JP3332268B2 - 蓄熱式床暖房装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、蓄熱材をモルタル層中
に発熱体と共に埋設して床面を加温する蓄熱式床暖房装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の蓄熱床暖房は、省エネルギーの実
現と、昼夜の電気需要のバランスの改善と、電気代金の
低減等を目的として、安価な深夜電力を利用して発生さ
せた熱を利用するものであり、蓄熱材としてはコンクリ
ートやレンガ等の顕熱蓄熱材よりも単位体積当たりの蓄
熱量が大きく、しかも一定温度で蓄放熱が行える潜熱蓄
熱材が多く使用されており、この潜熱蓄熱材を用いた蓄
熱パネルを利用して蓄熱式床暖房装置を構成している。
そして、従来の床暖房用蓄熱パネルとしては、例えば実
開昭６０−１２２６８３号公報、実開昭６２−１８５２
３１号公報に提案されているような、プラスチック等か
ら成る容器にＮａ₂ ＳＯ₄ ・１０Ｈ₂ Ｏ，ＣａＣｌ₂ ・
６Ｈ₂ Ｏ等の結晶水を有する無機塩から成る潜熱蓄熱材
を封入したものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来のよう
な固相−液相間の相転移に要する潜熱を利用した潜熱蓄
熱材をプラスチック等から成る容器に封入したものにお
いては、相転移により液体になった際に、容器外に流出
してしまうのを防ぐための配慮が必要であるなど、取り
扱い上において問題があった。

【０００４】そこで、潜熱蓄熱材が相転移により液体に
なった際に蓄熱材が流出することのない、つまり容器を
用いる必要のない特性を備えた潜熱蓄熱材が提案されて
いる。この蓄熱材は、例えば０．９２５ｇ／ｃｍ3 より
小さい密度を有するエチレン−αオレフィン共重合体と
結晶性有機化合物が溶融混合されて成るものであって、
その使用の一例を図７、図８に示す。図７、図８におい
て、容器を用いる必要のない潜熱蓄熱材を蓄熱式床暖房
装置に使用するにあたっては、蓄熱材３を板状に成形
し、コンクリートスラブのような基礎床１に敷設された
断熱材層２上に蓄熱材３を設置し、この蓄熱材３をモル
タル層５中に発熱体４と共に埋設し、発熱体４で該蓄熱
材３を加熱することにより蓄熱材３を蓄熱させるもので
あるが、蓄熱材３が蓄熱される過程において蓄熱材３が
体積膨張し、体積膨張によって発生する力がモルタル層
５に作用する。このとき、蓄熱材３の体積膨張を逃がす
ことができない構造であるから、体積膨張によって発生
する力でモルタル層５全体が断熱材層２から浮いたり
（図７の状態）、また場合によってはモルタル層５に亀
裂２０が入ったり（図８の状態）するという問題があっ
た。

【０００５】また、蓄熱式床暖房装置においては深夜電
力等の安い電力を使用して発熱体であるヒータから発生
する熱量を夜間に蓄熱材に蓄熱して昼間は蓄熱材に蓄熱
した熱を放熱して２４時間暖房しようとするシステムで
あるため、深夜電力の使用できる時間帯内に発熱体であ
るヒータから発生する熱量をいかに効率良く蓄熱材に熱
伝導して蓄熱するかということもシステムとして考慮し
ておくべく大事な点である。

【０００６】更に、埋設式の蓄熱式床暖房装置において
は、蓄熱材の上部に３０〜１５０ｍｍのモルタル層がで
きるようにモルタルが打設され、更にモルタル床の上部
には家具等の重量物が置かれる場合も多いため、埋設さ
れた蓄熱パネルはかなりの荷重を受けることになり、こ
の点を考慮して実開昭６０ー１２２６８３号公報や実開
昭６２ー１８５２３１号公報などの従来例において提案
されているような柔らかい芒硝系の蓄熱材を使用する場
合にはプラスチック等からなる容器内に入れて耐荷重性
を向上したり、別の手段としては特開昭５９ー１４５８
６２号公報の従来例に示すように開口部を有する断面コ
字状の金属枠体を併用して耐荷重性を改善する方策が取
られている。しかしながらこの従来例にあっては、モル
タルを打設した場合に金属枠体の開口部からモルタルが
内部に入り込み、蓄熱材にモルタルが直接積層された状
態となっており、このため、上方からの荷重に対して金
属枠体により蓄熱材を保護するということは可能であっ
ても、蓄熱材の体積膨張を逃がすことができず、体積膨
張によって発生する力でモルタル層が断熱材層から浮い
たり、また場合によってはモルタル層に亀裂が入ったり
するおそれがある。

【０００７】本発明は、上記従来の課題に鑑みてなされ
たもので、その目的とするところは、蓄熱材の体積膨張
でモルタル床が持ち上がったり、亀裂が入ったりするこ
とがなく、効率良く蓄熱材に蓄熱でき、しかも蓄熱材自
体の耐荷重性能が小さくてすむ蓄熱式床暖房装置を提供
するにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、コンクリートスラブ等からなる基礎床１
上に断熱材層２を設け、断熱材層２の上に融解と凝固の
過程で体積変化を伴う蓄熱材３と発熱体４とを設置する
と共に断熱材層２の上に打設されたモルタル層５内に蓄
熱材３と発熱体４とが埋設されてなる蓄熱式床暖房装置
において、蓄熱材３に上面部及び側面部に開口部のない
断面コ字状の枠体６を被せてモルタル層５中に埋設し、
該枠体６の内部の容積が蓄熱材３が体積膨張した際の体
積よりも大きくなるように設定し、枠体６に蓄熱材３の
片面を接触させ、蓄熱材３と断熱材層２との間に弾性を
有するクッション材７を配設し、該クッション材の弾性
力を、「蓄熱材の自重＜クッション材の弾性力＜モルタ
ルの自重」の条件となるように設定して成ることを特徴
とするものである。

【０００９】

【００１０】

【作用】本発明によれば、融解と凝固の過程で体積変化
を伴う蓄熱材３に断面コ字状の枠体６を被せてモルタル
層５中に埋設し、該枠体６の内部の容積が蓄熱材３が体
積膨張した際の体積よりも大きくなるように設定してあ
ることで、蓄熱材３が体積膨張をしても枠体６内の空間
で吸収され、モルタル層５を持ち上げたり、亀裂を生じ
させたりしないようにできたものであり、また、上方か
らの荷重を枠体６で支持できて、蓄熱材３自体の耐荷重
性能が小さくてすむようになったものである。また、枠
体６に蓄熱材３の片面を接触させることで、枠体６を金
属製とすると熱伝導が効率的に行えることになる。ま
た、蓄熱材３と断熱材層２との間に弾性を有するクッシ
ョン材７を配設し、該クッション材７の弾性力を、「蓄
熱材の自重＜クッション材の弾性力＜モルタルの自重」
の条件となるように設定することで、蓄熱材３が枠体１
に接触した状態で体積膨張しても枠体３内においてクッ
ション材７の弾性力によりこれを吸収できるものであ
る。

【００１１】

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。本実施例に使用される蓄熱材は、パラフィンをポ
リエチレン中に分散させたものであって、パラフィン溶
融時でも液状とならない蓄熱体を、容器を用いずに板状
に成形したものが使用されている。その一例として、
０．９２５ｇ／ｃｍ³ より小さい密度を有するエチレン
−αオレフィン共重合体（以下、「共重合体Ａ」とい
う）と結晶性有機化合物が溶融混合されて成る蓄熱体が
用いられる。

【００１３】また、高温にしたときに蓄熱体の形状を保
ち強度を高めるという点から、共重合体Ａ、結晶性有機
化合物、並びに、共重合体Ａより大きい密度を有するエ
チレン−αオレフィン共重合体（以下、「共重合体Ｂ」
という）、及び高密度ポリエチレンのうちの少なくとも
１つが溶融混合されていてもよい。さらに、上記２種の
溶融混合物中に無機フィラーが分散されていてもよい。
この無機フィラーは、例えば金属、金属塩及びカーボン
ブラックのうち少なくとも１つであるのが望ましい。上
記金属塩は例えば水酸化アルミニウム及び水酸化マグネ
シウムのうちの少なくとも１つの金属水酸化物、或いは
アルミナ、タルク及びベントナイトのうちの少なくとも
１つであるのが望ましい。

【００１４】本実施例で用いる共重合体Ａの密度が０．
９２５ｇ／ｃｍ³ 以上だと、エチレン−αオレフィン共
重合体であっても蓄熱材の染みだしを少なくするのが難
しい。密度が０．９２５ｇ／ｃｍ³ よりも小さくても、
エチレン−αオレフィン共重合体でないと蓄熱材の染み
だしを少なくするのが難しい。共重合体Ａの密度が０．
８８ｇ／ｃｍ³ より小さいと、結晶性有機化合物融解時
に蓄熱体が透明性を有することが可能である。

【００１５】本実施例に用いる共重合体Ｂは、共重合体
Ａよりも大きい密度を有するものであり、ＪＩＳ−Ｋ６
７６０に規定されている中密度ポリエチレンを含む。密
度が共重合体Ａよりも小さいと、形状を保つ効果が増加
できないことがある。共重合体Ａの密度が０．８９ｇ／
ｃｍ³ より小さい場合、結晶性が少なくなるため強度及
び形状保持のために共重合体Ｂの添加は特に効果的であ
る。共重合体Ｂの密度は望ましくは０．９１０ｇ／ｃｍ
³ 以上である。

【００１６】上記エチレン−αオレフィン共重合体とし
ては、例えば、エチレンと、プロピレン、ブテン−１、
ペンタン、ヘキセン−１、４−メチルペンテン−１、オ
クテン−１などのαオレフィンとをαオレフィンが数モ
ル％程度の割合で共重合させたものが挙げられるが、こ
れに限定するものではない。また、本実施例に用いる高
密度ポリエチレンは、ＪＩＳ−Ｋ６７６０で規定されて
いるものが挙げられる。高密度ポリエチレンの代わりに
高圧法低密度ポリエチレンを用いると蓄熱体の形状が保
てない。

【００１７】本実施例で用いる潜熱蓄熱材は、結晶性有
機化合物である。結晶性有機化合物は、例えば、融点が
９０℃以下であり、潜熱量が２０ｋｃａｌ／ｋｇ以上で
ある有機化合物が挙げられ、エチレン−αオレフィン共
重合体又は高密度ポリエチレンの融点以上でエチレン−
αオレフィン共重合体、高密度ポリエチレンと相溶性を
有するものが望ましく、その具体例としては、例えば結
晶性アルキルハイドロカーボン（パラフィン、パラフィ
ンワックス）、結晶性脂肪酸及び結晶性脂肪酸エステル
から選ばれた少なくとも１つが挙げられる。結晶性有機
化合物は、例えば、蓄熱体の蓄熱及び／又は放熱の温度
などに応じて適宜の融点（又は凝固点）を持つものが選
択されて使用される。好ましくは、結晶性有機化合物の
融点は、配合するエチレン−αオレフィン共重合体や、
高密度ポリエチレンの融点以下である。

【００１８】本実施例による蓄熱体に蓄熱する際の温度
としては、配合するエチレン−αオレフィン共重合体の
融解温度が例えば１１０〜１２０℃である場合、１１０
℃以下であることが必要である。この蓄熱温度で効率的
に蓄熱するには配合する結晶性有機化合物の融点は９０
℃以下であることが望ましい。本実施例では、上記樹脂
（共重合体Ａ；又は、共重合体Ａ，Ｂと高密度ポリエチ
レン）と結晶性有機化合物との混合比率は、蓄熱体の用
途などに応じて適宜設定され特に限定はないが、例えば
蓄熱量の確保、蓄熱材担持能力の確保の点からは、（樹
脂：１０〜７０重量部、結晶性有機化合物：３０〜９０
重量部）とされる。但し、樹脂と結晶性有機化合物の合
計は１００重量部とする。本発明を図１乃至図６に示
す。蓄熱材３は上記のような性状のもの、要約すれば、
パラフィンをポリエチレン中に分散させてパラフィン溶
融時でも液状にならないようになったものであり、この
蓄熱材３を容器を用いず図２に示すように板状に成形し
てある。この蓄熱材３は容器が不要であるという利点が
あるが、相転移時の膨張、収縮による体積変化が大きい
という欠点がある。図３（ａ）には板状に形成した蓄熱
材３を冷却した時を示し、図３（ｂ）は加熱した時の断
面を示すが、図３において冷却時の体積Ｖ10よりも加熱
蓄熱した時の体積Ｖ11の方がΔＶだけ大きく、体積膨張
していることが判る。

【００１９】枠体６は図４に示すように断面コ字状をし
ていて上面部及び側面部には開口部が設けてないもので
ある。この枠体６はアルミ等の熱伝導率の良い金属材料
により形成してあり、この金属製の枠体６を被せた時に
形成される空間部分の体積Ｖ ₆ が図３（ｂ）に示す板状
に形成した蓄熱材３の加熱時の体積Ｖ₁₁よりも大きくな
るように構成されている。ところで、上記のように断面
コ字状の枠体６は上面部及び側面部に開口部がないので
モルタル打設時に内部の空間部にモルタルの侵入が防止
できて空間部の確保ができるようになっている。

【００２０】次に上記の各部材を用いて蓄熱式床暖房装
置を構成する例につき説明する。コンクリートスラブ等
からなる基礎床１の上に発泡ポリスチレンや発泡ポリウ
レタン等からなる断熱材層２を敷き、その上に板状に形
成した蓄熱材３を設置する。その上から断面コ字状の枠
体６を被せて配設し、更にその上からモルタルを３０〜
１５０ｍｍの厚さで打設してモルタル層５を形成して蓄
熱式床暖房装置を構成する。

【００２１】上記のような構成の蓄熱式床暖房装置は上
面部及び側面部に開口部を有しない枠体６を蓄熱材３の
上から被せてモルタルを打設してあることで、モルタル
の侵入が防止でき、このため、モルタル層５内に蓄熱材
３が体積膨張した時の体積Ｖ11よりも大きな体積Ｖ6 の
空間部を形成できることになる。図５には蓄熱材３を加
熱して体積膨張した時の床の断面図が示してある。金属
製の枠体６で形成された空間部の体積Ｖ6 は蓄熱材３の
加熱時において体積膨張した時の体積Ｖ11よりも大きく
なるように構成してあるので、蓄熱材３が体積膨張した
時でもモルタル層５中に空間部が残り、蓄熱材３が膨張
する際に発生する力がモルタル層５に悪影響を及ぼすこ
とがないものである。したがって、従来のようにモルタ
ル層５が浮き上がったり、モルタル層５に亀裂が生じた
りすることがないものである。また、枠体６でモルタル
層５の荷重を受けることになり、蓄熱材３を荷重から保
護することができるものである。

【００２２】発熱体４であるヒータはアルミ等の熱伝導
性の良い材質からなる枠体６の上面部に接触した状態で
配設してあり、発熱体４が発熱すると、枠体６が均熱板
のような役目を果たして全体が温度むらなく加熱され、
しかも蓄熱材３はこの枠体６と接触しているので蓄熱体
３を枠体６の面全体から効率良く加熱されて蓄熱される
ことになる。そして、蓄熱材３の片面を枠体６に接触さ
せる手段として蓄熱材６と断熱材層２との間に別部品の
クッション材７を設けてある。このクッション材７の弾
性力は蓄熱材３の自重よりは大きいが、モルタルの自重
よりは小さくなる材質を選んである。したがって、施工
した状態ではクッション材７の弾性力が蓄熱材３の自重
よりも大きいのでクッション材７で蓄熱材３が支えられ
て蓄熱材３の片面は枠体６に押し付けられていることに
なる。この状態から間隔を設けて配設された発熱体４と
なるヒータに通電を開始すると、発熱体４となるヒータ
から発生した熱はモルタル層５と枠体６とに熱伝導され
るが枠体６はモルタルよりも数段熱伝導のよいアルミ等
の金属から成っているので温度上昇も速く、しかも均熱
板の役目を果たして面全体の温度むらが少ない状態で加
熱されることになる。ここで、本実施例においては蓄熱
材３の片面は枠体６と接触しているので蓄熱材３は面全
体から熱伝導されて効率良く蓄熱されることになり、発
熱体４から蓄熱体３への熱伝導率が向上することにな
る。

【００２３】次に蓄熱材３が加熱されて蓄熱を開始する
と、体積膨張による膨張発生力が蓄熱体３内部より発生
し、この力はクッション材７と枠体６やモルタル層５に
同時に作用する。この体積膨張により発生する力はモル
タル層５全体を持ち上げるほどの大きな力となり、モル
タル層５を持ち上げないためにはクッション材７がモル
タル層７自体の自重よりも小さい力で先に変形する必要
があるが、本発明によれば、クッション材７の弾性力を
モルタル層の自重よりも小さくなる材質を選定してある
ので、体積膨張しても図５に示すようにクッション材７
が変形することによりモルタル層５を持ち上げることは
ない。なお、クッション材７の弾性力がモルタルの自重
より大きい場合には図６のようにクッション材７が変形
せず、モルタル層５が持ち上がるという欠点があって好
ましくない。ここで、本発明においては、上記の点を考
慮して、蓄熱材３の比重がパラフィンとポリエチレンの
混合物であるので約０．９ｇ／ｃｍ3 であり、モルタル
の比重が約２．２ｇ／ｃｍ3であるので、クッション材
７の材質として１ｇ／ｃｍ2 以下の荷重では変形せず、
２ｇ／ｃｍ2 以上の荷重で変形する弾性力の材質を選定
するのである。このような材質のクッション材７を選定
することで、蓄熱材３の相転移時の体積膨張をクッショ
ン材７により吸収できるのである。

【００２４】

【発明の効果】上述のように本発明は、蓄熱材に上面部
及び側面部に開口部のない断面コ字状の枠体を被せてモ
ルタル層中に埋設し、該枠体の内部の容積が蓄熱材が体
積膨張した際の体積よりも大きくなるように設定してあ
るので、蓄熱材が体積膨張をしても枠体内の空間で吸収
され、モルタル層を持ち上げたり、亀裂を生じさせたり
するのを防止でき効率良く蓄熱材に蓄熱でき、しかも、
上方からの荷重を枠体で支持できて、蓄熱材自体の耐荷
重性能が小さくてすみ、容器等による補強の不要な蓄熱
材が使用できるという利点がある。また、枠体に蓄熱材
の片面を接触させることで、枠体として金属製の枠体を
用いると枠体が均熱板の役目を兼用して熱伝導効率がよ
くなるものである。また、蓄熱材と断熱材層との間に弾
性を有するクッション材を配設し、該クッション材の弾
性力を、「蓄熱材の自重＜クッション材の弾性力＜モル
タルの自重」の条件となるように設定することで、クッ
ション材により蓄熱材を枠体に当接させることができる
と共に蓄熱材が体積膨張した際にクッション材により吸
収でき、しかもこの場合、モルタル層を持ち上げたり、
あるいは、亀裂が生じないようにできるものである。

【００２５】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の蓄熱式床暖房装置を示す断面図であ
る。

【図２】同上に用いる蓄熱材を示す斜視図である。

【図３】同上の蓄熱材を示す、（ａ）は冷却時の断面図
であり、（ｂ）は蓄熱時の断面図である。

【図４】同上に用いる枠体を示す斜視図である。

【図５】図１の蓄熱式床暖房装置における蓄熱材が体積
膨張した状態の断面図である。

【図６】クッションを用いた場合における問題点を示す
ための比較例の断面図である。

【図７】従来例においてモルタル層が持ち上がった状態
を示す断面図である。

【図８】従来例において亀裂が生じた状態を示す断面図
である。

【符号の説明】

１ 基礎床 ２ 断熱材層 ３ 蓄熱材 ４ 発熱体 ５ モルタル層 ６ 枠体 ７ クッション材

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F24D 11/00 F24D 13/02

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コンクリートスラブ等からなる基礎床上
   に断熱材層を設け、断熱材層の上に融解と凝固の過程で
   体積変化を伴う蓄熱材と発熱体とを設置すると共に断熱
   材層の上に打設されたモルタル層内に蓄熱材と発熱体と
   が埋設されてなる蓄熱式床暖房装置において、蓄熱材に
   上面部及び側面部に開口部のない断面コ字状の枠体を被
   せてモルタル層中に埋設し、該枠体の内部の容積が蓄熱
   材が体積膨張した際の体積よりも大きくなるように設定
   し、枠体に蓄熱材の片面を接触させ、蓄熱材と断熱材層
   との間に弾性を有するクッション材を配設し、該クッシ
   ョン材の弾性力を、 蓄熱材の自重＜クッション材の弾性力＜モルタルの自重 の条件と なるように設定して成ることを特徴とする蓄熱
   式床暖房装置。