JP2010181098A - 冷暖房装置及びこれに使用する熱交換ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】流体が通るパイプとこれを支持するパネルとを有する天井用幅射式冷暖房用熟交換ユニットにおいて、ユニットの組立を能率良く行え、しかも、ユニットの堅牢性も確保する。
【手段】パイプ３は平面視でジグザグ状に曲がっており、パイプ３の直線部３ａを個別のパネル４で支持している。各パネル４は同一断面形状であり、フレーム材５と各パネル４とは、各パネルの幅方向両端で連結手段によって連結されている。各パネル４には、連結手段として、パネル４の幅方向両端にフレーム材５に向けて突出すると共に当該パネル４の長手方向に長く延びる板状の第１爪片１５ａ，１５ｂが形成されている一方、フレーム材５には、連結手段として、パネル４の第１爪片１爪片１５ａ，１５ｂと係合する係合溝２６Ａが設けられている、
【選択図】図３

Description

本願発明は、流体（液体又は気体）をパイプに通して流体の暖熱又は冷熱を室内に放出して暖房又は冷房を行う幅射式冷暖房装置及びこれに使用する熱交換ユニットに関するものである。

幅射式の冷暖房装置は主として天井部に設置されており、温風や冷風を室内に吹き出す従来の噴気式冷暖房装置に比べて、人の身体に冷気や暖気が直接当たることによる弊害（特に冷房時の冷え性）や不快感がない、放熱面積を広くすることが簡単にできるため場所による温度ムラを生じにくくさせることができる、ファンは不要なので騒音が出ない、室内のホコリを巻き上げることがないため病室にも好適である、運動部分はないため耐久性に優れている、等の様々の利点があり、家庭や病院などで普及しつつある。また、一般のオフィスでも、禁煙化の進展による室内のクリーン度維持によって排気や空気浄化の必要性が低下していることから、幅射式の冷暖房装置が普及しつつあると言える。

幅射式冷暖房装置は一般に平面視四角形（一般に長方形）に形成された熱交換ユニットの多数組から成っており、多数の熱交換ユニットを縦方向又は横方向に一列に配置したり、多数の熱交換ユニットを縦横に整列して配置したり、或いは、熱交換ユニットの列を適当な間隔で並設したりしている。

そして、各熱交換ユニットは、一般に、平面視でジグザグ状に蛇行したパイプをパネルに装着した構成であることが多く、パネルを建物の野縁で支持している。パネルは室内に露出していて天井板としての装飾的役割も有しており、また、パネルは放熱・吸熱の効率を良くするという点から断面形状に工夫を加える必要もあるが、１つの熱交換ユニットの面積はかなり大きいため、１つの熱交換ユニブトを１枚のパネルで構成するとパネル単体で相当の面積・重量になって加工や取り扱いが厄介になる。

そこで、１つの熱交換ユニットを複数枚のパネルで構成することが考えられている。その例として特開２００７−１１３８１０号公報（特許文献１）には、ジグザグ状のパイプを有する場合において、パネルをジグザグに延びるパイプの直線部の数に分断して、各パネルにパイプを抱持する一対の凸条を形成することで各パネルとパイプとを一体化し、更に、凸条を断面鉤条に形成する一方、天井裏に配置した横材（野縁）に、パネルの凸条を抱持するコ字状の吊り部材をビスで締結する、という構成が開示されている。

この特許文献１において、吊り部材の下端部はパネルの凸条と噛み合う鉤形（爪形）になっており、施工に際しては、パネルの凸条を吊り部材に下方から強く押し当てると吊り部材はその弾性に抗して曲がり変形し、これにより、パネルの凸条と野縁の吊り部材とが噛み合って熱交換ユニットは落下不能に保持される。

特開２００７−１１３８１０号公報

特許文献１は、ジグザグ状に蛇行したパイプをパネルの連結部材に兼用することで複数枚のパネルと１本のパイプとを一つに熱交換ユニット化していると言えるが、この構成では、運搬や施工に際して熱交換ユニットをねじるような外力が作用するとその外力はパイプの曲がり部に集中的に作用することになり、このため、運搬や施工に際してパイプを変形させたり損傷させたりする事故の発生が懸念される。

また、パイプの加工精度や加工後の曲がり変形がパネルの姿勢に波及して、例えば、隣り合ったパネルの間に水平方向の隙間が生じたり上下の段差が生じたりといった不具合も懸念され、施工後の体裁の面での不安も残っている。更に、特許文献１では、パネルにおける一対の凸条の間にパイプを嵌め入れてから凸条を内側に折り曲げり、かかる曲げ加工によってパイプをパネルに固定しているが、この凸条の曲げ加工は頗る厄介である。他方、各パネルをフレーム材（ステー）にビスで締結して熱交換ユニット化するということも考えられるが、これもビス止めに多くの手間がかかるという問題がある。

本願発明は、このような現状を改善することを課題とするものである。

本願発明は、幅射方式の冷暖房装置とこれに使用する熱交換ユニットとを含んでおり、具体的な内容は各請求項に記載している。
請求項１の発明は熱交換ユニットに係るもので、この熱交換ユニットは、並列に配置された複数枚のパネルの群の片面側(裏面側)に、流体が通るパイプと各パネルを連結するためのフレーム材とが配置されており、前記フレーム材は各パネルを横切る方向に延びており、前記フレーム材と各パネルとは、各パネルの幅方向両端で、当該フレーム材と各パネルとを互いに重なる方向に相対動させると弾性変形して嵌まり合う連結手段によって連結されていることを特徴とする。

上記構成によれば、複数枚のパネルとフレーム材とは互いに連結されて１つにユニット化されており、このためユニット全体として高い剛性を確保することができる。また、熱交換ユニットをねじるような外力が作用してもその外力がパイプに波及することはなく、パイプは自身に外力が作用しない限り変形したり損傷したりすることはない。

また、パネルとフレーム材との連結は連結手段の強制嵌合によって行うものであるため、パネルとフレーム材との連結をワンタッチ的に行うことができ、このため熱交換ユニットの組み立てを能率良く行える。

以上のように、本願発明では、複数枚のパネルを有する熱交換ユニットを、迅速にしかも頑丈な構造に組み立てることができ、その結果、熱交換ユニットの組立能率をアップできるのみならず、熱交換ユニットの取り扱いに過剰な注意を払う必要がないため施工の能率もアップできる。加えて、パネルをフレーム材によって正確に位置決めできるため、熱交換ユニットとしての組立後の精度も高くすることができ、その結果、美観の悪化防止にも貢献できる。

さらに、各パネルの幅方向両端で、各パネルとフレーム材とが連結されているので、隣り合ったパネル間に隙間が生じて美観が低下するという問題を的確に防止できる。この点について、参考までに述べると、本出願人は、各パネルとフレーム材とを連結手段により連結するようにした熱交換ユニットを既に出願している（特願２００８−９５８０４）。しかし、この出願に係る熱交換ユニットは、各パネルとフレーム材とをパネルの中央部で連結する構成である。従って、例えば、特願２００８−９５８０４の図７に示す構成では、パネルの自重によりパネルの端部に撓みが生じ、パネルの継ぎ目に隙間が発生する。そのため、当該図７の右下側からパネルの継ぎ目付近を見ると、当該隙間が見えてしまうという問題がある。これに対して、各パネルとフレーム材とをパネルの幅方向両端で連結する構成の本発明では、パネルの自重によりパネルの端部に撓みが生じることはなく、そのため、パネルの継ぎ目に隙間が発生せず、美観が低下することはない。

請求項２の発明は、請求項１に記載の熱交換ユニットであって、前記各パネルは押し出し加工品であり、隣り合ったパネルにはその厚さ方向に重なり合う重合部が形成されており、かつ、前記各パネルには、前記連結手段として、パネルの幅方向両端に前記フレーム材に向けて突出すると共に当該パネルの長手方向に長く延びる板状の第１爪片が形成されている一方、前記フレーム材には、前記連結手段として、前記パネルの第１爪片と係合する係合溝が設けられていることを特徴とする。

請求項１ではパネルとして例えば板金加工品を使用することも可能であるが、請求項２のように押し出し加品を使用すると、各パネルを同一断面形状とすることで大幅なコストダウンを図ることができると共に寸法精度も向上できる。また、隣り合ったパネルの端部を厚さ方向に重ねると、隣り合ったパネルの間に隙間が生じて美観が低下するという問題をより的確に防止できる。

また、連結手段としては様々の態様を採用できるが、請求項２のようにパネルにおける第１爪片でフレーム材における係合溝に係合する態様を採用すると、第１爪片はパネルの長手方向に長く延びていることにより、フレーム材の位置を任意に設定できて熱交換ユニットを組立に際しての自由性・融通性に優れている。また、第１爪片はパネルの長手方向に長く延びていて曲げ強度が高いため、フレーム材の係合溝に係合するに際して第１爪片が塑性変形するといったことはなく、このため強度にも優れている。

請求項３の発明は、請求項１又は２記載の熱交換ユニットであって、前記各パネルには、前記パイプが半分程度嵌まる断面略半円状のパイプ受け部が形成されており、パイプは断面半円状の押さえ部材によってパイプ受け部に押さえ保持されており、かつ、前記押さえ部材とパイプ受け部とには、パイプを挟んだ両側の部位において互いに重なり合う平坦部が形成されていることを特徴とする。

上記構成により、パイプはパネルのパイプ受け部と押さえ部材とで全体が保持されており、しかも、押さえ部材とパネルとの平坦部が重なっているため、押さえ部材に伝わった熱もパネルに効率的に伝わることになり、その結果、熱効率を向上させることができる（特許文献１ではパイプの一部は天井裏空間に露出したままであるため、熱のロスが大きい。）。

なお、パネルは熱効率の点からは熱伝導率の良い素材が好ましく、また、軽量であることや強度を備えていることも要請される。これらの条件を満たす素材としてはアルミのような軽金属又はアルミ合金のような軽合金を採用するのが好ましい。

請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の熱交換ユニットを有し、熱交換ユニットを構成するパイプに流体が通ることで冷房又は暖房を行うようにした冷暖房装置であって、前記熱交換ユニットの各パネルの片面側が室内の壁面側に臨み、且つ、各パネルの片面側とは反対側の表面が室内側に臨むように配置し、前記室内の壁面に前記熱交換ユニットを支持固定したことを特徴とする。

本願の請求項で「冷房又は暖房」の文言を使用しているが、これは冷房と暖房との両方を行う場合と、冷房専用の場合、暖房専用の場合との３つの態様を含んでおり、従って、冷暖房装置も冷房しか行わない場合と暖房しか行わない場合との両方を含んでいる。

本願発明では、複数枚のパネルを有する熱交換ユニットを、迅速にしかも頑丈な構造に組み立てることができ、その結果、熱交換ユニットの組立能率をアップできるのみならず、熱交換ユニットの取り扱いに過剰な注意を払う必要がないため施工の能率もアップできる。加えて、パネルをフレーム材によって正確に位置決めできるため、熱交換ユニットとしての組立後の精度も高くすることができ、その結果、美観の悪化防止にも貢献できる。さらに、各パネルの幅方向両端で、各パネルとフレーム材とが連結されているので、隣り合ったパネル間に隙間が生じて美観が低下するという問題を的確に防止できる。

（Ａ）は実施形態に係る冷暖房装置を設置した天井部を下方から見た概略斜視図、（Ｂ）は熱交換ユニットの底面図である。 熱交換ユニットの平面図である。 図２のIII−III視断面図である。 要部拡大断面図である。 要部の分離正断面図である。 要部の分離斜視図である。 建物への取り付け状態の例を示す図である。

次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は天井設置方式の冷暖房装置に適用した例であり、以下に説明する。

（１）実施形態の構造
図１のうち（Ａ）は実施形態に係る冷暖房装置を設置した天井部を下方から見た概略斜視図であり、室の天井部には多数の熱交換ユニット１を一列に並べて成る複数の冷暖房部が配置されており、隣り合った冷暖房部の間には照明部（照明熱交換ユニット）２が配置されている。すなわち、冷暖房部と照明部（照明熱交換ユニット）２とが交互に並んでいる。

本実施形態では、熱交換ユニット１と冷暖房装置とを峻別する実益はあまり無く、１つの熱交換ユニット１で１つの冷暖房装置が構成されていると観念することもできるし、複数の熱交換ユニット１で１つの冷暖房装置が構成されていると観念することもできるが、以下の説明では、多数の熱交換ユニット１によって１つの冷暖房装置が構成されているとして説明する。

各熱交換ユニット１は同じ同一構造であり、平面視（底面視）で細長い長方形の外観を呈し、熱交換ユニット１の群がその長手方向（Ａ方向）に一直線に並んでいる。

図１のうち（Ａ）は熱交換ユニット１と照明部２とのレイアウトを示すことを主眼にして描いたものであるが、図１（Ｂ）は熱交換ユニット１をより実際に近づけて描いた底面図であり、この図１（Ｂ）に示すように、熱交換ユニット１はその並び方向（Ａ方向）に延びる多数の縞が表れた外観を呈している。以下、熱交換ユニット１の詳細を図２以下の図面を参照して説明する。なお、以下の説明で「正面」「側面」「左右」の文言を使用するが、これは、熱交換ユニット１の長手方向（Ａ方向）を向いた状態を正面視として基準にしている。

図２は熱交換ユニット１の平面図、図３は図２のIII−III視断面図、図４は要部拡大断面図、図５は要部の分離正断面図、図６は要部の分離斜視図、図７は建物への支持状態の例を示す図である。

図２及び図３から理解できるように、熱交換ユニット１は、平面視でジグザグ状に蛇行したパイプ３と、パイプ３を支持する複数枚のパネル４と、パネル４の群を連結して一体化するためのフレーム材５と、パイプ３をパネル４に押さえ保持するための押さえ部材６とを主要部材として構成されている。パイプ３は平行に延びる６本の直線部３ａと、隣り合った直線部３ａを連続させる５つのＵターン部３ｂとから或っており、従って、両端に位置した直線部３ａは同じ方向に開口している。

敢えて述べるまでもないが、パイプ３の両端のうち，一方は流入口となって他方は流出口になっており、それぞれ継手７を介して配管８が接続されている。また、パイプ３は直線部３ａを奇数本とすることで流入口と流出口とを反対側に位置させることも可能である。

パイプ３における１本の直線部３ａに対応して１枚のパネル４が配置されており、このため１つの熱交換ユニット１は６枚のパネル４を有している。各パネル４は同一形状・同一寸法であり、アルミの押し出し加工品を同じ寸法に切断して使用している。そして、各パネル４は全体としてはて細長い平板状であり、図３に表示しているように、本実施形態では、左右方向が幅方向となって上下方向が厚さ方向になっている。

図３や図４に示すように、パネル４の略左右中間部には、パイプ受け部１３が全長にわたって延びるように形成されている。このパイプ受け部１３は、上向き開口した断面が半円状でパネル４の基準面から下向き突の状態に形成されている。パネル４のうちパイプ受け部１３を挟んだ両側が平坦部に形成されている。一方、押さえ部材６はパネル４の直線部３ａの上半分に重なる下向き凹部状の半円形でかつ左右両端にはフランジ６ａが形成されており、押さえ部材６のフランジ６ａとパイプ受け部１３の両側は平坦部とが密着するようになっている。パネル４のうちパイプ受け部１３を挟んだ両側の平坦部と押さえ部材６のフランジ６ａとは請求項に記載した平坦部の一例である。

また、パネル４には、パイプ受け部１３と同じ断面形状の半円形の下向き突起２２，２２′が形成されている。下向き突起２２はパイプ受け部１３を挟んだ左右両側にそれぞれ形成されている。

下向き突起２２，２２′は美粧目的で形成された一種のダミーであり、下向き突起２２，２２′のうち図３においてパイプ受け部１３の右側の下向き突起２２のさらに右側に位置したものはパネル４の端を構成するエンド突起になっており、このエンド下向き突起２２′の外端部に内向き部２３を一体に設け、内向き部２３の先端に板状の第１爪片１５ａを突設している。

他方、パネル４のエンド下向き突起２２′と反対側の他端には、パネル４の平板状部の板厚分だけ高さが高くなった略Ｌ形の段上がり部１２が形成されており、この段上がり部１２の先端（図３の左端）に板状の第１爪片１５ｂを突設している。従って、隣接するパネル４同士の継ぎ目では、図３及び図４に示すように、第１爪片１５ａと第１爪片１５ｂとが対向配置された状態となっている。なお、継ぎ目で対向配置された第１爪片１５ａ，１５ｂの上端（先端）には相対向した方向とは反対方向に突出した外向き鉤部１５ａ１，１５ｂ１が形成されている。なお、段上がり部１２の段差面１２ａには、隣のパネル４の内向き部２３の外端面が当接している。

フレーム材５は、断面下向き開口コ字状の溝型鋼（又は板金加工品）を使用しており、各パネル４の上方において平面視でパネル４と直交した方向に延びている。本実施形態では１つの熱交換ユニット１に３本のフレーム材５を使用している。そして、各フレーム材５の前後側板５ａには、隣接するパネル４同士の継ぎ目位置に対応して第１爪片１５ａ，１５ｂが嵌まり係合する下向き開口した係合溝２６Ａを形成している。係合溝２６Ａには、第１爪片１５ａ，１５ｂの外向き鉤部１５ａ１，１５ｂ１が載る内向き段部２６ａを有している。また、各フレーム材５の一端部（図３の左端部）には、第１爪片１５ｂが嵌まり係合する外向き開口した係合溝２６Ｂを形成している。係合溝２６Ｂには、第１爪片１５ｂの外向き鉤部１５ｂ１が載る段部２６ｂを有している。各フレーム材５の他端部（図３の右端部）には、第１爪片１５ａが嵌まり係合する外向き開口した係合溝２６Ｃを形成している。係合溝２６Ｃには、第１爪片１５ａの外向き鉤部１５ａ１が載る段部２６ｃを有している。

また、フレーム材５の前後側板５ａには切欠き３０が形成されており、各パネル４とフレーム材５が連結された時に、当該切欠き３０の平板部内壁３０ａにより押さえ部材６の頂部を当接するようになっている。

本実施形態では、隣り合ったパネル４は、一方のパネル４の内向き部２３と他方のパネル４の段上がり部１２とが上下に重なっているに過ぎず、フレーム材５への装着作業を軽快に行える。また、パイプ３の直線部３ａはパネル４の平坦部から半分だけ下方にはみ出ているため、パネル４の平坦部とフレーム材５との間の間隔が小さくなる。従って、熱交換ユニット１を薄型化できる利点がある。また、パネル４の下面にはパイプ受け部１３と下向き凸部２２，２２′の線が縞模様として表れることにより、装飾性が付与されている。

（２）実施形態のまとめ
以上の説明から理解できるように、各パネル４と各フレーム材５とを重なる方向に相対動させて第１爪片１５ａ，１５ｂと係合溝２６Ａを、第１爪片１５ｂと係合溝２６Ｂを、第１爪片１５ａと係合溝２６Ｃを、それぞれ強制的に係合させることにより、フレーム材５と各パネル４とが連結される。

熱交換ユニット１の組立手順としては、図５の状態において、パネル４を右から連結していく。具体的には、先ず、パイプ受け部１３にパイプ３を載せると共に、パイプ３上に押さえ部材６を配置し、最も右側のパネル４をフレーム材５に上向きに押し当てて、１爪片１５ａと係合溝２６Ｃとを係合させ、且つ第１爪片１５ｂと係合溝２６Ａとを係合させる。次いで、最も右側のパネル４の左側に隣接するパネル４（パイプ受け部１３にパイプ３を載せると共に、パイプ３上に押さえ部材６を配置したもの）をフレーム材５に上向きに押し当てて、第１爪片１５ａ，１５ｂと係合溝２６Ａとを係合させる。同様にして順次パネル４をフレーム材に取り付ける。そして、最も左側のパネル４（パイプ受け部１３にパイプ３を載せると共に、パイプ３上に押さえ部材６を配置したもの）をフレーム材５に上向きに押し当てて、第１爪片１５ａと係合溝２６Ａとを係合させ、且つ第１爪片１５ｂと係合溝２６Ｂとを係合させる。こうして、フレーム材５にパネル４が取り付けられて、熱交換ユニット１が組み立てられる。

熱交換ユニット１を建物の天井部に保持する方法は天井裏の吊支構造に応じて選択することになるが、いずれにしても、一般には、図２，図３に示すようにフレーム材５が野縁１８にねじ止めや溶接等の適宜手段で固定されることが多い。図７では野縁１８の支持手段の例を示しており、このうち（Ａ）の例ではＨ型鋼よりなる横梁１９の水平片１９ａに野縁１８の端部を載せている。図では省略しているが、一般に、野縁１８はずれ動かないように金具を介して梁材１９に支持される。

図５（Ｂ）に示す例では、天井スラブ（図示せず）から垂下した吊りボルト２０で野縁１８を吊支している。符号２１で示すのは吊り金具である。図示してはいないが、フレーム材５を野縁等の吊支部材に金具によって連結することも可能である。

本実施形態では、押さえ部材６は同一断面形状であってパネル４と同様のアルミ等の押し出し加工品であるため、製造コストを大幅に低減することができる。

（その他の事項）
以上、本願発明の実施形態を幾つか説明したが、本願発明は更に様々に具体化できる。例えばパイプ３は必ずしも実施形態のようなジグザグ状に蛇行している必要はないのであり、また、断面形状も円形（真円）である必要はない。また、パネル４やフレーム材５の具体的な形状も様々に具体化できる。更に、本願発明に係る熱交換ユニット（冷暖房装置）の設置場所は天井には限らず、壁等の他の場所に設置することも可能である。

本発明は、病院、高齢者施設、図書館等の各種建物内における空間内の調温および調湿を行うための空気調和システムに広汎に適用することが可能である。

１ 熱交換ユニット
２ パイプ
３ａ パイプの直線部
４ パネル
５フレーム材
６ 押さえ部材
６ａ 抑え部材の平坦部の一例としてのフランジ
１３ パイプ受け部
１５ａ，１５ｂ 連結手段の一環を成す第１爪片
２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ 連結手段の一環を成す係合溝
１８ 野縁

Claims (4)

1. 並列に配置された複数枚のパネルの群の片面側に、流体が通るパイプと各パネルを連結するためのフレーム材とが配置されており、前記フレーム材は各パネルを横切る方向に延びており、前記フレーム材と各パネルとは、各パネルの幅方向両端で、当該フレーム材と各パネルとを互いに重なる方向に相対動させると弾性変形して嵌まり合う連結手段によって連結されていることを特徴とする冷暖房装置用の熱交換ユニット。
2. 前記各パネルは押し出し加工品であり、隣り合ったパネルにはその厚さ方向に重なり合う重合部が形成されており、かつ、前記各パネルには、前記連結手段として、パネルの幅方向両端に前記フレーム材に向けて突出すると共に当該パネルの長手方向に長く延びる板状の第１爪片が形成されている一方、前記フレーム材には、前記連結手段として、前記パネルの第１爪片と係合する係合溝が設けられている、請求項１に記載の熱交換ユニット。
3. 前記各パネルには、前記パイプが半分程度嵌まる断面略半円状のパイプ受け部が形成されており、パイプは断面半円状の押さえ部材によってパイプ受け部に押さえ保持されており、かつ、前記押さえ部材とパイプ受け部とには、パイプを挟んだ両側の部位において互いに重なり合う平坦部が形成されている、請求項１又は２に記載の熱交換ユニット。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の熱交換ユニットを有し、熱交換ユニットを構成するパイプに流体が通ることで冷房又は暖房を行うようにした冷暖房装置であって、
   前記熱交換ユニットの各パネルの片面側が室内の壁面側に臨み、且つ、各パネルの片面側とは反対側の表面が室内側に臨むように配置し、前記室内の壁面に前記熱交換ユニットを支持固定した冷暖房装置。

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