KR101850904B1

KR101850904B1 - 자립형 조광 시스템

Info

Publication number: KR101850904B1
Application number: KR1020167021999A
Authority: KR
Inventors: 나오키 우치야마; 토모미 카나이
Original assignee: 가부시키가이샤 아쯔미테크
Priority date: 2014-01-22
Filing date: 2015-01-21
Publication date: 2018-04-20
Also published as: CA2937217A1; CN106030398A; EP3098649B1; WO2015111630A1; US9678368B2; KR20160108473A; US20160327817A1; JP6204206B2; EP3098649A1; CN106030398B; CA2937217C; JP2015138135A; EP3098649A4

Abstract

대향하는 동시에 떨어져 배치된 한 쌍의 투명 기재(2), 및 상기 한 쌍의 투명 기재를 유지하면서, 상기 한 쌍의 투명 기재와 함께 공극(12)을 형성하는 프레임체로 이루어지는 본체부(5); 상기 공극 내에 배설되어 수소화·탈수소화에 의해 가역적으로 광학 특성을 바꾸는 조광 소자(6a)를 구비하는 조광부(6); 상기 본체부에 배설된 발전 장치(10); 상기 발전 장치에서 생성된 전력의 공급 시에 전기 분해에 의해 수소를 생성하여 상기 공극에 공급하고, 상기 발전 장치에서 생성된 전력의 비공급 시에 상기 공극 내의 상기 수소를 이용하여 발전을 실시하는 수소 흡배기부(9); 및, 상기 발전 장치에서 생성된 전력의 상기 수소 흡배기부로의 공급 및 비공급을 제어하는 제어수단(32)을 갖는다.

Description

자립형 조광 시스템{SELF-DIMMING SYSTEM}

본 발명은 가스 크로믹(gas chromic) 조광 부재를 구비하는 자립형 조광 시스템에 관한 것이다.

일반적인 건물에 있어서, 창 부분에서의 열의 출입이 많아지고 있다. 구체적으로는, 여름에 냉방을 사용하는 경우에 옥외에서 옥내로 열이 들어옴으로써 옥내의 온도가 상승하고, 겨울에 난방을 사용하는 경우에 옥내에서 옥외로 열이 나감으로써 옥내의 온도가 저하된다. 즉, 건물의 창을 통해 대량의 에너지가 손실되어, 냉난방 효율의 저하를 초래하고 있다.

또한, 건물의 창에서는 빛이 투과되기 때문에, 건물 내부로부터 건물 외부를 보거나, 또는 건물 외부로부터 건물 내부를 볼 수 있다. 여기서, 일반적인 건물 내 욕실의 창에 대해서는, 욕실 사용 중에 건물 외부로부터의 시인(視認)을 방지하는 것이 요구되기 때문에, 루버(louver)라 불리는 가림막용 아크릴판 등이 설치되어 있다. 그러나 욕실을 사용하고 있지 않은 경우 등에는 창을 통해 빛을 입사시키는 것이 바람직하므로, 욕실의 사용 상태에 따라 루버의 개구량을 조정하여 빛의 투과량을 변경할 필요가 있다.

상술한 바와 같은 창에서의 문제를 해소 가능하다는 관점에서, 종래로부터 조광 유리의 연구 및 개발이 이루어지고 있다. 조광 유리에는, 전류·전압의 공급량에 따라 투과율을 변화시키는 것, 온도에 의해 투과율을 변화시키는 것, 분위기 가스의 제어에 의해 투과율을 변화시키는 것이 있다. 이들 종류 중에서, 분위기 가스의 제어에 의해 투과율을 변화시키는 것이, 구조의 간소화 및 비용 저감의 관점에서 특히 주목받고 있다.

예를 들어, 분위기 가스의 제어에 의해 투과율을 변화시키는 조광 유리로서, 특허문헌 1에 무색 투명하게 이루어지는 반사형 조광 박막 재료가 개시되어 있다. 특허문헌 1을 대표로 하는 조광 유리는 가스 크로믹 유리라고도 불리며, 상기 유리의 내부에 대해 수소를 도입(수소화)하고, 더욱이 도입한 수소의 양을 배출 등에 의해 감소(탈수소화)시켜, 이와 같은 유리 내부의 수소량을 조정함으로써 투과율을 제어하고 있다.

일본 특개 2008-20586호공보

그러나 상술한 바와 같은 가스 크로믹 유리에서는, 상기 유리의 내부에 수소 등의 분위기 가스를 도입하는 펌프 등의 장치, 도입된 수소를 배출하는 펌프 등의 장치, 수소 등의 분위기 가스가 충전된 가스 봄베(Bombe) 등이 필요하고, 조광 유리로서 기능시킬 때 시스템이 대형화되는 동시에 비용도 증가하게 된다. 또한, 상기 펌프 등의 장치를 구동시키기 위한 전원도 필요하여, 시스템의 소형화 및 비용 저감을 도모하는 것이 더욱 어려워지게 된다.

본 발명은 이와 같은 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 바는 외부로부터의 전원 공급을 필요로 하지 않고, 소형화 및 비용 저감을 도모할 수 있는 자립형 조광 시스템을 제공하는 것에 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 자립형 조광 시스템은, 대향하는 동시에 떨어져 배치된 한 쌍의 투명 기재, 및 상기 한 쌍의 투명 기재를 유지(保持)하면서, 상기 한 쌍의 투명 기재와 함께 공극을 형성하는 프레임체(frame body)로 이루어지는 본체부; 상기 공극 내에 배설(配設)되어 수소화·탈수소화에 의해 가역적으로 광학 특성을 바꾸는 조광 소자를 구비하는 조광부; 상기 본체부에 배설된 발전 장치; 상기 발전 장치에서 생성된 전력의 공급 시에 전기 분해에 의해 수소를 생성하여 상기 공극에 공급하고, 상기 발전 장치에서 생성된 전력의 비공급 시에 상기 공극 내의 상기 수소를 이용하여 발전을 실시하는 수소 흡배기부; 및 상기 발전 장치에서 생성된 전력의 상기 수소 흡배기부로의 공급 및 비공급을 제어하는 제어수단;을 갖는다.

본 발명에 따른 자립형 조광 시스템에서는, 시스템 내부에서 효율적으로 전력을 생성 및 축전함으로써 외부로부터의 전원 공급을 필요로 하지 않고, 게다가 시스템 자체의 소형화 및 비용 저감을 도모할 수 있다.

도 1은 실시예에 따른 자립형 조광 시스템의 전체 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 선II-II에 따른 자립형 조광 시스템의 단면도이다.
도 3은 도 1의 선III-III에 따른 자립형 조광 시스템의 단면도이다.
도 4는 도 3에서의 열전 변환 모듈의 확대 단면도이다.
도 5는 도 1의 선V-V에 따른 자립형 조광 시스템의 단면도이다.
도 6은 실시예에 따른 자립형 조광 시스템의 블록도이다.
도 7은 본 실시예에 따른 자립형 조광 시스템에서의 전력, 수소 및 열의 흐름을 설명하기 위한 블록도이다.
도 8은 본 실시예에 따른 자립형 조광 시스템에서의 전력, 수소 및 열의 흐름을 설명하기 위한 블록도이다.

이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 실시 형태에 대해 실시예를 바탕으로 상세하게 설명한다. 그리고 본 발명은 이하 설명하는 내용으로 한정되는 것이 아니라, 그 요지를 변경하지 않는 범위에서 임의로 변경하여 실시하는 것이 가능하다. 또한, 실시예의 설명에 이용하는 도면은 어느 것이나 본 발명에 따른 자립형 조광 시스템 및 그 구성 부재를 모식적으로 나타내는 것이며, 이해를 높이기 위해 부분적인 강조, 확대, 축소 또는 생략 등을 하고 있어, 각 구성 부재의 축척이나 형상 등을 정확히 나타내지 않은 경우가 있다. 게다가, 실시예에서 이용하는 다양한 수치는 어느 것이나 일례를 나타내는 것이며, 필요에 따라 다양하게 변경하는 것이 가능하다.

≪실시예≫

＜자립형 조광 시스템의 구조＞

먼저, 본 발명의 실시예에 따른 자립형 조광 시스템(1)의 구성을 도 1 내지 도 5를 참조하면서 설명한다. 도 1은 실시예에 따른 자립형 조광 시스템(1)의 전체 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다. 도 2는 도 1의 선II-II에 따른 자립형 조광 시스템(1)의 단면도이다. 도 3은 도 1의 선III-III에 따른 자립형 조광 시스템(1)의 단면도이다. 도 4는 도 3에서의 열전 변환 모듈의 확대 단면도이다. 도 5는 도 1의 선V-V에 따른 자립형 조광 시스템(1)의 단면도이다.

도 1 및 도 2에서 알 수 있듯이, 본 실시예에 따른 자립형 조광 시스템(1)은, 투광성을 구비하는 투명 기재(2), 및 투명 기재(2)를 고정하는 프레임체(3)로 구성된 본체부(5)를 가지고, 상기 본체부(5)의 내부에 조광부(6) 및 가열부(7)가 배설된 구조를 가지고 있다. 또한, 도 2에 나타낸 바와 같이, 자립형 조광 시스템(1)은 배관(8)을 통해 본체부(5)에 접속된 전기식 제습기(수소 흡배기부)(9)를 구비하고 있다. 게다가, 도 3에 나타낸 바와 같이, 자립형 조광 시스템(1)은 본체부(5)를 구성하는 프레임체(3)의 내부에 발전 장치로서 기능하는 열전 변환 모듈(10)을 가지고 있다. 이하에서, 각종 구성 부재에 대해 상세히 설명한다.

(투명 기재)

도 2에 나타낸 바와 같이, 투명 기재(2)는 서로 대향하는 동시에 떨어져 배치된 제1 투명 기재(2a)와 제2 투명 기재(2b)로 구성되어 있다. 본 실시예에서는 제1 투명 기재(2a) 및 제2 투명 기재(2b)는 평판형이며 동일한 치수를 구비하고 있다. 또한, 제1 투명 기재(2a) 및 제2 투명 기재(2b)는 가시광을 투과시킬 수 있는 재료로 구성되어 있다. 게다가, 본 실시예에 따른 자립형 조광 시스템(1)은 일반적인 가옥의 창에 사용되는 것이 가정되므로, 투명 기재(2)로는 비교적 강고하고 외력에 의해 파손 등이 생기지 않는 부재를 이용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 투명 기재(2)로는, 가시광에 대해 비교적 높은 투과율을 구비하는 유리 또는 플라스틱 등의 부재를 이용하는 것이 바람직하다. 플라스틱으로는, 예를 들어 아크릴, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET：Polyethylene terephthalate) 및 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN：polyethylene naphthalate) 등의 부재를 이용할 수 있다.

그리고 제1 투명 기재(2a) 및 제2 투명 기재(2b)의 형상은 상술한 바와 같은 평판형으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 제1 투명 기재(2a) 및 제2 투명 기재(2b)를 만곡시켜 원하는 곡률을 갖는 투명 기재(2)를 형성할 수도 있다. 또한, 본 실시예에 따른 자립형 조광 시스템(1)이 설치되는 장소에 따라, 제1 투명 기재(2a) 및 제2 투명 기재(2b)의 평면 형상을 정사각형 또는 직사각형 이외의 형상으로 할 수도 있다. 예를 들어, 제1 투명 기재(2a) 및 제2 투명 기재(2b)의 형상을 원반형으로 할 수도 있다.

도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 제2 투명 기재(2b)에는 관통홀(11)이 마련되어 있다. 상기 관통홀(11)에 배관(8)이 끼워 넣어져 있다. 제2 투명 기재(2b)의 관통홀(11)에 배관(8)이 끼워 넣어져 있는 것에 의해, 제1 투명 기재(2a)와 제2 투명 기재(2b) 사이의 공극(12) 내에, 배관(8)을 통해 수소의 흡배기를 실시할 수 있다. 그리고 배관(8)이 끼워 넣어지기 위한 관통홀(11)은 제2 투명 기재(2b)에 형성되는 것으로 한정되는 것은 아니며, 예를 들어, 제1 투명 기재(2a) 또는 프레임체(3)에 형성될 수도 있다. 또한, 본 실시예에 따른 자립형 조광 시스템(1)이 원하는 장소에 설치되어 사용될 때, 배관(8)이 시인됨으로써 자립형 조광 시스템(1)의 디자인성이 손상되지 않도록 관통홀(11)의 설치 장소를 결정하는 것이 바람직하다.

(프레임체)

프레임체(3)는 제1 투명 기재(2a)와 제2 투명 기재(2b)가 대향하는 동시에 떨어지도록 유지하고 있다. 투명 기재(2)와 프레임체(3)의 고정 방법은 투명 기재(2)를 프레임체(3)의 홈 등에 끼워 넣을 수도 있고, 나사 또는 접착제 등의 접합 부재를 이용하여 프레임체(3)에 투명 기재(2)를 접합할 수도 있다. 또한, 프레임체(3)는 한 쌍의 투명 기재(2)인 제1 투명 기재(2a) 및 제2 투명 기재(2b)와 함께 공극(12)을 형성하고 있다.

프레임체(3)의 재료로는, 투명 기재(2)를 견고하게 유지하는 것 및 외력의 영향에 의한 파손이 없는 것 등의 관점에서, 비교적 강고한 부재가 바람직하다. 또한, 투명 기재(2)의 형상에 따라 프레임체(3)의 형상도 변형시킬 필요가 있으므로, 용이하게 가공을 실시할 수 있는 재료인 것도 바람직하다. 예를 들어, 프레임체(3)로는, 알루미늄 등의 금속, 또는 수지를 이용할 수 있다.

여기서, 프레임체(3)는 제1 투명 기재(2a)와 제2 투명 기재(2b)의 사이를 완전히 밀폐하여, 공극(12) 내에 도입된 수소가 누출되는 일이 없게 하는 것이 바람직하지만, 조광부(6)에서의 수소화를 충분히 실시할 수 있다면 제1 투명 기재(2a)와 제2 투명 기재(2b) 사이를 완전히 밀폐하지 않을 수도 있다. 즉, 투명 기재(2)와 프레임체(3)에 의해 완전히 밀폐된 공극(12)을 형성하는 것이 바람직하지만, 공극(12)에서 누출되는 수소의 양이 수소의 공급량에 비해 충분히 적으면, 투명 기재(2)와 프레임체(3) 사이에 틈새가 생겨도 된다.

(조광부)

도 2에 나타낸 바와 같이, 조광부(6)는 수소화·탈수소화에 의해 그 가역적으로 광학 특성을 바꾸는 조광 소자(6a), 및 조광 소자(6a)의 수소화·탈수소화 반응을 촉진시키는 촉매층(6b)으로 구성되어 있다. 이러한 구성에 의해, 조광부(6)는 공극(12)에 대한 수소의 흡기 및 배기에 의해, 가시광에 대한 투과율을 효율적으로 변화시킬 수 있다. 보다 구체적인 구성으로는, 제1 투명 기재(2a)의 표면이자 제2 투명 기재(2b)와 대향하는 표면 상에 조광 소자(6a)가 형성되어 있다. 또한, 조광 소자(6a)의 표면 상(즉, 제2 투명 기재(2b)와 대향하는 표면)에 촉매층(6b)이 적층되어 있다. 여기서, 촉매층(6b)과 제2 투명 기재(2b)는 완전히 떨어져 있는 것이 바람직하지만, 촉매층(6b)과 제2 투명 기재(2b) 사이에서 수소가 확산될 수 있으면, 촉매층(6b)과 제2 투명 기재(2b)는 부분적으로 접촉되어 있어도 된다.

조광 소자(6a)의 재료로는, 반사형 조광체 및 흡수형 조광체 2 종류의 재료 중 어느 하나를 이용할 수 있다. 반사형 조광체의 조광 소자(6a)로는, 예를 들어, 마그네슘 합금 박막을 이용할 수 있다. 특히, 내구성의 관점에서 마그네슘·니켈 합금 박막, 또는 마그네슘·이트륨 합금 박막 등 마그네슘과 전이 금속의 합금 박막을 바람직하게 이용할 수 있다. 흡수형 조광체의 조광 소자(6a)로는, 산화 텅스텐, 산화 몰리브덴, 산화 크롬, 산화 코발트, 산화 니켈, 산화 티타늄에서 선택된 하나 이상의 재료를 포함하는 전이 금속 산화막을 이용할 수 있다. 특히, 착색 효율의 관점에서 산화 텅스텐 박막을 이용하는 것이 바람직하다.

조광 소자(6a)의 막 두께는 가시광의 투과량에 따라 적절히 변경할 수 있다. 예를 들어, 반사형 조광체의 조광 소자(6a)의 막 두께는 약 30nm~100nm의 범위에서 조정하는 것이 바람직하고, 흡수형 조광체의 조광 소자(6a)의 막 두께는 약 300nm~800nm의 범위에서 조정하는 것이 바람직하다. 그리고 조광 소자(6a)의 막 두께란, 복수의 조광 소자(6a)에 의해 조광부(6)를 형성할 경우에, 조광 소자(6a) 각각의 두께이다.

조광 소자(6a)는 스퍼터링법, 진공 증착법, 전자빔 증착법, 화학 기상 증착법, 졸·겔 법 등의 공지된 성막 기술에 의해 형성된다. 또한, 조광 소자(6a)는 상술한 성막 기술을 이용해, 2층 이상의 적층 구조를 구비하도록 형성될 수도 있다. 이러한 경우에, 반사형 조광체로 이루어지는 층과, 흡수형 조광체로 이루어지는 층을 조합할 수도 있다.

촉매층(6b)은 예를 들어, 스퍼터링법, 진공 증착법, 전자빔 증착법, 화학 기상 증착법 등의 공지된 성막 기술을 이용하여, 팔라듐 또는 백금을 성막함으로써 형성될 수 있다. 촉매층(6b)의 층 두께는 요구되는 수소화·탈수소화의 반응 속도에 따라 적절히 변경할 수 있지만, 예를 들어 약 2nm~10nm로 할 수 있다. 그리고 촉매층(6b)의 재료는 상술한 수소화·탈수소화의 반응 속도를 향상시킬 수 있다면, 이러한 재료로 한정되지 않고 다른 촉매 재료를 이용할 수도 있다.

그리고 조광 소자(6a)와 촉매층(6b) 사이에는 조광 소자(6a)의 성분과 촉매층(6b)의 성분 사이에 상호 확산을 방지하기 위한 버퍼층을 마련할 수도 있다. 예를 들어, 버퍼층은 스퍼터링법, 진공 증착법, 전자빔 증착법, 화학 기상 증착법 등의 공지된 성막 기술을 이용하여, 티타늄, 니오븀, 탄탈륨 또는 바나듐 등의 금속의 박막을 성막함으로써 형성될 수도 있다.

또한, 촉매층(6b)의 노출면(즉, 조광 소자(6a)와 접촉되지 않은 면)에는 수소를 투과하는 동시에 조광 소자(6a)의 산화를 방지하는 보호막이 마련될 수도 있다. 즉, 수소에 대해 투과성을 갖는 동시에, 물에 대해 발수성을 갖는 재료로 이루어지는 보호막을, 촉매층(6b)의 원하는 표면에 형성할 수도 있다. 예를 들어, 보호막으로는, 폴리 테트라 플루오르 에틸, 폴리 아세트산 비닐, 폴리 염화비닐, 폴리 스틸렌, 아세트산 셀룰로오스 등의 폴리머나, 산화 티타늄 박막 등의 무기 박막을 이용할 수 있다. 이러한 폴리머는 폴리머를 분산시킨 분산액을 도포하고 그 후에 건조함으로써 형성할 수 있고, 무기 박막은 스퍼터링법에 의해 성막함으로써 형성할 수 있다.

본 실시예에 있어서는 제1 투명 기재(2a)의 표면이자, 제2 투명 기재(2b)와 대향하는 표면에 조광부(6)가 배치되어 있었지만, 조광부(6)의 배치 장소는 공극(12) 내이면 다른 장소에 배치할 수도 있다. 예를 들어, 조광부(6)는 제2 투명 기재(2b)의 표면이자, 제1 투명 기재(2a)와 대향하는 표면에 형성될 수도 있다. 또한, 제1 투명 기재(2a) 및 제2 투명 기재(2b)가 대향하는 표면 각각에 조광부(6)를 마련할 수도 있다.

(가열부)

본 실시예에 있어서, 가열부(7)는 전류를 공급함으로써 발열하는 시트형(sheet-shaped) 히터를 이용하고 있다. 도 2 및 도 5에서 알 수 있듯이, 가열부(7)는 조광부(6)와 프레임체(3) 사이에 배치되어 조광부(6)의 바깥 가장자리 부분을 둘러싸고 있다. 이러한 구성에 의해, 가열부(7)는 조광부(6)의 조광 소자(6a)를 직접적으로 가열할 수 있고, 상기 가열에 의해 조광부(6)의 탈수소화가 촉진되게 된다.

그리고 가열부(7)는 시트형 히터로 한정되는 것은 아니며, 조광부(6)를 가열할 수 있다면 다른 구성의 가열 기구를 이용할 수도 있다. 예를 들어, 투명 기재(2)의 내부에 히터 배선을 매설하고, 상기 히터 배선에 전류를 공급함으로써, 투명 기재(2)를 통해 조광부(6)를 가열할 수도 있다. 또한, 조광부(6)가 금속 박막으로 형성되는 것으로부터, 조광부(6)에 전류가 공급되도록 하는 회로를 구성하여 조광부(6) 자체의 온도를 직접적으로 상승시킬 수도 있다.

(전기식 제습기)

도 2 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 전기식 제습기(9)는 배관(8)을 통해 본체부(5)에 접속되어 있다. 전기식 제습기(9)는 전력이 공급되면 물의 전기 분해를 실시해 수소를 생성한다. 또한, 전기식 제습기(9)는 전력이 공급되지 않는 경우에, 수소와 산소를 반응시켜 물과 전기 에너지를 생성해 축전을 실시한다. 즉, 전기식 제습기(9)는 일반적인 제습기의 기능 및 연료 전지의 기능을 가지며, 전기식 제습기(9)로의 전력 공급 유무에 따라 상기 2개의 기능을 바꿀 수 있다.

보다 구체적으로는, 본 실시예에 따른 전기식 제습기(9)는 전력이 공급되면, 전기식 제습기(9) 주위에 존재하는 공기 중의 수증기를 이용해 전기 분해를 실시하여, 상기 수증기를 수소와 산소로 분해한다. 즉, 전기식 제습기(9)는 전력이 공급되면 일반적인 제습 기능을 발휘한다. 또한, 전기식 제습기(9)는 상기 전기 분해에 의해 생성된 수소를 배관(8)을 통해 배기한다. 여기서, 배관(8)은 제2 투명 기재(2b)의 관통홀(11)에 끼워 넣어져 공극(12)에 연통되므로, 상기 전기 분해에 의해 생성된 수소는 공극(12) 내에 도달하게 된다. 즉, 전기식 제습기(9)는 전력이 공급되면 주위의 제습을 실시하고, 이러한 제습에 따라 생기는 수소를 배관(8)을 통해 공극(12)에 공급하여 조광부(6)의 수소화를 도모한다.

한편, 전기식 제습기(9)는 전력의 비공급 시에, 배관(8)을 통해 공극(12) 내에 존재하는 수소를 흡기하는 동시에, 전기식 제습기(9)의 주위에 존재하는 공기 중의 산소를 흡기하고, 상기 수소와 상기 산소를 반응시켜 물(수증기) 및 전기 에너지를 생성하고, 생성된 전기 에너지(전력)를 내부의 축전부(미도시)에 축전한다. 즉, 전기식 제습기(9)는 전력이 공급되지 않으면 공극(12) 내로부터 수소를 흡기하여 조광부(6)의 탈수소화를 도모하고, 공극(12) 내의 수소를 연료원으로 하는 연료 전지로서 기능한다.

이상의 구성으로부터, 본 실시예에 따른 전기식 제습기(9)는 수소 흡배기부로서 기능하게 된다. 이러한 수소 흡배기부로 기능하는 전기식 제습기(9)로는, 예를 들어, 고체 분자형 연료 전지(PEFC：Polymer Electrolyte Fuel Cell) 또는 인산형 연료 전지(PAFC：Phosphoric Acid Fuel Cell)를 이용할 수도 있다.

(열전 변환 모듈)

도 1, 도 3 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 발전 장치인 열전 변환 모듈(10)은 프레임체(3)의 내부에 배설되어 있다. 구체적으로, 열전 변환 모듈(10)은 외형이 사각형인 프레임체(3)의 네 변 중 한 변을 따르도록 하여 프레임체(3)의 내부에 배설되어 있다. 다시 말하면, 열전 변환 모듈(10)은 본체부(5)에 마련되어 있다.

도 4에 나타낸 바와 같이, 열전 변환 모듈(10)은 P형 반도체 재료로 이루어지는 제1 열전 변환 소자(21), N형 반도체 재료로 이루어지는 제2 열전 변환 소자(22), 그리고 제1 열전 변환 소자(21) 및 제2 열전 변환 소자(22)의 양단에 접합된 전극(23a, 23b)을 가지고 있다. 또한, 열전 변환 모듈(10)은 상술한 구성 부재가 절연 수지(24)에 의해 피복된 구조를 가지며, 전체적으로 박형(薄型)의 시트형 모듈이다.

본 실시예에 있어서, 제1 열전 변환 소자(21) 및 제2 열전 변환 소자(22)의 외형은 동일하고, 직경이 2mm, 길이가 5mm에서 10mm이다. 또한, 제1 열전 변환 소자(21)와 제2 열전 변환 소자(22)는 교호로 병설되어 있다. 그리고 인접하는 제1 열전 변환 소자(21)와 제2 열전 변환 소자(22)는, 소편화(小片化)된 전극(23a, 23b)에 의해 전기적으로 접속되어 있다. 즉, 열전 변환 모듈(10)은 제1 열전 변환 소자(21)와 제2 열전 변환 소자(22)가 직렬 접속된 구성을 구비하고 있다.

전극(23a, 23b)은 평판형의 동판(銅板)으로 구성되어 있으며, 제1 열전 변환 소자(21) 및 제2 열전 변환 소자(22)의 단부(端部)에 맞닿아 마련되어 있다. 그리고 전극(23a, 23b)은 동판으로 한정되는 것은 아니며, 다른 금속 또는 도전성을 구비하는 다른 부재를 이용할 수도 있다.

또한, 도 5에서 알 수 있듯이, 열전 변환 모듈(10)의 제1 열전 변환 소자(21) 및 제2 열전 변환 소자(22)는, 프레임체(3)의 내부에서, 제1 투명 기재(2a)로부터 제2 투명 기재(2b)를 향해 연장되어 있다. 즉, 제1 열전 변환 소자(21) 및 제2 열전 변환 소자(22)의 일단부 및 전극(23a)은 제1 투명 기재(2a) 측에 위치하고, 제1 열전 변환 소자(21) 및 제2 열전 변환 소자(22)의 타단부 및 전극(23b)은 제2 투명 기재(2b) 측에 위치하게 된다. 이러한 열전 변환 모듈(10)의 배치 구성에 의해, 제1 투명 기재(2a) 측과 제2 투명 기재(2b) 측 사이에 온도차가 생기면 열전 변환 모듈(10)은 발전(發電)하게 된다. 예를 들어, 본 실시예에 따른 자립형 조광 시스템(1)을 가옥의 일반적인 창 대신에 설치하면, 옥내의 기온(즉, 제1 투명 기재(2a) 측의 기온)과 옥외의 기온(즉, 제2 투명 기재(2b) 측의 기온) 사이의 차이에 의해 열전 변환 모듈(10)이 발전하게 된다.

또한, 본 실시예의 열전 변환 모듈(10)은 프레임체(3)의 일부분에 마련되어 있었지만, 투명 기재(2)의 바깥 가장자리를 둘러싸도록 고리형으로 마련될 수도 있다. 즉, 열전 변환 모듈(10)을 프레임체(3) 내부의 대부분(전체적)에 설치할 수도 있고, 이러한 경우에는 열전 변환 모듈(10)에 의한 발전량(기전력)을 크게 할 수 있다.

게다가, 본 실시예에서는 발전 장치로서 열전 변환 모듈(10)을 이용했지만, 이것으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 본 실시예에 따른 자립형 조광 시스템(1)을 가옥의 일반적인 창 대신에 설치할 경우에는 태양광 발전 모듈을 이용할 수도 있다. 이러한 경우에는 태양광 발전 모듈을 프레임체(3)의 표면(특히, 옥외에 위치하게 되는 제1 투명 기재(2a) 측의 프레임체(3)의 표면), 또는 투명 기재(2)의 표면(특히, 옥외에 위치하게 되는 제1 투명 기재(2a)의 표면)에 배설하는 것이 바람직하다.

＜자립형 조광 시스템의 전기적 구성＞

다음으로, 도 6을 참조하면서, 본 실시예에 따른 자립형 조광 시스템(1)의 전기적 구성을 설명한다. 여기서, 도 6은 본 실시예에 따른 자립형 조광 시스템(1)의 블록도이다.

도 6에 나타낸 바와 같이, 열전 변환 모듈(10)은 배선(31)을 통해 스위치(32)와 전기적으로 접속하고 있다. 또한, 스위치(32)는 배선(33)을 통해 전기식 제습기(9)와 전기적으로 접속하는 동시에, 배선(34)을 통해 가열부(7)와 전기적으로 접속하고 있다. 이러한 배선 구조에 의해, 열전 변환 모듈(10)은 생성된 전력을 스위치(32)를 통해 전기식 제습기(9) 및 가열부(7)에 공급할 수 있다.

스위치(32)는 자립형 조광 시스템(1)의 사용자가 눈으로 볼 수 있는 동시에 용이하게 조작할 수 있는 장소에 설치되어 있다. 예를 들어, 스위치(32)는 투명 기재(2) 또는 프레임체(3)에 설치될 수도 있다. 또한, 자립형 조광 시스템(1)에서는 스위치(32)를 전환시킴으로써, 열전 변환 모듈(10)에서 생성한 전력을 전기식 제습기(9) 및 가열부(7) 중 어느 한쪽에 공급할 수 있게 되어 있다. 즉, 스위치(32)는 열전 변환 모듈(10)에서 생성된 전력의 전기식 제습기(9)로의 공급 및 비공급을 제어하는 제어수단으로 기능한다.

또한, 도 6에 나타낸 바와 같이, 전기식 제습기(9)와 조광부(6)는 배관(8)을 통해 접속되어 있다. 이에 의해, 전기식 제습기(9)는 스위치(32)를 통해 공급되는 전력을 이용해 물의 분해를 실시하고, 상기 전기 분해에 의해 생성된 수소를 배관(8)을 통해 조광부(6)에 공급할 수 있다. 또한, 전기식 제습기(9)는 스위치(32)를 통해 전력이 공급되지 않는 경우에는 배관(8)을 통해 조광부(6)로부터 수소를 흡기하여 축전을 실시한다.

게다가, 도 6에 나타낸 바와 같이, 전기식 제습기(9)는 배선(35)을 통해 가열부(7)와 전기적으로 접속되어 있다. 이에 의해, 전기식 제습기(9)가 축전한 전력은 배선(35)을 통해 가열부(7)에 공급된다. 따라서, 가열부(7)는 스위치(32)를 통해 전력이 공급되는 동시에, 전기식 제습기(9)로부터도 동시에 전력이 공급되게 된다. 이에 의해, 조광부(6)에 대한 가열을 양호하게 실시할 수 있다.

그리고 본 실시예에서는 전기식 제습기(9)로의 전력의 공급 및 비공급을 제어하는 제어수단으로서 스위치(32)를 이용했지만, 본 실시예와 같은 단순한 전환용(아날로그식) 스위치(32)로 한정되는 것은 아니다. 전기식 제습기(9)로의 전력의 공급 및 비공급을 제어할 수 있다면, 자립형 조광 시스템(1)의 환경에 따라 전력 공급을 제어하는 마이크로 프로세서 등을 이용할 수도 있다.

또한, 스위치(32)는 전기식 제습기(9)로의 전력의 공급 및 비공급만을 제어할 수도 있다. 즉, 열전 변환 모듈(10)에서 생기는 전력을 가열부(7)에 공급하지 않는 구성으로 할 수도 있다. 이러한 경우에도, 전기식 제습기(9)에 축전된 전력이 가열부(7)에 공급되므로, 원하는 타이밍에 조광부(6)를 가열할 수 있다.

게다가, 전기식 제습기(9)에서 생성된 전력의 공급처는 가열부(7)로 한정되는 것은 아니며, 전기식 제습기(9)에 대해 정기적으로 전력을 요구하는 장치라면 임의의 전기·전자적 장치를 이용할 수 있다. 예를 들어, 상술한 마이크로 프로세서에 전력을 공급할 수도 있다.

＜자립형 조광 시스템의 사용태양＞

다음으로, 도 7 및 도 8을 참조하면서, 본 실시예에 따른 자립형 조광 시스템(1)의 사용태양에 대해 설명한다. 여기서, 도 7 및 도 8은 본 실시예에 따른 자립형 조광 시스템(1)에서의 전력, 수소 및 열의 흐름을 설명하기 위한 블록도이다.

본 실시예에 따른 자립형 조광 시스템(1)은 예를 들어, 가옥의 일반적인 창의 설치 부분에 설치된다. 즉, 본 실시예에 따른 투명 기재(2)를 창으로 하고, 프레임체(3)를 창 프레임으로 사용하게 된다. 또한, 본 실시예에서는 투명 기재(2)를 구성하는 제1 투명 기재(2a)가 옥외 측에 배치되고, 제2 투명 기재(2b)가 옥내 측에 배치되지만, 배치 구성이 반대로 될 수도 있다.

일반적인 가옥에 있어서, 햇볕이 강한 동시에 바깥 공기가 고온인 경우(예를 들어, 여름)에는 태양광을 차단하여 옥내의 냉방 효과를 높이는 것이 요구된다. 이러한 경우, 조광부(6)의 주변(즉, 공극(12) 내)의 수소를 감소시켜, 조광부(6)의 탈수소화를 도모하고, 조광부(6)에서의 가시광의 투과율을 저하시키는 것이 필요하다. 조광부(6)의 탈수소화를 도모하기 위해서는, 도 7에 나타낸 바와 같이, 열전 변환 모듈(10)로부터 전기식 제습기(9)로의 전력 공급을 정지시키고, 전기식 제습기(9)를 연료 전지로서 기능하게 한다.

전기식 제습기(9)가 연료 전지로 기능하면, 도 7에 나타낸 바와 같이, 전기식 제습기(9)가 공극(12) 내의 수소를 흡기함으로써, 조광부(6) 주변의 수소가 감소되어 탈수소화를 도모할 수 있다. 여기서, 전기식 제습기(9)에서 발생하는 전력은 가열부(7)에 공급되고, 가열부(7)에서 소비되게 된다. 이러한 가열부(7)에서의 전력 소비가 이루어짐으로써, 전기식 제습기(9)는 계속하여 전기를 생성할 필요가 생겨, 공극(12) 내의 수소를 계속하여 흡기하게 된다. 즉, 열전 변환 모듈(10)로부터 전기식 제습기(9)로의 전력 공급이 정지되면, 전기식 제습기(9)는 공극(12) 내의 수소를 계속적으로 흡기하여, 조광부(6)의 탈수소화를 계속적으로 실시하게 되어, 조광부(6)에서의 가시광의 투과율을 일정 값으로 유지할 수 있다.

열전 변환 모듈(10)로부터 전기식 제습기(9)로의 전력 공급이 정지되면, 열전 변환 모듈(10)에서 생성된 전력은 스위치(32)를 통해 가열부(7)에 공급되게 된다. 가열부(7)가 전기식 제습기(9) 및 열전 변환 모듈(10)에서 공급되는 전력을 사용하여 조광부(6)를 가열하면, 조광부(6) 주변의 수소를 전기식 제습기(9)를 향해 방출하기 쉬워져, 전기식 제습기(9)에 의한 탈수소화를 촉진할 수 있다.

이와 같이, 전기식 제습기(9)로의 전력 공급을 스위치(32)에 의해 정지시킴으로써, 조광부(6)에서의 가시광의 투과율을 용이하게 저하시키고, 가시광을 투과하지 않는 상태를 유지할 수 있다.

한편, 햇볕이 약한 동시에 바깥 공기가 저온인 경우(예를 들어, 겨울)에는, 태양광을 투과시켜 옥내의 난방 효과를 높이는 것이 요구된다. 이러한 경우, 조광부(6) 주변(즉, 공극(12) 내)의 수소를 증가시켜, 조광부(6)의 수소화를 도모하고, 조광부(6)에서의 가시광의 투과율을 증가시키는 것이 필요해진다. 조광부(6)의 수소화를 도모하기 위해서는, 도 8에 나타낸 바와 같이, 열전 변환 모듈(10)로부터 전기식 제습기(9)로의 전력 공급을 실시하여, 전기식 제습기(9)를 제습기로서 기능하게 한다. 즉, 전기식 제습기(9)에서 물의 전기 분해를 실시한다.

전기식 제습기(9)가 제습기로서 기능하면, 도 8에 나타낸 바와 같이, 전기식 제습기(9)가 주변의 수증기(수분)를 흡기하여, 전기 분해된 수소를 공극(12) 내에 공급(배기)하게 된다. 이에 의해, 조광부(6) 주변의 수소가 증가하여, 조광부(6)의 수소화를 도모할 수 있다. 여기서, 겨울에는 건물의 옥내 측의 창 부분에 결로(結露)가 생기기 쉬우므로, 자립형 조광 시스템(1)의 옥내 측에는 수증기가 많이 존재하게 되고, 전기식 제습기(9)에서의 물의 전기 분해를 효율적으로 실시할 수 있다.

그리고 상술한 햇볕이 약한 동시에 바깥 공기가 저온인 경우에는 열전 변환 모듈(10)에서 생기는 전력이 전기식 제습기(9)에서 소비되는 동시에 전기식 제습기(9)에서 축전되지 않으므로, 가열부(7)에는 전력이 공급되는 일이 없어진다. 이에 의해, 조광부(6)가 가열되는 일이 없어져, 조광부(6)에서 전기식 제습기(9)를 향한 수소 배출이 생기기 어려워진다.

이와 같이, 전기식 제습기(9)로의 전력 공급을 스위치(32)에 의해 개시함으로써, 조광부(6)에서의 가시광의 투과율을 용이하게 증가시키고, 가시광을 투과하는 상태를 유지할 수 있다.

이상과 같이, 본 실시예에 따른 자립형 조광 시스템(1)에서는 내부에 설치된 열전 변환 모듈(10) 및 전기식 제습기(9)에서 생긴 전력만을 이용하여, 조광부(6)에서의 가시광의 투과율을 변경할 수 있다. 즉, 본 실시예에 따른 자립형 조광 시스템(1)은 외부 전원을 필요로 하지 않고, 자립형의 조광 시스템으로서 기능하게 된다.

＜실시예의 효과＞

본 실시예에 따른 자립형 조광 시스템(1)에서는, 대향하는 동시에 떨어져 배치된 한 쌍의 투명 기재(2), 및 투명 기재(2)를 유지하면서, 투명 기재(2)와 함께 공극(12)을 형성하는 프레임체(3)로 이루어지는 본체부(5); 공극(12) 내에 배설되어 수소화·탈수소화에 의해 가역적으로 광학 특성을 바꾸는 조광 소자(6a)를 구비하는 조광부(6); 본체부(5)에 배설된 발전 장치인 열전 변환 모듈(10); 열전 변환 모듈(10)에서 생성된 전력의 공급 시에 전기 분해에 의해 수소를 생성해 공극(12)에 공급하고, 열전 변환 모듈(10)에서 생성된 전력의 비공급 시에 공극(12) 내의 수소를 이용해 축전을 실시하는 수소 흡배기부인 전기식 제습기(9); 및, 열전 변환 모듈(10)에서 생성된 전력의 전기식 제습기(9)로의 공급 및 비공급을 제어하는 스위치(32);를 가지고 있다.

상술한 자립형 조광 시스템(1)에서는, 시스템 내에 마련된 전기식 제습기(9) 및 열전 변환 모듈(10)만을 전력원으로 이용하고, 외부 전원을 필요로 하지 않기 때문에, 시스템 자체의 소형화 및 비용 저감을 용이하게 도모할 수 있다.

또한, 본 실시예의 자립형 조광 시스템(1)에서는, 전기식 제습기(9)의 전기 분해 및 축전 기능을 전환하여 이용함으로써, 공극(12)에 대한 수소의 공급 및 공극(12)으로부터의 수소의 배기를 용이하게 실시할 수 있다. 이 때문에, 수소의 공급 및 배기를 실시하기 위한 펌프가 불필요해져, 시스템 자체의 소형화 및 비용 저감을 용이하게 도모할 수 있다.

게다가, 본 실시예의 전기식 제습기(9)는, 주변 공기 중의 수증기 및 산소, 및 공극(12) 내의 수소를 이용하여 전기 분해 및 축전을 이루기 때문에, 조광부(6)의 수소화·탈수소화를 위해 필요한 기체를 봄베 등에 준비할 필요가 없다. 이에 의해, 시스템 자체의 소형화 및 비용 저감을 용이하게 도모할 수 있다.

본 실시예에 따른 자립형 조광 시스템(1)에서는, 전기식 제습기(9)에서 축전된 전력을 이용해 조광부(6)를 가열하는 가열부(7)가 마련되어 있고, 전기식 제습기(9)로의 전력의 비공급 시에, 열전 변환 모듈(10)로부터 상기 가열부(7)로 전력이 공급된다. 이러한 구성에 의해, 전기식 제습기(9)를 계속적으로 연료 전지로서 기능하게 할 수 있고, 조광부(6)에서의 가시광의 투과율을 저하시킨 상태로 유지할 수 있다. 또한, 가열부(7)에 의해 조광부(6)가 가열되게 되어, 공극(12) 내의 수소가 방출되기 쉬워져, 조광부(6)의 탈수소화를 촉진할 수 있다.

본 실시예에 따른 자립형 조광 시스템(1)의 열전 변환 모듈(10)은, 프레임체(3) 내에서 제1 투명 기재(2a)로부터 제2 투명 기재(2b)를 향해 연장되는 복수의 열전 변환 소자(제1 열전 변환 소자(21), 제2 열전 변환 소자(22))가 배설된 구조를 구비하고 있다. 이러한 열전 변환 모듈(10)의 구조에 의해, 자립형 조광 시스템(1)이 설치되는 가옥 내외의 기온차에 연동시켜 자립형 조광 시스템(1)을 작동시킬 수 있다.

≪본 발명의 실시태양≫

본 발명의 제1 실시태양에 따른 자립형 조광 시스템은, 대향하는 동시에 떨어져 배치된 한 쌍의 투명 기재, 및 상기 한 쌍의 투명 기재를 유지하면서, 상기 한 쌍의 투명 기재와 함께 공극을 형성하는 프레임체로 이루어지는 본체부; 상기 공극 내에 배설되어 수소화·탈수소화에 의해 가역적으로 광학 특성을 바꾸는 조광 소자를 구비하는 조광부; 상기 본체부에 배설된 발전 장치; 상기 발전 장치에서 생성된 전력의 공급 시에 전기 분해에 의해 수소를 생성하여 상기 공극에 공급하고, 상기 발전 장치에서 생성된 전력의 비공급 시에 상기 공극 내의 상기 수소를 이용하여 발전을 실시하는 수소 흡배기부; 및, 상기 발전 장치에서 생성된 전력의 상기 수소 흡배기부로의 공급 및 비공급을 제어하는 제어수단;을 갖는다.

본 발명의 제2 실시태양에 따른 자립형 조광 시스템은, 제1 실시형태에 따른 자립형 조광 시스템에 있어서, 상기 수소 흡배기부에서 발전된 전력을 이용하여 상기 조광부를 가열하는 가열부를 가지고 있다.

본 발명의 제3 실시태양에 따른 자립형 조광 시스템은, 제2 실시형태에 따른 자립형 조광 시스템에 있어서, 상기 발전 장치가 상기 수소 흡배기부로의 상기 전력의 비공급 시에 상기 가열부에 상기 전력을 공급한다.

본 발명의 제4 실시태양에 따른 자립형 조광 시스템은, 제1 내지 제3 실시형태 중 어느 하나에 따른 자립형 조광 시스템에 있어서, 상기 발전 장치가, 상기 프레임체 내에서 상기 한 쌍의 투명 기재의 한 쪽에서 다른 쪽을 향해 연장되는 복수의 열전 변환 소자가 배설된 구조를 구비하는 열전 변환 모듈이다.

본 발명의 제5 실시태양에 따른 자립형 조광 시스템은, 제1 내지 제3 실시형태 중 어느 하나에 따른 자립형 조광 시스템에 있어서, 상기 발전 장치가 상기 프레임체의 표면에 배설된 태양광 발전 모듈이다.

본 발명의 제6 실시태양에 따른 자립형 조광 시스템은, 제2 또는 제3 실시형태에 따른 자립형 조광 시스템에 있어서, 상기 가열부가 상기 조광부에 접촉하여 배설된 시트형 히터로 이루어진다.

본 발명의 제7 실시태양에 따른 자립형 조광 시스템은, 제2 또는 제3 실시형태에 따른 자립형 조광 시스템에 있어서, 상기 가열부가 상기 한 쌍의 투명 기재에 내장된 히터 배선으로 이루어진다.

1: 자립형 조광 시스템 2: 투명 기재
2a: 제1 투명 기재 2b: 제2 투명 기재
3: 프레임체 5: 본체부
6: 조광부 6a: 조광 소자
6b: 촉매층 7: 가열부
8: 배관 9: 전기식 제습기(수소 흡배기부)
10: 열전 변환 모듈 11: 관통홀
12: 공극 21: 제1 열전 변환 소자
22: 제2 열전 변환 소자 23a, 23b: 전극
24: 절연 수지 31, 33, 34: 배선
32: 스위치

Claims

대향하는 동시에 떨어져 배치된 한 쌍의 투명 기재, 및 상기 한 쌍의 투명 기재를 유지하면서, 상기 한 쌍의 투명 기재와 함께 공극을 형성하는 프레임체로 이루어지는 본체부;
상기 공극 내에 배설되어 수소화·탈수소화에 의해 가역적으로 광학 특성을 바꾸는 조광 소자를 구비하는 조광부;
상기 본체부에 배설된 발전 장치;
상기 발전 장치에서 생성된 전력의 공급 시에 전기 분해에 의해 수소를 생성하여 상기 공극에 공급하고, 상기 발전 장치에서 생성된 전력의 비공급 시에 상기 공극 내의 상기 수소를 이용하여 발전을 실시하는 수소 흡배기부; 및,
상기 발전 장치에서 생성된 전력의 상기 수소 흡배기부로의 공급 및 비공급을 제어하는 제어수단;을 갖는 자립형 조광 시스템.
제1항에 있어서,
상기 수소 흡배기부에서 발전된 전력을 이용하여 상기 조광부를 가열하는 가열부를 갖는 자립형 조광 시스템.
제2항에 있어서,
상기 발전 장치는 상기 수소 흡배기부로의 상기 전력의 비공급 시에 상기 가열부에 상기 전력을 공급하는 자립형 조광 시스템.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 발전 장치는 상기 프레임체 내에서 상기 한 쌍의 투명 기재의 한 쪽에서 다른 쪽을 향해 연장되는 복수의 열전 변환 소자가 배설된 구조를 구비하는 열전 변환 모듈인 자립형 조광 시스템.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 발전 장치는 상기 프레임체의 표면에 배설된 태양광 발전 모듈인 자립형 조광 시스템.
제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 가열부는 상기 조광부에 접촉하여 배설된 시트형 히터로 이루어지는 자립형 조광 시스템.
제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 가열부는 상기 한 쌍의 투명 기재에 내장된 히터 배선으로 이루어지는 자립형 조광 시스템.