JP2666902B2 - 除湿装置 - Google Patents

除湿装置

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JP2666902B2
JP2666902B2 JP5048840A JP4884093A JP2666902B2 JP 2666902 B2 JP2666902 B2 JP 2666902B2 JP 5048840 A JP5048840 A JP 5048840A JP 4884093 A JP4884093 A JP 4884093A JP 2666902 B2 JP2666902 B2 JP 2666902B2
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    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B21/00Machines, plants or systems, using electric or magnetic effects
    • F25B21/02Machines, plants or systems, using electric or magnetic effects using Peltier effect; using Nernst-Ettinghausen effect
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24FAIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
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    • F24F5/0042Air-conditioning systems or apparatus not covered by F24F1/00 or F24F3/00, e.g. using solar heat or combined with household units such as an oven or water heater characterised by the application of thermo-electric units or the Peltier effect
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N15/00Thermoelectric devices without a junction of dissimilar materials; Thermomagnetic devices, e.g. using the Nernst-Ettingshausen effect

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、熱電変換素子を利用す
ることにより、電気的に除湿を行う除湿装置に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】従来、除湿装置としては、圧縮機、凝縮
器、減圧器、蒸発器等から構成された冷凍サイクルを持
ち、熱交換部で湿り空気を露点以下の温度まで冷却する
ことにより除湿を行う方式をとっていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
ような冷凍サイクル利用した除湿装置では、冷凍サイク
ルを構成している各機器の容量が大きく重量物であり、
さらに、それらを連結する配管部も必要であること等か
ら、小型、軽量化が図れず、また、可動部(圧縮機、送
風機等)による騒音も大きいものであった。
【0004】また、蒸発器に霜が付着した場合、それを
溶かすために除霜運転をしなければならず、除霜運転中
は除湿が中断することになり、運転効率が悪いといった
課題がある。
【0005】本発明は、従来の除湿装置のこのような課
題を考慮し、小型軽量化ができ、騒音が小さく、又、効
率のよい除湿を行うことができる除湿装置を提供するこ
とを目的とするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、筒状基板上
に、形成された熱電変換素子及び、その素子に電流を流
すための電極を有する内側筒部材と、その内側筒部材の
周りに設けられた筒状の外側筒部材と、内側筒部材及び
外側筒部材の内部の空気を流入・流出させるための空気
流入手段とを備えた除湿装置である。
【0007】
【作用】本発明は、筒状基板上の熱電変換素子に電流を
流すことにより内側筒部材の内側と外側とで温度差が生
じ、空気流入手段が、内側筒部材及び外側筒部材の内部
の空気を流入・流出させ、内側部材の温度の低い側で除
湿を行い、温度の高い側で放熱を行う。
【0008】
【実施例】以下に、本発明をその実施例を示す図面に基
づいて説明する。
【0009】(第1実施例)図1は、本発明にかかる第
1実施例の除湿装置の構成図である。すなわち、除湿装
置には、外側筒部材である外側枠1及び、内側筒部材で
ある円筒状熱電素子部2が、二重円筒構造を形成して設
けられ、その円筒状熱電素子部2の内部には冷却フィン
3が設置されている。また、外側枠1と円筒状熱電素子
部2の間には、放熱フィン4が設置され、内部の円筒状
熱電素子部2は、放熱フィン4により外側枠1に固定さ
れている。更に、外側枠1の上部開口部には内部の空気
を排気するための空気流入手段としてファン5が設置さ
れ、その上には、排気口6が取り付けられている。
【0010】図2は、図1のA−A’における断面図で
ある。図2において、外側枠1および内部の円筒状熱電
素子部2の間に、放熱フィン4が放射状に設置され、さ
らに、円筒状熱電素子部2の内側には、冷却フィン3が
設置されている。
【0011】図3は、円筒状熱電素子部2の斜視図であ
る。図3において、円筒状熱電素子部2は筒状基板とし
て電気絶縁性管状基板7が用いられ、その外表面には、
螺旋帯状の磁化されたFe薄膜8と螺旋帯状のBi88Sb12
膜9が交互に縞状に付着されている。この螺旋帯状のBi
88Sb12薄膜9は、一方の端部から他方の端部まで等幅に
形成されている。そのBi88Sb12薄膜9の端部には、金属
電極10、11が、Fe薄膜8と接触せず、Bi88Sb12薄膜
9中を電気的導通ができるように接続されている。いう
までもないが、電気絶縁性管状基板7の図3の裏側にあ
たる外表面にも螺旋帯の一部の磁化されたFe薄膜(図示
せず)とBi88Sb12薄膜(図示せず)とが同様に形成され
ている。
【0012】次に上記実施例の除湿装置の動作について
説明する。
【0013】まず、図3のような構成において、金属電
極10と金属電極11の間に直流電流を流すと、エッチ
ングスハウゼン効果によりBi88Sb12薄膜9の表裏に温度
差が生じる。この場合Fe薄膜8による磁場の向きに対し
て直交する方向に、どのBi88Sb12薄膜9も、電流が同じ
向きに流れているので、それぞれの表裏には同じように
高温部と低温部ができる。すなわち、円筒状熱電素子部
2の内部と外部に温度差をつけることができる。
【0014】次に、図1に示すように、矢印で示すよう
な空気の流れを生じさせるようにファン5を回転させ
る。そうすると、湿り空気が円筒状熱電素子部2の内部
と外部に流入することになる。円筒状熱電素子部2の内
部の冷却フィン3は、冷却されており湿り空気と熱交換
を行い、湿り空気が露点以下となったところで結露し除
湿を行い、結露した水は冷却フィン3等を伝わって落下
する。除湿により乾燥された空気はファン5を通過し、
さらに排気口6を通って、除湿装置外部に流出する。一
方、円筒状熱電素子部2の外部に流入した空気は、円筒
状熱電素子部2の外部の放熱フィン4と熱交換を行い、
空気温度が高まることにより、円筒状熱電素子部2の放
熱作用を促進する。
【0015】また、円筒状熱電素子部2の内部の温度が
低くなりすぎて着霜した場合は、円筒状熱電素子部2の
金属電極10、11に流す電流の向きを逆方向にしてや
ることにより、円筒状熱電素子部2の内部温度を高くす
ることができ、簡単に除霜を行うことができる。
【0016】本実施例における効果は、次の通りであ
る。 (1)圧縮機等の駆動部がなくなり、低騒音が実現でき、
機器のコンパクト化にも貢献できる。 (2)円筒径の違う同様の円筒状熱電素子を重ねることに
より除湿効果の拡大を図ることができる。 (3)ファンが一つで、除湿用空気と放熱用空気の両方を
一度に流入し、さらに排出することが出来るので、吸気
用ファンおよび排気用ファンが二つある場合と比較し
て、騒音が低減でき、機器のコンパクト化も可能とな
る。 (4)絶縁性管状基板にエッチングスハウゼン素子薄膜を
直接的に付着させるので、熱的な接触が良好である。
【0017】なお、ここで用いる電気絶縁性管状基板4
の材質に関しては、電気絶縁性で高熱伝導性のものが望
ましい。また、外側枠1も熱伝導性の高いものが望まし
い。
【0018】(第2実施例)図4は、本発明にかかる第
2実施例の除湿装置における円筒状熱電素子部の斜視図
である。
【0019】除湿装置全体の構成としては、図1に示し
たものと同様の形状を有しており、円筒状熱電素子部2
の部分だけが、この図4に示すような円筒状熱電素子部
12となっている。
【0020】図4において、電気絶縁性管状基板13の
外表面には、螺旋帯状の磁化されたFe薄膜14と螺旋帯
状のBi88Sb12薄膜15が交互に縞状に付着されている。
この場合の螺旋帯状のBi88Sb12薄膜15は、一端から一
端に向かって帯幅が徐々に広くなっていくように形成さ
れている。さらに、金属電極16、17が、Fe薄膜14
と接触せず、Bi88Sb12薄膜15中を電気的導通ができる
ように、Bi88Sb12薄膜15の両端部にそれぞれ接続され
ている。いうまでもないが、電気絶縁性管状基板7の図
3の裏側にあたる外表面にも螺旋帯の一部の磁化された
Fe薄膜(図示せず)とBi88Sb12薄膜(図示せず)とが同
様に形成されている。
【0021】次に、第2実施例の除湿装置の動作につい
て説明する。
【0022】まず、図4のような構成において、金属電
極16と金属電極17の間に直流電流を流すと、エッチ
ングスハウゼン効果によりBi88Sb12薄膜15の表裏に温
度差が生じる。この場合Fe薄膜14による磁場の向きに
対して直交する方向に、どのBi88Sb12薄膜15も、電流
が同じ向きに流れているので、それぞれの表裏には同じ
ように高温部と低温部ができる。つまり、円筒状熱電素
子部12の内部と外部に温度差をつけることができる。
さらにこの場合、金属電極16から金属電極17に向か
って螺旋帯状のBi88Sb12薄膜15の帯幅が徐々に広くな
っていくように形成されているので、各部位における吸
熱効果に変化が出てくる。すなわち、空気温度変化に合
わせて、段階的に金属電極16から金属電極17に向か
って、温度差を一定に保ったまま、温度差領域が低くで
きるように設計されている。
【0023】このように設計された円筒状熱電素子部1
2が、図1に示す除湿装置と同様に構成されている場
合、冷却側となる面の湿り空気の流れの上流側から下流
側に向かって螺旋帯状のBi88Sb12薄膜15の帯幅が徐々
に広くなっていくような向きに設置することにより、湿
り空気の温度の冷却度合に追随しながら冷却効果を高め
ていくことができ、それぞれの部位による温度を少しづ
つ変化させることが出来る。その結果、平均的に必要と
する温度差は小さくても同様の効率を示すことがわか
る。すなわち、より小さい電気入力で同様の除湿能力を
示すことになる。
【0024】本実施例における効果は、前述の第1実施
例に加えて次のものがある。 (1)空気温度に従って最大効率を持つことが出来る電流
を保ちながら円筒状熱電素子部12の内外部の温度差を
変化させることができ、除湿装置の効率が改善されかつ
能力も向上する。
【0025】又、ここで用いる電気絶縁性管状基板に関
しては、円筒軸の垂直方向には、熱伝導性が高く、円筒
軸と平衡な方向には熱伝導性が低いといった熱伝導異方
性を持つ材料を使用することが望ましい。
【0026】(第3実施例)図5は、本発明にかかる第
3実施例の除湿装置の構成図である。図5において、第
1実施例と異なる点は、外側枠18および円筒状熱電素
子部19の内径が下部から上部に向かって徐々に狭くな
っている点である。その他の点は第1実施例と同様に、
円筒状熱電素子部19の内部に冷却フィン20が設置さ
れ、外側枠18と円筒状熱電素子部19の間には、放熱
フィン21が設置され、内部の円筒状熱電素子部19
が、放熱フィン21により外側枠18に固定されてい
る。又、除湿装置上部には、ファン22が設置され、さ
らにその上には、排気口23が形成されている。
【0027】この場合の円筒状熱電素子部19外表面に
は、図3の場合と同様にエッチングスハウゼン素子薄膜
(図示省略)、磁性薄膜(図示省略)、金属電極部(図
示省略)が形成されており、電流を流すことにより円筒
状熱電素子部19の内外部に温度差をつけることが可能
となっている。
【0028】次に、第3実施例の除湿装置の動作につい
て説明する。
【0029】以上のような構成において、円筒状熱電素
子部19に電流を流し、ファン22を回転させることに
より、湿り空気を円筒状熱電素子部19の内外部に流入
させた場合、図5に示すように、冷却側となる面の湿り
空気の流れの上流側から下流側に向かって円筒状熱電素
子部19の内径が徐々に狭くなっているので、それぞれ
の部位による温度を少しづつ変化させることができ、湿
り空気の温度の冷却度合に追随しながら無駄の少ない冷
却を行うことが出来る。その結果、平均的に必要とする
温度差は小さくても同様の効率を示すことがわかる。す
なわち、より小さい電気入力で同様の除湿能力を示すこ
とになる。
【0030】本実施例における効果は、第1実施例に加
えて次のものがある。 (1)除湿装置の効率が改善されかつ能力も向上する。
【0031】又、ここで用いる電気絶縁性管状基板に関
しては、第2実施例と同様に、円筒軸の垂直方向には、
熱伝導性が高く、円筒軸と平衡な方向には熱伝導性が低
いといった熱伝導異方性を持つ材料を使用することが望
ましい。
【0032】なお、上記実施例では、すべてエッチング
スハウゼン素子薄膜としてはBi88Sb12を用いて説明した
が、これに限定されることはなく、他の金属または半導
体、例えばHgTe、HgSe、ヒ化カドミウム、Bi2(Se,Te)3
等、エッチングスハウゼン効果を示す材料が使用可能で
あることは言うまでもない。
【0033】また、上記実施例では、すべて磁性薄膜と
してFeを用いたが、これに限定されることはなく、例え
ばCr,Mn,Co,Ni等の3d遷移金属やNi-Fe,Cu-Ni,Pd-Ni等
の合金等の磁化されて磁石となり得る材料が使用可能で
ある。
【0034】また、上記実施例では、いずれも熱電変換
素子にエッチングスハウゼン効果を示す材料を用いた
が、これに限らず、他の熱電変換素子を用いてもよい。
【0035】また、上記実施例では、いずれも内側筒部
材及び外側筒部材を円筒形状としたが、これに限らず、
例えば四角形筒状、多角形筒状、楕円形筒状などであっ
てもよい。
【0036】また、上記実施例では、いずれも空気流入
手段としてファンを用いたが、これに限らず、空気を流
入・流出できれば、例えば外部からの空気流を利用する
等の他の空気流入方式を用いてもよい。
【0037】また、上記実施例では、いずれも外側筒部
材の開口部の片方のみにファンを設けたが、これに限ら
ず、両方の開口部にファンを設け、一方を吸い込み用、
他方を排気用としてもよい。あるいは、他の場所に、他
の手段をもうけ、要するに内側筒部材及び外側筒部材の
内部の空気を流入・流出させるための空気流入手段があ
ればよい。
【0038】また、上記実施例では、いずれも排気用フ
ァンを設けたが、これに代えて、吸い込み用ファンを設
けてもよい。
【0039】また、上記実施例では、いずれも伝熱用の
フィンに板形状の部材を用いたが、これに限らず、例え
ば波形状、凹凸形状に形成された表面を有する板部材な
ど他の形状であってもよい。
【0040】また、上記実施例では、いずれも円筒状熱
電素子部の内側を冷却面とし、外側を放熱面としたが、
これに代えて、電流の向きを反対にして内側を放熱面と
し、外側を冷却面としてもよい。
【0041】また、上記実施例では、いずれもエッチン
グスハウゼン素子薄膜及び磁性薄膜を電気絶縁性管状基
板の外表面に形成したが、これに代えて、内表面に形成
してもよい。
【0042】
【発明の効果】以上述べたところから明らかなように本
発明は、筒状基板上に、形成された熱電変換素子及び、
その素子に電流を流すための電極を有する内側筒部材
と、その内側筒部材の周りに設けられた筒状の外側筒部
材と、内側筒部材及び外側筒部材の内部の空気を流入・
流出させるための空気流入手段とを備えているので、小
型軽量化ができ、騒音が小さく、又、効率のよい除湿を
行うことができるという長所を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかる第1実施例の除湿装置の構成図
である。
【図2】同実施例の除湿装置の断面図である。
【図3】同実施例の除湿装置の円筒状熱電素子部の斜視
図である。
【図4】本発明にかかる第2実施例の除湿装置の円筒状
熱電素子部の斜視図である。
【図5】本発明にかかる第3実施例の除湿装置の構成図
である。
【符号の説明】
1、18 外側枠 2、12、19 円筒状熱電素子部 3、20 冷却フィン 4、21 放熱フィン 5、22 ファン 6、23 排気口 7、13 電気絶縁性管状基板 8、14 Fe薄膜 9、15 Bi88Sb12薄膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中筋 章子 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 平4−206884(JP,A) 実公 昭62−46096(JP,Y2)

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 筒状基板の表面に直接的に形成された熱
    電変換素子及び、その熱電変換素子に電流を流すための
    電極を有する内側筒部材と、その内側筒部材の周りに設
    けられた筒状の外側筒部材と、前記内側筒部材及び外側
    筒部材の内部の空気を流入・流出させるための空気流入
    手段とを備えたことを特徴とする除湿装置。
  2. 【請求項2】 筒状基板は絶縁性を有する絶縁性筒状基
    板であり、前記熱電変換素子はエッチングスハウゼン素
    子薄膜であり、前記内側筒部材は、前記絶縁性筒状基板
    の表面に、所定の間隔を保持して螺旋帯状に直接的に
    成されたエッチングスハウゼン素子薄膜及び、そのエッ
    チングスハウゼン素子薄膜の螺旋帯間に形成され、前記
    エッチングスハウゼン素子薄膜に流す電流と実質上直交
    する方向に磁化された磁性薄膜を有することを特徴とす
    る請求項1記載の除湿装置。
  3. 【請求項3】 エッチングスハウゼン素子薄膜は、前記
    流入する空気の流れの上流側から下流側に向かうに応じ
    て帯幅が広くなるように形成されていることを特徴とす
    る請求項1、又は2記載の除湿装置。
  4. 【請求項4】 内側筒部材の内径が、前記流入する空気
    の流れの上流側から下流側に向かうに応じて小さくなっ
    ていることを特徴とする請求項1、又は2記載の除湿装
    置。
  5. 【請求項5】 内側筒部材の内部および外部に伝熱用の
    フィンが形成されていることを特徴とする請求項1、
    2、3又は4記載の除湿装置。
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