JP3575968B2 - 熱電システム用マニホルド - Google Patents
熱電システム用マニホルド Download PDFInfo
- Publication number
- JP3575968B2 JP3575968B2 JP33632997A JP33632997A JP3575968B2 JP 3575968 B2 JP3575968 B2 JP 3575968B2 JP 33632997 A JP33632997 A JP 33632997A JP 33632997 A JP33632997 A JP 33632997A JP 3575968 B2 JP3575968 B2 JP 3575968B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- thermoelectric
- manifold
- module
- manifolds
- heat
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K5/00—Casings; Enclosures; Supports
- H02K5/04—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
- H02K5/12—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof specially adapted for operating in liquid or gas
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D13/00—Pumping installations or systems
- F04D13/02—Units comprising pumps and their driving means
- F04D13/06—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven
- F04D13/0673—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven the motor being of the inside-out type
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D29/00—Details, component parts, or accessories
- F04D29/18—Rotors
- F04D29/22—Rotors specially for centrifugal pumps
- F04D29/2205—Conventional flow pattern
- F04D29/2216—Shape, geometry
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B21/00—Machines, plants or systems, using electric or magnetic effects
- F25B21/02—Machines, plants or systems, using electric or magnetic effects using Peltier effect; using Nernst-Ettinghausen effect
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
- H10N10/10—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects
- H10N10/13—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects characterised by the heat-exchanging means at the junction
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Geometry (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Devices That Are Associated With Refrigeration Equipment (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
- Thermotherapy And Cooling Therapy Devices (AREA)
- Transition And Organic Metals Composition Catalysts For Addition Polymerization (AREA)
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
- Treatments Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱電冷凍システム用マニホルドに関する。
【0002】
【従来の技術】
冷凍システム内に熱電モジュールを使用することは、公知である。熱電モジュールは、電流が該モジュールを流れることにより、該モジュールの一方の側が冷却され、そのモジュールの反対側が加熱される、公知の型式の熱ポンプである。また、熱電モジュールは、ペルチェ(Peltier)モジュール、または熱電熱ポンプとしても公知である。熱電モジュールを備える従来から公知の冷凍装置は、該熱電モジュールの各側部に強固にクランプ締めされ、熱電組立体を形成するアルミニウム吸熱源から成る。電流を該モジュールに通したとき、熱は一方の側からその反対側に伝達される。
電流を熱電モジュールに最初に通したとき、二つの側部間の温度差は最小である。こうした状態のとき、熱電組立体は、効率良く作動する。しかし、冷凍機がその所望の内部温度近くに達すると、二つの側部間の温度差が増す。こうした状態のとき、熱電組立体は、熱ポンプとしての作動効率が低下する。熱電モジュールを熱ポンプとして形成する場合、従来の熱電組立体は、装置の全体の温度差を維持し得るように常に電流が印加されていなければならない。この電流が無くなったならば、熱は熱平衡状態を再設定し得るような方法で組立体を通って流れる。故に、実際上、従来の熱電組立体の電気の消費は、単に、該組立体の全体の温度差を維持するためにだけ行われる。これは、エネルギの非常な無駄である。
実際上、また、従来の熱電組立体は、該熱電モジュールと吸熱源との境界にて生ずる熱インピーダンスの作用を受ける。このため、こうした境界面の作用を最小限に抑制すべく、熱電組立体の製造には、非常な慎重さおよび費用が必要とされる。
一部の熱電組立体は、吸熱源との接触表面積を増すため、単一の熱電モジュールではなく、吸熱源の間に挟持された二つの小型の熱電モジュールを備えている。しかし、固体の吸熱源の締め付け力によって熱電モジュールに加えられる構造および設計上の制約およびコストのため、当然、モジュール自体を小さい寸法にしなければならず、そのため、熱接触面積を大きくする妨げとなる。
また、熱電モジュール内のP&N熱電対間の熱電コネクタは、同一の理由のため、極めて小さい。性能の向上は、大きい電気コネクタを介してより大きい熱接触面積を利用することで実現可能であるため、このことは、望ましいことではない。
従来の熱電モジュールの設計における別の大きな制約ファクタは、モジュールの高温面および冷温面が互いに接近する(通常、5mm以内)点である。対流、伝導、および放射を通じて一方の面から反対側の面に極めて顕著な損失が生じる、即ち、伝熱率が大きくなる。このため、熱電モジュールの極限性能は著しく制限される。従来の熱電組立体において、この問題点を一層悪化させることは、モジュールの面に取り付けられた一体の吸熱源が互いに近接していることである。従来の熱電組立体内における二つの吸熱源の熱質量、およびこれらが互いに近接していることは、常に、相互に悪く作用する。
上述の問題点のため、熱電組立体の使用は、極めて小型で可搬式のクーラおよび冷凍機に制限される。熱電組立体は、例えば、電力消費量が大きいため、実際には、家庭用冷蔵庫には使用されていない。
本発明は、従来技術の問題点を解消すべくなされたもので、冷凍機に適用するのに適した熱電システム用マニホルドを提供することを目的とする。
【0003】
【課題を解決するための手段】
本発明では、上記目的を達成するために、周縁壁と外壁を備えたマニホルドの内側に設けられた空間と、前記空間の一面に形成された開口面と、前記外壁に設けられ、かつ前記空間を介して相互に連通する入口及び出口とを有し、前記空間が前記開口面を介して熱電モジュール外面に接触した状態で該熱電モジュールに取り付けられる熱電冷凍システム用マニホルドにおいて、前記空間内に複数の仕切りを設け、該仕切りの端部の巾を先細に形成し、該仕切りを前記熱電モジュールの外面に最小面積で当接させて流通路を形成した構成としている。
【0004】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しつつ、単に一例としての本発明を説明する。
添付図面の図1には、第一および第二の対向面を有する熱電モジュール12を備える熱電システム10が図示されている。一つの空間を形成するそれぞれのマニホルド14は、熱電モジュール12の各面に取り付けられている。
マニホルド14の各々は、図3に図示するように、入口16と、出口18と、を備えている。更に、マニホルド14の各々は、図3に図示するように、入口16と出口18との間を伸長する細長いラビリンス状、ジグザグ、ら旋状、または蛇行通路20を備えている。
通路20の細長い形状は、流体と熱電モジュール12との接触を促進する。
該通路20は、成形金属またはプラスチック材料で形成され、図4に図示するように、典型的に、熱電モジュール12の対応する面に対して平行な外壁22がマニホルド14に設けられている。該外壁22からは、周縁壁24が伸び、該周縁壁24は、壁22の全周に沿って伸びている。該周縁壁24は、多数のボルト穴27を有する。該ボルト穴27は、熱電モジュール12の反対側にある他のマニホルド14をボルトおよびナットによって保持するのに役立つ。小さい寸法のボルトの使用により、一側部から反対側にボルトに沿って不確実な伝熱が行われる可能性を軽減する。
熱電モジュール12の隣接面と共に、壁22,24内には、通路20を有する空間25が形成される。該空間25は、該空間25の第一の端部にて、壁24から長手方向に延びる第一の仕切り26を有する。該第一の仕切り26は、空間25の隣接する側に対して平行に、入口16に隣接する箇所から空間25の第二の端部に向けて部分的に延びている。第二の仕切り28は、第一の仕切り26に対して平行であり且つ第一の仕切り26から離間され、空間25の第二の端部にて壁24から空間25の第一の端部に向けて長手方向に部分的に延びている。このことは、第一の仕切り26よりも小さい第三の平行な仕切り30の場合も同様であり、次に、第四、第五および第六の平行な仕切り32,34,36も同様に配置される。最後に、第一の仕切り26と同様な第七の平行な仕切り38が出口18に隣接して配置される。
図4から理解されるように、これら仕切り26,28,30,32,34,36,38は、周縁壁24と同一の奥行きだけ、壁22から延びており、熱電モジュール12の隣接面に対し最小の接触表面積にて係合する。これら仕切りにより形成される通路の方向が繰り返し変化することにより、通路20を通る流体の流れは乱流となり、その結果、該流体とモジュール面との間の伝熱量が増すことが確実となる。典型的に(例えば)40mm×40mmの熱電モジュール面を横断するジグザグ、ら旋状、または蛇行する流体通路の好適な数は、実験の結果、約8であることが確認されている。通路20の各流路は、方形、または半円形であることが望ましい。
かかる流路の断面は、5mm×5mmに近い。実際上、通常、流路の仕切りの厚さは、可能な限り最小の厚さに維持することが望ましく、これら流路は、5mmを僅かに下廻る。システムの性能を最適にし得るように、即ち、システムを最適化したとき、所定の送出容量および所定の外気温度に対する最大の熱ポンプ容量が得られるように、流路の数およびその深さを変更することができる。
マニホルド14の流路を最適化することは、システムの流路の水力学的インピーダンス(マニホルド14は、通常、システム内で最大の流体インピーダンスを有する)対ポンプの流体送出空間とを均衡させることで可能である。
マニホルド14の周縁壁24は、ガスケット「O」リングまたはシリカ/ゴムセメントのような公知の技術を使用して、モジュール12の面の外周に対して密封し、流体の漏洩を阻止することができる。
図1に図示するように、それぞれの導管40が各入口16から伸長し、また、それぞれの導管42が各出口18から伸長している。これら導管40,42の一方、またはその他方には、ポンプ44が取り付けられる。図示するように、各対の入口および出口導管は、遠方の熱交換器46まで延びている。熱交換器46の各々には、通常、液体である流体が充填される。熱交換器46の各々には、冷却ファン48を設けることができる。所望であれば、導管40,42は、目立たないように小さくしたシステムに構成することも可能である。
図1のシステム10の作動中、電流(通常、直流であるが、この電流は、比例電流制御装置のような装置により変換可能である)が熱電モジュール12に印加される。これと同時に、ポンプ44を作動させ、液体が熱交換器46から入口導管40、マニホルド14、次に、出口導管42を通って送出され、それぞれの熱交換器46に戻るようにする。電流が熱電モジュール12を流れる結果、熱は、片側(内側)における熱交換器46、導管40,42およびマニホルド14内に保持された流体から反対側(外側)におけるマニホルド14、導管40,42および熱交換器46に送出され、このため、システム内の冷凍機が冷却される一方、外側のシステムは加熱される。
熱電モジュール12は、冷凍機の壁の中間点に取り付け、冷却側のマニホルド14、ポンプ44、導管40,42および熱交換器46は、冷凍機の内側となり、また、加熱側のマニホルド14、ポンプ44、導管40,42および熱交換器46が冷凍機の外側となるようにする。こうして、内側熱交換器46を介して冷凍機の内側から得た熱は冷凍機の外側の熱交換器46に伝達され、ここから熱は、公知の方法で放散される。
熱電システム10は、ステップ制御方法を利用して作動させることができ、また、熱電モジュールの固有の非直線的な熱特性を利用することによる利点が得られ、これにより、モジュール12の対向する面における温度差が最小のときにシステムの最大の作動効率が得られる。熱電モジュール12の各側部を冷却する液体により、熱は遠方の熱交換器46まで容易に伝達することができ、この結果、従来の一体の吸熱源よりも大気に近い温度を維持することが可能となる。
この状況のとき、本発明の上記熱電システム10は、冷凍機の内部が所望の温度に達したときにサイクルオフにすることができる。この時点で、ファン48を作動させ、外側のラジエータをより低温にし、その内側をより高温にし(冷凍機から熱交換器の内側への吸熱速度が速いため)、その結果、内側および外側温度は相対的に近い温度となる(温度差が小さい)。このように、次に、熱電システム10を再作動させると、熱電モジュール12の各側のマニホルド14、ポンプ44および熱交換器46は、伝熱流体と比較的近い温度差となり、マニホルド14自体は、より効率的な作動状態に近くなる。
冷凍機が所望の内部温度に達したとき、熱電システム10の作動を停止する(スイッチオフ、またはサイクルオフ)機能は、マニホルド14が小さい断面積および小さい熱空間を有し、空間25が流体が流動するためのラビリンス通路20を有することが望ましいということによって促進される。
更に、流体が流動することを要する上述のラビリンス通路20は、システム10から電流を除いた後、液体中に対流を発生させることを困難にする。更に、熱電モジュール12を不作動にしたとき、ポンプ44もまた同時に不作動となり、更に流体を送出せず、これにより、熱スイッチ、または熱スイッチ効果が得られる。更に、液体自体は、典型的に熱の不導体であり、熱スイッチ効果を促進する、即ち、モジュール12およびポンプ44がその流れの供給を停止したとき、システムの片側から反対側への伝熱は殆ど行われない。
システム10内の液体、または流体は、典型的に冷凍機の外側で水であり、冷凍機の内側で水/グリコール、ケロシンまたはメタノールとすることができる。内側で使用される化学薬剤は、比熱が大きく、粘度が低く、また、熱電モジュール12の面上で凍結しないものであることが望ましい。
図2の実施例において、同様の参照符号は、図1に示したものと同様の部品を表示する。熱交換器46の一つが冷却フィン50により囲繞された内側流体路を有する管状包囲体である一方、その他方が冷凍機の壁を形成することのできるプレス加工金属型式52のものである点を除いて、これら熱電システムは、原理的に同一である。第一に、冷却ファン48を冷却フィン50の下端54に隣接して配置し、冷却フィン50と整合させた軸線の周りで回転し、空気が冷却フィン50を通って流動し、それによって、冷却フィン50から熱を放散させるように配置する。ファンからの空気が流れる方向は、最大の効率が得られ且つ向流熱交換器を形成し得るように、冷却フィン50の内側の流体の流れる方向と反対方向にすることが望ましい。第二のプレス成形品52において、ファン48は、冷凍機の一端に設けられ、冷凍機の内側の周りで空気を循環させる。図2から理解されるように、熱交換器52は、細長い管55を収容し、該管は、熱交換器の壁に沿って導管42から導管40に、またはその逆に導管40から導管42にら旋状に延設されている。熱は、熱交換器の壁に吸収され且つ管55内の流体により集められ、モジュールの面に運ばれて、最終的に外側の熱交換器から放散される。
二組の熱電モジュール12を備え、マニホルド14が取り付けられた熱電システムには、幾つかの利点があることが分かった。流体流の体積が等しいならば、遥かに大きい熱ポンプ容量を実現することができる。また、直列で運転した場合、二組のモジュールシステムは、熱ポンプ容量が大きく、エネルギ損失が少ないため、優れた作動効率が得られる。モジュールを直列と並列運転の間で切替え、所定の状態に対する最適な機能を実現し得るように電子機器を設けることができる。直列運転は、電気消費量が比較的小さく、通常の作動状態で効率的である一方、並列運転は、電気消費量が比較的大きいが、高い周囲温度状態のとき、冷凍機の内部温度を低くするために望ましいときにだけ必要とされる。
二つのモジュールシステムは、図2に図示されており、ここで、各マニホルド14の出口は、管56により各隣接するマニホルド14の入口に接続される。
流体を循環させるべく本発明で使用されるポンプ44は、多くの形態をとることができる。
しかし、図5および図6には、特に効果的であることが判明している新規な型式のブラシレスの水中遠心ポンプが示してある。図5および図6に示したポンプ78は、後方ケーシング80と、該後方ケーシング80の壁に取り付けられた軸受シャフト82と、を備えている。多数の電気コイル84が軸受シャフト82の周りに配置され、シャフト82、またはコイル84のいずれも後方ケーシング80に対して回転可能ではなく、固定状態に配置されている。
ポンプ78は、磁石ハウジング86と、成形インペラ88と、軸受90と、を更に備えている。磁石ハウジング86、インペラ88および軸受90は、成形または機械加工により一つの部品から形成することが望ましい。円形磁石92(または、円形に離間して配置された複数の磁石)がコイルの外方で磁石ケーシング86内に取り付けられている。電線94が後方ケーシング80を通って密封状態に伸長し且つコイル84に接続されている。
該電線94は、コイル84を一組みの電子機器に接続し、該電子機器がコイル84を励起させ、インペラ88および磁石92を公知の方法でコイル84の周りで回転させる。これを容易にすべく、インペラ88および磁石ハウジング86には、固定軸受シャフト82の周りで回転可能に配置された軸受90が設けられている。この実施例において、該軸受90は、インペラ88および磁石ハウジング86に対する唯一の荷重支承取り付け手段である。
作動時、液体は、矢印98のように、正面外側ケーシング112により部分的に形成された入口導管96内に入る。コイル84の励起により、磁石92がコイル84の周りで回転し、これにより、インペラ88を回転させる。このようにして、インペラ88が回転され、これにより、液体は、矢印108の方向に向けて横方向に排出される。このように、導管内に液体の流れが形成される。インペラ88の好適な形態が図5に図示されている。図示するように、該インペラ88は、切り欠いた中央部102を有する略円形のディスク100を備えている。複数の細長い切欠き104が切り欠いた中央部102から外方に伸長する。図5に図示したインペラ88の回転により、図6に図示するように、液体は、矢印108の方向に向けて外側導管106に排除される。図5に図示するように、出口導管106は、湾曲方向に導管106の外側部分に向けて漸進的に増大する断面の内側湾曲部分110を備えることが望ましい。この形態は、スクロールパターンの出口掃引状態として示してある。密封したシャフトを介して冷却液系統に接続された外側モータを使用するこも可能であるが、この構成は、シールが摩耗したときに漏洩が生ずる虞れがあるため、完全に満足し得るものではない。
本発明を良好に具体化することのできる熱交換器46は、多くの形態をとることができる。その選択は、熱交換器の性能およびコストにより決まる。好適な型式としては、銅製の自動型、押出し成形、またはプレス成形によるアルミニウム薄板型、および銅/アルミ管の上に押し出したアルミニウム薄板/薄片を組み立てた構造のものが含まれる。
本発明の熱電システムの特に優れた適用例は、金属管よりも精巧ではなく、例えば、海水/真水に浸けることができる極めて簡単な外側熱交換器に利用することである。このとき、該熱交換器は、海の場合、それ自体が無限の熱交換器である水で冷却される。故に、該システムは、船舶関係の適用例でも極めて効率的である。
本発明に使用することのできる従来の熱電モジュール120は、図7に示してある。該モジュール120は、熱伝導体であるが、電気絶縁体である外側の平行な一対の板122を備えている。該板122は、モジュール面である外面128を備えている。板122と共に、一列の離間した熱電対124が設けられている。図7に示すように、左側にある第一および第二の熱電対124は、その第一の端部にて導電性コネクタ126により電気的に相互に接続される。図7に図示するように、左側からの第二および第三の熱電対124は、その第二の端部にて導電性板コネクタ126により電気的に相互に接続される。隣接する熱電対124の端部は、列全体を横断して交互に相互に接続し、熱電対124の列の全体を横断する導電性板が存在するようにする。また、該板コネクタ126は、熱伝導可能な方法で外側板122にも接続される。
本発明を具体化する上で、特に効果的である新規な熱電モジュールの形態が図8および図9に図示されている。
図8および図9の実施例において、複数の離間したPおよびNの熱電対130が一列に伸長するように設けられている。該熱電対130の列は、各々が外側壁134と、二つの端部壁136とを有する二つのハウジングの間に配置されている。更に、各ハウジングは、プラスチックで形成され、以下に説明するように、熱電対コネクタを所定位置に保持し得るように穴が開けられた内側壁132を保持する。これら壁132は、熱電対のコネクタを覆う範囲が最小限であるように可能な限り薄くする。
該側壁134は、熱電対130の列から離間して配置される一方、端部壁136は、熱電対130の列の端部に接続される。更に、これら側壁134および端部壁136は、入口導管138と、出口導管140と、中間の冷却液通路142とを形成する。
図示するように、最左側の熱電対130は、銅のような電気および熱伝導性材料144のブロックによりその第一の端部が次の隣接する熱電対130の第一の端部に接続される。図8に示すように、次の隣接する熱電対130は、電気および熱伝導性材料144のブロックによりその第二の端部が右側の次の隣接する熱電対130の第二の端部に接続される。この構成は、熱電対130の列を直角に横断して繰り返される。このようにして、各導電性ブロック144、および各熱電対130を通ってその一端から伸長する、熱電対130の列を横断した導電性経路が存在する。更に、上述のように、電気および熱導電性ブロック144の各々は、側壁132の穴内に配置されて所定位置に保持される。
公知の方法にて、PおよびN熱電対130の異質の導電性材料は、電流を印加したとき、接合部、またはコネクタブロック144を介してペルチェ効果を発生させる。これにより、熱は、熱電対130の列の片側から反対側に伝達される。図8および図9に図示した構成において、入口138、出口140および流体通路142内に、常に液体が存在する。本発明によれば、熱電対130に電流を印加したとき、ポンプ44も同時に作動され、液体が熱電対130の列の両側を横断して流動するようにすることが望ましい。
上述のように、液体は、遠方の熱交換器46まで循環されて熱を伝達する。非導電性の液体は、導電性ブロック144に直接、接触し、このため、従来技術の装置において熱電モジュールと一体の吸熱源との間に見られるような固体同士の相互接触面は存在しない。その結果、従来技術において経験される非効率さを軽減することができる。
空隙146が二つの壁132の間にあり且つ熱電対130を囲繞する。この空隙、または空所146は、空気または泡で充填することができる。該空隙146は、真空状態とし、またはエイロゲルで充填することがより望ましい。該エイロゲルを使用し、または真空とする利点は、熱電モジュールの高温側と低温側との間で伝導、対流および放射による伝熱量を軽減することができる点である。
最も重要なことは、本発明について説明したところと同じであるが、従来の熱電モジュールと共に使用されるシステムに優る、図8および図9に図示したモジュールの利点は、大きく形成した熱伝熱コネクタ144の上を液体が直接、流動し得る点である。コネクタ144自体は、図7に図示した従来の熱電モジュールコネクタの6倍以上、熱接触表面積を増大させることができる。更に、従来の熱電モジュールは、冷却液がモジュール面と接触することができる前に、コネクタにはんだ付けされた非導電性の面をもっているさせる。はんだおよびセラミックには、熱インピーダンスによって顕著な損失が生じるが、それは図8に図示したモジュールでは回避される。
当業者に明らかであろう応用例および変形例は、本発明の範囲に属すると考えられる。例えば、本発明の熱電システムは、熱暖房モードで使用し、保育器、または食品加熱器のような容器の内部を加熱するのに使用することができる。
【0005】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る熱電システム用マニホルドによれば、マニホルドの空間内に形成した、熱電モジュールの外面に最小面積で当接する仕切りによって流通路を形成したので、伝熱面積を可及的に広くとることができ、流通通路内において効果的に乱流を生じさせ、該マニホルド内を流れる流体と熱電モジュールとの間の熱伝達効率を上昇させることができる。
また、マニホルド内に細長い通路を形成したので、該マニホルドの小型化を図ることができる。
さらに、マニホルド内の通路を螺旋状に、あるいは湾曲状に形成することにより、該マニホルド内を流れる流体と熱電モジュールとの間の熱伝達効率をさらに上昇させることができる。
さらにまた、隣合うマニホルド同士を、マニホルド外壁に設けられた連結手段を介して、一体に連結するので、広い伝熱面積を有する薄型でコンパクトな電熱モジュールを簡単に構成することができ、経済的であるとともに、接続配管による熱ロスがなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る熱電システムの一実施例の概略図的な斜視図である。
【図2】本発明による熱電システムの別の実施例の概略図的な斜視図である。
【図3】図1および図2に示したシステムに使用することができるマニホルドの背面図である。
【図4】図1および図2のシステムの要部を示し、図3に示したマニホルドを熱電モジュールに取り付けた状態を示す断面図である。
【図5】図1および図2のシステムに使用することのできる水中ポンプの一実施例を示す正面断面図である。
【図6】図5に図示した水中ポンプの側面断面図である。
【図7】図1および図2のシステムに使用することのできる典型的な従来の熱電モジュールの側面図である。
【図8】図1および図2のシステムに使用することのできる新規な熱電モジュールの一実施例の側面断面図である。
【図9】図8の熱電モジュールの端部断面図である。
【符号の説明】
10 熱電システム
12 熱電モジュール
14 マニホルド
16 入口
18 出口
20 通路
24 周縁壁
25 空間
26,18,30,32,34,36,38 仕切り
27 ボルト穴
40,42 導管
44 ポンプ
46 熱交換器
48 冷却ファン
50 冷却フィン
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱電冷凍システム用マニホルドに関する。
【0002】
【従来の技術】
冷凍システム内に熱電モジュールを使用することは、公知である。熱電モジュールは、電流が該モジュールを流れることにより、該モジュールの一方の側が冷却され、そのモジュールの反対側が加熱される、公知の型式の熱ポンプである。また、熱電モジュールは、ペルチェ(Peltier)モジュール、または熱電熱ポンプとしても公知である。熱電モジュールを備える従来から公知の冷凍装置は、該熱電モジュールの各側部に強固にクランプ締めされ、熱電組立体を形成するアルミニウム吸熱源から成る。電流を該モジュールに通したとき、熱は一方の側からその反対側に伝達される。
電流を熱電モジュールに最初に通したとき、二つの側部間の温度差は最小である。こうした状態のとき、熱電組立体は、効率良く作動する。しかし、冷凍機がその所望の内部温度近くに達すると、二つの側部間の温度差が増す。こうした状態のとき、熱電組立体は、熱ポンプとしての作動効率が低下する。熱電モジュールを熱ポンプとして形成する場合、従来の熱電組立体は、装置の全体の温度差を維持し得るように常に電流が印加されていなければならない。この電流が無くなったならば、熱は熱平衡状態を再設定し得るような方法で組立体を通って流れる。故に、実際上、従来の熱電組立体の電気の消費は、単に、該組立体の全体の温度差を維持するためにだけ行われる。これは、エネルギの非常な無駄である。
実際上、また、従来の熱電組立体は、該熱電モジュールと吸熱源との境界にて生ずる熱インピーダンスの作用を受ける。このため、こうした境界面の作用を最小限に抑制すべく、熱電組立体の製造には、非常な慎重さおよび費用が必要とされる。
一部の熱電組立体は、吸熱源との接触表面積を増すため、単一の熱電モジュールではなく、吸熱源の間に挟持された二つの小型の熱電モジュールを備えている。しかし、固体の吸熱源の締め付け力によって熱電モジュールに加えられる構造および設計上の制約およびコストのため、当然、モジュール自体を小さい寸法にしなければならず、そのため、熱接触面積を大きくする妨げとなる。
また、熱電モジュール内のP&N熱電対間の熱電コネクタは、同一の理由のため、極めて小さい。性能の向上は、大きい電気コネクタを介してより大きい熱接触面積を利用することで実現可能であるため、このことは、望ましいことではない。
従来の熱電モジュールの設計における別の大きな制約ファクタは、モジュールの高温面および冷温面が互いに接近する(通常、5mm以内)点である。対流、伝導、および放射を通じて一方の面から反対側の面に極めて顕著な損失が生じる、即ち、伝熱率が大きくなる。このため、熱電モジュールの極限性能は著しく制限される。従来の熱電組立体において、この問題点を一層悪化させることは、モジュールの面に取り付けられた一体の吸熱源が互いに近接していることである。従来の熱電組立体内における二つの吸熱源の熱質量、およびこれらが互いに近接していることは、常に、相互に悪く作用する。
上述の問題点のため、熱電組立体の使用は、極めて小型で可搬式のクーラおよび冷凍機に制限される。熱電組立体は、例えば、電力消費量が大きいため、実際には、家庭用冷蔵庫には使用されていない。
本発明は、従来技術の問題点を解消すべくなされたもので、冷凍機に適用するのに適した熱電システム用マニホルドを提供することを目的とする。
【0003】
【課題を解決するための手段】
本発明では、上記目的を達成するために、周縁壁と外壁を備えたマニホルドの内側に設けられた空間と、前記空間の一面に形成された開口面と、前記外壁に設けられ、かつ前記空間を介して相互に連通する入口及び出口とを有し、前記空間が前記開口面を介して熱電モジュール外面に接触した状態で該熱電モジュールに取り付けられる熱電冷凍システム用マニホルドにおいて、前記空間内に複数の仕切りを設け、該仕切りの端部の巾を先細に形成し、該仕切りを前記熱電モジュールの外面に最小面積で当接させて流通路を形成した構成としている。
【0004】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しつつ、単に一例としての本発明を説明する。
添付図面の図1には、第一および第二の対向面を有する熱電モジュール12を備える熱電システム10が図示されている。一つの空間を形成するそれぞれのマニホルド14は、熱電モジュール12の各面に取り付けられている。
マニホルド14の各々は、図3に図示するように、入口16と、出口18と、を備えている。更に、マニホルド14の各々は、図3に図示するように、入口16と出口18との間を伸長する細長いラビリンス状、ジグザグ、ら旋状、または蛇行通路20を備えている。
通路20の細長い形状は、流体と熱電モジュール12との接触を促進する。
該通路20は、成形金属またはプラスチック材料で形成され、図4に図示するように、典型的に、熱電モジュール12の対応する面に対して平行な外壁22がマニホルド14に設けられている。該外壁22からは、周縁壁24が伸び、該周縁壁24は、壁22の全周に沿って伸びている。該周縁壁24は、多数のボルト穴27を有する。該ボルト穴27は、熱電モジュール12の反対側にある他のマニホルド14をボルトおよびナットによって保持するのに役立つ。小さい寸法のボルトの使用により、一側部から反対側にボルトに沿って不確実な伝熱が行われる可能性を軽減する。
熱電モジュール12の隣接面と共に、壁22,24内には、通路20を有する空間25が形成される。該空間25は、該空間25の第一の端部にて、壁24から長手方向に延びる第一の仕切り26を有する。該第一の仕切り26は、空間25の隣接する側に対して平行に、入口16に隣接する箇所から空間25の第二の端部に向けて部分的に延びている。第二の仕切り28は、第一の仕切り26に対して平行であり且つ第一の仕切り26から離間され、空間25の第二の端部にて壁24から空間25の第一の端部に向けて長手方向に部分的に延びている。このことは、第一の仕切り26よりも小さい第三の平行な仕切り30の場合も同様であり、次に、第四、第五および第六の平行な仕切り32,34,36も同様に配置される。最後に、第一の仕切り26と同様な第七の平行な仕切り38が出口18に隣接して配置される。
図4から理解されるように、これら仕切り26,28,30,32,34,36,38は、周縁壁24と同一の奥行きだけ、壁22から延びており、熱電モジュール12の隣接面に対し最小の接触表面積にて係合する。これら仕切りにより形成される通路の方向が繰り返し変化することにより、通路20を通る流体の流れは乱流となり、その結果、該流体とモジュール面との間の伝熱量が増すことが確実となる。典型的に(例えば)40mm×40mmの熱電モジュール面を横断するジグザグ、ら旋状、または蛇行する流体通路の好適な数は、実験の結果、約8であることが確認されている。通路20の各流路は、方形、または半円形であることが望ましい。
かかる流路の断面は、5mm×5mmに近い。実際上、通常、流路の仕切りの厚さは、可能な限り最小の厚さに維持することが望ましく、これら流路は、5mmを僅かに下廻る。システムの性能を最適にし得るように、即ち、システムを最適化したとき、所定の送出容量および所定の外気温度に対する最大の熱ポンプ容量が得られるように、流路の数およびその深さを変更することができる。
マニホルド14の流路を最適化することは、システムの流路の水力学的インピーダンス(マニホルド14は、通常、システム内で最大の流体インピーダンスを有する)対ポンプの流体送出空間とを均衡させることで可能である。
マニホルド14の周縁壁24は、ガスケット「O」リングまたはシリカ/ゴムセメントのような公知の技術を使用して、モジュール12の面の外周に対して密封し、流体の漏洩を阻止することができる。
図1に図示するように、それぞれの導管40が各入口16から伸長し、また、それぞれの導管42が各出口18から伸長している。これら導管40,42の一方、またはその他方には、ポンプ44が取り付けられる。図示するように、各対の入口および出口導管は、遠方の熱交換器46まで延びている。熱交換器46の各々には、通常、液体である流体が充填される。熱交換器46の各々には、冷却ファン48を設けることができる。所望であれば、導管40,42は、目立たないように小さくしたシステムに構成することも可能である。
図1のシステム10の作動中、電流(通常、直流であるが、この電流は、比例電流制御装置のような装置により変換可能である)が熱電モジュール12に印加される。これと同時に、ポンプ44を作動させ、液体が熱交換器46から入口導管40、マニホルド14、次に、出口導管42を通って送出され、それぞれの熱交換器46に戻るようにする。電流が熱電モジュール12を流れる結果、熱は、片側(内側)における熱交換器46、導管40,42およびマニホルド14内に保持された流体から反対側(外側)におけるマニホルド14、導管40,42および熱交換器46に送出され、このため、システム内の冷凍機が冷却される一方、外側のシステムは加熱される。
熱電モジュール12は、冷凍機の壁の中間点に取り付け、冷却側のマニホルド14、ポンプ44、導管40,42および熱交換器46は、冷凍機の内側となり、また、加熱側のマニホルド14、ポンプ44、導管40,42および熱交換器46が冷凍機の外側となるようにする。こうして、内側熱交換器46を介して冷凍機の内側から得た熱は冷凍機の外側の熱交換器46に伝達され、ここから熱は、公知の方法で放散される。
熱電システム10は、ステップ制御方法を利用して作動させることができ、また、熱電モジュールの固有の非直線的な熱特性を利用することによる利点が得られ、これにより、モジュール12の対向する面における温度差が最小のときにシステムの最大の作動効率が得られる。熱電モジュール12の各側部を冷却する液体により、熱は遠方の熱交換器46まで容易に伝達することができ、この結果、従来の一体の吸熱源よりも大気に近い温度を維持することが可能となる。
この状況のとき、本発明の上記熱電システム10は、冷凍機の内部が所望の温度に達したときにサイクルオフにすることができる。この時点で、ファン48を作動させ、外側のラジエータをより低温にし、その内側をより高温にし(冷凍機から熱交換器の内側への吸熱速度が速いため)、その結果、内側および外側温度は相対的に近い温度となる(温度差が小さい)。このように、次に、熱電システム10を再作動させると、熱電モジュール12の各側のマニホルド14、ポンプ44および熱交換器46は、伝熱流体と比較的近い温度差となり、マニホルド14自体は、より効率的な作動状態に近くなる。
冷凍機が所望の内部温度に達したとき、熱電システム10の作動を停止する(スイッチオフ、またはサイクルオフ)機能は、マニホルド14が小さい断面積および小さい熱空間を有し、空間25が流体が流動するためのラビリンス通路20を有することが望ましいということによって促進される。
更に、流体が流動することを要する上述のラビリンス通路20は、システム10から電流を除いた後、液体中に対流を発生させることを困難にする。更に、熱電モジュール12を不作動にしたとき、ポンプ44もまた同時に不作動となり、更に流体を送出せず、これにより、熱スイッチ、または熱スイッチ効果が得られる。更に、液体自体は、典型的に熱の不導体であり、熱スイッチ効果を促進する、即ち、モジュール12およびポンプ44がその流れの供給を停止したとき、システムの片側から反対側への伝熱は殆ど行われない。
システム10内の液体、または流体は、典型的に冷凍機の外側で水であり、冷凍機の内側で水/グリコール、ケロシンまたはメタノールとすることができる。内側で使用される化学薬剤は、比熱が大きく、粘度が低く、また、熱電モジュール12の面上で凍結しないものであることが望ましい。
図2の実施例において、同様の参照符号は、図1に示したものと同様の部品を表示する。熱交換器46の一つが冷却フィン50により囲繞された内側流体路を有する管状包囲体である一方、その他方が冷凍機の壁を形成することのできるプレス加工金属型式52のものである点を除いて、これら熱電システムは、原理的に同一である。第一に、冷却ファン48を冷却フィン50の下端54に隣接して配置し、冷却フィン50と整合させた軸線の周りで回転し、空気が冷却フィン50を通って流動し、それによって、冷却フィン50から熱を放散させるように配置する。ファンからの空気が流れる方向は、最大の効率が得られ且つ向流熱交換器を形成し得るように、冷却フィン50の内側の流体の流れる方向と反対方向にすることが望ましい。第二のプレス成形品52において、ファン48は、冷凍機の一端に設けられ、冷凍機の内側の周りで空気を循環させる。図2から理解されるように、熱交換器52は、細長い管55を収容し、該管は、熱交換器の壁に沿って導管42から導管40に、またはその逆に導管40から導管42にら旋状に延設されている。熱は、熱交換器の壁に吸収され且つ管55内の流体により集められ、モジュールの面に運ばれて、最終的に外側の熱交換器から放散される。
二組の熱電モジュール12を備え、マニホルド14が取り付けられた熱電システムには、幾つかの利点があることが分かった。流体流の体積が等しいならば、遥かに大きい熱ポンプ容量を実現することができる。また、直列で運転した場合、二組のモジュールシステムは、熱ポンプ容量が大きく、エネルギ損失が少ないため、優れた作動効率が得られる。モジュールを直列と並列運転の間で切替え、所定の状態に対する最適な機能を実現し得るように電子機器を設けることができる。直列運転は、電気消費量が比較的小さく、通常の作動状態で効率的である一方、並列運転は、電気消費量が比較的大きいが、高い周囲温度状態のとき、冷凍機の内部温度を低くするために望ましいときにだけ必要とされる。
二つのモジュールシステムは、図2に図示されており、ここで、各マニホルド14の出口は、管56により各隣接するマニホルド14の入口に接続される。
流体を循環させるべく本発明で使用されるポンプ44は、多くの形態をとることができる。
しかし、図5および図6には、特に効果的であることが判明している新規な型式のブラシレスの水中遠心ポンプが示してある。図5および図6に示したポンプ78は、後方ケーシング80と、該後方ケーシング80の壁に取り付けられた軸受シャフト82と、を備えている。多数の電気コイル84が軸受シャフト82の周りに配置され、シャフト82、またはコイル84のいずれも後方ケーシング80に対して回転可能ではなく、固定状態に配置されている。
ポンプ78は、磁石ハウジング86と、成形インペラ88と、軸受90と、を更に備えている。磁石ハウジング86、インペラ88および軸受90は、成形または機械加工により一つの部品から形成することが望ましい。円形磁石92(または、円形に離間して配置された複数の磁石)がコイルの外方で磁石ケーシング86内に取り付けられている。電線94が後方ケーシング80を通って密封状態に伸長し且つコイル84に接続されている。
該電線94は、コイル84を一組みの電子機器に接続し、該電子機器がコイル84を励起させ、インペラ88および磁石92を公知の方法でコイル84の周りで回転させる。これを容易にすべく、インペラ88および磁石ハウジング86には、固定軸受シャフト82の周りで回転可能に配置された軸受90が設けられている。この実施例において、該軸受90は、インペラ88および磁石ハウジング86に対する唯一の荷重支承取り付け手段である。
作動時、液体は、矢印98のように、正面外側ケーシング112により部分的に形成された入口導管96内に入る。コイル84の励起により、磁石92がコイル84の周りで回転し、これにより、インペラ88を回転させる。このようにして、インペラ88が回転され、これにより、液体は、矢印108の方向に向けて横方向に排出される。このように、導管内に液体の流れが形成される。インペラ88の好適な形態が図5に図示されている。図示するように、該インペラ88は、切り欠いた中央部102を有する略円形のディスク100を備えている。複数の細長い切欠き104が切り欠いた中央部102から外方に伸長する。図5に図示したインペラ88の回転により、図6に図示するように、液体は、矢印108の方向に向けて外側導管106に排除される。図5に図示するように、出口導管106は、湾曲方向に導管106の外側部分に向けて漸進的に増大する断面の内側湾曲部分110を備えることが望ましい。この形態は、スクロールパターンの出口掃引状態として示してある。密封したシャフトを介して冷却液系統に接続された外側モータを使用するこも可能であるが、この構成は、シールが摩耗したときに漏洩が生ずる虞れがあるため、完全に満足し得るものではない。
本発明を良好に具体化することのできる熱交換器46は、多くの形態をとることができる。その選択は、熱交換器の性能およびコストにより決まる。好適な型式としては、銅製の自動型、押出し成形、またはプレス成形によるアルミニウム薄板型、および銅/アルミ管の上に押し出したアルミニウム薄板/薄片を組み立てた構造のものが含まれる。
本発明の熱電システムの特に優れた適用例は、金属管よりも精巧ではなく、例えば、海水/真水に浸けることができる極めて簡単な外側熱交換器に利用することである。このとき、該熱交換器は、海の場合、それ自体が無限の熱交換器である水で冷却される。故に、該システムは、船舶関係の適用例でも極めて効率的である。
本発明に使用することのできる従来の熱電モジュール120は、図7に示してある。該モジュール120は、熱伝導体であるが、電気絶縁体である外側の平行な一対の板122を備えている。該板122は、モジュール面である外面128を備えている。板122と共に、一列の離間した熱電対124が設けられている。図7に示すように、左側にある第一および第二の熱電対124は、その第一の端部にて導電性コネクタ126により電気的に相互に接続される。図7に図示するように、左側からの第二および第三の熱電対124は、その第二の端部にて導電性板コネクタ126により電気的に相互に接続される。隣接する熱電対124の端部は、列全体を横断して交互に相互に接続し、熱電対124の列の全体を横断する導電性板が存在するようにする。また、該板コネクタ126は、熱伝導可能な方法で外側板122にも接続される。
本発明を具体化する上で、特に効果的である新規な熱電モジュールの形態が図8および図9に図示されている。
図8および図9の実施例において、複数の離間したPおよびNの熱電対130が一列に伸長するように設けられている。該熱電対130の列は、各々が外側壁134と、二つの端部壁136とを有する二つのハウジングの間に配置されている。更に、各ハウジングは、プラスチックで形成され、以下に説明するように、熱電対コネクタを所定位置に保持し得るように穴が開けられた内側壁132を保持する。これら壁132は、熱電対のコネクタを覆う範囲が最小限であるように可能な限り薄くする。
該側壁134は、熱電対130の列から離間して配置される一方、端部壁136は、熱電対130の列の端部に接続される。更に、これら側壁134および端部壁136は、入口導管138と、出口導管140と、中間の冷却液通路142とを形成する。
図示するように、最左側の熱電対130は、銅のような電気および熱伝導性材料144のブロックによりその第一の端部が次の隣接する熱電対130の第一の端部に接続される。図8に示すように、次の隣接する熱電対130は、電気および熱伝導性材料144のブロックによりその第二の端部が右側の次の隣接する熱電対130の第二の端部に接続される。この構成は、熱電対130の列を直角に横断して繰り返される。このようにして、各導電性ブロック144、および各熱電対130を通ってその一端から伸長する、熱電対130の列を横断した導電性経路が存在する。更に、上述のように、電気および熱導電性ブロック144の各々は、側壁132の穴内に配置されて所定位置に保持される。
公知の方法にて、PおよびN熱電対130の異質の導電性材料は、電流を印加したとき、接合部、またはコネクタブロック144を介してペルチェ効果を発生させる。これにより、熱は、熱電対130の列の片側から反対側に伝達される。図8および図9に図示した構成において、入口138、出口140および流体通路142内に、常に液体が存在する。本発明によれば、熱電対130に電流を印加したとき、ポンプ44も同時に作動され、液体が熱電対130の列の両側を横断して流動するようにすることが望ましい。
上述のように、液体は、遠方の熱交換器46まで循環されて熱を伝達する。非導電性の液体は、導電性ブロック144に直接、接触し、このため、従来技術の装置において熱電モジュールと一体の吸熱源との間に見られるような固体同士の相互接触面は存在しない。その結果、従来技術において経験される非効率さを軽減することができる。
空隙146が二つの壁132の間にあり且つ熱電対130を囲繞する。この空隙、または空所146は、空気または泡で充填することができる。該空隙146は、真空状態とし、またはエイロゲルで充填することがより望ましい。該エイロゲルを使用し、または真空とする利点は、熱電モジュールの高温側と低温側との間で伝導、対流および放射による伝熱量を軽減することができる点である。
最も重要なことは、本発明について説明したところと同じであるが、従来の熱電モジュールと共に使用されるシステムに優る、図8および図9に図示したモジュールの利点は、大きく形成した熱伝熱コネクタ144の上を液体が直接、流動し得る点である。コネクタ144自体は、図7に図示した従来の熱電モジュールコネクタの6倍以上、熱接触表面積を増大させることができる。更に、従来の熱電モジュールは、冷却液がモジュール面と接触することができる前に、コネクタにはんだ付けされた非導電性の面をもっているさせる。はんだおよびセラミックには、熱インピーダンスによって顕著な損失が生じるが、それは図8に図示したモジュールでは回避される。
当業者に明らかであろう応用例および変形例は、本発明の範囲に属すると考えられる。例えば、本発明の熱電システムは、熱暖房モードで使用し、保育器、または食品加熱器のような容器の内部を加熱するのに使用することができる。
【0005】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る熱電システム用マニホルドによれば、マニホルドの空間内に形成した、熱電モジュールの外面に最小面積で当接する仕切りによって流通路を形成したので、伝熱面積を可及的に広くとることができ、流通通路内において効果的に乱流を生じさせ、該マニホルド内を流れる流体と熱電モジュールとの間の熱伝達効率を上昇させることができる。
また、マニホルド内に細長い通路を形成したので、該マニホルドの小型化を図ることができる。
さらに、マニホルド内の通路を螺旋状に、あるいは湾曲状に形成することにより、該マニホルド内を流れる流体と熱電モジュールとの間の熱伝達効率をさらに上昇させることができる。
さらにまた、隣合うマニホルド同士を、マニホルド外壁に設けられた連結手段を介して、一体に連結するので、広い伝熱面積を有する薄型でコンパクトな電熱モジュールを簡単に構成することができ、経済的であるとともに、接続配管による熱ロスがなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る熱電システムの一実施例の概略図的な斜視図である。
【図2】本発明による熱電システムの別の実施例の概略図的な斜視図である。
【図3】図1および図2に示したシステムに使用することができるマニホルドの背面図である。
【図4】図1および図2のシステムの要部を示し、図3に示したマニホルドを熱電モジュールに取り付けた状態を示す断面図である。
【図5】図1および図2のシステムに使用することのできる水中ポンプの一実施例を示す正面断面図である。
【図6】図5に図示した水中ポンプの側面断面図である。
【図7】図1および図2のシステムに使用することのできる典型的な従来の熱電モジュールの側面図である。
【図8】図1および図2のシステムに使用することのできる新規な熱電モジュールの一実施例の側面断面図である。
【図9】図8の熱電モジュールの端部断面図である。
【符号の説明】
10 熱電システム
12 熱電モジュール
14 マニホルド
16 入口
18 出口
20 通路
24 周縁壁
25 空間
26,18,30,32,34,36,38 仕切り
27 ボルト穴
40,42 導管
44 ポンプ
46 熱交換器
48 冷却ファン
50 冷却フィン
Claims (5)
- 周縁壁と外壁を備えたマニホルドの内側に設けられた空間と、該空間の一面に形成された開口面と、
前記外壁に設けられ、かつ前記空間を介して相互に連通する入口及び出口とを有し、
使用に際して、前記開口面が熱電モジュールの外面に接した状態で熱電モジュールに取り付けられる熱電システム用マニホルドにおいて、
前記空間内に、複数の仕切りを設け、該仕切りの端部の巾を先細に形成し、該仕切りを前記熱電モジュールの外面に最小面積で当接させて流通路を形成したことを特徴とする熱電システム用マニホルド。 - 前記流通路を螺旋状に形成したことを特徴とする請求項1に記載の熱電システム用マニホルド。
- 前記外壁に連結手段を設け、該連結手段を介して、隣合うマニホルド同士を一体に連結することを特徴とする請求項1に記載の熱電システム用マニホルド。
- 前記隣合うマニホルド同士を連結する手段が、前記マニホル
ド外壁に設けられた入口パイプ及び出口パイプであることを特徴とする請求項3に記載の熱電システム用マニホルド。 - 前記流通路が湾曲した通路であることを特徴とする請求項1に記載の熱電システム用マニホルド。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
AUPK421291 | 1991-01-15 | ||
AU4212 | 1995-07-17 |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP04503436A Division JP3124031B2 (ja) | 1991-01-15 | 1992-01-10 | 熱電システム |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10197097A JPH10197097A (ja) | 1998-07-31 |
JP3575968B2 true JP3575968B2 (ja) | 2004-10-13 |
Family
ID=3775182
Family Applications (3)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP04503436A Expired - Fee Related JP3124031B2 (ja) | 1991-01-15 | 1992-01-10 | 熱電システム |
JP33632997A Expired - Fee Related JP3575968B2 (ja) | 1991-01-15 | 1997-11-20 | 熱電システム用マニホルド |
JP17817598A Expired - Fee Related JP3268758B2 (ja) | 1991-01-15 | 1998-06-10 | 熱電システム |
Family Applications Before (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP04503436A Expired - Fee Related JP3124031B2 (ja) | 1991-01-15 | 1992-01-10 | 熱電システム |
Family Applications After (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP17817598A Expired - Fee Related JP3268758B2 (ja) | 1991-01-15 | 1998-06-10 | 熱電システム |
Country Status (8)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5544487A (ja) |
EP (1) | EP0566646B1 (ja) |
JP (3) | JP3124031B2 (ja) |
AT (1) | ATE194221T1 (ja) |
AU (1) | AU670025B2 (ja) |
DE (1) | DE69231205T2 (ja) |
DK (1) | DK0566646T3 (ja) |
WO (1) | WO1992013243A1 (ja) |
Families Citing this family (92)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
ES2043537B1 (es) * | 1992-03-31 | 1995-04-01 | Cimacar Sl | Generador electrico de frio o calor. |
WO1994018516A1 (en) * | 1993-02-02 | 1994-08-18 | Hydrocool Pty. Ltd. | Manifold heat exchanger |
JPH0791796A (ja) * | 1993-09-28 | 1995-04-04 | Fuji Electric Co Ltd | 電子冷凍式冷蔵庫 |
US5892656A (en) * | 1993-10-19 | 1999-04-06 | Bass; John C. | Thermoelectric generator |
US6509520B1 (en) * | 1995-06-07 | 2003-01-21 | Raytheon Company | High strength composite thermoelectric cooler and method for making same |
GB9512316D0 (en) * | 1995-06-16 | 1995-08-16 | The Technology Partnership Plc | Apparatus and method for cooling of liquids |
CN2258973Y (zh) * | 1996-03-01 | 1997-08-06 | 郑定国 | 制冷式冷风机组 |
EP0885387A1 (en) * | 1996-03-08 | 1998-12-23 | Holometrix, Inc. | Heat flow meter instruments |
US6039471A (en) * | 1996-05-22 | 2000-03-21 | Integrated Device Technology, Inc. | Device for simulating dissipation of thermal power by a board supporting an electronic component |
US5784890A (en) * | 1996-06-03 | 1998-07-28 | Polkinghorne; John D. | Compact thermoelectric refrigeration drive assembly |
EP0813032A3 (en) * | 1996-06-10 | 2001-05-23 | Thermovonics Co., Ltd | Air-conditioning ventilator |
CN1111697C (zh) | 1996-11-08 | 2003-06-18 | 松下冷机株式会社 | 热电冷却系统 |
CN1236428A (zh) | 1996-11-08 | 1999-11-24 | 松下冷机株式会社 | 内装热电模块的热交换单元及热电冷却系统 |
AU4885697A (en) | 1996-11-08 | 1998-06-03 | Matsushita Refrigeration Company | Liquid feeding method for thermoelectric cooling systems |
US5964092A (en) * | 1996-12-13 | 1999-10-12 | Nippon Sigmax, Co., Ltd. | Electronic cooling apparatus |
JPH10300302A (ja) * | 1997-04-22 | 1998-11-13 | Matsushita Refrig Co Ltd | 熱電モジュール式電気冷蔵庫の製氷制御装置 |
JP3751710B2 (ja) * | 1997-04-23 | 2006-03-01 | 松下冷機株式会社 | 熱電モジュール式電気冷蔵庫 |
GB2333352B (en) * | 1997-08-22 | 2000-12-27 | Icee Ltd | A heat exchange unit |
AU771996B2 (en) * | 1997-10-06 | 2004-04-08 | Matsushita Refrigeration Company | Manifold with a built-in thermoelectric module and a cooling device having the module employed therein |
US6354086B1 (en) | 1997-10-06 | 2002-03-12 | Matsushita Refrigeration Company | Manifold incorporating a thermoelectric module and a cooling device using the thermoelectric module |
ES2151381B1 (es) * | 1998-03-10 | 2001-06-16 | Univ Pontificia Comillas | Bomba de calor basada en el efecto peltier construida con material transparente o translucido en todos o parte de los elementos que la integran. |
US6119463A (en) * | 1998-05-12 | 2000-09-19 | Amerigon | Thermoelectric heat exchanger |
US6606866B2 (en) * | 1998-05-12 | 2003-08-19 | Amerigon Inc. | Thermoelectric heat exchanger |
JP2000274872A (ja) | 1999-03-19 | 2000-10-06 | Matsushita Refrig Co Ltd | 熱電モジュールを内蔵するマニホールド |
JP2000274871A (ja) | 1999-03-19 | 2000-10-06 | Matsushita Refrig Co Ltd | 熱電装置、並びに、熱電マニホールド |
JP2001304740A (ja) * | 2000-04-21 | 2001-10-31 | Matsushita Refrig Co Ltd | 熱電冷却装置 |
US6592612B1 (en) | 2000-05-04 | 2003-07-15 | Cardeon Corporation | Method and apparatus for providing heat exchange within a catheter body |
CN1306993C (zh) * | 2000-12-22 | 2007-03-28 | 思攀气凝胶公司 | 带有纤维胎的气凝胶复合材料 |
US6672076B2 (en) | 2001-02-09 | 2004-01-06 | Bsst Llc | Efficiency thermoelectrics utilizing convective heat flow |
US7942010B2 (en) * | 2001-02-09 | 2011-05-17 | Bsst, Llc | Thermoelectric power generating systems utilizing segmented thermoelectric elements |
US6959555B2 (en) | 2001-02-09 | 2005-11-01 | Bsst Llc | High power density thermoelectric systems |
US7946120B2 (en) | 2001-02-09 | 2011-05-24 | Bsst, Llc | High capacity thermoelectric temperature control system |
JP2002250572A (ja) * | 2001-02-22 | 2002-09-06 | Komatsu Electronics Inc | 熱交換器 |
CN100419347C (zh) | 2001-08-07 | 2008-09-17 | Bsst公司 | 热电个人环境装置 |
US6854275B2 (en) | 2002-08-08 | 2005-02-15 | International Business Machines Corporation | Method for cooling automated storage library media using thermoelectric cooler |
DE10261366A1 (de) * | 2002-12-30 | 2004-07-08 | BSH Bosch und Siemens Hausgeräte GmbH | Hilfskühlvorrichtung |
DE102004037341C5 (de) * | 2004-08-02 | 2008-06-19 | Dionex Softron Gmbh | Vorrichtung zum gekühlten Aufbewahren und Abgeben von Proben für eine integrierte Flüssigkeits-Kühleinheit |
US7587901B2 (en) | 2004-12-20 | 2009-09-15 | Amerigon Incorporated | Control system for thermal module in vehicle |
WO2007032801A2 (en) | 2005-06-28 | 2007-03-22 | Bsst Llc | Thermoelectric power generator for variable thermal power source |
EP1767874A1 (en) * | 2005-09-23 | 2007-03-28 | Chuan Sheng Chen | Air conditioning device with thermoelectric elements |
US20070101737A1 (en) | 2005-11-09 | 2007-05-10 | Masao Akei | Refrigeration system including thermoelectric heat recovery and actuation |
US7310953B2 (en) | 2005-11-09 | 2007-12-25 | Emerson Climate Technologies, Inc. | Refrigeration system including thermoelectric module |
PT1970080E (pt) * | 2005-12-15 | 2014-01-07 | Cair Espana Sl Lab | Dispositivo para ajustar a temperatura de um fluido fisiológico |
US7870745B2 (en) | 2006-03-16 | 2011-01-18 | Bsst Llc | Thermoelectric device efficiency enhancement using dynamic feedback |
CN100378412C (zh) * | 2006-03-28 | 2008-04-02 | 王钦兵 | 节能环保型冷暖空调 |
US9181486B2 (en) | 2006-05-25 | 2015-11-10 | Aspen Aerogels, Inc. | Aerogel compositions with enhanced performance |
US7607309B2 (en) * | 2006-06-14 | 2009-10-27 | Fluke Corporation | Temperature calibration device having reconfigurable heating/cooling modules to provide wide temperature range |
US20080041066A1 (en) * | 2006-08-21 | 2008-02-21 | Chin-Kuang Luo | Air cooling/heating device |
US20080087316A1 (en) | 2006-10-12 | 2008-04-17 | Masa Inaba | Thermoelectric device with internal sensor |
DE102006052959B4 (de) * | 2006-11-09 | 2011-02-17 | Airbus Operations Gmbh | Kühlvorrichtung für den Einbau in ein Flugzeug |
US20080142068A1 (en) * | 2006-12-18 | 2008-06-19 | American Power Conversion Corporation | Direct Thermoelectric chiller assembly |
ES2341063B1 (es) * | 2007-01-18 | 2011-08-12 | Arb Systems Proyectos Electronicos Sl | Dispositivo para la refrigeracion de un fluido por metodos termoelectricos. |
EP2167887B1 (en) | 2007-05-25 | 2021-01-13 | Gentherm Incorporated | System and method for distributed thermoelectric heating and cooling |
WO2009036077A1 (en) | 2007-09-10 | 2009-03-19 | Amerigon, Inc. | Operational control schemes for ventilated seat or bed assemblies |
JP2009081970A (ja) * | 2007-09-27 | 2009-04-16 | Ihi Marine United Inc | 熱電発電装置及び該熱電発電装置を用いた発電システム |
CN110027454B (zh) | 2008-02-01 | 2022-04-08 | 金瑟姆股份公司 | 用于热电装置的冷凝和湿度传感器 |
US7954331B2 (en) * | 2008-04-08 | 2011-06-07 | The Boeing Company | Thermally-balanced solid state cooling |
EP2315987A2 (en) | 2008-06-03 | 2011-05-04 | Bsst Llc | Thermoelectric heat pump |
WO2010009422A1 (en) | 2008-07-18 | 2010-01-21 | Amerigon Incorporated | Climate controlled bed assembly |
US8613200B2 (en) | 2008-10-23 | 2013-12-24 | Bsst Llc | Heater-cooler with bithermal thermoelectric device |
EP2399107B1 (en) * | 2009-02-19 | 2013-01-09 | Ametek Denmark A/S | A temperature calibration device, a calibrator block, and a method for calibrating a temperature probe |
US8146375B2 (en) * | 2009-03-10 | 2012-04-03 | Thermo King Corporation | Hydrocooler with thermal storage |
US8708675B2 (en) | 2009-06-29 | 2014-04-29 | Baker Hughes Incorporated | Systems and methods of using subsea frames as a heat exchanger in subsea boosting systems |
US20110079025A1 (en) * | 2009-10-02 | 2011-04-07 | Thermo King Corporation | Thermal storage device with ice thickness detection and control methods |
US9121414B2 (en) | 2010-11-05 | 2015-09-01 | Gentherm Incorporated | Low-profile blowers and methods |
DE102010056170A1 (de) * | 2010-12-24 | 2012-06-28 | Volkswagen Ag | Thermoelektrisches Wärmetauschen |
JP2012197978A (ja) * | 2011-03-22 | 2012-10-18 | Toyota Industries Corp | ヒートポンプシステム |
JP2012209305A (ja) * | 2011-03-29 | 2012-10-25 | Toyota Industries Corp | 熱電変換ユニットと該熱電変換ユニットの製造方法 |
US9006557B2 (en) | 2011-06-06 | 2015-04-14 | Gentherm Incorporated | Systems and methods for reducing current and increasing voltage in thermoelectric systems |
EP2719015A2 (en) | 2011-06-06 | 2014-04-16 | Gentherm Incorporated | Cartridge-based thermoelectric systems |
WO2013052823A1 (en) | 2011-10-07 | 2013-04-11 | Gentherm Incorporated | Thermoelectric device controls and methods |
US9989267B2 (en) | 2012-02-10 | 2018-06-05 | Gentherm Incorporated | Moisture abatement in heating operation of climate controlled systems |
US9306143B2 (en) | 2012-08-01 | 2016-04-05 | Gentherm Incorporated | High efficiency thermoelectric generation |
GB201222995D0 (en) | 2012-12-20 | 2013-01-30 | Xeracarb Ltd | Sialon bonded silicon carbide material |
DE112014000607T5 (de) | 2013-01-30 | 2015-10-22 | Gentherm Incorporated | Auf Thermoelektrik basierendes Thermomanagementsystem |
US9662962B2 (en) | 2013-11-05 | 2017-05-30 | Gentherm Incorporated | Vehicle headliner assembly for zonal comfort |
US10405650B2 (en) | 2014-01-16 | 2019-09-10 | Bi-Polar Holdings Company, LLC | Heating and cooling system for a food storage cabinet |
CN106028874B (zh) | 2014-02-14 | 2020-01-31 | 金瑟姆股份公司 | 传导对流气候控制座椅 |
CN103968617B (zh) * | 2014-05-28 | 2016-08-17 | 珠海格力电器股份有限公司 | 过热器以及空调装置 |
KR101619626B1 (ko) * | 2014-10-24 | 2016-05-10 | 현대자동차주식회사 | 수/공냉 통합형 열전소자 장치 |
US11857004B2 (en) | 2014-11-14 | 2024-01-02 | Gentherm Incorporated | Heating and cooling technologies |
EP3726594B1 (en) | 2014-11-14 | 2022-05-04 | Gentherm Incorporated | Heating and cooling technologies |
US11639816B2 (en) | 2014-11-14 | 2023-05-02 | Gentherm Incorporated | Heating and cooling technologies including temperature regulating pad wrap and technologies with liquid system |
CN104613804B (zh) * | 2014-12-15 | 2017-03-01 | 青岛海尔股份有限公司 | 弯折管件及具有该弯折管件的半导体制冷冰箱 |
US11607036B2 (en) | 2016-07-12 | 2023-03-21 | Bi-Polar Holding Company LLC | Food service apparatus with peltier heating and cooling systems |
US20190041105A1 (en) * | 2017-08-07 | 2019-02-07 | Asia Vital Components Co., Ltd. | Heat-exchange structure for water cooling device |
US11045857B2 (en) * | 2018-05-23 | 2021-06-29 | Pride Engineering, Llc | Fluid-cooled ToolPack |
TWI662402B (zh) * | 2018-06-06 | 2019-06-11 | 酷碼科技股份有限公司 | 冷卻系統及水冷排 |
US10991869B2 (en) | 2018-07-30 | 2021-04-27 | Gentherm Incorporated | Thermoelectric device having a plurality of sealing materials |
CN113167510A (zh) | 2018-11-30 | 2021-07-23 | 金瑟姆股份公司 | 热电调节系统和方法 |
US11152557B2 (en) | 2019-02-20 | 2021-10-19 | Gentherm Incorporated | Thermoelectric module with integrated printed circuit board |
US11642933B2 (en) * | 2020-06-24 | 2023-05-09 | Honda Motor Co., Ltd. | Heat transfer system for a vehicle |
Family Cites Families (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB868029A (en) * | 1958-11-25 | 1961-05-17 | Gen Electric Co Ltd | Improvements in or relating to refrigerating systems |
DE1165050B (de) * | 1958-12-04 | 1964-03-12 | Siemens Elektrogeraete Gmbh | Kuehlgeraet mit zwei elektrothermischen Kuehleinrichtungen |
FR1299540A (fr) * | 1961-04-18 | 1962-07-27 | Alsacienne Constr Meca | Procédé de fabrication de plaquettes réfrigérantes fonctionnant par effet peltier |
US3295667A (en) * | 1965-05-20 | 1967-01-03 | Simplicity Eng Co | Anti-blinding mechanism for screen panels |
US3481393A (en) * | 1968-01-15 | 1969-12-02 | Ibm | Modular cooling system |
US4072188A (en) * | 1975-07-02 | 1978-02-07 | Honeywell Information Systems Inc. | Fluid cooling systems for electronic systems |
FR2452796A1 (fr) * | 1979-03-26 | 1980-10-24 | Cepem | Dispositif thermoelectrique de transfert de chaleur avec circuit de liquide |
SE7910091L (sv) * | 1979-12-07 | 1981-06-08 | Supercool Ab | Anordning for kall- eller varmforvaring |
SE427953B (sv) * | 1980-07-01 | 1983-05-24 | Joenkoepings Mek Werkstads | Anordning vid drenkbara, elmotordrivna centrifugalpumpar |
DE3418773C2 (de) * | 1984-05-19 | 1986-11-13 | Papst-Motoren GmbH & Co KG, 7742 St Georgen | Zweipulsiger kollektorloser Gleichstrommotor |
US4829771A (en) * | 1988-03-24 | 1989-05-16 | Koslow Technologies Corporation | Thermoelectric cooling device |
US5154661A (en) * | 1991-07-10 | 1992-10-13 | Noah Precision, Inc. | Thermal electric cooling system and method |
-
1992
- 1992-01-10 JP JP04503436A patent/JP3124031B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1992-01-10 AT AT92903367T patent/ATE194221T1/de not_active IP Right Cessation
- 1992-01-10 US US08/084,271 patent/US5544487A/en not_active Expired - Lifetime
- 1992-01-10 EP EP92903367A patent/EP0566646B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1992-01-10 DE DE69231205T patent/DE69231205T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1992-01-10 AU AU11731/92A patent/AU670025B2/en not_active Ceased
- 1992-01-10 DK DK92903367T patent/DK0566646T3/da active
- 1992-01-10 WO PCT/AU1992/000008 patent/WO1992013243A1/en active IP Right Grant
-
1997
- 1997-11-20 JP JP33632997A patent/JP3575968B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1998
- 1998-06-10 JP JP17817598A patent/JP3268758B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP3268758B2 (ja) | 2002-03-25 |
DK0566646T3 (da) | 2000-10-30 |
DE69231205D1 (de) | 2000-08-03 |
ATE194221T1 (de) | 2000-07-15 |
AU1173192A (en) | 1992-08-27 |
JPH1172276A (ja) | 1999-03-16 |
JP3124031B2 (ja) | 2001-01-15 |
JPH10197097A (ja) | 1998-07-31 |
JPH06504361A (ja) | 1994-05-19 |
DE69231205T2 (de) | 2001-02-22 |
EP0566646B1 (en) | 2000-06-28 |
AU670025B2 (en) | 1996-07-04 |
EP0566646A1 (en) | 1993-10-27 |
WO1992013243A1 (en) | 1992-08-06 |
EP0566646A4 (ja) | 1994-03-09 |
US5544487A (en) | 1996-08-13 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3575968B2 (ja) | 熱電システム用マニホルド | |
US5653111A (en) | Thermoelectric refrigeration with liquid heat exchange | |
US5269146A (en) | Thermoelectric closed-loop heat exchange system | |
US8001794B2 (en) | Thermoelectric fluid heat exchange system | |
EP0759141B1 (en) | Cooling apparatus | |
US5441102A (en) | Heat exchanger for electronic equipment | |
US20030024565A1 (en) | Apparatus and methods for thermoelectric heating and cooling | |
RU2527505C2 (ru) | Система управления температурой жидкости | |
CN108281590B (zh) | 电池热管理装置及设有该装置的电池 | |
AU3193500A (en) | Thermoelectric device and thermoelectric manifold | |
US20020134544A1 (en) | Passive cooling system and method | |
WO2004054007A2 (en) | Thermoelectric heat pumps | |
KR101408236B1 (ko) | 열전달 융합 기술을 이용한 온수 및 냉수 공급 장치 | |
JP4277126B2 (ja) | 熱移動ケーブル、熱移動ケーブルユニット、熱移動システム、及び熱移動システム構築方法 | |
AU755698B2 (en) | Manifold with built-in thermoelectric module | |
JPH10277678A (ja) | 熱交換器 | |
KR101897931B1 (ko) | 전자 장치의 프로세서 냉각 시스템 | |
WO2004016991A1 (en) | Apparatus and method for exchanging heat | |
JPH07260189A (ja) | 空気調和装置 | |
CN217357628U (zh) | 一种可通过介质传导冷热的系统 | |
CN220422293U (zh) | 电控盒及暖通设备 | |
JPH07180935A (ja) | 熱交換器 | |
KR20020010330A (ko) | 냉열소자를 이용한 보일러장치 | |
KR200285311Y1 (ko) | 냉난방 장치 | |
GB2602345A (en) | Improvements to Thermoelectric Modules and Assemblies |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20040413 |
|
A602 | Written permission of extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A602 Effective date: 20040419 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040517 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20040706 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |