(57)【要約】【課題】外気温や環境温度に関係なく、常に理想的な体感温度が得られる冷暖房ジャケットや冷暖房ベッドパッド、あるいは電気自動車運転者用冷暖房シートを長時間供給可能な技術とシステムの開発。【解決手段】半導体（ペルチェ素子）熱交換により得られる高温及び低温を利用して、高温媒体液あるいは低温媒体液を生成する半導体熱交換リキッドＨＰリアクターモジュールと、当該モジュールから生成される高温媒体液あるいは低温媒体液を利用する多目的温暖冷却シートの提供及びこれらの全システムを携帯可能な超小型システムの提供。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
携帯用半導体熱交換装置と、該携帯用半導体熱交換装置で生成、送出される媒体が連結ホースを介してその内部に取りこまれる冷・暖着衣本体とを備えた携帯用半導体熱交換装置付ＬＣ＆Ｗガーメント着衣あるいは中空エアセルガーメント着衣であって、
前記携帯用半導体熱交換措置は、ソリッドＨＰリアクターモジュールと称する装置で、熱源であるペルチェ熱交換デバイスと、ＨＰステップアッパーボックスと称する熱交換促進装置から構成されている。ここで生成された冷・暖媒体を前記冷・暖着衣に送出するポンプあるいはブローを備えたものであり、
前記冷・暖着衣本体は、液体媒体と気体媒体により異なる。液体媒体の場合は、ＬＣ＆Ｗガーメント仕様着衣と称し、媒体である低温あるいは高温液体を、該冷・暖着衣表面に縫い付けた樹脂製チューブの中を媒体液を循環させる事で着衣者の体温調整する着衣。
もう一方の気体媒体の場合は、中空エアセル・ガーメント仕様と称し、通気性が極めて低く軽く薄い素材から構成される。外布と内布との縁部を熱溶着などにより接合して中空部を設けた二重構造とし、前記気体媒体が中空部に注入されたときに膨らむのを防止するために、前記外布と内布とが複数個所でスポット接着される。前記中空部に冷気あるいは暖気を充満することで着衣者の体温調整する事が可能となる。上述した様に、携帯用半導体交換装置と連結したＬＣ＆Ｗガーメント仕様着衣及び中空エアセルガーメント仕様着衣により着衣者の体温調整可能とした事を特徴とする携帯型半導体熱交換装置付冷暖着衣。
【請求項２】
請求項１記載のソリッドＨＰリアクターモジュールは、熱源発生体であるペルチェ熱交換デバイスと、該ペルチェ熱交換デバイスから生ずる低温から低温気体エネルギーあるいは低温液体エネルギーに変換するために開発したＨＰステップアッパーボックスと称する金属容器が内蔵されている。ＨＰステップアッパーボックスは、外気温の影響を避けるために周囲を熱伝導率０．０２１Ｗ／ｍｋの断熱材で覆われた金属容器で、該金属容器の１面が前記ペルチェＨＰデバイスの吸熱パネルと密着合体する事で該ペルチェＨＰデバイスから生ずる低温がより効果的にＨＰステップアッパーボックス内に伝達される。ペルチェＨＰデバイスとＨＰステップアッパーボックスを内蔵したソリッドＨＰリアクターモジュールを備えている事を特徴とする携帯型半導体熱交換装置付冷暖着衣。
【請求項３】
前項記載のＨＰステップアッパーボックスに関して、
該ＨＰステップーアッパーボックスは、前項記載の半導体ＨＰデバイスから得られる熱エネルギーをより効果的に増大、促進するために開発された特殊仕様を施した金属容器である。該ＨＰステップアッパーボックスは、内部が約５ｍｍ間隔で上下にリアクタープレートと称する金属板で仕切られている。この仕切板の上下に交互に流体通過用の小窓が空けられ、一方の入り口から入った媒体は上下に備えられた小窓を経由して上下蛇行しながら放出口に達する。この間、すなわち媒体が交互に上下蛇行しながら該ＨＰステップアッパーボックス内を通過する際に、前記リアクタープレート表面に施された凹凸の影響で大幅な熱交換が生じる。該ＨＰステップアッパーボックスを内蔵したソリッドＨＰリアクターモジュールを備えていることを特徴とする携帯型半導体熱交換装置付冷暖着衣。
【請求項４】
請求項１記載のＬＣ＆Ｗガーメント仕様冷却着衣は、冷媒が液体の時に使用するもので、最もポピュラーな冷媒は水であります。この水の初期温度３３℃の水を請求項１記載のソリッドＨＰリアクターモジュールの１部分であるＨＰステップアッパーボックス内で熱交換することで、わずか２分で４℃〜９℃の低温水に熱交換される。これは、該ＨＰステップアッパーボックス内部に設置された数枚の上下交互に固定されたリアクタープレートを持つことに起因する。上述した様に、熱交換冷却効力をさらに向上させるためのＨＰステップアッパーボックスを内蔵している事を特徴とする携帯型半導体熱交換装置付冷暖着衣。
【請求項５】
前項記載の二重構造中空ガーメント着衣は、
中空部を持つ２重構造の布製で構成され、この中空部に溜まった冷気で着用者の体を冷やすことを目的とする。従って、該二重構造中空ガーメントで着衣を作れば冷・暖用ジャケットとして冷・暖機能を有し、キャップを作れば冷・暖用キャップとなる。この様に、目的や対象物により自由な形状・サイズの日用品が製作可能である事を特徴とする携帯型半導体熱交換装置付冷暖着衣。
【請求項６】
請求項１記載の携帯用半導体熱交換装置は、上述したようにソリッドＨＰリアクターモジュールから生成された媒体を冷・暖用着衣に送出するためのポンプ及び充電式バッテリーなど必要全部材を、夫々ユニット化して着衣者が自己身体に装着携帯し、どこへでも携帯して機能を遂行できることを特徴とする携帯型半導体熱交換装置付冷暖着衣。
【請求項７】
請求項３記載の半導体ＨＰデバイスの熱源である半導体素子は、電極を陽極と陰極に変えるだけで発熱と吸熱が変更する。この半導体特性を利用して手元に備えた電極切り替えスイッチを陽から陰に切り替えるだけで冷房着衣から暖房着衣に簡単に変更可能で４季を通して年間利用出来る事を特徴とする携帯型半導体熱交換装置付冷暖着衣。
【請求項８】
請求項１記載のＬＣ＆Ｗガーメント及び中空エアセルガーメント仕様による冷房用着衣の要所要所に数個の温度センサーを備え、該温度センサーと前記送流メカユニット内の電気回路基盤と連動させる事で、あらかじめ設定した温度にコントロールする事で火傷や低温火傷などの事故を未然に防ぐことを特徴とした携帯型半導体熱交換装置付冷暖着衣。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、炎天下での野外作業や高温作業所あるいは耐熱消火服や完全密閉型防護服などを着用して作業する場合、環境雰囲気温度が５０℃以上の高温を想定した環境の中での作業に対する熱中症対策のために開発。消防隊員や危機管理Ｇメン、高温作業員、職業貨物自動車運転手のための冷却着衣や介護・医療ベッドの冷却を担う冷媒用気体あるいは液体の生成、且つ循環させる技術、さらに超小型軽量化して全システムを身体に装着携帯可能とする技術分野。発熱エネルギーもＣｏ２や温室効果ガスとは無縁の半導体熱交換エネルギーに求めたエコロジー技術開発分野。
【背景技術】
【０００２】  酷暑の中で作業する作業員のため体温調整クールジャケット類は存在するが、かかるジャケット類の冷却方法は、保冷剤や蓄冷剤を着衣のポケット等に収納したり、あるいは要所に貼り付けたりするとにより体感温度を調整していた（例えば特許文献１参照）。しかし、これらの方法は、保冷剤や蓄冷剤の潜熱容量が余りに小さいために保冷時間が短く保冷剤などを頻繁に取り替えなければならない等の難があり、業務用には無理があった。
熱帯夜における安眠方法に関しては、病入あるいは要介護高齢者に限らず、一般の方々でも、エアコンや扇風機以外見当たらない。ウォーターベッドもあるが一般的に普及しているとは思われない。【０００３】  業務用体温調整着衣には、前記保冷剤や蓄冷剤の他に、コンプレッサーよりホースを介して送られた風量とエアーコンバーターによる方法で低温を得る方法もあるが、これは常にエアーホースと繋がれており作業性が悪く危険を伴うなどの難があった。
【特許文献１】実用新案登録第３１２６２２４号広報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  本発明は、上述のような問題点に鑑みなされたものであり保冷材や蓄冷材を直接、作業衣のポケットなどに収納するのではなく、半導体熱交換より生じた冷源を前記ソリッドＨＰリアクターモジュール内で液体あるいは気体冷気エネルギーに変換して、生成された媒体エネルギーをポンプあるいはブローによりＬＣ＆Ｗガーメント冷暖着衣あるいは中空エアセルガーメント冷暖着衣送出される。この冷・暖用着衣が着衣者の体温を下げることにより従来の諸問題を解決した。
【課題を解決するための手段】
【０００５】  本発明は、周囲の環境温度に応じた理想的な体感温度を得るための冷媒供給を、従来の保冷材などに頼らず半導体熱交換エネルギーに熱源を求めた事に大きな特徴があった。半導体熱交換は、電気的に低温、高温を得られ電気さえ供給し続ければ永遠に熱エレルギーが得られる。この熱エネルギーを実践利用する方法が見つからず今日まで放置されていたのではと思います。この程、ソリッドＨＰリアクターモジュールと称する半導体熱交換装置なるものを開発したことにより、熱エネルギーが流体エネルギーへの転換が可能となった。
ソリッドＨＰリアクターモジュールは、
該ソリッドＨＰリアクターモジュールの熱源であるペルチェＨＰデバイスとＨＰステップアッパーボックスと証する熱交換装置から構成されている。該ＨＰステップアッパーボックスは、該ボックスの内部温度が外気温の影響を受けない様に該ステップアッパーボックス全体を熱伝導率０．０２１Ｗ／ｍｋを有する高性能断熱材で覆われ、さらにソリッドＨＰステップアッパーボックス内には、熱交換効率を上げるための特殊仕様が施されている。その１は、内部が５ｍｍ間隔に縦にリアクター板により仕切られており、該仕切り板には、交互に上下に小窓が空いている。片方の入り口より入ってきた媒体は、仕切り板により上下に蛇行しながら排出口の方に移動しなければならない。この移動の間、約１分間で初期熱量の７５％近く熱交換で奪われる。この様なＨＰステップアッパーボックスを内部に備えた「ソリッドＨＰリアクターモジュール」であって、
前記冷暖着衣本体は、上述した様に、冷媒の種類により中空エアセルガーメント仕様とＬＣ＆Ｗガーメント仕様の２種類がある。空気を冷媒とした時は、中空エアセルガーメント着衣である。中空エアセルガーメント着衣は、通気性が極めて低く、薄く軽い素材で構成する。外布と内布の縁部を熱溶着など接合して中空部を設けた二重構造とし、この中空部に前期冷気を注入する。中空部が膨らみ丸くならないように外布と内布を数箇所スポット接着されるので着衣そのものの形態が変形もせず、冷気が満杯になると下方に備えた冷気噴出バルブから自動的に排出されるなどの特徴を備えた携帯型半導体冷房用着衣により目的が達成される。
もう一方のＬＣ＆Ｗガーメント着衣は、冷媒が液体の場合である。これはアポロスーツで採用されたＬＣＧ（ＬｉｑｕｉｄＣｏｏｌｉｎｇＧａｒｍｅｎｔ）で着衣に表面に冷媒循環用パイプが網羅されています。【０００６】  本発明の解決手段の一つに、前記ソリッドＨＰリアクターモジュールと小型ポンプ、充電式電池など必要部品を小型軽量化され着用者（使用者）の身体に装着して常時携帯可能となった事で、従来のクールジャケットの欠陥（課題）を解決した。
たとえば、高さ数１００メートルの鉄塔の先端や地下数１０メートルの地下工事そして面積わずか１平米の狭い場所での活動が可能となったが、最大のメリットは、密閉機密性消火服や防護服の中に収納して自由自在に活動できることである。【０００７】  本発明の中で重要な技術は、ソリッドＨＰリアクターモジュールである。従来の冷却方法は、保冷材（蓄冷材）あるいは送風エアコンバーターの類であった。これら冷源の欠陥は、前記のごとく潜熱容量の少量、冷却継続時間の短小、特殊防護服類には使用できないなどの多くの欠陥があった。該ソリッドＨＰリアクターモジュールの開発により半導体熱交換（ペルチェ素子）から生じる低音あるいは高温を液体熱エネルギーや気体熱エネルギーに変換が可能となったことであった。
本発明の登場により、システム全般が小型軽量化により携帯可能としたばかりでなくＣｏ２や有害物質も発生しない地球温暖化に全く無縁なエコ技術として期待される。
【発明の効果】
【０００８】  本発明にかかわる「携帯型半導体熱交換装置付冷暖着衣」の中で最も効果的なことの一つに冷源があります。従来の冷源は、ほとんどが保冷材（蓄冷材）です。この冷源から半導体熱交換生成冷気に代わった事が上げられる。潜熱容量の小さな保冷材に比べ、半導体冷源は、保冷力及び保冷継続時間でも圧倒的な違いが検証され大きな効果を期待されます。
８【０００９】  本発明にかかわる「携帯型半導体熱交換装置付冷暖着衣」は、この主要部材である「ソリッドＨＰリアクターモジュール」、「送流メカユニット」そして「電池コンポユニット」が、それぞれ携帯電話サイズまでの小型化に成功。全ユニットボックスを身体に装着して携帯可能とした。今までは無理とされていた場所、すなわち数１００メートルの高所や鉄塔の先端、地下数１０メートル深部そして１平米と狭い箇所での作業が可能になったことが上げられます。又、更に小型化することによりスーツ、和服、舞台衣装の下に着用することで真夏の暑さを克服する効果が期待される。【００１０】  本発明にかかわる「携帯型半導体熱交換装置付冷暖着衣」は、前記の如く冷源が保冷材からソリッドＨＰリアクターモジュールとなったため携帯可能となった。今までは絶対に不可能とされたいた完全機密性化学防護服内に着用して何時間でも継続可能となった。原子炉火災やテロ災害現場での完全機密性防護服や」耐熱性消火服の下に着用する熱中症対策用具として民生はもとより軍、公官庁の期待が持たれる。【００１１】  本発明「携帯用半導体熱交換装置付冷暖着衣」の一部である冷暖着衣は、媒体の種類により２種類に分けられます。冷媒が気体の場合は、「中空エアセルガーメント」仕様で構成された「中空エアセルガーメント」冷暖着衣である。もう一方は、媒体が液体の場合で、こちらはＮＡＳＡ開発のＬＣＧガーメント仕様による「ＬＣ＆Ｗガーメント着衣」です。これらの着衣は、形態、サイズなどを変えることにより多方面に使用可能である。冷暖ベッドパッと、冷暖床・ソファー・ペット用クッションなどの市場への効果が期待される。
【発明を実施する最良の形態】
【００１２】  本発明は、周囲の環境温度に応じた理想的な体感温度を提供する、ＬＣ＆Ｗガーメント仕様冷暖着衣と中空エアセルガーメント仕様冷暖着衣の２種類の冷房着衣に供給する低温、高温媒体を生成する「ソリッドＨＰリアクターモジュール」と媒体送出のためのポンプそして電源である「電池コンポユニット」の３ユニットを小型軽量化して着衣者の身体に装着して携帯可能とした「携帯型半導体根地交換装置付暖着衣」に関するものである。
以下、この好ましい実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は冷房用と暖房用のいずれにも使用可能な冷暖着衣であるが、説明の都合上、主に冷房用着衣について説明する。
【実用例１】
【００１３】  図１は、本発明の全体構造と「ＬＣ＆Ｗガーメント仕様冷房着衣」の表側正面と裏側正面の概観を現した概略図である。図２は、同じく本発明の全体構造と「中空エアセルガーメント仕様冷房着衣」の表側正面と裏側正面の概観を示した概略図である。
図面に従って説明する。先ず、図１は、媒体が液体の場合の時に使用する冷房着衣である。ソリッドＨＰリアクターモジュール（２）で生成された低温液体を超小型ポンプ（３）と断熱パイプを介してＬＣＧインナーに送出され体温調整を行う。裏側図面が示した通り、充電式電池（４）はリチウムポリマー電池で電流も３Ａ。連続４時間使用に耐えるのでやや重く図体も大きいために背中に設置。尚、このベストタイプの裏側に冷媒液循環用パイプが網羅されている。
【００１４】  図２について説明する。図２は、媒体を気体の場合の冷房着衣である。高温下で作業する者（以下、着衣者と言う）が肌着の上に着用する冷房着衣本体と当該着衣本体の専用ポケットにソリッドＨＰリアクターモジュール（２）、超小型ポンプユニット（３）そして携帯電池（４）を身体装着して携帯可能とする。
次に、図が示すように当該着衣の裏面中央付近に、作業行動中に通電するための携帯型充電式電池（ＤＣ１２Ｖ，３Ａ）収納ユニットポケットを備えた冷房着衣。尚、当該バッテリーは、行動作業中に使用される。運転手用冷房着衣の場合は、車両用電源から通電するため不要となります。又、冷房ベッドパットやソファーなど家庭内で使用する場合は、１００Ｖから降電して使用する。
【００１５】  図３は、ＬＣ＆Ｗガーメント仕様冷暖着の裏面の網羅された低温冷媒液循環用のパイプ設置の概略図である。９℃から２８℃までの温度調節可能の冷液が毎分１００ＣＣから１５０ＣＣまで循環する。各部品（身頃）の循環パイプの接続は簡易コネクターで結び、１本とする。
【００１６】  図４（上図面）は、本発明に係わる『携帯型半導体熱交換装置付冷暖着衣』の最重要部門と言えるソリッドＨＰリアクターモジュールの基本モデル「ＨＰＲ３５」の概観を表す図面である。本体は、縦横約１００ｍｍ、高さ３５ｍｍの構造物で内部がサーモモジュール部門、ＨＰステップアッパーボックスそして熱処理ヒートパイプの３層から成り立っている。この内，ペルチェＨＰデバイス及び熱処理シンクは市販の汎用性を応用。但し、ＨＰステップアッパーボックスは弊社開発グループの開発したボックスである。ペルチェＨＰデバイスと合体させた「ソリッドＨＰリアクターモジュール」である。
【００１７】  図５は、本発明に係わる「ソリッドＨＰリアクターモジュール」の１部分である「ＨＰステップアッパーボックス」の側面概観図（上部）と内部透視図面（下方部）である。
この装置の設置目的は、半導体熱交換（ペルチェデバイス）により得た熱源を流体エネルギー熱源に変換する事と変換効率の向上にために開発されたものである。
下方内部透視図で示す様に、横に約５ｍｍ間隔で仕切り板が設置されており、交互に上端、下端に媒体通過ようの小窓が備えられています。又、仕切り板で仕切られた各セルルームは密閉されています。従って、流れたきた媒体は、仕切り板の小窓を通って出口の方に流れて行きます。この仕切り板表面に細工された微小な加工により熱交換率を向上する。
【００１８】  図２で示される「中空エアセルガーメント仕様冷暖房着衣」は、中空部分に冷気を充填した着衣である。二重構造である表地と裏地の間隔は最大で５ｍｍを超えない様にするために表地と裏地のスポット溶着を３平方ｃｍに１回のスポット溶着を行う。又、冷媒気体は最後部の放出口から採取してソリッドＨＰリアクターモジュールに戻すことでエネルギーロスを防ぐ事が判明した。特に外気温が高い場合は、放出冷媒の再利用は必要との結論に達した。
【００１９】  図６（上方図）は、前記ＨＰステップアッパーボックス内に設置された仕切り板「リアクタープレート」内に設置された金属板の拡大図面（下方図面）である。仕切り板「リアクタープレート」の設置特徴は２件あります。１件は、リアクタープレートの上端、下端に交互に隙間（小窓）を備えて冷媒が当該ボックス内を上下に蛇行して排出口に流れる様にした事。もう一つの特徴は、リアクタープレートの表面に微小な凹凸を作ることにより熱交換促進を促進した事。以上、本発明は、前記実用例に限定されること無く本発明の技術思想に基づいて種々の変形及び用途方法が当業者にとって可能である事は言うまでも無い。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係わる液体冷媒用「ＬＣ＆Ｗガーメント仕様冷暖着衣」の概略を示す表側と裏面を示す概略図である。
【図２．】本発明に係わる気体冷媒用「中空エアセルガーメント仕様冷暖着衣」の表側と裏面の概略を現した概観図である。
【図３】図１で示した「ＬＣ＆Ｗガーメント仕様冷暖着衣」の人体冷房用低温媒体を内側に網羅された低温液体循環用チューブの網羅状態を示した概略図である。
【図４】本発明に係わる最重要案件である「ソリッドＨＰリアクターモジュール」の概観図と三層から成る位置関係を示した概観図である。
【図５】本発明に係わる「ソリッドＨＰリアクターモジュール」の１部品であるＨＰステップアッパーボックスを側面から見た内部透視概略図と正面からみた内部透視概略図である（下方図面）。
【図６】前記の「ＨＰステップアッパーボックス内部に設置されるリアクタープレート（仕切り板）と設置状況を示した内部透視概略図である。又、下方図面は、仕切り板に設置した媒体流通用小窓とテンプル（熱交換促進用に考えられた円形状の微小な傷）を表した概観図。
【符号の説明】
【００２１】１．ＬＣ＆Ｗガーメント仕様（中空エアセルガーメント仕様）冷暖着衣
２．ソリッドＨＰリアクターモジュール及び収納ポケット
３．ポンプユニット及び収納ポケット
４．充電式ＤＣ１２Ｖ携帯型電池
５．断熱連結チューブ
６．通電線
７．媒体液循環パイプ
８．ＨＰステップアッパーボックス
９．ペルチェＨＰデバイス
１０．熱処理ヒートパイプシンクボックス
１１．ヒートパイプ
１２．媒体循環出入口
１３．中空ガーメント着衣媒体放出調整口
１４．断熱材
１５．仕切り板（リアクタープレーと）
１６．媒体通過用小窓
１７．テンプル（熱交換促進円形凹凸）
【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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