JP5224171B2 - 天井用冷暖房パネル - Google Patents

Description

この発明は、屋内の冷房や暖房を輻射熱により行う天井用冷暖房パネルに関する。

従来、天井に施工される輻射式の冷暖房パネルがあった。このような冷暖房パネルは、金属や石膏ボードで作られた輻射パネルを有し、輻射パネルの裏面には、金属製や樹脂製の熱交換パイプが配置され、この冷暖房パネルを天井に設置し、熱交換パイプに所定の温度の流体を流して冷暖房を行っている。

樹脂製の熱交換パイプは、加工性が良好であり、軽量でコストが安価という特長があるが、金属製の熱交換パイプと比較して熱伝導率が低いものであった。そこで、特許文献１に開示された天井輻射冷暖房パネルのように、熱交換パイプを金属製の均熱板で覆い、輻射パネル裏面との間で熱交換パイプを挟持した構造のものが提案されている。これにより、熱交換パイプからの熱が効率的に輻射パネルに伝導するようにしている。しかし、樹脂製の熱交換パイプはガスバリア性が乏しく、熱交換パイプを通る熱交換媒体に空気中の酸素が侵入し、熱交換媒体の回路部品の錆び等の問題があった。

一方、金属製パイプを有した天井用冷暖房パネルとしては、特許文献２に開示されている天井要素のように、天井の空調パネル裏面に銅等の金属製の熱交換パイプが取り付けられたものがある。金属製の熱交換パイプは、それ自体は熱伝導性が良くガスバリア性が高いので酸素の透過がなく、接続部の回路部品等が錆びることも無い。
特開２００６−１７０５５１号公報 特開平１０−２３２０３５号公報

しかしながら、上記従来の技術の特許文献１のように、熱交換パイプを金属板で挟持した構造の場合、輻射パネルに熱交換パイプを正確に位置決めして、金属製の均熱板を所定位置に被せるように固定しなければならず、組み立てや施工が難しく工数の掛かるものであり、冷暖房パネル及びこれを用いた冷暖房装置のコストも高くなり易いものであった。

さらに、金属製の熱交換パイプは質量が大きく、天井材に対する負荷が大きくなり、天井材の支持部材も大きく重くなり、全体として天井部分の質量の増大が建築物の対耐震性等の構造に影響があるものであった。しかも、金属製の熱交換パイプは蛇行した形状に加工することが難しく、塑性変形しやすく、例えば天井材のパイプ保持部に装着するにも、弾性変形させて弾発的に密着するには、弾性限度内での変形量で保持させなければならないので、その寸法設定が難しい。従って、弾性的な保持は現実的に難しいものであり、熱交換パイプ全長に亘って保持部に密着させて取り付けることはできないものである。さらに、密着していない部分での熱交換パイプとその保持部との間では、熱伝導が良好ではなく、金属の熱伝導の良さを生かしているものではなかった。

この発明は、上記従来の技術の問題点に鑑みてなされたものであり、熱交換効率が高く、ガスバリア性もあり、簡単な構造で軽量であり組み立ても容易な天井用冷暖房パネルを提供することを目的とする。

この発明は、板状の輻射パネルと、前記輻射パネルの裏面に部分的に配置された金属製の保持部材と、前記保持部材に保持された樹脂製の熱交換パイプが設けられ、前記保持部材には、前記輻射パネルに重ねられ前記輻射パネルとの間で熱交換を行う平坦な板体である均熱板と、前記均熱板に立設され前記熱交換パイプを係止する保持部とが形成されて成る天井用冷暖房パネルであって、前記熱交換パイプの外径は前記保持部に装着される前は前記保持部の内径よりも太く、前記熱交換パイプを前記保持部に装着した状態で、前記保持部は前記熱交換パイプの側面を両側から弾発的に挟持し、前記熱交換パイプは、ガスバリアチューブであり、内周面に位置する層がナイロンであり、その外側の層はポリウレタンであり、その外側の層はエチレン−ビニルアルコール共重合体であり、その外側で外周面に位置する層はポリウレタンであり、前記熱交換パイプは直線部と曲線部が交互に位置して前記輻射パネルに取り付けられ、前記保持部材は、前記熱交換パイプの直線部に沿って取り付けられる長尺部材であり、前記保持部は、上方が開口した一対の半円状の湾曲部を備え、前記一対の湾曲部間の開口部は、前記湾曲部による前記保持部の内径よりも狭く形成され、前記熱交換パイプを弾性変形させて前記保持部内に嵌合可能に設けられている天井用冷暖房パネルである。

前記輻射パネルには吸音孔が形成され、前記保持部材の裏面は、前記輻射パネルの表側から前記吸音孔を介して見えにくいように黒色に塗られているものである。

前記保持部材は、前記輻射パネルの裏面に接着剤によりで接着されているものである。

前記熱交換パイプは、１本おきに同じ方向に湾曲して前記保持部材に保持されているものである。

前記一対の湾曲部の先端には、外側に広がるウイング部が一体に形成されているものである。

この発明の天井用冷暖房パネルは、簡単な構造で熱交換パイプの取り付けが容易であり、金属製の保持部材と樹脂製の熱交換パイプとの間の熱伝導が良好であり、金属製の保持部材が確実に熱交換パイプの熱交換流体の温度を輻射パネルに伝えることができる。これにより、熱交換パイプを流れる流体と輻射パネルとの間の熱交換効率が高く、エネルギー効率が高い天井用冷暖房パネルを形成することができる。

また、従来の金属製の熱交換パイプと比較した場合、天井用冷暖房パネルの質量を小さくすることができるものであり、建物全体として考えると、冷暖房パネルの質量の軽減効果は極めて大きいものである。さらに、金属製の熱交換パイプは塑性変形しやすく、保持部材に弾発的に密着するように装着することは難しいが、本願発明の構造により、樹脂製の熱交換パイプにおいても良好な熱伝導が得られるものである。しかも、この発明の天井用冷暖房パネルは、軽量で熱交換効率も高く、接続部品等の酸化も抑えることができるものである。

以下、この発明の実施形態について図面に基づいて説明する。図１〜図５はこの発明の第一実施形態を示すもので、この実施形態の天井用冷暖房パネル１０は、板状の輻射パネル１２が設けられている。輻射パネル１２は、アルミニウムや鉄等の金属板、石膏ボード、コンクリートなどで成形され、複数の吸音孔１４が貫通して形成されている。輻射パネル１２の裏面１２ａには、熱交換パイプ１６が、後述するように保持部材１８により保持されて設けられている。熱交換パイプ１６は、輻射パネル１２の一方向の幅を横切る直線部１６ａと、輻射パネル１２の端部に達する前に湾曲しながら折り返す曲線部１６ｂが交互に形成され、連続して蛇行している。

輻射パネル１２の裏面１２ａには、図１〜図３に示すように、熱交換パイプ１６の直線部１６ａを保持する保持部材１８が取り付けられている。保持部材１８はアルミニウム押出形材等の金属製であり、熱交換パイプ１６の直線部１６ａに沿って取り付けられる長尺部材であり、長手方向の断面形状が一定である。保持部材１８の断面形状は、図３に示すように、輻射パネル１２の裏面１２ａに重ねられる板体である均熱板２０が設けられ、均熱板２０の中心には、熱交換パイプ１６を保持する保持部２２が設けられている。保持部２２には、均熱板２０から立設され上方が開口した半円状の湾曲部２２ａが形成され、湾曲部２２ａの先端には、外側に広がるウイング部２２ｂが一体に形成されている。湾曲部２２ａの内径ｄは、常温時の熱交換パイプ１６の外径Ｄよりも僅かに小さく、熱交換パイプ１６の外周面に湾曲部２２ａの内周面が密着するように形成され、熱交換パイプ１６の側面を両側から弾発的に挟持するものである。また、一対の湾曲部２２ａ間の開口部２７は、湾曲部２２ａによる保持部材１８の内径ｄよりも僅かに狭く形成され、熱交換パ開口部プ１６をウイング部２２ｂにより受けて弾性変形させ、湾曲部２２ａ間に嵌合可能に設けられている。

保持部材１８が取り付けられる輻射パネル１２の裏面１２ａには、接着性を確保するためのプライマー処理が施され、その裏面１２ａに、例えば熱可塑性樹脂のホットメルト接着剤２５で接着されている。また、保持部材１８の裏面は、輻射パネル１２の表側から吸音孔１４を介して見えにくいように、黒色に塗られている。

熱交換パイプ１６は、図４に示すように３層構造のガスバリア性チューブであり、内周面に位置する第一層１７はポリウレタンであり、その外側の第二層１９はエチレン−ビニルアルコール共重合体（以下、ＥＶＯＨと言う。）であり、その外側で外周面に位置する第三層２１はポリウレタンである。ＥＶＯＨはガスバリア性が高く、熱交換パイプ１６を通る熱交換流体に空気中の酸素が溶け込むことを防ぐ。ポリウレタンは、柔らかく変形しやすいため、第二層１９にＥＶＯＨが設けられていても、保持部材１８の保持部２２に入れやすいものである。さらに、ポリウレタンは反発弾性を有するため、保持部２２に入れた後に外径が元に戻り、確実に保持部２２の内面に密着して保持され熱伝導が良好なものとなる。

次に、熱交換パイプ１６の、保持部材１８への取付方法について説明する。一対のウイング部２２ｂの間に熱交換パイプ１６を押し付けて、湾曲部２２ａ及び熱交換パイプ１６を弾性変形させ、湾曲部２２ａの間に押し込んで弾発的に係止させる。このとき、熱交換パイプ１６を、保持部材１８の湾曲部２２ａへ押し込む専用の治具を用いてもよい。

輻射パネル１２の裏面１２ａには、保持部材１８以外の部分に不燃シート２３が敷設されている。不燃シート２３は、たとえばセラミックシートやグラスウールシート、その他不燃性のシート状のもの等である。不燃シート２３は、図３に示すように、保持部材１８の均熱板２０の両側縁部裏面に形成された切り欠き部２０ａに差し込まれて、縁部が保持されている。

次に、天井用冷暖房パネル１０の使用方法について図５に基づいて説明する。室内の天井に天井用冷暖房パネル１０を並べて取り付け、このとき輻射パネル１２の裏面１２ａが屋根裏側となるようにする。そして、熱交換パイプ１６の端部どうしを連結部材２４で接続する。複数枚の天井用冷暖房パネル１０を接続した熱交換パイプ１６の一方の端部を、供給側メインパイプ２６に接続し、他方の端部を戻り側メインパイプ２８に接続する。供給側メインパイプ２６と戻り側メインパイプ２８は、温水器等の熱源３０に接続されている。

熱源３０は、天井用冷暖房パネル１０の熱交換パイプ１６に所望の温度の熱交換用流体を供給している。熱交換流体は、例えば水である。熱源３０から供給側メインパイプ２６に供給された所定温度の水は、熱交換パイプ１６の一方の端部から供給され、連結部材２４で連結された複数の熱交換パイプ１６を通過して他方の端部から戻り側メインパイプ２８に流れ、熱源３０に戻る。水が熱交換パイプ１６を通過する過程で、保持部材１８を介して輻射パネル１２との間で熱交換を行なう。熱源３０では、再び水を所望の温度に調整し、供給側メインパイプ２６に供給する。

この実施形態の天井用冷暖房パネル１０によれば、構造が簡単で確実に熱交換を行うことができる。保持部材１８は、熱伝導性が高い金属で作られているため、熱交換パイプ１６と輻射パネル１２の間で保持部材１８を介して熱交換が行われ、熱効率が良好である。さらに、熱交換パイプ１６の外径Ｄが、常温時において保持部材１８の内径ｄよりも僅かに大きく、確実に保持部材１８の内面に熱交換パイプ１６の外周面が密着し、良好に熱伝導が行われる。特に、冷房時に熱交換パイプ１６に冷水を流す場合、熱交換パイプ１６は保持部材１８よりも低温になり、保持部材１８よりも大きく収縮する。しかし、常温において、熱交換パイプ１６の外径Ｄが保持部材１８の内径ｄよりも僅かに大きいので、確実に熱交換パイプ１６が保持部材１８の内面に密着し、良好に熱伝導が行われる。また、熱交換パイプ１６に温水を通すと、水の温度と圧力で熱交換パイプ１６の径が僅かに太くなり、より強く保持部材１８の湾曲部２２ａに熱交換パイプ１６が密着する。これらにより、熱交換パイプ１６と保持部材１８との熱交換効率が良好なものとすることができる。

さらに、熱交換パイプ１６は三層構造であり、第一層１７と第三層２１はポリウレタンで柔軟性があり加工しやすく、第二層１９はガスバリア性が高いＥＶＯＨで作られ、循環する水に空気中の酸素が溶けることを防いでいる。水に酸素が溶けないため、連結部材２４等が金属で作られていても腐食することがなく耐久性を持たせることができる。

熱交換パイプ１６は、保持部材１８の保持部２２が挟持する弾性力で取り付けられ保持されるため、特別な係止装置が不要で簡単な構造である。また、熱交換パイプ１６の取り付けや取り外しが簡単であり、取り付けるときは保持部２２のウイング部２２ｂの間に押圧するだけの簡単な操作で行うことができ、保持部２２のウイング部２２ｂにガイドされて湾曲部２２ａ内側へ簡単に押し込むことができる。ウイング部２２ｂにガイドされることにより、保持部２２に無理な力がかかって破損することが無く、安全である。

また、従来の銅等の金属製の熱交換パイプと比較した場合、天井用冷暖房パネル１０の質量を１０％程度小さくすることができるものであり、この天井用冷暖房パネル１０を天井パネルに用いた建物について、冷暖房パネル１０の質量の軽減効果は耐震性等に大きく影響するものである。

さらに、金属製の熱交換パイプは塑性変形しやすく、例えば保持部材１８に装着するにも、弾性変形させて弾発的に密着することは弾性限度内での変形量で保持させなければならず、その寸法設定が難しい。従って、保持部材１８に装着する際に塑性変形させてしまいやすく、金属製の熱交換パイプの場合、この実施形態のように全長に亘って弾発的に熱交換パイプを湾曲部２２ａに密着させることはできない。

なお、熱交換パイプ１６は３層構造以外に、図６に示すように４層構造でもよい。図６に示す熱交換パイプ３２のガスバリアチューブは、内周面に位置する第一層３４はナイロンであり、その外側の第二層３６はポリウレタンである。そして、その外側の第三層３８がＥＶＯＨであり、その外側で外周面に位置する第四層４０はポリウレタンである。第一層３４のナイロンは、水に強いため、熱交換パイプ１６等の耐久性を高めることができる。また、このガスバリアチューブの外側にナイロンを積層したり、ナイロン以外に公知の樹脂を積層することもできる。

次にこの発明の第二実施形態について図７，図８に基づいて説明する。なお、ここで、上記実施形態と同様の部材は同様の符号を付して説明を省略する。この実施形態の天井用冷暖房パネル４２も、輻射パネル１２の裏面１２ａに、熱交換パイプ１６の直線部１６ａを保持する保持部材４４が取り付けられている。保持部材４４はアルミニウム押出形材等の金属製であり、熱交換パイプ１６の直線部１６ａに沿って取り付けられる長尺部材であり、長手方向の断面形状が一定である。保持部材４４には、輻射パネル１２の裏面１２ａに重ねられる板体である均熱板４６が設けられ、均熱板４６の中心には、保持部２２が設けられている。

保持部２２は、均熱板４６の、熱交換パイプ１６直線部１６ａが位置する部分にのみ設けられ、直線部１６ａを保持している。均熱板４６の長手方向の端部４６ａは、熱交換パイプ１６の直線部１６ａに連続した曲線部１６ｂに接している。さらに、曲線部１６ａが位置した均熱板４６の長手方向の端部４６ａ間には、均熱板４７が輻射パネル１２の裏面に貼り付けられている。また、曲線部１６ｂに接する均熱板４６の端部４６ａ付近は、保持部２２が取り除かれている。このため曲線部１６ｂは均熱板４６，４７に載せられているだけとなる。

なお、保持部２２は、熱交換パイプ１６の曲線部１６ｂが曲がる側のみ除去されたものでも良く、この場合も上記と同様の効果を有する。

この実施形態の天井用冷暖房パネル４２は、上記実施形態と同様の使用方法で同様の効果を有するものである。熱交換パイプ１６の曲線部１６ｂと輻射パネル１２の間にも均熱板４６，４７が位置しているため、より熱効率が向上する。

次にこの発明の第三実施形態について図９〜図１２に基づいて説明する。なお、ここで、上記実施形態と同様の部材は同様の符号を付して説明を省略する。この実施形態の天井用冷暖房パネル５０も、輻射パネル１２の裏面１２ａに、熱交換パイプ１６の直線部１６ａを保持する保持部材１８が取り付けられている。

この実施形態の熱交換パイプ１６は、輻射パネル１２に固定された保持部材１８に対して、１本おきに同じ方向に湾曲して保持部２２に取り付けられている。

この実施形態の天井用冷暖房パネル５０も、上記の実施形態と同様の使用方法で同様の効果を有するものであり、熱交換パイプ１６の湾曲方向が一定であるため、熱交換パイプ１６の巻き癖の方向に常に湾曲させることとなり、より容易に曲線部１６ｂの設定を行うことができる。

同様に、図１２に示すように、熱交換パイプ１６の両端部を輻射パネル１２の両側に持ってきても良い。この場合も、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

なお、この発明の天井用冷暖房パネルは、上記各実施形態に限定されるものではなく、熱交換パイプの配置や形状は適宜設定可能なものであり、熱交換パイプの配置、蛇行や湾曲させる回数も適宜変更可能である。輻射パネルの形状や大きさ、吸音孔の間隔等も適宜選択可能である。輻射パネルや不燃シートの素材や厚みは、適宜変更可能であり、この天井用冷暖房パネルは天井以外に、壁等の適宜の場所に適用可能である。また、熱交換パイプは、ガスバリア性を高めるために、外周面にアルミ蒸着等の処理を行ってもよい。

この発明の第一実施形態の天井用冷暖房パネルの正面図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 Ａ−Ａ線拡大断面図である。 この実施形態の天井用冷暖房パネルの熱交換パイプの部分破断斜視図である。 この実施形態の天井用冷暖房パネルの使用方法を示す概略図である。 この実施形態の天井用冷暖房パネルの熱交換パイプの変形例を示す部分破断斜視図である。 この発明の第二実施形態の天井用冷暖房パネルの正面図である。 図７のＢ−Ｂ線断面図である。 この発明の第三実施形態の天井用冷暖房パネルの正面図である。 図９のＣ−Ｃ線拡大断面図である。 第三実施形態の天井用冷暖房パネルの使用方法を示す概略図である。 第三実施形態の熱交換パイプの配置の変形例を示す正面図である。

１０ 天井用冷暖房パネル
１２ 輻射パネル
１４ 吸音孔
１６ 熱交換パイプ
１６ａ 直線部
１６ｂ 曲線部
１８ 保持部材
２０ 均熱板
２２ 保持部
２２ａ 湾曲部
２２ｂ ウイング部
２３ 不燃シート

Claims (5)

1. 板状の輻射パネルと、前記輻射パネルの裏面に部分的に配置された金属製の保持部材と、前記保持部材に保持された樹脂製の熱交換パイプが設けられ、
   前記保持部材には、前記輻射パネルに重ねられ前記輻射パネルとの間で熱交換を行う平坦な板体である均熱板と、前記均熱板に立設され前記熱交換パイプを係止する保持部とが形成されて成る天井用冷暖房パネルにおいて、
   前記熱交換パイプの外径は前記保持部に装着される前は前記保持部の内径よりも太く、前記熱交換パイプを前記保持部に装着した状態で、前記保持部は前記熱交換パイプの側面を両側から弾発的に挟持し、
   前記熱交換パイプは、ガスバリアチューブであり、内周面に位置する層がナイロンであり、その外側の層はポリウレタンであり、その外側の層はエチレン−ビニルアルコール共重合体であり、その外側で外周面に位置する層はポリウレタンであり、
   前記熱交換パイプは、直線部と曲線部が交互に位置して前記輻射パネルに取り付けられ、
   前記保持部材は、前記熱交換パイプの直線部に沿って取り付けられる長尺部材であり、前記保持部は、上方が開口した一対の半円状の湾曲部を備え、
   前記一対の湾曲部間の開口部は、前記湾曲部による前記保持部の内径よりも狭く形成され、前記熱交換パイプを弾性変形させて前記保持部内に嵌合可能に設けられていることを特徴とする天井用冷暖房パネル。
2. 前記輻射パネルには吸音孔が形成され、前記保持部材の裏面は、前記輻射パネルの表側から前記吸音孔を介して見えにくいように黒色に塗られている請求項１記載の天井用冷暖房パネル。
3. 前記保持部材は、前記輻射パネルの裏面に接着剤によりで接着されている請求項１記載の天井用冷暖房パネル。
4. 前記熱交換パイプは、１本おきに同じ方向に湾曲して前記保持部材に保持されている請求項１記載の天井用冷暖房パネル。
5. 前記一対の湾曲部の先端には、外側に広がるウイング部が一体に形成されている請求項１記載の天井用冷暖房パネル。

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