JP6835357B2

JP6835357B2 - 樹脂ダクト

Info

Publication number: JP6835357B2
Application number: JP2017085822A
Authority: JP
Inventors: 則諒河合; 博朗藤田
Original assignee: Kuraray Plastics Co Ltd
Current assignee: Kuraray Plastics Co Ltd
Priority date: 2017-04-25
Filing date: 2017-04-25
Publication date: 2021-02-24
Anticipated expiration: 2037-04-25
Also published as: JP2018184978A

Description

本発明は、住宅の換気・空調用ダクト用に使用される、フレキシブル性に富み、施工性が良好であり、圧力損失が小さい樹脂ダクトに関する。

従来より、流体と流体が流れる固体表面の間の摩擦による圧力損失を減少させるため、流体が流れる固体表面に凹凸を付与する技術が検討されている。特に、住宅業界では、ダクト内に空気を通して換気・空調を行うシステムが多く採用されており、住宅内を縦横無尽に配管されるダクトの圧力損失低減が強く求められている。ダクトの圧力損失が低減されることで、使用する換気・空調システムが小型化でき、省エネルギー化、居住空間の拡張を見込むことができる。同時に、工期短縮や作業の安全性の観点から、ダクトが軽量で操作性に優れることが求められている。

流体が流れる固体表面に圧力損失を低減する技術が用いられるホースとして、特許文献１には、内管表面に管軸方向に垂直に角型の凹凸を付けた管について記載されており、埋設時に外部からかかる土圧に耐えるために、外力に対して変形しにくい性質（剛性）のある樹脂、例えばナイロン１２のような樹脂が使用されている。しかし剛性のある樹脂を使用すると、住宅の換気・空調用配管として使用するにはフレキシブル性が満足出来るものではなく、カット作業が困難であることから、施工性の観点で満足できるものではない。また、角型の凹凸であることから、ゴミや埃が凹部に溜まりやすくなり、ダクト内でのカビの発生に繋がるため、住宅のように容易に掃除ができない用途で使用するには満足出来るものではない。
特許文献２は硬質樹脂管の内管表面に管軸方向に平行に三角形状の凹凸を付けた管について記載されているが、硬質樹脂管であることから、フレキシブル性がなく、カット作業が困難であり、住宅の換気・空調用配管として使用するにはフレキシブル性、施工性の観点で満足できるものではない。また、凹凸のピッチが狭いため、住宅の換気・空調用配管として使用するには圧力損失特性が満足できるものではない。
また、特許文献３は不織布を使用した可とう性管材の技術が記載されており、不織布が使用されていることから、フレキシブル性、施工性は満足できるものである。しかし、圧力損失を低減させるためには、内面に凹凸がないフラットな状態が好ましいとしているため、住宅の換気・空調用配管として使用するには圧力損失特性が満足できるものではない。

特開２００２−１８８７６２号公報特開平４−３５１３８９号公報特開２０１４−１２９８３８号公報

本発明の目的は、フレキシブル性に富み、施工性が良好であり、圧力損失が小さい樹脂ダクトを提供することである。

本発明者等は上記目的を達成すべく鋭意検討した結果、少なくとも不織布を含む帯状体からなる肉部と、熱可塑性硬質樹脂からなるリング状または螺旋状の芯材からなり、内面が特定の凹凸形状を有する樹脂ダクトが圧力損失を小さくできることを見出し、本発明を完成させた。

すなわち、本発明は少なくとも不織布を含む帯状体からなる肉部と、熱可塑性硬質樹脂からなる螺旋状の芯材からなり、以下（１），（２）の構造を満たす樹脂ダクトである。（１）ダクト内面の凸部頂点の繰り返し単位をＸ（ｍｍ）とした時、５ｍｍ≦Ｘ≦２５ｍｍであること、
（２）ダクト内面の凸部間の窪みの深度をＺ（ｍｍ）、ダクト内径をＩＤ（ｍｍ）とした時、０．０１≦Ｚ／ＩＤ≦０．０５であること。

さらに本発明は、好ましくは熱可塑性硬質樹脂がオレフィン系熱可塑性樹脂である上記の樹脂ダクトであり、さらに好ましくは樹脂ダクトの外側にさらに断熱層が積層された上記の樹脂ダクトである。

本発明の樹脂ダクトは内面に特定の凹凸形状を有するため、流体の圧力損失が小さくなる。そのため、換気・空調システムを選定する際、より小型化でき、省エネルギー化、居住空間の拡張を見込むことができる。

本発明の樹脂ダクトの好ましい態様の一つを示す一部断面模式図。

図１は、本発明の樹脂ダクトの好ましい態様の一つを示す一部断面模式図であり、樹脂ダクトは、不織布の片面もしくは両面に樹脂フィルムが積層された帯状態からなる管肉部と熱可塑性硬質樹脂からなる螺旋状の芯材が溶融接着によって一体化されている。

本発明の樹脂ダクトの帯状体からなる肉部を構成する不織布としては、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレートなどの繊維成形性の熱可塑性樹脂から得られる合成繊維から形成されているのが芯材との溶着接着性、リサイクルの点で好ましい。特に、柔軟性、汎用性、加工性の点からポリプロピレンとポリエチレンの混合紡糸繊維あるいは複合紡糸繊維であって繊維表面にポリエチレンが存在している繊維からなる不織布またはポリエチレン繊維とポリプロピレン繊維との混合物からなる不織布、ポリエチレンテレフタレートとポリエチレンの混合紡糸繊維あるいは複合紡糸繊維であって繊維表面にポリエチレンが存在している繊維からなる不織布またはポリエチレン繊維とポリエチレンテレフタレート繊維との混合物からなる不織布がダクト成形性の点で最適である。この場合、低融点ポリマーあるいは低融点ポリマー繊維が熱バインダー成分として働き、不織布の形状固定、さらには芯材との熱融着性をもたらす。特に、上記したポリエチレン成分を低融点成分として用いた複合紡糸繊維あるいは混合紡糸繊維のように、低融点ポリマーと高融点ポリマーからなり、低融点ポリマーが繊維表面に存在している繊維を熱バインダー繊維として用いるのも好適な例である。この場合には、繊維表面に存在する低融点ポリマーが溶けて芯材と接着することとなる。

不織布を構成する繊維として、ガラス繊維やロックウール等の無機繊維を使用することも可能であるが、無機繊維は切断時に繊維切断片が空気中に飛散することから作業環境の悪化を招き、好ましいとは言えない。さらに作業時や設置後に大きな衝撃が加えられた場合に、上記無機繊維の繊維片が場合によってはダクト内に侵入し、ダクト内の気体に混入することもあることから好ましいとは言えない。

不織布の目付けとしては、３０〜２００ｇ／ｍ² のものが良く、更には７０〜１２０ｇ／ｍ² のものが好適である。不織布としては、スパンボンド不織布、メルトブローン不織布、湿式不織布、水絡不織布、ニードルパンチ不織布等のいずれでも良いが、特にスパンボンド不織布が強度の点から好ましい。構成する繊維の太さとしては、１〜５ｄｔｅｘの範囲が、ダクト成形性の点で好ましい。

樹脂ダクトを曲げた際に管肉部がダクト内面に突出することを防止したい場合には、不織布の両面または片面に樹脂フィルムを積層してもよい。不織布に積層する樹脂フィルムとしては、オレフィン系樹脂からなることが好ましい。積層するフィルムの厚みはフレキブル性を有するのであれば限定されるものではないが、柔軟性を重要視する場合には、厚みが１００μｍ以下であることが好ましい。

本発明の樹脂ダクトの芯材を構成する樹脂としては、ポリプロピレン、ポリエチレン等のポリオレフィン系樹脂、ポリエチレンテレフタレートで代表されるポリエステル系樹脂、ナイロン６で代表されるポリアミド系樹脂、アクリル、ポリスチレン等のビニル系樹脂等の熱可塑性樹脂が挙げられ、なかでも炭素原子と水素原子、またはこれらの原子と酸素原子から構成された硬質の熱可塑性樹脂が好適であり、代表的にはポリエチレン、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリスチレンなどが挙げられる。特に硬度、耐候性、汎用性などの点からポリプロピレン、ポリエチレンが好適であり、さらに、ポリエチレンが最適である。

ダクト内面の凹凸形状としては、ダクトを長さ方向に展開した際に以下（１）、（２）を満たすものである。
（１）ダクト内面の凸部頂点の繰り返し単位をＸ（ｍｍ）とした時、５ｍｍ≦Ｘ≦２５ｍｍ、
（２）ダクト内面の凸部間の窪みの深度をＺ（ｍｍ）、ダクト内径をＩＤ（ｍｍ）とした時、０．０１≦Ｚ／ＩＤ≦０．０５。

上記（１）において、ダクト内面の凸部頂点の繰り返し単位Ｘ（ｍｍ）が上記範囲にある樹脂ダクトは、流体の圧力損失が小さくなる。しかし、繰り返し単位Ｘ（ｍｍ）が５ｍｍ未満となる場合は、凸部の形状が鋭くなることから、圧力損失が大きくなり、流体を流す際の抵抗が増えるため、適切でない。また、２５ｍｍを越える場合には、圧力損失が大きくなり、流体を流す際の抵抗が増えるため、適切でない。
繰り返し単位Ｘ（ｍｍ）は５〜１３（ｍｍ）の間にあることがより好適である。

長さ方向に展開したダクト内面の凸部頂点の繰り返し単位Ｘ（ｍｍ）は拡大倍率が８倍以上のマイクロスコープまたは目盛付きルーペで観察し、その凸部頂点間の距離を測定する方法で求めることができる。

上記（２）において、ダクト内面の凸部間の窪みの深度Ｚ（ｍｍ）が上記範囲にある樹脂ダクトは、流体の圧力損失が小さくなる。
しかし、窪みの深度Ｚ（ｍｍ）とダクト内径ＩＤ（ｍｍ）との関係Ｚ／ＩＤが０．０１未満となる場合は、管内を指先で触れて観察しても内面がほぼフラットで、凹凸状態が殆ど存在していないことが分かると共に、流体の圧力損失が大きくなり、流体を流す際の抵抗が増えるため適切でない。また、窪みの深度Ｚ（ｍｍ）とダクト内径ＩＤ（ｍｍ）との関係Ｚ／ＩＤが０．０５を超える場合には、流体の圧力損失が大きくなり、流体を流す際の抵抗が増えるため適切でない。
窪みの深度Ｚ（ｍｍ）とダクト内径ＩＤ（ｍｍ）との関係Ｚ／ＩＤは、０．０１５〜０．０２３の範囲であることが好適であり、さらに、０．０１８〜０．０２３にあることがより好適である。

ダクト内側の凸部間の窪みの深度Ｚ（ｍｍ）は、長さ方向に展開したダクトの断面形状を拡大倍率が１０倍のマイクロスコープで観察し、３つ以上の凸部の頂点を結んだ線と２つ以上の凹部の最も深い点を結んだ線との間の距離を測定する方法で求めることができる。
また、ダクト内径ＩＤ（ｍｍ）は、最小目盛り０．１ｍｍのテーパーゲージをホース内部に挿入して測定した値（ダクト内面で向かい合う凸部間の距離）に、上記で求めた窪みの深度Ｚ（ｍｍ）の２倍の値を加えることで求めることができる。

樹脂ダクトに断熱材を被覆することで、断熱性を有する樹脂ダクトとすることができる。断熱層は、樹脂ダクト内を流れる気体の熱が外部に奪われたり、あるいは外部の熱が樹脂ダクト内に伝わらないようにするためのもので、同断熱材には、ポリウレタンフォームやポリエチレン発泡体などの熱可塑性発泡体、ポリエチレン繊維やポリエステル繊維からなるフェルトなどの熱可塑性繊維材、ガラス繊維やロックウールからなる無機繊維材が用いられる。その中でも、柔軟性、作業環境の安全性の観点から、ポリエチレン繊維やポリエステル繊維からなるフェルトなどの熱可塑性繊維材を使用することが好ましい。

以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。なお、以下の実施例および比較例においてフレキシブル性、施工性、圧力損失測定および評価は次のようにして行った。

＜フレキシブル性の評価＞
（１）長さ２ｍの樹脂ダクトを直管状に設置し、その片側の端末を固定する。次に、固定していない側の端末を徐々に固定されている端末側へ曲げていき、樹脂ダクトが偏平する直前まで曲げる。その状態での樹脂ダクトの曲げ半径ｒ（ｍｍ）を測定する。
（２）フレキシブル性の評価は以下の基準によって評価した。なお、ＩＤはダクト内径（ｍｍ）を表す。
○：ｒ≦２×ＩＤ（フレキシブル性が良好であり、施工時の取り回しが容易）
△：２×ＩＤ＜ｒ≦３×ＩＤ（施工時に取りまわしにくさが多少あるが、施工に問題はない）
×：３×ＩＤ＜ｒ（フレキシブル性が悪く、ダクトとしての使用に適さない）

＜施工性の評価＞
施工性は、上記フレキシブル性の評価にダクトのカット性の評価を合わせて評価した。
ダクトのカット性は以下の基準によって評価した。
１．カットに使用する工具が、ハサミやカッターに代表される一般的な工具であるか
○：一般的な工具でカット作業が可能
×：専用の工具を使用しないとカット作業が出来ない
２．カットに使用する工具の点数が少ないか
○：１点の工具でカットが可能
×：２点以上の工具を使用する
施工性の評価は、フレキシブル性の評価およびカット性の評価の結果を使用して、以下の基準によって評価した。
○：評価した３項目全てが○
×：評価した項目の中に少なくとも１項目以上△または×の結果がある

＜圧力損失：直管時摩擦損失係数（λ）の測定＞
（１）長さ３ｍの樹脂ダクトを直管状に設置し、その片側の端末に送排風機（株）スイ
デン製「ＳＪＦ−２５０−２」）を取り付けると共に、ダクトの両端部から０．５ｍ内側の箇所にΦ８ｍｍの穴をあけて差圧計を取り付ける。次に送排風機から発生する風量を段階的に変化させ、その際の圧力差ΔＰ（Ｐａ）と相当流速Ｖ（ｍ／秒）を測定する。
（２）上記（１）の方法で測定した相当流速Ｖ（ｍ／秒）とホースの断面積Ａ（ｍ²）の値を用いて通気量Ｑ（ｍ³／時間）の値を式（１）にしたがって算出する。
式（１）通気量Ｑ＝３，６００×Ｖ×Ａ
（３）上記（２）で算出された通気量Ｑ（ｍ³／時間）の値と圧力差ΔＰ（Ｐａ）の値から通気率ａ（ｍ³／時間／Ｐａ^1/2）の値を式（２）にしたがって算出する。
式（２）通気率ａ＝Ｑ／△Ｐ^1/2
（４）上記（３）で算出された通気率ａ（ｍ³／時間／Ｐａ^1/2）の値を用いて圧力損失係数ζを式（３）に従って算出する。
式（３）圧力損失係数ζ＝２／[ρ（ａ／３，６００）²]
なお、ρは空気密度（ｋｇ／ｍ³）を表す。
（５）上記（４）で算出された圧力損失係数ζを用いて直管時の摩擦損失係数λを式（４）に従って算出する。
式（４）摩擦損失係数λ＝（ＩＤ×ζ）／Ｌ
なお、ＩＤはダクト内径（ｍ）で、Ｌはダクト長（ｍ）を表す。
（６）直管時の摩擦損失係数λは、以下の基準によって評価した。
◎：０．０２０＜λ≦０．０４５（流体と内管面との摩擦が小さく、流体の圧力損失は殆どない）
○：０．０４５＜λ≦０．０６０（流体と内管面との摩擦は多少あるが、ホースを使用する際に流体の圧力損失は問題ない）
△：０．０６０＜λ≦０．０８０（流体と内管面との摩擦があり、ホースを使用する際に流体の圧力損失による流量低下が認められる）
×：０．０８０＜λ（流体と内管面との摩擦が大きいので、ホースを使用する際に流体の圧力損失も大きくなり、ホースの使用に適さない）

＜実施例１＞
（１）３０ｍｍ幅に裁断されたポリエステル不織布の両面にポリエチレンが貼り合わせられた帯状体（シンワ製『ＫＤ５０３０ＷＮ』）を、外形が５４．５ｍｍの製管機上に螺旋状に捲回し、その隣接する側縁同士を５００℃の熱風で熱融着することで、管肉部を形成した。
（２）続けて、上記（１）と同じ製管機上において、ＨＤＰＥ（日本ポリエチレン製『ＨＹ５４０』）を単軸押出機（４０ｍｍφ、シリンダー温度＝２００℃、ダイス温度＝２３０℃）を蒲鉾型に押出し、帯状体に熱融着し、製管機の外から冷風および水を当てて６０℃までホース状の成形品を冷却した後に、製管機から外して空冷することで、内径５３．２ｍｍ、凸部の繰り返し単位Ｘ＝８ｍｍ、Ｚ／ＩＤ＝０．０１２を有する実施例１の樹脂ダクトを得た。

＜実施例２＞
実施例１と同様の工程を経て成形品を得た。このとき、製管機のスプリング状の回転棒のひねりを弱くすることで、凸部の繰り返し距離を５ｍｍとした。なお、製管機の外から冷風および水を当てて７０℃までホース状の成形品を冷却した後に、製管機から外して空冷することで、内径５２．７ｍｍ、凸部の繰り返し単位Ｘ＝５ｍｍ、Ｚ／ＩＤ＝０．０１７を有する実施例２の樹脂ダクトを得た。

＜実施例３＞
実施例１と同様の工程を経て成形品を得た。製管機の外から冷風および水を当てて５０℃までホース状の成形品を冷却した後に、製管機から外して空冷することで、内径５３．４ｍｍ、凸部の繰り返し単位Ｘ＝８ｍｍ、Ｚ／ＩＤ＝０．０１０を有する実施例３の樹脂ダクトを得た。

＜実施例４＞
実施例１と同様の工程を経て成形品を得た。なお、外径が７９．０ｍｍの製管機を用い、製管機の外から冷風および水を当てて１００℃までホース状の成形品を冷却した後に、製管機から外して空冷することで、内径７５．５ｍｍ、凸部の繰り返し単位Ｘ＝８ｍｍ、Ｚ／ＩＤ＝０．０２３を有する実施例４の樹脂ダクトを得た。

＜実施例５＞
実施例１と同様の工程を経て成形品を得た。なお、製管機の外からの冷風および水を止め、ホース状の成形品が１２０℃で製管機から外して空冷することで、内径５０．５ｍｍ、凸部の繰り返し単位Ｘ＝８ｍｍ、Ｚ／ＩＤ＝０．０４０を有する実施例５の樹脂ダクトを得た。

＜実施例６＞
実施例１と同様の工程を経て成形品を得た。なお、外径が８１．９ｍｍの製管機を用い、製管機の外から冷風および水を当てて９０℃までホース状の成形品を冷却した後に、製管機から外して空冷することで、内径７９．０ｍｍ、凸部の繰り返し単位Ｘ＝１３ｍｍ、Ｚ／ＩＤ＝０．０１８を有する実施例６の樹脂ダクトを得た。

＜実施例７＞
実施例１と同様の工程を経て成形品を得た。なお、外径が１５８．０ｍｍの製管機を用い、製管機の外から冷風および水を当てて９０℃までホース状の成形品を冷却した後に、製管機から外して空冷することで、内径１５５．０ｍｍ、凸部の繰り返し単位Ｘ＝２５ｍｍ、Ｚ／ＩＤ＝０．０１５を有する実施例１の樹脂ダクトを得た。

＜比較例１＞
実施例１と同様の工程を経て成形品を得た。このとき、製管機のスプリング状の回転棒のひねりを弱くすることで、凸部の繰り返し距離を４ｍｍとした。ホース状の成形品の冷却条件は実施例１と同様の条件とした。最終的に、内径５３．２ｍｍ、凸部の繰り返しＸ単位＝４ｍｍ、Ｚ／ＩＤ＝０．０１１を有する比較例１の樹脂ダクトを得た。

＜比較例２＞
実施例１と同様の工程を経て成形品を得た。このとき、製管機のスプリング状の回転棒のひねりを強くすることで、凸部の繰り返し距離を２７ｍｍとした。ホース状の成形品の冷却条件は実施例１と同様の条件とした。最終的に、内径５３．２ｍｍ、凸部の繰り返し単位Ｘ＝２７ｍｍ、Ｚ／ＩＤ＝０．０１３を有する比較例２の樹脂ダクトを得た。

＜比較例３＞
実施例１と同様の工程を経て成形品を得た。なお、製管機の外から冷風および水を当てて１３０℃までホース状の成形品を冷却した後に、製管機から外して空冷することで、内径４９．５ｍｍ、凸部の繰り返し単位Ｘ＝８ｍｍ、Ｚ／ＩＤ＝０．０５１を有する比較例３の樹脂ダクトを得た。

＜比較例４＞
実施例１と同様の工程を経て成形品を得た。なお、製管機の外から冷風および水を当てて５０℃までホース状の成形品を冷却した後に、製管機から外して空冷することで、内径５３．９ｍｍ、凸部の繰り返し単位Ｘ＝８ｍｍ、Ｚ／ＩＤ＝０．００６を有する比較例２の樹脂ダクトを得た。

実施例１〜７に示すように、ダクト内面の凸部頂点の繰り返し単位Ｘ、およびＺ／ＩＤが本発明の範囲であると、得られる樹脂ダクトは圧力損失特性に優れたものとなる。
一方、比較例１のようにダクト内面の凸部頂点の繰り返し単位Ｘが５ｍｍ未満の場合、比較例２のようにＸが２０ｍｍを超える場合、比較例３のようにＺ／ＩＤが０．０５を超える場合、比較例４のようにＺ／ＩＤが０．０１未満の場合はいずれも圧力損失特性が劣ったものとなる。

本発明の樹脂ダクトは、内面に特定の凹凸形状を有するため、流体の圧力損失特性に優れる。さらにフレキシブル性に富み、施工性が良好であるので、住宅の換気・空調用ダクト用に使用可能である。

以上のとおり、本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の追加、変更または削除が可能であり、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。

Claims

少なくとも不織布を含む帯状体からなる肉部と、熱可塑性硬質樹脂からなる螺旋状の芯材からなり、以下の（１），（２）の構造を満たす樹脂ダクト。
（１）ダクト内面の凸部頂点の繰り返し単位をＸ（ｍｍ）とした時、５ｍｍ≦Ｘ≦２５ｍｍであること、
（２）ダクト内面の凸部間の窪みの深度をＺ（ｍｍ）、ダクト内径をＩＤ（ｍｍ）とした時、０．０１≦Ｚ／ＩＤ≦０．０５であること。
熱可塑性硬質樹脂がオレフィン系熱可塑性樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の樹脂ダクト。
請求項１または２に記載の樹脂ダクトの外側にさらに断熱層が被覆された樹脂ダクト。