JP2016140743A

JP2016140743A - ペルチェ式電気枕

Info

Publication number: JP2016140743A
Application number: JP2015032266A
Authority: JP
Inventors: 浩司宇田川; Koji Udagawa
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-02-03
Filing date: 2015-02-03
Publication date: 2016-08-08

Abstract

【課題】夏の時期や風、インフルエンザ等の罹患時の熱がある時に、ペルチェ素子の吸熱面の冷温を使って首内の頸動脈を通る血液を冷やして、体温上昇を抑え、熱中症による事故を未然に防止するもの。【解決手段】本発明はペルチェ素子の吸熱面に熱伝導率の良い金属を接着しさらに弾力性のある熱伝導素材を取り付け、放熱面に熱伝導率の良いアルミや銅なとのヒートシンクと電動ファンを接着させたもので、放熱面側はその躯体内に納まり、一方の吸熱面側の熱伝導素材は躯体外に露出する。躯体の上面は枕の形状を真似てカーブを描き、側面は放熱面の電動ファンによるヒートシンクの放熱が効率良く行われるように、開放型とする。【選択図】図２

Description

本発明は、ペルチェ素子の吸熱面の冷温を利用して首を冷やす枕に関するものである。

ペルチェ素子に電気を通すと一方の面（吸熱面）から熱を吸収し、反対の面（放熱面）からその熱を放出する。
本発明は、夏の時期や、風邪、インフルエンザ等の罹患時の熱がある時に、ペルチェ素子の吸熱面の冷温を使って首内の血液を冷やす装置で、使用者は仰向けの状態で横になり、本発明を首の下に置いて使用する。その構造はペルチェ素子の吸熱面に熱伝導率の良い金属を接着しさらに弾力性のある熱伝導素材を取り付け、放熱面に熱伝導率の良いアルミや銅なとのヒートシンクと電動ファンを接着させたもので、放熱面側はその躯体内に納まり、一方の吸熱面側の熱伝導素材は躯体外に露出する。躯体の上面は枕の形状を真似てカーブを描き、側面は放熱面の電動ファンによるヒートシンクの放熱が効率良く行われるように、開放型とする。

本発明の電源は商用電源とし、ＡＣ‐ＤＣアダプターによりペルチェ素子並びに電動ファン及び回路に電流を印加して使用する。

使用者は可変ボリュームを調整することでペルチェ素子の吸熱面の温度を任意に調整することが可能である。ただし冷えすぎると低温火傷をする恐れがあり、また、何らかの原因で高温になる可能性も廃除できない。本発明では、ある設定温度の範囲内で、使用者が温度調整出来る機能を設けるが、低温・高温火傷を確実に防ぐために、温度センサーを設け、回路のマイコンに最低（設定）と最高（設定）を超えた場合にペルチェ素子への電力を遮断するプログラムを書き込み、温度制御を行う。

また、枕ということで使用者が電源スイッチを切ることを忘れて就寝してしまうことを想定し、タイマーで自動的に電力が遮断される回路を設ける。

今まで、体を横にして体の一部分を冷やす方法として、冷温を一定時間保持できる素材を冷蔵庫・冷凍庫で冷蔵・冷凍しておいて、枕と首（または頭）との間に挟んで冷やすという方法があるが、この場合、冷蔵庫・冷凍庫で冷やすという前提条件が必要で、また、使用当初の冷温も使用時間の経過と共に、使用者の体温に奪われて、温まってしまうという制約が発生した。

エアコンを部屋に設置し、その冷風で体を冷やす方法もあるが、設備が大きく、使用電力量も大きくなることや、体全体を冷やすことになるので、冷え過ぎてしまい、「冷房病」「クーラー病」と言われる体調不良を起こすマイナスの作用も存在する。

エアコンのように空気を冷やして体全体を冷やすという方法ではなく、冷温の素材を首の裏に直接を当てることで、首内を通る血液が冷やされ、体の中を循環し、少しずつ内側から体温を下げる方法で外気温による体温上昇を防ぐことが出来る。これは従来のアイス枕の体を冷やす方法であるが、継続的に使用するために、ペルチェ素子を使って電気的に冷却する方法を採用する。また、体の一部を冷やすという目的にあった適切な冷温が得られるように、放熱側に熱伝導率の良いアルミ等のヒートシンクを接着、さらに電動ファンでヒートシンクを空冷する。電動ファンで放熱側のヒートシンクが外気と十分な熱交換が出来るように、本発明の両側に開口部を設ける。また、本発明では、ある温度の範囲内で、使用者が温度調整出来る機能を設けるが、低温・高温火傷を確実に防ぐために、マイコン（ＰＩＣもしくはＡＲＤ）と温度センサーによって、温度制御の回路を組む。使用者の任意の操作に関わらず、最低の限界温度と最高の限界温度を超えた場合、ペルチェ素子への電流を遮断する。

本発明にはスリープ機能を設ける。スリープスイッチを押すと３０分後（変更あり）に電源は自動的に遮断される。また、使用者の作業環境如何により、様々な状況が予想される。その為、仮に電源を入れたままの状態が長く続いた場合、自動的に或る一定時間で電源が遮断されるオートパワーオフ機能を設ける。

以下回路の動作説明。
▲１▼ 商用電源（１００Ｖ）にコンセントを差す。
・赤のＬＥＤが点灯
▲２▼ 電源スイッチを押す。
・青のＬＥＤが点灯
・赤のＬＥＤが消灯
・マイコン内のタイマー１がカウントを開始する。
・回路並びにペルチェ素子、電動ファンに電気が流れ、ペルチェ素子と電動ファンが稼働。
・温度センサーによってペルチェ素子の温度を監視。
温度はＬＣＤに表示される。
・低温限界温度Ａ℃で自動的にペルチェ素子への電気を遮断。
温度がＡ＋３℃（変更あり）で再度電気を通電。
遮断時（回路は通電。ペルチェ素子へは遮断。）は青のＬＥＤが点滅。
・高温限界温度Ｂ℃で自動的にペルチェ素子への電気を遮断。
温度がＢ−３℃（変更あり）で再度電気を通電。
遮断時（回路は通電。ペルチェ素子へは遮断。）は青のＬＥＤが点滅。
・電源ＯＮの間、可変ボリュームによって温度調整が可能。
温度調整の幅は低温限界温度＋３℃を下限とし、高温限界温度−３℃ を上限とする。
▲３▼ スリープスイッチがＯＮ
・マイコン内のタイマー２がカウント開始。
３０分（変更あり）後、電源が遮断される。
・青のＬＥＤが消灯、赤のＬＥＤが点灯。
▲４▼ スリープスイッチのＯＮ・ＯＦＦに関わらず、一時間（変更あり）後に自動的に電源が落ちる。
・青のＬＥＤが消灯、赤のＬＥＤが点灯。

本発明は以下の優れた効果を発揮する。
（イ）平成２７年１月１７日環境省は地球温暖化による今世紀末の日本への影響と被害を減らす対策をまとめた報告書を公表した。報告書は国内の３４機関、約１４０人の研究者が分析。今世紀末の日本の年平均気温は３．５〜４．６度上がると予想、熱中症で緊急搬送される人が２倍以上にのぼると想定している。このように環境省の報告にもあるように地球温暖化は年々様々な影響を地球環境に及ぼしていて、水による災害の多さも顕著であるが、夏の猛暑日の増加も際立っていて、高温記録の更新も毎年続いている。このような傾向が続く中、人体に厳しい環境が続く夏場に、熱中症対策は急務であるのだが、エアコンの設置が行なわれていない場所での熱中症対策として、また、エアコンを使用しないケースを想定した熱中症対策として本発明の産業化を提案したい。
（ロ）本発明は使用者が仰向けの状態で横になり、枕のような形で首の下に置いて使用する。その構造は首に弾力性のある熱伝達素材（１４）が密着するように、本体上部に熱伝導素材（１４）を露出させ、本体内部にペルチェ素子（８）、ヒートシンク（９）、電動ファン（１０）、回路（１２）を配置する。ペルチェ素子（８）は吸熱面を上向きに、放熱面を下向きになるような極性で電気を印加する。吸熱面には直接弾力性のある熱伝導素材（１４）を密着、もしくは接着するか、吸熱面に熱伝導率の高い金属（７）を接着し、さらに弾力性のある熱伝導素材（１４）を密着、または接着する。一方の反対側である放熱面には熱伝導率の高い金属を使用したヒートシンク（９）を接着し、そこに電動ファン（１０）を設けて、空冷でヒートシンク（９）の放熱を行う。本体内部はヒートシンク（９）が電動ファン（１０）によって外気と効率良く熱交換出来るように、十分なスペースを取り、両側面に開口部を設ける。これらの構造によりペルチェ素子（８）の放熱面の放熱はヒートシンク（９）並びに電動ファン（１０）によって、外気とスムーズな熱交換が行われ、本発明の目的に適う０℃±１℃の冷温が吸熱面で作り出される。吸熱面の冷温は直接または熱伝導率の高い金属（７）を挟んで、弾力性のある熱伝導素材（１４）に伝わり、使用者の首を冷却する。使用者は任意に本体側面にある可変ボリューム（１）で吸熱面の温度を変えて、その時の外気温にあった冷温を選択することが出来る。ただし、使用者保護の観点から、低温火傷を防ぐために、ペルチェ素子の吸熱面近くに設けた温度センサー（１１）で常に温度をマイコンに伝え、プロクラム時の温度設定により、低温限界温度になると、ペルチェ素子（８）への電気を遮断するプログラミングを行う。また、回路（１２）の不具合や予期せぬ事態で、高温になる可能性も廃除出来ないので、高温限界温度も設定し、その温度以上での使用は１００％不可能な回路とする。
（ハ）ペルチェ素子（８）と電動ファン（１０）の消費電力は吸熱面が十分に冷えた状態（−１℃）で、４０Ｗ程度であり、エアコンの６畳タイプのもの（ＣＯＰ５．０前後／冷房能力２．２ｋＷ／消費電力４４０Ｗ）の１０分の１以下となる。冷えすぎず、電気代（電気代１ｋｗ２５円とすると、１時間の使用で電気代は１円）は扇風機と同等で、夏の猛暑を乗り切る手段として、熱中症対策として、また新たな家庭用電化製品としても産業化が大いに期待出来る。

本発明の斜視図である。本発明の一部を切り欠いた図面である。

１電圧調整ボリューム
２スリープスイッチ
３電源スイッチ
４ＬＥＤ（青）
５ＬＥＤ（赤）
６温度表示装置
７アルミ板
８ペルチェ素子
９ヒートシンク
１０電動ファン
１１温度センサー
１２回路
１３ＡＣアダプター
１４弾力性のある熱伝導素材

Claims

（イ）ペルチェ素子の吸熱面に弾力性のある熱伝導素材を密着させ、その面を上向きに配置し、ヒートシンクと電動ファンを備えた放熱面を躯体の中に納めたペルチェ式電気枕。
（ロ）商用電源を電源とするもので、吸熱面の温度は可変ボリュームにより任意の調整が可能。また同時にペルチェ素子付近に温度センサーを配置。低温火傷・高温火傷を防止する為の温度制御をマイコンにプログラミングする。
（ハ）マイコン内蔵のタイマーによるオートパワーカットオフ機能をマイコンにプログラミングする。
（イ）ペルチェ素子の吸熱面に熱伝導率の良い金属を接着し、さらに弾力性のある熱伝導素材を密着させ、その面を上向きの配置し、ヒートシンクと電動ファンを備えた放熱面を躯体の中に納めたペルチェ式電気枕。
（ロ）商用電源を電源とするもので、吸熱面の温度は可変ボリュームにより任意の調整が可能。また同時にペルチェ素子付近に温度センサーを配置。低温火傷・高温火傷を防止する為の温度制御をマイコンにプログラミングする。
（ハ）マイコン内蔵のタイマーによるオートパワーカットオフ機能をマイコンにプログラミングする。