JPH08502140A - 電気加熱装置 - Google Patents
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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)
- 【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)。
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