(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板状の通電式発熱部と、その上面に載せた潜熱型蓄熱部により発熱パネルを構成し、この発熱パネルの上面に床仕上材を敷設した床暖房装置の前記発熱部に通電して暖房する方法において、
前記発熱部への通電時間帯を、昼間通電時間帯と夜間通時間帯とに区切り、これら２つの通電時間帯における前記発熱部の設定温度に差を付け、夜間通電時間帯の設定温度を前記潜熱型蓄熱部を構成する蓄熱材が溶融する温度以上に設定すると共に、昼間通電時間帯の設定温度を前記潜熱型蓄熱材の凝固温度以下に設定したことを特徴とする床暖房装置の温度制御方法。
【請求項２】
潜熱型蓄熱部の蓄熱材は、硫酸ナトリウム１０水塩、過冷却防止剤、シリカ系増粘剤および硫酸バリウムを含んだものであることを特徴とする請求項１記載の床暖房装置の温度制御方法。
【請求項３】
前記夜間通電時間帯における前記通電式発熱部の設定温度を、昼間通電時間帯の設定温度より約５〜２５℃の範囲で高温に設定すると共に昼間通電時間帯の設定温度を前記潜熱型蓄熱材の凝固温度以下に設定したことを特徴とする請求項１記載の床暖房装置の温度制御方法。
【請求項４】
発熱パネルを平板状の通電式発熱部と、その上面に載せた潜熱型蓄熱部で構成し、該発熱パネルを暖房室の支持床上に配置し、更にこの発熱パネルの上面に床仕上材を敷設した床暖房装置の前記発熱部に通電して暖房する方法において、
前記発熱部への通電時間帯を通常電気料金の昼間通電時間帯と、前記昼間通電時間帯の電気料金より安価な夜間通電時間帯とに区切り、この昼間通時間帯の設定温度を、前記潜熱型蓄熱材の凝固温度より約５℃以下に、また、夜間通電時間帯の温度を前記潜熱型蓄熱材の融解温度より５〜２５℃高い温度に設定することを特徴とする床暖房装置の温度制御方法。
【請求項５】
発熱パネルを平板状の通電式発熱部と、その上面に配置した潜熱型蓄熱部により構成し、この発熱パネルを暖房室の支持床上に配置し、更に前記発熱パネルの上面に床仕上材を敷設して形成した床暖房装置において、前記通電発熱部を、下層側より上層側に、プラスチック製ハニカム構造板と平板状の発熱体と潜熱型蓄熱部を積層すると共に、金属板製カバーで全体を覆い、前記潜熱型蓄熱部は少なくとも潜熱型蓄熱材を容器内に収容して平板状に形成されていることを特徴とする床暖房装置。
【請求項６】
前記通電式発熱部を、熱媒体循環式発熱部とすることを特徴とする請求項１記載の床暖房装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、床暖房装置の温度制御方法の改良、特に終日通電しながら電気料金を最低に保持して経済効率的に床暖房装置を制御する方法を提供するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近時、一戸建住宅やマンション等の個人住宅、老人ホームや幼稚園、集会所等の共同施設等においては、室内の空気を清浄に保ちながら室内を広く使用して暖房する方法として床暖房装置が多く使用されるようになっている。
【０００３】
この床暖房装置の熱源としては、温水等の熱媒式暖房装置（ガス燃焼式装置）と電気式暖房装置とがある。そして熱媒式暖房装置は断熱シートの上面にジグザグ状の溝を形成し、この溝内に銅パイプあるいは合成樹脂パイプを嵌入し、このパイプの一端よりボイラで加熱した熱媒体を供給して他端より排出してボイラに循環させるようにしたものである。
【０００４】
しかし、この熱媒式暖房装置には大きな問題がある。第１の問題は、パイプ中を熱媒体が移動する間に熱エネルギーが供給されないことであり、供給されたばかりの熱媒体の温度は６０℃あるいはそれ以上に高く、しかもパイプ内を移動する間に放熱により急速に低下することから、パイプの長手方向に沿って床面の部分に温度ムラが発生して部屋全体を一定の温度に暖房することができない。
【０００５】
しかも、前記温度ムラは、暖房を必要とする外気の温度の低い時期に顕著となり、設備した当初予定した暖房条件と、実際に設置して稼働させた場合の条件とはかなりの温度ムラないし温度差が発生する。
【０００６】
また、断熱シートの上面にジグザグ状の溝を形成してその内部に熱媒体の通過するパイプを配置したものにおいては、パイプの上方へ主に熱伝達しているが、横方向へ広がるような熱伝達ができないので、室内に十分な熱量を放出することができず、従って、熱媒体の温度を低温火傷するような高温に上昇させなければならないと言う制約がある。
【０００７】
更にこの種の床暖房装置においては、熱媒体の流れのパターンや熱媒体の温度を簡単に変更できないという制約があることから、暖房室内全体を快適で均一な温度に暖房することができないと言う欠点がある。
【０００８】
第２の問題は、春から秋にかけての床暖房な不要な時期は熱媒体をパイプ中に流さないので、これを浄化処理することがでず、したがってパイプ中の熱媒体が変質して異物を発生し、この異物によってパイプに詰まりを生じ、次の暖房の時期には暖房性能が全く異なって、暖房能力が著しく低下することがある。
【０００９】
更に、熱媒体を加熱するボイラが意外に劣化し易く、その平均寿命は約５〜８年程度と比較的短かい。このように設備の更改の時期が短かいことは、既に生活に馴染んで、多数の家具が配置されている部屋の床の改修工事を必要とすることからから、その間、家具の移動等の作業が煩雑であり、また、不便であり、生活を一次的に混乱させる欠点がある。
【００１０】
一方、電気式床暖房装置の主要部を構成する発熱体は、次の種類のものが使用されている。
【００１１】
ａ）合成樹脂シート等の絶縁シートに金属箔を積層し、この金属箔を抵抗発熱パターンをエッチング処理によって形成したもの、ｂ）絶縁シートに金属箔テープにより抵抗発熱パターンを形成したもの、ｃ）断熱性のある絶縁マットの表面に抵抗発熱パターンの溝を形成し、この溝内に絶縁したニクロム線を嵌入したもの、また、ｄ）絶縁性織物に導電性のある塗料を塗布したものがある。
【００１２】
ｅ）特に長期にわたり、しかも大量に使用されているものとして、ナイロン、ポリプロピレン、ポリブテン等の熱可塑性樹脂中にカーボン微粉末等の導電性微粉末を充填し、好ましくは共重合させた導電性熱可塑性樹脂ペレットを、十分に混合した後に成形機に供給し、これを円筒状のシートとして押出し、同時に直径方向に電極線を２本配置し、更に、このシートが軟化状態にある間に１対のピンチロールで押圧して平坦化して一枚のシートのように接着しながら、電極線をシートの内部構造に配置した面状発熱体がある。
【００１３】
一般に、電気式暖房装置は、発熱面積や発熱量を自由に設計できること、複数の区画に発熱体が分割されている場合には一定に、あるいは個々に温度制御できること、また、必要とする部分を所定の温度に制御することができること、また、大量生産に適したものであること、更に、家屋の寿命あるいはそれ以上の長い寿命を持つものを製造できること等熱媒式暖房装置に比較して利点が多い。
【００１４】
しかし、この電気式床暖房装置にも問題がある。それは、前記熱媒式床暖房装置のボイラに使用するガスや灯油等の燃料費に比較すると電気料金が割高であり、また、床暖房する温度条件によっても大きな差が発生する。
【００１５】
そこで、電気式床暖房装置における発熱体の設定温度と消費電力との関係を検討するために、基礎的な実験を行なったので、これについて説明する。
（基礎実験に使用した面状発熱体について）
前記ｅ）の技術に関して、カーボンの微粉末を混合したプラスチック（ポリブタジエン等）のペレットを溶融して円筒状のシート状に成形した後、その内部に２本の電極線を配置した状態で、これを平坦に押圧接着して製造された面状発熱シートが販売、使用されている。
【００１６】
具体的には、ミサト株式会社製の商標“プラヒート”として販売されている標準品の面状発熱体は、幅が２００ｍｍ、長さが２５００ｍｍであるが、これを２枚並列させて５００ｍｍ幅の面状発熱体を準備した。この面状発熱体は、１００ｖ使用のもので、その消費電力は１枚あたり、２０℃における消費電力は３００Ｗ（安定時：約５０℃において２１０Ｗ）である。
（基礎実験に使用した暖房室について）
暖房室の大きさとして、床面の寸法が３．５ｍ×３．５ｍ、天井の高さが２．６ｍの床暖房用実験部屋に、暖房する面積として６．２５ｍ２に前記仕様の面状発熱体を内蔵した発熱パネル（ヒーター部材）を、コンクリート床からなる支持床上に５枚を敷いて全体の電気容量が１．５ｋＷのものを配置し、更にその上に床仕上げ材（フローリング材）を敷設した。
（発熱パネルの構造について）
発熱パネルの基礎的な構造は、図９に示すように最下層にポリプロピレンを原料として成形したハニカム構造板１を断熱材及び基礎板として配置し、その上に合成樹脂シートからなるスペーサー２と発泡樹脂あるいはフエルトからなるクッション材３と、前記仕様の面状発熱体４と、更にその上に合成樹脂シートからなる絶縁シート５を配置した上で、０．８〜１ｍｍのアルミ板を使用したカバー体６で外周を覆ってプレハブ型（工場で生産し、現場では最小の組立て作業を行う構造のもの）の発熱パネルＰを形成している。
【００１７】
なお、この基礎的な構造を持つ発熱パネルＰには畜熱材を配置しておらず、これによる蓄熱はこの発熱パネルＰの熱量と、この発熱パネルＰによって加熱される床板部分によるものである。
【００１８】
基礎実験１（蓄熱材なし、外気温１３℃）
前記発熱パネルＰを使用して平均外気温が１３℃において、室温が約２２℃となるように暖房することを目的として面状発熱体に〔１日中〕通電して暖房する方法を採用した場合において、設定温度を５０℃と４０℃の二段階に変化させた場合の消費電力量を測定し、東京電力の通常の電気料金である２５円／ｋｗｈで総電気料金を計算した。
【００１９】
Ａ）設定温度を５０℃とした場合の消費電力は２２．４ｋｗｈであり、これに要する電気料金は５６０円／日、１６，８００円／月であった。
【００２０】
Ｂ）また、設定温度を４０℃に低下させた場合の消費電力は１５．２ｋｗｈであり、これに要する電気料金は３８０／日、１１，４００円／月であった。
【００２１】
この実験結果より、設定温度を５０℃より４０℃に、１０℃低下させると電気料金は３３％も急激に低下することが分かる。
【００２２】
なお、暖房を必要とする昼間の時間帯のみに通電した場合は、床面が所定の温度になるまでの立上がりに多くの時間を必要とすると共に、室内の温度を２０℃程度に簡単に保つことができないことから、例えば事務所等においては連続通電しておく方が熱効率が良く、この意味において２４時間の連続通電として実験した。
【００２３】
基礎実験２（蓄熱材なし、外気温２℃）
基礎実験１と同様な構造の発熱パネルＰを使用して平均外気温が２℃の場合における設定温度を５０℃と４０℃の二段階に変化させて消費電力を測定したところ次の結果を得た。
【００２４】
Ａ）設定温度が５０℃にすると消費電力は２３．５ｋｗｈであり、これに要する電気料金は５８８円／日、１７，６００円／月であった。
【００２５】
Ｂ）また、設定温度を４０℃にすると消費電力は１８．２ｋｗｈてあり、これに要する電気料金は４５５円／日、１３，６５０円／月であった。
【００２６】
前記基礎実験１と２を対比すると、外気温が１３℃から２℃まで低下すると電気料金は５％〜１９％増加していることが分かる。
【００２７】
しかし、いずれにしても６畳一間の１ケ月の暖房費としては、一般家庭では負担が多すぎることが分かる。従って、１日中連続して通電して暖房することは経済的にがなり不利であることも分かる。
【００２８】
一方、電力会社にもよるが、“夜間電力”の電気料金は、約３．２６円〜７円／ｋｗｈで、通常電力に比較すると１／８〜１／３．６と割安である。そこで、この夜間電力を有効に利用して熱エネルギーとして床構造に蓄積しておき、昼間の床暖房に、その熱エネルギーを使用できれば、従来の床暖房方法に比較して著しく電気料金を低減できることになる。
【００２９】
そこで本発明は、発熱パネル内に蓄熱材（蓄熱剤）を設けたり、暖房床構造内に蓄熱材を設けておき、夜間にこの蓄熱材、特に潜熱型の蓄熱材を、その蓄熱材の融解点以上の高温に保持することで、蓄熱材の潜熱に融解点より加熱されたことによる顕熱による、高温の熱エネルギーとして蓄熱しておき、これを昼間の暖房に利用する方法である。
【００３０】
この場合、暖房室内における蓄熱は、前記のように蓄熱材の潜熱と顕熱とこのパネル自体の顕熱と、更に床材等が加熱されることによる顕熱による熱エネルギーである。
【００３１】
本発明に係る床暖房装置の温度制御方法の技術的思想は、前記のように、昼間に電力をなるべく使用しないように温度設定し、安価な夜間の電力を使用し、床構造を前体的に高温に加熱して熱エネルギーとして蓄熱しておくことで電気料金をかなり低下させることを目的としている。
【００３２】
そして昼間においては好ましくは消費電力をゼロないしこれに近い状態に制御して床暖房を行って経済性を著しく高めるものである。
【００３３】
本発明は、前記基礎実験で得られた知見を利用し、更に蓄熱材、好ましくは潜熱型の蓄熱材を付加した発熱パネル、好ましくはプレハブ型の発熱パネルを使用するものである。
【００３４】
なお、その場合、電力会社との夜間電力使用の契約を使用し、特に安価な夜間電力を有効に利用して床暖房を行う方法を提供するものである。
【００３５】
そして夜間電力により発生した熱エネルギーを床暖房装置の構造、特に潜熱型の蓄熱材に蓄熱し、昼間にその熱エネルギーを放出することによって、通常電力の使用を可能な限り少なくして暖房することで、高価な昼間の電力消費を極力減少させ、その結果、消費電力料金を可能な限り低減できる床暖房装置とその制御方法を提供することを目的とするものである。
【００３６】
本発明は、床構造内に熱エネルギーを蓄積する効果は、従来は暖房温度にムラが発生する等の問題があった温水式床暖房装置に有効に適用できる。
【００３７】
従来の断熱材上に熱媒体のパイプを設けた床暖房装置は、前記のようにパイプへ供給する温度は排出する温度に大きな差が発生すること、伝熱の範囲が狭い範囲に限定されること等から床面全体の温度を一定に制御し難いこと等の問題であった。
【００３８】
しかし、本発明を適用することによって温水等で加熱されるパイプが発生する熱を、蓄熱材を介して床材側に移動させることができることから、パイプの温度にムラがある場合でも、この蓄熱材が温度を平準化する機能があることから、熱媒式暖房装置の欠点を解消して電気式暖房装置に類似した暖房を行うことができる。
【００３９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための本発明に係る床暖房装置の温度制御方法は、次のように構成されている。
【００４０】
１）平板状の通電式発熱部と、その上面に載せた潜熱型蓄熱部により発熱パネルを構成し、この発熱パネルの上面に床仕上材を敷設した床暖房装置の前記発熱部に通電して暖房する方法において、前記発熱部への通電時間帯を、昼間通電時間帯と夜間通時間帯とに区切り、これら２つの通電時間帯における前記発熱部の設定温度に差を付け、夜間通電時間帯の設定温度を前記潜熱型蓄熱部を構成する蓄熱材が溶融する温度以上に設定すると共に、昼間通電時間帯の設定温度を前記潜熱型蓄熱材の凝固温度以下に設定したことを特徴としている。
【００４１】
２）潜熱型蓄熱部の蓄熱材は、硫酸ナトリウム１０水塩、過冷却防止剤、シリカ系増粘剤および硫酸バリウムを含んだものであることを特徴としている。
３）前記夜間通電時間帯における前記通電式発熱部の設定温度を、昼間通電時間帯の設定温度より約５〜２５℃の範囲で高温に設定すると共に昼間通電時間帯の設定温度を前記潜熱型蓄熱材の凝固温度以下に設定したことを特徴としている。
４）発熱パネルを平板状の通電式発熱部と、その上面に載せた潜熱型蓄熱部で構成し、該発熱パネルを暖房室の支持床上に配置し、更にこの発熱パネルの上面に床仕上材を敷設した床暖房装置の前記発熱部に通電して暖房する方法において、前記発熱部への通電時間帯を通常電気料金の昼間通電時間帯と、前記昼間通電時間帯の電気料金より安価な夜間通電時間帯とに区切り、この昼間通時間帯の設定温度を、前記潜熱型蓄熱材の凝固温度より約５℃以下に、また、夜間通電時間帯の温度を前記潜熱型蓄熱材の融解温度より５〜２５℃高い温度に設定することを特徴としている。
５）発熱パネルを平板状の通電式発熱部と、その上面に配置した潜熱型蓄熱部により構成し、この発熱パネルを暖房室の支持床上に配置し、更に前記発熱パネルの上面に床仕上材を敷設して形成した床暖房装置において、前記通電発熱部を、下層側より上層側に、プラスチック製ハニカム構造板と平板状の発熱体と潜熱型蓄熱部を積層すると共に、金属板製カバーで全体を覆い、前記潜熱型蓄熱部は少なくとも潜熱型蓄熱材を容器内に収容して平板状に形成されていることを特徴としている。
６）前記通電式発熱部を、熱媒体循環式発熱部とすることを特徴としている。
【００４４】
一般に、我が国の電気料金は、電力会社との契約にもよるが、夜間電力あるいは深夜電力と通常電力との間に大差がある。例えば東京電力の場合は通常電力は２５円／ｋＷｈ（従量電灯料金）であるが、夜間電力は約３．２６〜７円／ｋＷｈであり、両者の間に１／８〜１／３．６の差異がある。また、地域と特定な用途、例えば融雪装置用向けに大きな開きがあるのが普通である。
【００４５】
本発明はこの通常電力は夜間電力との間の電気料金の差を効果的に利用するものであって、電気料金の安い夜間電力を主として使用し、しかも床暖房装置を通常の暖房の条件より高温に保持することで、積極的に床暖房装置を含む床構造の内部に蓄熱しておき、昼間にこれを放出するものである。換言すれば、床構造を熱エネルギーの貯蔵庫として機能と、温度を平準化する“バッフアー”としての機能を持っている点に特徴がある。
【００４６】
また、床暖房装置内に蓄熱材を構成部材としておくことによって床面の異常な温度上昇を抑制することができる。
【００４７】
本発明は、電気料金の高い昼間の設定温度を夜間の設定温度より低くすることにより、電力消費をなるべく抑制しながら床暖房するものである。その結果、暖房設備に要するトータル的な電力料金を通常料金に比較して著しく安価にできるのである。
【００４８】
本発明によれば、多くの場合、消費されない夜間電力の余剰電力を有効に利用することができるので電力会社の営業に寄与し、更に発電設備の稼働力を平均化し、最近、世界的に問題となっている炭酸ガスの発生量を抑制することができるものである。
【００４９】
本発明においては暖房床構造内に、好ましくは潜熱型蓄熱材を設ける必要があるが、その際、潜熱型蓄熱材を夜間に加熱する温度は、この蓄熱材の特性にもよるが、これの融解温度より高い温度で、しかもその融解温度より約５〜２５℃の範囲が好ましい。
【００５０】
実施例に使用した潜熱型の蓄熱材に関して説明すれば、凝固温度と融解温度は幅を持っており、融解温度は３１℃前後、凝固温度は２８℃前後である。
【００５１】
蓄熱材をその凝固温度より低い温度から加熱して融解状態とする相変化の間に潜熱を吸収するが、この融解状態より更に温度を高めた場合は、その温度に対応する顕熱を吸収することになる。その上、床板等の床構造が加熱される際に更に顕熱を吸収するので、発熱パネルを含む床構造全体として、かなりの熱エネルギーを蓄えることになる。
【００５２】
前記潜熱型の蓄熱材の特性を有効に利用するためには、低温域においては凝固温度より低温、好ましくはこの温度より５℃以下まで十分に放熱させ、そして夜間の蓄熱時には融解点より５〜２５℃の範囲で高温に加熱することによって可能な限り蓄熱材を含む床構造内に蓄熱するものである。
【００５３】
前記のように発熱パネルの設定温度を、潜熱型蓄熱材を凝固点と融解点の間の相変化温度を含み、更に、この融解点より２５℃以内、つまり設定温度が５０℃以内に加熱するということは、蓄熱材を熱劣化させて耐久性を損なうことがなく、蓄熱量を最大とする範囲を意味している。また、別の面では、床面に子供等が直接に長時間接触するような場合に、低温火傷しない範囲に加熱することが必要である。
【００５４】
（温度差固定制御）
床暖房装置の温度制御する際、夜間通電時間帯と昼間通電時間帯との設定温度を一々変更することは温度制御を煩雑にする可能性がある。そこで、両時間帯の設定温度の差を例えば、強・中・弱の３段階に分け、強を２５℃、中を１５℃、弱を１０℃に固定し、外気温に応じて一方の設定温度、例えば昼間通電時間帯を決定した際に、他方の温度を自動的に設定できるようにしておくことによって温度設定が容易となる。
【００５５】
この温度差固定制御を行う場合、夜間通電時間帯における潜熱型蓄熱材の最高温度が５５℃、好ましくは５０℃以下の範囲内において設定されるように、制御装置をそのように作動するようにしておくのが好ましい。
【００５６】
本発明に係る電気式床暖房装置は前記のように構成されているので、その運転費用は、ガスや灯油を燃焼して熱媒体を加熱し、これで暖房する装置に比較して遙かに安価となり、更に、優れた耐久性と温度の均一性を発揮することができるものである。
【００５７】
従って、本発明の好ましい実施の形態においては、発熱パネル内、この発熱パネルと併用して潜熱型蓄熱材からなる蓄熱部を設けた構造が良く、この蓄熱材が固体から融解して液体となる相変化と、これの逆の相変化を利用することで、可能な限り大量の熱エネルギー量を床構造の内部に保有することが可能となる。
【００５８】
夜間は蓄熱材を高温に加熱して融解状態として潜熱と顕熱とを合計した熱量の蓄熱を行ない、昼間は蓄熱材が固体ないしこれに近い、シャブシャブ状態となるような低温に制御することによって、夜間通電時間帯の蓄熱を昼間通電時間帯に十分に放出させ、その結果、昼間の電力を実質的に使用しないで、あるいは僅かに補助的に使用しながら暖房することが肝要である。
【００５９】
蓄熱材の蓄熱量は１ｍ２当たり１００〜３５０Ｗの範囲で良く、この範囲より少
ない場合は十分な蓄熱効果が得られなく、また、多い場合には蓄熱材の量が多くなってこれの厚さが増し、床材の支持力が低下するので、前記範囲より多くする必要はない。
【００６０】
そして本発明に係る床暖房装置により床面を加熱することによって、エアコンによる温風式暖房のように空気を汚染することもなく、また、床暖房の特性として部屋を広く使用することかできるという各種の効果を奏することができるのである。
【００６１】
温水式床暖房装置には伝熱にムラがあること、パイプの最初から最後まで熱を供給することができないので、熱媒体の温度を高くしなければないという欠点があることを説明したが、本発明に係る蓄熱型の床暖房装置を適用することによって、これらの欠点を改良した床暖房装置を提供することができる。
【００６２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１の実施例に係る発熱パネル（ヒーター部材）ＨＰの断面図、図２は前記発熱パネルＨＰを敷設した暖房床構造の断面図である。
【００６３】
発熱パネルＨＰは、最下面にハニカム構造板１ａを配置した発熱部１０と、上層に蓄熱部１１を積層し、外表面をアルミ板等の金属板からなるカバー板１２で覆い、全体として厚い板状の「プレハブ型」の発熱パネルＨＰ、即ち工場で組立型のもので構成している。
【００６４】
最下層のハニカム構造板１ａは合成樹脂成形品で、例えば厚さが７ｍｍ程度の１枚ものを使用できるが、特に耐圧強度を考慮した場合は、その厚さを約２分したものを２枚重ね、しかも上下の表面板の間を結ぶ連結壁を直交させるように配置することによってかなり耐圧強度を上げることができる。
【００６５】
ハニカム構造板１ａの上面にクッション材３ａを敷設しているが、これは発泡樹脂や合成ゴム等、耐熱性とクッション性のあるシートを使用している。そしてこのクッション材３ａの上面に面状発熱体４ａを、その上面に平板状の蓄熱部１１を敷設し、更に前記クッション材３ａに並べて合成樹脂シートからなるスペーサ２ａを配置して間隙の調整を行なっている。このスペーサ２ａは隙間の断面形状に合わせて形成されるものであるから、単なる板状のもの、三角形のもの、Ｌ型をしたもの等、必要に応じて間隙の形状に合わせて決定する。
【００６６】
そして前記構造の全体を覆ってアルミ板製のカバー体１２を設けており、このカバー体１２は発熱パネルＨＰを全体的にまとめる箱体の役目をする。更に、これによって熱を床面側にムラなく伝達する均熱板としての役目をしている。
【００６７】
また、複数枚の発熱パネルＨＰを支持床上に敷設した際に、これらを互いに電気的に接続して複数枚の発熱パネルＨＰによって床板の下方に広い面積のアース回路を形成することができ、万一の漏電事故を防止する。
（蓄熱材（：剤）について）
蓄熱材としては、固体型の顕熱型蓄熱材、固体と液体との間を相変化して顕熱と潜熱の両者を蓄熱できる潜熱型蓄熱材、あるいは顕熱型と潜熱型の蓄熱材を併用することかできるが、特に潜熱型を有効に利用するものが良い。
【００６８】
この潜熱型蓄熱材の機能は、夜間帯に発熱部の設定温度を高めて高温に制御して融解状態としてその間に顕熱と潜熱を大量に吸収させて蓄熱させるものである。この蓄熱部で蓄熱することで室温の異常上昇を避け、そして昼間の低温に温度設定されて制御される時に、この蓄熱材から大量の熱量を放出して相変化を伴ないながら、夜間電力で得られた熱エネルギーを昼間に移送する機能を持つものであれば良い。
【００６９】
本発明における畜熱材としては、潜熱型のものが蓄熱効果が大きいことから、これを使用するのが良い。この潜熱型の蓄熱材は、例えば特許第２６５９３５０号に記載されているように、硫酸ナトリウム１０水塩、過冷却防止剤、シリカ系増粘剤および硫酸バリウムを含んだものを使用できる。前記シリカ系増粘剤は水ガラスであり、過冷却防止剤としてホウ酸ナトリウム１０水塩を使用することができる。
【００７０】
本発明は、特に潜熱型の蓄熱材を使用することによってその蓄熱材の潜熱と顕熱とを合わせ、更に発熱パネルの構造と、これの上に敷設する床材の内部に蓄熱することによって蓄熱量を可能な限り大きくすることができる。このような意味において他の素材からなる潜熱型の蓄熱材、例えば特許第２９２９４１８号に記載されているものも使用することができる。
【００７１】
この潜熱型の蓄熱材は、常温では塩の固体の状態であるが、加熱されると融解熱を吸収しながら融解して液体ないしそれに近い状態となり、しかも蓄熱・放熱を繰返しても、相分離も、過冷却現象が生ぜず、従って大きな潜熱を取出すことができ、しかも長期間の繰返し使用に耐える性質を持っている。
（面状発熱体について）
面状発熱体４ａは本発明においては特に限定するものではないが、例えば前記ｅ）に記載したように、熱可塑性樹脂にカーボン等の導電性のある微粉末を、所定量混入してペレットとし、このペレットを押出機に供給・溶融してシート状に押出すと共に、そのシートの両側に電極線を配置し、これをシートの樹脂と電気的に接合させたものを使用することができる。
【００７２】
カバー体１２は、プレハブ型ヒーターＨＰの外形あるいは外函を形成し、前記のように熱をこれで伝達分散させる均熱板として、また、広い面積のアース板を形成しており、床暖房装置の漏電や電気ショックや火災を防止して安全性を図っている。実際に使用するアルミ板は、０．８〜１．０ｍｍのものを使用する。
【００７３】
本発明の発熱パネルＨＰを構成する発熱部として、電気絶縁シート上に金属箔によって電気抵抗のパターンを形成したもの、電気絶縁シート上に形成した溝内にニクロム線を発熱パターンに配置したもの等、各種の信頼性の高い面状発熱体を使用できる。
【００７４】
しかしながら、床暖房装置の場合は、面状発熱体４ａを比較的低温（約５５℃〜５０℃以下、場合によっては３０℃以下）に発熱させるものであるので、前記のように導電性合成樹脂をシート状に成形した自己電流制御特性を持ち、所定の温度以上になると電気抵抗が急に増加し、それに応じて電流量を自動的に抑制して温度を一定に保持する性質、つまり「正特性」を持つ材料を使用するのが安全である。
【００７５】
図１のように最下層のハニカム構造板から、上層の蓄熱部１１に至る部材をカバー体１２で一体的にまとめることで、厚板状の発熱パネル（ヒーター部材）ＨＰとしている。この発熱パネルＨＰは、工場内において殆んどの組立ができるプレハブ構造を有している。
【００７６】
従って、工場内で組立てた発熱パネルＨＰを図２（図２）に示すように床支持材１３（コンクリート床、根駄板等）上に敷き、前記面状発熱体４ａと電源コードＣ（図５、６）、電流遮断器、及び温度制御装置と結線し、最上層に床仕上げ材１５（フローリング）を敷設して床暖房装置１６を構成する。なお、１７は発熱パネルＨＰの厚さに合わせて所定の厚さにした床仕上げ材（コンパネ材）、１８は壁板である。
【００７７】
（顕熱型蓄熱材）
図３は、本発明の床暖房装置としてはの蓄熱能力がやや劣るが、顕熱型の蓄熱材を設けた床暖房装置用の発熱パネル板ＨＰを示している。この発熱パネルＨＰは図９に示した従来の構造の発熱パネルＨＰを下部構造として利用し、この発熱パネルＨＰの上に顕熱型の畜熱材２０を積層して発熱パネルＨＰ、即ちヒーター部材を形成している。
【００７８】
この顕熱型の蓄熱材２０は、加熱された際に保有する熱量が大きく、また、発熱パネルＨＰ上に積層し易いように平坦な板状のものが良く、しかも加熱されると大量の蓄熱ができるものものであれば良い。
【００７９】
具体的には、厚さが１０〜３５ｍｍ、好ましくは２０ｍｍ程度の大理石や御影石を使用できるが、その他各種の石板や細かい砕石をセメントで厚板状に固めたものも使用できる。
【００８０】
この発熱パネルＨＰは、例えば、幅が５００ｍｍ（外寸）、長さが２５００ｍｍの規格品としておくと暖房室の支持床上への配置を行う場合に好都合である。また、面状発熱体４、４ａの長手方向の一方より図示しない２本の電極線Ｌを引出したもの（図５）と、両方より１本づつ電極線Ｌを引出したものとすることもできる。
【００８１】
一方より２本の電極線Ｌを引出した面状発熱体の場合は、複数本構成の電源ケーブルを使用して配線できる。そして発熱体の両縁部より１本づつ電極線Ｌを引出した構造の場合は、面状発熱体４、４ａの両側に電源ケーブルＣを配置し、これと面状発熱体４ａを単線で連結して配線できるので、作業が極めて簡単となり、電気技術者でなくても配線が可能となる利点がある。
【００８２】
また、図１に示すように潜熱型の畜熱材を使用した蓄熱部１１は、前記したような潜熱型の蓄熱材を収容した袋、あるいは多数の容器を横に並べて適当に間をあけ、これらを接続して枠組状として必要とする機械的強度を持たせせることかできる。
【００８３】
図４及び図１に示すように、発熱パネルＨＰに内蔵されている潜熱型の畜熱部１１は、合成樹脂シートで形成した袋の上下のシートを連結部１９で点状あるいは間隔をあけた線状に超音波接着等で溶着して耐圧性を高めている。また、必要に応じて袋の内部に補強体（合成樹脂製の格子状の枠体）を配置することで、床材に十分に対応できる耐圧性を高めることができる。
【００８４】
面状発熱体４ａと電力ケーブルＣを接続する配線の引出し部分が必要であるが、図４には、配線用の切欠ぎ、あるいは孔１２ｄを示している。
【００８５】
また、図５〜図７は、別の構造のカバー体１２の構造を示すもので、一方の縁部１２ａを断面Ｌ形に、他方の縁部１２ｂを内方に向かうコ字形にそれぞれ成形し、しかも両端を閉止しない形式のカバー体１２を示す平面図である。また、図６は図５に示すカバー体１２の先端部を左側より見た斜視図であり、更に図７は右側より見た斜視図である。
【００８６】
このカバー体１２の平板部の先端部１２ｅの左角部１２ｆに図６に示すように厚さ部分を保護する縦片の先端を切除して切欠部が、また、右角部１２ｇは図７に示すように縦片の先端を切除して切欠部がそれぞれ形成されている。
【００８７】
従って、図５に示すカバー体１２の上面の平板部の先端部の両角部１２ｆ、１２ｇが切り欠いで開口されており、この開口を利用して電源コードＣを通し、これにリード線Ｌを接続して配線することができる。
【００８８】
前記実施例に使用した面状発熱体４ａは、導電性プラスチックシートからなる幅が４５０ｍｍ、長さが２５００ｍｍ、１枚当たりの消費電力が２８０ｗ、安定消費電力が２１０ｗのものを使用した。また、電気絶縁シート５として厚さ２ｍｍのポリプロピレンシートを使用し、更にカバー体６、１２として厚さが０．８〜１．０ｍｍのアルミ板を使用している。
【００８９】
更に、本発明に最適な蓄熱部２としては、合成樹脂製の袋体あるいは容器の内部に前記特許第２６５９３５０号に記載されている潜熱型の蓄熱材を１００〜３５０ｗ／ｍ２のものを充填したものを使用している。
【００９０】
この畜熱材の量が１００ｗ／ｍ２より少ないと畜熱効果が劣り、十分な床暖房効果を期待できなく、また、３５０ｗ／ｍ２を越えると、かなりの容積を持って畜熱量が過大となる場合があるので、それ以上のものは必要としない。
【００９１】
また、別の蓄熱部の構造として、図１に示すように、下層に前記のような組成からなる潜熱型の畜熱材１１を、その上層に御影石や大理石のような熱保有性のある石製の平板状の顕熱型の蓄熱材２０を積層した複合構造のものとすることができる。しかし、この構造の場合も、潜熱型畜熱材の畜熱量が十分となるように設計する必要がある。
【００９２】
次に、本発明の実施の形態に係る床暖房装置の構造と、その温度制御方法について説明する。
【００９３】
１）床暖房する部屋
下記実施の形態においても、前記基礎実験１、２で使用した３．５ｍ×３．５ｍの床暖房面積が６．２５ｍ２で、天井の高さが２．６ｍの部屋を準備し、その床
暖房装置の構造として図１及び２に示した構造のものを使用した。
【００９４】
２）床暖房装置の構造（１）
本発明の実施例１の床暖房装置は、図２に示すようにコンクリートの支持床１０上に幅が５００ｍｍ，長さが２５００ｍｍ、１００ｖ使用の最大値が３５０ｗ（最大入力）の消費電力の面状発熱体４ａを敷設して合計１．５ｋＷの電気容量とした。また、この面状発熱体４ａの部屋に対する敷設率は６３％である。
【００９５】
なお、この消費電力は電源投入時を示しており、この面状発熱体４ａの温度上昇につれて次第に電流が低下し、約３５℃においては２１０ｗあるいはそれ以下で抵抗変化により安定する正特性を持っている。
【００９６】
図８は、本発明の床暖房装置の制御回路の一例を示しており、入力部３０は夜間タイマー設定部３１と昼間タイマー設定部３２と、夜間温度設定部３１ａと昼間温度設定部３２ａで構成され、これの信号を制御部３３に伝達し、この制御部３３において時計３３ａと出力調整部３３ｂを経由してヒーター４ａ（面状発熱体）を加熱すると共に、これに設けてある温度センサー４ｓの信号を温度検出部３３ｃに入力して前記ヒーター４ａの温度制御を行うようになっている。
【００９７】
３）床暖房装置の構造（２）
図３は本発明の実施例２の床暖房装置の発熱パネルＨＰを示すもので、図９及び図１に示したものと同様な発熱部１０を持つ発熱パネルＰを使用し、その上に顕熱型蓄熱材２０として、厚さが３５ｍｍの大理石板を使用している。
【００９８】
次に、前記の各種の構造を持つ床暖房装置についてその作用効果を説明する。
１．実施例１（顕熱型蓄熱材）
この実施例は、図３に示すように面状発熱体４を内蔵した発熱パネルＰと、厚さが２５ｍｍの大理石からなる顕熱型の蓄熱材２０を積層した発熱パネルＨＰからなる床暖房装置（図２）を使用し、外気温が１３℃において、時間帯別に温度差を付けて制御した場合の消費電力を測定し、これに対する電気料金（通常電気料金が２５円、夜間電気料金が６円／ｋＷｈ）を日、月について計算すると次の通りであった。
【００９９】
【表１】
0003576125.tif 000002
【０１００】
この実施例１におけるそれぞれの設定温度における１月当たりの電気料金は、６．３０９  、４．１７３  、３．１６５  円となっており、更に昼間の設定温度を下げると、その電気料金が急激に減少することが分かる。
【０１０１】
また、前記基礎実験１においては、１ケ月当たりの電気料金が１６，８００円ないし１１，４００円であったのに対して、この基礎実験で使用した発熱パネルＰに顕熱型の畜熱材２０を付加し、更に昼夜の時間帯において温度差を付けた時間帯別温度制御を行うことにより、前記のように電気料金が激減していることが分かる。
２．実施例２（顕熱型蓄熱材）
この実施例は実施例１と同様な顕熱型の畜熱材２０を積層した発熱パネルＨＰを使用し、温度差、時間帯別の温度制御において、外気の平均気温が２℃の場合の測定値を示すものである。
【０１０２】
【表２】
0003576125.tif 000003
【０１０３】
実施例１と実施例２を比較して分かるように、外気温が１３℃から２℃に低下するとその分、電気料金が４０％〜６０％も上昇することが分かる。
３．実施例３（潜熱型蓄熱材＋顕熱型蓄熱材）
この実施例は、蓄熱材として潜熱型の蓄熱材と顕熱型蓄熱材ととを併用した場合の温度差、時間帯別の温度制御において、外気温が平均で１３℃の場合の測定値を示したものである。
【０１０４】
図１に示した発熱パネルＨＰ上に、厚さが３０ｍｍの大理石からなる顕熱型の蓄熱材２０を積層配置した床暖房装置１６（図２）を使用し、外気の平均温度が１３℃において、下記のように設定温度を３段階に、日を変えて設定変更し、その時の消費電力を測定すると次の通りであった。
【０１０５】
【表３】
0003576125.tif 000004
【０１０６】
この実施例３と実施例２と比較すると、設定温度１において５６％、設定温度２において３２％、設定温度３において７２％と電気料金が大幅に減少しており、潜熱型と顕熱型の蓄熱材を使用した効果が明確になっている。
４．実施例４（潜熱型蓄熱材＋顕熱型蓄熱材）
この実施例は、実施例３における発熱パネルＨＰを使用し、温度差、時間帯制御で、外気の平均気温が２℃で、下記のように設定温度を３段階に、日を変えて設定変更し、その時の消費電力を測定すると次の通りであった。
【０１０７】
【表４】
0003576125.tif 000005
この実施例４における「設定温度２と３」は潜熱型蓄熱材の溶融温度（約３１℃）と固化温度（約２８℃）を挟んだ温度設定である。
【０１０８】
即ち、夜間帯は潜熱型蓄熱材を溶融させ、昼間時間帯に、この溶融状態にあるものを凝固（  約２８℃）させるように、両者の温度設定して、この発明の効果を確認するためのものである。
【０１０９】
この実施の形態における設定温度の特徴は、夜間に電力使用量が若干大きくなっている。これに対して昼間の電力使用量はゼロとなるので、全体的な電気料金は低下することが分かる。
【０１１０】
また、潜熱型蓄熱材の「凝固温度２８℃と融解温度３１℃」を挟んで、設定温度を決定していることに特徴がある。そして電気料金は、外気温２℃において、１ケ月あたり３，６２４円から２，０７０円まで低下して好ましい電気料金となることがわかる。
【０１１１】
なお、前記各実施の形態においては、熱源の発熱体として通電式のものを使用した例を説明したが、温水や他の熱媒体を使用したものでも、その上方に配置される蓄熱材が温度に対する緩衝材となって、平準化された温度を床面に伝達することができるので、夜間電力を使用した温水器等と併用して本発明に係る床暖房装置を構成することができる。
【０１１２】
【発明の効果】
本発明に係る床暖房装置の温度制御方法は、平板状の通電式発熱部と、その上面に載せた蓄熱部により発熱パネルを構成し、この発熱パネルを暖房室の支持床上に配置し、更にこの発熱パネルの上面に床仕上材を敷設した床暖房装置の前記発熱部に通電して暖房する方法において、
前記発熱部への通電時間帯を、昼間通電時間帯と夜間通電時間帯とに区切り、これら２つの通電時間帯における前記発熱部の設定温度に差を付け、夜間通電時間帯の設定温度を、昼間通電時間帯の設定温度より高温に保持するように制御することを特徴としており、次の効果を奏することが分かる。
【０１１３】
１）発熱パネル内に潜熱型の蓄熱材を内蔵させるか、あるいはこの発熱パネルと顕熱型の蓄熱材あるいは潜熱型の蓄熱材を積層して使用し、電気料金の安価な夜間電力を使用している間に前記蓄熱材を含む床暖房装置内に高温の熱量を蓄熱し、この熱量を昼間の暖房時に放出し、必要に応じて通常電力を併用して床暖房するので、電気料金を著しく低減することができる。
【０１１４】
２）蓄熱材としては、潜熱と顕熱とを利用できる潜熱型の蓄熱材を使用して夜間電力によって蓄熱する方法が電気料金を効率的に低減することができる。
【０１１５】
３）また、潜熱型の蓄熱材を使用し、床暖房装置の昼間における設定温度を蓄熱材の凝固温度より僅かに下の温度に制御し、そして夜間の蓄熱の際の設定温度を蓄熱材が融解する温度及び昼間の温度よりかなり高く設定すること、即ち、潜熱型の蓄熱材の相変化温度を中心として、夜間と昼間の温度を設定することによって電気料金を、通常電気料金を使用した場合に比較して、大幅に低下させけることができるのである。
【０１１６】
本発明は、電力会社との特別な契約によって夜間電力の料金が割り安となる場合には、電気料金を更に大幅に低下させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】潜熱型蓄熱材を内蔵し、且つ顕熱型蓄熱材を上面に積層した発熱パネルの要部を拡大して示す断面図である。
【図２】図１に示す発熱パネルを使用した床暖房装置の断面図である。
【図３】従来の発熱パネル上に顕熱型蓄熱材を積層した発熱パネルの断面図である。
【図４】発熱パネルの一部を分解して示す斜視図である。
【図５】カバー体の端部を示す平面図である。
【図６】カバー体の先端部を右側より見た斜視図である。
【図７】カバー体の先端部を左側より見た斜視図である。
【図８】床暖房装置の制御回路図である。
【図９】従来の発熱パネルの要部を拡大して示す断面図である。
【符号の説明】
ＨＰ  発熱パネル    １ａ  ハニカム構造板    ３ａ  クッション材
４ａ  面状発熱体      １０  発熱板      １１  蓄熱部
１２  カバー板    １２ａ  縁部      １２ｂ  縁部
１２ｅ  先端部      １２ｆ  左角部      １２ｇ  右角部
１３  床支持材      １５  床仕上材      １６  床暖房装置
１９  連結部
【図１】
0003576125.tif 000006
【図２】
0003576125.tif 000007
【図３】
0003576125.tif 000008
【図４】
0003576125.tif 000009
【図５】
0003576125.tif 000010
【図６】
0003576125.tif 000011
【図７】
0003576125.tif 000012
【図８】
0003576125.tif 000013
【図９】
0003576125.tif 000014