JP7350434B2 - 構造体及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、構造体及びその製造方法に関する。
従来、断熱材に対して略Ｎ字形状のヒートパイプを上下に亘って多段に設けた放熱用壁構造が提案されている（例えば特許文献１参照）。この放熱用壁構造では、略Ｎ字形状のヒートパイプは、中空体となっており、内部に冷媒が収納されたものとなっている。ヒートパイプは、ウィックを有した放熱部と、連結部と、凝縮部とを備えており、放熱部にて蒸発した冷媒が連結部を通り、凝縮部側にて凝縮する。これにより、放熱用壁構造は、放熱部を有する一面側から凝縮部を有する他面側へ熱を移送することができる。
特開平０６－１２９７８７号公報
ここで、特許文献１に記載の放熱用壁構造は、１枚の壁に対して高さ方向に多段にヒートパイプを設けなければならなくなる問題の解決のために、ウィックを備えている。このウィックを備えることで、高さ方向に蒸発面積の拡大を図り、ヒートパイプの段数を削減している。
しかし、特許文献１に記載の放熱用壁構造は、各ヒートパイプの凝縮部が蒸発部よりも高く設置されるため、ヒートパイプが設置される面のうち、放熱部側（一面側）の最上部と凝縮部側（他面側）の最下部にはデッドスペースが生じ、合わせてヒートパイプ１段分のスペースが無駄になっていた。特に、特許文献１に記載の放熱用壁構造は、ウィックを備えて放熱部を高さ方向に拡大している関係上、デッドスペースについても拡大する傾向にある。
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、段数及びデッドスペースを減らすことができる構造体及びその製造方法を提供することにある。
本発明に係る構造体は、断熱層と、前記断熱層の一面側に設けられた複数の板材間の空間部を利用して形成された蒸発器と、前記断熱層の他面側に設けられた他の複数の板材間の空間部を利用して形成された凝縮器と、前記蒸発器における蒸発によって生じた冷媒蒸気を前記凝縮器に導くための蒸気流路と、前記凝縮器における凝縮によって生じた液冷媒を前記蒸発器に導くための液冷媒流路と、を備え、室内と室外とを隔てる構造体であって、前記蒸発器は、下部側に貯留された冷媒を毛細管現象によって吸上げ保持しながら、当該蒸発器の一面側からの熱によって蒸発させるためのウィック層を有し、前記蒸発器と前記凝縮器とは、前記ウィック層の冷媒吸上げ方向に１／２以上重複して設置され、前記蒸発器の一面側となる室内側に潜熱蓄熱材をさらに備える。
この構造体によれば、蒸発器は、下部側に貯留された冷媒を毛細管現象によって吸上げ保持しながら、当該蒸発器の一面側からの熱によって蒸発させるためのウィック層を有するため、ウィック層により蒸発部分を吸上げ方向に延長することができ、より少ない段数でより大きな面積をカバーすることができ、段数を減らすことに寄与することができる。また、蒸発器と凝縮器とは、ウィック層の冷媒吸上げ方向を鉛直方向とした場合において、当該鉛直方向に１／２以上重複して設置されているため、蒸発器と凝縮器との吸上げ方向のずれ量が小さくなりデッドスペースが生じ難くなる。従って、段数及びデッドスペースを減らすことができる。
本発明に係る構造体の製造方法は、４枚以上の板材を部分的に接合する接合工程と、接合工程において部分的に接合された前記４枚以上の板材間を８００℃以上の高温環境下で加圧してウィック粉体を導入するための導入用空間を形成する空間形成工程と、前記空間形成工程において形成された前記導入用空間にウィック層を形成するための粉体を導入する粉体導入工程と、前記粉体導入工程において導入された粉体を前記高温環境下を維持した状態で固化させる固化工程と、を備える。
この構造体の製造方法によれば、板材間を８００℃以上の高温環境下で加圧してウィック粉体を導入するための導入用空間を形成し、形成された導入用空間にウィック層を形成するための粉体を導入し、導入した粉体を高温環境下を維持した状態で固化させるため、板材の加工を行う高温環境のまま粉体を固めてウィック層を形成することができ、構造体のスムーズな製造に寄与することができる。
本発明によれば、段数及びデッドスペースを減らすことができる構造体及びその製造方法を提供することができる。
本発明の実施形態に係る構造体を示す第１の概略断面図であって、高さ方向に沿って切断された断面を示している。 本発明の実施形態に係る構造体を示す第２の概略断面図であって、水平方向に沿って切断された断面を示している。 本実施形態に係る構造体の製造方法を示す工程図であり、（ａ）は第１工程を示し、（ｂ）は第２工程を示し、（ｃ）は第３工程を示し、（ｄ）は拡散接合体を示している。 本実施形態に係る構造体の製造方法を示す工程図であり、（ａ）は第４工程を示し、（ｂ）は第５工程を示し、（ｃ）は第６工程を示している。 本実施形態に係る構造体の製造方法を示す工程図であり、（ａ）は第７工程を示し、（ｂ）は第８工程を示し、（ｃ）は第９工程を示し、（ｄ）は第１０工程を示している。 本実施形態に係る構造体の製造方法を示す工程図であり、（ａ）は第１１工程を示し、（ｂ）は第１２工程を示している。 第２実施形態に係る構造体の下部側を示す概略構成図である。
以下、本発明を好適な実施形態に沿って説明する。なお、本発明は以下に示す実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す実施形態においては、一部構成の図示や説明を省略している箇所があるが、省略された技術の詳細については、以下に説明する内容と矛盾点が発生しない範囲内において、適宜公知又は周知の技術が適用されていることはいうまでもない。
図１は、本発明の実施形態に係る構造体を示す第１の概略断面図であって、高さ方向に沿って切断された断面を示している。図２は、本発明の実施形態に係る構造体を示す第２の概略断面図であって、水平方向に沿って切断された断面を示している。
図１及び図２に示す構造体１は、例えば鉛直方向に延びる壁材（室内と室外とを隔てる壁材）として用いられるものである。このような構造体１は、７枚（複数）の板材１１～１７と、断熱層２０と、蒸発器３０と、凝縮器４０と、蒸気流路５０と、液冷媒流路６０と、潜熱蓄熱材７０と、縦積部材８０とを備えている。
７枚の板材１１～１７は、ステンレスやチタン等の金属製の板材である。このような板材１１～１７のうち、室内側（一面側）から３枚目に位置する第３板材１３は例えばパンチメッシュ等の開口部を有する板材によって構成されている。
第１板材１１と第２板材１２との間、第２板材１２と第４板材１４との間、第５板材１５と第６板材１６との間、及び第６板材１６と第７板材１７との間は、それぞれ第１～第４空間部ＳＰ１～ＳＰ４が形成されている。
断熱層２０は、一面側と他面側との間で断熱性能を発揮するものであり、本実施形態においては例えばパーライト粉体が固化されたものが用いられている。この断熱層２０は、第５板材１５と第６板材１６との間の第３空間部ＳＰ３に収納されている。さらに、この第３空間部ＳＰ３は真空状態とされている。このため、本実施形態に係る構造体１は、真空断熱部を有することとなる。
蒸発器３０は、断熱層２０の一面側に設けられており、第２板材１２と第４板材１４（複数の板材）との間の第２空間部ＳＰ２を利用して形成されている。第２空間部ＳＰ２は例えば真空状態とされており、蒸発器３０は一面側からの熱によって液冷媒（例えば水）を蒸発させるものとして機能する。さらに、蒸発器３０は、第２板材１２と第３板材１３との間にウィック層３１を備えている。ウィック層３１は、第３板材１３を介して蒸発器３０の下部側に貯留された冷媒を毛細管現象によって吸上げ保持するものである。このようなウィック層３１により、蒸発器３０は蒸発面積が高さ方向に沿って拡大することとなり、高さ方向に効率が良い蒸発を可能としている。
なお、このような蒸発器３０は、図２に示すように複数（４つ）の部屋に分割されている。各部屋は高さ方向に延びると共に、最上部と最下部にヘッダー部材３２とフッダー部材３３が設けられ、ヘッダー部材３２とフッダー部材３３とを介して他の部屋と接続されている。
凝縮器４０は、断熱層２０の他面側に設けられており、第６板材１６と第７板材１７（他の複数の板材）との間の第４空間部ＳＰ４を利用して形成されている。第４空間部ＳＰ４についても例えば真空状態とされている。凝縮器４０は他面側からの熱（例えば外気温）によって冷媒を凝縮させるものとして機能する。凝縮した液冷媒は凝縮器４０の最下部に貯留される。
また、このような凝縮器４０についても、図２に示すように複数（４つ）の部屋に分割されている。各部屋は高さ方向に延びると共に、最上部と最下部にヘッダー部材４１とフッダー部材４２が設けられ、ヘッダー部材４１とフッダー部材４２とを介して他の部屋と接続されている。
蒸気流路５０は、蒸発器３０における蒸発によって生じた冷媒蒸気を凝縮器４０に導くための流路である。この蒸気流路５０は、蒸発器３０のヘッダー部材３２と、凝縮器４０のヘッダー部材４１とを接続している。
また、蒸気流路５０は、２つの感温バルブ５１ａ，５１ｂを備えている。この感温バルブ５１ａは、構造体１の一面側の温度（例えば潜熱蓄熱材７０の温度（また室温でも可））が所定温度（例えば２４℃以上３０℃以下の範囲において適宜設定）以上で開放され、所定温度未満で閉塞されるものである。また、感温バルブ５１ｂは、構造体１の他面側の温度（例えば室外大気温度）が所定温度（例えば２４℃以上３０℃以下の範囲において適宜設定）以上で閉塞され、所定温度未満で開放されるものである。なお、蒸気流路５０は複数の板材１１～１７の内側に形成されていてもよいし、外側に管が外付けされて形成されていてもよい。
液冷媒流路６０は、凝縮器４０における凝縮によって生じた液冷媒を蒸発器３０に導くための流路である。液冷媒流路６０は、蒸発器３０のフッダー部材３３と、凝縮器４０のフッダー部材４２とを接続している。
また、液冷媒流路６０は、チェック弁６１を備えている。このチェック弁６１は、逆流を自動的に防止するための弁であって、例えば蒸発器３０から凝縮器４０に向かう方向の冷媒の流れについては防止し、凝縮器４０から蒸発器３０に向かう方向の冷媒の流れについては許可するものである。なお、液冷媒流路６０は、蒸気流路５０と同様に、複数の板材１１～１７の内側に形成されていてもよいし、外側に管が外付けされて形成されていてもよい。
潜熱蓄熱材７０は、特定温度範囲（例えば２４℃以上３０℃以下）に相変化温度（融点及び凝固点）を有するものである。この潜熱蓄熱材７０は、第１板材１１と第２板材１２との間の第１空間部ＳＰ１を利用して形成されている。潜熱蓄熱材７０は、構造体１の最も一面側に配置されているため、室内を特定温度範囲に保つように機能することとなる。加えて、後述するように、構造体１は潜熱蓄熱材７０を備えることで、例えば夏の昼間には潜熱蓄熱材７０によって室内を冷却し、夜間に室外温度が下がったときに潜熱蓄熱材７０の熱を他面側に破棄することができる。
縦積部材８０は、構造体１の上下端に設けられる部材である。この縦積部材８０は、上端部材８１と下端部材８２とを備えている。
上端部材８１は、７枚の板材１１～１７の上に被せられる部材である。この上端部材８１は、ケイカルボード等の硬質断熱材８１ａとその外皮となるステンレス板８１ｂとを備えており、全体として中央部が突出し両端部が一部欠けたような凸構造となっている。この上端部材８１においてステンレス板８１ｂは一面側と他面側とで分離されておりステンレス板８１ｂを通じた熱伝達を防止するようになっている。
下端部材８２は、７枚の板材１１～１７の下に被せられる部材である。この下端部材８２は、ケイカルボード等の硬質断熱材８２ａとその外皮となるステンレス板８２ｂと備えており、全体として中央部が凹んだ凹構造となっている。このような下端部材８２は、その凹構造に上端部材８１の凸構造が嵌り込むようになっている。このため、複数の構造体１については縦積可能となっている。この下端部材８２においてもステンレス板８２ｂは一面側と他面側とで分離されておりステンレス板８２ｂを通じた熱伝達を防止するようになっている。
さらに、本実施形態においては図１に示すように、ウィック層３１の液冷媒の吸上げ方向（本実施形態においては高さ方向（特に鉛直方向））に蒸発器３０と凝縮器４０とが１／２以上重複している（図１においては完全に重複している）。なお、蒸発器３０と凝縮器４０とは吸上げ方向に２／３以上重複することが好ましく、３／４以上重複することが更に好ましい。なお、ここでいう１／２以上重複とは、蒸発器３０の吸上げ方向の長さのうち凝縮器４０と吸上げ方向に重なる部分と、凝縮器４０の吸上げ方向の長さのうち蒸発器３０と吸上げ方向に重なる部分との和を、蒸発器３０及び凝縮器４０全体の吸上げ方向の長さの和で除した値が１／２以上であることをいう。２／３以上重複等についても同様である。
このように、本実施形態に係る構造体１は、吸上げ方向に蒸発器３０と凝縮器４０とが少なくとも１／２重複している。このため、吸上げ方向に両者の位置が１／２を超えてずれている場合と比較するとデッドスペースが抑えられることとなる。
また、ウィック層３１は、粒径が１５０マイクロメートル以下の範囲において、粒径が統一されていない粉体（例えばパーライト粉体）が固化されて形成されている。具体的に粒径８０マイクロメートル以上１５０マイクロメートル以下の粒径のものが１／３程度（１／４以上１／２以下）であり、粒径５０マイクロメートル以上８０マイクロメートル未満の粒径のものが１／３程度であり、粒径５０マイクロメートル未満の粒径のものが１／３程度である。
ここで、本件発明者は、上記の如く、ウィック層３１について粒径を疎らにすることにより、統一している場合よりも吸上げ効果が高まることを見出した。これにより、本実施形態に係る構造体１は、最大で２ｍ、より好ましくは０．２ｍ以上１．０ｍ以下程度の高さまで液冷媒を吸上げて保持することができる。
加えて、本実施形態に係るウィック層３１は、８５０℃以上の耐熱性を有することが好ましい。ここで、構造体１の他の部位（潜熱蓄熱材７０を除く板材１１～１７や断熱層２０等）については、例えば建材として利用される耐熱性８５０℃以上の素材を利用することで、全体として高い耐熱性を有する構造体１とすることができる。
さらに、本実施形態に係る構造体１は、第１板材１１及び第７板材１７の外表面の少なくとも一部に、琺瑯付けされている。構造体１は、この琺瑯により、赤外線及び可視光について８０％以上の反射率を持ち、遠赤外線について８０％以上の吸収（放射）率を持つようにすることができる。このような特性は、特に放熱用途で使用する場合の室外面及び室内面、集熱用途で使用する場合の室内面に好適である。集熱用途で使用する場合には、室外面には赤外線吸収率が高く遠赤外線吸収（放射）率が低い太陽光選択吸収膜などを使用するとよい。
次に、本実施形態に係る構造体１が室内と室外とを隔てる壁材として、夏季に室内から室外へ放熱する目的で使用される場合の動作を説明する。
まず、夏季の昼間において室温が特定温度範囲より高い場合、室内は第１空間部ＳＰ１に設けられる潜熱蓄熱材７０によって冷却されていく。その間、蒸発器３０内はその下部に溜まった液冷媒と平衡状態にある冷媒蒸気で飽和しており、感温バルブ５１ａが解放されている。一方、本実施形態においては凝縮器４０が蒸発器３０と同じ高さに設置されていることから凝縮器４０内の下部にも液冷媒が溜まっており、凝縮器４０もその液冷媒と平衡状態にある冷媒蒸気で飽和している。室外温度が室内温度より高い間は凝縮器４０内の冷媒蒸気は蒸発器３０内の冷媒蒸気より高い圧力を持つが、感温バルブ５１ｂが閉塞されているため、凝縮器４０から蒸発器３０への冷媒蒸気の逆流は起こらない。なお、一例として、冷媒が水であり、凝縮器４０の温度（室外面温度）が４０℃、蒸発器３０の温度（室内面温度）が２８℃であった場合、飽和水蒸気圧の差は３５５ｍｍ水柱圧力に相当するため、蒸発器３０と凝縮器４０の下端高さをそろえて設置する場合、封入する冷媒量の調整によって蒸発器３０内のこの温度状態での冷媒溜まりの高さを３５５ｍｍ以上確保し、液冷媒流路６０を通じて凝縮器４０から蒸発器３０へ蒸気冷媒が吹き抜けることを防止する必要がある。蒸発器３０の全高は当然それより高い必要がある。
その後、夏季の夜間において外気温が特定温度範囲よりも低くなると、凝縮器４０内の冷媒蒸気圧が蒸発器３０内の冷媒蒸気圧より下がり、感温バルブ５１ｂが解放され、蒸発器３０内の冷媒蒸気は蒸気流路５０を介して凝縮器４０に至る。凝縮器４０に至った蒸気冷媒は凝縮されて液冷媒となる。凝縮熱は第７板材１７を介して室外に破棄される。一方冷媒蒸気の流出によって圧力が下がった蒸発器３０内ではウィック層３１により吸上げられている蒸発器３０内の液冷媒が蒸発していく。この際、潜熱蓄熱材７０から蒸発熱が奪われることとなる。結果として、夏季において室温が高い場合であっても、その熱を室外に破棄することができることとなる。特に、夏季の昼間において室内よりも室外が高い場合であっても潜熱蓄熱材７０をバッファとして機能させて熱を室外に破棄できることとなる。
一方、冬季においては室内の熱を室外に破棄したくない。このような場合、感温バルブ５１ａが閉じることとなり、冷媒の循環を停止して室内の熱を室外に逃がさないようにすることができる。なお、一例として、冷媒が水であり、凝縮器４０の温度（室外面温度）が０℃、蒸発器３０の温度（室内面温度）が２０℃であった場合、蒸発器３０の方が圧力が高く、２３０ｍｍ水柱圧力に相当する差があるが、液冷媒流路６０を通じて蒸発器３０から凝縮器４０に液冷媒が逆流するのをチェック弁６１によって防止することができる。
本実施形態に係る構造体１は室内と室外とを隔てる壁材として、冬季に室外から室内へ集熱する目的で使用することもできる。この場合、琺瑯付けや選択吸収膜などの表面処理を適宜変更し、壁を裏返して蒸発器３０を室外側に、凝縮器４０を室内側にして設置する。夏季に室外の熱を室内に取り込みたくない時の一例として、冷媒が水であり、凝縮器温度（室内面温度）が２８℃、直射日光等に曝された蒸発器温度（室外面温度）が５０℃であった場合、蒸発器３０内の飽和水蒸気圧は凝縮器４０内の飽和水蒸気圧より８４０ｍｍ水柱圧力に相当する程高く、これを凝縮器４０内の冷媒溜まり高さだけで封じるのは困難であるが、チェック弁６１によって液冷媒流路６０を通じて蒸発器３０から凝縮器４０に液冷媒が逆流するのを防止することができる。
なお、本実施形態において一面側の温度が所定温度以上で開放され所定温度未満で閉塞する感温バルブ５１ａと構造体１の他面側の温度が所定温度以上で閉塞され、所定温度未満で開放される感温バルブ５１ｂとを備えているが、これに限らず、手動弁であってもよいし、感温バルブ５１ａ，５１ｂが温度ヒステリシスを有するものであってもよい。また、冷媒が所定温度未満で固化、ゲル化等して流動性を失うものであってもよい。
次に、本実施形態に係る構造体１の製造方法を説明する。図３～図６は、本実施形態に係る構造体１の製造方法を示す工程図である。まず、図３（ａ）に示すように、まず所定の大きさに切断された第１板材１１～第７板材１７が積層されて積層体Ｓ（図３（ｂ）参照））とされる。この積層にあたっては、予め接合しない箇所にストップオフ材ＳＯが塗布される。
次に、図３（ｂ）に示すように、複数の積層体Ｓの間にセラミックシートが介在されて複数の積層体Ｓがスタッキングさせられる。そして、図３（ｃ）に示すように、スタッキング状態の複数の積層体Ｓが真空炉に投入され、例えば１０００℃の高温環境下でプレスされる。この際、ストップオフ材ＳＯ（図３（ａ）参照）が塗布されなかった箇所において第１板材１１～第７板材１７それぞれが拡散接合させられる（接合工程）。
以上により、図３（ｄ）に示すように、所定の箇所が拡散接合された拡散接合体ＤＢが製造される。
次いで、図４（ａ）に示すように、所定形状の金型Ｄ内に拡散接合体ＤＢが投入される。金型Ｄ内は、それ自体が気密性とヒーター機能を持つか、または真空炉内に設置されることによって金型Ｄ内を真空にできる状態で加熱されており、例えば９００℃（８００℃以上）の高温環境下とされている。
その後、図４（ｂ）に示すように、第５板材１５と第６板材１６との間がアルゴン等のガスにより加圧される。これにより、第３空間部ＳＰ３が形成される。次に、金型Ｄ内が真空にされ、第３空間部ＳＰ３内も減圧されてそこにパーライト粉体が引き込まれる。
次いで、図４（ｃ）に示すように、第２板材１２と第４板材１４との間（第２板材１２と第３板材１３との間でも可）がアルゴン等のガスにより加圧される。これにより、第３～第５板材１３～１５が他面側に突出し、第３空間部ＳＰ３内のパーライト粉体が押圧されて拡散接合させられる。よって、断熱層２０が形成される。さらに、第３～第５板材１３～１５が他面側に突出したことで、後の工程においてウィック層３１（図１等参照）を形成するためのパーライト粉体を導入するための導入用空間ＩＳが形成される。
次に、図５（ａ）に示すように、金型Ｄ内が真空に保たれた状態で、導入用空間ＩＳ（第２板材１２と第３板材１３との間）も減圧され、そこにパーライト粉体が引き込まれる（粉体導入工程）。その後、図５（ｂ）に示すように、第１板材１１と第２板材１２との間がアルゴン等のガスにより加圧される。これにより、第１空間部ＳＰ１が形成されると共に、第２板材１２と第３板材１３との間のパーライト粉体が押圧されて拡散接合（固化）させられてウィック層３１が形成される（固化工程）。ここで、第３板材１３は開口部を有するものであり、パーライト粉体は開口部を通過しようとするが、第３板材１３に隣接して第４板材１４が位置しているため、パーライト粉体は開口部内に進入した後は第４板材１４に食い止められることとなる。
なお、上記したウィック層３１は、導入用空間ＩＳを形成したときの高温環境が維持されたまま、焼き固められることにより形成されているが（すなわち焼結体として形成されているが）、これに限らず、相変化や流動性変化を利用した凝固体によって形成されていてもよい。この場合において、ウィック層３１は、例えばパーライトと、８００℃の程度で流動化する粉末ガラス等の融着材の混合物で構成することができる。この場合、高温環境下に導入されると混合物のうち粉末ガラスが流動化して粘性物質となり、パーライト粒を結び付けるバインダーとして機能する。
次に、図５（ｃ）に示すように、第４板材１４と第５板材１５との間、及び、第６板材１６と第７板材１７との間がアルゴン等のガスにより加圧される。特に後者の加圧によって凝縮器４０（第４空間部ＳＰ４）が形成される。
その後、図５（ｄ）に示すように、第３板材１３と第４板材１４との間がアルゴン等のガスにより加圧される。これにより、第３板材１３側に隣接していた第４板材１４は第５板材１５側に移動することとなる。この結果、ウィック層３１を有した蒸発器３０が形成される。
次に、図６（ａ）に示すように、金型Ｄ（図５（ｄ）等参照）から上記のものが取り出され、高温状態（約９００℃）にある第１板材１１及び第７板材１７の外表面の少なくとも一部に、琺瑯付けのための釉薬の粉末（例えば８５０℃以上の溶融温度で融着する表面処理材料）が吹き付けられる。釉薬は吹付後に板材１１，１７の外表面に融着し、その後冷却することで強固な耐熱性塗膜（琺瑯）となる。ウィック層３１がパーライトと粉末ガラスで構成される場合、パーライト粒を結び付けたガラスが冷却によりそのまま固化することでウィック層３１の全体が固化する。特に、琺瑯付けについては、第１板材１１及び第７板材１７が高温状態（約９００℃）のまま行われるため、冷却した構造体１に吹付等を行った後に、構造体１ごと炉に入れて再加熱する手間を省略するようにしている。
その後、図６（ｂ）に示すように、第１空間部ＳＰ１に対して潜熱蓄熱材７０が導入される。
このようにして、本実施形態に係る構造体１によれば、蒸発器３０は、下部側に貯留された冷媒を毛細管現象によって吸上げ保持しながら、当該蒸発器３０の一面側からの熱によって蒸発させるためのウィック層３１を有するため、ウィック層３１により蒸発部分を吸上げ方向に延長することができ、より少ない段数でより大きな面積をカバーすることができる。また、蒸発器３０と凝縮器４０とは、ウィック層３１の冷媒吸上げ方向に１／２以上重複して設置されているため、蒸発器３０と凝縮器４０との吸上げ方向のずれ量が小さくなりデッドスペースが生じ難くなる。従って、段数及びデッドスペースを減らすことができる。
また、蒸気流路５０及び感温バルブ５１ａ，５１ｂ、液冷媒流路６０及びチェック弁６１を持つことにより、断熱状態（冬季や夏季日中等）と放熱状態（夏季夜間など）、又は断熱状態（夏季や冬季夜間等）と集熱状態（冬季日中等）を切り替えることができる。なお、断熱状態を実現するためには大きな冷媒液面の変動に対応できる必要があるが、ウィック層３１により蒸発器３０及び凝縮器４０の高さを高くしてあることで対応でき、また段数が少ないために感温バルブ５１ａ，５１ｂやチェック弁６１の設置個数を減らすことができている。
また、ウィック層３１は、粒径が１５０マイクロメートル以下の範囲において粒径が統一されていないパーライト粉体からなる凝固体又は焼結体によって構成されている。ここで、本件発明者は、ウィック層３１について粒径が所定値（１５０マイクロメートル）以下であると共に粒径が異なっていることにより、吸上げ効果が高まることを見出した。これにより、冷媒（例えば水）について例えば最大で２ｍ、より好ましくは０．２ｍ以上１．０ｍ以下程度の高さまで吸上げて保持することが可能なウィック層を提供することができる。
また、蒸発器３０の一面側に潜熱蓄熱材７０をさらに備えるため、例えば一面側が室内である場合において室内は他面側（例えば室外）の温度が高くとも潜熱蓄熱材７０によって温度環境が保たれ、他面側の温度が低くなったタイミングで潜熱蓄熱材７０の熱を他面側に移送することができる。
また、ウィック層３１は、８５０℃以上の耐熱性を有するため、建材等として利用される耐熱性８５０℃以上の断熱層２０等を組み合わせて構造体１を構築することで、全体として高い耐熱性を有した構造体１を提供することができる。
さらに、本実施形態に係る構造体１の製造方法によれば、第２板材１２と第４板材１４との間を８００℃以上の高温環境下で加圧してウィック粉体の導入用空間ＩＳを形成し、形成された導入用空間ＩＳにウィック粉体を導入し、導入したウィック粉体を高温環境下を維持した状態で固化させるため、第２板材１２及び第４板材１４の加工を行う高温環境のままウィック粉体を固めてウィック層３１を形成することができ、構造体１のスムーズな製造に寄与することができる。
次に、本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態に係る構造体１は第１実施形態のものと同様であるが、一部構成が異なっている。以下、第１実施形態との相違点を説明する。
図７は、第２実施形態に係る構造体１の下部側を示す概略構成図である。第２実施形態においては、液冷媒流路６０に、チェック弁６１に替えてフロート弁６２を使用する。それ以外の構成は全て第１実施形態と同じである。このフロート弁６２は、鉛直方向に設置される円筒型フロート室６２ａを持ち、その上端６２ｂは逆漏斗状に絞られて凝縮器４０に接続され、下端６２ｃは漏斗状に絞られて蒸発器３０に接続される。フロート室６２ａ内には上下端の漏斗又は逆漏斗のどちらに押し当てられても冷媒流路６０を閉塞することができるフロート６２ｄが入れられている。従ってこのフロート弁６２は、フロート室６２ａの高さの範囲に冷媒液面がある場合にのみ冷媒流路６０を開放することになる。
夏季の夜間等通常のヒートパイプ運転時（蒸発器３０側から凝縮器４０側への熱貫流運転時）にはフロート弁６２内の冷媒液面高さは、蒸発器３０内の冷媒液面高さと同じになっているため、蒸発器３０内の冷媒高さが低くなると一旦フロート６２ｄが下がって凝縮器４０からフロート弁６２内までの液冷媒の流入を許容し、フロート６２ｄが浮かんで漏斗から離れるとフロート弁６２内から蒸発器３０への液冷媒流入を許容する。夏季日中に凝縮器４０内の冷媒が気化して蒸気冷媒圧力が高くなった場合でも、蒸発器３０内の冷媒液面がフロート弁６２の逆漏斗の高さ以上に高くなることはない。これにより、上記したように蒸発器３０内の冷媒液面高さを３５５ｍｍ以上持つ必要がない。
逆に冬季等、蒸発器３０の圧力が凝縮器４０の圧力より高い場合も、蒸発器３０からフロート弁６２内に微量の液体冷媒が流入するとフロート６２ｄが上がり逆漏斗に押し付けられることで閉塞され、第１実施形態に記載のチェック弁６１と同様の効果を発揮することができる。
この第２実施形態ではフロート弁６２内にフロート６２ｄを浮かべたが、例えば水洗トイレの水タンクに使われているフロート弁と同様の構造により、蒸発器３０内にフロート６２ｄを浮かべ、アームを介して液冷媒流路６０に設けたバルブを開閉してもよい。
このようにして、第２実施形態に係る構造体１によれば、第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。
以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更を加えてもよいし、可能な範囲で適宜公知又は周知の技術を組み合わせてもよい。
例えば、本実施形態において７枚の板材１１～１７は金属板によって構成されることを想定しているが、これに限らず、可能であれば樹脂等の他の素材によって構成されてもよい。さらに、構造体１は７枚の板材１１～１７を有しているが、特に７枚に限らず、例えば４枚であってもよい。この場合、構造体１には第２～第４空間部ＳＰ２～ＳＰ４が形成されて、断熱層２０、蒸発器３０及び凝縮器４０を備えるものとしてもよい。加えて、本実施形態に係る構造体１は壁材に限らず、屋根材や窓等の他の建材に用いられてもよいし、建材に限らず内部を冷却する必要がある箱材等に用いられてもよい。
また、ウィック層３１を形成する粉体は、導入時には粉体を溶媒に溶解させたスラリーであり、高温環境により溶媒を気化させてもよい。
また、ウィック層３１を形成する粉体を図５（ａ）に示す粉体導入工程で導入する例を示したが、例えば図３（ａ）に示すストップオフ材ＳＯの塗布工程で、板材１２と板材１３の間、例えば板材１２の下面に塗布し（粉体載置工程）、図３（ｃ）の接合工程で固化させてもよい（接合・固化工程）。その場合、例えば耐熱性が高くストップオフ材ＳＯとして機能するアルミナ粉等と、図３（ｃ）の接合工程で固化させやすいパーライト粉を混合または積層してもよい。これにより図５（ａ）に示す空間ＩＳの形成と粉体導入の工程を省略でき、固化したウィック層３１は図５（ｃ）の時点では高温のため軟化していて板材１４の変形を許容できる。さらにはウィック層材料は粉体のみに限らず、例えばカーボンファイバーを用いてもよく、その場合は図３（ａ）に示すストップオフ材ＳＯの塗布工程で、板材１３の上にカーボンファイバーを並べ、その上にパーライト粉を積層しておき、図３（ｃ）の接合工程で固化させるとよい。
１ ：構造体
１１ ：第１板材
１２ ：第２板材（複数の板材）
１３ ：第３板材
１４ ：第４板材（複数の板材）
１５ ：第５板材
１６ ：第６板材（他の複数の板材）
１７ ：第７板材（他の複数の板材）
２０ ：断熱層
３０ ：蒸発器
３１ ：ウィック層
４０ ：凝縮器
５０ ：蒸気流路
５１ａ，５１ｂ ：感温バルブ（閉塞手段）
６０ ：液冷媒流路
６１ ：チェック弁（閉塞手段）
６２ ：フロート弁（閉塞手段）
７０ ：潜熱蓄熱材
ＩＳ ：導入用空間
ＳＰ１ ：第１空間部
ＳＰ２ ：第２空間部（空間部）
ＳＰ３ ：第３空間部
ＳＰ４ ：第４空間部（空間部）

Claims (6)

  1. 断熱層と、
    前記断熱層の一面側に設けられた複数の板材間の空間部を利用して形成された蒸発器と、
    前記断熱層の他面側に設けられた他の複数の板材間の空間部を利用して形成された凝縮器と、
    前記蒸発器における蒸発によって生じた冷媒蒸気を前記凝縮器に導くための蒸気流路と、
    前記凝縮器における凝縮によって生じた液冷媒を前記蒸発器に導くための液冷媒流路と、
    を備え、室内と室外とを隔てる構造体であって、
    前記蒸発器は、下部側に貯留された冷媒を毛細管現象によって吸上げ保持しながら、当該蒸発器の一面側からの熱によって蒸発させるためのウィック層を有し、
    前記蒸発器と前記凝縮器とは、前記ウィック層の冷媒吸上げ方向に１／２以上重複して設置され、
    前記蒸発器の一面側となる室内側に潜熱蓄熱材をさらに備える
    ことを特徴とする構造体。
  2. 前記蒸気流路及び前記液冷媒流路との少なくとも一方を閉塞する閉塞手段をさらに備える
    ことを特徴とする請求項１に記載の構造体。
  3. 前記ウィック層は、粒径が１５０マイクロメートル以下の範囲において粒径が統一されていない粉体が固化されて形成されている
    ことを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかに記載の構造体。
  4. 前記ウィック層は、８５０℃以上の耐熱性を有する
    ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の構造体。
  5. ４枚以上の板材を部分的に接合する接合工程と、
    前記接合工程において部分的に接合された前記４枚以上の板材間を８００℃以上の高温環境下で加圧してウィック粉体を導入するための導入用空間を形成する空間形成工程と、
    前記空間形成工程において形成された前記導入用空間にウィック層を形成するための粉体を導入する粉体導入工程と、
    前記粉体導入工程において導入された粉体を前記高温環境下を維持した状態で固化させる固化工程と、
    を備えることを特徴とする構造体の製造方法。
  6. ４枚以上の板材の板材間の少なくとも１か所にウィック層を形成するための粉体を載置する粉体載置工程と、
    前記４枚以上の板材を８００℃以上の高温環境下で加圧して部分的に接合すると共に前記粉体載置工程において載置された粉体を前記高温環境及び加圧により固化させる接合・固化工程と、
    前記高温環境で前記接合・固化工程にて粉体が固化された状態且つ部分的に接合された前記４枚以上の板材を加圧変形させて前記ウィック層を有する蒸発器及び凝縮器の空間を形成する工程と、
    を備えることを特徴とする構造体の製造方法。
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