JP2007230631A - 温度管理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】温度管理を行う制御基板を温度管理対象物に密接配置できるようにし、制御基板配置のための特別なスペースを不要とする。
【解決手段】通電により発熱と吸熱を行う可撓性熱源部材３０を、温度管理対象物であるペットボトル１を囲むように配置する。可撓性熱源部材３０は、片面に電極３２ａ、３２ｂを形成した２枚の熱伝導性ポリマー膜３１ａ、３１ｂを、電極同士向かい合わせるように配置し、その向かい合わせの電極の間にサーモ・モジュール３３を配置したものである。可撓性熱源部材３０の温度制御を行う制御基板４０は、可撓性基板上に有機トランジスタを使用して回路を構成したものである。可撓性熱源部材３０と制御基板４０は袋状の容器１０の素材２０の内部に配置される。可撓性熱源部材３０の適所には制御基板４０のための温度検知手段であるサーミスタ３５が配置される。
【選択図】図１

Description

本発明は保温又は保冷の目的で用いられる温度管理装置に関する。

温度管理対象物を加温したり冷却したりして目標の温度（温度帯）に維持する温度管理装置は、広い分野で、また様々な形で実用化されている。その例を特許文献１−４に見ることができる。

特許文献１には、ペルチエ素子を用いて液体収容容器を冷却したり、加熱したりする液体収容容器保温装置が記載されている。

特許文献２には、ＲＴＣサーミスタと線状ヒータで缶を加熱し、ペルチエ素子で缶を冷却する缶の温度制御装置が記載されている。

特許文献３には、衣服地に装着した保温・保冷チューブ内の媒体をペルチエ素子モジュールの放熱・吸熱作用で熱交換して保温・保冷を行う保温・保冷衣が記載されている。

特許文献４には、ペルチエ素子の発熱作用と吸熱作用で缶飲料を保温・保冷する容器入り飲料の保温・保冷装置が記載されている。

特許文献５には、各種検知に用いることができるフレキシブル検知装置が記載されている。
特開２００３−３０４９７７号公報（［００４４］、図１−５） 特開２０００−２３１６６７号公報（［００２３］−［００２６］、図１−７） 再表９８／２３２３５号公報（第５−７頁、図１−６） 特開平８−２９０１０号公報（［０００８］−［００１２］、図１−３） 特開２００５−１５０１４６号公報（［００１７］−［００３５］、図１−５）

温度管理対象物の温度管理は、それが単純なＯＮ−ＯＦＦ制御で済めば話は簡単であるが、温度管理対象物の各部の温度をモニターし、各部とも所定の温度が得られるように制御するとなると複雑な制御が求められる。そのような制御を実現するハードウェアとしてはある程度の大きさの制御基板が必要となり、また制御基板を設置する空間や囲いが必要となり、占有スペースや部品コストの増大を覚悟しなければならなかった。

本発明は上記の点に鑑みなされたものであって、温度管理を行う制御基板を温度管理対象物に密接配置できるようにし、制御基板配置のための特別なスペースを不要としたものである。また熱源と制御基板の囲いを共通化して、コストをかけることなく制御基板を保護できるようにしたものである。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、通電により発熱と吸熱を行うものであって、温度管理対象物を囲むように配置された可撓性熱源部材と、この可撓性熱源部材の温度制御を行う制御基板とを備え、前記制御基板は可撓性基板上に有機トランジスタを使用して回路を構成し、前記温度管理対象物に密接配置されることを特徴とする温度管理装置であるものとする。

この構成によると、温度制御を行う制御基板は可撓性基板上に有機トランジスタを使用して回路を構成したものであるから、温度管理対象物の形状や表面の凹凸に合わせて曲げることができ、可撓性熱源部材と共に温度管理対象物に密接して配置することが可能となる。これにより、制御基板配置のための特別なスペースは不要となる。また可撓性熱源部材と制御基板を近接して配置できるので配線が短くて済み、断線の危険が少ない。

請求項２の発明は、請求項１の温度管理装置において、前記可撓性熱源部材は、片面に電極を形成した２枚の熱伝導性ポリマー膜を、電極同士向かい合わせるように配置し、その向かい合わせの電極の間にサーモ・モジュールを配置したものであるものとする。

この構成によると、２枚の熱伝導性ポリマー膜の間にサーモ・モジュールを配置して可撓性のある熱源部材を構成し、これを温度管理対象物に密接させることにより、サーモ・モジュールによる加熱又は冷却作用を効果的に温度管理対象物に及ぼすことができる。

請求項３の発明は、請求項２の温度管理装置において、前記可撓性熱源部材の適所に、前記制御基板のための温度検知手段であるサーミスタが配置されるものとする。

この構成によると、可撓性熱源部材の適所にサーミスタが配置されているから、熱源の広がりの中で必要な箇所の温度を知り、的確に温度管理を行うことができる。

請求項４の発明は、請求項２又は３の温度管理装置において、袋状の容器を備え、この容器の素材の内部に前記可撓性熱源部材と前記制御基板が配置されるものとする。

この構成によると、袋状の容器で温度管理対象物を包み、正確な温度管理を行うことができる。また容器素材の中に可撓性熱源部材と制御基板を入れることにより、可撓性熱源部材と制御基板の保護も達成される。

請求項５の発明は、請求項４の温度管理装置において、前記容器素材は前記保温対象物に面するライナー層と外部に面する保護層を備え、前記ライナー層と保護層との間に前記可撓性熱源部材が配置され、さらに、この可撓性熱源部材と保護層との間に前記制御基板が配置されるものとする。

この構成によると、容器素材は温度管理対象物に面するライナー層と外部に面する保護層を備えるものとし、ライナー層と保護層との間に可撓性熱源部材を配置して熱がライナー層を通じて温度管理対象物に伝わるようにするとともに、制御基板は可撓性熱源部材と保護層の間に配置したから、温度管理対象物への熱伝達が制御基板によって阻害されることがない。

以上のように本発明の温度管理装置は、可撓性基板上に有機トランジスタを使用して回路を構成した可撓性の制御基板を温度制御に用いるので、可撓性熱源部材のみならず、制御基板も温度管理対象物密接して配置することができ、制御基板配置のための特別なスペースは不要となる。また袋状の容器の素材の内部に可撓性熱源部材と制御基板を配置し、この容器で温度管理対象物を包むことにより、温度管理対象物を正確に温度管理することができる。

以下、添付図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。図１―３は第１実施形態を示すものであり、図１は温度管理対象物と温度管理装置の概略正面図、図２は温度管理装置を構成する容器の部分拡大断面図、図３はブロック構成図である。

図１において、温度管理対象物となるのは飲料のペットボトルであり、温度管理装置はペットボトルホルダーである。ペットボトル１は飲み口２の部分だけ外に出す形で袋状の容器１０に入れられる。容器１０は巾着袋形式であって、ドローコード１１を引くことにより袋の口を絞ることができるようになっている。ドローコード１１の先端にはグリップ部１２が設けられている。

容器１０は、素材２０（図２参照）を袋状に縫製して形成される。素材２０は、ペットボトル１に面するライナー層２１と、外部に面する保護層２２とを合わせたものであり、ライナー層２１と保護層２２の間に、可撓性熱源部材３０と、同じく可撓性の制御基板４０が配置されている。ライナー層２１には伝熱性と防水性に優れる布帛を選択し、保護層２２には伝熱性、引張強度、耐摩耗性などに優れる布帛を選択するのがよい。

可撓性熱源部材３０は次のように構成される。まず２枚の熱伝導性ポリマー膜３１ａ、３１ｂを用意する。熱伝導性ポリマーとしては例えば放熱性シリコーンゴムを使用することができる。熱伝導性ポリマー膜３１ａ、３１ｂは各々片面に所定パターンの電極３２ａ、３２ｂが形成されている。電極３２ａ、３２ｂは導電性高分子又は金属箔からなる。

熱伝導性ポリマー膜３１ａ、３１ｂを、電極３２ａ、３２ｂが向かい合わせるように配置する。そして電極３２ａ、３２ｂの間にサーモ・モジュール３３を配置する。サーモ・モジュール３３は２つの電極の間に熱電材料が挟まれた構造であり、代表的なものとしてはペルチエ素子がある。ペルチエ素子はビスマスとテルルの合金からなり、Ｐ型とＮ型の２種類がある。ペルチエ素子は通電により一端が発熱し、他端で吸熱する。発熱側と吸熱側は通電方向によって切り替えることができるので、加温・冷却どちらにも使用できる。

サーモ・モジュール３３の両端は電極３２ａ、３２ｂに電気的に接続される。電極３２ａ、３２ｂは、電極３２ａ→サーモ・モジュール３３→電極３２ｂ→サーモ・モジュール３３→電極３２ａという連鎖が広がるようにパターン設計がなされている。但し全てのサーモ・モジュール３３が一つにつながっている訳ではない。可撓性熱源部材３０の内部で、サーモ・モジュール３３は何個かずつにブロック分けして接続され、ブロック単位で発熱と吸熱の制御がなされるようになっている。なおブロックの数が多くなると演算の負担が増えるので、無闇にブロックの数を増やすことは得策ではない。本実施形態のようにペットボトル１が温度管理対象であるような場合には「上部」「中間部」「下部」の３ブロックくらいに分けておくのが適当である。サーモ・モジュール３３の接続完了後、サーモ・モジュール３３を断熱材３４でシーリングする。

制御基板４０は特許文献５に記載されたフレキシブル検知装置と同様のものであって、可撓性基板上にスイッチング機能を有する有機トランジスタを使用して制御回路４１（図３参照）を構成している。制御基板４０は可撓性熱源部材３０と保護層２２の間に配置されている。制御基板４０の図示しない出力端子に可撓性熱源部材３０のサーモ・モジュール３３が、上述のブロック単位で接続される。

可撓性熱源部材３０の適所にサーミスタ３５が配置されている。サーミスタ３５は制御基板４０のための温度検知手段となるものであり、熱伝導性ポリマー膜３１ａの表面に配置される。サーミスタ３５はチップ型サーミスタであり、面積が小さく、また複数箇所に分散して配置されるため、可撓性熱源部材３０の可撓性を損なうことはない。なお可撓性熱源部材３０とライナー層２１の間にはもう１枚の熱伝導性ポリマー膜３６があり、サーミスタ３５を液体から保護している。

サーモ・モジュール３３のブロック数をあまり多くしないのと同じ理由で、サーミスタ３５の数も多すぎないのがよい。サーモ・モジュール３３のブロック毎に１個とするくらいが適当である。

制御基板４０上に形成された制御回路４１を中心とするブロック構成を図３に示す。電源となるのはドローコード１１のグリップ部１２に入れられた電池１３である。制御回路４１にはサーモ・モジュール３３及びサーミスタ３５の他、ＯＮ−ＯＦＦや加熱と冷却の切り替えを行う操作部４２が接続されている。操作部４２はグリップ部１２の表面に設けてもよく、容器１０の表面に設けてもよい。なお図３ではサーモ・モジュール３３とサーミスタ３５がそれぞれ複数のものの集合として表されている。

容器１０は次のようにして用いる。まず容器１０の口を開いておき、ペットボトル１を入れる。容器１０の底までペットボトル１を押し込んだらドローコード１１を引いて容器１０の口を引き絞り、中から熱がもれないようにする。それから操作部４２を操作し、サーモ・モジュール３３に通電する。「保温」の設定に従って通電すれば、サーモ・モジュール３３は熱伝導性ポリマー膜３１ａの側が発熱側、熱伝導性ポリマー膜３１ｂの側が吸熱側となり、ペットボトル１は加温される。「保冷」の設定に従って通電すれば、サーモ・モジュール３３は熱伝導性ポリマー膜３１ａの側が吸熱側、熱伝導性ポリマー膜３１ｂの側が発熱側となり、ペットボトル１は冷却される。

サーミスタ３５はそれが配置された箇所の温度を制御回路４１に伝える。ペットボトル１の上部・中間部・下部の３箇所にサーミスタ３５が配置されている場合、そして設定が「保温」である場合、ペットボトル１の中味の飲料を消費して行くと、上部にあるサーミスタ３５が中間部と下部のサーミスタ３５より高温を示し始める。これは、液体が空気に置き換わったため、容易に熱せられるようになったからである。制御回路４１は、ペットボトル１の上部が空になったと判定したときはサーモ・モジュール３３の上部ブロックへの通電を停止し、無駄な電力消費を防ぐ。中間部まで空になったと判定したときはサーモ・モジュール３３の中間部ブロックへの通電も停止する。ペットボトル１がすっかり空になったと判定したときは全てのサーモ・モジュール３３に対する通電を停止する。このようにきめ細かな温度管理を行うことにより、ペットボトル１の温度を一定に保ち、かつ電力消費も削減することができる。

第１実施形態の構成によると、可撓性基板上に有機トランジスタを使用して回路を構成した可撓性の制御基板４０を温度制御に用いるので、可撓性熱源部材３０のみならず、制御基板４０も温度管理対象物であるペットボトル１に密接して配置することができ、制御基板４０配置のための特別なスペースは不要となる。また袋状の容器１０の素材２０の内部に可撓性熱源部材３０と制御基板４０を配置し、この容器１０でペットボトル１を包むことにより、ペットボトル１を正確に温度管理することができる。

本発明の第２実施形態を図４に示す。図４は温度管理対象物と温度管理装置の概略正面図である。

第２実施形態の温度管理対象物は液体の配管５０で、これにリボン状の可撓性熱源部材６０が螺旋状に巻き付けられている。第１実施形態の可撓性熱源部材３０と同様、可撓性熱源部材６０は２枚の熱伝導性ポリマー膜の間にサーモ・モジュールを挟んでシーリングし、適所にサーミスタを配置した構成になっている。制御基板７０も有機トランジスタを使用して回路を構成した可撓性のものであり、可撓性熱源部材６０の外側から配管５０に密接する形で配置されている。サーモ・モジュールがブロック分けされていること、そのブロック単位でサーミスタが配置されていることなどは第１実施形態と同様である。但し制御基板７０は電池ではなく商用交流電源８０で機能する。

以上本発明の実施形態につき説明したが、発明の主旨を逸脱しない範囲でさらに種々の変更を加えて実施することができる。

本発明は室温を中心としてプラスマイナス数十℃程度の温度管理を行う温度管理装置に利用可能である。

第１実施形態に係る温度管理対象物と温度管理装置の概略正面図 温度管理装置を構成する容器の部分拡大断面図 ブロック構成図 第２実施形態に係る温度管理対象物と温度管理装置の概略正面図

符号の説明

１ ペットボトル（温度管理対象物）
１０ 容器
１３ 電池
２０ 素材
２１ ライナー層
２２ 保護層
３０ 可撓性熱源部材
３１ａ、３１ｂ 熱伝導性ポリマー膜
３２ａ、３２ｂ 電極
３３ サーモ・モジュール
３５ サーミスタ
４０ 制御基板
４１ 制御回路
４２ 操作部
５０ 配管（温度管理対象物）
６０ 可撓性熱源部材
７０ 制御基板

Claims (5)

1. 通電により発熱と吸熱を行うものであって、温度管理対象物を囲むように配置された可撓性熱源部材と、この可撓性熱源部材の温度制御を行う制御基板とを備え、前記制御基板は可撓性基板上に有機トランジスタを使用して回路を構成し、前記温度管理対象物に密接配置されることを特徴とする温度管理装置。
2. 前記可撓性熱源部材は、片面に電極を形成した２枚の熱伝導性ポリマー膜を、電極同士向かい合わせるように配置し、その向かい合わせの電極の間にサーモ・モジュールを配置したものであることを特徴とする請求項１に記載の温度管理装置。
3. 前記可撓性熱源部材の適所に、前記制御基板のための温度検知手段であるサーミスタが配置されることを特徴とする請求項２に記載の温度管理装置。
4. 袋状の容器を備え、この容器の素材の内部に前記可撓性熱源部材と前記制御基板が配置されることを特徴とする請求項２又は３に記載の温度管理装置。
5. 前記容器素材は前記温度管理対象物に面するライナー層と外部に面する保護層を備え、前記ライナー層と保護層との間に前記可撓性熱源部材が配置され、さらに、この可撓性熱源部材と保護層との間に前記制御基板が配置されることを特徴とする請求項４に記載の温度管理装置。

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