JP2772945B2 - 患部冷却装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、頭、腕、足等の患
部を連続して長時間冷やすことができる患部冷却装置に
関し、特に、冷却手段として熱電冷却素子を用いた患部
冷却装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、一般に、例えば、頭痛による発熱
のために頭を冷やしたい場合、或いはスポーツによる捻
挫のために手足や肩等を冷やしたい場合等に用いられる
患部冷却器具としては、氷枕や氷嚢等が知られている。
これら氷枕及び氷嚢は、いずれもゴム製の袋体と、この
袋体の開口を開閉自在に閉じる止め具とから構成されて
いる。そして、袋体に氷水を入れて止め具で開口を閉
じ、これを頭や肩等の患部にあてがうことにより、氷が
溶ける際の液化熱で患部の熱を吸収して当該患部を冷や
すようにしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような従来の氷水を用いて患部を冷やす氷枕や氷嚢等
においては、使用する氷の量や患部の発熱状態等によっ
て冷却状態を保持できる時間が決まってしまい、氷が溶
けてなくなると水の温度が上昇して患部を冷やすことが
できなくなる。従って、患部を常に冷やすためには、氷
が溶けてなくなる前に新たに氷を補充する必要があり、
氷の交換時間が短くて氷の管理が煩わしいという課題が
あった。

【０００４】本発明は、このような従来の課題に鑑みて
なされたものであり、頭や肩等の患部を長時間連続して
冷やすことができると共に、構造が簡単であって冷却効
率に優れた患部冷却装置を提供することを目的としてい
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述したよう
な課題等を解決し、上記目的を達成するために、熱伝導
媒体が流動する媒体通路が内部に設けられ、患部に取り
付けることにより患部の熱を熱伝導媒体に吸収して患部
を冷やす患部冷却部材と、患部冷却部材の媒体通路に配
管を介して着脱可能に連結され、熱伝導媒体を貯留する
と共に吐出して患部冷却部材を通して循環させるタンク
ユニットと、一方の面を吸熱源とし且つ他方の面を放熱
源として熱交換を行うことができ、吸熱源にタンクユニ
ット内の吸熱部材が接触される熱電冷却素子と、熱電冷
却素子の放熱源に接触され、熱伝導媒体から伝導された
熱を放出する放熱部材とを設けたことを特徴としてい
る。

【０００６】本発明は、上述のように構成したことによ
り、頭や肩等の患部に患部冷却部材をあてがった後、熱
伝導媒体を患部冷却部材とタンクユニットとの間に循環
させ、患部から吸収した熱を熱伝導媒体、タンクユニッ
ト、熱電冷却素子及び放熱部材に順次伝導させて外部に
放熱させる。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基
づいて説明する。図１〜図３は、本発明の一実施例を示
すもので、図１は本発明の患部冷却装置の概略構成を示
す説明図、図２は図１に示した患部冷却装置の患部冷却
部材の斜視図、図３は図２の患部冷却部材のＡ−Ａ線断
面図である。

【０００８】本実施例の患部冷却装置は、人の頭、腕、
足、或いは肩等の人の患部を冷やすために用いられるも
のであるが、犬や猫等の動物に対しても用いることがで
きる。この患部冷却装置は、図１〜図３に示すように、
装置本体１と患部冷却部材２とからなり、これらの装置
本体１及び患部冷却部材２は、一対の配管３ａ，３ｂに
よってそれぞれ着脱可能に連結されている。一対の配管
３ａ，３ｂとしては、例えば、軟質ビニールパイプ或い
はゴムホース等の柔軟性に富むパイプ部材が好適である
が、これに限定されるものではない。

【０００９】装置本体１は、キャビネット４とタンクユ
ニット５と熱電冷却素子６と放熱部材７と強制放熱手段
８と駆動制御部９と操作盤１０等を備えている。装置本
体１のキャビネット４は長方形の筐体からなり、その側
方に対向する一方の側面には多数のスリット状の開口か
らなる吸気口１１が設けられており、この吸気口１１の
内側にはタンクユニット５が配設されている。また、キ
ャビネット４の他方の側面には、多数のスリット状の開
口からなる排気口１２が設けられており、この排気口１
２の内側には放熱部材７及び強制放熱手段８が配設され
ている。

【００１０】タンクユニット５は、蓋体１５によって開
閉可能とされた広口１４ａを上面に有する縦長容器のリ
ザーバタンク１４と、このリザーバタンク１４内に収容
された吸熱部材１６と、同じくリザーバタンク１４内に
収容された流体圧ポンプの一具体例を示す水中ポンプ１
７と、リザーバタンク１４内の水量を表示するため当該
リザーバタンク１４に取り付けられた水量ゲージ１８等
から構成されている。そして、このような構成からなる
タンクユニット５には、熱伝達媒体の一具体例を示す水
が、患部冷却部材２との間に循環させるために必要な適
宜量収容されている。

【００１１】リザーバタンク１４の下端部には、収容さ
れている水を排出するための水抜き口１９が設けられて
おり、この水抜き口１９は吸気口１１の下部に設けられ
た穴から外部に突出されている。この水抜き口１９には
開閉弁２０が取り付けられており、この開閉弁２０を開
放することによって内部の水を排出することができる。
更に、リザーバタンク１４の側面には吸熱部材１６を嵌
合固定するための嵌合穴が開口されており、この嵌合穴
に吸熱部材１６の嵌合部１６ａを嵌合させると共に図示
しないねじ等の固着手段で固着することにより、吸熱部
材１６がリザーバタンク１４内に取り付けられている。

【００１２】水中ポンプ１７の吐出側に接続された供給
管２１ａ及びリザーバタンク１４に接続された戻り管２
１ｂは、キャビネット４の吸気口１１側の上方に取り付
けられた一対の接続具２２，２２の各内端部に接続され
ている。各接続具２２は、両端にねじ部を有する筒軸体
２２ａと、各筒軸体２２ａの両端にそれぞれ螺合される
袋ナット状の締付体２２ｂとを有し、一方の締付体２２
ｂによって供給管２１ａ及び戻り管２１ｂが接続具２２
の内端にそれぞれ接続されている。そして、各接続具２
２の外端には、他方の締付体２２ｂによって配管３ａ，
３ｂがそれぞれ接続されている。

【００１３】リザーバタンク１４に固定された吸熱部材
１６は、板状の基板の一面側に多数の吸熱フィン１６ｂ
を突出させたブロック状の部材からなり、図１に示すよ
うに、標準水量では吸熱部材１６の全体が水面下に埋没
するように設置されている。そして、リザーバタンク１
４の嵌合穴から突出した吸熱部材１６の嵌合部１６ａの
先端面には、熱電冷却素子６の吸熱源６ａを接触させて
いる。この熱電冷却素子６は、２つの異種金属の接合部
を通って電流を流したとき、熱が吸収されるというペル
チェ効果に基づいて作られた電子熱ポンプである。

【００１４】この熱電冷却素子６の材料としては、当初
は金属合金が用いられていたが、近年では冷却性能の向
上を図るために半導体が用いられている。この半導体を
用いた熱電冷却素子６は、正電極−ｎ形半導体−中間電
極−Ｐ形半導体−負電極という構造を有しており、正・
負両電極を通して通電することにより、正・負両電極側
を放熱源６ｂとすると共に中間電極を吸熱源６ａとする
電子熱ポンプが構成される。

【００１５】このような構成を有する熱電冷却素子６の
一方の面である吸熱源６ａが、上述したようにして吸熱
部材１６に密着されており、他方の面である放熱源６ｂ
を放熱部材７に密着させている。放熱部材７は、側方に
突出する互いに平行な多数の放熱フィン７ａを有し、こ
れにより隣合う放熱フィン７ａ間にはトンネル状の放熱
路が形成されている。従って、放熱部材７の縦断面形状
は、櫛歯状をなしている。このような放熱部材７及び吸
熱部材１６の材質としては、例えば、熱の伝導性に優れ
たアルミニウム合金が好適であるが、その他にも熱伝導
性の高い銅合金等の各種の材料を適用することができ
る。

【００１６】更に、キャビネット４の排気口１２の内側
には、強制放熱手段の一具体例を示す放熱ファン８が配
置されている。この放熱ファン８は、排気口１２の略中
央であって放熱部材７との間に形成された空間部に収容
されている。放熱ファン８としては、例えば、軸流ファ
ン、遠心ファン、斜流ファン等、各種の装置を適用する
ことができるが、本実施例では軸流ファンを用いてい
る。そして、放熱ファン８の吸引力で空気を引いて放熱
フィン７ａの周囲に空気を通過させることにより、空気
の流れによる気化熱で放熱フィン７ａから熱を奪って放
熱部材７の熱を大気中に放出させるようにしている。

【００１７】また、放熱ファン８の上方には、熱電冷却
素子６及び放熱ファン８を駆動制御するための駆動制御
部９が配置されている。この駆動制御部９は、プラグ２
４によって接続される交流電源（例えば、ＡＣ１００
Ｖ、５０／６０サイクル）を直流電源に変換し、その直
流電力を熱電冷却素子６及び放熱ファン８に印加して動
作させるものである。この駆動制御部９の駆動制御は操
作盤１０を操作することによって実行される。操作盤１
０は、電源をオン・オフ切り換える電源スイッチ２５
と、電源の入力状態を表示する電源ランプ２６と、熱電
冷却素子６の温度調節を行うための温度調節ツマミ２７
等を有し、駆動制御部９と電気的に接続されている。

【００１８】また、患部冷却部材２は、患部を軟らかく
覆うことができる柔軟性のある袋体３０からなり、この
袋体３０の内部には熱伝導媒体としての水が通過する媒
体通路３１が一体に形成されている。即ち、患部冷却部
材２は、互いに重ね合わされた一対のゴム引布を有し、
このゴム引布は表側に配される布地に裏側に配されるゴ
ム地を貼り合わせることにより形成されていて、互いに
接触するゴム地の周囲を、例えば加熱して溶着したり接
着剤を用いて接着する等の固着手段を用いて周囲接合部
３２を設け、これによりゴム引布の周囲を液密にした袋
体３０が構成されている。

【００１９】更に、袋体３０の内側には、重ね合わされ
たゴム地の一部を上記固着手段と同様の手段で固着する
ことによって長手方向（又は長手方向と交差する幅方
向）に直線状に延びる仕切接合部３３を互いに所定の間
隔をあけて複数箇所に設け、これにより仕切接合部３３
で仕切られた媒体通路３１が形成されている。そして、
媒体通路３１の両端には、袋体３０に周囲を液密に接合
された接続具３４ａ，３４ｂが個別に取り付けられてお
り、これらの接続具３４ａ，３４ｂに上記配管３ａ，３
ｂの一端が着脱可能に接続されている。従って、袋体３
０は、仕切接合部３３が延びる方向には折り曲げたり丸
め込んだりすることはできないが、これと交差する方向
に対しては比較的容易に折り曲げたり丸め込んだりする
ことができる。

【００２０】更に又、袋体３０には、２個の可撓性部分
３５ａ，３５ｂからなる自在ファスナー３５が設けられ
ている。一方の可撓性部分３５ａは、袋体３０の上記折
曲方向の一端に突き出るように取り付けられている一
方、他方の可撓性部分３５ｂは、袋体３０の折曲方向の
他端に重ね合わせるように取り付けられている。

【００２１】尚、駆動制御部９の機能としては、熱電冷
却素子６等の作動のみならず、配管３ａ，３ｂの詰まり
等による水の不通状態の検出、或いは水無し運転による
水中モータ１７の空回転の防止、更には、これらを表示
して警告する等の各種の機能を付加することができる。

【００２２】上記構成を有する患部冷却装置は、冷水を
使って患部を冷やすことを目的とするもので、例えば、
発熱したために頭を冷やしたい場合、或いはスポーツに
より手足や肩等を捻挫したために手足等を冷やしたい場
合等において、次のようにして使用することができる。

【００２３】まず、袋体３０を開いた状態で頭にあてが
い或いは手足等の患部に巻き付け、使用できる場合には
自在ファスナー３５の２個の可撓性部分３５ａ，３５ｂ
を互いに係合させて、患部に患部冷却部材２を取り付け
る。次に、プラグ２４を交流電源のコンセントに差し込
み、交流電源を駆動制御部９に接続して直流電源に変換
する。そして、操作盤１０の電源スイッチ２５をオンさ
せて駆動制御部９から直流電力をタンクユニット５内の
水中ポンプ１７、熱電冷却素子６及び放熱ファン８に供
給し、これらをそれぞれ駆動させる。

【００２４】その結果、水中ポンプ１７の作動によって
リザーバタンク１４内に貯留された冷たい水が供給管２
１ａに吐出され、その水が配管３ａから接続具３４ａを
介して患部冷却部材２の袋体３０内に導入される。袋体
３０内に導入された冷却水は、袋体３０内の媒体通路３
１を通って他端側へ流動し、他端の接続具３４ｂから配
管３ｂに導出されて、戻り管２１ｂからリザーバタンク
１４内に戻される。この際、袋体３０の媒体通路３１を
通る冷水が、患部の熱を吸収して当該患部を冷却する。
その一方、患部の熱を吸収して温められた水は、配管３
ｂ等を通ってリザーバタンク１４に戻され、このサイク
ルが連続して行われることにより、患部が冷たい水によ
って間接的に連続して冷やされる。

【００２５】このとき、リザーバタンク１４内に戻され
た温められた水は、リザーバタンク１４内において、熱
電冷却素子６の働きによって再び冷やされる。即ち、熱
電冷却素子６に直流電力が供給されると、正・負両電極
側が放熱源となって中間電極が吸熱源となるため、熱電
冷却素子６内において、リザーバタンク１４内に吸熱フ
ィン１６ｂが設置された吸熱部材１６の嵌合部１６ａに
接触する吸熱源６ａ側が低温となり、これと反対側の放
熱部材７に接触する放熱源６ｂ側が高温となる。これに
より、熱電冷却素子６の吸熱源６ａが、この吸熱源６ａ
に接触している吸熱部材１６の熱を両者の温度差分だけ
吸収する。その結果、吸熱部材１６の温度低下によって
リザーバタンク１４内の水の温度が吸熱部材１６に吸収
され、これにより、所定温度まで冷やされた冷水がリザ
ーバタンク１４内に貯留される。

【００２６】一方、熱電冷却素子６の放熱源６ｂ側の高
温は、この放熱源６ｂに接触している放熱部材７に伝導
され、この放熱部材７の放熱フィン７ａから空気中に放
射されて、排気口１２から装置本体１の外部に放出され
る。この場合、熱電冷却素子６の作動と同時に放熱ファ
ン８が駆動され、この放熱ファン８の吸引力によって空
気が放熱フィン７ａの周囲を流れるため、この空気流に
よって放熱フィン７ａからの熱の放射が促進され、放熱
部材７による放熱作用が迅速かつ効率よく行われる。

【００２７】かかる冷却作用が連続して繰り返されるこ
とにより、リザーバタンク１４内の水が所定の冷水状態
に保持される。この冷水が水中ポンプ１７により吸引さ
れてタンクユニット５から吐出され、再び患部冷却部材
２を通ってタンクユニット５に戻る循環サイクルが繰り
返されることにより、患部が連続的に冷やされることに
なる。

【００２８】尚、患部冷却部材２を配管３ａ，３ｂ等に
対して着脱可能に構成したため、大きさや形状、袋体３
０の材質等の異なる複数の患部冷却部材２を予め設けて
おくことにより、必要に応じて適宜な患部冷却部材２を
選択して使用することができる。

【００２９】また、放熱部材７及び吸熱部材１６として
は、超熱伝導素子であるヒートパイプを適用することも
でき、これにより、熱移動を高速且つ高効率に行うこと
ができる。このヒートパイプは、真空封入された作動液
が蒸発・凝縮を繰り返すことにより、熱を連続的に且つ
高速に移動することができるもので、例えば、次のよう
な構造を有している。即ち、ヒートパイプは、管の内壁
に毛細管構造（ウィック）を備えたアルミニウム或いは
銅の管の密閉容器に適量の作動液を真空封入することに
よって構成されている。

【００３０】このヒートパイプの作用は、次のようなも
のである。即ち、ヒートパイプの表面に熱が加えられる
と、その部分の内壁の作動液がその熱を潜熱として奪い
沸騰して蒸気になる。この蒸気は高い圧力をもっている
ため、密閉容器内を高速移動して放熱部で凝縮する。そ
の結果、蒸気が潜熱を放出し、入熱部で加えられた熱を
放熱部で外部に放出する一方、凝縮した作動液はウィッ
クの毛細管作用によって入熱部に還流する。このサイク
ルを繰り返すことにより、熱を連続的に且つ高効率に移
送することができる。

【００３１】このような構成及び作用を有するヒートパ
イプは、例えば、次のようにして上記実施例に適用する
ことができる。即ち、吸熱部材１６として用いる場合に
は、ヒートパイプの入熱部をリザーバタンク１４内に配
置する一方、放熱部をタンク外に突出させ、この放熱部
に熱電冷却素子６の吸熱源６ａを接触させるようにす
る。また、放熱部材７として用いる場合には、ヒートパ
イプの入熱部を熱電冷却素子６の放熱源６ｂに接触させ
る一方、放熱部に放熱ファン８を臨ませるようにする。
かかる構成とすることにより、熱を高速且つ高効率に移
送させ、患部の冷却効率を高めることができる。

【００３２】以上説明したが、本発明は上記実施例に限
定されるものではなく、例えば、上記実施例において
は、交流電源を直流電源に変換して熱電冷却素子６、放
熱ファン８及び駆動制御部９を駆動制御する構成とした
例について説明したが、乾電池やバッテリー等の直流電
源を装置本体１に搭載し、その直流電源で直に熱電冷却
素子６等を駆動制御する構成とすることもできる。更
に、上記実施例では、熱伝導媒体として水を用いた例に
ついて説明したが、油その他の液体を用いることができ
ることは勿論のこと、熱伝導媒体として用いることがで
きる各種の気体を適用することもできる。そして、本発
明の患部冷却装置は、人の患部を治療する場合のみなら
ず、猫や犬、牛や馬等の各種の動物の治療にも使用する
ことができる。

【００３３】また、上記実施例では、放熱部材７には多
数の放熱フィン７ａを設け、吸熱部材１６には多数の吸
熱フィン１６ｂを設けた例について説明したが、これら
のフィンに変えて多数の貫通穴を放熱部材７及び吸熱部
材１６に設ける構成としてもよい。更に、上記実施例に
おいては、放熱部材７の下流側に放熱ファン８を設け、
放熱ファン８で空気を吸引してその気化熱で放熱部材７
の冷却を促進させる例について説明したが、放熱ファン
で空気を圧送させて熱放射させる構成とすることもでき
る。このように、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲
で種々変更できるものである。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
患部冷却部材とタンクユニットと熱電冷却素子と放熱部
材とを設ける構成としたため、頭や肩等の患部を長時間
連続して冷やすことができると共に、構造が簡単であっ
て冷却効率に優れた患部冷却装置を提供することができ
るという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の患部冷却装置の一実施例を示す概略構
成の説明図である。

【図２】本発明の患部冷却装置に係る患部冷却部材の一
実施例を示す斜視図である。

【図３】本発明の患部冷却装置に係る患部冷却部材の図
２におけるＡ−Ａ線断面図である。

【符号の説明】

１ 装置本体 ２ 患部冷却部材 ５ タンクユニット ６ 熱電冷却素子 ７ 放熱部材 ７ａ 放熱フィン ８ 放熱ファン（強制冷却手段） ９ 駆動制御部 １４ リザーバタンク １６ 吸熱部材 １６ｂ 吸熱フィン １７ 水中ポンプ ３０ 袋体 ３１ 媒体通路 ３２ 周囲接合部 ３３ 仕切接合部

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱伝導媒体が流動する媒体通路が内部に
   設けられ、患部に取り付けることにより当該患部の熱を
   上記熱伝導媒体に吸収して患部を冷やす患部冷却部材
   と、 上記患部冷却部材の上記媒体通路に配管を介して着脱可
   能に連結され、上記熱伝導媒体を貯留すると共に吐出し
   て患部冷却部材を通して循環させるタンクユニットと、 一方の面を吸熱源とし且つ他方の面を放熱源として熱交
   換を行うことができ、上記吸熱源に上記タンクユニット
   内の吸熱部材が接触される熱電冷却素子と、 上記熱電冷却素子の上記放熱源に接触され、上記熱伝導
   媒体から伝導された熱を放出する放熱部材とを設けたこ
   とを特徴とする患部冷却装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の患部冷却装置において、
   上記患部冷却部材は、重ね合わされたシート部材の周囲
   及び内部の一部を互いに接合することによって上記媒体
   通路を形成し、当該媒体通路の両端に、上記配管を着脱
   可能に接続できる接続具を設けたことを特徴とする患部
   冷却装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載の患部冷却装置において、 上記タンクユニットは、上記熱伝達媒体を貯留できるリ
   ザーバタンクと、上記リザーバタンク内に貯留された熱
   伝達媒体を上記患部冷却部材側に吐出させる流体圧ポン
   プと、上記熱伝達媒体内に少なくとも一部が浸漬され且
   つ他の一部がリザーバタンク外に露出される吸熱部材と
   を有し、当該タンクユニットを一体的に交換可能とした
   ことを特徴とする患部冷却装置。
4. 【請求項４】 請求項１記載の患部冷却装置において、 上記放熱部材は、上記熱を放出するための多数の放熱フ
   ィンを有し、上記放熱フィンに空気を強制的に接触させ
   て放熱させる強制放熱手段を設けたことを特徴とする患
   部冷却装置。