JP2000274868A - 冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ペルチェ効果を利用した冷却装置に関するも
のであり、配管内の気泡を除去して熱媒体と熱電モジュ
ールの伝熱面との接触機会を増大させる方策を開示す
る。また傾斜姿勢でも支障なく使用することができる冷
却装置を開発する 【解決手段】 空気抜きチャンバー４３，４４では、熱
媒体導入口４８と、熱媒体排出口４９には、いずれもパ
イプ（管状部材）７０，７１が使用され、熱媒体導入口
４８及び熱媒体排出口４９は、容器体４７の内部に延長
されている。パイプ７０，７１は、容器４７の底面の中
心から容器体４７に入る。また熱媒体導入口４８を構成
するパイプ７０は、容器４７内において、容器４７の重
心の近傍まで至り、容器４７の重心近傍で開口してい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はペルチェ効果を応用
した冷却装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、フロンガスのオゾン層破壊作用が
地球的な問題となり、フロンガスを使用しない冷却装置
の開発が急がれている。そしてフロンガスを使用しない
冷却装置の一つとして、熱電モジュールを使用した冷却
装置が注目されている。

【０００３】ここで熱電モジュールとは、ペルチェ（Pe
ltier)モジュール、又は熱電モジュールとして知られて
いるものであり、二つの伝熱面を有し、電流を流すこと
により一方の伝熱面が加熱され、他方の伝熱面が冷却さ
れる機能を持つ部材である。すなわち熱電モジュールで
は、一方の面が放熱面として機能し、他方が吸熱面とし
て機能する。熱電モジュールを使用した冷却装置は、例
えばＷＯ９２／１３２４３号（特表平６−５０４３６１
号）に開示されている。ＷＯ９２／１３２４３号に開示
された発明は、熱電モジュールをマニホールドに内蔵
し、マニホールド内では熱電モジュールを挟んで二つの
キャビティが構成されている。そしてマニホールドの放
熱面に面するキャビティは、熱交換器とポンプによって
構成される閉回路に接続され、他方の吸熱面に面するキ
ャビティも同様に熱交換器とポンプによって構成される
閉回路に接続されている。この様にして、熱電モジュー
ルの放熱側の伝熱面を含む循環回路と、冷却側伝熱面を
含む循環回路を構成し、この回路に水を主体とする熱媒
体を循環させる。そして二つの循環回路の内、冷却側の
回路の熱交換器によって所望の冷却を行う。

【０００４】上記したＷＯ９２／１３２４３号に開示さ
れた発明は、熱電モジュールを使用して実用的な冷却を
行い得る技術である。しかしながらＷＯ９２／１３２４
３号に開示された技術は、冷却装置の基本的な構成を開
示するものに過ぎず、実際にこの発明を冷蔵庫等に適用
するには、改良すべき点や、新たに解決しなければなら
ない問題が山積みされている。すなわち熱電モジュール
を使用した冷却装置は、旧来のフロンガスを使用した冷
却装置に比べて冷却効率が低いのが現状である。

【０００５】特にＷＯ９２／１３２４３号に開示された
技術には、如何にして熱媒体と熱電モジュールの伝熱面
の接触を円滑化し、冷却効率を向上させるかという問題
がある。熱電モジュールと熱媒体との間の熱交換をより
円滑に行うための改良手段として、ＷＯ９５／３１６８
８号（ＰＣＴ／ＡＵ９５／００２７１号）に開示された
発明が知られている。ＷＯ９５／３１６８８号に開示さ
れた発明は、マニホールドのキャビティ内に攪拌翼を設
け、熱媒体と熱電モジュールの伝熱面との接触機会を増
大させるものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしＷＯ９５／３１
６８８号に開示された発明は、攪拌翼を回転させること
によって熱媒体と熱電モジュールの伝熱面との接触を増
大させるものであり、攪拌翼を回転させることによっ
て、キャビティ内に気泡を巻き込むことがあるため、気
泡によって熱媒体と熱電モジュールの伝熱面との接触が
阻害される懸念がある。

【０００７】また熱電モジュールを使用した冷却装置
は、圧縮機を要せず軽量であるため、携帯用の冷蔵庫へ
の適用が有望であるが、携帯用の冷蔵庫は、携行の際に
水平姿勢を保つことが困難である。たとえば携帯用の冷
蔵庫は、傾斜姿勢で携行されたり、天地逆の状態で携行
される事態も予想される。そのため熱電モジュールを使
用した冷却装置を携帯用の冷蔵庫に適用する場合には、
姿勢変更の際に於ける気泡の巻き込みにも留意しなけれ
ばならない。

【０００８】本発明は、従来技術の上記した問題点に注
目し、配管内の気泡を除去して熱媒体と熱電モジュール
の伝熱面との接触機会を増大させる方策を開示するもの
である。すなわち本発明は、熱電モジュールの伝熱面近
傍への気泡混入を阻止し、冷却効率が高い冷蔵装置を開
発することを課題とするものである。また本発明は、傾
斜姿勢でも支障なく使用することができる冷却装置を開
発するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
の本発明は、二以上の伝熱面を有し電流を流すことによ
り一方の伝熱面が加熱され他方の伝熱面が冷却される熱
電モジュールを内蔵し、液状熱媒体を通過させることに
より少なくとも一方の伝熱面と熱媒体との間で熱交換が
可能である熱交換ユニットと、熱交換器と、ポンプ部材
と、ガス抜きチャンバーと、これらの間を環状に接続す
ると共に液状熱媒体で満たされた配管を有し、前記ガス
抜きチャンバーは、密閉状の容器体に熱媒体導入口と熱
媒体排出口が設けられていて両者の間が連通するもので
あり、熱媒体導入口と熱媒体排出口はそれぞれ管状部材
によって容器の内部に延長されていることを特徴とする
冷却装置である。

【００１０】これにより、配管の気泡が除去され、冷却
効率が向上する。また傾斜姿勢でも使用することができ
る。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明は、二以上の伝熱面を有し
電流を流すことにより一方の伝熱面が加熱され他方の伝
熱面が冷却される熱電モジュールを内蔵し、液状熱媒体
を通過させることにより少なくとも一方の伝熱面と熱媒
体との間で熱交換が可能である熱交換ユニットと、熱交
換器と、ポンプ部材と、ガス抜きチャンバーと、これら
の間を環状に接続すると共に液状熱媒体で満たされた配
管を有し、前記ガス抜きチャンバーは、密閉状の容器体
に熱媒体導入口と熱媒体排出口が設けられていて両者の
間が連通するものであり、熱媒体導入口と熱媒体排出口
はそれぞれ管状部材によって容器の内部に延長されてい
ることを特徴とする冷却装置である。

【００１２】本発明の冷却装置では、配管経路内にガス
抜きチャンバーが設けられている。ガス抜きチャンバー
は、密閉状の容器体に熱媒体導入口と熱媒体排出口が設
けられていて両者の間が連通するものである。本発明の
冷却装置では、配管内のガスの気泡がガス抜きチャンバ
ーの容器内に入ったとき、ガスは容器内で浮上して容器
の上部に溜まる。そのため配管内の気泡は、すべてガス
抜きチャンバーに集められ、熱電モジュールの伝熱面は
熱媒体だけが接触する。また本発明の冷却装置では、熱
媒体導入口と熱媒体排出口はそれぞれ管状部材によって
容器の内部に延長されている。そのため冷却装置を傾斜
姿勢においても、容器体の内部において熱媒体導入口と
熱媒体排出口が露出せず、常時熱媒体に浸った状態を維
持する。そのため本発明の冷却装置では、傾斜姿勢にお
いても、配管経路に気泡が混入しない。

【００１３】また請求項２に記載の発明は、熱媒体導入
口及び熱媒体排出口の容器体内部における開口は、容器
体によって囲まれる範囲であって、その重心から容器体
の体積が２分の１の相似形範囲内にあることを特徴とす
る請求項１に記載の冷却装置である。

【００１４】請求項３に記載の発明は、熱媒体導入口及
び熱媒体排出口の容器体内部における開口は、容器体に
よって囲まれる範囲であって、その中心から容器体の体
積が２分の１の相似形範囲内にあることを特徴とする請
求項１に記載の冷却装置である。

【００１５】請求項２，３に記載の冷却装置では、熱媒
体導入口及び熱媒体排出口の容器体内部における開口
が、いずれも容器体の中心部に設けられている。そのた
め冷却装置が傾斜姿勢となっても、熱媒体導入口及び熱
媒体排出口の開口が露出せず、配管経路中に気体が混入
しない。

【００１６】さらに請求項４に記載の発明は、熱媒体導
入口及び熱媒体排出口の容器体内部における開口は、容
器体の容積の８０％相当の熱媒体を封入して容器体を任
意に軸を中心として回転したとき、常に熱媒体によって
封鎖される位置に設けられていることを特徴とする請求
項１乃至３のいずれかに記載の冷却装置である。

【００１７】本発明の冷却装置では、熱媒体導入口及び
熱媒体排出口の容器体内部における開口が特定の位置に
設けられているので、冷却装置が傾斜姿勢となっても、
熱媒体導入口及び熱媒体排出口の開口が露出しない。

【００１８】さらに請求項５に記載の冷却装置は、熱媒
体導入口及び熱媒体排出口は、容器体の内部において一
連の管体によって接続されており、当該管体の一部に開
口が設けられていることを特徴とする請求項１乃至４の
いずれかに記載の冷却装置である。

【００１９】本発明の冷却装置では、熱媒体導入口及び
熱媒体排出口は、容器体の内部において一連の管体によ
って接続されており、当該管体の一部に開口が設けられ
ている。本発明の冷却装置では、配管経路中の気泡は、
管体の一部に設けられた開口から抜け、容器体の上部に
溜まる。

【００２０】さらに請求項６に記載の冷却装置は、熱交
換ユニットは、熱電モジュールの少なくとも一方の伝熱
面との間にキャビティを有し、当該キャビティの内部に
撹拌部材が設けられたものであることを特徴とする請求
項１乃至５のいずれかに記載の冷却装置である。

【００２１】本発明の冷却装置では、熱交換ユニットの
キャビティ内に流れが発生し、熱媒体と熱電モジュール
の伝熱面の接触率が上がり、熱交換効率が向上する。

【００２２】

【実施例】以下さらに本発明の望ましい実施形態につい
て、図面を参照しながら説明する。 （実施例１）図１は、本発明の冷却装置の構成図であ
る。図２は、図１の冷却装置で使用する熱交換ユニット
の正面図である。図３は、図２の右側面図である。図４
は、図２の左側面図である。図５は、図２の熱電モジュ
ールを内蔵する熱交換ユニットの正面断面図である。図
６は、図５の支軸周辺部の拡大図である。図７は、図４
の熱電モジュール端部の拡大図である。図８は、図２の
熱交換ユニットの分解斜視図である。図９（ａ）は、図
２の熱交換ユニットの加熱側の詳細分解斜視図であり、
（ｂ）はさらに加熱側攪拌部材の分解斜視図であり、
（ｃ）は加熱側熱交換ユニットの小径ボス部の断面図で
あり、（ｄ）は加熱側攪拌部材のボス部の断面図であ
る。図１０は、図２のマニホールドの固定子周辺の詳細
分解斜視図である。図１１は、図２のマニホールドの加
熱側マニホールドの正面図及び断面図である。図１２
は、図２のマニホールドに内蔵されている攪拌部材の正
面図である。図１３は、図１２の攪拌部材の断面図であ
る。図１４は、熱電モジュールの正面図である。図１５
は、熱電モジールの断面図である。図１６は、固定リン
グの正面断面図及び左右の側面図である。図１７は、固
定リングの締結手順を示す説明図である。図１８は、空
気抜きチャンバーの断面図である。図１９は、空気抜き
チャンバーの断面斜視図である。図２０は、空気抜きチ
ャンバーの機能を説明する断面図である。

【００２３】図１において、４５は、本実施例の冷却装
置を示す。本実施例の冷却装置４５は、熱交換ユニット
１と、熱交換器４０，４１及び空気抜きチャンバー（ガ
ス抜きチャンバー）４３，４４によって構成される。以
下、熱交換ユニット１の構成から、順次説明する。

【００２４】熱交換ユニット１は、ユニット本体１７に
熱電モジュール７が内蔵され、さらにユニット本体１７
に固定子８が外装されたものである。固定子８の取付け
には固定リング９が活用されている。またユニット本体
１７は、加熱側ユニット片２と冷却側ユニット片３を持
ち、それぞれ加熱側攪拌部材５と冷却側攪拌部材６が配
されている。

【００２５】加熱側ユニット片２は、ポリプロピレン樹
脂やポリエチレン樹脂を素材とする射出成形によって作
られたものである。加熱側ユニット片２の外観形状は、
図１１の様に円板状のフランジ部２ａと、これに続くボ
ス部２ｂ，２ｃを持ち、さらに管部２ｄ，２ｅが連続し
ている。すなわち加熱側ユニット片２は、フランジ部２
ａを持ち、これに繋がる大径ボス部２ｂが設けられてい
る。また大径ボス部２ｂは、これよりも小径の小径ボス
部２ｃに繋がっている。そして小径ボス部２ｃの端部
は、さらに細くなっていて大径管部２ｄが構成され、大
径管部２ｄの端部はより細く作られていて小径管部２ｅ
を構成している。前記した大径ボス部２ｂ、小径ボス部
２ｃ、大径管部２ｄ及び小径管部２ｅはいずれも同心状
に配されているが、フランジ部２ａについては、図３で
明らかなようにやや偏心している。このようにフランジ
部２ａだけを偏心させた理由は、熱電モジュール７に給
電する端子２ｇ（図３）を設けるためのスペースを確保
するためである。

【００２６】本実施例で採用する加熱側ユニット片２で
は、大径管部２ｄの外周部に３個の突起２ｆが設けられ
ている。３個の突起２ｆは、同一円周状であって且つ互
いに等間隔となる位置に配されている。

【００２７】加熱側ユニット片２の内部は空洞１０にな
っており、加熱側ユニット片２は、当該空洞１０によっ
て小径管部２ｅ側からフランジ２ａ側にかけて貫通して
いる。また加熱側ユニット片２の内部の空洞１０の断面
形状は、いずれの部位も円形である。空洞１０の外径
は、それぞれボス部２ｂ，２ｃ及び管部２ｄ，２ｅの外
径に相応した大きさであり、小径管部２ｅ側からフラン
ジ部２ａ側にかけて順次大きくなっている。すなわち加
熱側ユニット片２の内部の空洞１０は、４段階に区分さ
れ小径管部２ｅ側から順次、第一空洞部１０ａ，第二空
洞部１０ｂ、第一キャビティ１０ｃ、第二キャビティ１
０ｄがあり、第二キャビティ１０ｄはフランジ部２ａ側
に開口している。本実施例では、小径管部２ｅ側の開口
１３は、熱媒体導入口として機能する。

【００２８】第二キャビティ１０ｄの開口端部は、更に
二段階に縁取りされている。第二キャビティ１０ｄの開
口の第一段１０ｅには、環状の溝２ｈが設けられてい
る。当該溝２ｈには、オーリング３１が挿入される。第
二キャビティ１０ｄ開口の第二段１０ｆは、熱電モジュ
ール７の外周径と略一致する内径を持つ。また加熱側ユ
ニット片２では、フランジ部２ａのフランジ面にも環状
の溝２ｉが設けられている。当該溝２ｉには、オーリン
グ３０が挿入される。

【００２９】そして加熱側ユニット片２の内部には軸固
定部１１が設けられている。軸固定部１１は、図５，図
６，図９，図１１（ａ）の様に円柱状の軸支持部１１ａ
を持つ。そして当該軸支持部１１ａは、リブ１１ｂによ
って空洞部１０内に同心状に支持されている。より詳細
に説明すると、大径管部２ｄの内部、すなわち第二空洞
部１０ｂに３本のリブ１１ｂが放射状に設けられてい
る。そして各リブ１１ｂの端部は、いずれも軸支持部１
１ａの側面と一体的に結合しており、軸支持部１１ａを
空洞部１０の中心に支持している。軸支持部１１ａの軸
方向の位置は、第二空洞部１０ｂと第一キャビティ１０
ｃに跨がった部位である。

【００３０】軸固定部１１の軸支持部１１ａには、ステ
ンレス等で作られた支軸１２が一体的に固定されてい
る。従って支軸１２は、空洞部１０と同心状に固定支持
されている。

【００３１】また大径ボス部２ｂには、内部（第二キャ
ビティ１０ｄ）から外に向かって連通するパイプ状の熱
媒体排出口１４が設けられている。

【００３２】加熱側攪拌部材５は、攪拌翼１５と、モー
タの回転子１６が一体化したものである。すなわち加熱
側攪拌部材５の攪拌翼１５は、樹脂の射出成形によって
作られたものであり、ボス部１５ａと円板部１５ｂを持
ち、円板部１５ｂの一方の面に４個の羽根部材１５ｃが
設けられてなるものである。羽根部材１５ｃは、正面
（図１２）から見て中心部分が細く、周方向に向かうに
従って幅広に作られており、さらにやや捩じれた形状を
している。羽根部材１５ｃの外径ｄは、前記した加熱側
ユニット片２の第二キャビティ１０ｄの外径Ｄを１００
とすると、９４以下である。すなわち加熱側攪拌部材５
を加熱側ユニット片２に装着した時、羽根部材１５ｃと
第二キャビティ１０ｄの内周面との間に、第二キャビテ
ィ１０ｄの内周径の３％以上のクリアランスができる。
なお、加熱側攪拌部材５の羽根の形状は、本実施例に限
定されるものではなく、風車状の羽根やプロペラ状、あ
るいは円板に板体が垂直に立設されたものであってもよ
い。

【００３３】また各羽根部材１５ｃの内部に立方体形状
の永久磁石１５ｄが取り付けられている。

【００３４】一方、ボス部１５ａは、円板部１５ｅの３
分の１から、４分の１程度の外径を持つ筒状体である。
そしてボス部１５ａの中心には、図１３の様に管状の軸
受け部材１５ｆが設けられている。すなわち軸受け部材
１５ｆは、ボス部１５ａの内側に設けられた３本のリブ
１５ｇにより、ボス部１５ａの中心軸に一致する部位に
保持されている。本実施例において、リブ１５ｇは、板
状であり、図１３の様にその面が軸線に対して傾斜して
いる。後記する様に熱媒体は、ボス部１５ａの中を通過
するが、本実施例では、リブ１５ｇが軸線に対して傾斜
しているので、熱媒体が巻き込まれる。

【００３５】モータの回転子１６は、具体的には円柱状
の永久磁石である。回転子１６には、フランジ部１６ｂ
が設けられている。回転子１６の磁石部分の外径は、攪
拌翼１５の約２分の１である。また回転子１６の中央に
は、前記したボス部１５ａの外径と一致する孔１６ａが
設けられている。そして回転子１６は、中央の孔１６ａ
が攪拌翼１５のボス部１５ａに挿入され、さらにフラン
ジ部１６ｂが円盤部１５ｂにネジ止めされている。すな
わち回転子１６はネジによって、攪拌翼１５と一体的に
結合されている。

【００３６】次に加熱側ユニット片２と加熱側攪拌部材
５との関係について説明する。加熱側攪拌部材５は、加
熱側ユニット片２の第一キャビティ１０ｃと第二キャビ
ティ１０ｄに配される。より具体的には、加熱側攪拌部
材５の円板部１５ｂと羽根部材１５ｃが第二キャビティ
１０ｄに位置し、回転子１６が第一キャビティ１０ｃに
配される。そして図６の様に、加熱側攪拌部材５の軸受
け部材１５ｆに、ブッシュ２９が介在された上で、加熱
側ユニット片２の支軸１２が挿通されている。

【００３７】支軸１２は、前記した様に加熱側攪拌部材
５の軸受け部材１５ｆに挿通される。そしてその状態
で、支軸１２の先端に係止部２８が取り付けられてい
る。係止部２８は、支軸１２に対してかしめられてお
り、支軸１２から脱落することはない。したがって、加
熱側攪拌部材５の、軸受け部材１５ｆの前方端面は、ブ
ッシュ２９のつば２９ａを介して係止部２８と当接し、
加熱側攪拌部材５の熱電モジュール７に近接する方向の
力は、係止部２８によって支持される。また軸受け部材
１５ｆの後方端面は、軸支持部１１ａの前端と当接す
る。従って加熱側攪拌部材５の軸受け部材１５ｆは、軸
支持部１１ａと係止部２８によって挟まれている。その
ため本実施例では、加熱側攪拌部材５は、回転可能であ
るが、軸方向には一体的に加熱側ユニット片２に固定さ
れている。そして加熱側攪拌部材５が加熱側ユニット片
２に装着された状態において、係止部２８は、加熱側ユ
ニット片２のフランジ部２ａのフランジ面よりも僅かに
内側に位置する。より具体的には、係止部２８の先端
は、加熱側ユニット片２の開口部の第一段１０ｅより
も、熱媒体導入口１３側に位置にある。

【００３８】加熱側ユニット片２と加熱側攪拌部材５が
組付けられた状態において、加熱側ユニット片２の熱媒
体導入口１３と加熱側攪拌部材５の円板部１５ｅの前面
側が連通する。すなわち熱媒体導入口１３は、第一空洞
部１０ａと連通し、さらに第一空洞部１０ａは、加熱側
攪拌部材５のボス部１５ａの開口と連通する。そしてボ
ス部１５ａは、筒状であって、その先端部分は、加熱側
攪拌部材５の円板部１５ｅの前面側に開口している。従
って加熱側ユニット片２の熱媒体導入口１３と加熱側攪
拌部材５の円板部１５ｅの前面側が連通する。本実施例
の熱電モジュールを内蔵する熱交換ユニットでは、上記
した一連の連通路が熱媒体の流路となる。すなわち本実
施例では、回転子１６の径中心側に孔１６ａが設けられ
ており、当該孔１６ａが直接的に、あるいは当該孔１６
ａに挿入されたボス部１５ａの孔が、第二キャビティ１
０ｄに流体を導入する熱媒体導入通路の一部として機能
する。

【００３９】次に冷却側ユニット片３及び冷却側攪拌部
材６の構成を説明する。冷却側ユニット片３は、前記し
た加熱側のユニット片２と略対掌形（左右勝手違い）で
あり、円板状のフランジ部３ａを持つ。冷却側ユニット
片３では、ボス部３ｂは一段である。またボス部３ｂの
後端部は、管部３ｃ，３ｄに繋がっている。冷却側ユニ
ット片３の大径管部３ｄの外周部は、平滑な円筒面であ
り、突起はない。冷却側ユニット片３の内部は前記した
加熱側のユニット片２と同様に空洞２０になっており、
小径管部３ｅ側からフランジ部３ａ側にかけて貫通して
いる。そして空洞２０の内径は、３段階に区分され小径
管部３ｅ側から順次、第一空洞部２０ａ，第二空洞部２
０ｂ及びキャビティ２０ｄがあり、キャビティ２０ｄは
フランジ部３ａ側に開口している。また小径管部３ｅ側
の開口２１は、熱媒体導入口として機能する。

【００４０】冷却側ユニット片３の内部には、加熱側の
ユニット片２と同様に軸固定部２２が設けられている。
軸固定部２２は円柱状の軸支持部２２ａを持つ。そして
当該軸支持部２２ａは、リブ２２ｂによって空洞部２０
内に同心状に支持されている。リブ２２ｂの形状や取付
け位置、数等は、前記した加熱側のユニット片２と同様
であり、第二空洞部１０ｂに３本のリブ２２ｂが放射状
に設けられていると共にその他端側が軸支持部２２ａの
側面と一体的に結合し、軸支持部２２ａを空洞部１０の
中心に支持している。軸支持部２２ａの軸方向の位置
は、第二空洞部２０ｂとキャビティ２０ｄに跨がった部
位である。そして軸固定部２２の軸支持部２２ａには、
ステンレス等で作られた支軸２３が一体的に固定され、
支軸２３は、空洞部２０と同心状に固定支持されてい
る。

【００４１】冷却側攪拌部材６は、攪拌翼である。すな
わち冷却側攪拌部材６は、固定子を持たない。冷却側攪
拌部材６は前記した加熱側攪拌部材５の羽根部材１５ｃ
と略同様の形状をしており、ボス部２５ａと円板部２５
ｂを持ち、円板部２５ｂの一方の面に４個の羽根部材２
５ｃが設けられたものである。羽根部材２５ｃは、前記
した羽根部材１５ｃと同様、中心部分が細く、周方向に
向かうに従って幅広に作られており、さらに時計方向に
捩じれた形状をしている。また各羽根部材２５ｃの内部
に立方体形状の永久磁石２５ｄが取り付けられている。
永久磁石２５ｄは、熱電モジュール７を挟んで永久磁石
１５ｄと引き合う様に極性が配置されている。

【００４２】ボス部２５ａの形状・構造は、全長が短い
点を除いて、前記した加熱側攪拌部材５と同一である。
すなわちボス部２５ａの内側にはリブ２５ｇが設けら
れ、リブ２５ｇによって管状の軸受け部材２５ｆが中心
軸に一致する部位に保持されている。

【００４３】冷却側ユニット片３と冷却側攪拌部材６と
の関係は、前記した加熱側と略同一であり、冷却側攪拌
部材６は、冷却側ユニット片３のキャビティ２０ｄに配
される。そして冷却側攪拌部材６の軸受け部材２５ｆ
に、ブッシュ３３が介在された上で、冷却側ユニット片
３の支軸２３が挿通されている。また先端に係止部３２
が取り付けられている。係止部３２は、支軸２３に対し
てかしめられており、支軸２３から脱落することはな
い。

【００４４】熱電モジュール７は、図１４の様に円板状
である。熱電モジュール７は、公知のペルチェ素子を利
用したものであり、Ｐ型半導体とＮ型半導体が並べて設
けられたものである。熱電モジュール７の断面構造は、
図１５の通りであり、Ｐ型とＮ型の熱電半導体７ｃ，７
ｄを上下交互の電極７ｅで直列に接続し、上下をセラミ
ックの絶縁板７ｆで固定したものである。なおＰ型熱電
半導体７ｃとＮ型熱電半導体７ｄの組み合わせがペルチ
ェ素子の最小単位である。そして本実施例で使用する熱
電モジュール７では、アルミニウムの円板同士の間に、
図１４の様にペルチェ素子を円形に配したものである。
なお本実施例で採用する熱電モジュール７では、円板の
外周近傍部分には、ペルチェ素子はない。熱電モジュー
ル７としては、他に一つの角形の熱電モジュールをアル
ミニウムの円板で挟んだものも使用可能である。

【００４５】固定子８は、モータを構成するコイルが内
蔵されたものである。固定子８の外径形状は、図６，
９，１０の様にドーナツ状であり、中央に孔８ａが設け
られている。また側面に電極部８ｂが設けられている。

【００４６】固定リング９は、図１６の様に円板状であ
り、「卍」に似た特殊形状の開口２７が設けられてい
る。開口２７の形状を詳細に説明すると次の通りであ
る。すなわち固定リング９の中央には、円形の開口２７
ａが設けられ、当該円形の部位から放射状に３本の溝２
７ｂが延びている。当該溝２７ｂは、いずれも直線であ
り、その軸線は、円形の開口２７ａの中心を通過する。
また直線状の溝２７ｂの端部は、いずれも同一方向に旋
回している。当該旋回部の溝２７ｃは、円形の開口２７
ａを中心とする円弧である。固定リング９には、この様
に直線状の溝２７ｂと、旋回状の溝２７ｃが設けられて
いるので、両溝によって囲まれる部位が半島状に残る。
すなわち固定リング９には、円形の開口２７ａの周囲
に、３個の半島部２７ｄが設けられている。

【００４７】次に固定リング９の表裏の面形状を見る
と、固定リング９の裏面側は、図１６（ａ）の様に平滑
である。これに対して固定リング９の表面側は、図１６
（ｃ）の様に全ての端部に補強リブが設けられている。
また図において、Ｅ，Ｆ，Ｄで示される部位、すなわち
半島部２７ｄの表面側端部には、傾斜が設けられてい
る。

【００４８】次に熱交換ユニット１の組み立て構造につ
いて説明する。熱交換ユニット１では、加熱側ユニット
片２と冷却側ユニット片３がオーリング３０を挟んで一
体となり、その中央に二つのオーリング３１を挟んで熱
電モジュール７が配されている。すなわち加熱側のユニ
ット片２と、冷却側のユニット片３は一体的に結合さ
れ、その中間部分に熱電モジュール７が装着されてい
る。

【００４９】また加熱側ユニット片２のボス部２ｃに固
定子８が外装される。固定子８の固定方法は、次の手順
による。すなわち固定子８の孔８ａに加熱側ユニット片
２のボス部２ｃを挿通する。そして固定子８に続いて固
定リング９を加熱側ユニット片２に外装する。固定リン
グ９の装着に際しては、図１７ａの様に溝９ｂと突起２
ｆとを一致させ、る。こうすることにより、突起２ｆ
は、固定リング９の半島部２７ｄと干渉せず、半島部２
７ｄは突起２ｆよりもフランジ部２ａ側に至る。そして
続いて固定リング９を図１７の矢印の方向に回転させ、
半島部２７ｄを突起２ｆと固定子８の間に挿入し、突起
２ｆと固定子８とを係合させる。その結果、固定子８
は、加熱側ユニット片２のボス部２ｃに一体的に固定さ
れる。

【００５０】次に空気抜きチャンバー４３，４４につい
て説明する。高温側及び低温側の配管に設けられた空気
抜きチャンバー４３，４４は、何らかの理由で配管内に
混入したガスを集め、ガスが配管経路を循環することを
防止する機能と、何らか理由で、熱媒体が減少した場合
でも熱媒体を円滑に循環させることを目的として設けら
れるものである。空気抜きチャンバー４３，４４は、要
するに配管内のガスが集まる空間を設けるものであり、
配管経路の最も高い位置に、容積の大きな部位を設けた
ものである。

【００５１】空気抜きチャンバー４３，４４の具体的構
成は、図１８の通りであり、タンク状の容器体４７に熱
媒体導入口４８と、熱媒体排出口４９が設けられたもの
である。ここで本実施例に特有の構成として、空気抜き
チャンバー４３，４４では、熱媒体導入口４８と、熱媒
体排出口４９には、いずれもパイプ（管状部材）７０，
７１が使用され、熱媒体導入口４８及び熱媒体排出口４
９は、容器体４７の内部に延長されている。すなわち熱
媒体導入口４８を構成するパイプ７０は、容器４７の底
面の中心から容器体４７に入る。また熱媒体導入口４８
を構成するパイプ７０は、容器４７内において、容器４
７の重心の近傍まで至り、容器４７の重心近傍で開口し
ている。

【００５２】より具体的に説明すると、熱媒体導入口４
８の容器体内部における開口７３は、容器体４７の内壁
７５によって囲まれる範囲であって、容器体４７の中心
又は重心７６と中心又は重心７６が共通し、体積が容器
体４７の体積の２分の１の相似形の領域７７内にある。
またより望ましくは、熱媒体導入口４８の容器体内部に
おける開口７３は、容器体４７の内壁７５によって囲ま
れる範囲であって、容器体４７の中心又は重心７６と中
心又は重心７６が共通し、体積が容器体４７の体積の４
分の１の相似形の領域７７内に設けられる。

【００５３】一方、熱媒体排出口４９を構成するパイプ
７１は、容器４７の側面から容器体４７に入る。また熱
媒体導入口４９を構成するパイプ７１は、容器４７内に
おいて、容器４７の重心の近傍まで至り、容器４７の重
心近傍で開口している。すなわち熱媒体排出口４９を構
成するパイプ７１についても、熱媒体導入口４８の容器
体内部における開口７８は、容器体４７の内壁７５によ
って囲まれる範囲であって、容器体４７の中心又は重心
７６と中心又は重心７６が共通し、体積が容器体４７の
体積の２分の１の相似形の領域７７内にある。またより
望ましくは、熱媒体導入口４８の容器体内部における開
口７８は、容器体４７の内壁７５によって囲まれる範囲
であって、容器体４７の中心又は重心７６と中心又は重
心７６が共通し、体積が容器体４７の体積の４分の１の
相似形の領域７７内に設けられる。

【００５４】熱交換器４０，４１は、公知の放熱用のコ
ンデンサおよび吸熱用のエバーである。

【００５５】次に本実施例の冷却装置４５の配管につい
て説明する。本実施例の冷却装置４５では、熱交換ユニ
ット１の高温側は、放熱用のコンデンサ（熱交換器）４
０及び高温側空気抜きチャンバー４３と配管結合され
る。より具体的には、放熱用のコンデンサ（熱交換器）
４０の吐出口と、熱交換ユニット１の熱媒体導入口１３
が接続される。また熱交換ユニット１の熱媒体排出口１
４と高温側空気抜きチャンバー４６の導入口４８が接続
される。また高温側空気抜きチャンバー４６の熱媒体排
出口４９と放熱用のコンデンサ（熱交換器）４０の導入
口が接続されている。こうして熱交換ユニット１の高温
側、高温側空気抜きチャンバー４６及び放熱用のコンデ
ンサ（熱交換器）４０からなる一連の閉回路が構成され
る。

【００５６】熱交換ユニット１の冷却側の配管について
も同様であり、吸熱用のエバー（熱交換器）４１及び低
温側空気抜きチャンバー４４と配管結合され、一連の閉
回路が構成されている。

【００５７】そして配管回路内には、水を主体とする熱
媒体が循環される。なお、冷却側の配管回路内には、プ
ロピレングリコール等の不凍液を添加することが望まし
い。熱媒体は、比熱が大きい点から水を主体とする流体
を採用することが望ましいが、勿論他の液体であっても
良い。本実施形態の冷却装置では、熱交換ユニット１が
熱媒体を移動させるポンプ部材の機能を兼ねるので、特
別のポンプは設けられていない。

【００５８】この状態で、熱交換ユニット１の熱電モジ
ュール７に通電し、さらに固定子８にも通電を行う。そ
の結果、熱電モジュール７の加熱側伝熱面（放熱面）７
ａの温度が上昇し、冷却側伝熱面（吸熱面）７ｂの温度
が低下する。

【００５９】また固定子８が励磁され、磁力が加熱側ユ
ニット片２を貫通して内部の回転子１６に作用する。そ
の結果、加熱側ユニット片２内の回転子１６に回転力が
発生する。すなわち、本実施例の熱電モジュールを内蔵
する熱交換ユニット１では、加熱側ユニット片２の内外
に設けられた回転子１６と、固定子８とによって、一つ
のモータが構成されている。そのため固定子８に通電す
ることにより、加熱側ユニット片２内の回転子１６が回
転する。その結果、回転子１６と一体となった加熱側攪
拌部材５が回転し、加熱側攪拌部材５の攪拌翼１５が回
転を始める。

【００６０】また攪拌部材５，６の磁石１５ｄ，２５ｄ
同士が引き付け合い、加熱側の第二キャビティ１０ｄ内
にある加熱側攪拌部材５の回転に伴って、冷却側の冷却
側攪拌部材６も回転を開始する。

【００６１】そして各キャビティ内の熱媒体が回転し、
熱媒体にエネルギーが付与される。そして回転力が付与
された熱媒体は、それぞれ熱媒体排出口１４，２４から
外部に吐出される。また熱交換ユニット１内では、羽根
部材１５ｃ，２５ｃの中心部分に入った熱媒体は、羽根
部材１５ｃ，２５ｃによって攪拌され、高い頻度で熱電
モジュール７の放熱面又は吸熱面と接触する。

【００６２】また熱媒体は、羽根部材１５ｃ，２５ｃの
回転によって付勢され、熱媒体排出口１４，２４からか
ら排出される。熱媒体の排出に伴い、熱媒体導入口１
３，２１から新たな熱媒体が吸い込まれる。

【００６３】こうして熱交換ユニット１の高温側と、空
気抜きチャンバー４６及び放熱用のコンデンサ（熱交換
器）４０からなる一連の高温側配管と、熱交換ユニット
１の冷却側、吸熱用のエバー（熱交換器）４１及び低温
側空気抜きチャンバー４４からなる一連の低温側配管の
それぞれに熱媒体が循環する。そして低温側配管には、
熱交換ユニット１の低温側伝熱面によって冷却された熱
媒体が循環し、熱交換器４１によって所望の冷却が行わ
れる。例えば冷蔵庫であれば、熱交換器４１によって庫
内の空気が冷却される。

【００６４】またそれぞれの配管に何らかの理由で混入
した気体の気泡９０は、それぞれの配管に設けられた空
気抜きチャンバー４４，４６に集められる。すなわち各
配管に気体が混入し、気泡が発生した場合、気泡は、熱
媒体の循環に伴って移動し、空気抜きチャンバー４４，
４６の熱媒体導入口４８から容器体４７内に入る。そし
て気泡は、熱媒体と共に、容器体内部における開口７３
から一旦容器体４７の大容積部分に開放される。ここで
気泡は、熱媒体に比べて極めて軽いために浮上し、容器
体４７の上部に溜まる。そのため容器体４７内で、熱媒
体と気体が分離される。そして熱媒体導入口４８の容器
体内部における開口７８からは、熱媒体だけが吸い込ま
れ、配管経路には、熱媒体だけが循環する。

【００６５】以上は、空気抜きチャンバー４４，４６の
機能を説明したものであるが、本実施例で採用する空気
抜きチャンバー４４，４６は、傾斜姿勢でも使用するこ
とができる。すなわち本実施例で採用する空気抜きチャ
ンバー４３，４４は、熱媒体導入口４８及び熱媒体排出
口４９が、容器４７の中心部又は重心部で開口するの
で、空気抜きチャンバー４３，４４の方向性が希薄であ
る。従って、本実施例で採用する空気抜きチャンバー４
３，４４は、図１８又は図２０（ａ）の様な水平姿勢で
使用することが望ましいが、図２０（ｂ）の様に何らか
の理由で傾斜状態となっても、熱媒体導入口４８及び熱
媒体排出口４９の開口は、常に熱媒体に浸っている。そ
のため本実施例で採用する空気抜きチャンバー４３，４
４は、傾斜姿勢で使用されても、熱媒体導入口４８及び
熱媒体排出口４９の容器４７内の開口７８から、空気
（又はガス）を吸い込むことがない。

【００６６】なお、空気抜きチャンバー４３，４５内に
おける熱媒体導入口４８の開口７３及び、熱媒体排出口
４９の開口７８は、前記した様に、所定範囲の相似形領
域に配されるが、これとは別の設計指針として、容器体
の容積の８０％相当の熱媒体を封入して容器体を任意に
軸を中心として回転したとき、常に熱媒体によって封鎖
される位置に開口７３、７８を設ける方策も推奨され
る。すなわち空気抜きチャンバー内の熱媒体は、長期使
用によってその容積の２０％程度が気体と置換される場
合があるため、熱媒体導入口及び熱媒体排出口の容器体
内部における開口を上記した範囲に設けるのである。

【００６７】以上説明した実施例では、高温側と低温側
の二つの閉回路を有する例を開示し、その両方に空気抜
きチャンバー４３，４５を設けたが、閉回路の一方だけ
に空気抜きチャンバーを設けてもよい。またそもそも二
つの閉回路を持たない冷却装置もあるため、当該構成の
冷却装置に本発明を適用する場合には、単一の閉回路に
空気抜きチャンバーを設けることとなる。

【００６８】（実施例２）次に本発明の第２実施例につ
いて説明する。なお、以下に説明する第２以降の実施例
の説明では、第１実施例と同一の機能を発揮する部材に
同一の番号を付して、重複した説明を省略する。図２１
は、空気抜きチャンバーの変形例の断面図である。第２
実施例で採用する空気抜きチャンバー８０は、図２１に
示す構造である。図２１に示す空気抜きチャンバー８０
では、熱媒体導入口４８及び熱媒体排出口４９が「Ｌ」
字状に曲がった一本のパイプ５１によって構成されてい
る。本実施例では、パイプ５０の角の部位が容器４７の
重心又は中心にある。そして当該角の部位に開口５２が
設けられている。本実施例の空気抜きチャンバー８０
は、姿勢の自由度をより重要視した構成である。本実施
例の空気抜きチャンバー８０によると、気泡は、熱媒体
の循環に伴って移動し、空気抜きチャンバー８０の容器
体４７内に入る。そして気泡は、角の部位に設けられた
開口５１から容器体４７の大容積部分に逃げ、熱媒体と
気体が分離される。そして配管経路には、熱媒体だけが
循環する。

【００６９】本実施例の空気抜きチャンバー８０は、
「Ｌ」字状に曲がった一本のパイプ５１を使用するもの
であり、熱媒体導入口４８及び排出口４９の開口（第一
実施例では、７３，７８）を角に設けた開口５１によっ
て共通化したものである。すなわち開口５１の一部が熱
媒体導入口４８の開口に相当し、他の一部が熱媒体排出
口４９の開口として機能する。本実施例の構成は、共通
開口たる開口５１をパイプの一部に設けたので、開口５
１を容器体４７のより中心又は重心に近い位置に配置し
やすい。しかしながら、何らかの理由で、開口５１を容
器体４７の中心又は重心に配置できない場合は、第一実
施例と同様に容器体４７の中心又は重心７６と中心又は
重心７６が共通し、体積が容器体４７の体積の２分の１
の相似形の領域７７内に設けることが推奨される。

【００７０】ここで本実施例に特有の構成として、熱媒
体導入口４８と、熱媒体排出口４９には、いずれもパイ
プ（管状部材）７０，７１が使用され、熱媒体導入口４
８及び熱媒体排出口４９は、容器体４７の内部に延長さ
れている。すなわち熱媒体導入口４８を構成するパイプ
７０は、容器４７の底面の中心から容器体４７に入る。
また熱媒体導入口４８を構成するパイプ７０は、容器４
７内において、容器４７の重心の近傍まで至り、容器４
７の重心近傍で開口している。より具体的に説明する
と、熱媒体導入口４８の容器体内部における開口７３
は、容器体４７の内壁７５によって囲まれる範囲であっ
て、容器体４７の中心又は重心７６と中心又は重心７６
が共通し、体積が容器体４７の体積の２分の１の相似形
の領域７７内にある。またより望ましくは、熱媒体導入
口４８の容器体内部における開口７３は、容器体４７の
内壁７５によって囲まれる範囲であって、容器体４７の
中心又は重心７６と中心又は重心７６が共通し、体積が
容器体４７の体積の４分の１の相似形の領域７７内に設
けられる。

【００７１】

【発明の効果】本発明の冷却装置では、配管経路内にガ
ス抜きチャンバーが設けられている。そして本発明の冷
却装置では、配管内のガスの気泡がガス抜きチャンバー
の容器内に入ったとき、ガスは容器内で浮上して容器の
上部に溜まる。そのため配管内の気泡は、すべてガス抜
きチャンバーに集められ、熱電モジュールの伝熱面は熱
媒体だけが接触する。そのため本発明の冷却装置は、配
管の気泡が除去され、冷却効率が高い。また傾斜姿勢で
も支障なく使用することができる。また本発明の冷却装
置では、熱媒体導入口と熱媒体排出口はそれぞれ管状部
材によって容器の内部に延長されているので、冷却装置
を傾斜させても熱媒体導入口と熱媒体排出口が露出せ
ず、常時熱媒体に浸った状態を維持する。そのため本発
明の冷却装置では、傾斜姿勢においても、配管経路に気
泡が混入しない。従って本発明の冷却装置は、傾斜姿勢
でもしようするこができる効果がある。

【００７２】また請求項２，３に記載の冷却装置では、
熱媒体導入口及び熱媒体排出口の容器体内部における開
口が、いずれも容器体の中心部に設けられている。その
ため請求項２，３に記載の冷却装置は、傾斜姿勢でしよ
うすることができる効果がより顕著である。

【００７３】請求項４に記載の冷却装置では、熱媒体導
入口及び熱媒体排出口の容器体内部における開口が特定
の位置に設けられているので、冷却装置が傾斜姿勢とな
っても、熱媒体導入口及び熱媒体排出口の開口が露出し
ない。そのため請求項４に記載の冷却装置は、傾斜姿勢
でしようすることができる効果がより顕著である。

【００７４】また請求項５に記載の冷却装置では、配管
経路中の気泡は、管体の一部に設けられた開口から抜
け、容器体の上部に溜まる。そのため本発明の冷却装置
は、配管の気泡が除去され、冷却効率が高い。また傾斜
姿勢でも支障なく使用することができる。

【００７５】さらに請求項６に記載の冷却装置は、 本
発明の冷却装置では、熱交換ユニットのキャビティ内に
流れが発生するので、熱交換効率が高い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の冷却装置の構成図

【図２】図１の冷却装置で使用する熱交換ユニットの正
面図

【図３】図２の右側面図

【図４】図２の左側面図

【図５】図２の熱電モジュールを内蔵する熱交換ユニッ
トの正面断面図

【図６】図５の支軸周辺部の拡大図

【図７】図４の熱電モジュール端部の拡大図

【図８】図２の熱交換ユニットの分解斜視図

【図９】（ａ）は、図２の熱交換ユニットの加熱側の詳
細分解斜視図、（ｂ）はさらに加熱側攪拌部材の分解斜
視図、（ｃ）は加熱側熱交換ユニットの小径ボス部の断
面図、（ｄ）は加熱側攪拌部材のボス部の断面図

【図１０】図２のマニホールドの固定子周辺の詳細分解
斜視図

【図１１】図２のマニホールドの加熱側マニホールドの
正面図及び断面図

【図１２】図２のマニホールドに内蔵されている攪拌部
材の正面図

【図１３】図１２の攪拌部材の断面図

【図１４】熱電モジュールの正面図

【図１５】熱電モジールの断面図

【図１６】固定リングの正面断面図及び左右の側面図

【図１７】固定リングの締結手順を示す説明図

【図１８】空気抜きチャンバーの断面図

【図１９】空気抜きチャンバーの断面斜視図

【図２０】空気抜きチャンバーの機能を説明する断面図

【図２１】空気抜きチャンバーの変形例の断面図

【符号の説明】

１ 熱交換ユニット ５ 加熱側攪拌部材 ６ 冷却側攪拌部材 ７ 熱電モジュール ４５ 冷却装置 ４０，４１ 熱交換器 ４３，４４ 空気抜きチャンバー（ガス抜きチャンバ
ー） ４７ 容器体 ５１ パイプ ５２ 開口 ７３ 開口 ７８ 開口

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木戸 長生 大阪府東大阪市高井田本通４丁目２番５号 松下冷機株式会社内 (72)発明者 森下 賢一 大阪府東大阪市高井田本通４丁目２番５号 松下冷機株式会社内 (72)発明者 藤本 真嗣 大阪府東大阪市高井田本通４丁目２番５号 松下冷機株式会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 二以上の伝熱面を有し電流を流すことに
   より一方の伝熱面が加熱され他方の伝熱面が冷却される
   熱電モジュールを内蔵し、液状熱媒体を通過させること
   により少なくとも一方の伝熱面と熱媒体との間で熱交換
   が可能である熱交換ユニットと、熱交換器と、ポンプ部
   材と、ガス抜きチャンバーと、これらの間を環状に接続
   すると共に液状熱媒体で満たされた配管を有し、前記ガ
   ス抜きチャンバーは、密閉状の容器体に熱媒体導入口と
   熱媒体排出口が設けられていて両者の間が連通するもの
   であり、熱媒体導入口と熱媒体排出口はそれぞれ管状部
   材によって容器の内部に延長されていることを特徴とす
   る冷却装置。
2. 【請求項２】 熱媒体導入口及び熱媒体排出口の容器体
   内部における開口は、容器体によって囲まれる範囲であ
   って、その重心から容器体の体積が２分の１の相似形範
   囲内にあることを特徴とする請求項１に記載の冷却装
   置。
3. 【請求項３】 熱媒体導入口及び熱媒体排出口の容器体
   内部における開口は、容器体によって囲まれる範囲であ
   って、その中心から容器体の体積が２分の１の相似形範
   囲内にあることを特徴とする請求項１に記載の冷却装
   置。
4. 【請求項４】 熱媒体導入口及び熱媒体排出口の容器体
   内部における開口は、容器体の容積の８０％相当の熱媒
   体を封入して容器体を任意に軸を中心として回転したと
   き、常に熱媒体によって封鎖される位置に設けられてい
   ることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の
   冷却装置。
5. 【請求項５】 熱媒体導入口及び熱媒体排出口は、容器
   体の内部において一連の管体によって接続されており、
   当該管体の一部に開口が設けられていることを特徴とす
   る請求項１乃至４のいずれかに記載の冷却装置。
6. 【請求項６】 熱交換ユニットは、熱電モジュールの少
   なくとも一方の伝熱面との間にキャビティを有し、当該
   キャビティの内部に撹拌部材が設けられたものであるこ
   とを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の冷却
   装置。