(57)【要約】【課題】従来のガスクロミックガラスでは、水素供給に時間がかかり、クロミック特性の切り替えに、数分の時間を要していた。そこで、この切り替えを高速に行うことが求められていた。【解決手段】複層ガラスのガスクロミック領域の外側に、水素ガス吸着剤を配置する。このガス吸着剤には、水素ガス供給装置から水素を供給して蓄えておく。この水素ガス吸着剤からの水素を一度に、ガスクロミック領域に接する空間に供給することにより、クロミック特性の高速なスイッチングが可能になる。【選択図】図２
2015145935.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第1面と第2面を有する板状のガラスであって、前記第1の面に、水素ガスに対してクロミック特性を有する薄膜が形成された第1のガラスと、
前記第1のガラスの第1面に対向して設けられた第2のガラスと、
前記第1のガラスと、前記第2のガラスと、前記第１および第２ガラスの間に設けられた封止剤によって囲まれた空間と、
前記空間の外部で、前記空間に水素ガスを供給可能に設けられた水素ガス吸着剤と、
前記水素ガス吸着剤に水素ガスを供給可能な水素ガス供給装置と、
を有するガスクロミックガラススイッチングシステム。
【請求項２】
前記水素ガス吸着剤は、水素吸蔵合金、または、活性炭である請求項１に記載のガスクロミックガラススイッチングシステム。
【請求項３】
前記第1のガラスの薄膜が形成されている領域は、前記第1のガラスの一部であり、前記第1のガラスの薄膜が形成されていない領域、または、前記第1のガラスの薄膜が形成されていない領域に対向する第2のガラスの相当領域に前記水素ガス吸着剤が設けられている、請求項1または２に記載のガスクロミックガラススイッチングシステム。
【請求項４】
前記空間に、前記水素ガス吸着剤より水素を供給するパスは、複数である請求項１から３のいずれか１項に記載のガスクロミックガラススイッチングシステム。
【請求項５】
前記水素ガス供給装置は、水素ガス発生装置である請求項１から４のいずれか１項に記載のガスクロミックガラススイッチングシステム。
【請求項６】
前記水素ガス発生装置は、大気中の水を電気分解して水素を発生するものである請求項５に記載のガスクロミックガラススイッチングシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は水素化による透明状態と脱水素化による遮光状態、もしくは水素化による遮光状態と脱水素化による透明状態、の間で状態が可逆的に変化するガスクロミックガラスの切り替え(スイッチング)方式に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ガラスの透明、遮光を調整できる調光ガラスは屋内環境調整のための太陽光遮断や目隠しとしての遮蔽などに利用されている。水素化によって調光されるガスクロミックガラスは、状態を維持するために外からエネルギーを加え続ける必要が無いので、省エネルギーな調光ガラスとなる。しかしながら、ガスクロミックガラスでは反応ガスを短時間で供給することが困難で、スイッチングシステムを操作から数秒程度で透明状態から遮光状態（もしくは遮光状態から透明状態）に変化させることが望まれるに対して、実際の動作は数十秒以上かかってしまうという課題がある。
特許文献１で示されるように面積１ｍ２のガスクロミックガラスを十分変化させるに足りる水素ガス量が５０ｍＬであるとすると、数秒間に５０ｍＬの水素ガスを供給できるスイッチングシステムが必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００５−５２５４８４号公報
【特許文献２】特開２０１３−８３９１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の水素供給スイッチングシステムは、水素ガスを水素ボンベ、水素製造装置、金属水素化物貯蔵部から直接もしくは希釈して供給するもので、材料交換の必要性や高速スイッチングに課題があった。水素ボンベで供給する場合は大気圧より十分ボンベ圧を高くしておけば、高速の水素供給は可能であるが、ボンベの交換を定期的に行わないといけない。水素製造装置（例えば、特許文献１参照）では水素50ｍLを数秒で供給させるには、電極電流50Ａ以上必要となり、ガラス板の大きさに対して大きく、また高価な電源と電極が必要となる。金属水素化物貯蔵部からの供給はボンベを利用した時と同じく定期的交換が必要であるのと、金属水素化物貯蔵部からガス化される水素の平衡圧を大気圧に対して十分高い圧力にするには一気に数100℃の昇温が必要となる。
【０００５】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、材料の交換供給なしで水素製造し、その水素ガスを短時間に一定量供給し、高速でガスクロミックガラスを変化させるための小型で安価なシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記従来の課題を解決するために、本発明の水素供給システムは、ガスクロミック材料が塗布された領域の外周に水素ガス供給装置に接続された水素ガス吸脱着剤が配置された構造を有する。水素製造装置では空気中の水分を凝集し電気分解により水素を発生させ、その水素を吸着剤に吸蔵したのち、加熱することにより吸着剤より短時間で水素を脱離させ、ガスクロミックガラスを変化させる。
【０００７】
本構成によって、材料交換が不要でかつ短時間でガスクロミックガラスに水素ガスを供給するシステムが提供できる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の水素供給システムによれば、水素の一定量を短時間でガスクロミックガラスに供給でき高速なスイッチングが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態におけるガスクロミックガラススイッチングシステムの構成図
【図２】本発明の実施の形態におけるガスクロミック復層ガラスの構成図
【図３】本発明の実施の形態における水素製造デバイスの構成図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１１】
（実施の形態）
図１は、本実施の形態におけるガスクロミックガラススイッチングシステムの構成図である。図１において、ガスクロミック復層ガラス１０５は、第１のガラスおよび第２のガラスを有する。第１のガラスおよび第２のガラスはともに板状である。第１のガラスおよび第２のガラスは対向して設けられている。第１のガラスの第２のガラスと対向している面を第１面と呼び、反対側の面を第２面と呼ぶ。第１のガラスの第１面には、ガスクロミック合金薄膜がコーティングされている。第１のガラスと第２のガラスの外周部には封止剤が設けられ、封止剤と、第１のガラスと第２のガラスで囲まれた空間が形成されている。この空間に水素を供給したり、反対にこの空間に酸素を供給し脱水素化を行うことによって、ガスクロミック合金薄膜を水素化したり、脱水素化をする。これによって、遮光状態と透明状態が制御される。すなわち、ガスクロミック性が発揮される。なお、このようなガスクロミック合金薄膜としては、水素化によって遮光状態になり、脱水素化によって透明状態になっても、逆に、水素化によって透明状態になり、脱水素化のよって遮光状態になってもよい。いずれにしてもこのような変化が可逆的に発生することが必要である。また、以上は第１のガラスの第１面に合金薄膜が形成されている場合について説明したが、第２のガラスの第１のガラスと対向する面にもガスクロミック合金薄膜が形成されていてもよい。
【００１２】
前記第１のガラスと第２のガラスの間の空間(ガスクロミック領域２０６と接する空間)は、水素ガス吸着剤が配置された空間と接続されている。水素ガス吸着剤から、２つのガラスの間の空間に水素ガスが供給可能になっている。
【００１３】
水素ガス吸着剤を含む空間は、さらに、水素ガス供給装置に接続されている。水素ガス供給装置の一例は、水素ガス製造装置である。
図2は、本実施の形態におけるガスクロミック復層ガラス部分の構成例を示す。ガスクロミック合金薄膜は復層させるガラスの対向する面のどちらか一方(第１のガラス)に端から数ｃｍ程度内側の領域にコーティングされている。この合金上には脱水素化の際に水素と酸素の反応を促進するために、金属触媒がコートされている。合金薄膜及び金属触媒は、特許文献1及び特許文献2により既知である。
【００１４】
図２に示すように、ガラスの端部には、２重の封止剤であるバンク２０１，２０２が形成されている。封止剤の材料は、たとえば、ＵＶ硬化型樹脂である。バンクの幅は、数ｍｍである。外周の封止材バンク201と内周の封止材バンク202間には水素を吸着する水素吸着層(水素吸着剤)２０４が配置されている。水素吸着層204には粒状もしくは粉状の水素吸蔵合金もしくは活性炭が充填されている。水素吸蔵合金もしくは活性炭はその水素吸蔵量が約１〜8%であり、１ｍ2のガスクロミック領域を変化させるには0.8〜6ｇ程度充填すれば良い。
【００１５】
水素ガス吸着剤２０４の配置された空間と、水素ガス供給装置１０１をつなげるために、外周の封止剤バンク２０１には、少なくとも1箇所、数mm幅の水素導入口203をガラス端より設ける。
【００１６】
また、ガスクロミック領域２０６と接する空間に、水素吸着剤２０４からの水素を供給するために、封止バンク２０２上に、貫通孔205を形成する。この貫通孔205は水素ガス吸着剤に水素ガスが十分行き渡るように隣接の水素導入口203と水素吸着剤に沿ってその距離が等間隔になるように設けるのが望ましい。
【００１７】
また、ガスクロミック領域２０６に接する空間を、真空にする際の排気口となり、かつ、脱水素化の際に空気もしくは酸素を導入するために、管207が図2のように外に向けて設けられている。
【００１８】
水素導入口203の断面積の合計より、水素吸着剤２０４の配置された空間とガスクロミック領域２０６に接する空間を繋ぐ貫通孔２０５の断面積の合計を十分に大きくとっておけば、水素ガス吸着剤２０４を脱離した水素は、水素ガス供給装置１０１側よりも、ガスクロミック領域２０６の空間側に多く排出される。加えてガスクロミック領域２０６の空間を低気圧状態にすると、ほとんどの水素吸着剤からの脱離水素をガスクロミック領域２０６の空間側に供給することが可能である。
【００１９】
ガラス間空隙を低真空状態にしているため、水素吸着剤は常温で平衡水素圧が0.01MPa以下かつ200℃までに0.1MPa以上となるような水素吸蔵合金又は活性炭が用いられる。
【００２０】
水素吸着剤２０４を加熱するためのヒーターが設置されているのが好ましい。図２においては、水素吸着層２０４に沿って熱線ヒーター２０８が取り付けられている。熱線ヒーター２０８に電流を流して加熱すると、平衡水素圧が高くなり水素が水素吸着層から脱離する。加熱する温度はガラスの軟化を避けるために、200℃までとするのが好ましい。
【００２１】
次に、図3は、本実施の形態における水素製造デバイスの構成図である。水素製造デバイス101は空気中の水分を冷却凝集する機構とその水を電気分解で水素と酸素に分解する機構をもたせた。電気分解における薬液供給のメンテナンスをなくすために、数十μmの高分子電解質膜303の表裏に数十μmの触媒層で構成した構造とした。水素発生するカソード触媒は、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｒｈなどの触媒金属をカーボンなどの導電粒子に担持して形成しカソード極302とした。酸素発生するアノード触媒はＰｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｎｉなどの触媒金属をＴｉなどにメッキして形成しアノード極304とした。
【００２２】
次に、本実施形態のガスクロミックガラススイッチングシステムの動作について説明する。
【００２３】
水素ガス発生装置１０１を起動する。図1の水素ガス発生装置101にて空気を冷却することで水の凝集が始まる。水素ガス発生装置のカソード極302に対してアノード極304の電位差を2.5〜3.5Vとなるようにして電気分解することで水素が発生する。
【００２４】
水素製造デバイス101における電気分解を1Aでは6分30秒間、10Aでは40秒間行って、水素を発生させ、ガスクロミックガラスを十分変化させるに足りる水素ガス量を常温で水素吸着剤２０４に吸着させる。
【００２５】
次に、ガスクロミック合金に水素を供給し、水素と反応させる動作について説明する。この動作の前に、上述の動作で、水素吸着剤２０４には、水素が吸着された状態となっている。
【００２６】
バルブA103を開き、真空ポンプ102でガラス間空隙を低真空状態にする。このことでガスクロミック層への水素供給時に水素吸着層から脱離の水素がガラス間空隙全体にいきわたる速度が速くなる。
水素吸着剤を熱線ヒーターで加熱する。水素吸着剤に吸着していた水素は、ガスクロミック領域２０６の空間側に排出され、ガスクロミック領域に数秒で行き渡り、ガスクロミック合金を変化させる。
【００２７】
次に、ガスクロミック合金の脱水素化の動作は次の通りである。
【００２８】
バルブA103を開き、真空ポンプ102でガラス間空隙を低真空状態にしておく。
次にバルブA103を閉じ、バルブB104を開き空気中の酸素をガラス間空隙に入れることでガスクロミック合金上に形成した金属触媒上で酸素とガスクロミック合金中の水素が反応して水蒸気となる脱水素反応が起こる。
【００２９】
このような動作を繰り返して、ガスクロミック合金を水素化したり、脱水素化することができる。
【００３０】
ガスクロミックガラスの利用目的として、屋内環境調整のための太陽光遮断や目隠しとして遮蔽する場合においても、透過と遮光の切替後は少なくとも数分間維持を続けるので、水素を吸収させる時間をとることは、利用上不便とはならない。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明にかかるクロミックガラスは、高速な調光を有し、屋内環境調整のための太陽光を調整するガラス窓や目隠しとして光を遮蔽するガラスなどの用途に応用できる。
【符号の説明】
【００３２】
101.水素製造デバイス
102.真空ポンプ
103.バルブA
104.バルブB
105.ガスクロミック複層ガラス
106.空気入口
201.封止樹脂バンクA
202.封止樹脂バンクB
203.水素導入口
204.水素吸着剤
205.貫通孔
206.ガスクロミック領域
207.ガス排気口及び酸素導入口
208.熱線ヒーター
301.水素出口
302.カソード電極
303.電解質膜
304.アノード電極
305.空気出口
306.空気入口
307.直流電源
308.冷却素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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