JP2001132193A

JP2001132193A - 建築用材

Info

Publication number: JP2001132193A
Application number: JP31400899A
Authority: JP
Inventors: Seiya Matsushima; 誠也松島
Original assignee: Honda Access Corp
Current assignee: Honda Access Corp
Priority date: 1999-11-04
Filing date: 1999-11-04
Publication date: 2001-05-15

Abstract

(57)【要約】【課題】断熱間隔内にペルチェモジュールを内装した
建築パーツ材を提供することで、断熱効果を発揮すると
共に、このパーツ自体が加熱・冷却即ち冷暖房機能を発
揮する画期的な建築用材建築用材を提供すること。【解決手段】所定間隔を置いて対設状態に設けた内側
板３と外側板４との断熱間隔７内に、この内側板３と外
側板４の少なくとも一方を加熱若しくは冷却するペルチ
ェモジュール２を介設し、外壁形成材や窓形成材などの
建築パーツ材Ｐとして利用できる形状に構成した建築用
材。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば積み上げた
り、並べて敷設したりする金属ブロックやガラスブロッ
クなどの外壁形成材や窓形成材など建築パーツ材として
使用する建築用材に関するものである。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】断熱性
や遮断性に秀れた建築用材の開発が盛んであるが、本発
明は、断熱効果を保持しつつ、積極的に冷暖房効果をも
発揮できる建築用材（建築パネル）の実用化を技術課題
としたものである。

【０００３】最近フロンガスを使用しない冷却機や加熱
・保温機としてペルチェモジュールを設けたものが開発
されている。

【０００４】このペルチェモジュールは、フロンガスを
使用せず、熱電半導体に直流電流を流すことによりヒー
トポンプとして作動する熱電変換テバイスで、冷却と加
熱、更には温度制御も自由に行うことができるものであ
る。

【０００５】このペルチェモジュールの原理について、
更に説明すれば、図７に示すようにＰ型半導体とＮ型半
導体とからなる熱電半導体を金属電極でπ型に直列結合
し、例えばＮ型からＰ型へと電流を流すことにより、ペ
ルチェ効果によって電子が一定方向に流れ、図面の上部
ではエネルギーレベルの低い状態から高い状態に移行
し、周りの結晶格子エネルギーを吸収し、この結果温度
が低下する。また、反対側の下部では、逆にエネルギー
レベルの高い状態から低い状態へと移行し、温度が上昇
する。

【０００６】即ち、電極間で大きな温度差が生じ、例え
ば温度の高い方（放熱側）を空冷や水冷などによって冷
却することで、温度の低い方（冷却側）を更に低くする
ことができ、この冷却側を容体内に臨ませることで冷蔵
庫や保冷庫とすることができる。

【０００７】本発明は、このペルチェモジュールに着目
し、熱伝導や断熱構造などの改良を重ねる中で、このペ
ルチェモジュールを用いることで前記技術課題を解決
し、これまでにない画期的な建築用材を提供することを
目的としている。

【０００８】即ち、本発明は、例えばペルチェモジュー
ルの電流方向の切り替え制御によって、外壁ブロックや
ガラスブロック、はめ込み窓、屋根材、壁パネルや敷設
パネルなどに暖冷房機能を持たせることが実現でき、ま
た、温度制御空間を構築することも可能な画期的な建築
用材を実現することを目的としている。

【０００９】また、本発明は、ペルチェモジュールを用
いたパーツ材を簡易な構成で放熱効果を向上でき、良好
な断熱構造によって肉薄に設計でき、温度制御が可能に
して小型に実現できることとなり、それ故簡易な構成で
製作が容易となり量産性に秀れるなど極めて実用性に秀
れた画期的なペルチェモジュールを使用した建築用材を
提供することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】添付図面を参照して本発
明の要旨を説明する。

【００１１】所定間隔を置いて対設状態に設けた内側板
３と外側板４との断熱間隔７内に、この内側板３と外側
板４の少なくとも一方を加熱若しくは冷却するペルチェ
モジュール２を介設し、外壁形成材や窓形成材などの建
築パーツ材Ｐとして利用できる形状に構成したことを特
徴とする建築用材に係るものである。

【００１２】また、前記内側板３と外側板４の少なくと
も一方を前記ペルチェモジュール２の伝熱板として機能
するように構成したことを特徴とする請求項１記載の建
築用材に係るものである。

【００１３】また、前記ペルチェモジュール２の一方側
の電極部５に設ける伝熱板６として機能する内側板３
と、ペルチェモジュール２の反対側の電極部５に設ける
伝熱板６として機能する外側板４とを断熱状態に設け
て、外壁形成材や窓形成材などの建築パーツ材Ｐとして
利用できる形状に構成したことを特徴とする請求項１，
２のいずれか１項に記載の建築用材に係るものである。

【００１４】また、前記内側板３と外側板４との空隙を
真空若しくは減圧し状態として前記断熱間隔７を設けた
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の
建築用材に係るものである。

【００１５】また、前記断熱間隔７内に前記ペルチェモ
ジュール２を駆動する電源15を内装したことを特徴とす
る請求項１〜４のいずれか１項に記載の建築用材に係る
ものである。

【００１６】また、前記電源15として太陽電池15を採用
し、少なくとも前記外側板４を外光が入光する透光性材
で形成したことを特徴とする請求項５に記載の建築用材
に係るものである。

【００１７】また、前記外側板４並びに内側板３をガラ
ス板などの透光性板で構成し、ガラスブロックＰとして
利用できる形状に構成したことを特徴とする請求項１〜
６のいずれか１項に記載の建築用材に係るものである。

【００１８】

【発明の実施の形態】好適と考える本発明の実施の形態
（発明をどのように実施するか）を、図面に基づいてそ
の作用効果を示して簡単に説明する。

【００１９】例えば建築パーツ材Ｐの内側板３がペルチ
ェモジュール２の冷却側の伝熱板として機能し、この内
側板３と所定間隔を置いて対設した外側板４もペルチェ
モジュール２の放熱側の伝熱板として機能するように構
成すれば、内側板３が冷却板となり、室内側を冷房でき
ることとなり、また、電流方向を逆として内側板３を放
熱側とする場合には、室内側を暖房できることとなり、
内側板３と外側板４との断熱間隔７による断熱効果に加
え、更にペルチェモジュール２によって積極的に室内を
冷房若しくは暖房、又は冷暖房切り替え可能となる。

【００２０】即ち、本発明の建築パーツ材Ｐとして使用
する建築用材自体が断熱性を有するだけでなく、冷暖房
機能を発揮することとなる。

【００２１】また、温度コントロールが可能となり、前
述の冷暖房の温度制御だけでなく、ワイン庫などや壁や
窓自体の表面結露防止用としてなど様々な用途への応用
が可能である。

【００２２】また、例えば内側板３あるいは外側板４を
ペルチェモジュール２の伝熱板として機能するように構
成すれば、放熱面積や冷却面積が大きくなるだけでな
く、一様に冷却、加熱でき、温度管理や温度調整などの
精度も向上することとなるだけでなく、たとえ放熱フィ
ンや空冷用ファンなどの放熱構造を施さなくても良好な
放熱が行われ、冷却効果を向上でき、小型の冷暖房機能
を積極的に果たす建築用材が実現できることとなる。

【００２３】また、このように例えば内側板３と外側板
４とであるいはこの内側板３と外側板４とを連結して所
定外形状に設計することで建築パーツ材Ｐを構成し、こ
の内側板３と外側板４との断熱間隔７内にペルチェモジ
ュール２を収納し、この内側板３と外側板４とをペルチ
ェモジュール２の冷却側と放熱側の伝熱板として機能す
るように構成することで、前記作用効果を発揮する建築
用材を容易に実現できることとなる。

【００２４】しかも、この内側板３と外側板４との間の
断熱間隔７は空隙を減圧して真空若しくは真空に近い状
態とした真空断熱間隔７とすれば、冷却側（吸熱側）と
放熱側の対流による熱伝導を阻止でき、内側板３と外側
板４との間隔も小さくすることが可能となり、内側板３
と外側板４との二重構造自体を厚肉とせずとも良好な断
熱効果を得ることができる。

【００２５】従って、本発明は、ペルチェモジュール２
の伝熱板として機能する伝熱部分の面積を広くとれる上
に、更に放熱構造も従来のように施さなくても実用可能
となり、また、断熱構造も容易に実現でき、冷却、加
熱、即ち暖冷房の双方が可能となる画期的な建築用材を
実現できることとなる。

【００２６】

【実施例】本発明の具体的な実施例について図面に基づ
いて説明する。

【００２７】本実施例は、図１に示すように断熱間隔７
を介して対向並設した内側板３と外側板４との周縁を断
熱連結材11で連結し、外形状を決定するこの周縁の連結
材11の形状構造を設計して建築パーツ材Ｐとして構成し
ている。

【００２８】この建築パーツ材Ｐの断熱間隔７内にペル
チェモジュール２を設け、この内側板３並びに外側板４
が前記ペルチェモジュール２の伝熱板として機能するよ
うに構成している。

【００２９】そして、本実施例では、ペルチェモジュー
ル２の伝熱板として機能する建築パーツ材Ｐの内側板３
と外側板４との空隙を例えば図示していないが真空引き
部から減圧した後キャップし、真空若しくは真空に近い
状態として建築パーツ材Ｐが真空の断熱間隔７を有する
構造とし、ペルチェモジュール２の冷却側（吸熱側）と
放熱側の対流による熱伝導を阻止し、内側板３と外側板
４とをわずかな間隔としても（建築パーツ材Ｐを薄板形
状のパネル状としても）良好に断熱されるように構成
し、容易に薄型に設計できるように構成している。

【００３０】即ち、従来例のようにペルチェモジュール
２に放熱フィンや冷却ファンを設けなくても内側板３も
外側板４も伝達板として機能するため、伝熱部分は大面
積となり十分なペルチェ効果を発揮でき、薄型に設計可
能となるが、更に本実施例では、発泡材などを充填して
断熱するのではなく、ペルチェモジュール２内の真空断
熱を建築パーツ材Ｐ自体に適用することで、内側板３と
外側板４との熱伝導度を０あるいは０に近くすることが
でき、この真空断熱によって内側板３と外側板４との間
隔を極めて小さくすることができ、一層薄型に設計でき
るように構成している。

【００３１】この薄型化を図れる上ペルチェ効果が十分
に発揮できるため、冷却・加熱、即ち冷暖房効果を果た
せるブロックやパネルなどの建築パーツ材Ｐを実現でき
ることとなる。

【００３２】また、この真空断熱は個別真空引きしても
良いが、真空庫を利用し、ラムネの栓構造の密封栓を用
いて真空化した後、この密封栓を樹脂充填により固定す
るようにしても良い。

【００３３】また、量産性向上のため、良好な断熱材を
使用して真空化を施さない構造としても良い。

【００３４】また、建築パーツ材Ｐの強度・剛性などを
配慮して、適宜内側板３と外側板４との断熱間隔７間に
スペーサを設けても良い。

【００３５】また、本実施例では、断熱間隔７を介して
対設した内側板３の周囲端部と外側板４の周囲端部とを
連結材11で連結した構成としていたが、図４に示すよう
に、一枚の金属板材を加工して内側板３と外側板４とが
同材料金属板によって一体的に連設した構成としても良
い。即ち、外側板４の端部を折り返し内側板３の端部に
連設して形成しても良い。

【００３６】また、この場合、少なくとも内側板３をス
テンレスやチタンなどのアルミや銅に比べて熱伝導性が
低い金属板で形成することで、製作が容易となり量産性
が向上すると共に、熱伝導性が低い材料ではあっても金
属板で構成するため、放熱作用や吸熱作用が建築パーツ
材Ｐに略均一に生じる作用・効果は十分に発揮される。

【００３７】また更に、例えば外気と外側板４との放射
促進のため、外側板４を黒化処理（例えば塗装や化学処
理によって黒色化）したり、内側板３での放射促進のた
め、内側板３を黒化処理（例えば塗装や化学処理によっ
て黒色化）したり、更に内側板３と外側板４との放射遮
断を行うために内側板３，外側板４の真空断熱間隔７側
の表面を鏡面処理（スパッタリングや機械加工などによ
り行う）したり、また、これらを組み合わせることで一
層本発明の作用・効果が良好に発揮されるようにしても
良い。

【００３８】また、本実施例では、例えば冷房用として
使用する場合は、建築パーツ材Ｐの室内側の内側板３が
冷却側の伝熱板となり、冷却作用面が建築パーツ材Ｐの
一部ではなく、連結材11を除いた略全面となるため、均
一にして一様に冷却することができ、温度管理の精度も
向上することとなる。

【００３９】また、本実施例のペルチェモジュール２
は、図５，図６に示すように、セパレータ８にＰ型熱電
半導体９とＮ型熱電半導体10を交互に並設して、π型直
列となるように金属電極部５で結合するが、図５に示す
ように、ペルチェモジュール２の各電極部５に設ける各
伝熱板６と、内側板３と外側板４とを夫々接合しても良
いし、図６に示すように、ペルチェモジュール２の伝熱
板自体を延設させて建築パーツ材Ｐの内側板３と外側板
４とを構成しても良い。

【００４０】即ち、図５に示すように、建築パーツ材Ｐ
を構成する内側板３と外側板４との間にユニット化して
あるペルチェモジュール２を配設固定し、このペルチェ
モジュール２の冷却側と放熱側の伝熱板６を夫々内側板
３と外側板４とに接合し、内側板３，外側板４夫々が伝
熱板として機能するように構成しても良いし、図６に示
すように、ユニット化したペルチェモジュール２を用い
るのではなく、ペルチェモジュール２には伝熱板を設け
ずに、内側板３，外側板４が夫々電極部５に直接接合
し、この内側板３，外側板４が直接ペルチェモジュール
２の伝熱板として機能するように構成しても良い。

【００４１】また、このようにペルチェモジュール２
は、真空断熱間隔７間に配されるため、ペルチェモジュ
ール２自体の両端（吸熱側と放射側）の空気による伝
導、対流による熱損失がなく、ペルチェモジュール２の
能力を十分に発揮できることになる。

【００４２】また、このペルチェモジュール２は建築パ
ーツ材Ｐの一カ所に設けたが、複数箇所に設けても良い
し、内側板３，外側板４に対して放熱性や冷却効率ある
いは商品性などを考慮して更に外層材や内層材を施して
建築パーツ材Ｐを構成しても良い。

【００４３】また、例えば冷却側はその伝熱板として機
能する伝熱部分は建築パーツ材Ｐの一部分のみとし、放
熱側の外側板４のみ、即ち、建築パーツ材Ｐの外側のみ
が放熱側の伝熱板として機能するように構成しても良
い。

【００４４】また、内側板３や外側板４は、伝熱板とし
て機能させる場合、熱伝導性の良い金属板とすることが
望ましく、外形状を決定する前記連結材11は断熱性の良
好なものが良い。

【００４５】また、この各建築パーツ材Ｐの断熱間隔７
のペルチェモジュール２から図１に示すように電力供給
用の配線16をシール状態で外出させるが、外側板４をガ
ラスなどの透光性材として断熱間隔７内に電源15として
太陽電池15を内装し、電力も各建築パーツ材Ｐが自前で
持つように構成し、配線16を外出したり、これらを接続
する必要がない構造としても良い。

【００４６】即ち、例えば図２に示すように、内側板３
と外側板４とをガラス板などの透光性板で構成し、この
内側板３と外側板４との周囲を連結材11で覆って、ガラ
スブロックＰとして構成し、図３に示すようにこのガラ
スブロックＰを積み上げ構築してガラスブロック壁を構
成する。

【００４７】従って、このガラスブロックＰによるガラ
スブロック壁は、ガラス板の二重構造によって良好な断
熱効果を果たすブロック壁となると共に、各ガラスブロ
ックＰが夫々内装した太陽電池15によるペルチェモジュ
ール２のペルチェ効果によって各ガラスブロックＰ毎に
放熱あるいは吸熱作用を果たし、冷暖房効果を積極的に
発揮することとなる。

【００４８】しかも、太陽電池15によって断熱効果を維
持しつつ、自立した冷暖房機能も発揮し、更に配線や接
続を不要とするため、単に積み上げたり、並べるだけで
構築できる画期的な建築用材となる。

【００４９】特に、室内側の内側板３が吸熱側となり、
室外側の外側板４が放熱側となり、この外側板４が外気
によって自然空冷されることで室内側の内側板３が一層
冷却され、良好な冷房効果を発揮することとなる。

【００５０】また、ペルチェモジュール２の電流方向を
逆にすることで暖房効果も発揮することとなる。

【００５１】また、図２に示すように電源15に磁気感応
回路による電流方向切り替えスイッチ14を設けて外部か
ら磁石を近づけてスイッチ制御することで、ペルチェ効
果のＯＮ・ＯＦＦや冷暖房の切り替え、またこれを室内
温度センサーと連動して制御することで、温度制御を行
うこともできる。

【００５２】また、気密シールした切り替えスイッチを
設けても良い。

【００５３】また、冷暖房効果を目的としなくても、例
えばガラスブロックＰの表面の結露防止としてペルチェ
モジュール２を作用させても良い。

【００５４】また、本実施例では、積み上げる金属ブロ
ックやガラスブロックを一例として説明したが、これに
限られるものではなく、床や屋根などに使用する敷設ブ
ロックや単なる窓ガラス（窓形成材）あるいは冷暖房機
能ではなく、融雪機能を有するブロックやパネルに構成
しても良い。

【００５５】このように使用用途に応じて内側板３や外
側板４やこれを連結する連結材11の形状・構造は適宜設
計し得るもので、図４に示すように内側板３と外側板４
とを一体化して連結材11を要しない構造としても良い。

【００５６】また、図１のように太陽電池15を要しない
場合は、並設とすることで夫々電気接続するように構成
しても良いし、使用用途に応じて並設連結構造や電気接
続構造などは適宜設計し得るものである。

【００５７】

【発明の効果】本発明は上述のように構成したから、断
熱間隔内にペルチェモジュールを内装した建築パーツ材
を提供することで、断熱効果を発揮すると共に、このパ
ーツ自体が加熱・冷却即ち冷暖房機能を発揮する画期的
な建築用材を提供できることとなる。

【００５８】また、請求項２記載の発明においては、簡
易な構成で放熱効果を向上でき、良好な断熱構造によっ
て肉薄に設計でき、温度制御が可能にして小型に実現で
きることとなり、ペルチェ効果が一層良好に発揮され、
一層簡易な構成で実現できると共に、例えば建築パーツ
材の内側板がペルチェモジュールの冷却側の伝熱板とし
て機能し、この内側板と所定間隔を置いて対設した外側
板もペルチェモジュールの放熱側の伝熱板として機能す
るように構成すれば、内側板が冷却板となり、室内側を
冷房できることとなり、また、電流方向を逆として内側
板を放熱側とする場合には、室内側を暖房できることと
なり、内側板と外側板との断熱間隔による断熱効果に加
え、更にペルチェモジュールによって積極的に室内を冷
房若しくは暖房、又は冷暖房切り替え可能となる画期的
な建築用材の実用化が実現できることとなる。

【００５９】即ち、本発明の建築パーツ材として使用す
る建築用材自体が断熱性を有するだけでなく、冷暖房機
能を発揮することとなり、また、温度コントロールが可
能となり、前述の冷暖房の温度制御だけでなく、ワイン
庫などや壁や窓自体の表面結露防止用としてなど様々な
用途への応用が可能となる。

【００６０】また、例えば内側板あるいは外側板をペル
チェモジュールの伝熱板として機能するように構成した
から、放熱面積や冷却面積が大きくなるだけでなく、一
様に冷却、加熱でき、温度管理や温度調整などの精度も
向上することとなるだけでなく、たとえ放熱フィンや空
冷用ファンなどの放熱構造を施さなくても良好な放熱が
行われ、冷却効果を向上でき、小型化・薄板化してもの
冷暖房機能を果たす極めて画期的な建築用材を提供でき
る。

【００６１】また、請求項３記載の発明においては、前
記作用・効果を良好に発揮する建築パーツ材を更に一層
容易に製作でき、極めて量産性に秀れた建築用材とな
る。

【００６２】請求項４記載の発明においては、内側板と
外側板との間隔も小さくすることが可能となり、内側板
と外側板との二重構造自体を厚肉とせずとも良好な断熱
効果を得ることができ、従って、ペルチェモジュールの
伝熱板として機能する伝熱部分の面積を広くとれ、ま
た、断熱構造も容易に実現できるので、建築パーツ材に
よって効率良く一様（均一）に温度コントロールでき、
また暖房として用いる場合も効率の高い建築用材とな
る。

【００６３】請求項５記載の発明においては、ペルチェ
モジュールの電源も内装するため、非常に実用性を発揮
すると共にこの建築パーツ材Ｐによる建築物の施行が一
層容易となり、特に請求項６記載の発明においては、こ
の電源を太陽電池とすることで容易に電力を自前で持つ
ことができ、配線を外出したり、これを接続したりする
工程も不要となるため、単にこの自立した建築パーツ材
Ｐを積み上げたり、並設するだけで所望の壁や窓などの
建築物を施行構築できるなど極めて画期的な建築用材と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第一実施例の概略構成説明断面図である。

【図２】太陽電池を用いた第二実施例の概略構成説明断
面図である。

【図３】第二実施例の使用状態を示す説明斜視図であ
る。

【図４】内側板３と外側板４とを一体的に構成した第三
実施例の概略構成説明断面図である。

【図５】第一実施例のペルチェモジュール部分の構成例
１を示す説明拡大図である。

【図６】第一実施例のペルチェモジュール部分の構成例
２を示す説明拡大図である。

【図７】ペルチェモジュールの原理を示す説明図であ
る。

【符号の説明】

２ペルチェモジュール３内側板４外側板５電極部６伝熱板７断熱間隔 15 電源・太陽電池Ｐ建築パーツ材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定間隔を置いて対設状態に設けた内側
板と外側板との断熱間隔内に、この内側板と外側板の少
なくとも一方を加熱若しくは冷却するペルチェモジュー
ルを介設し、外壁形成材や窓形成材などの建築パーツ材
として利用できる形状に構成したことを特徴とする建築
用材。
【請求項２】前記内側板と外側板の少なくとも一方を
前記ペルチェモジュールの伝熱板として機能するように
構成したことを特徴とする請求項１記載の建築用材。
【請求項３】前記ペルチェモジュールの一方側の電極
部に設ける伝熱板として機能する内側板と、ペルチェモ
ジュールの反対側の電極部に設ける伝熱板として機能す
る外側板とを断熱状態に設けて、外壁形成材や窓形成材
などの建築パーツ材として利用できる形状に構成したこ
とを特徴とする請求項１，２のいずれか１項に記載の建
築用材。
【請求項４】前記内側板と外側板との空隙を真空若し
くは減圧し状態として前記断熱間隔を設けたことを特徴
とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の建築用材。
【請求項５】前記断熱間隔内に前記ペルチェモジュー
ルを駆動する電源を内装したことを特徴とする請求項１
〜４のいずれか１項に記載の建築用材。
【請求項６】前記電源として太陽電池を採用し、少な
くとも前記外側板を外光が入光する透光性材で形成した
ことを特徴とする請求項５に記載の建築用材。
【請求項７】前記外側板並びに内側板をガラス板など
の透光性板で構成し、ガラスブロックとして利用できる
形状に構成したことを特徴とする請求項１〜６のいずれ
か１項に記載の建築用材。