JP2001108327A

JP2001108327A - 保温装置

Info

Publication number: JP2001108327A
Application number: JP28866899A
Authority: JP
Inventors: Shigeya Yasui; 重哉安井; Hiroshi Benno; 博辨野
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1999-10-08
Filing date: 1999-10-08
Publication date: 2001-04-20

Abstract

(57)【要約】【課題】対象物を冷却する場合及び加熱する場合の両
方に使用可能で、かつゼーベック効果によって内部に備
えるポリマーバッテリを充電する。【解決手段】複数個のペルチェ素子をシート状に敷設
した保温部１０と、ペルチェ素子の電源となるポリマー
バッテリ２０と、放熱面を使用する場合，吸熱面を使用
する場合，あるいは両面の温度差を増大させることによ
ってポリマーバッテリ２０を充電する場合のそれぞれに
対応した電流の方向を選択する電流制御回路とを備え
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ペルチェ素子を用
いた保温装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ペルチェモジュールは、ｐ型（＋）の熱
電材料と、ｎ型（−）の熱電材料とを一対にしたペルチ
ェ素子を複数個並べ、電極を通じて電流を流すことによ
り熱エネルギーの移動を行って、モジュールの一方の面
で吸熱を、他方の面で放熱を行うものである。

【０００３】このペルチェモジュールは、フロンガス等
の冷媒を一切使用せず、また、振動の大きいコンプレッ
サも使用することなく冷却が可能である等の利点が多
く、パーソナルコンピュータのＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ
ＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）を冷却する冷却装
置や、小型冷蔵庫に用いられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ペルチェ素子は、放熱
及び吸熱が可能であるという特徴を有しているにもかか
わらず、冷却に利用されているのみであった。また、冷
媒及びコンプレッサ等を必要とすることなく比較的簡素
な構造で吸熱または放熱機構となり得るが、限られた範
囲にわずかに利用されているのみであった。

【０００５】本発明は、このような従来の実状に鑑みて
提案されたものであり、対象物の冷却状態及び加熱状態
を保持することが可能で、かつゼーベック効果によって
内部に備えるポリマーバッテリを充電することが可能な
保温装置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】上述した目的を達成する
本発明に係る保温装置は、複数個のペルチェ素子を敷設
したシート状の保温部と、ペルチェ素子の電源となるポ
リマーバッテリとを備える。

【０００７】以上のような保温装置は、保温部に備えら
れるペルチェ素子によって、上記保温部の一方の主面に
おいて放熱を行い、他方の主面において吸熱を行う。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して詳細に説明する。本発明を適用した
保温装置１は、図１に詳細を示すように、複数個のペル
チェ素子を有するシート状の保温部１０と、保温部１０
の発熱する第１の主面１０ａと略同形の主面形状を有す
るポリマーバッテリ２０とが、第１の主面１０ａ上で貼
り合わされ、さらに外装材３０で覆われてなるものであ
る。電流の方向を制御する電流制御回路は、図示しない
が保温装置１の任意の箇所に設けられている。

【０００９】保温部１０は、図２に示すように、複数個
のペルチェ素子が、放熱端を同一方向に向けて、支持シ
ート１１ａと支持シート１１ｂとに挟持されてなるもの
である。また、ペルチェ素子は、第１の熱電材料１２と
第２の熱電材料１３とが金属片１４によって直列に接合
され、基板１５を介して支持シート１１ａ，１１ｂに接
合されている。この複数個のペルチェ素子に電流が流れ
ることによって、保温部１０の一方の主面と他方の主面
との間に温度差が生じる。このときペルチェ素子からの
放熱によって発熱する一方の主面を第１の主面１０ａと
し、ペルチェ素子の吸熱によって冷却される主面を第２
の主面１０ｂとする。

【００１０】直列に接合された複数個のペルチェ素子
は、電流制御回路を介して、ポリマーバッテリ２０と接
続されている。

【００１１】支持シート１１ａ，１１ｂには、可撓性を
有し、吸熱及び放熱を効率良く行うことのできる材料を
用いる。

【００１２】ポリマーバッテリ２０は、詳細を後述する
が、薄型に成形されたものであり、保温部１０の発熱す
る第１の主面１０ａと略同形の主面形状に成形され、第
１の主面１０ａに貼り合わされている。また、ポリマー
バッテリ２０は、電流制御回路を介して保温部１０と電
気的に接続されている。

【００１３】電流制御回路は、ポリマーバッテリ２０と
ペルチェ素子との間に設けられ、発熱面である第１の主
面１０ａを使用する場合、吸熱面である第２の主面１０
ｂを使用する場合、あるいは両面の温度差を増大させる
ことによってポリマーバッテリ２０を充電する場合のそ
れぞれに対応した電流の方向を選択する。

【００１４】以上のような保温装置１を使用する具体的
な場合について示す。例えば、冬のような温度が低い環
境の下で、暖かい飲み物を封入した容器を高温に保つ場
合について示す。この場合、対象物である容器に第１の
主面１０ａを接触させ、第２の主面１０ｂを冷たい外気
に触れるように向けて保温装置１を駆動させる。このと
き保温部１０の第１の主面１０ａでは発熱が起こり、こ
れによって容器は加熱される。この場合、電流制御回路
は、第１の主面１０ａが発熱される電流の方向を選択す
る。

【００１５】次に、夏のような暑い環境の下で、冷たい
飲み物を封入した容器を低温に保つ場合について示す。
この場合、対象物である容器に第２の主面１０ｂを接触
させ、第１の主面１０ａを暖かい外気にふれるように向
けて保温装置１を駆動させる。このとき保温部１０の第
２の主面１０ｂでは吸熱が起こり、これによって容器は
冷却される。この場合、電流制御回路は、第２の主面１
０ｂが冷却される電流の方向を選択する。

【００１６】さらに、ゼーベック効果を用いて、保温装
置１に内蔵されるポリマーバッテリ２０を充電する場合
について示す。この場合、電流制御回路は、充電のため
の電流の方向を選択する。第１の主面１０ａと、第２の
主面１０ｂとの温度差を増大させることによって、ポリ
マーバッテリ２０を充電することができる。このとき、
第１の主面１０ａと第２の主面１０ｂとの温度差が大き
いほど、ポリマーバッテリ２０は効率よく充電される。

【００１７】以上説明したように、保温装置１は、複数
個のペルチェ素子を敷設したシート状の保温部１０によ
って、冷却と加熱とを行うことが可能となる。さらに、
ゼーベック効果によって、内部に備えるポリマーバッテ
リ２０を充電することが可能となる。

【００１８】また、保温装置１は、電源としてポリマー
バッテリ２０を用いることによって、漏液の心配がな
く、電解液を用いる電池以上に高い安全性を得ることが
できる。

【００１９】以下、ポリマーバッテリ２０を詳細に説明
する。上述のポリマーバッテリ２０は、非水電解質電池
（いわゆるリチウムイオン二次電池）であり、例えば完
全固体電解質電池、固体電解質電池、またはゲル状電解
質電池である。具体的には、ポリマーバッテリ２０は、
図３に示すように、負極２１と、負極２１と対向して配
された正極２２と、負極２１と正極２２との間に配され
た高分子固体電解質２３とを備え、絶縁材料からなる外
装膜２４により覆われて密閉されてなるものである。そ
して、負極２１には負極端子２５が、正極２２には正極
端子２６がそれぞれ接続されており、これら負極端子２
５と正極端子２６は、外装膜２４の周縁部から外装膜２
４の外方へと引き出され、電流制御回路の必要箇所に接
続されている。

【００２０】負極２１は、負極活物質を含有する負極活
物質層２１ａが、負極集電体２１ｂ上に形成されてなる
ものである。この負極集電体２１ｂとしては、例えば銅
箔等の金属箔が用いられる。負極活物質層２１ａに含有
される負極活物質としては、作製する電池の種類により
異なり、特に限定されるものではない。例えば、リチウ
ム電池あるいはリチウムイオン電池を作製する場合、負
極活物質としては、リチウム金属やリチウム金属を含む
合金、並びに、リチウム金属の吸蔵放出が可能な炭素質
材料や、リチウム金属の吸蔵放出が可能な無機材料が用
いられる。

【００２１】リチウム金属を含む合金としては、リチウ
ム−アルミニウム合金、リチウム−亜鉛合金、リチウム
−スズ合金、リチウム−鉛合金、リチウム−インジウム
合金等が挙げられる。

【００２２】また、リチウム等のアルカリ金属の吸蔵放
出が可能な炭素質材料としては、例えば、ポリアセチレ
ンやポリピロール等の導電性ポリマ、熱分解炭素類、コ
ークス類（ピッチコークス、ニードルコークス、石油コ
ークス等）、黒鉛類、難黒鉛化炭素類、ガラス状炭素
類、有機高分子化合物焼成体（有機高分子材料を５００
℃以上の適温にて、真空下あるいは不活性ガス気流下で
焼成したもの。）、炭素繊維、活性炭等が挙げられる。
また、リチウムの吸蔵放出が可能な無機材料としては、
酸化スズ、酸化鉄、酸化チタン等の酸化物、ケイ素質材
料またはその化合物、スズ化合物等が挙げられる。この
ような材料から負極を形成するに際しては、公知の結着
剤等を添加することができる。

【００２３】正極２２は、正極活物質を含有する正極活
物質層２２ａが、正極集電体２２ｂ上に形成されてなる
ものである。この正極集電体２２ｂとしては、例えばア
ルミニウム箔等の金属箔が用いられる。正極活物質は、
作製する電池の種類によって異なり、特に限定さるもの
ではない。

【００２４】例えば、正極活物質は、リチウム電池、あ
るいはリチウムイオン電池を作製する場合、リチウムの
吸蔵放出が可能な材料であればよく特に限定されない。
例えば、正極活物質は、目的とする電池の種類に応じ
て、ＴｉＳ₂，ＭｏＳ₂，ＮｂＳｅ₂，Ｖ₂Ｏ₅等のリチウ
ムを含有しない金属酸化物や金属硫化物、または一般式
ＬｉｘＭＯ₂（ただしＭは、Ｃｏ，Ｎｉ，Ｍｎ等の遷移
金属を表し、０．０５≦ｘ≦１．１０である。）、また
はＬｉＮｉ_pＭ１_qＭ２_rＯ₂（ただしＭ１及びＭ２は、Ａ
ｌ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｚｎから選
ばれる少なくとも１種の元素であるか、またはＰ，Ｂ等
の非金属元素でも良い。また、ｐ＋ｑ＋ｒ＝１であ
る。）で表すことのできるリチウム遷移金属複合酸化物
が用いられる。特に、正極活物質としては、高電圧及び
高エネルギー密度が得られ、サイクル特性に優れる点か
ら、リチウムコバルト酸化物やリチウムニッケル酸化物
を用いることが好ましい。

【００２５】特に、これらリチウム遷移金属複合酸化物
は、高電圧を発生でき、エネルギー密度的に優れた正極
活物質となる。正極には、これらの正極活物質の複数種
を併せて使用しても良い。また、以上のような正極活物
質を使用して正極を形成するに際して、公知の導電剤や
結着剤等を添加することができる。

【００２６】ポリマーバッテリ２０に用いる固体電解質
としては、溶媒を一切含まない完全固体電解質を用いる
ことができる。溶媒を含まない完全固体電解質として
は、イオン伝導性高分子を用いた高分子固体電解質、更
にはイオン伝導性セラミクスあるいはイオン伝導性ガラ
スを用いた無機固体電解質電池等を用いることができ
る。

【００２７】例えば高分子固体電解質を形成するには、
ポリエチレンオキサイドに代表されるようなエーテル結
合を有する高分子マトリクス中に電解質を相溶させた高
分子複合体を使用することができる。このとき、電解質
としては、やはり通常の電池電解質に用いられる電解質
を用いることができ、ＬｉＰＦ₆、ＬｉＣｌＯ₄、ＬｉＡ
ｓＦ₆、ＬｉＢＦ₄、ＬｉＣＦ₃ＳＯ₃、ＬｉＮ（ＣＦ₃Ｓ
Ｏ₂）₂、ＬｉＣ（ＣＦ₃ＳＯ₂）₃、ＬｉＡｌＣｌ₄、Ｌｉ
ＳｉＦ₆等のリチウム塩を用いることができる。

【００２８】高分子マトリクスとしては、上述したポリ
エチレンオキシドのような直鎖状の高分子だけでなく、
側鎖構造を有した櫛形高分子、あるいは主鎖にシロキサ
ン構造、ポリフォスファゼン構造等の無機高分子構造を
有したもの等も使用することができるが、勿論、これら
に限られるものではない。

【００２９】あるいは、ポリマバッテリ２０は、通常の
固体電解質電池、ゲル状電解質電池とすることも可能で
ある。固体電解質電池、またはゲル状電解質電池を考え
た場合、高分子固体電解質２３に使用する高分子材料と
しては、シリコンゲル、アクリルゲル、アクリロニトリ
ルゲル、ポリフォスファゼン変成ポリマ、ポリエチレン
オキサイド、ポリプロピレンオキサイド、及びこれらの
複合ポリマや架橋ポリマ、変成ポリマ等、若しくはフッ
素系ポリマとして、例えばポリ（ビニリデンフルオロラ
イド）やポリ（ビニリデンフルオロライド−ｃｏ−ヘキ
サフルオロプロピレン）、ポリ（ビニリデンフルオロラ
イド−ｃｏ−テトラフルオロエチレン）、ポリ（ビニリ
デンフルオロライド−ｃｏ−トリフルオロエチレン）等
及びこれらの混合物が各種使用できるが、これらに限定
されるものではない。

【００３０】負極活物質層２１ａまたは正極活物質層２
２ａに積層されている固体電解質、またはゲル状電解質
は、高分子化合物と電解質塩と溶媒、（ゲル電解質の場
合は、更に可塑剤）からなる溶液を、負極活物質層２１
ａまたは正極活物質層２２ａに含浸させ、溶媒を除去
し、固体化したものである。負極活物質層２１ａまたは
正極活物質層２２ａに積層された固体電解質、またはゲ
ル状電解質は、その一部が負極活物質または正極活物質
に含浸されて固体化されている。架橋系の場合は、その
後、光または熱で架橋して固体化される。

【００３１】ゲル状電解質は、リチウム塩を含む可塑剤
と２重量％以上〜３０重量％以下のマトリクス高分子か
らなる。このとき、エステル類、エーテル類、炭酸エス
テル類等を単独または可塑剤の１成分として用いること
ができる。

【００３２】ゲル状電解質を調製するにあたり、このよ
うな炭酸エステル類をゲル化するマトリクス高分子とし
ては、ゲル状電解質を構成するのに使用されている種々
の高分子が利用できるが、酸化還元安定性から、例えば
ポリ（ビニリデンフルオロライド）やポリ（ビニリデン
フルオロライド−ｃｏ−ヘキサフルオロプロピレン）等
のフッ素系高分子を用いることが望ましい。

【００３３】高分子固定電解質２３は、リチウム塩とそ
れを溶解する高分子化合物からなり、高分子化合物とし
ては、ポリ（エチレンオキサイド）や同架橋体等のエー
テル系高分子、ポリ（メタクリレート）エステル系、ア
クリレート系、ポリ（ビニリデンフルオロライド）やポ
リ（ビニリデンフルオロライド−ｃｏ−ヘキサフルオロ
プロピレン）等のフッ素系高分子等を単独、または混合
して用いることができるが、酸化還元安定性から、例え
ばポリ（ビニリデンフルオロライド）やポリ（ビニリデ
ンフルオロライド−ｃｏ−ヘキサフルオロプロピレン）
等のフッ素系高分子を用いることが望ましい。

【００３４】リチウム塩は、電解質塩自体が上記ポリエ
ーテル共重合体に溶解して、イオン伝導性を示すもので
あれば良く、特に限定されるものではない。例えば、六
フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ₆）、過塩素酸リチウ
ム（ＬｉＣｌＯ₄）、六フッ化ヒ素リチウム（ＬｉＡｓ
Ｆ₆）、四フッ化ホウ酸リチウム（ＬｉＢＦ₄）、トリフ
ルオロメタンスルホン酸リチウム（ＬｉＣＦ₃ＳＯ₃）、
ビストリフルオロメチルスルホニルイミドリチウム
（［ＬｉＮ（ＣＦ₃ＳＯ₂）₂］）等の従来公知のリチウ
ム塩を用いることができる。これらリチウム化合物は、
単独で用いても複数を混合して用いても良い。

【００３５】上述のようにポリマーバッテリ２０は、電
解液を必要としないことから、液状の電解質を有する電
池と比較して、電池容器を簡易にすることができ、軽量
且つ柔軟にできる。そのためポリマーバッテリ２０は、
軽量及び柔軟性が要求される保温装置１に用いられて
も、漏液の心配もなく、電解液を用いる電池以上に高い
安全性を得ることができる。

【００３６】また、ポリマーバッテリ２０を保温部１０
の放熱面である第１の主面１０ａへ装着することは、ポ
リマーバッテリ２０自体の性能を考慮した上でも有利で
ある。ポリマーバッテリ２０は、一般に高温特性が良
く、温度が高い状態で、十分に能力を発揮することがで
きる。したがって、ポリマーバッテリ２０は、保温部１
０の放熱面に装着されることによって効率的に動作す
る。ただし、ポリマーバッテリ２０は、厚さが０．１ｍ
ｍ程度に成形することが可能であるため、ポリマーバッ
テリ２０を発熱側に設けても、第１の主面１０ａで発生
した熱はポリマーバッテリ２０を介して外部へと放熱さ
れ、第１の主面１０ａの発熱を損なうことにはならな
い。

【００３７】また、ペルチェ素子は、重ね合わせること
によって、より大きな温度差を生じるため、ペルチェ素
子を敷設しシート状にしたも保温部１０の複数枚を、第
１の主面１０ａと第２の主面１０ｂとが接するように積
層して用いても良い。

【００３８】なお、本発明は、上述した実施の形態に限
定されるものではない。保温装置１は、保温部１０の両
面が自在に使用できる形状であればよく、例えば放熱効
果を高めるために、全体形状を蛇腹状とされていても良
く、表裏両面使用可能な袋状に形成されていてもよい。

【００３９】さらに、保温装置１は、ポリマーバッテリ
２０の電力を他の電子機器へと供給するための接続端子
を備えていても良い。この場合、保温装置１は、対象物
を保温するだけでなく、ゼーベック効果によって得られ
た電力を、他の電子機器へと供給可能な電子機器の補助
電源として機能することができる。

【００４０】

【発明の効果】本発明に係る保温装置は、複数個のペル
チェ素子を敷設したシート状の保温部と、上記ペルチェ
素子の電源となるポリマーバッテリとを備える。

【００４１】したがって、本発明に係る保温装置は、対
象物の冷却状態を保持する場合及び加熱状態を保持する
場合の両方に使用可能で、かつゼーベック効果によって
内部に備えるポリマーバッテリを充電することが可能で
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態として示す保温装置の断面
図である。

【図２】本発明の実施の形態として示す保温装置の保温
部を一部切り欠いて示す斜視図である。

【図３】ポリマーバッテリの一構成例を示す要部概略断
面図である。

【符号の説明】

０保温装置、１０保温部、１０ａ第１の主面、１
０ｂ第２の主面、１１ａ，１１ｂ支持シート、１２
第１の熱電材料、１３第２の熱電材料、２０ポリ
マーバッテリ、２１負極、２２正極、２３高分子
固体電解質、２４外装膜、２５負極端子、２６正
極端子、３０外装材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数個のペルチェ素子を敷設したシート
状の保温部と、上記ペルチェ素子の電源となるポリマーバッテリとを備
えることを特徴とする保温装置。
【請求項２】上記保温部の第１の主面において放熱を
行い、第２の主面において吸熱を行うことを特徴とする
請求項１記載の保温装置。
【請求項３】上記ポリマーバッテリは、二次電池であ
り、ペルチェ素子が有するゼーベック効果によって充電
されることを特徴とする請求項１記載の保温装置。
【請求項４】上記ポリマーバッテリは、第１の主面と
略同形の主面形状を有し、上記ポリマーバッテリは、第１の主面で上記保温部と重
ね合わされ、上記保温部と上記ポリマーバッテリとが外装材によって
覆われていることを特徴とする請求項１記載の保温装
置。
【請求項５】可撓性を有することを特徴とする請求項
４記載の保温装置。