JPH08502140A - 電気加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 薄膜電池（４５）として設計される電気エネルギ源（４５）が含まれる電気加熱装置（３４）。加熱装置はまた、ＰＴＣ特性を有する電気的導電性ポリマー材料からなる第１の材料層（４０）を含む抵抗加熱ユニット（４０）を備える。抵抗加熱ユニット（４０）と電気エネルギ源（４５）とは、互いに隣接して配置され、かつ複合体ユニットを構成し、複合体ユニット中では、前記第１の材料層（４０）と薄膜電池（４５）との各々の主表面が互いに向き合っており、電極（４１，４３）がスイッチ（４０）を介して電池（４５）の極へ、かつ抵抗加熱ユニット（４０）へ接続される。

Description

【発明の詳細な説明】 電気加熱装置 本発明は、独立請求項の前文に従う加熱装置に関する。 さまざまな活動分野において、たとえば医療用として、または快適さのために 人体のさまざまな部分を加熱することが望ましい。一例としては、リウマチ患者 の体の関節、手および他の部分を加熱することが挙げられる。他の例では、スポ ーツおよび娯楽活動の分野で、加熱された手袋、靴の中敷および他の衣類アイテ ムならびに加熱された寝袋が提案されている。 また、輸送の間または電源が切れた場合にその貯蔵スペース内の温度を上昇し た温度に保つ容器を考案することが望まれている。同様に、たとえば基板上に載 置された蓄電池または電池中の温度が下がるというリスクを回避するために、輸 送時または電源が切れた場合に、上昇した温度を保つ基板が必要とされており、 係るリスクが発生した場合は蓄電池や電池から引出すことが可能なエネルギ量が 減少するかもしれない。 これらの必要性に対処するために、さまざまな解決策が提案されており、それ らの解決策はすべてさまざまな抵抗加熱エレメントおよび通常は蓄電池または乾 電池である電源の助けを借りる電気加熱を基本にするものである。このような公 知の技術の一例として、スウェーデン特許出願No.8402743-2が挙げられ、これは 手袋の中が２５Ｗを超えるような熱効果を与えるように抵抗ワイヤと電源とが嵌 め込 まれた手袋を記載している。 同様に、スウェーデン特許出願No.8404783-6は、抵抗加熱エレメントと電池の 形状の電源が嵌め込まれた医療用下着を記載している。電気的に加熱された靴の 中敷は、たとえばドイツ明細書DE-A-3 904 603およびDE-C-4 000 259に記載され ている。これらの靴の中敷は電池または他の電源に接続可能な嵌め込み加熱エレ メントを有している。どちらの場合も、抵抗加熱エレメントは、プラスチックま たは他の非導電性材料から作られるベース上で印刷導体経路の形状である。また 、どちらの場合も、過熱を回避するために加熱は電気回路接続によって適正に制 御される。 これと同じように、レジャー用に電気的に加熱された寝袋または衣類を使用す ることが公知である。一例として、US-A-3,443,066に、抵抗熱ワイヤと電源用の 電池とが嵌め込まれた可撓性のある断熱材料から作られる寝袋または他の衣類が 記載されている。 自動車工学の分野においては、同様の考えは、たとえば自動車の座席に加熱エ レメントを与えるために用いられてきており、これには嵌め込まれた抵抗加熱エ レメントにある程度の弾力性が必要である。このような技術の一例はSE-B-434 2 04（7713250-4）に記載されており、ここでは座席のパッド材料の層の中に抵抗 加熱ワイヤまたはテープの曲がりくねったループを嵌め込むことによって弾力性 または伸張可能性が達成されている。 電気的に加熱可能な繊維材料の他の例は、US-A-4,845,343にみられ、ここでは 、抵抗ワイヤは織物構造に織られている。 上述のような患者または一般ユーザの体の広い部分または狭い部分を加熱する ための先行技術の装置および器具は、どれも多数の共通の欠点を有する。係る欠 点の１つは、先行技術の抵抗加熱エレメントは電力消費量がかなり多く、したが って操作経費が高いということである。別の欠点は、加熱効果を局部的に、つま り体の限定された部分内で調整することがうまくできないという可能性があるこ とであり、言い換えれば、使用者は、体の最も冷たい部分は十分に加熱するが、 同時に体のその他部分は過熱してしまうという加熱効果か、または体の大半の部 分には快適な加熱を与えるが、特定の他の部分への加熱は不十分であるという加 熱効果のいずれかを選択しなければならない。先行技術の装置の多くが有するさ らに他の欠点は、別個の蓄電池が必要であるということであり、蓄電池は装着者 の衣服の相対的に保護されていない場所で持ち運びが行なわれなければならない ため、その容量は温度が低くなるとしばしば低減する。さらに、別個の蓄電池は ある種のベルトなどに入れて持ち運びをしなければならず、使いにくいと思われ る。他の欠点は、定められた平均温度に達することができるようにするために、 ある種の外部サーモスタットが必要であることである。 したがって、本発明の１つの目的は、先行技術の固有の１つ以上の欠点が取除 かれた、たとえばパネル、積層体、バンド、容器などとして設計される電気加熱 装置を実現することである。たとえば、本発明に従う装置は衣類の中に入れるの に適するものでなくてはならない。 本発明のさらに他の目的は、局部的な加熱の必要性に応じて加熱効果が局部的 に変化する設計の装置、配列、またはたとえば衣服の１点を実現することである 。 本発明のさらに他の目的は、加熱装置を非常に薄く可撓性を持つようにして、 その外観や他の特徴を大幅に変えることなく衣服の１枚の中の２つの織物層の間 に嵌め込むことができるようにすることである。本発明のさらに他の目的は、外 部のサーモスタットを必要とせずに、平均温度を自動的に調整することである。 本発明のさらに他の目的は、エネルギ源の冷却によって電源の容量の利用可能な 部分が減少するということが起こることを回避または防止し、その代わりに、エ ネルギ源の非常に近くで発生した熱によってエネルギ源の温度を上昇させること でエネルギ源の利用可能な容量をより一層増大させるような、加熱装置中に含ま れる加熱エレメントと協働する電源を含む加熱装置を実現することである。本発 明のさらに他の目的は、エネルギ源をある特定の位置に配置することによってエ ネルギ源への熱の反射を実現することである。 本発明のこれらのおよび他の目的は、加熱装置が添付の 請求項１の特徴付け部分の開示に従って設計されれば達成されるであろう。 添付のサブクレームは、本発明の好都合な実施例を開示する。 加熱エレメントは、いわゆるＰＴＣ特性（正温度係数）を有するポリマ材料、 特に導電性の、ブチルを注入したポリエチレン等の電気的に導電性の熱可塑性材 料からなる。 薄膜蓄電池は好ましくは、リチウム層、ポリマ電解質層、酸化バナジウム複合 層、および導体層といった多数の相互に積層した層を有するリチウム型の蓄電池 から形成され得る。 電極材料は、最も好ましくは、薄膜蓄電池への電気的接続を形成することがで きるように適切なパターンでキャスティング、スクリーン印刷、電気的に導電性 の接着剤による接着または真空めっきによって加熱エレメントと結合されている 導体材料からなる。 制御回路は蓄電池の２極間にスイッチが接続された導電経路と同じほど単純で あり得るが、好ましくは、蓄電池の状態を検知し、制御し、およびおそらくは活 性化時間を制限するための回路要素を有する制御回路である。 ここで「衣類」という表現は、手袋やベストなどの衣服を意味するだけではな く、たとえばレジャー活動用の靴の中敷、寝袋、またはクッション上の座席ヒー タなども意味する。 以下に、本発明の実施例を示す添付の図面を参照して本発明をより詳細に説明 する。添付の図面中では、 図１は本発明に従う加熱装置中で使用するアセンブリの一実施例の断面図を示 し、 図２は本発明に従って設計される衣類の一例を示し、 図３は本発明で使用される好ましい薄膜蓄電池を概略的に示し、 図４ａ−ｄは電極材料と加熱箔材料とを結合する４つの異なる方法の例を示し 、 図５は加熱箔材料と薄膜蓄電池とがどのように結合され得るかの第１の例を概 略的に示し、 図６ａ，ｂは加熱箔材料と薄膜蓄電池とがどのように結合され得るかの第２の 例を概略的に示し、 図７ａ，ｂは加熱箔材料と薄膜蓄電池とがどのように結合され得るかの第３の 例を概略的に示し、 図８−９は本発明を実際に応用した場合に用いられ得る加熱ユニットの他の例 を概略的に示し、 図１０ａ−ｄは加熱反射層が設けられた加熱ユニットの例を概略的に示す。 図１は、たとえば衣類、容器、事故の犠牲者のための下敷用毛布中の、以下に 説明する本発明に従う電気加熱装置３４（図２および図９）で使用する材料（い くつかの層からなる集合体）３３の一実施例の断面を概略的に示す。集合体は少 なくとも第１の層１から形成されるか、またはこ れを含み、第１の層１はＰＴＣ特性を有する電気的導電性ポリマの少なくとも１ つの層からなるか、またはこれを含む。第１の層１は、集合体に含まれ薄膜電池 ５または薄膜蓄電池５からなる第２の層２に隣接し、一般には第２の層２に接続 されて配置される。図１に示される実施例から明らかなように、集合体は一般に 、２つの層１、２の両側に配置され、かつたとえば金属箔もしくは織物材料など のプラスチック材料、またはこれらの材料の２つ以上のものの組合せからなる保 護層３を含む。第１の層１、第２の層２、および第３の層３の構造は以下により 詳細に説明する。 図２は本発明の一応用例を示し、ここで装置３４は、たとえばリウマチ患者用 の加熱手袋４として設計される。 図３は、本発明の実際の応用において有利に用いられるタイプの薄膜電池５ま たは薄膜蓄電池５の一例を示す。薄膜電池５の実施例の図には、負極として作用 するリチウム層６と、その下にあって電解質として作用するポリマ複合体層７と 、正極として作用する複合体層８と、複合体層８に接続される電気導体９とが含 まれる。係る薄膜電池は通常の便箋と同じくらいの厚さであり、約０．２ｍｍで ある。複合体層８は電解質とリチウムイオンを容易に捉える化合物（例、酸化バ ナジウム）との混合物からなる。リチウムイオンは電解質を通って複合体層８（ 正極）へ達し、一方、電子はリチウム層６（負極）から外側の経路を通って複合 体層８に達し、言い換えれば外部負荷（図示せず）を介し て電気導体９へ向かう。この負荷は抵抗加熱ユニットを構成し、これについては 以下に説明する。イオンおよび電子は両方とも複合体層８に格納され、かつ電池 が再充電されるときにリチウム層６へ戻る。 この種の薄膜電池は、たとえば湯浅電池（株）（日本）、ハイドロ・ケベック （Hydro Quebec）（カナダ）、およびシャープ（株）（日本）などのさまざまな 市販用メーカーから購入することができる。この種の薄膜電池を記載している文 献の例としては、１９９１年Elsevier Science Publishers B.V.発行、編集人C. A.C.Segueiraの『化学とエネルギＩ（Chemistry and Energy-I）』の中の１５３ −１６２頁に記載のジョルゲン・エス・ラングスガードら（Jorgen S．Lungsgaa rd et al．）による論文「オールソリッドステートリチウムポリマ電解質電池（ The All-Solid-State Lithium Polymer Electrolyte Battery）」、および１６ ３−１７５頁に記載のエム・エイ・ジー・マーティンスら（M.A.G.Martins et a l．）による論文「オールソリッドステート薄膜ポリマ電解質電池（All-Solid-S tate Thin-Film Polymer Electrolyte Batteries）」が挙げられる。他の例には 、カクスバングら（Kaksbang et al．）による「ポリマ電解質電池の室温におけ る再充電可能性および速度能力（Rechargeability and Rate Capability of Pol ymer Electrolyte Batteries at Room Temperature）」、パワーソースジャーナ ル（Journal of Powe Sources）３２ （１９９０）１７５−１８５頁がある。 本発明に従えば、集合体は加熱ユニットを含み、この中には、ＰＴＣ特性を有 するポリマ材料が含まれる。係る材料のうちで非常に適した材料の１つは、ＥＴ −Ｓｅｍｉｃｏｎ ＣＴ５４２２：７０または６００２：７０という名称でスウ ェーデンのNeste Polymer Compounds ABから入手できる。これらは半導体熱可塑 性材料である。他の材料にはＥＴ−Ｓｅｍｉｃｏｎ ＣＴ８７１１：７０があり 、これは実用テストで用いられており、Norells Sweden ABから入手できる。こ れらのＰＴＣ特性を有する電気的に導電性のポリマ材料１０を接続するために、 たとえば、キャスト電極（図４ａ）、ポリマ層上にスクリーン印刷した電極材料 （図４ｂ）、真空めっき法によってポリマ層に与えられた電極材料（図４ｃ）、 または格子状の一部キャスト電極材料が用いられる。当業者には本発明の枠組内 で他の接続技術を適用することもできることは自明である。図４ｄの格子状の電 気的に導電性の電極材料は、たとえばポリマ層の対向する側にキャスティングさ れるかまたは接着によってポリマ層に接続される。図４ａ−ｄでは、ポリマ層は 参照番号１０で示され、かつ電極材料は参照番号１１で示される。図４ｂおよび 図４ｃに示される実施例では、電極材料はある種の実用例では溶接によってポリ マ材料１０に接続される。 本発明に適するタイプの薄膜電池は、好ましくは、ポリ マ層あたり２．４Ｖの平均電圧を有する。十分に高い電圧を得るために、多数の 層（図５−７参照）が一般に積層される。本発明の１つの好都合な実施例では、 たとえば１０層が積層した電池が用いられ、この場合は、２４Ｖの極電圧が得ら れる。さまざまな薄膜蓄電池または電池を積層するために、１つの好ましい製造 技術では真空技術が用いられる。異なる層が互いに積重ねられ、隣接する電池の 正極および負極が互いに接続されるために異なる電池の直列接続が得られ、その 後、バッテリの層は圧縮されて真空封止される。封止材料はある好ましい実施例 ではアルミ箔から形成され、このアルミ箔の内側は、たとえばポリエチレンベー スのホットメルト接着剤などの電気的絶縁材料の層で被覆される。 図５は本発明の一実施例を概略的に示し、複数個の層からなる薄膜電池１２は 、相互に積重なり相互接続された薄膜電池５から形成される。複合体薄膜電池１ ２は、導体１３によって電気的導電性ポリマ材料層１０中の一方の電流ディスト リビュータ１１′に接続される。複合体薄膜電池１２の負極は導体１４によって 充電端子１５に接続され、充電端子１５はスイッチ１７および導体１８を介して 電気的導電性ポリマ層１０中の第２の電流ディストリビュータ１１に接続される 。電流ディストリビュータ１１および１１′は互いに距離をおいて配置され、こ の距離はポリマ層の電気的特性および熱特性によって、かつ電流ディストリ ビュータの間に配置されるポリマから発っせられる熱効果によって決定される。 電流ディストリビュータ１１、１１′およびポリマ層１０は装置の加熱ユニット １９を構成する。 充電端子１５は導体１６を介して一方の電流ディストリビュータ１１に接続さ れる。チャージャが充電端子１５に接続されると、これにより装置の正極および 負極は、複数個の層からなる薄膜電池１２中の対応する極に結合される。 電気的導電性ポリマ材料１０は、たとえばＣＴ５００２：１７という名称で市 販されているＥＴ−Ｓｅｍｉｃｏｎから形成される。２つの電極つまり電流ディ ストリビュータ１１、１１′は、たとえばワイヤ状の電気的導体から形成され、 これらの導体はポリマ層中にキャスティングされるか、または金属箔もしくはＩ ＣＰ材料（固有導電性ポリマ）などの合成金属箔から形成される。ワイヤ状の導 体は、ある好ましい実施例では直径０．９ｍｍおよび金属箔の厚さ２５ｕｍであ る。複数個の層からなる蓄電池１２は、薄膜電池５が湿気に敏感である応用例で は、電気的絶縁性の耐水性かつ水に対して不浸透性の材料によってその周りを封 止されるか、またはキャスティングされる。ポリマ材料層１０は対応して保護す る必要はない。加熱層１０および薄膜蓄電池１２が互いに離れているこの実施例 では、蓄電池を交換できるという利点が与えられる。電池と加熱ユニットとの間 の電気的接続１３、１４、１６、１８は導電 性であるため、装着者の体の動きが容易である。 ＰＴＣタイプの電気的導電性材料を用いることの主たる利点は、加熱効果を局 部的に調整することができることであり、つまり、冷たい位置の方が暖かい位置 よりもより多く熱を発する。この調整は材料のＰＴＣ特性のために自動的に行な われる。 図６ａおよび６ｂはさらに他の実施例を示す。この場合、スクリーン印刷によ って加熱ユニット１９中に含まれるＰＴＣ特性を有する電気的導電性ポリマ層２ ０には、第１の電極バッチ２１と第２の電極バッチ２２とが設けられている。２ つの電極バッチは互いに間隔をあけて配置されている。第１の電極バッチ２１は 突出しているコンタクトエレメント２３を有し、第２の電極バッチ２２は突出し ているコンタクトエレメント２４を有する。加熱ユニット１９は、複数個の薄膜 電池５から形成される薄膜電池２６の正極層２５に対して電気的絶縁接着剤で接 着される。この目的のための電気的絶縁接着剤には、Sikema ABからのABLEBOND9 58-11が用いられ得る。装置の接続および分離のためには、スイッチ２７が設け られ、このスイッチ２７は導体２８、２９によって複合体薄膜電池２６の端子２ ３および負接続３０のそれぞれに接続される。正接続２５は、電池２６から突出 しているコンタクトエレメント３５を介して第２のバッチのコンタクトエレメン ト２４に電気的に接続される。再充電のためには、再充電端子３１および関連し た導体３ ２、３８が設けられる。 図６ａおよび図６ｂで用いられる電気的絶縁用接着剤の代わりとして、たとえ ばポリエチレン等の一般的に薄い電気的絶縁用のプラスチック材料の膜が用いら れ、これは加熱ユニット１９に面した電気的導電性ポリマ層２０の表面にたとえ ば融着して固定される。一般に、プラスチック材料の膜はポリマ層２０の主要表 面全体を被覆する。複合体電池２６に湿気（水蒸気または水）からの保護が必要 な実施例では、加熱ユニット１９に固定された膜は複合体電池２６の他の部分を 取囲む保護材料と一般に接合（例、溶接または接着）される。これにより、ポリ マの熱発生により電池のエネルギ含有量の使用可能な部分を増大させると同時に 、ポリマ部分が電池の保護封止の一部を形成する。さらに、この実施例では、加 熱装置の熱発生部分を加熱する人体または空間のすぐ近傍に配置することが可能 である。 この実施例に固有の主たる利点は、加熱ユニット１９および薄膜電池２６から 形成される集合体３３が、連続して大量生産し、後でユニットごとに切断するの に適しているということである。切断の後、切断された部分は、一般には電気的 絶縁用のケーシングの中に入れられ、このケーシングはまた水および水蒸気を防 ぐ。 図７ａおよび図７ｂは加熱装置３４のさらに他の実施例を示し、これには電気 的導電性ポリマ層４０から形成される加熱ユニット１９および複合体薄膜電池４ ５を形成する 多数の互いに隣接した薄膜電池５が含まれる。この場合、電流は、ポリマ層４０ の第１の規定表面５４から第２の規定表面５５へとポリマ層の２つの規定表面５ ４、５５に実質的に平行にポリマ層４０を通過する。これは、ポリマ層４０の第 １の規定表面５４および第２の規定表面５５のそれぞれに対して１つ以上の電極 バンド４１および４３がそれぞれ当接しているために達成される。１つ以上の電 極バンド４１、４３が規定表面５４、５５のいずれかに当接している場合、電極 バンドは通常、相互に隣接した電極間に延びる電気的絶縁層４２、４４によって 各規定表面において分離される。ポリマ層４０の表面５４、５５は、これにより 電極バンド４１、４３間で電気的に絶縁される。絶縁層４２および４４は、ポリ マを横切って下に複合体薄膜電池４５の導電層まで電子が移動することを防止す るように設けられる。代わりに、より水平方向の電流がポリマを介して得られ、 これにより均一な熱を与える。 薄膜電池パック４５の正極４６は、１つまたは複数の電極バンド４１のそれぞ れと電池パックの正極層４６との間に電気的接触が存在するようにポリマ層４０ と組合される。正極層４６には突出しているコンタクトストリップ４７が設けら れる。図７ｂから明らかなように、１つまたは複数の電極バンド４３のそれぞれ は、スイッチ４８を介して薄膜電池４５の負極４９に接続される。再充電を行な うために、再充電端子５０が設けられ、この再充電端子５０は導 体５１、５２とともに、負極４９と正極４６から突出しているコンタクトプレー ト４７とのそれぞれに接続される。 ポリマ層４０用の材料としては、この実施例では有利には、ＣＴ０４２２：７ ０またはＣＴ５００２：７０と称されるタイプの電気的導電性のプラスチックＥ Ｔ−Ｓｅｍｉｃｏｎが使用される。電極バンド４１、４３は、たとえばスクリー ン印刷、接着または真空めっきなどの上述の技術に対応する技術を用いて実現さ れる。個々の電極バンド４３を電気的に互いに接続するためには、好ましくは、 抵抗ユニット４０の外側のすべては一般に薄い電極層５３で被覆される。また、 ある実施例では、ポリマ材料４０の内側すべてが電気的導電材料で被覆される。 図７ａおよび図７ｂに示される実施例の実際の応用においては、たとえばポリ エチレン等のプラスチック材料から形成される一般に薄い電気的絶縁膜が、加熱 ユニット１９に面した電気的導電性ポリマ層４０の表面にたとえば融着すること によって固定され、一方、他の実施例では、係る膜は存在しない。一般的に、プ ラスチック材料からできた膜はポリマ層４０の主表面全体を被覆し、その場合、 電池の正極は別個のリードワイヤ（図示せず）によって電極４１に接続される。 複合体電池４５に湿気（水蒸気または水）からの保護が必要であり、かつ膜が発 生するこれらの実施例においては、加熱ユニット１９に接合される膜は、一般に 、複合体電池４５の他の部分を取囲む保護材料に結 合（例、融着または接着）される。膜が存在しない実施例では、ケーシングまた はハウジングが加熱ユニット１９および電池の両方を取囲むことによって湿気か らの保護が得られる（以下の図９も参照）。膜が存在しない場合は、上述のよう な電池の正極へのリードワイヤは必要とされない。どちらの実施例においても、 ポリマの熱発生によって、電池の持つエネルギ量のうちの引出し可能な部分が増 大する。さらに、この実施例では加熱される人体または空間のすぐ近くに加熱装 置の熱発生部分を配置することが可能である。 また、前段落で説明した実施例では、加熱ユニット１９および薄膜電池４５か ら形成される集合体３３は、製造ライン上で大量生産し、その後でユニットごと に切断するのに適している。特に、抵抗ユニットと電池との間に絶縁用プラスチ ック層が用いられない実施例に適している。 図８−９は、抵抗加熱ユニット６０、薄膜電池６１、およびオペレーティング ユニット６２との考え得るさまざまな実施例および配置を示す。 図８は、抵抗加熱ユニット１９および薄膜電池６１のポリマ層６０が物理的に 互いに相互接続され、好ましい一例では、積層体に含まれる一実施例を示す。オ ペレーティングユニット６２は間隔をあけて配置され、かつ抵抗ユニット１９お よび薄膜電池６１が含まれる複合体ユニットのポリマ層６０と薄膜電池６１の負 極３０とに導体２８、２９を介して電気的に接続されている。 図８に示される実施例では、電池６１の周りに非常に優れた湿気に対する封止 を与えるために、加熱ユニット１９の電気的導電性ポリマ層６０と電池６１との 間に、電気的絶縁性かつ水に対し不浸透性のプラスチック材料層６７、たとえば ポリエチレン層が配置される。このプラスチック材料層６７は、複合体電池６１ の残りの部分を取囲む水および水蒸気に不浸透性のケーシング６４に融着される 。この設計は図６ａおよび図６ｂの設計に対応するが、電気的導電性ポリマ層（ または抵抗層）２０がその導体２１、２２とともに定位置に載置される前にプラ スチック材料層６７が極層２５に与えられる点が異なっている。図８から明らか なように、コンタクトエレメント２４は正極層２５に接続される。さらに、負極 接続３０は、絶縁用導体２９を介してオペレーティングユニット６２に電気的に 接続され、オペレーティングユニット６２はまた、加熱ユニット１９の第２の接 続に電気的に接続され、これにより導体２８を介してコンタクトエレメント２４ に接続される。この型は、たとえば靴の中敷などの移動があまり必要とされない 場合に有利に用いられ得る。 図９はさらに他の実施例を示し、ここでは薄膜電池６１の極層６５は、加熱ユ ニット１９の電気的導電性ポリマ層６０に接続される電極材料層６６と直接電気 的に接触している。薄膜電池６１と加熱ユニット１９とのこのような組合せは、 たとえば積層体を形成し、この図では耐湿気性お よび耐水性のケーシング６４の中に入れられて示される。図９のオペレーティン グユニット６２はケーシング６４の外部に配置され、かつ導体６３を介して加熱 エレメントに接続される。 図１０ａ−ｃは、上述のように設計された加熱エレメント１および薄膜電池２ の組合せの一部断面図の概略図である。文字Ａは加熱エレメント１から加熱され るべき人体または空間に向かって移動している熱エネルギを示す。図１０ａ−ｃ を通じて加熱エレメント１は薄膜電池２と上述の人体または空間との間に配置さ れる。図示されるこれらの組合せはまたケーシング６４を含み、その一方の壁６ ４ａは加熱されるべき人体または空間とは反対方向を向いている薄膜電池２の側 に配置される。ケーシングの他方の壁６４ｂは薄膜電池２の対向する側に配置さ れる。両方の壁は薄膜電池２の端縁領域において閉鎖部分７０によって互いに密 接に結合される。ケーシングの両方の壁６４ａ，ｂは、実質的には薄膜電池の主 表面３６、３７と平行である。 図１０ａ−ｃでは、加熱エレメント１、薄膜電池２およびケーシングの両方の 壁６４ａ，ｂは、互いに間隔をあけて配置されるように示される。ある実用例で は、特に装置が機械的に剛性のユニットを形成する場合は、このような間隔を維 持するためにスペーサエレメント（図示せず）が設けられる。他の実施例では、 たとえば装置が衣類に含まれる場合は、加熱エレメント１、薄膜電池２および壁 ６４ ａ、ｂは、互いに規定の間隔をあけて固定される一方で、互いに向かってかつ互 いから離れるように移動可能である。 図１０ｄは図１０ａのマークした領域を部分的に拡大した図である。この部分 拡大図から明らかなように、ケーシングの壁６４ａは図示した実施例では、１つ 以上の層からなる金属箔６８および金属箔の両側のプラスチック層６９から形成 される。金属箔は好ましくはプラスチック層で被覆される。 図１０ａおよび１０ｂは、図１０ａ中のケーシング６４が薄膜電池２だけを取 囲み、かつ図１０ｂ中のケーシング６４が薄膜電池２と加熱エレメント１との両 方を取囲む実施例を示す。 図１０ｃは、湿気および水のどちらにも不浸透性の電気的絶縁材料の層７１が 加熱エレメント１と薄膜電池２との間に配置される実施例を示す。さらに、層７ １中の材料の熱絶縁性は悪く、言い換えれば良好な熱透過性を持つ。ケーシング の壁６４はこの層と封止接続される。 図１０ａ−ｄで説明される実施例を使用する際には、金属箔６８によって熱エ ネルギが電池２へ向かって戻るように反射され、これにより電池２の温度が上昇 するため、電池に含まれるエネルギ量のより多くの部分が利用可能となり、加熱 エレメント１中で熱エネルギに変換される。 図１０ａ−ｄの説明において、加熱エレメント１および薄膜電池２という一般 的な表現が使用されている。これは ここでは、必要とされるようなエレメント１、１０、２０、４０、６０および／ または電池２、１２、２６、４５、６１が上述の代替例のうちの１つに従って配 置されることを意味している。 薄膜電池と加熱ユニットとの間に配置される電気的絶縁ポリマ材料を一般に含 む薄膜電池２、５、１２、２６、４５、６１および加熱ユニット１９の上述の実 施例が長いバンドの形状で作られる場合、このバンドは中間製品を構成するとい う利点が得られ、この中間製品から関係する実際の応用の要件に適合した部分ま たは長さの一部が分離される。しかし、分離された部分の長さだけではなく切取 られる部分の形状もまた、関連の実用例に適合可能であることは明らかである。 分離された部分または一部のサイズは、ある特定の応用に必要なパワー／エネ ルギの要件に従うようにされる。本発明の構造では、所与の極電圧についての電 池（部分電池５の数）の寸法決めをし、ある体積抵抗率を有するポリマ材料を選 択し、および／またはある電極スペーシングを選択することによって、１表面あ たりの所望される発生出力を前もって決定することが可能となる。ポリマ材料の 層の厚さもまた、１表面あたりのパワー出力を決定し得る。こうして、分離され た部分の表面積に関係なく、分離された部分が含まれる装置の所定の動作時間が 求められる。一般に、加熱ユニットと、薄膜電池と、オペレーティングユニ ットとの間を電気的に接続するためにバンドにはコンタクトプレートが設けられ 、この場合、コンタクトプレートは薄膜電池の正極または負極に当接する。これ により、分離された部分は、たとえば図９を特に参照して説明したようにオペレ ーティングユニット２７、４８、６２と単純に相互接続可能となる。切断動作の 後、切断された部分は一般に電気的絶縁用ケーシングの中に入れられ、このケー シングもまた水および水蒸気を通さない。たとえばオペレーティングユニットお よび電池チャージャに必須の導体は、ケーシングを通って封止状態で通される。 このように、互いに隣接して配置される多数の層を含む集合体３３（材料）が 開示される。「互いに隣接して配置される」という表現は、多くの実施例を包括 し、たとえば、層が連続して相互接続される場合、層が断続的に相互接続される 場合、層が積層される場合、層が互いに相互接続される部分が続く場所で層が互 いに固定されずに配置される場合、層が数カ所でのみ互いに相互接続される場合 、所与の領域内で３つの層のうちの２つの層だけが互いに相互接続される場合、 層がたとえばバンドの端縁領域のみにおいて互いに相互接続される場合、層の主 表面がたとえば人体を中心に互いに対向して配置され、かつ外部の固定装置によ って層が定位置に保持される場合、周りを囲む保護ケーシングに含まれるガスな どがすべてまたは部分的に排出されるために層が圧縮される場合が含まれる。 上記の説明では、薄膜電池という用語が使用されている。これは再充電可能な 薄膜電池と再充電が不可能な電池（一次電池）との両方を意味する。このタイプ の電池は本発明が用いられる特定の実用例に適用するようにされる。 上述の説明および添付の図面は、薄膜電池の極の具体的な向きを示す。当業者 には、開示された向きは単にいくつかの実施例を構成するものであり、他の実施 例では薄膜電池の向きは反対であり、正極と負極との位置がいれ代わることが自 明であろう。 上述の実施例では抵抗加熱ユニット１９は電気的導電性ポリマ層１、１０、２ ０、４０、６０からのみ構成されるとしても、他の実施例では加熱ユニット１９ には２つ以上の電気的導電性ポリマ層が設けられることが当業者には自明であろ う。 本発明のある実用例においては、装置は、剛性を有し機械的に安定したユニッ トを構成するように設計され、たとえば容器として設計される。他の実用例では 、装置は可撓性を有し曲げることのできるユニットを形成するように設計される 。関連する実用例の要件に依存して、装置は、このように形成された集合体３３ が曲げることができ、伸ばすことができ、弾性があり、弾性的に曲げることがで き、機械的に安定するような材料を含む。 上記の説明では、上方、下方、右、左などの記載が何度も行なわれている。こ れらの記載は本発明の説明を容易に するためだけに用いられている。説明された技術は一般に空間中のどのような任 意の方向でも可能であることが当業者には明らかであろう。 上記の説明は本発明の実施例のうちの限られたものについてのみ言及しており 、当業者であれば本発明は添付の請求項の精神および範囲を逸脱することなく多 数の実施例を包括するということを容易に考えつくであろう。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ハグマン，ロニー・ケント スウェーデン、302 51 ハルムスタード、 フェールディングススティーゲン、17

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ＰＴＣ特性を有する電気的導電性ポリマ材料の部分からなる、またはそれら の部分を含む第１の材料層（１、１０、２０、４０、６０）を含む、電気エネル ギ源（２、５、１２、２６、４５、６１）と抵抗加熱ユニット（１９）とを備え る電気加熱装置（３４）であって、ＰＴＣ特性を有するポリマ材料は電極材料（ １１、２１、２２、４１、４３）に結合されて、前記電気的導電性ポリマ材料を エネルギ源（２、５、１２、２６、４５、６１）に電気的に接続し、かつ、加熱 装置（３４）は抵抗加熱ユニット（１、１０、２０、４０、６０）への電流の供 給を調整するための調整器ユニット（１７、２７、４８、６２）を含み、この電 気加熱装置（３４）は、 電気エネルギ源（２、５、１２、２６、４５、６１）は薄膜電池（２、５、１ ２、２６、４５、６１）として設計され、かつ、材料層（１、１０、２０、４０ 、６０）が薄膜電池（２、５、１２、２６、４５、６１）に隣接して配置される 電気エネルギ源（２、５、１２、２６、４５、６１）の少なくとも１領域もしく は複数の領域、または抵抗加熱ユニット（１９）の少なくとも１領域もしくは複 数の領域において、エネルギ源と抵抗加熱ユニットとは、前記電池（２、５、１ ２、２６、４５、６１）の主表面および前記第１の材料層（１、１０、２０、４ ０、６０）の主表面が互いに向かい合っている複合体ユニットを形成するこ とを特徴とする、装置。 ２．薄膜電池（２、５、１２、２６、４５、６１）の一方の極層（２５、４６、 ６６）は、第１の材料層（１、１０、２０、４０、６０）の電気的導電性ポリマ 材料の１主表面に与えられる電極材料と直接接触していることを特徴とする、請 求項１に記載の加熱装置（３４）。 ３．電気的絶縁材料層（６７）は、薄膜電池（６１）の一方の極層と第１の材料 層（１）のポリマ材料（６０）の隣接する主表面との間に配置されることを特徴 とする、請求項１または２に記載の加熱装置（３４）。 ４．複合体ユニットにおいて、少なくとも薄膜電池（２、５、１２、２６、４５ 、６１）は電池の周囲に対して湿気から封止されていることを特徴とする、請求 項１ないし３のいずれかに記載の加熱装置（３４）。 ５．第１の層（１、１０、２０、４０、６０）と薄膜電池（２６、４５、６１） とは、水および水蒸気を透過しない共通のケーシング（６４）の中に封止態様で 入れられることを特徴とする、請求項４に記載の加熱装置（３４）。 ６．ＰＴＣ特性を有する電気的導電性ポリマはプラスチックであり、この中に電 気的導電性フィラーが抵抗網または格子として分布され、かつ加熱されるとこの プラスチックは自動調整される熱安定性の段階に達するまで電流経路が抵抗網ま たは格子を介して拡張する特性およびその逆の特性を有し、および／または、電 気的導電性ポリマはカーボ ンブラックを添加することによって電気的に導電性にされた、ブチルを注入した ポリエチレンプラスチックであることを特徴とする、請求項１ないし５のいずれ かに記載の加熱装置（３４）。 ７．電気的導電性ポリマは、キャスティングされ、固定するように接着され、ス クリーン印刷され、または真空めっきされ電極材料（２１、２２）を有すること を特徴とする、請求項１ないし６のいずれかに記載の加熱装置（３４）。 ８．電極材料は全体的もしくは部分的に金属材料から形成され、および／または 、全体的もしくは部分的に合成金属材料から形成されることを特徴とする、請求 項１ないし７のいずれかに記載の加熱装置（３４）。 ９．第１の材料層（１、１０、２０）４０）６０）と薄膜電池（２、５、１２、 ２６、４５、６１）とが複合体ユニットを形成する１領域または複数の領域中に おいて、層に向かって入来する熱エネルギを反射する材料層（６４ａ）が設けら れ、かつ、電池（２、５、１２、２６、４５、６１）は前記反射層（６４）と装 置によって加熱される人体または空間との間に配置されることを特徴とする、請 求項１ないし８のいずれかに記載の加熱装置（３４）。 １０．電気エネルギ源および抵抗加熱ユニットは織物材料の中に入れられること を特徴とする、前掲の請求項のいずれかに記載の加熱装置（３４）。