JP6204206B2

JP6204206B2 - 自立型調光システム

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Publication number: JP6204206B2
Application number: JP2014009465A
Authority: JP
Inventors: 直樹内山; 友美金井
Original assignee: Atsumitec Co Ltd
Current assignee: Atsumitec Co Ltd
Priority date: 2014-01-22
Filing date: 2014-01-22
Publication date: 2017-09-27
Anticipated expiration: 2034-01-22
Also published as: KR101850904B1; US9678368B2; JP2015138135A; WO2015111630A1; CA2937217A1; CN106030398A; US20160327817A1; CA2937217C; EP3098649A1; EP3098649A4; EP3098649B1; CN106030398B; KR20160108473A

Description

本発明は、ガスクロミック調光部材を備える自立型調光システムに関する。

一般的な建物において、窓の部分における熱の出入りは多くなっている。具体的には、夏に冷房を使用する場合に、屋外から屋内に熱が入いることで屋内の温度が上昇し、冬に暖房を使用する場合に、屋内から屋外に熱が出ることで屋内の温度が低下する。すなわち、建物の窓を介して大量のエネルギーが損失し、冷暖房効率の低下をまねいている。

また、建物の窓においては光が透過するため、建物内部から建物外部を目視し、又は建物外部から建物内部を目視することができる。ここで、一般的な建物内の浴室の窓については、浴室の使用中における建物外部からの視認を防止することが望まれているため、ルーバーと呼ばれる目隠し用のアクリル板等が設置されている。しかしながら、浴室を使用していない場合等には、窓を介して光を入射させることが好ましいため、浴室の使用状態に応じて、ルーバーの開口量を調整して光の透過量を変更する必要がある。

上述したような窓における問題を解消できるという観点から、従来から調光ガラスの研究及び開発が行われている。調光ガラスには、電流・電圧の供給量に応じて透過率を変化させるもの、温度によって透過率を変化させるもの、雰囲気ガスの制御によって透過率を変化させるものがある。これらの種類の中で、雰囲気ガスの制御によって透過率を変化させるものが、構造の簡素化及びコスト低減の観点から特に注目されている。

例えば、雰囲気ガスの制御によって透過率を変化させる調光ガラスとして、特許文献１に無色透明にできる反射型調光薄膜材料が開示されている。特許文献１を代表とする調光ガラスは、ガスクロミックガラスとも称され、当該ガラスの内部に対して水素を導入（水素化）し、更には導入した水素の量を排出等によって減少（脱水素化）させ、このようなガラス内部の水素量を調整することで透過率を制御している。

特開２００８−２０５８６号公報

しかしながら、上述したようなガスクロミックガラスにおいては、当該ガラスの内部に水素等の雰囲気ガスを導入するポンプ等の装置、導入した水素を排出するポンプ等の装置、水素等の雰囲気ガスが充填されたガスボンベ等が必要となり、調光ガラスとして機能させる際のシステムが大型化し、且つコストも増加することになる。また、当該ポンプ等の装置を駆動させるための電源も必要となり、システムの小型化及びコスト低減を図ることが一層困難になっている。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、外部からの電源供給を必要とせず、小型化及びコスト低減を図ることができる自立型調光システムを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の自立型調光システムは、対向し且つ離間して配置された一対の透明基材、及び前記一対の透明基材を保持しつつ、前記一対の透明基材とともに空隙を形成する枠体からなる本体部と、前記空隙内に配設され、水素化・脱水素化によって可逆的に光学特性を変化する調光素子を備える調光部と、前記本体部に配設された発電装置と、前記発電装置において生成された電力の供給時に電気分解によって水素を生成して前記空隙に供給し、前記発電装置において生成された電力の非供給時に前記空隙内の前記水素を用いて発電を行う水素吸排気部と、前記発電装置において生成された電力の前記水素吸排気部への供給及び非供給を制御する制御手段と、を有する。

上述した自立型調光システムにおいて、前記水素吸排気部において発電した電力を利用して前記調光部を加熱する加熱部を有してもよい。このような場合に、前記発電装置は、前記水素吸排気部への前記電力の非供給時に前記加熱部に前記電力を供給してもよい。

上述したいずれかの自立型調光システムにおいて、前記発電装置は、前記枠体内において前記一対の透明基材の一方から他方に向かって延在する複数の熱電変換素子が配設された構造を備える熱電変換モジュールであってもよく、又は前記枠体の表面に配設された太陽光発電モジュールであってもよい。

上述した加熱部を有する自立型調光システムにおいて、前記加熱部は、前記調光部に接触して配設されたシート状のヒータからなってもよく、又は前記一対の透明基材に内蔵されたヒータ配線からなってもよい。

本発明に係る自立型調光システムにおいては、システム内部において効率よく電力を生成及び蓄電することで外部からの電源供給を必要とせず、更にはシステム自体の小型化及びコスト低減を図ることができる。

実施例に係る自立型調光システムの全体構成の概略を示す斜視図である。図１の線II-IIに沿った自立型調光システムの断面図である。図１の線III-IIIに沿った自立型調光システムの断面図である。図３における熱電変換モジュールの拡大断面図である。図１の線V-Vに沿った自立型調光システムの断面図である。実施例に係る自立型調光システムのブロック図である。本実施例に係る自立型調光システムにおける電力、水素、及び熱の流れを説明するためのブロック図である。本実施例に係る自立型調光システムにおける電力、水素、及び熱の流れを説明するためのブロック図である。

以下、図面を参照し、本発明の実施の形態について、実施例に基づき詳細に説明する。なお、本発明は以下に説明する内容に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において任意に変更して実施することが可能である。また、実施例の説明に用いる図面は、いずれも本発明による自立型調光システム及びその構成部材を模式的に示すものであって、理解を深めるべく部分的な強調、拡大、縮小、または省略などを行っており、各構成部材の縮尺や形状等を正確に表すものとはなっていない場合がある。更に、実施例で用いる様々な数値は、いずれも一例を示すものであり、必要に応じて様々に変更することが可能である。

≪実施例≫
＜自立型調光システムの構造＞
先ず、本発明の実施例に係る自立型調光システム１の構成を図１乃至図５を参照しつつ説明する。図１は、実施例に係る自立型調光システム１の全体構成の概略を示す斜視図である。図２は、図１の線II-IIに沿った自立型調光システム１の断面図である。図３は、図１の線III-IIIに沿った自立型調光システム１の断面図である。図４は、図３における熱電変換モジュールの拡大断面図である。図５は、図１の線V-Vに沿った自立型調光システム１の断面図である。

図１及び図２から分かるように、本実施例に係る自立型調光システム１は、透光性を備える透明基材２、及び透明基材２を固定する枠体３から構成された本体部５を有し、当該本体部５の内部に調光部６及び加熱部７が配設された構造を有している。また、図２に示すように、自立型調光システム１は、配管８を介して本体部５に接続された電気式除湿器（水素吸排気部）９を備えている。更に、図３に示すように、自立型調光システム１は、本体部５を構成する枠体３の内部に発電装置として機能する熱電変換モジュール１０を有している。以下において、各種の構成部材の詳細な説明をする。

（透明基材）
図２に示すように、透明基材２は、互いに対向し且つ離間して配置された第１透明基材２ａと第２透明基材２ｂとから構成されている。本実施例においては、第１透明基材２ａ及び第２透明基材２ｂは、平板状であって同一の寸法を備えている。また、第１透明基材２ａ及び第２透明基材２ｂは、可視光を透過させることができる材料から構成されている。更に、本実施例に係る自立型調光システム１は、一般的な家屋の窓に使用されていることが想定されるため、透明基材２には、比較的に強固であって、外力によって破損等が生じない部材を用いることが好ましい。例えば、透明基材２としては、可視光に対して比較的に高い透過率を備えるガラス、又はプラスチック等の部材を用いることが好ましい。プラスチックとしては、例えば、アクリル、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ：Polyethylene terephthalate）、及びポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ：polyethylene naphthalate）等の部材を用いることができる。

なお、第１透明基材２ａ及び第２透明基材２ｂの形状は、上述したような平板状に限定されることはない。例えば、第１透明基材２ａ及び第２透明基材２ｂを湾曲させて、所望の曲率を有する透明基材２を形成してもよい。また、本実施例に係る自立型調光システム１が設置される場所に応じて、第１透明基材２ａ及び第２透明基材２ｂの平面形状を正方形又は長方形以外の形状としてもよい。例えば、第１透明基材２ａ及び第２透明基材２ｂの形状を円盤状にしてもよい。

図１及び図２に示すように、第２透明基材２ｂには、貫通孔１１が設けられている。当該貫通孔１１に配管８が嵌挿されている。第２透明基材２ｂの貫通孔１１に配管８が嵌挿されていることにより、第１透明基材２ａと第２透明基材２ｂとの間の空隙１２内に、配管８を介して水素の吸排気を行うことができる。なお、配管８が嵌挿されるための貫通孔１１は、第２透明基材２ｂに形成されることに限定されず、例えば、第１透明基材２ａ、又は枠体３に形成されてもよい。また、本実施例に係る自立型調光システム１が所望の場所に設置されて使用される際に、配管８が視認されることで自立型調光システム１のデザイン性が損なわれることがないように、貫通孔１１の設置場所を決定することが好ましい。

（枠体）
枠体３は、第１透明基材２ａと第２透明基材２ｂとが対向し且つ離間するように保持している。透明基材２と枠体３との固定方法は、透明基材２を枠体３の溝等に嵌め込んでもよく、ネジ又は接着剤等の接合部材を用いて枠体３に透明基材２を接合してもよい。また、枠体３は、一対の透明基材２である第１透明基材２ａ及び第２透明基材２ｂとともに空隙１２を形成している。

枠体３の材料としては、透明基材２を強固に保持すること、及び外力の影響による破損がないこと等の観点から、比較的に強固な部材が好ましい。また、透明基材２の形状に応じて枠体３の形状も変形させる必要があるため、容易に加工を施すことができる材料であることも好ましい。例えば、枠体３としては、アルミニウム等の金属、又は樹脂を用いることができる。

ここで、枠体３は、第１透明基材２ａと第２透明基材２ｂとの間を完全に密閉して、空隙１２内に導入された水素が漏れ出すことがないようにすることが好ましいが、調光部６における水素化を十分に行うことができれば、第１透明基材２ａと第２透明基材２ｂとの間を完全に密閉しなくてもよい。すなわち、透明基材２と枠体３とによって完全に密閉された空隙１２を形成することが好ましいが、空隙１２から漏れ出す水素の量が水素の供給量に対して十分に少なければ、透明基材２と枠体３との間に隙間が生じていてもよい。

（調光部）
図２に示すように、調光部６は、水素化・脱水素化によってその可逆的に光学特性を変化する調光素子６ａ、及び調光素子６ａの水素化・脱水素化反応を促進させる触媒層６ｂから構成されている。このような構成により、調光部６は、空隙１２に対する水素の吸気及び排気によって、可視光に対する透過率を効率よく変化させることができる。より具体的な構成としては、第１透明基材２ａの表面であって第２透明基材２ｂと対向する表面上に調光素子６ａが形成されている。また、調光素子６ａの表面上（すなわち、第２透明基材２ｂに対向する表面）に触媒層６ｂが積層されている。ここで、触媒層６ｂと第２透明基材２ｂとは完全に離間していることが好ましいが、触媒層６ｂと第２透明基材２ｂとの間において水素が拡散することができれば、触媒層６ｂと第２透明基材２ｂとは部分的に接触をしていてもよい。

調光素子６ａの材料としては、反射型調光体および吸収型調光体の２種類の材料のいずれかを用いることができる。反射型調光体の調光素子６ａとしては、例えば、マグネシウム合金薄膜を用いることができる。特に、耐久性の観点から、マグネシウム・ニッケル合金薄膜、又はマグネシウム・イットリウム合金薄膜等のマグネシウムと遷移金属との合金薄膜を好ましく用いることができる。吸収型調光体の調光素子６ａとしては、酸化タングステン、酸化モリブデン、酸化クロム、酸化コバルト、酸化ニッケル、酸化チタンから選択された１以上の材料を含む遷移金属酸化膜を用いることができる。特に、着色効率の観点から酸化タングステン薄膜を用いることが好ましい。

調光素子６ａの膜厚は、可視光の透過量に応じて適宜変更することができる。例えば、反射型調光体の調光素子６ａの膜厚は、約３０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲で調整することが好ましく、吸収型調光体の調光素子６ａの膜厚は、約３００ｎｍ〜８００ｎｍの範囲で調整することが好ましい。なお、調光素子６ａの膜厚とは、複数の調光素子６ａによって調光部６を形成する場合に、調光素子６ａのそれぞれの厚みのことである。

調光素子６ａは、スパッタリング法、真空蒸着法、電子ビーム蒸着法、化学気相蒸着法、ゾル・ゲル法等の公知の成膜技術によって形成される。また、調光素子６ａは、上述した成膜技術を用いて、２層以上の積層構造を備えるように形成されてもよい。このような場合に、反射型調光体からなる層と、吸収型調光体からなる層とを組み合わせてもよい。

触媒層６ｂは、例えば、スパッタリング法、真空蒸着法、電子ビーム蒸着法、化学気相蒸着法等の公知の成膜技術を利用して、パラジウム又は白金を成膜することで形成されてもよい。触媒層６ｂの層厚は、要求される水素化・脱水素化の反応速度に応じて適宜変更することができるが、例えば約２ｎｍ〜１０ｎｍとすることができる。なお、触媒層６ｂの材料は、上述した水素化・脱水素化の反応速度を向上させることができれば、このような材料に限定されることなく、他の触媒材料を用いてもよい。

なお、調光素子６ａと触媒層６ｂとの間には、調光素子６ａの成分と触媒層６ｂの成分との相互拡散を防止するためのバッファー層を設けてもよい。例えば、バッファー層は、スパッタリング法、真空蒸着法、電子ビーム蒸着法、化学気相蒸着法等の公知の成膜技術を利用して、チタン、ニオブ、タンタル、又はバナジウム等の金属の薄膜を成膜することで形成されてもよい。

また、触媒層６ｂの露出面（すなわち、調光素子６ａと接触していない面）には、水素を透過し、且つ調光素子６ａの酸化を防止する保護膜が設けられてもよい。すなわち、水素に対して透過性を有するとともに、水に対して撥水性を有する材料からなる保護膜を、触媒層６ｂの所望の表面に形成してもよい。例えば、保護膜としては、ポリテトラフルオロエチル、ポリ酢酸ビニル、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、酢酸セルロース等のポリマーや、酸化チタン薄膜等の無機薄膜を用いることができる。このようなポリマーは、ポリマーを分散させた分散液を塗布し、その後に乾燥することで形成することができ、無機薄膜は、スパッタリング法によって成膜することで形成することができる。

本実施例においては、第１透明基材２ａの表面であって、第２透明基材２ｂと対向する表面に調光部６が配置されていたが、調光部６の配置場所は空隙１２内であれば、他の場所に配置してもよい。例えば、調光部６は、第２透明基材２ｂの表面であって、第１透明基材２ａと対向する表面に形成されてもよい。また、第１透明基材２ａ及び第２透明基材２ｂの対向する表面のそれぞれに、調光部６を設けてもよい。

（加熱部）
本実施例において、加熱部７は、電流を供給することで発熱するシート状のヒータを用いている。図２及び図５から分かるように、加熱部７は、調光部６と枠体３との間に配置され、調光部６の外縁部分を取り囲んでいる。このような構成により、加熱部７は、調光部６の調光素子６ａを直接的に加熱することができ、当該加熱によって調光部６の脱水素化が促進されることになる。

なお、加熱部７は、シート状のヒータに限定されることはなく、調光部６を加熱することができれば、他の構成の加熱機構を用いてもよい。例えば、透明基材２の内部にヒータ配線を埋設し、当該ヒータ配線に電流を供給することで、透明基材２を介して調光部６を加熱してもよい。また、調光部６が金属薄膜から形成されていることから、調光部６に電流が供給されるような回路を構成し、調光部６自体の温度を直接的に上昇させてもよい。

（電機式除湿機）
図２及び図５に示すように、電気式除湿機９は、配管８を介して本体部５に接続されている。電気式除湿機９は、電力が供給されると、水の電気分解を行って水素を生成する。また、電気式除湿機９は、電力が供給されない場合に、水素と酸素とを反応させて水と電気エネルギーを生成して蓄電を行う。すなわち、電気式除湿機９は、一般的な除湿機の機能及び燃料電池の機能を有し、電気式除湿機９への電力供給の有無に応じて当該２つの機能を切り替えることができる。

より具体的には、本実施例に係る電気式除湿機９は、電力が供給されると、電気式除湿機９の周囲に存在する空気中の水蒸気を用いて電気分解を行い、当該水蒸気を水素と酸素とに分解する。すなわち、電気式除湿機９は、電力が供給されると、一般的な除湿機能を発揮する。また、電気式除湿機９は、当該電気分解によって生成された水素を配管８を介して排気する。ここで配管８は第２透明基材２ｂの貫通孔１１に嵌挿され、空隙１２に連通していることから、当該電気分解によって生成した水素は空隙１２内に到達することになる。すなわち、電気式除湿機９は、電力が供給されると周囲の除湿を行い、かかる除湿にともなって生じる水素を配管８を介して空隙１２に供給し、調光部６の水素化を図る。

一方、電気式除湿機９は、電力の非供給時において、配管８を介して空隙１２内に存在する水素を吸気するとともに、電気式除湿機９の周囲に存在する空気中の酸素を吸気し、当該水素と当該酸素を反応させて水（水蒸気）及び電気エネルギーを生成し、生成した電気エネルギー（電力）を内部の蓄電部（図示せず）に蓄電する。すなわち、電気式除湿機９は、電力が供給されないと、空隙１２内から水素を吸気して調光部６の脱水素化を図り、空隙１２内の水素を燃料源とする燃料電池として機能する。

以上の構成から、本実施例に係る電気式除湿機９は、水素吸排気部として機能していることになる。このような水素吸排気部として機能する電気式除湿機９としては、例えば、固体分子形燃料電池（ＰＥＦＣ：Polymer Electrolyte Fuel Cell）、又はリン酸形燃料電池（ＰＡＦＣ：Phosphoric Acid Fuel Cell）を用いてもよい。

（熱電変換モジュール）
図１、図３、及び図５に示すように、発電装置である熱電変換モジュール１０は、枠体３の内部に配設されている。具体的に、熱電変換モジュール１０は、外形が四角形である枠体３の四辺のうちの一辺に沿うようにして枠体３の内部に配設されている。換言すれば、熱電変換モジュール１０は、本体部５に設けられている。

図４に示すように、熱電変換モジュール１０は、Ｐ型半導体材料からなる第１熱電変換素子２１、Ｎ型半導体材料からなる第２熱電変換素子２２、並びに第１熱電変換素子２１及び第２熱電変換素子２２の両端に接合した電極２３ａ、２３ｂを有している。また、熱電変換モジュール１０は、上述した構成部材が絶縁樹脂２４によって被覆された構造を有し、全体として薄型のシート状のモジュールである。

本実施例において、第１熱電変換素子２１及び第２熱電変換素子２２の外形は同一であり、直径が２ｍｍ、長さが５ｍｍから１０ｍｍである。また、第１熱電変換素子２１と第２熱電変換素子２２とは交互に並設されている。そして、隣接する第１熱電変換素子２１と第２熱電変換素子２２とは、小片化された電極２３ａ、２３ｂによって電気的に接続されている。すなわち、熱電変換モジュール１０は、第１熱電変換素子２１と第２熱電変換素子２２とが直列接続された構成を備えている。

電極２３ａ、２３ｂは、平板状の銅板から構成されており、第１熱電変換素子２１及び第２熱電変換素子２２の端部に当接して設けられている。なお、電極２３ａ、２３ｂは、銅板に限定されることなく、他の金属又は導電性を備える他の部材を用いてもよい。

また、図５から分かるように、熱電変換モジュール１０の第１熱電変換素子２１及び第２熱電変換素子２２は、枠体３の内部において、第１透明基材２ａから第２透明基材２ｂに向かって延在している。すなわち、第１熱電変換素子２１及び第２熱電変換素子２２の一端部及び電極２３ａは、第１透明基材２ａ側に位置し、第１熱電変換素子２１及び第２熱電変換素子２２の他端部及び電極２３ｂは、第２透明基材２ｂ側に位置することになる。このような熱電変換モジュール１０の配置構成により、第１透明基材２ａ側と、第２透明基材２ｂ側との間に温度差が生じると、熱電変換モジュール１０は発電することになる。例えば、本実施例に係る自立型調光システム１を家屋の一般的な窓に代えて設置すると、屋内の気温（すなわち、第１透明基材２ａ側の気温）と、屋外の気温（すなわち、第２透明基材２ｂ側の気温）との差により、熱電変換モジュール１０が発電をすることになる。

また、本実施例の熱電変換モジュール１０は、枠体３の一部分に設けられていたが、透明基材２の外縁を囲むように環状に設けられてもよい。すなわち、熱電変換モジュール１０を枠体３の内部の大部分（全体的）に設けてもよく、このような場合には、熱電変換モジュール１０による発電量（起電力）を大きくすることができる。

更に、本実施例においは、発電装置として熱電変換モジュール１０を用いたが、これに限定されることはない。例えば、本実施例に係る自立型調光システム１を家屋の一般的な窓に代えて設置する場合には、太陽光発電モジュールを用いてもよい。このような場合には、太陽光発電モジュールを枠体３の表面（特に、屋外に位置することになる第１透明基材２ａ側の枠体３の表面）、又は透明基材２の表面（特に、屋外に位置することになる第１透明基材２ａの表面）に配設することが好ましい。

＜自立型調光システムの電気的構成＞
次に、図６を参照しつつ、本実施例に係る自立型調光システム１の電気的構成を説明する。ここで、図６は、本実施例に係る自立型調光システム１のブロック図である。

図６に示すように、熱電変換モジュール１０は、配線３１を介してスイッチ３２と電気的に接続している。また、スイッチ３２は、配線３３を介して電気式除湿機９と電気的に接続しているとともに、配線３４を介して加熱部７と電気的に接続している。このような配線構造により、熱電変換モジュール１０は、生成した電力をスイッチ３２を介して電気式除湿機９及び加熱部７に供給できる。

スイッチ３２は、自立型調光システム１の使用者が目視でき且つ容易に操作できる場所に設置されている。例えば、スイッチ３２は、透明基材２又は枠体３に設置されていてもよい。また、自立型調光システム１においては、スイッチ３２を切り換ることにより、熱電変換モジュール１０で生成した電力を電気式除湿機９及び加熱部７のいずれか一方に供給することができるようになっている。すなわち、スイッチ３２は、熱電変換モジュール１０において生成された電力を電気式除湿機９への供給及び非供給を制御する制御手段として機能する。

また、図６に示すように、電気式除湿機９と調光部６とは配管８を介して接続されている。これにより、電気式除湿機９は、スイッチ３２を介して供給される電力を用いて水の分解を行い、当該電気分解により生成した水素を配管８を介して調光部６に供給することができる。また、電気式除湿機９は、スイッチ３２を介して電力が供給されない場合には、配管８を介して調光部６から水素を吸気して蓄電を行う。

更に、図６に示すように、電気式除湿機９は、配線３５を介して加熱部７と電気的に接続している。これにより、電気式除湿機９が蓄電した電力は、配線３５を介して加熱部７に供給される。従って、加熱部７は、スイッチ３２を介して電力が供給されるとともに、電気式除湿機９からも同時に電力が供給されることになる。これにより、調光部６に対する加熱を良好に行うことができる。

なお、本実施例においては、電気式除湿機９への電力の供給及び非供給を制御する制御手段としてスイッチ３２を用いたが、本実施例のような単なる切替用（アナログ式）のスイッチ３２に限定されることはない。電気式除湿機９への電力の供給及び非供給を制御することができれば、自立型調光システム１の環境に応じて電力供給を制御するようなマイクロプロセッサ等を用いてもよい。

また、スイッチ３２は、電気式除湿機９への電力の供給及び非供給のみを制御してもよい。すなわち、熱電変換モジュール１０において生じる電力を加熱部７に供給しない構成としてもよい。このような場合であっても、電気式除湿機９に蓄電された電力が加熱部７に供給されるため、所望のタイミングにて調光部６を加熱することができる。

更に、電気式除湿機９で生成された電力の供給先は、加熱部７に限定されることはなく、電気式除湿機９に対して定期的に電力を要求する装置であれば、任意の電気・電子的装置を用いることができる。例えば、上述したマイクロプロセッサに電力を供給してもよい。

＜自立型調光システムの使用態様＞
次に、図７及び図８を参照しつつ、本実施例に係る自立型調光システム１の使用態様について説明する。ここで、図７及び図８は、本実施例に係る自立型調光システム１における電力、水素、及び熱の流れを説明するためのブロック図である。

本実施例に係る自立型調光システム１は、例えば、家屋の一般的な窓の設置部分に設けられる。すなわち、本実施例に係る透明基材２を窓とし、枠体３を窓枠として使用することになる。また、本実施例においては、透明基材２を構成する第１透明基材２ａが屋外側に配置され、第２透明基材２ｂが屋内側に配置されるが、配置構成が逆になってもよい。

一般的な家屋において、日差しが強く且つ外気が高温となっている場合（例えば、夏）には、太陽光を遮断して屋内の冷房効果を高めることが要求される。このような場合、調光部６の周辺（すなわち、空隙１２内）の水素を減少させ、調光部６の脱水素化を図り、調光部６における可視光の透過率を低下させることが必要となる。調光部６の脱水素化を図るためには、図７に示すように、熱電変換モジュール１０から電気式除湿機９への電力供給を停止し、電気式除湿機９を燃料電池として機能させる。

電気式除湿機９が燃料電池として機能すると、図７に示すように、電気式除湿機９が空隙１２内の水素を吸気することになり、調光部６の周辺の水素が減少して脱水素化を図ることができる。ここで、電気式除湿機９において発生する電力は、加熱部７に供給され、加熱部７において消費されることになる。このような加熱部７における電力の消費がなされることで、電気式除湿機９は継続して電気を生成する必要が生じ、空隙１２内の水素を吸気し続けることになる。すなわち、熱電変換モジュール１０から電気式除湿機９への電力供給が停止すると、電気式除湿機９は空隙１２内の水素を継続的に吸気し、調光部６の脱水素化を継続的に行うことになり、調光部６における可視光の透過率を一定値に維持することができる。

熱電変換モジュール１０から電気式除湿機９への電力供給が停止されると、熱電変換モジュール１０において生成された電力は、スイッチ３２を介して加熱部７に供給されることになる。加熱部７が電気式除湿機９及び熱電変換モジュール１０から供給される電力を使用して調光部６を加熱すると、調光部６の周辺の水素を電気式除湿機９に向けて放出しやすくなり、電気式除湿機９による脱水素化を促進することができる。

このように、電気式除湿機９への電力供給をスイッチ３２によって停止することにより、調光部６における可視光の透過率を容易に低下し、可視光を透過しない状態を維持することができる。

一方、日差しが弱く且つ外気が低温となっている場合（例えば、冬）には、太陽光を透過させて屋内の暖房効果を高めることが要求される。このような場合、調光部６の周辺（すなわち、空隙１２内）の水素を増加させ、調光部６の水素化を図り、調光部６における可視光の透過率を増加させることが必要となる。調光部６の水素化を図るためには、図８に示すように、熱電変換モジュール１０から電気式除湿機９への電力供給を行い、電気式除湿機９を除湿機として機能させる。すなわち、電気式除湿機９において水の電気分解を行う。

電気式除湿機９が除湿機として機能すると、図８に示すように、電気式除湿機９が周辺の水蒸気（水分）を吸気し、電気分解した水素を空隙１２内に供給（排気）することになる。これにより、調光部６の周辺の水素が増加し、調光部６の水素化を図ることができる。ここで、冬においては建物の屋内側の窓部分に結露が生じやすいことから、自立型調光システム１の屋内側には水蒸気が多く存在することになり、電気式除湿機９における水の電気分解を効率よく行うことができる。

なお、上述した日差しが弱く且つ外気が低温となっている場合には、熱電変換モジュール１０において生じる電力が電気式除湿機９において消費され、且つ電気式除湿機９において蓄電されることがないため、加熱部７には電力が供給されることがなくなる。これにより、調光部６が加熱されることがなくなり、調光部６から電気式除湿機９に向けた水素の排出が生じにくくなる。

このように、電気式除湿機９への電力供給をスイッチ３２によって開始することにより、調光部６における可視光の透過率を容易に増加し、可視光を透過する状態を維持することができる。

以上のように、本実施例に係る自立型調光システム１においては、内部に設置された熱電変換モジュール１０及び電気式除湿機９において生じた電力のみを用い、調光部６における可視光の透過率を変更することができる。すなわち、本実施例に係る自立型調光システム１は、外部電源を必要とすることなく、自立型の調光システムとして機能することになる。

＜実施例の効果＞
本実施例に係る自立型調光システム１においては、対向し且つ離間して配置された一対の透明基材２、及び透明基材２を保持しつつ、透明基材２とともに空隙１２を形成する枠体３からなる本体部５と、空隙１２内に配設され、水素化・脱水素化によって可逆的に光学特性を変化する調光素子６ａを備える調光部６と、本体部５に配設された発電装置である熱電変換モジュール１０と、熱電変換モジュール１０において生成された電力の供給時に電気分解によって水素を生成して空隙１２に供給し、熱電変換モジュール１０において生成された電力の非供給時に空隙１２内の水素を用いて蓄電を行う水素吸排気部である電気式除湿機９と、熱電変換モジュール１０において生成された電力の電気式除湿機９への供給及び非供給を制御するスイッチ３２とを有している。

上述した自立型調光システム１においては、システム内に設けられた電気式除湿機９及び熱電変換モジュール１０のみを電力源として利用し、外部電源を必要としないため、システム自体の小型化及びコスト低減を容易に図ることができる。

また、本実施例の自立型調光システム１においては、電気式除湿機９の電気分解及び蓄電機能を切り換えて利用することで、空隙１２に対する水素の供給及び空隙１２からの水素の排気を容易に行うことができる。このため、水素の供給及び排気を行うためのポンプが不要となり、システム自体の小型化及びコスト低減を容易に図ることができる。

更に、本実施例の電気式除湿機９は、周辺の空気中の水蒸気及び酸素、並びに空隙１２内の水素を利用して電気分解及び蓄電をなすため、調光部６の水素化・脱水素化のために必要な気体をボンベ等に準備する必要がない。これにより、システム自体の小型化及びコスト低減を容易に図ることができる。

本実施例に係る自立型調光システム１においては、電気式除湿機９において蓄電した電力を利用して調光部６を加熱する加熱部７が設けられており、電気式除湿機９への電力の非供給時に、熱電変換モジュール１０から当該加熱部７に電力が供給される。このような構成により、電気式除湿機９を継続的に燃料電池として機能させることができ、調光部６における可視光の透過率を低下させた状態に維持することができる。また、加熱部７によって調光部６が加熱されることになり、空隙１２内の水素が放出されやすくなり、調光部６の脱水素化を促進することができる。

本実施例に係る自立型調光システム１の熱電変換モジュール１０は、枠体３内において第１透明基材２ａから第２透明基材２ｂに向かって延在する複数の熱電変換素子（第１熱電変換素子２１、第２熱電変換素子２２）が配設された構造を備えている。このような熱電変換モジュール１０の構造により、自立型調光システム１が設けられる家屋の内外の気温差に連動させて、自立型調光システム１を作動させることができる。

１自立型調光システム
２透明基材
２ａ第１透明基材
２ｂ第２透明基材
３枠体
５本体部
６調光部
６ａ調光素子
６ｂ触媒層
７加熱部
８配管
９電気式除湿機（水素吸排気部）
１０熱電変換モジュール
１１貫通孔
１２空隙
２１第１熱電変換素子
２２第２熱電変換素子
２３ａ、２３ｂ電極
２４絶縁樹脂
３１、３３、３４、配線
３２スイッチ

Claims

対向し且つ離間して配置された一対の透明基材、及び前記一対の透明基材を保持しつつ、前記一対の透明基材とともに空隙を形成する枠体からなる本体部と、
前記空隙内に配設され、水素化・脱水素化によって可逆的に光学特性を変化する調光素子を備える調光部と、
前記本体部に配設された発電装置と、
前記発電装置において生成された電力の供給時に電気分解によって水素を生成して前記空隙に供給し、前記発電装置において生成された電力の非供給時に前記空隙内の前記水素を用いて発電を行う水素吸排気部と、
前記発電装置において生成された電力の前記水素吸排気部への供給及び非供給を制御する制御手段と、を有する自立型調光システム。
前記水素吸排気部において発電した電力を利用して前記調光部を加熱する加熱部を有する請求項１に記載の自立型調光システム。
前記発電装置は、前記水素吸排気部への前記電力の非供給時に前記加熱部に前記電力を供給する請求項２に記載の自立型調光システム。
前記発電装置は、前記枠体内において前記一対の透明基材の一方から他方に向かって延在する複数の熱電変換素子が配設された構造を備える熱電変換モジュールである請求項１乃至３のいずれか１項に記載の自立型調光システム。
前記発電装置は、前記枠体の表面に配設された太陽光発電モジュールである請求項１乃至３のいずれか１項に記載の自立型調光システム。
前記加熱部は、前記調光部に接触して配設されたシート状のヒータからなる請求項２又は３に記載の自立型調光システム。
前記加熱部は、前記一対の透明基材に内蔵されたヒータ配線からなる請求項２又は３に記載の自立型調光システム。