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技術 熱電構造体、および織物構造体を形成するための熱電構造体の使用方法

出願人 コミサリア、ア、レネルジ、アトミク、エ、オ、エネルジ、アルテルナティブ
発明者 マルク、プリッソニエシャルル、サルビティエリー、ラニエドゥニ、クロー
出願日 2007年4月13日 (13年8ヶ月経過) 出願番号 2007-105497
公開日 2007年12月20日 (13年0ヶ月経過) 公開番号 2007-329456
状態 特許登録済
技術分野 編地 織物 熱電素子
主要キーワード ワイヤ密度 熱電変換器 織物構造体 熱接点 ループ形 製造動作 ミクロ電子工学 合成織物
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2007年12月20日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (2)

課題

製造が容易で、柔軟性に優れた熱電構造体の提供。

解決手段

熱電構造体10は、実質的に横糸方向D1に向くような複数のワイヤ11、12、13a、13bの網状組織により形成される。この熱電構造体10は、異なる性質の第1の導線11および第2の導線12であって、織り合わせられることにより頂面および底面に各々配置される冷接点および熱接点を形成するような第1の導線11および第2の導線12を備えている。これらの接点は各導線11、12に沿って交互に冷接点および熱接点となっている。熱電構造体10は、頂面に少なくとも1つの高誘電ワイヤ13aを備えるとともに底面に少なくとも1つの低誘電ワイヤ13bを備えている。これらの誘電ワイヤ13a、13bは、頂面および底面が互いに距離をおくよう第1の導線11および第2の導線12に織り合わせられる。

概要

背景

この種の熱電構造体は、冷接点および熱接点の間に温度勾配が加えられたときに、例えばゼーベック効果(Seebeck effect)により生成されるべき起電力を起こすことができる熱電変換器組成する。とりわけ、このような構造体が、衣類品目を形成するために使用される材料と一体化したときに、使用中に当該材料により分離される媒体の間に発生する温度勾配により、現行生産において電子ステム電力を供給することができるようになる。このように、ナビゲーションシステムと一体となった保護服センサまたはブランド侵害防止システム、保護されるべき接続状況の情報を提供する人工器官、あるいは心拍数等身体パラメータを測定する応急手当帯具は、これらの製造工程において上述の熱電構造体を適切に組み込むことによって、電源を組み込むことなしに製造することができる。

また、この種の熱電構造体は、電流が加えられたときに、ペルチェ効果(Peltier effect)により、展開すべき温度勾配を生成することができる。ミクロ電子工学の分野において、この現象は例えば、制御された冷却を実時間で行うことにより、組み込まれた回路の性能および信頼性を向上させる目的を達成させることができる。

例えば、2002年のWiley Periodicals社のElectr Eng Jpn,140(1):16−21の「Electrical power generation from a knitted wire panel using thermoelectric effect“という記事によれば、N.YamamotoおよびH.Takaiは、熱電構造体が熱電動力生成器を組成することを記載している。この構造体は、織られたワイヤパネルの形態からきている。平らエポキシ樹脂基材は、並列ラインを形成するよう位置合わせされた一連の穴を有している。これらの穴は、基材の両面を連通させる目的を達成する。アルメル(alumel、アルミニウムニッケル合金)およびクロメル(chromel、クロミウムとニッケルの合金)のワイヤが、穴の隣り合うラインに各々挿入される。これらの導線は、全体として平行になり、基材の一方の側面から他方の側面まで連続的に通過する。基材の各面上において、各導線がループを形成し、このループは、隣り合う導線に形成されるループに織り合わせられることとなる。より正確には、ある種類の導線は、基材の一方の側面および他方の側面においてそれぞれ、他の種類の2つの異なる導線に交互に織り合わせられる。これらの交差は、2つの重なり合う面上に配置される冷接点および熱接点を交互に形成する。この構造体は、対応する織物構造体上に例えば接着により搬送される。

この種の公知の熱電構造体は、しかしながら全体として満足のいくものではなかった。熱電構造体の製造は、とりわけ基材の製造が必要であったので、複雑でコストのかかるものであった。このような熱電構造体の適用は、基材の柔軟性が低いままであることにより、更に制限された。販売を目的とした製品を製造するときに、織物構造体に基材を組み込むことは、追加の動作を必要とし、その結果、製品の製造コストを増加させてしまう。さらに、熱接点および冷接点に適用される温度勾配(これは、熱電構造体の効率性において重要な要素である)は最善のものではなかった。織物構造体は、各接点と、この織物構造体に覆われる外部媒体の少なくとも1つのものとの間に配置されるからである。例えば、このような熱電構造体が取り付けられた織物構造体が、衣類の品目の製造に適用されたときに、熱接点および使用者の身体は織物構造体の厚さにより離間され、熱電構造体が2つの織物構造体の厚さ部分の間に配置されたときに、冷接点と外部との間が離間する。

概要

製造が容易で、柔軟性に優れた熱電構造体の提供。熱電構造体10は、実質的に横糸方向D1に向くような複数のワイヤ11、12、13a、13bの網状組織により形成される。この熱電構造体10は、異なる性質の第1の導線11および第2の導線12であって、織り合わせられることにより頂面および底面に各々配置される冷接点および熱接点を形成するような第1の導線11および第2の導線12を備えている。これらの接点は各導線11、12に沿って交互に冷接点および熱接点となっている。熱電構造体10は、頂面に少なくとも1つの高誘電ワイヤ13aを備えるとともに底面に少なくとも1つの低誘電ワイヤ13bを備えている。これらの誘電ワイヤ13a、13bは、頂面および底面が互いに距離をおくよう第1の導線11および第2の導線12に織り合わせられる。

目的

本発明の目的は、より容易に製造することができ、より良い柔軟性を与えることができる熱電構造体を提供することにより、上述の欠点を克服することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
1件

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請求項1

実質的に横糸方向(D1)に向くような複数のワイヤ(11、12、13a、13b)の網状組織により形成される熱電構造体(10)であって、異なる性質の第1の導線(11)および第2の導線(12)であって、織り合わせられることにより2つの平面、すなわち頂面および底面に各々配置される冷接点および熱接点を形成するような第1の導線(11)および第2の導線(12)を備え、これらの接点は各導線(11、12)に沿って交互に冷接点および熱接点となり、頂面に少なくとも1つの高誘電ワイヤ(13a)を備えるとともに底面に少なくとも1つの低誘電ワイヤ(13b)を備え、これらの誘電ワイヤ(13a、13b)は、頂面および底面が互いに距離をおくよう第1の導線(11)および第2の導線(12)に織り合わせられることを特徴とする構造体

請求項2

誘電ワイヤ(13a、13b)は、実質的に横糸方向(D1)を向いていることを特徴とする請求項1記載の構造体。

請求項3

誘電ワイヤ(13a、13b)および導線(11、12)は、横糸方向(D1)に直交するような構造体(10)の方向(D2)に繰り返し配置されるような包括的なパターンを形成することを特徴とする請求項1または2記載の構造体。

請求項4

ジャガード織(Jacquard)の織物により形成されることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の構造体。

請求項5

横糸方向(D1)に直交するような方向(D2)において、2つの隣り合う冷接点は離間しており高誘電ワイヤ(13a)により形成される頂部縫い目(18)により位置決めされ、2つの隣り合う熱接点は離間しており低誘電ワイヤ(13b)により形成される底部縫い目(19)により位置決めされることを特徴とする請求項4記載の構造体。

請求項6

横糸方向(D1)において、一の性質の導線(11、12)は、頂面および底面の各々において、他の性質の2つの相異なる導線(11、12)に交互に織り合わせられることを特徴とする請求項4または5記載の構造体。

請求項7

横糸方向(D1)において、各々の第1の導線(11)は、高誘電ワイヤ(13a)により形成される頂部縫い目(18)における頂面、および第2の導線(12)により形成される底部縫い目(17)における底面に交互に挿入され、各々の第2の導線(12)は、第1の導線(11)により形成される頂部縫い目(15)における頂面、および低誘電ワイヤ(13b)により形成される底部縫い目(19)における底面に交互に挿入されることを特徴とする請求項4乃至6のいずれか一項に記載の構造体。

請求項8

織物構造体を形成するための、請求項1乃至7のいずれか一項に記載の熱電構造体(10)の使用方法であって、誘電ワイヤ(13a、13b)が織物繊維により構成されるような使用方法。

技術分野

0001

本発明は、実質的に横糸方向を向くような複数のワイヤ網状組織(network)により形成される熱電構造体であって、異なる性質の第1の導線および第2の導線であって、織り合わせられることにより2つの平面、すなわち頂面および底面に各々配置される冷接点および熱接点を形成するような第1の導線および第2の導線を備え、これらの接点は各導線に沿って交互に冷接点および熱接点となるような熱電構造体に関する。

0002

また、本発明は、織物構造体を形成するための、このような熱電構造体の使用方法に関する。

背景技術

0003

この種の熱電構造体は、冷接点および熱接点の間に温度勾配が加えられたときに、例えばゼーベック効果(Seebeck effect)により生成されるべき起電力を起こすことができる熱電変換器組成する。とりわけ、このような構造体が、衣類品目を形成するために使用される材料と一体化したときに、使用中に当該材料により分離される媒体の間に発生する温度勾配により、現行生産において電子ステム電力を供給することができるようになる。このように、ナビゲーションシステムと一体となった保護服センサまたはブランド侵害防止システム、保護されるべき接続状況の情報を提供する人工器官、あるいは心拍数等身体パラメータを測定する応急手当帯具は、これらの製造工程において上述の熱電構造体を適切に組み込むことによって、電源を組み込むことなしに製造することができる。

0004

また、この種の熱電構造体は、電流が加えられたときに、ペルチェ効果(Peltier effect)により、展開すべき温度勾配を生成することができる。ミクロ電子工学の分野において、この現象は例えば、制御された冷却を実時間で行うことにより、組み込まれた回路の性能および信頼性を向上させる目的を達成させることができる。

0005

例えば、2002年のWiley Periodicals社のElectr Eng Jpn,140(1):16−21の「Electrical power generation from a knitted wire panel using thermoelectric effect“という記事によれば、N.YamamotoおよびH.Takaiは、熱電構造体が熱電動力生成器を組成することを記載している。この構造体は、織られたワイヤのパネルの形態からきている。平らエポキシ樹脂基材は、並列ラインを形成するよう位置合わせされた一連の穴を有している。これらの穴は、基材の両面を連通させる目的を達成する。アルメル(alumel、アルミニウムニッケル合金)およびクロメル(chromel、クロミウムとニッケルの合金)のワイヤが、穴の隣り合うラインに各々挿入される。これらの導線は、全体として平行になり、基材の一方の側面から他方の側面まで連続的に通過する。基材の各面上において、各導線がループを形成し、このループは、隣り合う導線に形成されるループに織り合わせられることとなる。より正確には、ある種類の導線は、基材の一方の側面および他方の側面においてそれぞれ、他の種類の2つの異なる導線に交互に織り合わせられる。これらの交差は、2つの重なり合う面上に配置される冷接点および熱接点を交互に形成する。この構造体は、対応する織物構造体上に例えば接着により搬送される。

0006

この種の公知の熱電構造体は、しかしながら全体として満足のいくものではなかった。熱電構造体の製造は、とりわけ基材の製造が必要であったので、複雑でコストのかかるものであった。このような熱電構造体の適用は、基材の柔軟性が低いままであることにより、更に制限された。販売を目的とした製品を製造するときに、織物構造体に基材を組み込むことは、追加の動作を必要とし、その結果、製品の製造コストを増加させてしまう。さらに、熱接点および冷接点に適用される温度勾配(これは、熱電構造体の効率性において重要な要素である)は最善のものではなかった。織物構造体は、各接点と、この織物構造体に覆われる外部媒体の少なくとも1つのものとの間に配置されるからである。例えば、このような熱電構造体が取り付けられた織物構造体が、衣類の品目の製造に適用されたときに、熱接点および使用者の身体は織物構造体の厚さにより離間され、熱電構造体が2つの織物構造体の厚さ部分の間に配置されたときに、冷接点と外部との間が離間する。

発明が解決しようとする課題

0007

本発明の目的は、より容易に製造することができ、より良い柔軟性を与えることができる熱電構造体を提供することにより、上述の欠点を克服することにある。

課題を解決するための手段

0008

本発明によれば、この目的は、頂面に少なくとも1つの高誘電ワイヤを備えるとともに底面に少なくとも1つの低誘電ワイヤを備え、これらの誘電ワイヤが、頂面および底面が互いに距離をおくよう第1の導線および第2の導線に織り合わせられるような熱電構造体により達成される。

0009

誘電ワイヤは導線を離間させることができ、導線が頂面および底面にのみ織り合わせられるような構造体内の決まった位置に当該導線が保持されるようにすることができる。このため、誘電ワイヤは、熱接点および冷接点の絶縁を行う機能を果たし、基材を設ける必要性がなくなる。さらに、熱電構造体は、誘電ワイヤおよび導線の単一の製造動作により組み立てることができるようになる。

0010

本発明の改良によれば、横糸方向に直交するような方向において、2つの隣り合う冷接点は離間しており高誘電ワイヤにより形成される頂部縫い目により位置決めされ、2つの隣り合う熱接点は離間しており低誘電ワイヤにより形成される底部縫い目により位置決めされる。

0011

更に、本発明の熱電構造体は、織物構造体を形成するために使用することができ、この際に誘電ワイヤが織物繊維により組成される。このことにより、熱電構造体を組み込んだ織物構造体の製造は、従来技術と比較して非常に容易となる。例えば織り動作によって、織物繊維および導線を同時に直接的に一緒に形成するといった、単一の動作により行われるからである。さらに、熱電構造体を組み込むことの効果は、織物構造体によって離間した外部媒体の間の温度勾配に対応する、冷接点および熱接点に適合される温度勾配として、非常に大きく向上する。

発明を実施するための最良の形態

0012

他の利点および特徴は、本発明の特定の実施の形態に係る以下の記載によってより明らかになるであろう。ここで、この実施の形態は、単に非制限的な例として挙げられるものであり、本発明による熱電構造体の実施の形態を図示する1つの添付図面により示される。

0013

図1は、本発明による熱電構造体10の実施の形態における細長一片を示す図である。熱電構造体10は、この実施例ではジャガード織(Jacquard)の織物により得られる。この熱電構造体10は、図面では黒色および白色で示されるような、異なる性質の第1の導線11および第2の導線12、ならびに図面では斜線で示されるような、絶縁材料から形成される高誘電ワイヤ13aおよび低誘電ワイヤ13bを組み合わせたものである。織り動作を行うために、誘電ワイヤ13a、13bの2つのボビン糸巻き)および異なる性質の導線11、12の2つのボビンは、後に詳述する熱電構造体10の製造に適合する織機の針を同時に送り出す。織り工程それ自体は既に知られており、織り行程を行う方法は、単に製造すべき構造体を考慮することにより簡単に決めることができる。このため、本記載では織り工程については詳細には述べない。

0014

導線11、12および誘電ワイヤ13a、13bは、実質的に構造体10の横糸方向D1に延びるよう実質的に平行に織り合わせられたワイヤの網状組織(network)を形成する。横糸方向D1に直交するような構造体10の方向は、D2で示されるような織り方向に対応する。より正確には、熱電構造体10は2つの重ね合わせられた頂部ラップN1および下部ラップN2により形成されており、各々のラップN1、N2は、横糸方向D1に向くような縫い目の列により形成されている。2つのラップN1およびN2の向き合う面の間の連結は、導線11、12により形成され、これらの導線11、12はそれ自体が、ラップN1、N2をその関連する誘電ワイヤに組成するような縫い目の列を形成するようになっている。

0015

各ラップN1、N2において、各導線11は方向D1において縫い目の列を形成する。これらの縫い目は、各々参照符号14および15により参照され、各々U字のループ形状となっている。同様に、各導線12は、各ラップにおいて縫い目の列を形成する。これらの縫い目は、各々ラップN1およびN2において参照符号16および17により参照される。横糸方向D1において、各導線11は底部縫い目15および頂部縫い目14を交互に形成し、頂部縫い目14および隣り合う底部縫い目15の間の連結はラップN1とN2との間の連結を組成するようになる。同様に、横糸方向D1において、各導線12は底部縫い目17および頂部縫い目16を交互に形成し、頂部縫い目16および隣り合う底部縫い目17の間の連結はラップN1とN2との間の連結を組成するようになる。

0016

高誘電ワイヤとよばれる各誘電ワイヤ13aは、頂部ラップN1のみにおいて、導線11、12と実質的に平行な方向に延びており、全て頂部ラップN1に含まれるような頂部縫い目18の列を形成している。同様に、低誘電ワイヤとよばれる各誘電ワイヤ13bは、底部ラップN2のみにおいて、導線11、12と平行な方向に延びており、全て底部ラップN2に含まれるような底部縫い目19の列を形成している。

0017

図面に示されるように、連続的な縫い目の列は方向D2に沿って形成される。実際、横糸方向D1において、各々の第1の導線11は、高誘電ワイヤ13aにより形成される頂部縫い目18における頂部ラップN1、および第2の導線12により形成される隣接する底部縫い目17における底部ラップN2に交互に挿入される。各頂部縫い目18および底部縫い目17からはじまり、上述の導線11はそれ自体が頂部縫い目14および底部縫い目15を形成する。そして、横糸方向D1において、低誘電ワイヤ13bは、上述の導線11により形成される底部縫い目15に挿入され、それ自体が次の底部の列の底部縫い目19を形成する。横糸方向D1において、第2の導線12は、上述の第1の導線11により形成される頂部縫い目14における頂部ラップN1、および前の低誘電ワイヤ13bにより形成される底部縫い目19における底部ラップN2に交互に挿入される。各頂部縫い目14および底部縫い目19より、導線12はそれ自体が頂部縫い目16および底部縫い目17を形成する。そして、横糸方向D1において、高誘電ワイヤ13aは、前の導線12により形成される頂部縫い目16に挿入され、それ自体が次の頂部の列の頂部縫い目18を形成する。

0018

このように、本実施の形態においては、2つの誘電ワイヤ13a、13bおよび2つの隣り合う導線11、12が構造体の方向D2に繰り返し配置されるような包括的なパターンを形成する。この包括的なパターンにおいて、第1の導線11は、横糸方向D1において、頂部ラップN1の次の列、および底部ラップN2の前の列においてそれぞれ、2つの異なる第2の導線12に交互に織り合わせられる。同様に、第2の導線12は、横糸方向D1において、頂部ラップN1の前の列、および底部ラップN2の次の列においてそれぞれ、2つの異なる第1の導線11に交互に織り合わせられる。

0019

これらの織り合わせは、頂部ラップN1および底部ラップN2により具体化されるような2つの重ね合わせられた平面上に配置される、冷接点および熱接点を交互に構成する。その結果、方向D2において、2つの隣り合う冷接点は離間しており高誘電ワイヤ13aにより形成される頂部縫い目18により位置決めされ、2つの隣り合う熱接点は離間しており低誘電ワイヤ13bにより形成される底部縫い目19により位置決めされる。このことにより、誘電ワイヤ13a、13bは、導線11および12の離間を行い、またこれらの導線11および12を構造体10内の位置に保持するとともに支持を行う。この際に、導線11および12は頂面および底面のみに織りこまれるようにする。誘電ワイヤ13a、13bは、頂面および底面の間に距離ができるよう保持するとともに、各熱接点の間および各冷接点の間で絶縁を行い、3次元の熱電構造体10を得るようにする。更に、熱電構造体10は、織り動作によって、導線11、12および誘電ワイヤ13a、13bの単一の製造動作により製造することができる。

0020

誘電ワイヤ13a、13bは、熱電構造体10に対して十分な柔軟性を与えることとなる。熱電構造体10が上に述べた機能を実行するような、誘電ワイヤ13a、13bを頂面および底面に挿入する他の様々な適合する方法を想定することができる。例えば、誘電ワイヤは方向D2に向いていてもよい。同様に、熱電構造体10は、例えば織り動作、織り合わせ物やしかるべく適合する接点の形成動作のような、他の製造方法により形成されるようになっていてもよい。

0021

様々な導線11、12に沿った交互にある冷接点および熱接点は、縫い目の同じ列に沿って連続している。縫い目の列がどのようにして互いに連結されるかに基づいて、接点は、電気的に連続または並列とすることができる、熱的に並列な熱電対を組成する。

0022

より有利には、誘電ワイヤ13a、13bは、例えば綿、亜麻シルクまたは合成織物繊維のような織物繊維から構成することもできる。このことにより、熱電構造体10は、3次元の織物構造体を形成するために使用される。より正確には、熱電構造体10は、全体的に織物構造体に組み入れられ、この織物構造体を構成するようになっている。熱電構造体10は、織物構造体の全体を構成するようになっていてもよく、あるいは一部分のみを構成するようになっていてもよい。当然ながら、導線の数およびそれに伴う接点の数、密度および材料は、熱電の観点からの織物構造体の最終的な品質に基づいて選択される。熱電構造体10の表面が非常に広いため、導線11、12が高い熱電性能を有していない場合であっても、収集されるエネルギーを大きなものとすることができる。

0023

例えば、長さが1mであり幅が4.5cmであるベルトに対応する織物の試作品は、30℃の温度勾配が冷接点および熱接点に適用されたときに、80mV電圧で得られるべき電力が285μWとすることが可能な表面あたり3,366個の接点を有している。

0024

最終的に、構造体を保持して伸ばすような誘電ワイヤ13a、13bは、導線11、12間の接続を形成して接点を単に組成することとなる。これらの誘電ワイヤ13a、13bは接点のレベルにおいて、例えば導線11、12に電流を流すことや電気的なアークを形成することによるジュール効果によって互いに結合される。

0025

熱電構造体10を形成するときに、リーマ技法を用いることができる。この技法の利点は、導線11、12が破壊されるというリスク無しに、織物を高速で形成することができることにある。さらに、リーマ・ワイヤの分解または溶融により、構造体10を膨張させることができる。このような熱電構造体10が織物構造体に組み込まれたときには、この膨張により、ワイヤ密度の増加によって織物構造体の絶縁特性が向上するとともに、電力を冷接点および熱接点に供給することによって熱電構造体の特性が向上する。この場合、導線11、12は接点のレベルにおいて結合される必要はない。

図面の簡単な説明

0026

本発明による熱電構造体の実施の形態における細長い一片を示す図である。

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