JP2014064864A

JP2014064864A - 半導体熱交換器（ヒートポンプ）を内蔵した冷気・熱気の生成装置（セミエアコン・ヒートモジュールと称する）と、通気性ゼロに近く、薄く軽い繊維を素材として構成され、内部に特殊構造を持って構成されたジャケットや下着、ヘルメット、車両用シートカバー、ベッドパット、ペット用マット、寝袋、乳母車車椅子用ボディバッグ等と一体化した冷暖房両機能を持つ「ジャケット・下着・シートカバー・ヘルメット・ベッドパット・寝袋・ペット用マット・車椅子及び乳母車ボディバッグその他の生活必需品の提供。

Info

Publication number: JP2014064864A
Application number: JP2012226399A
Authority: JP
Inventors: Akiyasu Inaba; 昭康稲葉; Mutsuhiro Sasano; 六弘笹野
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-09-25
Filing date: 2012-09-25
Publication date: 2014-04-17

Abstract

【課題】超高温環境あるいは極寒環境の下でも生活あるいは作業が可能な理想的な体感温度が得られる冷暖房機能付着衣の開発をターゲットに従来の熱源とは、全く異なった半導体ヒートポンプからなる半導体熱エネルギー生成装置（セミエアコン・ヒートモジュール）の開発と当該セミエアコン・ヒートモジュール内臓した冷暖房機能付ジャケットその他の提供。
【解決手段】半導体ヒートポンプから得た高熱及び低熱を自社開発の半導体熱エネルギー生成装置（セミエアコン・ヒートモジューユ）を内蔵したジャケットその他冷暖房機能付日常生活用品の提供可能としたセミエアコン・ヒートモジュールの開発と提供。さらに、これらの冷気及び熱気の効果を最大に向上させるために素材と製品構造に新規性を備えた事により最大の冷房効果あるいは暖房効果を得ることに成功。
【選択図】図１

Description

超高温環境内で働いたり生活する方の熱中症解決のために人体を冷却するための人体冷却着衣の冷却ノウハウ、熱源・素材に関する開発技術分野と厳寒環境内で生活する方の耐寒対策としての人体加温着衣に関する技術分野。

放射線汚染地域あるいはインフルエンザなどの感染症パンデミック指定地域で完全密閉型防護服着用者の熱中症対策温度調整機能及び放射線遮蔽対策技術分野。

冷却・加温用熱エネルギーに半導体熱源ヒートポンプを用いることにより、長時間持供給可能型と同時に省エネ型エネルギー技術分野。

猛暑や極寒環境の中で作業や生活する方のため、体感温度を調整するためのクールジャケットやホットジャケットの類は従来も存在した。係る冷暖房機能付ジャケット類は、保冷剤や蓄熱材を作業服や下着のポケットなどに収納したものだった。熱エネルギー源が蓄冷材や蓄熱材のため時間の経過と共に冷却力や保温力が減衰します。２０分前後で失効しますので頻繁に取り替えるなどの欠陥から逃れられない難がある。（例えば、特許文献１参照）。

業務用として、冷気をコンプレッサーで生成して専用ホースで送風する方法もあるが発電機、コンプレッサーなどの重機を必要とするので高価であることや危険が伴うなどの欠陥もあった。

暖房用として昔から懐炉がった、最近では鉄粉の酸化による発熱を利用した小型加熱商品（使い捨てカイロ）等がもある。取り扱いが簡単などの利便性があるが公害を巻き散らすので廃棄処分に難がある。
実用新案登録第３１２６２２４号実用新案登録第３１７２４４９号実用新案登録第３１７２１３５号特願２０１２−１０８８８３

本発明は、上述したような問題に鑑みなされたものである。従来のような熱源（保冷材や蓄熱材）では、時間の経過と共に保冷力や保温力が減衰することはやむを得ない。この解決策として常に減衰する事の無い再生可能エネルギーである半導体ヒートポンプを熱源としたした「携帯型半導体冷気・暖気生成装置（通称：セミエアコン・ヒートモジュール）」を開発した。冷暖気の熱容量が足りない場合は、セミエアコン・ヒートモジュールを数箇所の備えることで熱容量不足を解消する。サイズも熱容量も消費電力もさまざまのセミエアコン・ヒートモジュールとその付属関連製品の提供。

従来の課題のひとつに体感温度調整のために、保冷剤や蓄熱材を下着のポケットなどに収納して携帯したため携帯量に限度があったり、保冷剤が直接接する部分は冷過ぎたりして体感感覚にムラ（場所により体感温度の違い）があった。これは生理的に大きな障害を引き起こす原因となった。今回は、熱伝媒体に冷気・暖気を採用したことで人体表面が同温度でみたされるので体感温度が一様になったことで体感温度のムラが解消した。

本発明は、周囲の環境温度に関係なく常に理想的な体感温度を保つために超高温環境内、あるいは極寒環境内で理想的な体感温度を得るための熱源の開発と熱中症（又は凍傷）対策としての人体冷却（加温）着衣に関する構造的な開発する必要があった。上述した課題を解決するためのための手段として下記の手段を講じた開発に成功した。

課題解決の最初の手段である熱源は、セミエアコン・ヒートモジュールと称する半導体熱ヒートポンプによる高熱・低熱の発生装置の開発である。この装置は、中央に備えた半導体素子に直流電流を流すことで半導体素子の両側の放熱側に高熱を、吸熱側に低熱を発生させる装置である。ここで生成した高熱と低熱は、ヒートシンクとこれに連結した２個のＤＣファンを介して冷風と熱風を生成するセミエアコン・ヒートモジュールであって、一方のＤＣファン（放熱側）からは熱風が、他のＤＣファン（蓄熱側）からは冷風が放射される。この２種類の熱エネルギーが、体やその他の対象物を冷やしたり暖めたりして冷暖房機能を維持する。

従来の熱源の一種である保冷剤（蓄冷材）は、外部を不織布で構成された袋状内部に吸水性高分子化合物ポリマーがゲル状態で内蔵された機密性パットである。凍結すれば氷塊なり、溶解しても液化せずゲル状態に戻るため保冷剤に、加熱すれば蓄熱材として利用されてきたが時間の経過と共に保冷力も保温力も減衰する欠陥を補うために前記半導体ヒートモジュールを開発した。

次の課題は、冷暖房ジャケットとその他の冷暖房機能保有日常品の素材に関する件、人体を冷やすにしろ暖めるにしろ外気を遮断すると同時に生成した冷気又は熱気を外部に浪費しない素材や構造を開発するする必要がある。そのため、素材は薄く軽く、そして通気性が限りなくゼロに近い化学繊維で構成された冷暖房機能付ジャケット・下着・ベッドパット・ペット用マット・車両用シートカバー・寝袋・乳母車車椅子用ボディバッグの提供。

従来のクールジャケット等の人体冷却加温用熱源は、保冷（蓄冷）剤や蓄熱材あるいは氷塊・ドライアイスなどであった。これらの欠陥は、保冷剤等と直接接している部分は余りに冷たかったり熱かったりした。直接接して居ない部分との温度差が激しかったので生理的に違和感があり体調にも悪影響があった事に鑑み、全体的に一定の温度の提供が必要であった。そのために当冷暖房機能付ジャケット及び他の開発製品も同じ様に、表地と裏地の間に冷気あるいは暖気がスムースに流れ全体的に一定温度が充満するための風の道を構築する構造の提供。表地と裏地の間に約５０ミリ間隔に放射状に直径１０ｍｍ，高さ約１５ｍｍの円筒形突起物を備えることで表地と裏地の間に薄い隙間（空気の通過する風の道）を創る事で全体的に一定の温度の層が構築され従来の欠陥が解消された。

上述したセミエアコン・ヒートモジュールのサイズは、サイコロサイズから４０ミリ四方、高さ５０ミリまで能力も様々となり用途が大きく拡大した。極小サイズは軍仕様ミサイル用途から日常生活用品に至るまで拡大された。従来は考えられなかった鉄塔の天辺や原子炉内、水中での作業が可能となったほか、完全密閉型消火服、化学防護服の内部での着用も可能となった。

熱源が半導体なので燃焼により生じるＣｏ２や有害ガス、その他有害物質とも全く縁のない、自然にやさしいエコ技術であること。

消費電力も最大で４８Ｗ（ＤＣ１２Ｖ，４Ａ）以下である。一般家庭用ＡＣ１００Ｖでも車両搭載バッテリーからでもアダプターを介して使用可能。屋外での使用の場合は、太陽光パネルバッテリーでも使用可能である。２０２０年以降、原子力発電が終焉を迎える我国にとって再生可能電気エネルギーの１つである太陽光パネルによる発電は夢だった。特に、産業の動脈とも言える運送事業に電気自動車の参入する事は日本再生の近道としての効果は十分に期待が持てる。

発明を実施する最良の形態

本発明は、周囲の環境温度に応じた理想的な体感温度を提供するために人体を冷やしたりあるいは暖めたりする人体冷却加温装置の熱源に半導体ヒートポンプを用いた熱エネルギー生成装置（冷気あるいは熱気生成装置）に関する技術及び、ここで生成された高熱あるいは低熱を冷気あるいは暖気に熱変換する技術の形態の説明。次に本発明に係わる冷暖房機能付ジャケット・下着・ベッドパット・車両シートカバー・ベッドパット・寝袋・ボディバッグなどの素材や構造に関する形態と論理的説明。尚、本発明に基づく新製品は、冷暖房機能付ジャケット他数種類あるが、上述した開発製品は、冷暖房システム、素材、特殊構造は同じなので説明の都合上冷暖房機能付ジャケットを例にとって説明する。

実用例１

図１は、本発明に係わる半導体を熱源とした小型半導体熱交換冷気・暖気生成装置である「セミエアコン・ヒートモジュール」の概略図である。
図２は、冷暖房機能付ジャケットの概要略図である。
図３は、冷暖房機能付ジャケットの素材の部分外略図である。
図４は、冷暖房機能付日常生活用品の構造上、最も必要なアイデアに冷気・熱気をスムースに流すために「風の道」を創るための表地と裏地の間に突起物を設置する必要があった。突起物の概略図である。

本発明の根幹に係わる熱エネルギー（冷気・暖気）生成装置「セミコン・ヒートモジュール」の内部透視概略図である。図面に沿って説明する。当該セミエアコン・ヒートモジュールは、中央のヒートポンプカセットと放熱側ＤＣファン（５）カセットと、吸熱側ＤＣファン（６）カセットの３部から構成されている。ヒートポンプカセットは、半導体素子（ペルチェ素子）（１）の右側に低熱蓄熱板（２）次いでヒートシンク（４）を、左側（放熱）側にヒートシンクを、連結固定（１，２，３，４）したヒートポンプカセットである。左側ファンから高熱風が、右側ファンより冷熱風が放出するヒートポンプカセットである。本発明に係わる冷暖房機能付ジャケットの概略図である。素材は、薄くて軽く、通気性がほぼゼロに近い化繊系布地でで構成。素材同様に構造上にも特殊な構造がなされている。ジャケット下部に内蔵されたセミエアコン・ヒートモジュール（Ｈ／Ｍ）から放出された冷気あるいは熱気がスムースに身体中を流れるための工夫が５０ミリ間隔に備えられた突起物（８）である。冷暖房機能付ジャケットの素材の部分断面概略図である。本発明の冷暖房機能付製品に係わる、冷気・暖気流通効果向上のための突起物の概要である。（Ａ）は、突起物の内部に磁石球が収納している事を表わしている図である。（Ｂ）は、突起物の内部に磁石球を収納していない事を表わしている図である。

１．半導体素子（熱源：ペルチェ素子）
２．吸熱側（低熱）蓄熱板
３．放熱側ヒートシンク
４．吸熱側ヒートシンク
５．放熱側ＤＣファン
６．吸熱側ＤＣファン
７．カセットホルダー
８．風の道用突起物
９．表地
１０．裏地
１１．突起物固定台
１２．突起物
１３．磁気球
１４．突起物間距離−５０ｍｍ
１５・突起物直−１０ｍｍ
１６・突起物高さ−１５ｍｍ

Claims

半導体ヒートポンプを内蔵したセミエアコン・ヒートモジュールと称する携帯用小型半導体熱エネルギー生成装置であって、当該熱エネルギー生成装置から生成された高熱及び低熱を、熱気及び冷気に変換することで冷暖房両機能を持つセミエアコン・ヒートモジュールである。当該セミエアコン・ヒートモジュールは、その効果を向上させるために、半導体素子の放熱側と吸熱側にヒートシンクを備え、さらにそのヒートシンクの外側に各々２個のＤＣファンを備えたセミエアコン・ヒートモジュールであって、放熱側ＤＣファンより熱気が他方吸熱側ＤＣファンより冷気が放出される。放出される熱気または冷気の温度のバラつきを一定にするために、半導体素子の両側に蓄熱用のステンレスあるいはアルミ、銅板，真鍮板製の蓄熱板２枚を設置することも可能なセミエアコン・ヒートモジュールである。
当該セミエアコン・ヒートモジュールから生成される熱気及び冷気を熱源とした冷暖房両機能を持つセミエアコン・ヒートモジュールで、当該セミエアコン・ヒートモジュールを内部に組み込んだジャケット、車用シートカバー、ベッドパット、下着、ヘルメット、車椅子や乳母車のボディバッグや寝袋などが冷暖房機能を持つことを特徴とするセミエアコン・ヒートモジュール内臓製品である。
前記冷暖房ジャケット及び冷暖房シートカバー、ベッドパット、寝袋などの本体には、ある種の条件を備えた素材と特殊な構造が必要である。これらの条件を満たして構成された製品に、当該セミエアコン・ヒートモジュールを組み込み一体化した製品は、全て冷暖房両機能を持つ事を特徴とするセミエアコン・ヒートモジュール付ジャケット・下着・車用シートカバー・カバー、ベッドパット・ヘルメット・ペット用マット・乳母車／車椅子用ボディバッグ・屋外・軍事用寝袋。
請求項１記載のセミエアコン・ヒートモジュールは、使用用途によりサイズは、５ミリ四方、高さ１０ミリから２００ミリ四方、高さ２００ミリ等、形状も立法体、円筒型、円錐形型などさまざまのサイズ・形状を持つ事を特徴とするセミエアコン・ヒートモジュール付冷ジャケット・下着・車用シートカバー・ベッドパット・ヘルメット・ペット用マット・乳母車／車椅子用ボディバッグ・屋外／軍用寝袋。
上項記載のセミエアコン・ヒートモジュールは、消費電力が用途により２Ｗから６２Ｗ、定格電圧もＤＣ０．２ＶからＤＣ１２Ｖまで使え、アダプターを介することで一般家庭用電力ＡＣ１００Ｖ、受電式バッテリーそして、太陽光パネル発電と用途により供給電力が選別出来る事と冷暖房機能をもつ事を特徴とするセミエアコン・ヒートモジュール付ジャケット・下着・車用シートカバー・ベッドパット・ヘルメット、ペット用マット・乳母車／車椅子用ボディバッグ・屋外／軍事用寝袋。
請求項１記載のセミエアコン・ヒートモジュールは、中央に半導体素子とその両脇に備えられたヒートシンクから構成されたヒートポンプを熱源とする、そして概ヒートポンプの両外側に放熱用ＤＣファンと吸熱用ＤＣファンの３部から構成されたセミエアコン・ヒートモジュールであって、放熱側ＤＣファンからは熱風が、吸熱側ＤＣファンからは冷風が放出される事を特徴とするセミエアコン・ヒートモジュールである。該セミエアコン・ヒートモジュールは、上述したように高熱源と低熱源を同時に備えているので冷却・暖房両機能を備え持つ事を特徴とするセミエアコン・モジュール付ジャケット・下着・車用シートカバー・ベッドパット・ヘルメット・ペット用マット・乳母車／車椅子用ボディバッグ・屋外／軍事用寝袋。
前項記載のセミエアコン・ヒートモジュールの電極を陽極から陰極に逆に陰極から陽極に変更することで放熱と吸熱が交互に変更する。同一製品で電極を変更するだけで高温用にも低温用にも使用できることを特徴とするセミエアコン・ヒートモジュール付ジャケット・下着・車用シートカバー・ベッドパット・ヘルメット・車用シートカバー・ベッドパット・ペット用マット・乳母車／車椅子用ボディバッグ・屋外／軍用寝袋。
請求項１記載のセミエアコン・ヒートモジュール放熱側ＤＣファンから熱風が、吸熱側ＤＣファンから冷風が放出されます。放熱側と吸熱側の２個のＤＣファンの出力割合が放熱側ＤＣファン１０に対し、吸熱側ＤＣファンの出力を約半分のＤＣファンを備えることを特徴とするセミエアコン・ヒートモジュール付ジャケット・下着・車用シートカバー・ベッドパット・ヘルメット・ペット用マット・乳母車／車椅子用ボディバッグ・屋外／軍用寝袋。
請求項６記載の放熱側及び吸熱側の発生温度は、放熱用のＤＣファンの出力及びヒートシンクの形状と表面積に左右されることを特徴とするセミエアコン・ヒートモジュール付ジャケット・下着・ヘルメット・車用シートカバー・ベッドパット・ペット用マット・乳母車／車椅子用ボディバッグ・屋外／軍用寝袋。
請求項１記載のセミエアコン・ヒートモジュールに使用される電圧は、ＤＣ０．２Ｖから最大でもＤＣ１２Ｖ，電流は最大でも１Ａ。従って、消費電力も少ない省エネ型である事を特徴とするセミエアコン・ヒートモジュール付ジャケット・下着・ヘルメット・車用シートカバー・ベッドパット・ペット用マット・乳母車／車椅子用ボディバッグ・屋外／軍用寝袋。
請求項１記載の如く、本発明は熱源であるセミエアコン・ヒートモジュールを取り組んだジャケットやベッドパットなどで、これらが冷暖房両機能を持つジャケットになり、ベッドパットになる、このように当該セミエアコン・ヒートモジュールをその内部に取り組んだシートカバー、ヘルメット、下着、ペット用マット、寝袋、乳母車であり車椅子なども冷暖房両機能を持つ事となる。そのためには、これら冷暖房製品の素材となる布地は、軽くて薄く、通気度がほとんどゼロに近い繊維で構成される事と、製品の表地と裏地の間に直径１０ミリ前後、高さ約１０ミリの円筒形突起物を表地あるいは裏地に固定している構造を持っている事が構造上の特徴である。そして当該突起物は、ウレタン、ゴムなど柔らかい伸縮性素材から構成されている事を特徴とするセミエアコン・ヒートモジュール付ジャケット・下着・ヘルメット・車用シートカバー・ベッドパット・ペット用マット・乳母車／車椅子用ボディバッグ・屋外／軍用寝袋。
前項記載の柔軟性突起物は、取り外し可能とする事と同時に突起物の内部に直径約３ｍｍの球状の磁石を埋め込んだ突起物にすることでユーザーの血行を良くし、披露回復を目的に磁気球を埋め込んだ事を特徴とするセミエアコン・ヒートモジュール付ジャケット・下着・ヘルメット・車用シートカバー・ベッドパット・ペット用マット・乳母車／車椅子用ボディバッグ・屋外／軍用寝袋。
請求項１記載のセミエアコン・ヒートモジュールの供給消費エネルギーはＤＣ１２Ｖ、５Ａ以下の電気のみで、Ｃｏ２や有害ガスの類が発生しないので完全機密性防護服の内部に着用することも、水中内で活用する潜水服の内部に着用することも放射線遮蔽防護服の内部に着用することも可能であることを特徴とするセミエアコン・ヒートモジュール付ジャケット・下着・車用シートカバー・ベッドパット・乳母車／車椅子用ボディバッグ・屋外／軍用寝袋
請求項４記載のセミエアコン・ヒートモジュールは、ヒートポンプの熱交換部門と高熱風（放熱部）放出ＤＣファン部門と冷風（吸熱部）放出ＤＣファン部門の３部門から構成されている。当概３部門が完全独立したカセットによる嵌め込み式のため、各部門内部にトラブルが発生しても不良カセットだけを取り外し新品カセットと交換することで簡単にトラブルが解消可能となった。カセット方式によりメンテナンスフリーを特徴とするセミエアコン・ヒートモジュール付ジャケット・下着・ヘルメット・車用シートカバー・ベッドパット・ペット用マット・乳母車／車椅子用ボディバッグ・屋外／軍用寝袋。