JP2008032260A - 床暖房用蓄熱シート及び床暖房パネル - Google Patents

床暖房用蓄熱シート及び床暖房パネル Download PDF

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Abstract

【課題】蓄熱材として蓄熱性能の高い潜熱蓄熱材を用い、かつパネル上面の温度を部分的に異ならせることができる床暖房パネルと、そのための床暖房用蓄熱シートを提供する。
【解決手段】床暖房パネル1は、基板10と、該基板10の上面側に設けられた床暖房用蓄熱シート20とを有する。基板10は、方形板状の合成樹脂発泡材等よりなる基体11と、該基体11の1対の辺部に沿って配置され、該基体11に対し接着剤等によって固着された合板等よりなる小根太12、12とで構成されている。蓄熱シート20は、方形のシェル21と、このシェル21内の小室29a、29b、29cに充填された潜熱蓄熱材27a、27b、27cは融解温度が互いに異なる。
【選択図】図2

Description

本発明は、温水等の熱媒を配管に通して床暖房を行う床暖房パネルと、それに用いられる蓄熱シートに関する。
従来、一般住宅、集合住宅、ホテル、病院、高齢者養護施設などの建造物の床には、居住性を高める目的で、床面から暖房する床暖房構造が開発、実用化され、各種態様の床暖房構造が提案されている。特に、温水等の熱媒を通す放熱管を設けた床暖房構造は、ヒーター加熱によるものとは異なり、局部的に過熱状態が生じにくく、放熱性も良好であるという利点を有し、広く採用されるようになってきている。
この床暖房パネルを設けた床構造として、特開2000−291965号公報には、上面に配管収容用の溝が設けられ、該溝内に熱媒流通用の配管が配設された床暖房パネルと、該床暖房パネル上に積層された板状の蓄熱部と、該蓄熱部の上側の捨貼合板と、該捨貼合板の上側の床仕上げ材とを有した構造が記載されている。
この特開2000−291965号公報の蓄熱部としては、岩石、コンクリート等の蓄熱材をそのまま板状としたものか、又はこのような蓄熱材を塊状にし、合成樹脂板内に分散含有させたものが用いられている(同号公報0016段落)。
特開平9−303803号公報には、平板形状の蓄熱体と、この蓄熱体内に埋設された温水配管とを有した床暖房パネルが記載されている。同号公報の0011段落には、蓄熱体として蓄熱性能を有するゲル状流体又は水溶液等の流動化材料が好ましいと記載されている。
特開2000−291965号公報 特開平9−303803号公報
特開2000−291965号の蓄熱体は、コンクリート、岩石などのため、蓄熱性能が低い。
特開平9−303803号では、流動化材料がパネル全体に一様に配材されている(同号公報の図2)。そのため、パネルの上面温度はパネル全体としてほぼ同一になる。
本発明は、蓄熱材として蓄熱性能の高い潜熱蓄熱材を用い、かつパネル上面の温度を部分的に異ならせることができる床暖房パネルと、そのための床暖房用蓄熱シートを提供することを目的とする。
本発明の床暖房用蓄熱シートは、内部に空室を有した中空板状のシェルと、該シェルの前記空室内に充填された潜熱蓄熱材とを備えてなる床暖房用蓄熱シートにおいて、該シェル内の該空室が複数の小室に分画されており、他の小室とは融解温度の異なる潜熱蓄熱材が充填されている小室を有することを特徴とするものである。
このシェルは、上面部と、該上面部に所定間隔を置いて対置された下面部と、該上面部及び下面部の周縁部に連なる周壁部と、該上面部と下面部との間のスペースを複数の小室に区画する隔壁とを備えてなり、かつ、一方向に平行に延在するように複数個設けられ、これにより該一方向に複数の小室が平行に延在するよう構成されることが好ましい。
そして、隣接する小室内の潜熱蓄熱材の融解温度が異なることが好ましい。
本発明の床暖房パネルは、放熱管を有した基板と、該基板の上側に設けられた本発明の床暖房用蓄熱シートとを備えてなるものである。
この床暖房パネルにあっては、放熱管は前記小室の延在方向と平行に延在しており、該放熱管は一部の小室の下側にのみ配置されていることが好ましい。
この床暖房パネルでは、放熱管が平行に複数列設けられており、下側に放熱管が配置された小室同士の間に、下側に放熱管が配置されていない少なくとも1つの小室が配置されていることが好ましい。
本発明では、下側に放熱管が配置された小室内に充填された潜熱蓄熱材の融解温度が、下側に放熱管が配置されていない小室内に充填された潜熱蓄熱材の融解温度よりも高い構成としてもよい。
本発明の床暖房用蓄熱シートは、蓄熱材として潜熱蓄熱材を用いているので、放熱管に高温度の熱媒を流通させても床暖房用蓄熱シートの上面温度は通常の場合、潜熱蓄熱材の融解温度に保たれる。従って、例えば融解温度が40〜50℃程度の潜熱蓄熱材を用い、80℃程度の高温の温水を放熱管に流通させるようにすることにより、温水ボイラの熱効率を向上させることができる。また、放熱管に流通させる熱媒の温度が変動しても、床面の温度の変動が小さいものとなる。
また、各小室に充填する潜熱蓄熱材として融解温度の異なるものを選定することにより、居住者の希望に応じた床温度分布を設定することができる。
特に、放熱管など小室を平行に配置し、下側に放熱管が配置された小室同士の間に、下側に放熱管が配置されていない小室を配置することにより、例えば放熱管の上方のパネル上面温度を他と異ならせることができる。この場合でも、各小室の上方の床面温度の変動は小さい。
なお、このシェル内が隔壁によって上面部と下面部との間に複数のスペースを区画形成したものである場合、シェルの面圧剛性が高くなり、床暖房用蓄熱シートに上方から押圧力が加えられたときの変形が防止ないし抑制される。また、仮に何らかの原因によってシェルの1箇所に亀裂や孔が生じても、潜熱蓄熱材の漏れは1つの小室分だけとなる。
また、複数の隔壁が一方向に平行に延在して設けられている場合には、シェルを合成樹脂の押出成形により容易に製造することができる。
以下、図面を参照して本発明の床暖房パネルの実施の形態を詳細に説明するが、以下に説明するものは本発明の実施形態の一例であって、本発明はその要旨を超えない限り、以下の説明に何ら限定されるものではない。
第1図(a)は本発明の実施の形態に係る床暖房パネルの断面図、第1図(b)は第1図(a)のB部の拡大図、第2図は第1図(b)のII部の拡大図である。第3図は基板と蓄熱シートとの係合関係を示す分解斜視図、第4図はシェルの分解斜視図である。
この床暖房パネル1は、基板10と、該基板10の上面側に設けられた床暖房用蓄熱シート20とを有する。基板10は、方形板状の合成樹脂発泡材等よりなる基体11と、該基体11の1対の辺部に沿って配置され、該基体11に対し接着剤等によって固着された合板等よりなる小根太12,12とで構成されている。
基体11の厚さは小根太12よりも若干小さい。基体11と小根太12とは、底面を面一にして固着されており、基体11の上面は小根太12の上面よりも若干低くなっている。これにより、基板10は基体11の上面側に凹所が形成された形状となっている。凹所の深さは、小根太12と基体11との厚みの差に等しい。
この基体11の上面に溝13が延設され、この溝13内に熱媒流通用の配管(放熱管)14が配設されている。なお、図示は省略するが、この溝13内に、略U字形断面形状のU字部と、このU字部の双方の上端から互いに離反方向に張り出す張出部とを有した逆Ω字形状の伝熱材を配置し、このU字部内に放熱管14を配置してもよい。張出部は、溝13に沿う基体11の上面に重ね合わされる。この伝熱材は、アルミ等よりなり、また、必要に応じ基体11に対し接着剤又は粘着材によって付着される。
小根太12は、合板よりなる細長い板形状の部材である。
床暖房用蓄熱シート20は、上記凹所に嵌まる大きさを有し、厚さが上記凹所の深さと等しいものとなっている方形のシェル21と、このシェル21の上面に貼り付けられた合成樹脂の不織布、織布、フィルム等よりなる箔体30とを有する。この箔体30の1対の側辺部30aがシェル21の側縁から張り出している。
第4図に明示される通り、シェル21は、上面部22と、該上面部22と所定間隔をおいて配置された下面部23と、上面部22と下面部23との1対の側辺部同士を繋いでいる1対の側壁部24と、該側壁部24と平行に延在し、上面部22と下面部23とを繋いでいるリブ状の隔壁25と、シェル21の端面を閉鎖している1対のエンドプレート26,26とを有している。この隔壁25によりシェル21内は、隔壁25及び側壁部24と平行方向に延在する複数の小室29に区画されている。
この上面部22、下面部23、側壁部24及び隔壁25は、合成樹脂の押出成形により一体に成形されている。なお、押出成形の押出方向は側壁部24及び隔壁25の延在方向である。上面部22、下面部23、側壁部24及び隔壁25よりなるシェル半完成品の一端面に対し一方のエンドプレート26を接着、超音波溶着などによって固着した後、各小室29内に潜熱蓄熱材27を充填し、他方の端面に他方のエンドプレート26を接着、超音波溶着などによって固着することにより、潜熱蓄熱材27が封入されたシェル21が得られる。この潜熱蓄熱材27としては、融解温度が30〜60℃程度のものが用いられる。
この実施の形態では、隣接する小室29内の潜熱蓄熱材27は融解温度が異なるものとなっている。具体的には、この実施の形態では、第2図の通り、下側に放熱管14が配置された小室29(29a)同士の間に、下側に放熱管14が配置されていない小室29(29b、29c)が設けられている。小室29bは小室29aに隣接しており、小室29cは小室29b間に位置している。なお、パネル側辺部では、小室29cは1つの小室29bにのみ隣接している。放熱管14上の小室29a内には、融解温度が比較的高い潜熱蓄熱材27aが充填され、それに隣接する小室29b内には融解温度が中間の潜熱蓄熱材27bが充填され、小室29c内には融解温度が比較的低い潜熱蓄熱材27cが充填されている。なお、潜熱蓄熱材27の好ましい融解温度及び組成については後述する。
このシェル21に対し箔体30を接着剤又は粘着剤によって貼り付けることにより、床暖房用蓄熱シート20が得られる。シェル21から張り出す箔体30の側辺部30aの幅員は、小根太12の幅員と等しい。
この床暖房用蓄熱シート20を、放熱管14付きの基板10に装着する。この際、シェル21は基体11の上面に重ね、側辺部30aは小根太12の上面に重ね、それぞれ接着剤又は粘着剤によって基体11、小根太12に付着させる。これにより、床暖房パネル1が構成される。
このように構成された床暖房パネル1は、例えば合板等よりなる床下地板上に敷設され、その上に必要に応じ下地合板を介して床仕上げ材が配材される。この床暖房パネル1は、側辺部30a及び小根太12を通して釘又はビス打ちすることにより床下地板に固定される。この実施の形態では、側辺部30aがシェル21の両側辺から延出しているので、床暖房用蓄熱シート20の左右両側縁部をしっかりと固定することができる。
この釘又はビスは、シェル21を全く貫通しないので、液状となった潜熱蓄熱材27が液漏れすることは全くない。
この床暖房パネル1の放熱管14に温水等の熱媒を流通させることにより、床暖房が行われる。放熱管14の上側に蓄熱シート20が敷設されており、この蓄熱シート20の蓄熱材が潜熱蓄熱材であるため、放熱管14の温度が高くても床面温度は、通常、潜熱蓄熱材の融解温度又はそれ以下となり、快適な床暖房を行うことができる。また、放熱管14に通す温水等の温度を高くすることにより、ボイラの熱効率を高めることができる。また、放熱管14に流通させる温水等の温度が変動しても、床面の温度をほぼ一定に保つことができる。
また、この床暖房用蓄熱シート20は、放熱管14に近い小室29a内の潜熱蓄熱材27aが融解温度の高いものとなっており、放熱管14から離隔した小室29c内の潜熱蓄熱材27cが融解温度の低いものとなっており、両者の中間の小室29b内の潜熱蓄熱材27bが両者の中間の融解温度のものとなっている。このため、小室29aの上方は比較的高温に加熱され、小室29cの上方はそれよりも低い温度に加熱され、小室29bの上方は両者の中間の温度に加熱される。従って、床面暖房温度に分布をもたせることができる。
この実施の形態では、床暖房用蓄熱シート20のシェル21は、複数の隔壁25によって上面部22を支承した構造となっているので、上方から大きな荷重が加えられても上面部22が凹むように変形することはない。
この実施の形態では、シェル21内が隔壁25によって多数の小室29に分画されているので、仮にシェル21に局所的にクラックや貫通孔が生じても、液状の潜熱蓄熱材の漏出量は1個の小室29の容積以下に止まる。
このシェル21は隔壁25と側壁部24,25とが平行方向に延在しているので、合成樹脂の押出成形により効率良く製造することができる。
本発明の床暖房パネルは、予め工場で基板と床暖房用蓄熱シートとを一体化したものを施工現場に搬入してもよいし、あるいは、基板と床暖房用蓄熱シートを、それぞれ施工現場に搬入し、施工現場で一体化してもよい。更に、箔体30を施工現場で設けてもよい。
以下に本発明の床暖房パネルを構成する各部材の構成材料等について詳細に説明する。
〈基体〉
基体11の材質は特に限定されないが、通常、断熱性に富んだ発泡合成樹脂製のものが好ましく、発泡合成樹脂製の板状体、具体的には、ポリウレタン発泡体、ポリエチレン発泡体、ポリプロピレン発泡体、ポリスチレン発泡体、ポリ塩化ビニル発泡体、ポリメチルメタクリレート発泡体、ポリカーボネート発泡体、ポリフェニレンオキサイド発泡体、ポリスチレンとポリエチレン混合物の発泡体などが挙げられる。中でも、ポリエチレン発泡体、ポリプロピレン発泡体、ポリスチレン発泡体などが好適である。基体11を構成するこれらの板状体の厚さは9〜50mmの範囲内で選ぶのが好ましい。基体11の発泡倍率は10〜50倍程度が好適である。
〈溝〉
基体11の上面には、放熱管14を配設するための溝13が基体11の長手方向と平行に複数本刻設されている。
溝13の幅員は、放熱管14の外径と同程度とするのが好ましい。溝13は、その延在方向に直交する断面形状がU字形状又はコ字形状となるように形成されるが、特に、放熱管14から床面への伝熱性、放熱管14を溝13に埋設する際の施工性の面から、断面U字形とすることが好ましい。
溝13の深さは、放熱管14の外径と同程度とするのが好ましい。
〈放熱管14〉
放熱管14には、通常可撓性チューブが使用され、具体的には架橋ポリエチレン管、ポリブテン管などの樹脂管、銅管、鋼管などの金属管のいずれを用いても良い。このうち、金属管は樹脂管に比べて高熱伝導率であるものの重量が重く、加工性、発錆等の問題があり、また、コストも高くなるため、床暖房パネルの用途に用いる場合は、樹脂管が好ましい。
放熱管14の断面(長さ方向に直交する方向の断面)形状には特に制限はなく、一般的には第1図に示すような円形とされるが、長円形状ないし楕円形状とすることにより、放熱管14と蓄熱シート20との接触面積を増すことができ、上面側への放熱効率をさらに高めることができる。ただし、この場合には基体11に設ける溝13の形状を放熱管14の形状に倣って適宜設計する。
放熱管14の寸法は、床暖房パネルの施工対象や流通させる熱媒の種類や温度によって変更できるものであるが、一般的には外径が6mm以上13mm以下程度、内径が4mm以上10mm以下程度で、肉厚が0.8mm以上2.0mm以下程度である。
〈熱媒〉
放熱管14に通す熱媒(加熱媒体)としては、温水、水蒸気、加熱オイル、あるいはエチレングリコール系水溶液、プロピレングリコール系水溶液などの不凍液などが挙げられるが、好ましくは温水である。
〈伝熱材〉
放熱管14からの熱を蓄熱シート20に効率良く伝達させるために、前記の通り、伝熱材(図示略)を設けてもよい。
この伝熱材は、アルミニウム、銅などの熱良導性の金属材、特にアルミニウムよりなることが好ましい。
伝熱材は、U字形断面形状のU字部と、該U字部の上端から互いに反対方向に張り出す1対の張出部とを有することが好ましい。
〈シェル21〉
シェル21は、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート、ABS、ポリ塩化ビニルなどの合成樹脂製であることが好ましく、特に押出成形、射出成形等の溶融成形が可能であるところから熱可塑性合成樹脂製であることが好ましい。シェル21の厚み方向の寸法は1〜6mm程度が好適である。また、各種フィラー等、一般に樹脂に添加することのできる各種添加剤が含有されていてもよい。
シェル21内の小室27の幅は5〜50mm程度が好適である。
〈潜熱蓄熱材27〉
潜熱蓄熱材としては、30〜60℃特に40〜50℃付近に融解温度を有するものが好適である。このような潜熱蓄熱材としては、酢酸ナトリウム3水塩(CHCOONa・3HO)(融点58℃)、チオ硫酸ナトリウム5水塩(Na・5HO)(融点48℃)、硫酸ナトリウム10水塩(NaSO・10HO)(融点32℃)、塩化カルシウム6水塩(CaCl・6HO)(融点30℃)の単体、もしくは、上記物質を2種類以上組み合わせた混合塩などが例示される。
なお、潜熱蓄熱材29aの融解温度は50〜60℃程度が好ましく、潜熱蓄熱材29bの融解温度は40〜50℃程度が好ましく、潜熱蓄熱材29cの融解温度は30〜40℃程度が好ましい。つまり、潜熱蓄熱材29bの融解温度は、潜熱蓄熱材29aの融解温度よりも0〜20℃低い温度であることが好ましく、また、潜熱蓄熱材29cの融解温度は10〜30℃低い温度であることが好ましい。
〈箔体30〉
箔体30の種類としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ナイロンなどの合成樹脂繊維の不織布又は織布やフィルムが好適である。箔体30は30〜500μm、特に80〜200μm程度の厚みのものが好適である。
〈表装材層〉
本発明では、箔体30の上にさらに表装材層を設けてもよい。
表装材層としては特に制限はないが、下面側のクッション材層と、この上に積層された床表面材層とを備えるものが好ましい。ただし、クッション材層は必ずしも必要とされず、床表面材層のみでもよい。
クッション材層は、床表面材層上での優れた歩行感覚を得る等の面から、例えばポリウレタン発泡体、ポリオレフィン系発泡体等の発泡樹脂、熱可塑性エラストマー又は不織布を含むものである。
クッション材層の厚さは、その材質、床暖房パネルの施工対象によっても異なるが、床暖房パネルを過度に厚くすることなく、また、配管からの伝熱効率を損なうことなく、十分な歩行性等を得る上で、1mm以上6mm以下、特に2mm以上5mm以下の範囲とすることが好ましい。
床表面材層は、配管を埋設した基体を保護すると共に、床面外観の意匠性と耐久性を高めるためのものであり、通常は合板等の木製、発泡ゴム製で、好ましくは木製のものであり、その表面に通常は、天然木材板又は木目模様などの印刷模様を施したプラスチックフィルム、不織布、強化紙など、好ましくは天然木材板又は強化紙が貼着される。
床表面材層の厚さは、薄すぎると強度が不足して破損しやすくなり、厚すぎると配管からの伝熱効率が低下すると共に床暖房パネルの厚さが厚くなるため、3mm以上15mm以下の範囲とするのが好ましい。
なお、このような床表面材層の上に更に樹脂塗装等を施しても良い。
[別の実施の形態]
上記実施の形態では、下側に放熱管14が存在しない小室(29b、29c)を各小室29a、29a間に合計3室設けているが、この数は1、2又は4以上であってもよい。
また、本発明では、下側に放熱管14が存在する小室内の潜熱蓄熱材として融解温度の比較的低いものとし、放熱管14から離れた小室内の潜熱蓄熱材として融解温度の比較的高いものを用いてもよい。
本発明では、第5図のように、小根太12を省略し、小根太12の部分についても基体11で構成してもよい。
なお、第5図(a),(b)はそれぞれ第1図(a),(b)に相当する断面図である。第5図の実施の形態のその他の構成は、上記実施の形態と同様であり、同一符号は同一部分を示している。
本発明では、第6図のように、シェルの隔壁を四角形、六角形等(第6図では四角形)のハニカムとしてもよい。
第6図のシェル40は、井桁状のハニカム41に対し上下からプレート42を重ね合わせ、振動溶着、接着等により該プレート42とハニカム41とを接合することにより形成されたものである。なお、第6図では上側のプレート42のみが図示されている。
このシェル40を用いて床暖房用蓄熱シートを製造するには、ハニカム41の下面にプレート42を固着させて上開容器状とする。そして、ハニカム41で区画された個々の小室内に潜熱蓄熱材を充填した後、上側のプレート42を被せて固着する。その後、必要に応じシェル40の上面に箔体30(第6図では図示略)を貼着することにより、床暖房パネルが得られる。この場合も、一部の小室内の潜熱蓄熱材を他の小室の潜熱蓄熱材と融解温度の異なるものとする。
なお、本発明においては、シェル内の小室に潜熱蓄熱材を充填していない小室が存在しても良い。
上記実施の形態はいずれも本発明の一例であり、本発明は図示以外の形態をもとりうる。例えば、箔体30をシェルの上面全体に貼るのではなく、シェルの上面の辺縁部にのみ合成樹脂シートを貼り付けてシェルから張り出させてもよい。
本発明の床暖房パネルの実施の形態を示す断面図である。 図1の一部の拡大図である。 図1の床暖房パネルの分解斜視図である。 図1の床暖房パネルのシェルの分解斜視図である。 別の実施の形態に係る床暖房パネルを示す断面図である。 異なる実施の形態に用いられるシェルの分解斜視図である。
符号の説明
1 床暖房パネル
10 基板
11 基体
12 小根太
13 溝
14 放熱管
20 床暖房用蓄熱シート
21 シェル
25 隔壁
27(27a、27b、27c) 潜熱蓄熱材
29(29a、29b、29c) 小室
30 箔体
30a 側辺部
40 シェル

Claims (7)

  1. 内部に空室を有した中空板状のシェルと、
    該シェルの前記空室内に充填された潜熱蓄熱材と
    を備えてなる床暖房用蓄熱シートにおいて、
    該シェル内の該空室が複数の小室に分画されており、
    他の小室とは融解温度の異なる潜熱蓄熱材が充填されている小室を有することを特徴とする床暖房用蓄熱シート。
  2. 請求項1において、該シェルは、
    上面部と、
    該上面部に所定間隔を置いて対置された下面部と、
    該上面部及び下面部の周縁部に連なる周壁部と、
    該上面部と下面部との間のスペースを複数の小室に区画する隔壁と
    を備えてなり、
    該隔壁は一方向に平行に延在しており、これにより該一方向に平行に延在して複数の前記小室が設けられていることを特徴とする床暖房用蓄熱シート。
  3. 請求項2において、隣接する小室内の潜熱蓄熱材の融解温度が異なることを特徴とする床暖房用蓄熱シート。
  4. 放熱管を有した基板と、該基板の上側に設けられた請求項1ないし3のいずれか1項に記載の床暖房用蓄熱シートとを備えてなることを特徴とする床暖房パネル。
  5. 請求項4において、前記床暖房用蓄熱シートは請求項3に記載の床暖房用蓄熱シートであり、
    前記放熱管は前記小室の延在方向と平行方向に延在しており、
    該放熱管は一部の小室の下側にのみ配置されていることを特徴とする床暖房パネル。
  6. 請求項5において、前記放熱管が平行に複数列設けられており、
    下側に放熱管が配置された小室同士の間に、下側に放熱管が配置されていない少なくとも1つの小室が配置されていることを特徴とする床暖房パネル。
  7. 請求項4において、下側に放熱管が配置された小室内に充填された潜熱蓄熱材の融解温度が、下側に放熱管が配置されていない小室内に充填された潜熱蓄熱材の融解温度よりも高いことを特徴とする床暖房パネル。
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