JP2005164089A - Refrigerator - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、例えば、冷凍室の内容物を急速に冷凍するための冷却機構を備えた冷蔵庫に関する。 The present invention relates to a refrigerator provided with a cooling mechanism for rapidly freezing the contents of a freezer compartment, for example.
近年、冷蔵庫に対する消費者の要望がますます高まっており、より素早く冷凍することのできる冷凍冷蔵庫、地球環境意識の高まりから消費電力が少なく二酸化炭素排出効果のより少ない冷蔵庫、または、オゾン層破壊効果のより少ないノンフロンの冷蔵庫が求められている。 In recent years, consumer demand for refrigerators is increasing, refrigerators that can be frozen more quickly, refrigerators that consume less power due to increased global environmental awareness, and have less carbon dioxide emission effects, or ozone depletion effects There is a need for non-Freon refrigerators with less.
従来の冷蔵庫は、図10と図11に示すように、急速に冷凍するために、従来1つであった冷却機構を2つに分離し、冷凍専用の冷却機構を独立させて制御しており、冷蔵室などの他の内容物に対する冷却効果には影響を及ぼさずに、必要な急速冷凍を実現させていた(特開2002−162143号公報:特許文献1参照)。 As shown in FIG. 10 and FIG. 11, the conventional refrigerator separates the conventional cooling mechanism into two in order to rapidly freeze, and controls the cooling mechanism dedicated to freezing independently. In addition, the required quick freezing was realized without affecting the cooling effect on other contents such as a refrigerator (see JP 2002-162143 A).
具体的に述べると、図10に示す冷蔵庫は、冷凍室1093を急速冷凍する第1の冷却機構1096と、冷蔵室1094と野菜室1095と冷凍室1093とを冷却する第2の冷却機構1097とを備える。
More specifically, the refrigerator shown in FIG. 10 includes a
すなわち、上記第1の冷却機構1096は、急速冷却のときのみ運転され、通常冷却のとき停止される。この通常冷却のときは、上記第2の冷却機構1097にて冷却する。
That is, the
上記第1の冷却機構1096および上記第2の冷却機構1097は、圧縮機、蒸発器、凝縮器および膨張手段を有する冷媒の蒸気圧縮膨張を利用した冷凍サイクルを有する。
The
一方、図11に示す冷蔵庫は、図10の冷蔵庫とは第1の冷却機構が相違し、図11の冷蔵庫の第1の冷却機構1102は、ペルチェ素子である。
On the other hand, the refrigerator shown in FIG. 11 is different from the refrigerator shown in FIG. 10 in the first cooling mechanism, and the
ここで、このペルチェ素子と同様の機能をする電子ヒートポンプ装置として、ペルチェ効果を利用しないペルチェ素子とは構造の異なる真空ダイオード型構造の装置が、提案されている(国際特許WO99/13562号公報:特許文献2参照)。 Here, as an electronic heat pump apparatus having the same function as the Peltier element, a vacuum diode type apparatus having a structure different from that of the Peltier element not using the Peltier effect has been proposed (International Patent Publication No. WO99 / 13562). Patent Document 2).
具体的に述べると、この従来の真空ダイオード型の電子ヒートポンプ装置は、図12に示すように、エミッタ電極1111とコレクタ電極1112とが、真空ギャップ1113を形成するように、対向して配置され、上記エミッタ電極1111と上記コレクタ電極1112との間隔は、静電容量をモニタしながらフィードバック制御によりピエゾ素子1114に加える電圧を調整し、上記エミッタ電極1111から放出された電子が、上記コレクタ電極1112へ移動するように電圧を印加することで、吸熱部1115から奪った熱を放熱部1116に輸送する熱電子放出現象を応用した電子ヒートポンプ装置として機能する。
More specifically, in this conventional vacuum diode type electronic heat pump device, as shown in FIG. 12, an
しかしながら、上記従来の冷蔵庫には、以下の問題があった。 However, the conventional refrigerator has the following problems.
図10の冷蔵庫では、上記第1の冷却機構1096は、蒸気圧縮式冷凍サイクルであるので、コンプレッサ部分の大きさや重量が大きいため、冷凍庫の内容量が減ってしまうという課題があった。さらに、通常よりも余分な冷媒を必要とするという課題があった。また、上記第2の冷却機構1097における、冷蔵室および野菜室用の蒸発器1101aと冷凍室用の蒸発器1101bとを、違う冷却温度にする必要があるので、上記第2の冷却機構1097の制御が困難になるという課題があった。
In the refrigerator of FIG. 10, since the
また、図11の冷蔵庫では、上記第1の冷却機構1102は、ペルチェ素子であるので、このペルチェ素子の冷却効率は低く、冷却に必要な吸熱量の数倍のエネルギーを投入しなければ十分な冷却性能を得ることができなかった。
In the refrigerator of FIG. 11, the
これは、ペルチェ素子の構造が、図13に示すように、第1の金属電極1121a、p型半導体1106、第2の金属電極1121b、n型半導体1107および第3の金属電極1121cが順に電気的に直列に接続しており、上記p型半導体1106から上記n型半導体1107に電子が移動するように外部から電圧を加えた場合に、上記第1の金属電極1121aから上記p型半導体1106、および、上記n型半導体1107から上記第3の金属電極1121cに電子が移動する接合面では発熱が起こり、逆に、上記p型半導体1106から上記第2の金属電極1121b、および、上記第2の金属電極1121bから上記n型半導体1107に電子が移動する接合面では吸熱が起こり、上記p型半導体1106および上記n型半導体1107の両端に温度差が発生するペルチェ効果を応用した素子であるが、上記p型半導体1106および上記n型半導体1107の内部を、熱伝導による矢印1122にて示す熱流があるために、冷却効率が低く消費電力が大きいという課題がある。
This is because the structure of the Peltier element is such that the
また、ペルチェ素子は、有害物質のテルルを材料として使用しており、取扱いを誤ると環境へ悪影響を及ぼす危険性があった。 The Peltier element uses tellurium, which is a harmful substance, and there is a risk of adversely affecting the environment if handled incorrectly.
一方、図12に示された電子ヒートポンプ装置では、図14に示すように、エミッタ電極1111から放出された電子は熱をもってコレクタ電極1112に移動することで、電子による熱輸送が行われ、上記コレクタ電極1112から上記エミッタ電極1111への熱移動は、真空ギャップ1113によって、遮断されるので、矢印1123にて示す熱流の一方通行が実現できて、冷却効率が高く消費電力が少なくなる。
On the other hand, in the electronic heat pump apparatus shown in FIG. 12, the electrons emitted from the
しかしながら、この電子ヒートポンプ装置では、上記真空ギャップ1123を10nm以下に維持するために、図12に示す上記ピエゾ素子1114でギャップ量のフィードバック制御のための静電容量コントローラ1117が必要であることにより、装置が大掛かりになって、大きな冷却能力が必要な冷蔵庫の冷却に用いると、小型化や軽量化には適していないという課題があった。
そこで、この発明の課題は、小型化、軽量化および低消費電力化を実現した冷蔵庫を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a refrigerator that achieves miniaturization, weight reduction, and low power consumption.
上記課題を解決するため、この発明の冷蔵庫は、
少なくとも1つの冷凍室および冷蔵室と、
上記冷凍室の内部を冷却する第1の冷却機構と、
上記冷蔵室の内部、および、上記第1の冷却機構の放熱側を冷却する第2の冷却機構と
を備え、
上記第1の冷却機構と上記第2の冷却機構との内の少なくとも一方は、冷却側と放熱側とが熱的に分離された真空ダイオード型の電子ヒートポンプ装置を有することを特徴としている。
In order to solve the above problems, the refrigerator of the present invention is
At least one freezer and refrigerator compartment;
A first cooling mechanism for cooling the inside of the freezer compartment;
A second cooling mechanism that cools the inside of the refrigerator compartment and the heat radiation side of the first cooling mechanism,
At least one of the first cooling mechanism and the second cooling mechanism includes a vacuum diode type electronic heat pump device in which a cooling side and a heat radiation side are thermally separated.
この発明の冷蔵庫によれば、上記第1の冷却機構と上記第2の冷却機構との内の少なくとも一方は、上記真空ダイオード型の電子ヒートポンプ装置を有するので、冷媒の蒸気圧縮膨張を利用した冷凍サイクルを使用せず、かつ、ペルチェ効果を応用しない電子ヒートポンプ機構になる。 According to the refrigerator of the present invention, since at least one of the first cooling mechanism and the second cooling mechanism has the vacuum diode type electronic heat pump device, the refrigeration utilizing the vapor compression expansion of the refrigerant. The electronic heat pump mechanism does not use a cycle and does not apply the Peltier effect.
このように、この発明の冷蔵庫では、蒸気圧縮式冷凍サイクルよりも大幅に大きさと重量とを減らすことができると共に、ペルチェ素子の冷却機構よりも消費電力を大幅に減らすことができて、小型化と消費電力の低減とを図ることができる。 Thus, in the refrigerator of the present invention, the size and weight can be significantly reduced as compared with the vapor compression refrigeration cycle, and the power consumption can be significantly reduced as compared with the cooling mechanism of the Peltier element, thereby reducing the size. And power consumption can be reduced.
また、上記第1の冷却機構は、上記冷凍室の内部を冷却し、上記第2の冷却機構は、上記冷蔵室の内部、および、上記第1の冷却機構の放熱側を冷却するので、上記第2の冷却機構において、上記冷蔵室の内部、および、上記第1の冷却機構の放熱側を同一温度で冷却することができて、上記第2の冷却機構を制御しやすく、上記第2の冷却機構の消費電力を低減することができる。 Further, the first cooling mechanism cools the inside of the freezer compartment, and the second cooling mechanism cools the inside of the refrigerator compartment and the heat radiation side of the first cooling mechanism. In the second cooling mechanism, the inside of the refrigerator compartment and the heat radiation side of the first cooling mechanism can be cooled at the same temperature, the second cooling mechanism can be easily controlled, and the second cooling mechanism can be controlled. The power consumption of the cooling mechanism can be reduced.
もちろん、他の上記冷蔵室などの冷却能力を低下させることなく、上記冷凍室を急速冷凍動作させることができる。しかも、冷媒の使用量、および、ペルチェ素子の材料となる有害物質の使用量は、従来製品より増えることはないので、環境を考慮したものになる。 Of course, the freezing room can be rapidly frozen without lowering the cooling capacity of the other refrigerating room or the like. In addition, the amount of refrigerant used and the amount of harmful substances used as the material of the Peltier element do not increase as compared with the conventional products, so the environment is taken into consideration.
また、一実施形態の冷蔵庫では、上記電子ヒートポンプ装置における上記冷却側と上記放熱側との間には、上記冷却側と上記放熱側とを熱的に分離するための熱的に絶縁性のスペーサ部が存在している。 Moreover, in the refrigerator of one embodiment, a thermally insulating spacer for thermally separating the cooling side and the heat dissipation side between the cooling side and the heat dissipation side in the electronic heat pump device. Department exists.
この一実施形態の冷蔵庫によれば、上記冷却側と上記放熱側との間のスペーサ部にて、上記冷却側と上記放熱側とを熱的に分離しているので、従来の真空ギャップダイオード構造の電子ヒートポンプ装置において、エミッタとコレクタとを熱的に分離するためにエミッタとコレクタとの外側に配置されるピエゾ素子や静電容量コントローラやピエゾフィードバック回路等が不要になって、小型化および軽量化を図ることができる。 According to the refrigerator of this embodiment, since the cooling side and the heat dissipation side are thermally separated by the spacer portion between the cooling side and the heat dissipation side, the conventional vacuum gap diode structure In the electronic heat pump device, a piezoelectric element, a capacitance controller, a piezo feedback circuit, etc. disposed outside the emitter and the collector are not required for thermally separating the emitter and the collector, and the size and weight are reduced. Can be achieved.
また、一実施形態の冷蔵庫では、上記電子ヒートポンプ装置は、
エミッタ側外部電極部と、
このエミッタ側外部電極部に、電気および熱が伝導可能なように、一面が連結された半導体基板、および、この半導体基板の他面に設けられたエミッタ電極を有するエミッタと、
コレクタ側外部電極部と、
このコレクタ側外部電極部に、電気および熱が伝導可能なように、一面が連結された半導体基板、および、この半導体基板の他面に設けられたコレクタ電極を有するコレクタと
を備え、
上記エミッタと上記コレクタとは、上記エミッタ電極と上記コレクタ電極とを隙間をあけて対向するように配置され、
かつ、上記エミッタの上記半導体基板と上記コレクタの上記半導体基板との内の少なくとも一方には、上記エミッタ電極と上記コレクタ電極との間の上記隙間を一定に保つと共に電気的および熱的に絶縁性のスペーサ部が一体に形成されており、
さらに、上記エミッタ側外部電極部と上記コレクタ側外部電極部との間に配置されて上記エミッタ側外部電極部と上記コレクタ側外部電極部との間隔を一定に保つと共に電気的および熱的に絶縁性の間隔保持部材と、
上記エミッタ側外部電極部と上記コレクタ側外部電極部との間の真空を維持する封止部材と
を備える。
Moreover, in the refrigerator of one embodiment, the electronic heat pump device is
An emitter-side external electrode,
A semiconductor substrate having one surface connected to the emitter-side external electrode portion so that electricity and heat can be conducted, and an emitter having an emitter electrode provided on the other surface of the semiconductor substrate;
A collector-side external electrode,
The collector-side external electrode portion includes a semiconductor substrate having one surface connected so that electricity and heat can be conducted, and a collector having a collector electrode provided on the other surface of the semiconductor substrate,
The emitter and the collector are arranged to face the emitter electrode and the collector electrode with a gap therebetween,
In addition, at least one of the semiconductor substrate of the emitter and the semiconductor substrate of the collector has a constant gap between the emitter electrode and the collector electrode and is electrically and thermally insulating. The spacer part is integrally formed,
Further, it is disposed between the emitter-side external electrode portion and the collector-side external electrode portion to keep the distance between the emitter-side external electrode portion and the collector-side external electrode portion constant and to be electrically and thermally insulated. Sex spacing member,
A sealing member for maintaining a vacuum between the emitter-side external electrode portion and the collector-side external electrode portion.
ここで、上記エミッタ側外部電極部および上記コレクタ側外部電極部は、電気的および熱的に伝導性を有するものである。上記エミッタの上記半導体基板、および、上記コレクタの上記半導体基板としては、例えば、n型のSi基板(ウエハ)を用いる。上記間隔保持部材としては、例えば、絶縁性のワッシャや、樹脂製のボルト等を用いる。上記封止部材としては、電気的および熱的に絶縁性であり、例えば、低融点のガラスを用いる。上記エミッタ電極は、例えば、上記エミッタの上記半導体基板の表面に、電子放出が起こり易い導電性材料を薄膜状に形成してなるものである。上記コレクタ電極は、例えば、上記コレクタの上記半導体基板の表面に、導電性材料を薄膜状に形成してなるものである。上記隙間は、真空状態において、上記エミッタ側から上記コレクタ側に移動する高エネルギー電子をフィルタリングする。上記半導体基板に上記スペーサ部が一体に形成されているとは、例えば、上記半導体基板がSi基板である場合、この基板表面に、例えば、熱酸化を施してSiO2膜を形成し、このSiO2膜をエッチングすることで、上記スペーサ部が形成される。 Here, the emitter-side external electrode portion and the collector-side external electrode portion are electrically and thermally conductive. For example, an n-type Si substrate (wafer) is used as the semiconductor substrate of the emitter and the semiconductor substrate of the collector. As the spacing member, for example, an insulating washer, a resin bolt, or the like is used. As the sealing member, for example, glass having a low melting point is used which is electrically and thermally insulating. The emitter electrode is formed, for example, by forming a thin conductive conductive material on the surface of the semiconductor substrate of the emitter. The collector electrode is formed, for example, by forming a conductive material in a thin film on the surface of the semiconductor substrate of the collector. The gap filters high-energy electrons moving from the emitter side to the collector side in a vacuum state. The spacer part is integrally formed on the semiconductor substrate. For example, when the semiconductor substrate is a Si substrate, a SiO 2 film is formed on the surface of the substrate by, for example, thermal oxidation, and the SiO 2 film is formed. The spacer portion is formed by etching the two films.
この一実施形態の冷蔵庫によれば、上記エミッタの上記半導体基板と上記コレクタの上記半導体基板との内の少なくとも一方には、上記隙間を一定に保つと共に電気的および熱的に絶縁性のスペーサ部が一体に形成されているので、部品数を減少した簡単な構成で、熱の逆流を防止しつつ、真空ギャップを所定の間隔に確保できる。具体的に述べると、従来の真空ギャップダイオード構造の電子ヒートポンプ装置においてエミッタとコレクタの間の真空ギャップを所定の間隔に維持する手段として必要であったピエゾ素子や静電容量コントローラやピエゾフィードバック回路等が不要になって、部品数を減少でき、小型化、軽量化およびコスト削減を図ることができる。 According to the refrigerator of this embodiment, at least one of the semiconductor substrate of the emitter and the semiconductor substrate of the collector has an electrically and thermally insulating spacer portion that keeps the gap constant. Are integrally formed, the vacuum gap can be secured at a predetermined interval while preventing the back flow of heat with a simple configuration with a reduced number of parts. Specifically, in a conventional electronic heat pump device with a vacuum gap diode structure, a piezoelectric element, a capacitance controller, a piezoelectric feedback circuit, etc., which were necessary as means for maintaining the vacuum gap between the emitter and the collector at a predetermined interval, etc. Is eliminated, the number of parts can be reduced, and the size, weight and cost can be reduced.
また、一実施形態の冷蔵庫では、上記エミッタ側外部電極部および上記コレクタ側外部電極部は、それぞれ、中空部を有する。 Moreover, in the refrigerator of one Embodiment, the said emitter side external electrode part and the said collector side external electrode part each have a hollow part.
ここで、上記容器体とは、例えば、CuまたはCu合金からなるステムである。 Here, the said container body is a stem which consists of Cu or Cu alloy, for example.
この一実施形態の冷蔵庫によれば、上記エミッタ、および、上記スペーサ部を有する上記コレクタは、上記両方のステムの中空部に挟まれているので、大気圧の応力影響を受けるのは、上記両方のステムの最外部のみとなり、直接に、上記エミッタおよび上記コレクタに応力を加えることが無くなって、圧力たわみによる変形および破壊が生じない構造の電子ヒートポンプ装置が実現可能となる。 According to the refrigerator of this embodiment, since the emitter and the collector having the spacer portion are sandwiched between the hollow portions of both the stems, both of the above are affected by the stress of atmospheric pressure. Therefore, it is possible to realize an electronic heat pump apparatus having a structure in which deformation and destruction due to pressure deflection do not occur because only the outermost portion of the stem is applied and stress is not directly applied to the emitter and the collector.
また、一実施形態の冷蔵庫では、上記エミッタ側外部電極部および上記コレクタ側外部電極部は、それぞれ、中実の基板である。 Moreover, in the refrigerator of one Embodiment, the said emitter side external electrode part and the said collector side external electrode part are each a solid board | substrate.
ここで、上記基板とは、例えば、タングステン、タングステンカーバイト、銅、シリコン等の材料からなる。 Here, the substrate is made of a material such as tungsten, tungsten carbide, copper, or silicon.
この一実施形態の冷蔵庫によれば、上記エミッタ側外部電極部および上記コレクタ側外部電極部は、中実の基板であるので、この電子ヒートポンプ装置を薄く小型にできて、冷蔵庫の一層の小型化を図ることができる。 According to the refrigerator of this embodiment, since the emitter-side external electrode portion and the collector-side external electrode portion are solid substrates, the electronic heat pump device can be made thin and small, and the refrigerator can be further miniaturized. Can be achieved.
また、一実施形態の冷蔵庫では、上記エミッタ側外部電極部および上記コレクタ側外部電極部は、それぞれ、略直方体状である。 Moreover, in the refrigerator of one Embodiment, the said emitter side external electrode part and the said collector side external electrode part are respectively substantially rectangular parallelepiped shapes.
この一実施形態の冷蔵庫によれば、この電子ヒートポンプ装置を略直方体チップ形状にできて、例えば、新たな、または、既存の冷蔵庫の内部に組み込み易くなる。 According to the refrigerator of this embodiment, the electronic heat pump device can be formed into a substantially rectangular parallelepiped chip shape, and can be easily incorporated into a new or existing refrigerator, for example.
また、一実施形態の冷蔵庫では、上記第1の冷却機構は、上記電子ヒートポンプ装置を有し、上記第2の冷却機構は、冷媒の蒸気圧縮膨張を利用した冷凍サイクルを有する。 Moreover, in the refrigerator of one Embodiment, the said 1st cooling mechanism has the said electronic heat pump apparatus, and the said 2nd cooling mechanism has a refrigerating cycle using the vapor | steam compression-expansion of a refrigerant | coolant.
この一実施形態の冷蔵庫によれば、蒸気圧縮冷凍サイクルによる冷却機構を1つにし、環境にやさしい電子ヒートポンプ装置を冷凍室用冷却機構として使用することで、冷媒や有害物質の使用量を減らし、冷凍室容量を広くでき、さらに軽量化および低消費電力化を実現できる。また、大容量の冷却に適するコストの安い蒸気圧縮式冷凍サイクルが、この冷蔵庫全体の主とした冷却を行うため、電子ヒートポンプ装置の搭載数量を減らすことができる。 According to the refrigerator of this embodiment, the cooling mechanism by the vapor compression refrigeration cycle is integrated into one, and the use of an environmentally friendly electronic heat pump device as a cooling mechanism for the freezer compartment reduces the amount of refrigerant and harmful substances used. The freezer capacity can be increased, and further weight reduction and low power consumption can be realized. In addition, since the low-cost vapor compression refrigeration cycle suitable for large-capacity cooling mainly cools the entire refrigerator, the number of electronic heat pump devices mounted can be reduced.
また、一実施形態の冷蔵庫では、上記第1の冷却機構および上記第2の冷却機構は、それぞれ、上記電子ヒートポンプ装置を有する。 In the refrigerator of one embodiment, the first cooling mechanism and the second cooling mechanism each have the electronic heat pump device.
この一実施形態の冷蔵庫によれば、オゾン層破壊作用のある地球環境に影響のある冷媒や可燃性の冷媒を全く使用しないので、高い安全性と静粛性とが実現できる。 According to the refrigerator of this embodiment, high safety and quietness can be realized because no refrigerant that affects the global environment that has an ozone depleting effect or a flammable refrigerant is used.
また、一実施形態の冷蔵庫では、上記電子ヒートポンプ装置は、複数存在し、この複数の電子ヒートポンプ装置は、電気的に接続されて、モジュール化されている。 In the refrigerator of one embodiment, there are a plurality of the electronic heat pump devices, and the plurality of electronic heat pump devices are electrically connected and modularized.
この一実施形態の冷蔵庫によれば、大きな容量の冷凍室または冷蔵室を迅速に冷却することができる。 According to the refrigerator of this embodiment, a large-capacity freezer or refrigerator can be quickly cooled.
また、一実施形態の冷蔵庫では、上記封止部材は、上記エミッタ側外部電極部と上記コレクタ側外部電極部とに接触し、電気的および熱的に絶縁性である。なお、上記封止部材は、上記エミッタ側外部電極部と上記コレクタ側外部電極部とを封止する一つの部材であってもよく、あるいは、上記エミッタ側外部電極部と上記間隔保持部材との間を封止する部分と、上記コレクタ側外部電極部と上記間隔保持部材との間を封止する部分との別体であってもよい。 Moreover, in the refrigerator of one Embodiment, the said sealing member contacts the said emitter side external electrode part and the said collector side external electrode part, and is electrically and thermally insulating. The sealing member may be a single member that seals the emitter-side external electrode part and the collector-side external electrode part, or the emitter-side external electrode part and the spacing member It may be a separate body of a portion that seals the gap and a portion that seals between the collector-side external electrode portion and the spacing member.
また、一実施形態の冷蔵庫では、上記エミッタ電極の仕事関数は、上記コレクタ電極の仕事関数と略等しいか、もしくは、上記コレクタ電極の仕事関数よりも低い。 Moreover, in the refrigerator of one Embodiment, the work function of the said emitter electrode is substantially equal to the work function of the said collector electrode, or is lower than the work function of the said collector electrode.
ここで、「仕事関数」とは、一般に、ある材料に何らかのエネルギー(例えば、熱や電界印加等)を与えて、その材料表面から外部のエネルギー障壁(例えば、真空)を超えて電子を取り出す場合における、その材料の電子放出能力を示す物性値であり、低い仕事関数の方が電子の放出量が多いとされる。 Here, the “work function” generally refers to a case where some energy (for example, heat or electric field application) is given to a material, and electrons are extracted from the material surface beyond an external energy barrier (for example, vacuum). Is a physical property value indicating the electron emission ability of the material, and the lower the work function, the larger the electron emission amount.
上記エミッタ電極および上記コレクタ電極は、導電性の複合材料からなり、例えば、Ag、Ti、Au薄膜の表面を酸化セシウムが覆っている構成である。 The emitter electrode and the collector electrode are made of a conductive composite material. For example, the surface of an Ag, Ti, Au thin film is covered with cesium oxide.
この一実施形態の冷蔵庫によれば、上記エミッタ電極の仕事関数が、上記コレクタ電極の仕事関数と略等しい場合、電流供給の方向を逆方向にすることで、熱の移動方向を反転できる電子ヒートポンプ装置が実現できる。他方、上記エミッタ電極の仕事関数が、上記コレクタ電極の仕事関数よりも低い場合、外部から印加する電圧を低く抑えることができて、消費電力の低減になり、さらに、両方の電極に温度差が生じたとき、上記コレクタ側の加熱による熱電子放出量を低減できて、外部から印加する電圧を低く抑えて、消費電力を少なくできる。 According to the refrigerator of this embodiment, when the work function of the emitter electrode is substantially equal to the work function of the collector electrode, an electronic heat pump that can reverse the direction of heat transfer by reversing the direction of current supply A device can be realized. On the other hand, when the work function of the emitter electrode is lower than the work function of the collector electrode, the voltage applied from the outside can be kept low, resulting in a reduction in power consumption. Furthermore, there is a temperature difference between both electrodes. When this occurs, the amount of thermionic emission due to the heating on the collector side can be reduced, the voltage applied from the outside can be kept low, and the power consumption can be reduced.
この発明の冷蔵庫によれば、上記第1の冷却機構と上記第2の冷却機構との内の少なくとも一方は、上記真空ダイオード型の電子ヒートポンプ装置を有するので、蒸気圧縮式冷凍サイクルよりも大幅に大きさと重量とを減らすことができ、ペルチェ素子の冷却機構よりも消費電力を大幅に減らすことができて、小型化および消費電力の低減を図ることができる。 According to the refrigerator of the present invention, since at least one of the first cooling mechanism and the second cooling mechanism has the vacuum diode type electronic heat pump device, it is significantly more than the vapor compression refrigeration cycle. The size and weight can be reduced, the power consumption can be greatly reduced as compared with the cooling mechanism of the Peltier element, and the size and power consumption can be reduced.
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the illustrated embodiments.
(第1の実施形態)
図1は、この発明の冷蔵庫の一実施形態である概略構成図を示している。
(First embodiment)
FIG. 1: has shown the schematic block diagram which is one Embodiment of the refrigerator of this invention.
この冷蔵庫は、急速用冷凍室2と、冷凍室3と、冷蔵室4と、野菜室5と、上記急速用冷凍室2および上記冷凍室3の内部を冷却する第1の冷却機構10と、上記冷蔵室4の内部、および、上記第1の冷却機構10の放熱側を冷却する第2の冷却機構20とを備える。
The refrigerator includes a rapid freezing
上記第1の冷却機構10は、上記急速用冷凍室2を冷却する第1の電子ヒートポンプモジュール11と、上記冷凍室3を冷却する第2の電子ヒートポンプモジュール12とを備える。
The
上記第2の冷却機構20は、冷媒の蒸気圧縮膨張を利用した冷凍サイクルであって、圧縮機24と、凝縮器25と、膨張機構としてのキャピラリチューブ26と、蒸発器群23とが、冷媒の通る配管にて、順次、環状に接続されている。
The
ここで、この冷凍サイクルを説明すると、内部に封入された冷媒は、上記圧縮機24で高温高圧に圧縮され、上記凝縮器25で放熱を行い、上記キャピラリチューブ26で減圧膨張されて、上記蒸発器群23で熱を吸収し蒸発して、再び、上記圧縮機24へ吸入されて、蒸気圧縮冷凍サイクルを構成する。
Here, the refrigeration cycle will be described. The refrigerant sealed inside is compressed to a high temperature and a high pressure by the
上記蒸発器群23は、上記第1の冷却機構10(上記第1の電子ヒートポンプモジュール11と上記第2の電子ヒートポンプモジュール12)の放熱側を冷却する第1の蒸発器21と、上記冷蔵室4および上記野菜室5の内部を冷却する第2の蒸発器22とを備え、上記第1の蒸発器21と上記第2の蒸発器22とは、並列に接続されている。
The
上記第1の冷却機構10は、上記冷凍室2,3の後方奥側に配置され、上記第1の冷却機構10の冷却(吸熱)側が、上記冷凍室2,3側(前方手前側)に向けられ、上記第1の冷却機構10の放熱(加熱)側が、上記冷凍室2,3と反対側(後方奥側)に向けられている。
The
上記第2の冷却機構20は、上記冷凍室2,3、上記冷蔵室4、上記野菜室5および上記第1の冷却機構10の後方奥側に配置される。上記第1の蒸発器21は、熱伝導性の良い伝導体であるヒートスプレッダ8を介して、上記第1の冷却機構10の放熱側に熱的に接続される。
The
上記構成の冷蔵庫によれば、上記第1の冷却機構10は、上記冷凍室2,3の内部を冷却し、上記第2の冷却機構20は、上記冷蔵室4の内部、および、上記第1の冷却機構10の放熱側を冷却するので、上記第2の冷却機構20において、上記冷蔵室4の内部、および、上記第1の冷却機構10の放熱側を同一温度で冷却することができて、上記第2の冷却機構20を制御しやすく、上記第2の冷却機構20の消費電力を低減することができる。
According to the refrigerator having the above configuration, the
具体的に述べると、上記第1の蒸発器21の温度を、冷凍のための−20℃まで下げる必要はなく、上記第2の蒸発器22と同等の−5℃程度まで下げれば十分であるため、上記キャピラリチューブ26での減圧量を少なくできると共に、上記圧縮機24のエネルギー効率を50%程度改善できて、消費電力を低減できる。
Specifically, it is not necessary to lower the temperature of the
上記第1の電子ヒートポンプモジュール11は、図2に示すように、例えばSiO2を主成分とする箱型の絶縁断熱材146と、この絶縁断熱材146に埋め込まれた複数の真空ダイオード型の電子ヒートポンプ装置100とを備える。この複数の電子ヒートポンプ装置100は、電気的に直列に接続されている。なお、上記複数の電子ヒートポンプ装置100を、並列または直並列混載に結線してもよい。
As shown in FIG. 2, the first electronic
なお、図示しないが、上記第2の電子ヒートポンプモジュール12は、上記第1の電子ヒートポンプモジュール11と同様に、上記絶縁断熱材146と、この絶縁断熱材146に埋め込まれた複数の上記電子ヒートポンプ装置100とを備える。
Although not shown, the second electronic
このように、上記複数の電子ヒートポンプ装置100がモジュール化されているので、大きな容量の冷凍室または冷蔵室を迅速に冷却することができる。
As described above, since the plurality of electronic
具体的な寸法を示すと、上記冷凍室2,3の容量が150リットルの場合、上記電子ヒートポンプ装置100は、直径11.5mmで厚み2.3mmtの円盤形状であり、上記第1の電子ヒートポンプモジュール11は、50mm×40mm×3.3mmtの外形寸法であり、上記第2の電子ヒートポンプモジュール12は、60mm×60mm×3.3mmtの外形寸法である。
Specifically, when the capacity of the
この2つのモジュール11,12の重量は、100g程度にしかなっておらず、この2つのモジュール11,12は、従来のコンプレッサと比べると、重量も容積も数10分の1になって、小型化、軽量化されていることになる。
The weight of the two
上記電子ヒートポンプ装置100は、冷却側と放熱側とが熱的に分離された構造であり、上記冷凍サイクルを使用せず、かつ、上記ペルチェ効果を応用しない電子ヒートポンプ機構になる。また、上記電子ヒートポンプ装置100における上記冷却側と上記放熱側との間には、上記冷却側と上記放熱側とを熱的に分離するための熱的に絶縁性のスペーサ部が存在しており、従来の真空ギャップダイオード構造の電子ヒートポンプ装置において、エミッタとコレクタとを熱的に分離するためにエミッタとコレクタとの外側に配置されるピエゾ素子や静電容量コントローラやピエゾフィードバック回路等が不要になる。
The electronic
詳しく述べると、上記電子ヒートポンプ装置100は、図3の斜視図、図4の縦断面図および図5の要部拡大図に示すように、電気的および熱的に伝導性のエミッタ側外部電極部103と、このエミッタ側外部電極部103に電気および熱が伝導可能なように連結されると共に電子を放出するエミッタ101と、電気的および熱的に伝導性のコレクタ側外部電極部104と、このコレクタ側外部電極部104に電気および熱が伝導可能なように連結されると共に電子を受け取るコレクタ102と、上記エミッタ側外部電極部103と上記コレクタ側外部電極部104との間に配置されて上記エミッタ側外部電極部103と上記コレクタ側外部電極部104との間隔を一定に保つと共に電気的および熱的に絶縁性の間隔保持部材106と、上記エミッタ側外部電極部103と上記コレクタ側外部電極部104との間の真空を維持する封止部材107とを備える。
More specifically, as shown in the perspective view of FIG. 3, the longitudinal cross-sectional view of FIG. 4, and the enlarged view of the main part of FIG. 5, the electronic
上記エミッタ側外部電極部103および上記コレクタ側外部電極部104は、それぞれ、中空部を有するステムであり、以下、上記エミッタ側外部電極部103をエミッタ側ステム103とよび、上記コレクタ側外部電極部104をコレクタ側ステム104とよぶ。
The emitter-side
上記エミッタ101と上記コレクタ102とは、対向して配置され、上記エミッタ101と上記コレクタ102との間には、隙間(真空ギャップ)Gを有する。上記エミッタ側ステム103と上記コレクタ側ステム104とは、電源108に接続される。
The
この電子ヒートポンプ装置100の作用を説明すると、上記電源108から上記エミッタ側ステム103および上記コレクタ側ステム104に電流を流すことで、上記エミッタ101および上記コレクタ102に電圧が印加されて電子が供給される。そして、上記エミッタ101側(上記エミッタ側ステム103)が、冷却(吸熱)側になり、上記コレクタ102側(上記コレクタ側ステム104)が、放熱(加熱)側になる。
The operation of the electronic
上記エミッタ101は、上記エミッタ側ステム103に電気および熱が伝導可能なように一面が接合された半導体基板110と、この半導体基板110の他面の全体的に設けられたエミッタ電極111とを有する。
The
上記コレクタ102は、上記コレクタ側ステム104に電気および熱が伝導可能なように一面が接合された半導体基板120と、この半導体基板120の他面の一部を除いた全体的に設けられたコレクタ電極121とを有する。
The
上記エミッタ101と上記コレクタ102とは、上記エミッタ電極111と上記コレクタ電極121とを上記隙間Gをあけて対向するように配置される。
The
上記コレクタ102の上記半導体基板120には、上記エミッタ電極111と上記コレクタ電極121との間の上記隙間Gを一定に保つと共に電気的および熱的に絶縁性のスペーサ部105が一体に形成されている。
On the
要するに、複数の上記スペーサ部105は、上記コレクタ102の上記半導体基板120に一体に形成されると共に上記エミッタ電極111に接触し、さらに、上記複数のスペーサ部105は、互いに間隔をもって、上記コレクタ102の上記半導体基板120の全面に、略一様に分布して整列されており、上記エミッタ電極111と上記コレクタ電極121との間の上記隙間Gを一定に保ち、上記スペーサ部105の厚みにて、上記隙間Gの大きさが決定される。
In short, the plurality of
具体的には、上記半導体基板110,120として、例えば、n型のSi基板(ウエハ)を用いた場合、この半導体基板120の表面に熱酸化を施してSiO2膜を形成し、このSiO2膜をエッチングして上記スペーサ部105が形成される。
Specifically, as the
上記エミッタ電極111の表面および上記コレクタ電極121の表面における最大高さ粗さRzの値は、上記エミッタ電極111と上記コレクタ電極121との間隔の最小値の1/2以下、好ましくは1/4以下である。
The value of the maximum height roughness Rz on the surface of the
このように、上記最大高さ粗さRzの値が、上記エミッタ電極111と上記コレクタ電極121との間隔の最小値の1/2以下であるので、上記両方の電極111,121の表面を平滑にして、上記両方の電極111,121の表面の凹凸による荒れによって発生する不具合を低減する。
Thus, since the value of the maximum height roughness Rz is not more than ½ of the minimum value of the distance between the
例えば、表面の凸部同士の対向における上記両方の電極111,121の接触による短絡不良を低減し、表面の凹部同士の対向における間隔(真空ギャップ)の広がりによる電子放出量の減少および冷却量の減少を低減する。
For example, the short-circuit failure due to the contact of both the
すなわち、上記最大高さ粗さRzの値が、上記間隔の最小値の1/2を越えると、表面の凹部同士の対向や反りによる間隔(真空ギャップ)の広がりによって、上記エミッタ101からの電子放出量が減少して冷却量が減少する一方、表面の凸部同士の対向によって、上記両方の電極111,121が接触して短絡不良が生じるおそれがある。
That is, when the value of the maximum height roughness Rz exceeds 1/2 of the minimum value of the distance, electrons from the
上記エミッタ電極111および上記コレクタ電極121は、単一金属、金属合金、金属と非金属との化合物、半導体材料および不純物ドープ半導体材料の内の何れか一つであり、上記両方の電極111,121の表面の平滑性と上記エミッタ101からの電子放出とを効果的に実現することができる。
The
上記エミッタ電極111および上記コレクタ電極121の内の少なくとも上記エミッタ電極111は、セシウム(Cs)、カーボン(C)、チタン(Ti)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、クロム(Cr)、バナジウム(V)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、シリコン(Si)、タンタル(Ta)、ジルコニウム(Zr)、銀(Ag)、金(Au)、プラチナ(Pt)、アルミ(Al)の内の少なくとも一つを含む材料からなる。
At least the
このように、少なくとも上記エミッタ電極111が、仕事関数の低い材料からなり、上記エミッタ101側からの電子放出を高め、電圧印加の量を低減でき、消費電力の低減が可能となる。
In this way, at least the
上記エミッタ電極111の仕事関数は、上記コレクタ電極121の仕事関数と略等しいか、もしくは、上記コレクタ電極121の仕事関数よりも低い。
The work function of the
このように、上記エミッタ電極111の仕事関数が、上記コレクタ電極121の仕事関数と略等しい場合、電流供給の方向を逆方向にすることで、熱の移動方向を反転できる電子ヒートポンプ装置が実現できる。他方、上記エミッタ電極111の仕事関数が、上記コレクタ電極121の仕事関数よりも低い場合、両方の電極111,121に温度差が生じたとき、上記コレクタ側の加熱による熱電子放出量を低減でき、かつ、電圧印加の量を低減できて、消費電力の低減が可能となる。
Thus, when the work function of the
上記エミッタ側ステム103および上記コレクタ側ステム104は、それぞれ、中空部130,140を有し、この両方の中空部130,140と、上記エミッタ電極111と上記コレクタ電極121との間の上記隙間Gとは、真空であり、上記両方の中空部130,140と上記隙間Gとは、上記エミッタ側ステム103および上記コレクタ側ステム104に設けられた通気孔132a,142aを介して、同じ真空度である。
The emitter-
具体的に述べると、上記エミッタ側ステム103は、銅製容器体131と、この容器体131を蓋すると共に上記通気孔132aが設けられた銅製平板132とを有する。上記容器体131と上記平板132にて囲まれた空間にて、上記中空部130を形成し、この中空部130と上記エミッタ側ステム103の外部とが、上記通気孔132aを介して、連通する。
Specifically, the emitter-
同様に、上記コレクタ側ステム104は、銅製容器体141と、この容器体141を蓋すると共に上記通気孔142aが設けられた銅製平板142とを有し、上記容器体141と上記平板142にて上記中空部140を形成し、この中空部140と上記コレクタ側ステム104の外部とが、上記通気孔142aを介して、連通する。
Similarly, the collector-
そして、上記エミッタ101および上記コレクタ102は、上記エミッタ側ステム103の平板132と上記コレクタ側ステム104の平板142とに挟まれる。
The
このように、上記エミッタ101および上記コレクタ102は、上記両方のステム103,104の中空部130,140に挟まれているので、大気圧の応力影響を受けるのは、上記両方のステム103,104の最外部(上記容器体131,141)のみとなり、直接に、上記エミッタ101および上記コレクタ102に応力を加えることが無くなって、圧力たわみによる変形および破壊が生じない。
Thus, since the
上記エミッタ側ステム103および上記コレクタ側ステム104は、それぞれ、CuまたはCu合金からなるので、上記エミッタ101および上記コレクタ102にて生じた熱を、効果的にかつ効率的に、外部の熱伝導部へ伝えることができる。
Since the emitter-
上記間隔保持部材106は、上記エミッタ側ステム103の上記平板132と上記コレクタ側ステム104の上記平板142との間に介在する。上記間隔保持部材106は、SiO2を主成分する材料であり、上記エミッタ101および上記コレクタ102の熱膨張係数と同等以下である。
The spacing
このように、上記間隔保持部材106は、上記電子ヒートポンプ装置100の製造において、上記エミッタ101、上記コレクタ102および上記両方のステム103,104における振動および傾き等の外部応力で、上記スペーサ部105に急峻で致命的な破壊応力が加わらないように、上記両方のステム103,104を一定間隔に維持および応力分散する作用を有し、かつ、真空封止作業で、上記封止部材107が、上記エミッタ電極111および上記コレクタ電極121に至らないように保護する作用を有する。
Thus, in the manufacture of the electronic
上記封止部材107は、上記エミッタ側ステム103の外周と上記コレクタ側ステム104の外周とを覆うように接触し、電気的および熱的に絶縁性である。具体的には、上記封止部材107は、上記エミッタ側ステム103の上記平板132と上記コレクタ側ステム104の上記平板142との間に介在すると共に、上記エミッタ側ステム103の上記平板132の外周縁と上記コレクタ側ステム104の上記平板142の外周縁とを覆っている。上記封止部材107としては、例えば、低融点のガラスを用いる。
The sealing
上記構成の電子ヒートポンプ装置100によれば、上記エミッタ電極111と上記コレクタ電極121との間に上記隙間G(真空ギャップ)を有するので、この電子ヒートポンプ装置100を真空ギャップダイオード構造にできて、熱の逆流を防止して、ペルチェ素子よりも消費電力を少なくできる。
According to the electronic
また、上記コレクタ102の上記半導体基板120には、上記隙間Gを一定に保つと共に電気的および熱的に絶縁性の上記スペーサ部105が一体に形成されているので、簡単な構成で、熱の逆流を防止しつつ、真空ギャップを所定の間隔に確保できる。具体的に述べると、従来の真空ギャップダイオード構造の電子ヒートポンプ装置においてエミッタとコレクタの間の真空ギャップを所定の間隔に維持する手段として必要であったピエゾ素子や静電容量コントローラやピエゾフィードバック回路等が不要になって、部品数を減少でき、小型化、軽量化およびコスト削減を図ることができる。
In addition, the
また、上記スペーサ部105の厚みを調整して、上記隙間Gをナノレベルに近づけることで、障壁高さを低減でき、上記エミッタ101の電子放出の効果を高めることが可能になる。
In addition, by adjusting the thickness of the
ここで、この電子ヒートポンプ装置100における具体的な寸法を示すと、全体の直径が11.5mmで、全体の厚みが2.3mmである。上記両方のステム103,104の厚みは、それぞれ、0.9mmである。上記エミッタ101および上記コレクタ102の厚みは、それぞれ、0.255mmである。上記エミッタ電極111および上記コレクタ電極121の厚みは、それぞれ、5nmである。上記スペーサ部105の厚みは、10nmで、上記スペーサ部105の平面の大きさは、□100nmである。また、隣り合う上記スペーサ部105,105のピッチは、200μmである。
Here, specific dimensions in the electronic
したがって、この発明の冷蔵庫では、上記第1の冷却機構10が、上記電子ヒートポンプ装置100を有するので、蒸気圧縮式冷凍サイクルよりも大幅に大きさと重量とを減らすことができると共に、ペルチェ素子の冷却機構よりも消費電力を大幅に減らすことができて、小型化と消費電力の低減とを図ることができる。また、上記第2の冷却機構20が、蒸気圧縮式冷凍サイクルを有するので、大容量の冷却に適するコストの安い蒸気圧縮式冷凍サイクルにて、この冷蔵庫全体の主とした冷却を行わせることができ、上記電子ヒートポンプ装置100の搭載数量を減らすことができる。
Therefore, in the refrigerator of the present invention, since the
(第2の実施形態)
図6は、本発明の冷蔵庫の他の実施形態を示している。この冷蔵庫では、上記冷凍室2,3の内部を冷却する第1の冷却機構10と、上記冷蔵室4の内部、および、上記第1の冷却機構10の放熱側を冷却する第2の冷却機構30とが、上記電子ヒートポンプ装置100を有する。なお、図6中の部材において、上記第1の実施形態(図1)の符号と同一のものは、同一の構成である。
(Second Embodiment)
FIG. 6 shows another embodiment of the refrigerator of the present invention. In this refrigerator, a
上記第2の冷却機構30は、上記第1の冷却機構10の放熱側を上記ヒートスプレッダ8を介して冷却する第1の電子ヒートポンプモジュール31と、上記冷蔵室4および上記野菜室5の内部を冷却する第2の電子ヒートポンプモジュール32と、上記第1の電子ヒートポンプモジュール31の放熱側に対向する第1の水冷ジャケット33と、上記第2の電子ヒートポンプモジュール32の放熱側に対向する第2の水冷ジャケット34と、熱交換器36と、循環ポンプ35とを備える。
The
上記第1の水冷ジャケット33、上記第2の水冷ジャケット34、上記熱交換器36および上記循環ポンプ35は、順次、配管にて環状に接続される。
The first water-cooling
上記第2の冷却機構30における上記第1と第2の電子ヒートポンプモジュール31,32は、上記電子ヒートポンプ装置100を有し、上記第1の冷却機構10における上記第1と第2の電子ヒートポンプモジュール11,12と同様の構成である。
The first and second electronic
上記第2の冷却機構30の作用を説明すると、上記配管内部に封入された水(冷媒)は、上記循環ポンプ35にて送り出され、上記第1の水冷ジャケット33にて上記第1の電子ヒートポンプモジュール31から熱を奪い(加熱され)、さらに、上記第2の水冷ジャケット34にて上記第2の電子ヒートポンプモジュール32から熱を奪って、上記熱交換器36にて放熱し(冷却され)、再び、上記循環ポンプ35に戻る。なお、上記熱交換器36では、暖められた水の放熱性を高めるために、送風ファン37にて風が送られる。
The operation of the
上記循環ポンプ35は、水を上記水冷ジャケット33,34から上記熱交換器36まで循環させるだけの能力があれば良いため、吐き出し圧力の低い小型で軽量のポンプを使用でき、低騒音で低振動の冷蔵庫を実現できる。
Since the
上記送風ファン37は、冷蔵庫のドアの開閉が多く、最大の冷却能力が必要な場合にのみ、駆動させればよいため、上記水冷ジャケット33,34の温度を検知して制御することにより、夜間等の負荷が少ない運転時には、上記送風ファン37の回転を抑制して、騒音の発生を低減できる。
The
上記水冷ジャケット33,34としては、例えば、CPU冷却用などで使われている製品などが使用でき、熱伝導性の良い金属ブロック内部に冷媒が流れる溝が形成された構造になっている。
As the
このように、上記水冷ジャケット33,34から上記熱交換器36まで、上記電子ヒートポンプモジュール31,32の放熱面の熱が、冷媒の水によって効率良く輸送されるため、上記冷凍室2,3、上記冷蔵室4および上記野菜室5を、上記電子ヒートポンプモジュール11,12,31,32によって冷却することができる。
Thus, since the heat of the heat radiating surface of the electronic
したがって、上記冷蔵庫によれば、オゾン層破壊作用のある地球環境に影響のある冷媒や可燃性の冷媒を全く使用しないので、高い安全性と静粛性とが実現できる。 Therefore, according to the refrigerator, since there is no use of a refrigerant that affects the global environment that has an ozone depleting effect or a flammable refrigerant, high safety and quietness can be realized.
(第3の実施形態)
次に、図7、図8および図9に、電子ヒートポンプ装置の他の実施形態を示す。この電子ヒートポンプ装置200は、電気的および熱的に伝導性を有する略直方体状のエミッタ側外部電極部203と、このエミッタ側外部電極部203に電気および熱が伝導可能なように連結されると共に電子を放出するエミッタ201と、電気的および熱的に伝導性を有する略直方体状のコレクタ側外部電極部204と、このコレクタ側外部電極部204に電気および熱が伝導可能なように連結されると共に電子を受け取るコレクタ202と、上記エミッタ側外部電極部203と上記コレクタ側外部電極部204との間に配置されて上記エミッタ側外部電極部203と上記コレクタ側外部電極部204との間隔を一定に保つと共に電気的および熱的に絶縁性の間隔保持部材206と、上記エミッタ側外部電極部203と上記コレクタ側外部電極部204との間の真空を維持する封止部材207とを備える。
(Third embodiment)
Next, FIG. 7, FIG. 8, and FIG. 9 show other embodiments of the electronic heat pump device. This electronic
上記エミッタ側外部電極部203および上記コレクタ側外部電極部204は、それぞれ、中実基板であり、以下、上記エミッタ側外部電極部203をエミッタ側外部電極基板203とよび、上記コレクタ側外部電極部204をコレクタ側外部電極基板204とよぶ。
The emitter-side
上記エミッタ201と上記コレクタ202とは、対向して配置され、上記エミッタ201と上記コレクタ202との間には、隙間(真空ギャップ)Gを有する。上記エミッタ側外部電極基板203と上記コレクタ側外部電極基板204とは、電源208に接続される。
The
この電子ヒートポンプ装置200の作用を説明すると、上記電源208から上記エミッタ側外部電極基板203および上記コレクタ側外部電極基板204に電流を流すことで、上記エミッタ201および上記コレクタ202に電圧が印加されて電子が供給される。そして、上記エミッタ201側(上記エミッタ側外部電極基板203)が、冷却(吸熱)側になり、上記コレクタ202側(上記コレクタ側外部電極基板204)が、放熱(加熱)側になる。
The operation of the electronic
上記エミッタ201は、上記エミッタ側外部電極基板203に電気および熱が伝導可能なように一面が連結された半導体基板210と、この半導体基板210の他面の略全体的に設けられたエミッタ電極211とを有する。
The
具体的に述べると、上記半導体基板210は、導電性を得るために表面研磨されたn型シリコン基板であり、上記エミッタ電極211は、上記n型シリコン基板の表面研摩された面に、セシウムが表面を被覆したTi薄膜である。上記エミッタ201は、略直方体形状である。
More specifically, the
上記コレクタ202は、上記コレクタ側外部電極基板204に電気および熱が伝導可能なように一面が連結された半導体基板220と、この半導体基板220の他面の一部を除いた全体的に設けられたコレクタ電極221とを有する。この半導体基板220には、電気的および熱的に絶縁性のスペーサ部205が一体に形成されている。
The
具体的に述べると、上記半導体基板220は、導電性を得るために表面研磨されたn型シリコン基板であり、このn型シリコン基板の表面研磨された面に、熱酸化膜を形成し、フォトエッチングによりパターニングして、正方形格子状に配置した酸化シリコンのスペーサ部205が形成される。このスペーサ部205の周囲を除いてパターニングしたTi薄膜にてコレクタ電極221が形成される。上記コレクタ202は、略直方体形状であり、上記スペーサ部205の厚みと、Ti薄膜の上記コレクタ電極221の膜厚との差が、上記隙間Gとなる。
More specifically, the
複数の上記スペーサ部205は、上記コレクタ202の上記半導体基板220に一体に形成されると共に上記エミッタ電極211に接触し、さらに、上記複数のスペーサ部205は、互いに間隔をもって、上記コレクタ202の上記半導体基板220の全面に、略一様に分布して整列されており、上記エミッタ電極211と上記コレクタ電極221との間の上記隙間Gを一定に保ち、上記スペーサ部205の厚みにて、上記隙間Gの大きさが決定される。
The plurality of
上記エミッタ側外部電極基板203および上記コレクタ側外部電極基板204は、上記間隔保持部材206が、上記エミッタ側外部電極基板203の外周部と上記コレクタ側外部電極基板204の外周部とに接触している状態において、外部の大気圧と内部の真空とによる圧力差から生じる圧縮応力に対して、上記エミッタ電極211と上記コレクタ電極221とが接触しないような剛性、ヤング率および厚みを有する。
In the emitter-side
具体的に述べると、上記エミッタ側外部電極基板203および上記コレクタ側外部電極基板204は、圧縮応力による応力変形で、上記隙間Gが短絡しないよう、剛性の高い材料としてタングステンからなる。なお、上記エミッタ側外部電極基板203および上記コレクタ側外部電極基板204の材料として、タングステン以外でもタングステンカーバイトや銅やシリコンを用いてもよく、上記エミッタ側外部電極基板203および上記コレクタ側外部電極基板204の厚みを調整すればよい。
Specifically, the emitter-side
このように、上記構成の冷蔵庫によれば、上記エミッタ側外部電極部203および上記コレクタ側外部電極部204は、それぞれ、基板であるので、上記電子ヒートポンプ装置200を薄く小型にできて、冷蔵庫の一層の小型化を図ることができる。
Thus, according to the refrigerator having the above-described configuration, since the emitter-side
また、上記エミッタ側外部電極部203および上記コレクタ側外部電極部204は、それぞれ、略直方体状であるので、上記電子ヒートポンプ装置200を略直方体チップ形状にできて、例えば、新たな、または、既存の冷蔵庫の内部に組み込み易くなる。
In addition, since the emitter-side
なお、上記電子ヒートポンプ装置200において、その他の構造および効果は、上記第1の実施形態の電子ヒートポンプ装置100と同じであるので、その説明を省略する。
In the electronic
なお、この発明は上述の実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で設計変更可能である。例えば、上記第1の冷却機構が、上記冷凍サイクルを有し、上記第2の冷却機構が、上記電子ヒートポンプ装置を有するようにしてもよい。また、上記電子ヒートポンプ装置を、モジュール化せずに、単体(単一素子)にしてもよい。また、上記冷凍室を冷却するには、熱伝導性の高い上記冷凍室の内壁と上記電子ヒートポンプモジュールとの熱伝導を利用して冷却する方法をとるが、ファンを設置して上記電子ヒートポンプモジュールから冷気を上記冷凍室内に循環させる方法をとることも可能である。また、上記エミッタの上記半導体基板と上記コレクタの上記半導体基板との内の少なくとも一方に、上記スペーサ部を一体に形成すればよい。 In addition, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, A design change is possible in the range which does not deviate from the summary of this invention. For example, the first cooling mechanism may include the refrigeration cycle, and the second cooling mechanism may include the electronic heat pump device. The electronic heat pump device may be a single unit (single element) without being modularized. Moreover, in order to cool the freezer compartment, a method of cooling using the heat conduction between the inner wall of the freezer compartment having high heat conductivity and the electronic heat pump module is used. However, the electronic heat pump module is provided by installing a fan. It is also possible to circulate the cold air from the inside of the freezer compartment. The spacer portion may be integrally formed on at least one of the semiconductor substrate of the emitter and the semiconductor substrate of the collector.
2 急速用冷凍室
3 冷凍室
4 冷蔵室
10 第1の冷却機構
11 第1の電子ヒートポンプモジュール
12 第2の電子ヒートポンプモジュール
20 第2の冷却機構
30 第2の冷却機構
31 第1の電子ヒートポンプモジュール
32 第2の電子ヒートポンプモジュール
100,200 電子ヒートポンプ装置
101,201 エミッタ
110,210 半導体基板
111,211 エミッタ電極
102,202 コレクタ
120,220 半導体基板
121,221 コレクタ電極
103 エミッタ側ステム(エミッタ側外部電極部)
130 中空部
104 コレクタ側ステム(コレクタ側外部電極部)
140 中空部
203 エミッタ側外部電極基板(エミッタ側外部電極部)
204 コレクタ側外部電極基板(コレクタ側外部電極部)
105,205 スペーサ部
106,206 間隔保持部材
107,207 封止部材
G 隙間
DESCRIPTION OF
130
140
204 Collector-side external electrode substrate (collector-side external electrode)
105, 205
Claims (9)
上記冷凍室の内部を冷却する第1の冷却機構と、
上記冷蔵室の内部、および、上記第1の冷却機構の放熱側を冷却する第2の冷却機構と
を備え、
上記第1の冷却機構と上記第2の冷却機構との内の少なくとも一方は、冷却側と放熱側とが熱的に分離された真空ダイオード型の電子ヒートポンプ装置を有することを特徴とする冷蔵庫。 At least one freezer and refrigerator compartment;
A first cooling mechanism for cooling the inside of the freezer compartment;
A second cooling mechanism that cools the inside of the refrigerator compartment and the heat radiation side of the first cooling mechanism,
At least one of the first cooling mechanism and the second cooling mechanism includes a vacuum diode type electronic heat pump device in which a cooling side and a heat radiation side are thermally separated from each other.
上記電子ヒートポンプ装置における上記冷却側と上記放熱側との間には、上記冷却側と上記放熱側とを熱的に分離するための熱的に絶縁性のスペーサ部が存在することを特徴とする冷蔵庫。 The refrigerator according to claim 1,
Between the cooling side and the heat dissipation side in the electronic heat pump apparatus, there is a thermally insulating spacer portion for thermally separating the cooling side and the heat dissipation side. refrigerator.
上記電子ヒートポンプ装置は、
エミッタ側外部電極部と、
このエミッタ側外部電極部に、電気および熱が伝導可能なように、一面が連結された半導体基板、および、この半導体基板の他面に設けられたエミッタ電極を有するエミッタと、
コレクタ側外部電極部と、
このコレクタ側外部電極部に、電気および熱が伝導可能なように、一面が連結された半導体基板、および、この半導体基板の他面に設けられたコレクタ電極を有するコレクタと
を備え、
上記エミッタと上記コレクタとは、上記エミッタ電極と上記コレクタ電極とを隙間をあけて対向するように配置され、
かつ、上記エミッタの上記半導体基板と上記コレクタの上記半導体基板との内の少なくとも一方には、上記エミッタ電極と上記コレクタ電極との間の上記隙間を一定に保つと共に電気的および熱的に絶縁性のスペーサ部が一体に形成されており、
さらに、上記エミッタ側外部電極部と上記コレクタ側外部電極部との間に配置されて上記エミッタ側外部電極部と上記コレクタ側外部電極部との間隔を一定に保つと共に電気的および熱的に絶縁性の間隔保持部材と、
上記エミッタ側外部電極部と上記コレクタ側外部電極部との間の真空を維持する封止部材と
を備えることを特徴とする冷蔵庫。 The refrigerator according to claim 1,
The electronic heat pump device is
An emitter-side external electrode,
A semiconductor substrate having one surface connected to the emitter-side external electrode portion so that electricity and heat can be conducted, and an emitter having an emitter electrode provided on the other surface of the semiconductor substrate,
A collector-side external electrode,
The collector-side external electrode portion includes a semiconductor substrate having one surface connected so that electricity and heat can be conducted, and a collector having a collector electrode provided on the other surface of the semiconductor substrate,
The emitter and the collector are arranged to face the emitter electrode and the collector electrode with a gap therebetween,
In addition, at least one of the semiconductor substrate of the emitter and the semiconductor substrate of the collector has a constant gap between the emitter electrode and the collector electrode and is electrically and thermally insulating. The spacer part is integrally formed,
Further, it is disposed between the emitter-side external electrode part and the collector-side external electrode part so as to keep the distance between the emitter-side external electrode part and the collector-side external electrode part constant and to be electrically and thermally insulated. Sex spacing member,
A refrigerator comprising a sealing member for maintaining a vacuum between the emitter-side external electrode portion and the collector-side external electrode portion.
上記エミッタ側外部電極部および上記コレクタ側外部電極部は、それぞれ、中空部を有することを特徴とする冷蔵庫。 The refrigerator according to claim 3,
The emitter-side external electrode portion and the collector-side external electrode portion each have a hollow portion.
上記エミッタ側外部電極部および上記コレクタ側外部電極部は、それぞれ、基板であることを特徴とする冷蔵庫。 The refrigerator according to claim 3,
The refrigerator characterized in that each of the emitter-side external electrode section and the collector-side external electrode section is a substrate.
上記エミッタ側外部電極部および上記コレクタ側外部電極部は、それぞれ、略直方体状であることを特徴とする冷蔵庫。 The refrigerator according to claim 5,
The emitter-side external electrode portion and the collector-side external electrode portion each have a substantially rectangular parallelepiped shape.
上記第1の冷却機構は、上記電子ヒートポンプ装置を有し、
上記第2の冷却機構は、冷媒の蒸気圧縮膨張を利用した冷凍サイクルを有することを特徴とする冷蔵庫。 The refrigerator according to claim 1,
The first cooling mechanism includes the electronic heat pump device,
The said 2nd cooling mechanism has a refrigerating cycle using the vapor compression expansion of a refrigerant | coolant, The refrigerator characterized by the above-mentioned.
上記第1の冷却機構および上記第2の冷却機構は、それぞれ、上記電子ヒートポンプ装置を有することを特徴とする冷蔵庫。 The refrigerator according to claim 1,
The first cooling mechanism and the second cooling mechanism each include the electronic heat pump device.
上記電子ヒートポンプ装置は、複数存在し、この複数の電子ヒートポンプ装置は、電気的に接続されて、モジュール化されていることを特徴とする冷蔵庫。 The refrigerator according to claim 1,
There are a plurality of the electronic heat pump devices, and the plurality of electronic heat pump devices are electrically connected and modularized.
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Cited By (3)
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CN102201531A (en) * | 2011-04-08 | 2011-09-28 | 王艺臻 | Solution for surface metallization pretreatment of semiconductor P/N type refrigerating sheet and application method of same |
WO2012120766A1 (en) * | 2011-03-06 | 2012-09-13 | 株式会社テックスイージー | Beverage cooling device |
CN107432649A (en) * | 2017-06-30 | 2017-12-05 | 张铖希 | A kind of heat energy charging plate mat |
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Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2012120766A1 (en) * | 2011-03-06 | 2012-09-13 | 株式会社テックスイージー | Beverage cooling device |
JP2012184883A (en) * | 2011-03-06 | 2012-09-27 | Tekkusu Iijii:Kk | Bevarage cooling device |
CN103370586A (en) * | 2011-03-06 | 2013-10-23 | 泰克斯机电株式会社 | Beverage cooling device |
KR101909309B1 (en) * | 2011-03-06 | 2018-10-17 | 텍스 이. 쥐. 컴패니., 리미티드 | Beverage cooling device |
CN102201531A (en) * | 2011-04-08 | 2011-09-28 | 王艺臻 | Solution for surface metallization pretreatment of semiconductor P/N type refrigerating sheet and application method of same |
CN107432649A (en) * | 2017-06-30 | 2017-12-05 | 张铖希 | A kind of heat energy charging plate mat |
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