JP2014175346A

JP2014175346A - 排熱材及び建材

Info

Publication number: JP2014175346A
Application number: JP2013044178A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Hyodo; 聡兵藤; Koji Goto; 浩嗣後藤; Takashi Nakagawa; 貴司中川; Shigeki Yasutake; 成記安武; Erika Takahashi; 恵利花高橋
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2013-03-06
Filing date: 2013-03-06
Publication date: 2014-09-22

Abstract

【課題】熱電変換素子及びヒータを備える床暖冷房システムにおいて、冷房時に電圧を印加することにより、室内を床面から冷却する熱電変換素子の施工コストを低減可能な排熱材を提供する。
【解決手段】熱エネルギから電気エネルギを生成する熱電変換素子２と、熱電変換素子２により生成された電気エネルギを外部に排出するシート状の導電部３とを備える排熱材１をＭＥＭＳ技術で形成することにより、熱エネルギを電気エネルギとして排出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱エネルギを電気エネルギとして排出する排熱材及び建材に関する。

熱電変換素子及びヒータを備えることにより、省エネルギ化を図った床暖冷房システムが提案されている（特許文献１参照）。このような床暖冷房システムは、暖房時に、ヒータが床面から室内を加温するとともに、熱電変換素子が床下へ逃げる熱を電気エネルギに変換してシステムにインプットし、冷房時に、熱電変換素子が電圧を印加されることにより、室内を床面から冷却する。

特開２０１２−５７８０８号公報

しかしながら、特許文献１に記載のシステムは、電源、配線等の回路が必要であり、システムを構成する要素のサイズに対して大きな面積を有する床等の建材に敷設する場合、複雑な回路や長距離配線等が必要となる。よって、システムの施工に多大な労力を要求されるだけでなく、専門知識を持った作業員が必要となる場合もあり、施工コストが増加する可能性がある。

本発明は、上記問題点を鑑み、施工コストを低減可能な排熱材及び建材を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の第１の態様は、熱エネルギから電気エネルギを生成する熱電変換素子と、前記熱電変換素子により生成された電気エネルギを外部に排出する導電部とを備える排熱材であることを要旨とする。

また、本発明の第１の態様に係る排熱材においては、前記熱電変換素子は、ＭＥＭＳ技術により形成されることができる。

また、本発明の第１の態様に係る排熱材においては、前記導電部はシート状とすることができる。

また、本発明の第１の態様に係る排熱材においては、前記熱電変換素子は前記導電部の表面に接合されることができる。

また、本発明の第１の態様に係る排熱材においては、前記熱電変換素子は前記導電部の内部に埋め込まれることができる。

本発明の第２の態様は、第１の態様に係る排熱材と、断熱材とを備える建材であることを要旨とする。

本発明によれば、施工コストを低減可能な排熱材及び建材を提供することができる。

本発明の実施の形態に係る排熱材を備える建材の基本的な構成を説明する模式的な断面図である。本発明の実施の形態に係る排熱材が備える熱電変換素子の一例を説明する模式的な図である。一般的な壁材の熱伝導を説明する模式的な断面図である。本発明の実施の形態に係る排熱材の熱伝導を説明する模式的な断面図である。本発明の実施の形態の第１変形例に係る排熱材を説明する模式的な断面図である。本発明の実施の形態の第２変形例に係る排熱材を説明する模式的な断面図である。

次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付し、重複する説明を省略する。また、以下に示す実施の形態は、本発明の技術的思想を具体化するための部材や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。

（排熱材）
本発明の実施の形態に係る排熱材１を備える建材６は、例えば、図１に示すように、排熱材１の屋内側に配置された断熱材４を更に備える。建材６は、例えば、建築物の壁材として使用される。

排熱材１は、熱エネルギから電気エネルギを生成する熱電変換素子２と、熱電変換素子２が生成した電気エネルギの一部を消費する抵抗Ｒと、熱電変換素子２が生成した電気エネルギを外部に排出する導電部３とを備える。排熱材１は、例えば、建築物の壁、天井、床等に設置され、熱エネルギを電気エネルギとして排出することにより、建築物内部の温度の上昇を低減することができる。

熱電変換素子２は、例えば、図２に示すように、熱エネルギを電気エネルギに変換可能なペルチェ素子を備える。ペルチェ素子は、並んで配置されたｐ型熱電半導体２１及びｎ型熱電半導体２２のそれぞれ一端側（屋外側）が電極２３を介して接合されている。ｐ型熱電半導体２１及びｎ型熱電半導体２２のそれぞれ他端側（屋内側）は、電極２４及び電極２５がそれぞれ接合されている。

ｐ型熱電半導体２１及びｎ型熱電半導体２２のそれぞれ一端側が加熱され、他端側との温度差が生じると、ペルチェ素子は、電極２４から電極２５に電流を流す。熱電変換素子２は、例えば、直列に接続された複数のペルチェ素子から構成される。熱電変換素子２は、半導体製造技術を発展させた微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）技術により微小に製造可能である。

導電部３は、例えば、導電性を有するシートである。導電部３は、地面等の接地電位に電気的に接続される。熱電変換素子２は、例えば、シート状の導電部３の、導電性を有する表面に接合される。熱電変換素子２は、導電部３が形成する平面上に複数配置される。或いは、熱電変換素子２は、ペースト状の導電部３の内部に埋め込まれてもよく、導電部３は、板状に形成されてもよい。

熱電変換素子２は、一端側が、高温となる側を向くように導電部３に配置される。例えば、熱電変換素子２の一端側は、排熱材１が壁材に使用される場合において、日中高温となる屋外側を向く。導電部３は、熱電変換素子２により生成された電気エネルギを、排熱材１の外部に排出するよう構成されている。

一般的な壁材では、図３に示すように、壁材の熱伝導により、屋外側の熱が屋内側に伝達される。壁材の加熱、熱伝導の遅延等により、屋内側の温度は、屋外側の温度より低くなる。

本発明の実施の形態に係る排熱材１は、図４に示すように、例えば壁材に使用される場合、日中において屋内側の温度が、屋外側に遅れて上昇し、屋外側と屋内側との間に温度の勾配が発生する。このとき、熱電変換素子２は、屋外側から得た熱エネルギを電気エネルギに変換する。導電部３は、熱電変換素子２が生成した電気エネルギを、抵抗Ｒを介して地面等の接地電位に放電することにより、排熱材１の外部に排出する。排熱材１は、熱エネルギを電気エネルギとして排出することにより、屋内側の温度の上昇を低減することができる。

また、排熱材１は、例えばシート状に形成されることにより、施工現場において、複雑な結線作業が不要であり、切り貼りするのみの簡単な作業で、壁、天井、床等に設置されることができるため、施工コストを低減することができる。

また、排熱材１は、熱電変換素子２がＭＥＭＳ技術により微小に製造可能であるため、熱電変換素子２を導電部３に接合または練り込むことにより、容易に製造可能であり、製造コストを低減することができる。また、排熱材１は、熱電変換素子２が一般的な真空断熱材に比べて経年劣化が小さく寿命が長いため、排熱性能を維持できる寿命が長い。

また、排熱材１を備える建材６は、屋内側に配置された断熱材４を備えることにより、より高い断熱効果を得ることができる。

−第１変形例−
ペルチェ素子から構成される熱電変換素子２の場合、生成する電気エネルギは、両端側の温度差に依存するため、両端側の温度差が大きい程、多くの熱エネルギを電気エネルギとして排出し、屋内側の温度の上昇をより低減することができる。このため、本発明の実施の形態の第１変形例に係る排熱材１Ａは、図５に示すように、熱電変換素子２の他端側（屋内側）に形成された冷却部５を備える。冷却部５は、例えば金属からなる。

冷却部５は、例えば、熱電変換素子２の屋内側の端部から屋内側向けて延伸する。これにより、冷却部５は、屋外側の温度の上昇時において、熱電変換素子２の屋内側の温度の上昇を低減する。熱電変換素子２は、冷却部５により、両端側の温度差が増加し、多くの熱エネルギを電気エネルギとして排出し、屋内側の温度の上昇をより低減することができる。

−第２変形例−
本発明の実施の形態の第２変形例に係る排熱材１Ｂは、図６に示すように、熱電変換素子２が、シート状または板状の導電部３が形成する平面に対して垂直方向に複数配置される。排熱材１Ｂは、複数の熱電変換素子２が形成された導電部３が積層されることにより構成される。排熱材１Ｂは、導電部３が積層されることにより、多くの熱エネルギを電気エネルギとして排出し、屋内側の温度の上昇をより低減することができる。

（その他の実施の形態）
上記のように、本発明を実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面は本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

例えば、既に述べた実施の形態の説明において、抵抗Ｒは必ずしも形成される必要はなく、導電部３の、熱電変換素子２の出力端子に隣接する一部が、抵抗Ｒとして機能するように、導電部３の材料の抵抗値を設計するようにしてもよい。これにより、排熱材１は、更に容易に製造されることができる。

上記の他、上述の実施の形態及び変形例を応用した構成等、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

１，１Ａ，１Ｂ排熱材
２熱電変換素子
３導電部
４断熱材
６建材

Claims

熱エネルギから電気エネルギを生成する熱電変換素子と、
前記熱電変換素子により生成された電気エネルギを外部に排出する導電部と
を備えることを特徴とする排熱材。
前記熱電変換素子は、ＭＥＭＳ技術により形成されることを特徴とする請求項１に記載の排熱材。
前記導電部はシート状であることを特徴とする請求項１または２に記載の排熱材。
前記熱電変換素子は前記導電部の表面に接合されることを特徴とする請求項３に記載の排熱材。
前記熱電変換素子は前記導電部の内部に埋め込まれることを特徴とする請求項３に記載の排熱材。
請求項１〜５のいずれか１項に記載の排熱材と、断熱材とを備えることを特徴とする建材。