JP3172502B2 - ペルチェモジュールを用いた冷却機，加熱機，温度調整機，発電機などの熱電変換機並びにペルチェモジュールを用いた冷却機並びにペルチェモジュールを用いた加熱機並びにペルチェモジュールを用いた発電機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば冷却機，加
熱機，温度調整機，発電機などの容体にペルチェモジュ
ールを設けた熱電変換機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、冷蔵庫や保冷庫などの冷却機を
例にとって説明すると、最近フロンガスを使用しない冷
却機として容体にペルチェモジュールを設けたものが開
発されている。

【０００３】このペルチェモジュールは、フロンガスを
使用せず、熱電半導体に直流電流を流すことによりヒー
トポンプとして作動する熱電変換テバイスで、冷却と加
熱、更には温度制御も自由に行うことができるものであ
る。

【０００４】このペルチェモジュールの原理について、
更に説明すれば、図４に示すようにＰ型半導体とＮ型半
導体とからなる熱電半導体を金属電極でπ型に直列結合
し、例えばＮ型からＰ型へと電流を流すことにより、ペ
ルチェ効果によって電子が一定方向に流れ、図面の上部
ではエネルギーレベルの低い状態から高い状態に移行
し、周りの結晶格子エネルギーを吸収し、この結果温度
が低下する。また、反対側の下部では、逆にエネルギー
レベルの高い状態から低い状態へと移行し、温度が上昇
する。

【０００５】即ち、電極間で大きな温度差が生じ、例え
ば温度の高い方（放熱側）を空冷や水冷などによって冷
却することで、温度の低い方（冷却側）を更に低くする
ことができ、この冷却側を容体内に臨ませることで冷蔵
庫や保冷庫とすることができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなペルチェモジュールを用いた従来の冷却機は、冷却
側と放熱側とを断熱する必要があるため、例えば図５に
示すように容体21を二重構造とし、この空隙を断熱効果
を上げるため大きく（厚く）設計し、この厚い空隙内に
発泡材などの断熱材23を十分に充填している。更にペル
チェモジュールの放熱側には、放熱フィン24を設けると
共に、空冷用のファン25を設ける必要などから、従来の
ペルチェモジュールを用いた冷却機は、容体21がかなり
肉厚となり、大型化し、量産性やコスト面においても劣
り実用的にはまだまだ問題がある。

【０００７】即ち、例えばポータブルな冷蔵庫として構
成すると、その容体の容量は断熱構造と、放熱構造の必
要性から小容量とせざるをえない問題があった。

【０００８】本発明は、このような問題点を見い出し、
これを解決するもので、簡易な構成で放熱効果を向上で
き、容体を肉薄に設計でき、それ故に小型あるいは大容
量に設計可能となり、また、熱効率も良く、断熱性も容
易に向上させることができるなど極めて画期的なペルチ
ェモジュールを用いた冷却機，加熱機，温度調整機，発
電機などの熱電変換機並びにペルチェモジュールを用い
た冷却機並びにペルチェモジュールを用いた加熱機並び
にペルチェモジュールを用いた発電機を提供することを
目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】添付図面を参照して本発
明の要旨を説明する。

【００１０】所定間隔を置いて対設した内側板３と外側
板４とで容体１を構成し、この容体１にペルチェモジュ
ール２を設け、この内側板３並びに外側板４が前記ペル
チェモジュール２の伝熱板として機能するように構成
し、前記ペルチェモジュール２の伝熱板として機能する
容体１の内側板３と外側板４との空隙を真空若しくは減
圧した状態として容体１に断熱間隔７を形成したことを
特徴とするペルチェモジュールを用いた冷却機，加熱
機，温度調整機，発電機などの熱電変換機に係るもので
ある。

【００１１】また、ペルチェモジュール２の電極部５に
設ける伝熱板６と連設させて容体１を構成若しくはこの
伝熱板を延設させて容体１を構成して、容体１をペルチ
ェモジュール２の伝熱板として機能するように構成した
ことを特徴とする請求項１記載のペルチェモジュールを
用いた冷却機，加熱機，温度調整機，発電機などの熱電
変換機に係るものである。

【００１２】また、所定間隔を置いて対設した内側板３
と外側板４とで容体１を構成し、この容体１にペルチェ
モジュール２を設け、この内側板３並びに外側板４が前
記ペルチェモジュール２の伝熱板として機能するように
構成し、前記容体１を被冷却物を収納する保冷庫に構成
し、前記ペルチェモジュール２の内側の電極部５に設け
る冷却側の伝熱板として機能する内側板３と、ペルチェ
モジュール２の外側の電極部５に設ける放熱側の伝熱板
として機能する外側板４とを断熱状態に設けて容体１を
構成したことを特徴とするペルチェモジュールを用いた
冷却機に係るものである。

【００１３】また、所定間隔を置いて対設した内側板３
と外側板４とで容体１を構成し、この容体１にペルチェ
モジュール２を設け、この内側板３並びに外側板４が前
記ペルチェモジュール２の伝熱板として機能するように
構成し、前記容体１を加熱物を収納する加熱器に構成
し、前記ペルチェモジュール２の内側の電極部５に設け
る放熱側の伝熱板として機能する内側板３と、ペルチェ
モジュール２の外側の電極部５に設ける吸熱側の伝熱板
として機能する外側板４とを断熱状態に設けて容体１を
構成したことを特徴とするペルチェモジュールを用いた
加熱機に係るものである。

【００１４】また、所定間隔を置いて対設した内側板３
と外側板４とで容体１を構成し、この容体１にペルチェ
モジュール２を設け、この内側板３並びに外側板４が前
記ペルチェモジュール２の伝熱板として機能するように
構成し、前記容体１を高温物を収納する高温物収納器若
しくは低温物を収納する低温物収納器に構成し、前記ペ
ルチェモジュール２の内側の電極部５に設ける伝熱板と
して機能する内側板３と、ペルチェモジュール２の外側
の電極部５に設ける伝熱板として機能する外側板４とを
断熱状態に設けて容体１を構成し、前記双方の電極部５
の温度差によって起電力が生じるように構成したことを
特徴とするペルチェモジュールを用いた発電機に係るも
のである。

【００１５】

【発明の実施の形態】好適と考える本発明の実施の形態
（発明をどのように実施するか）を、図面に基づいてそ
の作用効果を示して簡単に説明する。

【００１６】容体１の内側板３と外側板４とが夫々ペル
チェモジュール２の伝熱板として機能する。例えば容体
１の内側板３がペルチェモジュール２の冷却側の伝熱板
として機能し、この内側板３と所定間隔を置いて対設し
た外側板４がペルチェモジュール２の放熱側の伝熱板と
して機能するように構成すれば、冷却面積が単に大きく
なるだけでなく、放熱面積も大きくなり、また、この伝
熱板として機能する容体構成材を熱伝導度の高い材質と
すれば一層良好な放熱が行われることとなる。

【００１７】従って、冷却機においては、一様に冷却で
き、また、加熱機においては一様に加熱でき、温度管理
や温度調整などの精度も向上することとなるだけでな
く、たとえ放熱フィンや空冷用ファンなどの放熱構造を
施さなくても良好な放熱が行われ、容体１を薄型に設計
できることとなる。

【００１８】また、このように冷却側と放熱側の伝熱板
として機能する内側板３と外側板４とで容体１を構成
し、この内側板３と外側板４とを断熱することで、前記
作用効果を発揮する冷却機や加熱機などの熱電変換機を
容易に実現できることとなる。

【００１９】しかも、この内側板３と外側板４との間の
空隙を減圧して真空若しくは真空に近い状態とすれば、
冷却側（吸熱側）と放熱側の対流による熱伝導を阻止で
き、内側板３と外側板４との間隔も小さくすることが可
能となり、内側板３と外側板４との二重構造自体を厚肉
とせずとも良好な断熱効果を得ることができる。

【００２０】従って、本発明は、ペルチェモジュール２
の伝熱板として機能する伝熱部分の面積を広くとれる上
に、更に放熱構造も従来のように施さなくても実用可能
となり、また、断熱構造も容易に実現でき、容体１内を
効率良く一様（均一）に温度コントロールでき、また発
電機とする場合も効率の高い画期的なペルチェモジュー
ルを用いた冷却機，加熱機，温度調整機，発電機などの
熱電変換機並びにペルチェモジュールを用いた冷却機並
びにペルチェモジュールを用いた加熱機並びにペルチェ
モジュールを用いた発電機となる。

【００２１】

【実施例】本発明の具体的な実施例について図面に基づ
いて説明する。

【００２２】本実施例は、図１に示すようにコーナに配
したスペーサ12を介して所定間隔を置いて対設した内側
板３と外側板４との端部を断熱材で形成した密閉蓋14で
閉塞して容体１を構成し、この容体１の一部にペルチェ
モジュール２を設け、この内側板３並びに外側板４が前
記ペルチェモジュール２の伝熱板として機能するように
構成している。

【００２３】そして、本実施例では、ペルチェモジュー
ル２の伝熱板として機能する容体１の内側板３と外側板
４との空隙を底部の真空引き部13から減圧した後キャッ
プし、真空若しくは真空に近い状態として容体１に真空
断熱間隔７を形成し、ペルチェモジュール２の冷却側
（吸熱側）と放熱側の対流による熱伝導を阻止し、内側
板３と外側板４とをわずかな間隔としても良好に断熱さ
れるように構成し、容易に薄型に設計できるように構成
している。

【００２４】即ち、従来例のようにペルチェモジュール
２に放熱フィンや冷却ファンを設けなくても伝熱部分は
大面積となり十分なペルチェ効果を発揮でき、薄型に設
計可能となるが、更に本実施例では、発泡材などを充填
して断熱するのではなく、ペルチェモジュール２内の真
空断熱を容体１自体に適用することで、内側板３と外側
板４との熱伝導度を０あるいは０に近くすることがで
き、この真空断熱によって内側板３と外側板４との間隔
を極めて小さくすることができ、一層薄型に設計できる
ように構成している。

【００２５】また、この真空断熱は個別真空引きしても
良いが、真空庫を利用し、ラムネの栓構造の密封栓を用
いて真空化した後、この密封栓を樹脂充填により固定す
るようにしても良い。

【００２６】また、容体１の強度・剛性などを配慮し
て、適宜内側板３と外側板４との真空断熱間隔７間にス
ペーサ12を設けても良い。

【００２７】また、本実施例では、内側板３と外側板４
として熱伝導率の良いアルミ板を使用するが、アクトロ
ニクス社製の「ヒートレーン」（商品名）など熱伝導率
の良いものを使用すると一層放熱作用に秀れ、本発明の
作用・効果が良好に発揮される。

【００２８】また更に、例えば外気と外側板４との放射
促進のため、外側板４を黒化処理（例えば塗装や化学処
理によって黒色化）したり、内容物と内側板３との放射
促進のため、内側板３を黒化処理（例えば塗装や化学処
理によって黒色化）したり、更に内側板３と外側板４と
の放射遮断を行うために内側板３，外側板４の真空断熱
間隔７側の表面を鏡面処理（スパッタリングや機械加工
などにより行う）したり、また、これらを組み合わせる
ことで一層本発明の作用・効果が良好に発揮されるよう
にしても良い。

【００２９】また、本実施例では、例えば冷却機として
使用する場合は、容体１の内面が冷却側の伝熱板とし、
冷却作用面が容体の一部ではなく、図示していない蓋部
を除いた略全周面となるため、均一にして一様に冷却す
ることができ、温度管理の精度も向上することとなる。

【００３０】また、本実施例のペルチェモジュール２
は、図２，図３に示すように、セパレータ８にＰ型熱電
半導体９とＮ型熱電半導体10を交互に並設して、π型直
列となるように金属電極部５で結合するが、図２に示す
ように、ペルチェモジュール２の各電極部５に設ける各
伝熱板６と、内側板３と外側板４とを夫々接合しても良
いし、図３に示すように、ペルチェモジュール２の伝熱
板自体を延設させて容体１の内側板３と外側板４とを構
成しても良い。

【００３１】即ち、図２に示すように、容体１を構成す
る内側板３と外側板４との間にユニット化してあるペル
チェモジュール２を配設固定し、このペルチェモジュー
ル２の冷却側と放熱側の伝熱板６を夫々内側板３と外側
板４とに接合し、内側板３，外側板４夫々が伝熱板とし
て機能するように構成しても良いし、図３に示すよう
に、ユニット化したペルチェモジュール２を用いるので
はなく、ペルチェモジュール２には伝熱板を設けずに、
内側板３，外側板４が夫々電極部５に直接接合し、この
内側板３，外側板４が直接ペルチェモジュール２の伝熱
板として機能するように構成しても良い。

【００３２】また、このようにペルチェモジュール２
は、真空断熱間隔７間に配されるため、ペルチェモジュ
ール２自体の両端（吸熱側と放射側）の空気による伝
導、対流による熱損失がなく、ペルチェモジュール２の
能力を十分に発揮できることになる。

【００３３】また、このペルチェモジュール２は容体１
の一カ所に設けたが、複数箇所に設けても良いし、内側
板３，外側板４に対して放熱性や冷却効率あるいは商品
性などを考慮して更に外層材や内層材を施して容体１を
構成しても良いし、更にペルチェ効果を上げるべく、放
熱フィンや冷却ファンを設けても良い。

【００３４】また、例えば冷却側はその伝熱板として機
能する伝熱部分は容体１の一部分のみとし、放熱側の外
側板４のみ、即ち、容体１外周側のみが放熱側の伝熱板
として機能するように構成しても良い。

【００３５】また、冷却機として構成する場合には、前
述のように前記容体１を被冷却物を収納する保冷庫に構
成し、前記ペルチェモジュール２の内側の電極部５に設
ける吸熱側の伝熱板として機能する内側板３と、ペルチ
ェモジュール２の外側の電極部５に設ける放熱側の伝熱
板として機能する外側板４とを断熱状態に設けて容体１
を構成するが、加熱機として構成する場合には、前記容
体１を加熱物を収納する加熱器に構成し、前記ペルチェ
モジュール２の内側の電極部５に設ける放熱側の伝熱板
として機能する内側板３と、ペルチェモジュール２の外
側の電極部５に設ける冷却側の伝熱板として機能する外
側板４とを断熱状態に設けて容体１を構成し、電流方向
を逆方向とすることになる。

【００３６】また、冷却機や加熱機の構成において、温
度センサーや電流制御機構を設けることで、温度管理や
温度コントロールなど自由な温度制御も可能となり、温
度調整機として商品化することも可能となる。

【００３７】また、逆に発電機として構成することも可
能となる。

【００３８】この場合には、前記容体１を例えば熱湯な
どの高温物を収納する高温物収納器あるいは例えば氷な
どの低温物を収納する低温物収納器に構成し、前記ペル
チェモジュール２の内側の電極部５に設ける伝熱板とし
て機能する内側板３と、ペルチェモジュール２の外側の
電極部５に設ける伝熱板として機能する外側板４とを断
熱状態に設けて容体１を構成し、前記双方の電極部５の
前記高温物あるいは低温物による温度差によって起電力
が生じるように構成する。

【００３９】従って、例えば容体１を浴槽として構成
し、加熱機として使用することで、湯を沸かしたり、温
度コントロールすることができ、使用後は残り湯による
内外の温度差によって起電力が生じることとなるので、
電源を充電するように使用することも可能となる。

【００４０】

【発明の効果】本発明は上述のように構成したから、簡
易な構成で放熱効果を向上でき、容体を肉薄に設計で
き、それ故に小型あるいは大容量に設計可能となり、ま
た、熱効率も良く、断熱性も容易に向上させることがで
きるなど極めて画期的なペルチェモジュールを用いた冷
却機，加熱機，温度調整機，発電機などの熱電変換機と
なる。

【００４１】また、容体構成材である外側板がペルチェ
モジュールの放熱側の伝熱板として機能するように構成
すれば、放熱面積が大きくなり、たとえ放熱フィンや空
冷用ファンなどの放熱構造を施さなくても良好な放熱が
行われ、容体を薄型に設計でき、また、容体構成材の内
側板を例えばペルチェモジュールの冷却側の伝熱板とし
て機能するように構成すれば、容体を冷却作用面で形成
することができるから、冷却効果も向上し、また、容体
の一部からペルチェモジュールの冷却側を臨ませ、この
容体の一部分のみで容体内を冷却するのではなく、略容
体全面で冷却するように構成できる。

【００４２】しかも、内側板と外側板との間隔も小さく
することが可能となり、内側板と外側板との二重構造自
体を厚肉とせずとも良好な断熱効果を得ることができ、
従って、ペルチェモジュールの伝熱板として機能する伝
熱部分の面積を広くとれるため、放熱構造も従来のよう
に施さなくても実用可能となり、また、断熱構造も容易
に実現できるので、容体内を効率良く一様（均一）に温
度コントロールでき、また発電機とする場合も効率の高
い画期的なペルチェモジュールを用いた冷却機，加熱
機，温度調整機，発電機などの熱電変換機となる。

【００４３】請求項３記載の発明においては前記作用・
効果を発揮する冷却機が、請求項４記載の発明において
は前記作用・効果を発揮する加熱機が、請求項５記載の
発明においては前記作用・効果を発揮する発電機が容易
に実現できることとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例の概略構成説明断面図である。

【図２】本実施例のペルチェモジュール部分の構成例１
を示す説明拡大図である。

【図３】本実施例のペルチェモジュール部分の構成例２
を示す説明拡大図である。

【図４】ペルチェモジュールの原理を示す説明図であ
る。

【図５】従来の冷却機の概略構成説明断面図である。

【符号の説明】

１ 容体 ２ ペルチェモジュール ３ 内側板 ４ 外側板 ５ 電極部 ６ 伝熱板 ７ 断熱間隔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (54)【発明の名称】 ペルチェモジュールを用いた冷却機，加熱機，温度調整機，発電機などの熱電変換機並びにペル チェモジュールを用いた冷却機並びにペルチェモジュールを用いた加熱機並びにペルチェモジュ ールを用いた発電機

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定間隔を置いて対設した内側板と外側
   板とで容体を構成し、この容体にペルチェモジュールを
   設け、この内側板並びに外側板が前記ペルチェモジュー
   ルの伝熱板として機能するように構成し、前記ペルチェ
   モジュールの伝熱板として機能する容体の内側板と外側
   板との空隙を真空若しくは減圧した状態として容体に断
   熱間隔を形成したことを特徴とするペルチェモジュール
   を用いた冷却機，加熱機，温度調整機，発電機などの熱
   電変換機。
2. 【請求項２】 ペルチェモジュールの電極部に設ける伝
   熱板と連設させて容体を構成若しくはこの伝熱板を延設
   させて容体を構成して、容体をペルチェモジュールの伝
   熱板として機能するように構成したことを特徴とする請
   求項１記載のペルチェモジュールを用いた冷却機，加熱
   機，温度調整機，発電機などの熱電変換機。
3. 【請求項３】 所定間隔を置いて対設した内側板と外側
   板とで容体を構成し、この容体にペルチェモジュールを
   設け、この内側板並びに外側板が前記ペルチェモジュー
   ルの伝熱板として機能するように構成し、前記容体を被
   冷却物を収納する保冷庫に構成し、前記ペルチェモジュ
   ールの内側の電極部に設ける冷却側の伝熱板として機能
   する内側板と、ペルチェモジュールの外側の電極部に設
   ける放熱側の伝熱板として機能する外側板とを断熱状態
   に設けて容体を構成したことを特徴とするペルチェモジ
   ュールを用いた冷却機。
4. 【請求項４】 所定間隔を置いて対設した内側板と外側
   板とで容体を構成し、この容体にペルチェモジュールを
   設け、この内側板並びに外側板が前記ペルチェモジュー
   ルの伝熱板として機能するように構成し、前記容体を加
   熱物を収納する加熱器に構成し、前記ペルチェモジュー
   ルの内側の電極部に設ける放熱側の伝熱板として機能す
   る内側板と、ペルチェモジュールの外側の電極部に設け
   る吸熱側の伝熱板として機能する外側板とを断熱状態に
   設けて容体を構成したことを特 徴とするペルチェモジュ
   ールを用いた加熱機。
5. 【請求項５】 所定間隔を置いて対設した内側板と外側
   板とで容体を構成し、この容体にペルチェモジュールを
   設け、この内側板並びに外側板が前記ペルチェモジュー
   ルの伝熱板として機能するように構成し、前記容体を高
   温物を収納する高温物収納器若しくは低温物を収納する
   低温物収納器に構成し、前記ペルチェモジュールの内側
   の電極部に設ける伝熱板として機能する内側板と、ペル
   チェモジュールの外側の電極部に設ける伝熱板として機
   能する外側板とを断熱状態に設けて容体を構成し、前記
   双方の電極部の温度差によって起電力が生じるように構
   成したことを特徴とするペルチェモジュールを用いた発
   電機。