JP2016200298A - 輻射パネル - Google Patents

Abstract

【課題】効率的な輻射を実現することができ、熱交換パイプのパネル本体への組込みが容易な輻射パネルを提供する。【解決手段】輻射パネル１０は、パネル本体１２と、パネル本体１２の裏面側に配置され、熱媒体が流れる熱交換パイプ１６と、パネル本体１２と熱交換パイプ１６との間に配置され、面内方向の熱伝導率が厚さ方向の熱伝導率よりも高い熱伝導特性を有し、曲げ加工により熱交換パイプ１６の外周面に面接触する面接触部を有する熱伝導シート１８とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、輻射空調を行うための輻射パネルに関する。

従来、天井に敷設する輻射パネルとして、金属製のパネル本体の裏面に樹脂製の熱交換パイプを配置し、熱交換パイプに所望の温度の熱媒体を流すことにより、パネル本体からの輻射によって室内の冷暖房を行うものが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

この輻射パネルは、複数の吸音孔が形成された金属製のパネル本体と、均熱板及び保持部を有し、均熱板が接着層によってパネル本体に固定された金属製の保持部材と、保持部材の保持部に保持された樹脂製の熱交換パイプとを備える。また、パネル本体の裏面の均熱板以外の領域には、セラミックシート、グラスウールシート等による不燃シートを敷設している。この構成により、室内で火災が発生しても、炎が吸音孔からパネル本体の裏側に進入して熱交換パイプに引火したり、熱交換パイプが熱で溶けるのを防ぐことができる。

近年、平面にわたる迅速かつ一様な熱分配を達成するため、平面内における優れた熱伝導を可能にした熱伝導板及びそれを用いた暖房装置が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。

この特許文献２には、板平面に対して平行方向（面内方向）において少なくとも５．５Ｗ／ｍ・Ｋ、板平面に対して垂直方向（厚さ方向）において３．６Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率を有する厚さ８〜５０ｍｍの黒鉛シート板（熱伝導板）が開示されている。また、特許文献２には、上記熱伝導板を用いた暖房装置として、一対の熱伝導板の間に熱媒体を搬送する金属製又は樹脂製の管を配置し、一対の熱伝導板を管とともに圧縮して一対の熱伝導板間を結合剤なしに接合した暖房装置が開示されている。

特開２００９−１７４８２６号公報 特開２００６−６４２９６号公報

従来の輻射パネルは、金属製の保持部材によって熱交換パイプとパネル本体とを熱結合しているが、熱伝達特性としてはまだ十分ではない。また、従来の輻射パネルの製造には、比較的高価な複数の保持部材が平行になるように輻射パネルに固定する工程、及び特殊な工具を用いて受け具に熱交換パイプを固定する工程が必要になることから、コスト高を招くおそれがある。

従来の熱伝導板は、膨張された炭素から形成されているため、それ自体で平坦な形状を維持することは難しく、輻射パネルへの組込みが難しい。

したがって、本発明の目的は、効率的な輻射を実現することができ、熱交換パイプのパネル本体への組込みが容易な輻射パネルを提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するために、パネル本体と、前記パネル本体の裏面側に配置され、熱媒体が流れる管状部材と、前記パネル本体と前記管状部材との間に配置され、面内方向の熱伝導率が厚さ方向の熱伝導率よりも高い熱伝達特性を有し、曲げ加工により前記管状部材の外周面に接触する接触部を有する熱伝導シートとを備えた輻射パネルを提供する。

本発明によれば、効率的な輻射を実現することができ、パネル本体への組込みが容易となる。

図１は、本発明の実施の形態に係る輻射パネルの平面図である。 図２は、図１のＡ−Ａ線断面図である。 図３は、図１のＢ−Ｂ線断面図である。 図４は、熱交換パイプの部分破断斜視図である。 図５は、本実施の形態の輻射パネルの使用方法を説明するための概略図である。 図６は、熱交換パイプの変形例を示す部分破断斜視図である。 図７（ａ）〜（ｅ）は、熱伝導シートの変形例を示す要部断面図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、各図中、実質的に同一の機能を有する構成要素については、同一の符号を付してその重複した説明を省略する。

図１は、本発明の実施の形態に係る輻射パネルの正面図である。図２は、図１のＡ−Ａ線断面図、図３は、図１のＢ−Ｂ線断面図である。

この輻射パネル１０は、板状のパネル本体１２と、パネル本体１２の裏面１２ａ側に配置され、水等の熱媒体が流れる熱交換パイプ１６と、パネル本体１２と熱交換パイプ１６との間に配置され、熱交換パイプ１６の熱をパネル本体１２に伝達する熱伝導シート１８Ａ、１８Ｂ（これらを総称するときは「熱伝導シート１８」という。）とを備える。ここで、熱交換パイプ１６は、管状部材の一例である。

（パネル本体の構成）
パネル本体１２は、例えばアルミニウム、アルミニウム合金、鋼板等の金属、樹脂、石膏ボード、コンクリート等から形成され、複数の吸音孔１４が貫通して形成されている。パネル本体１２は、例えば０．５〜２ｍｍあるいは０．５〜１ｍｍの厚さの金属板で形成されている。

パネル本体１２の平面視の形状は、例えば、正方形（例えば６００ｍｍ×６００ｍｍ）であるが、長方形（例えば６００ｍｍ×１２００ｍｍ）でもよい。例えば、パネル本体１２の形状を平面視で１：２の長方形とすることにより、１つのパネル本体１２の長辺に他の２つのパネル本体１２の短辺を組み合わせ、必要に応じて正方形のパネル本体１２を用いることにより、矩形の天井面、側壁、床面に施工し易くなる。

なお、パネル本体１２は、周囲の４つの辺に側壁を設けてもよい。側壁から内側あるいは外側に折り曲げた鍔部をさらに設けてもよい。側壁、又は側壁及び鍔部を設けることによりパネル本体１２の剛性を高めることができる。

吸音孔１４は、例えば格子状に配列され、縦横のピッチは、例えば５〜２０ｍｍとなっている。吸音孔１４の孔径は、吸音効果の点で０．５〜３ｍｍが好ましい。また、吸音孔１４の孔径は、吸音率がやや低下するが、視覚の点で０．５〜１ｍｍが好ましく、０．６〜０．８ｍｍがより好ましい。吸音孔１４の孔径を０．５〜１ｍｍとすることにより、２ｍ離れた所からパネル本体１２を見たときに吸音孔１４が孔として視認され難くなり、不安な気持ちを少なくさせるという効果が得られる。吸音孔１４の数及び直径は、例えば開口率０．８〜３％となるように定められる。なお、発明者によるJIS A 1409に定められた残響室法吸音率測定によると、吸音孔１４の孔径２．５ｍｍ、開口率１６％の金属製のパネル本体１２に対し、吸音孔１４の孔径０．７ｍｍ、開口率１．６％としても吸音率は、５１％から４１％へ若干の低下にとどまることが実証できている。

熱交換パイプ１６は、パネル本体１２の一方向の幅を横切る直線部１６ａと、パネル本体１２の端部に達する前に湾曲しながら折り返す曲線部１６ｂが交互に形成され、連続して蛇行している。

熱伝導シート１８Ａは、熱交換パイプ１６の直線部１６ａを保持する第１谷部１８１と第２谷部１９１及び一対の山部１８２を有している。第１谷部１８１及び山部１８２は、例えば、シート状素材の曲げ加工（プレス加工も含む。）によって形成される。熱伝導シート１８Ａの第１谷部１８１及び一対の山部１８２は、熱交換パイプ１６の複数（図１では４つ）の直線部１６ａに沿って形成されており、直線部１６ａの長手方向の断面形状が一定となっている。第１谷部１８１の内側の面は熱交換パイプ１６の外周面に密着するように半円状に形成されている。第２谷部１９１の外側はパネル本体１２に接触する。熱伝導シート１８Ａは、一対の山部１８２で熱交換パイプ１６を挟むように構成されている。熱交換パイプ１６の直線部１６ａを一対の山部１８２間に差し込むことで、無理な力を入れることなく熱交換パイプ１６を熱伝導シート１８Ａ上に容易に配置することができる。熱伝導シート１８Ａの山部１８２とパネル本体１２との間の空間は、共鳴空間となり、ヘルムホルツ共鳴による吸音が可能になる。熱伝導シート１８Ａとパネル本体１２とは、接着してもよいし、接着せずに熱伝導シート１８Ａをパネル本体１２の上に置くだけでもよい。ここで、第１谷部１８１は熱交換パイプ１６との面接触部の一例であり、第２谷部１９１はパネル本体１２との面接触部の一例である。

熱伝導シート１８Ｂは、熱交換パイプ１６の曲線部１６ｂとパネル本体１２との間に配置されており、熱交換パイプ１６の曲線部１６ｂが熱伝導シート１８Ｂに線接触している。熱伝導シート１８Ｂとパネル本体１２とは、接着してもよいし、接着せずに熱伝導シート１８Ｂをパネル本体１２の上に置くだけでもよい。

熱伝導シート１８は、膨張させた黒鉛を圧延によりシート化した膨張黒鉛シート、膨張黒鉛シートに可とう性を付与した可とう性膨張黒鉛シート、繊維に熱伝導粉末を添加してなる湿式抄紙の黒鉛シート等や、これらと他の金属又は樹脂との複合材を用いることができる。膨張黒鉛シートとしては、例えば東洋炭素株式会社製の膨張黒鉛シート（型式ＰＦ−ＵＨＰ、厚さ０．２〜１．５ｍｍ、厚さ方向の熱伝導率５Ｗ／ｍＫ、面内方向の熱伝導率２００Ｗ／ｍＫ）等を用いることができる。湿式抄紙の黒鉛シートとしては、例えば阿波製紙株式会社製のＣＡＲＭＩＸ（黒鉛シート）等を用いることができる。

（熱交換パイプの構成）
図４は、熱交換パイプ１６の部分破断斜視図である。熱交換パイプ１６は、３層構造のガスバリア性チューブであり、内周面に位置する第一層１７はポリウレタンであり、その外側の第二層１９はエチレン−ビニルアルコール共重合体（以下、ＥＶＯＨと言う。）であり、その外側で外周面に位置する第三層２１はポリウレタンである。ＥＶＯＨはガスバリア性が高く、熱交換パイプ１６を通る熱交換流体に空気中の酸素が溶け込むことを防ぐ。

図５は、輻射パネル１０の使用方法を説明するための概略図である。室内の天井に複数の輻射パネル１０を並べて取り付け、このときパネル本体１２の裏面１２ａが屋根裏側となるようにする。そして、熱交換パイプ１６の端部同士を連結部材２４で接続する。複数枚の輻射パネル１０を接続した熱交換パイプ１６の一方の端部を、供給側メインパイプ２６に接続し、他方の端部を戻り側メインパイプ２８に接続する。供給側メインパイプ２６と戻り側メインパイプ２８は、温水器等の熱源３０に接続されている。

熱源３０は、輻射パネル１０の熱交換パイプ１６に所望の温度の熱交換用流体を供給している。熱交換流体は、例えば水である。熱源３０から供給側メインパイプ２６に供給された所定温度の水は、熱交換パイプ１６の一方の端部から供給され、連結部材２４で連結された複数の熱交換パイプ１６を通過して他方の端部から戻り側メインパイプ２８に流れ、熱源３０に戻る。水が熱交換パイプ１６を通過する過程で、熱伝導シート１８を介してパネル本体１２との間で熱交換を行う。熱源３０では、再び水を所望の温度に調整し、供給側メインパイプ２６に供給する。

（実施の形態の作用、効果）
本実施の形態の輻射パネル１０によれば、以下の作用、効果を奏する。
（１）熱伝導シート１８は水平方向への熱伝導性が高いため、熱交換パイプ１６とパネル本体１２の間で熱伝導シート１８を介して熱交換が行われ、熱効率が良好になる。
（２）熱伝導シート１８の第１谷部１８１とパネル本体１２とは線接触であるが、第２谷部１９１とパネル本体１２とは面接触するので、パネル本体１２全体に均一な温度分布を得ることができる。
（３）熱交換パイプとして樹脂製のものを用い、熱伝導部材として薄くて軽い熱伝導シート１８を用いているので、軽量化を図ることができ、熱伝導シート１８及び熱交換パイプ１６のパネル本体１２への組込みが容易になる。
（４）パネル本体１２に吸音孔１４を設け、熱伝導シート１８Ａの山部１８２とパネル本体１２との間の空間を共鳴空間としているので、ヘルムホルツ共鳴により大きな吸音効果が得られる。
（５）熱交換パイプ１６は三層構造であり、第一層１７と第三層２１はポリウレタンで柔軟性があり加工しやすく、第二層１９はガスバリア性が高いＥＶＯＨで作られ、循環する水に空気中の酸素が溶けることを防いでいる。水に酸素が溶けないため、連結部材２４等が金属で作られていても腐食することがなく耐久性を持たせることができる。
（６）従来の銅等の金属製の熱交換パイプと比較した場合、輻射パネル１０の質量を１０％程度小さくすることができるものであり、この輻射パネル１０を天井パネルに用いた建物について、輻射パネル１０の質量の軽減効果は耐震性等に大きく影響するものである。

（熱交換パイプの変形例）
図６は、熱交換パイプ１６の変形例を示す斜視図である。なお、熱交換パイプ１６は３層構造以外に、図６に示すように４層構造でもよい。図６に示す熱交換パイプ１６のガスバリアチューブは、内周面に位置する第一層３４はナイロンであり、その外側の第二層３６はポリウレタンである。そして、その外側の第三層３８がＥＶＯＨであり、その外側で外周面に位置する第四層４０はポリウレタンである。第一層３４のナイロンは、水に強いため、熱交換パイプ１６等の耐久性を高めることができる。また、このガスバリアチューブの外側にナイロンを積層したり、ナイロン以外に公知の樹脂を積層することもできる。

（熱伝導シートの変形例）
図７（ａ）〜（ｅ）は、熱伝導シート１８Ａの変形例を示す。

図７（ａ）に示す熱伝導シート１８Ａは、第１谷部１８１と山部１８２のそれぞれに平坦面１８１ａ、１８２ａを設け、第１谷部１８１と山部１８２とを傾斜した傾斜部１８３で接続したものである。なお、第１谷部１８１及び山部１８２は、連続した弧状に形成されてもよい。

図７（ｂ）に示す熱伝導シート１８Ａは、第１谷部１８１と山部１８２のそれぞれに平坦面１８１ａ、１８２ａを設け、第１谷部１８１と山部１８２とを垂直な起立部１８４で接続したものである。図７（ａ）、（ｂ）に示す構成によれば、熱交換パイプ１６と熱伝導シート１８Ａとを３箇所で線接触させることができる。

図７（ｃ）に示す第２の熱伝導シート１８Ａは、第１谷部１８１は半円状を有し、山部１８２に平坦面１８２ａを設け、第１谷部１８１と山部１８２とを曲線部１８５で接続したものである。図７（ｃ）に示す構成によれば、熱交換パイプ１６と熱伝導シート１８Ａとを面接触させることができる。

図７（ｄ）に示す熱伝導シート１８Ａは、第１谷部１８１のピッチＰｖを熱交換パイプ１６のピッチＰｐの１／２としたものである。

図７（ｅ）に示す熱伝導シート１８Ａは、第１谷部１８１のピッチＰｖを熱交換パイプ１６のピッチＰｐの１／２とし、第１谷部１８１の高さｈを熱交換パイプ１６の高さＨの１／２以下としたものである。なお、第１谷部１８１と熱交換パイプ１６の関係は、図７（ｄ）、（ｅ）に示すものに限られず、Ｐｖ＝Ｐｐ／Ｎ（Ｎは整数）としてもよい。

［他の実施の形態］
なお、本発明の実施の形態は、上記各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲内で種々に変形実施が可能である。例えば、熱交換パイプ１６の曲線部１６ｂの側の熱伝導シート１８Ｂも直線部１６ａ側の熱伝導シート１８Ａと同様に谷部と一対の山部を形成して曲線部１６ｂを谷部に面接触させてもよい。

また、熱伝導シート１８Ｂをパネル本体１２の裏面全体に敷設してもよく、この場合は熱伝導シート１８Ｂに吸音孔を形成し、パネル本体１２の吸音孔１４と連通させることが望ましい。一方、熱伝導シート１８Ａのみで所望の熱伝導性が得られれば、熱伝導シート１８Ｂを省いても構わない。

また、管状部材として、輻射パネル１の熱媒体の供給側に配置される供給側メインパイプと、供給側メインパイプに対向して熱媒体の戻り側に配置される戻り側メインパイプと、供給側メインパイプ及び戻り側メインパイプよりも細い内径を有し、供給側メインパイプと戻り側メインパイプとの間を接続する複数の熱交換パイプと、供給側メインパイプの一端側に設けられた供給側コネクタと、戻り側メインパイプの一端側に設けられた戻り側コネクタとを備えたものを用いてもよい。このような構成においても熱交換パイプは熱伝導シート１８Ａの第１谷部１８１に面接触する。

本発明は、住居ビル、オフィスビル、デパート、ホテル、マンション、学校、一般住宅等の建物、地下街通路、商業施設、イベント会場、スポーツスタジアム等の施設における天井面、床面、側壁等に利用可能である。

１０…輻射パネル、１２…パネル本体、１２ａ…裏面、１４…吸音孔、
１６…熱交換パイプ、１６ａ…直線部、１６ｂ…曲線部、１７…第一層、
１８、１８Ａ、１８Ｂ…熱伝導シート、１８ｃ…空間、１９…第二層、
２１…第三層、２４…連結部材、２６…供給側メインパイプ、２８…戻り側メインパイプ、
３０…熱源、３４…第一層、３６…第二層、３８…第三層、４０…第四層、
１８１…第１谷部、１８１ａ…平坦面、１８２…山部、１８２ａ…平坦面、
１８３…傾斜部、１８４…起立部、１８５…曲線部、１９１…第２谷部、
Ｐｐ、Ｐｖ…ピッチ

Claims (2)

1. パネル本体と、
   前記パネル本体の裏面側に配置され、熱媒体が流れる管状部材と、
   前記パネル本体と前記管状部材との間に配置され、面内方向の熱伝導率が厚さ方向の熱伝導率よりも高い熱伝達特性を有し、曲げ加工により前記管状部材の外周面に接触する接触部を有する熱伝導シートとを備えた輻射パネル。
2. 前記パネル本体は、複数の吸音孔が形成された、
   請求項１に記載の輻射パネル。
   
   

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