【研究】ペルチェ素子を使った冷却装置のモデリングについて

こんにちは．けんゆーです（@kenyu0501_)
現在の研究は脳波解析をメインにやっていますが，実は修士までの3年間はペルチェ素子と戦っていました．
具体的には，「ペルチェ素子を使ってヒトの脳を直接冷却することのデバイス開発とそのモデリング」について研究を重ねてきました．
その時の資料に関してこの記事ではUPしていこうと思います．

インプラント脳冷却装置とは

もともとは山口大学工学部の弊ラボと医学部とで共同で継続的に行われていた研究の「てんかん発作抑制デバイス」の構築ということで，おいらは冷却装置の開発に携わっていました．

てんかん（脳の病気）という体の自由が利かなくなって，発作が起こる病気があるのですが，もしかしたら脳を直接冷却したら発作止まるんじゃね？ということで研究していました．

詳細を知りたい人は，藤井正美先生の「てんかんの新しい治療：局所脳冷却療法」などを読むと詳しく分かると思います．

実際にてんかん患者に冷却装置を適用する際には，体内にインプラントをすることを目指すため設計支援を行うための色々なアイデアが必要になってきます．

インプラントデバイスは，サイズの制約を受けたりして小型化が求められたり，高度な制御技術が必要になってきます．

つまり，設計支援のためのモデリングや，制御系設計を可能にするシミュレーションモデルなどが必要です．もちろんプロトタイプもすべきです．いろんな方面から考えなければいけません．

おいらは修士までの3年間，冷却装置のモデリングを作り制御系を研究したり，サイズによる熱問題を考えたりしたり，，，今思えばがむしゃらにやってました．

修士論文：設計支援のための生体用小型冷却装置のモデルパラメータ特性の検討

おいらの2年間の努力の結晶のもと作られたスライドを載せておきます．

タイトルにあるように冷却装置の設計支援をするためのモデルについて考えていました．

提案しているモデルのパラメータに関して，装置のサイズや冷却性能，使用環境が変わった場合，どこを重要視知れば良いかなど，いろんな検討を重ねてました．

モデルは簡単に書きたかったので，流行りの熱伝導方程式ではなく，熱量の収支が境界のみであるようなシンプルな形にしてます．ペルチェ素子の放熱面，吸熱面およびヒートシンクに関してモデリングをしました．

色々と興味があれば見てください！

卒業論文：生体用小型冷却装置の温度制御モデルに関する研究

卒論は温度制御に関しての研究をしました．
興味があれば見てください！

この時は初めての研究活動という事で右も左も訳も分からないまま，ずっと実験してました．

冷却装置のプロトタイプを使って，実際に制御則を考えてひたすら寒天を冷やしまくる！というのをやってました．

37度に温めた寒天をヒトの脳と見立てて，きちんと冷えるのかどうかを試してましたね．
そのあとは，シミュレーションモデルを使って，シミュレーション挙動が実際のものと正しいのかなんてことをしてます．

ペルチェ素子のモデルパラメータの設定は実験的に定めましたが，色々と苦労しました笑

まとめ

ペルチェ素子のモデルなどに興味のある人はぜひ色々と参考にして見てください！

研究も大変ですけど頑張っていきましょー！