(57)【要約】【課題】密閉された室内空間からガラスを透過して赤外線を放出することによって室内、または冷却対象物を冷却することが可能な冷却装置を提供する。【解決手段】冷却装置１は、通電されることによって熱を吸収する吸熱部と、熱を発する放熱部とを有するペルチェ素子４と、熱電冷却素子の放熱部が接合され、ペルチェ素子４が発する熱を吸収し、熱輻射によって赤外線を放出する放熱板３と、金属薄膜が蒸着されたガラス薄膜であって、可視光を反射し、赤外線を透過するオプティカルソーラーリフレクター２とを備える。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
通電されることによって熱を吸収する吸熱面と、熱を発する放熱面とを有し、被冷却空間に対して前記吸熱面が配置される熱電冷却素子と、
一方の面に対して前記熱電冷却素子の前記放熱面が接合され、前記熱電冷却素子が発する熱を吸収し、他方の面から熱輻射によって赤外線を放出する放熱板と、
一方の面が、前記放熱板の他方の面の全面に渡って密着または隔離配置され、他方の面が、放熱空間に向かって配置され、可視光を反射し、赤外線を透過する熱制御ミラーと、
を備えることを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
通電されることによって熱を吸収する吸熱面と、熱を発する放熱面とを有し、被冷却空間に対して前記吸熱面が配置される熱電冷却素子と、
前記熱電冷却素子の前記吸熱部に接合され、冷却対象物が発する熱を前記吸熱部へ伝えるヒートパイプと、
一方の面に対して前記熱電冷却素子の前記放熱面が接合され、前記熱電冷却素子が発する熱を吸収し、他方の面から熱輻射によって赤外線を放出する放熱板と、
一方の面が、前記放熱板の他方の面の全面に渡って密着または隔離配置され、他方の面が、放熱空間に向かって配置され、可視光を反射し、赤外線を透過する熱制御ミラーと、
を備えることを特徴とする冷却装置。
【請求項３】
前記熱電冷却素子の電源または補助電源として太陽電池を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項２に記載の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、密閉された室内空間からガラスを透過して赤外線を放出することによって室内、または冷却対象物を冷却することが可能な冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、オフィスビル、特にコンピュータが多数設置されるデータセンターと言われる建物においては、熱対策が非常に重要な問題となっているが、一般的に既存の空調システムの冷却能力を向上させることは非常に難しい。
【０００３】
例えば、従来の冷媒ガスを用いた空調システムでは、最初に建物に敷設された時点で、使用可能な冷却水の量や冷媒ガスの圧縮能力の関係から、自ずと冷却能力に限界が生じる。そのため、冷却能力を増強させるためには、冷却サイクルの変更、冷媒ガス配管の敷設等、さまざまな工事を行わなければならず、建物の空調システムを変更することは容易ではない。このような状況の中で、新たな空調システムとしてペルチェ素子を用いたものがある（例えば、特許文献１）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平５−１０５４３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような空調システムにおいても、既存の建物に適用することは非常に困難である。一般家屋であれば比較的容易に敷設工事を行うことも可能かもしれないが、窓も開閉できないような高層ビルや、データセンターのような密閉された空間では、熱を排出する空間さえも確保することができず、敷設工事を容易に行うことはできない。従来の如何なる空調システムを用いても既存の建物に適用することは非常に困難であったため、何ら工事の必要のない新たな冷却装置が必要とされていた。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑み、既存の設備を変更することなく、密閉された室内空間からガラスを透過して赤外線を放出することによって室内、または冷却対象物を冷却することが可能な冷却装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明である冷却装置は、通電されることによって熱を吸収する吸熱面と、熱を発する放熱面とを有し、被冷却空間に対して前記吸熱面が配置される熱電冷却素子と、一方の面に対して前記熱電冷却素子の前記放熱面が接合され、前記熱電冷却素子が発する熱を吸収し、他方の面から熱輻射によって赤外線を放出する放熱板と、一方の面が、前記放熱板の他方の面の全面に渡って密着または隔離配置され、他方の面が、放熱空間に向かって配置され、可視光を反射し、赤外線を透過する熱制御ミラーとを備えることを特徴とする。
【０００８】
請求項１の発明によれば、熱電冷却素子が特定空間内の周囲の熱を吸収し、放熱板から赤外線としてその吸収した熱を放出するので、既存の設備を変更する必要が無く、窓ガラス等を利用して室内を冷却することが可能となる。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明である冷却装置は、通電されることによって熱を吸収する吸熱面と、熱を発する放熱面とを有し、被冷却空間に対して前記吸熱面が配置される熱電冷却素子と、前記熱電冷却素子の前記吸熱部に接合され、冷却対象物が発する熱を前記吸熱部へ伝えるヒートパイプと、一方の面に対して前記熱電冷却素子の前記放熱面が接合され、前記熱電冷却素子が発する熱を吸収し、他方の面から熱輻射によって赤外線を放出する放熱板と、一方の面が、前記放熱板の他方の面の全面に渡って密着または隔離配置され、他方の面が、放熱空間に向かって配置され、可視光を反射し、赤外線を透過する熱制御ミラーとを備えることを特徴とする。
【００１０】
請求項２の発明によれば、ヒートパイプが局所冷却したい機器の熱を吸収し、放熱板から赤外線としてその吸収した熱を放出するので、既存の設備を変更する必要が無く、窓ガラス等を利用してその局所冷却したい機器を冷却することが可能となる。
【００１１】
また、請求項３に記載の発明である冷却装置は、請求項１乃至請求項２に記載の冷却装置であって、前記熱電冷却素子の電源または補助電源として太陽電池を備えることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
＜第１の実施形態＞
図１に第１の実施形態における冷却装置１の構成の概略図を示す。第１の実施形態における冷却装置１は、熱制御ミラーとしてのオプティカルソーラーリフレクター２（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｓｏｌａｒ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ：以下、ＯＳＲ２と略す）、放熱板３、熱電冷却素子としてのペルチェ素子４、および直流電源から構成される。また、図２および図３は、それぞれ第１の実施形態における冷却装置１の例であって、図２は冷却装置１をＯＳＲ２側から見た図（上部からの透過図）、図３は冷却装置１をペルチェ素子４側から見た場合の内部構造の例である。
【００１３】
冷却装置１は、図２に示すように、ＯＳＲ２、および放熱板３を取り付けるためのフレームを有し、衝立状に構成される。
【００１４】
ＯＳＲ２は、石英ガラスやホウケイ酸ガラス等のガラス板上にアルミニウムや銀を蒸着することによって金属薄膜を形成したものであり、可視光線を反射する特性と赤外線を透過する特性を有する。第１の実施形態においては、このＯＳＲ２は、冷却装置１の太陽光入射側に取り付けられ、可視光線を反射することによって光吸収による温度上昇の防止と、赤外線を透過することによって冷却装置１の放熱を促進する役割を担う。
【００１５】
ＯＳＲ２のガラス板厚は、１００〜２００μｍ程度であれば良いが、放熱効果の向上と軽量化を図るため、ガラス板厚を更に薄くしても良い。また、放熱板３と密着するよう取り付けても良いし、放熱板３と一定の間隔をもって取り付けても良いが、ＯＳＲ２は前述の通り非常に薄いため、冷却装置１にはＯＳＲ２支持用フレーム（図示しない）を有するのは言うまでもない。また、放熱板３の一部をフレームの代用として用いることも可能である。
【００１６】
放熱板３は、銅、アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化ケイ素等、熱伝導率の高い金属やセラミックスによって形成されるものであり、ペルチェ素子４の発する熱を放出する役割を担う。また、図２に示すように、放熱板３が直立するよう左右のフレーム（図２中、斜線部）によって挟持される。
【００１７】
また、図２、図３に示すような放熱フィンを設けることによって表面積が広くなり、放熱フィンに黒色塗料を塗っておくことにより更に放熱効果を高めることができる。なお、図２、図３に示す放熱フィンの形状（図２中、破線の囲みで示す四角錐状の形状も含む）は一例であって、これに限定されるものではない。
【００１８】
ペルチェ素子４は、冷却装置１の大きさ、または冷却能力に応じて放熱板３に複数個接合される。また、それぞれのペルチェ素子４が放熱板３と接する面が放熱側となるよう直流電源に接続され、吸熱側から熱を吸収することによって、周囲を冷却する役割を担う。また、ペルチェ素子４と放熱板３との接合面に、ダイヤモンド、銀、アルミニウム等の粉末が配合されたシリコングリスや、熱伝導シート（グラファイトシート）を用いることによって、両者を隙間無く接合し、効率良く熱を放熱板３へ伝える。
【００１９】
なお、直流電源については、商用電源を整流したもの等であれば良く、特にその形態は限定しない。また、直流電源、またはその補助電源として太陽電池を用いても良い。
【００２０】
図４に、第１の実施形態における冷却装置１の設置例を示す。
【００２１】
図４に示すように、冷却装置１を窓ガラスの近傍に設置し、直流電源に接続する。ペルチェ素子４に電流が流れると、ペルチェ素子４はその吸熱面から周囲の熱を吸収すると同時に、その吸収した熱を放熱面から放熱板３に対して放出する。
【００２２】
一方、窓ガラスを透過して入射する太陽光のうち可視光は、ＯＳＲ２によって反射される。また太陽光に含まれる赤外線はＯＳＲ２を透過するものの、放熱板３によって吸収されるので、外部からの熱の侵入を防ぐことができる。
【００２３】
また、放熱板３は、ペルチェ素子４が発する熱と外部から進入した熱（赤外線）を吸収することによって熱せられる。熱せられた放熱板３は熱輻射を行うようになり、吸収した熱は赤外線となってＯＳＲ２と窓ガラスを透過し室外へ放出される。
【００２４】
このように、ペルチェ素子４が周囲の熱を吸収し、放熱板３からその熱を放出するので、室内を冷却することが可能となる。
【００２５】
＜第２の実施形態＞
第２の実施形態について、図５を用いて説明する。なお、第１の実施形態と同様の機能構成を有するものについては同じ番号を付し、その説明は省略する。
【００２６】
図５に第２の実施形態における冷却装置１の構成の概略図を示す。第２の実施形態における冷却装置１は、ＯＳＲ２、放熱板３、ペルチェ素子４、ヒートパイプ５、および直流電源から構成される。
【００２７】
ヒートパイプ５とは、真空状態にしたパイプの中に、適量の作動液とその還流を促進するグルーブを有する熱伝導素子であり、次のようなサイクルで熱を移動させる。
【００２８】
まず、作動液はヒートパイプ５の一端（入熱部）で加熱され蒸発する。蒸発した作動液は圧力差によって他端（放熱部）に移動し、冷却され凝縮する。凝縮した作動液はグルーブにより加熱部に還流され、再び加熱される。このサイクルを繰り返すことによって、熱を入熱部から放熱部へと移動させることができる。
【００２９】
第２の実施形態においては、このヒートパイプ５の放熱部をペルチェ素子４の吸熱側に接合しておき、局所冷却したい機器（または場所）に入熱部を取り付けることによって、特定箇所を冷却する。
【００３０】
ヒートパイプ５の放熱部とペルチェ素子４の吸熱側との接合構造については特に限定しないが、例えば、ペルチェ素子４と放熱板３との接合と同様に、シリコングリスや熱伝導シートを用いて効率良く熱をペルチェ素子４へ伝える。また、断熱材を用いてペルチェ素子４とヒートパイプ５の放熱部を覆い、ペルチェ素子４が周囲の熱を吸収することによって生じる冷却効率の低下を防止する。
【００３１】
また、第２の実施形態においても、図４に示す設置例と同様に、冷却装置１を窓ガラスの近傍に設置し、直流電源に接続する。
【００３２】
局所冷却したい機器にヒートパイプ５の入熱部を取り付けると、その機器の発する熱によってヒートパイプ５内部の作動液が循環し、局所冷却したい機器の熱が放熱部へと移動する。
【００３３】
ペルチェ素子４に電流が流れると、ペルチェ素子４はそのヒートパイプ５の放熱部から熱を吸収すると同時に、その吸収した熱を放熱面から放熱板３に対して放出する。
【００３４】
一方、窓ガラスを透過して入射する太陽光のうち可視光は、ＯＳＲ２によって反射される。また太陽光に含まれる赤外線はＯＳＲ２を透過するものの、放熱板３によって吸収されるので、外部からの熱の侵入を防ぐことができる。
【００３５】
また、放熱板３は、ペルチェ素子４が発する熱と外部から進入した熱（赤外線）を吸収することによって熱せられる。熱せられた放熱板３は熱輻射を行うようになり、吸収した熱は赤外線となってＯＳＲ２と窓ガラスを透過し室外へ放出される。
【００３６】
このように、ヒートパイプ５が局所冷却したい機器の熱を吸収し、放熱板３からその熱を放出するので、その局所冷却したい機器を冷却することが可能となる。
【００３７】
＜その他の実施形態＞
夏季、炎天下放置された車内は非常に暑くなってしまう。そのような炎天下放置された車内の熱対策には、一般的に日差しよけの衝立等が用いられているが、やはり密閉された車内には熱がこもってしまう。そこで、このような場合に本発明の冷却装置１を適用した例を示す。
【００３８】
図６は、車内の熱対策に本発明の冷却装置１を適用した例である。図６に示すように、サンルーフやフロントガラスやリヤガラスに冷却装置１を設置する。ペルチェ素子４の電源は、車内の電源ソケット（バッテリー）からとることも可能であるが、長時間放置した場合にはバッテリー切れになる恐れがある。そこで太陽電池をボンネットやトランクルームのカバーやルーフ、または車内（ドアガラス等）に設置し、その太陽電池を電源として用いる（図６では、太陽電池は図示していない）。
【００３９】
太陽電池で発電された電流がペルチェ素子４に流れると、ペルチェ素子４はその吸熱面から周囲の熱を吸収すると同時に、その吸収した熱を放熱面から放熱板３に対して放出する。
【００４０】
一方、サンルーフやフロントガラスやリヤガラスを透過して入射する太陽光のうち可視光は、ＯＳＲ２によって反射される。また太陽光に含まれる赤外線はＯＳＲ２を透過するものの、放熱板３によって吸収されるので、外部からの熱の侵入を防ぐことができる。
【００４１】
また、放熱板３は、ペルチェ素子４が発する熱と外部から進入した熱（赤外線）を吸収することによって熱せられる。熱せられた放熱板３は熱輻射を行うようになり、吸収した熱は赤外線となってＯＳＲ２とフロントガラスやリヤガラスを透過し車外へ放出される。
【００４２】
このように冷却装置１を用いることによって、自動車等の密閉された空間であっても、積極的に室内を冷却し、外部に熱を放出することが可能となる。
【００４３】
なお、本実施形態においては、冷却装置１は衝立状の構造となっているが、特にこのような構造に限定されるものではない。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、熱電冷却素子が特定空間内の周囲の熱を吸収し、放熱板から赤外線としてその吸収した熱を放出するので、既存の設備を変更する必要が無く、窓ガラス等を利用して室内を冷却することが可能となる。
【００４５】
また、ヒートパイプが局所冷却したい機器の熱を吸収し、放熱板から赤外線としてその吸収した熱を放出するので、既存の設備を変更する必要が無く、窓ガラス等を利用してその局所冷却したい機器を冷却することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態における冷却装置の構成概略図である。
【図２】冷却装置をＯＳＲ側から見た図である。
【図３】冷却装置をペルチェ素子側から見た内部構造図である。
【図４】第１の実施形態における冷却装置の設置例を示す図である。
【図５】第２の実施形態における冷却装置の構成概略図である。
【図６】その他の実施形態を示す図である。
【符号の説明】
１  冷却装置
２  オプティカルソーラーリフレクター（ＯＳＲ）
３  放熱板
４  ペルチェ素子
５  ヒートパイプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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