(57)【要約】      （修正有）【課題】高い冷却能を持つペルチェ素子の発熱面気化冷却方式による室内周囲面冷却・冷房機能性多層シートパネルを提供する。【解決手段】水表面の気化促進をさせる三層膜からなり、第１層Ｃ１は、熱振動水分子を蒸発表面から引き離し、チャネリングする。第２層Ｃ２は、絨毛化して、水附着・蒸発の間歇をつくり、漏電・帯電循環をつくる。第３層Ｃ３は、気体水気体分子のマイナス極性と反発して、禁制ブロックさせるようにする。この膜シートを水Ｂが表面に濡れ広がったペルチェ素子とゼーベック素子の２段重ねシートＡに接合して張り合わせ、これをパネルにする。ペルチェ素子の吸熱放熱面の逆転と熱水蒸気で結露発熱させて、同一装置を冬バージョンとして稼動させれば、暖房機としても使用可能となる。【選択図】図１
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
水の気化熱を利用して冷却する装置において,従来は,ただ単に,水を薄くローラ等に張って回転させることで,面積を広げ,蒸発表面の冷熱を取り出すというものであった.本発明は,室内設置ができるパネル形状の装置の中で,蒸発表面に水の諸性質を利用して気化を促進させる機能性膜を張って,冷却をする方式を考案したものである.考案技術の請求に当り，その技術の根拠となる利用する水の性質のうちの幾つかを挙げる.
〈性質A〉：水の極性分子として,マイナス帯電した素材には反発し,プラス帯電素材には,引合う.
〈性質B〉：分子間力の偏りによる表面張力の現象；蒸発表面の水分子への合力の偏り・毛細管・薄く張った表面での濡れ伝わり〈性質C〉：気体として,密度・気圧差による移動・拡散現象,相対湿度と飽和・結露現象：空気と水の連関現象
〈性質D〉：液体・気体の相形態転換と熱の移動転化
気化促進機能性膜は,これらの水の性質,及び,空気の性質を利用できるように,三層で構成する.それぞれの層の機能を,水蒸発表面から順次上の方に挙げる.実用新案特許の登録請求は,この三層の素材・形状による性質・機能の構成の仕方について求めたい．
〈第１：チャネリング層〉
１）極性水分子のマイナスと反対のプラス帯電素材に構成し,水分子と引合う性質を利用して,チャネリングする.（性質A）
２）送風による細管内外の気圧差による吸引・排出（性質C ）するように,素材樹脂繊維の形状をつくる.これによって,蒸発表面から水分子を引き離す.
３）同時に,毛細管・繊維間隙の長短によって,対流現象を促進させられるように,この素材樹脂繊維の形状をつくる.これによって,蒸発水面を撫で取るように対流空気が当り，熱振動水分子を蒸発表面から引き離すことになる.（性質C）
〈第２：絨毛層〉
第１層の下から生やした絨毛と,第３層の上から生やした絨毛を入り会い・入り乱れさせて構成する.
１）絨毛によって,水の先端蒸発,冬バージョンでは結露を促進する.（性質B）
２）プラス帯電性の絨毛とマイナス帯電性の絨毛が,送風によって激しく擦れ合い,帯電をよりいっそう促進させられる.
３）同時に,絨毛先端に附着する水分子が吹き飛ばされて，水による漏電性が停止し，この瞬間には,帯電性となる.再び,下から這い上がる水と周りの蒸気から,先端が水分子で濡れて,漏電が始まる,この水分子附着→漏電→水分子飛散→帯電→水分子附着という間歇的な帯電・漏電の循環は,より効果的に,帯電性と水の気化の両方を保障するだろう.
４）更にこの絨毛層によって,送風は乱流となり,よりいっそう気化が促進されるようになろう.
〈第３：ブロック層〉
１）蒸発した気体水分子が,パネル内で,冷熱をもたらされた層へ再突入することによる熱の混合を防ぐために,極性水分子のマイナスと同じ帯電性の素材膜によって,反発させ,禁制ブロックする（性質A）.このブロック機能は,ペルチェ素子において,熱振動体をｎ型・ｐ型半導体の接面で禁制ブロックする仕組みと同じように構成したものである.
２）この層の樹脂繊維は,下の層からの気化した水分子・水分子クラスターを通過させ,上の送風・排気層の気体となっている水・水分子クラスターは,ブロックするように,その樹脂形状・孔のサイズと長さ,及び,素材の帯電性の分布を最適化するように設計する.
以上の三層の機能により,気化蒸発を促進させ,気化熱を利用して,冷却する.（性質D）
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
合成樹脂の繊維・製糸・織布技術
【背景技術】
【０００２】
帯電性利用の高機能繊維・織布,毛細管現象利用の導水性繊維,繊維の絨毛化技術
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】既に,多くの繊維企業において高機能繊維が開発されている.それを支える幾多の文献がある.
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】機能性繊維の研究と開発に関する文献は,数多く出版され,論文発表もされている.また,既に,多くの企業において,高機能繊維は開発され,その中には,非特許技術となったものもある.
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００５】
ペルチェ素子を広面積域でカバーして,〈室内周囲面冷却式の冷暖房〉として使うときに,ペルチェ素子の稼動に伴う大量の発熱問題が起こる.これを水の蒸発気化熱で,冷却する方式で行おうとするとき,気体水蒸気と蒸発水面との断熱が大事となる.加えて,より一層の気化を促進させて,気化熱量を増やし,より一層冷却することが，ペルチェ素子の冷却能にとっては重要となる.しかし,ペルチェ素子の発熱面をファンによって冷却する従来の方法では,小型の小面積ペルチェ素子では,いいが,ペルチェ素子を広面積域で使うことになると,発熱量の処理ができずに,したがって,室内冷房としては使えなかった.そもそも,冷却を目的とした装置で,別にあらたな冷却装置が必要ということも,矛盾した方法であった.そこで,モーター動力・電力使用を送水と送風のみの少電力で働かせ,特殊な冷媒剤も使用しないで,持続可能な冷却装置を成すには,蒸発表面に,機能性のある繊維膜を構成して,蒸発を促進し,水の特性である高い気化熱量（1気圧２０℃のときで５８６cal/g）を利用することができないか,これがこの本発明開発の動機である.
【課題を解決するための手段】
【０００６】
〈気化促進機能性膜〉の設計
水の蒸発表面に張る樹脂繊維による機能性膜は,次の機能を持ったもので構成する.水液体層側から順次,上の層に階層的に積み上げられた機能性膜の素材・形状・機能を述べる.この機能性膜を接着する〈ペルチェ・ゼーベック素子シート〉を記号Aとして,各層・シートには,下から順次上へ,アルファベットB,C１，C2，C3で記号付けをする．最上層は，蒸気：気体水分子を排出・排熱する〈D:蒸発気体層〉である.
〈B：導水シート液体層〉：導水性のある樹脂繊維で構成し,適時な自動給水性と,薄く,広く,濡れ伝いするように素材をつくる．既に幾つかの素材が製造されているが,それを目的にあった形状で再構成しなおす.
〈C1:機能性膜第１層：チャネリング層〉：水分子H2 Oは,酸素Oが,マイナス傾向にあり,そのことで,極性分子となる.酸素は水分子の重量の中核となっており,水分子の力学的な移動は,この酸素のマイナス極性によって引き連られる.この水の極性分子としての性質を利用して,蒸発する熱振動水分子と引き合う帯電列プラスの合成樹脂繊維素材によって構成する.この形状はトンネル（細孔・間隙）にして,水分子・クラスターを帯電性のプラスでチャネリングし,同時に,層内のトンネルの長短による対流と送風による孔の内外の気圧差で起こる吸引作用によって,熱振動水分子を蒸発表面より引き離す.このような機能は,植物の葉脈と気化胞・気孔の仕組みと機能性で同じである.葉の気化熱利用の冷却能をモデルにして,同様の機能を持つ素材による膜設計をする.
〈C2:機能性膜第２層：絨毛層〉：この層は,2種類の絨毛の入り乱れにする．下から生やす絨毛は,下層のチャネリング層と同じ帯電列プラスの合成樹脂素材で構成する.形状は,下層のチャネリング細孔の上部が枝分かれした形状の絨毛にすればいい.上から垂らす絨毛は,C3層と素材が同じで,マイナス帯電性の短い絨毛にする.
この層を2種類の絨毛にすることによって,送風によって,電列対極の2種類の素材が摩擦し,帯電させることができる.さらに重要なことは,次の現象をつくることである.：絨毛に附着した水分子は,附着→漏電→離脱→帯電→水分子附着→のサイクルをつくることで,帯電と漏電を間歇的に生起させて,水分子・クラスターの先端附着と蒸発を促進させることになる.絨毛先端において,漏電と水の離脱による摩擦帯電時間差によって,熱振動水分子の蒸気が充満する中で,帯電と漏電が間歇的に起こり,それが附着と蒸発をされに促進することになる.このサイクル的な間歇性は,気化促進機能性膜にとっては,最も有効な層の作用となろう.
また,下層のトンネルチャネリングによって濡れ伝いして上がってきた水分子・クラスターを空気との接触面積を格段に拡大して蒸発させる〈先端蒸発現象※冬バージョンでは先端結露現象〉によって気化蒸発を促進させることになる.加えて,この絨毛草相は,送風を乱流化させて,付着する水分子を剥ぎ取ることがなされ,よりいっそう,気化を促進させよう.
〈C３:機能性膜第３層：ブロック層〉：帯電列マイナスを発生させる素材で構成し,この膜面は,下からの蒸発水分子が抜け出して通り，気体層の水分子に対しては,その帯電性マイナスによって互いに反発して,冷却した層へ再突入することで熱の混合をさせないように,禁制ブロックする.このような通過・ブロックの両方の働きのある素材と細孔のサイズで設計する.
以上の｜Ｃ１｜Ｃ２｜Ｃ３｜の三層からなる繊維膜・シートを〈水液体層Ｂ〉素材に張り,これを〈ペルチェ素子面Ａ層〉に密着して張り,水の気化を,少電力で,格段に促進させるようにする.
〈ペルチェ・ゼーベック素子クロスシートへの接合〉
なお,この〈気化促進機能性膜シート〉は,この実用新案特許申請と合わせて行われる〈整理番号DHS−００１〉によって製造される〈ペルチェ素子クロス・シート〉の放熱側表面に密着して張ることになる.このことで,このシステム系の外部よりなされる電気・熱エネルギーを活用して,より一層の広域面積をカバーできる室内周囲面冷却ができるような装置となるものである.ペルチェ.ゼーベック素子も,この気化促進機能性膜と一体となって,初めて,ペルチェ・ゼーベック素子のシートによる広域面積型の冷却・温熱（ゼーベック素子にすれば,発電）装置として成立する.
〈逆電流・温熱蒸気導冬バージョンとの両用機〉
ペルチェ素子は,そこに流す電流を逆にすれば,吸熱面・放熱面が逆転する.このことを利用して,同一の装置で,冬バージョンとして,暖房用として両用できる.このとき,屋根上に置かれた温水器による温熱蒸気を〈蒸発気化層Ｄ〉に導き,〈ブロック層Ｃ３〉の帯電を止めて,さらに,絨毛層Ｃ２に導き,水蒸気の〈先端結露現象〉を利用して,この層によって結露させ,発熱させる.この熱量で,ペルチェ素子の発熱と合わせて,室内暖房をする.
【考案の効果】
【０００７】
１）水の極性分子としての性質を利用した水の気化促進
広域面積のペルチェ素子クロス・シートを稼動させるときに生ずる発熱を冷却して,効率を高めることは,広域面積型の冷却装置でないとできない.それを,コンプレッサーなどの多電力装置でなくて,少電力で行なおうとするとき,水の気化熱を利用することが有効である.水の気化熱は,生活圏の１気圧下で,自然に起こる現象である.だから,自然な装置によって為そうとするならば,この気化を如何にして促進させるかにある.その課題解決の鍵は,水の蒸発表面の仕組みに巧みにフットした機能を作り出し,かつ,水の極性分子（双極子モーメントが非常に高い）の利用にある.このために,帯電列対極にある合成樹脂プラスチィック素材よってつくられる機能性膜の２つの素材の摩擦帯電性を利用する.蒸発水分子のチャネリングには,水分子のマイナス極性と引き合うことになるプラス帯電性素材を使い,気化蒸発気体と液体との禁制ブロックには,水のマイナス極性と反発し合うマイナス帯電性の素材を選択して,多層樹脂繊維でシートを構成する.このことにより,単に,送風による大気熱利用の蒸発よりは,室内外の温度が３０℃を超え,４０℃以下の中温度域の環境において,送風だけで,格段に蒸発を促進できることになろう.
２）〈絨毛層Ｃ２〉のマルチ機能性
〈Ｃ2-1〉：パネル内の送風・排熱と同時に,この気流を使った乱流は,気化を促進させることになる.この乱流をこの〈Ｃ2層〉の絨毛草相でつくりだすことができる.
〈Ｃ2-2〉：また,この絨毛層は,毛細管現象で水液体を広く拡張させることができ,平面的な蒸発水表面と較べて,空気との接触面積は,数十倍ともなろう.このことより,気化蒸発を何倍も促進させることができよう.
〈Ｃ2-3〉：更にまた,この絨毛は,先端蒸発現象と,冬バージョン時には,先端結露現象を生起させる.これもまた,水の重要な性質である.これも利用することにより,効果が高まろう.
〈Ｃ2-4〉:２種類の帯電列対極の樹脂によって,互いを絨毛にしたことは,２つの合成樹脂素材の摩擦帯電の向上性能を高める.送風によって２種類の膜の接触摩擦をさせるときに,絨毛は草のようになびき・振えて,互いを擦り合い,摩擦による帯電性を高めることができる.これによって,極性分子である水のチャネリングと禁制ブロックを行う機能性膜に必要な帯電性静電気量を得ることができよう.
〈C2-5〉：それだけではなく,絨毛にすることで,水分子の附着→漏電→水分子離脱→帯電→附着のサイクルをつくり,充満する水蒸気空間内でも，間歇的に帯電と漏電を起し，この帯電によるチャネリングと禁制ブロックの機能を働かせることができる.また,帯電と漏電の時間差は,水分子の蒸発の促進にも作用して,蒸発量を増やすことができる.
３）植物の葉の気化促進の仕組みに真似る．
植物の葉は,真夏の炎天下において,表側が直射日光が当って１００℃近くになるところで,裏側は３０℃を維持している.そこには,抜群の気化熱による冷却の仕組みがある.これを真似て,その機能性を考究して深めて,それを技術によって実体にすることで,本発明の機能性膜を設計する.これによって,その効果は,炎天下の植物の機能性以上とすることができよう.〈Ｃ１層〉を,植物の気胞のように,長短の細孔・間隙形状にすることで,対流を起こしやすくし,かなり強い気流で水表面を撫でて,分子間力が偏る蒸発表面の水分子を吸い取る・引き離すことが促進されよう.さらに,植物の気孔のように,細孔管内外の気圧差によって,孔菅内気体を排出する仕組みをつくる.そもそも,この機能性膜で,重要な役割を果たす絨毛層も,気候環境の厳しい中で育っている多くの植物は,先端蒸発と先端結露の現象をなすために「普通に使っている手段」である.それに,学び,帯電列対極の2種類の素材による完結的な帯電漏電の時差は,それよりももっと効果を生み出すだろう.
以上のように,本発明の〈気化促進機能性膜〉は,水の多様な性質を多重に使うマルチ機能型の樹脂機能性膜シートである.なお,効果の数値解析は,実際に製品化して,その素材・形状・性質の選択による測定をして,最適化を図ることにしたい.
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】気化促進機能性膜を構成する各層の区別の模様は,次の通りである.パネルの上から順に述べる.｜水H2O気体層｜：紙吹雪小模様  ｜帯電列マイナス・ブロック層｜：小格子模様  ｜帯電列±二種絨毛層｜：縦線柵と斜め柵模様  ｜帯電列プラス・チャネリング層｜：うろこ模様  ｜水液体層｜：波模様  ｜防水性絶縁体｜：黒色直線  ｜ペルチェ素子クロス・シート｜：横積みレンガ模様
【考案を実施するための形態】
【０００９】
本発明の〈気化促進機能性膜〉を,ペルチェ・ゼーベック素子発熱面に接着して張り,ペルチェ素子発熱面を冷却して,ペルチェ効果を高め,ペルチェ素子稼動による発熱は，貴下蒸発促進の熱量として使う.こうして,互いに相乗効果となろう.また,この〈気化促進機能性膜〉の機能過程は,熱と電位という熱振動体の物性の二重の位差を使った分離・チャネリング・禁制ブロックによって機能している.この機能過程・仕組みは,二重の物性の位差による現象は,ペルチェ素子の熱分離の仕組みと同型となろう.このように,ペルチェ素子の機能過程と気化促進機能性膜の熱分離：エネルギーの移動の仕組みは,二重となり，冷熱・温熱量の取り出しは,相乗効果となろう.これを,〈ペルチェ効果と気化促進機能性膜による二重の熱分離ヒートスプリットDual Heat Split方式〉と称することにする.
【実施例】
【００１０】
１）ペルチェ素子クロス・シートに〈気化促進機能性膜〉を接着させた広域面積冷却型の冷房パネル装置
２）〈ペルチェ素子逆電流による温熱パネル装置〉：これにより,広域面積冷却・温熱方式の両用パネルとなる.
【産業上の利用可能性】
【００１１】
１）当初設計の目的であった室内周囲面（天井・壁・床）の冷却による冷房機器として用い,それはまた,同一の装置で冬バージョンとして暖房機器として使うことができる〈面積型の冷暖房両用機器〉
２）このペルチェ素子クロスシートと気化促進機能性膜の二重の熱分離方式Dual Heat Splitは,少電力で,広域面積を冷却・温熱する装置として,室内冷暖房だけではなく,用途は多様である；体育館,マンション,高層ビル等の広域面積・容積表面の広い建物躯体の温度調節管理,あるいは,温室パネルの温度調節管理,さらには,街のアーケード,砂漠地帯の天幕シート等の野外空間の温度調節としても使えよう.
３）従来の樹脂繊維・織布技術は,主に,衣服の〈機能性繊維・衣類〉として開発されてきたが,本発明のような〈機能性膜・シート〉は,「建物の衣類」として,家屋躯体・野外空間施設の温度調節管理として開発進化させることが求められ,重要な産業技術分野となろう.
建物の衣類としては,温度・熱量管理は,現状では,断熱性・保温性・蓄熱性等，素材物質の静的な利用であったが,本発明のような機能性膜シートを契機にして,熱・電気・光,風等,全ての自然エネルギーを動的に扱って,機能させるような進化を探究・追究することになる.
４）加えて,ペルチェ素子と同一の機構であるゼーベック効果素子を用いて,この冷却面に本発明の〈気化冷却機能性膜シート〉を接合さて使うことで,太陽光だけではなく,大気熱・風エネルギーによって発電させる方式は,エクセルギー的に効果は,高い.このことで,〈ゼーベック素子クロスシート〉と〈気化促進機能性膜〉の合体による発電装置は,その産業利用性は,格段に高い.例えば,空間面積の広い建造物の壁面・屋上利用,砂漠地帯,洋上,更には,広大な面積を占めている高速道の照射面も利用できる.
5）この電力を使って,ペルチェ素子シートと接合させた機能性膜・シートによる冷暖房機器装置を稼動させる,あるいは,発電することは,太陽光・大気熱・風という自然エネルギーを使って,自己完結的に稼動できる,完全な「エネルギーの地産地消」をはかる持続可能性の高い環境創造となろう.
【符号の説明】
【００１２】
膜の設計につき,記号は,特に説明は必要としないが,〈図面の簡単な説明〉において,構成する各層をそれぞれ模様で区別したのでそちらを参照して頂きたい.
【図１】
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【手続補正書】
【提出日】平成25年4月1日(2013.4.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】実用新案登録請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
室内冷房の面冷却方式による〈ペルチェ素子,及び,気化促進機能性膜シート〉において
（１）ペルチェ素子の作動による放熱を利用して発電するゼーベック素子シートをペルチェ素子シートに重ね,その電力を再度,ペルチェ素子に還流させ,
（２）その上に,ペルチェ素子による発熱を気化熱で冷却する次の三層からなるシートを構成する．
〈第１：チャネリング層〉
極性水分子のマイナスと反対のプラス帯電素材に構成し,水分子と引合う性質を利用して,チャネリングし,更に,送風による細管内外の気圧差による吸引・排出して,蒸発表面から水分子を引き離し, 同時に,毛細管・繊維間隙の長短によって,対流現象を促進させられるような形状・素材の樹脂繊維層
〈第２：絨毛層〉
第１層の下から生やした絨毛と,第３層の上から生やした絨毛を入り会いさせて，この層に送風すると，絨毛先端に附着する水分子が吹き飛ばされて，水による漏電性が停止して, 送風によって擦れ合い,帯電を促進させ,再び,先端が水分子で濡れて,漏電が始まるというような間歇的な帯電・漏電の循環を為すような絨毛構造を持った形状・素材の樹脂繊維層
〈第３：ブロック層〉
下の層からの気化した水分子・水分子クラスターを通過させ, 上の送風・排気層の気体となっている水・水分子クラスターは,極性水分子のマイナスと同じ帯電性の素材膜によって,反発させ,禁制ブロックする構造・機能を持った形状・素材の樹脂繊維層
以上の６層：ペルチェ素子シート・ゼーベック素子シート・チャネリング層・絨毛層・ブロック層・送風・排気層の構成からなる〈ペルチェ素子の発熱面気化冷却方式による室内周囲面冷却・冷房機能性多層シートパネル〉
【手続補正書】
【提出日】平成25年6月12日(2013.6.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】実用新案登録請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
過冷却風の吹き出し型ではなく、室内周囲面（天井，壁，床）が熱交換器の効果面とする、気化熱によって冷却する冷房方式で、ペルチェ素子とゼーベック素子の二段重ねシートに張った、水Ｈ２Ｏ液体表面からの気化蒸発を促進させられるように、チャネリング層と、絨毛層と、ブロック層と、送風，排気層とからなる多層シートパネルにおいて、
チャネリング層は、極性水分子のマイナスと反対のプラス帯電素材で構成し、水分子と引合う性質を利用して、チャネリングし、更に、送風による細管内外の気圧差による吸引，排出して、蒸発表面から水分子を引き離し、同時に,毛細管，繊維間隙の長短によって、対流現象を促進させられるような形状・素材の樹脂繊維層とし、
絨毛層は、下層の下から生やした絨毛と、上層の上から垂らした絨毛を入り会いさせて、この層に送風すると、絨毛先端に附着する水分子が吹き飛ばされて、水による漏電性が停止して、送風によって擦れ合い、帯電を促進させ、再び、先端が水分子で濡れて、漏電が始まるというような間歇的な帯電，漏電の循環を為すような絨毛構造を持った形状，素材の樹脂繊維層とし、
ブロック層は、下の層からの気化した水分子，水分子クラスターを通過させ、上の送風・排気層の気体となっている水，水分子クラスターの極性マイナスと同じ帯電性の素材膜によって、反発させ、禁制ブロックする構造機能を持った形状，素材の樹脂繊維層とし、
以上のプラスチィック樹脂形状による構造を特徴とする気化冷却方式による室内周囲面（天井，壁，床）冷却，冷房機能性多層シートパネル。