(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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保温・保冷具。
【発明の詳細な説明】
【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
【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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