JP2005180795A - 電子冷却ユニットを備えた断熱パネル - Google Patents

Abstract

【課題】外箱または内箱の部品成形金型が複雑かつ大型化し、充填発泡時の発泡用冶具が各々の製品で必要となり、さらには発泡用冶具が大型化しコストが嵩み設備投資が莫大となり、設備の共用化できないという課題を解決する。
【解決手段】断熱箱体１を、背面パネル２と、上面パネル３と、左右の側面パネル４と、底面パネル５の組み合わせにより構成し、背面パネル２は貫通孔１１を有し、貫通孔１１に熱電変換デバイス（熱電モジュール）１２の放熱面１２ａと吸熱面１２ｂが貫通孔１１の孔形成方向に対して垂直に配置している。熱電変換デバイス（熱電モジュール）１２と直接的または間接的に接続する放熱側熱交換手段１３と冷却側熱交換手段１４とから構成される電子冷却ユニットが組み込まれ、背面パネル２に電子冷却ユニット１６が組み込まれている。
【選択図】図２

Description

本発明は、ペルチェ効果や熱電子のトンネル効果などによって機能する熱電変換デバイスを利用したパネル組立式冷蔵庫用の断熱パネルに関するものである。

ホテルや厨房等に設置されている冷蔵庫の中には設置場所に最適な寸法が要求されることがある。そのため、設置場所によって寸法仕様の異なる冷蔵庫を製作する必要がある。従って、この種の冷蔵庫は、多品種少量生産を余儀なくされている。

従来の冷蔵庫としては、折り曲げ加工等により箱状に形成された外箱と同加工または真空成形等により箱状に形成された内箱との間に断熱材を充填した断熱箱体で構成されているものがある（例えば、特許文献１参照）。

また、近年フロンガスのオゾン層破壊作用が地球的な問題となり、フロンガスを使用しない貯蔵庫等の開発が急がれている。そしてフロンガスを使用しない貯蔵庫等の一つとして、熱電変換デバイスを使用した貯蔵庫等が注目されている。

ここで熱電変換デバイスとは、ペルチェ（Ｐｅｌｔｉｅｒ）モジュール、サーモモジュール、又は熱電子チップ、熱電素子として知られているものであり、二つの伝熱面を有し、電流を流す（所定の電圧をかける）ことにより一方の伝熱面が加熱され、他方の伝熱面が冷却される機能を持つ部材である。すなわち熱電変換デバイスでは、一方の面が放熱面として機能し、他方が吸熱面として機能する。

熱電変換デバイスは、従来の冷媒と圧縮機を利用した冷却装置に比べて大きな能力は確保できないものの、小型かつ軽量であり、また静音設計が可能である。この特徴を生かして携帯性、省スペース性等を考慮した商品が考案されている。

また、熱電変換デバイスの特長を生かして、熱電変換デバイスの直流電源の極性を反転させることで同一空間内において冷却と加熱の両作用を自在に制御できる。

以下、図面を参照しながら上記従来の冷蔵庫について説明する。図９は、従来の冷蔵庫の縦断面図である。

冷蔵庫本体１０１は、外箱１０２と内箱１０３との間に断熱材１０４を充填した断熱壁１０５により構成され、この断熱壁１０５で囲まれた庫内空間を冷蔵室１０６としている。この冷蔵室１０６の前面開口部は扉１０７によって開閉される。

一方、冷蔵庫本体１０１の背面の断熱壁１０５に形成された貫通孔１０８内には、２個の熱電素子１０９が左右に配置され、各熱電素子１０９の吸熱面は庫内側に向けられ庫内側伝熱ブロック１１０を介して庫内側熱交換器１１２を接続し庫内を冷却する。また、放熱面は庫外側に向けられ庫外側伝熱ブロック１１１を介して庫外側熱交換器１１３を接続し放熱する。

また冷蔵庫本体１０１は、要求される製品寸法に合わせて、外箱１０２は折り曲げ加工し、一面が開口する箱形状に形成する。また内箱１０３は板金の場合は外箱１０２と同様の加工を行い、樹脂系の場合は真空成型により箱形状に形成するのが一般的である。こうして形成した外箱１０２と内箱１０３を組み合わせ、発泡用冶具を使用して外箱と内箱の間に断熱材を充填し発泡する。
特開平０５−３１２４５４号公報

しかしながら、上記従来の技術では、要求される製品寸法に合わせて外箱または内箱の部品成形金型が複雑かつ大型化し、充填発泡時の発泡用冶具が各々の製品で必要となり、さらには発泡用冶具が大型化しコストが嵩むので、設備投資が莫大となるという課題があった。

そこで、本発明は上記従来の課題を解決するもので、発泡用冶具を小型化、共用化して設備投資を低減することを目的としている。

また寸法に対してもフレキシブル性を持たせた設備にすることで、共用化、高性能化と生産性を向上させることを目的としている。

この目的を達成するため本発明は、断熱パネルの貫通孔に熱電変換デバイスを配置し、前記断熱パネルの片面に前記熱電変換デバイスの放熱面と熱交換する放熱側熱交換手段を設置し、前記断熱パネルの他の片面に前記熱電変換デバイスの吸熱面と熱交換する吸熱側熱交換手段を設置したのである。

これにより、断熱材を介して放熱面と冷却面とを有する断熱パネルが提供できる。また断熱パネルの組み込み、設置が容易であり、その他の断熱パネルと各々組み合わせることにより容易に冷却システムを備えた断熱箱体が構成でき、組立工数が低減できる。また断熱パネルを構成する外板または内板の加工が複雑でないため部品形成するための設備投資を抑えることができ、さらには断熱材を充填し発泡する発泡用冶具が大型化しないので設備投資を抑えることができる。

本発明によれば、断熱材を介して放熱面と冷却面とを有する断熱パネルが提供できる。また断熱パネルの組み込み、設置が容易であり、その他の断熱パネルと各々組み合わせることにより容易に冷却システムを備えた断熱箱体が構成でき、組立工数が低減できる。また断熱パネルを構成する外板または内板の加工が複雑でないため部品形成するための設備投資を抑えることができ、さらには断熱材を充填し発泡する発泡用冶具が大型化しないので設備投資を抑えることができる。

本発明の請求項１に記載の電子冷却ユニットを備えた断熱パネルの発明は、少なくとも外板と内板を配置すると共に前記外板と前記内板との隙間に断熱材を充填して形成される断熱パネルにおいて、前記断熱パネルが貫通孔を有し、少なくとも放熱面と吸熱面とを有し前記貫通孔に挿入し介在させる熱電変換デバイスと、前記貫通孔を有する断熱パネルの片面側に設置する前記放熱面と熱的に接続され前記放熱面と熱交換する放熱側熱交換手段と、もう一方の面側に設置する前記吸熱面と熱的に接続され前記吸熱面と熱交換する吸熱側熱交換手段とから構成される電子冷却ユニットが組み込まれているのである。

請求項１に記載の発明では、断熱パネルに熱電変換デバイスを挿入し介在させるための貫通孔を設け、断熱パネルの片方の面側に熱電デバイスの放熱面と熱的に接続して放熱面と熱交換する放熱側熱交換手段ともう一方の面側に熱電変換デバイスの吸熱面と熱的に接続して吸熱面と熱交換する吸熱側熱交換手段を一体的に組み込んでいるので、断熱材を介して放熱面と冷却面とを有するパネルが提供できる。また断熱パネルの組み込み、設置が容易であり、その他の断熱パネルと各々組み合わせることにより容易に冷却システムを備えた断熱箱体が構成でき、組立工数が低減できる。またパネルを構成している外板または内板の加工が複雑でないため部品形成するための設備投資を抑えることができ、さらには断熱材を充填し発泡する発泡用冶具が大型化しないので設備投資を抑えることができる。

また、請求項２に記載の電子冷却ユニットを備えた断熱パネルの発明は、請求項１に記載の発明において、電子冷却ユニットを備えた断熱パネルの一方または両方の面に放熱用または冷却用のファンを設置したものであり、強制対流により放熱能力または冷却能力が向上し、またファン据え付けの断熱パネルにすることにより別の取り付け部材や取り付け位置を設けなくて良いのでさらに組立工数が低減でき、組立性が向上する。

また、請求項３に記載の電子冷却ユニットを備えた断熱パネルの発明は、請求項１または２に記載の発明において、電子冷却ユニットを備えた断熱パネルの一方または両方の面にダクトを構成する部材を設置したものであり、放熱または冷却の効率が向上し、ダクト据え付けの断熱パネルにすることにより別の取り付け部材や取り付け位置を設けなくて良いのでよりさらに組立工数が低減でき、組立性が向上する。

また、請求項４に記載の電子冷却ユニットを備えた断熱パネルの発明は、請求項１から３に記載の発明において、電子冷却ユニットを備えた断熱パネルにドレン水を排水させる排水口を設けたものであり、冷却側熱交換手段からのドレン水を別の部材を設けなくても排出できる。

また、請求項５に記載の電子冷却ユニットを備えた断熱パネルの発明は、請求項４に記載の発明において、電子冷却ユニットを備えた断熱パネルにドレン水の受け皿を設置したものであり、受け皿据え付けの断熱パネルにすることにより別の取り付け部材や取り付け位置を設けなくて良いのでよりさらに組立工数が低減でき、組立性が向上する。

また、請求項６に記載の電子冷却ユニットを備えた断熱パネルの発明は、請求項１から５に記載の発明において、電子冷却ユニットを備えた断熱パネルにセンサーを設置したものであり、センサー据え付けの断熱パネルにすることにより別の取り付け部材や取り付け位置を設けなくて良いのでよりさらに組立工数が低減でき、組立性が向上する。また、センサーにより精密な温度制御が可能となる。

また、請求項７に記載の電子冷却ユニットを備えた断熱パネルの発明は、請求項１から６に記載の発明において、電子冷却ユニットを備えた断熱パネルに制御基板を設置したものであり、制御基板据え付けの断熱パネルにすることにより別の取り付け部材や取り付け位置を設けなくて良いのでよりさらに組立工数が低減でき、組立性が向上する。また、センサーからの信号を精密制御できる。さらには電子冷却ユニットを備えた断熱パネルに部品が集約しているので線処理は電子冷却ユニットを備えた断熱パネルで完了するので、全体としての組立工数が低減でき、組立性が向上する。

また、請求項８に記載の電子冷却ユニットを備えた断熱パネルの発明は、請求項１から７に記載の発明において、電子冷却ユニットを備えた断熱パネルにランプを設置したものであり、電子冷却ユニットを備えた断熱パネル制御基板据え付けの断熱パネルにすることにより別の取り付け部材や取り付け位置を設けなくて良いのでよりさらに組立工数が低減でき、組立性が向上する。さらにドア等を開閉したときに中身が照らされ見やすくなる。

また、請求項９に記載の電子冷却ユニットを備えた断熱パネルの発明は、請求項１から８に記載の発明において、電子冷却ユニットを備えた断熱パネルに充填した断熱材の一部または全部に少なくとも非通気性の外被材と前記外被材内に収容される断熱性を有する芯材で構成され、前記外被材内部が減圧状態に保たれた真空断熱材を使用したものであり、通常の断熱材より真空断熱材の断熱性能が高いため同等性能を要求するのであれば断熱パネルの厚みを薄くしてコンパクト化することができ、断熱材と同じ厚さであれば侵入熱量が減少するので冷却効率を高めることができる。

また、請求項１０に記載の電子冷却ユニットを備えた断熱パネルの発明は、請求項９に記載の発明において、真空断熱材は挿入し介在させる電子冷却ユニットと略同一の貫通孔を有する板状とするものであり、貫通孔を有する一つの板状の真空断熱材を使用することにより、複数の板状の真空断熱材を組み合わせて熱電変換デバイス（電子冷却ユニット）を取り囲む場合よりも、高い断熱性能が得られ、熱電変換デバイスの冷却効率を高めることができる。また、貫通孔を有する一つの板状の真空断熱材を使用することにより、複数の板状の真空断熱材を組み合わせて熱電変換デバイス（電子冷却ユニット）を取り囲む場合よりも、電子冷却ユニットの組み立てが簡単である。

また、請求項１１に記載の電子冷却ユニットを備えた断熱パネルの発明は、請求項１から１０に記載の発明において、放熱側熱交換手段と吸熱側熱交換手段の一方または両方は、接合面と反対側に空気と熱交換するための複数のフィンを備えたヒートシンクとするものであり、気流と熱交換する機能を追加しているので熱交換効率が向上する。

また、請求項１２に記載の電子冷却ユニットを備えた断熱パネルの発明は、請求項１から１０に記載の発明において、放熱側熱交換手段と吸熱側熱交換手段の一方または両方は、内部を液体が流れる熱交換器とするものであり、液体と熱交換する機能を追加しているので、離れたところとの熱の移動が可能となる。

また、請求項１３に記載の電子冷却ユニットを備えた断熱パネルの発明は、請求項１から１０に記載の発明において、放熱側熱交換手段と吸熱側熱交換手段の一方または両方は、ヒートパイプとするものであり、離れたところとの熱の移動を可能液体と熱交換する機能を追加しているので、離れたところとの熱の移動が可能となる。

また、請求項１４に記載の電子冷却ユニットを備えた断熱パネルの発明は、請求項１から１３に記載の発明において、熱電変換デバイスを、放熱側熱交換手段または吸熱側熱交換手段の接合面に平行に並べられた複数の熱電変換デバイス単体で構成するものであり、放熱側熱交換手段または吸熱側熱交換手段と熱電変換デバイスとの接触面積が増えることにより、放熱側熱交換手段または吸熱側熱交換手段と熱電変換デバイスとの熱交換量が増え、電子冷却ユニットとしての冷却能力を高めることができる。

また、請求項１５に記載の電子冷却ユニットを備えた断熱パネルの発明は、請求項１から１３に記載の発明において、熱電変換デバイスを、放熱側熱交換手段または吸熱側熱交換手段の接合面に垂直に重ねた複数の熱電変換デバイス単体で構成するものであり、積層された（重ねた）熱電変換デバイス両端の放熱面の温度差を大きくすることによって、冷却温度を下げることができる。

また、請求項１６に記載の断熱箱体の発明は、請求項１から１５のいずれか一項に記載の電子冷却ユニットを備えた断熱パネルの少なくとも１枚と複数枚の他の断熱パネルとを相互に連結することにより断熱箱体を構成するものであり、組み合わせることにより容易に冷却システムを備えた断熱箱体が構成でき、組立工数が低減できる。さらには断熱材を充填し発泡する発泡用冶具が大型化しないので設備投資を抑えることができる。

また、請求項１７に記載の断熱箱体の発明は、請求項１６に記載の発明において、断熱パネルの断熱材の一部または全部に少なくとも非通気性の外被材と前記外被材内に収容される断熱性を有する芯材で構成され、前記外被材内部が減圧状態に保たれた真空断熱材を使用しているものであり、断熱パネルの断熱性能が高まるのでさらに冷えやすい断熱箱体を提供できる。

以下、本発明の電子冷却ユニットを備えた断熱パネルの実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１による電子冷却ユニットを備えた断熱パネルで組み立てる断熱箱体の分解外観斜視図であり、図２は、同実施の形態による背面パネルの全体概略縦断面図であり、図３は、同実施の形態による背面パネルの電子冷却ユニット部分の縦断面図であり、図４は、同実施の形態による背面パネルの電子冷却ユニット部分の他の縦断面図である。

図１において、断熱箱体１は、背面パネル２と、上面パネル３と、左右の側面パネル４と、底面パネル５の組み合わせにより前面を開口する収納室６を形成し、収納室６の前面に扉（図示していない）を有する。

また、背面パネル２と、上面パネル３と、左右の側面パネル４と、底面パネル５は、外板７と内板８とでパネル外郭を形成し、外板７と内板８との間に断熱材９を充填し発泡して構成している。

外板７は、一般的には金属製で表面処理を施した鋼板鉄板が使用される。また内板８は、樹脂製のものが使用されるのが一般的である。断熱材９は、発泡ウレタンを使用している。

さらに背面パネル２と、上面パネル３と、左右の側面パネル４と、底面パネル５の断熱材９内に、真空断熱材１０を内板８の裏面側に当て、ホットメルト等で接着固定し、充填する断熱材９とともに一体発泡して構成できる。真空断熱材１０を外板７の裏面側に当て、ホットメルト等で接着固定しても良い。

図２、図３において、真空断熱材１０は、非通気性の外被材１０ａの内部に芯材１０ｂを収容し、非通気性の外被材１０ａの内部が減圧状態に保たれて真空断熱材１０を構成している。

真空断熱材１０は、１．３〜１３３Ｐａの真空度で製造可能であり、従来の発泡ウレタン等の断熱材９と比べて約２〜３倍の断熱性能を示すことが知られている。

ここで、外被材１０ａは、ガスバリヤ性に優れたプラスチックラミネート袋であり、最外層がナイロン（１５μｍ）、その内側がポリエチレンテレフタレート（１２μｍ）、中間層がアルミ箔（６μｍ）、最内層が熱溶着層であり低密度ポリエチレン（１００μｍ）からなる４層構成である。

最外層およびその内側は、外部からの耐衝撃性、耐摩耗性に優れた材料で、上記の他、二軸延伸ポリプロピレンなどが使用でき、これら３種の材料の少なくとも１種類が含まれることが好ましい。

中間層はガスバリヤ性に優れた材料で、アルミ箔の他、アルミ蒸着層を有するガスバリヤ性材料等も使用できる。最内層が熱溶着性材料であり、上記の他、高密度ポリエチレン、非晶質ポリプロピレン、アモルファスポリエチレンテレフタレート、エチレンビニルアルコール共重合体等が使用でき、シール安定性の点から融点の低いものが好ましい。

また、芯材１０ｂは、外被材１０ａによって減圧密封される空間が大気圧力によって潰されるのを防止するためのものであり、完全連通構造の多孔質体が使用でき、好ましくは、低真空でも高い断熱性能を発揮する微細孔のものが良い。

例えば、非晶質シリカ粉末、連続気泡構造のウレタンフォーム、微細繊維グラスウール等があり、特に微細繊維グラスウールは、優れた断熱性能を有し、真空断熱容器を形成したときに可擁性を有する点から好ましい。また、シリカ粉末に限定されるものではなく、パーライト粉末や珪酸カルシウム板、連通フォーム、グラスウールなどの公知材料を使用しても良い。

主要構成材料は以上であるが、特に高温で使用される場合、あるいは、要求性能および耐用寿命が厳しい場合、補助的に水分吸着剤、あるいは空気吸着物質として常温活性型ゲッター等を用いることが好ましい。

水分吸着剤としては、ゼオライトに限定されるものではなく、水酸化カルシウムや塩化カルシウム、塩化リチウム、活性炭やシリカゲルなど、一般公知の水分吸着剤を使用できる。

吸着能力的には、水酸化カルシウムや塩化カルシウム、塩化リチウムなどの化学吸着が優れているが、取り扱い性を考慮すると物理吸着であるゼオライト活性炭などが適している。

また、背面パネル２は貫通孔１１を有し、貫通孔１１に熱電変換デバイス（熱電モジュール）１２の放熱面１２ａと吸熱面１２ｂが貫通孔１１の孔形成方向に対して垂直に配置している。

放熱側熱交換手段１３は、具体的には複数のフィン１３ａを備えた放熱用ヒートシンクで、フィン１３ａの背面側は熱電変換デバイス（熱電モジュール）１２の放熱面１２ａと直接または間接的に熱的に接合されている。

冷却側熱交換手段１４は、具体的には複数のフィン１４ａを備えた冷却用ヒートシンクで、フィン１４ａの背面側は熱電変換デバイス（熱電モジュール）１２の吸熱面１２ｂと直接または間接的に熱的に接合されている。

ともに間接的に接合されるとは、アルミニウム等の熱伝導性に優れた素材のブロック１５を介して接合されていることである。

電子冷却ユニット１６は、熱電変換デバイス（熱電モジュール）１２と、放熱側熱交換手段（放熱用ヒートシンク）１３と、冷却側熱交換手段（冷却用ヒートシンク）１４と、ブロック１５と、枠体１７から構成されている。

放熱側熱交換手段（放熱用ヒートシンク）１３と枠体１７、ブロック１５と枠体１７はそれぞれＯリング１８等の弾性体を介して取り付けられている。Ｏリング１８は、熱応力に対するひずみの吸収体、または枠体１７の外部からの湿気等の侵入を防止するシールとしての働きをしている。

放熱側熱交換手段（放熱用ヒートシンク）１３と冷却側熱交換手段（冷却用ヒートシンク）１４は、アルミニウム等の熱伝導性に優れた素材によって作られたものである。放熱側熱交換手段（放熱用ヒートシンク）１３と冷却側熱交換手段（冷却用ヒートシンク）１４は、いずれもベースとなる熱電変換デバイス（熱電モジュール）１２のから熱を拡散する板状部を持ち、その表面側に多数のフィン１３ａ，１４ａが設けられたものである。

また放熱側熱交換手段（放熱用ヒートシンク）１３と冷却側熱交換手段（冷却用ヒートシンク）１４は、フィン１３ａ，１４ａの形状を板状部の表面を薄く削り、削り部を起立させたものや、フィン１３ａ，１４ａが略Ｌ字型または略Ｉ字型の薄い板状の部材であり、放熱側熱交換手段（放熱用ヒートシンク）１３と冷却側熱交換手段（冷却用ヒートシンク）１４の板状部の表面側にカシメあるいは超音波溶接等の加工を行い、接合したものがある。

放熱側熱交換手段（放熱用ヒートシンク）１３側の放熱空間にダクト１９を形成するカバー２０、放熱用ファン２１を背面パネル２に設置する。放熱用ファン２１はカバー２０と一体的に取り付けても良い。また、センサー３０からの信号を受け、熱電変換デバイス（熱電モジュール）１２への電気入力を制御する電源・制御基板２２を背面パネル２に設置する。

冷却側熱交換手段（冷却用ヒートシンク）１４側の放熱空間にダクト２３を形成するカバー２４、冷却用ファン２５を背面パネル２に設置する。冷却用ファン２５はカバー２４と一体的に取り付けても良い。また、庫内用の照明としてランプ２６、冷却側の空気温度を検知するセンサー３０を背面パネル２に設置する。

また、冷却側熱交換手段（冷却用ヒートシンク）１４に発生するドレン水を冷却側受け皿２８で受け、背面パネルに設けた排水口２７を通して、放熱側に排水し、放熱側受け皿２９で最終受ける。

以上のように構成された電子冷却ユニットを備えた断熱パネルの場合には、冷却システム関連部材を背面パネルに集めることによりパネルのユニット化ができ、各パネルを組み合わせる時の組立工数が低減できる。

また、前面を開口した断熱箱体１は、背面パネル２と、上面パネル３と、左右の側面パネル４と、底面パネル５の組み合わせにより構成しているので、背面パネル２と、上面パネル３と、左右の側面パネル４と、底面パネル５の外形寸法を変えることにより、断熱箱体１の収納室６を自由に造ることができる。

また、各パネル作成の断熱材９の充填発泡時の冶具も簡単にでき、また冶具の外形寸法をフレキシブルに変えることも簡単にすることができるため、加工しやすく、多種の大きさに対応もしやすく、製造コストも低減できる。

また、熱電変換デバイス（熱電モジュール）１２に所定の電流を流す（電圧をかける）と、放熱面１２ａが加熱され、吸熱面１２ｂが冷却される。冷却側では、吸熱面１２ｂが冷却されると冷却側熱交換手段（冷却用ヒートシンク）１４は吸熱面１２ｂによってほぼ直接冷却され、さらに庫内側の気流が冷却側熱交換手段（冷却用ヒートシンク）１４によって冷却される。この過程により、熱電変換デバイス（熱電モジュール）１２によって冷却側の気流が効率良く冷却されることになる。

また放熱側では、放熱面１２ａが加熱されると放熱側熱交換機（放熱用ヒートシンク）１３は放熱面１２ａによってほぼ直接加熱され、さらに放熱側の気流が放熱側熱交換機（放熱用ヒートシンク）１３によって加熱される。この過程により、熱電変換デバイス（熱電モジュール）１２からの熱が放熱側の気流に効率良く排熱されることになる。

さらに熱電変換デバイス（熱電モジュール）１２の周囲が断熱材９または真空断熱材１０に保持されるため、熱電変換デバイス（熱電モジュール）１２内部での対流や熱伝導による熱移動を抑え、熱電変換デバイス（熱電モジュール）１２の効率が向上する。

以上のように本発明の実施の形態１の電子冷却ユニットを備えた断熱パネルは、吸熱面１２ｂと放熱面１２ａとを有し電流を流す（電圧をかける）ことにより放熱面１２ａが加熱され吸熱面１２ｂが冷却される熱電変換デバイス（熱電モジュール）１２と、真空断熱材１０が少なくとも非通気性の外被材１０ａと断熱性を有する芯材１０ｂで構成され、かつ外被材１０ａ内部が減圧状態に保たれていて、真空断熱材１０に貫通孔１１を備え、熱電変換デバイス（熱電モジュール）１２が貫通孔１１内に熱電変換デバイス（熱電モジュール）１２の冷却面１２ｂまたは放熱面１２ａを貫通孔１１の孔形成方向に対して垂直に配置していることにより、優れた断熱性能を有する真空断熱材１０が熱電変換デバイス（熱電モジュール）１２の周囲に一体で構成するので、従来電子冷却ユニット１６周囲における断熱性を確保するため必要であった壁厚を小さくすることができる（図４）。

また、熱電変換デバイス（熱電モジュール）１２の周囲からの熱リークをコンパクトな領域で抑えて、従来必要であった厚さ調整用のブロック１５などの熱抵抗やその接合部で生じる接触熱抵抗の増加を抑制することができ、電子冷却ユニット１６の冷却効率を高めることができる。

さらに熱電変換デバイス（熱電モジュール）１２の放熱面１２ａと吸熱面１２ｂが直接または間接的に熱的に放熱側熱交換手段（放熱用ヒートシンク）１３または冷却側熱交換手段（冷却用ヒートシンク）１４と接合することにより、電子冷却ユニット１６に気流と熱交換する機能を追加するとともに、放熱側熱交換手段（放熱用ヒートシンク）１３や冷却側熱交換手段（冷却用ヒートシンク）１４の背面で熱電変換デバイス（熱電モジュール）１２の周囲を真空断熱材１０で完全に断熱することができ、さらに放熱側熱交換手段（放熱用ヒートシンク）１３や冷却側熱交換手段（冷却用ヒートシンク）１４を含めた電子冷却ユニット１６をコンパクト化し、冷却側熱交換手段（冷却用ヒートシンク）１４を冷却側に突出させずに庫内容積を拡げることができる。

また放熱側熱交換手段（放熱用ヒートシンク）１３と冷却側熱交換手段（冷却用ヒートシンク）１４の両方を熱電変換デバイス（熱電モジュール）１２に接合した状態で断熱パネルに取り付けが可能となり、電子冷却ユニット１６としてのユニット化により組み込み工程が単純化できる。熱電変換デバイス（熱電モジュール）１２を使用しているので軽量である。また、設置姿勢に制約を受けない。

また、本発明の実施の形態１では、放熱側熱交換手段（放熱用ヒートシンク）１３が庫外側に、また冷却側熱交換手段（冷却用ヒートシンク）１４が庫内側に向くように取り付けられるが、放熱側熱交換手段（放熱用ヒートシンク）１３が庫内側に、また冷却側熱交換手段（冷却用ヒートシンク）１４が庫外側に向くように取り付けて、庫内側を加温庫として使用することもできる。あるいは、貫通口１１を有する背面パネル２の組立方向を逆にすれば加温庫として使用することもできる。

また、本発明の実施の形態１では、放熱側熱交換手段（放熱用ヒートシンク）１３が庫外側に、また冷却側熱交換手段（冷却用ヒートシンク）１４が庫内側に向くように収納庫に電子冷却ユニット１６が取り付けられ、庫内側が冷蔵庫また冷凍庫としているが、電子冷却ユニット１６を本発明の実施の形態１のように取り付けても、熱電変換デバイス（熱電モジュール）１２へ供給する電流方向を切り替えられる電流供給装置を使用することにより冷温蔵庫として使用することができる。

また、本発明の実施の形態１のようにパネルを組み合わせて断熱箱体としたが、例えば壁に電子冷却ユニットを備えた断熱パネルをはめ込むことでスポットクーラーとすることも可能である。また冷温の切り替え方法については、上述した手段と同一である。

また、本発明の実施の形態１では開口部を前面として説明しているが、各断熱パネルの組み立て方では、開口部が他の面にある場合も同一である。

（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２による電子冷却エニットを備えた断熱パネルについて、図５を参照しながら説明するが、実施の形態１と同一構成については同一符号を付してその詳細な説明は省略する。

図５は、本発明の実施の形態２による背面パネルの電子冷却ユニット部分の他の縦断面図である。

実施の形態１の電子冷却ユニット１６では、熱電変換デバイス（熱電モジュール）１２の放熱面１２ａに放熱側熱交換手段（放熱用ヒートシンク）１３を接合しているが、実施の形態２では、図５に示すように、熱電変換デバイス（熱電モジュール）１２の放熱面１２ａに流体流路を構成するパイプ３１を接合している。

これにより、電子冷却ユニット１６に液体と熱交換する機能を追加し、電子冷却ユニット１６と離れたところとの熱移動を可能にすることができる。

実施の形態２による電子冷却ユニット１６は、放熱側熱交換手段と吸熱側熱交換手段のうちの放熱側熱交換手段を、流体流路を構成するパイプ（内部を液体が流れる熱交換器）３１とするものであり、パイプ（放熱側熱交換手段）３１以外の構成は、実施の形態１の電子冷却ユニット１６と同一である。

（実施の形態３）
以下、本発明の実施の形態３による電子冷却ユニット１６について、図６を参照しながら説明するが、実施の形態１と同一構成については同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。

図６は、本発明の実施の形態３による背面パネルの電子冷却ユニット部分の他の縦断面図である。

実施の形態１の電子冷却ユニット１６では、熱電変換デバイス（熱電モジュール）１２の放熱面１２ａに放熱側熱交換手段（放熱用ヒートシンク）１３を接合しているが、実施の形態３では、図６に示すように、熱電変換デバイス（熱電モジュール）１２の放熱面１２ａにヒートパイプ３２を接合している。

これにより、電子冷却ユニット１６と離れたところとの熱移動を可能にすることができる。

実施の形態３による電子冷却ユニット１６は、放熱側熱交換手段と吸熱側熱交換手段のうちの放熱側熱交換手段を、ヒートパイプ３２とするものであり、放熱側熱交換手段（ヒートパイプ）３２以外の構成は、実施の形態１の電子冷却ユニツト１６と同一である。

（実施の形態４）
以下、本発明の実施の形態４による電子冷却ユニットを備えた断熱パネルについて、図７を参照しながら説明するが、実施の形態１と同一構成については同一符号を付してその詳細な説明は省略する。

図７は、本発明の実施の形態４による背面パネルの電子冷却ユニット部分の縦断面図である。

実施の形態１の電子冷却ユニット１６では、真空断熱材１０に備えた貫通孔１１に収容された熱電変換デバイス（熱電モジュール）１２は１個としたが、実施の形態２では、図７に示すように、熱電変換デバイス（熱電モジュール）１２は真空断熱材１０の貫通孔１１の孔形成方向に対して垂直な平面方向に複数個配置している。

実施の形態４による電子冷却ユニット１６は、熱電変換デバイス（熱電モジュール）１２を、放熱側熱交換手段（放熱用ヒートシンク）１３または吸熱側熱交換手段（冷却用ヒートシンク）１４の接合面に平行に並べられた複数の熱電変換デバイス（熱電モジュール）単体１２で構成するものであり、その他の構成は、実施の形態１の電子冷却ユニット１６と同一である。

本実施の形態４では、放熱側熱交換手段（放熱用ヒートシンク）１３または吸熱側熱交換手段（冷却用ヒートシンク）１４と熱電変換デバイス（熱電モジュール）１２との接触面積が増えることにより、放熱側熱交換手段（放熱用ヒートシンク）１３または吸熱側熱交換手段（冷却用ヒートシンク）１４と熱電変換デバイス（熱電モジュール）１２との熱交換量が増え、電子冷却ユニット１６の冷却能力を高めることができる。

また、複数の熱電変換デバイス（熱電モジュール）単体１２を放熱側熱交換手段（放熱用ヒートシンク）１３または吸熱側熱交換手段（冷却用ヒートシンク）１４の接合面に平行に並べることにより、熱電変換デバイス（熱電モジュール）１２の外周面と放熱側熱交換手段（放熱用ヒートシンク）１３の接合面と吸熱側熱交換手段（冷却用ヒートシンク）１４の接合面とで囲まれた空間が小さくなり、その空間を埋めるために設けられる真空断熱材１０の量を少なくできる。

（実施の形態５）
以下、本発明の実施の形態５による電子冷却ユニットについて、図８を参照しながら説明するが、実施の形態１と同一構成については同一符号を付してその詳細な説明は省略する。

図８は、本発明の実施の形態５による背面パネルの電子冷却ユニット部分の縦断面図である。

実施の形態１の電子冷却ユニット１６では、真空断熱材１０に備えた貫通孔１１に収容された熱電変換デバイス（熱電モジュール）１２は１段としたが、実施の形態５では、図８に示すように、熱電変換デバイス（熱電モジュール）１２は真空断熱材１０の貫通孔１１の孔形成方向に複数段積層している。

これにより、真空断熱材１０の貫通孔１１の孔形成方向両端の放熱面１２ａと吸熱面１２ｂの温度差を大きくすることによって、吸熱側熱交換手段（冷却用ヒートシンク）１４の温度をさらに下げ、庫内の気流の冷却温度をさらに下げることができる。

実施の形態５による電子冷却ユニット１６は、熱電変換デバイス（熱電モジュール）１２を、放熱側熱交換手段（放熱用ヒートシンク）１３または吸熱側熱交換手段（冷却用ヒートシンク）１４の接合面に垂直に重ねた複数（２つ）の熱電変換デバイス（熱電モジュール）単体１２で構成するものであり、積層された（重ねた）熱電変換デバイス（熱電モジュール）１２両端の放熱面の温度差を大きくすることによって、冷却温度を下げることができる。

また、真空断熱材１０の厚みを熱電変換デバイス（熱電モジュール）１２の厚みに合わせる場合に、一つの熱電変換デバイス（熱電モジュール）（単体）１２に合わせた厚みの真空断熱材１０では充分な断熱性能が得られない場合であっても、複数の熱電変換デバイス（熱電モジュール）単体１２を重ねて熱電変換デバイス（熱電モジュール）１２を厚くすると、真空断熱材１０の厚みを厚くできるため、真空断熱材１０の断熱性能が向上し、放熱側熱交換手段（放熱用ヒートシンク）１３と吸熱側熱交換手段（冷却用ヒートシンク）１４との間の熱の移動量が少なくなって、電子冷却ユニット１６の冷却効率を高めることができる。

本発明の電子冷却ユニットを備えた断熱パネルは、容易に冷却システムを備えた断熱箱体が構成でき、組立工数が低減でき、設備投資を抑えることができるので、設置場所に最適な寸法が要求され多品種少量生産を余儀なくされているホテルや厨房用の冷蔵庫の用途に適用できる。

本発明の実施の形態１による電子冷却ユニットを備えた断熱パネルで組み立てる断熱箱体の分解外観斜視図 同実施の形態による背面パネルの全体概略縦断面図 同実施の形態による背面パネルの電子冷却ユニット部分の縦断面図 同実施の形態による背面パネルの電子冷却ユニット部分の他の縦断面図 本発明の実施の形態２による背面パネルの電子冷却ユニット部分の他の縦断面図 本発明の実施の形態３による背面パネルの電子冷却ユニット部分の他の縦断面図 本発明の実施の形態４による背面パネルの電子冷却ユニット部分の縦断面図 本発明の実施の形態５による背面パネルの電子冷却ユニット部分の縦断面図 従来の冷蔵庫の縦断面図

符号の説明

１ 断熱箱体
２ 背面パネル
３ 上面パネル
４ 側面パネル
５ 底面パネル
７ 外板
８ 内板
９ 断熱材
１０ 真空断熱材
１１ 貫通孔
１２ 熱電変換デバイス
１３ 放熱側熱交換手段
１４ 冷却側熱交換手段
１６ 電子冷却ユニット
２０ ダクトカバー（放熱側）
２１ 放熱ファン
２２ 電源・制御基板
２４ ダクトカバー（冷却側）
２５ 冷却ファン
２６ ランプ
２７ 排水口
２８ ドレン皿（冷却側）
２９ ドレン皿（放熱側）
３０ センサー
３１ 流体流路を構成するパイプ
３２ ヒートパイプ

Claims (17)

1. 少なくとも外板と内板を配置すると共に前記外板と前記内板との隙間に断熱材を充填して形成される断熱パネルにおいて、前記断熱パネルが貫通孔を有し、少なくとも放熱面と吸熱面とを有し前記貫通孔に挿入し介在させる熱電変換デバイスと、前記貫通孔を有する断熱パネルの片面側に設置する前記放熱面と熱的に接続され前記放熱面と熱交換する放熱側熱交換手段と、もう一方の面側に設置する前記吸熱面と熱的に接続され前記吸熱面と熱交換する吸熱側熱交換手段とから構成される電子冷却ユニットが組み込まれていることを特徴とする電子冷却ユニットを備えた断熱パネル。
2. 貫通孔を有する断熱パネルの一方または両方の面に放熱用または冷却用のファンを設置したことを特徴とする請求項１に記載の電子冷却ユニットを備えた断熱パネル。
3. 貫通孔を有する断熱パネルの一方または両方の面にダクトを構成する部材を設置したことを特徴とする請求項１または２に記載の電子冷却ユニットを備えた断熱パネル。
4. 貫通孔を有する断熱パネルにドレン水を排水させる排水口を設けたことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の電子冷却ユニットを備えた断熱パネル。
5. 貫通孔を有する断熱パネルにドレン水の受け皿を設置したことを特徴とする請求項４に記載の電子冷却ユニットを備えた断熱パネル。
6. 貫通孔を有する断熱パネルにセンサーを設置したことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の電子冷却ユニットを備えた断熱パネル。
7. 貫通孔を有する断熱パネルに制御基板を設置したことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の電子冷却ユニットを備えた断熱パネル。
8. 貫通孔を有する断熱パネルにランプを設置したことを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の電子冷却ユニットを備えた断熱パネル。
9. 貫通孔を有する断熱パネルの充填した断熱材の一部または全部に少なくとも非通気性の外被材と前記外被材内に収容される断熱性を有する芯材で構成され、前記外被材内部が減圧状態に保たれた真空断熱材を使用したことを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の電子冷却ユニットを備えた断熱パネル。
10. 真空断熱材は挿入し介在させる電子冷却ユニットと略同一の貫通孔を有する板状であることを特徴とする請求項９に記載の電子冷却ユニットを備えた断熱パネル。
11. 放熱側熱交換手段と吸熱側熱交換手段の一方または両方は、接合面と反対側に空気と熱交換するための複数のフィンを備えたヒートシンクであることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の電子冷却ユニットを備えた断熱パネル。
12. 放熱側熱交換手段と吸熱側熱交換手段の一方または両方は、内部を液体が流れる熱交換器である請求項１から１０のいずれか一項に記載の電子冷却ユニットを備えた断熱パネル。
13. 放熱側熱交換手段と吸熱側熱交換手段の一方または両方は、ヒートパイプであるであることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の電子冷却ユニットを備えた断熱パネル。
14. 熱電変換デバイスを、放熱側熱交換手段または吸熱側熱交換手段の接合面に平行に並べられた複数の熱電変換デバイス単体で構成した請求項１から１３のいずれか一項に記載の電子冷却ユニットを備えた断熱パネル。
15. 熱電変換デバイスを、放熱側熱交換手段または吸熱側熱交換手段の接合面に垂直に重ねた複数の熱電変換デバイス単体で構成した請求項１から１３のいずれか一項に記載の電子冷却ユニットを備えた断熱パネル。
16. 複数枚の断熱パネルと請求項１から１５のいずれか一項に記載の電子冷却ユニットを備えた断熱パネルの少なくとも１枚とを相互に連結することにより構成される断熱箱体。
17. 断熱パネルの断熱材の一部または全部に少なくとも非通気性の外被材と前記外被材内に収容される断熱性を有する芯材で構成され、前記外被材内部が減圧状態に保たれた真空断熱材を使用したことを特徴とする請求項１６に記載の断熱箱体。

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