JP3765572B2

JP3765572B2 - 床暖房装置、熱サイフォン式ヒートパイプおよびヒートパイプの製造方法

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Publication number: JP3765572B2
Application number: JP2002521890A
Authority: JP
Inventors: 勝幸北川
Original assignee: Japan Tsusyo YK
Current assignee: Japan Tsusyo YK
Priority date: 2000-08-18
Filing date: 2001-08-16
Publication date: 2006-04-12
Anticipated expiration: 2021-08-16
Also published as: WO2002016832A1

Description

【０００１】
技術分野
本発明は、床暖房装置、熱サイフォン式ヒートパイプおよびヒートパイプの製造方法に関する。
【０００２】
背景技術
（１）従来の床暖房装置として、図３１（ａ）、（ｂ）に示すように、温水などが流通するパイプ９１を内蔵したパネル９０を複数の根太９２の間に敷設し、根太９２とパネル９０をアルミ板９３で覆ったものが知られている。この床暖房装置では、パネル９０をアルミ板９３に接触させて温水の熱をアルミ板９３に熱伝達させ、アルミ板９３から放熱させて室内を暖房する。
【０００３】
（２）図３２（ａ）、（ｂ）は従来の床暖房装置の他の例を示す図であり、ヒートパイプを使用するものである。この床暖房装置は、温水などで加熱されるパイプ１０１に複数本のヒートパイプ１０２の一端が接続されて構成されている。ヒートパイプ１０２は、内部を真空としたパイプ中に熱輸送媒体としての作動液を充填して構成される。ヒートパイプ１０２の一端をパイプ１０１で加熱すると作動液が蒸発する。蒸発した作動液を他端側で凝縮させ、他端側で外気あるいは熱伝達部材との間で熱交換して暖房が行なわれる。
【０００４】
（１）図３１（ａ）、（ｂ）に示した従来の床暖房装置には次のような問題がある。
１）図３１（ｂ）からわかるように、パイプ９１はパネル９０内の狭い溝９４内に設置されているため、パイプ９１の側方へ放熱しても、狭い溝９４を加熱するだけであり、パイプ９１の側方への熱の伝達効率が著しく悪いという問題がある。
２）複数の根太９２とパネル９０はそれぞれ別々の部材であり、根太９２の位置決めなど設置工数が多くなる。
３）パネル９０とコンクリート基礎（土間）９５との間に断熱材９６を敷設する必要があり、これも製造コストを上昇する要因である。
【０００５】
（２）図３２（ａ）、（ｂ）に示した従来のヒートパイプによる床暖房装置は次のような問題を有する。
ヒートパイプ１０２の一端を加熱する方式であり、熱輸送効率が悪く、ヒートパイプ１０２の長さに制約がある。そのため、ヒートパイプ１０２の本数と、その加熱源であるパイプ１０１の設置本数が多くなり、床面積の広い場合にはコストが高くなるという問題がある。
【０００６】
発明の開示
本発明の目的は、部品コストを廉価とし、かつ設置工数が少ない床暖房装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、熱輸送効率を向上させた熱サイフォン式ヒートパイプおよびヒートパイプの製造方法を提供することにある。
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明による床暖房装置は、一体成形により格子状の溝が形成されて支持柱が形成される樹脂製の断熱パネルと、この断熱パネルに敷設される熱源と、支持柱に支持されて載置される放熱板と、放熱板と断熱パネルとの間に形成される加熱空間と、隣接する断熱パネルにそれぞれ形成された支持柱を囲い込んで連結する連結部材とを備え、熱源から加熱空間内に放熱して前記放熱板を暖める。
これにより、部品点数を抑制するとともに組立工数を抑制することができ、工期とコストを低減することができる。
断熱パネルの底面に溝に対応して格子状に凹部を形成してもよい。
熱源を、少なくとも一方向の溝に配設されるパイプ状とすることが好ましい。
熱源を、外パイプと、この外パイプに２重管として貫通して設けられる内パイプと、内外のパイプとの間に形成された真空空間を密閉するとともに内パイプを保持する蓋と、真空空間に充填された作動液とを備える複数本の熱サイフォン式ヒートパイプとすることもできる。
断熱パネルの外周縁を円形状の発泡スチロールで形成し、ヒートパイプの長さを敷設される領域に応じて異なった長さとしてもよい。
外パイプの表面には、セラミックスをコーティングすることが好ましい。
熱源を位置決めする位置決め部材を支持柱と一体に形成してもよい。
位置決め部材と支持柱が溝に囲まれて設けられるようにしてもよい。
放熱板に、加熱空間を暖房空間と連通する孔を所定間隔で設けることもできる。
放熱板の上面に、表面が藺草状のござで覆われる１畳相当の大きさの敷物を敷設してもよい。
放熱板の代わりに、多数の貫通孔が設けられ、支持柱に支持されて載置される発泡スチロール製の断熱性の床板を設けることもできる。
この床暖房装置を用いて発泡スチロールを構成材とする組立式家屋を形成することもできる。
【０００８】
発明を実施するための最良の形態
図１〜図２２を参照して本発明による床暖房装置の一実施の形態を説明する。図１はこの床暖房装置の放熱板を除去して示す平面図、図２は図１の矢印ＩＩ方向から見た床暖房装置の分解斜視図、図３は床暖房装置の断熱パネル１０の平面図である。床暖房装置は、コンクリート土間ＣＢの表面に載置された４つの発泡スチロール製の断熱パネル１０と、断熱パネル１０に保持された８本の熱サイフォン式ヒートパイプ２０ａ、２０ｂ…２０ｈ（以下、代表して符号２０とすることもある）と、４つの断熱パネル１０を取り囲んで内部を密閉する密閉側板５０ａ，５０ｂと、断熱パネル１０の上面に載置される密閉上板（放熱板）３０と、ヒートパイプ２０に温水を循環させる温水供給装置４０とを備えている。断熱パネル１０の個数やヒートパイプ２０の本数は図１に示したものに限定されず、暖房する室内空間に応じて必要なだけ設けられる。とくに、ヒートパイプ２０による熱容量は暖房すべき室内空間の広さ、地域などに応じて適宜決定される。
【０００９】
断熱パネル１０の各々は、厚み１２０ｍｍ程度の矩形の発泡スチロール材で形成される。図２および図３にも示されるように、断熱パネル１０は、互いに直交して格子状に形成された溝１１Ａ、１１Ｂと、溝１１Ａ、１１Ｂで囲まれた束１２と、パネル底部の断熱部１３とを備えている。
【００１０】
図４および図５に示すように、溝１１Ａはヒートパイプ２０のパイプ外径と幅を有するＵ字断面を有し、３本の溝１１Ａごとに１本のヒートパイプ２０が配設される。すなわち、溝１１Ａの３本置きにヒートパイプ２０が配設される。放熱板３０は束１２の上面に接着される。したがって、束１２は放熱板３０を断熱パネル１０上に保持する機能と、放熱板３０のクッション材としての機能と、放熱板３０の熱を断熱する機能とを備えている。束１２は断熱パネル１０上でヒートパイプ２０を位置決めする部材としても機能する。
【００１１】
放熱板３０はたとえばコンパネと呼ばれる合板であり、１枚の放熱板３０には、８０ｍｍ間隔で直径８ｍｍの孔３０ａが約４００個あけられている。Ｘ方向に延在する溝１１Ａにヒートパイプ２０を設置したとき、束１２の上面、すなわち、放熱板３０の裏面とヒートパイプ２０との間に所定の上部空間ＵＳ（図４参照）が形成される。また、溝１１ＡはＹ方向に延在する溝１１Ｂと連通するから、溝１１Ｂは上記空間とも連通する。溝１１Ａのうちヒートパイプ２０が収容されていない溝１１Ａも上記空間および複数の溝１１Ｂと連通する。したがって、断熱パネル１０と放熱板３０と密閉側板５０ａ、５０ｂとにより形成される空間ＵＳは１つの加熱空間である。
【００１２】
なお、孔３０ａの個数や間隔も適宜定められるものであり、実施の形態に限定されない。また、放熱板３０を合板以外の材質のもので構成してもよい。たとえば、アルミニウム製の平板など金属製のものでもよい。孔３０ａをあけることも必須ではない。金属製の放熱板と合板を重ねて使用してもよい。
【００１３】
溝１１Ａ内では、ヒートパイプ２０の外周面の上半分は軸方向のほぼ全長にわたり上記空間ＵＳと対向し、ヒートパイプ２０の外周面の左右両面は所定のピッチで溝１１Ｂと対向する。したがって、図１０（ａ）、（ｂ）で詳述するように、ヒートパイプ２０から上記上部空間ＵＳと複数の溝１１Ｂへ放熱して、加熱空間が暖められる。
【００１４】
断熱パネル１０の発泡スチロールの発泡倍率は１０〜６０倍程度であり、好ましくは２０倍〜４０倍である。束１２は一辺が略５０ｍｍの正方形断面形状を有し、束１２の高さＨ１（図４）は略１００ｍｍである。断熱部１３の厚みＨ２（図４）は略２０ｍｍである。ヒートパイプ２０の外径は５０ｍｍであり、溝１１Ａの底部は半径２５ｍｍの半円形形状とされ、溝１１Ａの幅はヒートパイプ２０の外径に即して５０ｍｍとされる。これにより、ヒートパイプ２０は溝１１Ａにはめ込まれて断熱パネル１０上で位置決めされる。以上の各数値はこの実施の形態のものであり、本発明による床暖房装置がこれらの値に限定されるものではない。これらの数値は、部屋の広さ、地域などに依存する必要な暖房容量に応じて適宜決定される。
【００１５】
なお、図６に示すように、密閉側板５０ｂには、後述するヒートパイプ２０の内パイプ２２が貫通する孔が設けられており、ヒートパイプ２０はこの密閉側板５０ｂによっても位置決めされる。つまり、ヒートパイプ２０の軸回りの回転が禁止される。
【００１６】
図７に示すように、断熱パネル１０の裏面には、表面の溝１１Ａ,１１Ｂに対応して格子状の溝１１Ｃが設けられている。この溝１１Ｃによりパネル底部に束１４が形成され、コンクリート土間ＣＢの表面に束１４の下面が接着される。これにより、断熱パネル１の接着面はコンクリート土間ＣＢのうねりや凹凸に追従し、接着性が向上する。断熱パネル１０の裏面に格子状の溝１４の代わりに円形もしくは矩形状の複数の凹部を設けるようにしてもよい。この場合、厚みの大きい束１２の下部に凹部を設ければよい。
【００１７】
４つの断熱パネル１０は連結部材１５を用いて接合される。図８（ａ）〜（ｃ）に示すように、連結部材１５は溝１１Ａ,１１Ｂの深さと略等しい厚みを有する八角形の板状部材であり、中央に矩形状の貫通孔１５ａが設けられている。貫通孔１５ａには、隣接するパネル（１０Ａ,１０Ｂとする）の縁部の束１２１,１２２が密着して挿入され、これによりパネル１０Ａ,１０Ｂ同士が結合される。このようにパネル同士を結合することで、パネル１０を精度よく位置決めすることができる。連結部材１５を設けることでパネル上面の面積、すなわちパネル１０と放熱板３０との接触面積が増加するので、放熱板３０の上面からパネル１０の単位面積あたりに作用する力（面圧）が小さくなり、パネル１０の強度が向上する。
【００１８】
図９は熱サイフォン式ヒートパイプ２０の詳細を示す図である。ヒートパイプ２０は、アルミニウム製の直径５０ｍｍの外パイプ２１と、この外パイプ２１に２重管として貫通し、外パイプ２１に対して偏心して設けられているアルミニウム製の直径１２ｍｍの内パイプ２２と、内外のパイプ２１，２２との間に形成された真空空間２３を密閉するとともに内パイプ２２を保持するアルミニウム製の蓋２４と、真空空間２３に充填された作動液２５とを備える。内パイプ２２の上側の周面が真空空間２３に露出する程度の作動液が真空空間２３に充填される。内パイプ２２は蓋２４を貫通して突出され、蓋２４にロー付けされて固着される。内周面に接着剤を塗布した蓋２４を外パイプ２１に嵌合することにより、蓋２４は接着剤ＢＤで外パイプ２１に固着される。なお、パイプ２１，２２の大きさや形状も実施の形態に限定されない。
【００１９】
蓋２４から突出する内パイプ２２の先端には弾性体からなるホース２６が接続される。弾性体ホース２６には図１に示す温水供給装置４０が接続され、所定の温度に調節された温水が内パイプ２２内、すなわちヒートパイプ２０ａ，２０ｂ…２０ｈを循環して温水供給装置４０へ戻る。すなわち、図１に示すように、温水供給装置４０からの温水をヒートパイプ２０ａの一端の入り口ＩＮへ導いてその内パイプ２２へ流入させる。この温水は、ヒートパイプ２０ａの他端の出口ＯＵＴからヒートパイプ２０ｄの入り口ＩＮへ導かれその内パイプ２２へ流入する。この温水は、ヒートパイプ２０ｄの他端の出口ＯＵＴから次のヒートパイプ２０ｅの入り口ＩＮへ導かれる。このように各ヒートパイプ２０を通過した温水はヒートパイプ２０ｂの出口ＯＵＴから温水供給装置４０へ戻る。
【００２０】
図１０（ａ）、（ｂ）を参照してヒートパイプ２０による放熱の挙動を詳細に説明する。温水供給装置４０により内パイプ２２に温水を流通させて作動液２５を加熱する。作動液２５は加熱されると蒸発する。真空空間２３内で蒸発した作動液２５は外パイプ２１の上側の内壁面に接触して熱を奪われて凝縮する。凝縮した作動液２５は外パイプ２１の内壁面を伝わって真空空間２３の下部へ戻る。このようにして加熱された外パイプ２１の外壁面から矢印のように放熱される。すなわち、図１０（ａ）に示す断面では、溝１１Ａ内においてのみヒートパイプ２０の上方空間ＵＳへ放熱される。図１０（ｂ）に示す断面では、矢印で示すように、ヒートパイプ２０は溝１１Ａ内で上方へ放熱するのみならず側方の溝１１Ｂにも放熱する。これにより、断熱パネル１０と、密閉部材５０ａ，５０ｂと、放熱板３０とで囲まれた加熱空間がヒートパイプ２０からの放熱により暖められる。そして、加熱空間の暖められた空気は放熱板３０を直接暖めるとともに孔３０ａから上部へ導かれる。したがって、放熱板３０の上に絨毯やフローリング材を設けておけば、絨毯やフローリング材が暖められ室内空間を暖房することになる。
【００２１】
束１２と接触する放熱板３０の部分は加熱空間の空気によって加熱されず、放熱板３０内部の熱伝達により加熱される。そのため、束１２との接触面積、すなわち束１２の断面積を大きくしすぎると、その部分の温度が周囲の温度と相違する。そこで、このような温度差が問題となる場合には、図１１に示すように、束１２Ａを細くすればよい。図１１において、符号１２Ｂは束１２Ａの下部であり、ヒートパイプ２０の位置決め部材として機能する。この場合、束１２Ａのクッション剤としての機能が損なわれないように、束１２Ａの断面積を定める。
【００２２】
このような実施の形態による床暖房装置によれば次のような作用効果がある。
１）発泡スチロール製の断熱パネル１０に一体的に形成された束１２でヒートパイプ２０を位置決めするとともに、束１２で放熱板３０を支持するようにした。したがって、コンクリート土間ＣＢから断熱する機能と、放熱板３０を支持する機能と、ヒートパイプ２０を位置決めする機能とを、すべて一つの断熱パネル１０でおこなうことができる。その結果、部品点数を抑制するとともに組立工数を抑制することができ、廉価で短期間に設置できる床暖房装置を提供できる。
２）ヒートパイプ２０上方、左右側方へ放熱するようにし、床暖房装置を平面から見たときに略十字形状の加熱区間の空気を暖めるようにした。したがって、従来のように、パイプ状の熱源の上方にだけ放熱する床暖房装置に比べて、熱効率がよい。
３）熱サイフォン式ヒートパイプを使用するので、内パイプ２２を流通させる温水の量を少なくすることができ、小型で効率のよい床暖房装置とすることができる。
４）放熱板３０に孔３０ａをあけたので、放熱板３０の放熱だけではなく、孔３０ａから対流する加熱空気で直接に絨毯やフローリング材を暖めることができ、熱効率がよい。
５）密閉側板５０ｂによってヒートパイプ２０の軸回りの回転が禁止されるので、ヒートパイプ２０の内パイプ２２は常時下方に位置し、作動液はいつでも温水で加熱される。ヒートパイプ２０が回転して内パイプ２２が上方に位置すると、作動液と内パイプとの接触面積が少なくなって、熱効率が悪くなる。
６）断熱パネル１０の裏面に溝１４を設けたので、パネル１０の接着面がコンクリート土間ＣＢのうねりや凹凸に追従し、接着性が向上する。
７）各パネル１０同士は連結部材１５により結合するので、パネル１０を精度よく位置決めすることができる。
【００２３】
放熱板３０の上に畳を敷設してもよい。図１２に示すように、発泡ポリエチレンとポリフィルムのラミネート品から形成される滑り止めシート１６Ａ、発泡ポリエチレン製のクッション材１６Ｂ、不織布と炭と不織布の積層品であるイオネートシート１６Ｃ、藺草状のござ１６Ｄを積層して一畳の大きさに薄畳１６を形成し、これを放熱板３０の上に敷きつめ接着してもよい。この場合、耐熱用の両面テープを用いて放熱板３０と薄板１６を接着すればよい。薄畳１６はクッション材１６Ｂを有するので、クッション材１６Ｂの弾力性により畳と同様の感触が得られ、安価に畳敷きの部屋を作成することができる。また、ござ１６Ｄの下部に炭を含んだイオネートシート１６Ｃが置かれるので、炭による脱臭作用によって室内の臭いを取り除くことができる。
【００２４】
外パイプ２１に蓋２４を固着する他の方法について説明する。図１３（ａ）に示すように、内パイプ２２があらかじめ固着された円錐台形状の蓋２４Ａの周面に接着剤ＢＤを塗布し、この蓋２４Ａを外パイプ２１に軸方向から押し込む。これにより、図１３（ｂ）に示すように、外パイプ２１が蓋２４Ａによりテーパ状に変形し、接着剤ＢＤにより蓋２４Ａは外パイプ２１に固着される。外パイプ２１の内部は真空とされるから、蓋２４Ａはパイプ内部から吸引されてテーパ部分が外パイプ２１の変形したテーパ部分に押圧され、接着剤ＢＤによる接着がより確実になる。
【００２５】
図１４（ａ）、（ｂ）に示すように外パイプ２１を蓋２４Ｂにかしめて固着してもよい。蓋２４Ｂには、スリーブ２４１を介して内パイプ２２があらかじめ取り付けられている。また蓋２４Ｂにはつば２４２が設けられている。図１４（ａ）に示す蓋２４Ｂの外輪凹部２４２にＯリング２４３を装填する。外輪凹部２４２を覆うように蓋２４Ｂに外パイプ２１を差込み、つば２４２を図示しない工具でかしめる。これにより、図１４（ｂ）に示すように、つば２４２が外パイプ２１をかしめ、蓋２４Ｂが外パイプ２１に固着される。かしめによりＯリング２４３がつぶれてパイプ内部が確実に封止される。
【００２６】
このように、かしめや接着剤を用いて外パイプ２１に蓋２４Ａあるいは２４Ｂを固着することにより、外パイプ２１の肉厚を薄くすることができるから、軽量化とコスト低減を図ることができる。蓋２４と外パイプ２１をねじで結合する場合には外パイプ２１の肉厚を厚くする必要がある。
【００２７】
次に、ヒートパイプ製造手順について説明する。この製造手順は、パイプ内を真空引きする工程と、作動液を充填する工程と、パイプ内を真空状態で封止する工程からなる。図１５により説明する。治具ブロック６０には、外パイプ２１に蓋２４Ｂが固着されたヒートパイプ２０の素材２１Ｓが固定される凹部６０ａと、凹部６０ａに開口する通路６０ｂと、通路６０bに連通するアルミ球挿入通路６０ｃと、通路６０bに連通する真空／液充填通路６０ｄとが設けられている。通路６０bには、打ち込み板７０の先端ピストン７０ａが挿入されている。アルミ球挿入通路６０ｃには通路７１Ａを介してバルブ７２が設けられている。真空／液充填通路６０ｄには通路７１Ｂを介してバルブ７３，７４が設けられている。バルブ７３には作動液タンク７５が接続され、バルブ７４には真空ポンプ７６が接続されている。
【００２８】
まず、バルブ７２を開いて、２点鎖線で示すようにアルミ球挿入通路６０ｃ内に封止アルミ球７７を装填する。バルブ７２と７３を閉じてバルブ７４を開き、外パイプ２１内を真空引きする。真空計７８により所定の真空圧になったことを確認したら、バルブ７４を閉じる。バルブ７３を所定時間だけ開いて外パイプ２１内にあらかじめ定めた量の作動液を充填する。ここまでがパイプ内を真空引きする工程と、作動液を充填する工程である。すべてのバルブ７２〜７４を閉じ、打ち込み板７０を抜き出し方向に操作して封止球７７を通路６０ｂ内に落とし込む。そして、打ち込み板７０で封止球７７を押し込み、ハンマ７９で打ち込み板７０を叩いて封止球７７を蓋２４Ｂの通路２４１に嵌合固着する。これがパイプ内を真空状態で封止する工程である。
【００２９】
図１６に示すように、打ち込み板７０の操作位置を指示する指示リング８０を治具ブロック６０に設ければ、打ち込み板７０の操作が容易である。すなわち、指示リング８０には球入れ位置を示す当たり面８０ａと、真空引き／液入位置を示す当たり面８０ｂと、打ち込み位置を示す当たり面８０ｃとを設ける。打ち込み板７０の操作軸７１に位置決め用突起７２を設ける。位置決め用突起７２を各当たり面に当接して係止するだけで、打ち込み板７０を各工程で必要な位置に操作できる。
【００３０】
外パイプ２１の内部を封止する方法は、以上説明した球打ち込み方式に限定されない。たとえば図１７に示すように、接着剤で外パイプ２１に固着した蓋２４Ｃにあけられている貫通孔２４２を介して外パイプ２１内を真空引きする。そして、真空雰囲気中で栓７７Ａを貫通孔２４２に打ち込み、パイプ内を封止してもよい。なお、図１７では、蓋２４Ｃの端面に設けたリング状の溝２４３に外パイプ２１を嵌合して接着剤ＢＤで接着する。
以上説明した床暖房装置は一般家屋の床暖房装置に使用できる他、以下に説明する組立式発泡スチロールドームの床暖房装置として利用することもできる。
【００３１】
図１８は組立式発泡スチロールドームの全体を示す立面図、図１９はドームの平面図、図２０はドームの内部平面図である。組立式発泡スチロールドーム２００は、発泡スチロールを構成材とする複数のドーム片２１０〜２１９を集合して、内部に半球状の居住空間ＳＰを形成したものである。図１８において、ＷＤは所定のドーム片にあらかじめ設けられた窓部、ＰＴは所定のドーム片にあらかじめ設けられた玄関部である。
【００３２】
複数のドーム片２１０〜２１９は、それぞれ図２１に示すような形状をし、発泡倍率が１０〜５０倍で厚さ１０〜５０ｃｍの発泡スチロールから形成される。たとえば、積雪が最大で８０ｃｍ程度の場合には、発泡倍率２０倍、厚さ２０ｃｍの発泡スチロールからなるドーム片とすることができる。なお、同じ強度を得るためには、発泡倍率を大きくすれば厚みが厚くなる。また、積雪を考慮する必要がない地域では、発泡倍率を２０倍より大きくし、あるいは厚みを２０ｃｍ以下に薄くできる。反対に、積雪量が１ｍ以上の地域では、発泡倍率を２０倍以下に小さくして強度を担保するか、厚みを厚くする。各ドーム片１０〜１９にはＬ字状の基部ＤＢと、基部ＤＢから立ち上がる接合縁ＤＥ，ＤＤと、接合縁ＤＥ，ＤＤの先端の凹状頂部ＤＲとを有する。このようなドーム片２１０〜２１９を、ドームの頂部においてドーム片２１０〜２１９の先端上部ＤＲを頂部ジョイント２２１で互いに結合するとともに、複数のドーム片２１０〜２１９の各々の接合縁ＤＥとＤＤとを、隣接するドーム片と締結具２２２で締結した上で接着することにより、ドームが組立てられる。
【００３３】
図２０において、２点鎖線で示す領域ＨＲがヒートパイプを敷設して暖房を行う領域、すなわち床暖房装置設置スペースである。図２２（ａ）、（ｂ）は、ヒートパイプの敷設の様子を説明する図である。図２２（ａ）において、円形の室内床に発泡スチロール製の複数の断熱パネル１１０が並べられている。部屋の中央部に配設される断熱パネル１１０の各々は、図１に示すものと同様に矩形形状をしている。周縁部に配設される断熱パネル１１０は、一部の縁形状が円形形状とされている。断熱パネル１１０は発泡スチロール製なので、現場での加工は極めて容易である。断熱パネル１１０は外形形状こそ異なるが、図２２（ｂ）に示すように、格子状の溝１１１Ａ，１１１Ｂと、溝１１１Ａ，１１１Ｂに囲まれた束１１２とを有する点は図１〜１２に示した断熱パネル１０とまったく同様なものである。
【００３４】
円形形状であるから、異なった長さの４種類のヒートパイプ１２０ａ〜１２０ｄ（以下、符号１２０で代表することもある）を円形室内の領域ごとに配置している。図２２（ａ）、（ｂ）の床暖房装置では、図２に示した密閉側板５０ａ，５０ｂに相当するものは、円形をフラットにした直線部分１５０にのみ配設され、円形周縁部分はドーム片２１０〜２１９により塞がれる。断熱パネル１１０の上面には、図２に示したものと同様に無数の貫通孔があけられた放熱板（不図示）が配設される。そして、ヒートパイプ１２０ａ〜１２０ｄを温水ホース２６で接続し、図示しない温水供給装置４０により温水をヒートパイプ１２０に流通する。温水ホース２６は適宜の箇所を引き回すことができる。
【００３５】
次に、図２３〜図３０を用いて、熱サイフォン式ヒートパイプの他の形状について説明する。図２３は、ヒートパイプ３００を構成する二重管３２０の断面図である。なお、二重管３２０は管路方向に同一の断面形状を有している。図２３に示すように、外パイプ３２１の下部外周面は凹形状を有し、すなわち、外パイプ３２１の下部内周面は内径側に向かって突出し、突出部３２２が設けられている。この突出部３２２には略円管状の内パイプ３２３が接続され、外パイプ３２１の内周面と内パイプ３２３の外周面の間には真空空間Ｈが形成される。これにより内パイプ３２３の外周面の大部分は真空空間Ｈに接触している。例えば外パイプ３２１の外径φ1＝２５mm、内パイプ３２３の外径φ2＝５mm、パイプ３２１,３２３の肉厚ｔ＝１.５mm、突出部３２２の頂角θ＝１３０゜であり、内パイプ３２３は真空空間Ｈ内の下方に偏心して設けられている。
【００３６】
なお、上記の二重管３２０の寸法は一例であり、これに限定されるものではない。加工の面からは、肉厚ｔ＝０.２〜５mm、管路方向長さ５０cm〜１０m、外パイプ３２１の外径φ1＝２０mm〜１００mm、内パイプ３２３の外径φ2＝３mm〜５０mmの範囲内に抑えることが好ましく、この範囲内で使用箇所、使用環境等に応じて寸法を決定すればよい。
【００３７】
以下、上述したヒートパイプ３００の製造方法を製造手順に従って説明する。
（１）押出工程
まず、二重管３２０を直接押出によって成型する。この直接押出は、図２４に示すように、コンテナー３３１内に素材であるアルミのビレット３３２をセットし、ビレット３３２を加熱しながらステム３３３で押し出す。この場合の加熱温度は２００℃〜６００℃、好ましくは４５０℃〜５５０℃である。押し出されたアルミはダイリング３３４で支持されたダイス３３５を貫通する。これにより、ダイス３３５と同形状の成型品が形成される。なお、二重管３２０を押出成形ではなく引抜成形により形成してもよい。
【００３８】
図２５（ａ）はダイス３３５の正面図であり、図２５（ｂ）は図２５（ａ）のｂ-ｂ線断面図である。図２５（ａ）,（ｂ）に示すように、ダイス３３５はダイリング３３４で支持されるアウタ部３５ａと、周方向複数（図では５箇所）の接合部３５ｂを介してアウタ部３５ａから支持される第１のインナ部３５ｃと、周方向複数（図では４箇所）の接合部３５ｄを介してアウタ部３５ａおよび第１のインナ部３５ｃから支持される第２のインナ部３５ｄとを有する。図２５（ｂ）に示すように、例えばダイス３３５の長さを１０cmとすると、接合部３５ｂはアルミの押出方向入口側端面から０cm〜２cmの範囲に設けられ、接合部３５ｄは４cm〜６cmの範囲に設けられる。これによりアルミ成型品は接合部３５ｂ,３５ｄを通過する際に周方向に分断するが、アルミは高圧（７０００t〜８０００t）で押し出されるため、接合部３５ｂ,３５ｄを通過するとすぐに周方向に拡がり、再び全周にわたって接合する。その結果、接合部３５ｂ,３５ｄの影響なく二重管３２０を成型することができる。
【００３９】
（２）蓋取付工程
次いで、二重管３２０に蓋３３０を取り付ける。図２６（ａ）は蓋３３０の正面図であり、図２６（ｂ）は蓋３３０の取り付け状態を示す要部拡大図、図２６（ｃ）は蓋３３０の斜視図（二重管３２０側から見た図）である。蓋３３０は樹脂製であり、樹脂成形により形成される。図２６（ａ）〜（ｃ）に示すように、蓋３３０は、側壁３ａと、外パイプ３２１の外周面と同形状の内周面を有する外管部３ｂと、内パイプ３２３の内周面と同形状の外周面を有する内管部３ｃと、内管部３ｃを貫通して側壁３ａの外側に突出して設けられるジョイント３ｄとを有する。外管部３ｂの内周面と外パイプ３２１の外周面および内管部３ｃの外周面と内パイプ３２３の内周面は、それぞれ図示しないＯリングを介して嵌合されている。外管部３ｂと外パイプ３２１の間には接着材が塗布され、これにより蓋３３０は外パイプ３２１に固定される。ジョイント３ｄにはホースが接続され、ホースを介して内パイプ３２３に温水が供給される。
【００４０】
（３）真空引き、作動液充填工程
次に、蓋３３０の側壁３ａに設けられた孔３ｅを介して、前述した図１５と同様、真空ポンプ７６で真空空間Ｈ内の圧を抜き、空間Ｈ内を真空状態にする。そして、例えば内パイプ３２３の外周面の上端部までが熱輸送媒体としての作動液に覆われるように（図２７参照）、孔３ｅを介して空間Ｈ内に所定量の作動液を充填する。作動液は例えばアルコールや水である。最後に、孔３ｅに栓３ｆや剛球などをハンマ等で打ち込んで孔３ｅを塞ぎ、真空空間Ｈ内に作動液を密封する。これによりヒートパイプ３００が完成する。
【００４１】
このような実施の形態によるヒートパイプの製造方法によれば次のような作用効果がある。
１）内パイプ３２３と外パイプ３２１からなる二重管３２０を直接押出により一体に成形したので、内パイプ３２３と外パイプ３２１を接合するなどの工数が省略され、加工コストが抑えられるとともに、加工精度のばらつきも少ない。この場合、外パイプ３２１の下部断面に突出部３２２を形成し、そこに内パイプ３２３を設けるようにした。すなわち、内パイプ３２３の周方向の一部を外パイプ３２１から支持するようにしたので、内パイプ３２３を介して温水と作動液との接触面積が大きく、効率よく作動液が加熱される。
２）外パイプ３２１の下部外周面を凹形状として突出部３２２を設けたので、真空空間Ｈ内の下部断面積が小さくなり、内パイプ３２３の上端部を覆うように作動液を充填したときに作動液を節約することができる。ヒートパイプ３００の全高を低くすることができ、高さ制限がある箇所での使用が容易になる。
３）蓋３３０を樹脂にて形成し、接着材で蓋３３０を外パイプ３２１に接合するようにしたので、溶接や蓋端部のかしめなどの方法に比べて接合が容易であり、コストを低減できる。
４）内パイプ３２３と外パイプ３２１を管路長さ方向にわたって一体化するので、二重管３２０の曲げ剛性が向上する。
【００４２】
なお、例えば図２７（ａ）〜（ｃ）に示すようにパイプ断面を形成してもよい。図２７（ａ）では、外パイプ３２１ａ,内パイプ３２３ａともに円管形状であり、外パイプ３２１の下部内周面から上方に向かって突出部３２２ａが設けられ、突出部３２２ａを介して内パイプ３２３ａが支持されている。突出部３２２ａと内パイプ３２３ａの接触面積が小さいので、内パイプ３２３ａを介して温水と作動液との接触面積がさらに大きくなり、熱効率が一層向上する。この場合、例えば外パイプ３２１ａの外径φ1＝２５mm、内パイプ３２３ａの内径φ2＝５mm、肉厚ｔ＝１.５mm、突出部３２２ａの高さｚ＝７mmである。
【００４３】
パイプ３２１,３２３の断面形状は、三角、四角、楕円形状でもよい。例えば図２７（ｂ）、（ｃ）に示すように外パイプ３２１ｂ,３２１ｃを扇形形状とし、その下部内周面に設けられた突出部３２２ｂ,３２２ｃを介して内パイプ３２３ｂ,３２３ｃを支持するようにしてもよい。これにより真空空間Ｈの下部の断面積が狭くなり、作動液の量を節約できる。すなわち、図２７（ａ）〜（ｃ）において内パイプ３２３ａ,３２３ｂ,３２３ｃの上端部を覆うように作動液を充填したとき（液面Ｌ1,Ｌ2,Ｌ3）、図２７（ａ）の場合より図２７（ｂ）,（ｃ）の方が作動液量は少なくてすむ。なお、二重管３２０の高さｈば図２７（ｂ）ではｈ＝４５mm、図２７（ｃ）ではｈ＝３０mmである。また、チューブ３ｄを蓋３３０と一体に成型するようにしたが、図２８に示すように、チューブ３０ｄを蓋３３０の側壁３ａを貫通して、内パイプ３ｃ内にねじ込むようにしてもよい。
【００４４】
図２９に示すように、外パイプ３２１の外周面に複数（図では７個）のフィン３２４を放射状に設けてもよい。例えばフィン３２４の長さｌ＝２０mm、厚さｔ＝０.５mmである。フィン３２４は管路方向に一様に設けられ、フィン３２４も直接押出により一体に成形される。
【００４５】
このような二重管３２０は、畑などの地中、例えば畝に埋設される。内パイプ３２３内に温水を流すと作動液の蒸発、凝縮により外パイプ３２１の外周面およびフィン３２４から放熱されて土が加熱され、農作物の発育が促進されるとともに、地中の病原菌を殺傷することができる。なお、フィン３２４は図２７に示した二重管３２０にも同様に設けることができる。その一例を図３０に示す。
【００４６】
このように外パイプ３２１の外周面に放射状にフィン３２４を設ければ、放熱性が向上し、地中などの広範囲にわたって加熱することができるとともに、二重管３２０の曲げ剛性が一層向上する。また、二重管３２０を地中に埋設した状態でスコップを用いて農作業を行う際に、スコップは先にフィン３２４に接触するため、外パイプ３２１の破壊を防止できる。
【００４７】
以上説明したヒートパイプ２０、１２０、３００の外表面にセラミックスコーティングを施してもよい。この場合、ヒートパイプ２０、３００から遠赤外線が放射され、暖房効果が促進される。ヒートパイプ２０、３００をアルミニウム製としたが、鋼、鉄、ステンレス、チタン等の金属や樹脂等、他の材料で形成してもよい。
【００４８】
以上では断熱パネル１０，１１０を発泡スチロールで成形するようにしたが、本発明の断熱パネルは発泡スチロールに限定されず、ウレタンなど断熱性がありかつクッション機能がある樹脂で成形することができる。また、ヒートパイプ２０、３００として熱サイフォン式ヒートパイプを使用したが、内部にウイックを有するタイプのヒートパイプでもよい。ヒートパイプに代えて、温水だけが流通する温水パイプでもよい。あるいは、パイプ状熱源ではなくニクロム線など電気的に熱を発生する熱源でもよい。
【００４９】
なお、束１２、１１２の下部の部分でヒートパイプ２０、１２０の位置決めを行うようにしたが、別部材でヒートパイプ２０、１２０を位置決めしてもよい。
【００５０】
また、合板による放熱板３０に代えて、発泡スチロールなどからなる断熱性の床板を断熱パネル１０上に載置してもよい。この場合、孔３０ａのような貫通孔を多数あけることが不可欠である。すなわち、断熱性の床板では放熱効果がないので、加熱空間で暖められた空気を貫通孔から上部暖房空間へ導き、絨毯やフローリング材を下面から暖める。発布スチロール床板には必要とされる強度が得られるように、発泡スチロールの発泡倍率や厚さが決定される。多数の貫通孔をあけた石膏ボードを床板として使用してもよい。
【００５１】
さらに以上の実施の形態では、各部屋、各ドームに１個の温水供給装置４０を配置した。しかし、複数の部屋、複数のドームに対して１つの温水供給装置を部屋の外部に設けてもよい。この場合、いわゆるボイラーを使用すればよい。
【００５２】
産業上の利用の可能性
以上では、組立式発泡スチロールドームに床暖房装置を適用した例について説明したが、一般家屋にも本発明による床暖房装置を同様に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による床暖房装置の一実施の形態の平面図。
【図２】図１のＩＩ方向から見た床暖房装置の要部斜視図。
【図３】本発明による床暖房装置の断熱パネルの平面図。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線断面図。
【図５】図３のＶ−Ｖ線断面図。
【図６】図３のＶＩ−ＶＩ線から見た図。
【図７】（ａ）は、断熱パネルを裏面から見た平面図、（ｂ）は図７のｂ−ｂ線断面図。
【図８】（ａ）は、断熱パネルを連結する連結部材の斜視図、（ｂ）は連結部材による連結状態を示す平面図、（ｃ）は断面図。
【図９】（ａ）は、ヒートパイプの軸方向に直交する面で切断して示す横断面図、（ｂ）はヒートパイプの軸方向の面で切断して示す縦断面図。
【図１０】（ａ）は、図３のＩＶ−ＩＶ線断面における放熱を説明する図、（ｂ）は図３のＶ−Ｖ線断面における放熱を説明する図。
【図１１】断熱パネルの別実施の形態を示す図３に相当する図。
【図１２】放熱板の上の敷設物の例を示す図。
【図１３】接着剤で蓋を外パイプに固着する他の方式を説明する図。
【図１４】かしめ方式蓋を外パイプに固着する他の方式を説明する図。
【図１５】図１４のパイプ内を真空引きして作動液を充填し、球で封止する治具ブロックと他の装置を説明する図。
【図１６】図１５に示した治具ブロックの変形例を示す図。
【図１７】パイプ内を封止する他の例を説明する図。
【図１８】本発明による床暖房装置が設置される組立式発泡スチロールドームの立面図。
【図１９】図１８の組立式発泡スチロールドームの平面図。
【図２０】図１８の組立式発泡スチロールドームの内部平面図。
【図２１】図１８の組立式発泡スチロールドームのドーム片を示す斜視図。
【図２２】（ａ）は、図１８の組立式発泡スチロールドームに設置された断熱パネルとヒートパイプ示す平面図、（ｂ）はその要部拡大図。
【図２３】ヒートパイプを構成する二重管の他の例を示す断面図。
【図２４】押出成形の工程を説明する図。
【図２５】（ａ）は、図２３の二重管を形成するために用いられるダイスの正面図、（ｂ）はそのｂ−ｂ線断面図。
【図２６】（ａ）は、図２３の二重管に用いられる蓋の正面図、（ｂ）は蓋の取り付け状態を示す要部拡大図、（ｃ）は蓋の斜視図。
【図２７】（ａ）〜（ｃ）は、図２３の変形例を示す図。
【図２８】図２６の変形例を示す図。
【図２９】ヒートパイプを構成する二重管のさらに別の例を示す断面図。
【図３０】（ａ）〜（ｃ）は、図２９のの変形例を示す図。
【図３１】（ａ）は、従来の床暖房装置の平面図、（ｂ）はその側面図。
【図３２】（ａ）は、従来の床暖房装置の平面図、（ｂ）はその側面図を示す側面図。

Claims

一体成形により格子状の溝が形成されて支持柱が形成される樹脂製の断熱パネルと、
この断熱パネルに敷設される熱源と、
前記支持柱に支持されて載置される放熱板と、
前記放熱板と前記断熱パネルとの間に形成される加熱空間と、
隣接する前記断熱パネルにそれぞれ形成された前記支持柱を囲い込んで連結する連結部材とを備え、
前記熱源から前記加熱空間内に放熱して前記放熱板を暖める床暖房装置。
請求項１に記載の床暖房装置において、
前記断熱パネルは、その底面に前記溝に対応して格子状に形成された凹部を有する。
請求項１または２に記載の床暖房装置において、
前記熱源は少なくとも一方向の溝に配設されるパイプ状を呈する。
請求項３に記載の床暖房装置において、
前記熱源は、外パイプと、この外パイプに２重管として貫通して設けられる内パイプと、内外のパイプとの間に形成された真空空間を密閉するとともに内パイプを保持する蓋と、真空空間に充填された作動液とを備える複数本の熱サイフォン式ヒートパイプからなる。
請求項４に記載の床暖房装置において、
前記断熱パネルは少なくとも一部の外周縁が円形状の発泡スチロールで形成され、前記複数本のヒートパイプは敷設される領域に応じて異なった長さとされる。
請求項４または５に記載の床暖房装置において、
前記外パイプの表面にセラミックスをコーティングする。
請求項１〜６のいずれか１項に記載の床暖房装置において、
前記熱源を位置決めする位置決め部材を前記支持柱と一体に形成する。
請求項７に記載の床暖房装置において、
前記位置決め部材と支持柱は前記溝に囲まれて設けられる。
請求項１〜８のいずれか１項に記載の床暖房装置において、
前記放熱板には、前記加熱空間を暖房空間と連通する孔が所定間隔で設けられる。
請求項１〜９のいずれか１項に記載の床暖房装置において、
前記放熱板の上面に、表面が藺草状のござで覆われる１畳相当の大きさの敷物が敷設される。
一体成形により格子状の溝が形成されて支持柱が形成される樹脂製の断熱パネルと、
この断熱パネルに敷設される熱源と、
多数の貫通孔が設けられ、前記支持柱に支持されて載置される断熱性の床板と、
前記床板と前記断熱パネルとの間に形成される加熱空間と、
隣接する前記断熱パネルにそれぞれ形成された前記支持柱を囲い込んで連結する連結部材とを備え、
前記断熱パネルおよび前記床板は発泡スチロール製であり、
前記熱源から前記加熱空間内に放熱して暖められた空気を前記貫通孔から暖房空間へ導く床暖房装置。
請求項１１に記載の床暖房装置において、
前記熱源は、外パイプと、この外パイプに２重管として貫通して設けられる内パイプと、内外のパイプとの間に形成された真空空間を密閉するとともに内パイプを保持する蓋と、真空空間に充填された作動液とを備える複数本の熱サイフォン式ヒートパイプからなり、少なくとも一方向の溝に配設される。
請求項１１または１２に記載の床暖房装置を有する発泡スチロールを構成材とする組立式家屋。