JP2012013238A

JP2012013238A - ペルチェ素子を用いた空調機及び空調機用装着器具

Info

Publication number: JP2012013238A
Application number: JP2008273689A
Authority: JP
Inventors: Toshihiro Tsuru; 俊洋都留
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-10-24
Filing date: 2008-10-24
Publication date: 2012-01-19
Also published as: WO2010047382A1

Abstract

【課題】
冷房及び暖房の少なくとも一方を従来より効率的かつピンポイントで身体の任意の場所に対して可能な空調機を提供する。
【解決手段】
身体に直接もしくはシャツ等の着衣の上から間接的に触れたペルチェ素子とペルチェ素子に接続された電源からの電力をペルチェ素子に供給するコントローラーを備え、前期ペルチェ素子に直流電圧を印加することによるペルチェ効果により身体の所定部位をピンポイントで冷却または暖房し、冷房使用時に放熱部の冷却に使用した水分を含む排気を出すための経路を設けることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

発明の属する技術分野

本発明は、熱電半導体であるペルチェ素子を用いた装・脱着可能な空調機及び空調機用装着器具に関するものである。

従来、熱により身体に負担のかかる環境下で利用される冷却機能を有する冷房服がある。
この冷房服は、胸部、腹部、首周りに設けられた保冷材用ポケットに保冷剤を収納し、人間の身体をクールダウンさせるものなどがある。一方、冷凍・冷蔵室内等や冬季の野外等
の環境下で使用される防寒具として、ジャケットやコートあるいは抵抗発熱を利用した電気ジャケットなどが知られている。また暖房器具として使い捨て懐炉などもある。（非特許文献１）

しかし、上述した従来の冷房服や暖房器具・暖房服には以下のような問題点があった。
（１）保冷材等を使用する冷房服は、時間の経過と共に、保冷材が溶けてその冷却能力が
低下し、長時間の使用には耐えられず、また、着用するごとに保冷材を取り替え、これを
また冷凍保存しておくなど手間がかかり煩雑である。
（２）使い捨て懐炉は、金属粉末の酸化反応の終了とともに発熱効果もなくなるため、その使用可能期間はせいぜい１日と非常に短い。
（３）抵抗発熱を利用した電気ジャケットなどの暖房服は、その暖房効果を十分に発揮させる程度に抵抗発熱体を暖房服に埋め込む必要があり、暖房服の重量増加を招く。
（４）通常の場合、暖房能力を高めようとすると断熱のための保温層を厚くする必要が生じるため、着用すると動きづらく作業性が悪い。
（５）保温能力は保温層の厚さに依存するため、環境に応じて適切な温度調整をすることは困難である。

この問題を解消する技術としては、被服地に埋設されたペルチェ素子を用いて、冷房、暖房することができる冷暖房服が提案されている。（特許文献１）（特許文献２）

"クールスーツ"〔online〕、未来研究所ＡＮＺＥＮＭＡＬＬ〔平成１５年２月１０日〕、インターネット＜URL http//www.anzen.ne.jp/scoolsuit.html＞. 特開２００４−２６３３２５号公報特開２００８−０３１５８１号公報

しかしながら、特許文献１、特許文献２に記載されている技術においては、ペルチェ素子の性能を効率的に引き出せていないという問題と固定式で移動できないという問題があった。

本発明は、上述した問題点を解決するために身体の任意の場所に対して、冷房と暖房を任意に切り替えることが出来、温度調節も可能な空調機とその空調機を装着するための器具とを提供することを目的とする。

本発明は身体に直接もしくはシャツ等の着衣の上から間接的に触れたペルチェ素子とペルチェ素子に接続された電源からの電力をペルチェ素子に供給するコントローラーを備え、
前記ペルチェ素子に直流電圧を印加することによるペルチェ効果により身体の所定部位を冷却または暖房し、冷房使用時に放熱部の冷却に使用した水分を含む排気を効率的に出すための経路を設けれることを特徴とするペルチェ素子を用いた空調機とその空調機を装着するための器具とを提供する。

ペルチェ素子を使用した冷房が普及しない要因と言われているペルチェ素子自体が持つ熱の放出を効率的に行うために、冷房使用時に放熱部に対してミスト等の水分を放熱部に触れることで水が蒸発するときに熱を奪う仕組みを使うことにより、効率のよい冷房ができる。

同様に、冷房使用時に放熱部のヒートシンクに毛細管構造を設けて、その部分に対して水を供給することにより、水が蒸発するときに熱を奪う仕組みを使うことにより、効率のよい冷房ができる。

また、冷房側にもミストを発生させ水が蒸発するときに熱を奪う仕組みを使うことにより、効率のよい冷房ができる。その際、ミストサイズは濡れても不快な感じを受けない数ミクロン以下を想定している。

空調機を身体の任意の位置に動かすために吊りベルト等の装着器具をつけることができるように、空調機本体にフック用の穴を設けたりマグネット部分を設けて装着器具をつけることにより、ピンポイントで身体の任意の位置に動かすことができる。

また、前記装着器具は器具に沿って水分を含んだ排気を出す経路を有しているし、外気と接触する部分にスポンジや高分子化合物等を配置することにより、効率よく水が蒸発することを助けることができる。

また、前記コントローラーはペルチェ素子の温度を制御する温度調節機能を有している。

温度制御手段により前記冷暖房手段の温度を自由に設定し、使用者の好みや体質に応じ
て適切な温度調整をすることができる。

温度制御手段により前記冷暖房手段の温度を身体の褐色脂肪細胞が集中している首と背中の境目部分などに対して冷房、暖房を交互に一定時間毎の切り替えを繰り返すことにより、基礎代謝を上昇させることができる。

前記空調機は身体用を想定しているが、冷房が効率的に行えるようになることから多種多様な用途に使用可能になる。

本発明は、冷房及び暖房の少なくとも一方を従来より効率的に行うことができ、吊りバンド等装着器具を使って動かすことができる空調機と空調機用装着器具とを提供することができる。

以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。

図１と図２は、本発明の実施形態を説明する構成図で、図に示すように本発明の空調機はペルチェ素子（１）を備えている。そして、前記空調機を吊りバンド（１２）やバンド（１３）等の装着器具を使って身体の任意の場所にピンポイントで移動させて冷やしたり暖めたりする。

図１に示すように本実施形態に係る空調機のペルチェ素子（１）には図９に示すようなコントローラー（２）が接続されており、このコントローラー（２）はペルチェ素子（１）に通電する装置であり、電源のＯＮ／ＯＦＦを行う電源スイッチ（７）と電流方向の切り替えを行う切替スイッチ（８）とペルチェ素子（１）の温度調整を行う温度調整手段（９）と、一定時間毎に電流方向の切り替えを行いその繰り返し回数や使用時間等を制御するプログラム（１０）による制御手段を有している。

また、コントローラー（２）には電源（１１）が接続されペルチェ素子（１）への通電や温度制御手段（９）を装備しており、これによりペルチェ素子（１）の温度を自由に調節することができ、好みに応じて適切な温度調整をすることができる。

電源（１１）として、家庭用電源からの電気の供給を受けるか、二次電池や燃料電池などの化学電池または物理電池を使用することができる。

図３は本発明の空調機の実施形態に使用するペルチェ素子の構造を示すものである。

図４と図５は、ペルチェ素子は,移動させる熱以上に、ペルチェ素子自体の放熱量が大きいため、冷却メカニズムとしては電力効率が悪いため広く普及しないという欠点を補うため、冷房使用時に放熱部（１７）（１７ａ）を効率よく冷却するために水を放熱部（１７）（１７ａ）に接触させることによる水冷効果とファン（１４）による空冷効果とを組み合わせることで冷却効率を高める仕組みを示している。

また、冷却対象側に対しても水タンク（１５）から水をミスト発生装置（１６）に供給して細かい粒のミストをかけることで水が蒸発するときに熱を奪う作用を使って更なる冷却効果を高める仕組みを示している。

図４は、放熱部（１７）に対して水タンク（１５）から水をミスト発生装置（１６）に供給してミストをかける等の方法で水を接触させて気化熱で熱を奪い、水分を含んだ排気を放熱部カバー（１９）の出口部分に設置されたファン（１４）によって排気経路（１８）に沿って外気へと放出される仕組みを示している。

図５は、放熱部（１７ａ）に毛細管構造を設け、その中に水タンク（１５）から供給して水を接触させて気化熱で熱を奪い、水分を含んだ排気を放熱部カバー（１９）の出口部分に設置されたファン（１４）によって排気経路（１８）に沿って外気へと放出される仕組みを示している。

図６は、水を含んだ排気を出すための排気経路（１８）を設けた吊りバンド（１２）の構造を示しすものである。

図７は、本発明に使用するコントローラーの仕組みを示している。

図８は本発明の空調機の実施形態に使用する空調機本体の構造を示すものである。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、上記の実施の形態を様々に変更可能であることは明白である。

また、以上説明したように本発明に以下の点で優れた効果を有する。
（１）場所ないし環境に応じて、冷房と暖房を切り替えることができ、従来は出来なかったケースでも冷房または暖房が出来るようになる。
（２）温度制御手段により冷暖房の温度を自由に設定し、使用者の好みに応じて適切な温度調整をすることができる。
（３）吊りバンド等の装着器具により、使用者の好み等に応じて任意の場所にピンポイントで移動させ冷やしたり暖めたりすることができる。
（４）また、身体の脂肪細胞が集中する場所を一定時間毎に交互に冷やしたり暖めたりすることで基礎代謝を上昇させ、エネルギー消費促進を図ることができる。

本発明の実施形態の全体構成図である。（吊りベルト）本発明の実施形態の全体構成図である。（ベルト）本発明の実施形態のペルチェ素子の構造図である。本発明の実施形態の水冷効果と空冷効果の相乗効果を狙った放熱方法の構造図である。（ミスト）本発明の実施形態の水冷効果と空冷効果の相乗効果を狙った放熱方法の構造図である。（毛細管構造）本発明の実施形態の空調機を装着するための器具の構造図である。本発明に使用するコントローラーの概念図である。本発明の実施形態の空調機本体の構造図である。

符号の説明

１ペルチェ素子
２コントローラー
３Ｐ型半導体
４Ｎ型半導体
５金属電極
６絶縁基板
７電源スイッチ
８切替スイッチ
９温度制御手段
10 プログラム制御手段
11 電源
12 吊りベルト
13 ベルト
14 ファン
15 水タンク
16 ミスト発生装置
17 放熱部（ヒートシンク）
17ａ放熱部（毛細管構造付ヒートシンク）
18 排気経路
18ａ排気経路（空調機側）
18ｂ排気経路（装着器具側）
18ｃ排気経路（連結器具）
19 放熱部カバー
20 空調機本体

Claims

身体に直接もしくはシャツ等の着衣の上から間接的に触れたペルチェ素子とペルチェ素子に接続された電源からの電力をペルチェ素子に供給するコントローラーを備え、前記ペルチェ素子に直流電圧を印加することによるペルチェ効果により身体の所定部位をピンポイントで冷却または暖房することを特徴とするペルチェ素子を用いた空調機。
前記コントローラーはペルチェ素子の温度を制御する温度制御手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載のペルチェ素子を用いた空調機。
請求項１と請求項２に記載の空調機は、家庭用電力などの外部電源からの動力の供給を受けるか、二次電池や燃料電池などの化学電池または物理電池から動力の供給を受けて駆動することを特徴とする空調機。
請求項１から３に記載の空調機は冷房使用時に熱を効率よく逃がすためにヒートシンク等の放熱部に対してミスト等をかけて水が蒸発するときに熱を奪う作用を利用することを特徴とする空調機。
請求項１から３に記載の空調機は冷房使用時に熱を効率よく逃がすためにヒートシンク等の放熱部に毛細管構造を設け、毛細管構造に対して水を供給することにより、水が蒸発するときに熱を奪う作用を利用することを特徴とする空調機。
請求項４に記載の水冷効果を持った空調機に、電動ファンを設置し空冷効果を加えることで、より効率的に熱を逃がすことを特徴とする空調機。
請求項５に記載の水冷効果を持った空調機に、電動ファンを設置し空冷効果を加えることで、より効率的に熱を逃がすことを特徴とする空調機
請求項１から７に記載の空調機の冷房使用時に、冷房側にもミストを発生させて水が蒸発するときに熱を奪う仕組みを使うことを特徴とする空調機。
請求項１から８に記載の空調機を身体の所定の位置にピンポイントで動かすために吊りベルト等の身体に装着する器具をつけることができるように、空調機本体に穴を設けて吊りベルト等のフックで装着することが可能なことを特徴とする空調機。
請求項１から８に記載の空調機を身体の所定の位置にピンポイントで動かすために吊りベルト等の身体に装着する器具をつけることができるように、空調機本体にマグネット部分を設けて吊りベルト等のマグネットで装着することが可能なことを特徴とする空調機。
請求項９と請求項１０に記載の吊りベルト等の装着器具に沿って水分を含んだ排気を出すための経路を装着器具の内部もしくは外部に設けることを特徴とする空調機用装着器具。
請求項１１に記載の空調機用装着器具に水分を効率よく蒸発させるために外気に触れる場所に吸水スポンジや吸水高分子化合物等を配置することを特徴とする空調機用装着器具。