JP2008514895A - Reverse Peltier defrosting system - Google Patents

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Abstract

冷凍室12と冷蔵室13を有する冷蔵庫10は、一方の側面に第一の熱交換器15および他の側面に第二の熱交換器16を有する冷凍室ヒートポンプ14を含む。 Refrigerator 10 having a freezer compartment 12 and the refrigerating compartment 13 includes a freezing chamber pump 14 having a second heat exchanger 16 to the first heat exchanger 15 and other aspects on one side. 第一の熱交換器15は、冷凍室熱交換器17と流体でつながれている。 The first heat exchanger 15 is connected by the freezing compartment heat exchanger 17 and the fluid. 冷蔵室13内には、冷蔵室熱交換器19があって、冷凍室12の第二の熱交換器16と流体でつながっている。 The refrigerating compartment 13, there is refrigerating compartment heat exchanger 19, it is connected by a second heat exchanger 16 of the freezer compartment 12 fluid. 冷蔵室13の外側には、冷蔵室電子ヒートポンプ20があって、このヒートポンプ20は、一方の側面に一方の側面に第一の熱交換器21、他の側面に第二の熱交換器22を有する。 On the outside of the refrigerating compartment 13, there is a refrigerating compartment electronic heat pump 20, the heat pump 20 is, on one side on one side the first heat exchanger 21, the second heat exchanger 22 to the other side a. 第一の熱交換器21は、冷蔵室熱交換器19および冷凍室12内の第二の熱交換器16と流体でつながっている。 The first heat exchanger 21 is connected by a second heat exchanger 16 and the fluid of the refrigerating compartment heat exchanger 19 and the freezer compartment 12. 第二の熱交換器22は、高温側熱交換器23と流体でつながっている。 Second heat exchanger 22 are connected by the high-temperature side heat exchanger 23 and the fluid. 除湿器50に付いても述べられており、除湿器50は、複数の熱電モジュール51を含み、外気は、この熱電モジュール51の低温側熱交換器52を通過後、高温側熱交換器53を通過する。 With the dehumidifier 50 has been mentioned, the dehumidifier 50 includes a plurality of thermoelectric modules 51, outside air, after passing through the low-temperature heat exchanger 52 of the thermoelectric module 51, a high-temperature-side heat exchanger 53 pass. 熱電モジュールの極性を逆転させると。 And reversing the polarity of the thermoelectric module. それまでの低温側52が暖かくなり、熱交換器上に形成された氷を溶かす。 Until the low-temperature side 52 becomes warm and, melting the ice formed on the heat exchanger.
【選択図】図1 .FIELD 1

Description

本発明は、冷却手段を提供するための熱電装置または類似の電子ヒートポンプ装置に用いられ、熱交換器上で成長する氷の効果的な除去に関するものである。 The present invention is used in thermoelectric devices, or similar electronic heat pump device for providing a cooling means, it relates to effective removal of the ice growing on the heat exchanger. これらの熱交換器は、家庭用冷蔵庫の冷凍室の熱交換器および空気中の水を凍らせて携帯用水を生成する器具の熱交換器を含む。 These heat exchangers comprise a heat exchanger of the instrument household refrigerator freezer compartment of the heat exchanger and frozen water in the air to produce a portable water.

一般的に、家庭用の冷蔵庫は、約5℃に保たれている冷蔵室と、約−15℃から−20℃に保たれている冷凍室とにわかれた個室を備えている。 In general, a refrigerator for home use, includes a refrigerated room that is kept at about 5 ℃, the young a private room in the freezer compartment, which is maintained from about -15 ℃ to -20 ℃. これらの室は、完全に独立しているか、さもなければ何らかの方法で熱的に連結しているかのどちらかである。 These chambers are either completely independent, otherwise it either or linked thermally somehow. このため、冷凍室の熱交換器の着霜は、冷蔵室の動作にも同じように影響を与えることがある。 Therefore, frosted heat exchanger of the freezing chamber may be influenced such that the same to the operation of the refrigerating compartment.

扉を開けた際に、箱内に新鮮外気が流入し、その結果として、氷が冷凍室の熱交換器に形成される。 When the door is opened, fresh outside air flows into the box, as a result, ice is formed in the heat exchanger of the refrigeration compartment. 外気は、冷凍室温度(−15℃から−20℃)に冷却されたときに有する湿分よりも多くの湿分を、水蒸気の形で含んでいる。 Outside air, a lot of moisture than the moisture has when cooled to the freezing compartment temperature (-20 ° C. from -15 ° C.), it contains in the form of water vapor. 扉開放により導入された外気に存在する水蒸気は、空気の露天温度よりも冷たい面上では水へと凝縮される。 Water vapor present in the ambient air introduced by the door open, is on the cold side than dew temperature of the air is condensed into water. 霜無し冷凍室は、ファンを使い、空気が熱交換器(これは冷凍室で最も低温の物体である)を通るように強制的に再循環させているので、ほとんどの水蒸気は、この熱交換器の面上で凝縮し、そこでその後凍結する。 No frost freezer compartment, using the fan, the air is forcibly recirculated through the heat exchanger (which is the lowest temperature of the object at the freezing compartment), most of the water vapor, the heat exchanger condense on vessel surfaces, where then frozen.

直接冷却システムにおいては空気が熱交換器を通るようにするファンはないが、熱交換器が冷凍室で最も低温の部分であり、通常熱伝導の極めて良好な材料でできている。 Although the fan will not air to pass through the heat exchanger in a direct cooling system, the heat exchanger is the coldest part freezing chamber, made of very good material for normal thermal conduction. 水蒸気は、この熱交換器に移動する傾向があり、そこで凝縮し凍結する。 Water vapor, tend to move to the heat exchanger, where condensed frozen.

成長する氷の量は、二つの要因に依存する。 The amount of the growing ice is dependent on two factors. この要因とは、外気の湿度と、一日間で扉を開放する頻度および期間とである。 And this factor, and the outside air humidity, is the frequency and duration to open the door in one day. 冷凍業界では、典型的なものとして、扉開放は一日当たり25回を標準として用いている。 In the refrigeration industry, as typical, door opening is used 25 times per day as standard. 霜無し冷蔵庫の除霜サイクルは、通常11時間毎または12時間毎に行うよう設定されている。 Defrost cycle frost free refrigerators is set to perform every normally 11 hours or every 12 hours.

この除霜サイクルは、固定時間間隔で行われるか、または、ある種の冷蔵庫についているように、成長する氷の量を測れるセンサによって行われる。 The defrost cycle is either performed at fixed time intervals, or, as are for certain of the refrigerator is performed by can measure the amount of the growing ice sensor. 除霜サイクルは、センサの付いた冷蔵庫では、より合理的に制御され、除霜サイクルが冷凍室内に除霜に有効な分だけの熱を加えるので、エネルギ消費量を削減する一助となっている。 Defrost cycle, the refrigerator equipped with a sensor, is more rational control, defrost cycle because adding only heat effective amount defrosting the freezer compartment, have helped to reduce the energy consumption .

直接冷却システムにおける除霜は自動ではなく、冷凍室は手動で除霜がなされる。 Defrosting the direct cooling system is not automatic, the freezer compartment is manually defrosting is performed.

熱交換器上の氷の成長は、熱交換器の作動によって決まる。 Growth of ice on the heat exchanger is determined by the operation of the heat exchanger. 熱伝導性の熱交換器面と室内空気との間の氷の層は、熱伝達にとって新たな熱抵抗を形成することとなり、同一の熱流束を生成するためには、熱交換器内の温度をさらに低下させる必要が生じる。 Layer of ice between the thermally conductive heat exchanger surfaces and the indoor air, becomes possible to form a new thermal resistance for heat transfer in order to generate the same heat flux, the temperature in the heat exchanger It occurs more necessary to reduce the. このような事態の下では、ヒートポンプは、同量の冷却容量を得るためにはより多くの電気入力を必要とすることとなる。 Under such a situation, heat pump, and thus requiring more electrical input in order to obtain a cooling capacity of the same amount.

加うるに、氷の成長は、霜無し冷凍室内で空気が流れるための隙間を減少させ、この結果通気抵抗を増大させる。 In addition, ice growth, without frost refrigerating compartment decreases the gap for air flows, to increase the results airflow resistance. 最終的に、氷は、フィンとフィンの間の空隙を乗り越えられるようになり、熱交換器のいくつかの区域を完全に閉塞してしまう。 Finally, ice, should be able to overcome the gap between the fins and the fin, becoming completely closed several sections of the heat exchanger.

熱電素子の効率は、熱電モジュールの高温側と低温側との温度差の影響を受けやすい。 Efficiency of the thermoelectric elements are susceptible to temperature difference between the hot and cold sides of the thermoelectric module. それゆえ、この温度差を直接増加させる何か新たな熱抵抗が加わると、効率が下がることとなる。 Therefore, when something new thermal resistance to increase the temperature difference directly applied, so that the efficiency decreases. 効率が下がると、従来の蒸気圧縮技術と比較された場合に、この技術の競争力を低下させる結果となる。 When the efficiency drops, when compared to conventional vapor compression technology, resulting in lowering the competitiveness of this technology.

家庭用冷蔵庫の熱交換器の除霜を行う最も一般的な方法は、熱交換器の直下に位置した電気抵抗加熱電線、すなわち電気ヒータを使う方法である。 The most common method of performing defrosting of the heat exchanger of a household refrigerator, an electric resistance heating wire that is positioned immediately below the heat exchanger, i.e. a method of using the electric heater. 放射熱伝達と対流熱伝達の両方が熱を熱交換器に伝え、氷を溶かすのに用いられる。 Both radiant heat transfer and convective heat transfer is transfer heat to the heat exchanger, is used to melt the ice. 温度センサが当該熱交換器上に通常配設され、この温度センサが予め定められた温度限界に達すると(完全な除霜を保証するために0℃を十分に超えている)、当該電気ヒータの電源が切られる。 Temperature sensor is usually disposed on the heat exchanger, the temperature sensor (are well beyond the 0 ℃ to ensure complete defrosting) to reach a temperature predetermined limit, the electric heater power of is turned off. その他のもう少し複雑な冷凍システムでは、そこでは蒸気圧縮が用いられているが、圧縮機は、蒸発器に高温気体を流すように逆サイクルモードへと切り替えられる。 In other more complex refrigeration systems, but where used is vapor compression, the compressor is switched to the reverse cycle mode to flow hot gas to the evaporator.

これらの方法が抱える問題は、これらがエネルギ集約的で、結果として全体効率を低下させているか、または複雑な制御および複数の弁を必要とするかのいずれかにある。 Problems these methods suffer is that they are energy intensive, either by lowering the overall efficiency as a result, or in either require complex control and a plurality of valves.

電気ヒータ線が、冷凍システムが処理しなければならない熱負荷を新たに加えるという事実は、熱電冷蔵庫/冷凍庫の効率的な運転にとって、ことさらに不利なものである。 Electric heater lines, the fact that the newly added heat load refrigeration system must handle, for efficient operation of a thermoelectric refrigerator / freezer, but to deliberately disadvantageous.

熱電モジュールは容易に逆転運転が可能で、すなわち、モジュールに印加する電圧の極性を逆転させるだけで逆転運転ができ、熱流の逆転が達成できる。 Thermoelectric modules can be easily reversed operation, i.e., just able to reverse run to reverse the polarity of the voltage applied to the module, the reverse rotation of the heat flow can be achieved. それゆえ、当該モジュールの通常は低温側である方を加熱することは比較的簡単にできる。 Therefore, the normal of the module can be is relatively easy to heat whichever is the low temperature side.

除霜用に逆極性を用いる熱電モジュールは、米国特許出願番号US2002/0116933号に記載されている。 Thermoelectric module using a reverse polarity for defrosting is described in U.S. Patent Application No. US2002 / 0,116,933. しかしながら、該出願に記載されているユニットは、電子部品を冷却するための空気を除湿するのに用いられる比較的小さな熱交換器に適用されるものである。 However, the unit that is described in which application, is applied to a relatively small heat exchanger is used to dehumidify the air to cool the electronic components. 該出願に記載されている構成では、大きさが小さすぎて、家庭用冷蔵庫には不適当である。 In the configuration are described in the said application, are too small in size, it is unsuitable for household refrigerators. 該出願記載のヒートポンプの電圧の極性逆転プロセスは、2室冷蔵庫の冷凍室用熱交換器を加熱し、氷が解けるまでの温度に上昇させるのに用いることができる。 Polarity reversal process of the heat pump voltage of the application described, heats the heat exchanger for a refrigeration compartment of the two-chamber refrigerator, it can be used to raise the temperature up to the ice melts.

熱交換器が、熱電モジュールに直接接続されている場合は、熱は直接熱交換器内を通過する。 Heat exchanger, if it is directly connected to the thermoelectric modules, heat passes through the direct heat exchanger.

熱電モジュールと冷凍室用熱交換器との間の熱交換媒体として液体が用いられている場合は、この液体は、0℃以上に加熱され、流体回路をポンプにより強制循環させなければならない。 If liquid is used as a heat exchange medium between the thermoelectric module and the freezer compartment heat exchanger, the liquid is heated to above 0 ° C., it must be forced circulation fluid circuit by a pump.

熱電モジュールに直接装着された熱交換器は、形状を小さくしなければならず、このことがその効率を低下せしめ、家庭用冷蔵庫の冷凍室内などへの適用を不適切なものとする。 Thermoelectric directly loaded heat exchanger module has to reduce shape, this is allowed to reduce its efficiency, the application to such freezing chamber of a household refrigerator and inadequate. 液体熱交換媒体は、より大きな、そしてそれゆえにより高効率な冷凍室用熱交換器が用いられることを可能にする。 Liquid heat exchange medium allows a larger and highly efficient freezer compartment heat exchanger is used by thus.
米国特許出願番号US2002/0116933号 US Patent Application No. US2002 / 0116933

本発明の第一の実施の形態において、冷蔵庫は、(1)電子ヒートポンプと、熱交換器と、前記ヒートポンプおよび前記熱交換器を接続する流体回路とを有する冷凍室と、(2)電子ヒートポンプと、熱交換器と、前記ヒートポンプおよび前記熱交換器を接続する流体回路とを有する冷蔵室とを有する。 In a first embodiment of the present invention, the refrigerator (1) and the electronic heat pump, a freezing chamber having a heat exchanger and a fluid circuit connecting said pump and said heat exchanger, (2) electronic heat pump When having a heat exchanger and a refrigerating compartment and a fluid circuit connecting said pump and said heat exchanger. 冷凍室の流体回路は、冷蔵室の流体回路と、冷凍室ヒートポンプを介して結合されており、冷蔵室の流体回路は、冷蔵室ヒートポンプを介して高温側熱交換器に結合されている。 Fluid circuit of the freezing chamber includes a fluid circuit of the refrigerating compartment is coupled through a freezer compartment heat pump, the fluid circuit of the refrigerating compartment is coupled to the hot side heat exchanger through the refrigerating chamber heat pump. この実施の形態の除霜モードでは、冷蔵室ヒートポンプは、予め定められた最低の電圧で運転し、冷凍室用熱交換器を暖めるために熱が冷蔵室から冷凍室へと冷凍室ヒートポンプを介して汲み出されるように、冷凍室ヒートポンプの極性は逆転される。 In defrosting mode of this embodiment, the refrigerating chamber heat pump, operating at the lowest predetermined voltage, through the freezer compartment heat pump heat to warm the heat exchanger for a refrigeration chamber to the freezing chamber from the refrigerating chamber pumped as Te, the polarity of the freezing chamber heat pump is reversed.

本発明の第二の実施の形態においては、冷蔵庫は、(1)冷凍室であって、電子ヒートポンプと、前記冷凍室内の熱交換器と、前記ヒートポンプおよび前記熱交換器を接続する流体回路とを有する冷凍室と、(2)冷蔵室であって、電子ヒートポンプと、前記冷蔵室内の熱交換器と、前記ヒートポンプおよび前記熱交換器を接続する流体回路とを有する冷蔵室と、(3)高温側熱交換器と、前記高温側熱交換器を前記冷凍室ヒートポンプおよび前記冷蔵室ヒートポンプに、前記二つのヒートポンプが直列になるように接続する高温側流体回路とを有する。 In a second embodiment of the present invention, the refrigerator (1) a freezing chamber, an electronic heat pump, a heat exchanger of the refrigeration chamber, and a fluid circuit connecting said pump and said heat exchanger a freezing chamber having a (2) a refrigerating chamber, the refrigerating chamber having the electronic heat pump, a heat exchanger of the refrigerating chamber, and a fluid circuit connecting said pump and said heat exchanger, (3) and the high temperature-side heat exchanger, the hot side heat exchanger to the freezing chamber heat pump and the refrigerating chamber heat pump, and a hot side fluid circuit in which the two heat pump is connected to be in series.

本発明の本実施の形態での除霜モードでは、冷凍室ヒートポンプの極性が逆転され、熱は、高温側流体回路から冷凍室熱交換器へと伝達される。 In defrosting mode in this embodiment of the present invention, the polarity of the freezing compartment heat pump is reversed, heat is transferred from the hot side fluid circuit to the freezer compartment heat exchanger.

熱電モジュールは、ヒータとして用いると極めて効率がよい。 Thermoelectric module is extremely efficient when used as a heater. 熱電モジュールはヒートポンプであり、ヒータとして用いられると、COPは1.0よりも大きくなる。 Thermoelectric module is a heat pump, when used as a heater, COP is greater than 1.0. 換言すると、高温側に供給される熱エネルギは、消費される電気エネルギよりも大きくなるのである。 In other words, the heat energy supplied to the high temperature side is the larger than the electrical energy consumed. このことは、同一レベルの加熱をする場合、熱電モジュールは電熱線ヒータよりも少ない電気エネルギで達成できることを意味している。 This is the case of the heating of the same level, the thermoelectric module has means that can be achieved with less electric energy than the heating wire heater.

電熱線ヒータに比してのこの逆極性除霜の有利な点は、ヒータ線が該熱交換器から離れているのに対して、ここで提案されているシステムが熱交換器と直結しているという点にある。 And the advantage of the opposite polarity defrosted compared to the heating wire heater, while the heater wire is away from the heat exchanger, where the proposed system is directly connected to the heat exchanger It lies in the fact that there. ヒータ線を使う場合は、熱は放射熱伝達と対流熱伝達により伝達されなければならない。 When using the heater wire, heat must be transferred by the radiation heat transfer and convection heat transfer. 対流熱伝達においては、熱は、空気により熱交換器まで運ばれるが、この空気は、室内を再循環しているため、内容物をすべて暖めてしまう。 In convective heat transfer, heat is conveyed to the heat exchanger by the air, this air, because it recirculating chamber, thus warming the entire contents.

提案システムは、液体媒体を使っており、この媒体は、熱電モジュールにより加熱され、その後熱交換器を貫流し、その熱を伝導により氷へと伝える。 The proposed system is using the liquid medium, the medium is heated by the thermoelectric module, then it flows through the heat exchanger, conveying and its heat to the ice by conduction. 空気空間や内容物を加熱するといった冷凍室の余分な加熱は一切発生しない。 Extra heating of the freezing chamber, such as heating the air space and the contents does not occur at all.

この液体は、熱交換器全体をポンプにより貫流するので、加熱は極めて均一であり、当該熱交換器のすべての部分が、概ね同一時刻に0℃以上に上昇する。 This liquid, since the entire heat exchanger flowed through by the pump, the heating is very uniform, all portions of the heat exchanger rises to 0 ℃ or substantially the same time. このことは、すべての部分が氷の融点以上であることを保証するために熱交換器の一部を過熱するという必要がなく、その結果除霜に必要な熱量を削減できるということを意味している。 This means that all parts not necessary that overheating a portion of the heat exchanger to ensure that the ice melting point or more, reducing the amount of heat required for the result defrost ing.

提案された除霜システムの極めて有利な点は、除霜のために冷凍室に導入される熱が、関連して冷却される筐体から引き出すことができ、その後そこへ概ね戻すことができ、その結果正味のエネルギ消費がほぼゼロになるという点にある。 Significant advantage of the proposed defrost system, heat is introduced into the freezing chamber for defrosting, can be pulled out from the housing to be cooled relevant, it can then return generally thereto, As a result the energy consumption of the net in terms of substantially zero. 本質的にこのプロセスは、エネルギ保存則に従っており、損失となるのはこのヒートポンプ装置に関する不可逆性成分だけである。 Essentially this process is in accordance with the energy conservation law, become a loss is only reversible component for this heat pump apparatus.

この特徴は、冷蔵室と冷凍室が密に結合しているので可能となっている。 This feature is capable of so refrigerating chamber and the freezing chamber are tightly coupled. これほど単純な除霜を達成する方法は他にはない。 Way to achieve this as simple defrosting is not in the other.

本発明の第三の実施の形態における目的は、空気中の湿分を抽出し、その抽出湿分を凍結し、後で携帯用水として使えるようにすることである。 The purpose of the third embodiment of the present invention extracts the moisture in the air, and freeze the extracted moisture is to allow later use as a portable water. 本実施形態は、(1)熱電モジュールなどの電子ヒートポンプの各側面に直接装着された熱交換器であって、流入および流出空気と直接接触する熱交換器、または、(2)電子ヒートポンプの一方の側面または両側面の熱交換器であって、流体回路および第2の放熱熱交換器を介して流入および流出空気と接触する熱交換器を有する。 This embodiment, (1) a heat exchanger mounted directly on each side of the electronic heat pump, such as a thermoelectric module, the heat exchanger in direct contact with the inlet and outlet air, or, (2) one of the electronic heat pump a side or the heat exchanger on both sides, having a heat exchanger in contact with the inflow and outflow air through the fluid circuit and a second radiator heat exchanger.

ある期間除湿運転された後、氷が熱交換器の最終低温側で成長する。 After a period of time dehumidifying operation, the ice grows in the final cold side of the heat exchanger. この湿分を水として回収するためには、熱電モジュールを流れる電流の極性を逆転させる。 To recover the moisture as water, reversing the polarity of the current flowing through the thermoelectric module. 氷で覆われたこの熱交換器は、それにより加熱され、氷が解ける。 The heat exchanger is covered with ice, thereby is heated, the ice melts. さらに、空気流も、凍った熱交換器で冷却された空気が後続のモジュールの高温側の温度を下げて、効率を改善させるのに用いられるように逆流させられる。 Furthermore, the air flow also air cooled by the frozen heat exchanger lowering the temperature of the hot side of the subsequent modules, is caused to flow back to be used to improve efficiency.

図1の冷蔵庫10は、冷凍室12と冷蔵室13を有する箱11を含む。 Refrigerator 10 in Fig. 1 comprises a box 11 having a freezer compartment 12 and the refrigerating compartment 13. 冷凍室12内には冷凍室電子ヒートポンプがあって、このヒートポンプは、本形態では、一方の側面に第一の熱交換器15、他の側面に第二の熱交換器16を有する熱電モジュールまたは熱電コンベクタ14である。 The freezing chamber 12 there is a freezing compartment electronic heat pump, the heat pump, in this embodiment, the first heat exchanger 15 on one side, or a thermoelectric module having a second heat exchanger 16 to the other side a thermoelectric convectors 14. 第一の熱交換器15は、冷凍室熱交換器17と流体でつながっている。 The first heat exchanger 15 is connected by freezer compartment heat exchanger 17 and the fluid.

冷蔵室13内には、冷蔵室熱交換器19があって、冷凍室12の第二の熱交換器16と流体でつながっている。 The refrigerating compartment 13, there is refrigerating compartment heat exchanger 19, it is connected by a second heat exchanger 16 of the freezer compartment 12 fluid. 冷蔵室13の外側には、冷蔵室電子ヒートポンプがあって、このヒートポンプは、本形態では、一方の側面に第一の熱交換器21、他の側面に第二の熱交換器22を有する熱電モジュールまたは熱電コンベクタ20である。 On the outside of the refrigerating compartment 13, there is a refrigerator compartment electronic heat pump, the heat pump, in this embodiment, the first heat exchanger 21 on one side, thermoelectric having a second heat exchanger 22 to the other side a module or a thermoelectric convectors 20. 第一の熱交換器21は、冷蔵室熱交換器19および冷凍室12内の第二の熱交換器16と流体でつながっている。 The first heat exchanger 21 is connected by a second heat exchanger 16 and the fluid of the refrigerating compartment heat exchanger 19 and the freezer compartment 12. 第二の熱交換器22は、高温側熱交換器23と流体でつながっている。 Second heat exchanger 22 are connected by the high-temperature side heat exchanger 23 and the fluid.

このように、図1に示す形態は、通常の運転中は冷凍室12の熱負荷が、冷凍室熱電モジュール14を経由して冷蔵室液体回路へと伝達され、その後、熱を外気へと放出する高温側熱交換器23へと伝達される回路を含む。 Thus, the embodiment shown in Figure 1, during normal operation the heat load of the refrigeration compartment 12 is transmitted to the refrigerating compartment the liquid circuit through the freezing chamber thermoelectric module 14, then releases heat to the outside air It includes circuitry is transmitted to the high-temperature side heat exchanger 23. 冷凍室温度は標準的には−18℃であり、冷蔵室温度は標準的には5℃であり、外気温は標準的には25℃である。 Freezer compartment temperature is standard was -18 ° C., the refrigerating compartment temperature is standard was 5 ° C., the outside air temperature is the standard which is 25 ° C..

除霜中は、冷蔵室熱電モジュール20は、予め設定された最低電圧で動作し(モジュールを通しての熱漏洩を防止するため)、冷凍室モジュール14は、逆極性で運転される。 Joshimochu is refrigerating compartment thermoelectric module 20 operates at a preset minimum voltage (to prevent thermal leakage through the module), the freezing compartment module 14 is operated in reverse polarity. この結果、冷蔵室13から熱電モジュールヒートポンプ14を介して熱が引き出されることにより、冷凍室液体(およびその先の冷凍室熱交換器)を加熱することになる。 As a result, by the heat is drawn from the refrigerating chamber 13 through the thermoelectric module heat pump 14, so that heating the freezing chamber liquid (and freezer compartment heat exchanger of the first). 冷蔵室回路は、この動作により5℃以下に冷却される。 Refrigerating compartment circuit is cooled 5 ° C. or less by this operation. このことは、システムに入力されるエネルギは、熱を移動させるためだけに必要な量となることを意味している(この量は、同じ量の熱を発生させるのに必要な量よりは少なくなる)。 This energy input to the system, means to have (this amount to be a necessary amount only to transfer heat is less than the amount required to generate the same amount of heat Become).

冷凍室モジュール14は、高温領域(5℃)から低温領域(−18℃)へと熱を移動させるので、この熱移動は非常に高い成績係数(COP)とそれゆえ極めて高い効率をもって成し遂げられる。 Freezing compartment module 14, since the transfer heat from the hot region (5 ° C.) to the cold region (-18 ° C.), the heat transfer is accomplished with therefore extremely high efficiency very high coefficient of performance (COP).

除霜が完了すると、冷凍室液体は0℃以上(標準的には5℃から10℃の間)になっており、この液体は再度−18℃またはそれより若干低い温度まで冷却させられる。 When defrosting is completed, the freezing compartment the liquid has become a 0 ℃ higher (between the standard from 5 ° C. to 10 ° C.), the liquid is allowed to cool to re--18 ° C. or more slightly lower temperature. さらに、熱交換器17の本体は、その本来の運転温度へと戻るよう冷却されなければならない。 Further, the main body of the heat exchanger 17 must be cooled to return its to original operating temperature. このとき、冷凍室熱交換器14は本来の極性へと戻され、熱は、冷凍室液体から冷蔵室液体へと汲み出される。 At this time, the freezer compartment heat exchanger 14 is returned to the original polarity, heat is pumped from the freezing chamber liquid to refrigerating compartment liquid.

冷蔵室液体は、冷凍室液体よりも今や冷たくなっており、熱は正の温度勾配に沿って再び汲み上げられ、汲み上げを非常に効率的なものとしている。 Refrigerating compartment liquid freezing compartment has become now cooler than the liquid, heat is again pumped along a positive temperature gradient, and the extremely efficient pumping. 要するに、熱は、冷凍室へと汲み上げられていたものが、今や逆転されることになる。 In short, heat which has been pumped into the freezing chamber will be now reversed. 氷を溶かすのに使われた熱は、凝縮水に含まれており、この凝縮水は、冷凍室の外へと排水され、従って、もはや熱負荷とはなり得ない。 The heat used to melt the ice is contained in the condensed water, the condensed water is drained to the outside of the freezing chamber, therefore, not longer be the heat load.

望ましい形態においては、この凝縮水(5℃以下になっている)は、高温側熱交換器コイルへ回され、冷蔵室モジュールから熱を除去する一助とする。 In a preferred embodiment, the condensed water (which is a 5 ° C. or less) is wound to the high temperature side heat exchanger coil, which help to remove heat from the refrigerating compartment module.

上述のように、このプロセスは、極めて効率的で、他のプロセスでは起こり得ないほど迅速に除霜プロセスを達成するものである。 As described above, this process is to achieve highly efficient, the more rapidly defrost process does not occur in other processes. このことは、除霜が冷凍室の食品に及ぼす影響に歯止めをかけること、および保存品質を改善することの一助となる。 This is, defrosting is help to improve that put the brakes on the impact on the food of the freezer compartment, and storage quality. 冷蔵室13を介しての冷凍室ヒートポンプ14を多段にすることは、このシステムにとってとりわけ適している。 To the freezing chamber heat pump 14 through the refrigerating compartment 13 in multiple stages is particularly suitable for this system. 除霜を達成するために熱が移動させられる(冷蔵室13から冷凍室12へと、その後再度逆へと移動させられる)温度差は、非多段システムよりは多段システムの方が少なくてすむ。 Heat is moved in order to achieve defrosting (from the refrigerating compartment 13 into the freezing compartment 12, then again moved so is to reverse) temperature difference, than non multistage system requires less towards the multistage system. それゆえ、関連する不可逆性成分はより少なくなる。 Therefore, associated irreversible component becomes less.

図2に示された冷蔵庫30は、冷凍室32と冷蔵室33とを有する箱31を備える。 Refrigerator 30 shown in FIG. 2 includes a box 31 having a freezer compartment 32 and the refrigerating chamber 33. 冷凍室32内には、冷凍室熱交換器34があるが、第一の実施形態とは対照的に冷凍室熱電モジュールまたは熱電コンベクタ35は、冷凍室32の外側に装着されている。 The freezing chamber 32, there is a freezer compartment heat exchanger 34, the first embodiment in contrast to the freezing chamber thermoelectric module or a thermoelectric convectors 35 is mounted on the outside of the freezing chamber 32. 熱電モジュール35の一方の側面には、冷凍室熱交換器34と流体でつながっている第一の熱交換器36があり、熱電モジュール35の他の側面には第二の熱交換器37がある。 On one side of the thermoelectric module 35 has a first heat exchanger 36 which is connected in the freezer compartment heat exchanger 34 and the fluid, the other side of the thermoelectric module 35 has a second heat exchanger 37 .

冷蔵室33内には、冷蔵室熱交換器38がある。 The refrigerating compartment 33, there is a refrigerating compartment heat exchanger 38. 冷蔵室33の外側には、冷蔵室熱電モジュールまたは熱電コンベクタ39がある。 On the outside of the refrigerating compartment 33, there is a refrigerating compartment thermoelectric modules or thermoelectric convectors 39. 熱電モジュール39の一方の側面には、熱交換器38と流体でつながっている第一の熱交換器40があり、熱電モジュール39の他の側面には、冷凍室熱電モジュール35の第二の熱交換器37および高温側熱交換器42と流体でつながっている第二の熱交換器41がある。 On one side of the thermoelectric module 39 has a first heat exchanger 40 which is connected with the heat exchanger 38 and the fluid, the other side of the thermoelectric module 39, the second heat of the freezing chamber thermoelectric module 35 exchanger 37 and there is a second heat exchanger 41 which is connected with the high-temperature side heat exchanger 42 and the fluid.

図2に示された冷蔵庫は、熱電モジュールの組み合わせの一変形であり、冷凍室の熱は、冷凍室32の外へ、そして高温側回路へと直接汲み出される。 Refrigerator shown in FIG. 2 is a variant of the combination of thermoelectric modules, heat of the freezing chamber to the outside of the freezing chamber 32, and is pumped directly into the high temperature side circuit. 冷凍室熱電モジュールは、熱を汲み出すのにより大きな温度差を有しており、このことが効率に影響を及ぼしている。 Freezing chamber thermoelectric module has a large temperature difference by the pumping of heat, this is affecting the efficiency. この形態に対しては、多段モジュールを使うのが実用的であることが多い。 For this embodiment, it is often to use a multi-stage module is practical.

この場合冷凍室32および冷蔵室33は、低温側では直結されていない。 In this case the freezing compartment 32 and refrigerating compartment 33 are not directly connected with the low temperature side. しかしながら、高温側回路(37,41および42)を介してつながっていて、除霜中、熱はそれらの間で互いを益するように伝達される。 However, though connected via a hot side circuit (37, 41 and 42), in defrosting, heat is transferred to Ekisuru each other between them.

除霜においては、冷凍室モジュール35は逆運転され、熱は高温側液体から伝達される。 In defrosting, the freezer compartment module 35 is reverse operated, heat is transferred from the high temperature side liquid. 高温側液体はこのプロセス中は冷却され、その後冷蔵室モジュール39を通過する。 High temperature side liquid during this process is cooled, thereafter proceed through a refrigerating compartment module 39. 高温側液体は高温側で冷却され外気よりも低くなるので(冷凍室モジュール35により)、冷蔵室モジュールは、より低い温度差で運転することとなり、同一の電気入力があれば5℃以下にまで冷蔵室33を冷却するようになる。 Since the high-temperature side liquid becomes lower than the outside air is cooled in the high temperature side (the freezing compartment module 35), the refrigerating compartment module will be operated at a lower temperature difference, up to 5 ° C. or, if the same electrical input so to cool the refrigerating chamber 33.

冷蔵室モジュール39からの高温側液体の温度が、外気よりも低ければ、この液体は、高温側熱交換器42を通る向きにしてはならず、冷凍室モジュール35の方へ再び戻るような向きにしなければならない。 Temperature of the high temperature side liquid from the refrigerator compartment module 39 is lower than the outside air, the liquid must not be in a direction through the hot-side heat exchanger 42 returns again such orientation toward the freezer compartment module 35 It must be. このようにすると、冷蔵室モジュール39の高温側に流入する液体の温度は、最も低いレベルに保たれ、冷蔵庫31の効率が向上した状態で運転することが可能となる。 In this way, the temperature of the liquid flowing into the high-temperature side of the refrigerating compartment module 39 is kept at the lowest level, it is possible to operate in a state of being more efficient refrigerator 31.

除霜が完了したときに、冷凍室モジュール35は本来の極性に戻され、冷蔵室モジュール39は、電源を切ることができる。 When the defrosting is completed, the freezing compartment module 35 is returned to the original polarity, the refrigerating compartment module 39 may be turned off. モジュールを介しての伝導熱は、高温側液体を冷却する。 Conductive heat through the module to cool the high temperature side liquid. 高温側液体の流れの方向は、冷凍室モジュール35を通過する前に最初に冷蔵室モジュール39を通過するような向きとなるように逆転される。 The direction of flow of the hot side fluid is reversed so that the first direction to pass through the refrigerating chamber module 39 before passing through the freezing compartment module 35. このようにして、冷蔵室33を過冷却するように伝達された熱が戻ってきて、冷凍室32を所望温度以下まで引き戻す上で、冷凍室モジュール35の運転を助けることとなる。 In this way, the refrigerating chamber 33 to come back is the heat transferred to subcooling, on pulling back the freezing chamber 32 to a desired temperature below the helping operation of the refrigeration compartment module 35.

前述したように、凝縮水は、冷凍室32の外へと排水され、高温側熱交換器コイルへ回される。 As described above, the condensed water is drained to the outside of the freezing chamber 32, it is turned to the high temperature side heat exchanger coil.

図3は、除湿器50を示し、除湿器50は、一組の数個からなる熱電モジュール51を含み、この熱電モジュール51の低温側熱交換器52を外気が通過する。 Figure 3 shows a dehumidifier 50, dehumidifier 50 comprises a thermoelectric module 51 which consists of a set of several, the low-temperature heat exchanger 52 of the thermoelectric module 51 is outside air passes. 空気は位置1から位置2へと一連の熱交換器52を通過するにつれて冷却される。 Air is cooled as it passes from position 1 to position 2 the series of heat exchangers 52. 熱交換器52のすべての低温側を通過後、空気は再循環され、位置3から位置4へと熱電モジュール51の高温側53を通過する。 After passing all the cold side of the heat exchanger 52, the air is recirculated, passing through the hot side 53 of thermoelectric module 51 and from position 3 to position 4. 空気の温度は冷却されているので、位置3では、外気以下になっていて、各モジュール51の高低間の動作温度差は減少している。 Since the temperature of the air is cooled, in the position 3, it becomes open air below the operating temperature difference between the high and low of each module 51 is reduced. この特徴は、熱電モジュールの熱を汲み上げる効率が温度差に強く依存しているので、より高い効率が得られることを可能にする。 This feature, since the efficiency of pumping up heat from the thermoelectric module is strongly dependent on the temperature difference, to allow higher efficiency.

空気が、位置2にある最後のモジュール52に達するまでには外気から冷却されて低温となり、熱交換器温度が0℃以下に保たれているため、熱交換器の表面で凝縮した湿分は、直ちに凍結する。 Air becomes a low temperature is cooled from the outside air to reach the end of the module 52 in the position 2, the heat exchanger temperature is maintained at 0 ℃ below, the moisture condensed on the surface of the heat exchanger , immediately frozen. 存在するいかなるバクテリアも、内部の水分が氷晶を形成すると自分の細胞膜が破れてしまう。 Any bacteria present also, the internal moisture to form ice crystals their cell membrane resulting in torn. それゆえ、水を凍結すると、無菌性の向上にもなる。 Therefore, when freezing the water, also the improvement of sterility.

ある時間が経過すると、氷が成長し、氷を除去しないと、氷が熱交換器を閉塞してしまう。 When a time has elapsed, the ice grows, unless removed ice, ice clog the heat exchanger. 熱電モジュールは、冷却側を加熱側に変えるには、単に電流の向きを変えるだけでよいので、除霜動作には好適である。 Thermoelectric module, in changing the cooling side to the heating side, simply because it is only changing the direction of the current, it is suitable for defrosting operation.

図4は、電流を逆向けにしたときの熱流の方向(矢印のQi)を示す。 Figure 4 shows the direction of heat flow (Qi arrow) when the current reversed for. それまでは低温側であった52は、高温となり、形成された氷をすべて溶かす。 52 Until was cold side becomes a high temperature, melt all the formed ice. 氷が解凍された後、電流は再び本来の極性に戻され、除湿/凍結プロセスが再開される。 After the ice has been thawed, the current is returned to the original polarity again, dehumidification / freezing process is resumed. この構成によれば、電流が逆極性となっている間は、モジュールの水収集側には何らの除湿作用も起こらないので、除霜期間は可能な限り短縮される。 According to this configuration, while the current is in the opposite polarity, since the water collecting side of the module does not occur whatsoever dehumidification effect, the defrosting period is shortened as much as possible.

図5は、除霜中、電流および空気流ともに逆向きにしたときの状況を示す。 Figure 5 shows in defrosting, the situation when reversed in both current and air flow. この場合、流入外気が、全熱電モジュールの低温側を横切る方向となるので、除霜中に好都合な除湿が起こる。 In this case, the inflow outside air, because the direction transverse to the cold side of Zen'netsuden module, convenient dehumidification occurs during defrosting. ここで、最後の熱電モジュールの両側から直列に水を収集するような構成が必要となってくる。 Here, it configured so as to collect water in series from both sides of the last thermoelectric module is necessary. このようにしてしまえば、除湿/凍結運転が除霜と同時に行えるようになり、全体の効率を向上させることができる。 Once in this manner, the dehumidification / freezing operation should be able to simultaneously defrosted, thereby improving the overall efficiency.

再循環空気の全部が高温側熱交換器を通過させるようにする必要はない。 All of the re-circulated air is not necessary to pass the high-temperature-side heat exchanger. その理由は、湿分が空気から除去され、空気の比熱が下がり、空気の温度が、低温側よりは速い速度で上昇するからである。 The reason is removed moisture from the air, down the specific heat of the air, the air temperature, because the lower temperature side increases at a faster rate. 空気温度が外気温を超えた時には、外気を高温側熱交換器の冷却用に用いることは明らかに望ましいことである。 When the air temperature exceeds the ambient temperature is that it is clearly desirable to use external air for cooling the hot side heat exchanger. このことは、温度により駆動されるバイパス構成により対応できる。 This can be accommodated by a bypass configured to be driven by the temperature. 高温側の代わりの冷却流体通路が図3に示されている。 Cooling fluid passages in place of the high temperature side is shown in FIG.

なお、本発明の範囲を逸脱することなく、設計および回路構成の詳細について様々な変更を加えることが可能である。 Incidentally, without departing from the scope of the present invention, it is possible to add various changes in details of design and circuitry.

本発明の第一の実施形態に従う除霜システムを内蔵する2室冷蔵庫の概略説明図である。 It is a schematic illustration of a two-compartment refrigerator incorporating the defrosting system according a first embodiment of the present invention. 本発明の第二の実施形態に従う除霜システムを内蔵する2室冷蔵庫の概略説明図である。 It is a second schematic illustration of a two-compartment refrigerator incorporating the defrost system in accordance with an embodiment of the present invention. 除湿器の除湿モード運転の概略説明図である。 It is a schematic illustration of a dehumidifier dehumidifying mode operation. 除湿器の除霜モード運転の概略説明図である。 It is a schematic illustration of the defrosting mode operation of the dehumidifier. 除霜モード時に空気および電流を逆運転した場合の除湿器回路の概略説明図である。 The defrosting mode is a schematic illustration of a dehumidifier circuit in the case of reverse driving air and current.

Claims (8)

  1. ヒートポンプと、熱交換器と、前記ヒートポンプおよび前記熱交換器を接続する流体回路とを有する冷凍室と、ヒートポンプと、熱交換器と、前記ヒートポンプおよび前記熱交換器を接続する流体回路とを有する冷蔵室とを備えた冷蔵庫。 Has a heat pump, a heat exchanger, a freezing chamber and a fluid circuit connecting said pump and said heat exchanger, and a heat pump, a heat exchanger and a fluid circuit connecting said pump and said heat exchanger refrigerator and a refrigerator compartment.
  2. 前記冷凍室の前記流体回路が、前記冷凍室ヒートポンプを介して前記冷蔵室の前記流体回路に連結され、前記冷蔵室の前記流体回路が、前記冷蔵室ヒートポンプを介して高温側熱交換器に連結されている請求項1に記載の冷蔵庫。 The fluid circuit of the freezing chamber, through the freezer compartment heat pump coupled to the fluid circuit of the cooling chamber, the fluid circuit of the refrigerating chamber is connected to the hot-side heat exchanger through the refrigerating chamber heat pump the refrigerator according to claim 1, which is.
  3. 除霜モードにおいて前記冷蔵室ヒートポンプは、予め設定された最低電圧で運転し、熱が前記冷蔵室から前記冷凍室へと前記冷凍室ヒートポンプを通して汲み上げられて前記冷凍室熱交換器を加熱するように、前記冷凍室ヒートポンプの極性が逆転される請求項1に記載の冷蔵庫。 The refrigerating chamber heat pump in the defrosting mode, operating at a preset minimum voltage, so that heat is to heat the freezer compartment heat exchanger is pumped through the freezing chamber heat pump to the freezing chamber from the refrigerating chamber the refrigerator according to claim 1 in which the polarity of the freezing chamber heat pump is reversed.
  4. 冷凍室であって、ヒートポンプと、前記冷凍室内にある熱交換器と、前記ヒートポンプおよび前記熱交換器を接続する流体回路とを有する冷凍室と、冷蔵室であって、ヒートポンプと、前記冷蔵室内にある熱交換器と、前記ヒートポンプおよび前記熱交換器を接続する流体回路とを有する冷蔵室と、高温側熱交換器および前記高温側熱交換器を前記冷凍室ヒートポンプおよび前記冷蔵室ヒートポンプに、前記二つのヒートポンプが直列になるよう接続する高温側流体回路とを備えた冷蔵庫。 A freezer compartment, a heat pump, a heat exchanger in said freezing chamber, a freezing chamber and a fluid circuit connecting said pump and said heat exchanger, a refrigerating chamber, and the heat pump, the refrigerating compartment the heat exchanger and the heat pump and refrigerating compartment and a high temperature side heat exchanger and the freezing chamber heat pump the hot side heat exchanger and the refrigerating chamber heat pump and a fluid circuit connecting the heat exchanger in, refrigerator wherein two heat pump has a hot side fluid circuit connecting to become in series.
  5. 除霜モードにおいて、前記冷凍室ヒートポンプの極性が逆転され、熱が前記高温側流体回路から前記冷凍室熱交換器へ伝達される請求項4に記載の冷蔵庫。 In defrost mode, a refrigerator according to claim 4 in which the polarity of the freezing chamber heat pump is reversed, heat is transferred from the hot side fluid circuit to the freezer compartment heat exchanger.
  6. 空気から湿分を抽出し、前記湿分を凍結して後で携帯用水として回収する除湿器であって、 Extracting moisture from the air, a dehumidifier recovered as later portable water and freeze the moisture,
    部屋であって、空気がそこへ入るための空気流入口および空気がそこから出て行くための空気流出口を有する部屋と、前記部屋内にある熱電モジュールと、前記熱電モジュールの両側に装着された熱交換器であって、前記流入口から流出口へ向かう空気流と直接接触する熱交換器とを備えた除湿器。 A room, is mounted with a room having an air outlet for the air inlet and the air for air to enter to it exits therefrom, the thermoelectric module in the room, on both sides of the thermoelectric module and a heat exchanger, a dehumidifier and a heat exchanger that is in direct contact with the air flow directed to the outlet from the inlet.
  7. 前記熱電モジュールの一方の側面もしくは両側の前記熱交換器が、第二の放熱熱交換器を有する液体回路を介して空気流入口および空気流出口と接触する請求項6に記載の除湿器。 One side or both sides of the heat exchanger of the thermoelectric module, dehumidifier according to claim 6 via a liquid circuit having a second radiator heat exchanger in contact with the air inlet and the air outlet.
  8. 前記流入空気に直接接触する前記熱交換器上で成長する氷が、前記電子ヒートポンプの極性を逆転させることにより溶かされる請求項6に記載の除湿器。 The ice grown on the heat exchanger in direct contact with the incoming air dehumidifier according to claim 6 is dissolved by reversing the polarity of the electronic heat pump.
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