JP2008002100A

JP2008002100A - 建材パネル

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Publication number: JP2008002100A
Application number: JP2006170733A
Authority: JP
Inventors: Takehiko Oki; 武彦大木
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-06-20
Filing date: 2006-06-20
Publication date: 2008-01-10
Anticipated expiration: 2026-06-20
Also published as: JP4822271B2

Abstract

【課題】室内の冷暖房のエネルギー効率化に好適な建材パネルを提供する。
【解決手段】この建材パネル１は、多孔質炭化物である第１の粒状炭素材（ＲＤＦ炭化物など）を含有する保温層１１と、第１の粒状炭素材よりも熱伝導性が高い第２の粒状炭素材（黒鉛など）を含有し、保温層１１に対し重合的に一体的に設けられる熱伝導層１２と、を有してなり、保温層１１により保温し、かつ、熱伝導層１２により熱の伝導が行われる。その結果、室内の温度を維持するよう温度変化は穏やかになり、冷暖房のエネルギー効率をより高めることが可能になる。
【選択図】図１

Description

本発明は、室内の冷暖房のエネルギー効率化に好適な建材パネルに関する。

近年、エネルギー節減の観点より、建物の構造によって冷暖房のエネルギー効率化を図ろうとする種々の試みがなされている。特に、床、壁、天井等に断熱材を用いるのが有効と考えられ、例えば、特許文献1では、発泡プラスチックなどの断熱材を軸組（柱など）よりも室内側に用いている。これにより、冷暖房が軸組部材を冷やしたり暖めたりすることがなく、その結果、エネルギーのロスが少なく、また、室内全体で冷暖房の立ち上がりが早くなるとしている。

特開平６−３２２８５３号公報

しかしながら、断熱材にも様々な種類があってそれぞれの特徴を有するが、従来の冷暖房のエネルギー効率化に用いられている断熱材は、室内と室外間における熱伝導の抑制を目的としており、断熱材自体が保温することは考慮されていない。従って、通常、ドアの開閉や断熱材の隙間からの空気の漏れにより一旦室内の温度が変化するとそれを補うことはできない。

ところで、本願発明者は、従来より炭化物を含め炭素材について研究を重ねている。炭化物は、多孔質であって小さな空孔を極めて多数有している。本願発明者は、このような炭化物が良好な保温性を有することに着目し、冷暖房のエネルギー効率をより高められる以下に詳述する建材パネルを案出するに至った。

本発明は、係る事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、室内の冷暖房のエネルギー効率をより高めることができる建材パネルを提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された建材パネルは、多孔質炭化物である第１の粒状炭素材を含有する保温層と、第１の粒状炭素材よりも熱伝導性が高い第２の粒状炭素材を含有し、保温層に対し重合的に一体的に設けられる熱伝導層と、を有してなることを特徴とする。

請求項２に記載の建材パネルは、請請求項１に記載された建材パネルにおいて、前記第１の粒状炭素材は、灰分を３０〜４５重量％の割合で含有していることを特徴とする。

請求項３に記載の建材パネルは、請求項１に記載された建材パネルにおいて、前記第１の粒状炭素材は、ＲＤＦ炭化物であることを特徴とする。

請求項４に記載の建材パネルは、請求項１に記載された建材パネルにおいて、前記第１の粒状炭素材は、灰分が添加されたものであることを特徴とする。

請求項５に記載の建材パネルは、請求項１乃至４のいずれかに記載された建材パネルにおいて、前記第２の粒状炭素材は黒鉛であることを特徴とする。

請求項６に記載の建材パネルは、請求項１乃至５のいずれかに記載された建材パネルにおいて、前記保温層と前記熱伝導層の間に設けられ、熱伝導層よりも第２の粒状炭素材を含有する割合が多い熱伝導中間層と、熱伝導中間層に覆われるように設置された熱源と、を更に備えることを特徴とする。

請求項７に記載の建材パネルは、請求項１乃至５のいずれかに記載された建材パネルにおいて、前記熱伝導層に覆われるように設置された熱源を更に備えることを特徴とする。

請求項８に記載の建材パネルは、請求項６又は７に記載された建材パネルにおいて、前記熱源には陥没部から露出する柔軟な配線コードが接続されていることを特徴とする。

請求項９に記載の建材パネルは、請求項８に記載された建材パネルにおいて、前記陥没部は４面に設けられていることを特徴とする。

本発明の建材パネルによれば、熱伝導層を室内側に配して用いることにより、多孔質炭化物の第１の粒状炭素材を含有する保温層により保温し、かつ、第２の粒状炭素材を含有する熱伝導層により熱の伝導が行われることにより、室内の温度を維持するよう温度変化は緩やかになり、その結果、冷暖房のエネルギー効率をより高めることが可能になる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照しながら説明する。図１は本発明の実施形態に係る建材パネル１を示す斜視図である。この建材パネル１は、保温層１１と、それに対して室内側に設けられることとなる熱伝導層１２と、を有してなる。建材パネル１は、床材、壁材、天井材などとして用いられ、図示はしないが、保温層１１の側方或いは外方（室外側）には、場合によって、梁や柱などの軸組部材や他の建材が設けられる。また、熱伝導層１２の保温層１１と反対側表面には絨毯、クロス、壁紙などの薄い表面保護層が設けられたり絶縁性の樹脂等でコーティングされたりする。浴室などの場合は、耐水性のコーティング剤（例えば、大木工藝製のＯＫナノガード）が用いられる。

保温層１１は、保温の機能を果たすものであり、多孔質炭化物である第１の粒状炭素材をバインダ（例えば、セメント、火山灰（シラスなど））や骨材（例えば、砂）に混合して形成される。例えば、１００ｃｍ×１００ｃｍの正方形で厚みを６〜８ｃｍとする。なお、図１は実際の比率とは異なり厚みを大きくして示している。また、第１の粒状炭素材は、例えば０．１ｍｍ〜１ｍｍ程度の粒径である。

多孔質炭化物は、例えば、木炭、竹炭、ＲＤＦ炭化物などである。多孔質炭化物は、内部に多数の空孔を有し、空気を留めている。それ故に、熱伝導率が低く断熱性が大きい。また、同時に、比熱は金属などよりは高いが一般の木材よりも低い。従って、多孔質炭化物である第１の粒状炭素材を含有した保温層１１の一部に熱を与えると、さほど長い時間を要さずに暖めることができ、暖まった後は良好な保温性を示すことになる。

本実施形態では、特に、多孔質炭化物としてＲＤＦ炭化物を用いている。ＲＤＦ炭化物は、家庭などからの可燃ゴミを原料とした固形燃料であるＲＤＦ（Refuse Derive Fuel）を高温（通常８００〜８５０℃）で炭化して得られたものであって灰分が多い。灰分とは、物が燃え尽きても残る不燃性である無機物（カルシウム、カリ等）を言い、一般的には、灰分の少ない炭化物の方が高品質とされている。木炭、竹炭などの他の炭化物が含有する灰分は、通常全体の２０重量％以下であり、ＲＤＦ炭化物が含有する灰分は、全体の３０〜４５重量％である。注目すべきは、前述した一般的な品質評価にもかかわらず、実験によれば、このＲＤＦ炭化物の方が、他の炭化物よりも保温性が高いことが判明した。ＲＤＦ炭化物の方が保温性が高いのは、灰分それ自体の熱伝導率や比熱が寄与していること、灰分が空孔の密閉性を高めていることなどが想定される。なお、ＲＤＦ炭化物を利用することにより、コストが削減できるとともに、ごみ問題の解決にも寄与することとなる。

ＲＤＦ炭化物は、木炭、竹炭などの他の炭化物に置き換えることも可能である。特にそれらに灰分を意図的に多く添加することより、ＲＤＦ炭化物の特性と同等にすることも可能である。この場合の灰分の割合は、保温性の面からは大きい程望ましいが、大きすぎると多孔質炭化物の構造を維持できなくなる。従って、灰分の割合は、ＲＤＦ炭化物と同様、全体の３０〜４５重量％が望ましい。こうして、ＲＤＦ炭化物以外でも資源の有効利用ができることになる。

また、多孔質炭化物である第１の粒状炭素材がバインダや骨材を含めた全体に対して占める割合は、全体の１０〜３０重量％の範囲にあることが望ましい。すなわち、断熱性、保温性及び軽量化の面では割合が大きい程望ましいが、大きすぎると物理的な強度が十分でない。保温層１１の厚みは、例えば６〜８ｃｍとするが、より良好な断熱性、保温性及び物理的強度を得るために、できるだけ厚くするのが望ましい。なお、強度を確保しつつ更なる軽量化のために、繊維（例えば炭素繊維や椰子の天然繊維）などの補強材を混合物に混ぜてもよい。この軽量化により、床、壁、天井等における建材パネル１の適用範囲が広がる。

次に、熱伝導層１２について説明する。熱伝導層１２は、上記の第１の粒状炭素材よりも熱伝導性が高い黒鉛である第２の粒状炭素材をセメントなどのバインダや砂などの骨材に混合して、保温層１１と重合的な平面形状に形成される。従って、熱伝導層１２は、保温層１１よりも熱伝導性が高い。第２の粒状炭素材、すなわち、黒鉛は、その粒径が例えば０．０１ｍｍ〜０．１ｍｍ程度であって実質的には粉末状と言えるものである。なお、第２の粒状炭素材は、黒鉛に限定されないが、黒鉛は十分に熱伝導率が高く、コストの面からも実用的であるので望ましい。更には、低コストで純度が高い人造黒鉛が望ましい。

熱伝導層１２に含有される第２の粒状炭素材がバインダや骨材を含めた全体に対して占める割合は、全体の１０〜３０重量％の範囲にあることが望ましい。第２の粒状炭素材の全体に占める割合が大きい程、熱伝導率が高くなるが、第１の粒状炭素材と同様に、大きすぎると物理的な強度が十分ではない。熱伝導層１２の厚みは、薄い方が厚み（垂直）方向の熱伝導にとっては望ましいが、平行方向の熱伝導が低下しないようにする必要があり、例えば約１〜２ｃｍとする。

このように、建材パネル１は、粒状炭素材、セメントなどのバインダ、砂などの骨材から主になるので、低コストである。また、環境に優しく安全性が高い。古いものや破損したものは、炭素材による水の浄化作用を活用して、川や湖に沈めて再利用することも可能である。なお、ＲＤＦ炭化物そのものやそれにバインダや骨材を混合したものは、平成３年環境庁告示第４６号における２６種類の重金属の溶出基準を満足させることができている。

建材パネル１は、以下のようにして製造できる。先ず、バインダや骨材と第１の粒状炭素材に水を加えて所定の割合で混合し、型に流し込んで保温層１１を形成する。この流し込んだ保温層１１が完全に乾いてしまわない、いわゆる生乾きの状態で、バインダや骨材と第２の粒状炭素材に水を加えて所定の割合で混合し、保温層１１の上に流し込んで熱伝導層１２を形成する。このとき、第１の粒状炭素材と第２の粒状炭素材の主成分は同じ炭素材であるので、層と層の境目が馴染み、熱膨張率の差も大きくないので、長く使用しても密着性が良好であり劣化し難い。なお、層と層の境目が馴染み、密着性が良好な接着剤を選択すれば、保温層１１と熱伝導内方層１２を別体に形成しておいて接着してもよい。こうして、建材パネル１は、保温層１１に対し重合的に一体的に熱伝導層１２を設けることによって得られることになる。

次に、床、壁、天井等に使用された建材パネル１の作用について説明する。建材パネル１は、熱伝導層１２が室内側になるように設置される。冬期において暖房を行うと、室内の暖気の熱は熱伝導層１２に伝えられる。熱伝導層１２の熱伝導性は高い（例えば約３Ｗ／ｍ・Ｋ）ので、その熱は、熱伝導層１２の中を垂直方向及び平行方向に伝導する。それにより床、壁、天井等の全体が暖まり、室内はそれらを介することによっても暖められる。従って、暖房の立ち上がりが早くなる。一方、外方に伝導した熱により、熱伝導層１２に接している保温層１１の面（境界面）の近傍は暖まって保温（蓄熱）が行われる。

手動又は自動的な温度調節により暖房が止まってしばらくすると、僅かながら空気の漏れにより、室内の温度が室外の温度に追従するように徐々に下降する。そのとき、その温度変化に逆らうように、すなわち室内の快適な温度を維持するように保温層１１の熱は熱伝導層１２を介して室内に伝達される。従って、室内の温度変化は緩やかになる。

ここで、熱伝導層１２は、それに接している保温層１１の実質的に全ての部分で保温するように、室内の暖気からの熱を平行方向に広く拡散させている。例えば、建材パネル１に接して障害物（物置や本箱など）が置かれた場合であっても、障害物の位置の保温層１１の部分にも熱が伝達されるので保温を行うことができる。また、室内の暖気の温度にムラがあっても保温層１１に平均的に熱を伝え、安定した保温を行うことができる。

夏期において冷房を行うと、上記の暖房の場合と逆の向きに熱は伝達される。すなわち、熱伝導層１２の熱は、その中を垂直方向及び平行方向に伝導し、室内の冷気に吸収される。従って、暖房の場合と同様に冷房においても立ち上がりが早い。一方、保温層１１の熱伝導層１２境界面近傍では熱が熱伝導層１２を介して室内の冷気に吸収され、温度が下がって、その状態で保温が行われる。

手動又は自動的な温度調節により冷房が止まってしばらくすると、僅かながら空気の漏れにより、室内の温度が室外の温度に追従するように徐々に上昇する。そのとき、その温度変化に逆らうように、すなわち室内の快適な温度を維持するように室内の熱は熱伝導層１２を介して保温層１１に吸収される。従って、室内の温度変化は緩やかになる。ここで、熱伝導層１２は、暖房の場合と同様に、それに接している保温層１１の実質的に全ての境界面で保温できるように作用する。

こうして、室内にいる場合では、長く冷暖房を停止状態にすることができ、その結果、冷暖房のエネルギー効率をより高めることができる。また、長い外出から戻って来たときの冬期における寒々しい感覚や夏期における蒸し暑い不快な感覚を低減させることができる。床、壁、天井等の全てにこの建材パネル１を用いて囲むと、相乗効果により、冷暖房のエネルギー効率がより一層高めることができる。また、保温層１１が建材パネル１の内方と外方との温度差による水滴又は水蒸気を吸収するので、結露が抑制される。

次に、本発明の別の実施形態に係る建材パネル２を説明する。図２は建材パネル２を示す斜視図である。この建材パネル２は、建材パネル１と同様に、保温層１１と熱伝導層１２とを備える。そして、更に、保温層１１と熱伝導層１２の間に設けられた熱伝導中間層２３と、熱伝導中間層２３に覆われるように設置された熱源２４と、を備える。

熱源２４は、具体的には、電流を流すことによりそれ自体が発熱する電熱ヒータが可能である。電熱ヒータには絶縁皮膜（タールなど）が被着される。また、先端にコネクタ２６を有する配線コード２５、２５、・・・が、建材パネル２の前後左右の４面に設けられた陥没部２７、２７、・・・から露出している。各々の配線コード２５は、プラス側配線とマイナス側配線からなり、プラス側配線は熱源２４の前部２４^＋、マイナス側配線は熱源２４の後部２４⁻に接続されている。床、壁、天井等に建材パネル２を複数並設して使用する場合、相互にコネクタ２６、２６、・・・により接続された配線コード２５、２５、・・・を介して電力が供給される。配線コード２５、２５、・・・は柔軟に変形するようになっているため、折り曲げられて陥没部２７、２７、・・・に収められ、振動等により建材パネル２同士が相対的にずれても、それにかかる外力、更にはそれを通して熱源２４にかかる外力は極めて小さくなる。その結果、耐久性が高くなる。なお、陥没部２７、２７、・・・が建材パネル２の前後左右の４面に設けられているので、どのように建材パネル２を複数並設しても配線コード２５、２５、・・・同士が接続できる。

なお、この実施形態の熱源２４は、Ｓ字状を連続させた形状で蛇行させているが、これに限られない。また、熱源２４は、保温層１１に接触してその接触部分の残りの部分が熱伝導中間層２３に覆われるようにしても、全部が熱伝導中間層２３に覆われるようにしてもよい。また、熱源２４としてはそれ自体が発熱する上記の電熱ヒータが最も実用的であるが、発熱体を他に有して熱を伝達するのみの温水パイプや金属の熱伝達体を用いることも可能である。

熱伝導中間層２３は、熱伝導層１２と同様に、黒鉛である第２の粒状炭素材を含有している。しかし、熱伝導層１２よりも第２の粒状炭素材を含有する割合が多い。従って、熱伝導中間層２３は、熱伝導層１２よりも熱伝導性が高い。反面、物理的な強度は熱伝導層１２よりも低いが、熱伝導層１２のように室内近傍になるようには設けられないので、大きな物理的外力がかからず、保温層１１や熱伝導層１２によって保護される。この熱伝導中間層２３は、熱源２４が発する熱が平行方向にも伝導し易くする。熱伝導中間層２３において、第２の粒状炭素材は、全体の３０〜４０重量％の範囲にあることが望ましい。熱伝導中間層２３の厚みは、例えば約１〜２ｃｍとする。

建材パネル２は、以下のようにして製造できる。前述のようにして保温層１１を形成した後、保温層１１が生乾きの状態で熱源２４を据え、バインダや骨材と第２の粒状炭素材に水を加えて混合し、保温層１１の上に流し込んで熱伝導中間層２３を形成する。その後、前述のようにして熱伝導層１２を形成する。この製造方法は、熱源２４と熱伝導中間層２３の密着性を良くすることができるので、熱伝導性の面では望ましい。他に、熱源２４のかわりに中空の管のみを据えて熱伝導中間層２３を形成しておき、後からその管に熱源２４を挿通することもできる。この製造方法は、管と熱源２４の間に僅かな隙間ができるので熱伝導性が低下する場合もあるが、コストやメンテナンスの面及び前述の再利用の面では望ましい。

次に、床、壁、天井等に使用された建材パネル２の作用について説明する。冬期において、熱源２４が高温（例えば４０℃）の熱を発するように操作されると、その熱は熱伝導中間層２３の中を垂直方向及び平行方向に伝導する。熱伝導中間層２３から熱伝導層１２に到達した熱は、その中を伝導し迅速に室内に放出されて室内を暖める。一方、熱伝導中間層２３に接している保温層１１の面（境界面）の近傍は暖まって保温（蓄熱）が行われる。また、高温になった第１の粒状炭素材は遠赤外線を多量に放射するので、それによっても室内が暖まる。

手動又は自動的な温度調節により暖房が止まった後、前述の建材パネル１と同様の作用を示すが、保温層１１では高温に保温されているので、室内の温度維持の効果は非常に大きい。

ここで、熱伝導中間層２３は、熱源２４が発する熱を平行方向に広く拡散させることができるが、それにより熱の室内への放出が熱源２４の近傍だけに集中するのを低減し、広い面積で放出が行われるのを可能にする。その結果、室内全体で暖房の立ち上がりがより早くなる。また、熱伝導中間層２３に接している保温層１１の面（境界面）において熱が集中するのを低減して広い面積で蓄熱が行われることとなり、より効率的な保温を可能にする。また、熱源２４を折り返してＳ字状を連続させた場合、熱源２４をさほど密にする必要がないのでトータルの長さを短くできコストダウンが可能である。

このように、建材パネル２は、冷房については、建材パネル１と同様の効果を得られ、暖房については、建材パネル１よりもエネルギー効率をさらに高めることができる。ただし、熱源２４として熱を伝達するのみの温水パイプや金属の熱伝達体を用いた場合は、発熱体のかわりに冷却体を設け、熱源２４を冷却することにより冷房としての使用も可能である。

次に、建材パネル２の変形例を説明する。

前述のように、熱伝導中間層２３は、保温層１１による保温や熱伝導層１２による室内への熱放出を効率的に行う重要な役割を果たすが、これを省いて、熱源２４が熱伝導層１２に覆われるようにすることもできる。この場合、熱源２４が発する熱の平行方向への拡散は熱伝導層１２が行うことになる。こうすると、コスト削減となるが、室内への熱放出や保温層１１での保温が熱源２４の近傍だけに集中する度合は多少大きくなる。

建材パネル２の熱伝導中間層２３は、それ自体が発熱する熱源として適用することも可能である。すなわち、図３に示すように、この熱源である発熱中間層２３Ａを、平面サイズが熱伝導層１２よりも小さくなるようにし、熱伝導層１２に覆われるようにする。その端部に２個の導体２３Ａ^＋、２３Ａ⁻を設け、前述の電熱ヒータの熱源２４と同様に、各々の配線コード２５のプラス側配線とマイナス側配線に接続する。導体２３Ａ^＋、２３Ａ⁻を含む発熱中間層２３Ａ全体には、絶縁皮膜（タールなど）が被着される。発熱中間層２３Ａは、２個の導体２３Ａ^＋、２３Ａ⁻の間に電圧が印加されることにより、電流が流れ、発熱中間層２３Ａの電気抵抗によって発熱する。こうすると、面で熱が発せられるので、熱伝導層１２により垂直方向に熱が拡散し、熱伝導層１２だけでも保温や室内への熱放出が効率的に行われる。

以上、本発明の実施形態に係る建材パネルについて説明したが、本発明は、実施形態に記載したものに限られることなく、特許請求の範囲に記載した事項の範囲内での設計変更が可能である。例えば、建材パネル１、２は実施形態に記載されていない他の材料を更に含むことができ、また、床材、壁材、天井材のみならず、他の建材（例えばパーテイション、愛玩動物用のハウスや床板）にも用いることが可能である。

本発明の実施形態に係る建材パネルを示す斜視図である。本発明の実施形態に係る別の建材パネルを示す斜視図である。同上の建材パネルの変形例を示す斜視図である。

符号の説明

１、２建材パネル
１１保温層
１２熱伝導層
２３熱伝導中間層
２４熱源
２５配線コード
２７陥没部

Claims

多孔質炭化物である第１の粒状炭素材を含有する保温層と、
第１の粒状炭素材よりも熱伝導性が高い第２の粒状炭素材を含有し、保温層に対し重合的に一体的に設けられる熱伝導層と、
を有してなることを特徴とする建材パネル。
請求項１に記載された建材パネルにおいて、
前記第１の粒状炭素材は、灰分を３０〜４５重量％の割合で含有していることを特徴とする建材パネル。
請求項１に記載された建材パネルにおいて、
前記第１の粒状炭素材は、ＲＤＦ炭化物であることを特徴とする建材パネル。
請求項１に記載された建材パネルにおいて、
前記第１の粒状炭素材は、灰分が添加されたものであることを特徴とする建材パネル。
請求項１乃至４のいずれかに記載された建材パネルにおいて、
前記第２の粒状炭素材は黒鉛であることを特徴とする建材パネル。
請求項１乃至５のいずれかに記載された建材パネルにおいて、
前記保温層と前記熱伝導層の間に設けられ、熱伝導層よりも第２の粒状炭素材を含有する割合が多い熱伝導中間層と、
熱伝導中間層に覆われるように設置された熱源と、を更に備えることを特徴とする建材パネル。
請求項１乃至５のいずれかに記載された建材パネルにおいて、
前記熱伝導層に覆われるように設置された熱源を更に備えることを特徴とする建材パネル。
請求項６又は７に記載された建材パネルにおいて、
前記熱源には陥没部から露出する柔軟な配線コードが接続されていることを特徴とする建材パネル。
請求項８に記載された建材パネルにおいて、
前記陥没部は４面に設けられていることを特徴とする建材パネル。