JP2004036287A

JP2004036287A - 伝熱効率を高めた板材および同板材を用いた伝熱構造

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Publication number: JP2004036287A
Application number: JP2002196818A
Authority: JP
Inventors: Seiichi Maeda; 前田　誠一
Original assignee: IZENA KK; Izena Co Ltd
Current assignee: IZENA KK; Izena Co Ltd
Priority date: 2002-07-05
Filing date: 2002-07-05
Publication date: 2004-02-05
Anticipated expiration: 2022-07-05
Also published as: JP4011421B2

Abstract

【課題】床板、壁板等として利用できる板材の熱伝達効率を高める。
【解決手段】（Ａ）乃至（Ｄ）はいずれも板材の断面構造であるが、例えば（Ａ）の構成で説明すると、板材１Ａは両側縁部の木質部１Ａ、１Ｂと、中央の伝熱部材３と、この伝熱部材３の上面の透明板４とが一体化されることにより板材１Ａが構成される。板材１Ａの裏面には水容器、コンクリート等の蓄熱材が配置され、太陽光Ｌは透明板４を介して伝熱部材３に照射され、昇温した伝熱部材３の熱は裏面に伝達され蓄熱材に蓄熱される。夜間は、逆にこの伝熱部材３を介して蓄熱材の熱が室内に放出され暖房が行われる。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は家屋等の構造物の一部として利用する部材に係り、特に蓄熱材に対して効果的に熱伝達を行うよう構成した板材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
発明者等は水或いはこれに類する液体を充填した袋状の容器を蓄熱材として家屋等の構造物の床面下部等に配置し、床面を介して室内空間を暖房する構造を提案している（特願平５−１３５１７８号、同５−１９９８３号、同１０−４２９８１号等）。
【０００３】
図７及び図８において、根太と称される仕切材５２により構造物（家屋）の床面の下部に形成された空間内に蓄熱材として袋状の水容器５０がそれぞれ配置されている。水容器５０を各空間部に配置したならば床板５１を張って床面が形成される。
【０００４】
この構成により、例えば冬季に床面に照射する日光は床面を温め、この熱は床面の下部空間に配置されている水容器５０内の水Ｗに伝達され蓄熱される。蓄熱された熱は夜間等、周囲の温度が低下すると放熱され、室内を温める。なお、この場合、水容器５０に対して電気ヒータ等の発熱材を配置して、前記日光による蓄熱に加えて水容器５０に直接伝熱する方法も併用することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述の構成において、床面に照射した日光による熱は床材を介して水容器５０に伝達されるので、水容器５０に対する熱の伝達はこの床材の熱伝達率により決定されてしまう。床部は通常、木材である板材を張りつめることより形成されるわけであるが、単なる家屋の構成部材として形成されている従来の板材では、熱伝達率にも自ずと限界がある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上述の問題点に鑑み構成されたものであって、家屋の床材或いは外壁更には屋根部等に配置し、高い集熱率と熱伝達率を達成するよう構成した板材である。
即ち、本発明は家屋の床面、外壁等を形成する板材の構造に係り、板材の少なくとも一部を金属等の熱伝達率の高い材料により構成し、当該板材の受光面に対向する面に近接位置し或いは密着している水容器等の受熱対象物に対する熱伝達を高めるよう構成した板材であることを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
床面や壁面を形成するための板材は、複数の部材から構成されており、板材の長手方向両側縁は木材により木質部が形成され、例えば複数の板材を用いて床面とする場合に、各板材を固定するためにこの木質部を釘打ちすることにより従来板材と同じように扱うことが可能に構成されている。
【０００８】
両側縁部に囲まれた中央部はアルミニウム等をはじめとする金属等伝熱性の高い材料からなる伝熱部となっている。この伝熱部の構成は各種のものが考えられ、例えば伝熱部の上面部分をアクリル樹脂或いはガラス等の光透過性を有する材料により覆う構成、或いは上下２枚の熱伝達部材を有する構成、上下２枚の熱伝達部材の間に、同じ材料からなる垂直壁部を配置する構成、或いは熱伝達部材を両側縁の木材部と同じ厚さにした構成等、色々な構造を構成することが可能である。
【０００９】
【実施例】
以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。
図１（Ａ）乃至（Ｄ）は本発明に係る板材の構成例を示す。なお、各図に示される構成は、板材を構成する各部材の配置関係を示すため、各部材の組み合わせは簡略化して示されており、板材として強度等を考慮した構成ではない。即ち実際の板材としては例えば図３に示すように伝熱部材をユニット化したり、伝熱部材と木質部との取り合わせを段部を用いて強固に係合させる等、板材として一定の強度を保持するような構成とすることが望ましい。
【００１０】
先ず図１（Ａ）おいて、図は板材をその幅方向に切断した断面図である。板材１Ａの長手方向両端は木材を素材とする木質部２Ａ、２Ｂとなっている。３は伝熱部材であって、アルミニウム等の金属をはじめとする熱伝導性の高い材料により形成され、かつ長手方向の両側縁は前記木質部２Ａ、２Ｂにそれぞれ固定されている。
【００１１】
符号４は透明板であって、アクリル樹脂、ガラス等光の透過性が高い材料により形成されている。この透明板４も前記伝熱部材３と同様その長手方向両側縁は木質部２Ａ、２Ｂに固定され、これら木質部２Ａ、２ＡＢ、伝熱部材３、透明板４にが一体的に構成されることにより一枚の板材１Ａを構成している。
【００１２】
以上の構成において、太陽光Ｌは透明板４を透過して直接伝熱部材３に至り、伝熱部材３を加熱する。伝熱部材３の熱は当該伝熱部材３の裏面側に熱線Ｂ_１として伝達され、伝熱部材３の裏面側に配置された水容器或いはコンクリート等の蓄熱材に伝熱する。また当然のことながらこれら蓄熱材が伝熱部材３の裏面に密着位置している場合には、太陽光の熱はこの蓄熱材に対して直接熱伝達される。
【００１３】
なおこの構成において伝熱部材３の表面である受光面を例えば艶消しの黒色等で着色したり、酸化膜の形成、或いはセラミックコーティングを行ったり、選択吸収層処理を行う等により処理面（以下「吸熱処理面」とする）３ａを形成することよって、より一層高い熱効率を得ることが可能となる。因みに、発明者等がこの板材１を、背後に蓄熱材を配置しない状態で太陽光に晒した際、伝熱部材３の表面温度は１７０℃以上に上昇し、この板材１Ａが極めて高い伝熱効率を有していることが確認できた。
【００１４】
以上の構成の板材１Ａにおいて、この板材１Ａを床材として用いた場合、板材１Ａの裏面には例えば図７及び図８に示す水容器５０が配置され、昼間ではこの板材１を介して太陽光Ｌは熱線Ｂ_１を介して、或いは水容器５０が直接密着配置されている場合には直接的な熱伝達により水容器５０に伝熱され、水容器５０内の水Ｗを加熱昇温させる。一方夜間では水容器５０に蓄えられた熱が逆に伝熱部材３、透明板４を介して室内側に放射される。
【００１５】
図１（Ｂ）は第２の構成の板材１Ｂを示す。
前記構成の板材１Ａに対して、この構成の板材１Ｂでは透明板４に変えて、伝熱部材３と同じ構成の上部伝熱部材５が配置されている。また上部伝熱部材５の表面及び裏面には前記伝熱部材３の表面に形成され吸熱処理面と同様の吸熱処理面５ａ、５ｂが形成されている。
【００１６】
この構成の板材１Ｂでは、太陽光Ｌは上面の伝熱部材５を加熱し、かつこの加熱により生じた熱線Ｂ_２が下面の伝熱部材３に至り、この伝熱部材３を加熱し、更にこの下面の伝熱部材３の熱線Ｂ_１が背面にある蓄熱材を加熱する。この構成は前記透明板４を用いた板材１Ａに比較して伝熱効率はやや低下するものの、板材全体としての強度を高めることができる。
【００１７】
図１（Ｃ）は第３の構成の板材１Ｃを示す。
この構成は前記第２の構成の板材１Ｂの変形例とも言える構成であって、上下の伝熱部材５および３の間に垂直壁部６が形成され、上下の伝熱部材５、３及び垂直壁部６が一体的に構成され、全体が一つの伝熱部材として構成されている。太陽光Ｌは、その一部が前記板材１Ｂの場合と同様熱線Ｂ_２により下面の伝熱部材３に伝達され、また残りは垂直部材６を介して、熱Ｂ_３として伝熱部材３側に直接伝達される。
【００１８】
図１（Ｄ）は第４の構成の板材１Ｄを示す。
この構成の板材１Ｄは伝熱部材７が両側縁の木質部２Ａ、２Ｂとほぼ同じ厚さに形成されている。また太陽光Ｌを有効に吸収するため伝熱部材７の受光面である表面にはやはり吸熱処理面７ａが形成されている。
【００１９】
太陽光Ｌは吸熱処理面７ａを介して伝熱部材７に吸収され、その熱は伝熱部材７の裏面側に熱Ｂ_３として直接伝達され、伝熱部材７の裏面からの熱線Ｂ_１として放射される。この構成の板材１Ｄは、板材としては最も強固に構成することが可能であるが、伝熱効率は前記３者の構成に比較して劣るものである。従って例えばこの板材１Ｄは、例えば室内でピアノを配置する等、重量物を配置する場合、この重量物配置部分に対してのみ張る板材として利用する等の用途が考えられる。
【００２０】
図２（Ａ）は伝熱部材３がユニット化して構成されている。図中符号８はユニット化した伝熱部材（以下「伝熱ユニット」と称する）を示す。この伝熱ユニット８は図１の（Ａ）、（Ｂ）に示される伝熱部材３に対応する伝熱部８ａと、この伝熱部８ａの両側部に立設位置する壁部８ｂ、８ｃとが一体的に形成されることにより構成され、木質部２Ａ、２Ｂはこの壁部８ｂ、８ｃと係合している。この伝熱ユニット８の上部に透明板４が嵌挿配置されている。
【００２１】
また伝熱部８ａの受光部側には凹凸面８ａ´が形成されている。図示の場合はこの凹凸面８ａ´は、板材１Ｅの長手方向に対して平行に連接形成された断面三角形の多数の溝として構成されている。この凹凸面８ａ´は一定角度をもって照射される太陽光Ｌを有効に受光する。
【００２２】
次に図２（Ｂ）及び（Ｃ）は以上各図に示した板材１Ａ乃至１Ｅの構成に加えて、他の機能を付加した構成の板材を示している。即ち、板材の一部に太陽電池を組み込み、板材そのものに前記伝熱能力の他に発電能力も付加した構成を示している。
【００２３】
先ず太陽電池の性質として、電池の温度が上昇すると電圧が大幅に低下し、反対に発電される電流は増加する。しかし電流の増加量は微々たるものである。即ち太陽電池を含め、電力の出力は電流値と電圧値の積で表すことができるため、太陽電池の温度上昇は出力の低下につながることになり、発電効率上何らかの手段で太陽電池を冷却するのが望ましい。
【００２４】
図２（Ｂ）において、符号９は太陽電池である。太陽電池９は図１（Ａ）の構成の伝熱部材３と同様、板材１Ｆの長手方向に対して配置され、上部に配置された透明板４と共にその両側部が前記板材１Ｅにおける伝熱ユニット８の壁部と同様の構成の壁部８ｂ、８ｃにより挟持され、かつこれら壁部８ｂ、８ｃは木質部２Ａ、２Ｂと係合することにより全体が一つの板材１Ｆとして一体化されている。
【００２５】
この構成において、太陽光Ｌは透明板４を透過して太陽電池９に至り、これにより太陽電池９は発電を行う。一方太陽光Ｌの照射により太陽電池９自体が昇温するが、この太陽電池９の熱は熱線Ｂ_１として太陽電池９の裏面に配置された水容器等の蓄熱材に伝熱される。つまり太陽電池９側からみればこの熱伝達は蓄熱材による太陽電池９の冷却を意味する。以上の構成により板材１Ｆは伝熱と太陽光発電とを同時に実施でき、かつ太陽電池９は蓄熱材側に伝熱、即ち蓄熱材による冷却が行われるため効率の良い発電も可能となる。
【００２６】
なお、例えば特公昭５９−５８０７号等、太陽電池の冷却と、この冷却に使用した媒体の利用方法等に関する発明が相当数提案されているが、本発明のように蓄熱材側に対する伝熱、蓄熱材側からの伝熱（放熱）、太陽光発電、太陽電池の冷却の全てを、床材、壁材等として家屋等の構造物そのものに組み込まれる素材である板材として形成されたものは提案されていない。
【００２７】
図２（Ｃ）は上記図２（Ａ）及び（Ｂ）の構成を合成した構成となっている。即ち、符号８に示すように伝熱ユニットが形成され、太陽電池９はこの伝熱ユニット８の伝熱部８ａに載置されるように配置されている。この構成とすることにより、太陽電池９からの熱伝達は伝熱部８ａを介して行われるため、蓄熱材側に対する伝熱効率はやや低下するものの、板材１Ｇとしての強度は前記板材１Ｆよりも高くすることができる。すなわち、前記板材１Ｆの構成は板材に対して余り荷重がかからない屋根材や壁材として好適であり、（Ｃ）に示す板材１Ｇの構成は床材等、家具や人の荷重が直接加わる床板材として好適に使用することができる。
【００２８】
図３は更に別の構成の板材１Ｈを示す。図中符号１０は伝熱ユニットである。この伝熱ユニットは下部伝熱部１０ａ、この下部伝熱部１０ａに平行に配置されている上部伝熱部１０ｂ、およびこれら上下の伝熱部１０ａ、１０ｂの両側縁部に連接されている１０ｃ、１０ｄが一体的に連接されることにより一つのユニットとして構成されている。またこの伝熱ユニット１０の上部伝熱部１０ｂの受光部側には透明板４が嵌挿配置されている。
【００２９】
次に上部伝熱部１０ｂの上面（受光面）及び下面は前記板材１Ｅにおける伝熱部８の凹凸面８ａ´と同様の凹凸面１０ｂ´が形成されている。これにより上部伝熱部１０ｂと透明板４とは密着せず、凹凸面１０ｂ´の溝に対応する部分が空気層として両者の間に介在位置することになる。
【００３０】
次に上部伝熱部１０ｂの裏面、及びこの裏面と対向する下部伝熱部１０ａの上面にもそれぞれ凹凸面１０ｂ´´、１０ａ´が形成されている。なおこの場合、凹凸面１０ｂ´、１０ｂ´´、１０ａ´のうち少なくとも凹凸面１０ｂ´には板材１Ａ乃至１Ｄに示すような吸熱処理面を形成しておくことが望ましい。
【００３１】
この構成の板材１Ｈにおいては、太陽光Ｌは透明板４を透過して上部伝熱部１０ｂを加熱する。この場合凹凸面１０ｂ´が形成されていることにより熱効率が高いことが実験的に確かめられている。これは、透明板４を介して上部伝熱部１０ｂの凹凸面１０ｂ´に照射した太陽光Ｌにより加熱された当該上部伝熱部１０ｂから透明板４側に放射された熱ビームの大半が、この透明板４により上部伝熱部１０ｂ側に反射することより伝熱部材１０ｂ側に戻り、結果的に太陽光照射時に板材１Ｈから外部に放射される熱量が少ないためと思われる。
【００３２】
太陽光Ｌにより加熱された上部伝熱部１０ｂの熱は熱線Ｂ_２として下部伝熱部１０ａに伝達される。この場合上下の伝熱部１０ｂ及び１０ａに凹凸面１０ｂ´´及び１０ａ´が形成されることにより放熱部と受熱部の面積を大きく設定することができ、伝熱効率を高くすることができる。
【００３３】
図４（Ａ）及び（Ｂ）は図３の板材１Ｈにおけるイ部に対応する部分の別の構成例を示す。（Ａ）及び（Ｂ）共に透明板４側に凹凸面が形成された構成となっている。
【００３４】
先ず図４（Ａ）の構成においては、透明板４の上部伝熱部１０ｂに対向する面には断面三角形の溝部が連接されることにより凹凸面４´が構成されており、この凹凸面４´により上部伝熱部１０ｂと透明板４との間に空気層１１が形成される。また同（Ｂ）の構成では断面略四角形の溝部が連接されることによる凹凸面４´´が形成されている。なお（Ａ）、（Ｂ）何れの構成も、上部伝熱部１０ｂの受光面には図１（Ａ）において示されている吸熱処理面１２が形成されている。透明板４がアクリル樹脂である場合には、このような凹凸面を有するアクリル板材が市販品として販売されているので、図４（Ａ）、（Ｂ）の構成とすると板材をより安価に製作できる。
【００３５】
図５及び図６は以上に示した板材の空間部を利用してより一層熱効率を高めるよう構成した床構造を示す。
本発明に係る板材１は図５に示すように、従来の床板と全く同様に、木質部２Ａ、２Ｂ介して仕切材５２に釘打ちする方法により床張りをすることができる。この場合、例えば図１（Ａ）乃至（Ｃ）、図２（Ａ）乃至（Ｃ）、図３に示す板材１Ａ〜１Ｃ、１Ｅ〜１Ｇ、１Ｈは透明板４或いは上部伝熱部と、下部の伝熱部又は太陽電池との間に空間部が形成されている。
【００３６】
図示の構成はこの空間部を空気の通路として利用することにより蓄熱材に対する熱効率をより高くするよう構成している。図５において、各板材１の一端には送風用連通路（以下「送風ヘッダ」とする）１３が接続している。送風ヘッダ１３内には送風手段としてファン（シロッコファン等）１４が配置されている。また各板材１の他端には連通用のヘッダ（以下「連通ヘッダ」とする）１５が設けられている。
【００３７】
図示の構成では各水容器５０の下面にも板材１が配置され、送風ヘッダ１３、床面を形成する各板材１、連通ヘッダ１５及び水容器５０の下部に配置された各板材１により空気の循環流路が形成される。なお、水容器５０の下部の空気通路を形成する材料は必ずしも板材１である必要はなく、要するに空気が流動する空間部が確保されればよい。但し、下部の空気通路を形成する材料の下部には断熱材層１６を形成して熱が床下に逃げないようにしておくのが望ましい。
【００３８】
なお、各実施例において示す木質部２Ａ、２Ｂは、本発明に係る板材が釘打ち等、従来の施工を可能にするためのものである。従って当該木質部２Ａ、２Ｂは上記施工が可能であれば必ずしも木材である必要はなく、例えば軟質のプラスチック、微細粒子を接着剤等のバインダーで固めた合成材料等その内容を問うものではない。
【００３９】
また、本発明の板材１は構造物のうちの特定部分、例えば床面を構成する場合、その床面全てに付いて使用する必要は必ずしも無く、例えば冬季に太陽光が照射する部分にのみ用い、他の部分は従来の床材を使用し、吸熱は本発明に係る床材が主として行い、蓄熱材からの放熱は従来の床材の部分も含めて床面全体により行う等の方法ももとより実施可能である。この場合には前記木質部２Ａ、２Ｂにより従来の床板に対して何の支障も無く取り合わせが可能である。
【００４０】
【発明の効果】
以上本発明に係る板材によれば、床板、壁板或いは屋根材として家屋等の構造物の構成材料として直接利用可能であり、しかも水容器或いはコンクリート等の蓄熱材に対して太陽光による熱を効果的に伝達でき、かつ夜間の暖房等を効果的に実施することが可能となる。
【００４１】
また、側縁部の木質部を用いることによって、釘打ち等により従来の板材と全く同様の施工が可能であり、家屋等の構造物を構成する素材としてそのまま利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は本発明の板材の第１の構成例を示す板材の断面図、（Ｂ）は第２の構成例を示す板材の断面図、（Ｃ）は第３の構成例を示す板材の断面図、（Ｄ）は第４の構成例を示す板材の断面図である。
【図２】（Ａ）は本発明の板材の第５の構成例を示す板材の断面図、（Ｂ）は第６の構成例を示す板材の断面図、（Ｃ）は第７の構成例を示す板材の断面図である。
【図３】本発明の板材の第８の構成例を示す板材の断面図である。
【図４】（Ａ）は図３のイ部に対応する部分の板材の第９の構成例を示す板材の断面部分図、（Ｂ）は同じ部分の板材の第１０の構成例を示す板材の断面部分図である。
【図５】本発明に係る板材を一部張った状態の床部平面図である。
【図６】図５のＡ−Ａ線による断面図である。
【図７】従来の板材を一部張った状態の床部平面図である。
【図８】図７のＢ−Ｂ線による断面図である。
【符号の説明】
１、１Ａ〜１Ｈ　板材
２Ａ、２Ｂ　木質部
３　伝熱部材
３ａ　吸熱処理面
４　透明板
４´、４´´　凹凸面（透明板側）
５　上部伝熱部
６　垂直壁部
８　伝熱ユニット
８ａ　伝熱部
８ａ´　凹凸面
９　太陽電池
１０　伝熱ユニット
１０ａ　下部伝熱部
１０ｂ　上部伝熱部
１０ｂ´、１０ｂ´´　凹凸面
１１　空気層
１３　送風ヘッダ
１４　ファン
１５　連通ヘッダ
Ｂ_１、Ｂ_２　熱線
Ｌ　太陽光

Claims

家屋等の構造物の床板、壁材、屋根材等として利用可能な板材であって、本体板材長手方向に位置しかつ金属材料など熱伝達率の高い材料から構成された伝熱部と、この伝熱部の両側縁部に設けられた木質部とを有し、伝熱部は太陽光を直接受光するように、或いは透明板を介して間接的に受光するように構成され、伝熱部に受光された太陽光の熱エネルギーは当該伝熱部を介して伝熱部裏面に伝達されるよう構成したことを特徴とする伝熱効率を高めた板材。
板材の太陽光受光側にはアクリル樹脂等の光透過性を有する材料からなる透明板が配置され、かつ板材の厚み方向下部には空間を介して伝熱部材が配置されることにより伝熱部が構成されていることを特徴とする請求項１記載の伝熱効率を高めた板材。
板材の太陽光受光側及び板材の厚み方向下部に空間を介してそれぞれ伝熱部材が配置され、これら上下の伝熱部材により伝熱部が構成されていることを特徴とする請求項１記載の伝熱効率を高めた板材。
上下の伝熱部材の間に複数の垂直壁部が形成されていることを特徴する請求項３記載の伝熱効率を高めた板材。
上部の伝熱部材の上下の面、及び下部の伝熱部材の上面のうち、少なくも上部の伝熱部材の上部の面である太陽光受光面が凹凸面として構成されていることを特徴とする請求項３又は４記載の伝熱効率を高めた板材。
上部の伝熱部材に対して透明板が配置され、この上部伝熱部材の太陽光受光面或いは透明板の伝熱部材接触面の少なくも一方に凹凸面が形成されることるより、透明板と上部伝熱部材との間に空気層が形成されるよう構成したことを特徴とする請求項３又は４記載の伝熱効率を高めた板材。
板材の太陽光受光側にはアクリル樹脂等の光透過性を有する材料からなる透明板が配置され、かつ板材の厚み方向下部には空間を介して太陽電池単独、またはこの太陽電池と太陽電池裏面に伝熱部材が配置されることによりこの太陽電池単独或いは太陽電池と伝熱部材とにより下部伝熱部材が形成され、太陽電池の熱は板材裏面に伝熱され、板材裏面に配置された蓄熱材が太陽電池の冷却手段として作用するよう構成したことを特徴とする請求項２記載の伝熱効率を高めた板材。
透明板の表面には凹凸面が形成され、かつ当該凹凸面は太陽光の照射方向に対してほぼ直交する面が多数形成されることにより構成されていることを特徴とする請求項６又は７記載の伝熱効率を高めた板材。
板材は上下の伝熱部材あるいは上部の透明板と下部の伝熱部材の間に空間部が形成されており、水容器等の蓄熱材の上面を覆うよう複数の当該板材が配置され、かつこの蓄熱材の下面には当該板材若しくは同等の機能を有する空気通路が形成され、上下の板材或いは上部の板材と下部の空気通路の一端は送風ヘッダで連接され、かつ他端は連通ヘッダで連通されることにより、上下の板材或いは上部の板材と下部の空気通路を空気が循環流動するよう構成され、蓄熱材表面の板材による直接の加熱の他、空間部を循環流動する空気により蓄熱材に対する伝熱効率をより高めるよう構成したことを特徴とする伝熱効率を高めた板材を用いた伝熱構造。