JPH10339517A - 熱移動媒体の温度制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来のヒートポンプにあっては、熱交換効率
は高いが、温度設定の分解能を細かくすることができ
ず、細かな温度設定が不可能であるといった問題があ
り、また、電子熱交換素子にあっては、冷却または加熱
を電子熱交換素子の電流制御によって非常に細かな温度
分解能で温度制御できるが、熱交換効率があまりよくな
いといった問題があった。 【解決手段】 ヒートポンプ等の冷却ガス冷却器１ａか
らなる第１の熱交換器１と、ペルチェ素子等の電子熱変
換素子２ａからなる第２の熱交換器２とを具備し、各熱
交換器によって冷却あるいは加熱された熱移動媒体を第
１、第２のタンク１ｃ，３内に貯留すると共にポンプ８
ａ，８ｂによって移動媒体パイプ４ｄ〜４ｆを介して被
冷加熱体５を冷却あるいは加熱するようにした熱移動媒
体の温度制御装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は冷却あるいは加熱す
る必要のある被冷加熱体（例えば、病人の頭部や身体を
冷やす等に使用する枕やマット）を、予め設定した一定
温度で正確に冷却あるいは加熱することができると共
に、熱移動媒体の設定温度を細かく設定することができ
る熱移動媒体の温度制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来における冷加熱装置としては、冷媒
ガスの蒸発を利用した装置と、本出願人会社が出願した
（例えば、特開平８−８４７４４号公報）ペルチェ素子
等の電子熱変換素子を利用した装置等がある。

【０００３】前記冷媒ガスの蒸発を利用した装置とは、
公知のヒートポンプであってフロンガス等の冷媒が蒸発
する時の気化熱を利用して冷却し、あるいは、３方弁を
切り換えて前記冷媒が凝縮する時の気化熱を利用して加
熱するものであり、また、電子熱交換素子に電流を流す
ことにより冷却あるいは加熱された熱交換器に対して熱
媒体あるいは水を通過させることにより冷却あるいは加
熱するものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記したヒ
ートポンプにあっては、熱交換効率は高いが、温度設定
の分解能を細かくすることができず、細かな温度設定が
不可能であるといった問題があり、また、電子熱交換素
子にあっては、冷却または加熱を電子熱交換素子の電流
制御によって非常に細かな温度分解能で温度制御できる
が、熱交換効率があまりよくないといった問題があっ
た。

【０００５】本発明は前記した問題点を解決せんとする
もので、その目的とするところは、熱交換効率が高い冷
媒ガスを使用した冷却装置と、細かな温度制御ができる
電子熱交換素子を使用した熱交換装置とを組み合わせる
ことにより、熱交換効率が高く、しかも、細かな温度制
御ができる熱移動媒体の温度制御装置を提供せんとする
にある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の熱移動媒体の温
度制御装置は前記した目的を達成せんとするもので、そ
の手段は、ヒートポンプ等の冷却ガス冷却器と、該冷却
器の冷媒流路によって内部に充填された熱移動媒体を冷
却あるいは加熱する第１のタンクとからなる第１の熱交
換器と、ペルチェ素子等の電子熱変換素子と、該電子熱
変換素子に取付けられ熱移動媒体を冷却あるいは加熱す
る第２の熱交換器と、前記第２の熱交換器によって冷却
あるいは加熱された熱移動媒体を貯留する第２のタンク
と、前記第１および第２のタンクと冷却あるいは加熱す
る必要のある被冷加熱体とを接続し、熱移動媒体を循環
させる移動媒体パイプと、前記被冷加熱体の入口側と出
口側の温度を検出する一対の温度検出器と、前記被冷加
熱体を何度で冷却あるいは加熱するかを設定する温度設
定器と、前記一対の温度検出器からの温度平均値と、前
記温度設定器で予め設定した温度との温度差が小さい場
合には前記第２の熱交換器のみを制御する信号を、ま
た、入口側温度検出器との温度差が大きい場合には前記
第１の熱交換器をも制御する信号を送出する温度制御器
とを具備したものである。

【０００７】また、前記第２の熱交換器を２台以上設置
すると共に、前記第２のタンクを前記第１のタンクと直
列的に前記移動媒体パイプで接続することが望ましく、
さらに、前記第１、第２のタンクの上面を傾斜面あるい
は半球面に形成すると共に、出口側の移動媒体パイプを
傾斜面あるいは半球面の最頂部分に接続してタンク内の
空気を排出するようにすることが望ましい。

【０００８】また、前記第１、第２のタンクおよび前記
移動媒体パイプ内を循環させるためのポンプを２台並列
接続すると共に流路切換器を接続し、かつ、前記移動媒
体パイプ内を流れる熱移動媒体が停止したことを検出す
る流体検出器を接続し、該流体検出器が熱移動媒体の停
止を検出した時に、前記流路切換器を他のポンプ側に切
換えると共に、該ポンプを駆動するようにしてもよい。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る熱移動媒体の
温度制御装置の実施の形態を図面と共に説明する。図１
は全体の構成を示すブロック図であり、１は熱交換効率
の高い冷媒ガスを利用した第１の熱交換器にして、ヒー
トポンプ１ａと、該ヒートポンプ１ａに接続された冷媒
流路１ｂと、該冷媒流路の外周に巻回された第１のタン
ク１ｃ、前記ヒートポンプ１ａを放熱するための放熱器
１ｄおよび該放熱器１ｄを冷却するファン１ｅより構成
されている。なお、前記ヒートポンプ１には後述する温
度制御器１３よりの信号によってオン・オフするスイッ
チ１ｆを介して電源に接続されている。

【００１０】前記第１のタンク１ｃは図２(a),(b) に示
すように、上面１ｃ₁ がテーパー状あるいは半球状に形
成されている。また、該第１のタンク１ｃは外部環境温
度に影響されないように、外周を断熱材（図示せず）に
よって覆い、タンク内の熱移動媒体が温度変化しないよ
うに構成されている。

【００１１】２は電流制御により非常に細かな温度分解
能で冷却または加熱制御が行なえる第２の熱交換器にし
て、ペルチェ素子等の電子熱交換素子２ａと、該電子熱
交換素子２ａに固着された熱変換器２ｂと、前記電子熱
交換素子２ａを放熱するための放熱器２ｃおよび該放熱
器２ｃを冷却するファン２ｄとより構成されている。

【００１２】３は前記した第１のタンク１ｃと同様な形
状に形成されると共に、外周を断熱材で覆った第２のタ
ンクである。そして、本実施の形態にあっては、第２の
熱交換器２と第２のタンク３とがそれぞれ一対配置され
ている。４ａは前記各第２の熱変換器２ｂ内に密着状態
で挿通された媒体移動パイプにして、熱変換器２ｂによ
って冷却または加熱された熱移動媒体は、媒体移動パイ
プ４ａを介して第２のタンク３内に流入される。

【００１３】また、４ｂは第２のタンク３における上面
３ａの最頂部に接続された媒体移動パイプにして、先端
は前記第２の熱交換器２における熱変換器２ｂ内に挿入
されているので、第２のタンク３内に貯留された熱移動
媒体は、この媒体移動パイプ４ｂを介して次の第２の熱
交換器２における熱変換器２ｂ内に供給される。

【００１４】４ｃは第２段目の第２のタンク３における
上面３ａの最頂部に接続された媒体移動パイプにして、
カプリング４ｃ₁ を介して冷却あるいは加熱する必要の
ある被冷加熱体５（例えば、水枕や冷却マット）の入口
側に接続されている。この媒体移動パイプ４ｃの途中に
は感温素子６ａが取付けられ、この感温素子６ａには温
度変化を電気信号に変えて出力する温度検出器６が接続
されている。

【００１５】４ｄは前記第１のタンク１ｃにおける上面
１ｃ₁ の最頂部に接続された媒体移動パイプにして、先
端は最初の第２の熱交換器２における熱変換器２ｂ内に
挿入されているので、第１のタンク１ｃ内に貯留された
熱移動媒体は、この媒体移動パイプ４ｄを介して第２の
熱交換器２における熱変換器２ｂ内に供給される。

【００１６】４ｅは前記被加熱体５の出口側とカプリン
グ４ｅ₁ を介して流路切換器７とを接続する媒体移動パ
イプにして、この媒体移動パイプ４ｅの途中には感温素
子６ａ′が取付けられ、この感温素子６ａ′には温度変
化を電気信号に変えて出力する温度検出器６′が接続さ
れている。

【００１７】流路切換器７の出口側は２つに分岐され、
それぞれポンプ８ａ，８ｂを介して流体検出器９に接続
されている。この流体検出器９は流体である熱移動媒体
が流れなくなると信号を送出するもので、該出力は前記
流路切換器７と切換スイッチ１０とに出力される。

【００１８】例えば、熱移動媒体が流路切換器７からポ
ンプ８ａを介して流体検出器９に流れている場合におい
て、ポンプ８ａが何らかの原因で停止したとすると、流
体検出器９は熱移動媒体を検出しなくなるので、信号を
流路切換器９と切換スイッチ１０に出力する。従って、
流路切換器７はポンプ８ｂ側に流路を切換え、かつ、ポ
ンプ８ｂが駆動を開始して流体検出器９に熱移動媒体が
流れるようになる。なお、１１は流路がポンプ８ｂ側に
切換えられた時に点灯するポンプ動作モニター用の発光
ダイオードである。

【００１９】４ｆは前記流体検出器９と第１のタンク１
ｃの入口側とを接続する媒体移動パイプである。１２は
前記２つの第２の熱交換器２における電子熱変換素子２
ａを各別に制御するための電流を出力する２つのドライ
バー回路にして、それぞれ２個のトランジスターの組み
合わせによって構成されている。

【００２０】１３は前記温度検出器６，６′よりの出力
を温度に換算し平均値を算出し温度設定器１４と比較
し、温度設定器１４よりの温度が高かった場合には、電
子熱交換素子２ａの温度を低下させる出力を送出し、ま
た、逆の場合には電子熱交換素子２ａの温度を上げる出
力を送出する。この出力を受けたドライバー回路１２
は、それぞれの電子熱交換素子２ａに対して温度を低下
あるいは上昇させる電流を供給し、被冷加熱体５の温度
が一定になるように制御する。

【００２１】さらに、前記電子熱交換素子２ａのみでは
所定温度に設定できない場合には、第１の熱交換器１に
おけるヒートポンプ１ａを電源に接続して、温度検出器
６の温度と温度設定器１４の設定温度とを比較し、温度
設定器１４よりの温度が高かった場合には、ヒートポン
プ１ａを冷却動作させ、また、逆の場合には、冷却を停
止させる動作を行い十分な熱交換が行なわれるようにす
る。なお、１４は被冷加熱体５を何度に制御するかを設
定するための温度設定器である。

【００２２】次に、前記した構成に基づいて動作を説明
する。先ず、被冷加熱体５を何度に冷却するか、あるい
は、何度に加熱するかを温度設定器１４によって設定す
る。該温度設定器１４による設定が行なわれると、温度
制御器１３よりスイッチ１ｆに対してオン信号が出力さ
れて、該スイッチ１ｆは閉じられる。これにより、第１
の熱交換器１におけるヒートポンプ１ａが動作して冷媒
を冷却あるいは加熱する。

【００２３】この冷媒が冷却あるいは加熱されると、該
冷媒が循環する冷媒流路１ｂによって第１のタンク１ｃ
内の熱移動媒体（例えば、水）が効率よく冷却あるいは
加熱される。また、前記温度制御器１３よりドライバー
回路１２に対して冷却あるいは加熱信号が出力されるの
で、該ドライバー回路１２より２つの第２の熱交換器２
における電子熱交換素子２ａに対して熱変換器２ｂを冷
却あるいは加熱する信号が出力され、該熱交換機２ｂを
冷却あるいは加熱する。

【００２４】この状態において、ヒートポンプ１ａにも
電源が供給されているので、第１のタンク１ｃ、第２の
タンク３内に充填されている熱移動媒体が、媒体移動パ
イプ４ｄ〜１４内を流れて被冷加熱体５を介して循環す
る。この熱移動媒体の温度は常時温度検出器６，６′に
よって検出されているので、その温度信号は温度制御器
１３に送出され、該温度制御器１３は前記温度設定器１
４で設定した温度になったか否かを監視する。

【００２５】そして、予め設定した温度に略達すると、
温度制御器１３はスイッチ１ｆをオフ状態となし、第１
の熱交換器１を停止状態にすると共に、ドライバー回路
１２から電子熱交換素子２ａに流れていた電流はさらに
細かく制御され、第２の熱交換器２が予め予定した温度
に達するように温度制御される。

【００２６】このように被冷加熱体５は一定温度で冷却
あるいは加熱されるが、該被冷加熱体５の負荷によって
温度が予め設定した温度から外れると、温度検出器６，
６′で検出する温度の平均値に差が生じるので、これを
検出した温度制御器１３は前記差分を補正する信号をド
ライバー回路１２に出力し、該ドライバー回路１２は前
記差分を補正する電流を電子熱交換素子２ａに流して、
熱変換器２ｂ内を流れる熱移動媒体を冷却あるいは加熱
する。

【００２７】また、被冷加熱体５に加わる負荷が大きく
変動し、温度検出器６′で検出する温度の差分が第２の
熱交換器２のみでは迅速に対応できない程大きくなった
場合には、温度制御器１３は第１の熱交換器１に対して
スイッチ１ｆを閉じる信号を出力し、第１のタンク１ｃ
内の熱移動媒体を効率よく冷却あるいは加熱して設定温
度に早く達する制御を行なう。以上のような制御を繰り
返し行い、被加熱体５を設定温度に迅速、かつ、細かい
温度分解能で冷却あるいは加熱することができるもので
ある。

【００２８】前記温度制御を行なっている時に、何らか
の原因でポンプ８ａが停止した場合には、流体検出器９
が流体の流れを検出しなくなるので、該流体検出器９は
流路切換器７と切換スイッチ１０とに切換え出力を送出
する。これにより、流路切換器７がポンプ８ｂ側に切換
えられると共に切換スイッチ１０も切換えられ、以降は
ポンプ８ｂによって熱移動媒体の循環が行なわれる。ま
た、前記切換えが行なわれると、ポンプ動作モニタ用の
発光ダイオード１１が点灯される。

【００２９】なお、前記した本実施の形態にあっては、
第２の熱交換器２を２台直列的に接続し、細かな温度分
解能で被冷加熱体５を冷却あるいは加熱する場合を示し
たが、より細かな温度分解能で制御する場合には、直列
的に第２の熱交換器２を２台以上接続することが望まし
く、逆に細かな温度分解能を必要としない場合には、１
台の第２の熱交換器２でもよい。

【００３０】また、本実施の形態にあっては、第１およ
び第２のタンク１ｃ，３の上面２ａ ₁ をテーパー状ある
いは半球状に形成し、かつ、出口側の媒体移動パイプ４
ｂ，４ｃ，４ｄを最頂部分に接続したのは、タンク１
ｃ，３内に空気が溜まらないようにするためである。

【００３１】さらに、前記した温度設定器１４は特定温
度を手動で設定することができ、また、時間経過により
設定温度が変化するプログラムによる自動温度傾斜設定
もできるようにすることができ、さらに、温度設定器１
４の設定温度データを出力するようにもできる。

【００３２】

【発明の効果】本発明は前記したように、ヒートポンプ
等の冷却ガス冷却器からなる第１の熱交換器と、ペルチ
ェ素子等の電子熱変換素子からなる第２の熱交換器とを
具備し、各熱交換器によって冷却あるいは加熱された熱
移動媒体を第１、第２のタンク内に貯留すると共にポン
プによって移動媒体パイプを介して被冷加熱体を冷却あ
るいは加熱するようにしたので、熱交換効率の高い前記
第１の熱交換器によって迅速に設定温度で被冷加熱体を
冷却あるいは加熱でき、かつ、細かい温度分解能が可能
な前記第２の熱交換器によって細かい温度で微妙な冷却
あるいは加熱が行なえる。

【００３３】また、前記第２の熱交換器を２台以上設置
すると共に、前記第２のタンクを直列的に接続すること
により、より細かな温度制御が可能となり、さらに、前
記第１、第２のタンクの上面を傾斜面あるいは半球面と
なし、かつ、前記移動媒体パイプの出口側を前記傾斜面
あるいは半球面の最頂部分に接続することにより、順路
中に空気が入ることがなくなり、効率的な熱交換ができ
る。

【００３４】さらに、順路中の熱移動媒体を循環させる
ための前記ポンプを２台並列接続すると共に流路切換器
によって何れかのポンプを選択できるようにし、かつ、
熱移動媒体の流れを検出する流体検出器によって、熱移
動媒体の流れが停止したのを検出するようにしたので、
熱移動媒体の流れが停止した時に、前記流路切換器を切
り換えて他のポンプによって連続して熱移動媒体の循環
を行なうことができ、従って、被冷加熱体を連続して冷
却あるいは加熱できて安全性の面でも優れている等の効
果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る熱移動媒体の温度制御装置全体の
ブロック図である。

【図２】(a),(b) は同上に使用するタンクの斜視図であ
る。

【符号の説明】

１ 第１の熱交換器 １ａ 冷却ガス冷却器 １ｂ 冷媒流路 １ｃ 第１のタンク ２ 第２の熱交換器 ２ａ 電子熱交換素子 ２ｂ 熱変換器 ３ 第２のタンク ４ｄ〜４ｆ 媒体移動パイプ ５ 被冷加熱体 ６，６′ 温度検出器 ７ 流路切換器 ８ａ，８ｂ ポンプ ９ 流体検出器 １３ 温度制御器 １４ 温度設定器

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ヒートポンプ等の冷却ガス冷却器と、該
   冷却器の冷媒流路によって内部に充填された熱移動媒体
   を冷却あるいは加熱する第１のタンクとからなる第１の
   熱交換器と、 ペルチェ素子等の電子熱変換素子と、該電子熱変換素子
   に取付けられ熱移動媒体を冷却あるいは加熱する第２の
   熱交換器と、 前記第２の熱交換器によって冷却あるいは加熱された熱
   移動媒体を貯留する第２のタンクと、 前記第１および第２のタンクと冷却あるいは加熱する必
   要のある被冷加熱体とを接続し、熱移動媒体を循環させ
   る移動媒体パイプと、 前記被冷加熱体の入口側と出口側の温度を検出する一対
   の温度検出器と、 前記被冷加熱体を何度で冷却あるいは加熱するかを設定
   する温度設定器と、 前記一対の温度検出器からの温度平均値と、前記温度設
   定器で予め設定した温度との温度差が小さい場合には前
   記第２の熱交換器のみを制御する信号を、また、入口側
   温度設定器との温度差が大きい場合には前記第１の熱交
   換器をも制御する信号を送出する温度制御器と、 を具備したことを特徴とする熱移動媒体の温度制御装
   置。
2. 【請求項２】 前記第２の熱交換器を２台以上設置する
   と共に、前記第２のタンクを前記第１のタンクと直列的
   に前記移動媒体パイプで接続したことを特徴とする請求
   項１記載の熱移動媒体の温度制御装置。
3. 【請求項３】 前記第１、第２のタンクの上面を傾斜面
   あるいは半球面に形成すると共に、出口側の移動媒体パ
   イプを傾斜面あるいは半球面の最頂部分に接続してタン
   ク内の空気を排出するようにしたことを特徴とする請求
   項１記載の熱移動媒体の温度制御装置。
4. 【請求項４】 前記第１、第２のタンクおよび前記移動
   媒体パイプ内を循環させるためのポンプを２台並列接続
   すると共に流路切換器を接続し、かつ、前記移動媒体パ
   イプ内を流れる熱移動媒体が停止したことを検出する流
   体検出器を接続し、該流体検出器が熱移動媒体の停止を
   検出した時に、前記流路切換器を他のポンプ側に切換え
   ると共に、該ポンプを駆動するようにしたことを特徴と
   する請求項１記載の熱移動媒体の温度制御装置。