JP7745879B2 - 躯体蓄熱装置および方法 - Google Patents

Description

本発明は、躯体蓄熱装置および方法に関し、より詳しくは、建築物の躯体の表面を加熱または冷却して躯体蓄熱を行う躯体蓄熱装置および方法に関する。

建築物の躯体を蓄熱媒体として、この蓄熱を冷暖房に利用することが従来から行われている。従来の躯体蓄熱は、熱媒流体が通過する配管を躯体に埋め込むことが主流となっているが、施工費用や時間がかかるだけでなく、施工技術も要求されるため、実際に採用することが困難である。このため、特許文献１には、建築物の躯体コンクリートに放射パネルを固定して蓄熱する躯体蓄熱構造が開示されている。

特許文献１に開示された躯体蓄熱構造は、放射パネルに熱交換パイプを取り付けると共に、放射パネルと対面するように躯体コンクリートに固定されて放射パネルの側縁部と面接触する金属製の熱交換部材を設けることにより、熱交換パイプを流れる熱媒の熱が、熱交換パイプおよび熱交換部材を介して躯体コンクリートに蓄熱されるように構成されている。

特許第５６９２６０３号公報

上記の躯体蓄熱構造は、躯体コンクリートと放射パネルとの間が熱交換部材を介して伝熱されるように構成される一方で、熱交換パイプから躯体コンクリートへの伝熱は専ら輻射によって行われるため、躯体コンクリートの蓄熱効率を高める上で改良の余地があった。

そこで、本発明は、躯体に効率良く蓄熱することができる躯体蓄熱装置および方法の提供を目的とする。

本発明の前記目的は、建築物の躯体の表面を加熱または冷却して躯体蓄熱を行う装置であって、周縁部が起立する放射パネルと、前記放射パネル内に並列配置される複数のヒートシンクと、前記ヒートシンクに装着されて熱媒流体が通過するパイプと、シート状の伝熱部材とを備え、前記伝熱部材は、前記放射パネルを躯体に取り付けた状態で、隣接する前記ヒートシンク間で躯体との密着部が形成されると共に前記密着部の両側で前記パイプの表面に密着するように保持される躯体蓄熱装置により達成される。

この躯体蓄熱装置において、前記伝熱部材は、前記パイプと躯体との間に挟持されることにより前記パイプの表面に密着することが好ましい。

前記伝熱部材を躯体に押し付ける押圧部材を備えることが好ましい。この場合、前記伝熱部材は、前記パイプと前記ヒートシンクとの間に挟持されることにより、前記パイプの表面に密着するように構成してもよい。前記押圧部材は、前記装着部を挟んだ両側にそれぞれ配置することができる。

前記伝熱部材は、可撓性を有するグラファイトシートからなることが好ましい。

また、本発明の前記目的は、建築物の躯体の表面を加熱または冷却して躯体蓄熱を行う方法であって、周縁部が起立する放射パネル内に、パイプが装着される複数のヒートシンクを並列配置し、前記放射パネルを躯体に取り付ける際に、シート状の伝熱部材を、隣接する前記ヒートシンク間で躯体に密着させて密着部を形成すると共に前記密着部の両側で前記パイプの表面に密着させて、前記パイプに熱媒流体を通過させる躯体蓄熱方法により達成される。

本発明の躯体蓄熱装置および方法によれば、躯体に効率良く蓄熱することができる。

本発明の一実施形態に係る躯体蓄熱装置の平面図である。 図１のＡ－Ａ断面図である。 本発明の他の実施形態に係る躯体蓄熱装置の断面図である。 本発明の更に他の実施形態に係る躯体蓄熱装置の断面図である。 本発明の更に他の実施形態に係る躯体蓄熱装置の断面図である。

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施形態に係る躯体蓄熱装置の平面図であり、図２は図１のＡ－Ａ断面図である。図１および図２に示すように、躯体蓄熱装置１は、放射パネル１０と、放射パネル１０内に配置される複数のヒートシンク２０と、複数のヒートシンク２０に装着されるパイプ３０と、シート状の伝熱部材４０とを備えている。図２に示すように、躯体蓄熱装置１は、天井スラブ等の建築物の躯体１００に取り付けて、躯体蓄熱を行うことができる。ヒートシンク２０の数は、本実施形態では２つとしているが、３つ以上のヒートシンク２０を配置してもよい。

放射パネル１０は、アルミニウム等の熱伝導率が高い金属材料等からなる平面視矩形状の平板状の部材であり、複数のヒートシンク２０が中央部の底板１１に並列配置されている。底板１１には、多数の小孔が形成されてもよい。底板１１の下面側は平坦状に形成されているが、複数のリブや湾曲部等を設けてもよい。放射パネル１０の周縁部１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂは起立しており、それぞれの上部が外方に屈曲してフランジ部を形成している。

ヒートシンク２０は、熱伝導率が高い金属製の部材であり、帯状の基板２１と、基板２１の長手方向に沿って延びる装着部２２とを備え、例えば押出成形によって製造される。装着部２２は、内周面の円弧状長さが半円よりも若干長くなるように形成されている。装着部２２の材料は、放射パネル１０と同じ材料であってもよく、あるいは、放射パネル１０の材料よりも熱伝導率の高い材料（例えば、グラファイト等）であってもよい。各ヒートシンク２０は、間隔をあけて互いに平行に配置されている。

パイプ３０は、流路が屈曲するように折り曲げられて、各ヒートシンク２０の装着部２２にハンマー等で上方から叩き込まれて装着されており、一方端部側３１から他方端部側３２に向けて熱媒流体を通過させることができる。なお、図１においては、パイプ３０の両端部近傍の図示を省略している。

パイプ３０の材料は特に限定されないが、アルミニウムや銅、グラファイト等の高い熱伝導性を有する材料からなる伝熱管を用いてパイプ３０を構成することが好ましい。パイプ３０は、伝熱管の単層管以外に、伝熱管の内面のみがポリエチレン等の樹脂コーティング層で被覆された二層管、あるいは、伝熱管の内外面が樹脂コーティング層で被覆された三層管のいずれであってもよい。パイプ３０が単層管または二層管の場合には、伝熱部材４０がパイプ３０の伝熱管に直接密着するため、伝熱部材３０を介してパイプ３０の熱を躯体１００に効率良く伝達することができる。

伝熱部材４０は、熱伝導性が良好なシート状の部材であり、例えばグラファイト（膨張黒鉛）をシート状に圧延する等して得られた可撓性を有するグラファイトシートにより形成することができる。グラファイトシートの厚さは特に限定されないが、一例として、１０～５００μｍであることが好ましく、６０～２５０μｍであることがより好ましい。グラファイトシートの熱伝導率も制限はないが、面方向熱伝導率が３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが好ましく、５０Ｗ／ｍ・Ｋがより好ましい。面方向熱伝導率λ１の厚さ方向熱伝導率λ２に対する比（λ１／λ２）は、１０倍以上であることが好ましく、３０倍以上であることがより好ましい。

伝熱部材４０は、ヒートシンク２０およびパイプ３０を上方から覆うように配置されており、左右方向（ヒートシンク２０の並列方向）両側の縁部が放射パネル１０の底板１１に当接する。伝熱部材４０の大きさは、パイプ３０がヒートシンク２０に装着された部分の略全体を覆う大きさであることが好ましいが、その被覆割合は特に限定されるものではない。

次に、上記の構成を備える躯体蓄熱装置１を用いて躯体蓄熱を行う方法を説明する。まず、図１に示すように、複数のヒートシンク２０およびパイプ３０を放射パネル１０内に配置して伝熱部材４０で被覆した後、図２に示すように、放射パネル１０の周縁部１２ａ，１２ｂに形成されたフランジ部を、ボルトやドリルねじ等の公知の締結具（図示せず）を用いて躯体１００に固定し、放射パネル１０を躯体１００に取り付ける。

これにより、伝熱部材４０は、パイプ３０が各装着部２２の上方に露出する部分と躯体１００との間に挟持され、隣接するヒートシンク２０，２０間において張力が作用することにより、ヒートシンク２０，２０間の伝熱部材４０に、躯体１００と密着する密着部Ｃが形成される。また、伝熱部材４０は、密着部Ｃの左右両側でパイプ３０の表面と密着する。パイプ３０と躯体１００との間で伝熱部材４０を確実に挟持できるように、放射パネル１０の周縁部１２ａ，１２ｂの起立高さを適宜設定することが好ましい。伝熱部材４０における躯体１００との密着部Ｃは、ヒートシンク２０，２０間の略全体に形成されることが好ましいが、ヒートシンク２０，２０間の一部で伝熱部材４０が躯体１００と密着しない部分が生じてもよい。

放射パネル１０を躯体１００に取り付けた後、パイプ３０に熱媒流体を通過させることにより、躯体１００の表面を加熱または冷却して、躯体１００への蓄熱を行うことができる。

本実施形態の躯体蓄熱装置１によれば、放射パネル１０を躯体１００に取り付けた状態で、伝熱部材４０が、隣接するヒートシンク２０，２０間で躯体１００との密着部Ｃを形成すると共に、密着部Ｃの両側でパイプ３０の表面に密着するように保持されるため、伝熱部材４０を介してパイプ３０の熱を躯体１００に効率良く伝達することができる。この結果、躯体１００に対する蓄熱効率を高めることができる。

以上、本発明の一実施形態について詳述したが、本発明の具体的な態様は上記実施形態に限定されない。例えば、本実施形態の伝熱部材４０は、左右両側縁部が放射パネル１０の底板１１に当接するように構成しているが、パイプ３０と伝熱部材４０との密着状態を確実に維持可能であれば他の構成であってもよく、例えば、伝熱部材４０の縁部を、ヒートシンク２０の基板２１と装着部２２との間に挟み込む等してヒートシンク２０に固定してもよい。あるいは、伝熱部材４０の縁部を、ヒートシンク２０と底板１１との間や、周縁部１２ａ，１２ｂと躯体１００との間に挟持することもできる。

また、図３に示すように、ヒートシンク２０に対して、装着部２２を挟んで伝熱部材４０の密着部Ｃと反対側に、基板２１から起立する押圧部材２３を設けることにより、押圧部材２３の上端部によって伝熱部材４０を躯体１００に押し付けることができる。この構成によれば、伝熱部材４０と躯体１００との密着面積を広げて、伝熱部材４０を介したパイプ３０から躯体１００への蓄熱を効率良く行うことができる。なお、図３において、図２と同様の構成部分には同一の符号を付している（以下の各図においても同様）。本実施形態の押圧部材２３は、ヒートシンク２０と一体的に設けることで、パイプ３０に対する正確な位置決めを容易にしているが、ヒートシンク２０とは別部材にすることも可能である。

上記の各実施形態においては、伝熱部材４０をパイプ３０と躯体１００との間に挟持してパイプ３０の表面に密着させているが、上記のように伝熱部材４０を躯体１００に押し付ける押圧部材を備える場合には、伝熱部材４０をパイプ３０とヒートシンク２０との間に挟持してパイプ３０の表面に密着させてもよい。例えば、図４に示すように、伝熱部材４０を介してパイプ３０を装着部２２に装着すると共に、ヒートシンク２０に対して、装着部２２よりも伝熱部材４０の密着部Ｃ側に、基板２１から起立する押圧部材２４を設けることにより、押圧部材２４の上端部によって伝熱部材４０を躯体１００に押し付けることができる。この構成によれば、伝熱部材４０とパイプ３０との密着面積を広げて、伝熱部材４０を介したパイプ３０から躯体１００への蓄熱を効率良く行うことができる。

また、図５に示すように、ヒートシンク２０に対して、装着部２２を挟んだ両側に、基板２１から起立する押圧部材２３，２４をそれぞれ設けることにより、各押圧部材２３，２４の上端部によって伝熱部材４０を躯体１００に押し付けることができる。この構成によれば、伝熱部材４０とパイプ３０との密着面積を広げると共に、伝熱部材４０と躯体１００との密着面積を広げて、伝熱部材４０を介したパイプ３０から躯体１００への蓄熱を効率良く行うことができる。

１ 躯体蓄熱装置
１０ 放射パネル
１２ａ，１２ｂ 周縁部
２０ ヒートシンク
２３，２４ 押圧部材
３０ パイプ
４０ 伝熱部材
１００ 躯体
Ｃ 密着部

Claims (7)

1. 建築物の躯体の表面を加熱または冷却して躯体蓄熱を行う装置であって、
   周縁部が起立する放射パネルと、前記放射パネル内に並列配置される複数のヒートシンクと、前記ヒートシンクに装着されて熱媒流体が通過するパイプと、シート状の伝熱部材とを備え、
   前記伝熱部材は、前記放射パネルを躯体に取り付けた状態で、隣接する前記ヒートシンク間で躯体との密着部が形成されると共に前記密着部の両側で前記パイプの表面に密着するように保持される躯体蓄熱装置。
2. 前記伝熱部材は、前記パイプと躯体との間に挟持されることにより前記パイプの表面に密着する請求項１に記載の躯体蓄熱装置。
3. 前記伝熱部材を躯体に押し付ける押圧部材を更に備える請求項１または２に記載の躯体蓄熱装置。
4. 建築物の躯体の表面を加熱または冷却して躯体蓄熱を行う装置であって、
   周縁部が起立する放射パネルと、前記放射パネル内に並列配置される複数のヒートシンクと、前記ヒートシンクに装着されて熱媒流体が通過するパイプと、シート状の伝熱部材とを備え、
   前記伝熱部材は、前記放射パネルを躯体に取り付けた状態で、隣接する前記ヒートシンク間で躯体との密着部が形成されると共に前記密着部の両側で前記パイプの表面に密着するように保持され、
   前記伝熱部材を躯体に押し付ける押圧部材を更に備え、
   前記伝熱部材は、前記パイプと前記ヒートシンクとの間に挟持されることにより前記パイプの表面に密着する躯体蓄熱装置。
5. 前記押圧部材は、前記パイプが装着される装着部を挟んだ両側にそれぞれ配置されている請求項４に記載の躯体蓄熱装置。
6. 前記伝熱部材は、可撓性を有するグラファイトシートからなる請求項１から５のいずれかに記載の躯体蓄熱装置。
7. 建築物の躯体の表面を加熱または冷却して躯体蓄熱を行う方法であって、
   周縁部が起立する放射パネル内に、パイプが装着される複数のヒートシンクを並列配置し、前記放射パネルを躯体に取り付ける際に、シート状の伝熱部材を、隣接する前記ヒートシンク間で躯体に密着させて密着部を形成すると共に前記密着部の両側で前記パイプの表面に密着させて、前記パイプに熱媒流体を通過させる躯体蓄熱方法。