JP2003262425A - 加熱冷却帯状体および加熱冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 水道管凍結防止用のみならず各種製造プラン
トのタンクや配管の温度制御用にも使用できる加熱冷却
帯状体およびそれを用いた加熱冷却装置の提供。 【解決手段】 可撓性を有する帯状体４の長手方向に沿
って複数のペルチェ素子２が、それぞれの加熱側を該帯
状体の一方の面側に、それぞれの冷却側を該帯状体の他
方の面側に揃えて設けられたことを特徴とする加熱冷却
帯状体１。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、各種製造プラント
のタンクや配管、水道管等に巻き付けて、該配管等を所
定温度に加熱または冷却すること、水道管等の凍結防止
すること等に使用される加熱冷却帯状体およびそれを用
いた配管等の加熱冷却装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、水道管凍結防止装置としては、実
開平７−２９０５５号公報に開示された装置が提案され
ている。同公報記載の装置は、水道管および周囲の温度
変化に対応してオン／オフする温度スイッチ１２と、温
度スイッチ１２を一体的に収納した電源プラグと、水道
管に巻付けられるヒータ・エレメントを所定の長さに埋
設した凍結防止帯と、温度スイッチのリード線端子とヒ
ータ・エレメントのリード線端子とを電気的に接続する
コネクタとを有する構造になっている。

【０００３】このような従来装置は、確実な水道管凍結
防止効果を得るために、家屋の北側等の最も低温となる
可能性の高い場所に設置されたセンサの検出温度に基づ
いてオン／オフ制御を行うようになっている。このた
め、例えばヒータが家屋の南側に面した水道管に設置さ
れている場合、家屋の南側で外気温が上昇し、水道管内
の水が凍結を考慮する必要がない水温まで上昇したとき
でも、上記センサの検出温度が０℃未満であればヒータ
はオン状態となる。このため加熱を必要としない部分に
対してもヒータは、１日中オン状態となる可能性があ
る。このことから、上記従来装置は、水道管の温度が低
い特定の部分だけを集中的に加熱することはできないた
め、必要以上に電力を消費する場合があり、消費電力の
増加を招くという問題点を有している。

【０００４】本出願人は、上記従来技術における問題点
を解決するため、正特性サーミスタを用い、水道管等の
被加熱体に巻き付けるヒータ本体を有するヒータを発明
し、既に特許出願している（国際特許出願公開ＷＯ９６
／０８６１３参照）。このヒータは、被加熱体を加熱す
るためのコード状の本体が、電気絶縁性および可撓性を
有して設けられ、正特性サーミスタであるセラミックス
からなる発熱体が、本体の長手方向に沿って、複数、本
体に設けられ、各発熱体に給電するための一対の給電線
が本体に設けられ、導電性を有する一対の保持部材が、
各給電線と発熱体とを電気的にそれぞれ接続し、かつ、
保持するように本体に設けられた構成になっている。

【０００５】上記の正特性サーミスタ使用ヒータは、各
発熱体が、コード状の本体の長さ方向に沿って上記本体
に設けられているので、硬質なセラミックスからなる各
発熱体を本体に有していても、可撓性を有する本体を撓
ませて、被加熱体としての水道管等の水の滞留部位とな
る湾曲した表面に対して沿わせることが可能となる。ま
た、各発熱体には、導電性を有する保持部材によって一
対の各給電線にそれぞれ接続されて上記各給電線から電
力を供給される。これらのことから、正特性サーミスタ
である発熱体のキュリー温度を、例えば１０℃〜８０℃
程度に設定した場合、外気温が常温より低い氷点温度で
ある部分の発熱体を低抵抗値にできる。このとき、発熱
体に対し通電すると、上記発熱体に大電流が流れ、上記
発熱体が発熱して被加熱体を迅速に加熱できる。このこ
とから、上記被加熱体としての滞留部位の水の凍結を加
熱によって防止できる。また、キュリー温度近傍に上昇
した部分の発熱体は抵抗値が高くなり、流れる電流が減
少する。よって上記発熱体における消費電力が抑制され
る。この結果、上記の正特性サーミスタ使用ヒータは、
被加熱体に対して加熱が必要な部分のみを適切に加熱で
きることから、被加熱体としての滞留部位の凍結を防止
できると共に無駄な電力の消費を抑制することができ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のヒータは、正特
性サーミスタを発熱体とし、加熱が必要な部分のみを適
切に加熱して消費電力の削減を図っており、水道管の凍
結防止用ヒータとして実用上十分な性能を有している。
本発明者らは、この正特性サーミスタ使用ヒータにおい
て、更なる省エネルギー化を達成するべく鋭意研究を重
ねた。その結果、正特性サーミスタ使用ヒータは、発熱
体が発熱する際、発熱体全体が加熱されるため、被加熱
体に該ヒータを巻き付けた際に、発熱体の被加熱体に面
する側は熱エネルギーが被加熱体に伝導されるが、被加
熱体に接していない反対側から大気中に熱エネルギーが
逃げ、この分のエネルギーロスがあることを確認した。
さらに、上記のヒータは、発熱体の正特性を利用して温
度制御する構成なので、上述した通り水道管の凍結防止
用ヒータとしては好適であるが、他の加熱用ヒータとし
て、特に、被加熱体を加熱および冷却することが望まれ
る化成品製造プラントのタンクや配管等の温度調節手段
に適用することができず、適用範囲が狭い欠点がある。
すなわち、酸化、還元、重合、縮合などの反応を伴う化
成品製造プラントのタンクや配管等は、ある工程では所
定温度への加熱を要し、別な工程では冷却を要するな
ど、温度の切換が必要とされる場合が多く、しかも製造
時間を短縮するために、迅速な温度の切換が求められる
場合がある。また、上記のヒータは、発熱体の正特性制
御によって温度制御する構成なので、精密な温度制御が
困難であり、遺伝子工学、発酵工学などのバイオ関連分
野において極めて精密な温度制御が望まれる分野におけ
る加熱用ヒータとしては不十分である。

【０００７】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、水道管凍結防止用のみならず各種製造プラントのタ
ンクや配管の温度制御用にも使用できる加熱冷却帯状体
およびそれを用いた加熱冷却装置の提供を目的としてい
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、可撓性を有する帯状体の長手方向に沿っ
て複数のペルチェ素子が、それぞれの加熱側を該帯状体
の一方の面側に、それぞれの冷却側を該帯状体の他方の
面側に揃えて設けられたことを特徴とする加熱冷却帯状
体を提供する。本発明の加熱冷却帯状体は、帯状体を配
管等の被加熱冷却体に巻き付けた状態で、複数のペルチ
ェ素子に給電することで、電流の流れ方向に基づいて被
加熱冷却体を加熱又は冷却できる。ペルチェ素子に電流
を流すと、ペルチェ素子のいずれか一方の側が加熱さ
れ、他方の側が冷却されるので、この加熱冷却帯状体で
被加熱冷却体を加熱する場合には、加熱側の反対から熱
エネルギーが逃げることがなく、加熱効率が高い。ま
た、被加熱冷却体に巻き付けた状態で、ペルチェ素子に
印加する電流の流れ方向を変換することによって、加熱
と冷却を行うことができる。

【０００９】本発明の加熱冷却帯状体において前記ペル
チェ素子は、一対の絶縁基板の間に半導体素子を挟持し
た構成をなし、該半導体素子に接続された電極が該絶縁
基板の外面側に設けられ、または内面側から突出形成さ
れた構造のものが好ましい。また前記帯状体は、その長
手方向に沿って設けられた給電線と、該給電線の長手方
向に沿って所定間隔毎に設けられた前記ペルチェ素子と
を有する加熱冷却ユニットを覆う合成樹脂製の可撓性長
尺帯状体としてよい。さらに、給電線と該給電線の長手
方向に沿って所定間隔毎に設けられた前記ペルチェ素子
とを有する加熱冷却ユニットと、少なくとも該加熱冷却
ユニットの導電部分を被覆する絶縁被覆からなる帯状体
を含む構成としてよい。また、給電線と該給電線の長手
方向に沿って所定間隔毎に設けられた前記ペルチェ素子
とを有する加熱冷却ユニットと、少なくとも該加熱冷却
ユニットの導電部分を被覆する絶縁被覆からなる帯状体
と少なくとも前記ペルチェ素子の加熱側および冷却側に
接する金属被覆とを有する構成としてよい。また本発明
の加熱冷却帯状体において、前記ペルチェ素子は、該ペ
ルチェ素子の端部と給電線とを挟着する止め具によっ
て、またはスポット溶接によって、または半田付けによ
って、前記給電線に電気的かつ機械的に接合された構成
とするのが好ましい。さらに、本発明の加熱冷却帯状体
において、温度センサを有する構成としてよい。

【００１０】また本発明は、上記加熱冷却帯状体と、温
度センサから送られた検温データを設定温度と比較し、
該検温データが該設定温度に一致するように、該加熱冷
却帯状体への給電を中止するか、または該加熱冷却帯状
体に流す電流の方向を変更する電源装置とを含む加熱冷
却装置を提供する。本発明の加熱冷却装置において、前
記電源装置は、予め設定された設定温度プログラムに従
って加熱冷却帯状体への給電の有無と加熱冷却帯状体に
流す電流の方向を変更する機能を備えた構成としてよ
い。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明を説
明する。図１は本発明に係る加熱冷却帯状体の第１の実
施形態を示す図であり、また図２は図１中のＩ−Ｉ部断
面図である。この加熱冷却帯状体１は、２本の給電線３
の長手方向に沿って所定間隔毎にチップ状のペルチェ素
子２を取り付けた長尺の梯子状構造を有する加熱冷却ユ
ニット１０を、合成樹脂からなる長尺の帯状体４に封入
した構造になっている。各々のペルチェ素子２は、止め
具５を用いて各給電線３に電気的、機械的に接続されて
いる。

【００１２】上記ペルチェ素子２としては、一対の絶縁
基板の間に半導体素子を挟持した構成をなしており、該
半導体素子に接続された電極が該絶縁基板の外面側に設
けられ、または内面側から突出形成された構造のものが
好ましい。本実施形態で用いたペルチェ素子２は、絶縁
基板のいずれかの端部に一対の電極が設けられている。
本発明に好適なペルチェ素子２の構造に関しては、図１
３および図１７の図示とともに後で詳述する。

【００１３】ペルチェ素子２の配置間隔（ピッチ）は、
使用するペルチェ素子２の特性および加熱冷却帯状体１
の使用状態に応じて適宜選択でき、例えば水道管の凍結
防止のために水道配管に巻き付けて使用する目的では３
〜１０ｃｍ間隔でペルチェ素子２を取り付けることが好
ましい。また、製造プラントのタンクに巻き付けて使用
する目的では１〜２０ｃｍ間隔でペルチェ素子２を取り
付けることが好ましい。製造プラントの配管に巻き付け
て使用する目的では１〜２０ｃｍ間隔でペルチェ素子２
を取り付けることが好ましい。

【００１４】上記ペルチェ素子２の電極７形成部位に
は、銅、銅合金などの導電性の良好な金属からなる止め
具５の一方側が接続され、これらの止め具５の他方側は
給電線３に接続されている。本例示において、止め具５
の一方側にはペルチェ素子２を挟着する２対のペルチェ
素子把持片３３を有すると共に、他方側には給電線３を
挟着するための１対の給電線把持片３４を有している。
そして、止め具５のペルチェ素子把持片３３の対間にペ
ルチェ素子２を挿入し、対をなす把持片を挟みつけると
ともに、給電線把持片３４の対間に給電線３を挿入し、
対をなす把持片を挟みつけることで、給電線３にペルチ
ェ素子２を電気的、機械的に接続することができる。な
お、ペルチェ素子２と給電線３の接続手段は止め具５の
使用に限定されることなく、例えば半田付け、スポット
溶接などの接合手段を用いることもできる。

【００１５】上記給電線３としては、特に限定されるこ
となく、種々の給電線を用いることができ、加熱冷却帯
状体１を巻き付ける操作がスムーズに行えるものが好ま
しく、例えば多数の細い導線を撚った給電線などが好適
に使用される。この給電線３の一端には、給電線３に電
流を印加する電源装置からの出力側のコード６が接続さ
れている。

【００１６】上記加熱冷却ユニット１０を封入している
帯状体４は、例えば、軟質塩化ビニル系樹脂、ポリエチ
レンやポリプロピレンなどのポリオレフィン系樹脂、ポ
リエチレンテレフタレートなどの熱可塑性ポリエステル
樹脂、ポリアクリレートまたはポリメタクリレート系樹
脂、トリアセチルセルロースなどのセルロースエステル
系樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体樹脂、ポリカー
ボネート系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹
脂、ポリエーテルスルホン系樹脂、ポリスルホン系樹
脂、ポリフェニレンサルファイド系樹脂、ポリエーテル
イミド系樹脂、ポリエーテルエーテルケトン系樹脂など
の各種熱可塑性樹脂；あるいはシリコーン樹脂、フェノ
ール樹脂、ポリウレタン樹脂などの熱硬化性樹脂；を挙
げることができ、良好な可撓性が得られる点から、軟質
塩化ビニル系樹脂、シリコーン樹脂などを用いることが
好ましい。帯状体４に熱可塑性樹脂を用いる場合、押出
成形法等の成形法を用いて加熱冷却ユニット１０を帯状
体４に封入することができる。帯状体４に熱硬化性樹脂
を用いる場合、コーティング法などを用いて帯状体４を
形成できる他、シリコーン樹脂として熱加硫型のシリコ
ーンゴムを用いることで、押出成形法によって帯状体４
を作製することができる。また紫外線（ＵＶ）硬化型樹
脂を用いることも可能である。

【００１７】この帯状体４の厚みは、加熱冷却ユニット
１０を封入して加熱冷却帯状体１とした状態で巻取ドラ
ムのような収納手段に巻き取ることができる程度の可撓
性が得られるとともに、内部に水などが侵入しない十分
な液密性が得られるように、使用する合成樹脂材料の機
械特性等を考慮して適宜設定してよい。また、帯状体４
は、必要に応じて表面に硬質透明樹脂からなるハードコ
ート層、撥水性樹脂からなる防水層等を積層形成してよ
い。

【００１８】加熱冷却帯状体１の長さは、数メートル〜
数百メートルまで、あるいはそれ以上の長さのものまで
自由に設定することができるが、通常は１０〜１００メ
ートルの範囲の標準的な長さ（例えば１０メートル、２
０メートルなど）を単位として作製される。あるいは数
メートル以下の短い加熱冷却帯状体１を作製し、多数の
加熱冷却帯状体１を順次連結して用いることもできる。
また、加熱冷却帯状体１の長さにかかわらず、複数の加
熱冷却帯状体１を順次連結するためのコネクタを、各加
熱冷却帯状体１の少なくとも一端側に設けた構成として
もよい。

【００１９】この加熱冷却帯状体１は、可撓性を有する
帯状体４の長手方向に沿って複数のペルチェ素子２が、
それぞれの加熱側を該帯状体４の一方の面側に、それぞ
れの冷却側を該帯状体４の他方の面側に揃えて設けられ
た構成になっており、帯状体４を配管等の被加熱冷却体
に巻き付けた状態で、複数のペルチェ素子２に給電する
ことで、電流の流れ方向に基づいて被加熱冷却体を加熱
又は冷却できる。ペルチェ素子２に電流を流すと、ペル
チェ素子２のいずれか一方の側が加熱され、他方の側が
冷却されるので、この加熱冷却帯状体１で被加熱冷却体
を加熱する場合には、加熱側の反対から熱エネルギーが
逃げることがなく、加熱効率が高い。また、被加熱冷却
体に巻き付けた状態で、ペルチェ素子２に印加する電流
の流れ方向を変更することによって、加熱と冷却を行う
ことができる。

【００２０】次に、上記加熱冷却帯状体１の製造方法の
一例を説明する。まず、止め具５の作製方法について説
明すると、図３（ａ）に示すように、金属板のプレスに
よる打抜き加工で、スリット溝を有し、長方形状の底面
部３２の各長片に対して左右対称となるように形成され
た平板材３１を、折り曲げ線Ｌｖに沿って順次折り曲げ
るという簡素な工程によって、図３（ｂ）に示すよう
に、底面部３２，ペルチェ素子把持片３３および給電線
把持片３４を有する形状に形成される。なお、上記止め
具５の素材には、導電性を有すると共に柔軟に折り曲げ
ることができる可撓性を有する、例えば銅、銅合金、銀
メッキした銅等の金属板が適している。

【００２１】続いて、止め具５を用いて前記加熱冷却ユ
ニット１０が作製される。まず、図４に示すように、ペ
ルチェ素子２の電極７が形成されている部分を、各ペル
チェ素子把持片３３が各電極７に当接するようにペルチ
ェ素子２の厚さ方向の両端面側から挟み込み、ペルチェ
素子２を挟み込んだ上記ペルチェ素子把持片３３を互い
に近づける方向に圧して挟着し、図５に示すように、止
め具５をペルチェ素子２に取り付ける。なお、このと
き、必要に応じて、各ペルチェ素子把持片３３が互いに
対向した内面上に予めクリーム半田等を塗布してもよ
い。

【００２２】その後、図６に示すように、ペルチェ素子
２の外方へ突出する片となる給電線把持片３４に給電線
３を通した後、上記各給電線把持片３４を互いに近づけ
る方向にかしめることにより、図７に示すように、上記
各給電線把持片３４を給電線３の周方向に沿わせてそれ
ぞれ各給電線把持片３４が給電線３を挟み込んで挟着す
る。なお、このとき、必要に応じて、給電線把持片３４
を給電線３に対してスポット溶接してもよい。

【００２３】このようにして上記止め具５の各給電線把
持片３４に各給電線３をそれぞれ通し、上記各給電線把
持片３４を上記給電線３に対して挟着し、それぞれ固定
することにより、図８に示すように、上記各止め具５を
介して上記各ペルチェ素子２を各給電線３間に所定間隔
毎に挟んだ長尺な加熱冷却ユニット１０が作製される。
このような加熱冷却ユニット１０は、図９に示すよう
に、巻取ドラム１１にロール状に巻き取られる。

【００２４】このような加熱冷却ユニット１０は、例え
ば熱可塑性樹脂の押出成形の方法を用いて、合成樹脂か
らなる帯状体４で被覆し、長尺の加熱冷却帯状体１とす
ることができる。まず、図１０に示すように、電気絶縁
性および可撓性を有する塩化ビニル系樹脂等の熱可塑性
樹脂４’を押出成形機１２のクロスヘッド１３から所定
圧力で押し出して帯状の樹脂成形体を押出成形によって
作製する際に、上記加熱冷却ユニット１０を、押し出さ
れる熱可塑性樹脂４’中に順次挟み込むことにより、上
記樹脂成形体の長さ方向に沿って該加熱冷却ユニット１
０を樹脂成形体内に封入する。

【００２５】このとき、熱可塑性樹脂４’は、クロスヘ
ッド１３のダイ１３ａとニップル１３ｂとの間をそれぞ
れ押し出される一方、加熱冷却ユニット１０は、ニップ
ル１３ｂ内を通過することにより、各熱可塑性樹脂４’
が各ペルチェ素子２の厚さ方向の両端面に向かうように
加熱冷却ユニット１０に対してそれぞれ押し出される。

【００２６】その際に、ニップル１３ｂ内の加熱冷却ユ
ニット１０が通過する貫通孔１３ｃを介して吸引してお
り、ダイ１３ａとニップル１３ｂとの間からチューブ状
に押し出された熱可塑性樹脂４’およびニップル１３ｂ
の先端により囲まれた空間を減圧状態としている。これ
により、上記熱可塑性樹脂４’が、迅速に加熱冷却ユニ
ット１０に密着すると共に、互いに一体化するようにな
っている。

【００２７】このようにして加熱冷却ユニット１０を覆
った状態に熱可塑性樹脂４’を押出成形した後、図９に
示すように、水冷漕１４内にて水冷することにより、上
記加熱冷却ユニット１０を透明な合成樹脂からなる帯状
体４で覆った構造の加熱冷却帯状体１が形成される。得
られた加熱冷却帯状体１は、巻取ドラム１５にロール状
に巻き取られる。

【００２８】このように上記方法では、加熱冷却ユニッ
ト１０の作製を容易に自動化でき、また、上記加熱冷却
ユニット１０を熱可塑性樹脂の押出成形によって連続的
に透明な合成樹脂からなる帯状体４内に封入して長尺の
加熱冷却帯状体１を容易に製造することができる。その
上、加熱冷却ユニット１０や得られた加熱冷却帯状体１
をロール状に巻き取ることができるから、特に長さの制
限がない上記加熱冷却ユニット１０を帯状体４に封入し
た加熱冷却帯状体１を作製する際に、圧縮成型を用いた
場合のように加熱冷却帯状体１の長さに応じた金型を用
いる必要がなく、省スペース化が可能となる。この結
果、上記方法では、長尺の加熱冷却帯状体１を作製する
ことが容易となる。さらに、上記方法では、ペルチェ素
子２と各止め具５の各ペルチェ素子把持片３３との挟着
と、上記各止め具５の各給電線把持片３４と各給電線３
との挟着とによって上記ペルチェ素子２が各給電線３に
それぞれ接続され、かつ、押出成形時に加熱によって膨
張した熱可塑性樹脂の冷却による収縮によって各ペルチ
ェ素子把持片３３がペルチェ素子２に、かつ、各給電線
把持片３４が各給電線３に押圧されながら加熱冷却ユニ
ット１０が帯状体４内に封入される。このことから、上
記方法では、ペルチェ素子２と各止め具５の各ペルチェ
素子把持片３３との、かつ、上記止め具５の各給電線把
持片３４と各給電線との接続が、加熱冷却帯状体１を撓
ませた場合においても熱可塑性樹脂の冷却時の収縮力に
よって加熱冷却帯状体１内にて維持できるので、ペルチ
ェ素子２および給電線３とを接続する半田による接合工
程を省くことができる。さらに、上記方法では、ペルチ
ェ素子２を止め具５のペルチェ素子把持片３３間に嵌め
込み、かつ、給電線３を上記止め具５の給電線把持片３
４間に嵌め込んだ後、それらをかしめることにより、ペ
ルチェ素子２を各給電線３に各止め具５を介して接続し
て加熱冷却ユニット１０を作製することができる。この
ことにより、上記方法では、嵌め込んだり、かしめたり
という自動化し易い工程を用いることができ、その上、
半田付けの工程を上述のように省くことができることか
ら、多数のペルチェ素子２を各給電線３に接続した長尺
の加熱冷却ユニット１０の作製を容易に自動化できる。
その上、そのように自動化により省力化されて作製でき
る加熱冷却ユニット１０を熱可塑性樹脂の押出成形によ
って、連続的に透明な熱可塑性樹脂からなる帯状体４中
に封入して加熱冷却帯状体１を作製できるから、上記加
熱冷却ユニット１０を封入した加熱冷却帯状体１を特に
長さの制限なしに作製することが容易となる。これらの
ことから、上記方法では、長尺な加熱冷却帯状体１の連
続的な作製を自動化して簡素化できるから、加熱冷却帯
状体１の製造コストを安価にすることが可能となる。

【００２９】なお、図１１に示すように、必要に応じ
て、給電線把持部３４と給電線３とを半田１６で固定
し、また、ペルチェ素子把持片３３および底面部３２と
ペルチェ素子２の電極７と当接する部分については、導
電性を有する粘着テープや接着剤を用いて接着したり、
あるいは半田付けを行うことによって固定してもよい。
このようにペルチェ素子２と給電線３とを止め具５によ
って接合し、さらに給電線３と止め具５とを半田１６で
固定することによって、給電線３とペルチェ素子２との
接続強度をより改善できる。

【００３０】また、止め具５の形状は図３の例示に限定
されることなく、ペルチェ素子２と給電線とを接続でき
れば、他の様々な形状や構造の止め具を採用してよい。
また、ペルチェ素子２に止め具となる把持片を突設し、
この把持片を給電線に挟着して接続する構造、あるいは
ペルチェ素子２に突片を設け、この突片に給電線３をス
ポット溶接したり、半田付けすることも可能である。

【００３１】図１２は、長尺の加熱冷却ユニット１０
を、合成樹脂からなる帯状体４で覆って加熱冷却帯状体
１を作製する別な方法を例示している。上述した加熱冷
却帯状体１の作製方法では、図９および１０に示すよう
に、押出成形法を用い、長尺の加熱冷却ユニット１０の
周囲を透明な合成樹脂で覆って、該加熱冷却ユニット１
０を帯状体４に封入して加熱冷却帯状体１を作製した
が、例えば図１２に示すように、２枚（またはそれ以上
でもよい）の合成樹脂シート４１間に加熱冷却ユニット
１０を挟んだ状態で、加熱ロール４２を通し、各合成樹
脂シート４１を熱圧着することにより、帯状体４中に加
熱冷却ユニット１０が封入された加熱冷却帯状体１を作
製してもよい。

【００３２】このような方法により、作製された長尺の
加熱冷却帯状体１を巻取ロール４３に巻き取ることがで
きるので、前述した押出成形法と同様に、長尺の加熱冷
却帯状体１の作製が容易となり、その上、各合成樹脂シ
ート４１を加熱圧着するだけであるので、押出成形機を
用いる場合と比べて製造工程を簡素化できる。

【００３３】また、上記方法の応用例として、加熱冷却
ユニット１０の代わりに、押出成形法によって帯状体４
を被覆形成した加熱冷却帯状体１を用い、この加熱冷却
帯状体１の帯状体４上に、異なる種類の（または同種
の）合成樹脂層を積層することもできる。この場合、加
熱冷却帯状体１の帯状体４に積層する合成樹脂として
は、例えば、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリプロピレンな
どのポリオレフィン系樹脂、アクリル酸エステルおよび
メタクリル酸エステル系樹脂、ニトロセルロースなどの
セルロース系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリエチレン
テレフタレート（ＰＥＴ）などの熱可塑性ポリエステル
系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリアミド系樹脂、
ポリイミド系樹脂、ポリエーテルスルホン系樹脂、ポリ
スルホン系樹脂、ポリフェニレンサルファイド系樹脂、
ポリエーテルイミド系樹脂、ポリエーテルエーテルケト
ン系樹脂などの各種樹脂を挙げることができるが、加熱
冷却帯状体１を巻回して使用する場合、十分な可撓性を
有する点、加熱および冷却温度での機械強度変化がない
点などを考慮して、適切な合成樹脂材料を選択して用い
ることが好ましい。

【００３４】図１３は、本発明の加熱冷却帯状体に好適
なペルチェ素子を例示するものであり、図１３（ａ）は
ペルチェ素子２の内部構造を示す裏面側の斜視図、
（ｂ）は同じペルチェ素子２の電極７を形成した側の斜
視図、（ｃ）は断面図である。このペルチェ素子２は、
２枚のセラミック基板５１の間に、多数の半導体素子５
２を並べて挟んだサンドウイッチ構造を有している。該
半導体素子５２は、ｐ型半導体（図中ｐ）とｎ型半導体
（図中ｎ）の小片を交互に並べて構成されている。これ
らｐ型半導体とｎ型半導体とは、薄板状の銅や銀などの
導電体５３でｐ→ｎ→ｐ→ｎ→・・・となるように接続
されている。これらの半導体素子５２配列の先頭および
最後の素子には、電極７が接続されている。該電極７
は、銀ペーストを塗布して焼成して得られる導電体など
からなり、同図（ｃ）に示すように半導体素子と一端を
接してセラミック基板５１の外側に延出させ、（ｂ）に
示すようにセラミック基板５１の外側面の一端部に延長
して形成されている。なお、１３図（ｃ）において、各
半導体素子同士を接続する導電体５３は図示を簡略化す
るために記載していない。

【００３５】このペルチェ素子２は、それぞれの電極７
間に直流電流を印加することによって、一方のセラミッ
ク基板５１側は加熱され、他方のセラミック基板５１側
は冷却される。また、それぞれの電極７間に印加する電
流の向きを変えることで、加熱されていた一方のセラミ
ック基板５１は冷却され、冷却されていた他方のセラミ
ック基板５１は加熱に転じる。このペルチェ素子２は、
半導体素子５２の配列につながる電極７を、セラミック
基板５１の外面側に延長し、止め具５によって簡単に給
電線３と接続できる用に構成したので、加熱冷却ユニッ
ト１０および加熱冷却帯状体１の製造が容易になる。

【００３６】このペルチェ素子２の形状は、四角形板状
に限定されることなく、例えばその平面視形状は、角部
を切欠いた形状、角部を丸めた形状、円形、楕円形、長
円形、五角以上の多角形とすることができる。また、ペ
ルチェ素子２の加熱／冷却温度差を増加するため、２つ
以上のペルチェ素子を積層した構造を採用してもよい。

【００３７】図１４は、本発明に係る加熱冷却装置の第
１の例を示す概略構成図である。この加熱冷却装置は、
水道配管や製造プラントのタンク、配管等の被加熱冷却
体に巻き付けられている加熱冷却帯状体１と、該加熱冷
却帯状体１にコード６を介して電流を印加する電源装置
６１とを備えて構成されている。この電源装置６１に
は、被加熱冷却体のいずれかに設けられた図示していな
い温度センサからの検温データ６２が入力されるように
なっている。上記電源装置６１は、オン状態で加熱冷却
帯状体１に設けられた複数のペルチェ素子２を駆動させ
るために好適な電圧、電流をコード６を介して加熱冷却
帯状体１の給電線３に流すとともに、検温データ６２が
予め設定された温度範囲（加熱時には上限温度、冷却時
には下限温度）を超えた場合、電流を遮断するか、ある
いは電流の向き（極性）を転換できるようになってい
る。

【００３８】さらに上記電源装置６１は、予め設定され
た設定温度プログラムに従って加熱冷却帯状体１への給
電の有無と加熱冷却帯状体に流す電流の方向を変更する
機能を有することが望ましい。このような機能があれ
ば、加熱または冷却の開始と終了の自動制御、ある製造
工程から次の工程に移行する際の温度変更および維持等
を自動的に行うことが可能となる。

【００３９】図１５は、本発明に係る加熱冷却装置の第
２の例を示す概略構成図である。この加熱冷却装置は、
上記第１の例による装置とほぼ同様の構成要素を備え、
これに加えてペルチェ素子２間に少なくとも１つの温度
センサ６３を配置した加熱冷却帯状体１を用いるととも
に、これらの温度センサ６３からの検温データ６２を電
源装置６１に入力させる構成になっている。

【００４０】温度センサ６３としては、従来周知の各種
タイプの温度センサを用いることができ、小型でかつ加
熱冷却装置の使用温度範囲内の検温が可能なものが好ま
しい。温度センサ６３からの検温データは、加熱冷却帯
状体１内または外方に配したコード等を介して電源装置
６１に送られる。この加熱冷却装置の第２の例は、ペル
チェ素子２間に少なくとも１つの温度センサ６３を配置
した加熱冷却帯状体１を用いたことによって、加熱冷却
帯状体１の長手方向に沿う複数の位置の検温データ６２
を得ることができ、加熱冷却帯状体１による加熱冷却状
態がより明確に把握でき、正確な温度制御を実行可能と
なる。

【００４１】図１６は、本発明の加熱冷却帯状体の第２
の実施形態を示す図である。この加熱冷却帯状体７０
は、給電線３を挟着する銅板などの導電性金属板からな
る１対の給電線把持片７１が設けられたペルチェ素子７
３と、該給電線把持片７１に電気的、機械的に接続され
た給電線３と、少なくとも通電部分、すなわち給電線３
とペルチェ素子７３の給電線把持片７１側を被覆する合
成樹脂からなる絶縁被覆７２とを備えて構成されてい
る。

【００４２】このペルチェ素子７３に設けた給電線把持
片７１は、給電線３を挟着できればよく、図示の如くペ
ルチェ素子７３から対をなす把持片を両側に突出形成し
てもよいし、あるいはペルチェ素子７３から引き出され
たリード線７４を一方側で挟着し、他方側で給電線３を
挟着する構成としてもよく、その形状や個数は限定され
ない。図１７は、接続用のリード線７４を有するペルチ
ェ素子７３を例示するものであり、このペルチェ素子７
３は２枚のセラミック基板５１間に複数のｐ型半導体と
ｎ型半導体を含む半導体素子５２を並べて電気的に順次
接続した構造になっており、最初と最後の半導体素子５
１と接続したリード線７４が引き出されている。

【００４３】このペルチェ素子７３を給電線３の所定間
隔毎に取り付けてなる加熱冷却ユニットに絶縁被覆７２
を設けるには、図９〜１０に示す押出成形機を用いて、
上述した第１の実施形態の加熱冷却帯状体１の製造と同
様に、合成樹脂を押出成形することができる。なお、こ
の第２の実施形態による加熱冷却帯状体７０は、ペルチ
ェ素子７３の両方のセラミック基板５１を露出させるこ
とを特徴とし、隣接するペルチェ素子７３の間は給電線
３を被覆してあれば絶縁樹脂７２を省いてもよいし（す
なわち、穴あき形状となる）、全体を穴のない帯状体に
形成し、セラミック基板５１のみを露出させた形態に成
形してもよい。

【００４４】この加熱冷却帯状体の第２の実施形態によ
れば、ペルチェ素子７３のセラミック基板５１を絶縁被
膜７２から露出させたことによって、このセラミック基
板５１が直接被加熱冷却体と接し、熱エネルギーの交換
を行うことができるので、消費電力をさらに低減するこ
とができると共に、加熱または冷却への切換が瞬時に行
われるようになり、温度制御がより正確になる。

【００４５】図１８は、本発明の加熱冷却帯状体の第３
の実施形態を示す図である。この加熱冷却帯状体７５
は、上述した第２の実施形態による加熱冷却帯状体７０
と同様の構成要素を備え、さらにペルチェ素子７３の両
方のセラミック基板５１の外面側に金属被覆層７６を接
合した構成になっている。

【００４６】この金属被覆層７６としては、熱伝導率が
良好な金属板、例えば銅板やアルミニウム板を用いるこ
とが好ましい。この金属被覆層７６は、個々のペルチェ
素子７３のセラミック基板５１にそれぞれ取り付けても
よいし、長尺の金属帯を加熱冷却帯状体７５の両側に取
り付けてもよい。金属被覆層７６をペルチェ素子７３の
セラミック基板５１に接合するには、銀ろう、半田ペー
ストなどの金属系接合剤を用いる方法、合成樹脂系接着
剤を用いる方法、ボルト締結などの機械的締結手段を用
いる方法などを用いることができる。

【００４７】この加熱冷却帯状体の第３の実施形態によ
れば、ペルチェ素子７３のセラミック基板５１を絶縁被
膜７２から露出させ、かつ金属被覆層７６を接合したこ
とによって、この金属被覆層７６が直接被加熱冷却体と
接し、熱エネルギーの交換を行うことができるので、消
費電力をさらに低減することができると共に、加熱また
は冷却への切換が瞬時に行われるようになり、温度制御
がより正確になる。また、金属被覆層７６によってセラ
ミック基板５１が保護され、損傷し難くなる。

【００４８】

【発明の効果】本発明の加熱冷却帯状体は、可撓性を有
する帯状体の長手方向に沿って複数のペルチェ素子が、
それぞれの加熱側を該帯状体の一方の面側に、それぞれ
の冷却側を該帯状体の他方の面側に揃えて設けられた構
成になっており、帯状体を配管等の被加熱冷却体に巻き
付けた状態で、複数のペルチェ素子に給電することで、
電流の流れ方向に基づいて被加熱冷却体を加熱又は冷却
できる。ペルチェ素子に電流を流すと、ペルチェ素子の
いずれか一方の側が加熱され、他方の側が冷却されるの
で、この加熱冷却帯状体で被加熱冷却体を加熱する場合
には、加熱側の反対から熱エネルギーが逃げることがな
く、加熱効率が高い。また、被加熱冷却体に巻き付けた
状態で、ペルチェ素子２に印加する電流の流れ方向を変
換することによって、加熱と冷却を行うことができる。
従って、本発明によれば、水道管凍結防止用のみならず
各種製造プラントのタンクや配管の温度制御用にも使用
できる加熱冷却帯状体およびそれを用いた加熱冷却装置
を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の加熱冷却帯状体の第１の実施形態を
示す平面図である。

【図２】 図１のＩ−Ｉ部断面図である。

【図３】 止め具の作製工程を示し，（ａ）は折り曲げ
前の板材の平面図、（ｂ）は折り曲げ後の止め具の斜視
図である。

【図４】 止め具の一方の側をペルチェ素子に挿入する
状態を示す斜視図である。

【図５】 止め具をペルチェ素子に接続した状態を示す
斜視図である。

【図６】 止め具の他方の側に給電線を挿入した状態を
示す斜視図である。

【図７】 止め具を介してペルチェ素子を給電線に取り
付けた状態を示す斜視図である。

【図８】 加熱冷却ユニットの斜視図である。

【図９】 加熱冷却ユニットに樹脂を押出成形して加熱
冷却帯状体を作製するための押出成形機を例示する概略
側面図である。

【図１０】 押出成形機の要部断面図である。

【図１１】 加熱冷却ユニットの別な構成例を示す斜視
図である。

【図１２】 樹脂被覆のための別な成形機を例示する要
部斜視図である。

【図１３】 本発明の加熱冷却帯状体に好適なペルチェ
素子を例示する図であり、（ａ）はペルチェ素子の裏面
側斜視図、（ｂ）は電極側斜視図、（ｃ）は要部側面図
である。

【図１４】 本発明の加熱冷却装置の第１の例を示す概
略構成図である。

【図１５】 本発明の加熱冷却装置の第２の例を示す概
略構成図である。

【図１６】 本発明の加熱冷却帯状体の第２の実施形態
を示す断面図である。

【図１７】 本発明の加熱冷却帯状体に好適なペルチェ
素子の別な例を示す斜視図である。

【図１８】 本発明の加熱冷却帯状体の第３の実施形態
を示す断面図である。

【符号の説明】

１，７０，７５ 加熱冷却帯状体 ２，７３ ペルチェ素子 ３ 給電線 ４ 帯状体 ５ 止め具 ７ 電極 １０ 加熱冷却ユニット ５１ セラミック基板（絶縁基板） ５２ 半導体素子 ６１ 電源装置 ６２ 検温データ ６３ 温度センサ ７２ 絶縁被覆 ７６ 金属被覆層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ１６Ｌ 53/00 Ｆ１６Ｌ 53/00 Ｃ Ｈ０１Ｌ 35/32 Ｈ０１Ｌ 35/32 Ｚ 35/34 35/34

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 可撓性を有する帯状体の長手方向に沿っ
   て複数のペルチェ素子が、それぞれの加熱側を該帯状体
   の一方の面側に、それぞれの冷却側を該帯状体の他方の
   面側に揃えて設けられたことを特徴とする加熱冷却帯状
   体。
2. 【請求項２】 前記ペルチェ素子が、一対の絶縁基板の
   間に半導体素子を挟持した構成をなし、該半導体素子に
   接続された電極が該絶縁基板の外面側に設けられ、また
   は内面側から突出形成された請求項１に記載の加熱冷却
   帯状体。
3. 【請求項３】 前記帯状体が、その長手方向に沿って設
   けられた給電線と、該給電線の長手方向に沿って所定間
   隔毎に設けられた前記ペルチェ素子とを有する加熱冷却
   ユニットを覆う合成樹脂製の可撓性長尺帯状体である請
   求項１又は２に記載の加熱冷却帯状体。
4. 【請求項４】 給電線と該給電線の長手方向に沿って所
   定間隔毎に設けられた前記ペルチェ素子とを有する加熱
   冷却ユニットと、少なくとも該加熱冷却ユニットの導電
   部分を被覆する絶縁被覆からなる帯状体を含む請求項１
   または２に記載の加熱冷却帯状体。
5. 【請求項５】 給電線と該給電線の長手方向に沿って所
   定間隔毎に設けられた前記ペルチェ素子とを有する加熱
   冷却ユニットと、少なくとも該加熱冷却ユニットの導電
   部分を被覆する絶縁被覆からなる帯状体と少なくとも前
   記ペルチェ素子の加熱側および冷却側に接する金属被覆
   とを有する請求項１または２に記載の加熱冷却帯状体。
6. 【請求項６】 前記ペルチェ素子が、該ペルチェ素子の
   端部と給電線とを挟着する止め具によって、またはスポ
   ット溶接によって、または半田付けによって、前記給電
   線に電気的かつ機械的に接合された請求項１〜５のいず
   れかに記載の加熱冷却帯状体。
7. 【請求項７】 温度センサを有する請求項１〜６のいず
   れかに記載の加熱冷却帯状体。
8. 【請求項８】 請求項１〜７のいずれかに記載の加熱冷
   却帯状体と、温度センサから送られた検温データを設定
   温度と比較し、該検温データが該設定温度に一致するよ
   うに、該加熱冷却帯状体への給電を中止するか、または
   該加熱冷却帯状体に流す電流の方向を変更する電源装置
   とを含む加熱冷却装置。
9. 【請求項９】 前記電源装置が、予め設定された設定温
   度プログラムに従って加熱冷却帯状体への給電の有無と
   加熱冷却帯状体に流す電流の方向を変更する機能を備え
   た請求項８に記載の加熱冷却装置。