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公開番号2021060011
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210415
出願番号2019184998
出願日20191008
発明の名称送風装置
出願人京セラ株式会社
代理人個人
主分類F04B 45/047 20060101AFI20210319BHJP(液体用容積形機械;液体または圧縮性流体用ポンプ)
要約【課題】 小型化が可能で静音動作が可能な送風装置を提供する。
【解決手段】 送風装置100は、圧電ポンプ1と、熱電素子50と、圧電ポンプ1および熱電素子50を収納する筐体20と、を備える。筐体20は、熱電素子50によって加熱または冷却された流体を吹き出す吹出口21を有する。また、筐体20は、熱電素子50によって冷却または加熱された流体を排気する排気口22を有していてもよい。
【選択図】 図1
特許請求の範囲【請求項1】
圧電ポンプと、
熱電素子と、
前記圧電ポンプおよび前記熱電素子を収納する筐体であって、前記熱電素子によって加熱または冷却された流体を吹き出す吹出口を有する筐体と、を備える送風装置。
続きを表示(約 550 文字)【請求項2】
前記熱電素子は、第1面および前記第1面と反対側の第2面を有するペルチェ素子であり、
前記圧電ポンプは、吐出した流体が、前記第1面および前記第2面のそれぞれに接触するように配置されており、
前記吹出口は、前記第1面に接触した流体または前記第2面に接触した流体のいずれか一方を吹き出すように構成される、請求項1記載の送風装置。
【請求項3】
前記圧電ポンプは、第1圧電ポンプと第2圧電ポンプとを含み、
前記熱電素子は、第1面および前記第1面と反対側の第2面を有するペルチェ素子であり、
前記第1圧電ポンプは、吐出した流体が、前記第1面に接触するように配置されており、
前記第2圧電ポンプは、前記第2面に接触するように配置されており、
前記吹出口は、前記第2圧電ポンプから吐出された流体を吹き出すように構成される、請求項1記載の送風装置。
【請求項4】
前記ペルチェ素子は、通電によって、前記第1面が相対的に高温となり、前記第2面が相対的に低温となる第1通電状態と、通電によって、前記第1面が相対的に低温となり、前記第2面が相対的に高温となる第2通電状態と、を切り替え可能である、請求項2または3記載の送風装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本開示は、送風装置に関する。
続きを表示(約 6,400 文字)【背景技術】
【0002】
冷風または温風を生成して、対象物に吹き付け、対象物を冷却または加熱する送風装置が知られている。送風装置は、冷風または温風を空間に放出して、空間内の雰囲気温度を降温または昇温させることもできる。
【0003】
例えば、特許文献1に記載の熱交換装置は、外形が円板状または円柱状であって、中央部分から軸線方向に沿って空気を取り込み、装置内部で熱交換し、インペラ(羽根車)の回転によって、半径方向に空気を吹き出すように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
特表2010−534821号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特許文献1記載の熱交換装置は、空気の取り込みおよび吹き出しのために装置周辺に十分な空間が必要となる。また、モータを用いてインペラを回転させる必要があるなど装置が大型化するとともに、動作による騒音も大きくなる。そこで、小型化が可能で静音動作が可能な送風装置が求められていた。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本開示の送風装置は、圧電ポンプと、
熱電素子と、
前記圧電ポンプおよび前記熱電素子を収納する筐体であって、前記熱電素子によって加熱または冷却された流体を吹き出す吹出口を有する筐体と、を備える。
【発明の効果】
【0007】
本開示の送風装置によれば、圧電ポンプと熱電素子を用いることで、小型化および静音動作が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
第1実施形態の送風装置の構成を示す模式的な断面図である。
第1実施形態の変形例を示す模式的な断面図である。
熱電素子の構成を示す模式的な断面図である。
圧電ポンプの動作状態を示す概略断面図である。
第1実施形態の他の変形例を示す模式的な断面図である。
第2実施形態の送風装置の構成を示す模式的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、添付図面を参照して、送風装置の例を詳細に説明する。なお、以下に示す開示の一例によってこの発明が限定されるものではない。図1は、第1実施形態の送風装置の構成を示す模式的な断面図である。図2は、第1実施形態の変形例を示す模式的な断面図である。図3は、熱電素子の構成を示す模式的な断面図であり、図4は、圧電ポンプの動作状態を示す概略断面図である。
【0010】
送風装置100は、圧電ポンプ1と、熱電素子50と、圧電ポンプ1および熱電素子50を収納する筐体20と、を備える。筐体20は、熱電素子50によって加熱または冷却された流体を吹き出す吹出口21を有する。また、筐体20は、熱電素子50によって冷却または加熱された流体を排気する排気口22を有していてもよい。送風装置100から吹き出される流体は、特に限定されない。流体としては、例えば空気や、芳香剤、除菌剤または抗菌剤などを含む機能性流体であってもよい。以下では、空気を流体の一例として説明する。
【0011】
本実施形態の送風装置100は、熱電素子50として、ペルチェ素子を用いている。熱電素子50は、第1支持基板52の内面と第2支持基板53の内面との間に複数の半導体素子51が挟持されており、複数配列されている。第1支持基板52は、内面に第1電極52aが設けられ、第2支持基板53は、内面に第2電極53aが設けられる。半導体素子51は、第1電極52aと第2電極53aとに電気的に接続されている。
【0012】
第1支持基板52は、内面に第1電極52aが設けられることから、少なくとも上面側の表層は絶縁材料で構成される。第2支持基板53は、内面に第2電極53aが設けられることから、少なくとも内面側の表層は絶縁材料で構成される。第1支持基板52および第2支持基板53としては、例えば、アルミナフィラーを添加して成るエポキシ樹脂板または酸化アルミニウム質焼結体あるいは窒化アルミニウム質焼結体等のセラミック板を用いることができる。また、第1支持基板52および第2支持基板53の他の例としては、銅板、銀板または銀−パラジウム板の電極側面に、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、アルミナセラミックスまたは窒化アルミニウムセラミックス等から成る絶縁層を設けた支持基板を用いることができる。
【0013】
複数の半導体素子51は、p型素子およびn型素子を含み、ペルチェ効果によって温度調節を行なうことができる。半導体素子51は、一定の間隔で縦横の並びに複数配列され、第1電極52aおよび第2電極53aとはんだで接合されている。具体的には、p型素子およびn型素子が隣接して交互に配置され、例えば第1電極52aおよび第2電極53aとはんだを介して直列に電気的に接続され、全ての半導体素子51が直列に接続されている。
【0014】
半導体素子51は、A



型結晶(AはBiおよび/またはSb、BはTeおよび/またはSe)からなる材料、好ましくはBi(ビスマス)およびTe(テルル)系の材料で本体部が構成されている。具体的には、p型素子は、例えば、Bi

Te

(テルル化ビスマス)とSb

Te

(テルル化アンチモン)との固溶体からなる材料で構成される。また、n型素子は、例えば、Bi

Te

(テルル化ビスマス)とBi

Se

(セレン化ビスマス)との固溶体からなる材料で構成される。
【0015】
半導体素子51の形状は、例えば円柱状、四角柱状、多角柱状等にすることができる。特に、半導体素子51の形状を円柱状にすることにより、使用時のヒートサイクル下において半導体素子51に生じる熱応力の影響を低減できる。
【0016】
第1支持基板52と第2支持基板53との間に配置された複数の半導体素子51の周囲には、例えばシリコーン樹脂、エポキシ樹脂などの樹脂からなるシール材を設けてもよい。外周側は第1支持基板52と第2支持基板53との間の温度差による変形が大きいが、第1支持基板52と第2支持基板53の間における外周側に配置された複数の半導体素子51の隙間を埋めるようにシール材を設けることで、これが補強材となって、半導体素子51と第1電極52aとの間の剥離、および半導体素子51と第2電極53aとの間の剥離を抑制できる。
【0017】
熱電素子50は、上記のような構成であり、通電によって、半導体素子51を介して第1支持基板52と第2支持基板53との間で熱を移動させ、第1支持基板52の外面(第1面)520と第2支持基板53の外面(第2面)530との間で温度差を生じさせる。なお、熱電素子50は、通電によって、第1面520が相対的に高温となり、第2面530が相対的に低温となる第1通電状態と、通電によって、第1面520が相対的に低温となり、第2面530が相対的に高温となる第2通電状態と、を切り替え可能である。
【0018】
送風装置100は、熱電素子50が、第1通電状態のときには、圧電ポンプ1から吐出された空気が、第1面520に接触することによって、加熱された空気を吹出口21から吹き出すことができる。また、熱電素子50が、第2通電状態のときには、圧電ポンプ1から吐出された空気が、第1面520に接触することによって、冷却された空気を吹出口21から吹き出すことができる。このような本開示の送風装置100によれば、圧電ポンプ1と熱電素子50を用いることで、小型化および静音動作が可能となる。送風装置100は、自動車または電車等の車両に設置されたシート(座席)内部に設けることにより、シートクーラーとして使うことができる。この場合においては、例えば、着席した人の頭部に接する部位(ヘッドレスト)または背もたれに設けられていてもよい。この場合は、特に温度を感じやすい人の頭部または首周りに、静音で送風できるので、車両による快適な移動を実現することができる。
【0019】
本実施形態では、圧電ポンプ1は、吐出した空気が、熱電素子50の第1面520および第2面530のそれぞれに接触するように配置されている。吹出口21は、第1面520に接触した空気を吹き出すように構成される。
【0020】
図1に示すように、圧電ポンプ1が空気を吐出する吐出方向と、熱電素子50の第1面520および第2面530の面方向に平行で、圧電ポンプ1の吐出位置は、熱電素子50の厚さの中央位置となっている。圧電ポンプ1と熱電素子50とをこのような位置関係とし、圧電ポンプ1から吐出された空気は、熱電素子50の第1面520および第2面530の両方に接触する。本実施形態では、第1面520に接触した空気が吹出口21から吹き出すように、筐体20が構成されており、第2面530に接触した空気が排気口22から排気されるように、筐体20が構成されている。熱電素子50の第1面520、第2面530に空気を接触させることで、各面における熱交換が促進され、第1支持基板52と第2支持基板53との間での熱移動が促進されて、第1面520、第2面530を、さらに高温または低温とすることができる。また、必要な冷風または温風を吹出口21から吹き出すようにし、不要な温風または冷風は、排気口22から排気することができる。
【0021】
筐体20は、その内部に、圧電ポンプ1から吐出された空気を、第1面520および第2面530にそれぞれ案内する案内部材23を有していてもよい。熱電素子50の側方から圧電ポンプ1の吐出空気を流そうとすると、熱電素子50の側面に空気が衝突して、流れが妨げられたり、流れ方向が変化して、第1面520および第2面530に空気が十分に接触しないおそれがある。案内部材23は、たとえば、圧電ポンプ1の吐出方向前方にあって、第1面520へと連なる斜面と、第2面530へと連なる斜面とを有する。圧電ポンプ1の吐出空気は、案内部材23によって分流されて、それぞれ斜面に沿って第1面520および第2面530にまで空気を流すことができる。
【0022】
筐体20には、例えば、第1面520に接触後の空気と、第2面530に接触後の空気とが混合しないように、仕切壁24を設けていてもよい。案内部材23および仕切壁24は、熱電素子50と当接していてもよい。当接していることで、熱電素子50の第1面520および第2面530と、案内部材23および仕切壁24との間に間隙が無いので、間隙に空気が流れ込むことで流れが乱れたり、冷風と温風とが混合したりしてしまうことを抑制することができる。なお、案内部材23および仕切壁24が、熱電素子50と当接することで、熱電素子50から筐体20へ熱が逃げるおそれ、筐体20から熱電素子50へ熱が流入するおそれがある。このような熱電素子50と筐体20との間の伝熱を抑制するために、案内部材23および仕切壁24と、熱電素子50との当接部分には、断熱部材を設けてもよい。
【0023】
ここで、圧電ポンプ1について説明する。圧電ポンプ1は、貫通孔10aを有する圧電素子10と、貫通孔10aの一方の開口を覆う第1の弾性板11と、貫通孔10aの他方の開口を覆う第2の弾性板12と、を備える。第1の弾性板11は、圧電素子10の貫通孔10aに連通する連通孔11aを有する。
【0024】
圧電素子10は、例えば、貫通孔10aを有する圧電体と、圧電体の対向する一対の主面にそれぞれ設けられた表面電極とを備えるものである。圧電素子10を構成する圧電体としては、チタン酸ジルコン酸鉛系、チタン酸バリウム系、ニオブ酸カリウム/ナトリウム系などの圧電セラミックス、水晶、タンタル酸リチウムなどの圧電単結晶を用いることができる。圧電素子10を構成する表面電極としては、銀、ニッケル、銅、銀−パラジウムなどを用いることができる。
【0025】
圧電素子10は、貫通孔10aを有するものであれば、形状は特に限定されない。圧電素子10は、板状であってもよく、柱状であってもよく、板状であれば、円板状、多角板状などであってもよく、柱状であれば、円柱状、多角柱状などであってもよい。貫通孔10aの位置も特に限定されず、板状および柱状のいずれでも、例えば、圧電体の中心軸線と同軸位置に設けられる。本実施形態では、圧電素子10は、円板状であり、貫通孔10aは、圧電体の中心軸線と同軸に設けられる。
【0026】
圧電素子10は、一方の面および他方の面に設けられた表面電極がそれぞれの面に面方向に広がる一つの表面電極(一対の表面電極)を有する他励振型の圧電素子であってもよい。
【0027】
また圧電素子10は、一方の面に設けられた表面電極が、主表面電極および該主表面電極と分離された副表面電極とを含むいわゆる自励振型の圧電素子であってもよい。このような構成とすることで、例えば、複数の圧電ポンプ1を利用する際に、それぞれの圧電ポンプ1ごとに最適駆動周波数を調整できるため、圧電ポンプ1の空気流量の個体差を抑制できる。加えて、例えば−20℃〜+80℃といった環境温度変化に伴う空気流量の変化も抑制できる。
【0028】
第1の弾性板11は、弾性変形可能な材料からなり、貫通孔10aの一方の開口を覆うものであれば、形状は特に限定されない。同様に、第2の弾性板12は、弾性変形可能な材料からなり、貫通孔10aの他方の開口を覆うものであれば、形状は特に限定されない。第1の弾性板11には、圧電素子10の貫通孔10aに連通する連通孔11aが設けられている。
【0029】
第1の弾性板11および第2の弾性板12は、弾性変形することで、圧電素子10の変形(振動)に追従することができる。例えば、圧電素子10が、半径方向に伸びる変形をしたとき、第1の弾性板11および第2の弾性板12も同様に半径方向に伸びるように弾性変形すればよい。または、圧電素子10が、半径方向に縮む変形をしたとき、第1の弾性板11および第2の弾性板12も同様に半径方向に縮むように弾性変形すればよい。ここで、圧電素子10が、半径方向に縮む変形をしたとき、圧電素子10は厚み方向に伸びる変形をしており、また、圧電素子10が、半径方向に伸びる変形をしたとき、圧電素子10は厚み方向に縮む変形をしていてもよい。
【0030】
圧電素子10に電圧を印加することによって、圧電素子10が変形し、図2(a)の状態から図2(b)の状態への変化と、図2(b)の状態から図2(a)の状態への変化と、を繰り返す。圧電素子10と第1の弾性板11と第2の弾性板12とで囲まれた内部空間の容積が変化することで、連通孔11aを介して内部空間への空気の吸い込みと吐き出しが繰り返され、ポンプとして機能する。
(【0031】以降は省略されています)

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