JP2011509843A - 改良された構造用サンドイッチ板パネル及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
【解決手段】本出願は、第１及び第２の外側金属板と、該外側金属板に接合され、その間でせん断力を伝達するように配置されるプラスチック又は高分子材料のコアとを備える構造用サンドイッチ板部材に関する。その部材は、コア内に埋設され、外側金属板のうちの少なくとも一方と熱的に接触する温調媒体用の導管をさらに備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、構造用サンドイッチパネルに関し、特に、船舶、海洋構造物及び建造物で使用するための構造用サンドイッチパネルに関する。

船舶が稼働する気候ゾーンにかかわらず、室内環境を高度なものにするために、海洋における用途においてはＨＶＡＣシステムに対する需要が増大している。冷気又は暖気を供給することにより室内温度を制御する強制対流空調システムが、最も広く使用されている。室内環境を必要な基準に適合するために、自動及び制御システムを備える多目的内蔵型ファン、ダクト及び空気移動デバイス、エアハンドリングユニットが、船舶及びプラットフォーム上のスペースに設置される。例えば、ＢＳ ＥＮ ＩＳＯ７７３０：１９９５「Ｍｏｄｅｒａｔｅ ｔｈｅｒｍａｌ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓ． Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ＰＭＶ ａｎｄ ＰＰＤ ｉｎｄｉｃｅｓ ａｎｄ ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｆｏｒ ｔｈｅｒｍａｌ ｃｏｍｆｏｒｔ」を参照されたい。このようなシステムを使用した場合には、材料コストが高くつき、設置作業が大変になり、利用することができる使用可能なスペースが小さくなる。一例を挙げて説明すると、２，７５０人の乗客のための１６のデッキと部屋を含む、長さ２２３メートル、高さ６０メートルのクルーズ船は、６０のエアハンドリングユニット、約８０ｋｍのダクト、約１５０，０００の金具、数千の気中終端デバイス及び空気弁を必要とする場合がある。

沿岸建造物においては、いわゆる「輻射式の天井（radiant ceilings）」が、強制対流空調システムの代替物として提案されてきた。このようなシステムにおいては、疑似天井パネルの非視認側に取り付けられている銅管を通して冷水が汲み上げられ、その下に位置する部屋が輻射熱の吸収及び対流により冷却される。強制空気システムと比較した場合、輻射式の天井は種々の利点を有しているが、多数の異なるパネルを必要する場合には、設置費及び維持費が高くなる恐れがある。

また、コンクリートの天井スラブ内に埋設されているパイプを通して、水を流すことにより建造物を冷却する方法も提案されてきた。例えば、Ａｎｔｏｎｏｐｏｕｌｏｓ，Ｋ．Ａ．他の「Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ａｎｄ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｓｔｕｄｉｅｓ ｏｆ ｓｐａｃｅ ｃｏｏｌｉｎｇ ｕｓｉｎｇ ｃｅｉｌｉｎｇ−ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｐｉｐｉｎｇ」、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ、Ｖｏｌ．１７、Ｎｏ．４、３５１〜３６７ページ、１９９７年、及び「Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｏｆ Ｕｎｓｔｅａｄｙ Ｔｈｒｅｅ−Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ Ｈｅａｔ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｄｕｒｉｎｇ Ｓｐａｃｅ Ｃｏｏｌｉｎｇ Ｕｓｉｎｇ Ｃｅｉｌｉｎｇ Ｅｍｂｅｄｄｅｄ Ｐｉｐｉｎｇ」、Ｅｎｅｒｇｙ、Ｖｏｌ．２２、Ｎｏ．１、５９〜６７ページ、１９９７年を参照されたい。しかし、コンクリートスラブの高い熱質量及び低い熱伝導性のために、冷却中の部屋の温度が変化するのに数時間かかる場合がある。

参照により本明細書に組み込むものとする米国特許第５，７７８，８１３号及び米国特許第６，０５０，２０８号に、構造用サンドイッチ板部材について記載されている。上記部材は、例えば、未発泡ポリウレタンのような中間エラストマーコアと一緒に接合されている外側金属（例えば鋼）板を備える。これらのサンドイッチ板システムは、補剛鋼板、成形鋼板、鉄筋コンクリート又は鋼コンクリート複合構造の代わりとして、また、結果として得られる構造を非常に簡単にするために、多くの形状の建造物で使用することができ、重量を低減する一方で、強度及び構造性能（例えば、剛性、減衰特性など）を改善する。同様に参照により本明細書に組み込むものとするＷＯ２００１／３２４１４号に、他の開発されたこれら構造用サンドイッチ板部材が記載されている。上記文献に記載されているように、重量を軽減するために発泡体をコア層に内蔵することができ、剛性を改善するために横方向の金属せん断板を追加することができる。

ＷＯ２００１／３２４１４号の教示によれば、発泡体は中空であっても中実であってもよい。中空の発泡体を使用すれば、重量を大幅に軽減することができるので有利である。上記文献に記載されている発泡体は、軽量の発泡材からできているものに限定することなく、木材又は鋼鉄の箱、プラスチックの押出形材及び中空のプラスチック球のような他の材料から作ることもできる。

本発明の１つの目的は、船舶、海洋構造物、建造物又は他の構造物で、温度調節を行うための装置を内蔵する構造用サンドイッチ板部材を提供することである。

本発明は、第１及び第２の外側金属板と、この外側金属板に接合されていて、その間でせん断力を伝達するように配置されているプラスチック又は高分子材料のコアとを備える構造用サンドイッチ板部材を提供する。上記部材は、コア内に埋設されていて、外側金属板のうちの少なくとも一方と熱的に接触している温調媒体用の導管をさらに備える。

ある実施形態においては、導管は、温調媒体としての働きをする熱伝導性流体が、この部材を加熱又は冷却するために流れることができるようにするパイプ又はホースであってもよい。好ましい実施形態においては、熱伝導性流体は、液体であり、好適には水であることが好ましい。

他の実施形態においては、導管は、導電体であり、温調媒体は、これにより、この部材を電気抵抗又は誘導加熱により加熱することができる電流である。

また、本発明は、
空洞（キャビティ）を画成（形成）するように離間して第１及び第２の金属板を提供するステップと、
空洞内に温調媒体用の導管を提供するステップと、
上記空洞を硬化していないプラスチック又は高分子材料で充填するステップと、
その間でせん断力を伝達するために、十分な強度で上記金属板に接合させるために、上記プラスチック又は高分子材料を硬化可能にするか、又は硬化させるステップと、
を含む構造用サンドイッチ板部材を製造する方法を提供する。

本発明の構造用サンドイッチ板部材の外板の材料、寸法及び一般的特性は、この構造用サンドイッチ板部材が設置される特定の用途により所望に応じて選択することができ、米国特許第５，７７８，８１３号及び米国特許第６，０５０，２０８号にその概要が記載されている。厚さ０．５〜２０ｍｍの鋼鉄又はステンレス鋼が通常使用され、軽量にしたい場合にはアルミニウムを使用することができる。同様に、プラスチック又は高分子コアは、例えば、米国特許第５，７７８，８１３号及び米国特許第６，０５０，２０８号に記載されているような、ポリウレタンのようなエラストマーなどの任意の適切な材料でよいが、好適には、コンパクトなもの、すなわち発泡体でないものが好ましい。好適には、コアは、熱可塑性材料ではなく熱硬化性材料であることが好ましい。

例示的実施形態及び添付の略図を参照しながら以下に本発明について説明する。

本発明のある実施形態による構造用サンドイッチ板部材の断面図である。 本発明のある実施形態による他の構造用サンドイッチ板部材の部分切取斜視図である。 本発明による床パネルを製造する方法のフローチャートである。

数枚の図面中、類似の参照番号は類似の部材を示す。

図１の構造用サンドイッチ板部材（又はパネル）は、鋼鉄、アルミニウム又は他の金属であってもよく、例えば、０．５〜８ｍｍ、より好適には１〜５ｍｍ、最も好適には１〜２．５ｍｍの厚さの上下の外板（面板）１１、１２を備える。閉じた空洞を形成するために、その外周の周囲の面板１１、１２間に、縁板、圧延した構造形状、押出構造形状又は周辺バー１３が提供される。面板１１、１２間の空洞内には、コア１４が位置する。このコアは、１５〜２００ｍｍの範囲内の厚さを有することができるが、多くの用途の場合、２５〜１００ｍｍの厚さが適している。平面図の板部材の全体の寸法は、幅が１〜５ｍ、長さが５〜１５ｍであってもよい。好適なサイズは、幅が２．５ｍ、長さが１０ｍである。板部材は、標準サイズに作ることもできるし、注文により特定の形状及び／又は寸法に製造することもできる。

コア１４は、十分な強度で面板１１、１２に接合していて、使用中に予想されるせん断力を伝達するのに十分な機械的特性を有する（好適には、上記のポリウレタンのような熱硬化性の小型エラストマーであることが好ましい）プラスチック又は高分子材料を含む。コア１４と面板１１、１２との間の接合強度は、３ＭＰａより大きくすべきであり、好適には、６ＭＰａより大きいことが好ましく、コア材料の弾性率は、２００ＭＰａより大きくすべきであり、好適には、２５０ＭＰａより大きいことが好ましい。通常の使用及び占有負荷が１．４ｋＰａ〜７．２ｋＰａ程度である低負荷用途の場合には、接合強度は、例えば約１．０ＭＰａのようなもっと小さなものであってもよく、使用及び占有負荷、施行負荷及び風、地震（必要に応じて）及び温度負荷を含むすべての予想される負荷に対する構造に関連する安全指数に基づいて、必要な抵抗を与えるのに十分なものとすべきである。コア１４により、構造用サンドイッチ板部材は、かなり厚い板厚及び有意な追加の剛性を有する捕剛鋼板の強度及び加重支持能力を有する。コア層１４は、外側金属板１１、１２間でせん断力を伝達する働きをする。

コア１４内には、外側金属板１１、１２の一方又は両方に熱的に接触している導管１５が位置する。導管１５は、ブラケット又はクリップ１６のような固定デバイスにより、又は熱伝導性接着剤により、外側金属板１１、１２に対して保持することができる。また、導管は、コア１４により簡単に所定の場所に保持することもできる。好適には、導管は、コア１４に直接接触していることが好ましい。導管１４の役目は、部材又はパネル１０の温度を制御することができるようにすることである。

好ましい実施形態においては、導管１５は、そこを通して熱伝導性流体が循環することができるホース又はパイプを備える。好適には、水であることが好ましい熱伝導性流体は、例えば、ボイラ又はチラーにより所望の温度になり、導管を通して汲み上げられる。また、熱伝導性流体は、船舶内のエンジン又は発電機からの廃熱により加熱することができる。熱は、部材又はパネル１０の金属板へ又は金属板から、それ故、例えば、船舶内のコンパートメント又はキャビン又は沿岸又は海洋構造内の部屋のような隣接空間へ又は隣接空間から伝達される。パイプ又はホース１５は、特に頑丈なものでなくてもよい。何故なら、パイプ又はホースは、コア１４により支持及び保護されるからである。しかし、流体が漏洩しないもの（例えば、非腐食性）であり、熱伝導性媒体に耐性を有するもの（例えば、水密性）とすべきであり、好適には、適正な高さの温度伝導性を有するものとすべきである。パイプ又はホース１５は、薄肉ポリプロピレン又は銅管であってもよい。

他の実施形態においては、加熱だけが必要な場合だけに役に立つのだが、導管１５は、それにより導体を通して電流が流れた場合に熱が発生する電気抵抗を有する導体であってもよい。このようなシステムは、容易に迅速に制御することができ、複数の導管を別々に切り替えることができる場合には、局所的温度制御装置を容易に提供することができるという利点を有する。また、電気抵抗を有する導体は、熱伝導性流体内に位置する場合には、循環のためにホース又はパイプと一緒に使用することができる。

図１の場合には、導管１５は、面板１１、１２の両方の内側に位置しているが、用途により導管を下の面板１２上にだけ、又は上の面板１１上にだけ提供することができることを理解することができるだろう。例えば蛇行経路内に配置されたネットワーク内で接合している１つの導管の異なる各部、又はこれらの組合せを通して、温調媒体の流れを別々に制御することができるように、図１の複数の導管を別々に独立させることができる。別々の導管内の流れを別々に制御することにより、局所的熱負荷が何であれ温度を均一に維持し、又は異なる温度エリアを提供することができるようにしながら、局所的温度制御を行うことができることを理解することができるだろう。より詳細には、コア１４の絶縁特性により、面板１１、１２を異なる温度に維持することができる。

本発明の実施形態においては、部材１０の全重量を軽減するために、コア１４の材料のいくつかの部分の代わりに、コアの残りの部分のプラスチック又は高分子材料よりも密度の低い比較的軽量の形態を使用することができる。形態は、例えば発泡剤などの中空又は中実のものであってもよく、参照により本明細書に組み込むものとするＷＯ２００１／３２４１４号、ＷＯ２００２／０７８９４８号、ＷＯ２００３／１０１７２８号、ＷＯ２００４／０８２９２８号及びＷＯ２００５／０５１６４５号に開示されている種々のタイプのうちの任意のものであってよい。軽量の形態の絶縁効果が増大する場合には、このような形態を、別々に制御可能な加熱及び／又は冷却ゾーンの保守を容易にすることができるように配置することができる。

図２は、パネル２０が、パネルの面積の大部分を横切る蛇行経路内に配置されている１つのパイプ２５を有する本発明の特定の実施形態を示す。温調媒体としての冷水は、ポンプ２７によりチラー２８から流され、チラーに循環する。

パイプ２５への接続は、パネルの縁部内で押し込み嵌め連結により行うことができる。しかし、複数のパネル内のパイプを直列又は並列に接続することができるように設置することができる主要な面のいずれかを通して接続を行うこともできる。

水などの流体を温調媒体として使用する場合には、流体の温度及び流速の一方又は両方を制御することにより、加熱又は冷却効果を制御することができることを理解することができるだろう。より詳細には、冷却の場合には、これにより、露点より高くパネルの温度を維持することにより凝結を防止することができる。

天井又は床パネルとして、好適には、面板は、全体的に平らな下面又は上面であることが好ましいが、他の面は平らでなくてもよく、一方の面又は両方の面は、ユーティリティ導管及び出口を収容するために、凹部、トレンチ、溝、又は開口部を設けることができる。垂直及び水平通路の一方又は両方も、ユーティリティ導管用の床パネル内に提供することができる。

図３は、本発明による床パネルを製造するための好適な方法を示す。好適には、この方法は、現場以外の場所で実行することが好ましい。この方法は、
金属板１１、１２に導管１５を取り付けるステップと（Ｓ１）、
空洞を形成するために、スペーサにより型内に外側金属層１１、１２を設置するステップと（Ｓ２）、
注入ポートを通して空洞内に液状プラスチック又は高分子材料を注入するステップと（Ｓ３）、
コア１４を形成するために、プラスチック又は高分子材料を硬化させるか、又は硬化可能にするステップと（Ｓ４）、
を含む。

縁部板、周辺バー又は圧延又は押出構造形状１３をパネルの縁部の周囲に提供することができる。上述したように、好適なプラスチック又は高分子材料は、ポリウレタンを形成するために、空洞内で反応する２つの成分の混合物を注入することにより形成される熱硬化性ポリウレタンエラストマーである。そうすることにより小型になる。すなわち、発泡材のように嵩張らなくなる。

硬化後に、例えばネジ付きプラグにより注入ポート及び通気孔が充填され、研磨により外側金属板の面と面一になる。確実に完全に充填するために、複数の注入ポート及び通気孔を提供することができる。

コア形成後には、ホース又はパイプ１５はコアにより支持され、保護されるので、パネルの使用中ホース又はパイプは特に丈夫なものでなくてもよい。ホース又はパイプは、損傷を受けたり又は押しつぶされたりしないように、コアの注入及び硬化中に加わる圧力及び温度に耐えることができるか、又はこれらから保護する必要がある。このことは、注入工程中に、ホース又はパイプ１５を、空気又は水などの適切な気体又は液体により加圧することにより行うことができる。実際には、ある種の環境においては、その工程中にコア材料の温度を制御するために、注入及び／又は硬化工程中にホース又はパイプ１６を通して、被加熱流体又は被冷却流体を循環させると有利である。

導管１５は、例えば、ブラケット又はクリップ１６又は接着剤のような任意の都合のよい方法で、面板１１、１２に取り付けることができる。場合によっては、導管１５は、注入の前に底面板上に単に置くことができるように、十分丈夫なもの又は剛性が十分高いものであってもよい。接続部を除けば、通常、導管１５は高い精度で位置決めする必要はない。

パネルに、例えばユーティリティ導管及び出口、又は固定点又は吊り点のような他の表面特徴性状（フィーチャ）のための凹部、溝又は開口部を設ける場合には、好適には、これらのものを、コアを注入する前に、外側金属板内又は上に形成することが好ましい。溝及び他の凹凸部は、板の厚さ及び形成するフィーチャのサイズに適している型削り、切断、曲げ、圧延及び打抜き加工のような周知の技術により形成することができる。細部は溶接により取り付けることができる。例えば、ユーティリティ導管のための床パネルを貫通する通路を形成するためのチューブは、コア１４を形成するために材料を注入する前に所定の位置に設置することができる。また、このようなフィーチャは、例えば、コアリングによりコア１４の注入及び硬化の後で形成することもできるが、このような場合には、溶接のような作業により発生した熱が、コア１３に決して悪影響を及ぼさないような手段を講じておく必要がある。

ある状況の場合には、パネルがそれ自身の型を形成するように、外側金属板に縁板又は周辺バーを溶接することにより、型を使わなくてもすむ場合がある。そのような場合には、コア１４の注入及び硬化中の内圧により外側金属板が変形しないように、拘束手段を使用する必要がある場合がある。

コア１４が硬化した後では、コア１４により面板及び周辺バーが結合されるので、場合によっては、面板への周辺バーの固定は、注入及び硬化ステップ中の負荷に耐えるだけで十分であり、パネル１０の使用中の負荷に必ずしも耐えることができなくてもよいことに留意されたい。空洞の密封性を改善するために、縁板又は周辺バー及び面板の間にガスケット又は密封ストリップを設置することができる。

上記説明は本発明を制限するためのものではなく、他の修正及び変更も添付の特許請求の範囲に記載する本発明の範囲に入ることを理解されたい。

Claims (13)

1. 第１及び第２の外側金属板と、前記外側金属板に接合され、その間でせん断力を伝達するように配置されているプラスチック又は高分子材料のコアとを備える構造用サンドイッチ板部材であって、前記部材が、
   前記コア内に埋設され、前記外側金属板のうちの少なくとも一方と熱的に接触する温調媒体用の導管をさらに備える、
   構造用サンドイッチ板部材。
2. 前記導管が、前記部材の前記コア内の蛇行経路内に配置される、
   請求項１に記載の部材。
3. 前記導管が、前記外側金属板のうちの少なくとも一方と直接接触する、
   請求項１又は２に記載の部材。
4. 前記導管が、その全長の第１の部分の上で前記第１の外側金属板と直接接触し、その全長の第１の部分の上で前記第２の外側金属板と直接接触し、前記第１の部分が、前記第２の部分とは異なる部分である、
   請求項１、２又は３に記載の部材。
5. 前記導管が、前記第１の外側金属板と直接接触し、さらに、温調媒体用の第２の導管を備え、前記第２の導管が、前記コア内に埋設され、前記第２の外側金属板と直接接触する、
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の部材。
6. 前記導管を前記外側金属板のうちの一方に固定する少なくとも１つの固定部材をさらに備える、
   前記先行する請求項のいずれか１項に記載の部材。
7. 前記導管が、前記部材を加熱又は冷却するために熱伝導性流体が流れることができるパイプ又はホースである、
   前記先行する請求項のいずれか１項に記載の部材。
8. 前記導管が、前記熱伝導性流体としての水を収容するように構成される、
   請求項７に記載の部材。
9. 前記導管が、前記部材を電気抵抗加熱により加熱することができる電気導体である、
   請求項１〜６のいずれか１項に記載の部材。
10. 請求項７又は８に記載の部材、及び、前記導管を通して温度制御された流体を循環するように配置される流体循環システムを備える、
    船舶又は構造物。
11. 請求項９に記載の部材、及び、電流が前記導管を通して流れるように配置される電力供給部を備える、
    を備える船舶又は構造物。
12. 構造用サンドイッチ板部材を製造する方法であって、
    空洞を形成するように離間して第１及び第２の金属板を提供するステップと、
    空洞内に温調媒体用の導管を提供するステップと、
    前記空洞を硬化していないプラスチック又は高分子材料で充填するステップと、
    その間でせん断力を伝達するために、十分な強度で前記金属板に接合させるために、前記プラスチック又は高分子材料を硬化可能にするか、又は硬化させるステップと、
    を含む構造用サンドイッチ板部材を製造する方法。
13. 前記導管を提供するステップが、前記第１及び第２の金属板の少なくとも一方と直接接触する状態で前記導管を固定するステップを含む、
    請求項１２に記載の方法。