JP2022174647A - 仕切部材 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明では、仕切部材における温度差を用いた発電効率を向上させ、発電した電力を様々な目的に活用することができる技術を提供することを目的とする。【解決手段】本発明の仕切部材は、仕切部材の一部を構成する熱伝導性部材と、前記熱伝導性部材の一部に当接する熱電発電部とを備える。特に、熱電発電部は、受熱面と放熱面を有しており、受熱面または放熱面の少なくともいずれか一方が前記熱伝導部材に当接していることにより、仕切部材内の温度差を効率的に活用することが可能となっている。また、熱電発電部は、受熱面または前記放熱面の少なくともいずれか一方が、平面上に複数並列に配置されてもよい。【選択図】図１

Description

本発明はアルミサッシの等の建具を含む仕切部材、特に熱電発電部を有する仕切部材に関する。

住宅やビル等の建築物の空調性能や気密性能は年々高まりつつある。一方で気候の温暖化にともない、外気温は増加する傾向がある。特に、都市部のビル建築においては、室内の温度と外気温との温度差は数十度に拡大する傾向にある。
また、建築物の窓やドアなどの建具によって区切られた空間に限らず、発熱性の装置等が配置された空間、自動車の車体の内外等においても大きな温度差が存在している。
このような温度差は、エネルギーロスの原因でもあるが、逆に、こうした温度差をエネルギー源として有効活用することは、ＳＤＧｓに示されるサステナブルなエネルギーサイクルを実現する上でも有効である。

こうした中、部屋間の温度差に起因するヒートショック現象のリスクを軽減するために、特許文献１においては、建具としてのドアに、ゼーベック素子と、ゼーベック素子の第１側面と第１の部屋（一側の空間）を連通する第１伝熱空間と、ゼーベック素子の第２側面と第２の部屋（他側の空間）を連通する第２伝熱空間と、第１伝熱空間と第２伝熱空間の連通を遮る素子シール部材及び建具シール部材と、ゼーベック素子で発電された電力により作動し、点灯により温度差を表示するＬＥＤランプと、を備えた建具が開示されている。

また、特許文献１においては、建具としての窓は、ゼーベック素子で発電された電力により作動し、温度差情報を送信する電子回路を備えることが開示されている。

特開２０１７-６６６６７号公報

特許文献1では、ゼーベック素子に伝熱するために、第１の伝熱空間及び第２の伝熱空間を採用しており、ゼーベック素子は、それぞれの伝熱空間を通じて２つの空間の温度差を得ることとなる。しかし、空気の熱伝導性は必ずしも高くなく、発電効率は伝熱空間の熱伝導性の制約を受けることとなる。
そこで、本発明では、仕切部材における温度差を用いた発電効率を向上させ、発電した電力を様々な目的に活用することができる技術を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、代表的な本発明の仕切部材の一つは、仕切部材の一部を構成する熱伝導性部材と、前記熱伝導性部材の一部に当接する熱電発電部を備えるものである。

本発明によれば、仕切部材における温度差を用いた発電効率を向上させ、発電した電力を様々な目的に活用することができる。
上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施をするための形態における説明により明らかにされる。

図１は、第１実施形態に係る引き違い窓のアルミサッシの障子の断面概略図である。 図２は、第１実施形態である熱電発電部を障子の周囲に配置した場合の正面透視図である。 図３は、第２実施形態である障子に空気通行路を設けた場合の断面概略図である。 図４は、第３実施形態である空気通行路に空気循環用ファンを設けた場合の正面透視図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付して示している。

本開示において、仕切部材とは、建築物の内外または建築物内の空間を区画する部材や発熱性の装置等が配置された空間、自動車の車体の内外などを仕切る部材を意味し、代表的には、窓、ドア、間仕切りなどが含まれる。窓、間仕切りについては、開閉可能なものや開閉できないものなど、様々な形態のものが含まれる。
また、仕切部材の一部を構成する熱伝導性部材には、代表的には、アルミ部材、アルミの合金部材、銅部材、銅合金部材、その他の金属部材が含まれるが、金属材料に限定されるものではなく、熱伝導性を有するすべての部材が含まれる。

本開示における熱電発電部には、代表的には、温度差によって発電を行うゼーベック素子が含まれる。本開示におけるゼーベック素子は、受熱面と放熱面における温度差に応じて発電する。発電した電力は電線を通じて接続される蓄電部に蓄えられてもよいし、制御部、空気循環用ファン、センサなどを含む電子部品に供給されてもよい。
また、熱電発電部と蓄電部との間には、必要に応じて昇圧部が設けられてもよい。

本開示における蓄電部は、代表的には、キャパシタ、二次電池が含まれる。また、蓄電部は、熱電発電部以外の発電部によって発電された電力を蓄電することとしてもよい。
また、本開示の仕切部材には、蓄電部の充放電等の管理、その他の電子部品の制御を行うための制御部が設けられてもよい。

［第１実施形態］
＜引き違い窓のアルミサッシ＞
図１は、第１実施形態に係る引き違い窓のアルミサッシの障子の断面図である。引き違い窓のアルミサッシ１００は、一般的に室内側１０１に配置される内障子及び室外側１０２に配置される外障子と、これを取り囲む枠によって構成されている。そして、内障子及び外障子は枠の中に吊り込まれて設置されている。図１に示した断面図は、内障子または外障子の断面であり、内障子であっても外障子であっても中央部分の断面構成はほぼ同様である。

図１において、窓のガラス部分はペアガラス１０３で構成されており、ペアガラス１０３の間の空間には、アルゴンガスが充填されていることがある。また、ペアガラスの内側には、Ｌｏｗ－Ｅ膜が張り付けられていることがある。そして、ペアガラスの内側周辺部にはスペーサ１０４が設けられ、吸湿材が配置されていることがある。

ペアガラス１０３の外側周辺にはサッシ１０５、１０６が仕切部材の一部を構成する部材として設けられている。仕切部材の室内側１０１のサッシ１０５はアルミなどの熱導電性部材又は樹脂で形成されている。一方の室外側１０２のサッシ１０６及び中心部のサッシ１０８はアルミなどの熱導電性部材で形成されている。
室内側１０１のサッシ１０５は樹脂で形成することにより、室内と室外の断熱性を高めることができる。一方、室外側１０２のサッシは、仕切部材としての強度維持、及び、外界からの紫外線による部材の劣化を防止するため、アルミなどの金属部材で形成されている。

＜熱電発電素子の配置＞
第一の実施形態においては、ゼーベック素子１０７を仕切部材の一部を構成する熱伝導性部材であるサッシ１０８に当接させて設置している。ゼーベック素子１０７をサッシ１０８に当接する手段としては、様々な固定方法を用いることができる。また、ゼーベック素子１０７とサッシ１０８の間には、熱伝導性に優れた半固形状の物質である熱伝導性グリース（サーマルグリース）が塗布されていてもよい。

図２は、第１実施形態である熱電発電部（ゼーベック素子１０７）を障子の周囲に配置した場合の正面透視図である。ゼーベック素子は、図２に示すように、ゼーベック素子の受熱面又は放熱面が仕切部材のサッシの面に略面一となるように配置することができる。ゼーベック素子１０７の配置の仕方は任意であり、必ずしも障子の周囲すべてに配置する必要はない。
なお、図２は、透視図であるためゼーベック素子１０７を表示しているが、第１実施態様においては、ゼーベック素子は、図１に示すように、中心部のサッシ１０８と室内側のサッシ１０５の間に挟まれて設置されている。

ゼーベック素子１０７は、素子ごとに備えられたリード線が直列又は並列に結線され、電線を通じて蓄電部に接続されている。そして、蓄電部に蓄えられた電力は適宜、電子部品に供給されるように回路が組まれている。

＜作用・効果＞
仕切部材が建築物の内外を仕切る窓の場合、室外側１０２のサッシ１０６及び中心部のサッシ１０８は外気温の影響を受けやすく、真夏の直射日光の下では５０度以上の高温となる。一方、室内側のサッシは、空調によって２０度前後の温度となる。このため、仕切部材内において、数十度の温度差が発生することとなる。
また、真冬の場合であれば、外気温が０度付近であっても、室内は２０度以上に保たれることがあり、この場合でも仕切部材内の温度差は２０度以上となる。

第１実施態様によれば、ゼーベック素子１０７は、外気温が高い場合には、熱伝導性部材であるサッシ１０８に当接させることによって、サッシ１０８に熱的に接続されるサッシ１０６に蓄積された熱エネルギーをも効率的に受熱することができる。
またこれとは逆に、外気温が室温よりも低い場合には、熱伝導性部材であるサッシ１０８に当接させることによって、サッシ１０８に熱的に接続されるサッシ１０６をも用いて効率的に放熱することができる。
さらに、第１実施態様によるゼーベック素子１０７は、中心部のサッシ１０８と室内側のサッシ１０５の間に挟まれて設置されているため、室内からも室外側からも視認することができず、窓としての美観を損ねることはない。

［第２実施形態］
＜空気通行路＞
第２実施形態は、ゼーベック素子１０７が熱伝導性部材に当接しない側において、空気通行路１２０を有する点で、第１実施形態と異なる。
図３は、第２実施形態である障子に空気通行路を設けた場合の断面概略図である。以下の説明において、上述の第１実施形態と同一又は同等の構成要素については同一の符号を付し、その説明を簡略又は省略する。
第２実施形態においては、図３に示すようにゼーベック素子１０７が熱伝導性部材に当接しない側において、空気通行路１２０が設けられている。この空気流通路は、障子内においてゼーベック素子１０７が配置された範囲を含んで設けることが望ましいが、必ずしもゼーベック素子１０７の配置された領域に対応して空気通行路を設ける必要はない。

＜作用・効果＞
ゼーベック素子１０７が熱伝導性部材に当接しない側（以下、「背面」という。）において、空気通行路１２０を設けることによって、ゼーベック素子１０７の背面においても、ゼーベック素子１０７の周辺の温度差を効率的に伝達することができる。
つまり、ゼーベック素子１０７が熱伝導性部材に当接している側が受熱面となっている場合には、ゼーベック素子１０７の背面において効果的に放熱を行うことができる。また、これとは反対に、ゼーベック素子１０７が熱伝導性部材に当接している側が放熱面となっている場合には、ゼーベック素子１０７の背面において空気が流通することによって、効果的に受熱を行うことができる。

［第３実施形態］
＜空気吸入口、空気排出口、空気循環用ファン＞
第３実施形態は、第２実施形態の空気通行路１２０が空気吸入口１２１、空気排出口１２２、空気循環用ファン１２５を備える点で、第２実施形態と異なる。
図４は、第３実施形態である障子に空気吸入口１２１、空気排出口１２２、空気循環用ファン１２５を設けた場合の正面透視図である。以下の説明において、上述の第１実施形態及び第２実施形態と同一又は同等の構成要素については同一の符号を付し、その説明を簡略又は省略する。

第３実施形態においては、図４に示すように、障子のサッシ１０５に空気通行路１２０に連通する空気吸入口１２１、空気排出口１２２を設け、併せて、空気通行路１２０の内部に空気を循環させるための空気循環用ファン１２５を設置している。空気循環用ファン１２５は熱電発電部によって発電された電力で駆動させてもよいし、乾電池やその他の自立電源(例えば、窓の採光を活用した光起電による電源など）によって駆動させてもよい。
なお、空気吸入口１２１、空気排出口１２２の配置や大きさ、設置する数は任意に決めることができ、必ずしも図４に記載された配置である必要はない。また、空気循環用ファン１２５は必ずしも必須の構成ではない。
＜作用・効果＞
図４に示したように空気吸入口１２１、空気排出口１２２を設け、併せて、空気通行路１２０の内部に空気を循環させるための空気循環用ファン１２５を設置すると、例えば、空気循環用ファン１２５が駆動することによって、空気通行路１２０内の空気が空気排出口１２２から排出され、これに伴って室内側の空気が空気吸入口１２１から吸い込まれる。そして、図４の空気通行路１２０内に示した矢印のごとく空気通行路１２０の内部に空気循環が発生する。その結果、ゼーベック素子１０７の背面において、空気が強制的に循環することとなる。このため、ゼーベック素子１０７は効果的に受熱を行うことができる。

［熱電発電部の活用事例］
以下では、上述した第１実施形態から第３実施形態による熱電発電部によって発生した電力を用いた活用事例について説明する。
＜換気用開閉口＞
仕切部材に電気制動が可能な換気用開閉口を設け、これを本開示の蓄電部に蓄積した電力を用いて駆動させることとすれば、仕切部材ごとに電力を供給するための配線を施工することなく、適時に仕切部材を通じた換気を行うことが可能となる。
電源用の配線を行わずに仕切部材に電源を供給する方法としては、仕切部材に乾電池等を備え付けて、これを駆動用の電源とする方法もあるが、仕切部材が高所に設置されている場合、電池交換を行う作業負担が大きい。しかし、本開示の自立電源としての熱電発電部による電力を活用することにより、こうした問題を解決することが可能となる。

＜ＩｏＴセンサ＞
上記の換気用開閉口に代えて、あるいは、換気用開閉口と併用して、仕切部材に設置可能な様々なＩｏＴセンサを設置すれば、本開示の蓄電部に蓄積した電力を用いて駆動させることにより、センサの検知データを無線等で送信することが可能となる。ここで、ＩｏＴセンサとは、センサをネットワークに接続して情報を取集・管理するセンサを意味する。
具体的には、光センサ、イメージセンサ、圧力センサ、温度センサ、湿度センサ、加速度センサなどがその代表例である。
これらのＩｏＴセンサの収集した情報を活用すれば、仕切部材の状況（ドアや窓の開閉、人物の通過など）をリアルタイムで監視することが可能となる。また、室温等のデータを活用すれば、事故や災害等の予兆監視、セキュリティー監視に活用することが可能となる。

＜窓の調光＞
さらに、窓のガラス面に液晶フィルタを設置して、これを本開示の蓄電部に蓄積した電力を用いて駆動させることとすれば、高所に設置された窓であっても、適時に調光を行うことが可能となる。

次に、上述した第１実施形態から第３実施形態による熱電発電部の適用箇所の展開事例について説明する。
＜データセンタ、サバー室＞
本発明の仕切部材は、温度差が発生する様々な場所等に適用可能である。例えば、大量の熱が発生するデータセンタ内やサーバー等の放熱装置などに、金属製のサッシと共に本開示の熱電発電部を仕切部材として設置すれば、大きな熱電エネルギーを獲得することが可能となる。

＜内燃機関＞
工場内、輸送車両などに設置された内燃機関は大量の熱を発生する。このため、本発明の仕切部材をその近隣に設置すれば、大きな熱電エネルギーを獲得することが可能となる。

＜自動車＞
ＥＶ（電機自動車）であっても、モータ等の発熱部、金属製のボンネット部は外部との温度差が発生しやすい。このため、本発明の仕切部材をその近隣に設置すれば、大きな熱電エネルギーを獲得することが可能となる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。

１００ アルミサッシ
１０３ ペアガラス
１０５、１０６、１０８ サッシ
１０７ ゼーベック素子
１２０ 空気通行路
１２１ 空気吸入口
１２２ 空気排出口
１２５ 空気循環用ファン

Claims (8)

1. 仕切部材の一部を構成する熱伝導性部材と、
   前記熱伝導性部材の一部に当接する熱電発電部と、
   を備える仕切部材。
2. 請求項１に記載の仕切部材において、
   前記熱電発電部は、受熱面と放熱面を有しており、
   前記受熱面または前記放熱面の少なくともいずれか一方が前記熱伝導性部材に当接している
   ことを特徴とする仕切部材。
3. 請求項２に記載の仕切部材において、
   前記熱電発電部は、受熱面または前記放熱面の少なくともいずれか一方が、平面上に複数並列に配置されている
   ことを特徴とする仕切部材。
4. 請求項２または請求項３に記載の仕切部材において、
   前記熱伝導性部材は、前記受熱面または前記放熱面が当接しない面において、空気通行路に接しており、
   前記空気通行路には、空気循環用ファンが備えられている
   ことを特徴とする仕切部材。
5. 請求項２乃至請求項４のいずれか一項に記載の仕切部材において、
   前記仕切部材は、蓄電部及び制御部を有する
   ことを特徴とする仕切部材。
6. 請求項２乃至請求項５のいずれか一項に記載の仕切部材において、
   前記仕切部材は、前記熱電発電部が発生した電力で駆動する空気循環用ファンを有する
   ことを特徴とする仕切部材。
7. 請求項２乃至請求項５のいずれか一項に記載の仕切部材において、
   前記仕切部材は、前記熱電発電部が発生した電力で駆動する換気用開閉口を有する
   ことを特徴とする仕切部材。
8. 請求項２乃至請求項５のいずれか一項に記載の仕切部材において、
   前記仕切部材は、前記熱電発電部が発生した電力で駆動するセンサを有する
   ことを特徴とする仕切部材。
   
   

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