JP2020034198A - ヒートポンプ、暖房システム及び冷房システム - Google Patents
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Abstract
Description
熱電モジュール、第一柱状ハニカム熱交換器及び第二柱状ハニカム熱交換器を備えたヒートポンプであって、
前記熱電モジュールが、
放熱側絶縁性基板と、
放熱側絶縁性基板に対向する吸熱側絶縁性基板と、
放熱側絶縁性基板及び吸熱側絶縁性基板の間に配置された熱電変換部とを有し、
前記熱電変換部が、
放熱側絶縁性基板側に形成された第一電極、p型半導体、吸熱側絶縁性基板側に形成された第二電極、及びn型半導体がこの順に繰り返し直列に接続されている繰り返し部と、
繰り返し部に電圧を印加するための一対の端子部とを有し、
前記第一柱状ハニカム熱交換器が、
熱電モジュールの放熱側絶縁性基板の外側に熱伝導可能な状態で配置されている外周側壁と、
外周側壁の内側に配設され、一方の底面から他方の底面まで流体の流路を形成する複数のセルを区画形成する隔壁とを有し、
前記第二柱状ハニカム熱交換器が、
熱電モジュールの吸熱側絶縁性基板の外側に熱伝導可能な状態で配置されている外周側壁と、
外周側壁の内側に配設され、一方の底面から他方の底面まで流体の流路を形成する複数のセルを区画形成する隔壁とを有する、
ヒートポンプ。
[2]
前記第一柱状ハニカム熱交換器、及び前記第二柱状ハニカム熱交換器は、導電性セラミックスで形成されている[1]に記載のヒートポンプ。
[3]
前記吸熱側絶縁性基板及び前記放熱側絶縁性基板が、窒化珪素、窒化アルミニウム、アルミナ、及びジルコニア強化アルミナよりなる群から選択される少なくとも一種を含有するセラミックスで形成されている[1]又は[2]に記載のヒートポンプ。
[4]
下記の(1)及び(2)の何れか又は両方の条件を満たす[1]〜[3]の何れか一項に記載のヒートポンプ。
(1)熱電モジュールの放熱側絶縁性基板は、前記第一電極に接合材を介して接合しており、当該接合材は、活性金属を含むロウ材である。
(2)熱電モジュールの吸熱側絶縁性基板は、前記第二電極に接合材を介して接合しており、当該接合材は、活性金属を含むロウ材である。
[5]
下記の(3)及び(4)の何れか又は両方の条件を満たす[1]〜[3]の何れか一項に記載のヒートポンプ。
(3)熱電モジュールの放熱側絶縁性基板は、前記第一電極と直接接合されている。
(4)熱電モジュールの吸熱側絶縁性基板は、前記第二電極と直接接合されている。
[6]
放熱側の第一柱状ハニカム熱交換器、吸熱側の第二柱状ハニカム熱交換器、及び熱電変換部を備えたヒートポンプであって、
前記第一柱状ハニカム熱交換器が、
外周側壁と、外周側壁の内側に配設され、一方の底面から他方の底面まで流体の流路を形成する複数のセルを区画形成する隔壁とを有し、
前記第二柱状ハニカム熱交換器が、
外周側壁と、外周側壁の内側に配設され、一方の底面から他方の底面まで流体の流路を形成する複数のセルを区画形成する隔壁とを有し、
前記第一柱状ハニカム熱交換器、及び前記第二柱状ハニカム熱交換器が絶縁性材料で形成されており、
前記熱電変換部が、前記第一柱状ハニカム熱交換器の外側に形成された第一電極、p型半導体、前記第二柱状ハニカム熱交換器の外側に形成された第二電極、及びn型半導体がこの順に繰り返し直列に接続されている繰り返し部と、繰り返し部に電圧を印加するための一対の端子部とを有する、
ヒートポンプ。
[7]
前記第一柱状ハニカム熱交換器、及び前記第二柱状ハニカム熱交換器が、窒化珪素、窒化アルミニウム、アルミナ、及びジルコニア強化アルミナよりなる群から選択される少なくとも一種を含有するセラミックスで形成されている[6]に記載のヒートポンプ。
[8]
下記の(1)及び(2)の何れか又は両方の条件を満たす[6]又は[7]に記載のヒートポンプ。
(1)前記第一柱状ハニカム熱交換器の外周側壁は、前記第一電極に接合材を介して接合しており、当該接合材は、活性金属を含むロウ材である。
(2)前記第二柱状ハニカム熱交換器の外周側壁は、前記第二電極に接合材を介して接合しており、当該接合材は、活性金属を含むロウ材である。
[9]
下記の(3)及び(4)の何れか又は両方の条件を満たす[6]又は[7]の何れか一項に記載のヒートポンプ。
(3)前記第一柱状ハニカム熱交換器の外周側壁は、前記第一電極と直接接合されている。
(4)前記第二柱状ハニカム熱交換器の外周側壁は、前記第二電極と直接接合されている。
[10]
第一柱状ハニカム熱交換器及び第二柱状ハニカム熱交換器の一方又は両方は、セル密度が31〜140セル/cm2であり、隔壁厚が0.05〜0.2mmである[1]〜[9]の何れか一項に記載のヒートポンプ。
[11]
熱電モジュールの繰り返し部は、絶縁性基板を介して二層以上に積層されている[1]〜[10]の何れか一項に記載のヒートポンプ。
[12]
[1]〜[11]の何れか一項に記載のヒートポンプ;
車室内の空気を、当該ヒートポンプの第一柱状ハニカム熱交換器の一方の底面に送るための第一配管;
当該ヒートポンプの第一柱状ハニカム熱交換器の他方の底面から流出する空気を、車室内に戻すための第二配管;
車外の空気を、当該ヒートポンプの第二柱状ハニカム熱交換器の一方の底面に送るための第三配管;
当該ヒートポンプの第二柱状ハニカム熱交換器の他方の底面から流出する空気を、車外へ戻すための第四配管;
を備えた車室暖房システム。
[13]
第三配管は、バッテリー及び/又はモーターからの熱によって第三配管を流れる外気を加熱するための熱交換器を通過するように構成されている[12]に記載の車室暖房システム。
[14]
[1]〜[11]の何れか一項に記載のヒートポンプ;
車室内の空気を、当該ヒートポンプの第二柱状ハニカム熱交換器の一方底面に送るための第一配管;
当該ヒートポンプの第二柱状ハニカム熱交換器の他方の底面から流出する空気を、車室内に戻すための第二配管;
車外の空気を、当該ヒートポンプの第一柱状ハニカム熱交換器の一方の底面に送るための第三配管;
当該ヒートポンプの第一柱状ハニカム熱交換器の他方の底面から流出する空気を、車外へ戻すための第四配管;
を備えた車室冷房システム。
[15]
[1]〜[11]の何れか一項に記載のヒートポンプ;
座席内の空気を、当該ヒートポンプの第一柱状ハニカム熱交換器の一方の底面に送るための第一配管;
当該ヒートポンプの第一柱状ハニカム熱交換器の他方の底面から流出する空気を、座席内に戻すための第二配管;
座席外の空気を、当該ヒートポンプの第二柱状ハニカム熱交換器の一方の底面に送るための第三配管;
当該ヒートポンプの第二柱状ハニカム熱交換器の他方の底面から流出する空気を、座席外へ戻すための第四配管;
を備えた座席暖房システム。
[16]
[1]〜[11]の何れか一項に記載のヒートポンプ;
座席内の空気を、当該ヒートポンプの第二柱状ハニカム熱交換器の一方底面に送るための第一配管;
当該ヒートポンプの第二柱状ハニカム熱交換器の他方の底面から流出する空気を、座席内に戻すための第二配管;
座席外の空気を、当該ヒートポンプの第一柱状ハニカム熱交換器の一方の底面に送るための第三配管;
当該ヒートポンプの第一柱状ハニカム熱交換器の他方の底面から流出する空気を、座席外へ戻すための第四配管;
を備えた座席冷房システム。
図1には、本発明に係るヒートポンプの第一実施形態についての模式的な斜視図が示されている。図1に示すヒートポンプ100は、熱電モジュール120、第一柱状ハニカム熱交換器140及び第二柱状ハニカム熱交換器160を備える。
熱電モジュール120は、放熱側絶縁性基板121と、放熱側絶縁性基板121に対向する吸熱側絶縁性基板122と、放熱側絶縁性基板121及び吸熱側絶縁性基板122の間に配置された熱電変換部130とを有する。放熱側絶縁性基板121及び吸熱側絶縁性基板122は共に平板状とすることができる。
放熱側絶縁性基板121側に形成された第一電極131、p型半導体132、吸熱側絶縁性基板122側に形成された第二電極134、及びn型半導体133がこの順に繰り返し直列に接続されている繰り返し部と、
繰り返し部に電圧を印加するための一対の端子部136a、136bとを有する。
(1)熱電モジュール120の放熱側絶縁性基板121は、前記第一電極131に接合材を介して接合しており、当該接合材は、活性金属を含むロウ材である。
(2)熱電モジュール120の吸熱側絶縁性基板122は、前記第二電極134に接合材を介して接合しており、当該接合材は、活性金属を含むロウ材である。
(3)熱電モジュール120の放熱側絶縁性基板121は、前記第一電極131と直接接合されている。
(4)熱電モジュール120の吸熱側絶縁性基板122は、前記第二電極134と直接接合されている。
図1を参照すると、熱電モジュール120の放熱側絶縁性基板121の外側には第一柱状ハニカム熱交換器140が設置されている。また、熱電モジュール120の吸熱側絶縁性基板122の外側には第二柱状ハニカム熱交換器160が設置されている。
熱電モジュール120の放熱側絶縁性基板121の外側に熱伝導可能な状態で配置されている外周側壁142と、
外周側壁142の内側に配設され、一方の底面147から他方の底面148まで流体の流路を形成する複数のセル144を区画形成する隔壁146と、
を有する。
熱電モジュール120の吸熱側絶縁性基板122の外側に熱伝導可能な状態で配置されている外周側壁162と、
外周側壁142の内側に配設され、一方の底面167から他方の底面168まで流体の流路を形成する複数のセル164を区画形成する隔壁166と、
を有する。
(1)第一柱状ハニカム熱交換器140(又は第二柱状ハニカム熱交換器160)の外周側壁142(162)の外側表面が、熱電モジュール120の放熱側絶縁性基板121(又は吸熱側絶縁性基板122)の外側表面と直接接触している態様。
(2)第一柱状ハニカム熱交換器140(又は第二柱状ハニカム熱交換器160)の外周側壁142(162)の外側表面が、熱電モジュール120の放熱側絶縁性基板121(又は吸熱側絶縁性基板122)の外側表面と接合材を介して間接接触している態様。
図2には、本発明に係るヒートポンプの第二実施形態についての模式的な斜視図が示されている。図2に示すヒートポンプ200は、放熱側の第一柱状ハニカム熱交換器240、吸熱側の第二柱状ハニカム熱交換器260、及び熱電変換部230を備える。
第一柱状ハニカム熱交換器240は、外周側壁242と、外周側壁242の内側に配設され、一方の底面247から他方の底面248まで流体の流路を形成する複数のセル244を区画形成する隔壁246とを有する。また、本実施形態において、第二柱状ハニカム熱交換器260は、外周側壁262と、外周側壁262の内側に配設され、一方の底面267から他方の底面268まで流体の流路を形成する複数のセル264を区画形成する隔壁266とを有する。
熱電変換部230は、放熱側の第一柱状ハニカム熱交換器240の外側に形成された第一電極231、p型半導体232、吸熱側の第二柱状ハニカム熱交換器260の外側に形成された第二電極234、及びn型半導体233がこの順に繰り返し直列に接続されている繰り返し部と、繰り返し部に電圧を印加するための一対の端子部236a、236bとを有する。
(1)前記第一柱状ハニカム熱交換器240の外周側壁242は、前記第一電極231に接合材を介して接合しており、当該接合材は、活性金属を含むロウ材である。
(2)前記第二柱状ハニカム熱交換器260の外周側壁262は、前記第二電極234に接合材を介して接合しており、当該接合材は、活性金属を含むロウ材である。
(3)前記第一柱状ハニカム熱交換器240の外周側壁242は、前記第一電極231と直接接合されている。
(4)前記第二柱状ハニカム熱交換器260の外周側壁262は、前記第二電極234と直接接合されている。
上述した第一実施形態では放熱側絶縁性基板及び吸熱側絶縁性基板が存在していた。第二実施形態では放熱側絶縁性基板及び吸熱側絶縁性基板が存在せず、その代わりに、第一柱状ハニカム熱交換器及び第二柱状ハニカム熱交換器が実質的に放熱側絶縁性基板及び吸熱側絶縁性基板の機能を兼ね備えていた。ヒートポンプのその他の実施形態としては、例えば、放熱側絶縁性基板が存在する一方で、吸熱側絶縁性基板が存在せず、その代わりに、第二柱状ハニカム熱交換器260が実質的に吸熱側絶縁性基板の機能を兼ね備えた実施形態があり得る。また、吸熱側絶縁性基板が存在する一方で、放熱側絶縁性基板が存在せず、その代わりに、第一柱状ハニカム熱交換器が実質的に放熱側絶縁性基板の機能を兼ね備えた実施形態があり得る。
次に、本発明に係るヒートポンプを製造する方法について例示的に説明する。
まず、セラミックス原料に、分散媒及びバインダを含有する原料組成物を混ぜ合わせ、混練して坏土を調製した後、坏土を押出成形してハニカム成形体を作製する。原料組成物中には分散剤、導電体粉末等の添加剤を必要に応じて配合することができる。押出成形に際しては、所望の全体形状、セル形状、隔壁厚み、セル密度等を有する口金を用いることができる。
上述した第一実施形態に係るヒートポンプを製造する場合、熱電モジュールを用意する。熱電モジュールは市販のペルチェ素子を使用してもよい。熱電モジュールは例えば以下の手順で作製する。放熱側絶縁性基板の内側表面に所望の数の第一電極を所定の配列で接合し、また、吸熱側絶縁性基板の内側表面に第二電極を所定の配列で接合する。次いで、p型半導体及びn型半導体を繰り返し第一電極及び第二電極に順にπ型に接続することで先述した繰り返し部を形成し、繰り返し部を含む直列回路の両端にそれぞれ端子部を電気的に接続することで熱電モジュールが作製可能である。用意した熱電モジュールの放熱側絶縁性基板に第一柱状ハニカム熱交換器を接合し、吸熱側絶縁性基板に第二柱状ハニカム熱交換器を接合することで、ヒートポンプが完成する。
本発明に係るヒートポンプは、車両の車室暖房用又は車室冷房用のヒートポンプとして好適に利用可能である。また、本発明に係るヒートポンプは、座席暖房用又は座席冷房用のヒートポンプとして、とりわけ車両の座席暖房用又は座席冷房用のヒートポンプとして好適に利用可能である。
図4には、本発明の一実施形態に係る車室(又は座席)暖房システム400の構成が模式的に示されている。
車室(又は座席)暖房システム400は、
本発明に係るヒートポンプ100(200);
車室(又は座席)410内の空気を、当該ヒートポンプ100(200)の第一柱状ハニカム熱交換器140(240)の一方の底面147(247)に送るための第一配管411;
当該ヒートポンプ100(200)の第一柱状ハニカム熱交換器140(240)の他方の底面148(248)から流出する空気を、車室(又は座席)410内に戻すための第二配管412;
車(又は座席)外の空気を、当該ヒートポンプ100(200)の第二柱状ハニカム熱交換器160(260)の一方の底面167(267)に送るための第三配管413;
当該ヒートポンプ100(200)の第二柱状ハニカム熱交換器160(260)の他方の底面168(268)から流出する空気を、車(又は座席)外へ戻すための第四配管414;
を備える。
図5には、本発明の一実施形態に係る車室(又は座席)冷房システム500の構成が模式的に示されている。
車室(又は座席)冷房システム500は、
本発明に係るヒートポンプ100(200);
車室(又は座席)510内の空気を、当該ヒートポンプ100(200)の第二柱状ハニカム熱交換器160(260)の一方の底面167(267)に送るための第一配管511;
当該ヒートポンプ100(200)の第二柱状ハニカム熱交換器160(260)の他方の底面168(268)から流出する空気を、車室(又は座席)内に戻すための第二配管512;
車(又は座席)外の空気を、当該ヒートポンプ100(200)の第一柱状ハニカム熱交換器140(240)の一方の底面147(247)に送るための第三配管513;
当該ヒートポンプ100(200)の第一柱状ハニカム熱交換器140(240)の他方の底面148(248)から流出する空気を、車(又は座席)外へ戻すための第四配管514;
を備える。
120 熱電モジュール
121 放熱側絶縁性基板
122 吸熱側絶縁性基板
130 熱電変換部
131 第一電極
132 p型半導体
133 n型半導体
134 第二電極
135 導電ブロック
136a、136b 端子部
140 第一柱状ハニカム熱交換器
142、162 外周側壁
144、164 セル
146、166 隔壁
147、167 一方の底面
148、168 他方の底面
150 絶縁性基板
160 第二柱状ハニカム熱交換器
200 ヒートポンプ
220 熱電モジュール
230 熱電変換部
231 第一電極
232 p型半導体
233 n型半導体
234 第二電極
236a、236b 端子部
240 第一柱状ハニカム熱交換器
242、262 外周側壁
244、264 セル
246、266 隔壁
247、267 一方の底面
248、268 他方の底面
260 第二柱状ハニカム熱交換器
400 暖房システム
410 車室(又は座席)
411 第一配管
412 第二配管
413 第三配管
414 第四配管
416 熱交換器
417 電源スイッチ
418 バッテリー
419 電線
500 冷房システム
510 車室(又は座席)
511 第一配管
512 第二配管
513 第三配管
514 第四配管
517 電源スイッチ
518 バッテリー
519 電線
Claims (16)
- 熱電モジュール、第一柱状ハニカム熱交換器及び第二柱状ハニカム熱交換器を備えたヒートポンプであって、
前記熱電モジュールが、
放熱側絶縁性基板と、
放熱側絶縁性基板に対向する吸熱側絶縁性基板と、
放熱側絶縁性基板及び吸熱側絶縁性基板の間に配置された熱電変換部とを有し、
前記熱電変換部が、
放熱側絶縁性基板側に形成された第一電極、p型半導体、吸熱側絶縁性基板側に形成された第二電極、及びn型半導体がこの順に繰り返し直列に接続されている繰り返し部と、
繰り返し部に電圧を印加するための一対の端子部とを有し、
前記第一柱状ハニカム熱交換器が、
熱電モジュールの放熱側絶縁性基板の外側に熱伝導可能な状態で配置されている外周側壁と、
外周側壁の内側に配設され、一方の底面から他方の底面まで流体の流路を形成する複数のセルを区画形成する隔壁とを有し、
前記第二柱状ハニカム熱交換器が、
熱電モジュールの吸熱側絶縁性基板の外側に熱伝導可能な状態で配置されている外周側壁と、
外周側壁の内側に配設され、一方の底面から他方の底面まで流体の流路を形成する複数のセルを区画形成する隔壁とを有する、
ヒートポンプ。 - 前記第一柱状ハニカム熱交換器、及び前記第二柱状ハニカム熱交換器は、導電性セラミックスで形成されている請求項1に記載のヒートポンプ。
- 前記吸熱側絶縁性基板及び前記放熱側絶縁性基板が、窒化珪素、窒化アルミニウム、アルミナ、及びジルコニア強化アルミナよりなる群から選択される少なくとも一種を含有するセラミックスで形成されている請求項1又は2に記載のヒートポンプ。
- 下記の(1)及び(2)の何れか又は両方の条件を満たす請求項1〜3の何れか一項に記載のヒートポンプ。
(1)熱電モジュールの放熱側絶縁性基板は、前記第一電極に接合材を介して接合しており、当該接合材は、活性金属を含むロウ材である。
(2)熱電モジュールの吸熱側絶縁性基板は、前記第二電極に接合材を介して接合しており、当該接合材は、活性金属を含むロウ材である。 - 下記の(3)及び(4)の何れか又は両方の条件を満たす請求項1〜3の何れか一項に記載のヒートポンプ。
(3)熱電モジュールの放熱側絶縁性基板は、前記第一電極と直接接合されている。
(4)熱電モジュールの吸熱側絶縁性基板は、前記第二電極と直接接合されている。 - 放熱側の第一柱状ハニカム熱交換器、吸熱側の第二柱状ハニカム熱交換器、及び熱電変換部を備えたヒートポンプであって、
前記第一柱状ハニカム熱交換器が、
外周側壁と、外周側壁の内側に配設され、一方の底面から他方の底面まで流体の流路を形成する複数のセルを区画形成する隔壁とを有し、
前記第二柱状ハニカム熱交換器が、
外周側壁と、外周側壁の内側に配設され、一方の底面から他方の底面まで流体の流路を形成する複数のセルを区画形成する隔壁とを有し、
前記第一柱状ハニカム熱交換器、及び前記第二柱状ハニカム熱交換器が絶縁性材料で形成されており、
前記熱電変換部が、前記第一柱状ハニカム熱交換器の外側に形成された第一電極、p型半導体、前記第二柱状ハニカム熱交換器の外側に形成された第二電極、及びn型半導体がこの順に繰り返し直列に接続されている繰り返し部と、繰り返し部に電圧を印加するための一対の端子部とを有する、
ヒートポンプ。 - 前記第一柱状ハニカム熱交換器、及び前記第二柱状ハニカム熱交換器が、窒化珪素、窒化アルミニウム、アルミナ、及びジルコニア強化アルミナよりなる群から選択される少なくとも一種を含有するセラミックスで形成されている請求項6に記載のヒートポンプ。
- 下記の(1)及び(2)の何れか又は両方の条件を満たす請求項6又は7に記載のヒートポンプ。
(1)前記第一柱状ハニカム熱交換器の外周側壁は、前記第一電極に接合材を介して接合しており、当該接合材は、活性金属を含むロウ材である。
(2)前記第二柱状ハニカム熱交換器の外周側壁は、前記第二電極に接合材を介して接合しており、当該接合材は、活性金属を含むロウ材である。 - 下記の(3)及び(4)の何れか又は両方の条件を満たす請求項6又は7の何れか一項に記載のヒートポンプ。
(3)前記第一柱状ハニカム熱交換器の外周側壁は、前記第一電極と直接接合されている。
(4)前記第二柱状ハニカム熱交換器の外周側壁は、前記第二電極と直接接合されている。 - 第一柱状ハニカム熱交換器及び第二柱状ハニカム熱交換器の一方又は両方は、セル密度が31〜140セル/cm2であり、隔壁厚が0.05〜0.2mmである請求項1〜9の何れか一項に記載のヒートポンプ。
- 熱電モジュールの繰り返し部は、絶縁性基板を介して二層以上に積層されている請求項1〜10の何れか一項に記載のヒートポンプ。
- 請求項1〜11の何れか一項に記載のヒートポンプ;
車室内の空気を、当該ヒートポンプの第一柱状ハニカム熱交換器の一方の底面に送るための第一配管;
当該ヒートポンプの第一柱状ハニカム熱交換器の他方の底面から流出する空気を、車室内に戻すための第二配管;
車外の空気を、当該ヒートポンプの第二柱状ハニカム熱交換器の一方の底面に送るための第三配管;
当該ヒートポンプの第二柱状ハニカム熱交換器の他方の底面から流出する空気を、車外へ戻すための第四配管;
を備えた車室暖房システム。 - 第三配管は、バッテリー及び/又はモーターからの熱によって第三配管を流れる外気を加熱するための熱交換器を通過するように構成されている請求項12に記載の車室暖房システム。
- 請求項1〜11の何れか一項に記載のヒートポンプ;
車室内の空気を、当該ヒートポンプの第二柱状ハニカム熱交換器の一方底面に送るための第一配管;
当該ヒートポンプの第二柱状ハニカム熱交換器の他方の底面から流出する空気を、車室内に戻すための第二配管;
車外の空気を、当該ヒートポンプの第一柱状ハニカム熱交換器の一方の底面に送るための第三配管;
当該ヒートポンプの第一柱状ハニカム熱交換器の他方の底面から流出する空気を、車外へ戻すための第四配管;
を備えた車室冷房システム。 - 請求項1〜11の何れか一項に記載のヒートポンプ;
座席内の空気を、当該ヒートポンプの第一柱状ハニカム熱交換器の一方の底面に送るための第一配管;
当該ヒートポンプの第一柱状ハニカム熱交換器の他方の底面から流出する空気を、座席内に戻すための第二配管;
座席外の空気を、当該ヒートポンプの第二柱状ハニカム熱交換器の一方の底面に送るための第三配管;
当該ヒートポンプの第二柱状ハニカム熱交換器の他方の底面から流出する空気を、座席外へ戻すための第四配管;
を備えた座席暖房システム。 - 請求項1〜11の何れか一項に記載のヒートポンプ;
座席内の空気を、当該ヒートポンプの第二柱状ハニカム熱交換器の一方底面に送るための第一配管;
当該ヒートポンプの第二柱状ハニカム熱交換器の他方の底面から流出する空気を、座席内に戻すための第二配管;
座席外の空気を、当該ヒートポンプの第一柱状ハニカム熱交換器の一方の底面に送るための第三配管;
当該ヒートポンプの第一柱状ハニカム熱交換器の他方の底面から流出する空気を、座席外へ戻すための第四配管;
を備えた座席冷房システム。
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Citations (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS61110896A (ja) * | 1984-11-01 | 1986-05-29 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | セラミツク製熱交換器の目封じ方法 |
JPS62178555U (ja) * | 1986-04-30 | 1987-11-12 | ||
JPH05162537A (ja) * | 1991-12-10 | 1993-06-29 | Toyota Motor Corp | 電気自動車用空気調和装置 |
JPH1044756A (ja) * | 1996-08-02 | 1998-02-17 | Zexel Corp | シート温調装置 |
JPH11182907A (ja) * | 1997-12-22 | 1999-07-06 | Matsushita Electric Works Ltd | 換気装置 |
JP2003092435A (ja) * | 2001-09-17 | 2003-03-28 | Komatsu Ltd | 熱電モジュール及びその製造方法 |
JP2005159019A (ja) * | 2003-11-26 | 2005-06-16 | Kyocera Corp | 熱電モジュール |
JP2006147600A (ja) * | 2004-10-18 | 2006-06-08 | Yamaguchi Univ | 熱電変換モジュール |
US20070261730A1 (en) * | 2006-05-12 | 2007-11-15 | General Electric Company | Low dimensional thermoelectrics fabricated by semiconductor wafer etching |
JP2009081287A (ja) * | 2007-09-26 | 2009-04-16 | Toshiba Corp | 熱電変換モジュールとそれを用いた熱交換器、熱電温度調節装置および熱電発電装置 |
JP2009274587A (ja) * | 2008-05-14 | 2009-11-26 | Denso Corp | 車両用除加湿装置 |
JP2013171783A (ja) * | 2012-02-22 | 2013-09-02 | Toyota Motor Corp | バッテリの温度調節装置及び車室内の温度調節装置 |
JP2014054934A (ja) * | 2012-09-13 | 2014-03-27 | Ngk Insulators Ltd | ヒーター |
JP2015140960A (ja) * | 2014-01-28 | 2015-08-03 | イビデン株式会社 | 熱交換器 |
-
2018
- 2018-08-28 JP JP2018159719A patent/JP2020034198A/ja active Pending
Patent Citations (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS61110896A (ja) * | 1984-11-01 | 1986-05-29 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | セラミツク製熱交換器の目封じ方法 |
JPS62178555U (ja) * | 1986-04-30 | 1987-11-12 | ||
JPH05162537A (ja) * | 1991-12-10 | 1993-06-29 | Toyota Motor Corp | 電気自動車用空気調和装置 |
JPH1044756A (ja) * | 1996-08-02 | 1998-02-17 | Zexel Corp | シート温調装置 |
JPH11182907A (ja) * | 1997-12-22 | 1999-07-06 | Matsushita Electric Works Ltd | 換気装置 |
JP2003092435A (ja) * | 2001-09-17 | 2003-03-28 | Komatsu Ltd | 熱電モジュール及びその製造方法 |
JP2005159019A (ja) * | 2003-11-26 | 2005-06-16 | Kyocera Corp | 熱電モジュール |
JP2006147600A (ja) * | 2004-10-18 | 2006-06-08 | Yamaguchi Univ | 熱電変換モジュール |
US20070261730A1 (en) * | 2006-05-12 | 2007-11-15 | General Electric Company | Low dimensional thermoelectrics fabricated by semiconductor wafer etching |
JP2009081287A (ja) * | 2007-09-26 | 2009-04-16 | Toshiba Corp | 熱電変換モジュールとそれを用いた熱交換器、熱電温度調節装置および熱電発電装置 |
JP2009274587A (ja) * | 2008-05-14 | 2009-11-26 | Denso Corp | 車両用除加湿装置 |
JP2013171783A (ja) * | 2012-02-22 | 2013-09-02 | Toyota Motor Corp | バッテリの温度調節装置及び車室内の温度調節装置 |
JP2014054934A (ja) * | 2012-09-13 | 2014-03-27 | Ngk Insulators Ltd | ヒーター |
JP2015140960A (ja) * | 2014-01-28 | 2015-08-03 | イビデン株式会社 | 熱交換器 |
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