータにより流体を加熱し、その加熱された流体の熱により室内等を暖める暖房装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、上記の暖房装置としては、例えば、ヒータにより水を加熱し、床下のパイプに加熱された水を通過させることで室内の暖房を行う床暖房装置がある。この床暖房装置では、水が貯溜されたタンク内にヒータが収容され、ヒータによりタンク内の水が加熱される。そして、加熱された水はポンプによりタンクから床下に配置された放熱パイプに供給される。加熱された水が放熱パイプを通過することで、放熱パイプから水の熱が放熱されて床が暖められる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記床暖房装置には次のような問題があった。
（１）ヒータがタンク内に収容されていることから、タンクの変形を防止するためにタンクの耐熱温度を高く設定する必要があった。金属製のタンクは耐熱温度が高いが重量が大きいとともに高価である。また、タンクを樹脂で構成した場合には軽量化を図ることができるが、耐熱温度が高くなるにつれ、高価となることからコスト的な問題があった。
【０００４】
（２）タンクの容量を大きくしなければ、タンク内にヒータを収容できない。そのため、使用水量が大量となって素早く水を暖めることができない。すなわち、素早く床を暖めることができないとう問題があった。
【０００５】
（３）常時ヒータと水とは接触状態にあるため、ヒータが腐食しやすく耐久性が低いという問題があった。
（４）ヒータの温度が大幅に高くなった際等に、水に含有する成分がヒータに付着し、ヒータの発熱効率が悪くなるという問題があった。
【０００６】
本発明は上記問題点を解消するためになされたものであって、第１の目的は、安価なタンクを有する暖房装置を提供することにある。
第２の目的は、発熱効率の高い暖房装置を提供することにある。
【０００７】
第３の目的は、ヒータの耐久性を向上可能な暖房装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、流体を貯溜するタンクと、外部に熱を放熱する放熱パイプと、前記タンクと放熱パイプとの間を連通する管路と、前記流体を管路を通じて放熱パイプ及びタンク内に循環させるポンプと、前記タンクと放熱パイプとの間を連通する管路付近に配置され、同管路を通過する流体を加熱するヒータとを備え、前記ヒータ付近の管路は並列に複数配置され、その各管路間には前記ヒータが配置され、各管路とヒータとは金属からなるモールド体により被覆され、さらにそのモールド体は断熱材により被覆されていることをその要旨とする。
【００１０】
請求項２に記載の発明では、前記モールド体と断熱材との間には、前記断熱材よりも耐熱性の高い補助断熱材が介在されていることをその要旨とする。
請求項３に記載の発明では、前記ヒータ付近の管路内には流体に乱流を強制発生させる乱流発生部材が設けられていることをその要旨とする。
【００１１】
請求項４に記載の発明では、前記ヒータ付近の管路内には、同管路の熱を放熱する放熱部材が設けられていることをその要旨とする。
請求項５に記載の発明では、前記ヒータのオン・オフの切換動作は半導体スイッチにより行われ、同半導体スイッチは前記放熱パイプとタンクとの間を連通する管路に取付固定されていることをその要旨とする。
【００１２】
【作用】
請求項１に記載の発明によれば、ヒータに電源が投入され、ポンプが駆動されると、タンク内の流体が管路を流動する。そして、流体がタンクと放熱パイプとの間を連通する管路を流動する際、その流体はヒータにより加熱される。そして、その加熱された流体は放熱パイプに供給される。これにより、放熱パイプから外部に流体の熱が放熱され、外部が暖められる。流体は放熱パイプを通過した後、管路から再度タンクに還元される。このように、ヒータをタンク内に収容することなく、流体の加熱を行うことが可能である。
【００１３】
また、例えば、暖房するために必要な管路の太さ（内径）が２０ｍｍとする。そして、この２０ｍｍの管路を４本に分割し、１本の太さを１０ｍｍとする。これにより、各管路の合計断面積が内径２０ｍｍの１本の管路の断面積が同じとなる。そして、４本の管路を並列に配置し、各管路間にヒータを配置する。これにより、直径が２０ｍｍの管路を１本使用する場合よりも管路を収容するスペース（隙間）が狭くでき、また、管路の表面積も２倍になる。
【００１４】
前記ヒータの熱はモールド体を伝って管路に伝達される。この熱により管路を通過する流体が加熱される。このとき、細い管路を複数使用していることから、熱の伝達面積も大きく、流体は素早く加熱される。また、前記モールド体は断熱材により被覆されていることから、モールド体周辺にある機材への熱の影響を防止することが可能となる。
【００１５】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の作用に加え、例えば、ヒータに異常が発生し、モールド体の温度が大幅に向上しても、モールド体と直接接触する補助耐熱材は耐熱性が外側の断熱材よりも高いことから、耐熱性の低い断熱材の変形等が抑制される。
【００１６】
請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は請求項２に記載の発明の作用に加え、流体がヒータ付近の管路内を流動する際、乱流発生部材により流体に乱流が発生する。すなわち、管路内を流体が流動する際、流体がかき混ぜられる状態となる。その結果、流体の温度を均一化することが可能となり、熱の伝達効率が向上される。
【００１７】
請求項４に記載の発明によれば、請求項１〜請求項３のいずれかに記載の発明の作用に加え、ヒータ付近の管路内壁の熱は放熱部材により放熱される。これにより、流体を均一に効率よく加熱することが可能となる。
【００１８】
請求項５に記載の発明によれば、請求項１〜請求項４のいずれかに記載の発明の作用に加え、ヒータのオン・オフの切換動作は半導体スイッチにより行われる。半導体スイッチには常時電流が流れていることから、半導体スイッチは発熱する。この半導体スイッチの発熱により流体が加熱される。
【００１９】
【実施例】
以下、本発明を具体化した一実施例を図面に基づいて説明する。
図１に示すように、タンク１には流体としての水（水と不凍液とを混合したもの）Ｗが貯溜されている。タンク１の上部には呼水口１ａが設けられている。また、タンク１の底面には供給口１ｂ及び還元口１ｃが設けられている。前記供給口１ｂとポンプ２との間は吸込管路３により連通されている。前記ポンプ２とヒータユニット４との間は吐出管路５により連通されている。
【００２０】
床６下に配置された放熱パネル７には放熱パイプ８が装着されている。放熱パイプ８の流入口８ａと前記ヒータユニット４との間は供給用連結管路９により連結されている。また、前記放熱パイプ８の吐出口８ｂと前記タンク１の還元口１ｃとの間は還元用連結管路１０により連結されている。
【００２１】
図１〜図３に示すように、ヒータユニット４を構成する第１，第２，第３，第４の供給管路１２〜１５は横方向に並列に配置されている。各供給管路１２〜１５内には乱流発生部材及び放熱部材としてのコイルスプリング２７が挿入されている。このコイルスプリング２７の外径は、前記供給管路１２〜１５の内径と略同径である。従って、供給管路１２〜１５の内周面とコイルスプリング２７の外周面とは接触状態にある。
【００２２】
第１の供給管路１２と第２の供給管路１３との間、及び第３の供給管路１４と第４の供給管路１５との間には、それぞれヒータ１６が配置されている。前記各供給管路１２〜１５及びヒータ１６は鋳造工程を経て、金属としての熱伝導率の高いアルミ合金からなるモールド体１７により被覆されている。すなわちヒータ１６の熱はモールド体１７を伝わって各供給管路１２〜１５に伝達される。
【００２３】
前記モールド体１７は補助断熱材としてのセラミックシート１８を介して断熱材としての発泡ウレタン樹脂１９により被覆されている。前記セラミックシート１８は厚さ１〜２ｍｍであり、その耐熱性は前記発泡ウレタン樹脂１９よりも大幅に高い。
【００２４】
図１において、前記第１の供給管路１２の左端側と第２の供給管路１３の左端側との間、及び第３の供給管路１４の左端側と第４の供給管路１５の左端側との間は連通パイプ２０によりそれぞれ連通されている。また、第２の供給管路１３の右端側と第３の供給管路１４の右端側との間は連通パイプ２０により連通されている。前記吐出管路５は、ポンプ２と第１の供給管路１２の右端側との間を連通している。また、前記供給用連結管路９は、第４の供給管路１５の右端側と放熱パイプ８の流入口８ａとの間を連通している。
【００２５】
図１に示すように、前記供給用連結管路９の途中には、同供給用連結管路９を流動する水Ｗの温度を検出するための温度センサ２１が設けられている。同温度センサ２１はコントローラ２２に接続されている。図１及び図４に示すように、還元用連結管路１０の途中には金属製の配管ブロック２３が取り付けられている。この配管ブロック２３の側面にはネジ穴２４が形成されている。このネジ穴２４には半導体スイッチとしてのトライアック２５を介してビス２６が締付固定されている。この状態では、トライアック２５の端面と配管ブロック２３の側面とが強固に対向接触している。
【００２６】
なお、装置への電源投入時においては、トライアック２５には常時電流が流れていることから、トライアック２５は発熱する（本実施例では発熱温度が約７０℃）。そのため、一般にトライアック２５の端面には放熱するためのヒートシンクが装着されるが、本実施例ではヒートシンクは装着されておらず、前述したように配管ブロック２３が対向接触している。
【００２７】
前記トライアック２５はヒータ１６及びコントローラ２２に接続されている。コントローラ２２は前記温度センサ２１により検出される水温に基づいてトライアック２５にオン信号を出力する。トライアック２５はコントローラ２２からオン信号を入力した際、ヒータ１６と電源との間を接続する。一方、トライアック２５はコントローラ２２からのオン信号が途絶えた際、ヒータ１６と電源との間の接続を断つ。コントローラ２２は温度センサ２１から入力した水温が、所定温度未満の場合にはトライアック２５にオン信号を出力し、入力した水温が所定温度以上の場合にはトライアック２５へのオン信号の出力を断つ。
【００２８】
次に、上記のように構成された床暖房装置の作用について説明する。
まず、電源が投入され、ポンプ２が駆動されるとタンク１内の水Ｗが供給口１ｂから供給管路３を流動してポンプ２に吸い込まれる。このとき、呼水口１ａからエアが導入されてスムーズにタンク１内の水Ｗはポンプ２に吸い込まれる。そして、その水Ｗはポンプ２から吐出管路５へ圧送され、第１の供給管路１２から各供給管路１３〜１５，連通パイプ２０へ圧送される。
【００２９】
前記各供給管路１２〜１５はヒータ１６により加熱されていることから、水Ｗが各供給管路１２〜１５を流動する際にその供給管路１２〜１５の熱により水Ｗは加熱される。また、供給管路１２〜１５に挿入されたコイルスプリング２７が供給管路１２〜１５の熱を放熱する作用を有することから、水Ｗは効率よく加熱される。さらに、水Ｗが各供給管路１２〜１５を流動する際にコイルスプリング２７が抵抗となって水Ｗに乱流が発生する。これにより、水Ｗがかき混ぜられる状態となり、水Ｗは均一に加熱される。
【００３０】
加熱された水Ｗは供給用連結管路９を経て流入口８ａから放熱パイプ８に圧送される。加熱された水Ｗが放熱パイプ８を流動することにより、床６が暖められる。そして、水Ｗは放熱パイプ８を流動した後、吐出口８ｂから還元用連結管路１０へ圧送され、還元口１ｃから再度タンク１内に還元される。
【００３１】
上記のように水Ｗが循環されて床６の暖房が行われる。
本実施例では、上記のように床暖房装置を構成したことにより、次のような効果を得ることができる。
【００３２】
（１）タンク１内にヒータ１６を収容せずに床暖房装置を構成した。これにより、タンク１の容量を小さくでき、装置の小型化を図ることができるとともに、従来よりも大幅に水Ｗの使用量を減少できる。その結果、水Ｗを素早く温めることができ、電源投入直後の床暖房の立ちあげが早い。その結果、小さい消費電力で効率の高い暖房が可能となる。
【００３３】
また、タンク１内にヒータ１６を収容していないことから、耐熱温度の比較的低い安価な材料でタンク１を製造することができ、コストの低減を図ることができる。さらに、ヒータ１６は水Ｗと直接接触しないことから、ヒータ１６の表面に水Ｗに含まれる成分の付着を防止でき、延いては発熱効率の低減を防止することができる。また、ヒータ１６には水Ｗが接触しないとともに、モールド体１７により被覆されていることから、ヒータ１６の腐食等を抑制でき、ヒータ１６の耐久性を大幅に向上することができる。
【００３４】
（２）直径の大きい一本の供給管路を使用せず、小径の４本の供給管路１２〜１５を並列に配置し、各供給管路間にヒータを配置した。これにより、ヒータユニット４の厚さを小さくでき、ヒータユニット４を設置するスペース（隙間）を狭くでき、延いては装置の小型化を図ることができる。また、供給管路１２〜１５とヒータ１６とをモールド体１７にて被覆したことにより、ヒータ１６の熱を効率良く各供給管路１２〜１５に伝達することができる。
【００３５】
（３）前記モールド体１７を、耐熱性の高いセラミックシート１８を介して、断熱性の高い発泡ウレタン樹脂１９にて被覆した。これにより、ヒータ１６に異常が発生し、モールド体１７の温度が大幅に向上しても、モールド体１７と直接接触するセラミックシート１８により発泡ウレタン樹脂１９の変形等が抑制される。なお、セラミックシート１８により全断熱材を構成した場合（発泡ウレタン樹脂１９を使用しない場合）には、さらなるヒータユニット４の耐熱性及び断熱性が向上されるが、セラミックシート１８が高価なため、ヒータユニット４の価格が大幅に高くなる。従って、本実施例ではモールド体１７と発泡ウレタン樹脂１９との間に、厚さ１ｍｍ〜２ｍｍのセラミックシート１８を介している。これにより、十分な耐熱性及び断熱性を有するヒータユニット４を安価に製造できる。
【００３６】
（４）各供給管路１２〜１５内に同供給管路１２〜１５の内周面と接触するコイルスプリング２７を挿入した。これにより、供給管路１２〜１５の熱がコイルスプリング２７を介して供給管路１２〜１５の内方にも放熱され、供給管路１２〜１５を流動する水Ｗを均一に加熱することができる。
【００３７】
また、水Ｗが供給管路１２〜１５を流動する際、コイルスプリング２７に干渉して水Ｗに乱流が発生する。これにより、水Ｗがかき混ぜられる状態となり、水Ｗをより均一に加熱できる。
【００３８】
（５）トライアック２５を還元用連結管路１０の途中に設けられた配管ブロック２３の側面に取付固定した。これにより、配管ブロック２３を水Ｗが流動する際、その水Ｗはトライアック２５により加熱される。つまり、本実施例ではトライアック２５が発する熱を、水Ｗを加熱するための熱源として有効活用している。その結果、ヒータ１６の出力を低くしても水Ｗを十分に加熱することができ、消費電力を小さくすることが可能となって、非常に経済的である。
【００３９】
なお、本発明は次のように構成することもできる。
（１）図５に示すように、薄肉で複数の孔３１ａを有する金属プレート３１を、前記供給管路１２〜１５の内径に合わせて略「Ｗ」字形に折曲形成したものや、図６に示すように、薄肉で複数の孔３２ａを有する金属プレート３２を、供給管路１２〜１５の内径に合わせて略「の」字形に折曲形成したものを供給管路１２〜１５内に挿入して具体化すること。
【００４０】
このように構成しても金属プレート３１，３２により供給管路１２〜１５に加わる熱を、供給管路１２〜１５の内方に放熱することができるとともに、水Ｗに乱流を発生させることができ、延いては水Ｗを均一に加熱することができる。
【００４１】
また、孔３１ａ，３２ａを有しない薄肉の金属プレートを供給管路１２〜１５内に挿入して具体化してもよい。この場合、水Ｗに乱流を発生させることはできないが、供給管路１２〜１５に加わる熱を、供給管路１２〜１５の内方に放熱することができる。
【００４２】
（２）供給管路１２〜１５の本数を適宜変更して具体化すること。
（３）半導体スイッチとしてのトライアック２５を、ＳＣＲに代えて具体化すること。
【００４３】
（４）流体としての水Ｗを、オイル等に代えて具体化すること。
（５）床暖房以外の暖房装置に具体化すること。
以上の各実施例によって把握される請求項以外の技術的思想について、その効果とともに以下に記載する。
【００４４】
（１）前記乱流発生部材は、供給管路の内周面に接触するコイルスプリングである暖房装置。
この構成によれば、供給管路内を流体が流動する際、コイルスプリングに流体が干渉することで乱流が発生する。これにより、流体を均一に加熱できる。また、コイルスプリングは供給管路の内周面に接触していることから、放熱部材の作用も有する。
【００４５】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、使用流体量が少ないことから、流体を素早く温めることができる。その結果、外部を素早く暖房することができるとともに、消費電力を小さくでき、かつ暖房効率を向上できる。また、タンク内にヒータを収容しないことから、タンクも耐熱温度の比較的低い安価な材料で製造することができ、コストの低減を図ることができる。さらに、ヒータは流体と直接接触しないことから、ヒータの表面に流体に含まれる成分の付着を防止でき、延いては発熱効率の低減を防止することができる。
【００４６】
また、供給管路の取付スペース（隙間）を狭くでき、延いては装置の小型化を図ることができる。また、所定の太さの供給管路よりも小径の供給管路を複数本使用することから、供給管路を流動する流体を均一に加熱することができ、より効率の高い暖房が可能となる。
【００４７】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の作用に加え、熱による断熱材の損傷を防止することができる。
請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は請求項２に記載の発明の効果に加え、ヒータユニットのパイプを流れる流体に乱流が発生することで、さらにパイプ内の流体を均一に温めることができ、さらに高い効率で外部の暖房を行うことができる。
【００４８】
請求項４に記載の発明によれば、請求項１〜請求項３のいずれかに記載の発明の効果に加え、流体を均一に加熱することができ、さらに高い効率で外部の暖房を行うことができる。
【００４９】
請求項５に記載の発明によれば、請求項１〜請求項４のいずれかに記載の発明の効果に加え、半導体スイッチが発する熱を有効活用でき、ヒータの出力を下げることが可能となる。その結果、消費電力を小さくでき、かつ暖房効率を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を具体化した一実施例の床暖房装置の概略的な回路図。
【図２】ヒータユニットの断面図。
【図３】ヒータユニットの斜視図。
【図４】配管ブロック及びトライアックの斜視図。
【図５】（ａ）は別例の放熱部材の斜視図。（ｂ）はその正面図。
【図６】（ａ）は別例の放熱部材の斜視図。（ｂ）はその正面図。
【符号の説明】
１…タンク、２…ポンプ、８…放熱パイプ、９…管路を構成する供給用連結管路、１２〜１５…管路を構成する供給管路、１０…管路を構成する還元用連結管路、２３…管路を構成する配管ブロック、１６…ヒータ、１７…モールド体、１９…断熱材としての発泡ウレタン樹脂、１８…補助断熱材としてのセラミックシート、２７…乱流発生部材及び放熱部材としてのコイルスプリング、２５…半導体スイッチとしてのトライアック、Ｗ…流体としての水。
【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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