(57)【要約】      （修正有）【課題】熱拡散効率及び熱伝導効率に優れた熱伝導木材部材、並びに床暖房構造及び熱伝導方法を提供する。【解決手段】熱伝導木材部材は、木材部材１０２と、木材部材の表面の少なくとも一部に配置された膨張黒鉛シート２０１とを備え、膨張黒鉛シートは木材部材に接着され、木材部材は板状であり、膨張黒鉛シートは木材部材の少なくとも一方の主面の一部又は全部に配置され、膨張黒鉛シートの厚みは０．３ｍｍ〜２．０ｍｍであり、床暖房熱源と膨張黒鉛シートを床暖房熱源側に向けて配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
木材部材と、前記木材部材の表面の少なくとも一部に配置された膨張黒鉛シートとを備える熱伝導木材部材。
【請求項２】
前記膨張黒鉛シートが前記木材部材に接着されている請求項１に記載の熱伝導木材部材。
【請求項３】
前記木材部材が板状であり、前記膨張黒鉛シートが前記木材部材の少なくとも一方の主面の一部又は全部に配置されている請求項１又は請求項２に記載の熱伝導木材部材。
【請求項４】
前記膨張黒鉛シートの厚みが０．３ｍｍ〜２．０ｍｍである請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の熱伝導木材部材。
【請求項５】
床暖房熱源と、膨張黒鉛シートを前記床暖房熱源側に向けて配置された請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の熱伝導木材部材とを備える床暖房構造。
【請求項６】
床暖房熱源に対して、膨張黒鉛シートを介し、木材部材が配置された床暖房構造。
【請求項７】
床暖房熱源に対して、膨張黒鉛シートを介し、木材部材が配置された床暖房構造により、前記床暖房熱源の熱を前記木材部材の面方向に伝導する熱伝導方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱伝導木材部材、床暖房構造、及び熱伝導方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
木材は、熱伝導率が０．１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下と低く、熱を伝える部材としては適していない。このため、放熱又は伝熱を必要とする構造には木材が使用されないことが多い。その一方で、床暖房構造は、熱源からの熱を木材を介して伝達する仕組みになっている。このため、木材の熱伝導率の低さが暖房効率に影響を与えることになる。特に、床暖房の稼動直後の温度上昇は、使用する材料の熱伝導率に大きく依存する。
【０００３】
従来の床暖房構造の一例を図９の模式断面図に示す。図９に示すように、下地材となる木材部材１０１の内部に熱源となる配管１００が所定間隔で埋め込まれて配置される。配管１００の上には床材となる木材部材１０２が配置される。このような床暖房構造の場合、熱源となる配管１００からの熱の床面方向への拡散は、配管間に存在する木材部材１０１及び床材となる木材部材１０２の熱伝導率の低さによって阻害される。
【０００４】
このような問題に鑑み、特許文献１には、銅三次元網目構造体の内部に熱源となる配管を配置することで、熱源からの熱を床面方向に拡散させる手法が開示されている。
また、特許文献２には、熱源となる配管上に熱伝導性材質からなる熱分散シート（例えば、アルミニウム箔等の金属箔）を配置し、熱源からの熱を床面方向に拡散させる手法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−２８５２９８号公報
【特許文献２】特開平１１−１３２４７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１及び２の手法によれば、床面方向への熱拡散効率を向上させることができる。
しかし、特許文献１の手法では、銅三次元網目構造体から床材となる木材部材への熱伝導は、銅三次元網目構造体と床材となる木材部材との接触状態に依存する。このため、木材部材の表面粗さ及びうねり、並びに銅の硬度に鑑みると、銅三次元網目構造体と床材となる木材部材との間に隙間が生じ、熱伝導効率が低下するおそれがある。
また、特許文献２の手法では、熱分散シートとして金属箔を使用した場合、厚みが薄いため木材部材のうねりに追従することができず、熱分散シートと床材となる木材部材との間に隙間が生じ、熱伝導効率が低下するおそれがある。
【０００７】
そこで、本発明は、熱拡散効率及び熱伝導効率に優れた熱伝導木材部材、並びに床暖房構造及び熱伝導方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するための具体的手段は以下の通りである。
＜１＞  木材部材と、前記木材部材の表面の少なくとも一部に配置された膨張黒鉛シートとを備える熱伝導木材部材。
【０００９】
＜２＞  前記膨張黒鉛シートが前記木材部材に接着されている＜１＞に記載の熱伝導木材部材。
【００１０】
＜３＞  前記木材部材が板状であり、前記膨張黒鉛シートが前記木材部材の少なくとも一方の主面の一部又は全部に配置されている＜１＞又は＜２＞に記載の熱伝導木材部材。
【００１１】
＜４＞  前記膨張黒鉛シートの厚みが０．３ｍｍ〜２．０ｍｍである＜１＞〜＜３＞のいずれか１項に記載の熱伝導木材部材。
【００１２】
＜５＞  床暖房熱源と、膨張黒鉛シートを前記床暖房熱源側に向けて配置された＜１＞〜＜４＞のいずれか１項に記載の熱伝導木材部材とを備える床暖房構造。
【００１３】
＜６＞  床暖房熱源に対して、膨張黒鉛シートを介し、木材部材が配置された床暖房構造。
【００１４】
＜７＞  床暖房熱源に対して、膨張黒鉛シートを介し、木材部材が配置された床暖房構造により、前記床暖房熱源の熱を前記木材部材の面方向に伝導する熱伝導方法。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、熱拡散効率及び熱伝導効率に優れた熱伝導木材部材、並びに床暖房構造及び熱伝導方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】熱伝導木材部材の一例を模式的に示す側面図である。
【図２】熱伝導木材部材の他の一例を模式的に示す側面図である。
【図３】熱伝導木材部材の他の一例を模式的に示す側面図である。
【図４】熱伝導木材部材の他の一例を模式的に示す側面図である。
【図５】実施例１における床暖房構造を模式的に示す断面図である。
【図６】実施例２における床暖房構造を模式的に示す断面図である。
【図７】比較例１における床暖房構造を模式的に示す断面図である。
【図８】実施例１、実施例２、及び比較例１の床暖房構造において、配管直上の床面温度と配管ピッチの中間点における床面温度との温度差をシミュレートした結果を示す図である。
【図９】従来の床暖房構造の一例を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を適用した熱伝導木材部材、床暖房構造、及び熱伝導方法の実施形態の一例について、図面を適宜参照しながら詳細に説明する。但し、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。以下の実施形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合、原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必須ではない。数値及びその範囲についても同様であり、本発明を制限するものではない。
【００１８】
本明細書において「〜」を用いて示された数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値をそれぞれ最小値及び最大値として含む範囲を示す。また、本明細書において「層」との語は、平面図として観察したときに、全面に形成されている形状の構成に加え、一部に形成されている形状の構成も包含される。
【００１９】
本明細書で適宜参照する図面における各構成要素の大きさは概念的なものであり、部材間の大きさの相対的な関係はこれに限定されない。図面中、同様の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略することがある。
【００２０】
＜熱伝導木材部材＞
本実施形態の熱伝導木材部材は、木材部材と、この木材部材の表面の少なくとも一部に配置された膨張黒鉛シートとを備える。
本実施形態の熱伝導木材部材は、上記構成を有することにより、熱拡散効率及び熱伝導効率に優れたものとなる。上記効果を奏する詳細な理由は必ずしも明らかではないが、次のように推察される。すなわち、膨張黒鉛シートは、厚み方向よりも面方向の熱伝導率が高いため、熱源からの熱を拡散した上で木材部材に伝達することができ、熱拡散効率が向上する傾向にある。また、膨張黒鉛シートは、金属箔等に比べてクッション性に優れるため、木材部材の凹凸又はうねりに追従することができ、熱伝導効率が向上する傾向にある。
【００２１】
膨張黒鉛シートとしては、公知の製法に従い、膨張黒鉛をシート状に成形したものを使用することができる。例えば、膨張黒鉛としては、天然黒鉛、熱分解黒鉛、キッシュ黒鉛等の結晶性の高い黒鉛を、硫酸、硝酸等を用いて酸処理した後、高温でグラファイト結晶層間を膨張させたものを使用することができる。この膨張黒鉛をシート状に圧縮すると、圧縮方向にグラファイト結晶が緻密化する。これにより、厚み方向よりも面方向の熱伝導率が高い膨張黒鉛シートが得られる。一例を挙げると、膨張黒鉛シートの面方向の熱伝導率が２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、厚み方向の熱伝導率が６Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。
【００２２】
膨張黒鉛シートの厚みは、特に制限されず、適宜設定することができる。膨張黒鉛シートの厚みは、０．３ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲が好ましい。膨張黒鉛シートの厚みを２．０ｍｍ以下とすることにより、膨張黒鉛シート自体の熱抵抗が低下し、熱拡散効率及び熱伝導効率が向上する傾向にある。膨張黒鉛シートの厚みは、０．５ｍｍ〜１．５ｍｍの範囲がより好ましく、０．７ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲が更に好ましい。
なお、膨張黒鉛シートの厚みは、圧縮する膨張黒鉛の量及び圧縮荷重により調整可能である。
【００２３】
膨張黒鉛シートを配置する木材部材の形状及び種類は特に制限されない。床暖房の構造材として使用する観点から、木材部材の形状は板状であることが好ましく、木材部材の種類は、床暖房の床材として使用されるものが好ましい。
【００２４】
熱伝導木材部材は、例えば、図１の側面図に模式的に示すように、板状の木材部材１０２の少なくとも一方の主面の一部又は全部に膨張黒鉛シート２０１が配置された構造とすることができる。
或いは、膨張黒鉛シートが木材部材に接着されている構造とすることができる。具体的には、図２の側面図に模式的に示すように、板状の木材部材１０２の少なくとも一方の主面の一部又は全部に、接着層３０１を介して膨張黒鉛シート２０１が接着された構造とすることができる。接着層３０１は、特に制限されず、粘着材を塗布したものであってもよく、粘着テープを貼付したものであってもよい。熱伝導木材部材の熱伝導効率の観点から、接着層３０１の厚みは薄い方が好ましい。例えば、接着層３０１の厚みは、０．１ｍｍ以下であることが好ましく、０．０５ｍｍ以下であることが好ましく、０．０１ｍｍ以下であることが更に好ましい。また、接着層３０１は、例えば、熱伝導性を高める観点から、無機充填剤を含有していてもよい。
なお、膨張黒鉛シートは、接着層以外の部材を用いて木材部材に固定されていてもよく、木材部材に固定されていなくてもよい。
【００２５】
板状の木材部材の少なくとも一方の主面に膨張黒鉛シートを配置する場合、膨張黒鉛シートは、板状の木材部材の主面と同寸法であることが好ましい。但し、熱伝導木材部材のハンドリング性及び使用時の形態を考慮して、膨張黒鉛シートを任意の寸法とすることができる。例えば、図３の側面図に模式的に示すように、膨張黒鉛シート２０１の寸法が板状の木材部材１０２の主面及び接着層３０１の寸法より小さくてもよい。或いは、図４の側面図に模式的に示すように、膨張黒鉛シート２０１及び接着層３０１の寸法が板状の木材部材１０２の主面の寸法より小さくてもよい。
【００２６】
＜床暖房構造＞
（第一実施形態）
第一実施形態の床暖房構造は、床暖房熱源と、膨張黒鉛シートを床暖房熱源側に向けて配置された前述の熱伝導木材部材とを備える。
【００２７】
床暖房熱源としては、特に制限されず、公知の床暖房熱源を使用することができる。床暖房熱源の具体例としては、温水が循環する配管が挙げられる。配管は、例えば、架橋ポリエチレン樹脂で構成される。この配管は、通常、下地材となる他の木材部材の内部に埋め込まれて配置される。
【００２８】
床暖房構造の一例を図５及び図６の断面図に模式的に示す。
図５に示す床暖房構造において、下地材となる木材部材１０１の内部には、熱源となる配管１００が所定間隔で埋め込まれて配置されている。熱伝導木材部材は、板状の木材部材１０２の一方の主面に膨張黒鉛シート２０１が配置された構造であり、膨張黒鉛シート２０１を配管側に向けて配置されている。
また、図６に示す床暖房構造において、下地材となる木材部材１０１の内部には、熱源となる配管１００が所定間隔で埋め込まれて配置されている。熱伝導木材部材は、板状の木材部材１０２の一方の主面に、接着層３０１を介して膨張黒鉛シート２０１が接着された構造であり、膨張黒鉛シート２０１を配管側に向けて配置されている。
【００２９】
このように、膨張黒鉛シートを床暖房熱源側に向けて熱伝導木材部材が配置される結果、床暖房熱源からの熱が膨張黒鉛シートによって拡散して木材部材に伝達されるため、温度ムラを低減することができる。
【００３０】
（第二実施形態）
第二実施形態の床暖房構造は、床暖房熱源に対して、膨張黒鉛シートを介し、木材部材が配置されたものである。
【００３１】
床暖房熱源としては、第一実施形態と同様に、公知の床暖房熱源を使用することができる。木材部材は、この床暖房熱源に対して、膨張黒鉛シートを介して配置される。膨張黒鉛シートは、接着層により木材部材に固定されていてもよく、接着層以外の部材を用いて木材部材に固定されていてもよく、木材部材に固定されていなくてもよい。
【００３２】
このように、床暖房熱源に対して、膨張黒鉛シートを介し、木材部材が配置される結果、床暖房熱源からの熱が膨張黒鉛シートによって拡散して木材部材に伝達されるため、温度ムラを低減することができる。
【００３３】
＜熱伝導方法＞
本実施形態の熱伝導方法は、床暖房熱源に対して、膨張黒鉛シートを介し、木材部材が配置された床暖房構造（前述した第二実施形態の床暖房構造）により、床暖房熱源の熱を木材部材の面方向に伝導するものである。このように、床暖房熱源の熱を木材部材の面方向に伝導することにより、温度ムラを低減することができる。
【実施例】
【００３４】
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００３５】
＜解析手法＞
本実施形態の熱伝導木材部材を用いた床暖房構造の温度ムラの減少効果について、シミュレーションにより解析した。解析したモデルは実施例及び比較例で説明する通りである。木材部材、膨張黒鉛シート、空気、及び接着層の熱伝導率は表１に示した値で設定した。空間の条件としては、天井高さを２．５ｍ、室内温度を１５℃とした。床面又は空気への熱伝導率は２．２Ｗ／（ｍ２・Ｋ）とした。熱源となる配管の温度は４０℃とした。
【００３６】
【表１】
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【００３７】
＜実施例１＞
実施例１における床暖房構造を図５の断面図に模式的に示す。下地材となる木材部材１０１の内部に、熱源となる配管１００が埋め込まれて配置されている。配管１００の中心間の距離（配管ピッチ）は７５ｍｍである。配管１００の熱伝導率は０．４Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、外径が８ｍｍ、内径が６ｍｍである。配管１００が埋め込まれている木材部材１０１と配管１００との間には、０．１ｍｍの隙間６０１が存在する。熱伝導木材部材は、厚み１２ｍｍの板状の木材部材１０２の一方の主面に、厚み１ｍｍの膨張黒鉛シート２０１が配置された構造であり、膨張黒鉛シート２０１を配管側に向けて配置されている。
【００３８】
＜実施例２＞
実施例２における床暖房構造を図６の断面図に模式的に示す。下地材となる木材部材１０１の内部に、熱源となる配管１００が埋め込まれて配置されている。配管１００の配置間隔（配管ピッチ）は７５ｍｍである。配管１００の熱伝導率は０．４Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、外径が８ｍｍ、内径が６ｍｍである。配管１００が埋め込まれている木材部材１０１と配管１００との間には、０．１ｍｍの隙間６０１が存在する。熱伝導木材部材は、厚み１２ｍｍの板状の木材部材１０２の一方の主面に、厚み０．００５ｍｍの接着層を介して、厚み１ｍｍの膨張黒鉛シート２０１が接着された構造であり、膨張黒鉛シート２０１を配管側に向けて配置されている。
【００３９】
＜比較例１＞
比較例１における床暖房構造を図７の断面図に模式的に示す。下地材となる木材部材１０１の内部に、熱源となる配管１００が埋め込まれて配置されている。配管１００の配置間隔（配管ピッチ）は７５ｍｍである。配管１００の熱伝導率は０．４Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、外径が８ｍｍ、内径が６ｍｍである。配管１００が埋め込まれている木材部材１０１と配管１００との間には、０．１ｍｍの隙間６０１が存在する。配管１００の上には厚み１２ｍｍの板状の木材部材１０２が配置されている。
【００４０】
＜特性比較＞
熱源となる配管を４０℃にした直後からの温度変化をシミュレーションにより解析した。配管直上の床面温度と配管ピッチの中間点における床面温度との温度差を図８に示す。温度差が小さいほど、床面の温度ムラが少ないといえる。図８に示すように、熱源となる配管を４０℃にした直後から次第に温度差が増大し、約１００秒後に温度差が最大となったが、膨張黒鉛シートを使用した実施例１及び実施例２では、比較例１に比べて温度差が約１．５℃程度小さかった。その後、温度差は次第に減少して定常状態に達したが、定常状態においても、膨張黒鉛シートを使用した実施例１及び実施例２の方が比較例１よりも温度差が小さかった。
【００４１】
以上の結果から分かるように、本実施形態の熱伝導木材部材によれば、熱源からの熱を効率的に拡散することが可能になり、床暖房の構造部材として使用することで、熱源からの熱の拡散と床材への熱伝導効率とが向上し、温度ムラを小さくすることができる。
【符号の説明】
【００４２】
１００  配管
１０１  木材部材
１０２  木材部材
２０１  膨張黒鉛シート
３０１  接着層
６０１  隙間
【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】
2017122530.tif 000009
【図７】
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【図８】
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【図９】
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