(57)【要約】【課題】座部または座部アセンブリ等を加温および／または冷却するための改良された技術を提供する。【解決手段】少なくとも一つの一体型低電圧加温冷却源と、表面に熱および冷熱を分布させるための、３７５から４０００Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有する効率的な可撓性熱分布手段とを備えた、加温冷却装置が開示されている。更なる態様は、完全な熱的接触を与えるための熱界面化合物と、外部からの電気的入力の使用なしに、長時間持続する加温および／または冷却効果を与える相変化材料の使用を含む。好ましい用途には、車および家具の座部の加温冷却、および、分布した加温冷却効果を有する屋外用衣類を含む。追加の態様には、熱／冷熱分布用の熱パッド・ラップおよび熱伝導性液体システムを含む。【選択図】図２５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つの一体型低電圧加温冷却源と、
表面に熱および冷熱を分布させるための、３７５から４０００Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有する可撓性熱分布手段とを備えた、
加温冷却装置。
【請求項２】
前記加温冷却源が熱電デバイスである、請求項１の装置。
【請求項３】
前記熱電デバイスがテルル化ビスマス熱電デバイスである、請求項２の装置。
【請求項４】
前記加温冷却源が１０から１６ＶＤＣで効率的に作動する、請求項１の装置。
【請求項５】
前記熱電デバイスが１２７対のテルル化ビスマスをベースとするデバイスである、請求項２の装置。
【請求項６】
前記可撓性熱分布手段が、熱伝導性ポリマー、炭素繊維布および黒鉛布を含む炭素系伝導性材料、およびそれらの組み合わせのような熱伝導性材料を含む、請求項１の装置。
【請求項７】
前記可撓性熱分布手段が、グラフェンのシートおよびストリップを含む、請求項１の装置。
【請求項８】
前記可撓性熱分布手段が、グラフェン・ナノプレートレット、グラフェン・ナノチューブ、グラフェン・ナノ粒子、およびそれらの組み合わせを含むグラフェンから作られたシートまたはストリップを含む、請求項１の装置。
【請求項９】
少なくとも一つの一体型低電圧加温冷却源と、
表面に熱および冷熱を分布させるための、３７５から４０００Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有する可撓性熱分布手段と、
完全な熱的接続を作り出すための熱伝導性界面とを備えた、
加温冷却装置。
【請求項１０】
前記加温冷却源が熱電デバイスである、請求項９の装置。
【請求項１１】
前記熱電デバイスがテルル化ビスマス熱電デバイスである、請求項１０の装置。
【請求項１２】
前記加温冷却源が１０から１６ＶＤＣで効率的に作動する、請求項９の装置。
【請求項１３】
前記熱電デバイスが１２７対のテルル化ビスマスをベースとするデバイスである、請求項１０の装置。
【請求項１４】
前記可撓性熱分布手段が、熱伝導性ポリマー、炭素繊維布および黒鉛布を含む炭素系伝導性材料、およびそれらの組み合わせのような熱伝導性材料を含む、請求項９の装置。
【請求項１５】
前記可撓性熱分布手段が、グラフェンのシートおよびストリップを含む、請求項９の装置。
【請求項１６】
前記可撓性熱分布手段が、グラフェン・ナノプレートレット、グラフェン・ナノチューブ、グラフェン・ナノ粒子、およびそれらの組み合わせを含むグラフェンから作られたシートまたはストリップを含む、請求項９の装置。
【請求項１７】
前記熱伝導性界面が、熱グリース、銀充填ゲル、充填ワックス、シリコン、パッドまたはそれらのいずれかの組み合わせを含む、請求項９の加温冷却装置。
【請求項１８】
前記熱伝導性界面が、再加工可能で、窒化アルミニウム充填で、電気絶縁性かつ熱伝導性で、ペーストタイプのエポキシ接着材を含む、請求項９の加温冷却装置。
【請求項１９】
少なくとも一つの一体型低電圧加温冷却源と、
表面に熱および冷熱を分布させるための、３７５から４０００Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有する可撓性熱分布手段と、
完全な熱的接続を作り出すための熱伝導性界面と、
加温冷却後、長時間にわたって温度を維持するための相変化材料とを備えた、
加温冷却装置。
【請求項２０】
前記加温冷却源が熱電デバイスである、請求項１９の装置。
【請求項２１】
前記熱電デバイスがテルル化ビスマス熱電デバイスである、請求項２０の装置。
【請求項２２】
前記加温冷却源が１０から１６ＶＤＣで効率的に作動する、請求項１９の装置。
【請求項２３】
前記熱電デバイスが１２７対のテルル化ビスマスをベースとするデバイスである、請求項２０の装置。
【請求項２４】
前記可撓性熱分布手段が、熱伝導性ポリマー、炭素繊維布および黒鉛布を含む炭素系伝導性材料、およびそれらの組み合わせのような熱伝導性材料を含む、請求項１９の装置。
【請求項２５】
前記可撓性熱分布手段が、グラフェンのシートおよびストリップを含む、請求項１９の装置。
【請求項２６】
前記可撓性熱分布手段が、グラフェン・ナノプレートレット、グラフェン・ナノチューブ、グラフェン・ナノ粒子、およびそれらの組み合わせを含むグラフェンから作られたシートまたはストリップを含む、請求項１９の装置。
【請求項２７】
前記熱伝導性界面が、熱グリース、銀充填ゲル、充填ワックス、シリコン、パッドまたはそれらのいずれかの組み合わせを含む、請求項１９の加温冷却装置。
【請求項２８】
前記熱伝導性界面が、再加工可能で、窒化アルミニウム充填で、電気絶縁性かつ熱伝導性で、ペーストタイプのエポキシ接着材を含む、請求項１９の加温冷却装置。
【請求項２９】
前記相変化材料の潜熱蓄積能力が、固体−固体、固体−液体、固体−気体、および液体−気体相変化によって得られる、請求項１９の加温冷却装置。
【請求項３０】
前記相変化材料が、炭酸水素カリウム水和物、酢酸ナトリウム、パラフィン、脂肪酸、無機塩水和物、共晶性材料、含水性材料、吸湿性材料、およびそれらの組み合わせを含む、請求項１９の加温冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本願は、２０１５年１１月１６日に出願された国際ＰＣＴ出願Ｎｏ．：ＰＣＴ／ＵＳ２０１５／０６０９５５の一部継続出願であり、３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．１１９（ｅ）に基づき、２０１４年１１月１４日に出願された米国仮出願第６２／０８０，０７２号、２０１５年１１月１６日に出願された国際ＰＣＴ出願Ｎｏ．：ＰＣＴ／ＵＳ２０１５／０６０９５５、２０１４年１１月１４日に出願された米国仮特許出願第６２／０８０，０７２号、２０１６年６月２３日に出願された米国仮特許出願第６２／３５３，９８７号、２０１７年３月２０日に出願された米国仮特許出願第６２／４７３，９６６号、２０１７年９月２７日に出願された仮特許出願第６２／５６３，７０２号の優先権を主張する。
【０００２】
（共同研究契約の当事者の名称）
該当なし
（コンパクトディスク上でまたは特許庁電子出願システム（ＥＦＳ ＷＥＢ）を介してテキストファイルとして提出されたデータの参照による援用）
該当なし
（発明者または共同発明者による先開示の陳述）
該当なし
【技術分野】
【０００３】
本発明は、ＯＥＭおよびアフターマーケットの加温／冷却装置に用いられる、被加温冷却アセンブリ、その製造方法、およびその使用方法に関する。より詳しくは、本発明は、自動車用座部、医療用容器、あらゆる種類のオフィス家具、食品加温装置、および衣料品を加温冷却するための伝導性伝熱システムに関する。
【０００４】
同時係属の米国特許出願第１５／５２６，９５４号の対象は、参照により完全に援用される。
【背景技術】
【０００５】
従来の乗り物用座部、家具用座部、医療用容器、食品加温装置および衣料品用の加温冷却システムは、当業者によく知られており、最も一般的なタイプの強制空気加温冷却システムの一つとして、自動車用座部、座部アセンブリまたは衣料品内に、強制空気加温装置および／または冷却装置を備えたものがある。従来の被加温製品は、とりわけ、非効率な電気抵抗加温機構を備えている。使用されている他の加温方法としては、化学反応型システムがあり、化学反応型システムは、効率は良いかもしれないが、作動の都度、新たな消費を必要とする。
【０００６】
これら強制空気加温冷却システムの発明の実施者は、これら従来技術が呈するいくつかの問題に気付いた。車の製造者と消費者を特に悩ましてきた問題の一つは、これらのシステムが、空気を伝熱媒体として用いる熱伝達に関連する非効率性により、大量のエネルギを使用することである。これらエネルギ消費問題とともに、内部空間に関する懸念を生じさせる、他の複雑さも存在する。
【０００７】
被加温衣料品（主にオートバイ愛好家とアウトドア愛好家用）は、ちょうど古い型の電気毛布のように、衣料品全体に配置された電気抵抗線を使用してきた。一般的に、電気線を使用するオートバイ用ジャケットは、装置に継続的に電力を供給するために、オートバイに接続する必要があった。
【０００８】
ジャケットに縫い込まれた熱を分布させるための電熱線の組を備えた、電気的に加温されるジャケットに関する従来技術の発明の実施者は、これら従来技術の発明が呈するいくつかの問題に気付いた。これら従来技術の装置の多くは、単一の装置で加温と冷却の両方が可能でないことに加えて、特に使用者を悩ませてきた問題は、温度をデジタルで調節できないことと、一般的に熱が均一に分散されないことだった。加温と冷却の両方が可能な装置は、加温または冷却された流体を管や袋等に流す熱交換器からの循環流体を使用する。複雑なために、熱い箇所や冷たい箇所が生じる。
【０００９】
本発明は、また、温度調節パッド・ラップ、その製造方法およびその使用方法に関する。より詳しくは、本発明は、熱分散性シート状材料によって分布させられる実質的に均一な熱伝達を有する加温冷却パッドに関する。
【００１０】
風雨に曝される屋外にいるどの人にとっても、また、特に、軍人、アウトドア愛好家、オートバイ愛好家、建設作業員、医学または理学療法で膝や肘、背中、肩またはその他の身体領域等の、身体部分の治療を補助する目的で加温および／または冷却を必要とする人々、および、運送業に従事する人々にとっては、シンプルなデザインで熱と冷熱を均一に分散させることのできる温度調節ボディーラップまたは衣類、および、これらラップの製造方法、または、それらの使用方法が提供されることは望ましいであろう。
【００１１】
最近乗り物を購入した人であれば誰もが知っているように、被加温座部は非常に人気が高い。被加温座部は、多くの用途で使用が可能だろうが、焦点として扱うのは、公衆に購入される被加温／冷却座部として最も販売量の多い自動車である。座部の加温・冷却機構は、以下でより詳細に記載される他の多くの用途にとっても、明らかに、有用であると考えられる。
【００１２】
自動車用座部の加温冷却は、既存システムに改良すべき点があるにも関わらず、自動車購入者によって広く選択されている、望ましい特徴である。これら技術を刷新して、電力消費を減らし、新しい材料および技術を使用すれば、加温および冷却の伝達を助け、望ましくは結露の発生を最小限にできるので、座部業界におけるいかなる用途にとっても有益である。
【００１３】
座部業界は、加温および／または冷却率の高い、１方向および２方向の両方の伝熱材料を探してきた。さらに、エネルギ消費量が少ない一方で、全加温表面にわたって一貫した加温冷却が、業界では歓迎されると考えられる。
【００１４】
従来技術は、通常、空気流に依存した空気分布モデルを有する強制対流加温システムを含む。座部上の着座者の体重が増加するにつれて、空気流の質が低下する。これらのケースでは、望ましくないヒートシンク抵抗が存在する。マイクロ熱モジュールを含む従来利用可能な被加温座部技術においては、座部のクッションに出ていく加温または冷却された空気を供給するために、熱交換器とともにペルチェ回路が使用されていた。空気分配方法は、有孔の革製の第１上層と、従来のスクリム材の上に配置された分布層と、続く、発泡体内に成形されたチャネルによる下部のクッションを含むことがあるが、この空気分配方法によって、問題が生じる。加温および冷却が非効率的であることが示されており、また、空気流の通路のために、かなりのスペースを必要としている。この、世間に受け入れられている従来の標準は、比較的コストは低いものの、使用されるエネルギの量を考慮すると、非効果的である。さらに、従来技術の方法に関しては、結露の発生も懸念される。
【００１５】
もちろん、予測できることとして、運転中に、それらの乗り物を運転している人々が乗り物内で飲もうとしてファーストフード・レストランからテークアウトしたソーダやコーヒー等の液体が零れることは、起こるはずである。これらの零れた液体は、座部の布地を通り抜けて座部の内部に入り込み、カビの発生や悪臭および細菌の繁殖を引き起こす可能性がある。
【００１６】
業界のもう一つの要望は、複雑さとコストを増加させる追加のセンサを付加することなしに、座部着座者の熱的状態を監視することである。
【００１７】
さらに、座部製造者のもう一つの共通の要望は、乗り物に入ってきた際の座部着座者の快適性を向上させるために、乗り物が走行していない間に使用する熱エネルギを蓄積または放出する、より長時間の熱蓄積能力を保持できる、座部である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
従って、座部または座部アセンブリを加温および／または冷却できる改良された伝導性の熱伝達を伴う新しい代替技術が、座部の製造方法または座部を加温冷却するためのそれらの使用方法とともに、提供されることは、乗り物用座部の業界にとって望ましいと考えられる。そのような新技術の検討は、業界にとって有益であろう。熱電デバイスを利用した伝導性伝熱システムの利用により、一定の技術的利益が実現されうる。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上述した業界の要望に基づき、本発明は、伝導性伝熱モデル、その製造方法、その制御方法、および、座部を加温冷却するためのそれらの様々な使用方法を含む、様々な態様を提供する。本発明は、加温冷却デバイス、好ましくは、より多くの表面領域にわたって熱または冷熱を分布させるための少なくとも１つの熱伝導性材料層と接着して組み合わせた、新たな改良された熱電モジュールを含む。本発明は、加温冷却の分布を最大化するとともにエネルギ消費を最小化できるので、従来技術に伴う上述の問題の多くを克服できる。
【００２０】
オプションとして相変化材料の構成を組み込むことにより、座部アセンブリ自体に直接に熱を蓄積できないという問題や、長時間にわたる熱的能力を延長する方法がないことによって生じる問題が、軽減される。既存システムに対する改良は、また、座部の冷却加温を向上させ、結露を生じさせないための、新たな材料と新たな熱電技術とともに、情報フィードバック・ループを提供可能な検知技術を含んでいてもよい。
【００２１】
本発明に関する、期待される範囲と種々の態様に関する性質と有利な効果を更に理解するためには、以下の詳細な説明と図面を参照するべきである。以下において、同様の部材には同じ符号が付されている。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】座部、座部アセンブリまたはアフターマーケット構成部品に組み込まれる、熱伝導性伝熱パッドに組み込まれた熱電モジュールを有する、本発明の最も単純な態様を示す。
【図２】本発明の使用環境斜視図である。
【図３】本発明の第２態様の側面図である。
【図４】本発明の別の態様の側面図である。
【図５】本発明の更に別の態様の側面図である。
【図６】側面図の更に別の態様である。
【図７】本発明のファン態様の斜視図である。
【図８】多層態様の平面図である。
【図９】本発明を使用した座部アセンブリの更に別の態様の断面図である。
【図１０】充電器付き椅子への使用を含む、本発明の乗り物態様の使用環境図である。
【図１１】Ａ、Ｂは、グラフェン・ストリップを有する座部アセンブリの平面図である。
【図１２】伝熱ブロックとヒートシンクのアセンブリの斜視図である。
【図１３】図１２のアセンブリの側断面図である。
【図１４】被加温衣類の背面図である。
【図１５】熱箱の斜視図である。
【図１６】加温のためにモノのインターネットに適用したフローチャートである。
【図１７】Ａ〜Ｅは、シート状熱伝導性材料の様々な変更形態を示す。
【図１８】本発明によって製造された温度調節パッド・ラップの正面図である。
【図１９】ヒートシンク、ファンおよび熱電デバイスのアセンブリの背面図である。
【図２０】本発明の側面図である。
【図２１】グラフェン布と、ヒートシンクとファンのアセンブリの正面図である。
【図２２】ヒートシンク、ファンおよび熱電デバイスのアセンブリの上面側面図である。
【図２３】布製の身体部分用ラップ、ヒートシンク、ファンおよび熱電デバイスのアセンブリおよびバッテリの上面側面図である。
【図２４】ＡおよびＢは、グラフェンで織られた布の上面側面図である。
【図２５】本発明が組み込まれた衣類を示す。
【図２６】本発明に基づいて作られた、卓上試験中の、液体を有する加温／冷却システム用の部品のいくつかを示す図である。
【図２７】液体ポンプを示す。
【図２８】本発明のベスト態様の斜視図である。
【図２９】取り付けられた熱電デバイスの詳細を示している。
【図３０】ユニットの取り付けられたオートバイ用座部の下側である。
【図３１】まだグラフェンが上に取り付けられていないオートバイ用座部の上面図である。
【図３２】グラフェンが伝熱プレートに取り付けられた座部の上面図である。
【図３３】Ａは、ヒートシンクとファンを有する本発明の別の態様を示す。Ｂは、熱電デバイスと接触している液体システムを示す。
【００２３】
以下、一定の特徴を有する具体的な態様の例を挙げて発明を説明するが、実施者側の実験を必要としない小さな改変は、本発明の範囲と広がりの中に含まれることも理解されるべきである。本発明の追加の効果および他の新たな特徴は以下で説明されるが、また、特に、当業者にとっては、検討により明らかになるか、または、本発明の実施によって学習されうるであろう。このため、本発明は、他の多くの様々な態様が可能であり、その詳細に関しては、当業者にとって自明で本発明の精神から逸脱しない様々な態様の改変が可能である。よって、明細書のこれ以降の記載は、限定的というよりは、例示的であると見なすべきである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
上記した有利な効果を業界に提供するために、本発明は、構成要素の独特な組み合わせを使用した新規の構成を提案する。本発明の加温および／または冷却される座部、衣類または熱制御箱の最も単純な態様においては、一体型加温冷却デバイス、好ましくは熱電デバイスが、領域内の温度差を分散させるための可撓性熱伝導性材料に結合される。基本的に、熱電モジュールは、加温／冷却源として働き、一方、熱伝導性材料は、熱／冷熱を、より広い表面領域にわたって分布させる。
【００２５】
つまり、熱電モジュールを、加温および／または冷却の一体型の源として使用することができ、これらの熱電モジュールが熱伝導性材料と熱的に接触すると、熱伝導によって、加温または冷却された温度の効果が、より広い表面領域に広がる。温度勾配を得て座部を加温または冷却するためには、温度差を座部表面のより広い分布領域に広げるため、黒鉛等の炭素系材料を使用することが好ましい。新しい、黒鉛の含まれる材料は、銅の１から５倍の熱伝導率を有し、熱伝導による伝熱を産業利用可能としている。これは、強度と可撓性を備え、高い熱伝導率を有する一方で、狭い領域を熱伝導によって加温冷却することにも利用できる。もちろん、材料は、長年にわたって人々が座部に乗り降りするのに耐えられるように、十分な耐久性を有していなければならない。
【００２６】
そのような優れた伝熱構造システムには、最近開発された熱電材料、特に、テルル化ビスマスから作られる材料を使用できる。これらの新しい材料は、約２℃の漸進的な進歩を遂げた。これら２℃の温度変化は、「ほぼ冷たい」と「冷たい」の間の差異を意味しうる。これは、業界にとって、座部上に冷却を提供するための新たな道を開くことになるだろう。熱電デバイスにおける材料の進歩は、改良された強制空気システムにおいても、本発明の全く新たな構想のためにも使用できる。熱電デバイスは、固体状態のデバイスであり、これら固体状態の冷却デバイスは、新しい熱電合金と結晶成長過程によって得ることができる。
【００２７】
以下、基本的構成と、加温冷却態様を向上させるためのオプションの構成要素との様々な組み合わせについて詳述することにより、本発明の様々な態様の例について、より詳細に説明する。これら様々な態様は、以下の段落において、構成要素単位のオプションにまで分解して説明される。
【００２８】
I．熱電モジュールと熱伝導性材料の組み合わせ
ａ．熱電モジュール
最も基本的な構成において、本発明は、熱または冷熱を拡散させるための可撓性熱伝導性材料に取り付けられて熱的に接続された、一体型加温冷却デバイス、特に、熱電加温冷却デバイスの使用を含む。これは、何らかの座部アセンブリの座部の下に使用すると特に有用である。使用される熱電デバイスは、どのような従来の熱電デバイスでもよいが、好ましくは、テルル化ビスマスをベースとするデバイスである。これらデバイスは、自動車の電気的要件および他の低電圧用途と適合する範囲である、１０から１６ＶＤＣで、効率的に作動しなければならない。好ましくは、使用される熱電デバイスは、１２７対のテルル化ビスマスをベースとするデバイスであり、ミシガン州トラヴァース市のＴｅｌｌｕｒｅｘ社から、商業的に入手可能なものもある。
【００２９】
効率を上げるために、より対の数の多いデバイスを使用することも可能であるが、費用対効果の分析を基準として用いて、各用途および様々な座部アセンブリのための熱電モジュールの構成を決定する。もしも、性能や低価格性を向上させるような、異なる化学物質または機械構成で作られた熱電デバイスまたは他の固体デバイスが開発されることがあれば、これらを本発明に利用できることは明らかである。
【００３０】
態様によっては、熱電モジュールのサイズを大きくし、これによって後述の熱伝導性材料との直接接触面積を増加させるように、熱電モジュールは、より間隔をあけて配置されたＰとＮの対を含むことができる。このような態様においては、同様に熱の流れをより広い面積に拡散し、熱伝導性材料のためのより広い接触面積を提供する、伝熱ブロックの必要を軽減できる。熱電モジュール用のもう一つの制御方法として、パルス幅変調方式の使用が可能である。
【００３１】
ｂ．熱伝導性材料
本発明の第１態様の他の部材として、熱電モジュールによって発生した熱および冷熱を熱電デバイス自体の表面より広い領域にわたって分布させるのに適した熱伝導性材料を含む。着座や何万回もの乗り物用座部への乗り降りに耐え得る頑丈な熱伝導性伝熱材料は種々多く存在するが、最も一般的なものとしては、銅製のシートまたは織物、熱伝導性ポリマー、炭素繊維布または黒鉛布のような炭素系伝導性材料といった熱伝導性材料が含まれ、また、最近利用可能となったグラフェン・ナノプレートレット・シートも含まれる。炭素系材料は高熱伝導性であるのに加えて強度と可撓性を備えているため、特に、本発明に適している。
【００３２】
単層の原子の厚みを有するグラフェンは、熱電伝導率が非常に高く、ＸおよびＹ軸方向で、２，０００から４０００ワット／メートル・ケルビンである。しかし、実用上は、Ｚ方向の断面積がないので、実際に伝達され得る熱量は低い。言い換えれば、断面積当たりの熱伝導率は非常に高いが、断面積がゼロに近づけば、実際の熱伝達は非常に小さくなる。
【００３３】
このため、実際の用途に使用できるグラフェンとしては、しばしばプレートレット、ナノプレートレット、ナノチューブおよび／またはナノ粒子の形態である、多層のグラフェンを使用することが好ましい。この形態のグラフェン・プレートレットを使用すると、断面積当たりの熱伝導率は低下するが、Ｚ方向の厚みによる断面積が比較的大きいため、全体として、熱伝達を非常に大きくすることができる。さらに、これらのより厚いグラフェン材料は、特に、薄いポリマー・フィルムに結合すると、容易に取り扱うことができる。この材料の開発が進歩するにつれて、熱伝導率も、「理論上の」限界にどれだけ近づけるかはわからないが、現在到達した２，０００〜４，０００Ｗ／ｍＫを超えて上昇すると考えられる。
【００３４】
以下に開示する例で使用する熱伝導性材料には、熱伝導率が４００〜６００Ｗ／ｍＫのものもあれば、２０００〜４０００Ｗ／ｍＫのものもある。薄い４００〜６００Ｗ／ｍＫの材料を多層で使用することにより、熱伝導率を１，５００Ｗ／ｍＫまで上げることができる。もちろん、薄い層を多層にするという方法はコストを上げ、非実用的で、加工が難しいが、確かに可能性はある。４００〜２，０００Ｗ／ｍＫ、またはこれと同等の範囲の材料として、低コストで、より高い熱伝導率を有するグラフェンが利用可能になりつつある。
【００３５】
さらに、熱分解黒鉛シート材料は、試験で７００〜８００Ｗ／ｍＫの、より高い熱伝導率を示し、１，５００Ｗ／ｍＫの材料も含まれていた。熱分解黒鉛シート材料は、熱伝導性材料として適している。ピッチ系炭素繊維布の一つである熱分解黒鉛繊維クロスは、日本の三菱樹脂から購入可能であり、８００Ｗ／ｍＫの熱伝導率を示した。これは、布であるため、可撓性に優れていた。しかし、最初の試験で、布の織り方が交差織りであると熱を運ぶ役割を果たさないことが示された。例えば、この試験では、熱分解黒鉛繊維クロスは、３インチ×３インチの伝導板に結合された。熱伝導経路と直線的な撚り糸は熱を運んだが、交差織りの材料繊維は、一旦、伝導板の領域を離れると、熱の流れと直角になり、好ましい熱を伝達する撚り糸と、撚り糸同士が合うサーキュラーポイントでのみ接触する。このため、全ての繊維を熱的に結合させるために、熱接着剤を使用してもよい。
【００３６】
効果の差はあれ、いかなる熱伝導性材料も使用することはできるが、本発明のために好ましい熱伝導材料としては、厚みと構成に応じて３７５Ｗ／ｍＫから２０００〜４０００Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有する、グラフェン・ナノプレートレット材料が含まれる。一方、商業的に入手可能な、６５０〜１５５０Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有する熱分解黒鉛シート、および、８００Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有する熱分解黒鉛繊維織物も、適している。
【００３７】
好ましくは、最良の炭素系熱伝導性材料は、補強のために薄いプラスチック・シートに接着されたグラフェン・ナノプレートレットのシート状材料である。グラフェンの熱伝導率は銅の２倍以上であるので、この用途に適する材料である。このようなグラフェン・ナノプレートレット・シートは、好ましくは厚みが５マイクロメータから５００マイクロメータであり、オプションとして、より高い強度と、座部に乗り降りする人によって常にかけられる圧力や変形に対する抵抗性を呈することができるように、ポリエチレン製の薄いプラスチック・シートまたは他の何らかの適する基板に結合されてもよい。
【００３８】
炭素系材料を使用することにより、熱伝導性材料の表面領域全体に、直接に熱を伝達し、分布させることができ、ダクトによって空気を分配する必要を軽減させ、個人毎の温度調節を提供しつつ座部構造の単純化とデザインの標準化をさらに進めることができ、デザインの柔軟性が増す。つまり、本発明は、熱と冷熱を分布させるために、強制空気ではなく伝熱パッドを用いる。従来の加温冷却機能付き座部では、かなり重量のある人の場合、空気ダクトが破壊される可能性があったが、体重の軽い乗車者が座部に座っているか重い人であるかによる差が小さくなるので、規格の統一化が可能となる。
【００３９】
これに関して、適するグラフェン・ナノプレートレット材料は、ミシガン州ランシングのＸＧ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ社や他の国際的販売業者といった多くの提供源から商業的に入手可能である。比較的新しい部類のカーボン・ナノ粒子であるグラフェン・ナノプレートレットは、多機能的な性質を呈するため、本願に適している。グラフェン・ナノプレートレットは、非常に薄い一方で広いアスペクト比を有する、「プレートレット」形態を有している。この独特のサイズ、形および形態は、グラフェン・ナノプレートレットを、バリア性の付与に対して特に有効にする傾向があるとともに、その純黒鉛組成は、グラフェン・ナノプレートレットに、良好な電気的および熱的伝導性を付与している。グラフェン・ナノプレートレットは、また、剛性、高い強度および表面硬度を示す。そのような材料は、所望の効果を得るために、単層または任意の層数の多層で使用することができる。自動車の座部に対しては、４００〜５００＋Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有するため、単一シートの使用が好ましい。多くのグレードのグラフェン材料が、商業的に入手可能なナノプレートレット、ナノ粒子、ナノチューブまたはそれらの組み合わせで作られており、熱を分散できる一般的な表面領域は、５から７５０ｍ２／ｇで、平均粒径は、５ミクロンから１００ミクロン超の範囲であってもよい。これらシート状のグラフェン・ナノプレートレットまたはグラフェン・ナノチューブ材料は、上述の熱電デバイスと機械的および熱的に直接接触するように配置されると、熱の分散のために特に有用である。
【００４０】
本発明のさらなる態様は、熱伝導性プラスチック・シート状材料の熱伝導率を向上させるために間欠的に配置された、カーボンまたはグラフェン・ナノ粒子、グラフェン・ナノチューブ、またはグラフェン・ナノプレートレット等の高熱伝導性の構成要素片を含む、熱伝導性プラスチック・シート状材料の使用を含むことができる。
【００４１】
II．熱電モジュール、熱伝導性材料および有孔上部材料の組み合わせ
ａ．有孔材料
上述した、基本となる、熱電モジュールと熱伝導性の組み合わせに加えて、本発明の他のオプション態様は、その組み合わせに追加する、さらなる構成要素を含んでもよい。本発明の、この第２の態様においては、基本となる熱電および熱伝導性の組み合わせは、さらに、座部において人と接触することになる有孔材料の使用を含む。有孔材料は、有孔の革、または、座部の着座者に空気の流れを与え、凝縮による結露の発生を防ぐための、他のいかなる適する有孔の座部材料を含んでもよい。適する有孔材料は、空気の流れを許し、これにより、シートの加温が向上し、また、湿分移動が向上する。
【００４２】
III．熱電モジュール、熱伝導性材料および相変化材料の組み合わせ
基本となる熱電および熱伝導性の組み合わせとともに使用することのできる、さらに別の構成要素として、相転移中に熱を蓄積または放出することのできる相変化材料を含んでもよい。これにより、本願に、容量を追加することができる。本発明の本態様に関係することが好ましい材料には、炭酸水素カリウム水和物、または、用途にとって望ましい相変化温度に適用可能な他の相変化材料が含まれる。相変化材料は、大量のエネルギを蓄積および放出することのできる高い融解熱を有することに注意して頂きたい。この場合、材料が固体から液体へ変化するときに熱が吸収または放出されるか、またはその逆が起こり、これが、相変化材料を、潜熱蓄積材料としている。例えば、酢酸ナトリウムの加温パッドは、結晶化するときに温かくなる。
【００４３】
パラフィンおよび脂肪酸のようなある種の有機相変化材料は、リサイクル可能で非常に多くの従来の構成材料との相性がよいのに加えて、融解熱が非常に高く、安全で、非反応性である。これらの材料は、従来、可燃性であるが、ある種の閉じ込めプロセスにより、様々な用途での使用が可能となる。
【００４４】
高い融解熱を有しながら不燃性であるため、この用途においては、無機塩水和物が好ましい。上述のように、好ましい相変化材料は炭酸水素カリウム水和物である。もちろん、この用途には他の相変化材料を採用することもでき、含まれる水分が凝縮するときに熱を吸収できたり、水分が蒸発するときに水を放出できたりする、共晶性または含水性材料を含んでもよい。限定はされないが、適する相変化材料には、炭酸水素カリウム水和物、酢酸ナトリウム、パラフィン、脂肪酸、無機塩水和物、共晶性材料、含水性材料、吸湿性材料、およびそれらの組み合わせが含まれる。これは、なんらかの露点状態が起こった場合の座部内の湿分含有量の制御の観点からは、有益な場合も、有益でない場合もある。
【００４５】
本発明の様々な態様において、熱電モジュール、熱伝導性材料、有孔の座部、および／または座部内の相変化材料パッド、またはこれらのいずれかの組み合わせ、というこの組み合わせは、従来の空気室型の加温冷却座部よりも効率的なシステムを提供するために使用可能な座部を、作ることができる。
【００４６】
本発明において特に興味深いのは、いくらかの態様においては、分割された空気室構造を備えて製造され、座部の下でかなり大きな場所をとる従来のシステムとは異なり、基本的に空気の動きが不要なことである。パッケージングおよび製造の観点からも、本発明の熱電モジュールと熱伝導性材料は、パッケージング、輸送、製造時の座部への設置が、ずっと簡単である。製造、設置を必要とする空気室の構成部材が殆ど全くない。
【００４７】
さらに、肥満の人が座部に座るときは、子供が座部に座るときと比べて空気室が圧縮されるので、座部に座る人の体重の多様さが、従来技術の座部の加温装置および冷却装置の設計の妨げとなっている。肥満の人の場合、もはや空気を分配できないところまで、空気室を圧縮してしまうであろうことが想像できる。本発明が空気の動きに依存しないという事実は、座部設計者、さらに、座部の加温装置および冷却装置の動作に対して、非常に大きな自由度を与える。
【００４８】
本発明の構成は、加温冷却中の座部に関係する結露の殆どを軽減することができるので、結露の保持や蒸発に対処する必要すらない。空気の流れを許す孔がない場合のように空気の流れが存在しない場合、湿分は、冷やされると凝縮する。本発明（温度差が２℃であっても、特に孔を有するもの）、を使用すれば、結露の問題は軽減される。
【００４９】
IV．熱電モジュール、熱伝導性材料、並びに、相変化材料および有孔材料の組み合わせ
さらに本発明に含まれるのは、熱伝導性材料を含む本発明の第１の態様と組み合わせて使用される、有孔の上層材料と、相転移の間に熱を蓄積または放出するための相変化材料とを含む、これら全ての態様のオプションとしての使用である。そのような相変化材料は、高い融解熱を有し、一定の温度で融解および固化し、大量のエネルギを蓄積および放出できる、いかなる物質でもよい。例えば、酢酸ナトリウム加温パッドを思い出してみれば、これは、酢酸ナトリウム溶液が結晶化するときに温かくなることで実現される。このような相変化材料の潜熱蓄積能力は、固体−固体、固体−液体、固体−気体、および液体−気体相変化によって得ることができる。本願に使用するための好ましい相変化は、熱の蓄積に必要とされる体積の小ささによって熱蓄用に最も実用的であることから、固体−液体変化である。従来の相変化材料は、パラフィンおよび／または脂肪酸のような有機材料であるが、塩水和物のような無機相変化材料でも、共晶性材料（有機−有機、有機−無機、無機−無機のいずれの化合物でよい）でもよく、また、水を吸収、放出する性質のために有利である吸湿材料でもよい。
【００５０】
上述の通り、本態様においては、本発明でオプションとして使用可能な相変化材料は、炭酸水素カリウム水和物、または、自動車または他の座部アセンブリへの適用に望ましい相変化温度に適用できる、他の相変化材料であることが好ましい。
【００５１】
さらに、上述の態様全てに関して、熱伝達を最適化するために、オプションとして、更に別の構成要素が、役立ち得る。この構成要素は、使用による効果が非常に大きい可能性のある、熱伝導性界面を含む。このような熱伝導性界面は、熱グリース、銀充填ゲル、充填ワックスまたはシリコンでもよい。この界面は、構成要素間の熱的接触を完全にするのに役立ち、それらの間の熱伝達効率を上昇させる。
【００５２】
上記した各態様の製造方法は、添付の図面に示された各構成要素を組み立てることと、熱電モジュールと熱伝導性材料との間、または熱電熱伝導性材料と相変化材料との間に、熱伝導性界面のコーティングを塗布することとを含む。
【００５３】
これらのメリットには、限定はされないが、ファンに使用される全てのエネルギを、ヒートシンクを介した大気の熱の伝達に使用することができ、これによって全体的性能の向上が見込まれるという事実が含まれる。自然放熱ヒートシンクは、必要とされる形状因子に合わせて、空気流の一部を座部着座者の冷却／加温のためにも使用するよりは、その目的のために最適化されることができる。これにより、熱電モジュールの設計の自由度が増し、座部のパッケージングも改善できる。様々なサイズの熱伝達材料と熱電デバイスを使用することによって、様々な形状およびサイズの加温冷却領域を、容易に作り出すことができる。これはまた、体重の異なる着座者のための設計を削減できることを意味する。熱フィードバック・ループによって、被加温冷却表面に直接に熱的に結合された着座者に対して、より良い温度制御を提供できるからである。
【００５４】
以下、図面を参照して説明する。図１を参照すると、大きな括りとして符号１０が付された座部加温冷却装置は、ゴムパッド１２を含み、ゴムパッド１２の直下と周囲には熱伝導性材料伝熱パッド１４を備え、熱伝導性材料伝熱パッド１４は、その下に配置された伝熱ブロックと熱的に接続し、座部加温冷却装置は、また、伝熱ブロックの下に配置されて伝熱ブロックと熱的に接続された熱電デバイスを含み、熱電デバイスは、ヒートシンクと熱的に接続し、ヒートシンクの下にはファンが備えられている。伝熱パッド１４は、グラフェン・ナノプレートレット、グラフェン・ナノチューブ等、上記した熱伝導性材料のいずれで作られてもよい。
【００５５】
図２は、自動車座部アセンブリ内の環境における図１の座部加温冷却装置を示し、さらに、大きな括りとして符号２０が付された座部アセンブリと、座部アセンブリ２０の座部および背もたれに配置された座部加温冷却装置２４とを図示している。熱電デバイス２２が座部の切取り部分に示され、一方、熱電デバイス２４が、座部２０の背もたれ上の伝熱パッド２６内に示されている。
【００５６】
図３は、熱電デバイスを、伝熱パッドおよび座部加温冷却装置の全体に含まれる種々の構成要素と組み合わせて、詳細に示している。上側伝熱ブロック３０は、伝熱パッド基板３３の上に配置され、伝熱パッド基板３３は、下側伝熱ブロック４０と熱的に接続されるように配置されている。座部発泡体３２は、乗車者の支持として作用し、上側伝熱ブロック３０の位置を保持する。熱電モジュール３６は、ヒートシンク３８と熱的に接続し、ヒートシンク３８は、ファン３５から空気流３４への空気流を受け取り、空気流は、ヒートシンク３８によって加温または冷却される。動作中、ファン３５は、空気を上昇させてヒートシンク３８と接触させるために、下からの空気流３４を作り出し、ヒートシンク３８は、熱電デバイス３６と接触し、さらに、下側伝熱ブロック４０へとつながっている。熱伝導性材料製の基板３３は、熱または冷熱を、その表面上に分散させるのを補助し、また、熱界面３０によって補助される。好ましくは、オプションの熱界面、適した界面材料の名前をいくらか挙げると、熱グリース、銀充填ゲル、充填ワックス、シリコンまたはパッド等。空隙のない接触を提供して伝熱を最大に高めるために、試作品で使用して成功した、ニュージャージー州プリンストン・ジャンクションのＡＩ Ｔｅｃｈｏｌｏｇｙ社のＡｒｃｔｉｃ Ｓｉｌｖｅｒを、伝熱ブロックと熱伝導性材料の間に使用してもよい。
【００５７】
次に、図４を参照すると、図３の態様のもう一つの図が、座部発泡体３２の更に別のクッショニング態様とともに、示されている。座部発泡体３２は、熱電モジュール５２の上に据えられた伝熱ブロック６２と熱的に接続された熱伝導性材料層６０によって、上部を覆われ、画定されている。座部発泡体３２は、空気室出口ダクト５８を取り囲んでいる。ヒートシンク５４は、熱電モジュール５２の直下に示され、熱電モジュール５２と熱的に接続されている。箱形状で示されたファン５６は、熱交換のためにヒートシンク領域５４に空気を上昇させ、空気室出口ダクト５８を通して全ての空気を排出させる。座部発泡体３２は、空気室５８と熱伝導性材料６０の間に位置する。これら全ては、好ましくは上記で詳述したグラフェン・ナノプレートレット材料等の高分散性の炭素系材料で作られた、熱伝導性材料６０を加温または冷却するためのものである。
【００５８】
図５は、ファン、空気室、および、熱電モジュール、熱伝導性材料、有孔座部カバーおよび上述の相変化材料の組み合わせを用いた、本発明の更に別の態様を示している。大きな括りとして符号７０を付された座部加温冷却装置は、孔７４を有する可撓性熱伝導性材料７２を含む。孔は、空気の流れを可能とし、湿気のこもりを最小化するのを助け、これにより、露点が非常に低い場合でも、じめじめ感を軽減できる。可撓性熱伝導性材料７２の下には、熱および冷熱を蓄えるために、相変化材料７６が使用されている。相変化材料７６は熱伝導性材料７２と接触し、熱伝導性材料７２は熱界面７８と熱的に接続し、熱界面７８は伝熱ブロック８０と直接熱的に接続し、伝熱ブロック８０は、その下の熱電モジュール８２と熱的に接続している。他の態様同様、熱電モジュール８２は、ファン８６を通って来る空気によって加温冷却されるヒートシンク８４と熱的に接続されるように配置される。ファン８６は、空気通路８８を通して空気を移動させ、第一に座部表面に結露が形成される機会を減少させるため、移動空気を着座者と接触さる。また、空気が、孔を通って主要伝熱機構から着座者へ、熱伝導性材料を介し、更に着座者と直接接触している座部カバー材（革製その他）を介して移動するとき、いくらかの熱を相変化材料および熱伝導性材料パッドと交換させる。ファン８６は、ヒートシンク８４に空気を分布させ、熱電デバイス内の直流電流の方向と、着座者を加温すべきか冷却すべきかに応じて、ヒートシンク８４に入るかまたはヒートシンク８４から出る熱を伝達させる。空気は、その後、出口ダクトとして働く空気流室９０を通じて、大気環境中に排出される。
【００５９】
相変化材料は相転移の間に熱を蓄積または放出する。現在、本発明に関係する材料には、炭酸水素カリウム水和物が含まれる。所望の相変化温度に対して、他の適する相変化材料を適用してもよい。相変化材料は、本発明の所定の態様でのみ使用される。相変化材料は、例えば、買い物のために１時間停車して戻ってきた時、熱くなった車に予め冷却された座部が欲しい場合などに、着座者に対して短時間の冷却または加温を提供する。その動作は、薄い材料遮蔽層を熱伝導性材料との間に配置し、熱電デバイスによって提供される加温または冷却の殆どを、革製または布製の座部カバーと着座者に作用できるようにする一方、相変化材料を加温または冷却する一定レベルの熱漏洩を許すようにすることで、設計できる。買い物や受診等のために車が停車状態にあるとき、薄い遮蔽層が高レベルの熱伝達を遅らせるので、相変化材料は、熱を、ゆっくりと、放出または吸収することができる。この層がどのように設計されるか、または、そもそも層を設けるか否かは、所望の熱要件に依存する。
【００６０】
図６は、座部の乗車者に対して熱と冷熱を分布させるために、熱電モジュールおよび熱伝導性材料パッドとともに有孔座部を用いた、本発明の更に別の態様である。大きな括りとして符号１００を付された本態様は、ファン１０４に流入する空気流１０２を含む。ファン１０４は、ヒートシンク１０６を介して空気を分配し、熱電モジュール内の直流電流の方向と、着座者を加温すべきか冷却すべきかに応じて、ヒートシンク１０６に入るかまたはヒートシンク１０６から出る熱を伝達させる。空気は、その後、空気通路１２０を通じて、大気環境中に排出される。熱界面１１２は伝熱ブロック１１４および熱電モジュール１１６と接続されている。また、ファン１０４は、空気を、空気通路１２４を通して、更に有孔材１１０を通して、上方に移動させ、座部アセンブリ１００の上にいる乗車者に空気の流れを与える。座部発泡体１０８は、空気を循環させるための空気室１２０を取り囲んでいる。
【００６１】
図７は、大きな括りとして符号１３０を付された本発明の別の態様を示す。本態様においては、空気流１３２がファン１３４に入り、ファン１３４が、空気分配室１３６を通して空気を分配する。この低アスペクト比の空気移動構造１３０は、また、伝熱ブロック１４４と熱的に接続された熱電モジュール１４２を含む。空気が空気分配室１３６を通って移動するとき、空気は、ここを通って座部１３８に向けられ、一方、ヒートシンクからの排気は、通路１４０を通って排出される。
【００６２】
次に、図８を見ると、大きな括りとして符号１５０を付された、２層の炭素系熱伝導性材料パッドが示されている。２層の炭素系熱伝導性材料パッド１５０は、熱伝導性基材１５４の下側と熱的に接続された熱伝導性プレート１５２を含む。熱伝導性材料１５４の底層内のスリット１５８は、上部熱伝導性リング１５６によって、スリットによって作られた様々なパネルの各々と熱的な接続を保ち、熱伝導性基材内の分割によって生じる分断が互いに熱的な接続を保っている。熱伝導パッドを製造するための熱伝導性材料のこの構成によれば、日常的に座部内で下向きの大きな撓みがかかるような用途のために、非常な可撓性と堅牢性を可能とする一方で、全体的に高い熱性能を保つことができる。例えば、骨ばった膝の着座者が座部上に膝をつき、大きな下向きの力をかけた場合でも、着座者の膝によって熱伝導性材料に何の問題も生じることはない。
【００６３】
図９は、本発明の更に別の態様の、大きな括りとして符号１６０を付された、長い熱寿命を有する座部加温冷却装置の断面図であり、相変化材料１６３の加温および／または冷却態様の寿命を延長するために、相変化材料１６３と組み合わせて、基本構成要素である熱伝導性材料１６２と熱的に接続した熱電モジュール１６８を含んでいる。熱的接続のためのよりよい結合を作りだすために、熱グリースまたは上記した他の何らかの適する界面材料等のような熱界面１６４の層をオプションとして使用することが好ましい。熱または冷熱をより広い領域に分布させるために、伝熱ブロック１６６を、上記態様と同様に使用してもよい。熱電モジュール１６８は、上記と同様の熱電モジュールであることが好ましく、伝熱ブロック１６６によって分散される熱または冷熱の源となる。図９に示されるように、ヒートシンク１７０は、それがファン１７６から通り過ぎるときに、適当な熱または冷熱を収集する。ヒートシンク１７０内の熱または冷熱収集フィンが図示されていないのは、この角度が、最後のフィンの側を示しているからである。出口ダクト１７４は、座部加温冷却アセンブリ１６０を通って移動する空気の出口として使用される。座部発泡体１７２は、出口ダクト１７４、ファン１７６およびヒートシンク１７０を取り囲んでいる。ファン１７６は、側面図で示され、このため、ヒートシンク１７０の下のファンとして示されており、出口ダクト１７４を通る空気の流れを促す。
【００６４】
もう一度図９を参照すると、図９に示す、相変化材料の組み込まれた座部加温冷却アセンブリには、空気流を伴う有孔の座部構造を含んだ上記態様のような、着座者への直接的な空気の流れが全くないことに気づくだろう。相変化材料は、熱を放出する発熱反応またはエネルギを吸収して冷却する吸熱反応のいずれかの化学反応を利用するので、相変化材料は、電力の必要なしに、加温冷却される装置の寿命を延長することができる。作動時に、相変化材料（本態様では好ましくは炭酸水素カリウム）は、必要に応じて温度上昇または温度低下し、長時間にわたってその温度を保持する。相変化材料は、完全に可逆で、ヒステリシスが全くないので、多くの回数にわたって使用、再使用することができ、望ましい効果を奏することができる。さらに、相変化材料は熱電デバイスと組み合わせて使用することができ、熱伝導性材料の使用によって、相変化材料の効果を、より広い領域に分布させることができる。
【００６５】
図１０は、例えば、オフィス用椅子または他の自動車用でない用途、または電線を走らせて使用するのが望ましくないような自動車での用途で使用するための、本発明のさらに別の態様を示している。大きな括りとして符号２６０を付された再充電可能システムが開示され、被加温冷却座部２６６を有するオフィス用椅子２６２を含んでいる。オフィス用椅子の底部には、フロアマット２７０内に埋め込まれた磁気共鳴トランスミッタ２６８に近接するように移動させることのできる、磁気共鳴レシーバ２６４がある。作動に当たっては、被加温冷却座部２６６の無線による再充電または電力供給が得られるように、埋め込まれた磁気共鳴トランスミッタ２６８の上に、磁気共鳴レシーバ２６４を置く。磁気共鳴レシーバ２６４が適切な位置にあるとき、フロアマットからの電力は、埋め込まれた磁気共鳴トランスミッタ２６８によって、無線で磁気共鳴レシーバ２６４に送られ、これによって、オフィス用椅子の被加温冷却座部２６６に電力が供給される。
【００６６】
さらにもう一つの態様において、本発明は、結露問題に対処するために、超疎水性の態様を含むことができる。超疎水性材料は、座部の上部材料の上側表面の上に配置することが想定され、上述の全ての態様において、オプションとして、最上層になり得るものである。その点に関して、また、上述の態様のいくつかに関して、被加温冷却座部表面の冷たい表面の上に、水が凝縮する可能性がある。有孔の座部及び／または空気室またはダクトを通る空気流は、空気を動かし、これによって、凝縮した結露を蒸発させることで、改善の効果を奏する。この空気循環態様は、上述の、熱伝導性材料内の孔を通って移動する空気を伴う態様においても記載した。本態様においては、座部のカバー（革でも布でもよい）に超疎水性表面の使用が組み込まれている。超疎水性表面は、凝縮した水相の合体の際の表面エネルギをエネルギとして、凝縮水を自発的に跳ね返すことにより、座部の表面から水滴を追い出す。この態様は、座部の表面上で、水の凝縮が起こり始めたとき、座部の表面を乾いた状態に保つことができる。このような超疎水性材料は、イリノイ州ヴァーノン・ヒルズのＲｕｓｔ−Ｏｌｅｕｍ社の「Ｎｅｖｅｒ Ｗｅｔ」として、または、ニューメキシコ州アルバカーキのＬｏｔｕｓ Ｌｅａｆ Ｃｏａｔｉｎｇｓ社の超疎水性材料として、商業的に入手可能である。
【００６７】
さらに、いくらかの態様においては、熱伝導性層が、相変化材料層との間の熱伝達に対する能動的な熱的ゲートとしての役割を果たすことができる。例えば、それ以前の車運転中に相変化材料層が冷却されていて、今、車は、熱い晴天の日に、通常の環境下で駐車されているとすると、相変化材料は、車の座部の外側カバーからの熱伝達によって（カバーが革であっても布であっても）、温まり始めるだろう。この例においては、熱は、外側にある革または布製の車の外側座部カバーから熱伝導性材料層へ移動し、さらに、直接、相変化材料に移動するか、または、代替態様においては、中間の可変遮蔽層を介して、相変化材料層に移動する。この可変遮蔽層は、相変化材料を熱伝導性材料から分離する、遮蔽材料層または部分遮蔽材料層であってよい。このような可変遮蔽材料の遮蔽値の決定は、期待される使用条件に依存する。熱ポンピングによって発生した熱をゆっくりと相変化材料に与えようとする場合には、より多く遮蔽する遮蔽層が選択される。この場合、これは、座部が加温モードにあるか冷却モードにあるかに応じて、相変化材料も、同様にゆっくりした速さで熱を吸収または放出することを意味する。これは、熱電システムの熱ポンピングに対する座部表面温度の熱応答が、殆ど影響を受けないことを意味する。システムの熱ポンピング部による、より速い座部表面温度の熱応答が望ましい場合には、より高い遮蔽層が、適している。つまり、用途によって、相変化材料のより迅速な蓄熱または放熱が必要な場合、より少なく遮蔽する遮蔽層が使用される。
【００６８】
一方で、熱伝導性材料層が、車の駐車中に、熱電デバイスによって冷却モードで作動されると、座部のカバーからの熱エネルギが、熱伝導性材料層に伝達され、直近の領域から汲み出されることにより、相変化材料層への熱伝達をブロックし、車が運転されていない間の相変化材料の熱蓄積時間を、さらに延長する。上述の冷却モード同様、寒い気候では、熱電デバイスを使用して熱伝導性材料に熱を汲み入れることにより、加温モードにおいて同種の動作を実施することができ、これにより、熱が相変化材料から逃げるのをブロックできる。相変化材料層への熱伝達を低減するための熱ブロックとしての熱ポンピング作用のレベルは、車製造者の仕様に基づき、乗車者が望む要件に合うように調整すればよい。
【００６９】
想像できるように、熱ポンピングのレベルが高いほど、車からのより多くの電気エネルギを必要とする。結果として、長い運送距離には、より多量の電気エネルギが必要とされることになり、車のバッテリの保有電力に負の影響を与える。意図される使用方法を電気エネルギ消費と適切にマッチさせる時間−温度アルゴリズムが、本発明によって、予期される。例えば、予め選択した時間または学習した着座者の使用パターンで通常経験される車室温度を、車のバッテリの条件とともに入力することにより、熱ポンピングと熱ブロッキングの量を容易に最適化できるだろう。さらに、この制御システムは、その最も単純な形態においては、単に、タイマーとしても使用できることが想定される。
【００７０】
さらに、熱伝導性材料オプションだけを使用して相変化材料層を使用しない座部冷却加温方法、または、熱伝導性材料を空気流とともに使用する方法といった、いくらかの態様の動作中にも、上述の駐停車シナリオにおけるのと同じ熱制御の方法、材料およびコンセプトを使用できる。
【００７１】
次に、図１１Ａおよび図１１Ｂを参照すると、図１に示されるような全体的な１枚物の熱伝導性材料のシートではなく、熱伝導性材料のストリップを使用した、本発明のさらに別の態様が示されている。より少ない重量の熱伝導性材料が使用されるほど、より速く熱／冷熱を分散できるようである。これは、座部の乗車者に対する、より速い応答時間を意味する。この構成に対する感覚応答は、個々の座部着座者によって異なるが、観察によれば、より小さい領域が加温冷却されるので、座部の全範囲を覆う全体的シートを使用するときよりも、若干早い速度で温度を変化させることができる。これにより、座部着座者に対する劇的な応答と、より早く感じられる感覚応答が可能となる。しかし、気付かれるように、加温冷却される座部の領域は、より小さくなる。全表面積を加温または冷却するのに対する、正味取付領域は、ストリップの正味取付領域が約２０％から５０％であるのが最適であることがわかった。熱伝導性材料は、熱電デバイスと熱的に接続し、熱と冷熱を座部に分布させる役割を果たす。
【００７２】
続けて図１１Ａおよび図１１Ｂを参照すると、大きな括りとして符号３００および３１６を付された座部アセンブリが、それぞれ、座部支持部３１０および３１８に取り付けられた状態で示され、熱電デバイス３１４および３２２と熱的に接続された、熱伝導性材料ストリップ３１２および３２０を含んでいる。デバイス３１４は発泡ブロックで覆われて示されている一方で、デバイス３２２は発泡ブロックなしで示されている。図１１Ａは、快適性のために座部全体にわたってほぼ同程度の発泡体厚さとすることを可能とする発泡体片を示している。グラフェン・ストリップは、他の態様同様に、伝熱プレートと熱的に接続している。グラフェン・ストリップは、ちょうど図３と同じように、発泡体から出ている。図１１Ｂは、発泡体が配置される前にグラフェン・ストリップと熱的に接続している伝熱プレートを示しており、快適性のために、発泡体表面が、一層、一枚ものになっている。
【００７３】
図１１Ｂには、電源への電気接続のための電線３２４が示されている。自動車用座部アセンブリは、一般的に、快適性と支持のために発泡体を使用する。一般には、ポリウレタン発泡体が好ましく、従来技術でよく知られている。全ての自動車用の被冷却／加熱座部での用途において、発泡体は、着座者の快適性を目的として使用されているが、一方で、発泡体は、座部着座者への冷却や加温を供給する熱伝導性材料からの熱の移動をブロックし、熱が発散して意図した機能が果たされなくなるのを防ぐ、遮熱材としても働く。発泡体が通常のポリウレタンであっても、特別に調製されたポリウレタンであっても、他の高分子材料であっても、または、コットン、合成繊維材料、グラスファイバー、ポリイソシアネート発泡体または天然の詰め綿材等の他の材料から作られていても、機能は同じである。座部用の発泡体は、ミシガン州のＪｏｈｎｓｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌｓ社、ヨーロッパのＦａｕｒｅｃｉａ社のような多くの自動車用製品供給会社、または、ミシガン州ミッドランドのＤｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ社のような化学製品供給会社から、商業的に入手可能である。
【００７４】
図１２は、大きな括りとして符号３２６を付したアルミニウム・ブロック伝熱部材の斜視図である。アルミニウム・ブロック３２８は、好ましくはグラフェン材料製のシート状またはストリップ状の熱伝導性材料３３０と、熱的に接続している。アルミニウム・ブロック３２８は、効率的な熱伝達のために、熱電デバイス３３２の上に設置されている。ヒートシンク・アセンブリ３３４は、熱電デバイス３３２の下に配置され、垂直方向に向けられたヒートシンク・フィンが見えている。ファン３３６は、電線３３８によって電力を受け取り、ヒートシンク・フィンに空気を送る。または、アルミニウム・ブロック３２８は、後に図１３を参照しながら詳述するように、互いに接着された熱伝導性ストリップの多層アセンブリによって、置換されてもよい。
【００７５】
本態様、または、他の全ての態様において、好ましい、適する熱伝導性可撓性材料として、グラフェン・ナノプレートレットまたはナノチューブのシートまたはストリップが含まれていてよいが、他の何らかの適する熱伝導性可撓性材料も使用可能である。この構想の開発において今までに使用された、特に適する熱伝導性材料には、補強のために薄いプラスチック・シート等の適する基材に結合されたグラフェン・ナノプレートレット材料のシートから作られた、厚さ１８０μｍのシート状材料である、グラフェン・ナノプレートレット・シートの使用が含まれる。本態様においては、薄いプラスチック・シート基材は、適するシート状のプラスチックであれば何でもよいが、わずかな熱インピーダンスを示すことから、ポリエステルまたはポリエチレンであることが好ましい。厚さ２２０μｍのシートについても、試験したところ、適していることが分かった。材料の厚さは、冷却および加温を必要とする領域に基づいて決定される。このように決定された厚さは、１２０μｍから２２０μｍの範囲が可能であるが、ある種の用途においては、別の厚さの使用も可能である。この材料は、熱伝導率が４００〜５００＋Ｗ／ｍＫであることが好ましい。このような適するグラフェン・ナノプレートレット材料は、ミシガン州ランシングのＸＧ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ社から商業的に入手可能である。使用した他の材料としては、日本の三菱樹脂等の数社から購入した工業材料等の、炭素繊維布および黒鉛布が含まれる。
【００７６】
質量が軽く重量の軽い支持材として働く、複数のグラフェン・ストリップを貼り付けるために使用できる薄いシート状基材としては、多くのものがある。特に、炭素繊維材料、プラスチックまたは金属の網、さらには、グラスファイバーの薄い層などのような、薄くて強度の高い材料は、複数のストリップを貼り付けて強度と可撓性を兼ね備えた構造を形成するための基材として、有用である可能性がある。グラフェンのストリップまたはシートに貼り付けられる、この薄いシート状基材の構造としては、孔等のない完全なシートや、孔や小孔の拡張されたスリットなどを有する部分的なシート等、多くの構造が含まれ、または、カバー層の熱インピーダンスなしに伝熱材料とのより直接的な接触を提供できるように、４％から約５０％の正味接触自由面積が露出されている他の何らかの構造でもよい。この多層ストリップの「張り子」構造を使用することは、熱または冷熱が座部の表面に伝達される前に、システムが、まず、全ての熱または冷熱をアルミニウム・ブロックから押し出す必要がないことから、図１２に示されたような塊状のアルミニウム・ブロックよりも昇温が速く、最も効果的であり得る。この構造は、塊状の金属ブロックよりも、ずっと質量が小さく、熱伝導率が良い。
【００７７】
本発明の本態様および他の態様において、伝熱ブロックの使用が望ましい場合がある。伝熱ブロックは、熱電デバイスの伝熱面積を増やすことができ、このため、座部の着座者に熱を広げるため、または、座部の着座者から熱を受け取るために使用される、熱伝導性材料の熱接触面積を増やすことができる。この面積の増加により、熱ポンプシステムの熱抵抗が低減する。伝熱ブロックは、熱伝導性の材料であればよいが、通常はアルミニウムであり、商業的な金属供給業者から入手できる。または、上述の多層ストリップ構造が有利な場合もある。また、熱電デバイスが伝熱材料に直接結合されて、伝熱ブロックが必要でない場合もある。
【００７８】
さらに、これら様々な態様においては、ヒートシンクを備えることが望ましい場合がある。ヒートシンクは、空気の通過により、冷却モード中に熱をシンクから除去するか、または加温モード中にシンクに熱を伝達することのできる、フィンを備えた通常の型のヒートシンクでよい。この種の熱交換器は、銅のような他の金属、または、炭素、黒鉛のような他の熱伝導性材料、または、熱伝導性プラスチックで構成することもできる。他の適する空気型の熱交換器には、折り畳み型フィン、マイクロチャネル型構造、液体、および、熱パイプが含まれる。他の方法は、冷却および加温の熱伝達のために座部に使用されているのと同じかまたは類似するタイプの熱伝導性材料を、ヒートシンク用に使用することである。これは、熱ポンピング・デバイスの源への、または、源からの熱を伝達するために、熱伝導法を用いている。例として、熱伝導性部材を、乗り物の金属フロアに取り付けることができる。ヒートシンクは、世界中にあるＡａｖｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌｌｏｙ社の代理店等、世界中の多くの供給業者から購入できる。
【００７９】
さらに、この加温冷却システムの効率を上げるために、ファンが望ましい場合がある。好ましいファンとしては、軸流ファンおよびラジアルファンのどちらも含まれる。これらのファンは、ヒートシンクに空気を通すために使用され、また、本発明のいくつかの態様においては、座部カバーを通って着座者まで空気を通すためにも使用される。座部のサイズと冷却加熱の要求に応じて、これらのファンは、５ｃｆｍから３５ｃｆｍの範囲の容量の空気流を有することができ、ブラシレス構造で、電子的に整流されたものが好ましい。ゴルフカーのような野外環境における大型のベンチ式座部への適用のためには、ファンの流量率は、より高くてもよい。圧電ファン、ダイアフラム式エアーポンプ、空気流増幅器または静電式エアムーバーのような他の空気移動も使用できる。図示のいくつかの態様において望ましい軸流ファンは、ヒートシンクを通る空気と、ヒートシンク内の通過キャビティを用いて座部着座者へ流れる空気の両方を供給するので、そのような態様に対して特に適している。回転ファンは、空気の流れを分割して、一部がヒートシンクに、一部が座部着座者に行くようにする。
【００８０】
図１３は、図１２のアルミニウム・ブロックの伝熱ブロックの代替となる態様３４０を図示し、伝熱ブロックとしての、熱伝導性可撓性材料の多層接着層３４２の使用を示している。この態様では、熱電デバイス３４８と、図１１Ａおよび１１Ｂに示されたような熱と冷熱を座部アセンブリに分布させるグラフェン・ストリップ３４２とを熱的に連結する、伝熱ブロック部材を構成するための材料の構成が、「張り子」のようになっている。本発明の本態様においては、グラフェン・ナノプレートレットのシートまたはストリップの多層接着層３４２がともに接着されて、前述の塊状アルミニウム伝熱ブロックの代替となる、何らかの可撓性を有する多層伝熱ブロックを形成することが好ましい。このグラフェン・ストリップの「張り子」バージョンで置換することにより、強度と可撓性を保ちつつ、より質量の小さい伝熱部材が得られる。この態様は、肥満の人が、座るか、または、特に膝に全体重をかけてピンポイントで下向きの力を掛けたときのように、より多くの重量で座部が押された場合に、より一層、材料の頑丈さと可撓性を与えることができるように構成されている。この構造によって可能となる可撓性は有用であった。この多層の構想は、試験の結果、良好な伝熱性を維持しながら、本発明の伝導性部材の全体的な頑丈さを向上させているのが示された。
【００８１】
再度、図１３を参照すると、多層ストリップは、熱電デバイス３４８の頂部に突き合わせ接合されるか、または、熱電デバイスに接触する表面面積を増やすために図１３に示されるようなＣ形の構成を採用することができ、または、もう一つの態様においては、熱電デバイス３４８の頂部上の熱伝達プレート３４６を使用できることがわかる。ヒートシンク３５０はファン３５２から空気を受け、熱電デバイス３４８の表面へ空気を移動させる。グラフェン・シート３４４は、熱および／または冷熱を分布させるために、グラフェン・シート３４４に温度を伝達する、伝熱プレート３４６の上に固定されている。明示されてはいないが、Ｃ形の熱伝導性材料の底部の基層は、設計に応じて、２つの異なる構成、つまり、伝熱ブロックと直接的に結合接触する構成、または熱電モジュール自体と直接的に結合する構成で試験された。Ｃ形構造の底部は、可撓性接着性伝熱材料で結合された多層構造である。本発明のいずれの態様にも適する接着剤としては、熱グリース、銀充填ゲル、充填ワックス、シリコン、パッドまたはそれらの組み合わせを含む、何らかの熱伝導性界面を含んでもよい。
【００８２】
熱伝導性接着剤は、適する接着剤であれば何でも使用可能であるが、再加工可能で、窒化アルミニウム充填で、電気絶縁性かつ熱伝導性で、ペーストタイプの接着剤が好ましい。この例においては、そのような適する可撓性エポキシ接着剤としては、いずれもニュージャージー州プリンストンのＡＩ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社から商業的に入手可能な接着剤である、Ｐｒｉｍａ−Ｂｏｎｄ（登録商標）またはＡｒｃｔｉｃ Ｓｉｌｖｅｒ（登録商標）を含むことができる。
【００８３】
好ましい態様においては、使用中の、より大きい変形が可能となるように、基層に切り込みが入れられている。より大きい変形は、肥満の人が車の座部に膝をつき、体重のかなりの部分を座部の比較的狭い領域にかけるときのような場合に、多層部にしわが寄らないために、必要となる。第２の層は、弾性的に物理的に、入れられた切り込み部を支持し、切り込み部間の熱伝達を最大化して、他の部分より熱かったり冷たかったりする部分ができないようにするために（温度を一様にするために）、切り込み部間の熱伝達を提供する。
【００８４】
本発明の全ての態様に関して、適する熱電冷却／加温デバイスには、いかなる商業的に入手可能な熱電デバイスも含むことができる。好ましい熱電デバイスは、自動車の電気的要件および他の低電圧適用と適合する１０〜１６ＶＤＣで効果的に作動することから、１２７対のテルル化ビスマスをベースとするデバイスである。効率を上げるために、より対数の多いデバイスを使用することも可能である。そのような適する熱電デバイスは、テキサス州ダラスのＭａｒｌｏｗ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ社のような数社の製造業者から購入可能である。
【００８５】
本発明の更に別の態様は、車の運転者が、車に乗り込む前に、車の座部を予め冷却または加温したい場合に、車の運転者がその車と通信できる、装置および方法を含む。本発明の加温冷却座部は、モバイル通信デバイスまたはキーホブを介した運転者からの無線通信によって作動可能である。
【００８６】
さらに、本発明のまた別の態様においては、本発明の一部である熱電モジュールは、センサとしても働くことができる。空気のみに基づく従来技術の座部の加温冷却システムにおいては、熱電モジュールは、座部の表面および座部の着座者から熱的に分離されている。しかし、本発明においては、着座者は、座部カバーと熱的に接触し、座部カバーは熱伝導性材料と接触し、熱伝導性材料は熱電デバイスと接触している。熱電デバイスは、二方向の熱ポンピングを提供できる一方で、デバイスの二つの側の平面の間に温度差があると、ゼーベック効果によって電気エネルギを生じさせることもできる。このため、本発明のこの発電態様を利用して、着座者からの熱を、着座者の温度と直接的に相関する電気エネルギの発生のために使用し、温度センサとすることができる。温度情報は、座部着座者の温度制御、および、自動的なオン・オフまたは座部着座者に供給される熱または座部着座者から除去する熱の調節の補助に使用して、最適な快適性を提供するために役立てることができる。
【００８７】
図１４は、本発明の更に別の態様を、大きな括りとして符号３６０を付した熱制御衣類とともに図示している。ジャケット３６２は、本発明に基づいて着用者を暖かくおよび／または涼しく保つために、その背部に熱制御部を含んでいる。熱分布シート３６４は、ジャケット３６２の内層の少なくとも一部を取り囲み、これら熱分布シートは、伝熱プレート３６８を介して、熱電デバイス３７０およびヒートシンク３６６と、熱的に接続している。本発明の他の態様と同様に、熱電デバイスおよび熱分布シートは、これまでの記載に基づくものである。熱電デバイス３７０は、衣類の加温または冷却のいずれにも使用することができ、衣類の着用者に対して、快適性と温度制御を提供する。熱電デバイス３７０は、電池から電力を得てもよく、オートバイ、スノーモービルまたはボート上のものなど、何らかの差込口に差し込んでもよい。
【００８８】
再度、図１４を参照すると、このようなジャケット３６２、または本発明の加温冷却技術を組み込んだ何らかの他の衣類は、消防士、沿岸警備艇の乗組員、軍隊、その他の用途に使用できることに気づくはずである。これらの例においては、屋外用であり、衣類は電気差込口の近くにはないので、バッテリの電源パックも有効だろう。
【００８９】
衣類３６０は、熱分布経路の一部を遮ることにより、傾斜加温冷却ゾーンを備え、熱電デバイスから離れた特定の場所における温かさ／冷たさを強化することもできる。これは、電線システムでは得られない特性である。
【００９０】
次に、図１５を参照すると、大きな括りとして符号３８０を付された冷蔵または加温箱は箱容器３８２を含み、箱容器３８２は、箱３８２の内側の空洞を取り囲む熱分布シート３８４を備えている。熱電デバイス３８６は、熱分布シート３８４と熱的に接続し、箱の内容物に熱および／または冷熱を供給する。従来は、溶けた氷のような封入されてない液体は、ファンを破損する恐れから冷却箱に入れられなかったので、これは、従来技術と比較して大きな利点である。本発明の本態様においては、箱内の水は問題にならない。この箱の場合も、電線を介して電気の差込口から、または、バッテリパックから、いずれによって電気的に作動させることも可能である。さらに、外カバーをグラフェン材料製とし、通常はヒートシンクとファンによって提供されるヒートシンク機能を提供するように、箱の外側を構成することもできる。
【００９１】
全ての態様において、デバイスが冷却モードのみで使用されるなら、ヒートシンクを、熱電デバイスの熱い側からの熱を排除するための熱パイプで構成すると、より大きな冷却効果を提供することができる。同様に、グラフェンのような熱伝導性材料を、熱電デバイスの両側に使用することができる。ファンまたは他の機械的熱分散装置を使用せずに熱を分散させるために、ホット側の熱伝導性材料を、自動車の自動ボディ・コックピット・フロアのような熱分散部材に対して、熱伝導するように取り付けることができる。
【００９２】
次に図１６を参照すると、本発明によれば、モノのインターネット（ＩｏＴ）による新たな熱制御技術が可能とされる。オフィス用椅子３９０は、磁気共鳴または誘導再充電パッド３９２と電気通信する。特に、図１０に関して上述したオフィス用椅子の用途においては、冷却加温の制御動作は、建物の温度と関連づけ、座部着座者の情報を提供するように機能し、椅子の使用は、座部の冷却加温システムを制御技術と統合することによって完成される。既に上記したように、被冷却加温座部システムは、センサとして働き、スマートサーモスタット３９４に無線信号を送ることができる。スマートサーモスタット３９４は、冷暖房空調システム３９６の温度設定を制御するコンピュータと通信する。
【００９３】
人が座部３９０に座ると、人からの熱エネルギが、熱分布用グラフェンを介して熱電デバイスに伝えられる。伝えられた熱エネルギが熱電デバイスの両側間に温度差を生じさせ、これによって電気エネルギが発生する。この電気エネルギが、誰か座部３９０に座っている人がいることを示すことができる送信機のエネルギとなることができる。無線でスマート・ルーム・サーモスタット３９４に接続されているとき、サーモスタット３９４と建物の冷暖房空調システム３９６は、人が座部に座っていることを知ることでき、建物空間の温度と座部着座者が通常望む座部温度を検知し、着座者が望む適切な設定温度を座部に送信し、座部冷却／加温システムによる座部の冷却または加温を開始する。
【００９４】
熱制御技術は、また、座部が着座されて一定の温度まで冷却または加温されているという信号を、座部がスマート・ルーム・サーモスタット３９４に送信し、座部に座っている各人が、各人の個人的空間内で快適にしており、建物が着座者に対して熱的快適性をフルに提供することを必要としていないという理由で、スマート・ルーム・サーモスタット３９４が、建物の冷暖房空調システム３９６と通信して、空間の冷却または加温を減じる、というようにも機能することができる。
【００９５】
座部によって提供される冷却または加温プロセスの作動に起因する、座部内での座部着座者のための個人毎の快適性を提供することにより、空調空間の温度を通常よりも高めまたは低めにすることができ、空調空間の温度維持に必要なエネルギを低減できる。例えば、夏の暑さによって建物の冷房が必要な建物内において、熱的に制御された椅子に座っている人は、建物の温度が数度上昇しても、個人的には快適性を維持することができる。多くの空調を提供する必要がないので、エネルギの節約になる。
【００９６】
モノのインターネット（ＩｏＴ）によって他の装置と通信する被加温冷却座部技術の他の態様は、建物設備の運転者が、どこでどの座部が着座されているかを知って、それに応じて空間の熱制御を調整できることである。照明およびセキュリティシステムのような、建物システムの他の態様も、最適化できる。さらに、座部システムがどのように使用されているのかに関する情報を集め、この情報を座部使用者の体験の改善に役立てるため、システムは、クラウドを介して、座部の使用パラメータを座部の製造業者または建物のオーナーに伝えることができる。
【００９７】
携帯電話が、椅子に対して、オフィスの従業員が間もなく到着して椅子に座るというような情報を伝達し、椅子使用者の到着に合わせて、または、椅子として好ましい温度に設定されるように、椅子が熱的に予め調節されるようにすることができる。モバイル機器を介すれば、座部着座者は、打ち合わせのために他の座部に移動しようするとき、建物の異なる部分にある椅子を制御することができる。
【００９８】
同様に、技術の拡張は、上述の熱的に制御された衣類に関しても利用することができる。座部用に使用されたのと同じ熱的装置を使用することにより、加温冷却システムは、身体温度の制御にも使用することができる。この用途では、グラフェン材料が衣類着用者の周りを包む（ラップする）ように配置され、加温および冷却モードの両方で、熱制御を提供する。図では、衣類としてジャケットを示しているが、他の衣類も、同様の方法で、熱的に制御可能である。座部への適用に関して上記したような相変化材料は、この用途でも使用できる。
【００９９】
本発明は、上記した熱箱を熱的に制御するために使用できる。同じ熱的装置を使用することにより、システムは、「クーラーボックス」のような遮蔽された空間を加温冷却するために使用できる。Ｉｇｌｏｏ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ社またはカンザス州のＣｏｌｅｍａｎ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ社が製造しているクーラーボックスのような、熱電的に加温冷却される現在のクーラーボックスは、箱内部の空気をヒートシンクに通すことによって、加温または冷却された空気を使用する。このため、箱内の液体レベルを所定のレベルより低く維持する必要があり、さもないと、システムの損傷が生じる恐れがある。たとえば、これらのクーラーボックスでは、氷を使用してはいけない。氷が溶けると、水は容易にファン／ヒートシンク／熱電モジュール／電線に入り込み、故障の原因となる恐れがある。本システムは、クーラーボックスの内壁の周りの熱分布用グラフェンを包む（ラップする）か、箱の内側ライナーとして成形され、座部の冷却／加温装置と同様に、熱電システムに熱的に接続されている。
【０１００】
本発明の加温冷却技術に関しては、以下の用途が想定される。まず、自動車、農機等、全てのタイプの乗り物のための被加温冷却座部としての用途や、オフィス家具等の他の座部としての用途がある。本発明の適用例としては、限定はされないが、自動車の座部、トラックの座部、オートバイの座部、オフロード車の座部、ゴルフカーの座部、重機の座部、農機の座部、オフィス用椅子の座部、軍用車両の座部、飛行機の座部、車椅子の座部、治療用ブランケット、治療用ベッド、治療用ラップ、温熱ガン等治療ベッド、自動車の被冷却加温表面、被冷却加温表面一般、コールドチェーンの医薬品、食品、化学薬品の熱的保管箱、被加温冷却衣類、工業プロセスにおける温度制御された表面、生物学的な定温放置用機器、デジタル表示装置の温度制御、サーマル・クロミック・サイニッジおよびディスプレイ、バッテリの熱制御、加温冷却された自動車ハンドル、ｌｅｄ冷却プレーン、電子回路ボードの熱的維持、冷却／加温された大型の食品用陳列提供表面が含まれる。
【０１０１】
図１７Ａから図１７Ｅは、特定の領域（特に、通常は、熱が熱伝導性部材または熱ブロックによって熱電デバイスから伝達される領域）における、Ｚ軸方向の熱伝導率を向上させるための、装置と方法の変形例を示す。それは、直接、熱電デバイスに取り付けることも可能である。これらの変形例をどのように完成するか記載するにあたって、図１７Ａ〜１７Ｅに示されるような有孔プラスチックまたは他のフィルム層。図１７Ａは、フィルム層シート、好ましくはプラスチックまたはポリウレタン層の上面図または底面図を示しており、孔は、用途に応じて、片側または両側に存在してよい。図１７に示すように両側にある場合、フィルム基層の強度が最大となるように、孔はずらして配置されることが好ましい。しかし、プラスチックフィルム以外でも、適していれば、どのような基層も使用可能である。
【０１０２】
図１７Ａは、フィルム層を大まかな括りとして符号４００で示し、上部孔４０４と点線で示された下部孔４０６を有するシート状フィルム４０２を含んでいる。図１７Ｂは、図１７Ａのフィルムの側面図であり、熱界面化合物４１４と接触している伝熱ブロック４１２の相対的配置を示している。熱界面化合物４１４は、孔４１６を通るように突き出している。一旦、熱界面化合物が孔内に押し込まれると、熱界面化合物は、直接にグラフェン４０８と緊密な熱接触を形成し、結果として、より高い熱伝導性の接触が生じる。
【０１０３】
図１７Ｃは、上部と下部の両方に孔を有する有孔フィルムを示している。プラスチックフィルム４２０は、その中に形成された孔４２２と、強化のためにその間に配置されたグラフェン・シート４２４を有する。熱界面化合物４２６は、平らな表面の間に染み出し、これら構成要素と伝熱ブロック４２８との間の完全に熱的に接続された接触を与える。高圧化では、グラフェン・プレートレットは、支持のために使用されるフィルム層内の孔によって残された空隙領域に突き出すことになる。これによって、グラフェン材料が空隙を埋めて平らな表面が生じると、熱界面化合物は、単に、平らな表面と伝熱ブロックとの間の界面となる。
【０１０４】
さらに別の態様として、図１７Ｄは、フィルム内の空隙による熱接触領域を示している。本態様においては、伝熱化合物４３６がフィルム層の空隙領域内に押し出され、グラフェン層４２３が、伝熱ブロック４３４の上に配置されたフィルム層４３０の間に挟まれている。
【０１０５】
フィルム層のさらに別の変形例として、図１７Ｅは、より良い熱的接触を形成するためにニードル・プレートの開示された、本発明の別の態様を示している。図１７Ｅにおいて、フィルム４４０は、グラフェン・シート４４８を取り囲んでいる。熱電デバイス４４４の上には、伝熱ブロック４４２が配置され、伝熱ブロック４４２は、熱伝達化合物４４６を通って上向きに延び出してグラフェン層４４８と接触する、熱伝導性のニードル状部材を含む。伝熱プレート４４２上にニードルが含まれることにより、表面積がより大きくなり、これによって、より良い熱伝達が得られる。伝熱ニードルはフィルム層を貫いて熱伝導性材料内に到達してもよい。ニードルを備えた伝熱ブロックは、好ましくは、銅、アルミニウム、マグネシウム、熱分解黒鉛またはそれらの組み合わせのような、高熱伝導性材料によって作られる。
【０１０６】
本態様においては、グラフェンを貫通するニードルは、グラフェンの非常に大きいＸおよびＹ軸方向の熱伝導性を活かし、Ｚ軸方向においてグラフェンに熱を伝達したりグラフェンから熱を伝達したりする。
【０１０７】
熱パッド・ラップ
本発明の追加の態様は、身体の一部、または身体の大部分を加温および冷却する治療用ラップ（掛けたり覆ったりする布製等のもの）またはパッドを含む、被加温および／または冷却衣類である。グラフェン材料は、熱電デバイスと組み合わせると、熱エネルギの可撓的な熱伝達を可能とする。システムを試験したところ、大変効果的であった。加温か冷却か、また、どのようなバッテリパックが使用されているかに応じて、継続作動時間は、約２〜７時間である。バッテリ技術の進歩に伴い、継続作動時間は伸びると考えられる。
【０１０８】
現在のところ、発明者は、加温と冷却の両方が可能な、いかなるシステムも知らない。従来技術のシステムは、加温か冷却のどちらかであり、本発明同様に着られるほど十分小型で軽量な一つの装置でありながら、両方が可能なものはない。大型の中央熱交換器からの液体を、身体に配置されたチューブまたは液体袋にポンプで送り込む、液体冷却加温システムは存在する。バッテリを電源とし、抵抗加温を利用する、電気システムは存在する。温熱療法では、冷却は、一般に、氷袋を、身体を冷やし過ぎたり凍らせたりしないように身体からの熱伝達を小さくするためのタオルまたは他の布とともに使用して行われる。相変化材料も使用される場合がある。加温と冷却の両方を行うためには、現在は、２つの異なる手段を用いるか、身体に接触するパッドを固定式の熱交換器と接続する液体チューブを備えた１つの手段を用いなければならない。
【０１０９】
本システムは、加温と冷却を行い、所望の温熱療法を施すことができるように温度制御が可能である。加温サイクルの直後に冷却サイクルを行うことができ、または、逆も可能である。本システムの利点のひとつは、拘束をなくすことができる点であり、着用者は、本装置を使用中、自由に動くことができる。
【０１１０】
無線接続されたとき、本装置は、ユーザーが、モバイル機器を使用して操作することができる。ヘルスケア提供者によって作成された加温冷却計画をダウンロードすることができ、ユニットは、加温および／または冷却の現在の「お気に入り」も使用することができる。
【０１１１】
この用途においては、グラフェンは可撓性で身体に沿うことができなければならない。このために、グラフェンは、織物であることが好ましく、その織物は、ミシガン州ミッドランドのＤｏｗ Ｃｏｒｎｉｎｇ社から商業的に入手可能なＤｏｗ Ｃｏｒｎｉｎｇ ３−１９５３のようなシリコン系材料でコンフォーマルコーティングされることが好ましい。背部や胸部のような、多次元的な身体適合性がそれほど重要とされない身体部分のためには、シート形状のグラフェンが使用可能である。
【０１１２】
熱シンク／ファンおよび制御シュラウドのアセンブリ内で、電源コードは、システムをバッテリまたは他の直流電源に接続する手段である。シュラウド内のスイッチによって、熱電デバイスに対する極性切り替えが可能であり、ユニットが加温中か冷却中かを、多色のＬＥＤによって表示する。加温また冷却の様々なレベルを表示する、多数のＬＥＤまたはＬＥＤバーグラフのランプも使用可能である。
【０１１３】
示された制御システムは、単純な極性スイッチとＬＥＤインジケータである。しかし、熱電デバイスに到達する電気エネルギの量を可変とし、加温および冷却のレベルを変えられるように、制御装置にパルス幅変調が含まれてもよい。熱電デバイスへの電力を変えるために、単純な減衰回路も使用できる。
【０１１４】
制御装置は、モバイル通信機器またはコンピュータから直接にモノのインターネットに接続されることもできる。これにより、設定を、健康管理医からダウンロードしたり、ユーザーが「お気に入り」として設定したりすることが可能となる。これにより、加温サイクルと冷却サイクルの間の切り替えが可能となる。
【０１１５】
この特定の治療用ラップは肘用であるが、ラップのデザインを変え、グラフェンの形を変えることにより、どの身体部分にも適合させることができる。グラフェンは、ネオプレン材料の２つの層の間にあるが、他の材料も使用可能である。バッテリがシステムに接続されているのが示されている。様々なバッテリが使用できる。試験して使用されたバッテリは、約７ＶＤＣから１１．１ＶＤＣの間の、Ｔｅｎｅｒｇｙ社のリチウムポリマー電池、サンヨーのリチウムイオン電池をはじめとする、様々なバッテリである。また、図示されてはいないが、加温モードでの安全な使用を保証するためにグラフェンの温度を監視することのできる、サーミスタがある。単純な二金属からなる過熱スイッチも使用可能である。
【０１１６】
以下、詳細な熱パッド・ラップの図を参照すると、図１８は、大きな括りとして符号５１０を付された、肘用に使用されている温度調節パッド・ラップと、バッテリパックカバー５２０とファンカバー５２２を接続する電源コードの正面図である。この特定の態様は、肘にフィットし、医療目的で治療用に使用してもよく、また、温めたり冷やしたりするために使用してもよい。
【０１１７】
図１９は、本発明に基づいて作られた、ヒートシンク、ファン、熱電デバイスのアセンブリの背面図である。大きな括りとして符号５３０が付され、熱電デバイス５３２、ファン・アセンブリ５３６に取り付けられた熱電デバイス・ワイヤ５３４を含んでいる。ファンの電源コード５３８が、ファンから外に延び出している。熱電デバイス５３２は、熱電デバイス５３２の動作を補助するファン・アセンブリ５３６に取り付けられている。
【０１１８】
図２０は、大きな括りとして符号５４０を付された、ヒートシンク、ファンおよび熱電デバイスのアセンブリの側面図であり、熱電デバイス５４２、伝熱ブロック５４４、ヒートシンク５４６、バッテリパック５４７、シュラウド５４８および熱分散シート状材料５４９を含んでいる。
【０１１９】
図２１は、大きな括りとして符号５５０を付された、ヒートシンク、ファンおよび熱電デバイスのアセンブリの図であり、グラフェンのような熱分散性材料のシートに熱的に接続するように取り付けられた、ヒートシンクおよびファン５５２を含んでいる。
【０１２０】
図２２は、ヒートシンク、ファンおよび熱電デバイスのアセンブリ５５６の図であり、シュラウド５５６、極性スイッチ５５７、ＬＥＤインジケータ５５８および電源コード５５９を含んでいる。
【０１２１】
図２３は、大きな括りとして符号５６０を付された肘用の温度調節パッド・ラップであり、布製の身体部分ラップ５６４に取り付けられてバッテリ５６６から電力を供給される、ヒートシンク、ファンおよび熱電デバイスのアセンブリ５６２を含んでいる。
【０１２２】
図２４Ａおよび２４Ｂは、身体部分の周りに沿わせて使用するのに適した構造に織り交ぜられたシート状グラフェン材料のストリップを有する、織物グラフェン・パッド５７０を示す。図２４Ｂは、さらに別の態様の織物グラフェン・シート５７２を示す。
【０１２３】
図２５は、グラフェン・シート状材料５８４に取り付けられたヒートシンクとファンのアセンブリ５８２を含み、大きな括りとして符号５８０を付された、被加温衣類を示す。
【０１２４】
本発明の他の態様は、作動時に、過飽和状態から発熱的に結晶化して、反応温度５４℃で熱を放出する、酢酸ナトリウム三水和物（慣用的に単に酢酸ナトリウムとも呼ばれる）のような様々な加温冷却源の使用を含む。熱を伝達するために発熱材料で身体部分を覆うことを必要とするかわりに、少量の酢酸ナトリウム三水和物または他のそのような相変化材料をグラフェン材料と熱的に接触させて、身体部分に可撓状態で熱を伝達するので、固化する酢酸ナトリウム三水和物よりも快適にコンフォーマルに熱を伝達することができる。
【０１２５】
本装置を着用している人に快適性を提供するために、他のいかなる適する熱源および／または冷熱源を、本発明の熱分散シート状材料と熱的に接続してもよい。
【０１２６】
本発明の追加の態様は、グラフェン熱拡散シートと熱的に接続される相変化材料である。熱ラップにおいて、プラスチックの小袋に入れた炭酸水素カリウム水和物または他の同様の相変化材料のような吸熱性の相変化材料を、グラフェン材料に、熱的に取り付けることができる。この材料は、相変化時に熱を吸収して冷却する。このため、この材料をグラフェンに熱的に取り付けると、治療用ラップまたは衣類において、身体への可撓的でコンフォーマルな熱伝達が可能となる。
【０１２７】
作成および使用方法
可撓性グラフェンの作成
グラフェン・シート材料は、グラフェンをストリップ状に切り、織物形式にすることによって、大幅に可撓性を増加させることができる。基材をともに結合するため、この試作品においては、非常に粘度の低いシリコンのコンフォーマルコーティング（米国ミシガン州ミッドランドのＤｏｗ Ｃｏｒｎｉｎｇ社から商業的に入手可能なＤｏｗ Ｃｏｒｎｉｎｇ ３−１９５３）が使用された。これにより、個々のストリップがともに結合され、重なり合ったストリップの接触点に、結合された熱界面が提供される。さらに、これにより、マット全体に対して防水シールが提供される。この織物材料は、殆どどのような形にもすることができる。この作成は、本特許出願に記載される被加温冷却衣類の可撓性、耐久性および快適性の向上を助けるために行われた。これは、座部用途および、本特許出願に記載の多くの用途においても、使用可能である。
【０１２８】
液体伝熱態様
治療用パッド／衣類を参照しながらこれまでに説明してきた技術を用いた被冷却／加温衣類に関する開発の過程で、新たな技術が開発された。基本的な構成として、空気ファン＆ヒートシンクのユニットに取り付けられた液体伝熱ブロックを介して熱電モジュールの一方の側から（一方の側へ）熱を移動させて熱を排出する（送り入れる）液体システムを使用することにより、最終的なヒートシンキングは、熱電モジュールから分離されている。シート形状、織物または強化されたグラフェンの使用に関しては、上記の座部および治療用パッド／衣類の態様で開示されたのと同様である。
【０１２９】
以下、詳細に図を参照して説明する。熱電モジュールは何個使用してもよいが、図２６に示す熱電デバイスシステムは、大きな括りとして符号６００を付され、第１および第２の二つの熱電モジュール６０２、６０４と、一つのヒートシンク６０６を含んでいる。後続のアセンブリに示されるように、電源パック６６０８によって、熱電デバイスに直流電源が供給されている。
【０１３０】
冷却モードにおいては、熱は、熱電モジュールの熱電デバイス６０２および６０４によって伝熱プレート６１０から汲み出される。続いて、熱は、グラフェン（この画像内には示されていない）から汲み出され、続いて、グラフェンは、グラフェンと接触している全てのもの、例えば人から、熱を汲み出す。汲み出された熱は、液体ヒートシンクに送られる。好ましくは水／グリコール溶液のような安定な伝熱流体である液体６１２は、ポンプによって、液体ヒートシンクを通って循環させられる。この加熱された流体は液体ヒートシンクを通過し、液体ヒートシンクは、熱が環境に排出される場所であるヒートシンク／ファンのアセンブリに、熱的に結合されている。
【０１３１】
加温モードにおいては、熱電デバイス・モジュール６００は、直流電源の逆の極性で作動する。ポンプ作用と熱伝達は、冷却モードと同様に作用するが、異なるのは、熱電デバイスが流体から熱を汲み出し、加温される対象に汲み入れることである。熱電モジュールによって熱が取り除かれて冷却された流体は、熱電モジュールに取り付けられた液体ヒートシンクから、空気ヒートシンクによってファンの強制空気から抽出された熱を介して熱がシステムに戻される場所である、ファン／ヒートシンクのアセンブリに取り付けられた液体ヒートシンクに流れる。
【０１３２】
試験に成功した別の方法は、ポンプ＋ファン／ヒートシンクのアセンブリを運転せず、熱電モジュールが、流体ヒートシンクの流体から熱を汲み出すようにし、また、抵抗加熱によっても熱を作り出すものである。加温モードにおいて、熱電モジュールも、熱電モジュールの抵抗を要因とする抵抗加熱によって熱を作り出すからである。
【０１３３】
熱電モジュールが、様々な目的を達成するために、様々な方法で使用されることに注目すべきである。例えば、図２６に示された２つの熱電モジュールの配置においては、熱電モジュールは、システムの熱ポンピング能力をもたらす利益を増進するように、配置することができる。この配置においては、得られる最高温度は、システムを作動させるのに必要な電力の量から来る。図２６の熱電モジュールが並列に配線されている場合、熱電モジュール毎に、約１２ＶＤＣがかかり、各熱電モジュールには約３アンペアの電流が流れる。
【０１３４】
同じモジュールが直列に配線されている場合、各熱電モジュールは約６ＶＤＣとなり、約１アンペアの電流が流れる。熱をシステムから放出するために、利用可能な豊富な電気エネルギと、適切なサイズのファン／ヒートシンクのアセンブリがあって、高レベルの冷却または加温が必要な場合には、システムを並列で作動させることが選択される。
【０１３５】
しかし、小さなバッテリを使用するか、または、他のそのような電源制限がある、衣類をベースとするシステムの場合などや、衣類または座部または何らかのものに組み込むのを容易にするためにファン／ヒートシンクのサイズを最小サイズに制限したい場合、熱電モジュールを配線することが選択される。
【０１３６】
熱電モジュールの成績係数（ＣＯＰ）は、熱電モジュールにかかる電圧が熱電モジュールの最大電圧より下がると、大幅に上昇する。公称１２ＶＤＣの熱電モジュールで最大電圧（Ｖｍａｘ）が約１６ＶＤＣの場合、電圧を６ＶＤＣまで下げると、成績係数（ＣＯＰ）が大幅に上昇する。本発明では、低電力を要件とする用途において成績係数（ＣＯＰ）を大幅に高くする戦略をとっている。システムの成績係数（ＣＯＰ）が高くなることは、より多くの熱をより効率的にポンプできることを意味している。衣類においては、パッケージサイズの最小化が望まれる他の用途におけるのと同様、熱ポンプがより効率的になるので、ファン／ヒートシンクのシステムを、大幅に小型化できる。
【０１３７】
図２７は、図２６を参照しながら上記で説明した構成要素のアセンブリに関して、より詳細に示すものであり、ポンプ６０８に接続された、液体の入ったチューブ６１２を示している。電力は、電線６１４によってポンプにもたらされる。
【０１３８】
図２８は、被冷却／加温衣類に挿入される前の、図２７のアセンブリを示している。大きな括りとして符号６２０を付されたアセンブリは衣類内に配置され、内側ライナー布６２２の下にグラフェン材料ストリップ６２４を含み、着用時には、内側ライナー布６２２が身体と接触する。膨張可能な空気袋（図示略）を備えた試作品も作成された。空気袋が、グラフェン６２４の裏の部分の衣類布層内に配置されることで、グラフェン・ストリップに圧力がかかって、グラフェンで裏張りされた布が、強制的に、身体と緊密に接触させられる。これにより、身体へのまたは身体からの熱伝達を助けることができる。いくらかの医療用途においては、衣類による身体の押圧が追加の利点となる。
【０１３９】
図２９は、被冷却／加温衣類６２６に取り付けられた図２６のアセンブリを示している。同じ型のシステムは、他の多くの用途にも使用できる。一例としては、座部を挙げられるだろう。
【０１４０】
図３０は、加温冷却システム６３４が取り付けられたオートバイの座部６３０の下側を示している。液体チューブの多くは、座部発泡体６３２内に埋め込まれているため、見えていない。グラフェンは、座部の、人間の体と接触する側、つまり、座部の反対側に配置されている。
【０１４１】
図３１は、少なくとも一つの伝熱プレート６３２の上に、部材間の熱的接続のためにグラフェンを取り付ける直前の、オートバイの座部６３０の上側を示している。この特定のケースにおいては、取り付けは、熱伝導性接触接着剤を用いて行われたが、他の適する取付手段も利用可能である。
【０１４２】
図３２は、グラフェン・ストリップ６４０が伝熱プレート６３６に取り付けられた状態の、オートバイの座部６３４を示している。最終的には、座部カバー（図示略）が、オートバイの座部６３４のこの側を覆うことになる。座部カバーとグラフェン・ストリップ６４０および座部発泡体６３８の間に、発泡体、不織ポリエステルマットまたは他の適する材料等の、薄いスクリム層を配置して、座部カバーとグラフェン・ストリップ６４０およびオートバイ座部発泡体６３８との間の滑りをよくするとともに、座部カバー（革、ビニール、または他の何らかのタイプの座部カバー）を通して内部構造が見えるのを隠すのに役立ててもよい。
【０１４３】
基本的に、空気ファン＆ヒートシンクのユニットに取り付けられた液体伝熱ブロックを介して熱電モジュールの一方の側から（一方の側へ）熱を移動させて熱を排出する（送り入れる）液体システムを使用することにより、最終的なヒートシンキングは、熱電モジュールから分離されている。シート形状、織物または強化されたグラフェンの使用に関しては、上記の、元となる座部および治療用パッド／衣類の出願で開示されたのと同様である。
【０１４４】
図３３Ａおよび図３３Ｂは、熱電モジュール６５０と、熱電モジュールをファン／ヒートシンク６５４と熱的に接触させる液体システム６５２とを備え、熱分布用のグラフェン・ストリップを同様に使用した、開示された発明の更に別の態様を示している。本態様においては、熱電デバイス６５０は、もはや、グラフェン／伝熱プレートのアセンブリの一部ではない。熱電デバイス６５０は、液体チューブ６５２を介して液体熱交換器（図示略）を通る、熱電モジュール６５０と熱的に接触する液体を、冷却または加温し、その液体が、ポンプによって、図３２に示されたグラフェン・ストリップおよび伝熱プレートに熱的に接続された液体熱交換器に循環される。システム内の液体が冷却されているか加温されているかに応じて、身体からの熱エネルギまたは身体への熱エネルギを分布させているグラフェン・ストリップによって、着用者の身体は、冷却または加温される。前述のシステム同様、このシステムは、被冷却／加温衣類、治療用パッド、座部等、多くの用途に使用することができる。
【０１４５】
続けて図３３Ａおよび３３Ｂを参照すると、本発明の本態様が、試作品として示されている。図３３Ａのプリアセンブリは、特に熱伝導性接触接着剤を用いて、液体ヒートシンク６５４に熱的に取り付けられた、熱電モジュール６５０を示している。図３３Ｂのポストアセンブリは、今度は、図３３Ａのアセンブリを、ファンおよびヒートシンク６５４とともに示している。熱電モジュールに供給される直流電源の極性に応じて、熱電モジュール６５０は、冷却モードにおいて液体ヒートシンクから熱を汲み出すか、または、加温モードにおいて液体ヒートシンクに熱を汲み入れる。熱は、熱電モジュール６５０と熱的に接続されたファンおよびヒートシンク６５４の使用によって、システムから排出されるか、または、システム内にもたらされる。冷却または加温された流体６５２は、グラフェンのストリップまたはシートに接続された液体ヒートシンク６５４に、ポンプで送り込まれる。グラフェンは、熱を身体へ、または、身体から伝達し、また、図３３Ｂの熱電アセンブリによって冷却または加温された流体が供給される液体ヒートシンク６５４と、熱的に接続されている。
【０１４６】
本システムにおいては、上記したシステム同様、小さい領域へのパッケージングを容易にしてシステムのコストも低減できる、より小型のヒートシンクとファンのアセンブリを可能とするような、より高い成績係数（ＣＯＰ）を提供することのできる熱電モジュール配列が使用されていることに注目すべきである。システムがより効率的に作動している場合、熱的な効率は低下するが、ヒートシンクの抵抗を高くすることができる。これは、ヒートシンクとファンを小型にしてもよいこと、および、ファンの運転速度を低くしてもよいことを意味し、ファンから発生するノイズに対して良い影響を与える。
【０１４７】
上記したシステムにおいては、より高い成績係数（ＣＯＰ）を得るための熱電モジュールの取り扱い方法の例として、それぞれ約６ＶＤＣで作動できる、２つの公称１２ＶＤＣのモジュールを使用した。本態様においては、高い熱電対数を有する単一のモジュールを使用することによっても同じ効果が得られるが、２つのモジュールも使用可能である。通常の公称１２ＶＤＣのモジュールにおいては、対数は、好ましくは１２７である。これは、１つのｐ型と１つのｎ型の要素（ペレット）が１２７対あることを意味する。単一の２５４対の熱電モジュールを使用することによっても、２つの１２７対の熱電デバイスを使用するのと同じ結果が得られる。
【０１４８】
システムの要件に応じて、殆どの自動車やその他機器に見られるような公称１２ＶＤＣのシステムに対しては、対数がいくつであっても、通常の１２７対の熱電モジュールより多くさえあれば、成績係数（ＣＯＰ）を向上させることができると考えられる。このため、対数は、用途に応じて変えればよい。もう一つの変形例は、より低い、または、より高い電圧の直流システムによって電力を供給されるシステムを含む。６ＶＤＣのシステムにおいては、成績係数（ＣＯＰ）を上げるための対数は、１２ＶＤＣのシステムより小さくなるはずである。２４ＶＤＣのシステムにおいては、対数は、２５４対より大きくしなければならないだろう。
【０１４９】
要約すると、本発明または本発明の範囲内の様々な具体的態様の構想と特徴のいずれかまたは全てを用いることによって生じる数多くの利益について記載してきた。
【０１５０】
本発明の好ましい態様に関する上記の記載は、例示と説明を目的として提示されてきた。網羅的であったり、発明を、開示された具体的形態に限定したりすることは意図されていない。特定の態様に関する上記開示に照らし合わせて、自明な改変や変更が可能である。本発明の原理と実際の用途を最良に説明し、これによって、当業者が、本発明を、意図された特定の使用方法に合うような様々な態様と様々な改変された態様において最良に使用できるように、態様を選択し説明した。本発明の範囲は、ここに添付された請求項によって定義されることが、意図されている。
【符号の説明】
【０１５１】
１０    座部加温冷却装置
１２    ゴムパッド
１４    熱伝導性材料伝熱パッド
２０    座部アセンブリ
３０    上側伝熱ブロック
３２    座部発泡体
３３    伝熱パッド基板
３４    空気流
３５    ファン
３６    熱電モジュール
３８    ヒートシンク
４０    下側伝熱ブロック
７０    座部加温冷却装置
７２    可撓性熱伝導性材料
７４    孔
７６    相変化材料
７８    熱界面
８０    伝熱ブロック
８２    熱電モジュール
８４    ヒートシンク
８６    ファン
８８    空気通路
９０    空気流室
５８０    被加温衣類
５８２    ヒートシンクとファンのアセンブリ
５８４    グラフェン・シート状材料
【図１】
2020519845.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2020519845.tif 000007
【図６】
2020519845.tif 000008
【図７】
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【図８】
2020519845.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2020519845.tif 000012
【図１１Ａ】
2020519845.tif 000013
【図１１Ｂ】
2020519845.tif 000014
【図１２】
2020519845.tif 000015
【図１３】
2020519845.tif 000016
【図１４】
2020519845.tif 000017
【図１５】
2020519845.tif 000018
【図１６】
2020519845.tif 000019
【図１７Ａ】
2020519845.tif 000020
【図１７Ｂ】
2020519845.tif 000021
【図１７Ｃ】
2020519845.tif 000022
【図１７Ｄ】
2020519845.tif 000023
【図１７Ｅ】
2020519845.tif 000024
【図１８】
2020519845.tif 000025
【図１９】
2020519845.tif 000026
【図２０】
2020519845.tif 000027
【図２１】
2020519845.tif 000028
【図２２】
2020519845.tif 000029
【図２３】
2020519845.tif 000030
【図２４Ａ】
2020519845.tif 000031
【図２４Ｂ】
2020519845.tif 000032
【図２５】
2020519845.tif 000033
【図２６】
2020519845.tif 000034
【図２７】
2020519845.tif 000035
【図２８】
2020519845.tif 000036
【図２９】
2020519845.tif 000037
【図３０】
2020519845.tif 000038
【図３１】
2020519845.tif 000039
【図３２】
2020519845.tif 000040
【図３３】
2020519845.tif 000041
【国際調査報告】
2020519845.tif 000042