JP4300637B2

JP4300637B2 - 温冷熱装置

Info

Publication number: JP4300637B2
Application number: JP21675999A
Authority: JP
Inventors: 隆行花木; 秀樹森; 修一岩田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1999-07-30
Filing date: 1999-07-30
Publication date: 2009-07-22
Anticipated expiration: 2019-07-30
Also published as: JP2001041604A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は食品を保存する冷凍倉庫・冷凍冷蔵庫、冷房暖房を行う空気調和機等の温冷熱機器や水や炭化水素、フロンなどの冷媒を圧縮して循環させる圧縮装置の消費電力削減手段と、それに用いるゼーベック効果により熱電発電を行う装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、地球温暖化とエネルギー資源枯渇抑制のために、各種電気機器の消費電力量の低減が望まれ、冷蔵庫や空気調和機などでは様々な手段で対応が成されている。なかでも、従来、動力源や熱源に転換されずに無駄に放出していた熱エネルギーを活用する手段として、熱発電素子を使用して省電力に寄与させる技術が提案されている。従来の熱と電気の間の変換作用を利用したものとしては、電気を熱に変換するペルチェ効果の利用で、冷蔵庫やワインセラー等の冷却用として使用されている。ところが逆に、ゼーベック効果を利用した熱を電気に変換する熱電発電素子の研究は燃焼機器や宇宙（人工衛星）関連の高温（200−1000℃）領域で行われている。熱電発電素子は温度への依存度が高いので、発電の出力を得やすい分野から発展して、今後は100℃以下の低温領域へ拡大されるが、まだ殆ど実績がない。
【０００３】
図２０、２１は冷凍冷蔵庫や空調機の構成説明図であり、ゼーベック効果にて熱電発電する熱電発電素子を使用して節電を行う技術は特開昭６２−１６９９８１号公報や特開昭６２−１８２５６２号公報等により知られている。図において１０１は外部電源からの電力を調整器１１４で調整して供給して駆動する電動圧縮機、１０２は凝縮機、１０６は二方弁１０３減圧器１０４蒸発器１０５を循環し余剰となる冷媒を貯留するアキュムレータ、１１０は熱電素子、１１３は熱電素子の発生した電力を電池１１１で貯え制御部１１２で制御して供給される直交流変換器、２０４は電動圧縮機２０２から四方弁２０３を通して冷媒が供給される室外放熱器、２０５、２０６は減圧器、２０７はファン２０８により送風される室内放熱器、２１０はヒートパイプである熱交換器、２１１は熱を熱電素子に伝える伝熱接続器である。
【０００４】
図２０、２１において冷凍サイクルの中で冷媒が高温となる凝縮器や室外放熱器に熱電素子を直接または伝熱させて接触させ相対する素子の反対側は空気中に露出させ、この両者の間の温度差で発電させる構成を示すとともに、この発電した出力を蓄電し、交流電流として圧縮機に捕捉充電したりその他へ供給している。
【０００５】
なお図２１では熱電素子に接触させる伝熱を室外熱交換器の蒸発器から低温部に切り替え空気中の高温部との温度差により発電するという構造も示している。この様に冷凍サイクルの無駄にしていた熱放出を有効に生かして電力を発生させ補助電力として活用することによって機器の省電力化に寄与するものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
電気を熱に変換するペルチェ素子に付いては良く知られ冷蔵庫やワインセラー等に実用化されているが、熱を電気に変換するゼーベック効果を利用した熱電発電素子に対しては数百度以上の高温領域では温度差が大きいため実測データが知られている。これは熱電発電素子の熱から電気に変換する効率が非常に低いため周囲の温度との大きな温度差を必要とするためで温度差が小さい低温領域では実用に供するほどの電力や電圧が得られず、かつ、出力を調整したり変換し制御するとさらに電力量が減少するという問題があった。あるいはこの低い電力を電池の補充に使う程度にしか利用できないため、ゼーベック効果を利用した熱電発電素子の発電を低温領域で且つ電池に補充して使用する以外の直接の用途は実用的には存在していなかった。
【０００７】
叉従来の技術に示す冷凍サイクルの熱交換器の温度を利用する場合、凝縮器などの熱交換器は曲げ加工された配管や配管の表面を覆う薄板のフィンなどからなる複雑な表面凹凸部を備えており、熱電発電素子を伝熱板を介して凝縮器に密着させることが困難で熱伝達に問題があった。また別の熱交換器を併設したとしても熱伝達に問題が残り、周囲の空気との温度差は必要な温度差が取れないという課題があり、実用化できなかった。この対策として多くの熱電発電素子を設けると凝縮器の表面が覆われてしまい本来の凝縮性能に影響するという問題があった。
【０００８】
さらに、従来の熱電発電モジュールでは治具を介してボルト締めまたはビス止め等によって熱源の伝熱板等に固定されるため、取付け時の調整が不適切だと偏荷重による故障を招いたり、金属ボルト等を介した熱漏洩や密着性不十分に起因する伝熱不足のために本来の温度差が確保できず、その結果として熱電発電素子の能力を十分発揮できなくなるという問題や結露雰囲気では水分による絶縁破壊や腐食により寿命が短くなるという問題があった。冷凍サイクルでは周囲の温度より低い温度の冷媒が配管の中を流れており、例えば冷蔵庫では直管の状態でキャピラリーチューブを蒸発器出口から圧縮機吸入口近くまで長い距離にわたって吸入配管に沿わせハンダ接合させ、曲げ加工を施した後に冷蔵庫の背面に納めて設置し、断熱材で覆ってその間で熱交換させている。これは、冷凍サイクルの熱効率を向上させるとともに、吸入配管から圧縮機に液状態で冷媒が侵入する液圧縮現象による圧縮機の故障や、配管部が結露によって腐食するなどの問題を確実に防止するための措置が必要である。叉冷熱機器で使用する熱交換器も同様に結露が発生し易いのでそのまま使用した場合には熱電発電素子を腐食させるなどの劣化を促進したり、絶縁不良を来たして破損の原因になるなど悪影響を与えるという問題があった。
【０００９】
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、簡単な構成により信頼性が高く消費電力を減らすことが出来る装置を得ようというものである。叉この発明は温冷熱装置、冷蔵庫、エアコンや圧縮装置など各装置に備える機器やマイコンなどに使用する電力を信頼性の高い実用的な構成で得ようとするものである。叉半導体を使い信頼性の高い熱電発電装置の多くの用途に適用できる構造を提供するものである。また低温領域に使用するにもかかわらずゼーベック効果に必要な温度差が確保出来る装置を提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る温冷熱装置は、冷媒を圧縮する圧縮機、この圧縮機にて圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器、この凝縮器を通過した冷媒を減圧させるキャピラリーチューブもしくは膨張弁、減圧後の冷媒を蒸発させる蒸発器、を冷媒配管にて順次接続し、冷媒を循環させる冷凍サイクルと、鋼鈑が曲率を有して塑性加工され、冷媒の内圧に耐えられるように圧縮機の密閉構造をなす圧縮機シェルと、蒸発器の出口から圧縮機の吸入口に至る間の冷媒配管であって、低温の冷媒が通過する吸入配管と、種類の異なる二つの素子を順次接続し、一方の接合部が高温に、他方の接合部が低温に保たれて両接合部間に温度差が生じることにより、該温度差に応じた電力を発電する熱電発電素子モジュールと、一方の面が熱電発電素子モジュールの高温側の接合部である高温部に接触するように配置されるとともに、他方の面が圧縮機シェルの表面の曲率に合わせて加工されて圧縮機シェルの表面に接触する高温部伝熱板と、熱電発電素子モジュールの低温側の接合部である低温部に外表面が接触するように配置されるとともに、吸入配管の一部が内部を通って接触する低温部伝熱板と、を備え、高温部伝熱板と熱電発電素子モジュールと低温部伝熱板とが積層されるとともに、圧縮機シェルにて加熱される高温部伝熱板と吸入配管にて冷却放熱される低温部伝熱板との温度差によって、熱電発電素子モジュールの両接合部間に温度差を生じさせて発電させ、この発電された電力を当該温冷熱装置に使用される電気機器へ給電するものである。
【００１１】
また、本発明に係る温冷熱装置は、冷媒を圧縮する圧縮機、この圧縮機にて圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器、この凝縮器を通過した冷媒を減圧させるキャピラリーチューブもしくは膨張弁、減圧後の冷媒を蒸発させる蒸発器、を冷媒配管にて順次接続し、冷媒を循環させる冷凍サイクルと、圧縮機の吐出口から凝縮器の入口に至る間の冷媒配管であって、高温の冷媒が通過する吐出配管と、蒸発器の出口から圧縮機の吸入口に至る間の冷媒配管であって、低温の冷媒が通過する吸入配管と、種類の異なる二つの素子を順次接続し、一方の接合部が高温に、他方の接合部が低温に保たれて両接合部間に温度差が生じることにより、該温度差に応じた電力を発電する熱電発電素子モジュールと、この熱電発電素子モジュールの高温側の接合部である高温部に外表面が接触するように配置されるとともに、吐出配管の一部が内部を通って接触する高温部伝熱板と、熱電発電素子モジュールの低温側の接合部である低温部に外表面が接触するように配置されるとともに、吸入配管の一部が内部を通って接触する低温部伝熱板と、を備え、高温部伝熱板と熱電発電素子モジュールと低温部伝熱板とが積層されるとともに、吐出配管にて加熱される高温部伝熱板と吸入配管にて冷却放熱される低温部伝熱板との温度差によって、熱電発電素子モジュールの両接合部間に温度差を生じさせて発電させ、この発電された電力を当該温冷熱装置に使用される電気機器へ給電するものである。
【００１２】
また、本発明に係る温冷熱装置は、蒸発器にて発生するドレイン水が流れる水冷配管を内蔵した水冷ジャケットが低温部伝熱板に積層され、ドレイン水の吸熱によって低温部伝熱板の冷却放熱が補助されるものである。
【００１３】
また、本発明に係る温冷熱装置は、大気により冷却される放熱フィンが低温部伝熱板に積層され、低温部伝熱板の冷却放熱が補助されるものである。
【００１４】
また、本発明に係る温冷熱装置は、積層された高温部伝熱板と熱電発電モジュールと低温部伝熱板とが、これら積層物を覆うように形成された樹脂の外殻モールドによって一体型構造をなしているものである。
【００１５】
また、本発明に係る温冷熱装置は、高温部伝熱板と熱電発電素子モジュールとの間および熱電発電素子と低温部伝熱板との間が、シリコーングリスにアルミナを混合した高熱伝導性グリースによって微小隙間が埋められ、高温部伝熱板と熱電発電素子モジュールと低温部伝熱板とが密着して積層されているものである。
【００１６】
また、本発明に係る温冷熱装置は、積層された高温部伝熱板と熱電発電素子モジュールと低温部伝熱板とが、これら積層物を覆うように形成された樹脂の外殻モールドによって一体型構造をなすとともに、外殻モールドの高温部伝熱板側の端部に埋設されたマグネットによって、高温部伝熱板が圧縮機シェルの表面に密着固定されているものである。
【００１７】
また、本発明に係る温冷熱装置は、積層された高温部伝熱板と熱電発電素子モジュールと低温部伝熱板とが、これら積層物を覆うように形成された樹脂の外殻モールドによって一体型構造をなすとともに、圧縮機シェルの周囲に沿って配設されたベルトで圧縮機と締結され、高温部伝熱板が圧縮機シェルの表面に密着固定されているものである。
【００３３】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、本発明の一実施例について図を用いて説明する。図１は本発明の一実施例である冷凍冷蔵庫の冷媒回路と熱電発電装置を示す構成図である。図２は前記熱電発電装置の内部断面図である。図において、３は電動圧縮機、５は圧縮された高温高圧の冷媒を凝縮熱交換させる凝縮器、７はドライヤ６と二方弁２を通過した冷媒を減圧させるキャピラリーチューブ、１は蒸発器であり、冷媒をガス状態に変化させ再び電動圧縮機３へ戻す。８は高温部伝熱板、９は低温部伝熱板であり、熱電発電素子モジュールＰＮの高温部とそれに相対する低温部と接触配置し、高温部伝熱板８の内部に圧縮機の吐出口３ｂから連続する冷媒の吐出配管８Ｐを、そして低温部伝熱板９の内部には蒸発器１の出口から圧縮機吸入口３ａに至る冷媒配管の吸入配管９Ｐを内蔵する。１０は低温部伝熱板９の上部外側にある水冷ジャケット、１０Ｐはそこに内蔵する水冷配管、１１は水冷ジャケット１０の上部に設置する放熱フィンである。Ｍ１はこれらの部品積層物を覆った外殻モールドであり、Ｍ２は下部に埋設されたマグネットである。また、蒸発器１にて発生したドレイン水１３は前記水冷配管１０Ｐへ導かれ水冷ジャケット１０を通過吸熱した後、ドレイン水蒸発板４へ至る。
【００３４】
圧縮機シェル表面３Ｓおよび吐出配管８Ｐの一部に熱電発電素子モジュールＰＮの高温部と接触した高温部伝熱板８を、吸入配管９Ｐの一部に前記熱電発電素子モジュールＰＮの高温部に相対する低温部と接触した低温部伝熱板９を直接または間接的に当接配置し、ゼーベック効果により熱電発電する機構を形成している。吐出配管は圧縮機吐出口３ｂから凝縮器５またはドレイン水蒸発板４の入口に至る間の冷媒配管であって高温の冷媒が通過する部位であり、吸入配管は蒸発器１の出口から圧縮機吸入口３ａに至る間の冷媒配管であって低温の冷媒が通過する部位である。
【００３５】
また、低温部伝熱板９に設けられた吸入配管９Ｐには、蒸発器から低温の冷媒ガスが流れ込み、熱電発電モジュールから伝熱板を介して熱交換した後には約30℃の冷媒ガスとなって圧縮機の吸入口へ送られる。また、従来は圧縮機吸入口の手前に液冷媒流入防止のため備えていたアキュームレータの役割を兼ねることも可能である。
【００３６】
また、通常運転時の蒸発器出口直後の冷媒配管温度は−30℃近傍であるから、できる限り蒸発器に近い吸入配管の一部に低温部伝熱板を当接すれば熱電発電素子の低温側を冷却放熱させる能力を向上できる。この際、熱電発電素子の高温部から伝熱して低温部に移動した熱が低温部伝熱板に当接している吸入配管を通じて冷媒ガスの温度上昇を促し、圧縮機吸入ガスの過熱度確保にも寄与するので都合が良い。このとき用いる冷媒としては、不燃性で電気絶縁性に優れ、沸点が−26℃近傍のＲ１３４ａ（ＨＦＣ−１３４ａ）、Ｒ１２（ＣＦＣ−１２）類などが好適である。
【００３７】
本発明に適用した熱電発電素子モジュールＰＮとその高温部および低温部に接触したそれぞれの伝熱板８，９は、図２の熱電発電装置の断面図に示すように一体化した構成とした。圧縮機シェル表面３Ｓとの密着固定は、圧縮機シェル表面の曲率に合わせて加工された高温部伝熱板８に熱電発電素子モジュールＰＮ、低温伝熱板９、水冷ジャケット１０、放熱フィン１１の各部品を積層した部品積層物、その外殻部分を電気絶縁性と断熱性が共に高い熱硬化性樹脂で外殻モールドＭ１されており、磁性体からなる圧縮機シェル表面に密着固定させることができるユニット化した構造としている。また、ここで用いた伝熱板は、材質を特に限定するものではないが、銅、アルミニウムなど熱伝導率が高く加工性に優れた金属を好適に用いた。
【００３８】
上記構造を得ることによって、均一で適切な押しつけ荷重を確保できる。また、特に熱電発電素子は希少で高価な元素が使われているうえに、冷蔵庫が使用に供した後の廃棄時には回収して再利用することが可能であるから、熱電発電装置の交換を含む取り外しや取り付けが容易である、という利点を併せ持つ。
【００３９】
図７は本発明の熱電発電装置に使用する熱電発電素子モジュールの構造図である。図において、Ｔ３はＰ形半導体、Ｔ４はＮ形半導体であり、Ｔ２はそれらを直列接続する金属電極、Ｔ１はこれらを上部と下部から保持するセラミック絶縁板である。Ｔ５は電気的負荷である。ここで用いた熱電発電素子は図７に示すように、セラミックス絶縁板Ｔ１の上に金属電極Ｔ２を介してＰ形半導体Ｔ３とＮ形半導体Ｔ４を交互に複数直列接続した上に金属電極Ｔ２を介して更にセラミックス絶縁板Ｔ１で覆う構造となっている。この種類の異なる二つの素子、Ｐ形半導体Ｔ３とＮ形半導体Ｔ４を順次金属電極Ｔ２を介して接続し、一方の接合部を加熱して高温に保ち、他方の接合部を冷却放熱して低温に保つことにより、前記素子の両接合部間に温度差を生じると、その温度差に応じた電圧が発生する。このように熱を電気に変換する現象はゼーベック効果と呼ばれており、前記金属電極の両極を端子として電気的負荷をつなぐ回路を形成すると直流電流が流れて、電気出力を取り出すことができる。これとは逆に、直流電流を流すと前記素子の各接合部で発熱もしくは吸熱を起こす現象がペルチェ効果である。接合部間の温度差による高温側からの熱入力と低温側からの放熱作用の中には、発生電流でのペルチェ効果による熱変換が含まれているので、前記ゼーベック効果を利用して発電した電力は効率の低いものとなる。従って、高温部と低温部の温度差を出来るだけ大きく確保することが重要であるので、この絶縁板は、Ｐ形半導体Ｔ３とＮ形半導体Ｔ４および金属電極Ｔ２の伝熱を円滑に行う必要から、熱伝導性に優れるアルミニウムまたはホウ素または珪素の酸化物または窒化物の何れかを含んで成る形成板を用いることが、素子の熱電発電能力を十分に発揮するうえで好ましい。
【００４０】
熱電発電素子モジュールＰＮの種類は特に限定するものではないが、ここではビスマス・テルル系半導体素子を備えている汎用品で縦40mm横40mm高さ4mmの大きさのものを4個直列接続したものを使用した。本実施の形態では、高温部を80℃且つ低温部を20℃に保持した状態で単体で2.25Ｖ，1.0Ａ，2.2Ｗの発電能力を有するように、半導体に含まれる、ビスマス，テルル，アンチモン，セレン等の組成比率を調整したものを使用した。なお、熱電発電素子の形状および大きさは設置スペースと発電力およびコストを考慮して最適化するのが望ましい。
【００４１】
熱電発電素子と伝熱板との間にはシリコーングリスにアルミナを高含有率で混合した高熱伝導性グリースを塗布するなどして微小隙間を埋めて部品間を密着して部品積層物が構成されている。
【００４２】
外殻部分の樹脂成形は、上述した各部品を、場合によっては仮止めなどを施した部品積層物を金型内で保持し、金型と各部品の積層物との空隙に樹脂を注入して硬化させたものであるが、樹脂の注入から硬化に至るまでの間に予圧を付与するので、熱電発電素子と伝熱板が十分に密着した状態を確保することができる。
【００４３】
尚、外殻部分に用いる樹脂は、成形時の圧力や温度に対して熱電発電素子及びその接合部の耐力が十分な場合は熱可塑性の樹脂でも良く、配管の出入り口及び直流電流出力端子の露出部分を除いて密封できるものであれば良く、熱電発電素子モジュールＰＮへの水分などの侵入を防止して腐食を防止して再度の利用を可能にするうえでの長期信頼性が確保できるようにすることが肝要である。
【００４４】
圧縮機のシェルは、ガス冷媒の内圧に耐えられるように板厚４ｍｍの熱間圧延鋼鈑を塑性加工した後、端部溶接して円筒状の密閉構造となっている。高温熱源となる圧縮機のシェル部温度は運転条件によって大きく異なるが、例えば通常運転時の場合、ロータリー圧縮機のような高圧シェルタイプで圧縮機吐出口３ｂ近傍の配管温度が約90〜110℃、圧縮機シェル表面温度が90〜110℃に達し、レシプロ圧縮機のような低圧シェルタイプの場合には吐出管温度が100〜120℃、圧縮機シェル表面温度が約60〜90℃程度である。従って高温部伝熱板の平均温度は70〜100℃であるから熱電発電素子の高温部加熱源として連続的に機能して熱電発電に必要な温度を確保できる。
【００４５】
熱電発電装置の高温部伝熱板８は、上述した圧縮機シェル表面３Ｓに密着固定するようにその曲率に合わせて製作し、更に高温部伝熱板の一部には吐出配管８Ｐまたは冷媒が通る構造としてある。
【００４６】
ここで、図１７は本発明の説明に用いる従来の冷凍冷蔵庫の冷媒回路を示す構成図、図１８は本発明の比較説明に用いる従来の冷凍冷蔵庫背面の断面図であり、図１９は本発明の冷凍冷蔵庫背面の断面および構成を示す図である。それぞれの図において、Ｍ４は断熱材、３は電動圧縮機、１は吸入配管９Ｐを介して前記圧縮機３につながる蒸発器、７はドライヤ６と二方弁２を通過した冷媒を減圧させるキャピラリーチューブ、４はドレイン水蒸発板である。８は高温部伝熱板、９は低温部伝熱板であり、熱電発電素子モジュールＰＮの高温部とそれに相対する低温部に密接配置され、圧縮機３の表面に取り付けられる。２６は庫内ファンモータ、２７は機械室ファンモータでそれぞれ制御部２３より駆動される。図１７に示す従来の冷凍冷蔵庫では、蒸発器１出口の冷媒温度は通常運転時は−30℃近傍となるので、圧縮機の信頼性確保するには冷媒をその状態で圧縮機へ戻すことができない為、吸入配管９Ｐの一部にキャピラリーチューブ７を巻き付けて熱交換させている。図１８に示すように従来の冷凍冷蔵庫背面では、前記吸入配管９Ｐとキャピラリーチューブ７を接触するように配設させるので、吸入配管９Ｐは例えば2100ｍｍ必要であった。本発明では図１９に示すように蒸発器１からの冷媒を熱電発電装置の低温部伝熱板９内を介して圧縮機１へ戻す構成としているので、前記吸入配管９Ｐを400ｍｍに短縮しても、低温部伝熱板入口近傍の吸入配管で−10℃がその出口近傍の吸入配管では＋15〜25℃程度に確保できる。更に必要に応じて圧縮機吸入近傍の吸入配管の長さ100ｍｍ程度の領域にキャピラリーチューブ７を巻き付けて熱交換させることによって圧縮機吸入口では約32℃になるように調整できる。従って、図１８の従来の冷凍冷蔵庫背面の断面図と比較して図１９に示す本発明では吸入配管９Ｐを大幅に短縮でき、かつコンパクトで簡単な構造が得られる。
【００４７】
また、図２において水冷ジャケット１０は、水冷配管１０Ｐに蒸発器から発生したドレイン水を流し込んで低温部冷却を補助するものであり、ドレイン水は水冷ジャケットを通過後は従来と同様にドレイン水蒸発板４にて蒸発する。また、水冷循環ポンプを接続して強制水冷回路として利用しても良いが、ポンプ駆動に電力を費やすので、それ以上の発電向上が得られる場合に限ることが好ましい。
【００４８】
さらに、放熱フィン１１は大気による自然冷却を狙ったものだが、空冷ファンにより強制冷却しても良い。但し、ファン駆動の消費電力以上の発電力向上が見込める場合に限ることが好ましい。また、凝縮器５が強制空冷コンデンサの場合には、空冷ファンの送風が当たる位置に熱電発電装置の放熱フィン１１を配置すれば、新規に専用ファンを設けずに低温部の冷却放熱能力を向上させることもできる。
【００４９】
また、これまでは熱電発電素子モジュールＰＮの高温部へ圧縮機シェル３Ｓの高温表面および吐出配管８Ｐの一部を接合し、相対する熱電発電素子モジュールＰＮの低温部に吸入配管９Ｐの一部を当接配置する場合について述べたが、低温の冷凍サイクルをもつ冷凍機器の場合は、その蒸発温度が−45℃〜−30℃と極めて低いので、熱電発電素子モジュールＰＮの低温部を圧縮機シェルの低温部表面と蒸発器に近い吸入配管の一部の少なくとも一つに、直接または間接的に接触させる構成にすると、相対する高温部では大気常温でも温度差を得ることができるので、電気品表面または水の熱を高温部へ利用でき、広い用途がある。このとき用いる冷媒としては、沸点温度が極めて低いＲ５０２、Ｒ４０４ａ類などが好適である。
【００５０】
実施の形態２．
図３は本発明の他の実施の形態による冷凍冷蔵庫の冷媒回路と熱電発電装置を示す構成図、図４は前記熱電発電装置の内部断面図である。図において個々の符号で図１ないし図２と同一符号は同じ物を示す。実施の形態１では、熱電発電素子の低温側に吸入配管９Ｐを内蔵する低温部伝熱板９、水冷ジャケット１０、そして放熱フィン１１を部品積層する構造としたが、これらは必ずしも全てを兼ね備える必要はなく、得られる発電力と各パーツのコスト及び消費電力などを考えて取捨選択すべきであり、図４に示すように水冷ジャケット１０と放熱フィン１１を利用しなくてもよい。この場合の冷媒回路と熱電発電装置の構成図を図３に示すように、蒸発器１にて発生するドレイン水１３を熱電発電装置を経由しない構成にできる。
【００５１】
以上の熱電発電装置を圧縮機シェル表面を高温部に固定、吸入配管を低温部に固定して、外気温度20℃,運転開始から約２４時間後に各温度および発電された電力を測定し、冷蔵庫の駆動電源の一部に活用した場合の省エネ効果を算出した。表１には冷蔵庫への適用事例を実施例（１）〜（４）に、従来例（１）〜（２）を比較として示した。なお、熱電発電素子モジュールＰＮは、ビスマス・テルル系の汎用モジュールで縦40mm横40mm高さ4mmのモジュールを４個直列接続したものを使用した。また、実施例１と実施例２は、ロータリー圧縮機搭載の４５０リッタークラスの冷凍冷蔵庫への適用事例であり、実施例３と実施例４は、レシプロ圧縮機搭載の４００リッタークラスの冷凍冷蔵庫への適用事例である。
【００５２】
【表１】

【００５３】
実施例１．
熱電発電装置は、図２に示すように、圧縮機シェル表面の曲率に合わせて加工された高温部伝熱板８に熱電発電素子モジュールＰＮ、低温伝熱板９、放熱フィン１１を重ね合わせて電気絶縁性と断熱性が共に高い熱硬化性樹脂で外殻モールドＭ１を形成して一体型構造とし、外殻端部に組み込まれたマグネットＭ２によって磁性体からなる圧縮機シェル表面に密着固定させる構造とした。但し、高温伝熱部に吐出配管は利用せず。
【００５４】
このときの高温部熱源は圧縮機高圧シェル表面とし、当該部分の温度が110℃、高温部伝熱板８温度が平均94℃であったのに対し、低温放熱部の冷却仕様を図４に示した仕様の吸入配管９Ｐのみで対応した場合の低温部伝熱板９の温度は平均21℃であった。
【００５５】
実施例２．
熱発電装置は、図２において、圧縮機シェル表面の曲率に合わせて加工された高温部伝熱板８に熱電発電素子モジュールＰＮ,低温伝熱板９,放熱フィン１１を重ね合わせて電気絶縁性と断熱性が共に高い熱硬化性樹脂で外殻モールドＭ１を形成して一体型構造とし、更に外殻モールド端部に組み込まれたマグネットＭ２によって磁性体からなる圧縮機シェル表面に密着固定させる構造とし、高温部伝熱板には吐出配管を通してある。
【００５６】
このときの高温部熱源は圧縮機高圧シェル表面で98℃、吐出管温度110℃、高温部伝熱板８温度が平均102℃であり、低温放熱部の冷却仕様は図４における吸入配管９Ｐのみの場合であつて、低温部伝熱板９の温度が平均23℃であった。
【００５７】
実施例３．
本発明に適用した熱電発電装置は、図２の断面図に示すように熱発電素子モジュールと伝熱板が一体構造となって圧縮機シェル表面３Ｓに密着固定されている。更に詳しくは、圧縮機シェル表面の曲率に合わせて加工され、吐出配管８Ｐを内部に通した高温部伝熱板８に熱電発電素子モジュールＰＮ,低温伝熱板９,水冷ジャケット１０,放熱フィン１１を重ね合わせて電気絶縁性と断熱性が共に高い熱硬化性樹脂で外殻モールドＭ１を形成して一体型構造とし、更に外殻モールド端部に組み込まれたマグネットＭ２によって磁性体からなる圧縮機シェル表面に密着固定させる構造としている。また、低温放熱部の冷却仕様は図２における吸入配管９Ｐに加えて水冷配管１０Ｐにドレイン水を利用した。
【００５８】
このときの高温部熱源は圧縮機低圧シェル表面で72℃、吐出管温度115℃, 高温部伝熱板８の温度は平均80℃であり、低温伝熱板９の平均温度は18℃であった。
【００５９】
実施例４．
本発明に適用した熱電発電装置は、図２の断面図に示すように熱電発電素子モジュールと伝熱板が一体構造となって圧縮機シェル表面３Ｓに密着固定されている。更に詳しくは、圧縮機シェル表面の曲率に合わせて加工され、吐出配管９Ｐを内部に通した高温部伝熱板８に熱電発電素子モジュールＰＮ,低温伝熱板９を重ね合わせて電気絶縁性と断熱性が共に高い熱硬化性樹脂で外殻モールドＭ１を形成して一体型構造とし、更に外殻モールド端部に組み込まれたマグネットＭ２によって磁性体からなる圧縮機シェル表面に密着固定させる構造としている。また、低温放熱部の冷却仕様は図２における吸入配管９Ｐに加えてファンによる強制空冷を実施した。
【００６０】
このときの高温部熱源は圧縮機低圧シェル表面で75℃、吐出管温度120℃, 高温部伝熱板８の温度は平均82℃であり、低温伝熱板９の平均温度は12℃であった。
【００６１】
また、従来例として、４００リッタークラスのロータリー圧縮機搭載の冷凍冷蔵庫にて、高温部の熱源を凝縮器の表面に求めた場合の発電結果を示す。このうち、熱電発電装置は、電熱発電素子モジュールを高温部伝熱板と放熱フィンを備えた低温部伝熱板の間に挟んで凝縮器表面にネジ止め固定した。測定に際し、低温部における放熱フィンからの放熱は、従来比較例１では自然放冷であり、従来比較例２は消費電力が2.5Ｗの空冷ファンを駆動して強制空冷を行った。
【００６２】
この結果、従来比較例１では高温部と低温部の有効温度差が５degしかなく、殆ど発電できておらず、また、従来比較例２では強制空冷ファンの消費電力2.5Ｗが発電力を1.1Ｗ超えており、実質的な消費電力は逆に増加する結果となっている。
【００６３】
これに対し、表１の実施例１では有効温度差が73deg, 熱電発電によって得られた電力は9.8W, 省エネ効果は7.1kwh/月相当であった。このようにシェル表面の温度が高い場合には、シェル表面からの吸熱だけでも十分発電できた。
【００６４】
また、表１の実施例２では有効温度差が79deg, 熱電発電によって得られた電力は10.5W, 省エネ効果は7.6kwh/月相当であった。このように、高圧シェルの場合でも、高温熱源として圧縮機シェル表面に加えて吐出配管を利用すれば更に大きな発電力が得られる。
【００６５】
また、表１の実施例３では、有効温度差が62deg, 熱電発電によって得られた電力は8.2W, 省エネ効果は5.9kwh/月相当であった。低圧シェルタイプの圧縮機では、圧縮機表面温度より吐出配管温度の方が高いので、吐出配管を高温熱源として利用するのが好ましい。
【００６６】
そして、表１の実施例４では、有効温度差が70deg, 熱電発電によって得られた電力は9.3Wであったが、強制空冷ファンの駆動に2.5W電力を消費したので, 実質的な効果は6.8Wとなり、省エネ効果は4.9kwh/月相当であった。ファンに消費電力を取られるので、結果的に実施例３よりも効果が少ないが、見かけの発電力は増加する。従って、発電のための専用ファンを新たに設けるのは必ずしも得策ではないが、空冷コンデンサ用のファンなど既設の送風力を利用できる場合は有効である。
【００６７】
これらの機構によって発電された電力は、直接または制御部を介して、需要側へ供給されて機器の省電力に寄与する。例えば、前述図１９に示す冷凍冷蔵庫の場合では、前記実施例２にて発電された約１０Ｗ，９Ｖの電力に対して、冷蔵庫内の冷気を循環させる庫内ファンモータ２６のＤＣ１０．５Ｖ，消費電力２Ｗ、または圧縮機の冷却として設けられた機械室ファンモータ２７のＤＣ９Ｖ，消費電力１．８Ｗ、その他の機器では冷蔵庫の冷気の風量調整を行うダンパーのＤＣ１０Ｖ，消費電力０．７Ｗや冷蔵庫の製氷用給水ポンプのＤＣ５Ｖ，消費電力０．８Ｗなどの内部機器は一つまたは全部を十分に駆動できる省電力となる。また、これらの発電パフォーマンスは、前述のビスマス・テルル系熱電発電素子モジュールＰＮでの一例であり、熱電発電素子の性能向上に伴って更なる発電力の向上が期待できる。
【００６８】
実施の形態３．
本発明は、実施の形態１に示した冷凍冷蔵庫以外にも、除湿器やポータブルエアコン等の空気調和機に適用することができる。図５は、空調機の冷媒回路と熱電発電装置を示す構成図である。図において、３は電動圧縮機、５は凝縮器、１２は冷媒を減圧させる膨張弁、１は蒸発器であり、凝縮器５と蒸発器１にはそれぞれ送風機２１が近設されている。熱電発電装置は圧縮機３に密接され、その高温部伝熱板８に吐出配管８Ｐを、それと相対する低温部伝熱板９に吸入配管９Ｐを内蔵する。ドレイン水１３は蒸発器１にて発生し、熱電発電装置の低温部へ接続される。また、放熱フィン１１は熱電発電装置の上部表面にあり、前記送風機２１の近傍に位置する。ここではキャピラリーチューブが膨張弁１２に替わる以外は基本的に実施の形態１と同様であるが、冷蔵庫よりもドレイン水１３が豊富に発生するので積極的に利用し、熱電発電素子の低温伝熱板の水冷配管に供給して補助冷却に活用した。このとき用いる冷媒としては、空調用としてＲ２２（ＨＣＦＣ−２２）、Ｒ４１０ａ、Ｒ４０７ｃ類が好適である。
【００６９】
また、セパレート型の空気調和機の場合、室外機での発電システムとなるため、大型の強制空冷コンデンサの送風ファンによる低温部放熱効果が期待できる反面、圧縮機シェル表面の過度の放熱が懸念されるので必要に応じて、すなわち熱電発電装置の許容温度に応じてシェル表面に断熱材を施行すことも有効である。
【００７０】
実施の形態４．
図６はこの発明の実施の形態４を示す冷媒回路と熱電発電装置そして電力再利用システムの構成図である。図において、冷媒回路と熱電発電装置に関しては図１と同様であり、２２は蓄電池、２３は制御部、２４は直交流変換機である。但し、熱電発電の直流低電圧を直接または電圧を変えて供給する場合は蓄電池は不要である。冷媒回路の高温部と低温部の温度差を利用し、ゼーベック効果を生み出す熱電発電素子モジュールＰＮを内蔵した熱電発電装置から発電された電力は、大容量の電力貯蔵が可能な蓄電池２２に蓄積され、制御部２３、直交流交換機２４を介して、高電圧，交流機器の圧縮機や送風ファンの需要側へ安定した給電が可能となり、節電ができる。
【００７１】
なお、熱電発電された電力の直流低電圧を直接または変圧して需要側に供給する場合には、蓄電池２２は不要となり装置はコンパクトにできる。
【００７２】
また、このようにして発電された電力は、圧縮機や送風ファンなどの電気機器に給電して節電を図る以外に、制御基盤や表示板などのライトのような常時通電を要する電気部品、各種駆動モータ、ヒーターなど、そしてマイコン基板の待機電力として用いることも有効である。
【００７３】
実施の形態５．
本発明の別な実施の形態として、図８に冷媒封入型熱電発電装置の断面構成図を示す。図において、８は高温部伝熱板、２０は冷媒蒸発板であり、それぞれ熱発電素子ＰＮの高温部とそれに相対する低温部と密接配置し、高温部伝熱板８の内部には吐出配管８Ｐを内蔵する。冷媒室１８の下面には前記冷媒蒸発板２０があり、一方上面には冷媒室天井１９と冷媒配管の吸入配管９Ｐを内蔵する低温部伝熱板９を設置し、側面は断熱材Ｍ４で密閉される。１７は冷媒封入配管、ＲＬとＲＶは封入された冷媒のそれぞれ液冷媒と蒸気冷媒である。また、Ｍ１はこれら部品積層物を覆った外殻モールド、Ｍ２はその下部に埋設されたマグネットである。
【００７４】
この熱電発電装置は、冷媒室１８の内部へ冷媒封入管１７より封入された冷媒が、冷媒蒸発板２０を介して蒸発するときに奪う蒸発潜熱によって冷却放熱を行い、蒸発した冷媒蒸気は吸入配管９Ｐが接続されている低温部伝熱板９によって冷却、凝縮して液冷媒となって傾斜した天井を伝って落下し、再び蒸発板２０の冷却に供して蒸発する循環サイクルとなる。このとき、熱電発電素子モジュールＰＮの高温部が圧縮機シェル表面および圧縮機の吐出管８Ｐが接続されている高温部伝熱板８を介して加熱され、冷媒の蒸発潜熱により放熱されている前記低温部との温度差によって熱電発電して電力を得ることができる。
【００７５】
また、図９に冷媒封入型熱電発電装置の絶縁板上で直接冷媒を蒸発させる低温放熱部の冷却機構図を示す。図において、図８と同一符号は同一物を示し、Ｒ３は金属電極で熱電半導体Ｒ４を直列接続し、低温部絶縁板Ｒ１と高温部絶縁板Ｒ５に上下から密着接続されている。前述の実施の形態５において、冷媒蒸発板２０を設けずに、図９に示すように直接セラミックス絶縁板Ｒ１上にて冷媒を蒸発させれば蒸発板による伝熱損失を低減して発電能力を高めることができる。
【００７６】
さらに、図１０に冷媒封入型熱電発電装置の多孔質絶縁板を適用した低温放熱部の冷却機構図を示す。図において、図９と同一符号は同一物を示し、Ｒ２は多孔質低温部絶縁板である。前述の実施の形態５における蒸発板を、図１０に示すような多孔質のセッラミックス絶縁板Ｒ２を用いれば、熱電発電素子の低温側の金属電極Ｒ３上で冷媒を蒸発させることができるので更に効率よく熱電発電素子の低温側を冷却放熱させることができる。
【００７７】
このとき用いる冷媒としては、吸入配管が接続されている低温部伝熱板によって冷却、凝縮して液冷媒となるので、沸点が室温と同等かわずかに低いことが効率的であり、また、不燃性で電気絶縁性に優れ、蒸発潜熱も大きい、例えば、沸点が１５℃の１,１,１,３,３-ペンタフルオロプロパン（ＨＦＣ２４５ｆａ）、沸点が６℃の１,１,１,２,３,３-ヘキサフルオロプロパン（ＨＦＣ２３６ｅａ）などのハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）類などが好適である。また、安全性が確保できればアンモニアまたはハイドロカーボン（ＨＣ）類でも適用できる。
【００７８】
実施の形態６．
図１１は、この発明の実施の形態６であるドレイン水循環熱電発電装置の概要図である。図において、１４は蒸発室ケース、その上部から連続接続する凝縮配管１５はドレイン水１３の入口部に連結される。１６は蒸発室ケース１４内のドレイン水滞留槽であり、熱電発電素子モジュールＰＮの低温部に密接しており、前記滞留槽１６でオーバーフローさせたり、場合によってはサイフォン管などを用いて過剰のドレイン水を蒸発室ケース１４へ流入させる構造としている。
【００７９】
本発明では、高温部伝熱板をインサートして熱可塑性樹脂で射出成形された蒸発室ケース１４内のドレイン水滞留槽１６に、冷蔵庫内の熱交換に着霜した水分の解凍によって得たドレイン水を滞留させて熱電発電素子モジュールＰＮの低温部を冷却放熱させる。滞留したドレイン水は一定の水位を超えると圧縮機の吐出管を設けたドレイン水蒸発板４上に落下し蒸発する。熱電発電素子モジュールＰＮの低温部およびドレイン水蒸発板４から蒸発した水蒸気は金属製の凝縮配管１５を通過時に自然冷却され、再び低温の水滴となって循環してドレイン水滞留槽１６に回収されて熱電発電素子モジュールＰＮの低温部を冷却放熱させる。
【００８０】
一方、熱電発電素子モジュールの高温部は圧縮機の吐出配管８Ｐが接続されている高温部伝熱板８を介して加熱され、循環水を含むドレイン水により放熱されている前記低温部との温度差によって熱電発電する機構となっている。さらに、このときの熱電発電素子と伝熱板は、滞留槽１６内のドレイン水の自重によって押しつけられ密着固定されるので、有効な伝熱形態が確保できる。
【００８１】
このように、熱電発電装置の設置方法に関し、熱電発電装置の高温伝熱板をドレイン水蒸発板４を高温部熱源とし、低温部伝熱板にドレイン水の配管を施して一次的に滞留しているドレイン水を低温部冷却放熱源として利用するドレイン水循環熱電発電装置から電力を取り出すことができる。
【００８２】
実施の形態７．
別な実施の形態として、図１２に冷媒循環型熱電発電装置の概要図を示す。図において、１４は蒸発室ケース、１５は凝縮配管、１６は冷媒の滞留槽、１７は冷媒封入管であり、連続形成して密封されている。蒸発板４は蒸発室ケース１４の下部に位置し、熱電発電素子モジュールＰＮをはさんで反対側に圧縮機の吐出配管８Ｐを内蔵した高温部伝熱板８が接している。Ｍ４はこれらの部品積層物を覆う断熱材、Ｍ３はその内部で蒸発板４に作用するスプリングである。
【００８３】
冷媒封入管１７から封入された常温付近に沸点を有する液体の冷媒を滞留槽１６に一時的、一定の液面高さを確保して蒸発板４に滞留させ、前記蒸発板４で蒸発させるた際の蒸発潜熱によって熱電発電素子の低温部を冷却放熱して低温状態を維持させ、蒸発した冷媒は金属製の冷媒凝縮管１５を通過する時に冷却されて再び液冷媒となって循環するシステムであり、冷媒の蒸発潜熱を利用して低温部伝熱板の温度を確保できる冷媒循環型熱電発電装置である。
【００８４】
なお、本図において蒸発板４の冷媒と接する放熱板の形状は平面として図示したが、波状などの凹凸を備える形状にするなどして表面積を増す様にすれば、熱電発電素子の低温部の冷却放熱の効率がますのでより好ましい。
【００８５】
このとき用いる冷媒としては、凝縮管での液化を確実に行うために、例えば、沸点が室温と同等かわずかに高いことが有効であり、また、不燃性で電気絶縁性に優れ、蒸発潜熱も大きい沸点が４０℃の１,１,１,３,３-ペンタフルオロブタン（ＨＦＣ３６５ｍｆｃ）、沸点が１５℃の１,１,１,３,３-ペンタフルオロプロパン（ＨＦＣ２４５ｆａ）などのハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）類などが好適である。
【００８６】
一方、熱電発電素子モジュールＰＮの高温部は、圧縮機の吐出配管８Ｐが接続されている高温部伝熱板８を介して加熱され、冷媒の蒸発潜熱により放熱されている前記低温部との温度差によって熱電発電する機構を確保できる。このとき、熱電発電素子モジュールＰＮの低温部を維持するために確実に蒸発板４と熱電発電素子モジュールＰＮを密着固定させることが肝要であり、スプリングＭ３によって前記両部材を押しつけることも有効である。
【００８７】
実施の形態８．
図１３はこの発明の熱電発電装置をマグネット付足の固定具で圧縮機シェル表面に密着保持する構造を示す。図において、３１は熱電発電装置に当接する断熱材、その両端に設置するボルト３２はマグネット３３を埋設したネジ止め部３４に接続される。前記ボルト３２のネジ込みを増すことにより、断熱板３１を介して熱電発電装置の密着力を大きくすることができる。また、ネジ止め部３４の下端にはマグネット３３が埋設されているので、任意の圧縮機シェル形状に対応可能となる。
【００８８】
また、他の手段として図１４に固定用フランジと断熱板での挟み込み固定具の構造を示す。図において、３５は圧縮機シェル表面の形状をもつ固定用フランジ、３６は圧縮機と固定用フランジ３５の間に設ける断熱テープである。固定用フランジ３５と断熱板３１はボルト３２を介して圧縮機および熱電発電装置を挟み込み、ボルト３２をねじ込むことによりその密着力が増す。また、固定用フランジ３５は単純な構造なので安価に作製できる。
【００８９】
また、同じ効果を得られる別の実施例として、図１５にガイドレール仕様の固定具の構造を示す。図において、３７は圧縮機シェル表面３Ｓに溶接されたガイドレール、Ｍ５は熱電発電装置の外殻モールドＭ１の下端に位置し、前記ガイドレールに装入する形状をもったモールドフランジである。熱電発電装置のモールドフランジＭ５をガイドレール３７に沿って装入するだけで容易に装着でき、モールドフランジＭ５とガイドレール３７の嵌めあい寸法を変えることにより密着力を増すことができる。
【００９０】
さらに、別の実施例として、図１６にベルト仕様の固定具の構造を示す。図において、３８は熱電発電装置を中心として両側に配設したベルト、３９は前記ベルトの締結部、３６はベルト３８に内面貼付の断熱テープである。熱電発電装置の両側から同一長さのベルト３８は、圧縮機シェル周囲に沿って密接配設され、反対側でベルトの両端を締結する。この固定具は圧縮機の形状によらず、所定以上の長さのベルトであればよく、安価に供給できる。
【００９１】
なお、本発明は以上述べた実施の形態では、使用温度範囲が−45℃〜120℃での説明であるが、そこに限定されるものではなくもう少し広い温度領域で、その要旨を脱しえない範囲でも実施することができる。
【００９２】
【発明の効果】
本発明に係る温冷熱装置は、冷媒を圧縮する圧縮機、この圧縮機にて圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器、この凝縮器を通過した冷媒を減圧させるキャピラリーチューブもしくは膨張弁、減圧後の冷媒を蒸発させる蒸発器、を冷媒配管にて順次接続し、冷媒を循環させる冷凍サイクルと、鋼鈑が曲率を有して塑性加工され、冷媒の内圧に耐えられるように圧縮機の密閉構造をなす圧縮機シェルと、蒸発器の出口から圧縮機の吸入口に至る間の冷媒配管であって、低温の冷媒が通過する吸入配管と、種類の異なる二つの素子を順次接続し、一方の接合部が高温に、他方の接合部が低温に保たれて両接合部間に温度差が生じることにより、該温度差に応じた電力を発電する熱電発電素子モジュールと、一方の面が熱電発電素子モジュールの高温側の接合部である高温部に接触するように配置されるとともに、他方の面が圧縮機シェルの表面の曲率に合わせて加工されて圧縮機シェルの表面に接触する高温部伝熱板と、熱電発電素子モジュールの低温側の接合部である低温部に外表面が接触するように配置されるとともに、吸入配管の一部が内部を通って接触する低温部伝熱板と、を備え、高温部伝熱板と熱電発電素子モジュールと低温部伝熱板とが積層されるとともに、圧縮機シェルにて加熱される高温部伝熱板と吸入配管にて冷却放熱される低温部伝熱板との温度差によって、熱電発電素子モジュールの両接合部間に温度差を生じさせて発電させ、この発電された電力を当該温冷熱装置に使用される電気機器へ給電するので、実用的な構成にて熱電発電素子モジュールの両接合部間に大きな温度差を確保してゼーベック効果による大きな発電力が得ることができ、この電力を当該温冷熱装置に使用される電気機器へ給電することで、外部電源から供給される電力を削減でき省電力化に寄与する温冷熱装置を得ることができるとともに、低温部伝熱板を吸入配管にて冷却放熱させることで、吸入配管を通過する低温の冷媒の温度を上昇させ、圧縮機の吸入冷媒ガスの過熱度確保に寄与して圧縮機への液冷媒流入を防止する信頼性の高い温冷熱装置を得ることができる。
【００９３】
また、本発明に係る温冷熱装置は、冷媒を圧縮する圧縮機、この圧縮機にて圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器、この凝縮器を通過した冷媒を減圧させるキャピラリーチューブもしくは膨張弁、減圧後の冷媒を蒸発させる蒸発器、を冷媒配管にて順次接続し、冷媒を循環させる冷凍サイクルと、圧縮機の吐出口から凝縮器の入口に至る間の冷媒配管であって、高温の冷媒が通過する吐出配管と、蒸発器の出口から圧縮機の吸入口に至る間の冷媒配管であって、低温の冷媒が通過する吸入配管と、種類の異なる二つの素子を順次接続し、一方の接合部が高温に、他方の接合部が低温に保たれて両接合部間に温度差が生じることにより、該温度差に応じた電力を発電する熱電発電素子モジュールと、この熱電発電素子モジュールの高温側の接合部である高温部に外表面が接触するように配置されるとともに、吐出配管の一部が内部を通って接触する高温部伝熱板と、熱電発電素子モジュールの低温側の接合部である低温部に外表面が接触するように配置されるとともに、吸入配管の一部が内部を通って接触する低温部伝熱板と、を備え、高温部伝熱板と熱電発電素子モジュールと低温部伝熱板とが積層されるとともに、吐出配管にて加熱される高温部伝熱板と吸入配管にて冷却放熱される低温部伝熱板との温度差によって、熱電発電素子モジュールの両接合部間に温度差を生じさせて発電させ、この発電された電力を当該温冷熱装置に使用される電気機器へ給電するので、実用的な構成にて熱電発電素子モジュールの両接合部間に大きな温度差を確保してゼーベック効果による大きな発電力が得ることができ、この電力を当該温冷熱装置に使用される電気機器へ給電することで、外部電源から供給される電力を削減でき省電力化に寄与する温冷熱装置を得ることができるとともに、低温部伝熱板を吸入配管にて冷却放熱させることで、吸入配管を通過する低温の冷媒の温度を上昇させ、圧縮機の吸入冷媒ガスの過熱度確保に寄与して圧縮機への液冷媒流入を防止する信頼性の高い温冷熱装置を得ることができる。
【００９４】
また、本発明に係る温冷熱装置は、蒸発器にて発生するドレイン水が流れる水冷配管を内蔵した水冷ジャケットが低温部伝熱板に積層され、ドレイン水の吸熱によって低温部伝熱板の冷却放熱が補助されるので、低温部伝熱板の冷却放熱を向上させ、熱電発電素子モジュールの両接合部間の温度差をより大きくすることができる。
【００９５】
また、本発明に係る温冷熱装置は、大気により冷却される放熱フィンが低温部伝熱板に積層され、低温部伝熱板の冷却放熱が補助されるので、低温部伝熱板の冷却放熱を向上させ、熱電発電素子モジュールの両接合部間の温度差をより大きくすることができる。
【００９６】
また、本発明に係る温冷熱装置は、積層された高温部伝熱板と熱電発電モジュールと低温部伝熱板とが、これら積層物を覆うように形成された樹脂の外殻モールドによって一体型構造をなしているので、熱電発電素子モジュールへの水分の侵入やそれに伴う腐食を防止して長期信頼性が確保できるとともに、熱電発電素子モジュールとそれぞれの伝熱板が十分に密着した状態を確保することができる。また、交換を含む取り外しや取り付けが容易となって、廃棄時には回収して再利用することも可能となる。
【００９７】
また、本発明に係る温冷熱装置は、高温部伝熱板と熱電発電素子モジュールとの間および熱電発電素子と低温部伝熱板との間が、シリコーングリスにアルミナを混合した高熱伝導性グリースによって微小隙間が埋められ、高温部伝熱板と熱電発電素子モジュールと低温部伝熱板とが密着して積層されているので、熱電発電素子モジュールとそれぞれの伝熱板が十分に密着した状態を確保することができる。
【００９８】
また、本発明に係る温冷熱装置は、積層された高温部伝熱板と熱電発電素子モジュールと低温部伝熱板とが、これら積層物を覆うように形成された樹脂の外殻モールドによって一体型構造をなすとともに、外殻モールドの高温部伝熱板側の端部に埋設されたマグネットによって、高温部伝熱板が圧縮機シェルの表面に密着固定されているので、熱電発電素子モジュールとそれぞれの伝熱板が十分に密着した状態を確保することができるとともに、高温部伝熱板が圧縮機シェルの表面から十分に吸熱することができ、有効な伝熱形態が確保できる。
【００９９】
また、本発明に係る温冷熱装置は、積層された高温部伝熱板と熱電発電素子モジュールと低温部伝熱板とが、これら積層物を覆うように形成された樹脂の外殻モールドによって一体型構造をなすとともに、圧縮機シェルの周囲に沿って配設されたベルトで圧縮機と締結され、高温部伝熱板が圧縮機シェルの表面に密着固定されているので、熱電発電素子モジュールとそれぞれの伝熱板が十分に密着した状態を確保することができるとともに、高温部伝熱板と圧縮機シェルの表面との密着力が増し、高温部伝熱板が圧縮機シェルの表面から十分に吸熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施の形態による冷凍冷蔵庫の冷媒回路と熱電発電装置を示す構成図である。
【図２】この発明の一実施の形態による熱電発電装置の内部断面図である。
【図３】この発明の他の実施の形態による冷凍冷蔵庫の冷媒回路と熱電発電装置を示す構成図である。
【図４】この発明の他の実施の形態による熱電発電装置の内部断面図である。
【図５】この発明の他の実施の形態による空調機の冷媒回路と熱電発電装置を示す構成図である。
【図６】この発明の他の実施の形態による冷媒回路と熱電発電装置そして電力再利用システムの構成図である。
【図７】この発明の熱発電装置に使用する熱電発電素子モジュールの構造図である。
【図８】この発明の一実施の形態による冷媒封入型熱電発電装置の断面構成図である。
【図９】この発明の他の実施の形態による冷媒封入型熱電発電装置の絶縁板上で直接冷媒を蒸発させる低温放熱部の冷却機構図である。
【図１０】この発明の他の実施の形態による冷媒封入型熱電発電装置の多孔質絶縁板を適用した低温放熱部の冷却機構図である。
【図１１】この発明の一実施の形態によるドレイン水循環熱電発電装置の概要図である。
【図１２】この発明の一実施の形態による冷媒循環型熱電発電装置の概要図である。
【図１３】この発明の一実施の形態によるマグネット付足の固定具の構造を説明する図である。
【図１４】この発明の他の実施の形態による固定用フランジと断熱板での挟み込み固定具の構造を説明する図である。
【図１５】この発明の他の実施の形態によるガイドレール仕様の固定具の構造を説明する図である。
【図１６】この発明の他の実施の形態によるベルト仕様の固定具の構造を説明する図である。
【図１７】本発明の比較説明に用いた従来の冷凍冷蔵庫の冷媒回路を示す構成図である。
【図１８】本発明の比較説明に用いた従来の冷凍冷蔵庫背面の断面図である。
【図１９】この発明の他の実施の形態による冷凍冷蔵庫背面の断面および構成を説明する図である。
【図２０】従来の冷凍冷蔵庫の冷媒回路と熱電素子を示す構成図である。
【図２１】従来の空調機の冷媒回路と熱電素子を示す構成図である。
【符号の説明】
１蒸発器、２冷媒制御弁、３電動圧縮機、３ａ圧縮機の吸入口、３ｂ圧縮機の吐出口、３Ｓ圧縮機シェル表面、４ドレイン水蒸発板、５凝縮器および凝縮配管、６ドライヤ、７キャピラリーチューブ、８高温部電熱板、８Ｐ吐出配管、９低温部電熱板、１０水冷ジャケット、１０Ｐ水冷配管、１１放熱フィン、１２膨張弁、１３ドレイン水、１４蒸発室ケース、１５凝縮配管、１６滞留槽、１７冷媒封入配管、１８冷媒室、１９冷媒室天井、２０冷媒蒸発板、２１送風機、２２蓄電池、２３制御部、２４直交流交換器、２５熱発電ユニット、２６庫内ファンモータ、２７機械室ファンモータ、３１断熱板、３２ボルト、３３マグネット足、３４ネジ止め部、３５固定用フランジ、３６断熱テープ、３７ガイドレール、３８ベルト、３９締結部、Ｔ１絶縁板、Ｔ２金属電極、Ｔ３Ｐ形半導体熱電素子、Ｔ４Ｎ形半導体電熱素子、Ｔ５負荷、Ｍ１外殻モールド、Ｍ２マグネット、Ｍ３スプリング、Ｍ４断熱材、Ｍ５モールドフランジ、Ｒ１低温部絶縁板、Ｒ２多孔質低温部絶縁板、Ｒ３金属電極、Ｒ４熱電半導体、Ｒ５高温部絶縁板、ＲＶ蒸気冷媒、ＲＬ液冷媒、ＰＮ熱電発電素子モジュール、ＤＣ直流電流出力端子、１０１電動圧縮機、１０２凝縮器、１０３二方弁、１０４減圧弁、１０５蒸発器、１０６アキュームレータ、１０８熱電対、１０９伝熱接続器、ａ熱電対の高温接合部、ｂ熱電対の低温接合部、１１０ａ，１１０ｂ熱電素子、１１１電池またはコンデンサー、１１２制御部、１１３直交流変換器、１１４調整器、２０１熱電対、２０２電動圧縮機、２０３四方弁、２０４室外放熱器、２０５ａ暖房用減圧器、２０５ｂ冷房用減圧器、２０６ａ冷房用逆止弁、２０６ｂ暖房用逆止弁、２０７室内放熱器、２０８冷暖房ファン、２０９アキュームレータ、２１０熱交換器、２１１，２１１‘ 伝熱接続器、２１１ａ，２１１ｂ電磁二方弁、２１１’ａ，２１１‘ｂ電磁二方弁。

Claims

冷媒を圧縮する圧縮機、この圧縮機にて圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器、この凝縮器を通過した冷媒を減圧させるキャピラリーチューブもしくは膨張弁、減圧後の冷媒を蒸発させる蒸発器、を冷媒配管にて順次接続し、冷媒を循環させる冷凍サイクルと、
鋼鈑が曲率を有して塑性加工され、冷媒の内圧に耐えられるように前記圧縮機の密閉構造をなす圧縮機シェルと、
前記蒸発器の出口から前記圧縮機の吸入口に至る間の前記冷媒配管であって、低温の冷媒が通過する吸入配管と、
種類の異なる二つの素子を順次接続し、一方の接合部が高温に、他方の接合部が低温に保たれて両接合部間に温度差が生じることにより、該温度差に応じた電力を発電する熱電発電素子モジュールと、
一方の面が前記熱電発電素子モジュールの高温側の接合部である高温部に接触するように配置されるとともに、他方の面が前記圧縮機シェルの表面の曲率に合わせて加工されて前記圧縮機シェルの表面に接触する高温部伝熱板と、
前記熱電発電素子モジュールの低温側の接合部である低温部に外表面が接触するように配置されるとともに、前記吸入配管の一部が内部を通って接触する低温部伝熱板と、を備え、
前記高温部伝熱板と前記熱電発電素子モジュールと前記低温部伝熱板とが積層されるとともに、前記圧縮機シェルにて加熱される前記高温部伝熱板と前記吸入配管にて冷却放熱される前記低温部伝熱板との温度差によって、前記熱電発電素子モジュールの両接合部間に温度差を生じさせて発電させ、この発電された電力を当該温冷熱装置に使用される電気機器へ給電することを特徴とする温冷熱装置。
冷媒を圧縮する圧縮機、この圧縮機にて圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器、この凝縮器を通過した冷媒を減圧させるキャピラリーチューブもしくは膨張弁、減圧後の冷媒を蒸発させる蒸発器と、を冷媒配管にて順次接続し、冷媒を循環させる冷凍サイクルと、
前記圧縮機の吐出口から前記凝縮器の入口に至る間の前記冷媒配管であって、高温の冷媒が通過する吐出配管と、
前記蒸発器の出口から前記圧縮機の吸入口に至る間の前記冷媒配管であって、低温の冷媒が通過する吸入配管と、
種類の異なる二つの素子を順次接続し、一方の接合部が高温に、他方の接合部が低温に保たれて両接合部間に温度差が生じることにより、該温度差に応じた電力を発電する熱電発電素子モジュールと、
この熱電発電素子モジュールの高温側の接合部である高温部に外表面が接触するように配置されるとともに、前記吐出配管の一部が内部を通って接触する高温部伝熱板と、
前記熱電発電素子モジュールの低温側の接合部である低温部に外表面が接触するように配置されるとともに、前記吸入配管の一部が内部を通って接触する低温部伝熱板と、を備え、
前記高温部伝熱板と前記熱電発電素子モジュールと前記低温部伝熱板とが積層されるとともに、前記吐出配管にて加熱される前記高温部伝熱板と前記吸入配管にて冷却放熱される前記低温部伝熱板との温度差によって、前記熱電発電素子モジュールの両接合部間に温度差を生じさせて発電させ、この発電された電力を当該温冷熱装置に使用される電気機器へ給電することを特徴とする温冷熱装置。
前記蒸発器にて発生するドレイン水が流れる水冷配管を内蔵した水冷ジャケットが前記低温部伝熱板に積層され、前記ドレイン水の吸熱によって前記低温部伝熱板の冷却放熱が補助されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の温冷熱装置。
大気により冷却される放熱フィンが前記低温部伝熱板に積層され、前記低温部伝熱板の冷却放熱が補助されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の温冷熱装置。
前記積層された高温部伝熱板と熱電発電素子モジュールと低温部伝熱板とが、これら積層物を覆うように形成された樹脂の外殻モールドによって一体型構造をなしていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の温冷熱装置。
前記高温部伝熱板と前記熱電発電素子モジュールとの間および前記熱電発電素子と前記低温部伝熱板との間が、シリコーングリスにアルミナを混合した高熱伝導性グリースによって微小隙間が埋められ、前記高温部伝熱板と前記熱電発電素子モジュールと前記低温部伝熱板とが密着して積層されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の温冷熱装置。
前記積層された高温部伝熱板と熱電発電素子モジュールと低温部伝熱板とが、これら積層物を覆うように形成された樹脂の外殻モールドによって一体型構造をなすとともに、前記外殻モールドの前記高温部伝熱板側の端部に埋設されたマグネットによって、前記高温部伝熱板が前記圧縮機シェルの表面に密着固定されていることを特徴する請求項１に記載の温冷熱装置。
前記積層された高温部伝熱板と熱電発電素子モジュールと低温部伝熱板とが、これら積層物を覆うように形成された樹脂の外殻モールドによって一体型構造をなすとともに、前記圧縮機シェルの周囲に沿って配設されたベルトで前記圧縮機と締結され、前記高温部伝熱板が前記圧縮機シェルの表面に密着固定されていることを特徴とする請求項１に記載の温冷熱装置。