ペットの冷房器の技術説明     
   
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ペット冷房器の技術説明T

犬猫・うさぎ・ハムスターの冷暖房器の技術的な説明です。 


『ヒンヤリ感』に関する技術説明は、こちらです。
 
 
 
   
≪編集中≫ 汗をかかない、毛皮を着た犬や猫たちは、扇風機の風やエアコンの涼風では涼しさを、人が感じるようには、感じることができません。 犬や猫たちは暑いと思ったら、少しでも温度の低い床を見つけてそこに寝そべります。

ぺルチェ素子を使用した、
純電子式のペット専用の冷暖房器です。

 

ペットのの冷房装置

↑ 試作実験に協力してくれる大切な助手ワン

初めはアルミニウムの光沢に警戒していましたが、冷たくて気持ちが良いことを理解してからは、暑い時にはこのように枕にして寝ています。
使用している冷房器は、2010年の試作実験器です。


●『ヒンヤリ感』に関する技術説明は、こちらです。




技術的特長その@

超小型・高性能・純電子式熱交換ユニットを搭載しています

≪純電子式が設計目標≫

熱交換ユニットに、ぺルチェ素子を用いれば、

 @劇的な小型化が可能になる。
 A氷を取り換えるなどの運転中の手間が不要になる。
 B電気代がとても安くなる。
   と言う三つの効果が得られます。
これによって、『安心して夏期間中の連続運転ができる冷房装置』と言う条件が満たされます。
   そして、ぺルチェ素子を用いれば、
 Cペットに優しい、無音無振動の熱交換ユニットの実現が可能です。
さらに、
 D動くところが無いので故障しにくくなり、動作も効果も安定します。
  

【ぺルチェ素子】

 その素晴らしい、熱交換能力を持つぺルチェ素子ですが、それまでは1個1万円以上で高価で入手も困難でした。

 2006年頃から、高価だったぺルチェ素子が比較的安価で入手できるようになってきたので、本格的に、設計・試作を開始しました。

 その後、世の中が、省エネルギー・省電力を重視するようになりました。
消費電力が、わずか8ワットで、十分な能力を発揮する、ペット用冷房装置が完成しました。
日本で唯一の、超・省エネルギーのペット用冷房装置です。特許出願済みです。

  サーモモジュール

 図がぺルチェ素子です。(図は、株式会社フェローテック様のカタログコピーです)

両面がセラミックで、中に多数の半導体が整列したサンドイッチ構造です。

 本器には、厚さが約4oで一辺が40oの正方形の50ワット級のぺルチェ素子を内蔵しています。
 これを8ワットで運転しますので、十分な余力があり、重要部品である電気回路と熱回路に過度な負担を掛けることがありません。


【ぺルチェ素子の働き】

 ●ぺルチェ素子に通電すると、とても不思議なことが起こります。

     片方の面が瞬時に冷たくなります(吸熱側)。

     同時に、反対の面が熱くなります(放熱側)。

 吸熱側に有った熱が電子的に瞬時に放熱側に移動したことによる現象です。
 電子を自在に動かす半導体が、熱も動かせる性質を利用した素子の100以上の集合体です。
 つまり、このぺルチェ素子の冷房側に冷やしたいものを置けば、その熱をどんどん 吸い取ってくれるのがぺルチェ素子です。

 メーカーのデモンストレーションでは、吸熱側には霜が着き始めて、やがて分厚い氷が出きてしまうほどに、高い冷却能力を持ちます。

 ●このぺルチェ素子は、身近なところでは、パソコンのCPUの冷却に使用されています。
 吸熱面をCPUに張り付けて、CPUの熱を吸い取って、CPUの過熱崩壊を防止しています。

 ●また、持ち運びができる車載用の小型軽量の冷蔵庫にもぺルチェ素子が使われています。重いモーターと冷媒循環のパイプなどからなるコンプレッサーの役割を、この小さなぺルチェ素子が担ってしまう優れものです。

 ●また、極性を逆にして通電すると、つまりプラスとマイナスを逆にするだけで、熱の流れが逆転します。この特性を利用して、本器には暖房器としての切り替えスイッチを設けています。

 ●ぺルチェ素子は、熱から電気を得る特性もあります。
通電すると両面に温度差が生じることは上記の通りですが、逆に、両面に温度差があると、発電しますので、発電素子として使われています。  


技術的特長そのA

高効率・高性能な熱回路を搭載しています

【冷却ファンなどの可動部分を全く使用しない熱回路】

 高効率・高性能な熱回路設計によって、強制冷却ファンなどの可動部が必要なくなり、純電子式の冷暖房器が完成しました。

(特許出願済み)

これにより、
■動くところがないので壊れない ⇒ 3年間の安心保証の実現。
■動かすための電力がいらない ⇒ 超省エネ設計⇒1ヶ月連続運転で約150円の節電型が実現しました。

 冷房の原理(HA型・WN型・US型共通)と 熱交換ユニットと内蔵しているぺルチェ素子の動作説明は、こちらでご覧頂けます。この図のように、熱回路には銅板を使用しています。銅板が熱回路の主役です。  

 

↑ ≪犬・猫の冷房器WN−35≫の熱回路の銅板。
銅板は錆びやすいので、クロームメッキを施して実装しています。

 熱回路には、熱伝導率が重要な要素になります。熱回路と言う言葉が一般的ではありませんが、ペットの体熱を放熱筒に導き空気中に放熱するまでの、ペットの熱の通り道が熱回路です。
熱回路の動作全体の説明は、こちらでご覧頂けます。
 アルミニウムは、熱伝導率が高い、つまり熱が伝わる速さが早いので、本器の吸熱板(冷却プレート)をはじめ、主要部品に使っています。
 しかし、熱を移動させるぺルチェ素子の動作は、強く早いために、ぺルチェ素子の性能をより効率よく引き出すために、本器は高価な銅板を熱回路に使用しています。
アルミニウムと組み合わせることによって、熱の流れに滞りが無く、高効率の熱回路を実現しています。

《参考》アルミニウムの熱伝導率は約230W/mk、銅は約390W/mkで、銅の方が約1.7倍優れている。

 


吸熱板(冷却プレート)の設定温度
≪表面温度より吸熱力が重要≫

 夏にペットショップに並ぶヒンヤリするアルミニウムの板は、気温が30℃の時、アルミニウムの板もほぼ30℃になりますから、アルミニウム板の温度より高い体温の人・ペットが触れば、30℃と体温の差の分だけヒンヤリと感じます。
 しかし、すぐに、ヒンヤリ感が無くなります。
ヒンヤリ効果が無くなるのは、アルミニウム板が暖まってしまうためです。
熱の逃げ場がないので、アルミニウムに熱が貯まったままになってしまうからです。

 本冷房器は、吸熱力が持続します。

 試しに、足を吸熱板(冷却プレート)の上に載せていただくと、熱を吸い取り続ける吸熱板(冷却プレート)の働きを実感していただけます。

 従って、冷房器の能力=吸熱板(冷却プレート)の能力は、その時の表面温度ではなく、吸熱力が重要であることが解ります。



↑ 『ハムスターの冷房器 HA-3』の吸熱板(冷却プレート)のサーモグラフィ

青系の色が低温部を表しています。
高い吸熱力を視覚で確認することができます。


【吸熱板(冷却プレート)の熱回路】

熱回路を移動する熱の流れを 冷房の原理で説明しています。    

 吸熱板(冷却プレート)の役割は、上に載ったペットの熱を、優しくかつ速やかに吸熱することです。
 本冷房器の吸熱板(冷却プレート)には、熱伝導率の高いアルミニウムと、さらに熱伝導率の高い銅を貼り合わせて使用しています。

 


【放熱温度と熱回路】

 吸熱したペットの熱は、吸熱側の熱回路を通って熱交換ユニットに導かれ、ぺルチェ素子の働きで放熱側の熱回路に移動します。
放熱側の熱回路は、銅板とアルミニウム板で構成されていて、熱を放熱筒に運びます。


【放熱筒】

 放熱筒は、受け取った熱源で、筒内の空気を暖めて、上昇気流を作り、この上昇気流に熱を載せて、放出します。

≪うさぎの冷房器 US−1≫は、3連の放熱筒です。≪ハムスターの冷房器 HA‐3≫の放熱筒は6連の放熱筒です。≪犬・猫の冷房器WN−3≫の放熱筒は、Lタイプの6連の放熱筒です。


【理想の駆動電圧と超・省エネルギーの消費電力】

 吸熱温度の設定・ぺルチェ素子の選定・駆動電圧・消費電力・熱回路設計・吸熱力・放熱力の設定の最適な組み合わせを完成させまた。
駆動電力は5ボルト1.5アンペアです。
消費電力は約8ワットです。
1ケ月の連続運転で電気代がおよそ150円です。
※1ケ月の電気代は、電気代計算君 http://kunisan.jp/denki/ の試算です。

50ワット級のぺルチェ素子を8ワットで働かせていますので、大きな余裕が生じます。
さらに、ACアダプターにも負荷が少なくなりますので、
経済的にも、能力的にも、安心してひと夏の連続運転ができます。


【フィンと冷却ファンを用いない熱回路設計】

 余裕のある熱回路設計によって、強制冷却の冷却ファンを使用しないことが可能になりました。
可動部分が全くなく、故障の心配が少なくなり、騒音・振動が全く無い、動物に優しい純電子式の冷房器が完成しました。


【ペットに理想の冷房方法】

 全身が毛で覆われているペットたちに、扇風機は効果がないことは良く知られています。
ペットの暑さ対策には、エアコンを使うのが一般的です。

では、自然界に於いては、暑い夏に彼らはどうやって涼をとっているのでしょうか?

 彼らの涼の取り方は、地面を掘って温度の低いところを露出させてそこに身体を横たえて、身体を冷ます方法です。

あるいは、穴を掘って、地表より低い温度の巣穴の中で涼みます。

 彼らは、気温の熱さから夏を感じ、気温で四季の変化を感じ、暑い夏は、温度の低い場所に寝そべる、温度の低い場所でくつろぐことです。

 この冷房器は、その、寝そべる快適な場所になります。

【ペットの自由意思で使用できる】

ペットにも、涼みたいときとそうでない時があります。

この冷房器は、好きな場所に置けます。開け放った部屋や野外にも使用できます。
従ってペットを空調の部屋に閉じ込めていなくても良くなります。
結果、ペットは、涼みたいときに、好きな時に好きなだけ使用することができます。



こうして、世界でただ一つ、ハムスター専用の冷暖房器が完成しました。

【特許出願済み】 そして、冷えた場所を選んでそこに寝そべって夏の暑さをしのぐ、ペット専用の冷房器が完成しました。

冷房器の基本仕様は下記の通りです。

●商品 ペット専用の冷房器

●消費電力 約8ワット

●電源 5ボルト ACアダプター付属


≪その他の特長≫

結露防止機能

節電・省電力機能

無音・無振動

安全ヒューズ

過熱防止機能

衝撃防止機能

防滴

誤動作防止カバー

感電事故が起きない安全設計

メッキ仕上げ


↑ ハムスターの冷房器 HA−3

ハムスターの冷房器 HA−3は『地下型の巣箱』の飼育セットの下に差し込んで、『地下型の巣箱』の床冷房に使用します。




↑ 犬・猫の冷房器WN−35

 350×350oの吸熱板(冷却プレート)で、およそ5キログラムまでの犬猫が寝そべることができる大きさです。




↑ うさぎの冷房器 US−1(試験販売モデル)

 300×200oの吸熱板(冷却プレート)で、小型のうさぎが寝そべることができる大きさです。



※≪うさぎの冷房器 US−1≫は、ご愛用者(うさぎ飼育者様・ペット飼育者様)のアドバイスをいただきましたので、仕様変更したものをお届けしております。

変更は、
@断熱の発泡スチロールは吸熱板(冷却プレート)から張り出さないようにいたしました。これは、うさぎが齧っていたずらするための防止策です。
A吸熱板(冷却プレート)の上の緑のテープを廃止しました。
金属色の吸熱板(冷却プレート)を怖がるうさぎが居ることの対策ですが、怖がらないうさぎもいるし、怖がる場合には布を被せれば大丈夫ということで廃止しました。 Bまた、写真ではスイッチボックスが側面に出ていますが、いたずら防止のために、背面に移動しております。




冷房器と結露の関係



 本器に搭載している熱回路は、結露が起きにくい設計をしております。

≪結露の科学≫

 冷たい水の入ったコップの外側に水滴がつくことが観察できます。これが結露です。
結露は、純粋に科学的な現象です。

結露は、
@室温と、
A湿度と、
Bそのモノの温度
の三つの条件の関係で発生します。

【例1】
@気温30℃で
A湿度50%の時、
B18℃以下になるとBのモノの表面に結露が始まります。

【例2】
@気温が30℃で
A湿度が60%の時、
B21℃以下になるとBのモノの表面に結露が始まります。

【例3】
@気温が30℃で
A湿度が70%の時、
B24℃以下になるとBのモノの表面に結露が始まります。

 上の例から、『ハムスターの冷房器 HA‐3』の場合は、吸熱板(冷却プレート)の温度を室温より約10℃低く設定しておりますので、室温が30℃の時におよそ20℃ですから、湿度が60%の時には結露が起き始めることになります。

   ≪犬・猫の冷房器WN−35/40≫や≪うさぎの冷房器 US−1≫の場合の吸熱板(冷却プレート)の待機温度は室温からおよそ5℃程度低く設定してありますので、室温が30℃の時におよそ25℃になっていますので、湿度が70パーセントの時には、まだ結露しません。



結露しにくい熱回路設計とは

 本冷房器が通常(湿度が高く不快な気象条件でないこと)の気象条件の素では、結露しないのは、結露ができ易い冷たい部分が、湿度のある暖かい空気に触れないようにしているからです。

一方、一般のエアコンは熱交換部が10℃以下に下がりますので、ほぼ常時、結露が起きます。
室外にポタポタとドレイン菅で排水しています。



ペットの冷房に保冷材を使用するときの結露

 ペットの暑さ対策に保冷剤を使用することがありますが、保冷剤の表面温度は10℃前後です。どうしても、結露は起きてしまうのは、ご説明の通りです。

【結露はエネルギーの無駄】
 結露するということは、空気中の水分を水に変えるという仕事をさせるということですから、水を得ることが目的でない以上、とても大きなエネルギーの無駄をさせていることになります。
しかも、ペットの環境が結露によって濡れてしまう問題も解決しなければなりません。

結露を防止する

 ここで、結露をなるべく起こさせない方法をご案内いたします。

 保冷材に、温かく湿った空気を当てない様にすれば結露しないのは、ご説明の通りですが、あまり遮断してしまうと、冷却効果が無くなってしまいますので、バランスはむずかしいですが、保冷材を包んで試してみてください。
@まず、保冷材の周りを布で包む。
Aその上をラップで包んで保冷材と布を外気から遮断する。
これによって、保冷材に直接外気が循環することが無くなります。
Aのラップに結露するようなら、
Bさらに、布を巻いて、ラップで2重にする。

布の厚さなどにもよりますが、これによって、冷え方が安定します。しかも保冷材の冷えが長持ちします。


【『ハムスターの冷房器 HA-3』の吸熱板(冷却プレート)の結露防止】

 吸熱板(冷却プレート)が結露した場合は、薄い布を敷いてその上にラップを敷けば、『地下型の巣箱』の底を濡らすことはありません。

 また、≪犬・猫の冷房器WN−35≫や≪うさぎの冷房器 US−1≫も雨季で湿度が高くなれば、待機状態の時に結露しますので、その場合は、シートなどを被せて、湿った空気が吸熱板(冷却プレート)の上を循環するのを防ぐことで結露を軽減することができます。


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