JP2008096031A - 管を装着したハニカム構造体及びハニカムパネル - Google Patents

Abstract

【課題】住宅やビルの建材などに使用されるハニカムに、熱交換機能を付与できる新たなハニカム構造体及びその製造方法を提供する。
【解決手段】ハニカムを構成するセルの接着部２`の壁２に設けた孔を貫通する直線状の管３を複数本備え、且つ該管３はハニカムの全幅に亘っているハニカム構造体である。また、ハニカムを構成するセルの接着部の壁の上端部及び／又は下端部に設けた溝に直線状の管を複数本配設してなり、且つ該管はハニカムの全幅に亘っているハニカム構造体である。更に、上記のハニカム構造体の表裏面に面材を固着してハニカムパネルにしてもよい。また、上記のハニカム構造体又はハニカムパネルの管の端末同士を連結管で接続し、管に電気的発熱体を挿入するか又は熱媒体を流動させてなる熱交換器用エレメント又は受熱放熱板である。
【選択図】図１

Description

本発明は、ハニカム構造体に関し、更に詳しくは、ハニカムに管を装着し、ハニカムが有する本来の機能に、更に新たに熱交換機能を付加できるハニカム構造体及びその製造方法に関する。また、このハニカム構造体をコアとするハニカムパネル及び受熱放熱板に関する。

ハニカムは、六角形状のセルを有する蜂の巣状の構造物である。ハニカムは、その厚さ方向の強度が大きいことを利用して、その表裏面に面材を貼着したハニカムパネルの素材に用いられている。ハニカムパネルは、住宅やビルの建材として多用されている。またハニカムは、表面積が大きいことと整流機能とを利用して、触媒の担体などにも用いられている。

ハニカムパネルを受熱放熱板に利用することが提案されている。例えば、ハニカムパネルの表裏面材の一方の面材に屈曲した伝熱管を溶接し、また心材のハニカムに屈曲した伝熱管を嵌め込む切欠き部を設け、屈曲した伝熱管を溶接し上記の面材を、屈曲した伝熱管が心材の切欠き部に嵌め込まれるように配置して固着し、心材の他面に一方の面材を固着してハニカムパネルに構成した宇宙機器用コールドプレートが提案されている（特許文献1）。これは、心材のハニカムに屈曲した伝熱管を嵌め込む切欠き部を設けるのが煩雑であり、殊に建材などに用いる大きなハニカムパネルに適用して熱的効果を出すのは難しい。

また、ハニカムコアとハニカムコアの間にヒートパイプを配置し、その表裏面に面材を固着した電子機器用のハニカムパネルが提案されている（特許文献２）。これはハニカムの熱伝達性を十分に活かすことが出来ず、建材などに用いる大きなハニカムパネルでは効率が劣る。
特開平９−２５０８９２号公報 特開平１０−２１５０９３号公報

本発明は、住宅やビルの構造部材や壁・床材及び間仕切り等に使用される金属ハニカムやペーパーハニカム等のハニカムに、熱交換機能を付与できる新たなハニカム構造体及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、ハニカムを構成するセルの接着部の壁に設けた孔を貫通する直線状の管を複数本備え、且つ該管はハニカムの全幅に亘っていることを特徴とするハニカム構造体である。また、本発明は、ハニカムを構成するセルの接着部の壁の上端部及び／又は下端部に設けた溝に直線状の管を複数本配設してなり、且つ該管はハニカムの全幅に亘っていることを特徴とするハニカム構造体である。更に、本発明は、上記のハニカム構造体の表裏面に面材を固着してなる、管を内設したハニカムパネルである。また、上記のハニカム構造体又はハニカムパネルの管の端末同士を連結管で接続し、管に電気的発熱体を挿入するか又は熱媒体を流動させてなる熱交換器用エレメント又は受熱放熱板である。

また、本発明は、ハニカム素材の箔を複数枚重ね且つ該箔同士を一定間隔を置いて設けた接着部で接着してハニカムブロックを作成し、このハニカムブロックを展張してハニカムを製造する方法において、該ハニカムブロックの接着部に、展張する方向と同方向に貫通孔を複数個所穿孔し、この貫通孔に管を挿通し、その後展張することを特徴とするハニカム構造体の製造方法である。更に本発明は、ハニカム素材の箔を複数枚重ね且つ該箔同士を一定間隔を置いて設けた接着部で接着してハニカムブロックを作成し、このハニカムブロックを展張してハニカムを製造する方法において、該ハニカムブロックの接着部分の上面部及び／又は下面部に、展張する方向と同方向に溝を複数個所設けた後に展張してハニカムにし、その後形成された溝に管を埋め込み固着することを特徴とするハニカム構造体の製造方法である。

本発明のハニカム構造体は、ハニカムを構成するセルの接着部の壁に設けた孔を貫通する直線状の管を複数本備え、或はハニカムを構成するセルの接着部の壁の上端部及び／又は下端部に設けた溝に固着した直線状の管を複数本備え、且つこれらの管をハニカムの全幅に亘るようにしたもので、ハニカム構造に、厚さ方向の強度が大きく、表面積が大きいなどの特徴を維持して、管を蜜に内設することができる。そして、この管内に電気的発熱体を挿入したり、また管内に熱媒体を流すことによって、ハニカム構造の強靭性を維持しつつ、大きな表面積により熱伝達率が良く且つ整流効果のある熱交換機用エレメントとして利用できる。また、このハニカム構造体の表裏両面に面材を固着させることによって、軽量で剛性があり、熱交換機能に優れたハニカムパネルにすることができる。このハニカムパネルを住宅やビルの建材、例えば、間仕切壁、壁面、天井、床などに用いると、ハニカムパネルが輻射熱冷暖房パネルの作用をなし、室内の冷暖房を行うことができる。また、屋根材に使用すると融雪機能を持つ屋根を作ることができる。また、本発明の製造方法によると、上記のハニカム構造体を、能率よく、簡単に製造することができる。

本発明のハニカム構造体のハニカムの材料には、金属材料、樹脂、紙等が用いられる。金属材料としては、例えばアルミニウム、銅、ステンレス等が用いられる。樹脂としては、例えばポリエステル、ナイロン、アクリル系樹脂、ポリオレフィン、塩化ビニル系樹脂などが用いられる。紙は樹脂含浸した紙などが用いられる。ハニカムのセルサイズは３／１６〜３．０インチ（４．７６〜７６．４ｍｍ）が好ましい。ハニカムの厚みは設計される壁厚に従い規定され任意である。またハニカムに内包される管は、アルミニウム、銅、ステンレス等の熱伝導性が良い金属材材料が好ましい．その他に樹脂材料を使用してもよい。管の断面形状は円形状のものに限らず多角形の管の使用も可能である。ハニカム構造体の表裏面に面材を固着してハニカムパネルとするときの面材の材質はアルミニウム、銅、ステンレス等の金属材料の他に樹脂、木材などの非金属材料を使用してもよい。

図を用いて、本発明を更に詳しく説明する。図１は、ハニカムを構成するセルの接着部の壁に設けた孔を貫通する直線状の管を複数本備え、且つ該管はハニカムの全幅に亘っているハニカム構造体の例の斜視図である。図１において、１はハニカムを構成するセルである。２はセルの接着部の壁、２`はハニカム構成箔の２枚が接着した接着部である。３は管である。１−１図及び１−３図は、本発明のハニカム構造体の例を示した斜視図であり、１−２図は、１−１図の部分拡大斜視図である。１−１図は、ハニカムを構成するセル１の接着部の壁２の中心部に設けた孔を貫通する直線状の管３備え、この管３がハニカムの全幅に亘っているハニカム構造体を示す。１−２図に示すように、接着部２`の壁２は、ハニカム構成箔の２枚が接着しているため、一枚の箔で構成されている他の壁より強靭である。そのため、管を貫通させても、ハニカム構造体の強度への影響が少ない。１−３図は、ハニカム構造体の厚みを大きくし、ハニカムを構成するセル１の接着部の壁２に上下に２本の貫通する管３を備え、この管３がハニカムの全幅に亘っているハニカム構造体を示す。管の配列方向に対する断面で見たとき、管３は、セル一つ置きに配置されてもよいし、千鳥状に配置されてもよい。

図２は、ハニカムを構成するセルの接着部の壁の上端部及び／又は下端部に設けた溝に直線状の管を複数本配設してなり、且つ該管はハニカムの全幅に亘っているハニカム構造体の例の斜視図である。図２において、１はハニカムを構成するセル、２はセルの接着部の壁、２`はハニカム構成箔の２枚が接着した接着部である。３は管である。２−１図は及び２−３は、本発明のハニカム構造体の例を示した斜視図であり、２−２図は、２−１図の部分拡大斜視図である。２−１図は、ハニカムを構成するセル１の接着部の壁２の上端部に設けた溝に配設した直線状の管３を備え、この管３がハニカムの全幅に亘っているハニカム構造体を示す。２−２図に示すように、接着部２`の壁２は、ハニカム構成箔の２枚が接着しているため、一枚の箔で構成されている他の壁より強靭である。そのため、その上端部又は下端部に管を配設する溝を設けても、ハニカム構造体の強度への影響を低減させ得る。２−３図は、ハニカム構造体の厚みを大きくし、一つ置きのセルの接着部の壁２の上端部又は下端部に溝を設け、その溝に管を配設し、この管３がハニカムの全幅に亘っているハニカム構造体を示す。管を溝に配設するには、溝に接着剤で接着固定するのが好ましい。

図１、図２に示すハニカム構造体は、例えば熱交換器用エレメントに用いることができる。この場合、管に連続的に電気的発熱体を挿入したり又は熱媒体を流動させるように、上記のハニカム構造体の管の端末同士を連結する。管の末端同士を連結するには、Ｕ字管を用いて繋いでもよいし、管の数に適合する接続口を有するヘッダーを用いて繋いでもよい。図３は、本発明のハニカム構造体を熱交換器用エレメントに利用した一例で、気体を流通させるダクトの中に熱交換器用エレメントを配置し、気体を加熱又は冷却する例である。図３において、３０、３２はダクト、３１は気体の入口、３３は気体の出口、３４は熱交換器用エレメント収納部、３５はハニカム構造体からなる熱交換器用エレメントである。３６は熱交換器用エレメントへの熱媒体入口、３７はこの熱媒体の出口である。３８は管の末端同士を繋ぐＵ字状管である。

前述の本発明のハニカム構造体の表裏面に面材を固着してハニカムパネルを作成してもよい。ハニカムに面材を固着させるには、接着剤を用いて、それ自体公知の方法で行える。面材には平板を用いるが、パンチングプレートを用いてもよい。図４は、本発明のハニカムパネルの例である。４−１図は、１−１図に示したハニカム構造体の表裏両面に平板４を接着固定した例である。４−２図は、ハニカム構造体の表裏両面にパンチングプレート５を接着固定した例である。符号１〜３は、前記の説明と同じである。

図５は、上記したハニカムパネルの管の端末同士を連結管で接続した例である。５−１図は、管の端末同士をＵ字管６で繋いだ例である。また、５−２図は、管の末端同士をヘッダー７で繋いだ例である。このヘッダー７は管の数に適合する接続口を有する。符号１〜５は、前記の説明と同じである。そして、管内に電気的発熱体を挿入するか又は管内に熱媒体を流すことによって、このハニカムパネルは受熱放熱板に用いられる。

この受熱放熱板は、ハニカムコアのフィン効果でむらのない受熱放熱面を有すると共にハニカムパネル特有の剛性を有する。したがって、住宅やビルの冷暖房を構築するための建材として有用である。特に、面材にパンチングプレート等の穴あき面材を使用した場合には、面材表面の輻射による冷暖効果に加え、ハニカムコアとそれに接する配管の表面に生ずる対流が、孔あき部（開口部）を通して室内に放出され、緩やかな気流となって循環し、居住空間の環境条件を平均化することができる。また、本発明のハニカムパネルの面材にアルミや銅等の金属材料を使用した場合には、電磁波遮断機能を付与することも可能であるので、電磁波遮断機能を必要とする家屋や部屋の冷暖用構造材に有用である。

次に、本発明のハニカム構造体の製造方法を説明する。まず、ハニカムを構成するセルの接着部の壁に設けた孔を貫通する直線状の管を複数本備え、且つ該管はハニカムの全幅に亘っているハニカム構造体の製造例を説明する。すなわち、ハニカム素材の箔を複数枚重ね且つ該箔同士を一定間隔を置いて設けた接着部で接着してハニカムブロックを作成し、このハニカムブロックを展張してハニカムを製造する方法において、該ハニカムブロックの接着部に、展張する方向と同方向に貫通孔を複数個所穿孔し、この貫通孔に管を挿通し、その後展張してハニカム構造体にする製造方法について説明する。

図６は、その製造過程を示した図である。６−１図において、８はハニカムブロックである。このハニカムブロック８は、ハニカムの素材である帯状の箔９の複数枚を、該箔同士を一定間隔で設けた接着部１０で接着した状態で重ねたものである。すなわち、各箔９は、接着部１０で互いに接着している。１１は非接着部である。このハニカムブロック８を横方向に伸展すると、非接着部１１の部分が開いて接着部１０と共に６角形のセルを構成し、ハニカムが得られる。本発明方法では、ハニカムブロック８の接着部１０に、伸展方向に平行に、ハニカムブロック８を貫通する孔１２を複数本穿つ。６−１図はこの状態を示す。

このハニカムブロック８に穿った孔１２のそれぞれに、所定の長さ、すなわちハニカムブロック８を所定の幅に伸展してハニカムにしたとき、そのハニカムの全幅に亘る長さに切断した管３を通す（６−２図）。次いで、ハニカムブロック８を横方向に伸展させる。この伸展のとき、管３を連結するＵ字管６を各管の末端に接合していてもよい。６−３図は及び６−４図はその過程を示す図である。６−５図は、伸展作業が終了したときのハニカム構造体の斜視図である。また、伸展作業が終了したとき、管内に流体を封入して加圧して管を膨らませて、管をハニカム構造体に密着させてもよい。図６において、符号１、３は前述と同じである。

ハニカムを構成するセルの接着部の壁の上端部及び／又は下端部に設けた溝に直線状の管を複数本配設してなり、且つ該管がハニカムの全幅に亘っているハニカム構造体は、例えば次のようにして製造する。すなわち、ハニカム素材の箔を複数枚重ね且つ該箔同士を一定間隔を置いて設けた接着部で接着してハニカムブロックを作成し、このハニカムブロックを展張してハニカムを製造する方法において、該ハニカムブロックの接着部分の上面部及び／又は下面部に、展張する方向と同方向に溝を複数個所設けた後に展張してハニカムにし、その後形成された溝に管を埋め込み固着してハニカム構造体を製造する。

図７は、その製造過程を示す図である。７−１図において、１３はハニカムブロックである。このハニカムブロック１３は、ハニカムの素材である帯状の箔１４の複数枚を、該箔同士を一定間隔で設けた接着部１５で接着した状態で重ねたものである。すなわち、各箔１４は、接着部１５で互いに接着している。１６は非接着部である。本発明方法では、ハニカムブロック１３の接着部１５の上端及び／又は下端に、伸展方向に平行に、ハニカムブロック１３全幅に亘って溝１７を設ける。この例では溝を上面部に設けている。７−１図はこの状態を示す。

次いで、このハニカムブロック１３を横方向に伸展する。非接着部１６の部分が開いて接着部１５と共に６角形のセルを構成し、ハニカムが得られる。このハニカムは、セルの接着部の壁の上端に溝が存在している。７−２図はこの状態を示す図である。この溝１７に、管３の端部をＵ字管６で連結した配管（７−３図）を埋め込み（７−４図）、接着剤で接着固定して目的のハニカム構造体を製造する。上記の溝１７は、管３を埋め込み可能な大きさにする。また、管３は、連結することなく一本ずつ溝に埋め込み、その後管３の端部をＵ字管６で連結してもよい。また、管３の端部の連結にＵ字管６に代えてヘッダー管を用いてもよい。

図６に示す方法によって、セルを構成する箔に厚さ０．０８６ｍｍのアルミニウム板を用いて、セルサイズ（セルの接着壁と接着壁との間隔）が３／４インチであり、外径６．２ｍｍ、板厚０．５ｍｍ、長さ１６００ｍｍの円形管を内設したハニカム構造体を作成した。管は、３２ｍｍピッチで４６本挿入した。このハニカム構造体の両面に面材を接着してハニカムパネルを製造した。面材には板厚０．５ｍｍのアルミニウム板を用いた。このハニカムパネルは、幅１5００ｍｍ、長さ15００ｍｍ、厚さ３０ｍｍであった。
このハニカムパネルを放熱板に用いた。その管内に０．２１７Ω／１．５ｍの電気抵抗値を有する発熱体を挿入し、それぞれ発熱体を直列に結線した。直列に結線された両端に１００Ｖの交流電圧をかけ通電し電流を測定したところ１０Ａであつた。このハニカムの発熱量は１０００Ｗ／ｈｒで有り、約８６０ｋｃａｌ／ｈｒの熱量を放熱することになる。この放熱板を室温２５℃の室内に放置し時経的に両面温度と面板温度のバラツキを測定した。設定した室温環境で表面温度が変化するが、そのバラツキは平均表面温度に対し±２℃程度であった。伝熱の均一性に優れていることがわかる。

本発明のハニカム構造体の一例を示す斜視図 本発明のハニカム構造体の他の例を示す斜視図 本発明のハニカム構造体を熱交換器用エレメントに用いた例の斜視図。 本発明のハニカム構造体をコアに用いたハニカムパネルの斜視図 図４のハニカムパネルの管の末端同士を連結した斜視図 本発明のハニカム構造体の製造過程の一例を示す斜視図 本発明のハニカム構造体の製造過程の他の例を示す斜視図

符号の説明

１ ハニカムのセル、２ セルの接着部の壁、３ 管、４，５ 面材、６ Ｕ字管、７ ヘッダー管、８，１３ ハニカムブロック、１０，１５ 接着部、１１，１６ 非接着部、１２ 孔、１７ 溝

Claims (7)

1. ハニカムを構成するセルの接着部の壁に設けた孔を貫通する直線状の管を複数本備え、且つ該管はハニカムの全幅に亘っていることを特徴とするハニカム構造体。
2. ハニカムを構成するセルの接着部の壁の上端部及び／又は下端部に設けた溝に直線状の管を複数本配設してなり、且つ該管はハニカムの全幅に亘っていることを特徴とするハニカム構造体。
3. 請求項１又は請求項２に記載のハニカム構造体の表裏面に面材を固着してなる、管を内設したハニカムパネル。
4. 請求項１又は請求項２に記載のハニカム構造体の管の端末同士を連結管で接続し、管に電気的発熱体を挿入するか又は熱媒体を流動させてなる熱交換用エレメント。
5. 請求項３に記載のハニカムパネルの管の端末同士を連結管で接続し、管に電気的発熱体を挿入するか又は熱媒体を流動させてなる受熱放熱板。
6. ハニカム素材の箔を複数枚重ね且つ該箔同士を一定間隔を置いて設けた接着部で接着してハニカムブロックを作成し、このハニカムブロックを展張してハニカムを製造する方法において、該ハニカムブロックの接着部に、展張する方向と同方向に貫通孔を複数個所穿孔し、この貫通孔に管を挿通し、その後展張することを特徴とする請求項１記載のハニカム構造体の製造方法。
7. ハニカム素材の箔を複数枚重ね且つ該箔同士を一定間隔を置いて設けた接着部で接着してハニカムブロックを作成し、このハニカムブロックを展張してハニカムを製造する方法において、該ハニカムブロックの接着部分の上面部及び／又は下面部に、展張する方向と同方向に溝を複数個所設けた後に展張してハニカムにし、その後形成された溝に管を埋め込み固着することを特徴とする請求項２記載のハニカム構造体の製造方法。

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