体内植込機器の筐体温度上昇抑制技術の開発

• 研究課題/領域番号: 21K08630
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分55010:外科学一般および小児外科学関連
• 研究機関: 東京電機大学
• 研究代表者: 本間 章彦 東京電機大学, 理工学部, 教授 (20287428)
• 研究分担者: 塚原 彰彦 東京電機大学, 理工学部, 助教 (40806030)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2022年度)
• 配分額: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円); 2023年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2022年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2021年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
• キーワード: 潜熱蓄熱材 / 体内埋込機器 / 温度上昇抑制 / 体内植込機器 / 体内植え込み機器

研究開始時の研究の概要

「潜熱蓄熱材（PCM）」の相変化時における「吸熱・放熱」作用を利用した「体内植込機器の筐体温度上昇抑制技術の開発」を目的とする。筐体表面温度の上昇抑制を実現するため、求められるPCMの開発および体内植込機器への適用条件の同定を行う。

研究実績の概要

体内埋込機器が体内に埋め込まれている状態を模擬した実験系を用いて様々な条件を設定し実験を行った。体内植込機器を想定した筐体内部には、電気機器を模擬した発熱体と、隙間の空間に潜熱蓄熱材を封入している。筐体の大きさを変えた場合や、封入する潜熱蓄熱材の容量を変えた場合における筐体表面の温度上昇について計測を行った。潜熱蓄熱材の容量の増加に伴い、筐体表面温度上昇の抑制が見られた。これは、潜熱蓄熱材の容量増加に伴い、蓄熱（吸熱）の効果が大きくなったためと考えられた。一方で、筐体内部に潜熱蓄熱材を封入せずに、隙間の空間に空気を封入した場合には、潜熱蓄熱材を封入した場合よりも筐体表面温度状況の抑制が見られた。これは空気が断熱の働きをしたためと考えられ、この場合には発熱体である電気機器の放熱ができずにダメージを受ける可能性があると思われた。また、潜熱蓄熱材は蓄熱（吸熱）し、固体から液体へ相変化した後、熱を伝えやすくなってしまうため、蓄熱（吸熱）効果は維持しながらも、熱伝導を抑えるような新たな工夫が必要と考えられた。潜熱蓄熱材を用いることにより、蓄熱（吸熱）による温度上昇抑制効果を得ることは可能であったが、吸熱して液体となった潜熱蓄熱材を固体へ相変化させ、再び吸熱作用を持たせるためには、筐体表面からの放熱についても検討を行う必要があると考えられる。今回、得られた結果をもとに、潜熱蓄熱材による、より有効な筐体表面温度上昇抑制方法について検討が必要と思われる。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

潜熱蓄熱材の効果を検証するための実験系の構築は終了し、様々な条件下において実験を進めているが、新たな問題点も発生し、その対応が必要となっている。
温度の測定系においても、電気機器を模擬した発熱体の温度制御の性能に問題があり、より詳細な検討を行うために、より細かな温度制御が可能な実験系の構築について検討を行っている。

今後の研究の推進方策

より細やかな発熱体の温度制御を行うための実験系の構築を行うことを予定している。また、潜熱蓄熱材の蓄熱（吸熱）効果は維持しながらも、熱伝導を抑えるような新たな工夫についても検討を行う。潜熱蓄熱材が再び吸熱作用を有するような、筐体表面の放熱についても検討を行うことを予定している。