(57)【要約】【課題】  床・壁面等の冷暖房効率の向上、製造コストの低廉化、及び、施工作業の効率の向上を図ることができる床・壁面等の冷暖房装置を提供する。【解決手段】    熱源管の熱を熱交換部材を介して熱伝導部材から熱を拡散する床・壁面の冷暖房装置であって、熱伝導部材には蛇行して循環する中空細管に二相凝縮性作動流体が封入され、中空細管が熱交換部材に接合して熱を受給する接合部は一定の曲率半径を有するＵ字形状で１８０°に折り返されるとともに、熱交換部材は熱源管固定部材と一対の細管固定部材とからなり、細管固定部材は細管の接合部のＵ字形状に対応する形状及び位置に細管を嵌合する細管嵌合溝を設けて接合部を嵌合し、熱源管固定部材は中央部に熱源管を上方から挿入するための上方開口部を有する直線の熱源管嵌合溝を有するとともに、嵌合溝の両側には前記細管固定部材の上面を覆って細管を固定する細管固定板部を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱源管の熱を熱交換部材を介して熱伝導部材から熱を拡散する床・壁面の冷暖房装置であって、該熱伝導部材には蛇行して循環する中空細管に二相凝縮性作動流体が封入され、該中空細管が熱交換部材に接合して熱を受給する接合部は一定の曲率半径を有するＵ字形状で１８０°に折り返されるとともに、前記熱交換部材は熱源管固定部材と一対の細管固定部材とからなり、該細管固定部材は細管の接合部のＵ字形状に対応する形状及び位置に細管を嵌合する細管嵌合溝を設けて接合部を嵌合し、前記熱源管固定部材は中央部に熱源管を上方から挿入するための上方開口部を有する直線の熱源管嵌合溝を有するとともに、該嵌合溝の両側には前記細管固定部材の上面を覆って細管を固定する細管固定板部を有することを特徴とする床・壁面の冷暖房装置
【請求項２】
前記熱源管は弾力性のある合成樹脂製の中空管であることを特徴とする請求項１に記載の床・壁面の冷暖房装置
【請求項３】
前記熱源管固定部材の嵌合溝は前記熱源管の直径より幅が狭い上方の開口部を有しており、熱源管嵌合溝の断面形状は熱源管に対応して上方開口部を切欠した円形断面であり、熱源管嵌合溝の深さが熱源管の直径より深くして上方から熱源管を挿入可能としたことを特徴とする請求項１に記載の床・壁面の冷暖房装置
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、家等の建築物や土木構築物の床や壁面等の大きな面積での、主に床・壁面等の冷暖房装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、家屋の床や壁の暖房装置として、熱源管を埋め込まれた放熱装置を床下にジグザグに敷設し、熱源管内に温水を循環して熱交換させ、放熱する床暖房装置（例えば、特許文献１）が知られているが、この床暖房装置は、暖房する床面に熱源管を敷き詰めるため、熱源管の長さが長くなり、製造コストが嵩み、また、長い熱源管内を循環する間に温水の温度が低下するため、熱源管の上流側と下流側で温度差が大きく、暖房効率が悪いという不都合があった。
ところで、近時、熱交換器において、熱源管に直径５mm程度のループ型細管を接触させ、このループ型細管内に気体と液体の二相状態になる媒体を封入し、核沸騰を利用して格別の駆動源を必要とせず、熱溶媒を循環させることにより、熱伝導率が大きい熱伝導部材及び熱交換器が開発された（特許文献２）。
この熱交換器の原理を床・壁面の冷暖房に応用して、長さが比較的短い熱源管から放吸熱管を拡げて床を温める床・壁面の冷暖房装置（例えば、特許文献３、特許文献４（本件発明者による特許出願））が開発されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１６６７４３号公報
【特許文献２】特公平６−９７１４７号公報
【特許文献３】特開２００３−３５４２７号公報
【特許文献４】特願２００４−２１６５２２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献３に開示される床暖房装置は、放熱部を有する直径５mm程度の細管を蛇行させて、細管の熱源管に接触する部分は直角に曲げて直線部を構成して熱源管に接触させているが、(1)細管が一般には直径５mm程度の銅製の中空管であることから中空の断面直径を保ったままの状態での曲げ加工が困難であり、また、(2)熱源管の側壁面に細管を取り付ける部分を直に設けなければならず、従来の特許文献１などの床暖房装置での取り扱いが簡便な可撓性の熱源管は使用できず、更に、(3)細管内に作動液体の溶媒を封入するが、直角部で熱媒体である作動流体の移動がスムースではないという問題点があった。
そこで、本発明者は、特許文献４に記載されているように、熱源用溝と熱伝導用溝とを設けた熱交換部材を具備し、この熱交換部材を細管が熱源管に接触する部分に介在させ、熱源管から熱伝導する熱交換器の伝導用溝には細管を嵌合させ、この際、細管を直角ではなく比較的大きな曲率半径で曲げて直線部を有して１８０°反転させる形状とし、この直線部を伝導用溝に嵌合させた冷暖房装置を提案している。
しかしながら、大きな曲率半径でも直線部を形成させるためには限度があり、上記の問題点(1)〜(2)を解決するものでなかった。
また、特許文献４には、熱伝導部の細管の形状をＵ字形状にして比較的大きな曲率半径になるようにした実施例を記載しているが、Ｕ字形状を交差させるために、熱源管の底面に潜り込ませるように側面凹状にし、保持部材を下から嵌合する構造としたために、加工が煩雑となり、組み立ても煩わしく、施工工程も面倒となり実用的ではないという問題点があった。
【０００５】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、床・壁面等の冷暖房効率の向上、製造コストの低廉化、及び、施工作業の効率の向上を図ることができる床・壁面等の冷暖房装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、請求項１の発明は、熱源管の熱を熱交換部材を介して熱伝導部材から熱を拡散する床・壁面の冷暖房装置であって、該熱伝導部材には蛇行して循環する中空細管に二相凝縮性作動流体が封入され、該中空細管が熱交換部材に接合して熱を受給する接合部は一定の曲率半径を有するＵ字形状で１８０°に折り返されるとともに、前記熱交換部材は熱源管固定部材と一対の細管固定部材とからなり、該細管固定部材は細管の接合部のＵ字形状に対応する形状及び位置に細管を嵌合する細管嵌合溝を設けて接合部を嵌合し、前記熱源管固定部材は中央部に熱源管を上方から挿入するための上方開口部を有する直線の熱源管嵌合溝を有するとともに、該嵌合溝の両側には前記細管固定部材の上面を覆って細管を固定する細管固定板部を有することを特徴とする床・壁面の冷暖房装置である
請求項２の発明は、前記熱源管は弾力性のある合成樹脂製の中空管であることを特徴とする請求項１に記載の床・壁面の冷暖房装置である。
請求項３の発明は、前記熱源管固定部材の嵌合溝は前記熱源管の直径より幅が狭い上方の開口部を有しており、熱源管嵌合溝の断面形状は熱源管に対応して上方開口部を切欠した円形断面であり、熱源管嵌合溝の深さが熱源管の直径より深くして上方から熱源管を挿入可能としたことを特徴とする請求項１に記載の床・壁面の冷暖房装置である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、床・壁面等の冷暖房装置において、床・壁面等の冷暖房効率の向上、製造コストの低廉化、及び、施工作業の効率が飛躍的に向上するという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下に、本発明の好適な実施例を図面に沿って説明する。
図１及び図２は本発明の実施例の主要部の冷暖房ユニット(装置)Ａを分解した分解斜視図、図３はその平面図であるが、熱源管１から熱源を供給し熱交換部材３を介して床下や壁内部で熱拡散を行う中空細管からなる熱伝導部材２を蛇行させている。
この熱伝導部材２は、外径3.5mmの銅製(アルミ、ステンレス等の熱伝導率が高い金属製でも良い)の中空細管21を、曲率半径ｒが約14mmで180°で字形状に折り返して接合部(熱受給部)22を形成し、次ぎに、長さ約320mmの直線部分を維持した後再びＵ字形状で180°折り返して熱拡散部(放熱部)23を形成し、このような複数の蛇行形状を繰り返し、全体として幅32mm長さ720mmの面積の平面的なジグザグ形状に熱拡散部23ａを構成し、更に、同様のジグザグ形状の熱拡散部23ｂを形成し、これらの熱拡散部23ａ、23ｂを熱源管１を中心に左右に位置させる。
そして、これら左右のハーフサイズの熱拡散部23a,23bは、その両端を連結部24a,24bで連結し全体として中空細管21は循環するエンドレスのループを形成し、中空細管21内にアルコール等の二相の気体と液体とが混在する熱媒体、即ち、二相凝縮性作動流体を封入し、加熱される熱受給部と放熱する熱拡散部を交互に存在させ、該流体の熱源管１からの加熱による中空細管21内での作動流体の核沸騰等により逆止弁やポンプを使用しなくても、エンドレスループ内の熱媒体である作動流体が自然に一方向に循環移動して、広い面積の熱拡散部23a,23bでの熱が発散して床や壁を温め(冷却)し、このようにして熱伝導効率を向上させるようにしてある。
【０００９】
すなわち、中空細管21が熱交換部材に接合して熱を受給する接合部は一定の曲率半径（曲率半径ｒ＝約14mm)で曲げられているので、中空管の中空状態を維持したまま曲げる加工が容易であり、かつ、細管内での二相凝縮性作動流体の移動もスムースである。また、特許文献２の小型の熱交換とは異なり、室内の冷暖房用であるから、中空細管も特許文献２に較べて極めて長尺になることから、極力、液体の移動がスムースにしなければならず、かつ細管内径も核沸騰を起こさせるために3〜8mm程度と小さくしなければならないことから、上述したように細管接合部は一定の曲率半径で曲げる必要があり、かつ、曲率半径も比較的大きくしなければならないが、本発明のように床・壁面に使用するには曲率半径ｒは10mm以上が好ましい。また、折り返し数もあまり多くすることなく、片側で15×２ターン以下（本実施例では左右の片側12×２ターン）が好ましく、これ以上多くすると循環速度が遅くなり、熱伝導効率が悪くなる。
【００１０】
ここで、中空細管21が熱源管１に接して熱交換する部分は熱交換部材３が設けられ熱源管１からの熱を熱伝導部材２に伝導するが、この熱交換部材３はアルミニューム製(銅等でもよい。)の熱源管固定部材31と一対の細管固定部材32とから構成されており、
この二部材は熱伝導を良くするため、後述するように細管固定板部313と上側平面部321とが面接触し固定手段33で緊密に固定されている。
熱交換部材３の細管固定部材32は、左右の熱拡散部23ａ,23bに対応して、熱源管１の左右に一対設けられるが、一つの細管固定部材32の長さは前記熱拡散部23ａの全体の長さ以上の長さ(720mm以上)であり、細管固定部材32の上側平面部321には、細管の接合部分22のＵ字形状に対応する形状及び位置に細管を嵌合する細管嵌合溝322が設けられ、図５に示すように、前記細管固定部材32の平面Ｕ字形状の細管嵌合溝322は、上方に開口する開口部323を有し、幅と深さが細管直径とほぼ同等か若干大きくしており深さ方向の形状もＵ字形状であって、中空細管21が中空であることから上方から挿入可能としている。
また、後述するように、中空細管21は、上方から細管固定板部313が覆うようにボルト固定されることにより固定されるので、先行技術のように溝壁に止め突起部や別途に係止部材を設ける必要はない。
【００１１】
また、熱拡散部23a,23bの中空細管21は、その両端を連結部24a,24bで連結し全体として中空細管21は循環するエンドレスのループを形成するので、この連結部24a,24bを固定するために、細管固定部材32の両端部325の近傍には直線で下方で左右に凹状に傾斜した細管嵌合溝326（図１を参照）が設けられ、この細管嵌合溝326に連結部24a,24bが嵌合して固定され、熱源管１及び熱交換部材３の熱源管固定部材31の底面部315を横切って設置される。
【００１２】
熱交換部材３の熱源管固定部材31は、長さも細管固定部材32と同じであって熱拡散部23ａの全体の長さ(720mm)以上であり、熱源管固定部材31の中央部に熱源管１を上方から挿入するための上方が開口した開口部312を有する直線の熱源管嵌合溝311を有するとともに、嵌合溝311の両側には細管固定部材32の上面を覆って固定する一対の細管固定板部313が設けられている。細管固定板部313は適所に貫通孔314が設けられ、貫通孔314にボルト33を挿入し、細管固定部材32の上側平面部321に設けた雌ねじ部324に締め付け熱源管固定部材31と細管固定部材32を結合するとともに中空細管21をしっかりと溝壁面に密着させて固定する。
【００１３】
この熱源管固定部材31の嵌合溝311の開口部312は、熱源管１の直径より幅が狭く、かつ上方が開口しており、熱源管の嵌合溝311の断面形状は熱源管１に対応して上方開口部312を切欠した円形断面であり、熱源管嵌合溝311の深さが熱源管１の直径より深くしてあり、一方、熱源管１の材質は、弾力性のある合成樹脂製、特に本実施例では弾力性・柔軟性を有する架橋ポリエチレン製の中空管であるので、上方から押し圧すれば多少変形して熱源管嵌合溝311に簡単に嵌合し固定される。したがって、熱源管１の組込みが至って簡単であり施工時における作業効率が向上する。
前記熱源管固定部材31の細管固定板部313は、もう一方の熱交換部材３の細管固定部材32に中空細管のＵ字形状の結合部22を嵌合した後に、細管固定部材32の上側平面部321に設けた雌ねじ部324にボルト33で上面を覆うように固定する。
後述するように、これらのユニットを所望の枚数だけ敷き詰めるが、複数の熱交換部材３において、熱源管固定部材31の熱源管嵌合溝311は直線状になるように設置し、この熱源管嵌合溝311の上方が開口した開口部312に、温水または冷水を供給する熱源管１を上方から押し圧して嵌合する。
【００１４】
したがって、熱源管１からの熱は、熱交換部材３の熱源管固定部材31から細管固定部材32を介して中空細管21の結合部22に伝導し、結合部22以外の細管21の外周面が外側のＵ字部分23を含めて熱拡散部となって熱を放出する。
このように、この冷暖房ユニットＡは、熱伝導部材２である中空細管21は比較的大きな曲率半径で曲げてＵ字形状とし全体としてジグザグに形成すれば良いことから制作が容易であり、かつ、１種類の曲率半径の中空細管の曲げ装置を用意すればよく加工も簡単で廉価で制作できる。また、中空細管21のＵ字形状の外周面が全範囲に亘って熱交換部材３の細管嵌合溝322の壁面に接触するので熱伝導効率がよい。
また、中空細管をジグザグに形成するので緻密に熱拡散部23を配置でき、中空細管21内を熱溶媒が直角に曲がる部分がなくスムースに循環するので熱効率が向上するとともに、中空細管に封入する熱溶媒(本実施例ではアルコール)が少ない量でよく、廉価で済む。また、逆止弁やポンプのような可働装置がないので、床下などに設置する冷暖房装置としてはメンテナンスの必要がほとんどなく最適である。
【００１５】
ところで、本実施例の冷暖房ユニットの単位面積は、約幅32mm長さ720mmの面積の約２倍で、約750mm×750mmと比較的広い面積が確保でき、簡単に部屋の床等に設置できるが、床・壁面の冷暖房装置として床に設置する場合を説明すると、図２及び図４に示すように、基礎となる床面に断熱材４を敷き詰め、その上に放熱する熱伝導部材２と熱交換部材３を設置し、熱源管１を熱源管固定部材31の嵌合溝311に嵌合固定して平坦面を形成し、更にその上に熱が均一に拡散するようにアルミニューウムの均熱薄板５を敷き詰め、その上に床を形成するフローリング材６等を施工する。
【００１６】
次ぎに、図６に沿って本実施例の施工方法を説明するが、上述した冷暖房ユニット(装置)を４枚使用する場合を説明する。
先ず、所望の冷暖房する基礎の床面に断熱材４を敷き詰め、図６に示すように、この断熱材４の上に上述した冷暖房ユニットＡ１を敷き詰めるが、各冷暖房ユニットＡ１の熱源管固定部材31がなるべく直線状になるように配置する。図６の実施例では、冷暖房ユニットＡ１(Ａ)と冷暖房ユニットＡ２との熱源管嵌合溝311とが直線となり、冷暖房ユニットＡ３と冷暖房ユニットＡ４との熱源管嵌合溝311とが直線となるように配置する。次ぎに、架橋ポリエステルを主体とした柔軟性のある熱源管１を冷暖房ユニットＡ１の熱源管嵌合溝311に上方から押し圧して嵌め込み、続けて冷暖房ユニットＡ２の熱源管嵌合溝311に上方から押し圧して嵌め込み、熱源管嵌合溝311の外に出たところで、適当に可撓性の熱源管１を曲げて冷暖房ユニットＡ３の熱源管嵌合溝311に導き、同様に、冷暖房ユニットＡ３と冷暖房ユニットＡ４との熱源管嵌合溝311に押し圧して嵌め込めば、床面の冷暖房装置の施工は完了する。後は、４枚の冷暖房ユニットＡが平坦面を形成するので、アルミニューウムの均熱薄板５を敷き詰め、その上に床を形成するフローリング材６を施工すれば冷暖房装置を組み込んだ床が完成する。
【００１７】
このように、従来のように長い熱源管をジグザグに配置する手間は必要なく、冷暖房ユニットＡを敷き詰めて、後から単にコ字状に熱源管を配置すればよく、施工が至って簡単になるばかりでなく、高価な熱源管が短くて済み、施工現場にも冷暖房ユニットＡ単位で搬入すればよく、熱源管もドラムに巻いた状態で使用でき施工効率も極めて向上する。また、冷暖房領域を拡げることも簡単となる。
【００１８】
なお、本発明の特徴を損なうものでなければ、上記の実施例に限定されるものではなく、例えば、中空細管21を銅製としたがステンレス製としてもよく、ボルト33の固定手段をハトメ止め等にしてもよい。また、床下用冷暖房装置のほか、建築や土木などの床面や壁面、その他の融雪装置などの各種冷暖房装置に利用されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施例の冷暖房装置の全体の分解斜視図である。
【図２】図１に示す冷暖房装置の施工後の主要部の分解斜視(断面)図である。
【図３】図１に示す冷暖房装置の熱伝導部材の上方からの平面図である。
【図４】図２に示す冷暖房装置を組立てた後の断面図である。
【図５】図５(ａ)は図４に示す熱交換部材における細管固定部材の平面図、図５(ｂ)は図５(ａ)のＸ−Ｘの断面図、図５(ｃ)は図５(ａ)のＹ−Ｙの断面図である。
【図６】本発明の実施例の冷暖房ユニットを４枚使用して施工する場合の説明図である。
【符号の説明】
【００２０】
Ａ〜Ａ４…冷暖房ユニット(装置)、ｒ…曲率半径
１…熱源管
２…熱伝導部材、21…中空細管、22…接合部(熱受給部)、
23,23a,23b…熱拡散部(放熱部)、24a,24b…連結部
３…熱交換部材、
31…熱源管固定部材、311…熱源管嵌合溝、312…開口部、313…細管固定板部、
314……貫通孔、315…底面部、
32…細管固定部材、321…上側平面部、322…細管嵌合溝、323…開口部、324…雌ねじ部、325…両端部、326…連結細管嵌合溝
33…ボルト(固定手段)
４…断熱材、５…均熱薄板、６…フォローリング材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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