JP3920393B2 - Thermal insulation / cold insulation - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は保温・保冷具に関し、詳しくは、熱電半導体であるペルチェ素子を内蔵した保温・保冷具に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、暖房機能を有する保温用器具には、懐炉や抵抗発熱を利用した電気毛布、電気ジャケット等がある。これらの保温用器具は電気抵抗のジュール発熱を利用したものであって冷却機能を有しない。一方、冷却機能を有する保冷用器具には、予め冷却した媒体で一時的に冷やす方法を採用した氷嚢やゼリー状の保冷剤等がある。これらの保冷用器具は、睡眠中や病気療養等で人間が非活動状況にあるときは安全で有効な方法である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した冷却機能を有する保冷用器具では、日常生活において人間が身体を動かして活動している状態では持続時間が短く頻繁に交換しなくてはならないためにあまり実用的ではなかった。また、媒体温度も時間と共に室温になり任意の温度で維持することが困難であった。
【0004】
ところで、例えば、車載用のクーラーボックス、光通信用の半導体レーザの温度調節、半導体製造装置の精密な温度制御、放送局用のテレビカメラ等では、冷却装置として、熱電半導体であるペルチェ素子が賞用されつつある。このペルチェ素子は、小型、軽量、形状自由度大、加熱冷却自在、対環境性良好、温度特性良好、振動なし及び長寿命などの利点を有する。
【0005】
本発明は、懐炉や電気毛布等の保温用器具、氷嚢やゼリー状の保冷剤等の保冷用器具に代わるものとして、前述した利点を有するペルチェ素子を内蔵した新規な保温・保冷具を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための技術的手段として、本発明は、複数のペルチェ素子モジュールを電気的に直列接続し、その放熱側及び吸熱側に熱伝導性の良い媒体が充填された二つの閉ループ状フレキシブルチューブを配置して、前記二つのフレキシブルチューブで前記ペルチェ素子モジュールを挟着し、そのペルチェ素子モジュールを挟着した二つのフレキシブルチューブを装身部材に所定の引き回し状態で埋設し、前記ペルチェ素子モジュールへの通電による放熱・吸熱作用でもって前記フレキシブルチューブ内の媒体による熱交換により身体の所定部位を保温・保冷するものであって、前記フレキシブルチューブの複数箇所に逆止弁を内蔵させ、前記フレキシブルチューブの隣接する逆止弁間が身体の変位でもって局部的に変形することにより逆止弁を作動させてフレキシブルチューブ内で媒体を循環させることを特徴とする。
【0007】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を図1乃至図6に示して説明する。
【0008】
本発明の保温・保冷具は、例えば、図4(a)に示すようにビスマス・アンチモン・テルル系の化合物半導体等のp型熱電半導体1とビスマス・テルル系の化合物半導体等のn型熱電半導体2とを金属電極3,4で直列に接続したπ字形構造のペルチェ素子6を一つの単位として、図4(b)に示すように複数(図では3個)のペルチェ素子6を直列接続し、上下に位置する金属電極3,4にアルミナ系のセラミックス基板等の絶縁基板7,8を密着させて配置し、その絶縁基板7,8によりペルチェ素子6をネジ止め等で挟み込んでペルチェ素子モジュール9を構成する。
【0009】
ペルチェ素子6に直流の電流を流すと、p型熱電半導体1なら電流の向きに熱が運ばれ、n型熱電半導体2なら電流と反対向きに熱が運ばれ、熱電半導体1,2の両端で温度差が生じる。この温度差を利用して、低温側を吸熱(冷却)に、高温側を放熱に使えば冷却システムとなる。尚、このペルチェ素子モジュール9では、図4(b)中矢印方向に電流を流した場合、上部に位置する絶縁基板側が吸熱(冷却)側となり、下部に位置する絶縁基板側が放熱側となる。
【0010】
本発明を保冷具に適用した実施形態を図1乃至図3に示す。尚、図1は、保冷具全体を示す図3におけるC部分の要部拡大断面図であり、図2(a)は図1のA−A線に沿う断面図、図2(b)は図1のB−B線に沿う断面図である。この実施形態の保冷具10は、前述した複数のペルチェ素子モジュール9を電気的に直列接続し、それらの放熱側及び吸熱(冷却)側の絶縁基板7,8に熱伝導性の良い媒体11,12(例えば水)が充填された二つの閉ループ状フレキシブルチューブ13,14を配置した構造を有する。
【0011】
具体的に、前述した両フレキシブルチューブ13,14は、例えばポリエチレン製の短いパイプ13a,14aと、そのパイプ13a,14aの両端に連結された例えば塩化ビニル製の長いパイプ13b,14bとで構成され、二つの短いパイプ13a,14a間にペルチェ素子モジュール9を配置して、これら二つの短いパイプ13a,14aに例えば熱収縮ポリエチレン製の筒状部材15を被着することにより、前述のペルチェ素子モジュール9を二つのパイプ13a,14aでもって挟着する。
【0012】
吸熱(冷却)側及び放熱側のフレキシブルチューブ13,14において、短いパイプ13a,14aの一端側に逆止弁16,17を内蔵させる。尚、短いパイプ13a,14aには逆止弁16,17が内蔵されるために比較的硬くて変形しにくい材質を選定し、逆に、長いパイプ13b,14bにはジャケットや靴での引き回しが容易なように比較的柔らかくて変形しやすい材質を選定することが望ましい。
【0013】
両フレキシブルチューブ13,14に逆止弁16,17を設けたことにより、後述するようにフレキシブルチューブ13,14が装着される身体の動きでもってフレキシブルチューブ13,14が局部的に変形することにより、逆止弁16,17が作動する。即ち、身体の動きでもってフレキシブルチューブ13,14の隣接する逆止弁16,17間の内部容積が変動することにより逆止弁16,17が開閉する。より具体的には、フレキシブルチューブ13,14の隣接する逆止弁16,17間が身体の動きにより押さえつけられて変形すると、逆止弁16,17間に充填されている媒体11,12が一方の逆止弁16,17を開放させて流出する。これによりフレキシブルチューブ13,14内で媒体11,12を循環させることができ、ポンプ等の駆動装置が不要となる。
【0014】
図3における18はコントローラで、図5に示すようにペルチェ素子モジュール9が電気的に接続される電流駆動回路19と、その電流駆動回路19を制御する制御回路20と、それら電流駆動回路19及び制御回路20を駆動するためのバッテリー電源21からなる電気系回路を具備する。尚、必要に応じてペルチェ素子モジュール9を任意の温度に設定するための温度設定器22、及び吸熱(冷却)側のフレキシブルチューブ13に取り付けられた温度センサ23(図3参照)を制御回路20にそれぞれ接続する。また、このコントローラ18には、放熱側のフレキシブルチューブ14に接続された放熱器(図示せず)が内蔵されている。
【0015】
この保冷具10では、図6(a)に示すジャケットに使用する場合には、そのジャケット地25の正面及び背面部にフレキシブルチューブ13,14を所定の引き回し状態で埋設し、そのフレキシブルチューブ13,14に接続されたコントローラ18をジャケット地25の適当な箇所に装着する。フレキシブルチューブ13,14のジャケット地25への埋設は、編み込みや織り込み等により可能である。尚、コントローラ18は、ジャケット地25に装着する以外にも、ズボンのポケットに収納することも可能である。また、図6(b)に示す靴に使用する場合には、靴底26にフレキシブルチューブ13,14を所定の引き回し状態で埋設し、コントローラ18を靴の踵部27に格納した構造を有する。
【0016】
両者のいずれの場合も、吸熱(冷却)側のフレキシブルチューブ13を身体側となるように配置する。即ち、ジャケットの場合には、吸熱(冷却)側のフレキシブルチューブ13をジャケット地25の内面側にし、放熱側のフレキシブルチューブ14をジャケット地25の外面側にする。また、靴の場合には、吸熱(冷却)側のフレキシブルチューブ13を靴底26の上面側にし、放熱側のフレキシブルチューブ14を靴底26の底面側にする。尚、保温具として使用する場合には、前述とは逆に、放熱側のフレキシブルチューブ14をジャケット地25の内面側又は靴底26の上面側にし、吸熱側のフレキシブルチューブ13をジャケット地25の外面側又は靴底26の底面側にすればよい。
【0017】
保冷具10を使用するに際しては、コントローラ18の電源スイッチ(図示せず)をオンすることにより、バッテリー電源21から所定の電圧が制御回路20及び電流駆動回路19に印加される。この電流駆動回路19の作動によりコントローラ18に接続された複数のペルチェ素子モジュール9へ通電する。
【0018】
このペルチェ素子モジュール9への通電により、そのペルチェ素子モジュール9を構成するペルチェ素子6では、p型熱電半導体1及びn型熱電半導体2の両端で温度差が生じる。このペルチェ素子6に生じた温度差により、ペルチェ素子モジュール9における吸熱側の絶縁基板7が低温となり、放熱側の絶縁基板8が高温となって、このペルチェ素子モジュール9の放熱・吸熱作用でもって二つのフレキシブルチューブ13,14内に充填された媒体11,12を介して熱交換する。
【0019】
この時、フレキシブルチューブ13,14には逆止弁16,17が設けられているので、ジャケットや靴を装着した身体の動きでもってフレキシブルチューブ13,14が局部的に変形することにより逆止弁16,17が前述したように作動してフレキシブルチューブ13,14内を媒体11,12がスムーズに循環する。この逆止弁16,17には、身体の動きが微少なものであっても作動するように軽量なものを使用すると共に、少ない抵抗でもって開閉できる支持構造とすることが望ましい。これにより、吸熱側と放熱側での熱交換が、ペルチェ素子モジュール9が配置された箇所だけでなく、フレキシブルチューブ13,14の全体に亘って均一に行われる。
【0020】
このようにして、ペルチェ素子モジュール9による吸熱作用でもって吸熱側のフレキシブルチューブ13内を流れる媒体11により身体が冷却され、一方、ペルチェ素子モジュール9による放熱作用でもって放熱側のフレキシブルチューブ14内を流れる媒体12によりコントローラ18の放熱器により放熱作用を呈する。
【0021】
尚、コントローラ18に内蔵された温度設定器22により所望の温度に調節すれば、吸熱(冷却)側のフレキシブルチューブ13に設けられた温度センサ23による検知出力に基づいて、制御回路20により電流駆動回路19を制御しペルチェ素子6の吸熱側と放熱側との温度差を調整し、温度設定器22により設定された所望の温度に保冷することが可能である。また、コントローラ18によるモード切り換えでもって、保冷と保温とを随時切り換えることが可能で、更に、一部を保冷して他の部分を保温することも可能である。
【0022】
【発明の効果】
本発明によれば、保冷用器具として使用した場合、従来の氷嚢やゼリー状の保冷剤に代わるものとして、日常生活において人間が身体を動かして活動している状態でも、ペルチェ素子への通電により長い持続時間を確保することができ、従来のように頻繁に交換する必要がなくなる。また、フレキシブルチューブを使用したことにより均一な保冷が実現容易となり、かつ、フレキシブルチューブに逆止弁を設けたことによりそのフレキシブルチューブ内の媒体を循環させるためのポンプ等の駆動装置を必要とすることなく、コンパクトで実用的な保冷具を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態を示す要部拡大断面図
【図2】(a)は図1のA−A線に沿う断面図
(b)は図1のB−B線に沿う断面図
【図3】図1の実施形態の保冷具の全体を示す構成図
【図4】(a)はペルチェ素子の構造を示す模式図
(b)はペルチェ素子モジュールの構造を示す模式図
【図5】図3のコントローラの制御ブロック図
【図6】(a)は本発明の保冷具をジャケットに使用した形態を示す斜視図
(b)は本発明の保冷具を靴に使用した形態を示す斜視図
【符号の説明】
9 ペルチェ素子モジュール
11,12 媒体
13,14 フレキシブルチューブ
16,17 逆止弁[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a heat retaining / cooling device, and more particularly to a heat retaining / cooling device incorporating a Peltier element that is a thermoelectric semiconductor.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a warming instrument having a heating function, there are an electric blanket, an electric jacket, and the like using a hood and resistance heat generation. These heat retaining devices utilize Joule heating of electric resistance and do not have a cooling function. On the other hand, there are ice packs, jelly-like cold storage agents, and the like that adopt a method of temporarily cooling with a pre-cooled medium in cold storage devices having a cooling function. These cold insulation devices are a safe and effective method when a human is in an inactive state during sleep or medical treatment.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above-described cold-reserving device having a cooling function is not very practical because it must be replaced frequently in a state in which a human is moving and moving in daily life and must be frequently replaced. Further, the medium temperature also becomes room temperature with time, and it is difficult to maintain it at an arbitrary temperature.
[0004]
By the way, for example, in a car cooler box, temperature control of a semiconductor laser for optical communication, precise temperature control of a semiconductor manufacturing apparatus, a television camera for a broadcasting station, a Peltier element that is a thermoelectric semiconductor is awarded as a cooling device. It is being used. This Peltier element has advantages such as small size, light weight, large degree of freedom in shape, freedom of heating and cooling, good environmental resistance, good temperature characteristics, no vibration and long life.
[0005]
The present invention provides a new heat insulation / cooling device incorporating a Peltier element having the above-mentioned advantages as an alternative to a heat insulation device such as a hood or an electric blanket, or a cold insulation device such as an ice pack or a jelly-like cold insulation agent. For the purpose.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
As a technical means for achieving the above object, the present invention provides two closed loops in which a plurality of Peltier element modules are electrically connected in series, and the heat dissipation side and the heat absorption side are filled with a medium having good thermal conductivity. A flexible tube is disposed, the Peltier element module is sandwiched between the two flexible tubes, and the two flexible tubes sandwiching the Peltier element module are embedded in a predetermined member in a predetermined drawing state, and the Peltier element be one that kept-cold a predetermined portion of the body by a heat exchange with medium in the flexible tube with a heat dissipation endothermic action due to energization of the module, is incorporated non-return valve at a plurality of positions of said flexible tube, said that between adjacent check valve of flexible tube is locally deformed with the body of the displacement Ri actuates the check valve and said circulation of the medium in the flexible tube.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0008]
As shown in FIG. 4 (a), for example, as shown in FIG. 4 (a), the heat insulating / cooling device of the present invention includes a p-type thermoelectric semiconductor 1 such as a bismuth / antimony / tellurium compound semiconductor and an n-type thermoelectric semiconductor such as a bismuth / tellurium compound semiconductor. As shown in FIG. 4 (b), a plurality of (three in the figure)
[0009]
When a direct current is passed through the
[0010]
An embodiment in which the present invention is applied to a cold insulator is shown in FIGS. 1 is an enlarged cross-sectional view of the main part of the portion C in FIG. 3 showing the whole cold insulator, FIG. 2 (a) is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 1, and FIG. It is sectional drawing which follows the BB line of 1. FIG. In the
[0011]
Specifically, both the
[0012]
In the
[0013]
By providing the
[0014]
3,
[0015]
In this
[0016]
In both cases, the endothermic (cooling) side
[0017]
When using the
[0018]
Due to energization of the
[0019]
At this time, since the
[0020]
In this way, the body is cooled by the medium 11 flowing in the heat-absorbing
[0021]
If the temperature is adjusted to a desired temperature by the
[0022]
【The invention's effect】
According to the present invention, when used as a cold insulation device, as an alternative to a conventional ice pack or jelly-like cold insulation agent, even in a state where a human is moving and acting in daily life, by energizing the Peltier element A long duration can be ensured and there is no need for frequent replacement as in the prior art. In addition, the use of a flexible tube makes it easy to achieve uniform cooling, and the provision of a check valve on the flexible tube requires a driving device such as a pump for circulating the medium in the flexible tube. Therefore, a compact and practical cold insulator can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an enlarged cross-sectional view of an essential part showing an embodiment of the present invention. FIG. 2A is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 3 is a block diagram showing the whole of the cold insulator of the embodiment of FIG. 1. FIG. 4A is a schematic diagram showing the structure of a Peltier element. FIG. 3B is a schematic diagram showing the structure of a Peltier element module. 3 is a control block diagram of the controller of FIG. 3. FIG. 6 (a) is a perspective view showing a form in which the cold insulator of the present invention is used for a jacket. FIG. Figure [Explanation of symbols]
9
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JP06833997A Expired - Fee Related JP3920393B2 (en) | 1997-03-21 | 1997-03-21 | Thermal insulation / cold insulation |
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1997
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