JPWO2016051786A1 - パネルユニット - Google Patents

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Abstract

外形を変化させることなく熱伝導率を大きく変化させるパネルユニットを提案する。パネルユニットは、第一パネル(1)と、空間(S1)を介して第一パネル(1)に対向する第二パネル(2)と、空間(S1)を周囲から仕切る仕切り部(3)と、切替機構(4)とを具備する。切替機構(4)は、空間(S1)に位置し、第一パネル(1)と第二パネル(2)の間の熱伝導率を切り替える。切替機構(4)は、熱伝導性を有する接続体(40)を少なくとも一つ備え、接続体(40)が第一パネル(1)又は第二パネル(2)に非接触である第一状態と、接続体(40)が第一パネル(1)と第二パネル(2)の両方に接触する第二状態との間で、切替自在である。

Description

本発明は、パネルユニットに関し、詳しくは、第一パネルと第二パネルの間に空間を備え、第一パネルと第二パネルの間の熱伝導率を自在に切り替えることのできるパネルユニットに関する。
日本国特許出願公開番号2008−32071(以下「文献1」という。)には、熱伝導率を調節することのできる断熱材が記載されている。前記断熱材においては、断熱容器中の内圧の変化で、熱伝導率が調節される。
日本国特許出願公開番号2010−25511(以下「文献2」という。)には、熱伝導率を変化させることのできる板材が記載されている。前記板材においては、外被材で覆われた空間内に、2枚の板状の熱伝導性素材と、気体量を制御する機構とが配されており、気体量の制御によって外被材の厚みが変更される。前記板材では、外被材の厚みが小さな状態において、2枚の熱伝導性素材同士が接触して伝熱経路が形成される。外被材の厚みが大きな状態においては、2枚の熱伝導素材の間に隙間が設けられ、伝熱経路が遮断される。
文献1に記載された断熱材は、内圧の変化によって熱伝導率を変化させる構成であるから、熱伝導率の変化は10倍程度である。
文献2に記載された板材では、熱伝導率の変化は100倍程度である。しかし、前記板材においては、2枚の熱伝導性素材の間の伝熱経路を遮断するために、外被材の厚みを増大させる必要があり、熱伝導率を変化させる際に全体の外形が変化する。
本発明は、外形を変化させることなく熱伝導率を大きく変化させることのできるパネルユニットを提案することを、目的とする。
本発明の一態様に係るパネルユニットは、第一パネルと、第二パネルと、仕切り部と、切替機構とを具備する。
前記第二パネルは、空間を介して前記第一パネルに対向する。
前記仕切り部は、前記第一パネルと前記第二パネルの間に位置し、前記空間を周囲の他の空間から仕切る。
前記切替機構は、前記空間に位置し、前記第一パネルと前記第二パネルの間の熱伝導率を切り替えることができる。
前記切替機構は、熱伝導性を有する接続体を少なくとも一つ備え、前記接続体が前記第一パネル又は前記第二パネルに非接触である第一状態と、前記接続体が前記第一パネルと前記第二パネルの両方に熱伝導可能に接触する第二状態との間で、切替自在である。
本発明の一態様に係るパネルユニットにおいて、前記空間は、減圧されるか又は断熱性の気体が充填された断熱空間であることが好ましい。
本発明の一態様に係るパネルユニットにおいて、前記空間は、減圧された断熱空間であり、前記空間内の気体の平均自由工程λと、前記第一パネルと前記第二パネルの間の距離Dとが、λ/D>0.3の関係にあることが好ましい。
本発明の一態様に係るパネルユニットは、前記第一パネルと前記第二パネルの間の距離を保持するスペーサーを、更に具備することが好ましい。
本発明の一態様に係るパネルユニットにおいて、前記接続体は、前記第一パネルと前記第二パネルの一方に固定された固定端と、前記第一パネルと前記第二パネルのいずれにも固定されない可動端とを備え、前記可動端は、前記第一パネルと前記第二パネルの他方に対して、前記第一状態において非接触であり、前記第二状態において熱伝導可能に接触することが好ましい。
本発明の一態様に係るパネルユニットにおいて、前記可動端は、前記接続体に与える電気エネルギーを変化させることで、前記空間内で変位するように構成されることが好ましい。
本発明の一態様に係るパネルユニットにおいて、前記接続体は、前記空間内の電場を変化させることで、前記可動端が前記空間内で変位するように、全部又は一部が導体で形成されることが好ましい。
本発明の一態様に係るパネルユニットにおいて、前記接続体は、電圧が印加されることで、前記可動端が前記空間内で変位するように、全部又は一部が圧電アクチュエーターで形成されることが好ましい。
本発明の一態様に係るパネルユニットにおいて、前記接続体は、電圧が印加されると、前記可動端を前記空間内で変位させる電気的斥力が発生するように構成されることが好ましい。
本発明の一態様に係るパネルユニットにおいて、前記接続体は、電圧が印加されることで、前記可動端が前記空間内で変位するように、全部又は一部が静電アクチュエーターで形成されることが好ましい。
本発明の一態様に係るパネルユニットにおいて、前記可動端は、前記接続体に与える磁気エネルギーを変化させることで、前記空間内で変位するように構成されることが好ましい。
本発明の一態様に係るパネルユニットにおいて、前記接続体は、前記空間内の磁場を変化させることで、前記可動端が前記空間内で変位するように、全部又は一部が磁性体で形成されることが好ましい。
本発明の一態様に係るパネルユニットにおいて、前記可動端は、前記接続体に与える熱エネルギーを変化させることで、前記空間内で変位するように構成されることが好ましい。
本発明の一態様に係るパネルユニットにおいて、前記接続体は、前記空間内の温度を変化させることで、前記可動端が前記空間内で変位するように、全部又は一部がバイメタルで形成されることが好ましい。
本発明の一態様に係るパネルユニットにおいて、前記接続体は、前記空間内の温度を変化させることで、前記可動端が前記空間内で変位するように、全部又は一部が形状記憶合金で形成されることが好ましい。
図1Aは、実施形態1のパネルユニットの第一状態を概略的に示す断面図であり、図1Bは、実施形態1のパネルユニットの第二状態を概略的に示す断面図である。 図2Aは、実施形態2のパネルユニットの第一状態を概略的に示す断面図であり、図2Bは、実施形態1のパネルユニットの第二状態を概略的に示す断面図である。 図3Aは、実施形態3のパネルユニットの第一状態を概略的に示す要部断面図であり、図3Bは、実施形態3のパネルユニットの第二状態を概略的に示す要部断面図である。 図4Aは、実施形態4のパネルユニットの第一状態を概略的に示す要部断面図であり、図4Bは、実施形態4のパネルユニットの第二状態を概略的に示す要部断面図である。 図5Aは、実施形態5のパネルユニットの第一状態を概略的に示す要部断面図であり、図5Bは、実施形態5のパネルユニットの第二状態を概略的に示す要部断面図である。 図6Aは、実施形態6のパネルユニットの第一状態を概略的に示す断面図であり、図6Bは、実施形態6のパネルユニットの第二状態を概略的に示す断面図である。 図7Aは、実施形態7のパネルユニットの第一状態を概略的に示す断面図であり、図7Bは、実施形態7のパネルユニットの第二状態を概略的に示す断面図である。 図8Aは、実施形態1乃至7のパネルユニットのいずれかを用いて構成した建物を概略的に示す断面図であり、図8Bは、実施形態1乃至7のパネルユニットのいずれかを用いて構成した雰囲気焼成炉を概略的に示す断面図であり、図8Cは、実施形態1乃至7のパネルユニットのいずれかを用いて構成したエンジンを概略的に示す正面図である。
(実施形態1)
図1Aと図1Bには、実施形態1のパネルユニットを、概略的に示している。本実施形態のパネルユニットでは、第一パネル1と第二パネル2との間に、仕切り部3で密閉された空間S1を形成している。空間S1内に設けた切替機構4が、電気エネルギーにより動作することで、本実施形態のパネルユニットの熱伝導率が切り替えられる。
ここでの熱伝導率は、第一パネル1と第二パネル2の間での熱伝導のしやすさを示す値であり、具体的には、第一パネル1と第二パネル2の間において、単位時間あたりに単位面積を通過する熱量を、温度勾配で割った値[W/mK]を意味する。
第一パネル1と第二パネル2の間の熱伝導率が大きいとは、第一パネル1と第二パネル2の間で熱が伝わりやすい状態にあることを意味する。第一パネル1と第二パネル2の間の熱伝導率が小さいとは、第一パネル1と第二パネル2の間で熱が伝わりにくい状態(言い換えれば、断熱性が高い状態)にあることを意味する。
第一パネル1と第二パネル2は、互いに対向して位置する。第一パネル1と第二パネル2は、互いに平行である。ここでの平行は、厳密に平行であることを意味せず、多少の傾きは許容される。
第一パネル1は、アルミニウムを用いて成形された、ガスバリア性を有するパネル10を備える。パネル10は、高いガスバリア性を有する材料であれば、ガラス等の他の材料で成形することも可能である。
パネル10のうち第二パネル2と対向する側の面には、薄膜状の誘電体11が積層されている。第一パネル1は、パネル10と誘電体11で構成される。
第二パネル2は、アルミニウムを用いて成形された、ガスバリア性を有するパネル20を備える。パネル20は、高いガスバリア性を有する材料であれば、ガラス等の他の材料で成形することも可能である。
パネル20のうち第一パネル1と対向する側の面には、薄膜状の誘電体21が積層されている。第二パネル2は、パネル20と誘電体21で構成される。
第一パネル1と第二パネル2の間には、僅かな距離Dを隔てて空間S1が位置する。本実施形態のパネルユニットでは、第一パネル1の誘電体11と、第二パネル2の誘電体21との間に、微小な空間S1が位置する。
更に、本実施形態のパネルユニットは、第一パネル1と第二パネル2の間に位置する仕切り部3と、第一パネル1と第二パネル2の間に位置する複数のスペーサー5,5…とを備える。
仕切り部3は、第一パネル1と第二パネル2の間に位置する空間S1を、周囲の他の空間から仕切ることで、空間S1を密閉空間とする。仕切り部3は、空間S1を全周に亘って囲む枠状の隔壁である。
仕切り部3は、ガスバリア性と断熱性を有する接着剤を用いて、枠状に形成される。第一パネル1と第二パネル2は、仕切り部3を介して互いに接着される。
空間S1は、いずれもガスバリア性を有する第一パネル1、第二パネル2及び仕切り部3によって、外部の空間から通気不能に密閉されている。
密閉された空間S1は、ポンプを用いて内部の空気を排気することで、所定値以下の圧力にまで減圧された断熱空間となっている。前記所定値は、例えば0.1[Pa]である。0.1[Pa]以下の圧力にまで減圧された空間は、いわゆる真空空間である。
密閉された空間S1を、本実施形態のパネルユニットのように減圧された断熱空間とするのでなく、Ar、Kr等の断熱性の高い気体が充填された断熱空間とすることも可能である。
また、ガスバリア性を有さない断熱性の材料(ガラス繊維、樹脂繊維等)で仕切り部3が形成されることも可能である。この場合、空間S1が気密性を有さない空間となる。
複数のスペーサー5,5…は、第一パネル1と第二パネル2の間の距離Dを保持するための部材である。
複数のスペーサー5,5…は、空間S1内において、互いに距離を隔てて分散配置される。空間S1には、スペーサー5が少なくとも一つ配置されればよい。各スペーサー5は、断熱性の高い材料を用いて形成され、例えば柱状の形状を有する。各スペーサー5は、透明の材料で形成されることが可能である。
本実施形態のパネルユニットが備える切替機構4は、空間S1に位置し、外部から与えられる電気エネルギーにより動作することで、第一パネル1と第二パネル2の間の熱伝導率を切り替える。
切替機構4は、空間S1内に位置する複数の接続体40,40…を備える。各接続体40は、アルミニウム等の熱伝導性を有する金属(導体)を用いて、形成される。図中では、簡略化のため二つの接続体40,40を示しているが、3以上の接続体40,40…を備えることや、一つの接続体40だけを備えることも可能である。
各接続体40は、固定端400、可動端401及び連結部402を、一体に有する。
固定端400は、第一パネル1のうち第二パネル2と対向する面に、接地電極41を介して固定される。固定端400は、空間S1において変位不能である。
可動端401は、第一パネル1に対して固定されない部分であり、且つ、第二パネル2に対して固定されない部分である。可動端401は、連結部402を介して固定端400に連結されている。可動端401の空間S1内での変位は、連結部402によって所定範囲に規制される。
本実施形態のパネルユニットは、第一パネル1と第二パネル2に対する電圧印加の形態が切り替わることで、空間S1に生じる電場が変化するように構成されている。
図1Aには、第一パネル1側に電圧が印加され、第二パネル2側が接地された状態を示している。この状態が、本実施形態のパネルユニットの第一状態である。
第一パネル1側に電圧が印加されたとき、空間S1に生じる電場は、該電場内に位置するアルミニウム製の可動端401に対して、第一パネル1に近づく方向の電気的引力を発生させる。
第一状態において、各接続体40の一部である可動端401は、第一パネル1(誘電体11)に接触する。第一状態において、各接続体40の固定端400と可動端401は、共に第一パネル1と接触する。これに対して、各接続体40は、いずれの部分も第二パネル2に接触しない。
図1Bには、第二パネル2側に電圧が印加され、第一パネル1側が接地された状態を示している。この状態が、本実施形態のパネルユニットの第二状態である。
第二パネル2側に電圧が印加されたとき、空間S1に生じる電場は、該電場内に位置するアルミニウム製の可動端401に対して、第二パネル2に近づく方向の電気的引力を発生させる。第一状態と第二状態とでは、空間S1に生じる電場の向きが、互いに逆方向である。
第二状態において、各接続体40の一部である可動端401は、第二パネル2(誘電体21)に接触する。第二状態において、各接続体40の固定端400は、接地電極41を介して第一パネル1側に接触している。第一パネル1と第二パネル2は、各接続体40を通じて熱伝導可能な状態にある。
以上のように、本実施形態のパネルユニットでは、空間S1内に位置する各接続体40が第一パネル1にだけ熱伝導可能に接触する第一状態と、各接続体40が第一パネル1と第二パネル2の両方に熱伝導可能に接触する第二状態との間で、切替自在である。
第一状態では、第一パネル1と第二パネル2の間に、断熱空間である空間S1が位置し、且つ、第一パネル1と第二パネル2に接触する仕切り部3やスペーサー5,5…は断熱性を有する。
そのため、本実施形態のパネルユニットは、第一状態では高い断熱性を有し、第一パネル1と第二パネル2の間の熱伝導率は非常に小さな値となる。
これに対して、本実施形態のパネルユニットは、第二状態では低い断熱性を有し、第一パネル1と第二パネル2の間の熱伝導率は、第一状態での熱伝導率と比べて非常に大きな値となる。
特に、本実施形態のパネルユニットは、空間S1が真空にまで減圧された減圧空間であり、空間S1は高い断熱性を有する。そのため、第一状態での熱伝導率に対して、第二状態での熱伝導率を10000倍以上に変化させることも可能である。
本実施形態のパネルユニットにおいては、第一状態と第二状態の切り替えに際して空間S1内の各接続体40が変形するだけであり、パネルユニットの外形が変化しないという利点もある。
また、本実施形態のパネルユニットのように空間S1が減圧された断熱空間である場合、空間S1内の気体の平均自由工程(λ)[m]と、第一パネル1と第二パネル2の間の距離(D)[m]とが、下記(式1)の関係にあれば、熱伝導率が距離(D)に依存しないという利点が得られる。
λ/D>0.3 ・・・(式1)
つまり、(式1)の関係を満たせば、第一状態のときに高い断熱性を有するパネルユニットを、薄型に形成することが容易となる。換言すれば、第一状態と第二状態とで熱伝導率を大きく変化させることのできるパネルユニットを、薄型に形成することができる。
(実施形態2)
図2Aと図2Bには、実施形態2のパネルユニットを、概略的に示している。
以下において、本実施形態の構成のうち実施形態1と同様の構成については、詳しい説明を省略し、実施形態1とは相違する構成について、図面に基づいて詳述する。図中では、実施形態1と同様の構成に同一符号を付している。
本実施形態のパネルユニットでは、実施形態1のパネルユニットと同様に、第一パネル1と第二パネル2との間に、仕切り部3で密閉された空間S1を形成している。空間S1内に設けられた切替機構4は、電気エネルギーにより動作し、熱伝導率を切り替える。
本実施形態のパネルユニットでは、空間S1に位置する各接続体40の少なくとも一部が、ばね性を有する。各接続体40では、固定端400と可動端401を機械的に且つ熱的に連結させる連結部402が、弾性変形可能な部分である。連結部402は、少なくとも一部が弾性変形可能な構造であればよい。
空間S1内で可動端401に電気的引力が働いたときに、連結部402が弾性変形して伸び、可動端401は変位する。可動端401に電気的引力が働かなくなれば、連結部402は元の形態に戻り、可動端401は元の位置に変位する。
本実施形態のパネルユニットでは、第一パネル1が備えるパネル10の第二パネル2に対向する側の面に、接地電極12が積層されている。第二パネル2が備えるパネル20の第一パネル1に対向する側の面には、電極22と誘電体21が積層されている。電極22は、パネル20と誘電体21の間に位置する。
本実施形態のパネルユニットは、第一パネル1と第二パネル2に対する電圧印加の形態(電圧印加のオンオフ)が切り替わることで、空間S1に生じる電場が変化するように構成されている。
図2Aには、第二パネル2の電極22が接地され、第一パネル1と第二パネル2に電圧印加が行われない状態を示している。この状態が、本実施形態のパネルユニットの第一状態である。第一状態において、空間S1には、アルミニウム製の可動端401に電気的引力を発生させる電場が生じない。
空間S1において、可動端401は連結部402に支持され、第二パネル2からは距離を隔てた位置に維持される。
図2Bには、第二パネル2の電極22に電圧が印加された状態を示している。この状態が、本実施形態のパネルユニットの第二状態である。
第二パネル2の電極22に電圧が印加されたとき、空間S1に電場が生じる。この電場は、アルミニウム製の可動端401に対して、第二パネル2に近づく方向の電気的引力を発生させる。
第二状態で発生する電気的引力によって、各接続体40の一部である可動端401は、第二パネル2に対して、熱伝導可能に接触する。第二状態において、各接続体40の固定端400は、第一パネル1の接地電極12に対して、熱伝導可能に接触している。第一パネル1と第二パネル2は、各接続体40を通じて熱伝導可能な状態にある。
以上のように、本実施形態のパネルユニットにおいては、空間S1内に位置する各接続体40が、図2Aに示す第一状態と、図2Bに示す第二状態との間で、切替自在である。
第一状態では、第一パネル1と第二パネル2の間の熱伝導率は非常に小さな値である。第二状態では、第一パネル1と第二パネル2の間の熱伝導率は、第一状態と比べて非常に大きな値(例えば10000倍程度)となる。
本実施形態のパネルユニットでは、第一状態に維持するときには電圧印加が不要であるという利点が、更に得られる。
図中には、簡略化のため二つの接続体40,40を示しているが、3以上の接続体40,40…を備えることや、一つの接続体40だけを備えることも可能である。
(実施形態3)
図3Aと図3Bには、実施形態3のパネルユニットの要部を、概略的に示している。
以下において、本実施形態の構成のうち実施形態1と同様の構成については、詳しい説明を省略し、実施形態1とは相違する構成について、図面に基づいて詳述する。図中では、実施形態1と同様の構成に同一符号を付している。
本実施形態のパネルユニットでは、実施形態1のパネルユニットと同様に、第一パネル1と第二パネル2との間に、仕切り部3で密閉された空間S1を形成している。空間S1内に設けられた切替機構4は、電気エネルギーにより動作し、熱伝導率を切り替える。
本実施形態のパネルユニットでは、切替機構4が備える各接続体40が、圧電アクチュエーター42で形成されている。圧電アクチュエーター42は、電圧が印加されると伸縮する性質を有する圧電素子を、複数層重ねることで形成されたアクチュエーターである。
本実施形態のパネルユニットが備える接続体40は、その全部が圧電アクチュエーター42で形成されている。圧電アクチュエーター42の一端が、接続体40の固定端400であり、固定端400とは反対側に位置する圧電アクチュエーター42の他端が、接続体40の可動端401である。接続体40の一部だけが圧電アクチュエーター42で形成されることも可能である。
第一パネル1は、ガスバリア性を有するパネル10を備える。第二パネル2は、ガスバリア性を有するパネル20を備える。第一パネル1が備えるパネル10のうち、第二パネル2と対向する面には、圧電アクチュエーター42に電圧を印加することのできる電極43が、積層されている。
電極43を介して圧電アクチュエーター42に所定の電圧が印加されたときに、圧電アクチュエーター42が変形し、可動端401が変位する。圧電アクチュエーター42への電圧印加がなくなれば、圧電アクチュエーター42は元の形態に戻り、可動端401は元の位置に変位する。
本実施形態のパネルユニットは、圧電アクチュエーター42に対する電圧印加の形態(電圧印加のオンオフ)が切り替わることで、空間S1内で圧電アクチュエーター42の形状が変化するように構成されている。
図3Aには、圧電アクチュエーター42に電圧が印加されない状態を示している。この状態が、本実施形態のパネルユニットの第一状態である。第一状態において、可動端401は、第二パネル2から距離を隔てた位置にある。
図3Bには、圧電アクチュエーター42に所定の電圧が印加された状態を示している。この状態が、本実施形態のパネルユニットの第二状態である。
第二状態において、圧電アクチュエーター42は電圧印加により変形し、接続体40の可動端401は、第二パネル2に対して熱伝導可能に接触する。第二状態において、固定端400は、第一パネル1に対して熱伝導可能に接触している。第一パネル1と第二パネル2は、接続体40を形成する圧電アクチュエーター42を通じて、熱伝導可能な状態にある。
以上のように、本実施形態のパネルユニットにおいては、空間S1内に位置する各接続体40が電気エネルギー(各接続体40に対する電圧印加)により動作することで、図3Aに示す第一状態と、図3Bに示す第二状態との間で、切替自在である。
本実施形態のパネルユニットでは、第一状態に維持するときに電圧印加が不要であるという利点や、比較的小さな電圧で各接続体40を素早く変形可能であるという利点や、電極43を第一パネル1側に形成するだけでよいという利点が、更に得られる。
図中には、簡略化のため接続体40を一つだけ示しているが、接続体40は空間S1に一つ又は複数備えることが可能である。
(実施形態4)
図4Aと図4Bには、実施形態4のパネルユニットの要部を、概略的に示している。
以下において、本実施形態の構成のうち実施形態1と同様の構成については、詳しい説明を省略し、実施形態1とは相違する構成について、図面に基づいて詳述する。図中では、実施形態1と同様の構成に同一符号を付している。
本実施形態のパネルユニットでは、実施形態1のパネルユニットと同様に、第一パネル1と第二パネル2との間に、仕切り部3で密閉された空間S1を形成している。空間S1内に設けられた切替機構4は、電気エネルギーにより動作し、熱伝導率を切り替える。
本実施形態のパネルユニットでは、切替機構4が備える各接続体40が、互いに離れる方向に電気的斥力を発生させることができ且つ熱伝導性を有する部材44a,44bで、形成されている。部材44a,44bは対をなし、一方の部材44a(以下「第一部材44a」という。)が第一パネル1に固定され、他方の部材44b(以下「第二部材44b」という。)が固定端400と可動端401を有する。
第一部材44aと第二部材44bは、互いに対向して位置する。第一部材44aと第二部材44bは共に、第一パネル1が備える電極45に対して、電気的に接続されている。
第一パネル1は、ガスバリア性を有するパネル10を備える。第二パネル2は、ガスバリア性を有するパネル20を備える。第一パネル1が備えるパネル10のうち、第二パネル2と対向する面に、電極45が積層されている。
電極45を介して、第一部材44aと第二部材44bに所定の電圧が印加されたときに、第一部材44aと第二部材44bの間には電気的斥力が発生し、第二部材44bが変形する。第二部材44bが変形することで、可動端401は、第二パネル2と熱伝導可能に接触する位置にまで、変位する。
電極45への電圧印加がなくなれば、第二部材44bは元の形態に戻り、可動端401は元の位置に変位する。
図4Aには、電極45に電圧が印加されず、接地された状態を示している。この状態が、本実施形態のパネルユニットの第一状態である。第一状態において、可動端401は、第二パネル2から距離を隔てた位置にある。
図4Bには、電極45に所定の電圧が印加された状態を示している。この状態が、本実施形態のパネルユニットの第二状態である。第二状態において、対をなす第一部材44aと第二部材44bのうち、少なくとも第二部材44bは電気的斥力により変形し、可動端401が、第二パネル2に対して熱伝導可能に接触する。第二状態において、固定端400は第一パネル1側に熱伝導可能に接触している。第一パネル1と第二パネル2は、接続体40を形成する第一部材44aや第二部材44bを通じて、熱伝導可能な状態にある。
以上のように、本実施形態のパネルユニットにおいては、空間S1内に位置する各接続体40の第二部材44bが電気エネルギー(第一部材44aとの間で生じる電気的斥力)により動作することで、図4Aに示す第一状態と、図4Bに示す第二状態との間で、切替自在である。
本実施形態のパネルユニットでは、第一状態に維持するときには電圧印加が不要であるという利点や、電極45を第一パネル1側に形成するだけでよいという利点が、更に得られる。
図中には、簡略化のため接続体40を一つだけ示しているが、接続体40は空間S1に一つ又は複数備えることが可能である。
(実施形態5)
図5Aと図5Bには、実施形態5のパネルユニットの要部を、概略的に示している。
以下において、本実施形態の構成のうち実施形態1と同様の構成については、詳しい説明を省略し、実施形態1とは相違する構成について、図面に基づいて詳述する。図中では、実施形態1と同様の構成に同一符号を付している。
本実施形態のパネルユニットでは、実施形態1のパネルユニットと同様に、第一パネル1と第二パネル2との間に、仕切り部3で密閉された空間S1を形成している。空間S1内に設けられた切替機構4は、電気エネルギーにより動作し、熱伝導率を切り替える。
本実施形態のパネルユニットでは、切替機構4が備える各接続体40が、静電アクチュエーター46で形成されている。静電アクチュエーター46は、電圧が印加されると静電力によって収縮するように設けたアクチュエーターである。
静電アクチュエーター46は、例えば二本のリボン状の電極体460,461が交互に折り重なり、全体がばね性を有するように構成される。電極体460,461は熱伝導性を有する。
接続体40を形成する静電アクチュエーター46の一端が、接続体40の固定端400であり、固定端400とは反対側に位置する静電アクチュエーター46の他端が、接続体40の可動端401である。接続体40の一部だけが、静電アクチュエーター46で形成されることも可能である。
第一パネル1は、ガスバリア性を有するパネル10を備える。第二パネル2は、ガスバリア性を有するパネル20を備える。第一パネル1が備えるパネル10のうち、第二パネル2と対向する面には、静電アクチュエーター46に電圧を印加することのできる電極462,463が、積層されている。電極462は、静電アクチュエーター46が備える二本の電極体460,461の一方に電気接続され、電極463は、二本の電極体460,461の他方に電気接続される。
電極462,463を介して、静電アクチュエーター46が備える二本の電極体460,461間に所定の電圧が印加されたときに、静電アクチュエーター46が収縮し、これに伴って可動端401が変位する。静電アクチュエーター46への電圧印加がなくなれば、静電アクチュエーター46は自身のばね性で元の形態に戻り、可動端401は元の位置に変位する。
本実施形態のパネルユニットは、静電アクチュエーター46に対する電圧印加の形態(電圧印加のオンオフ)が切り替わることで、空間S1内で静電アクチュエーター46の形状が変化するように構成されている。
本実施形態のパネルユニットでは、図5Aに示す状態が、可動端401が第二パネル2から距離を隔てて位置する第一状態である。第一状態では、静電アクチュエーター46に電圧が印加されることで、静電アクチュエーター46が収縮した形態に維持されている。
図5Bに示す状態が、可動端401が第二パネル2に対して熱伝導可能に接触する第二状態である。第二状態では、静電アクチュエーター46に電圧が印加されない。第二状態において、固定端400は第一パネル1側に熱伝導可能に接触している。第一パネル1と第二パネル2は、接続体40を形成する静電アクチュエーター46を通じて、熱伝導可能な状態にある。
以上のように、本実施形態のパネルユニットにおいては、空間S1内に位置する各接続体40が電気エネルギー(電極体460,461間の静電力)により動作することで、図5Aに示す第一状態と、図5Bに示す第二状態との間で、切替自在である。
本実施形態のパネルユニットでは、第二状態に維持するときに電圧印加が不要であるという利点や、比較的小さな電圧で各接続体40を素早く変形可能であるという利点が、更に得られる。
図中には、簡略化のため接続体40を一つだけ示しているが、接続体40は空間S1に一つ又は複数備えることが可能である。
(実施形態6)
図6Aと図6Bには、実施形態6のパネルユニットを、概略的に示している。
以下において、本実施形態の構成のうち実施形態1と同様の構成については、詳しい説明を省略し、実施形態1とは相違する構成について、図面に基づいて詳述する。図中では、実施形態1と同様の構成に同一符号を付している。
本実施形態のパネルユニットでは、実施形態1のパネルユニットと同様に、第一パネル1と第二パネル2との間に、仕切り部3で密閉された空間S1を形成している。空間S1内に設けられた切替機構4が動作し、熱伝導率を切り替える。
本実施形態のパネルユニットでは、実施形態1のパネルユニットのように、接続体40に付与される電気エネルギーが変化するのではなく、接続体40に付与される磁気エネルギーが変化する。
本実施形態のパネルユニットにおいて、第一パネル1は、ガスバリア性を有するパネル10を備える。第二パネル2は、ガスバリア性を有するパネル20を備える。対向するパネル10,20間には、空間S1が形成されている。対向するパネル10,20間には、仕切り部3やスペーサー5,5…が位置する。
第一パネル1が備えるパネル10のうち、第二パネル2と対向する面には、複数の接続体40,40…が固定されている。
各接続体40は、その全部又は一部が、熱伝導性を有する磁性体で形成される。各接続体40は、固定端400、可動端401及び連結部402を一体に有する。固定端400が、第一パネル1が備えるパネル10に対して、熱伝導性を有する接着部47を介して、固定されている。
更に、本実施形態のパネルユニットが備える切替機構4は、空間S1内の磁場を変化させる電磁石ブロック48を備えている。電磁石ブロック48は、第二パネル2を基準として第一パネル1とは反対側に位置する。本実施形態のパネルユニットでは、第二パネル2が備えるパネル20のうち、空間S1側を向く面とは反対側の面に、電磁石ブロック48が積層されている。
電磁石ブロック48は、複数の電磁コイル480,480…を内蔵する。複数の電磁コイル480,480…は、空間S1に存在する複数の接続体40,40…に対して、一対一で対応する位置にある。複数の電磁コイル480,480…は、電圧印加によって、互いに同一の方向に向けて磁界を発生させる。
電磁石ブロック48に電圧が印加されたとき、複数の電磁コイル480,480…がそれぞれ空間S1内に磁界を発生させ、磁気力によって可動端401を変位させる。
本実施形態のパネルユニットは、電磁石ブロック48に対する電圧印加の形態が切り替わることで、空間S1に生じる磁場が変化するように構成されている。
図6Aには、本実施形態のパネルユニットの第一状態を示している。第一状態にあるとき、空間S1に生じる磁場は、該磁場内に位置する磁性体の可動端401に対して、第一パネル1に近づく方向の磁気力を発生させる。
第一状態において、各接続体40の固定端400と可動端401は、共に第一パネル1に対して熱伝導可能に接触し、第二パネル2には接触しない。
図6Bには、本実施形態のパネルユニットの第二状態を示している。第二状態にあるとき、空間S1に生じる磁場は、該磁場内に位置する磁性体の可動端401に対して、第二パネル2に近づく方向の磁気力を発生させる。第一状態と第二状態とでは、空間S1に生じる磁場の向きが、互いに逆方向である。
第二状態において、各接続体40の固定端400は、第一パネル1に対して熱伝導可能に接触する。可動端401は、第二パネル2に対して熱伝導可能に接触する。第一パネル1と第二パネル2は、各接続体40を通じて熱伝導可能な状態となる。
以上のように、本実施形態のパネルユニットにおいては、熱伝導性を有する材料で形成された各接続体40が、第一パネル1にだけ熱伝導可能に接触する第一状態と、第一パネル1と第二パネル2の両方に熱伝導可能に接触する第二状態との間で、切替自在である。本実施形態のパネルユニットは、第一状態では熱伝導率を非常に低く設定し、第二状態では熱伝導率を第一状態に比べて非常に大きく設定することが可能である。
本実施形態のパネルユニットにおいても、第一状態と第二状態では空間S1内の各接続体40が変形するだけであり、パネルユニットの外形が変化しないという利点がある。
図中には、簡略化のため二つの接続体40,40を示しているが、3以上の接続体40,40…を備えることや、一つの接続体40だけを備えることも可能である。
(実施形態7)
図7Aと図7Bには、実施形態7のパネルユニットを、概略的に示している。
以下において、本実施形態の構成のうち実施形態1と同様の構成については、詳しい説明を省略し、実施形態1とは相違する構成について、図面に基づいて詳述する。図中では、実施形態1と同様の構成に同一符号を付している。
本実施形態のパネルユニットでは、実施形態1のパネルユニットと同様に、第一パネル1と第二パネル2との間に、仕切り部3で密閉された空間S1を形成している。空間S1内に設けた切替機構4が動作し、熱伝導率を切り替える。
本実施形態のパネルユニットでは、実施形態1のパネルユニットのように、接続体40に付与される電気エネルギーが変化するのではなく、接続体40に付与される熱エネルギーが変化する。
本実施形態のパネルユニットにおいて、第一パネル1は、ガスバリア性を有するパネル10を備える。第二パネル2は、ガスバリア性を有するパネル20を備える。対向するパネル10,20間には、空間S1が形成されている。対向するパネル10,20間には、仕切り部3やスペーサー5,5…が位置する。
第一パネル1が備えるパネル10のうち、第二パネル2と対向する面には、複数の接続体40,40…が固定されている。
各接続体40は、熱伝導性を有する熱アクチュエーター49で形成される。熱アクチュエーター49は、熱膨張率の異なる複数の薄板同士が貼り合わさった構造のバイメタルを用いて、板状に形成されている。熱アクチュエーター49は、熱変化で作動する構成であればよく、形状記憶合金等の他の材料を用いて形成されることも可能である。
本実施形態のパネルユニットが備える接続体40は、その全部が熱アクチュエーター49で形成されている。熱アクチュエーター49の一端が、接続体40の固定端400である。固定端400とは反対側に位置する熱アクチュエーター49の他端が、接続体40の可動端401である。接続体40の一部が熱アクチュエーター49で形成されることも可能である。
本実施形態のパネルユニットでは、外部から熱が加えられる等して、空間S1内に温度変化が生じたときに、熱アクチュエーター49が変形し、可動端401が変位する。空間S1内の温度が元に戻れば、熱アクチュエーター49は元の形態に戻り、可動端401は元の位置に変位する。
図7Aには、本実施形態のパネルユニットの第一状態を示している。第一状態において、可動端401は、第二パネル2から距離を隔てた位置にある。
図7Bには、本実施形態のパネルユニットの第二状態を示している。第二状態において、可動端401は、第二パネル2に対して熱伝導可能に接触する。第一パネル1と第二パネル2は、接続体40を形成する熱アクチュエーター49を通じて、熱伝導可能な状態にある。
以上のように、本実施形態のパネルユニットにおいては、熱伝導性を有するバイメタルで形成された各接続体40が、第一パネル1にだけ熱伝導可能に接触する第一状態と、第一パネル1と第二パネル2の両方に対して熱伝導可能に接触する第二状態との間で、切替自在である。本実施形態のパネルユニットは、第一状態では熱伝導率を非常に低く設定し、第二状態では熱伝導率を第一状態に比べて非常に大きく設定することが可能である。
本実施形態のパネルユニットにおいても、第一状態と第二状態では空間S1内の各接続体40が変形するだけであり、パネルユニットの外形が変化しないという利点がある。
本実施形態のパネルユニットにおいても、実施形態1のパネルユニットと同様に、仕切り部3を、ガラス繊維、樹脂繊維等のガスバリア性を有さない材料で形成することが可能である。この場合、空間S1は気密性を有さないが、仕切り部3の材料として高耐熱性の材料を利用しやすくなり、特に本実施形態のパネルユニットでは大きな利点が得られる。
図中には、簡略化のため二つの接続体40,40を示しているが、3以上の接続体40,40…を備えることや、一つの接続体40だけを備えることも可能である。
(パネルユニットの利用例)
図8A、図8B及び図8Cには、実施形態1乃至7のパネルユニットを利用可能な技術を、概略的に示している。各図に示すパネル6は、実施形態1乃至7のいずれかのパネルユニットを用いて熱伝導率可変に構成されたパネルである。
図8Aには、熱伝導率可変に構成されたパネル6が、建物7の建築材として用いられた場合を示している。建物7は屋内空間70を有し、屋内空間70の側方を覆う断熱壁71の一部に、パネル6と蓄熱パネル72と断熱ガラスパネル73が組み込まれている。
断熱ガラスパネル73は最も屋外側に位置し、断熱ガラスパネル73の屋内側に蓄熱パネル72が位置し、蓄熱パネル72の屋内側にパネル6が位置する。断熱ガラスパネル73は屋外空間に面し、パネル6は屋内空間70に面する。
パネル6は、屋内外方向の熱伝導率を大きく変化させることができる。パネル6の熱伝導率が小さく設定された状態が、実施形態1乃至7のパネルユニットで述べた第一状態に相当する。熱伝導率が小さく設定された状態(第一状態)のパネル6は、いわゆる断熱モードにある。熱伝導率が大きく設定された状態(第二状態)のパネル6は、いわゆる放熱モードにある。
図8Aに示す建物7では、パネル6が断熱モードに設定されている間に、断熱ガラスパネル73を通じて照射される日光で蓄熱パネル72が温められ、屋内空間70の温度を上げたいタイミングで、パネル6が断熱モードから放熱モードに切り替えられる。このとき、蓄熱パネル72の蓄熱がパネル6を通じて屋内空間70に伝導され、屋内空間70が暖められる。
図8Aに示す建物7のシステムによれば、太陽光の熱エネルギーをそのまま利用して、屋内空間70を自在に暖めることが可能となる。
図8Bには、熱伝導率可変に構成されたパネル6が、雰囲気焼成炉8の壁材として用いられた場合を示している。雰囲気焼成炉8は焼成空間80を有し、焼成空間80の周囲を覆う断熱壁81の一部に、パネル6が組み込まれている。
焼成空間80には、加熱用のヒーター82が配されている。焼成空間80は、窒素などのガスが充填されるか、又は所定の真空度に至るまで減圧される。
熱伝導率が小さく設定された状態のパネル6は、いわゆる断熱モードにある。熱伝導率が大きく設定された状態のパネル6は、いわゆる放熱モードにある。
図8Bに示す雰囲気焼成炉8では、焼成空間80を昇温又は保温するときは、パネル6が断熱モードに設定される。焼成空間80を冷却するタイミングで、パネル6が断熱モードから放熱モードに切り替えられる。
図8Bに示す雰囲気焼成炉8のシステムによれば、焼成空間80を開放することなく、効率的に焼成空間80を冷却することが可能となる。
図8Cには、熱伝導率可変に構成されたパネル6が、エンジン9の温度調整用に用いられた場合を示している。パネル6は、エンジン9の少なくとも一部を覆うように、エンジン9に接触又は近接する位置に配される。
熱伝導率が小さく設定された状態のパネル6は、いわゆる断熱モードにある。熱伝導率が大きく設定された状態のパネル6は、いわゆる放熱モードにある。
図8Cに示すエンジン9では、エンジン9が動作しているときにはパネル6が放熱モードに設定され、エンジン9が停止しているときにはパネル6が放熱モードから断熱モードに切り替えられる。このシステムによれば、エンジン9の運転において省エネルギー化を図ることができる。
(各実施形態の特徴)
以上、添付図面に基づいて説明したように、実施形態1乃至7のパネルユニットは、第一パネル1と、第二パネル2と、仕切り部3と、切替機構4とを具備する。第二パネル2は、空間S1を介して第一パネル1に対向する。仕切り部3は、第一パネル1と第二パネル2の間に位置し、空間S1を周囲の他の空間から仕切る。切替機構4は、空間S1に位置し、第一パネル1と第二パネル2の間の熱伝導率を切り替えることができる。
切替機構4は、熱伝導性を有する接続体40を少なくとも一つ備え、接続体40が第一パネル1又は第二パネル2に非接触である第一状態と、接続体40が第一パネル1と第二パネル2の両方に熱伝導可能に接触する第二状態との間で、切替自在である。
そのため、実施形態1乃至7のパネルユニットでは、ユニット全体の外形を変化させることなく、接続体40の状態(形態)を変更することによって、熱伝導率を大きく変化させることが可能である。
なお、実施形態1乃至7のパネルユニットでは、接続体40が第一状態において第二パネル2に非接触であり、第二状態で第二パネル2に接触するように構成されているが、接続体40が第一状態で第一パネル1に非接触であり、第二状態で第一パネル1に接触するように構成されることも可能である。また、第一状態で第二パネル2に非接触であり且つ第二状態で第二パネル2に接触するように構成された接続体40と、第一状態で第一パネル1に非接触であり且つ第二状態で第一パネル1に接触するように構成された接続体40とを、空間S1に別々に備えることも可能である。
実施形態1乃至7のパネルユニットにおいて、空間S1は、減圧されるか又は断熱性の気体が充填された断熱空間であることが好ましい。
空間S1が、高い断熱性を有する断熱空間であることで、第一パネル1と第二パネル2の間の熱伝導率を、第一状態と第二状態とで大きく相違させることが可能である。
実施形態1乃至7のパネルユニットにおいて、空間S1が減圧された断熱空間であり、空間S1内の気体の平均自由工程λと、第一パネル1と第二パネル2の間の距離Dとが、λ/D>0.3の関係にあることが好ましい。
この関係を満たすことで、第一パネル1と第二パネル2の間の熱伝導率が、距離Dに依存しないという性質が得られる。即ち、熱伝導率に影響することなく距離Dを小さく設定することが可能であり、パネルユニットの薄型化が容易である。
実施形態1乃至7のパネルユニットにおいては、第一パネル1と第二パネル2の間の距離Dを保持するスペーサー5を、更に具備する。
そのため、実施形態1乃至7のパネルユニットでは、第一パネル1と第二パネル2の距離Dをスペーサー5で確保し、空間S1を安定的に形成することができる。スペーサー5は、空間S1に少なく一つ配置されればよい。
実施形態1乃至7のパネルユニットにおいて、接続体40は、第一パネル1と第二パネル2の一方に固定された固定端400と、第一パネル1と第二パネル2のいずれにも固定されない可動端401とを備える。可動端401は、第一パネル1と第二パネル2の他方に対して、第一状態において非接触であり、第二状態において熱伝導可能に接触する。
そのため、実施形態1乃至7のパネルユニットでは、空間S1内で可動端401を変位させることで、第一パネル1と第二パネル2の間の熱伝導率を大きく変化させることが可能である。
実施形態1乃至5のパネルユニットにおいて、可動端401は、接続体40に与える電気エネルギーを変化させることで、空間S1内で変位するように構成されている。電気エネルギーを変化させる形態は、空間S1内の電場を変化させる形態や、接続体40に印加する電圧を変化させる形態を含む。
そのため、実施形態1乃至5のパネルユニットでは、空間S1内に位置する接続体40に与える電気エネルギーを制御することで、第一パネル1と第二パネル2の間の熱伝導率を大きく変化させることが可能である。
実施形態1,2のパネルユニットでは、接続体40は、空間S1内の電場を変化させることで、可動端401が空間S1内で変位するように、全部又は一部が導体で形成されている。
実施形態3のパネルユニットでは、接続体40は、電圧が印加されることで、可動端401が空間S1内で変位するように、全部又は一部が圧電アクチュエーター42で形成されている。
実施形態4のパネルユニットでは、接続体40は、電圧が印加されると、可動端401を空間S1内で変位させる電気的斥力が発生するように構成されている。
実施形態5のパネルユニットでは、接続体40は、電圧が印加されることで、可動端401が空間S1内で変位するように、全部又は一部が静電アクチュエーター46で形成されている。
実施形態6のパネルユニットにおいて、可動端401は、接続体40に与える磁気エネルギーを変化させることで、空間S1内で変位するように構成されている。磁気エネルギーを変化させる形態は、空間S1内の磁場を変化させる形態を含む。
そのため、実施形態6のパネルユニットでは、空間S1内に位置する接続体40に与える磁気ネルギーを制御することで、第一パネル1と第二パネル2の間の熱伝導率を大きく変化させることが可能である。
接続体40は、空間S1内の磁場を変化させることで、可動端401が空間S1内で変位するように、全部又は一部が磁性体で形成されていることが好ましい。
実施形態7のパネルユニットにおいて、可動端401は、接続体40に与える熱エネルギーを変化させることで、空間S1内で変位するように構成されている。熱エネルギーを変化させる形態は、接続体40の温度を変化させる形態を含む。
そのため、実施形態7のパネルユニットでは、空間S1内に位置する接続体40に与える熱エネルギーを制御することで、第一パネル1と第二パネル2の間の熱伝導率を大きく変化させることが可能である。
接続体40は、空間S1内の温度を変化させることで、可動端401が空間S1内で変位するように、全部又は一部がバイメタルで形成されることや、全部又は一部が形状記憶合金で形成されることが好ましい。
以上、各実施形態のパネルユニットについて説明したが、各実施形態のパネルユニットにおいて適宜の設計変更を行うことや、各実施形態のパネルユニットの構成を適宜組み合わせて適用することが可能である。

Claims (15)

  1. 第一パネルと、
    空間を介して前記第一パネルに対向する第二パネルと、
    前記第一パネルと前記第二パネルの間に位置し、前記空間を周囲の他の空間から仕切る仕切り部と、
    前記空間に位置し、前記第一パネルと前記第二パネルの間の熱伝導率を切り替えることができる切替機構と、を具備し、
    前記切替機構は、熱伝導性を有する接続体を少なくとも一つ備え、前記接続体が前記第一パネル又は前記第二パネルに非接触である第一状態と、前記接続体が前記第一パネルと前記第二パネルの両方に熱伝導可能に接触する第二状態との間で、切替自在である、
    パネルユニット。
  2. 前記空間は、減圧されるか又は断熱性の気体が充填された断熱空間である、
    請求項1に記載のパネルユニット。
  3. 前記空間は、減圧された断熱空間であり、
    前記空間内の気体の平均自由工程λと、前記第一パネルと前記第二パネルの間の距離Dとが、λ/D>0.3の関係にある、
    請求項2に記載のパネルユニット。
  4. 前記第一パネルと前記第二パネルの間の距離を保持するスペーサーを、更に具備する、
    請求項1〜3のいずれか一項に記載のパネルユニット。
  5. 前記接続体は、前記第一パネルと前記第二パネルの一方に固定された固定端と、前記第一パネルと前記第二パネルのいずれにも固定されない可動端とを備え、
    前記可動端は、前記第一パネルと前記第二パネルの他方に対して、前記第一状態において非接触であり、前記第二状態において熱伝導可能に接触する、
    請求項1〜4のいずれか一項に記載のパネルユニット。
  6. 前記可動端は、前記接続体に与える電気エネルギーを変化させることで、前記空間内で変位するように構成された、
    請求項5に記載のパネルユニット。
  7. 前記接続体は、前記空間内の電場を変化させることで、前記可動端が前記空間内で変位するように、全部又は一部が導体で形成された、
    請求項6に記載のパネルユニット。
  8. 前記接続体は、電圧が印加されることで、前記可動端が前記空間内で変位するように、全部又は一部が圧電アクチュエーターで形成された、
    請求項6に記載のパネルユニット。
  9. 前記接続体は、電圧が印加されると、前記可動端を前記空間内で変位させる電気的斥力が発生するように構成された、
    請求項6に記載のパネルユニット。
  10. 前記接続体は、電圧が印加されることで、前記可動端が前記空間内で変位するように、全部又は一部が静電アクチュエーターで形成された、
    請求項6に記載のパネルユニット。
  11. 前記可動端は、前記接続体に与える磁気エネルギーを変化させることで、前記空間内で変位するように構成された、
    請求項5に記載のパネルユニット。
  12. 前記接続体は、前記空間内の磁場を変化させることで、前記可動端が前記空間内で変位するように、全部又は一部が磁性体で形成された、
    請求項11に記載のパネルユニット。
  13. 前記可動端は、前記接続体に与える熱エネルギーを変化させることで、前記空間内で変位するように構成された、
    請求項5に記載のパネルユニット。
  14. 前記接続体は、前記空間内の温度を変化させることで、前記可動端が前記空間内で変位するように、全部又は一部がバイメタルで形成された、
    請求項13に記載のパネルユニット。
  15. 前記接続体は、前記空間内の温度を変化させることで、前記可動端が前記空間内で変位するように、全部又は一部が形状記憶合金で形成された、
    請求項13に記載のパネルユニット。
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