JP3548639B2 - 電子熱交換装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ペルチェ効果を利用した電子熱交換素子を用いた電子熱交換装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の電子熱交換装置は、電子冷却装置あるいは電子加熱装置として用いられている。以下、電子冷却装置として用いた場合であって、ホイップクリーム製造機の生クリームの冷却部分に適用した従来例を図５によって説明する。電子冷却装置５１は、電子熱交換素子５２（ペルチェモジュール）の上下両面に吸熱側熱導体５３と放熱側熱導体５４とが当てられて、両熱導体５３、５４をねじ５５で締め付けることで組み付けられている。一方、冷却室５６の挿入孔５７を開口した基板５８の下面には筒形のケーシング５９が取り付けられ、そのケーシング５９の底面に、上記の電子冷却装置５１が、放熱側熱導体５４の底面を外部に突出させた状態でねじ６０により取り付けられている。吸熱側熱導体５３の上面には、冷却室５６が載置されてねじ６１で固定され、冷却室５６の下端部の回りと電子冷却装置５１の回りにはそれぞれ断熱材６２、６３が嵌め込まれている。また、放熱側熱導体５４の下面には放熱フィン６４が取り付けられ、その側方にファン６５が設けられている。そして、電子熱交換素子５２に一方向の電流を流すとペルチェ効果に伴う熱移動が生じ、放熱側熱導体５４から放熱されつつ吸熱側熱導体５３が冷却され、その上面に取り付けられた冷却室５６が冷却されてその中に収容された生クリームが冷却されるようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで従来の電子冷却装置５１では、電子熱交換素子５２の回りに空間ができているために、冷却時に吸熱側熱導体５３に結露してその水滴が半導体部分に入り込み、性能劣化を招くおそれがあった。また電子冷却装置５１を設置する場合には、電子熱交換素子５２、吸熱側熱導体５３および放熱側熱導体５４をいちいち組み付けねばならないので、取扱いが不便であるという欠点があった。
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、長期間にわたって高性能を維持でき、また取扱いにも便利な電子熱交換装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための手段として、請求項１の発明は、吸熱側熱導体と放熱側熱導体との間に電子熱交換素子を挟み、この電子熱交換素子の回りをカバーで覆うとともにカバーの開口に蓋板を嵌め、前記カバー内に発泡樹脂を充填して一体的に組み付けた構成としたところに特徴を有する。
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記カバーが透明材料で形成されている構成としたところに特徴を有する。
請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記吸熱側熱導体と放熱側熱導体のうちの一方の熱導体に前記蓋板が当てられ、この蓋板と他方の熱導体とがねじで締め付けられているところに特徴を有する。
【０００５】
【発明の作用および効果】
請求項１の発明によれば、電子熱交換素子の回りが発泡樹脂で保護されているから、水滴の浸入等が防止できて、長期にわたって良好な熱交換機能を発揮することができる。また予めユニット状に一体化されているから、各種機器に組み付ける場合等の取扱いに優れる効果が得られる。
また請求項２の発明では、カバーが透明であることから、製造時において内部の組み付け状態や発泡樹脂の充填状態を外部から目視でき、不良品が供されることを未然に防止できる効果が得られる。
請求項３の発明では、一方の熱導体に当てられた蓋板と他方の熱導体とがねじで締め付けられる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図１ないし図４によって説明する。この実施形態では、電子冷却装置として使用する場合であって、ホイップクリーム製造機における生クリームの冷却室部分に装置した場合を例示している。
本実施形態における電子冷却装置１は、図１に示すように、電子熱交換素子２、吸熱側熱導体３、放熱側熱導体４、カバー５並びに蓋板６とから構成されている。
【０００７】
電子熱交換素子２（ペルチェモジュール）は、Ｎ形とＰ形の半導体を金属片で接合して構成され、一方向に直流電流を流すことでペルチェ効果に伴い一面側から他面側に熱移動を生じさせるものである。この電子熱交換素子２は平面方形の板状に形成され、上面が吸熱面８に、下面が放熱面９となっており、一側面から電流供給用の電線１０が引き出されている。また電子熱交換素子２の四方の側面は、シリコン材が塗布されてシールされている。
【０００８】
吸熱側熱導体３および放熱側熱導体４は、それぞれアルミニウム等の熱伝導性に優れた素材により形成されている。吸熱側熱導体３は、平面方形をなし、下面側が上記した電子熱交換素子２の上面と整合する大きさで、上面側が一回り小さくなった段付き状に形成されている。この吸熱側熱導体３の上面における左右の端縁の内側の位置には、後記する冷却室３１を取り付けるための一対の第１ねじ孔１１が形成されている。
【０００９】
一方の放熱側熱導体４は、平面円形をなし、上面側が電子熱交換素子２の下面よりも一回り大きく形成され、下端側に向かって２段階に拡径されるとともに、最下端部２８が最上端部２７よりも小さな径に縮径された段付き状に形成されている（図３参照）。この放熱側熱導体４の上面における前後方向の周縁の内側の位置には、この電子冷却装置１の組み付けに用いる一対の第２ねじ孔１２が形成されている。また１段目の段付き面１３には、上記の第２ねじ孔１２の外側において一対の第３ねじ孔１４が形成されている。この第３ねじ孔１４は、電子冷却装置１を後記するケーシング３０に取り付けるためのものであって、図３に示すように、最大拡径部２９の下面まで貫通して形成されている。また放熱側熱導体４の下面には、同じく図３に示すように、後記する放熱フィン４２の取付用の一対の第４ねじ孔１５が、第３ねじ孔１４と直交する位置に形成されている。なお、両熱導体３、４の上下両端面は研磨されて、熱伝導性シリコンオイルコンパウンドが薄く塗布されている。
【００１０】
カバー５は、透明アクリル樹脂によって背の低い円筒形に形成されている。このカバー５は、上記した放熱側熱導体４の上から２番目の段付き部１７の外周に嵌めることができるようになっている。
蓋板６は、カバー５の内周に嵌合可能な円板状に形成され、その中央部には、上記した吸熱側熱導体３の上端側が緊密に嵌合される角孔１９が開口されている。蓋板６の前後方向の周縁の内側の位置には、一対のねじの挿通孔２１が形成されている。このねじの挿通孔２１の位置は、上記した放熱側熱導体４の第２ねじ孔１２の位置と対応している。また蓋板６の右側の周縁には、電子熱交換素子２から引き出された電線１０を通すための切欠孔２２が形成されている。さらに蓋板６には、ねじの挿通孔２１から反時計回り方向に一定角度ずれた位置、またそれらの位置と９０度ずれた位置の合計４箇所に、発泡樹脂の注入口２３が形成されている。
【００１１】
続いて、電子冷却装置１の組立手順を説明する。まず放熱側熱導体４の上面中央部に電子熱交換素子２を載せ、その上に吸熱側熱導体３を重ねて挟む。次にカバー５をそれらの外側に被せて、その下端を放熱側熱導体４の２番目の段付き部１７の外周に嵌める。このとき、カバー５の上端は、吸熱側熱導体３の段付き面２５の少し上方位置に突出する（図３参照）。またカバー５の装着時に、電子熱交換素子２から引き出された電線１０を、カバー５の内側を通してその上方に引き出しておく。
【００１２】
次に、蓋板６の角孔１９を吸熱側熱導体３の上端部に嵌めつつ段付き面２５に押し当てると、蓋板６はカバー５の上端の内周に嵌められる。電線１０は、蓋板６の切欠孔２２を通してその上面に逃がす。そして蓋板６に設けられた挿通孔２１にねじ２０を通して、電子熱交換素子２の側方を通過させつつ放熱側熱導体４の上面の第２ねじ孔１２に螺合し、両ねじ２０を締め付けると、電子熱交換素子２、吸熱側熱導体３、放熱側熱導体４、カバー５並びに蓋板６が一体的に組み付けられる。
【００１３】
そして、カバー５と蓋板６、並びにカバー５と放熱側熱導体４の嵌合部分にそれぞれ図示しない目貼りをして、蓋板６に設けられた４個の注入口２３から、発泡ウレタン２６をカバー５内に注入し、発泡固化させる。最後に目貼りを外すことで、図２、３に示すようなユニット化された電子冷却装置１が形成される。ここで、カバー５は透明樹脂により形成されていて内部を目視できるから、発泡ウレタン２６の充填前には内部の組み付け状態の可否が判別でき、発泡ウレタン２６の充填後はその充填状態の可否が判別でき、不良があった場合には直ちに組み直したり回収することができる。
【００１４】
続いて、上記のように形成された電子冷却装置１を、ホイップクリーム製造機の冷却室部分に装着した場合の構造を図４によって説明する。同図において、符号３０は、冷却室３１を収容するためのケーシングであって、有底の筒形をなし、底面の中央部に円形孔３２を開口した形状になっている。このケーシング３０の底面に、電子冷却装置１が取り付けられる。詳細には、放熱側熱導体４の最下端部２８が円形孔３２から外部に突出されて、最大拡径部２９が円形孔３２の上側の口縁に載せられ、円形孔３２の口縁の下側から挿通したねじ３４を、放熱側熱導体４の第３ねじ孔１４（図１参照）に螺合して締め付けることで固定される。そして、電子冷却装置１のカバー５の外周側に、発泡スチロール等からなる断熱材３５が嵌装され、また吸熱側熱導体３の蓋板６の上面に突出した部分の外側に、同様の断熱材３６が嵌装される。なお電子冷却装置１から引き出された電線１０は、断熱材３６に形成された挿通路３７を通って、ケーシング３０の外側に引き出される。
【００１５】
冷却室３１はアルミニウム等の熱伝導性に優れた材質によって有底筒形に形成されており、図示しない市販の１０００ｍｌ入りの生クリームパックをパックごと収納できるようになっている。この冷却室３１がケーシング３０内に挿入されて、電子冷却装置１の吸熱側熱導体３の上面に載せられ、冷却室３１の底面の上方から挿通したねじ３９を、吸熱側熱導体３の上面の第１ねじ孔１１（図１参照）に螺合して締め付けることによって、冷却室３１が固定されている。この冷却室３１のケーシング３０内に挿入された下端部の外側に、同様の断熱材４０が嵌装されている。
【００１６】
電子冷却装置１におけるケーシング３０の底面から突出した放熱側熱導体４の下面には、放熱ファン４２が当てられ、その取付部４３に下面側から挿通したねじ４４を、放熱側熱導体４の下面の第４ねじ孔１５（図３参照）に螺合して締め付けることで固定されている。この放熱フィン４２の一側には、モータ４７で駆動される放熱ファン４６が取り付けられている。なお、放熱フィン４２には保護サーモ４８が取り付けられ、電子熱交換素子２の放熱側の温度が一定温度（８０℃程度）を超えないように制御してそれを保護するようになっている。また、冷却室３１の断熱材４０で囲まれた部分の外周面には、冷却室３１の温度を制御するための制御用サーモ４９が装着されている。
【００１７】
そして、電線１０を通して電子冷却装置１の電子熱交換素子２に所定方向の電流を流すと、ペルチェ効果により上面の吸熱面８から下面の放熱面９に向かう熱移動が生じ、吸熱側熱導体３を介して冷却室３１が冷却されて、その中に収納されたパック内の生クリームが冷却される。また放熱側熱導体４に移動した熱は、放熱フィン４２並びに放熱ファン４６によって順次に放散されるので、効率良く冷却が行われる。
【００１８】
以上のように本実施形態の電子冷却装置１によれば、電子熱交換素子２の回りが発泡ウレタン２６で保護されているから、半導体部分への水滴の浸入等が阻止できて、性能劣化が防止される。併せて耐衝撃性にも優れる。また電子冷却装置１自体が予めユニット状に一体化されているから、冷却室部分に組み込むに当たってその作業が短時間にできる等、取扱いにも優れる。さらに既述したように、カバー５が透明であることから、電子冷却装置１の製造時において、内部の組み付け状態や発泡ウレタン２６の充填状態を外部から目視でき、製造不良があった場合に直ちに判別することができる等、数々の利点が得られる。
【００１９】
＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
（１）上記実施形態に例示した電子冷却装置は、電流を逆向きに流す等によって、吸熱側と放熱側とが逆になった電子加熱装置としても使用可能であって、そのような電子加熱装置として使用する場合においても本発明の構造は同様に適用することができる。
（２）使用場所についても、上記実施形態に例示したホイップクリーム製造機における生クリームの冷却装置に限らず、その他の冷却装置、さらには加熱装置全般に使用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る電子冷却装置の分解斜視図である。
【図２】そのユニット化された状態の斜視図である。
【図３】その断面図である。
【図４】本実施形態の電子冷却装置の使用例を示す断面図である。
【図５】従来の電子冷却構造の断面図である。
【符号の説明】
１…電子冷却装置（電子熱交換装置） ２…電子熱交換素子 ３…吸熱側熱導体 ４…放熱側熱導体 ５…カバー ６…蓋板 ２０…ねじ ２３…注入口 ２６…発泡ウレタン

Claims (3)

1. 吸熱側熱導体と放熱側熱導体との間に電子熱交換素子を挟み、この電子熱交換素子の回りをカバーで覆うとともにカバーの開口に蓋板を嵌め、前記カバー内に発泡樹脂を充填して一体的に組み付けたことを特徴とする電子熱交換装置。
2. 前記カバーが透明材料で形成されていることを特徴とする請求項１記載の電子熱交換装置。
3. 前記吸熱側熱導体と放熱側熱導体のうちの一方の熱導体に前記蓋板が当てられ、この蓋板と他方の熱導体とがねじで締め付けられていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の電子熱交換装置。

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