JPWO2018180075A1 - 熱伝導率切換ユニット - Google Patents

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Abstract

効率的に製造可能な構造の熱伝導率切換ユニットを提供する。熱伝導率切換ユニットは、少なくとも一つの熱伝導率切換器(8)と、少なくとも一つの熱伝導率切換器(8)が収容される収容空間(S1)を有するガスバリアフィルム(9)を備える。熱伝導率切換器(8)は、一対のパネル(1,2)と、スペーサ(3)と、切換機構(4)を備える。スペーサ(3)は、一対のパネル(1,2)の間に空間(S11)を形成する。切換機構(4)は、一対のパネル(1,2)間の熱伝導率を切り換えるように、空間(S11)に配されている。ガスバリアフィルム(9)は、空間(S11)を含んだ収容空間(S1)の全体を、減圧状態で密閉するように構成されている。

Description

本開示は、熱伝導率が切り換わるように構成された熱伝導率切換ユニットに関する。
特許文献1には、熱伝導率が切り換わるように構成された熱伝導率切換ユニット(パネルユニット)が記載されている。
この熱伝導率切換ユニットは、互いに対向する一対のパネルと、一対のパネルの間に配された切換機構と、一対のパネルの互いの周縁部に接合される環状の仕切り部を備える。一対のパネルの間の空間は、環状の仕切り部によって、減圧状態を維持するように周囲から仕切られている。
国際公開第2016/051786号
本開示は、効率的に製造可能な構造の熱伝導率切換ユニットを提供することを、目的とする。
本開示の一態様に係る熱伝導率切換ユニットは、少なくとも一つの熱伝導率切換器と、前記少なくとも一つの熱伝導率切換器が収容される収容空間を有するガスバリアフィルムと、を備える。前記少なくとも一つの熱伝導率切換器の各々は、互いに対向して位置する一対のパネルと、前記一対のパネルの間に空間を形成するように、前記一対のパネルの間に介在するスペーサと、前記一対のパネルの間の熱伝導率を切り換えるように、前記空間に配された切換機構と、を備える。前記ガスバリアフィルムは、前記空間を含んだ前記収容空間の全体が、減圧状態で維持されるように、封止されている。
本開示の一態様に係る熱伝導率切換ユニットの製造方法は、ガスバリアフィルムの内側の収容空間に、少なくとも一つの熱伝導率切換器を配置する配置工程と、前記ガスバリアフィルムを、前記収容空間が減圧状態で維持されるように封止する封止工程と、を備える。前記少なくとも一つの熱伝導率切換器の各々は、互いに対向して位置する一対のパネルと、開放された空間を前記一対のパネルの間に形成するように、前記一対のパネルの間に介在するスペーサと、前記一対のパネルの間の熱伝導率を切り換えるように、前記空間に配された切換機構と、を備える。
図1Aは、一実施形態の熱伝導率切換ユニットにおいて切換機構が断熱状態にあるときを一部破断して示す側面図である。図1Bは、同上の熱伝導率切換ユニットにおいて切換機構が放熱状態にあるときを一部破断して示す側面図である。 図2Aは、同上の熱伝導率切換ユニットに備えられる熱伝導率切換器を製造する第一工程を示す側面図である。図2Bは、同上の熱伝導率切換器を製造する第二工程を示す側面図である。図2Cは、同上の熱伝導率切換器を製造する第三工程を示す側面図である。 図3Aは、同上の熱伝導率切換ユニットを製造する第一工程を示す側面図である。図3Bは、同上の熱伝導率切換ユニットを製造する第二工程を示す側面図である。 図4は、変形例1の熱伝導率切換ユニットを一部破断して示す側面図である。 図5は、変形例2の熱伝導率切換ユニットを一部破断して示す側面図である。 図6Aは、変形例3の熱伝導率切換ユニットを一部破断して示す側面図である。図6Bは、同上の熱伝導率切換ユニットが折れ曲がった状態を一部破断して示す側面図である。 図7Aは、変形例4の熱伝導率切換ユニットにおいて切換機構が断熱状態にあるときを一部破断して示す側面図である。図7Bは、同上の熱伝導率切換ユニットにおいて切換機構が放熱状態にあるときを一部破断して示す側面図である。 図8Aは、変形例5の熱伝導率切換ユニットにおいて切換機構が断熱状態にあるときを一部破断して示す側面図である。図8Bは、同上の熱伝導率切換ユニットにおいて切換機構が放熱状態にあるときを一部破断して示す側面図である。 図9Aは、変形例6の熱伝導率切換ユニットにおいて切換機構が断熱状態にあるときを一部破断して示す側面図である。図9Bは、同上の熱伝導率切換ユニットにおいて切換機構が放熱状態にあるときを一部破断して示す側面図である。 図10は、変形例7の熱伝導率切換ユニットが備える熱伝導率切換器を示す側面図である。 図11Aは、同上の熱伝導率切換器において切換機構が断熱状態にあるときの要部を示す平面図である。図11Bは、同上の熱伝導率切換器において切換機構が放熱状態にあるときの要部を示す平面図である。 図12Aは、変形例8の熱伝導率切換ユニットが備える熱伝導率切換器において切換機構が断熱状態にあるときを示す側面図である。図12Bは、変形例8の熱伝導率切換ユニットが備える熱伝導率切換器において切換機構が放熱状態にあるときを示す側面図である。 図13は、変形例9の熱伝導率切換ユニットが備える熱伝導率切換器を示す側面図である。 図14は、変形例10の熱伝導率切換ユニットが備える熱伝導率切換器を示す側面図である。
図1Aと図1Bには、一実施形態の熱伝導率切換ユニットを、その一部(即ちガスバリアフィルム9)が破断した模式的な図で示している。
本実施形態の熱伝導率切換ユニットは、複数(三つ)の熱伝導率切換器8と、これら複数の熱伝導率切換器8が気密に収容される収容空間S1を有するガスバリアフィルム9を備える。
まず、熱伝導率切換器8について説明する。
熱伝導率切換器8は、互いに平行な一対のパネル1,2と、一対のパネル1,2間において互いに距離をあけて位置する複数のスペーサ3を備える。本願において用いる平行の文言は、完全に平行な意味に限定されず、略平行な場合を含む。一対のパネル1,2間には、スペーサ3が少なくとも一つ配されていればよい。
各スペーサ3は、一対のパネル1,2の互いの対向面11,21に当たり、一対のパネル1,2の間の距離を維持する。各スペーサ3は、樹脂、ガラス、セラミックス、多孔質材等の高断熱性の材料を用いて形成され、例えば柱状の形状を有する。
以下においては、一対のパネル1,2の一方を第一パネル1と称し、一対のパネル1,2の他方を第二パネル2と称する。第一パネル1と第二パネル2の間には、空間S11が形成されている。
熱伝導率切換器8では、第一パネル1と第二パネル2の周縁部同士が気密に接合されておらず、空間S11は気密に封止されていない。空間S11は、熱伝導率切換器8の外部空間と連通するように形成されている。
空間S11には、切換機構4が設けられている。切換機構4は、外部から与えられる熱エネルギーにより形状寸法が変化するように(言い換えると、変形するように)構成されている。切換機構4が変形することで、熱伝導率切換器8の熱伝導率(ひいては熱伝導率切換ユニット全体の熱伝導率)が切り換えられる。
熱伝導率切換器8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ことを意味する。熱伝導率切換器8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ことを意味する。熱伝導率切換器8の熱伝導率が切り換わるとは、第一パネル1と第二パネル2の間での熱の伝わり易さが変化することを意味する。
第一パネル1は、熱伝導性パネル100で主体が構成されている。熱伝導性パネル100は、例えばアルミニウム、銅、ステンレス等の熱伝導性金属で形成してもよいし、熱伝導性樹脂等の他の材料で形成してもよい。熱伝導性パネル100には、適宜のコーティングが施されてもよい。
同様に、第二パネル2は、熱伝導性パネル200で主体が構成されている。熱伝導性パネル200は、たとえばアルミニウム、銅、ステンレス等の熱伝導性金属で形成してもよいし、熱伝導性樹脂等の他の材料で形成してもよい。熱伝導性パネル200に、適宜のコーティングが施されてもよい。
切換機構4は、空間S11内に位置する熱伝導部40を備える。本実施形態の熱伝導率切換器8では、一つの熱伝導部材401で熱伝導部40を構成しているが、複数の熱伝導部材401で熱伝導部40を構成することも可能である。
熱伝導部材401は、熱膨張率の異なる二つ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。
熱伝導部材401は、自身の温度変化に応じて変形するように構成されていればよく、形状記憶合金等の他の材料を用いて形成されてもよい。
熱伝導部材401の第一端部が、第二パネル2の対向面21に対して機械的に且つ熱的に接続された固定部402を構成する。固定部402とは反対側に位置する熱伝導部材401の第二端部が、第一パネル1に接触することのできる可動端部404を構成する。
本実施形態の熱伝導率切換器8では、熱伝導部材401の温度が変化したときに、熱伝導部材401が、第一パネル1と第二パネル2が対向する方向A1に、変形する。これにより、可動端部404が方向A1に沿って変位する。
図1Aには、各熱伝導率切換器8の切換機構4が断熱状態にあるときを示している。断熱状態において、可動端部404は第一パネル1から距離を隔てて位置し、可動端部404は第一パネル1から熱的に遮断されている。本願において用いる遮断の文言は、完全に遮断する意味に限定されず、大きな熱抵抗で実質的に遮断することを含む。
図1Bには、各熱伝導率切換器8の切換機構4が放熱状態にあるときを示している。放熱状態において、可動端部404は第一パネル1に接触し、可動端部404は第一パネル1と熱的に接続されている。
次に、ガスバリアフィルム9について説明する。
ガスバリアフィルム9は、ガスバリア性と可撓性を有する一対のフィルム90と、一対のフィルム90の周縁部同士を気密に接合する封止材91を含む。各フィルム90は、例えばアルミニウム等のガスバリア性金属を用いて形成してもよいし、ガスバリア性樹脂等の他の材料を用いて形成してもよい。三つ以上の複数のフィルム90でガスバリアフィルム9を形成することも可能である。
一対のフィルム90は、例えば樹脂製の封止材91を介して気密に接合されるが、一対のフィルム90を接合するための構成は特に限定されない。例えば、封止材91が金属製またはガラス製でもよいし、封止材91のような介在物なしで、一対のフィルム90が例えば融接、圧接によって互いに接合されてもよい。
一対のフィルム90の間には、気密に封止された収容空間S1が形成されている。収容空間S1には、複数の熱伝導率切換器8が並んで収容されている。
複数の熱伝導率切換器8が並ぶ方向は、本実施形態の熱伝導率切換ユニットの厚み方向と直交する方向A2である。ここでの厚み方向は、言い換えれば、熱伝導率切換器8において第一パネル1と第二パネル2が対向する方向A1である。複数の熱伝導率切換器8は、直線状に並べられてもよいし、平面状に並べられてもよい。
複数の熱伝導率切換器8が平面状に並べられる場合、その並び方は特に限定されない。例えば、四角形の外形を有する複数の熱伝導率切換器8がマトリクス状に配列されてもよいし、三角形、六角形等の他の外形を有する複数の熱伝導率切換器8がマトリクス状に配列されてもよい。
収容空間S1は、減圧状態で密閉されている。つまり、各熱伝導率切換器8の空間S11を含んだ収容空間S1の全体が、減圧状態で密閉されている。
収容空間S1には、ゲッターがさらに収容されることも好ましい。ゲッターは、気体分子を吸着するように構成された部材である。ゲッターが収容空間S1に配されていると、収容空間S1が減圧状態で維持されやすくなる。
各熱伝導率切換器8の空間S11を含む収容空間S1全体は、真空に至るまで減圧された真空空間であることが好ましい。ここでの真空空間は、0.1[Pa]以下の圧力にまで減圧された空間を意味する。
また、各熱伝導率切換器8において、空間S11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、λ/D>0.3の関係にあれば、空間S11は分子流領域であることから、空間S11の熱コンダクタンスが距離Dに依存しないという特性が得られる。
つまり、上記の関係を満たせば、切換機構4が断熱状態にあるときに高い断熱性を有する熱伝導率切換器8を、極力薄型に形成することができる。
一般的に、固体と気体の両方において、熱が伝導する距離が大きいほど熱コンダクタンスが低くなる。したがって、一般的には各熱伝導率切換器8が薄型であるほど、空間S11の断熱性を高めるには不利である。しかし、空間S11においてλ/D>0.3の関係が満たされていると、空間S11が高い断熱性を有することと、各熱伝導率切換器8の薄型化が、両立される。
各熱伝導率切換器8が薄型であると、切換機構4を介して、第一パネル1と第二パネル2が熱的に接続されたときに、その薄さによって、高い熱伝導性を発揮することができる。すなわち、空間S11においてλ/D>0.3の関係が満たされていると、切換機構4を介して第一パネル1と第二パネル2が熱的に接続されたときに、熱伝導率切換器8はその薄さによって、高い熱伝導性を発揮することができ、第一パネル1と第二パネル2が熱的に遮断されたときには、空間S11の断熱性によって、高い断熱性を発揮することができる。
加えて、空間S11においてλ/D>0.3の関係が満たされ、空間S11が分子流領域になると、熱伝導部材401の可動端部404と第一パネル1の間の熱コンダクタンスが、可動端部404と第一パネル1の間の距離に依存しないという特性が得られる。
そのため、可動端部404と第一パネル1が非接触であり、且つ、可動端部404が第一パネル1に非常に接近した状態にあるときに、可動端部404と第一パネル1が非接触であるにも関わらず両者の間の熱コンダクタンスが高くなるという事態(ひいては、これが熱伝導率切換器8の動作精度を低下させるという事態)が、抑えられる。
以上のように、本実施形態の熱伝導率切換ユニットでは、各熱伝導率切換器8の切換機構4が、熱伝導部40(つまり熱伝導部材401)が第二パネル2にだけ接触する断熱状態と、熱伝導部40が第一パネル1と第二パネル2の両方に接触する放熱状態の間で、切換自在である。
例えば、第一パネル1と第二パネル2の材料がアルミニウムであり、スペーサ3の材料が樹脂であり、熱伝導部材401に用いられるバイメタルが、アルミニウム製の薄板とFe−Ni合金製の薄板が接合されたバイメタルである場合、第一パネル1と第二パネル2の間の熱伝導率は、断熱状態と放熱状態の間で非常に大きく変化する。一例として、第一パネル1と第二パネル2の間の熱伝導率は、断熱状態では0.006[W/mK]と非常に小さいのに対して、放熱状態では196[W/mK]と非常に大きくなる。
このように、第一パネル1、第二パネル2の材料が導電性材料であり、スペーサ3の材料が絶縁性材料である場合には、第一パネル1と第二パネル2の間の熱伝導率は、断熱状態のときと放熱状態のときで大きく相違する。
熱伝導部材401を形成するバイメタルの材質等の選択により、低温時に断熱状態となり、高温時に放熱状態となるように構成することも可能であり、また、低温時に放熱状態となり、高温時に断熱状態となるように構成することも可能である。
図2Aから図2Cには、熱伝導率切換器8を製造する工程を、簡略に示している。
図2Aに示す工程では、吸着ピン51を用いて、第二パネル2の厚み方向の一面上に、複数のスペーサ3を所定の配列で配置及び接合する。図2Bに示す工程では、吸着ピン51を用いて、第二パネル2の厚み方向の一面上に、熱伝導部材401を配置し、熱伝導部材401の固定部402を第二パネル2に接合する。図2Cに示す工程では、吸着ピン51を用いて、複数のスペーサ3に第一パネル1を載せ、複数のスペーサ3と第一パネル1を接合する。
図3Aから図3Bには、上記工程で製造された熱伝導率切換器8を用いて、本実施形態の熱伝導率切換ユニットを製造する工程を、簡略に示している。
図3Aに示す工程では、吸着ピン52を用いて、一つのフィルム90上に、複数の熱伝導率切換器8を所定の配列で配置する。図3Bに示す工程では、一つのフィルム90との間で複数の熱伝導率切換器8を挟み込むように、もう一つのフィルム90を複数の熱伝導率切換器8に被せる。次いで、二つのフィルム90の周縁部同をが、一部を除いて気密封止することによって、最終封止前のガスバリアフィルム9を形成する。ここまでの工程が、ガスバリアフィルム9の内側の収容空間S1に、少なくとも一つの熱伝導率切換器8(本実施形態では三つの熱伝導率切換器8)を配置する配置工程である。
配置工程に続いて、収容空間S1の空気を真空引きし、且つ、両フィルム90の周縁部同士を最終的に気密封止する。この工程が、ガスバリアフィルム9を、収容空間S1が減圧状態で維持されるように封止する封止工程である。封止工程後のガスバリアフィルム9内では、複数の熱伝導率切換器8のそれぞれの空間S11が、減圧状態で維持される。
このように、本実施形態の熱伝導率切換ユニットでは、複数の熱伝導率切換器8の空間S11の減圧と封止が、ガスバリアフィルム9を用いて一括的に行われる。ガスバリアフィルム9の封止は、例えばその外周部を局所加熱することで実現可能であるから、比較的容易である。そのため、本実施形態の熱伝導率切換ユニットによれば、生産の効率化が実現されるという利点がある。
その他、本実施形態の熱伝導率切換ユニットによれば、以下の多くの利点が得られる。
例えば、本実施形態の熱伝導率切換ユニットでは、封止材91が、ガスバリアフィルム9の外周部に位置する。そのため、複数の熱伝導率切換ユニットを並べるときには、ガスバリアフィルム9の外周部を折り曲げて、隣接する熱伝導率切換ユニットの互いの封止材91が接触しないようにすることができる。これにより、隣接する熱伝導率切換ユニット間の熱伝導が抑えられる。
本実施形態の熱伝導率切換ユニットでは、複数の熱伝導率切換器8を、ガスバリアフィルム9内に並設することができるので、各々の熱伝導率切換器8が大型化することが、抑えられる。そのため、熱伝導率切換器8を製造するための装置が大型化することが、抑えられる。
加えて、熱伝導率切換器8の大型化(つまり第一パネル1と第二パネル2の大型化)が抑えられると、熱伝導率切換器8を製造する過程において、第一パネル1と第二パネル2の間で大きな位置ずれ(特に、方向A1に伸びる回転軸まわりの位置ずれ)を生じることが、抑えられる。
本実施形態の熱伝導率切換ユニットでは、複数の熱伝導率切換器8を、ガスバリアフィルム9内に収容するので、複数の熱伝導率切換器8のうち一つが不良品であっても、その不良品を廃棄するだけでよく、ロスの発生が抑えられる。
本実施形態の熱伝導率切換ユニットでは、ガスバリアフィルム9に収容する複数の熱伝導率切換器8の組み合わせによって、多様な仕様が実現可能である。
次に、本実施形態の熱伝導率切換ユニットを利用可能な技術分野について説明する。
本実施形態の熱伝導率切換ユニットは、建物の熱制御、エンジンの熱制御、電子機器の熱制御、工場の排熱利用等の、多様な技術分野で利用可能である。
建物の熱制御の分野では、例えば熱伝導率切換ユニットが壁材として用いられる。この場合、夏場等に室内が所定温度より高温のときに切換機構4が放熱状態となり、室内が所定温度以下のときに切換機構4が断熱状態となるように、熱伝導率切換ユニットが構成される。
エンジンの熱制御の分野では、例えば熱伝導率切換ユニットがエンジンの周囲に巻かれる。この場合、エンジンが所定温度より高温のときに切換機構4が放熱状態となり、エンジンが所定温度以下のときに切換機構4が断熱状態となるように、熱伝導率切換ユニットが構成される。
電子機器の熱制御の分野では、例えば熱伝導率切換ユニットが電子機器に組み込まれる。この場合、電子機器が所定温度より高温のときは切換機構4が放熱状態となり、電子機器が所定温度以下のときは切換機構4が断熱状態となるように、熱伝導率切換ユニットが構成される。
工場の排熱利用の分野では、例えば工場の熱源と発電機の間に熱伝導率切換ユニットが配置される。この場合、熱源が所定温度より高温のときは切換機構4が放熱状態となり、熱源が所定温度以下のときは切換機構4が断熱状態となるように、熱伝導率切換ユニットが構成される。これにより、熱源が所定温度より高温のときにだけ(つまり、廃熱を効率的に利用できる条件のときにだけ)、熱源の熱が発電に利用される。
上記の技術分野は一例に過ぎず、住宅、工場、商業施設、航空機、自動車、衣服等の多様な技術分野で、本実施形態の熱伝導率切換ユニットを利用することが可能である。
次に、本実施形態の熱伝導率切換ユニットの各種の変形例について、説明する。なお、各変形例の説明において、既述した各構成と同様の構成については、同一符号を付して詳しい説明を省略する。
(変形例1)
図4には、変形例1の熱伝導率切換ユニットを示している。
変形例1では、ガスバリアフィルム9の収容空間S1に、一つの熱伝導率切換器8が気密に収容されている。一つの熱伝導率切換器8において、第一パネル1と第二パネル2の間に、複数(四つ)の熱伝導部材401が備えられている。変形例1では、複数の熱伝導部材401で熱伝導部40を構成している。
変形例1では、ガスバリアフィルム9の封止材91を含む周縁部分が、方向A1の一側(図4では上側)に折り曲げられている。そのため、封止材91を大きく設けずとも、ガスバリアフィルム9の折り畳まれた周縁部分によって、封止の確実性が高められる。変形例1では、封止材91を大きく設けなくてもよく、封止材91を通じて熱が伝導することが抑えられる。
(変形例2)
図5には、変形例2の熱伝導率切換ユニットを示している。
変形例2では、変形例1と同様に、ガスバリアフィルム9の収容空間S1に一つの熱伝導率切換器8が収容され、熱伝導率切換器8には複数の熱伝導部材401が備えられている。変形例2では、複数の熱伝導部材401で熱伝導部40を構成している。
変形例2では、ガスバリアフィルム9の表面に、襞のような凹凸形状905を設けることで、外気とガスバリアフィルム9の間での熱伝導率を高めている。
ガスバリアフィルム9が凹凸形状905を有することにより、切換機構4が放熱状態にあるときの、熱伝導率切換ユニット全体の熱伝導率が高められる。
変形例2では、ガスバリアフィルム9に凹凸形状905を設けることで、切換機構4が放熱状態にあるときと、切換機構4が断熱状態にあるときの、熱伝導率切換ユニット全体の熱伝導率の差を大きくしている。
(変形例3)
図6A、図6Bには、変形例3の熱伝導率切換ユニットを示している。
変形例3では、ガスバリアフィルム9の収容空間S1に、多数の熱伝導率切換器8が、少なくとも一方向に沿って並ぶように収容されている。したがって、変形例3の熱伝導率切換ユニットは、図6Bに示すように全体が大きく折り曲げ自在であり、対象物に巻き付ける等の装着を行いやすい。
変形例3において、熱伝導率切換ユニット全体の折り曲げをさらに行いやすくするには、各熱伝導率切換器8が備える第一パネル1の角部分と、各熱伝導率切換器8が備える第二パネル2の角部分が、面取りされていることが好ましい。
(変形例4)
図7A、図7Bには、変形例4の熱伝導率切換ユニットを示している。
変形例4では、切換機構4が、外部から与えられる熱エネルギーにより形状寸法が変化する(言い換えれば、膨張または収縮する)ように構成されている。
切換機構4を構成する熱伝導部40(つまり熱伝導部材401)は、熱膨張性材料を用いてブロック状に形成されている。熱伝導部材401は、方向A1の寸法が、自身の温度変化に対応して変化する性質(つまり熱膨張性)を有する。
熱伝導部材401は、その一端部である固定部402が第二パネル2の対向面21に固定され、固定部402とは反対側に位置する可動端部404が、第一パネル1の対向面11に当たることができるように構成されている。
図7Aには、各熱伝導率切換器8の切換機構4が断熱状態にあるときを示している。図7Bには、各熱伝導率切換器8の切換機構4が放熱状態にあるときを示している。
熱伝導部材401を、正の熱膨張率を有する熱膨張性材料で形成することで、低温時に断熱状態となり、高温時に放熱状態となるように、切換機構4を構成することができる。また、熱伝導部材401を、負の熱膨張率を有する熱膨張性材料で形成することで、低温時に放熱状態となり、高温時に断熱状態となるように、切換機構4を構成することができる。
(変形例5)
図8A、図8Bには、変形例5の熱伝導率切換ユニットを示している。
変形例5において、熱伝導部40(つまり熱伝導部材401)は、外部から与えられた電気エネルギーにより形状寸法が弾性的に変化する(つまり弾性変形する)ように構成されている。
熱伝導部材401の少なくとも一部は、ばね性を有する。具体的には、熱伝導部材401の固定部402と可動端部404を機械的に且つ熱的に連結させる連結部403が、弾性変形可能な部分である。連結部403は、少なくとも一部が弾性変形可能であればよい。
空間S11内で可動端部404に電気的引力が働いたときに、連結部403が弾性変形して伸び、可動端部404が移動する。可動端部404に電気的引力が働かなくなれば、連結部403は元の形状に戻り、可動端部404は元の位置に移動する。
第一パネル1の主体を構成する熱伝導性パネル100は、導電性を有する。第一パネル1は、誘電体層102をさらに備えている。誘電体層102は、熱伝導性パネル100のうち第二パネル2と対向する側の面に、重ねられている。
ガスバリアフィルム9を構成する各フィルム90は、導電性を有する。ガスバリアフィルム9は、誘電体層92をさらに備えている。誘電体層92は、各フィルム90のうち収容空間S1とは反対側を向く面(つまり外面)に、重ねられている。
変形例5においては、第一パネル1の熱伝導性パネル100に対する電圧印加のオンオフが切り換わることで、図8Aに示す断熱状態と、図8Bに示す放熱状態との間で、切換機構4の状態が迅速に切り換わる。
図8Aに示す断熱状態では、熱伝導性パネル100に対して電圧が印加されていない。各熱伝導部材401の可動端部404には電気的引力が働かず、可動端部404は、第一パネル1から距離を隔てて位置する。
図8Bに示す放熱状態では、熱伝導性パネル100に対して電圧が印加されている。熱伝導性パネル100への電圧印加は、ガスバリアフィルム9(フィルム90)を通じて行われる。なお、ガスバリアフィルム9のうち、電圧が印加される箇所においては、誘電体層92が除去されている。
熱伝導性パネル100に電圧が印加されると、これに重ねられた誘電体層102が分極し、熱伝導部材401の可動端部404に電気的引力が働く。この電気的引力によって、熱伝導部材401の一部である可動端部404は、第一パネル1の対向面11(つまり誘電体層102の表面)に対して、熱伝導可能に接触する。
変形例5では、電圧印加のオンオフによって、切換機構4の断熱状態と放熱状態を自在に切り換えることができ、切換機構4を断熱状態に維持するときに電圧印加が不要である。
(変形例6)
図9A、図9Bには、変形例6の熱伝導率切換ユニットを示している。
変形例6において、熱伝導部40(つまり熱伝導部材401)は、外部から与えられた電気エネルギーにより形状寸法が変化するように(言い換えると、変形するように)構成されている。
熱伝導部材401は、導電性と可撓性を有する一対の部材41,42と、一対の部材41,42に対して機械的に且つ電気的に接続された電極部45を含む。一対の部材41,42は、熱伝導性の第一部材41と、熱伝導性の第二部材42で構成されている。第一部材41と第二部材42は、例えばアルミニウム、鉄、ステンレス、銅等の金属箔であることが好ましい。
電極部45は、第二パネル2に対して、機械的に且つ電気的に接続されている。第二部材42は、第二パネル2の対向面21に当たる位置にある。第一部材41は、第二部材42を挟んで第二パネル2とは反対側に位置する。
空間S11内で、電極部45を介して、第一部材41と第二部材42に所定の電圧が印加されたときに、第一部材41と第二部材42の間には電気的斥力が発生し、第一部材41が変形する。第一部材41が変形することで、第一部材41の先端部は、第一パネル1に対して熱伝導可能に接触する位置にまで、移動する(図9B参照)。
電極部45への電圧印加がなくなれば、第一部材41の先端部は、第一パネル1から離れた位置に戻る。
第二パネル2の主体を構成する熱伝導性パネル200は、導電性を有する。ガスバリアフィルム9を構成する各フィルム90は、導電性を有する。ガスバリアフィルム9は、誘電体層94をさらに備えている。誘電体層94は、フィルム90のうち収容空間S1とは反対側を向く面(つまり外面)に、重ねられている。
変形例6では、第二パネル2の熱伝導性パネル200に対する電圧印加のオンオフが切り換わることで、図9Aに示す断熱状態と、図9Bに示す放熱状態との間で、切換機構4の状態が迅速に切り換わる。
図9Aに示す断熱状態では、熱伝導性パネル200に対して電圧が印加されていない。第一部材41と第二部材42の間には電気的斥力が働かず、第一部材41は、第一パネル1から距離を隔てて位置する。
図9Bに示す放熱状態では、熱伝導性パネル200に対して電圧が印加されている。熱伝導性パネル200への電圧印加は、ガスバリアフィルム9(フィルム90)を通じて行われる。ガスバリアフィルム9のうち、電圧が印加される箇所においては、誘電体層94が除去されている。
熱伝導性パネル200に電圧が印加されると、電極部45を通じて第一部材41と第二部材42に電圧が印加され、第一部材41の先端部は、第二部材42との間で働く電気的斥力によって変位し、第一パネル1の対向面11に対して熱伝導可能に接触する。
変形例6の熱伝導部材401では、電極部45が固定部402を構成し、第一部材41の先端部が可動端部404を構成する。
変形例6では、電圧印加のオンオフによって、切換機構4の断熱状態と放熱状態を自在に切り換えることができ、切換機構4を断熱状態に維持するときに電圧印加が不要である。
(変形例7)
図10、図11A及び図11Bには、変形例7の熱伝導率切換ユニットの要部を示している。図10には、変形例7の熱伝導率切換ユニットが備える熱伝導率切換器8を示している。図11Aと図11Bは、変形例7の熱伝導率切換器8を、第一パネル1を除いて平面視した図である。
変形例7では、第一パネル1と第二パネル2の間に配される熱伝導部40(つまり熱伝導部材401)が、自身の温度変化に伴って方向A2に変形するように、バイメタルと形状記憶合金の少なくとも一方を用いて構成されている。方向A2は、第一パネル1と第二パネル2が対向する方向A1と直交する方向である。
熱伝導部材401の第一端が、第二パネル2の対向面21に対して機械的に且つ熱的に接続された固定部402を構成する。固定部402とは反対側に位置する熱伝導部材401の第二端が、方向A2に沿って変位することのできる可動端部404を構成する。
第一パネル1の対向面11には、可動端部404が接触することのできる突起状の接続体15が設けられている。接続体15は熱伝導性を有する。第一パネル1と接続体15は熱的に接続されている。
図10と図11Aには、熱伝導率切換器8の切換機構4が断熱状態にあるときを示している。断熱状態において、可動端部404は、第一パネル1の接続体15から方向A2に距離を隔てて位置し、第一パネル1とは熱的に遮断されている。可動端部404と接続体15の間の距離は、断熱に十分な距離である。
図11Bには、熱伝導率切換器8の切換機構4が放熱状態にあるときを示している。放熱状態において、可動端部404は、第一パネル1の接続体15に接触し、第一パネル1に対して熱的に接続されている。
変形例7では、熱伝導部材401の外面(少なくとも可動端部404の外面)のうち、接続体15に当たる部分に、斜面407を設けている(図10参照)。接続体15の外面のうち、可動端部404が当たる部分には、斜面157を設けている。可動端部404が接続体15に当たるとき、両斜面407,157は互いに平行な姿勢で接触する。これにより、可動端部404と接続体15は広い面積で接触する。
変形例10では、熱伝導部材401が方向A2において変形するので、第一パネル1と第二パネル2の間の距離を小さく設定することが比較的容易である。
(変形例8)
図12A、図12Bには、変形例8の熱伝導率切換ユニットが備える熱伝導率切換器8を示している。
変形例8において、熱伝導部40(つまり熱伝導部材401)は、自身の温度変化に伴って方向A2の寸法が変化するように、その一部又は全部が熱膨張性材料で形成されている。
具体的に説明すると、熱伝導部材401は、正の熱膨張性材料を用いてシート状に形成された熱膨張性部材46と、熱膨張性部材46に固定された二つの突起状の接続体465を有する。熱伝導部材401は、接続体465を少なくとも一つ有していればよい。
熱膨張性部材46と接続体465は、ともに熱伝導性を有する。接続体465は、熱膨張性部材46に対して熱的に接続されている。
第二パネル2の対向面21には、熱膨張性部材46の一部分が固定されている。この一部分が、熱伝導部材401の固定部402を構成する。接続体465が、熱伝導部材401の可動端部404を構成する。熱膨張性部材46は、自身の温度変化に伴って、固定部402を中心として方向A2の両側に膨縮する。
二つの接続体465は、固定部402を基準として方向A2の両側に位置する。両側の接続体465は、熱膨張性部材46から、第一パネル1に近づく向きに突出している。両側の接続体465は、熱膨張性部材46の温度変化に伴って、方向A2において互いに近接又は離間する。
第一パネル1の対向面11には、突起状の接続体16が二つ設けられている。各接続体16は熱伝導性を有する。各接続体16は、第一パネル1に対して熱的に接続されている。
方向A2において、熱膨張性部材46の二つの接続体465は、第一パネル1の二つの接続体16の間に位置する。二つの接続体465と、二つの接続体16は、一対一で対応する。接続体465とこれに対応する接続体16は、方向A1において、少なくとも互いの一部が重なるように位置する。
図12Aには、熱伝導率切換器8の切換機構4が断熱状態にあるときを示している。断熱状態において、各接続体465(つまり可動端部404)は、対応する接続体16から方向A2に距離を隔てて位置し、第一パネル1とは熱的に遮断されている。接続体465と接続体16の間の距離は、断熱に十分な距離である。
図12Bには、熱伝導率切換器8の切換機構4が放熱状態にあるときを示している。放熱状態において、各接続体465は、対応する接続体16に接触し、第一パネル1に対して熱的に接続されている。
変形例8では、各接続体465の外面のうち、対応する接続体16に当たる部分に、斜面408を設けている。接続体16の外面のうち、接続体465が当たる部分に、斜面167を設けている。各接続体465が接続体16に当たるとき、両斜面408,167は互いに平行な姿勢で接触する。これにより、接続体465と接続体16は広い面積で接触する。
変形例10では、熱伝導部材401が方向A2において膨縮するので、第一パネル1と第二パネル2の間の距離を小さく設定することが比較的容易である。
(変形例9)
図13には、変形例9の熱伝導率切換ユニットの熱伝導率切換器8を示している。
変形例9の熱伝導率切換器8の基本的な構成は、上記した変形例8と共通である。変形例9と変形例8とでは、接続体465の数及び配置と、接続体16の数及び配置が相違する。以下において、変形例8と同様の構成については説明を省略する。
変形例9では、熱膨張性部材46の一面に四つの接続体465が固定されている。具体的には、固定部402を中心として方向A2の両側に、それぞれ二つの接続体465が位置する。方向A2の両側において、二つの接続体465の固定部402との距離は、互いに相違している。
第一パネル1の対向面11には、四つの接続体16が固定されている。これら四つの接続体16は、熱膨張性部材46の四つの接続体465と、一対一で対応する。対応関係にある接続体465と接続体16の接触と非接触は、熱膨張性部材46の方向A2の膨縮によって、切り換えられる。
接続体465とこれに対応する接続体16との間の距離は、固定部402から離れて位置する接続体465ほど大きくなるように、設定されている。つまり、固定部402から離れた側の接続体465とこれに対応する接続体16との間の距離は、固定部402に近い側の接続体465とこれに対応する接続体16との間の距離よりも、大きく設定されている。
この設定により、切換機構4が放熱状態にあるときには、四つの接続体465と四つの接続体16が、一対一で接触することができる。
なお、接続体465と接続体16の数と形状は、特に限定されない。例えば、接続体465が円形状または円弧状の形状を有し、接続体16が円形状または円弧状の形状を有してもよい。この場合、方向A1から視たときに接続体465と接続体16が同心円状に位置することで、接続体465と接続体16の接触と非接触が、熱膨張性部材46の膨縮によって切り換え可能である。
(変形例10)
図14には、変形例9の熱伝導率切換ユニットの熱伝導率切換器8を示している。
変形例9において、熱伝導部40(つまり熱伝導部材401)は、自身の温度変化に伴って方向A2の寸法が変化するように、その一部が熱膨張性材料で形成されている。
具体的に説明すると、熱伝導部材401は、棒状の熱膨張性部材47と、熱膨張性部材47に結合された棒状の非熱膨張性部材473と、非熱膨張性部材473に結合された三つの接続体475を有する。熱伝導部材401は、接続体475を少なくとも一つ有していればよい。
熱膨張性部材47は、方向A2に沿って一直線状の形状を有する。熱膨張性部材47の方向A2の一端部が、固定部402を構成する。熱膨張性部材47の方向A2の他端部(つまり、固定部402とは反対側の端部)に、非熱膨張性部材473が結合されている。
非熱膨張性部材473は、方向A2に沿って一直線状の形状を有する。熱膨張性部材47と非熱膨張性部材473は、方向A2において一直線状に連続する。非熱膨張性部材473の熱膨張係数は非常に小さく、自身の温度変化に伴う熱膨張は実質的に無視することができる。
三つの接続体475は、方向A2において互いに距離をあけて位置する。三つの接続体475は、互いに平行である。
第一パネル1の対向面11には、突起状の接続体17が三つ設けられている。各接続体17は熱伝導性を有する。各接続体17は、第一パネル1に対して熱的に接続されている。
熱伝導部材401に含まれる三つの接続体475と、第一パネル1の三つの接続体17は、一対一で対応する。対応関係にある接続体475と接続体17の接触と非接触は、熱膨張性部材47の方向A2の膨縮によって、切り換えられる。接続体475とこれに対応する接続体17との間の距離は、三つの接続体475で共通である。
図14には、熱伝導率切換器8の切換機構4が断熱状態にあるときを示している。断熱状態において、熱伝導部材401の可動端部404を構成する各接続体475は、対応する接続体17から方向A2に距離を隔てて位置し、第一パネル1とは熱的に遮断されている。
三つの接続体475と三つの接続体17は、切換機構4が放熱状態にあるときには、一対一で接触する。
変形例10においては、熱伝導部材401が、第二パネル2の対向面21に接触した状態で膨縮するので、対向面21に潤滑剤を塗布しておくことが好ましい。ここで塗布する潤滑材は、WS、WMo等を材質とした真空用潤滑剤であることが好ましい。
なお、接続体475と接続体17の数と形状は、特に限定されない。接続体475と接続体17の数は、それぞれ一つまたは複数であればよい。接続体735と接続体17の形状は、互いに接触することのできる形状であればよく、一直線状に限定されない。
(態様)
上述した実施形態及び各変形例から理解されるように、第1の態様の熱伝導率切換ユニットは、少なくとも一つの熱伝導率切換器(8)と、少なくとも一つの熱伝導率切換器(8)が収容される収容空間(S1)を有するガスバリアフィルム(9)を備える。
少なくとも一つの熱伝導率切換器(8)の各々は、一対のパネル(1,2)と、スペーサ(3)と、切換機構(4)を備える。一対のパネル(1,2)は、互いに対向して位置する。スペーサ(3)は、一対のパネル(1,2)の間に空間(S11)を形成するように、一対のパネル(1,2)の間に介在する。切換機構(4)は、一対のパネル(1,2)間の熱伝導率を切り換えるように、空間(S11)に配されている。ガスバリアフィルム(9)は、空間(S11)を含んだ収容空間(S1)の全体を、減圧状態で密閉するように構成されている。
第1の態様の熱伝導率切換ユニットによれば、熱伝導率切換器(8)をガスバリアフィルム(9)に収容し、ガスバリアフィルム(9)を気密に封止することで、多様な熱伝導率切換ユニットを効率的に提供することができる。
第2の態様の熱伝導率切換ユニットは、第1の態様の熱伝導率切換ユニットにおいて、一対のパネル(1,2)の間の距離をD、空間(S11)内の空気の平均自由工程をλとしたとき、収容空間(S1)は、空間(S11)においてλ/D>0.3の関係が満たされるように減圧されている。
第2の態様の熱伝導率切換ユニットによれば、空間(S11)は分子流領域となり、空間(S11)の熱コンダクタンスが距離Dに依存しないという特性が得られる。
上述したように、一般的には、熱伝導率切換器(8)が薄型であるほど、空間(S11)の断熱性を高めるには不利である。しかし、空間(S11)においてλ/D>0.3の関係が満たされていると、空間(S11)が高い断熱性を有することと、熱伝導率切換器(8)の薄型化が、両立され得る。熱伝導率切換器(8)が薄型であると、切換機構(4)を介して一対のパネル(1,2)が熱的に接続したときに、高い熱伝導性を発揮することができる。
つまり、空間(S11)においてλ/D>0.3の関係が満たされていると、熱伝導率切換器(8)は、切換機構(4)を介して一対のパネル(1,2)が熱的に接続したときに、その薄さによって、高い熱伝導性を発揮することができ、一対のパネル(1,2)が熱的に遮断されたときには、空間(S11)の断熱性によって高い断熱性を発揮することができる。
第3の態様の熱伝導率切換ユニットは、第1又は第2の態様の熱伝導率切換ユニットにおいて、少なくとも一つの熱伝導率切換器(8)は、複数の熱伝導率切換器(8)である。複数の熱伝導率切換器(8)は、一対のパネル(1,2)が対向する方向(A1)と直交する方向(A2)に、並んで収容されている。
第3の態様の熱伝導率切換ユニットによれば、熱伝導率切換器(8)の数及び配置を選択することで、多様な熱伝導率切換ユニットを提供することができる。
第4の態様の熱伝導率切換ユニットは、第3の態様の熱伝導率切換ユニットにおいて、ガスバリアフィルム(9)は、収容空間(S1)に複数の熱伝導率切換器(8)が収容され、且つ、収容空間(S1)が減圧状態に維持された状態で、その全体が折り曲げ自在である。
第4の態様の熱伝導率切換ユニットによれば、ユニット全体が折り曲げ可能な構造となるので、多様な形状の対象物に対して、装着しやすくなる。
第5の態様の熱伝導率切換ユニットは、第1から第4の態様のいずれか一つの熱伝導率切換ユニットにおいて、切換機構(4)は、一対のパネル(1,2)に接触することのできる熱伝導部(40)を含む。切換機構(4)は、熱伝導部(40)の形状寸法が変化することにより、放熱状態と断熱状態の間で切り換わるように構成されている。放熱状態は、一対のパネル(1,2)の両方に熱伝導部(40)が接触する状態である。断熱状態は、一対のパネル(1,2)の一方から熱伝導部(40)が離れた状態である。
第5の態様の熱伝導率切換ユニットによれば、ユニット全体の外形を変化させることなく、熱伝導部(40)の形状寸法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できる。
第6の態様の熱伝導率切換ユニットは、第5の態様の熱伝導率切換ユニットにおいて、熱伝導部(40)は、自身の温度変化に応じて変形するように構成されている。
第6の態様の熱伝導率切換ユニットによれば、周囲環境の温度変化に応じて、ユニット全体の熱伝導率を自動的に切り換えることができる。
第7の態様の熱伝導率切換ユニットは、第5の態様の熱伝導率切換ユニットにおいて、熱伝導部(40)は、自身の温度変化に応じて一部または全部が膨縮するように構成されている。
第7の態様の熱伝導率切換ユニットによれば、周囲環境の温度変化に応じて、ユニット全体の熱伝導率を自動的に切り換えることができる。
第8の態様の熱伝導率切換ユニットは、第5の態様の熱伝導率切換ユニットにおいて、熱伝導部(40)は、外部から与えられた電気エネルギーにより変形するように構成されている。
第8の態様の熱伝導率切換ユニットによれば、電気的な制御によって、ユニット全体の熱伝導率を自在に切り換えることができる。
第1の態様の熱伝導率切換ユニットの製造方法は、配置工程と、封止工程を備える。配置工程では、ガスバリアフィルム(9)の内側の収容空間(S1)に、少なくとも一つの熱伝導率切換器(8)を配置する。封止工程では、ガスバリアフィルム(9)を、収容空間(S1)が減圧状態で維持されるように封止する。少なくとも一つの熱伝導率切換器(8)の各々は、互いに対向して位置する一対のパネル(1,2)と、開放された空間(S11)を一対のパネル(1,2)の間に形成するように、一対のパネル(1,2)の間に介在するスペーサ(3)と、一対のパネル(1,2)間の熱伝導率を切り換えるように、空間(S11)に配された切換機構(4)を備える。
第1の態様の熱伝導率切換ユニットの製造方法によれば、多様な熱伝導率切換ユニットを、効率的に製造することができる。
以上、熱伝導率切換ユニットについて、実施形態及び各変形例に基づいて説明したが、熱伝導率切換ユニットはこれらの実施形態及び各変形例に限定されず、適宜の設計変更を行うことや、各変形例の構成を適宜組み合わせて適用することが可能である。
1 パネル(第一パネル)
2 パネル(第二パネル)
3 スペーサ
4 切換機構
40 熱伝導部
8 熱伝導率切換器
9 ガスバリアフィルム
A1 方向
A2 方向
S1 収容空間
S11 空間

Claims (9)

  1. 少なくとも一つの熱伝導率切換器と、
    前記少なくとも一つの熱伝導率切換器が収容される収容空間を有するガスバリアフィルムと、を備え、
    前記少なくとも一つの熱伝導率切換器の各々は、
    互いに対向して位置する一対のパネルと、
    前記一対のパネルの間に空間を形成するように、前記一対のパネルの間に介在するスペーサと、
    前記一対のパネルの間の熱伝導率を切り換えるように、前記空間に配された切換機構と、を備え、
    前記ガスバリアフィルムは、前記空間を含んだ前記収容空間の全体が、減圧状態で維持されるように、封止されている
    ことを特徴とする熱伝導率切換ユニット。
  2. 前記一対のパネルの間の距離をD、前記空間内の空気の平均自由工程をλとしたとき、前記収容空間は、前記空間においてλ/D>0.3の関係が満たされるように減圧されている
    ことを特徴とする請求項1に記載の熱伝導率切換ユニット。
  3. 前記少なくとも一つの熱伝導率切換器は、複数の熱伝導率切換器であり、
    前記複数の熱伝導率切換器は、前記一対のパネルが対向する方向と直交する方向に、並んでいる
    ことを特徴とする請求項1又は2に記載の熱伝導率切換ユニット。
  4. 前記ガスバリアフィルムは、前記収容空間に前記複数の熱伝導率切換器が収容され、且つ、前記収容空間が減圧状態に維持された状態で、その全体が折り曲げ自在である
    ことを特徴とする請求項3に記載の熱伝導率切換ユニット。
  5. 前記切換機構は、
    前記一対のパネルに接触することのできる熱伝導部を含み、前記熱伝導部の形状寸法が変化することにより、前記一対のパネルの両方に前記熱伝導部が接触する放熱状態と、前記一対のパネルの一方から前記熱伝導部が離れた断熱状態と、の間で切り換わるように構成されている
    ことを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の熱伝導率切換ユニット。
  6. 前記熱伝導部は、自身の温度変化に応じて変形するように構成されている
    ことを特徴とする請求項5に記載の熱伝導率切換ユニット。
  7. 前記熱伝導部は、自身の温度変化に応じて一部または全部が膨縮するように構成されている
    ことを特徴とする請求項5に記載の熱伝導率切換ユニット。
  8. 前記熱伝導部は、外部から与えられた電気エネルギーにより変形するように構成されている
    ことを特徴とする請求項5に記載の熱伝導率切換ユニット。
  9. ガスバリアフィルムの内側の収容空間に、少なくとも一つの熱伝導率切換器を配置する配置工程と、
    前記ガスバリアフィルムを、前記収容空間が減圧状態で維持されるように封止する封止工程と、を備え、
    前記少なくとも一つの熱伝導率切換器の各々は、
    互いに対向して位置する一対のパネルと、
    開放された空間を前記一対のパネルの間に形成するように、前記一対のパネルの間に介在するスペーサと、
    前記一対のパネルの間の熱伝導率を切り換えるように、前記空間に配された切換機構と、を備える
    ことを特徴とする熱伝導率切換ユニットの製造方法。
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