JP2013019645A

JP2013019645A - パネル暖房装置

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Publication number: JP2013019645A
Application number: JP2011155122A
Authority: JP
Inventors: Shigeyuki Ueda; 滋之上田
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2011-07-13
Filing date: 2011-07-13
Publication date: 2013-01-31
Anticipated expiration: 2031-07-13
Also published as: JP5793664B2; WO2013008481A1

Abstract

【課題】熱媒体の熱を床表面へ効率的に伝えることができるパネル暖房装置を提供する。
【解決手段】熱媒体が流通するパイプ３と、該パイプが配設されるパイプ配設用溝２０が上面に形成されたパネル２と、該パネルの上面に敷設された金属製の表面均熱板４とを備えたパネル暖房装置１であって、前記パネルと前記表面均熱板との間に、前記表面均熱板よりも熱伝導率の高い材料からなる高熱伝導シート５が複数配設され、前記高熱伝導シートは、少なくともその一端を前記パイプに接続し、前記パイプの配設方向と直交する方向に配設されていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、パネル暖房装置に関する。

従来より、パネルの上面に温水、不凍液、ガス、蒸気等の熱媒体が流通するパイプを配設する溝を設け、その溝にパイプを配設し、パネルの上面を覆うように均熱板を設けたパネル暖房装置が知られている。これによれば、パイプを通る熱媒体の熱が均熱板に伝えられ、この均熱板を介して床表面を均一に暖めることができる。
このようなパネル暖房装置においては、熱媒体の熱をいかに効率的に床表面に伝えることができるが問題となる。

このようなパネル暖房装置としては、例えば下記特許文献１がある。ここには、パネル（基材）にパイプ配設用溝（凹溝）を設け、パイプの下方にグラファイトシートを積層させた状態で凹溝にパイプを配設し、パネルの上面に表面均熱板（金属箔）を設けた床暖房パネルが提案されている。
この構成によれば、熱伝導率の高いグラファイトシートを存在させているため、より効率的に床表面へ熱を伝えることができるとされている。

特開２０１０−３８４７０号公報

しかしながら、上記特許文献１・図１に開示されるように、パイプがパネル表面に蛇行状に配設されたものは、パイプの配管経路が長くなるため、パイプ材料の使用量が多く、また、多くの量の熱媒体が必要となる。また、パイプを蛇行状にパネルに配設する作業には手間がかかることが考えられる。

そこで、パイプの配設量を少なくして、パイプの配設様式をより単純化した状態で効率のよい暖房を行うことのできるパネル暖房装置の開発が求められている。
また、グラファイトシートのような高熱伝導シートを効果的に用いたパネル暖房装置の開発も求められている。

本発明は、上記の点を鑑みてなされたものであり、熱媒体の熱を床表面へ効率的に伝えることができるパネル暖房装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係るパネル暖房装置は、熱媒体が流通するパイプと、該パイプが配設されるパイプ配設用溝が上面に形成されたパネルと、該パネルの上面に敷設された金属製の表面均熱板とを備えたパネル暖房装置であって、前記パネルと前記表面均熱板との間に、前記表面均熱板よりも熱伝導率の高い材料からなる高熱伝導シートが複数配設され、前記高熱伝導シートは、少なくともその一端を前記パイプに接続し、前記パイプの配設方向と直交する方向に配設されていることを特徴とする。
本発明において、前記パネルは略方形状であって、前記パイプ配設用溝は前記パネルの四周辺部に沿って形成されていてもよい。
また本発明において、前記高熱伝導シートの両端が、前記パネルの四周辺部のうちの両側辺部に配設されるパイプの両者に接続されていてもよい。
さらに本発明において、前記パネルの四周辺部のうちの両側辺部に配設されるパイプに、それぞれ前記高熱伝導シートの一端のみを交互に接続するようにしてもよい。
さらに本発明において、前記高熱伝導シートが、前記パネルの四周辺部のうちの一辺部に配設されるパイプのみに接続されていてもよい。

本発明に係るパネル暖房装置によれば、熱媒体の熱を床表面へ効率的に伝えることができる。

（ａ）本発明の一実施形態に係るパネル暖房装置を示す模式的平面図である。（ｂ）は、（ａ）におけるＸ−Ｘ線矢視分解断面図である。同パネル暖房装置の他の実施形態を示す模式的平面図である。同パネル暖房装置のさらに他の実施形態を示す模式的平面図である。

以下に本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。
図１〜図３は、本実施形態に係るパネル暖房装置１を説明するための概念図である。図１（ａ）は、高熱伝導シート５の両端５０ａ、５０ｂが、パネル２の両側辺部２１，２３に配設されるパイプ３のそれぞれに接続されている実施形態を示す。図１（ｂ）は、図１（ａ）におけるＸ−Ｘ線矢視分解断面図であり、パネル暖房装置１の各部材の構成を説明するものである。図２は、パネル２の両側辺部２１，２３に配設されるパイプ３に、それぞれ高熱伝導シート５の一端５０ａのみが交互に接続されている実施形態を示す。図３は、高熱伝導シート５が、パネル２の一辺部２３に配設されるパイプ３のみに接続されている実施形態を示す。
パネル暖房装置１は、熱媒体が流通するパイプ３と、パイプ３が配設されるパイプ配設用溝２０を上面に形成したパネル２と、パネル２の上面に敷設される金属製の表面均熱板４とを備えている。パネル２と表面均熱板４との間には、表面均熱板４よりも熱伝導率の高い材料からなる高熱伝導シート５が複数配設され、高熱伝導シート５は、少なくともその一端（５０ａあるいは５０ｂ）をパイプ３に接続し、パイプ３の配設方向と直交する方向に配設される。

以下、詳しく説明する。
まず、パネル暖房装置１の全体の構成について説明する。図１（ｂ）に示すように、パネル暖房装置１は、本体がパネル２で構成されており、パネル２の上面は表面均熱板４で覆われている。パネル暖房装置１は、特に限定されないが、図に示す例は、本体であるパネル２と床仕上げ材６とが分離された分離型であり、パネル暖房装置１は床下地材（不図示）等の上面に敷設され、パネル暖房装置１の上面に床仕上げ材６が敷設される。このように、パネル２と床仕上げ材６とが分離された分離型の構成をとることによって、表面均熱板４の上面に敷設される床仕上げ材６をユーザーの好みで選択することができる。
尚、床仕上げ材６は特に限定されるものではないが、例えば、木質床材や床暖房専用畳、クッションフロア、カーペット、コルクタイル等が用いられる。

表面均熱板４は、金属製の伝熱部材であり、例えば、アルミニウム、銅、鉄等の熱伝導率の高い金属で構成され、薄板状あるいはシート状のものが使用できる。表面均熱板４の厚みは、アルミニウム板の場合は、例えば０．１ｍｍ〜０．２ｍｍ程度のものが使用できる。熱伝導率の高い材料で構成されているため、熱媒体から供給される熱を効率的にかつ均一に床仕上げ材６側に伝熱させることができる。表面均熱板４はパネル２の表面に貼着されるが、貼着方法としては、例えば、アクリル系粘着剤を用いる方法、両面テープを用いる方法、あるいは接着剤を用いる方法等があるが、特に限定されない。

パネル２は、図１（ａ）に示すように、略方形状に形成されており、図では、パネル２の四周辺部２１，２２，２３，２４のうち、長手方向の二つの辺部が２１及び２３であり、幅方向の二つの辺部が２２，２４であるものが示されている。パネル２の材質としては、パイプ３内を流通する熱媒体の熱が床下地材側へ逃げないような断熱性を有したものが望ましい。例えば発泡ウレタンや発泡スチレン等からなるものが用いられ、これにより、熱媒体からの熱で床仕上げ材６の表面が効率よく素早く暖められる。パネル２の上面には、パイプ配設用溝２０が形成されており、この溝にパイプ３が嵌め込まれる。パイプ配設用溝２０の幅は、パイプ３の外径と同じか、それよりも多少小さめに設定されることが望ましく、この径寸法設定によって、パイプ３がパイプ配設用溝２０からはずれることなく、しっかりと保持される。パイプ配設用溝２０を形成する方法としては、プレスによる方法、ルータ加工による方法等があるが、特に限定されない。

パイプ３は、中空の管状体からなるものであればよく、パネル２のパイプ配設用溝２０の形状に合わせて配設しやすいように、可撓性を有したものであるのが望ましい。パイプ３の材質は、腐食せず、使用する熱媒体の熱に耐え得る材質のものが望ましく、例えば、架橋ポリエチレン製の樹脂パイプや銅管が用いられる。パイプ３の径寸法は特に限定されないが、例えば７．０ｍｍ〜７．４ｍｍのものが用いられる。

熱媒体としては、例えば温水、不凍液、ガス、蒸気等が用いられる。熱媒体は、室外等に設けられた熱源機７によって約４０℃〜６０℃に加熱され、加熱された熱媒体は、ポンプ（不図示）等によって、一方向にパイプ３に送り込まれ、パネル２内を循環するように構成されている。すなわち、図１（ａ）に示すように、ｄ１の方向に熱源機７から熱媒体が送り込まれ、パネル２内を流れた後、熱源機７に戻り（ｄ２で示す方向）、再びパネル２内へ送り込まれ、循環する。パイプ３は、パイプ３の上面を覆った表面均熱板４とは少なくとも近接した状態であるため、熱媒体がパイプ３内を移動する過程で、熱媒体の熱が表面均熱板４へ伝達され、床仕上げ材６がその熱によって暖められることで、室内の暖房が行われる。

次に、パイプ３のパネル２への配設様式について説明する。
図１（ａ）に示すように、パネル２の四周辺部２１，２２，２３，２４に沿ってパイプ配設用溝２０が形成されており、その溝にパイプ３が配設される。パイプ配設用溝２０が形成される場所は、例えば、パネル２の各四周辺部２１，２２，２３，２４から数ｃｍほど内側であればよい。
この構成によれば、直線部と９０度曲げ部の部材のみを用いてパイプ３を構成することができ、かつ、パイプ３全体の経路長を短くすることができるため、パイプ３の材料使用量を少なくしたり、加工工数を削減したりすることができる。また、このようにパイプ３の構成が単純化されているため、パイプ３のパネル２への配設作業を簡素化することができる。さらに、熱媒体の使用量を削減することができ、また、熱媒体を循環させる装置を小型化することが可能となる。

次に、高熱伝導シート５の構成について説明する。
図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、複数の高熱伝導シート５が、パネル２と表面均熱板４との間に密着するように固定され、パネル２の上面に配設される。高熱伝導シート５は略帯状に形状されており、表面均熱板４よりも熱伝導率の高い材料から構成される。例えば、グラファイト（黒鉛）等が材料として用いられる。熱伝導率は、水平面方向の熱伝導率が４００Ｗ／ｍＫ以上、厚み方向の熱伝導率が５Ｗ／ｍＫ以上であることが望ましい。水平面方向の熱伝導率が所定の値以上であることにより、高熱伝導シート５が熱媒体から熱を受けた後、その熱が高熱伝導シート５内を水平方向に素早く伝わり、高熱伝導シート５の略全域に伝熱する。また、厚み方向の熱伝導率が所定の値以上であることにより、パイプ３内の熱媒体からの熱が、パイプ３と高熱伝導シート５との接触部分を介して高熱伝導シート５へ素早く伝えられる。また、高熱伝導シート５の厚さは、限定されるものではないが、例えば１０μｍ〜３００μｍのものを用いることができる。

次に、高熱伝導シート５の配設様式について説明する。
図１（ａ）には、高熱伝導シート５の両端５０ａ、５０ｂが、四周辺部２１，２２，２３，２４のうちの両側辺部２１，２３に配設されるパイプ３のそれぞれに接続された状態で、４つの高熱伝導シート５が配設されている。
具体的には、図１（ｂ）に示すように、高熱伝導シート５の両端５０ａ、５０ｂが、パイプ３の表面均熱板４側からパイプ３に巻きつく状態でパイプ３に接続されて、パイプ３の配設方向とは直交する方向に高熱伝導シート５が配設される。つまり高熱伝導シート５の両端５０ａ、５０ｂのパイプ表面３１との接触部分５１ａ、５１ｂが、パイプ表面３１の周方向の約４分の３に相当する部分と接触するようにパイプ３に巻きつき、パイプ３とパイプ配設用溝２０との間に両者と接触した状態で配設される。

尚、高熱伝導シート５とパイプ３との接続様式は、図例に限定されるものではなく、両者が接触することで、パイプ３を流通する熱媒体からの熱が、両者の接触部分を介して高熱伝導シート５に伝熱される構成のものであればよい。
例えば、他の様式としては、まず高熱伝導シート５の両端５０ａ、５０ｂがパイプ配設用溝２０の部分に位置するように高熱伝導シート５をパネル２の表面に配設し、その状態でそのパイプ配設用溝２０へパイプ３を配設するようにしてもよい。こうすると、パイプ３とパイプ配設用溝２０表面との間に高熱伝導シート５が挟まれて三者が密着するため、パイプ３からの熱が、パイプ３と高熱伝導シート５の接触部分を介して高熱伝導シート５に伝熱される構成となる。
また、図１（ｂ）では、上記のようにパイプ表面３１の周方向の約４分の３の部分が高熱伝導シート５と接触した例を示しているが、接触部分の面積はこれに限定されず、例えば、パイプ表面３１の約４分の１や約半分などの部分が接触していてもよい。

次に、パネル暖房装置１内部における熱伝導のメカニズムを説明する。
図１（ａ）には、熱媒体の流れを太い矢印ｄ１、ｄ２で、パイプ３からその周辺部への熱伝導方向をｔ１で、パイプ３から高熱伝導シート５への熱伝導方向をｔ２で、高熱伝導シート５からその周辺部への熱伝導方向をｔ３で示している。以下、具体的に説明する。
まず、約４０℃〜６０℃の高温の熱媒体が熱源機７からパネル２内へ流入し、パイプ３内を流れる過程で、パイプ３から熱媒体の熱がパイプ３の配設箇所近傍の表面均熱板４へ伝熱される（熱伝導方向をｔ１で示す）。
さらに、高熱伝導シート５のパイプ３との接続部分（高熱伝導シート５の両端５０ａ、５０ｂ）を介して、パイプ３から熱媒体の熱が高熱伝導シート５内に伝熱される（熱伝導方向をｔ２で示す）。この際、高熱伝導シート５内の、パイプ３との接続部分から離れている中央部付近にまで熱が伝熱され、高熱伝導シート５全体に熱が素早く行き渡る。
さらに、パイプ３から熱を受けた高熱伝導シート５から、自身の配設箇所近傍の表面均熱板４へ伝熱される（熱伝導方向をｔ３で示す）。

以上の構成によれば、熱伝導率の高い表面均熱板４が、パイプ３あるいは高熱伝導シート５と接触しているため、パイプ３及び高熱伝導シート５からの熱が表面均熱板４へ伝熱され、表面均熱板４がほぼ均一に、かつ素早く暖められる。
また、高熱伝導シート５は表面均熱板４よりも熱伝導率の高い材料で構成されているため、パイプ３内を流通する熱媒体からの熱が素早く高熱伝導シート５に伝熱される。そして、高熱伝導シート５の配設箇所近傍の表面均熱板４に、高熱伝導シート５からの熱が伝熱され、接触する床仕上げ材６を素早く、かつ均一に暖めることができる。
また、高熱伝導シート５が、その両端５０ａ、５０ｂのそれぞれが、両側辺部２１，２３に配設されるパイプ３に接続され、パイプ３の配設方向と直交する方向に配設されている。そのため、パイプ３の配設されていない箇所にも、高熱伝導シート５を介してパイプ３から熱が伝熱され、パネル暖房装置１の設置場所の略全体を均一に暖房することができる。この高熱伝導シート５によるパイプ３の配設されていない箇所への暖房効果は、いわば、その高熱伝導シート５の配設箇所にパイプ３が配設されている状態におけるパイプ３からの伝熱による暖房効果に近いものがある。
また、高熱伝導シート５の設置位置や幅寸法、長さ、厚み等を適宜調整することによって、表面均熱板の温度分布や温度上昇時間を自在に調節することができる。

次に、高熱伝導シート５の別の配設様式の実施形態について説明する。
図２に示すように、パネル２の四周辺部２１，２２，２３，２４のうちの互いに向かい合う両側辺部２１，２３に配設されるパイプ３に、複数の高熱伝導シート５が、その一端５０ａのみを接続させている。かつ、向かい合う両側辺部２１，２３に対してこれら複数の高熱伝導シート５が交互に、いわゆる千鳥状に接続されている。尚、この場合の高熱伝導シート５のパイプ３への接続様式も、図１（ｂ）に示すものと同様である。具体的には、高熱伝導シート５の一方の端５０ａが、図１（ｂ）に示す様式でパイプ３に接続され、他方の端５０ｂはパイプ３には接続されずパネル３の上面に配設された状態となる。

この図例では、向かい合う両側辺部２１，２３に、３つの高熱伝導シート５が交互に接続されたものが示されている。また、これらの両側辺部２１，２３以外の二つの辺部である２２，２４に対しては、各辺部に対して、２つの高熱伝導シート５が、その一端５０ａのみを接続させて配設されている。この図例では、両側辺部２１，２３に接続された高熱伝導シート５は略細長の形状を有しており、長さは、向かい合う両側辺部２１，２３間の距離の約３分の１程度の長さとしてもよい。また、両側辺部２１，２３以外の二つの辺部である２２，２４に接続された高熱伝導シート５は、両側辺部２１，２３に接続された高熱伝導シート５と比較すると、長さはより短く、より幅広の形状であり、各辺部に対して２つの高熱伝導シート５が接続されている。これらの高熱伝導シート５の先端部分５０ｂの位置は、両側辺部２１，２３に接続された高熱伝導シート５の配設箇所からある程度の距離を保った位置に設定される。

この構成によれば、両側辺部２１，２３にいわゆる千鳥状に接続されている高熱伝導シート５の伝熱効果によって、これら高熱伝導シート５の配設箇所近傍の、向かい合う両側辺部２１，２３で挟まれた領域の略全域を暖房することができる。また、二つの辺部２２，２４に接続された高熱伝導シート５によっても、それらの配設箇所近傍が温められる。このように高熱伝導シート５の伝熱効果を最大限活かすような高熱伝導シート５の配置を行うことで、効率的にパネル２の略全域を均一に暖房することができる。
尚、各高熱伝導シート５の配設箇所や、形状、配設間隔などは、この図例に限定されるものではなく、パネル暖房装置１の設置場所の全域が均一に暖房することができる構成であればよい。例えば、二つの辺部２２，２４には高熱伝導シート５が接続されず、両側辺部２１，２３の全域に亘っていわゆる千鳥状に高熱伝導シート５が接続された構成であってもよい。あるいは、二つの辺部２２，２４のみに、その全域に亘って高熱伝導シート５がいわゆる千鳥状に接続された構成であってもよい。
また、高熱伝導シート５の幅寸法、長さ、厚み等を適宜調整することによって、表面均熱板の温度分布や温度上昇時間を自在に調節することができるのは図１と同様である。

次に、高熱伝導シートのさらに別の配設様式の実施形態について説明する。
図３に示すように、パネル２の四周辺部２１，２２，２３，２４のうちの一辺部である２３に配設されるパイプ３のみに、略細長い形状を有する７つの高熱伝導シート５が、その一端５０ａを接続させている。尚、高熱伝導シート５の長さは、向かい合う両側辺部２１，２３間の距離の半分程度の長さとしてもよく、高熱伝導シート５のパイプ３への接続様式は前出の図２と同様である。
７つの高熱伝導シート５のすべてをパネル２の略半面Ａに配設させているため、この部分が選択的に温められる。一方、高熱伝導シート５の配設させていない半面Ｂは、高熱伝導シート５やパイプ３からの熱の伝わり方が低くなるため、半面Aよりも低温での暖房がなされる。

この構成によれば、高熱伝導シート５の配設箇所を一つの辺部の側に選択的に限定することができるため、高温で暖房したい箇所（高温部）と低温で暖房したい箇所（低温部）とに分けることができ、意図的に箇所ごとに異なる温度分布を付与することができる。
尚、各高熱伝導シート５の配設箇所や、形状、配設間隔などは、この図例に限定されるものではなく、所定の温度分布を実現することができる構成であればよい。例えば、図では２３の辺部のパイプ２のみに高熱伝導シート５が接続された例を示しているが、四周辺部２１，２２，２３，２４のうちのいずれかの一辺部のパイプ３に高熱伝導シート５が接続された構成であってもよい。また、一辺部の全域に亘って高熱伝導シート５が接続されていてもよいが、一辺部の一部分のみに高熱伝導シート５が接続されていてもよく、高温で暖房したい箇所に応じて高熱伝導シート５を配設すればよい。
尚、高熱伝導シート５の幅寸法、長さ、厚み等を適宜調整することによって、表面均熱板の温度分布や温度上昇時間を自在に調節することができるのは、前述のとおりである。

尚、本実施形態では、床仕上げ材６とパネル２とが分離された分離型のパネル暖房装置１について説明したが、床仕上げ材６とパネル２が一体に構成された一体型のパネル暖房装置１に適用することもできる。
また、パイプ配設用溝２０として、パイプ２の径に沿った断面視において略Ｕ字形状に形成されたものを図示しているが、形状はこれに限定されるものではなく、例えば、略凹型の形状を有していても良い。
また、図では、パネル暖房装置１を、床下地材の上面に設置されるものとして説明したが、設置場所はこれに限定されることはなく、例えば、住宅などの壁面、天井などに設置させることもできる。
また、パネル２の形状や構成は図例に限定されることはなく、例えば３つなどの、複数部分に分割され、使用時にそれらを組み合わせてパネル２を完成させる構成のものであってもよく、また、パイプ２、表面均熱板４の形状や構成なども図例に限定されない。

１パネル暖房装置
２パネル
２０パイプ配設用溝
３パイプ
４表面均熱板
５高熱伝導シート
２１，２２，２３，２４四周辺部

Claims

熱媒体が流通するパイプと、該パイプが配設されるパイプ配設用溝が上面に形成されたパネルと、該パネルの上面に敷設された金属製の表面均熱板とを備えたパネル暖房装置であって、
前記パネルと前記表面均熱板との間に、前記表面均熱板よりも熱伝導率の高い材料からなる高熱伝導シートが複数配設され、
前記高熱伝導シートは、少なくともその一端を前記パイプに接続し、前記パイプの配設方向と直交する方向に配設されていることを特徴とするパネル暖房装置。
請求項１に記載のパネル暖房装置において、
前記パネルは略方形状であって、前記パイプ配設用溝は前記パネルの四周辺部に沿って形成されていることを特徴とするパネル暖房装置。
請求項２に記載のパネル暖房装置において、
前記高熱伝導シートの両端が、前記パネルの四周辺部のうちの両側辺部に配設されるパイプの両者に接続されていることを特徴とするパネル暖房装置。
請求項２に記載のパネル暖房装置において、
前記パネルの四周辺部のうちの両側辺部に配設されるパイプに、それぞれ前記高熱伝導シートの一端のみを交互に接続することを特徴とするパネル暖房装置。
請求項２に記載のパネル暖房装置において、
前記高熱伝導シートが、前記パネルの四周辺部のうちの一辺部に配設されるパイプのみに接続されていることを特徴とするパネル暖房装置。