JP6208456B2 - 放射パネルとその製造方法 - Google Patents

Description

本願発明は、輻射式冷暖房装置の主要要素として使用される放射パネルとその製造方法に関するものである。

建物等の冷暖房は室内の空気を介して熱交換する対流方式のエアコンが一般的であるが、近年、放射パネルを使用した輻射式冷暖房装置が普及しつつある。この輻射式冷暖房装置は、人体と放射パネルとの間で直接に熱を移動させるもので、ファンが存在しないため静粛性に優れている利点や、室のどこにいてもムラ無く冷暖房できる利点、冷風・温風の直撃がなくて快適性に優れている利点、熱交換の媒体は水でよいため環境負荷が小さい利点等を有している。

輻射式冷暖房装置における１つの課題は効率のアップであるが、これは放射パネルの表面積を増大させることで達成できる。そこで、本願出願人は、特許文献１において、放射パネルの下面に多数のフィンを設けることを開示した。また、特許文献２には、床置き式の輻射放熱式暖房器具において、放射パネルの表面に多数の凸条と溝条とからなる凹凸を形成することが開示されている。

特開２００８−１２２０３６号公報 特開２０１１−１８５５５５号公報

さて、放射パネルは人目に触れるものであるためデザインは大事であり、放射パネルをデザイナーがデザインすることも多い。このようにデザインが施されている場合、デザインのコンセプトを変更することなく効率をアップさせることが重要であるが、特許文献１はフィンを設けるということ自体が１つのデザインであるため、他のデザインに付加できるものではなく汎用性は低いと云える。

他方、特許文献２は表面の構造に関するものであるため特許文献１に比べると汎用性は高いが、図面に表示されているように凹凸が人の肉眼で視認できるため、凹凸の存在がデザインのコンセプトに合致しないことがある。例えば、放射パネルの露出面を平滑面に見えるように表示したい、というデザインコンセプトには合致しないと云える。

また、特許文献１にしても特許文献２にしても、実際にはパネルは金属色を露出させるのでばなくて塗装していることが殆どであるが、作業者への悪影響防止や塗料の飛散防止等のため塗装作業を特別の室で行わねばならないため、パネルの製造に手間がかかるのみならず作業性も良くないという問題があった。

本願発明はこのような現状に鑑み成されたものであり、様々なデザインへの適応性に優れつつ高い熱放射率を確保した放射パネルを、手間を掛けずに簡単に製造できるようにすることを目的とするものである。

本願発明は、放射パネルとその製造方法とを含んでおり、放射パネルは、請求項１に記載したように、
「片面全体を被空調室に向く放射面と成したパネル本体と、前記パネル本体における放射面の全体又は大部分に貼着した樹脂製のシートとを備えており、
前記パネル本体のうち前記放射面と反対側に、熱媒流体との間で熱交換する伝熱部を設けていて、前記パネル本体の全体とシートの全体とを介して、前記伝熱部と被空調室との間での熱交換が行われるようになっており、
かつ、前記樹脂製のシートのうち被空調室に向いた面に、最大高さが２００〜８００μｍでピッチが１００〜７００μｍの無数の凹凸が形成されている、
」
という構成である。

なお、本願の凹凸には、突起と凹部とが連続していて突起と凹部との境界が見分け難い状態と、平面を基準にしてこれに無数の突起が存在している状態と、平面を基準にしてこれに無数の凹部が存在している状態、及び、これら三者が混在している状態のいずれも含んでいる。

本願発明において、シートの凹凸は、外周面に凹凸を形成したローラで加圧したエンボス加工によって形成できる。

製造方法は請求項２で特定している。すなわちこの製法は、請求項１に記載した放射パネルの製造方法であって、
一方の面には無数の凹凸が施されていて他方の面は離型紙で覆われた感圧性接着剤が塗布されているシートを用意して、前記シートを、前記離型紙を剥がしてから前記パネル本体の放射面に貼着するものである。

本願発明では、１つ１つの凹凸は視認し難い程に微細化されており、凹凸を全く又は殆どん目立たない大きさである。このため、様々なデザインとの適合性に優れており、汎用性が極めて高い。

また、表面に微細な無数の凹凸が存在することでパネルの表面積が格段に増大することと、熱源からの熱線が天井面に向けて斜め下方から照射されても熱線が凹凸の傾斜面に集中的に当たって高い受熱効率を確保できることにより、暖房時の放熱や冷房時の吸熱の効率を大きく向上できる。従って、本願発明は、各種のデザインのコンセプトを阻害することなく、冷暖房の効率を格段に向上させることができる。なお、放熱はマイナスの吸熱であり、従って、吸熱性能が高いことは放熱効率が高いことと同義である。

吸熱（或いは放熱）の効率に関して本願発明が特筆すべきことは、シートをパネル本体に貼着するという従来の技術常識に反する技術を採用したことである。つまり、壁紙など建物の内装用シートは従来から存在するが、樹脂系の壁紙にしてもセルロース系の壁紙にしても熱の不良導体であるため、これらを放射パネルに貼着すると伝熱性能が劣ると考えられており、実際に、本願出願人の実験でも従来の壁紙を貼着すると伝熱性能が低下することは確認されたのであるが、本願発明は、伝熱性能低下を招くとして忌避されていた樹脂シートを粗面化することで熱放射性向上に利用したものであり、この点、技術常識からは着想できない斬新さを有していると云える。

そして、シートは、請求項２のように離型紙を剥がしてからパネル本体に重ねて押さえたり、パネル本体に接着剤を塗布してからシートを重ねて押えたりすることで簡単に貼着できるため、シートの貼着作業は簡単であると共に、環境悪化の問題はないためどこでも作業できる。従って、放射パネルを簡単に能率よく製造できる。

シートの片面に凹凸を形成することは、例えばプレス加工なども採用できるが、ローラを通すエンボス加工を採用すると、微細な凹凸を高速で簡単かつ正確に加工できる利点がある。従って、エンボス加工されたシートを使用すると、室内の各部位で万弁なく冷暖房効率を均一化できる。

上記のとおり、シートの貼着は、例えばパネル本体に接着剤を塗布してからシートを重ねて押さえるといった方法も採用できるが、請求項２のように離型紙が張られたシートを使用すると、接着材の塗布工程は不要であるため、シートの貼着作業をより一層簡単に行える。また、施工現場でシートを貼り付けて放射パネルを完成させることも可能になるため、運搬途中でシートが傷付くような不具合を抑制できる利点もある。

（Ａ）は本願発明の放射パネルを天井に施工した建物の概略図、（Ｂ）はシートを部分的に捲った状態での部分斜視図である。 （Ａ）は輻射式冷暖房装置の断面図、（Ｂ）は放射パネルのみの断面図、（Ｃ）は放射パネルの分離断面図、（Ｄ）はエンボス加工の工程を示す部分斜視図である。 （Ａ）はシートの表面の部分写真、（Ｂ）はシートの模式的断面図である。 作用を示す図で、（Ａ）は人と放射パネルとの関係を示す概略図、（Ｂ）は熱線の照射態様を示す模式図である。 評価試験を示す図で、（Ａ）は試験状態を示す断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ視部分平断面図、（Ｃ）は性能を示すグラフである。

(1).構造の説明
次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。まず、図１〜図３を参照して構造を説明する。

本実施形態は天井用に適用しており、コンクリート製建物の天井スラブ１の下方に、多数のパネルユニット２を縦横に整列して配置した輻射式冷暖房システム３が吊支されている。パネルユニット２は、平面視長方形の放射パネル４を複数枚並列配置して一体に連結することで構成されている。放射パネル４は、アルミ等の金属材料の加工品であるパネル本体５を有している。パネル本体５は、押し出し加工品や板材を使用できる。

図２に示すように、放射パネル４のパネル本体５は平らな基板を備えており、基板の下面は平坦面になっている。他方、基板の上面のうち幅方向の概ね中心部には、伝熱部の一例として上向きに開口した半円状のパイプ受け部７を設け、パイプ受け部７を挟んだ一方の側には第１〜第３の上向きリブ８，９，１０を一体に設け、パイプ受け部７を挟んだ他方の側には基板の外側にはみ出た階段状の係合段部１１を設けている。パイプ受け部７には熱媒体としての水が通るパイプ１２の下半分が嵌まっており、パイプ１２の上半分には断面半円状の押え部材１３が上から重なっている。

並列配置された放射パネル４の上には、それら放射パネル４の群を連結してパネルユニット２と成すための連結バー１４が、放射パネル４の長手方向と直交した方向に長く延びる姿勢で配置されている。連結バー１４は下向きに開口した断面コ字形になっており、その側板１４ａに形成した茸形の係合爪１５が、パネル本体５に設けた第２及び第３のリブ９，１０で挟み係止されている。連結バー１４は放射パネル４の長手方向に沿って飛び飛びで複数本配置されており、各連結バー１４は、平面視で当該連結バー１４と直交した姿勢の横桟部材１６に固定されている。敢えて述べるまでもないが、横桟部材１６は吊り棒等を介して天井スラブ１に吊支されている。

パネル本体５を構成する基板の一端部と係合段部１１との間には横向きの連結空間１７が空いており、この連結空間１７に、隣に位置したパネル本体５の一側部が嵌まっている。これにより、複数枚の放射パネル４が隙間なく当接して全体として１枚板であるかのような外観を呈している。なお、図１では、隣り合ったパネルユニット２は隙間無く並べられているが、隣り合ったパネルユニット２の間に間隔を空けて、その間に通常の天井パネルを配置してもよい。

パネル本体５は、図２（Ｃ）や図３（Ｂ）に示すように下面が平滑になった状態に製造されており、このような状態に製造（押し出し加工）してから、例えば図２（Ｂ）に示すように、パネル本体５の下面（室内に向いた放射面）に、樹脂製のシート（熱放射促進シート）１８を貼着している。図３（Ｂ）に示すように、シート１８の下面の全体に、突起１９と凹み２０とから成っていて無数の傾斜面で構成された凹凸２１が形成されている。

シート１８はポリプロピレンやＰＥＴ等の樹脂からなっており、押し出し法等にて両面が平滑な状態に製造してから、図２（Ｄ）に示すように、外周面が平滑な支持ロール２２と外周面に無数の凹凸を形成した押圧ロール２３との間に通すことで、片面に多数の凹凸２１を形成（エンボス加工）している。このように一対のロール２２，２３に通すだけで凹凸２１を簡単に加工することができる。

シート１８の平滑面には感圧性接着剤が塗布されており、図２（Ｄ）に一点鎖線で示すように、感圧性接着剤の層には離型紙２４が張られている。従って、離型紙２４を剥がすことで、シート１８をパネル本体５に簡単に貼着することができる。なお、図２（Ｄ）ではロール２２，２３から繰り出された状態で既に離型紙２４を貼った状態に表示しているが、この表示は便宜的なものであり、実際には、凹凸２１をエンボス加工してから塗工工程に移行して感圧性接着剤を塗布し、次いで、ロールから繰り出された離型紙が感圧性接着剤に重ねられる。

図３（Ａ）は、シート１８の表面の写真である。実際のシートは淡いクリーム色であるが、突起１８の頂面（稜線）にシャープペンの黒鉛を転写することで濃淡を表示している。この実施形態では、突起１８の相当割合は細長い形態であり、かつ、向きは不規則で曲がったものや枝分かれしたものも多い。突起１９の高さは多少の違いがあるが、概ね一定している。このように、様々な形態の突起１８が混在していることは、熱線の吸収性向上に貢献していると推測される。図３（Ａ）では凹部２０の形態は明瞭に現れていないが、実際には、凹部２０も平面形状はまちまちである。凹部２０の深さは、多少は違いがあるものの、概ね一定している。

本実施形態における凹凸２１の平均高さ、すなわち、多数の突起１９の高さ（或いは凹み２０の深さ）Ｒｚは、人目には視認できない程度で、できるだけ大きい値にするのが好ましい。換言すると、人目には存在が視認できない程度の凹凸２１が形成されるようにエンボス加工するのが好ましい。本実施形態のシート１８は、全体の厚さが２５０μｍ程度になっている。伝熱性の点からはできるだけ薄いのが好ましいが、ある程度の腰の強さがあるのが貼り加工を行いやすいので、８０〜３００μｍ程度でよいと云える。

凹凸２１の最大高さ（Ｒｚ）は２００〜８００μｍ程度が好ましく、凹凸２１のピッチＰは１００〜７００μｍ程度が好ましい。また、図３（Ｂ）では凹凸２１は模式化してサインカーブ状に描いるが、実際には、突起１９と谷２０とは滑らかに連続していない場合も多く、傾斜角度や傾斜面のプロフィールもまちまちであることが多い。

なお、凹凸２１の高さＲｚは２００〜８００μｍ程度の範囲内で概ね揃っていてもよいし、例えば２００〜８００μｍ程度のものが混在していてもよい。凹凸２１のピッチＰも同様であり、１００〜７００μｍ程度の範囲内の数値で概ね揃っていてもよいし、場所によってピッチＰが大きく相違していてもよい。高さＲｚにしてもピッチＰにしても、大部分がこの範囲であればよく、局部的にこれらの数値の範囲外になっていることは差し支えない。

(2).まとめ
図４では、人の身体２６と放射パネル４との間の熱の伝達関係を模式的に示している。さて、熱源としての人の身体２６からは全方向に向けて熱線が放射されているが、放射パネル４の群で構成された天井の放射面には、身体２６に近い箇所ほど熱が多く伝わって、身体２６から遠ざかるほど熱を受ける量は少なくなる。換言すると、身体２６から放射される熱は拡散して照射される。従って、身体２６から放射された熱線をパネル４で効率良く受けるには、身体２６に近い場所でも遠い場所でも、熱線の受容面積をできるだけ広くする必要がある。

この点、本実施形態では、放射パネル４の下面が多数の凹凸２１で構成されていて形態係数が高くなっているため、身体２６の真上に位置した箇所でも、身体２６から遠くて熱線の照射角度が天井面に対して傾斜している箇所でも、熱線の受容面積は単なる平坦面である場合に比べて格段に広くなっており、このため、身体２６の熱を天井面（伝熱面）の広い範囲で効率よく吸収できる。つまり、単位平面積当たりの熱の受容量を多くできると共に、広い範囲で熱を効率良く補集する状態で受容できるのであり、その結果、コンパクトでありながら高い冷暖房効果を発揮できる。

この点を更に詳述する。まず、傾斜面の効果を説明する。図４の分図（Ｃ）で示すように、熱線Ｒは面積を持った束として観念できるが、熱線の照射面が水平面に対して角度θ０で傾斜していると、熱線の照射面積は水平面に対してｃｏｓθだけ小さくなるため、単位面積当たりの受熱量が高くなる。このため、受熱面積が広くなるだけでなく、熱を有効に受けることができる。つまり、熱線Ｒは凹凸２１の表面に直交した方向（凹凸２１の表面の垂線方向）から入射するのが最も効率的であるが、凹凸２１が傾斜面をから成っているため、斜め下方から照射された熱線も効率良く受熱できるのである。また、熱線の反射も抑制できる。

他方、図４（Ｂ）に示すように、凹凸２１の片側から熱線が照射された場合、一方の傾斜面では単位面積当たりの受熱量が高くなっても、他方の傾斜面では、熱線の照射角度θ２が水平面に対する照射角度θ１よりも小さくなる。しかし、凹凸２１の面が傾斜していることによって他方の傾斜面の面積が大きくなっているため、他方の傾斜面での受熱総量は水平面である場合に比べて高くなっている。従って、結果として、熱線が斜め下方から照射された場合、パネルの下面が水平面である場合に比べて熱の受熱量が多くなるのである。

次に、人の身体２６の真上に位置したエリア２７を見てみる。このエリア２７では、熱線は基本的には真下から照射されていると云えるが、熱源である身体は水平方向の広がりを持っているため、実際には、熱線はパネル４に対して真下から照射されたものと斜め下方とから照射されたものとの束になっていると云える。そして、（Ｃ）を参照して説明したように、熱線が斜め下方から照射されても傾斜面によって効率的に受熱するため、パネル４の下面が平滑な水平面である場合に比べて受熱効率を向上できるのである。

人が室内を歩くと、放射パネル４の群よりなる伝熱面のうち人の熱を強く受ける範囲は人の歩行に従って変化して行くが、放射パネル４の凹凸２１は独立した多数の突起１９と凹み２０とで構成されているため、熱線がどの方向から照射されても同じ程度の能力で熱を吸収できる。従って、冷暖房のムラが生じることはない。

(3).評価
図５では、実際の評価試験を示している。この試験では、パネル本体５に何も貼っていない比較例１、パネル本体５に平滑な樹脂製壁紙を貼った比較例２、及び、厚さ２５０μｍ程度で凹凸の平均ピッチＰが６００〜７００μｍ程度のシート１８を貼った実施例との３種類を評価した。比較例２の壁紙は、凹凸が存在しないだけで、材質と厚さは実施例と同じであった。

試験では、図５（Ａ）（Ｂ）に示すように、周囲を断熱材で囲った箱２８の内部にサンプル（約５１０ｍｍ×１５７０ｍｍの大きさ、約０．８０平方ｍ）２８を水平姿勢に配置し、サンプル２８の下方に熱源として白熱電球３０を配置した。箱２８の大きさは、幅×長さ×高さが７００×１６００×７１０で、サンプル２８の周囲と箱２８の内面との間には間隔が空いており、この間隔は断熱材３１で塞いだ。箱２８の内部の平面積に対するサンプル２９の敷設率は約７０％であった。

パネル本体には既述の実施形態と同様にパイプ１２が重ね配置されており、パイプ１２に水を流して、箱２８の外において水の入口温度と出口温度とを温度センサ３２，３３で計測した。水の流量は１リットル／分であり、サンプル２８の単位面積当たりの流量に換算すると１分当たり１．２５リットル／平方ｍであった。

評価は、１平方ｍ当たりのワット数として表示した。つまり、（温度変化×流量）を受熱総量として、これを単位面積当たりに換算した。また、室温と冷水平均温度との差を平均温度差とした。図５（Ｃ）は縦軸に性能として単位面積当たりの熱量、横軸に平均温度差を示す。このグラフにおいて、一般的に空調で使用される平均温度差８℃で比較すると、平滑な壁紙を貼った比較例２は、何も貼っていない比較例１に対して、平均温度差が高くなるに従って性能の低下が顕著に現れている。このことから、『樹脂のシートを貼ったものは伝熱効率が悪い』という従来の認識は、基本的には正しいといえる。

他方、本願実施例は、比較例１よりも性能が高くなっており、このことから、本願発明は、何も貼っていないパネルよりも放射性能に優れていることが立証されている。つまり、単なる平滑なシートを貼っても放射性能は低下するだけであるが、凹凸２１を形成した本実施形態のシート１８は放射性能に優れているのであり、この点は、従来の技術常識から窺い知ることができなかったものである。

(4).その他
本願発明は、上記の実施形態の他にも様々に具体化できる。例えば、パネル本体の素材はアルミ等の金属には限らず、樹脂製であってもよい。パネル本体の形状も平面視で長方形には限らず、正方形や正六角形など様々な形態を採用できる。シートは複層構造であってもよい。アルミ箔のような金属箔と樹脂シート（フィルム）との複数構造とすることも可能である（この場合は、金属箔を裏面に配置する。）。

パネル本体に流体通路を直接形成することも可能である。また、パネル本体は単なる金属板を使用したり、金属板の貼り合わせ品（或いは金属板と樹脂板等との貼り合わせ品）使用したりすることも可能である。なお、本願発明の放射パネルは冷房と暖房との両方に適用できるが、冷房のみ又は暖房のみに使用することは当然に可能である。

本願発明の放射パネルは実際に製造できると共に、効果を発揮する。従って、産業上利用できる。

１ 天井スラブ
２ パネルユニット
３ 輻射式冷暖房装置
４ 放射パネル
５ パネル本体
７ 伝熱部の一例としてパイプ受け部
１２ 水が通るパイプ
１８ シート
１９ 突起
２０ 凹み
２１ 凹凸
２６ 身体（熱源）

Claims (2)

1. 片面全体を被空調室に向く放射面と成したパネル本体と、前記パネル本体における放射面の全体又は大部分に貼着した樹脂製のシートとを備えており、
   前記パネル本体のうち前記放射面と反対側に、熱媒流体との間で熱交換する伝熱部を設けていて、前記パネル本体の全体とシートの全体とを介して、前記伝熱部と被空調室との間での熱交換が行われるようになっており、
   かつ、前記樹脂製のシートのうち被空調室に向いた面に、最大高さが２００〜８００μｍでピッチが１００〜７００μｍの無数の凹凸が形成されている、
   放射パネル。
2. 請求項１に記載した放射パネルの製造方法であって、
   一方の面には無数の凹凸が施されていて他方の面は離型紙で覆われた感圧性接着剤が塗布されているシートを用意して、前記シートを、前記離型紙を剥がしてから前記パネル本体の放射面に貼着するものである、
   放射パネルの製造方法。

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