(57)【要約】  【課題】  面状発熱体を利用する各種暖房システムにおいて、暖房効率の向上（消費電力量の低減）と暖房対象表面の温度ムラの改善を図る。  【解決手段】  面状の発熱部材３と複数の面状電極５との組み合わせにより、発熱部２全体を３ブロック２１、２２、２３に分割し、両側のブロック２１、２３の発熱密度を高く、これに対してその中央のブロック２２の発熱密度を低く設定して、サーミスタ７が接するブロック２１の発熱密度を高くする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の発熱部材が相互に所定の間隔をあけて並列に配置された発熱部と、
前記発熱部に配設され、前記各発熱部材を通電する複数の面状電極とを備え、
前記面状電極が前記各発熱部材の両端部とその中間部に配設されて、前記発熱部全体が発熱密度の異なる複数のブロックにより形成され、一部のブロックに他のブロックと異なる発熱密度が設定されることを特徴とする面状発熱体。
【請求項２】
各発熱部材は電気的特性又は構造が均一であり、発熱部が中間部の面状電極により不均等に分割される請求項１に記載の面状発熱体。
【請求項３】
各発熱部材は電気的特性又は構造がブロック毎に変えられる請求項１に記載の面状発熱体。
【請求項４】
発熱部の各ブロックの発熱密度の高低差に応じて各ブロックの面積率が設定され、各ブロック別の発熱密度が均一化される請求項１乃至３のいずれかに記載の面状発熱体。
【請求項５】
発熱部の温度検出手段が発熱密度の高いブロックに接触させて設置される請求項１乃至４のいずれかに記載の面状発熱体。
【請求項６】
発熱部材は面形状に形成される請求項１乃至５のいずれかに記載の面状発熱体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、戸建住宅、マンション等住宅の床暖房システムや、農工業用途等住宅以外の暖房に利用する面状発熱体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の床暖房システムとしては、大きく分けて温水式と電気式の２種類がある。温水式においては、灯油やガスを熱源として、これらを燃焼させることによって温められた温水を、あらかじめ床に埋設された配管に通して循環させる形式である。床を暖める配管の温度は温水の温度に近く一定で、この配管を床表面に均等に配置して温度ムラが分かり難いようにしている。また、床表面温度の管理は温水温度や加熱デバイスの温度によって行われることが多い。この温水式の場合、床表面温度を均一にする目的で、発熱体温度は場所を選ばず一定で、特定の温度に揃えることを目標としている。
【０００３】
一方、電気式においては、面状のヒータが採用されており、この種のヒータには電線を蛇行させて面形状に合わせ込む形式のものや、太い線状の発熱体を並列に並べた形式のものが知られている。前者の形式では、温水式と同様に、一定の温度である線形状のヒータを床に均等に配置して温度ムラが分かりにくいようにしている。また、床表面温度の管理は、ヒータに対する通電時間の制御により行われ、線形状のヒータに直接サーミスタを接続したり、床の代表的な場所を選んで、規定温度以上で断線する機能を持つサーモスタッドを設置したりすることが多い。この形式の場合も、床表面温度を均一にする目的で、発熱体温度は場所を選ばず一定で、特定の温度に揃えることを目標としている。この種の形式は例えば、特許文献１に記載されている。これに対して、後者の形式は、発熱体を複数形成し、これら発熱体の両端に面状電極を配置したもの、言い換えれば複数の発熱体を面状電極の間に挟んではしご状に形成したものが知られている。この形式では前者の形式に比べて発熱体面積が広いことから、床表面の温度ムラをかなり改善することができる。また、床表面温度の管理は前者の形式と同様である。この形式の場合もまた、床表面温度を均一にする目的で、発熱体温度が場所を選ばず一定となるように制御することを目標としている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２３５９２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の電気式の床暖房システムでは、発熱密度が均一な面状発熱体を採用し、通電時間の制御によって温度を管理するため、床表面における発熱体の真上とそれ以外の場所とでは温度差（以下、温度ムラという）が生じてしまう。床表面材が薄くなったりすると、この傾向が顕著に出る。この温度ムラを軽減する為、単純に発熱体面積もしくは面積率を増加させると、これに比例して消費電力量が増加してしまうため、実用的な対策とはならない。反対に発熱体の発熱密度（消費電力）を低減することによって消費電力量の低減を図ろうとすると、床暖房の性能を落としてしまったり、または床暖房としての機能は果たすものの通電時間が長くなるために消費電力量が却って増加したりしてしまうことになりかねない。却って消費電力量が増えてしまうのは、温度検出素子自体の検出温度が床表面温度の体感と異なり、気温の影響を受けやすいからである。床表面温度は発熱部の出力が低下した分だけ長時間通電することにより、温度の飽和時間に差があっても、総発熱量が同等であれば、同等な暖房効果（床表面温度）が得られることが多い。サーミスタの検出温度は被覆部の温度変化に追従して変化することと、またその被覆部が発熱体に接している部位からの吸熱量とその他部位に対する放熱量のバランスに依存する。加えて、サーミスタ等の温度検出素子の被覆部（金属等）は熱容量が大きい。つまり発熱部の発熱密度が低いときの検出温度の推移は体感温度との差が大きくなる傾向にあり、発熱部の発熱密度が低すぎると気温が低いときにはサーミスタ検出温度が設定温度以上にならず連続通電状態と等価となる場合が起こり得る。これでは電源のОＮ／ОＦＦによる適切な温度管理ができないため、過剰暖房もしくは暖房能力不足が発生するばかりか、設定温度に達しない為に通電時間が長くなり過ぎることによって、消費電力量はかなり増加してしまうものと考えられる。
【０００６】
また、上記電気式床暖房システムに採用される面状発熱体では、発熱部の両端に面状電極が直線状に設けられているため、敷設しようとする場所の一帯に複数の小さな障害物が不規則に存在していると、そのエリアに面状発熱体を敷設すること自体不可能であるが、その障害物が発熱部の形状に比べて小さく、ある一定の間隔で規則正しく配置されている場合、その障害物を避けて発熱体を敷設することはできる。ただし、この場合その障害物と面状電極との間に発熱部を設けても効果が薄い。仮に、発熱部の形状（幅）を変更して、その障害物に近接する発熱体を設置しても、発熱量が少ない部位とならざるを得ない。
【０００７】
本発明は、このような従来の問題を解決するものであり、面状発熱体を利用する各種暖房システムにおいて、暖房効率の向上（消費電力量の低減）と、暖房対象表面の温度ムラの改善を図ることができる優れた面状発熱体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の面状発熱体は、複数の発熱部材が相互に所定の間隔をあけて並列に配置された発熱部と、前記発熱部に配設され、前記各発熱部材を通電する複数の面状電極とを備え、前記面状電極が前記各発熱部材の両端部とその中間部に配設されて、前記発熱部全体が発熱密度の異なる複数のブロックにより形成され、一部のブロックに他のブロックと異なる発熱密度が設定される。この場合、各発熱部材は電気的特性又は構造が均一であり、発熱部が中間部の面状電極により不均等に分割される。あるいは各発熱部材は電気的特性又は構造がブロック毎に変えられてもよく、その場合には面状電極により均等に分割してもよい。また、発熱部の各ブロックの発熱密度の高低差に応じて各ブロックの面積率が設定され、各ブロック別の発熱密度が均一化されることが望ましい。さらに、発熱部の温度検出手段が発熱密度の高いブロックに接触させて設置されることが望ましい。またさらに、発熱部材は面形状に形成されることが望ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の面状発熱体は、上記構成を有し、発熱部面積を広く取れ、しかも消費電力量の増加を抑えることができ、各種暖房システムにおいて、暖房効率の向上（消費電力量の低減）と、暖房対象表面の温度ムラ及び暖房効果の改善とを図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。図１及び図２に本発明の第１の実施の形態における面状発熱体の構成を示している。図１において、面状発熱体１は、複数の面状の発熱部材３が相互に所定の間隔をあけて並列に配置された発熱部２と、電源４に接続され、発熱部２を通電する複数の面状電極５と、これらを挟んでラミネートする外層材６とを備える。ここで、発熱部２はカーボン等を主成分とする発熱部材３からなり、複数の発熱部材３がＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）などの絶縁性フィルムシート上に一定の幅、厚さ及び間隔で、短冊状に印刷されて形成される。そして、この発熱部２に対して４つの面状電極５が形成される。この場合、発熱部２の両側、つまり各発熱部材３の両端にそれぞれ一連の面状電極５１（５）が１つずつ設けられ、さらにその中間（つまり、各発熱部材３上の、両側の面状電極５１の間）にこれら面状電極５１と平行に一連の面状電極５２（５）が２つ設けられて、発熱部２が複数のブロック２１、２２、２３により形成され、ブロック毎に発熱密度が設定される。ここで、各発熱部材３は同じ材質で、均一な幅、厚さに作られているから、電気的特性又は構造が均一であり、発熱部２は中間の各面状電極５２により一部不均等に分割される。この中間の面状電極５２により、発熱部２は各ブロック２１、２２、２３毎に面状電極５間距離が設定され、各発熱部材３は膜圧や抵抗率に差がないから、ブロック２１、２２、２３別に発熱量は発熱部材の長さ（電極間距離）に比例する電気抵抗とその部位での電圧降下量から計算される物理的法則に基いて変化することになる。このようにして発熱部２にブロック２１、２２、２３別に特有の発熱密度が設定され、ブロック２１、２２、２３別に特有の発熱部温度（到達温度）が持たされる。この実施の形態では、発熱部２は中央の大きいブロック２２と、これに比較して両側の小さいブロック２１、２３に分割されて、発熱部２の中央のブロック２２は発熱密度が低く設定され、これに比して両側のブロック２１、２３は発熱密度が高く設定される。このようにして、サーミスタ７等の温度検出素子の設置場所に相当するブロック２１又は２３の、電極５１、５２間距離が縮められることにより、そのブロック２１又は２３の発熱量が他のブロック２２より任意に増加される。なお、この場合、面状発熱体１の中で相対的に電極５１、５２間距離が小さいブロック２１、２３と電極５２、５２間距離が大きいブロック２２との発熱密度の差が大きくなるようであれば、その大きいブロック２２の各発熱部材３の幅（面積、敷設率）を拡大して、該発熱密度の差を軽減すればよい。また、このように発熱部２を複数のブロック２１、２２、２３に分割することで、電極５１、５２に流れる電流が小さくて済むために、電極５１、５２の幅（断面積）を小さくできるので、並列に敷設された面状発熱体１の間に生じる低温部（温度ムラ）は目立ちにくくなる。
【００１１】
この面状発熱体１を利用した床暖房システム１１の施工例を図３に示している。すなわち、断熱材１２上の床下地材１３の上にサーミスタ（温度検出手段）７が設置されて、面状発熱体１が敷設され、その上から床表面材１４が敷設される。この場合、サーミスタ７は発熱部２の発熱密度の高いブロック、すなわち発熱部２の片側一方のブロック２１と床下地材１３に接触されて設置される。なお、このサーミスタ７は温度を検出する素子が金属の保護管で覆われている。図５にサーミスタ７周辺の熱の伝わり方を例示しているが、検出温度は面状発熱体１からの吸熱量とその他への放熱量のバランスによって変化する。
【００１２】
この床暖房システム１１では、既述のとおり、面状電極５の間隔が不均一であるために、面状電極５の間隔が狭いところの発熱密度が高く、発熱量が多くなる。この発熱量の多いところにサーミスタ７が配置されているから、発熱部２の検出温度は早く上昇し、発熱部２が設定温度まで速やかに到達するので、発熱部２を適切な温度に制御でき、かつ通電時間は短くてすみ、消費電力量が異常に多くなることが避けられる。一般住宅やマンション、ビル等、建物によって気密の度合いなどが異なるため、必要となる暖房の効率は異なり、既に述べたとおり、従来のように、均一な床暖房のために暖房デバイスの発熱密度の均一化を図ると、特に床下の断熱構造の違いによって、床暖房としては機能していても、検出温度が体感ほど上がってこないために、必要以上の電力量を消費する事態が起こり得る。これに対して、この床暖房システム１１では、必要以上の電力量を消費し難く、均一な床表面温度が保持される。
【００１３】
このように面状発熱体１によれば、均一な発熱密度を持つ面状の発熱部材３を使用しても、これら面状の発熱部材３と複数の面状電極５との組み合わせにより、発熱部２全体を３分割し、両側のブロック２１、２３の発熱密度を高く、これに対してその中央のブロック２２の発熱密度を低くして、ブロック２１、２２、２３別に発熱量を設定して、サーミスタ７が接するブロック２１の発熱密度を高くしているので、他のブロック２２の面積を広く取ったとしても、通電時間が短くなることによって消費電力量の増加を抑えることができ、面状発熱体１を用い、通電時間の制御により温度管理を行う電気式の床暖房システム１１において、暖房効率の向上（消費電力量の低減）と、床表面の温度ムラ及び暖房効果の改善とを図ることができる。
【００１４】
図５に本発明の第２の実施の形態における面状発熱体の構成を示している。なおここでは、第１の実施の形態と同様の部材には同じ符号を付すことにより、その重複する説明を省略する。この実施の形態では、発熱部２の各ブロック２１、２２、２３の発熱密度の高低差に応じて各ブロック２１、２２、２３の面積率が変更され、各ブロック２１、２２、２３別の発熱密度が均一化されている点が第１の実施の形態と異なる。この場合、第１の実施の形態に比べて、中央のブロック２２の各発熱部材３の縦方向の寸法が大きく設定されて、中央のブロック２２の面積率が大きくなっている。既に述べたように、面状電極５２、５２の間隔が広いブロック２２では発熱密度が低く、発熱量が少ない。この面状電極５２、５２間距離が不均等すぎる場合は、却って床表面の温度ムラが大きくなってしまう。そこで、このような場合、発熱密度が低い分だけ、そのブロック２２の各発熱部材３の面積を増加させることにより、各ブロック２１、２２、２３単位の発熱密度を均一に近づけることができる。このように発熱部２の各ブロック２１、２２、２３の発熱密度に違いに応じて各ブロック２１、２２、２３の面積率を設定し、各ブロック２１、２２、２３別の発熱密度を均一化することより、床表面のブロック別平均温度を均一に近づけることができる。
【００１５】
図６に本発明の第３の実施の形態における面状発熱体の構成を示している。この実施の形態では、この面状発熱体を敷設しようとする場所の一帯に複数の小さな障害物Ｂが存在し、その障害物Ｂが発熱部２０の形状に比べて小さく、ある一定の間隔で規則正しく配置されている場合を例示している。この場合、発熱部２０が両側２本の面状電極５１とその中間の４本の面状電極５２、５３で５つのブロック２０１〜２０５に分割されている。両側２０１、２０５と中央のブロック２０３は障害物Ｂから離れた敷設位置に対応するところで、面状電極５１、５２間距離、面状電極５３、５３間距離が大きいため、これらのブロック２０１、２０５、２０３の各発熱部材３は発熱密度の設定が低くなっており、これに応じて各発熱部材３の面積が大きく形成されている。両側のブロック２０１、２０５と中央のブロック２０３との間の各ブロック２０２、２０４は障害物Ｂの周囲の敷設位置に対応するところで、面状電極５２、５３間距離が小さく、これらのブロック２０２、２０４の各発熱部材３は発熱密度が高く設定されており、これに応じて各発熱部材３の面積が小さく形成されている。このようにすると、障害物Ｂから離れた位置は発熱部２０の発熱密度が低くて広く、障害物Ｂの周囲は発熱部２０の発熱密度が高くて狭く設定されるとともに、発熱部２０全体の発熱密度が均一化され、床表面のブロック別平均温度は均一に近づけられる。
【００１６】
このように面状発熱体を敷設しようとする場所の一帯に複数の小さな障害物が不規則に存在していても、その障害物に合わせて発熱部２０の形状と面状電極５１、５２、５３の配置を変更することにより、その障害物の周囲に発熱部２０の発熱密度を増加させて設置することができ、その部位に有効な熱の供給を実現することができる。なお、このような面状発熱体の設置場所に対して、第３の実施の形態によらないで、面状発熱体を従来の形式で敷設しようとすると、面状発熱体は図７に示すような形状で配置されることになる。この場合、発熱部７２の両側にのみ面状電極７５が配置され、その中間に面状電極がなく、発熱部７２は不均等に分割されていない点が第３の実施の形態と異なる。このような発熱部７２の形状及び面状電極７５の配置では、特に、図の暖房の対象から見て横方向、つまり面状電極７５方向の発熱量が少なく、温度ムラの改善効果は期待できない。また発熱部７２を流れる電流密度にムラが生じるため、発熱部７２上で縦方向の幅が異なった部位には相対的に大きな温度ムラが生じるばかりか、特に幅が広いところでの温度ムラが出やすくなる。
【００１７】
なお、上記各実施の形態では、各発熱部材３の電気的特性又は構造を均一にして、発熱部２、２０を中間の面状電極５２、５３により一部不均等に分割することにより、各ブロック２１〜２３別に、各ブロック２０１〜２０５別に発熱密度を設定しているが、発熱部２、２０全体を不均等に分割して、各ブロック毎に異なる発熱温度を設定してもよく、さらに、これとは反対に発熱部２、２０を中間の面状電極５２、５３により均等に複数のブロック２１〜２３に、２０１〜２０５に分割して、各ブロック２１〜２３毎に選択的に、各ブロック２０１〜２０５毎に選択的に、各発熱部材３の電気的特性又は構造を変えて、各ブロック２１〜２３別に、各ブロック２０１〜２０５別に発熱温度（到達温度）を設定してもよく、このようにしても上記第１の実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。この場合、上記第２の実施の形態と同様に、各ブロック２１〜２３の、各ブロック２０１〜２０５の面積率を変更することにより、床表面のブロック別平均温度を均一に近づけることもできる。さらに、上記第３の実施の形態と同様に、面状発熱体を敷設しようとする場所の一帯に複数の小さな障害物が不規則に存在していても、その障害物の大きさや配置に合わせて発熱部２、２０の形状と面状電極５１、５２、５３の配置を変更することにより、その障害物の周囲に発熱部２、２０の発熱密度を増加させて設置することができ、その部位に有効な熱の供給を実現することができる。
【００１８】
また、上記各実施の形態（上記変更例を含む）では、発熱部２、２０をカーボンを主成分とする発熱部材３により形成しているが、発熱部２、２０を線状の発熱部材により構成してもよい。この場合、線状の発熱部材を蛇行状に折り返すことにより、全体を面形状に形成することができる。そして、発熱部２、２０のブロック毎に蛇行の幅を変えることで、発熱部２、２０にブロック毎に異なる特有の発熱密度を設定することができる。また、線状の発熱部材を並列に並べることにより、全体を面形状に形成することができる。そして、発熱部２、２０のブロック毎に発熱部材３の間隔を変えることで、発熱部２、２０にブロック毎に異なる特有の発熱密度を設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１の実施の形態における面状発熱体の構成を示す平面図
【図２】同面状発熱体の構成を示す断面図
【図３】同面状発熱体の施工例を示す断面図
【図４】同面状発熱体に設置された温度検出素子による検出温度と放熱・吸熱との関係を示す図
【図５】本発明の第２の実施の形態における面状発熱体の構成を示す平面図
【図６】本発明の第３の実施の形態における面状発熱体の構成を示す平面図
【図７】本発明の第３の実施の形態によらない従来の発熱部の形状及び面状電極の配置例を示す平面図
【符号の説明】
【００２０】
１  面状発熱体
２  発熱部
２１、２２、２３  ブロック
３  発熱部材
４  電源
５  面状電極
５１  両側の面状電極
５２  中間の面状電極
６  外層材
７  サーミスタ（温度検出素子）
１１  床暖房システム
１２  断熱材
１３  床下地材
１４  床表面材
２０  発熱部
２０１、２０２、２０３、２０４、２０５  ブロック
【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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