JP2016223657A - 輻射パネル - Google Patents

Abstract

【課題】熱伝導シートの加工が容易で、効率的な輻射を実現することができる輻射パネルを提供する。【解決手段】輻射パネル１は、パネル本体２と、パネル本体２の裏面側に配置された複数の熱交換パイプ４４と、パネル本体２と複数の熱交換パイプ４４との間に配置され、谷部３０と山部３１が交互に形成された形態を有し、複数の谷部３０の内側の面が複数の熱交換パイプ４４の外周面にそれぞれ接触し、複数の谷部３０の外側の面がパネル本体２に接触する金属箔からなる熱伝導シート３Ｂとを備える。【選択図】図３

Description

本発明は、輻射空調を行うための輻射パネルに関する。

従来、天井に敷設する輻射パネルとして、金属製のパネル本体の裏面側に樹脂製の熱交換パイプを配置し、熱交換パイプに所望の温度の熱媒体を流すことにより、パネル本体からの輻射によって室内の冷暖房を行うものが提案されている（例えば、特許文献１、２参照。）。

特許文献１に記載された輻射パネルは、金属製のパネル本体と、パネル本体の裏面に配置され、波形状に形成された熱伝導シートと、熱伝導シートの裏面に配置され、熱伝導シートの波形状の谷部に配置された熱交換パイプとを備える。熱伝導シートとしては、面内方向の熱伝導率が厚さ方向の熱伝導率よりも高い、特殊な材料からなるものが用いられる。

特許文献２に記載された輻射パネルは、金属製のパネル本体と、パネル本体の裏面に配置された熱交換パイプと、熱交換パイプがパネル本体から浮かないように逆Ｕ字状に形成された部分で熱交換パイプを押える熱伝導シートとを備える。熱伝導シートとしては、アルミニウム製が用いられる。

特開２０１４−２４０７４４号公報 特開２０００−１２１０８１号公報

しかし、従来の特殊な材料からなる熱伝導シートは、大きさに制限があり、波付け加工に高度な技術と装置が必要である。また、特殊な材料の熱伝導シートは、極めて高価な上、量産が難しいなどの問題がある。

また、従来のアルミニウム製の熱伝導シートは、熱交換パイプの熱をパネル本体に伝達する機能を十分に果たしていないことから、効率的な輻射を実現できていない。

したがって、本発明の目的は、熱伝導シートの加工が容易で、効率的な輻射を実現することができる輻射パネルを提供することにある。

［１］パネル本体と、前記パネル本体の裏面側に配置された複数の熱交換パイプと、前記パネル本体と前記複数の熱交換パイプとの間に配置され、谷部と山部が交互に形成された形態を有し、複数の前記谷部の内側の面が前記複数の熱交換パイプの外周面にそれぞれ接触し、前記複数の谷部の外側の面が前記パネル本体に接触する金属箔からなる熱伝導シートと、を備えた輻射パネル。
［２］前記熱伝導シートは、厚さ０．１〜０．４ｍｍのアルミニウム箔からなる、前記［１］に記載の輻射パネル。
［３］前記熱伝導シートは、一方又は両方の面にカーボンが形成された、前記［１］又は［２］に記載の輻射パネル。
［４］前記パネル本体は、複数の吸音孔が形成され、前記熱伝導シートの前記山部との間の空間を共鳴空間とする、前記［１］から［３］のいずれかに記載の輻射パネル。

本発明によれば、伝導シートの加工が容易で、効率的な輻射を実現することができる。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係る輻射パネルの平面図である。 図２は、図１に示す輻射パネルの正面図である。 図３は、図１のＡ−Ａ線断面図である。 図４は、図１のＢ−Ｂ線断面図である。 図５は、本発明の第２の実施の形態に係る輻射パネルの要部断面図である。 図６（ａ）は、本発明の第３の実施の形態に係る輻射パネルの要部断面図、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＣ部拡大図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、各図中、実質的に同一の機能を有する構成要素については、同一の符号を付してその重複した説明を省略する。

［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る輻射パネルの平面図である。図２は、正面図である。図３は、図１のＡ−Ａ線断面図である。図４は、図１のＢ−Ｂ線断面図である。

この輻射パネル１は、図１に示すように、パネル本体２と、パネル本体２の底壁２０の裏面２０ａ（図３参照）に互いに離れて配置された平坦な形態を有する２つの第１の熱伝導シート３Ａと、パネル本体２の底壁２０の裏面２０ａの２つの第１の熱伝導シート３Ａ間に配置され、谷部３０と山部３１が交互に形成された第２の熱伝導シート３Ｂと、第２の熱伝導シート３Ｂの谷部３０に熱交換パイプ４４が位置するように配置された管状部材４とを備える。

ここで、第１及び第２の熱伝導シート３Ａ、３Ｂ（これらを総称するときは「熱伝導シート３」という。）は、パネル本体２と管状部材４とを熱結合する熱伝導部材の一例である。熱交換パイプ４４は、並列して配設された流路部分の一例である。

（パネル本体の構成）
パネル本体２は、図１に示すように、例えば短手方向の辺（短辺）と長手方向の辺（長辺）との比が１：２の長方形を有する底壁２０（図３参照）と、底壁２０の短辺に設けられた側壁２１ａ、２１ｂと、底壁２０の長辺に設けられた側壁２１ｃ、２１ｄと、側壁２１ａ〜２１ｄの開口側端部に外側に向かって形成された鍔部２２ａ〜２２ｄとを備える。輻射パネル１を室内の天井や壁等に敷設した場合は、パネル本体２の底壁２０の表面２０ｂが赤外線（熱線）を放出又は吸収して室内を輻射空調する輻射面となる。

パネル本体２は、例えばアルミニウム、アルミニウム合金、鋼板等の金属、又は樹脂等から一体的に形成される。パネル本体２は、例えば０．５〜２ｍｍの厚さを有する。

本実施の形態のパネル本体２の底壁２０は、例えば６００ｍｍ×１２００ｍｍの長方形を有する。なお、パネル本体２の底壁２０は、正方形（例えば６００ｍｍ×６００ｍｍ）でもよい。パネル本体２は、例えば、梁部材間に整列状態に配置される。

パネル本体２は、底壁２０のほぼ全面に複数の例えば円形の吸音孔２０ｃが例えば格子状（ピッチ５〜２０ｍｍ）に形成されている。これにより、第２の熱伝導シート３Ｂの山部３１とパネル本体２との間の空間が共鳴空間となり、ヘルムホルツ共鳴による吸音が可能になる。

吸音孔２０ｃの孔径は、吸音効果の点で０．５〜３ｍｍが好ましい。また、吸音孔２０ｃの孔径は、吸音率がやや低下するが、視覚の点で０．５〜１ｍｍが好ましく、０．６〜０．８ｍｍがより好ましい。吸音孔２０ｃの孔径を０．５〜１ｍｍとすることにより、２ｍ離れた所からパネル本体２を見たときに吸音孔２０ｃが孔として視認され難くなり、不安な気持ちを少なくさせるという効果が得られる。吸音孔２０ｃの数及び直径は、例えば開口率０．８〜３％となるように定められる。なお、発明者によるJIS A 1409に定められた残響室法吸音率測定によると、吸音孔２０ｃの孔径２．５ｍｍ、開口率１６％の金属製のパネル本体２に対し、吸音孔２０ｃの孔径０．７ｍｍ、開口率１．６％としても吸音率は、５１％から４１％へ若干の低下にとどまることが実証できている。

（熱伝導シートの構成）
第１及び第２の熱伝導シート３Ａ、３Ｂは、厚さ０．１〜０．４ｍｍのアルミニウム箔等の金属箔から形成されている。

２つの第１の熱伝導シート３Ａは、パネル本体２の長手方向の両側に配置されている。第２の熱伝導シート３Ｂは、２つの第１の熱伝導シート３Ａの間に配置されている。なお、第１の熱伝導シート３Ａと第２の熱伝導シート３Ｂは、端部同士が重なってもよい。また、第１の熱伝導シート３Ａを、パネル本体２の底壁２０の裏面２０ａ全面に配置してもよい。

第２の熱伝導シート３Ｂは、幅はパネル本体２の底壁２０の裏面２０ａとほぼ同じ大きさを有し、長さはパネル本体２の底壁２０の裏面よりも短い大きさを有する。これにより熱交換パイプ４４を谷部３０にセットし易くなる。第２の熱伝導シート３Ｂの谷部３０及び山部３１は、例えば素材シートの曲げ加工（プレス加工を含む。）によって形成される。なお、第２の熱伝導シート３Ｂは、山部３１が平坦に形成され、谷部３０の底付近が熱交換パイプ４４の外周面に面接触するように円弧状に形成されてもよい。第２の熱伝導シート３Ｂを第１の熱伝導シート３Ａと同様、厚さ０．１〜０．４ｍｍのアルミニウム箔等の金属箔とすれば、曲げ加工により形状を保持することができる。

（管状部材の構成）
管状部材４は、水等の熱媒体の供給側に配置される供給側メインパイプ４０と、供給側メインパイプ４０に対向して熱媒体の戻り側に配置される戻り側メインパイプ４１と、基端部が供給側メインパイプ４０に接続され、先端部が熱媒体の供給側に接続される供給側コネクタ４２と、基端部が戻り側メインパイプ４１に接続され、先端部が熱媒体の戻り側に接続される戻り側コネクタ４３と、流路部分として、供給側メインパイプ４０及び戻り側メインパイプ４１間を接続する複数の熱交換パイプ４４とを備える。

供給側コネクタ４２は、供給側メインパイプ４０の長手方向の中央よりも一方の端部４０ａ寄りに接続され、熱媒体の供給側に接続される。

戻り側コネクタ４３は、戻り側メインパイプ４１の長手方向の中央よりも他方の端部４１ａ寄りに接続され、熱媒体の戻り側に接続される。

熱交換パイプ４４は、供給側メインパイプ４０の供給側コネクタ４２の接続部４０ｂと一方の端部４０ａとの間を含む供給側メインパイプ４０の全長に亘り一端が接続され、戻り側メインパイプ４１の戻り側コネクタ４３の接続部４１ｂと一方の端部４１ａとの間を含む戻り側メインパイプ４１の全長に亘り他端が接続されている。

熱交換パイプ４４は、第２の熱伝導シート３Ｂの谷部３０のピッチとほぼ同じピッチでほぼ平行に配列され、供給側メインパイプ４０と戻り側メインパイプ４１との間を接続する。供給側メインパイプ４０及び戻り側メインパイプ４１は、熱交換パイプ４４の内径よりも大きい内径を有する。

管状部材４は、パネル本体２の裏面２０ａ側に配置されたとき、熱交換パイプ４４の両端部は、パネル本体２の裏面に２０ａに対して斜めに向くように供給側メインパイプ４０及び戻り側メインパイプ４１に接続されている。これにより、熱交換パイプ４４と第１及び第２の熱伝導シート３Ａ、３Ｂとの接触面積が増え、熱交換パイプ４４の熱をパネル本体２に伝え易くなる。熱交換パイプ４４の端部の中心軸線と水平線とのなす角度θは、熱交換パイプ４４への負荷を減らすためには、小さい方が好ましく、熱交換パイプ４４と第２の熱伝導シート３Ｂとの接触面積を増やすためには、大きい方が好ましい。負荷と接触面積の両方を考慮すると、上記角度θは、５°〜３０°が好ましく、１０°〜２０°がより好ましい。

熱交換パイプ４４のピッチは、例えば１０〜５０ｍｍとすることができる。熱交換パイプ４４は、断面円形を有し、例えば、外径２〜５ｍｍが好ましく、外径３〜４ｍｍがより好ましい。従来の管状部材４は、供給側コネクタ４２を供給側メインパイプ４０の一方の端部に溶着していたので、供給側メインパイプ４０をパネル本体２の側壁２２ｃ、２２ｄまで延長できず、パネル本体２の両端付近に熱交換パイプ４４を配置できなかったが、本実施の形態は、一方の端部４０ａと接続部４０ｂとの間、及び一方の端部４１ａと接続部４１ｂとの間にも熱交換パイプ４４を接続しているため、従来と比べて熱交換パイプ４４を４本増やすことができた。このため、熱交換パイプ４４とパネル本体２との熱交換をパネル本体２の両端付近でも行うことができ、パネル本体２の底壁２０を均一な温度にすることが可能になる。また、パネル本体２の底壁２０を短時間で目標の温度にすることが可能になる。

管状部材４は、例えば、熱可塑性樹脂等からなり、供給側メインパイプ４０、戻り側メインパイプ４１及び複数の熱交換パイプ４４をそれぞれ押出成形し、これらを溶着して組み立てられる。なお、管状部材４は、射出成型等により一体的に形成してもよい。

供給側メインパイプ４０の供給側コネクタ４２には、図示しない熱交換ユニットから供給側配管が接続される。戻り側メインパイプ４１の戻り側コネクタ４３には、図示しない熱交換ユニットから戻り側配管が接続される。

（輻射パネルの動作）
図示しない熱交換ユニットから温度等が制御された水等の熱媒体を、供給側配管を介して供給側メインパイプ４０の供給側コネクタ４２に供給すると、熱媒体は供給側メインパイプ４０から各熱交換パイプ４４に分岐し、さらに各熱交換パイプ４４を循環して戻り側メインパイプ４１で合流し、戻り側コネクタ４３から戻り側配管を介して熱交換ユニットに戻る。熱媒体が熱交換パイプ４４を通過する間に第１及び第２の熱伝導シート３Ａ、３Ｂ、及びパネル本体２との間で熱交換が行われる。すなわち、熱媒体の熱が熱交換パイプ４４から第２の熱伝導シート３Ｂ及び第１の熱伝導シート３Ａに伝わり、さらにパネル本体２の底壁２０全体に伝わり、底壁２０の表面２０ｂが輻射面となって輻射空調が行われる。

（第１の実施の形態の作用、効果）
本実施の形態によれば、以下の作用、効果を奏する。
（１）管状部材４の熱交換パイプ４４と第２の熱伝導シート３Ｂとは面接触しているので、熱交換パイプ４４からの熱が第２の熱伝導シート３Ｂを介してパネル本体２の底壁２０全体に伝わり易くなる。この結果、冬は低めの温度、夏は高めの温度の熱媒体を用いてもパネル本体２の表面温度を第１及び第２の熱伝導シート３Ａ、３Ｂを用いない場合の表面温度と同等にすることができ、効率的な輻射を行うことができる。
（２）管状部材４として樹脂製のものを用い、熱伝導部材として薄くて軽い第１及び第２の熱伝導シート３Ａ、３Ｂを用いているので、軽量化を図ることができ、熱伝導シート３の管状部材４のパネル本体２への組込みが容易になる。
（３）パネル本体２に吸音孔２０ｃを設けことにより、パネル本体２と第２の熱伝導シート３Ｂの山部３１との間の空間を共鳴空間とすることができ、ヘルムホルツ共鳴により大きな吸音効果が得られる。
（４）天井側のスラブとの間に空間を設けて天井に本実施の形態に係る輻射パネル１を敷設した場合、輻射パネル１の運転中は、室内に対する輻射だけでなく、管状部材４、第１の熱伝導シート３Ａ及び第２の熱伝導シート３Ｂから天井側のスラブに対しても輻射が行われるので、例えば、夜間に天井側のスラブに蓄熱しておき、昼間にスラブの蓄熱を室内の空調に利用することができる。
（５）熱交換パイプ４４の本数を増やすことができるため、パネル本体２を所望の温度にするまでのエネルギーを減らすことができ、パネル本体２を所望の温度にするまでの時間を短縮することができる。

［第２の実施の形態］
図５は、本発明の第２の実施の形態に係る輻射パネルの要部断面図である。本実施の形態は、第１の実施の形態とは、管状部材４の供給側メインパイプ４０及び戻り側メインパイプ４１が異なり、他は第１の実施の形態と同様に構成されている。以下、第１の実施の形態と異なる点を中心に説明する。

本実施の形態の管状部材４の供給側メインパイプ４０と戻り側メインパイプ４１は、対称に形成されているため、戻り側メインパイプ４１について説明する。

戻り側メインパイプ４１は、断面が略台形状を有し、上底部４１０、下底部４１１、下側脚部４１２、上側脚部４１３を有し、下側脚部４１２の外側の面を第１の熱伝導シート３Ａ上に配置したときに、熱交換パイプ４４が接続される上底部４１０が斜め下を向くように構成されている。これにより、熱交換パイプ４４と第１の熱伝導シート３Ａ及び第２の熱伝導シート３Ｂとの接触面積が増え、熱交換パイプ４４の熱をパネル本体２に伝え易くなる。上底部４１０の法線と水平線とのなす角度θは、熱交換パイプ４４への負荷を減らすためには、小さい方が好ましく、熱交換パイプ４４と第１の熱伝導シート３Ａ及び第２の熱伝導シート３Ｂとの接触面積を増やすためには、大きい方が好ましい。負荷と接触面積の両方を考慮すると、上底部４１０の上記角度θは、５°〜３０°が好ましく、１０°〜２０°がより好ましい。

熱交換パイプ４４が接続される面は、上底部４１０の平坦な表面であるので、断面円形の戻り側メインパイプ４１と比べて、熱交換パイプ４４と戻り側メインパイプ４１との接合が容易になる。また、戻り側コネクタ４３が接続される面は、上側脚部４１３の平坦な表面であるので、断面円形の戻り側メインパイプ４１と比べて、戻り側コネクタ４３と戻り側メインパイプ４１との接合が容易になる。また、第１の熱伝導シート３Ａ及び第２の熱伝導シート３Ｂとの接触する面積が、断面円形の戻り側メインパイプ４１と比べて広いため、パネル本体２への熱伝導性が高くなる。さらに、戻り側メインパイプ４１の断面構造は、略中空台形状であるので、戻り側メインパイプ４１の成形時や熱交換パイプ４４との接合時、輻射パネル１としての使用時において、戻り側メインパイプ４１のソリの発生を少なくすることができる。

（第２の実施の形態の効果）
第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と比べて熱交換パイプ４４と第２の熱伝導シート３Ｂとの接触面積が増え、供給側メインパイプ４０及び戻り側メインパイプ４１と第１の熱伝導シート３Ａとの接触面積が増えるので、パネル本体２を所望の温度にするまでのエネルギーをより減らすことができ、パネル本体２を所望の温度にするまでの時間をより短縮することができる。

［第３の実施の形態］
図６（ａ）は、本発明の第３の実施の形態に係る輻射パネルの要部断面図、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＣ部拡大図である。この第３の実施の形態は、第２の熱伝導シート３Ｂの形状を一部変更し、第１及び第２の熱伝導シート３Ａ、３Ｂを構成するアルミニウム箔の両面にカーボン層３２を形成したものである。

本実施の形態の第２の熱伝導シート３Ｂは、山部３２を平坦にしたものである。これにより、第１の実施の形態と比べて谷部３０と熱交換パイプ４４との接触面積を増やすことができ、熱交換パイプ４４の熱を第２の熱伝導シート３Ｂに伝え易くなる。

カーボン層３２は、例えば、アルミニウム箔の表面にカーボンの微粒子を塗布して形成され、例えば、厚さ１〜５μｍを有する。

第２の熱伝導シート３Ｂの谷部３０の内側の面に形成したカーボン層３２によって熱交換パイプ４４からアルミニウム箔への熱伝送性が高まり、熱効率の高い輻射パネル１が得られる。また、アルミニウム箔の放射率が高くなり、天井スラブに蓄熱する場合、蓄熱効率が高く、有利になる。アルミニウム箔のパネル本体２側の面に形成したカーボン層３２によってアルミニウム箔からパネル本体２への熱伝送性が高まり、有利になる。

なお、第１及び第２の熱伝導シート３Ａ、３Ｂは、アルミニウム箔の一方の面にカーボン層３２を形成したものでもよい。

［第４の実施の形態］
本発明の第４の実施の形態に係る輻射パネル１は、第２の実施の形態において、熱交換パイプ４４のピッチを小さくし、熱交換パイプ４４の使用本数を増やしたものであり、他は第２の実施の形態と同様に構成されている。

具体的には、第４の実施の形態の輻射パネル１は、熱交換パイプ４４のピッチを１０ｍｍから８ｍｍに小さくし、熱交換パイプ４４の本数を３０本から３８本に増やしたものである。

これにより、熱交換パイプ４４と第１の熱伝導シート３Ａ及び第２の熱伝導シート３Ｂの接触面積が増え、熱交換パイプ４４の熱をパネル本体２に伝え易くなる。

［他の実施の形態］
なお、本発明の実施の形態は、上記各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲内で種々に変形実施が可能である。例えば、スポンジやバネ等を用いた押え部材をパネル本体２の幅方向に設けられた鍔部２２ｃ、２２ｄに引っ掛けて熱交換パイプ４４が浮き上がるのを防止してもよい。また、第２の熱伝導シート３Ｂに接着するなどして第２の熱伝導シート３Ｂ上にアルミニウム箔製、又はアルミニウム箔の両面にカーボン層を形成した第３の熱伝導シートを配置してもよい。これにより、天井側のスラブへの蓄熱をより効率的に行うことができる。

本発明は、住居ビル、オフィスビル、デパート、ホテル、マンション、学校、一般住宅等の建物、地下街通路、商業施設、イベント会場、スポーツスタジアム等の施設における天井面、床面、側壁等に利用可能である。

また、本発明は、パーソナルコンピュータ等の電子機器、発光素子等の発熱部品、ドライバ等の電子部品、機械設備およびタンク等の放熱に利用可能である。また、本発明は、机、椅子、ベッド、ソファー、衝立等の家具に設けて輻射を行うことも可能である。

１…輻射パネル、２…パネル本体、３…熱伝導シート、３Ａ…第１の熱伝導シート、
３Ｂ…第２の熱伝導シート、４…管状部材、２０…底壁、２０ａ…裏面、２０ｂ…表面、
２０ｃ…吸音孔、２１ａ-２１ｄ…側壁、２２ａ-２２ｄ…鍔部、
３０…谷部、３１…山部、３２…カーボン層、
４０…供給側メインパイプ、４０ａ…一方の端部、４０ｂ…接続部、
４１…戻り側メインパイプ、４１ａ…一方の端部、４１ｂ…接続部、
４２…供給側コネクタ、４３…戻り側コネクタ、４４…熱交換パイプ、
４１０…上底部、４１１…下底部、４１２…下側脚部、４１３…上側脚部、θ…角度

Claims (4)

1. パネル本体と、
   前記パネル本体の裏面側に配置された複数の熱交換パイプと、
   前記パネル本体と前記複数の熱交換パイプとの間に配置され、谷部と山部が交互に形成された形態を有し、複数の前記谷部の内側の面が前記複数の熱交換パイプの外周面にそれぞれ接触し、前記複数の谷部の外側の面が前記パネル本体に接触する金属箔からなる熱伝導シートと、
   を備えた輻射パネル。
2. 前記熱伝導シートは、厚さ０．１〜０．４ｍｍのアルミニウム箔からなる、
   請求項１に記載の輻射パネル。
3. 前記熱伝導シートは、一方又は両方の面にカーボンが形成された、
   請求項１又は２に記載の輻射パネル。
4. 前記パネル本体は、複数の吸音孔が形成され、前記熱伝導シートの前記山部との間の空間を共鳴空間とする、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の輻射パネル。

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