JP2005164089A - Refrigerator - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a refrigerator having reduced size and weight and reduced power consumption. <P>SOLUTION: The refrigerator comprises a first cooling mechanism 10 for cooling the insides of a quickly freezing chamber 2 and a freezing chamber 3 and a second cooling mechanism 20 for cooling the inside of a refrigerating room 4 and the heat release side of the first cooling mechanism 10. The first cooling mechanism 10 has a vacuum diode type electronic heat pump device. Thus, it has greatly smaller size and lighter weight than a vapor compression type refrigerating cycle and greatly less power consumption than a Peltier element cooling mechanism. As a result, the refrigerator has reduced size and weight and reduced power consumption. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

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 first cooling mechanism 1096 that rapidly freezes the freezer compartment 1093, a second cooling mechanism 1097 that cools the refrigerator compartment 1094, the vegetable compartment 1095, and the freezer compartment 1093. Is provided.

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 first cooling mechanism 1096 is operated only during rapid cooling and is stopped during normal cooling. During the normal cooling, the second cooling mechanism 1097 is used for cooling.

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 first cooling mechanism 1096 and the second cooling mechanism 1097 have a refrigeration cycle using vapor compression / expansion of a refrigerant having a compressor, an evaporator, a condenser, and expansion means.

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 first cooling mechanism 1102 of the refrigerator shown in FIG. 11 is a Peltier element.

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 emitter electrode 1111 and a collector electrode 1112 are arranged to face each other so as to form a vacuum gap 1113. The distance between the emitter electrode 1111 and the collector electrode 1112 adjusts the voltage applied to the piezo element 1114 by feedback control while monitoring the capacitance, and the electrons emitted from the emitter electrode 1111 are supplied to the collector electrode 1112. By applying a voltage so as to move, it functions as an electronic heat pump device that applies a thermoelectron emission phenomenon that transports heat taken from the heat absorption unit 1115 to the heat dissipation unit 1116.

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 first cooling mechanism 1096 is a vapor compression refrigeration cycle, there is a problem that the internal capacity of the freezer is reduced because the size and weight of the compressor portion are large. Furthermore, there is a problem that an extra refrigerant is required than usual. Further, in the second cooling mechanism 1097, the evaporator 1101a for the refrigerator compartment and the vegetable room and the evaporator 1101b for the freezer compartment need to be set to different cooling temperatures. There was a problem that control became difficult.

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 first cooling mechanism 1102 is a Peltier element, so the cooling efficiency of the Peltier element is low, and it is sufficient if energy several times the heat absorption necessary for cooling is not input. The cooling performance could not be obtained.

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 first metal electrode 1121a, the p-type semiconductor 1106, the second metal electrode 1121b, the n-type semiconductor 1107, and the third metal electrode 1121c are electrically connected in order, as shown in FIG. Are connected in series, and when a voltage is applied from the outside so that electrons move from the p-type semiconductor 1106 to the n-type semiconductor 1107, the first metal electrode 1121a to the p-type semiconductor 1106, and In addition, heat is generated at the junction surface where electrons move from the n-type semiconductor 1107 to the third metal electrode 1121c, and conversely, the second metal electrode 1121b and the second metal are transferred from the p-type semiconductor 1106 to the third metal electrode 1121c. At the junction surface where electrons move from the electrode 1121b to the n-type semiconductor 1107, heat is absorbed, and the p-type semiconductor 1106 and the n-type semiconductor are 107 is an element that applies the Peltier effect in which a temperature difference is generated at both ends, but there is a heat flow indicated by arrows 1122 due to heat conduction inside the p-type semiconductor 1106 and the n-type semiconductor 1107, so that the cooling efficiency There is a problem that power consumption is low.

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 emitter electrode 1111 move to the collector electrode 1112 with heat, as shown in FIG. The heat transfer from the electrode 1112 to the emitter electrode 1111 is blocked by the vacuum gap 1113, so that the one-way flow of the heat flow indicated by the arrow 1123 can be realized, the cooling efficiency is high, and the power consumption is reduced.

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。
特開2002−162143号公報 国際特許WO99/13562号公報
However, in this electronic heat pump apparatus, in order to maintain the vacuum gap 1123 at 10 nm or less, a capacitance controller 1117 for feedback control of the gap amount is required in the piezo element 1114 shown in FIG. When the apparatus becomes large and used for cooling a refrigerator that requires a large cooling capacity, there is a problem that it is not suitable for downsizing and weight reduction.
JP 2002-162143 A International Patent Publication WO99 / 13562

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 chamber 2, a freezing chamber 3, a refrigerated chamber 4, a vegetable chamber 5, a first cooling mechanism 10 that cools the rapid freezing chamber 2 and the inside of the freezing chamber 3, The inside of the said refrigerator compartment 4 and the 2nd cooling mechanism 20 which cools the thermal radiation side of the said 1st cooling mechanism 10 are provided.

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 first cooling mechanism 10 includes a first electronic heat pump module 11 that cools the rapid freezing room 2 and a second electronic heat pump module 12 that cools the freezing room 3.

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 second cooling mechanism 20 is a refrigeration cycle using vapor compression / expansion of refrigerant, and includes a compressor 24, a condenser 25, a capillary tube 26 as an expansion mechanism, and an evaporator group 23. The pipes are connected in a circular pattern in order.

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 compressor 24, dissipated heat by the condenser 25, expanded under reduced pressure by the capillary tube 26, and evaporated. The container group 23 absorbs heat and evaporates, and is again sucked into the compressor 24 to constitute a vapor compression refrigeration cycle.

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 evaporator group 23 includes a first evaporator 21 that cools the heat radiation side of the first cooling mechanism 10 (the first electronic heat pump module 11 and the second electronic heat pump module 12), and the refrigerator compartment. 4 and a second evaporator 22 that cools the inside of the vegetable compartment 5, and the first evaporator 21 and the second evaporator 22 are connected in parallel.

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 first cooling mechanism 10 is disposed on the rear rear side of the freezing chambers 2 and 3, and the cooling (endothermic) side of the first cooling mechanism 10 is on the freezing chamber 2 and 3 side (front side). The heat dissipation (heating) side of the first cooling mechanism 10 is directed to the side opposite to the freezer compartments 2 and 3 (the rear rear side).

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 second cooling mechanism 20 is disposed behind the freezer compartments 2 and 3, the refrigerator compartment 4, the vegetable compartment 5, and the first cooling mechanism 10. The first evaporator 21 is thermally connected to the heat radiating side of the first cooling mechanism 10 through a heat spreader 8 that is a conductor having good thermal conductivity.

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 first cooling mechanism 10 cools the insides of the freezer compartments 2 and 3, and the second cooling mechanism 20 includes the inside of the refrigerator compartment 4 and the first In the second cooling mechanism 20, the inside of the refrigerating chamber 4 and the heat dissipation side of the first cooling mechanism 10 can be cooled at the same temperature. The second cooling mechanism 20 can be easily controlled, and the power consumption of the second cooling mechanism 20 can be reduced.

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 first evaporator 21 to −20 ° C. for freezing, and it is sufficient to lower it to about −5 ° C. equivalent to the second evaporator 22. Therefore, the amount of pressure reduction in the capillary tube 26 can be reduced, the energy efficiency of the compressor 24 can be improved by about 50%, and the power consumption can be reduced.

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 heat pump module 11 includes, for example, a box-shaped insulating heat insulating material 146 mainly composed of SiO 2 and a plurality of vacuum diode-type electrons embedded in the insulating heat insulating material 146. A heat pump device 100. The plurality of electronic heat pump devices 100 are electrically connected in series. The plurality of electronic heat pump devices 100 may be connected in parallel or in series-parallel mixed mounting.

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 heat pump module 12 includes the insulating heat insulating material 146 and a plurality of the electronic heat pump devices embedded in the insulating heat insulating material 146 in the same manner as the first electronic heat pump module 11. 100.

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 heat pump devices 100 are modularized, a large-capacity freezer or refrigerator can be rapidly cooled.

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 freezer compartments 2 and 3 is 150 liters, the electronic heat pump device 100 has a disk shape with a diameter of 11.5 mm and a thickness of 2.3 mmt, and the first electronic heat pump The module 11 has an outer dimension of 50 mm × 40 mm × 3.3 mmt, and the second electronic heat pump module 12 has an outer dimension of 60 mm × 60 mm × 3.3 mmt.

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 modules 11 and 12 is only about 100 g, and the two modules 11 and 12 are smaller in weight and volume by several tenths than the conventional compressor. It is becoming lighter and lighter.

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 heat pump device 100 has a structure in which the cooling side and the heat dissipation side are thermally separated, and does not use the refrigeration cycle and does not apply the Peltier effect. Further, between the cooling side and the heat radiation side in the electronic heat pump device 100, there is a thermally insulating spacer portion for thermally separating the cooling side and the heat radiation side. The conventional vacuum gap diode structure electronic heat pump device eliminates the need for a piezo element, a capacitance controller, a piezo feedback circuit, etc. that are arranged outside the emitter and collector to thermally separate the emitter and collector. Become.

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 heat pump device 100 has an electrically and thermally conductive emitter-side external electrode portion. 103, an emitter 101 that is connected to the emitter-side external electrode portion 103 so that electricity and heat can be conducted and emits electrons, an electrically and thermally conductive collector-side external electrode portion 104, and The collector 102 is connected to the collector-side external electrode 104 so that electricity and heat can be conducted and receives electrons, and is disposed between the emitter-side external electrode 103 and the collector-side external electrode 104, and The distance between the emitter-side external electrode portion 103 and the collector-side external electrode portion 104 is kept constant, and the electrically and thermally insulating spacing member 106 is And a sealing member 107 to maintain the vacuum between the emitter-side external electrode 103 and the collector-side external electrode 104.

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 external electrode portion 103 and the collector-side external electrode portion 104 are stems each having a hollow portion. Hereinafter, the emitter-side external electrode portion 103 is referred to as an emitter-side stem 103, and the collector-side external electrode portion. 104 is referred to as a collector-side stem 104.

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 emitter 101 and the collector 102 are arranged to face each other, and a gap (vacuum gap) G is provided between the emitter 101 and the collector 102. The emitter side stem 103 and the collector side stem 104 are connected to a power source 108.

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 heat pump apparatus 100 will be described. By supplying a current from the power source 108 to the emitter-side stem 103 and the collector-side stem 104, a voltage is applied to the emitter 101 and the collector 102 to supply electrons. The The emitter 101 side (emitter side stem 103) is a cooling (heat absorption) side, and the collector 102 side (collector side stem 104) is a heat dissipation (heating) side.

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 emitter 101 has a semiconductor substrate 110 whose one surface is joined to the emitter-side stem 103 so that electricity and heat can be conducted, and an emitter electrode 111 provided on the entire other surface of the semiconductor substrate 110. .

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 collector 102 includes a semiconductor substrate 120 whose one surface is joined to the collector-side stem 104 so that electricity and heat can be conducted, and a collector provided entirely excluding a part of the other surface of the semiconductor substrate 120. An electrode 121.

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 emitter 101 and the collector 102 are arranged so that the emitter electrode 111 and the collector electrode 121 face each other with the gap G therebetween.

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 semiconductor substrate 120 of the collector 102, the gap G between the emitter electrode 111 and the collector electrode 121 is kept constant, and an electrically and thermally insulating spacer portion 105 is integrally formed. Yes.

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 spacer portions 105 are formed integrally with the semiconductor substrate 120 of the collector 102 and are in contact with the emitter electrode 111, and the plurality of spacer portions 105 are spaced apart from each other with the collector 102. The semiconductor substrate 120 is substantially uniformly distributed and aligned, and the gap G between the emitter electrode 111 and the collector electrode 121 is kept constant. The size of the gap G is determined.

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 semiconductor substrate 110 and 120, for example, in the case of using the n-type Si substrate (wafer) is subjected to thermal oxidation to form an SiO 2 film on the surface of the semiconductor substrate 120, the SiO 2 The spacer portion 105 is formed by etching the film.

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 emitter electrode 111 and the surface of the collector electrode 121 is ½ or less of the minimum value of the distance between the emitter electrode 111 and the collector electrode 121, preferably ¼. It is as follows.

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 emitter electrode 111 and the collector electrode 121, the surfaces of both the electrodes 111 and 121 are smoothed. Thus, problems caused by roughness due to the unevenness of the surfaces of both the electrodes 111 and 121 are reduced.

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 electrodes 111 and 121 at the opposing surfaces of the convex portions on the surface is reduced, the amount of electron emission is reduced and the cooling amount is reduced by the widening of the interval (vacuum gap) at the opposing surfaces of the concave portions. Reduce decrease.

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 emitter 101 are caused by the widening of the distance (vacuum gap) due to the confrontation and warpage of the concave portions on the surface. While the discharge amount decreases and the cooling amount decreases, there is a possibility that both of the electrodes 111 and 121 are brought into contact with each other due to the opposing protrusions on the surface to cause a short circuit failure.

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 emitter electrode 111 and the collector electrode 121 are any one of a single metal, a metal alloy, a compound of a metal and a nonmetal, a semiconductor material, and an impurity-doped semiconductor material. The surface smoothness and the electron emission from the emitter 101 can be effectively realized.

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 emitter electrode 111 of the emitter electrode 111 and the collector electrode 121 includes cesium (Cs), carbon (C), titanium (Ti), molybdenum (Mo), tungsten (W), chromium (Cr), vanadium. (V), nickel (Ni), copper (Cu), silicon (Si), tantalum (Ta), zirconium (Zr), silver (Ag), gold (Au), platinum (Pt), aluminum (Al) It consists of the material containing at least one of these.

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 emitter electrode 111 is made of a material having a low work function, so that electron emission from the emitter 101 side can be increased, the amount of voltage applied can be reduced, and power consumption can be reduced.

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 emitter electrode 111 is substantially equal to or lower than the work function of the collector electrode 121.

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 emitter electrode 111 is substantially equal to the work function of the collector electrode 121, an electronic heat pump device that can reverse the direction of heat transfer can be realized by reversing the current supply direction. . On the other hand, when the work function of the emitter electrode 111 is lower than the work function of the collector electrode 121, when a temperature difference occurs between both the electrodes 111 and 121, the amount of thermionic emission due to heating on the collector side can be reduced. In addition, the amount of voltage applied can be reduced, and the power consumption can be reduced.

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-side stem 103 and the collector-side stem 104 have hollow portions 130 and 140, respectively, and the gap G between the hollow portions 130 and 140 and the emitter electrode 111 and the collector electrode 121. Is a vacuum, and both the hollow portions 130 and 140 and the gap G have the same degree of vacuum through the vent holes 132a and 142a provided in the emitter-side stem 103 and the collector-side stem 104. is there.

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-side stem 103 includes a copper container 131 and a copper flat plate 132 that covers the container 131 and is provided with the vent holes 132a. The hollow portion 130 is formed in a space surrounded by the container body 131 and the flat plate 132, and the hollow portion 130 communicates with the outside of the emitter-side stem 103 via the vent hole 132a. .

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-side stem 104 includes a copper container body 141 and a copper flat plate 142 that covers the container body 141 and is provided with the vent holes 142a. The hollow portion 140 is formed, and the hollow portion 140 and the outside of the collector-side stem 104 communicate with each other through the vent hole 142a.

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 emitter 101 and the collector 102 are sandwiched between the flat plate 132 of the emitter side stem 103 and the flat plate 142 of the collector side stem 104.

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 emitter 101 and the collector 102 are sandwiched between the hollow portions 130 and 140 of both the stems 103 and 104, it is the both stems 103 and 104 that are affected by the stress of atmospheric pressure. Only the outermost part (the container bodies 131 and 141), and no stress is directly applied to the emitter 101 and the collector 102, so that deformation and destruction due to pressure deflection do not occur.

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-side stem 103 and the collector-side stem 104 are each made of Cu or a Cu alloy, the heat generated in the emitter 101 and the collector 102 can be effectively and efficiently transferred to an external heat conducting portion. Can tell.

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 member 106 is interposed between the flat plate 132 of the emitter side stem 103 and the flat plate 142 of the collector side stem 104. The spacing member 106 is a material mainly composed of SiO 2 and has a thermal expansion coefficient equal to or less than that of the emitter 101 and the collector 102.

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 heat pump device 100, the spacing member 106 is applied to the spacer portion 105 by external stress such as vibration and inclination in the emitter 101, the collector 102, and both the stems 103 and 104. In order to prevent steep and fatal fracture stress from being applied, both the stems 103 and 104 are maintained at a constant interval and the stress is dispersed. In the vacuum sealing operation, the sealing member 107 is The emitter electrode 111 and the collector electrode 121 are protected from reaching the emitter electrode 111 and the collector electrode 121.

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 member 107 is in contact with the outer periphery of the emitter-side stem 103 and the outer periphery of the collector-side stem 104, and is electrically and thermally insulating. Specifically, the sealing member 107 is interposed between the flat plate 132 of the emitter-side stem 103 and the flat plate 142 of the collector-side stem 104, and outside the flat plate 132 of the emitter-side stem 103. The peripheral edge and the outer peripheral edge of the flat plate 142 of the collector side stem 104 are covered. As the sealing member 107, for example, low melting point glass is used.

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 heat pump apparatus 100 having the above configuration, the gap G (vacuum gap) is provided between the emitter electrode 111 and the collector electrode 121. Therefore, the electronic heat pump apparatus 100 can be formed into a vacuum gap diode structure, Therefore, power consumption can be reduced as compared with the Peltier element.

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 semiconductor substrate 120 of the collector 102 is integrally formed with the spacer portion 105 that keeps the gap G constant and is electrically and thermally insulative. A vacuum gap can be secured at a predetermined interval while preventing backflow. 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、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 spacer portion 105 to bring the gap G close to the nano level, the barrier height can be reduced, and the electron emission effect of the emitter 101 can be enhanced.

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 heat pump device 100 are shown. The overall diameter is 11.5 mm, and the overall thickness is 2.3 mm. Each of the stems 103 and 104 has a thickness of 0.9 mm. The emitter 101 and the collector 102 each have a thickness of 0.255 mm. Each of the emitter electrode 111 and the collector electrode 121 has a thickness of 5 nm. The spacer portion 105 has a thickness of 10 nm, and the spacer portion 105 has a plane size of 100 nm. The pitch of the adjacent spacer portions 105, 105 is 200 μm.

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 first cooling mechanism 10 includes the electronic heat pump device 100, the size and weight can be significantly reduced as compared with the vapor compression refrigeration cycle, and the Peltier element can be cooled. Power consumption can be significantly reduced as compared with the mechanism, and downsizing and power consumption can be reduced. In addition, since the second cooling mechanism 20 has a vapor compression refrigeration cycle, the main cooling of the entire refrigerator can be performed in an inexpensive vapor compression refrigeration cycle suitable for large-capacity cooling. In addition, the number of the electronic heat pump devices 100 mounted can be reduced.

(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 first cooling mechanism 10 that cools the inside of the freezer compartments 2 and 3, a second cooling mechanism that cools the inside of the refrigerator compartment 4 and the heat radiation side of the first cooling mechanism 10. 30 has the electronic heat pump device 100. In addition, in the member in FIG. 6, the same thing as the code | symbol of the said 1st Embodiment (FIG. 1) is the same structure.

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 second cooling mechanism 30 cools the first electronic heat pump module 31 that cools the heat radiation side of the first cooling mechanism 10 via the heat spreader 8, and the inside of the refrigerator compartment 4 and the vegetable compartment 5. The second electronic heat pump module 32, the first water cooling jacket 33 facing the heat dissipation side of the first electronic heat pump module 31, and the second water cooling facing the heat dissipation side of the second electronic heat pump module 32. A jacket 34, a heat exchanger 36, and a circulation pump 35 are provided.

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 jacket 33, the second water-cooling jacket 34, the heat exchanger 36, and the circulation pump 35 are sequentially connected in an annular shape by piping.

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 heat pump modules 31 and 32 in the second cooling mechanism 30 include the electronic heat pump device 100, and the first and second electronic heat pump modules in the first cooling mechanism 10. 11 and 12.

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 second cooling mechanism 30 will be described. Water (refrigerant) enclosed in the pipe is sent out by the circulation pump 35 and the first electronic heat pump is supplied by the first water cooling jacket 33. Deprived of heat from the module 31 (heated), further deprived of heat from the second electronic heat pump module 32 by the second water cooling jacket 34, dissipated heat (cooled) by the heat exchanger 36, The flow returns to the circulation pump 35 again. In the heat exchanger 36, air is sent by the blower fan 37 in order to enhance the heat dissipation of the warmed water.

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 circulation pump 35 only needs to be capable of circulating water from the water cooling jackets 33 and 34 to the heat exchanger 36, a small and light pump with low discharge pressure can be used, and low noise and low vibration can be used. A refrigerator can be realized.

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 blower fan 37 needs to be driven only when the refrigerator door is frequently opened and closed and the maximum cooling capacity is required. Therefore, the temperature of the water cooling jackets 33 and 34 is detected and controlled at night. During operation with a small load such as the above, the rotation of the blower fan 37 can be suppressed to reduce the generation of noise.

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 water cooling jackets 33 and 34, for example, products used for CPU cooling or the like can be used, and a groove in which a coolant flows is formed inside a metal block having good thermal conductivity.

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 heat pump modules 31, 32 is efficiently transported by the coolant water from the water cooling jackets 33, 34 to the heat exchanger 36, the freezer compartments 2, 3, The refrigerator compartment 4 and the vegetable compartment 5 can be cooled by the electronic heat pump modules 11, 12, 31, 32.

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 heat pump device 200 is connected to an emitter-side external electrode 203 having a substantially rectangular parallelepiped shape that is electrically and thermally conductive, and is connected to the emitter-side external electrode 203 so that electricity and heat can be conducted. An emitter 201 that emits electrons, a substantially rectangular parallelepiped collector-side external electrode portion 204 that is electrically and thermally conductive, and the collector-side external electrode portion 204 are connected so that electricity and heat can be conducted. And a collector 202 that receives electrons, and is disposed between the emitter-side external electrode portion 203 and the collector-side external electrode portion 204 so that the distance between the emitter-side external electrode portion 203 and the collector-side external electrode portion 204 is constant. And electrically and thermally insulating spacing member 206, the emitter-side external electrode 203 and the collector-side outer And a sealing member 207 to maintain the vacuum between the electrode portion 204.

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 external electrode portion 203 and the collector-side external electrode portion 204 are solid substrates. Hereinafter, the emitter-side external electrode portion 203 is referred to as an emitter-side external electrode substrate 203, and the collector-side external electrode portion. 204 is referred to as a collector-side external electrode substrate 204.

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 emitter 201 and the collector 202 are disposed to face each other, and a gap (vacuum gap) G is provided between the emitter 201 and the collector 202. The emitter-side external electrode substrate 203 and the collector-side external electrode substrate 204 are connected to a power source 208.

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 heat pump apparatus 200 will be described. By applying a current from the power source 208 to the emitter-side external electrode substrate 203 and the collector-side external electrode substrate 204, a voltage is applied to the emitter 201 and the collector 202. Electrons are supplied. The emitter 201 side (the emitter-side external electrode substrate 203) is on the cooling (heat absorption) side, and the collector 202 side (the collector-side external electrode substrate 204) is on the heat dissipation (heating) side.

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 emitter 201 has a semiconductor substrate 210 connected to the emitter-side external electrode substrate 203 so that electricity and heat can be conducted, and an emitter electrode 211 provided on substantially the other surface of the semiconductor substrate 210. And have.

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 semiconductor substrate 210 is an n-type silicon substrate that is surface-polished to obtain conductivity, and the emitter electrode 211 has cesium on the surface-polished surface of the n-type silicon substrate. It is a Ti thin film with the surface coated. The emitter 201 has a substantially rectangular parallelepiped shape.

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 collector 202 is generally provided except for a semiconductor substrate 220 connected to the collector-side external electrode substrate 204 so that electricity and heat can be conducted and a part of the other surface of the semiconductor substrate 220. Collector electrode 221. The semiconductor substrate 220 is integrally formed with an electrically and thermally insulating spacer portion 205.

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 semiconductor substrate 220 is an n-type silicon substrate that has been surface-polished to obtain conductivity, and a thermal oxide film is formed on the surface-polished surface of the n-type silicon substrate. By patterning by etching, spacer portions 205 of silicon oxide arranged in a square lattice shape are formed. The collector electrode 221 is formed of a Ti thin film patterned except for the periphery of the spacer portion 205. The collector 202 has a substantially rectangular parallelepiped shape, and the gap G is the difference between the thickness of the spacer portion 205 and the thickness of the collector electrode 221 of the Ti thin film.

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 spacer portions 205 are formed integrally with the semiconductor substrate 220 of the collector 202 and are in contact with the emitter electrode 211. Further, the plurality of spacer portions 205 are spaced apart from each other, and The semiconductor substrate 220 is substantially uniformly distributed and aligned on the entire surface, and the gap G between the emitter electrode 211 and the collector electrode 221 is kept constant. The size of the gap G is determined.

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 external electrode substrate 203 and the collector-side external electrode substrate 204, the spacing member 206 is in contact with the outer peripheral portion of the emitter-side external electrode substrate 203 and the outer peripheral portion of the collector-side external electrode substrate 204. In such a state, the emitter electrode 211 and the collector electrode 221 have rigidity, Young's modulus, and thickness such that the emitter electrode 211 and the collector electrode 221 do not come into contact with a compressive stress caused by a pressure difference between an external atmospheric pressure and an internal vacuum.

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 external electrode substrate 203 and the collector-side external electrode substrate 204 are made of tungsten as a highly rigid material so that the gap G is not short-circuited due to stress deformation caused by compressive stress. The emitter-side external electrode substrate 203 and the collector-side external electrode substrate 204 may be made of tungsten carbide, copper or silicon other than tungsten, and the emitter-side external electrode substrate 203 and the collector-side external electrode. The thickness of the substrate 204 may be adjusted.

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 external electrode portion 203 and the collector-side external electrode portion 204 are substrates, respectively, the electronic heat pump device 200 can be made thin and small. Further downsizing can be achieved.

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 external electrode portion 203 and the collector-side external electrode portion 204 are each substantially in the shape of a rectangular parallelepiped, the electronic heat pump device 200 can be formed into a substantially rectangular parallelepiped chip shape, for example, new or existing It becomes easy to incorporate in the inside of the refrigerator.

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 heat pump device 200, the other structures and effects are the same as those of the electronic heat pump device 100 of the first embodiment, and a description thereof will be omitted.

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.

本発明の冷蔵庫の一実施形態を示す簡略構成図である。It is a simplified lineblock diagram showing one embodiment of the refrigerator of the present invention. 電子ヒートポンプ装置を搭載した電子ヒートポンプモジュールを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the electronic heat pump module carrying an electronic heat pump apparatus. 電子ヒートポンプ装置を示す斜視図である。It is a perspective view which shows an electronic heat pump apparatus. 電子ヒートポンプ装置の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of an electronic heat pump apparatus. 図4のA部拡大断面図である。It is the A section expanded sectional view of FIG. 本発明の冷蔵庫の他の実施形態を示す簡略構成図である。It is a simplified block diagram which shows other embodiment of the refrigerator of this invention. 他の電子ヒートポンプ装置を示す斜視図である。It is a perspective view which shows another electronic heat pump apparatus. 他の電子ヒートポンプ装置の縦断面斜視図である。It is a longitudinal cross-sectional perspective view of another electronic heat pump apparatus. 他の電子ヒートポンプ装置の要部拡大断面図である。It is a principal part expanded sectional view of another electronic heat pump apparatus. 従来の冷蔵庫を示す簡略構成図である。It is a simplified block diagram which shows the conventional refrigerator. 従来の冷蔵庫を示す簡略構成図である。It is a simplified block diagram which shows the conventional refrigerator. 従来の真空ダイオード型電子ヒートポンプ装置を示す簡略構成図である。It is a simplified block diagram which shows the conventional vacuum diode type | mold electronic heat pump apparatus. ペルチェ素子の動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing of a Peltier device. 真空ダイオード型の電子ヒートポンプ装置の動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing of a vacuum diode type electronic heat pump apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

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 SYMBOLS 2 Rapid freezing room 3 Freezing room 4 Refrigeration room 10 1st cooling mechanism 11 1st electronic heat pump module 12 2nd electronic heat pump module 20 2nd cooling mechanism 30 2nd cooling mechanism 31 1st electronic heat pump module 32 Second electronic heat pump module 100, 200 Electronic heat pump device 101, 201 Emitter 110, 210 Semiconductor substrate 111, 211 Emitter electrode 102, 202 Collector 120, 220 Semiconductor substrate 121, 221 Collector electrode 103 Emitter side stem (emitter side external electrode) Part)
130 Hollow part 104 Collector side stem (collector side external electrode part)
140 Hollow part 203 Emitter-side external electrode substrate (emitter-side external electrode part)
204 Collector-side external electrode substrate (collector-side external electrode)
105, 205 Spacer 106, 206 Spacing member 107, 207 Sealing member G Gap

Claims (9)

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.
請求項1に記載の冷蔵庫において、
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.
請求項1に記載の冷蔵庫において、
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.
請求項3に記載の冷蔵庫において、
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.
請求項3に記載の冷蔵庫において、
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.
請求項5に記載の冷蔵庫において、
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.
請求項1に記載の冷蔵庫において、
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.
請求項1に記載の冷蔵庫において、
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.
請求項1に記載の冷蔵庫において、
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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