JP2005300060A - 冷温庫およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】保冷や保温だけでなく、急冷却や急加熱ができる熱電変換デバイスを利用した冷温庫を提供することを目的とする。
【解決手段】二つの伝熱面１ａ、１ｂ持つ熱電変換デバイス１と、伝熱面１ａに熱的に接続された主熱交換器２と、伝熱面１ｂに熱的に接続された補助熱交換器５と、内部に貯蔵空間８を持ち複数の開口部９ａ、９ｂを有する箱体７と、主熱交換器２に気流を案内する主風路４と、気流を外部から導入する流入口１３と、気流を外部へ排出する流出口１５とを備え、主風路４の流入側が流入口１３と連結され、主風路４の流出側が開口部９ａと連結されるとともに、開口部９ｂが流出口１５と連結されたものであり、外部から導入した気流を冷却または加熱して貯蔵空間８を通過させることができるので、物品の温度に拘わらない気流によって急冷却や急加熱が容易にできる。
【選択図】図１

Description

本発明は飲食物や薬品等の物品を収納する冷温庫に関するもので、特に車両やパーソナル空間等の空調設備を備えた居住空間で使用される冷温庫に関するものである。

従来、この種の冷温庫としては、熱伝導性に優れた材料で構成された庫内容器を熱電変換素子で冷却または加熱するものが一般的である（例えば、特許文献１参照）。

図２は、特許文献１に記載された従来の冷温庫の断面図である。

図２に示すように、従来の冷温庫は、本体ケース２１と、この本体ケース２１の内部に配設され、物品出し入れ用の開口部３２を有した熱伝導容器２２と、前記本体ケース２１と熱伝導容器２２の間に充填された断熱材２３と、前記本体ケース２１の開口部３２を開閉し、かつ内部に断熱材２３を充填した蓋部材２４と、熱電変換デバイス２５とフィン２６とからなり、かつ前記熱伝導容器２２を冷却または加熱する熱交換器２７と、前記フィン２６に気流を送風するファン２８と、弾性部材２９を介して前記蓋部材２４に設けられた熱伝導容器２２に熱的に結合し得る熱伝導部材３０とから構成されている。

そして、前記熱交換器２７により、冷却または加熱される熱が熱伝導容器２２だけでなく熱伝導部材３０にも伝わることで、熱伝導容器２２の内部空間３１を効率良く冷却または加熱することができるとしている。
特開平８−１００９７５号公報

しかしながら、上記従来の構成では、熱伝導容器２２に収納した物品への熱交換は、熱伝導容器２２と接した一部分からの熱伝導と、前記熱伝導容器２２内部の空間３１に存在する空気の自然対流熱伝達によるものであり、十分な熱交換効率が得られない。

さらに、例えば高温の物品を収納し冷却する場合には、高温の物品によって熱伝導容器２２内部の空間３１に存在する空気は一旦温められる。その結果、物品と熱伝導容器２２内部の空気との温度差は小さくなり、十分な熱交換量が得られない。

このようなことから、上記従来の構成は、急冷却や急加熱に時間が掛かり、使用者にとって十分満足できないという課題を有していた。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、保冷や保温だけでなく、急冷却や急加熱ができる熱電変換デバイスを利用した冷温庫を提供することを目的とする。

上記従来の課題を解決するために、本発明の冷温庫は、内部空間を貯蔵空間とする断熱箱と、前記貯蔵空間に該貯蔵空間外からの気流が流入、流出する風回路と、前記風回路に設けられ、前記気流を冷風または温風とする熱源装置と、前記風回路に設けられ、前記貯蔵空間へ気流を供給する気流発生手段を具備したものである。

かかる構成により、断熱箱内の貯蔵空間には、所定温度の冷却風あるいは温風が循環するため、前記貯蔵空間内の急速冷却、急速加熱が可能となる。

また、本発明は、前記熱源装置を、二つの伝熱面を持ち一方が吸熱面として、また他方が発熱面としてそれぞれ作用する熱電変換デバイス、および前記伝熱面の一方に熱的に接続された主熱交換器と、前記伝熱面の他方に熱的に接続された補助熱交換器によって構成し、さらに前記風回路を、外部からの気流が前記貯蔵空間を通過し、外部へ排出する構成としたものである。

かかる構成とすることにより、外部から導入した気流を冷却または加熱して貯蔵空間を通過させることができる。

また、本発明は、前記風回路を、内部に前記主熱交換器を備えた主風路と、該主風路および前記貯蔵空間とは壁体によって仕切られ、かつ内部に前記補助熱交換器を備えた補助風路より構成し、前記補助風路の流入側を、前記流入口に連結したものである。

かかる構成とすることにより、補助熱交換器にも外部気流を導入することができる。

また、前記風回路を、内部に前記主熱交換器を備えた主風路と、該主風路および前記貯蔵空間とは壁体によって仕切られ、かつ内部に前記補助熱交換器を備えた補助風路より構成し、前記補助風路の流出側を、前記流出口に連結したものである。

かかる構成とすることにより、冷却された気流と加熱された気流が流出口で混合され、外部へ流出する気流と外気との温度差を小さくできる。

さらに、本発明は、上記冷温庫において、急冷却または急加熱運転モードと、保冷または保温運転モ−ドを持ち、急冷却または急加熱運転モードでは前記風回路の風量を大きく、また保冷または保温運転モードでは前記風回路の風量を小さくするように前記気流発生手段を制御するものである。

かかる制御とすることにより、貯蔵空間に置かれた物品の急冷却あるいは急加熱および、主熱交換器前後での気流の温度変化を大きしての低温または高温貯蔵が行える。

本発明の冷温庫は、外部から導入した気流を冷却または加熱して貯蔵空間を通過させることができるので、物品の温度に拘わらない気流によって急冷却や急加熱が容易にできる。

また本発明の冷温庫は、補助熱交換器にも外部気流を導入することができるので、主熱交換器と補助熱交換器の温度差を常に小さく保つことができ、熱電変換デバイスの性能を高め、冷温庫の性能を高めることができる。

また冷却された気流と加熱された気流が流出口で混合され、外部へ流出する気流と外気との温度差を小さくできるので、冷温庫の周囲にいる人への不快感を抑えることができる。

請求項１に記載の発明は、内部空間を貯蔵空間とする断熱箱と、前記貯蔵空間に該貯蔵空間外からの気流が流入、流出する風回路と、前記風回路に設けられ、前記気流を冷風または温風とする熱源装置と、前記風回路に設けられ、前記貯蔵空間へ気流を供給する気流発生手段を具備したもので、前記断熱箱内の貯蔵空間には、所定温度の冷却風あるいは温風が循環するため、前記貯蔵空間内の急速冷却、急速加熱が可能となる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明の冷温庫において、前記熱源装置を、二つの伝熱面を持ち一方が吸熱面として、また他方が発熱面としてそれぞれ作用する熱電変換デバイス、および前記伝熱面の一方に熱的に接続された主熱交換器と、前記伝熱面の他方に熱的に接続された補助熱交換器によって構成し、さらに前記断熱箱を、前記貯蔵空間に開口する複数の開口部を設けた構成とし、また前記風回路を、外部から気流を導入し、前記開口の一つを介して貯蔵空間へ導入する流入口と、前記貯蔵空間内の気流を前記開口の一つを介して外部へ排出する流出口を備えた構成としたもので、外部から導入した気流を冷却または加熱して貯蔵空間を通過させることができ、その結果、物品の温度に拘わらない気流によって急冷却や急加熱が容易にできる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の冷温庫において、前記風回路を、内部に前記主熱交換器を備えた主風路と、該主風路および前記貯蔵空間とは壁体によって仕切られ、かつ内部に前記補助熱交換器を備えた補助風路より構成し、前記補助風路の流入側を、前記流入口に連結したものであり、主熱交換器と補助熱交換器の温度差を常に小さく保つことができ、熱電変換デバイスの性能を高め、冷温庫の性能を高めることができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の冷温庫において、前記風回路を、内部に前記主熱交換器を備えた主風路と、該主風路および前記貯蔵空間とは壁体によって仕切られ、かつ内部に前記補助熱交換器を備えた補助風路より構成し、前記補助風路の流出側を、前記流出口に連結したものであり、冷却された気流と加熱された気流が流出口で混合され、外部へ流出する気流と外気との温度差を小さくできるので、冷温庫の周囲にいる人への不快感を抑えることができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の冷温庫において、前記気流発生手段を、前記流入口と前記流出口の少なくともいずれか一方に設けた送風ファンとしたもので、主風路と貯蔵空間を通過する気流の風量を確保することができ、冷却または加熱性能が向上する。

請求項６に記載の発明は、請求項２乃至５のいずれかに記載の冷温庫において、前記風回路中に、前記主風路と前記補助風路の風量分配比を調節する風量調節機構を設けたもので、主風路と貯蔵空間を通過する気流の温度と風量を調節することができ、その結果、冷却及び加熱性能を調節することができる。

請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６のいずれかに記載の冷温庫において、前記断熱箱の少なくとも一部に真空断熱材を使用したもので、外部から貯蔵空間への熱侵入量または熱放出量を減らすことができ、保冷及び保温できる温度範囲を拡大することができる。

請求項８に記載の発明は、請求項２乃至７のいずれかに記載の冷温庫において、前記風回路における前記主風路と前記補助風路を隔てる壁体を断熱構造としたもので、主風路と補助風路との間の熱移動を抑えることができるので、熱電変換デバイスの能力を最大限に活かすことができる。

請求項９に記載の発明は、請求項２乃至８のいずれかに記載の冷温庫において、前記風回路における前記流入口を、空調機器の吹出し風路と連結したもので、空調機器の温調によって冷却または加熱された気流を直接導入することができる、冷風を導入することで冷温庫の冷却性能を、また温風を導入することで冷温庫の加熱性能をそれぞれ高めることができる。

請求項１０に記載の発明は、請求項１乃至９のいずれかに記載の冷温庫において、急冷却または急加熱運転モードと、保冷または保温運転モ−ドを持ち、急冷却または急加熱運転モードでは前記風回路の風量を大きく、また保冷または保温運転モードでは前記風回路の風量を小さくするように前記気流発生手段を制御するもので、急冷却または急加熱運転モードでは、風量を大きくすることで貯蔵空間に置かれた物品と気流の間の温度差と熱伝達率を大きくし熱交換効率を高めることができ、また保冷または保温運転モ−ドでは、風量を小さくすることで、主熱交換器前後での気流の温度変化を大きして気流を非常に低温または高温にすることができる。そして急冷却または急加熱運転モードでは、外部から導入する気流の温度近傍までの急冷却または急加熱を促進することができ、また保冷または保温運転モ−ドでは、保冷温度を低くまたは保温温度を高くすることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における冷温庫の断面図を示すものである。

図１において、熱電変換デバイス１は、相対する二つの伝熱面１ａと１ｂを持ち、一方が吸熱面としてまた他方が発熱面として働く。前記熱電変換デバイス１の具体例としては、ペルチェ効果素子、トンネル効果素子、スターリング冷凍機などが該当する。

２は前記一方の伝熱面１ａに熱伝導ブロック３を介して熱的（熱伝導可能）に接続された主熱交換器で、主風路４内に設けられている。５は前記他方の伝熱面１ｂに熱的（熱伝導可能）に接続された補助熱交換器で、補助風路６内に設けられている。７は物品（図示せず）の貯蔵を行う箱体で、内部に物品の貯蔵空間８を持ち、上部には前記貯蔵空間８に物品を出し入れするための開口８ａおよびこの開口８ａを開閉する開閉蓋１０が設けられている。また、前記箱体７の一側面には、前記貯蔵空間８に開口する複数の開口部９ａ、９ｂが貫通して設けられている。さらに、前記箱体７と前記開閉蓋１０は、枠体１１の内部に充填された真空断熱材１２により、断熱構造に構成されている。

前記主風路４と補助風路６は、ともに流入側が共通した流入口１３と連結されている。また、前記主風路４と前記補助風路６の間は、真空断熱材１２を含む壁面１４で仕切られている。そして、前記主風路４の流出側は、前記開口部９ａにより連通する貯蔵空間８を介して前記開口部９ｂより流出口１５に臨んでいる。

また、前記補助風路６の流出側は、前記箱体７の開口部９ｂが臨む前記流出口１５に連通している。また前記流出口１５には、強制的に気流を生じさせる送風ファン１６と、風量調整機構１７が設けられている。前記風量調整機構１７の具体例としては、周知の構成からなる可動ダンパーなどで実現でき、その回動度合いで、前記補助風路６の流出側を全閉から全開の範囲に、また前記開口部９ｂを全閉から全開の範囲に調整できる構成であればよい。したがって、それぞれの位置に対応した複数の可動ダンパーを用いた構成としてもよい。１８は一端が前記流入口１３に接続された空調機吹出風路で、他端は、冷温風吹出しを行う空調機器の吹出し送風部（いずれも図示せず）に接続されている。

以上のように構成された冷温庫について、以下、冷却の場合を例にとり、その動作、作用を説明する。

まず、予め空調機器によって冷やされた気流が、空調機吹出風路１８を通じて流入口１３に導入される。この気流は、ここで主風路４と補助風路６に分岐される。このとき熱電変換デバイス１に電流を流すことで、伝熱面１ａが吸熱面として、また伝熱面１ｂが発熱面として働く。そして主熱交換器２は熱伝導ブロック３を介して前記伝熱面１ａと接続されているために冷却器として働き、前記主風路４を流れる気流をさらに冷却する。

一方、補助熱交換器５は、前記伝熱面１ｂと接続されているために放熱器として働き、補助風路６を流れる気流に廃熱する。このとき前記主熱交換器２と補助熱交換器５には、同じ温度の気流が導入されているので、前記伝熱面１ａと前記伝熱面１ｂの温度差は小さく、その結果、前記熱電変換デバイス１の効率は非常に高くなる。

また、前記主風路４と前記補助風路６は、真空断熱材１２を含む壁面１４によって隔てられているので、両者の間の熱ロスは非常に小さい。

そして、前記主熱交換器２によってさらに冷却された気流は、箱体１７の開口部９ａを通じて貯蔵空間８に導入される。前記開口部９ａから貯蔵空間８に導入された気流は、前記貯蔵空間８の内部を循環対流し、前記貯蔵空間８内に収納されている物品（図示せず）を冷却した後、開口部９ｂから流出する。

この際、前記箱体７は、真空断熱材１２で構成されているために外部からの熱侵入量は非常に小さく、したがって、前記開口部９ａから流入する気流の冷熱の殆どは前記貯蔵空間８に収納されている物品の冷却に使用される。

そして、前記開口部９ｂから流出した気流と前記補助熱交換器５によって加熱された補助風路６の気流は流出口１５で合流し、温度が平均化された後、外部（車室内あるいは居室内）に放出される。

上記冷却動作において、前記主風路４と前記貯蔵空間８を流れる気流と、前記補助風路６を流れる気流の風量は、送風ファン１６によって合計風量が、また風量調節機構１７によって風量比率が調節される。具体的には、急冷却モードでは、主風路４と貯蔵空間８を通過する風量が大きくなるように、また保冷モードでは、主風路４と貯蔵空間８を通過する風量が小さくなるように制御すればよい。これらの制御は、前記送風ファン１６の回転数制御、あるいは前記風量調節機構１７による操作、さらにはそれらの組合せにより行える。

以上のように、本実施の形態においては、箱体７の外部から導入した気流を冷却または加熱して貯蔵空間８を通過させることができるので、物品の温度に拘わらない気流によって急冷却や急加熱が容易にできる。

また、単一の流入口１３より前記気流を取り込むため、前記主熱交換器２と前記補助熱交換器５の温度差を常に小さく保つことができ、その結果、前記熱電変換デバイス１の性能を高め、冷温庫の性能を高めることができる。

また、前記流出口１５からの排気流は、冷却された気流と加熱された気流の混合気流であり、そのため、外部へ流出する気流と外気との温度差が小さく、冷温庫の周囲にいる人への不快感を抑えることができる。

また、前記貯蔵空間８には、空調機器等による温調された冷却または加熱気流を導入するため、冷風を導入することで冷温庫の冷却性能を、また温風を導入することで冷温庫の加熱性能を高めることができる。

また、前記流出口１５に設けた送風ファン１６により、主風路４と貯蔵空間８を通過する気流の風量を確保することができ、冷却または加熱性能が向上する。

また、前記風量調節機構１７により、前記貯蔵空間８を通過する気流の温度と風量を調節し、冷却及び加熱性能を調節することができる。

また、前記箱体７の断熱構造により、前記貯蔵空間８の保冷及び保温できる温度範囲を拡大することができる。

また、前記主風路４と補助風路６を隔てる壁面１４の一部に真空断熱材１２を使用し、前記主風路４と補助風路６との間の熱移動を抑えるため、前記熱電変換デバイス１の能力を最大限に活かすことができる。

さらには、急冷却または急加熱運転モードでは、前記主風路４及び貯蔵空間８を通過する風量を大きく、また保冷または保温運転モードでは、前記主風路４及び貯蔵空間８を通過する風量を小さくする制御により、急冷却または急加熱運転モードでは、風量を大きくすることで貯蔵空間８に置かれた物品と気流の間の温度差と熱伝達率を高め熱交換効率を高め、外部から導入する気流の温度近傍までの物品の急冷却または急加熱を促進する。また保冷または保温運転モ−ドでは、風量を小さくすることで、主熱交換器２前後での気流の温度変化を大きくして気流を非常に低温または高温にし、物品の保冷温度を低くまたは保温温度を高くすることができる。

なお、本実施の形態１の冷温庫では、急冷却や保冷運転を例にその動作や作用を説明したが、熱電変換デバイス１の伝熱面１ａを発熱面として、また伝熱面１ｂを吸熱面としてそれぞれ働かせ、かつ予め空調機器等によって温められた気流を、前記流入口１３に導入する場合についても同様に優れた急加熱や保温運転効果が得られる。

また、本実施の形態１の冷温庫では、外部より導入した気流が主熱交換器２を経て貯蔵空間８を通過する方式のみについて言及しているが、本発明の冷温庫は、風路の切り替えによって、気流が主熱交換器２と貯蔵空間８を循環する方式と併用しても差し支えない。

以上のように、本発明にかかる冷温庫は、急冷運転や急加熱運転が可能であり、一定温度空間を維持する恒温貯蔵庫、さらには部品の予熱管理を目的とする製造装置や理化学機器等の用途にも適用できる。

本発明の実施の形態１における冷温庫の断面図 従来の冷温庫の断面図

符号の説明

１ 熱電変換デバイス
１ａ 伝熱面
１ｂ 伝熱面
２ 主熱交換器
４ 主風路
５ 補助熱交換器
６ 補助風路
７ 箱体
８ 貯蔵空間
９ａ 開口部
９ｂ 開口部
１２ 真空断熱材
１３ 流入口
１４ 壁面
１５ 流出口
１６ 送風ファン
１７ 風量調節機構
１８ 空調機吹出風路

Claims (10)

1. 内部空間を貯蔵空間とする断熱箱と、前記貯蔵空間に該貯蔵空間外からの気流が流入、流出する風回路と、前記風回路に設けられ、前記気流を冷風または温風とする熱源装置と、前記風回路に設けられ、前記貯蔵空間へ気流を供給する気流発生手段を具備した冷温庫。
2. 前記熱源装置を、二つの伝熱面を持ち一方が吸熱面として、また他方が発熱面としてそれぞれ作用する熱電変換デバイス、および前記伝熱面の一方に熱的に接続された主熱交換器と、前記伝熱面の他方に熱的に接続された補助熱交換器によって構成し、さらに前記断熱箱を、前記貯蔵空間に開口する複数の開口部を設けた構成とし、また前記風回路を、外部から気流を導入し、前記開口の一つを介して貯蔵空間へ導入する流入口と、前記貯蔵空間内の気流を前記開口の一つを介して外部へ排出する流出口を備えた構成とした請求項１に記載の冷温庫。
3. 前記風回路は、内部に前記主熱交換器を備えた主風路と、該主風路および前記貯蔵空間とは壁体によって仕切られ、かつ内部に前記補助熱交換器を備えた補助風路からなり、前記補助風路の流入側を、前記流入口に連結した請求項１または２に記載の冷温庫。
4. 前記風回路は、内部に前記主熱交換器を備えた主風路と、該主風路および前記貯蔵空間とは壁体によって仕切られ、かつ内部に前記補助熱交換器を備えた補助風路からなり、前記補助風路の流出側を、前記流出口に連結した請求項１乃至３のいずれか一項に記載の冷温庫。
5. 前記気流発生手段を、前記流入口と前記流出口の少なくともいずれか一方に設けた送風ファンとした請求項１乃至４のいずれか一項に記載の冷温庫。
6. 前記風回路中に、前記主風路と前記補助風路の風量分配比を調節する風量調節機構を設けた請求項２乃至５のいずれか一項に記載の冷温庫。
7. 前記断熱箱の少なくとも一部に真空断熱材を使用した請求項１乃至６のいずれか一項に記載の冷温庫。
8. 前記風回路における前記主風路と前記補助風路を隔てる壁体を断熱構造とした請求項２乃至７のいずれか一項に記載の冷温庫。
9. 前記風回路における前記流入口を、空調機器の吹出し風路と連結した請求項２乃至８のいずれか一項に記載の冷温庫。
10. 請求項１乃至９のいずれかに記載の冷温庫において、急冷却または急加熱運転モードと、保冷または保温運転モ−ドを持ち、急冷却または急加熱運転モードでは前記風回路の風量を大きく、また保冷または保温運転モードでは前記風回路の風量を小さくするように前記気流発生手段を制御する冷温庫の制御方法。

Images