JP2006122588A - シート用加熱冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 第１の目的としてペルチェ素子をクッション部材よりも突き出さないように配設させることで座りごごちを損ねることなく、第２の目的として受熱した熱をシート内部に伝熱させないように熱伝導シートを構成させて表皮部に伝熱する熱の伝熱効率の向上が図れるシート用加熱冷却装置を実現する。
【解決手段】 熱伝導シート３は、表皮部２とクッション部材６との間に配設され、ペルチェ素子５２は、熱伝導シート３に伝熱により熱源を出力する第１熱交換部５２ａと、流体と熱交換させてシート１外に排熱する第２熱交換部５２ｂとから構成され、かつ熱伝導シート３の内側に第１熱交換部５２ａが接合するようにクッション部材６内に複数個点在させて配設されている。これにより、座りごごちを損ねることなく、伝熱効率の向上が図れる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、車両用シートの表皮部を冷却もしくは加温するシート用加熱冷却装置に関するものであり、特に、表皮部を冷却もしくは加温する熱伝導シートおよびそれに伝達するペルチェ素子の構成に関する。

従来、この種のシート用加熱冷却装置として、例えば、特許文献１に示すように、シートの座面付近に熱伝導率の高い熱伝導シートを位置させ、この熱伝導シートとペルチェ素子の一方の発熱面とを熱的に連結するとともに、ペルチェ素子の他方の発熱面を熱交換部に熱的に連結するように構成している装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開昭６２−１５９６１０号公報

しかしながら、上記特許文献１によれば、熱伝導シートは人が座る側となる表皮部に接する側に伝熱面積を大きく形成しているため、ペルチェ素子で発生した熱を効率的に熱伝導シートへ伝達させることができるが、熱伝導シートの片面がクッション部材側に接しているためクッション部材側のヒートマスが大きいときはシート内部への熱洩れが発生して人が座る側の表皮部に伝達する熱の伝熱効率が低下する問題がある。

また、ペルチェ素子の他方の発熱面が自然放熱による熱交換部で形成していることで、熱交換部の容積が大きくなって、シート内に収容させるには困難である。

さらに、熱伝導シートの内側に配設されるペルチェ素子が座りごごちを調節するクッション部材と熱伝導シートとの間に挟んだ状態で構成しているためこの部分における座りごごちが悪化する問題がある。

そこで、本発明は上記点を鑑みたものであり、第１の目的としてペルチェ素子をクッション部材よりも突き出さないように配設させることで座りごごちを損ねることなく、第２の目的として受熱した熱をシート内部に伝熱させないように熱伝導シートを構成させて表皮部に伝熱する熱の伝熱効率の向上が図れるシート用加熱冷却装置を提供することにある。

上記、目的を達成するために、請求項１ないし請求項８に記載の技術的手段を採用する。すなわち、請求項１に記載の発明では、シート（１）内に配設され、冷却もしくは加温するための熱源を出力するペルチェ素子（５２）と、このペルチェ素子（５２）の冷却もしくは加温する側から熱源が伝熱されてシート（１）の着座部および背当部の人が座る側の表皮部（２）を冷却もしくは加温する熱伝導シート（３）とを備えるシート用加熱冷却装置において、
熱伝導シート（３）は、表皮部（２）とフォーム材からなるクッション部材（６）との間に配設され、ペルチェ素子（５２）は、熱伝導シート（３）に伝熱により熱源を出力する第１熱交換部（５２ａ）と、流体と熱交換させてシート（１）外に排熱する第２熱交換部（５２ｂ）とから構成され、かつ熱伝導シート（３）の内側に第１熱交換部（５２ａ）が接合するようにクッション部材（６）内に複数個点在させて配設されていることを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、クッション部材（６）内にペルチェ素子（５２）を配設されていることにより、ペルチェ素子（５２）がクッション部材（６）よりも突き出さないので座りごごちを損ねることない。

請求項２に記載の発明では、クッション部材（６）には、ペルチェ素子（５２）を収容する第１溝部（６ａ）が複数個点在して形成されていることを特徴としている。請求項２に記載の発明によれば、具体的には第１溝部（６ａ）内に収容できることでペルチェ素子（５２）がクッション部材（６）の外方に突き出すことはない。

請求項３に記載の発明では、第１溝部（６ａ）は、第２熱交換部（５２ｂ）で排熱される流体の通風路となるように構成したことを特徴としている。請求項３に記載の発明によれば、第２熱交換部（５２ｂ）を強制送風で形成できることで第２熱交換部（５２ｂ）を小型にできるとともに、排熱側の熱交換効率を高めることで表皮部（２）に伝熱する熱の伝熱効率の向上が図れる。

請求項４に記載の発明では、クッション部材（６）には、ペルチェ素子（５２）を収容する第１溝部（６ａ）の他に、空気層を形成する第２溝部（６ｂ）が複数個形成されていることを特徴としている。請求項４に記載の発明によれば、クッション部材（６）側に空気断熱が形成されることで、熱伝導シート（３）の片面からの熱洩れの低減が図れる。

請求項５に記載の発明では、熱伝導シート（３）は、その内側にクッション部材（６）側に洩れる熱を断熱する断熱シート（４）が一体に構成されていることを特徴としている。請求項５に記載の発明によれば、人が座る側の表皮部（２）以外からのシート（１）内への熱洩れの低減が図れる。これにより、ペルチェ素子（５２）で発生した熱を効率的に表皮部（２）に伝熱できるとともに、表皮部（２）に伝熱する熱の伝熱効率の向上が図れる。

また、炎天下に車両を駐車した後など車室内およびシート（１）内のヒートマスが大きいときは、人が座る側の表皮部（２）のみに伝熱されるため表皮部（２）のみを速やかに冷却することができる。

請求項６に記載の発明では、熱伝導シート（３）は、第１熱交換部（５２ａ）が接合される近傍の板厚を、他の部位よりも厚く形成していることを特徴としている。請求項６に記載の発明によれば、板厚を厚くすることでその部分の熱抵抗が増加する。従って、第１熱交換部（５２ａ）から伝熱される熱が局部的に偏りなく均一に熱伝導シート（３）全般に伝熱させることができる。

請求項７に記載の発明では、熱伝導シート（３）は、表皮部（２）に一体に構成されていることを特徴としている。請求項７に記載の発明によれば、熱伝導シート（３）が表皮部（２）と一体に形成してもペルチェ素子（５２）との組付性が低下することなく容易に組付ができる。

請求項８に記載の発明では、熱伝導シート（３）は、カーボングラファイト、アルミニュームシート、銅シートのいずれか一つ、またはこれらの複合シートもしくはシート状からなるヒートパイプであることを特徴としている。請求項８に記載の発明によれば、これらの一つを用いることでペルチェ素子（５２）で発生した熱を効率的に人が座る側の表皮部（２）に伝熱できる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態の具体的手段との対応関係を示すものである。

以下、本発明の一実施形態におけるシート用加熱冷却装置を図１ないし図４に基づいて説明する。図１はシート用加熱冷却装置の全体構成を示す模式図であり、図２は本実施形態におけるペルチェ素子５２の概略構成を示す斜視図である。また、図３は本発明の要部におけるペルチェ素子５２のクッション部材６への搭載形態を示す模式図である。図４は図１に示すＡ部詳細図である。

本実施形態のシート用加熱冷却装置は、図１に示すように、背当部１ａおよび着座部１ｂからなるシート１内に配設されており、背当部１ａ側、着座部１ｂ側にそれぞれ、冷却もしくは加温するための熱源を出力する加熱冷却装置であるペルチェ素子５２と、このペルチェ素子５２の冷却もしくは加温する側から伝熱されシート１の表皮部２を冷却もしくは加温する熱伝導シート３と、この熱伝導シート３の内側に配設する断熱シート４と、送風機５１とから構成している。

まず、ペルチェ素子５２は、電力を熱に変換する周知の熱電素子であり、図２に示すように、第１熱交換部５２ａと第２熱交換部５２ｂとからなるものであり、図示しない直流電源に電気的に接続されている。第１熱交換部５２ａおよび第２熱交換部５２ｂは、内部に熱電半導体に接続された電極部（図示せず）と外部に多数の放熱、吸熱フィン部とから構成され、電流の流れる方向により電極部（図示せず）で発生する低温状態もしくは高温状態の熱を熱交換するものである。

一方の第１熱交換部５２ａは、後述する熱伝導シート３の内側に接合するように配設して、熱源である低温状態もしくは高温状態の熱を熱伝導シート３に伝熱するように構成している。他方の第２熱交換部５２ｂは、熱源である低温状態もしくは高温状態の熱を空間７に設けられた送風機５１で導かれた車室内空気と熱交換するように構成している。

因みに、第１熱交換部５２ａから冷却の熱源を熱伝導シート３に伝熱するときは、第２熱交換部５２ｂ側は車室内空気が加温される。逆に、第１熱交換部５２ａから加温の熱源を熱伝導シート３に伝熱するときは、第２熱交換部５２ｂ側は車室内空気が冷却される。

従って、本実施形態のペルチェ素子５２は、一方の第１熱交換部５２ａ側を熱伝導シート３の内側に接合するように構成し、他方の第２熱交換部５２ｂ側を熱交換された排熱をシート１外に送風できるように構成している。

さらに、第１熱交換部５２ａが熱伝導シート３の内側に接合するように構成していることで、このペルチェ素子５２が配設される部分の座りごごちを確保するため、第１熱交換部５２ａが熱伝導シート３の内側に接合するようにクッション部材６内にペルチェ素子５２を複数個点在させて収容するようにしている。

具体的には、図３に示すように、クッション部材６にペルチェ素子５２を収容するための第１溝部６ａをそれぞれ形成し、それぞれの第１溝部６ａに送風機５１で導かれた車室内空気が第２熱交換部５２ｂに流通するように形成するとともに、導かれた車室内空気が第２熱交換部５２ｂで熱交換され、その排熱がシート１外に排出できる通風路を形成している（図中に示す矢印方向）。

因みに、図３に示す一例では、ペルチェ素子５２を熱伝導シート３の内側に第１熱交換部５２ａが接合するように６個点在させて第１溝部６ａに収容するように配設したものであって、送風機５１で導かれた車室内空気がクッション部材６の中央部に導いて、その中央部から放射状に形成された第１溝部６ａに分流させてペルチェ素子５２に流れるように形成すると空間７に設けた一つの送風機５１で上述した通風路を形成することができる。

ここで、クッション部材６は、熱伝導シート３の内側に配設されてフォーム材からなる周知のクッション材であって、シート１の座りごごちを確保する機能を有する。また、シート１外に排熱する第２熱交換部５２ｂ側で冷却もしくは加温された排熱は図示しない排気管を介して車室外に排出されるようにしている。

次に、熱伝導シート３は、図１および図４に示すように、人が座る側の表皮部２の内側に一体となるように構成し、ペルチェ素子５２の第１熱交換部５２ａから伝熱された熱を伝熱により全面に広げるとともに、表皮部２を冷却もしくは加温するものである。

従って、熱伝導率の高いカーボングラファイトからなる平板状のフレキシブルシートで形成することにより、第１熱交換部５２ａから受熱した熱を全面に均等に広げることができるとともに、フレキシブルであるために座りごごちを損ねることはない。

また、熱伝導シート３の内側には、断熱材からなる断熱シート４が一体に構成しており、熱伝導シート３に伝熱された熱をシート１内へ熱洩れさせないように断熱を施してある。つまり、ペルチェ素子５２と接合する部分以外には断熱シート４を介してクッション部材６に配設される。

従って、ペルチェ素子５２は、この断熱シート４よりも外部に突き出さないようにクッション部材６の第１溝部６ａ内に収容することで表皮部２表面に凹凸がなくシート１の座りごごちを確保することができる。

また、人が接触する表皮部２以外は熱伝導シート３に断熱シート４が配設されることで、この部分からの熱洩れの低減ができる。従って、ペルチェ素子５２で発生した熱を効率的に人が接触する表皮部２に伝熱できる。

ところで、断熱シート４の内側に配設されるクッション部材６には、第１溝部６ａの他に、空気層からなる第２溝部６ｂを複数個形成しても良い。これによれば、第２溝部６ｂで空気断熱が形成できることで、熱伝導シート３からの熱洩れをさらに防止することができる。

なお、本実施形態では、熱伝導シート３を熱伝導率の高いカーボングラファイトを用いたが、これに限らず、アルミニュームシート、銅シートのいずれか一つ、またはこれらの複合シートもしくはシート状からなるヒートパイプなどを用いても良い。

また、図１に示す８は金属からなる骨格フレームである。さらに、送風機５１およびペルチェ素子５２は図示しないシート空調制御装置により制御されるように構成している。
さらに、熱伝導シート３には、その表面温度を検出する温度センサ（図示せず）が設けられ、温度センサで検出された温度情報がシート空調制御装置に入力するように接続されている。つまり、送風機５１およびペルチェ素子５２は熱伝導シート３の表面温度に基づいて制御している。

また、図示しない操作パネルはシート１に着座した状態で操作できる位置に設けられており、シート空調運転の運転、停止を切り替える運転スイッチ（図示せず）、冷却もしくは加温の一方を選択する選択スイッチ（図示せず）、設定温度調節スイッチ（図示せず）などが配設されている。

そして、これらの操作情報がシート空調制御装置に入力するように接続され、これらの操作情報に基づいて送風機５１およびペルチェ素子５２が制御される。ところで、熱伝導シート３の内側に接合されるペルチェ素子５２は、第１熱交換部５２ａがはんだ付けで熱伝導シート３に接合するようにしている。

次に、以上の構成によるシート用加熱冷却装置の作動を説明する。運転スイッチ（図示せず）を操作することで選択スイッチ（図示せず）で選択された側の運転モードによる送風機５１およびペルチェ素子５２の運転が開始する。

例えば、表皮部２を冷却したいときには、選択スイッチ（図示せず）を冷却側に選択しておいた後、運転スイッチ（図示せず）を操作することより、第１熱交換部５２ａが低温状態、第２熱交換部５２ｂが高温状態となり、第１熱交換部５２ａ側の低温状態の熱が熱伝熱シート３に伝熱され、その伝熱された熱で表皮部２が冷却される。

一方、表皮部２を加温したいときには、選択スイッチ（図示せず）を加温側に選択しておいた後、運転スイッチ（図示せず）を操作することより、第１熱交換部５２ａが高温状態、第２熱交換部５２ｂが低温状態となり、第１熱交換部５２ａ側の高温状態の熱が熱伝熱シート３に伝熱され、その伝熱された熱で表皮部２が加温される。

これにより、熱伝熱シート３が第１熱交換部５２ａから冷却もしくは加温されることで表皮部２が冷却もしくは加温されるが、表皮部２以外には断熱シート４および第２溝部６ｂを配設しているのでシート１内への熱洩れを防止することができる。

従って、ペルチェ素子５２で発生した熱を効率的に表皮部２に伝熱できるとともに、表皮部２に伝熱する熱の伝熱効率の向上が図れる。因みに、炎天下に車両を駐車した後など、車室内およびシート１内のヒートマスが大きいときには、人が座る側の表皮部２のみが速やかに冷却することができる。

また、第１溝部６ａを第２熱交換部５２ｂで排熱される流体の通風路となるように形成したことにより、第２熱交換部５２ｂを強制送風で形成できることで第２熱交換部５２ｂを小型にできるとともに、排熱側の熱交換効率を高めることで表皮部に伝熱する熱の伝熱効率の向上が図れる。

以上の一実施形態によるシート用加熱冷却装置によれば、熱伝導シート３は、表皮部２とクッション部材６との間に配設され、ペルチェ素子５２は、熱伝導シート３に伝熱により熱源を出力する第１熱交換部５２ａと、流体と熱交換させてシート１外に排熱する第２熱交換部５２ｂとから構成され、かつ熱伝導シート３の内側に第１熱交換部５２ａが接合するようにクッション部材６内に複数個点在させて配設されていることにより、ペルチェ素子５２がクッション部材６よりも外方に突き出さないので表皮部２表面に凹凸がなく座りごごちを損ねることない。

また、クッション部材６に形成する第１溝部６ａを第２熱交換部５２ｂで排熱する流体の通風路となるように形成したことにより、第２熱交換部５２ｂを強制送風で形成できることで第２熱交換部５２ｂを小型にできるとともに、排熱側の熱交換効率を高めることで表皮部に伝熱する熱の伝熱効率の向上が図れる。

また、熱伝導シート３の内側にクッション部材６側に洩れる熱を断熱する断熱シート４が一体に構成されていることにより、人が座る側の表皮部２以外からのシート１内への熱洩れの低減が図れる。これにより、ペルチェ素子５２で発生した熱を効率的に表皮部２に伝熱できるとともに、表皮部２に伝熱する熱の伝熱効率の向上が図れる。

さらに、クッション部材６にペルチェ素子５２を収容する第１溝部６ａの他に、空気層を形成する第２溝部６ｂが複数個形成されていることにより、熱伝導シート３の片面からの熱洩れの低減が図れる。

また、熱伝導シート３は、表皮部２に一体に構成されていることにより、熱伝導シート３が表皮部２と一体に形成してもペルチェ素子５２との組付性が低下することなく容易に組付ができる。

さらに、熱伝導シート３をカーボングラファイト、アルミニュームシート、銅シートのいずれか一つ、またはこれらの複合シートもしくはシート状からなるヒートパイプのうち一つを用いることにより、ペルチェ素子５２で発生した熱を効率的に人が座る側の表皮部２に伝熱できる。

（他の実施形態）
以上の一実施形態では、熱伝導シート３の板厚を、図４に示すように、同一で形成したが、これに限らず、図５に示すように、第１熱交換部５２ａが接合される近傍の板厚のみを他の部位よりも厚く形成しても良い（Ｔ１＞Ｔ２）。

これによれば、第１熱交換部５２ａが接合する近傍では、板厚が厚くなることで熱抵抗が増加する。従って、第１熱交換部５２ａが接合する近傍は熱抵抗が増加するため、熱抵抗の小さい側に熱を広げることができる。

本発明の一実施形態におけるシート用加熱冷却装置の全体構成を示す模式図である。 本発明の一実施形態におけるペルチェ素子５２の概略構成を示す斜視図である。 本発明の要部におけるペルチェ素子５２のクッション部材６への搭載形態を示す模式図である。 図１に示すＡ部詳細図である。 他の実施形態におけるシート用加熱冷却装置の全体構成を示す縦断面図である。

符号の説明

１…シート
２…表皮部
３…熱伝導シート
４…断熱シート
６…クッション部材
６ａ…第１溝部
６ｂ…第２溝部
５１…送風機
５２…ペルチェ素子
５２ａ…第１熱交換部
５２ｂ…第２熱交換部

Claims (8)

1. シート（１）内に配設され、冷却もしくは加温するための熱源を出力するペルチェ素子（５２）と、
   前記ペルチェ素子（５２）の冷却もしくは加温する側から熱源が伝熱されて前記シート（１）の着座部および背当部の人が座る側の表皮部（２）を冷却もしくは加温する熱伝導シート（３）とを備えるシート用加熱冷却装置において、
   前記熱伝導シート（３）は、前記表皮部（２）とフォーム材からなるクッション部材（６）との間に配設され、
   前記ペルチェ素子（５２）は、前記熱伝導シート（３）に伝熱により熱源を出力する第１熱交換部（５２ａ）と、流体と熱交換させて前記シート（１）外に排熱する第２熱交換部（５２ｂ）とから構成され、かつ前記熱伝導シート（３）の内側に前記第１熱交換部（５２ａ）が接合するように前記クッション部材（６）内に複数個点在させて配設されていることを特徴とするシート用加熱冷却装置。
2. 前記クッション部材（６）には、前記ペルチェ素子（５２）を収容する第１溝部（６ａ）が複数個点在して形成されていることを特徴とする請求項１に記載のシート用加熱冷却装置。
3. 前記第１溝部（６ａ）は、前記第２熱交換部（５２ｂ）で排熱される流体の通風路となるように構成したことを特徴とする請求項２に記載のシート用加熱冷却装置。
4. 前記クッション部材（６）には、前記ペルチェ素子（５２）を収容する前記第１溝部（６ａ）の他に、空気層を形成する第２溝部（６ｂ）が複数個形成されていることを特徴とする請求項２に記載のシート用加熱冷却装置。
5. 前記熱伝導シート（３）は、その内側に前記クッション部材（６）側に洩れる熱を断熱する断熱シート（４）が一体に構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載のシート用加熱冷却装置。
6. 前記熱伝導シート（３）は、前記第１熱交換部（５２ａ）が接合される近傍の板厚を、他の部位よりも厚く形成していることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載のシート用加熱冷却装置。
7. 前記熱伝導シート（３）は、前記表皮部（２）に一体に構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載のシート用加熱冷却装置。
8. 前記熱伝導シート（３）は、カーボングラファイト、アルミニュームシート、銅シートのいずれか一つ、またはこれらの複合シートもしくはシート状からなるヒートパイプであることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載のシート用加熱冷却装置。

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