JP6503056B2 - 一体型流体熱交換器、及び、流体熱交換の方法 - Google Patents

Description

発明の詳細な説明

［１．技術分野］
本発明は、一般には熱電デバイスに関し、より詳しくは一体型熱電動流体熱交換器に関する。
［２．先行技術の説明］
熱電クーラまたはペルティエクーラとも呼ばれる熱電（ＴＥ）モジュールは、ヒートポンプとして機能する半導体に基づいた電子部品である。低圧直流電力をＴＥモジュールに加えることによって、熱は、モジュールを通って片側から他方側に伝えられる。従って、１つのモジュール面は、反対面が同時に加熱されている間に冷却される。この現象は、印加される直流電圧の極性を変更することにより、逆にされ得る。その結果、熱は、反対方向に伝えられる。従って、熱電モジュールは、加熱および冷却の両方に使用されてもよく、温度を正確にコントロールすることを適切にさせる。

実際的に、熱電モジュールは、通常、電気的に直列に接続され、且つ、熱的に平行に接続された、ｎ型およびｐ型のドープされた半導体材料（例えば、テルル化ビスマス）の２つ以上の素子から成る。これらの熱電素子、および、それらの電気的相互接続部は、典型的には、２つのセラミック基板の間に取り付けられる。これらの基板は、全体構造を一緒に機械的に保持し、互いから、及び、外部取り付け表面から、個々の素子を電気的に絶縁する。熱電モジュールは、３００×３００ｍｍ（１２×１２インチ）までの寸法、および、０．５から５ｍｍ（０．０２から０．２インチ）の高さまたは厚さを有する。様々な異なる形状、基板材料、金属化パターン、および、取り付けオプションが、利用可能である。

熱電モジュールは、ヒートシンクまたは別個の熱移送デバイスが該熱電モジュールと共に位置する固定されたデバイスとして、流体熱交換器において典型的に使用される。ブロワ、ファン、ポンプ等は、ヒートシンクと流体との間で熱を移送する際に使用される流体供給流を提供する。

典型的な構成では、電力は、別箇の電源から熱電モジュールに供給される。回転により固定配線が不可能な回転デバイスでは、電力は、一般に、回転導体に接する整流子またはスリップリングによって供給される。回転導体（スリップリングまたは整流子片のいずれか）は、回転軸に付け加えられており、電力を伝えるために固定されたカーボンブラシを含む。他の変形例では、ブラシは、固定された導体に接して回転する。
［発明の概要］
上述の構成は、本発明が改善する問題および欠陥を有する。熱電モジュールを備える典型的な構成は、多数の部品を含み、サイズに制約され、供給される流体の利用可能性により制限される。

従来の回転デバイスでは、電力が整流子またはスリップリングによって回転デバイスに供給される場合、回転速度は、摩擦からの熱によって制限される。また、回転は、接触部分に摩耗をもたらし、摩耗チェック、及びまたは、ブラシ交換等のメンテナンスを必要とする。清浄さおよび汚染は、可動部間の摩擦によって発生した粒子による問題でもある。

従って、必要なものは、移動する電気コネクタを少なくし、または、無くし、周囲への汚染を低減する流体熱交換器である。
本発明の目的は、熱電熱交換器および流体移動装置を、単一アセンブリに一体化することである。

本発明の別の目的は、流体熱交換器の信頼性を向上させることである。
本発明の別の目的は、誘導された電力を熱電モジュールに送ることである。
本発明は、熱電モジュール、ヒートシンク、および、流体移動装置、または、インペラを一体化する単一アセンブリを提供することにより、これらおよび他の目的を達成する。本発明の一実施形態では、一体型流体熱交換器は、第１インペラボディおよび第２インペラボディを備えるインペラアセンブリを含む。各インペラボディは、略円形形状を有し、且つ、該インペラボディを貫通する少なくとも１つの開口部を有する。第２インペラボディは、第１インペラボディに対し、略並列に配置され、且つ、接続されていて、第２インペラボディは、略円形形状を有し、且つ、第１インペラボディを貫通する開口部（複数可）と一致する第２インペラボディを貫通する開口部（複数可）を有する。複数の第１インペラ羽根は、第１インペラボディから軸方向に、第２インペラボディから離れて延びている。複数の第２インペラ羽根は、第２インペラボディから軸方向に、第１インペラボディから離れて延びる。少なくとも１つの熱電モジュールは、第１インペラボディと第２インペラボディとの間に配置され、そこでは、各熱電モジュールは、第１基板および第２基板を有する。第１ヒートシンクは、第１基板に接続され、第１インペラボディを貫通する第１開口部（複数可）を通って延び、第２ヒートシンクは、第２基板に接続され、第２インペラボディの開口部（複数可）を通って延びる。

別の実施形態では、一体型流体熱交換器は、第１ハウジング部材、および、第１ハウジング部材に連結可能な第２ハウジング部材を有し、第１ハウジング流入開口部、第２ハウジング流入開口部、第１ハウジング出口部分、および、第２ハウジング出口部分を形成しているハウジングを含む。流体熱交換器は、第２ハウジング部材内に固定して配置され、交流電源に接続されるのに適合した電気伝導性送信器コイルと、インペラアセンブリに固定して取り付けられた複数の電気伝導性巻線を有する受信コイルと、を含んでいる誘導電力アセンブリも含む。受信コイルは、送信器コイルに対し、実質的に並べられると共にエアギャップによって分離され、熱電モジュール（複数可）に誘導電流を送るのに適合されている。

別の実施形態では、一体型流体熱交換器は、受信コイルと熱電モジュール（複数可）との間に電気的に接続された整流回路も含み、整流回路は、受信コイルから送られた誘導電流に基づいて、直流電流を熱電モジュール（複数可）に供給するのに適合している。

別の実施形態では、一体型流体熱交換器それぞれの熱電モジュールは、第１および第２インペラボディの最も外側の周と、インペラ羽根との間に、環状に置かれている。
別の実施形態では、一体型流体熱交換器は、送信器コイルに電気的に接続された発振回路を含み、送信器コイルに高周波の交流電力を伝えるのに適している。別の実施形態では、一体型流体熱交換器は、受信コイルに電気的に接続され、整流回路に並列に接続された同調コンデンサを有する。

別の実施形態では、一体型流体熱交換器は、整流回路に電気的に接続され、熱電モジュール（複数可）と並列に接続されたフィルタコンデンサを含む。
別の実施形態では、整流回路は、インペラアセンブリの周りに円周方向に配置された複数のダイオードを含む。

本発明の別の態様では、流体熱交換の方法は、流体熱交換器を提供することを含み、該流体熱交換器は、インペラアセンブリを備え、インペラアセンブリは、第１インペラボディであって、略円形形状を有し、該第１インペラボディを貫通する少なくとも第１開口部を有する該第１インペラボディと；第１インペラボディに対し、略並列に配置され、且つ、接続された第２インペラボディであって、該第２インペラボディは、略円形形状を有し、且つ、第１インペラボディの少なくとも第１開口部と一致する、第２インペラボディを貫通する少なくとも第２開口部を有する該第２インペラボディと；第１インペラボディから軸方向に、第２インペラボディから離れて延びる複数のインペラ羽根と；第２インペラボディから軸方向に、第１インペラボディから離れて延びる複数の第２インペラ羽根と；第１インペラボディと第２インペラボディとの間に配置された少なくとも１つの熱電モジュールであって、該少なくとも１つの熱電モジュールは、第１基板および第２基板を有する少なくとも１つの熱電モジュールと；第１基板へ連結され、少なくとも第１開口部を通って延びる第１ヒートシンクと；第２基板へ連結され、少なくとも第２開口部を通って延びる第２ヒートシンクと；第１ハウジング流入開口部、第２ハウジング流入開口部、第１ハウジング出口部分、および、第２ハウジング出口部分を有するハウジングであって、インペラアセンブリは、ハウジング内に回転可能に配置されたハウジングと；ハウジング内に配置された送信器コイルと；インペラアセンブリに配置され、送信器コイルに対し、間隔を空けて並べられた受信コイルと、を備える。該方法は、インペラアセンブリを中央インペラ軸の周りで回転させることにより、第１ハウジング流入開口部および第２ハウジング流入開口部の各々に流体を引き入れ、第１ハウジング出口部分および第２ハウジング出口部分の各々を通して流体を分配する工程も含む。該方法は、送信器コイルに高周波交流電力を送ることにより、受信コイルに交流電流を誘導する工程と、誘導された交流電流を直流電力に変換する工程と、熱電モジュール（複数可）に直流電力を送る工程も含む。該方法の一実施形態では、流体は、空気等のガスである。

該方法の別の実施形態では、誘導された電流を直流電力に変換する工程は、ブリッジ整流器に電気的に接続され、熱電モジュール（複数可）と並列のフィルタコンデンサを有する整流回路を選択することを含む。

該方法の別の実施形態では、送信器コイルに高周波の交流電力を送る工程は、送信器コイルに電気的に接続された発振回路を用いて実行される。
該方法の別の実施形態では、発振回路は、ロイヤー発振器、コルピッツ発振器、その他の適切なトリガ、又は、コントロール回路である。

該方法の別の実施形態では、インペラアセンブリを提供する工程は、翼形構造を有するインペラ羽根を有するインペラアセンブリを選択することと、前方湾曲構造を有する複数のヒートシンクフィン、または、放射状湾曲構造を有する複数のヒートシンクフィンを有するヒートシンクを選択することと、を含む。

該方法の別の実施形態では、流体熱交換器を提供する工程は、ミリメートルの位数の距離で、受信コイルから間隔を空けて配置された送信器コイルを有する流体熱交換器を選択することを含む。

該方法の別の実施形態では、流体熱交換器を提供する工程は、インペラアセンブリの外縁の直近に配置された受信コイルを選択することを含む。
該方法の別の実施形態では、流体熱交換器を提供する工程は、インペラアセンブリの周りに円周方向に実質的に分布された複数のダイオードを有するインペラアセンブリを選択することを含み、複数のダイオードは、ブリッジ整流器を備える。

第１側を示す本発明の流体熱交換器の一実施形態の斜視図である。 第２側を示す図１の流体熱交換器の斜視図である。 インペラ羽根を備える外表面を示す本発明のインペラボディの斜視図である。 内表面を示す図３のインペラボディの斜視図である。 熱電モジュールおよび第２インペラボディを備える分解されたアセンブリの一部として示された図３のインペラボディの斜視図である。 分解されたアセンブリの一部として示された本発明のヒートシンクを備える熱電モジュールの斜視図である。 ヒートシンクのない図６の熱電モジュールの斜視図である。 明瞭さのために第１基板層が削除された、図６Ａの熱電モジュールの上面、平面図である。 ヒートシンクの一実施形態の正面図である。 前方湾曲ヒートシンクフィンを示すヒートシンクの一実施形態の上面平面図である。 放射状湾曲ヒートシンクフィンを示すヒートシンクの一実施形態の上面平面図である。 内表面と、分解されたアセンブリの一部とを示す本発明の第２インペラボディの斜視図である。 図１の流体熱交換器の側面図である。 図１の流体熱交換器の平面図である。 図１の流体熱交換器のアセンブリを示す、図９の線Ａ−Ａを通過する側面断面図である。 ハウジング内に示された本発明の流体熱交換器の斜視図である。 遠心ファンまたはブロワの様々な共通ファンの羽根の構造の概要図を示す。 本発明の流体熱交換器の別の実施形態の斜視図である。 内表面を示す本発明の第１側ハウジングの一実施形態の斜視図である。 送信器コイルを備える内表面を示す本発明の第２側ハウジングの一実施形態の斜視図である。 Ｔ形状分割パネルを含む第１インペラボディの一実施形態の斜視図である。 本発明のインペラアセンブリの一実施形態の分割リングおよび対応する分割リング開口部を示す断面概要図である。 分割リングを備えるハウジングおよびインペラアセンブリを示す本発明の流体熱交換器の断面図である。 本発明の誘導電力アセンブリの一実施形態の配線の概要である。 本発明の誘導電力アセンブリの一実施形態の部品の分解斜視図である。 インペラボディの半径外方向の位置のヒートシンクと共に半径方向に並べられた受信コイルを示す、本発明の第２側インペラアセンブリの一実施形態の斜視図である。

本発明の好ましい実施形態が、図１−２０に示される。図１は、本発明の流体熱交換器１０の一実施形態の斜視図を示す。流体熱交換器１０は、流体移動装置アセンブリまたはインペラアセンブリ２０と、複数のヒートシンク２５０を備えた熱電モジュール２００（図６に図示）と、を含む。本実施形態は、ハブ３０内の開口３０ａ内に、または、開口３０ａを通って延びるシャフト（不図示）上で回転するよう構成された単一組立ユニットとして、熱電モジュール２００と、インペラアセンブリ２０と、ヒートシンク２５０と、を一体化する。各ヒートシンク２５０は、複数のヒートシンクフィン２５１を有する。

インペラアセンブリ２０は、第１側のインペラアセンブリ１３と、第２側のインペラアセンブリ１０１とを含む。１つ以上の熱電モジュール２００（複数可）が、第１インペラボディ２２と第２インペラボディ１００との間に挟まれている。複数のヒートシンク２５０は、好ましくは、（図６に示され後述される）熱電気熱電モジュール２００の第１側２０２および第２側２０４に、少なくとも１つのヒートシンク２５０を有して、各熱電のモジュール２００に取り付けられるか、または、各熱電のモジュール２００と一体的に形成されている。

第１インペラボディ２２は、該第１インペラボディ２２に取り付けられるか、または、該第１インペラボディ２２から第１インペラボディ表面２２ａに略垂直方向に延びる複数の第１インペラ羽根２４を有する。第１インペラ羽根２４は、ハブ３０から所定間隔を空けて環状に配置さる。一実施形態では、第１インペラボディ２２は、１８個の第１インペラ羽根２４を有する。別の実施形態では、第１インペラボディ２２は、１６個の第１インペラ羽根２４を有する。所望の流体流れおよび伝熱効果に適切なように、他の数が選択されてもよい。一実施形態では、各インペラ羽根２４は、ヒートシンク（複数可）２５０を通過するまたは横切る空気等の流体をより効率的に移動させるために、回転２８の方向に好ましくは面する凹面２６を有する。

ここで、図２を参照すると、斜視図は、インペラアセンブリ２０の第２側１４の一実施形態を示している。第１インペラボディ２２のように、第２インペラボディ１００は、第２インペラボディ表面１００ａに取り付けられるか、または、第２インペラボディ表面１００ａから略垂直方向に延びる複数の第２インペラ羽根１０２を有する。第２インペラ羽根１０２は、ハブ３０から所定間隔を空けて環状に配置される。本実施形態では、第２インペラボディ１００は、３０個の第２インペラ羽根１０２を有する。１６個の第２インペラ羽根１０２は、例えば、軽減された重量、更には静寂な気流等の点において、３０個以上の第２インペラ羽根１０２より好都合であることが判明した。所望の流体流れおよび伝熱効果に適切なように、他の数が選択されてもよい。一実施形態では、各インペラ羽根１０２は、ヒートシンク（複数可）２５０を通るかまたは横切る空気等の流体をより効率的に移動させるために、回転２８の方向から離れるように面する凹面１０４を有する。幾つかの実施形態では、第２インペラ羽根１０２は、ヒートシンク（複数可）２５０の高さと同じ、または、それより低い高さ１０６を有している。これらの実施形態の長所は、図１２以下と関係する実施形態において、より明確に以下に説明される。第２インペラボディ１００は、シャフト（不図示）を収容するための第２開口１２０ａを備える第２ハブ１２０を有する。幾つかの実施形態では、ハブ３０の開口３０ａは、第２ハブ１２０の第２開口１２０ａと連続している。第１及び第２インペラボディ２２、１００は、各側において、インペラの羽根２４、１０２の数が異なる、または、等しい数の羽根を有し得ると考えられ、上記の羽根の数は、制限していることを意図されない。他の実施形態では、インペラ羽根２４、１０２は、それぞれ、ヒートシンク２５０の高さ（複数可）と同じ、または、それよりより低い高さ３２、１０６を有している。インペラボディを横断し、且つ、ヒートシンク２５０を横切る空気移動を提供する限り、インペラ羽根は、どのような形状を有していてもよいことも理解される。インペラ羽根は、高さが異なってもよいことが更に理解される。一実施形態では、複数の第１および第２インペラ羽根２４、１０２は、ハブ３０から第２の所定間隔を空けて環状に配置される。別の実施形態では、複数の第１および第２インペラ羽根２２、１０２は、ハブ３０から放射状に延びる。第１および／または第２インペラ羽根２４、１０２は、ハブ３０から間隔を空けて配置されても良く、その一方で、第１および／または第２インペラ羽根２２、１０２の残りが、ハブ３０から放射状に延びていることも考えられる。

ここで、図３を参照すると、ハブ３０および第１インペラ羽根２４を備える第１インペラボディ２２の上部斜視図が示されている。第１インペラボディ２２は、外表面３４を備え、一般的には平面である。第１インペラボディ２２は、内部領域３３と外リング３５との間で放射状に延びる複数のブリッジセグメント３７によって外リング３５に接続された、一般的に円形の内部領域３３を有する。外リング３５は、第１インペラ羽根２４（例えば、上方）と反対の方向に（例えば、下方へ）延びる突出する外縁３６を有する。第１インペラボディ２２は、軸方向に第１インペラボディ２２を通って延び、好ましくは円弧形状で、内部領域３３、ブリッジセグメント３７、および、外リング３５によって境界をつけられた複数の開口部４０を有する。複数の開口部４０は、環状開口部とも呼ばれ、第１インペラボディ２２の中央から第１所定距離に位置している。示された実施形態では、第１インペラボディ２２は、第１、第２、第３、および、第４の環状開口部として名前を付され得る複数の開口部４０を有する。ブリッジセグメント３７は、開口部４０と相対的に示されたものよりも狭くても広くてもよく、または、第１及び第２インペラボディ２２、１００を合致させることに変更を加えて、完全に除去され得ることが考えられる。

一実施形態では、第１インペラボディ２２は、４つのブリッジセグメント３７間にて、等しい角度間隔で、平面３４における４つの４分円３８ａ―３８ｄの各々の中に配置された１つの開口部４０を有する状態で、４つの開口部４０ａ―４０ｄを有する。各々の開口部４０ａ―４０ｄは、好ましくは、外表面３４の中央４６からの第１半径４２と第２半径４４との間に延び、約８０度の円弧幅４８を有する。開口部４０ａ−４０ｄは、ヒートシンク２５０が開口部を通って延びるのを許容するように、寸法が合わせられて構成されている。他の実施形態では、略正方形または長方形の熱電モジュール２００を収容するための第１インペラボディ２２のまわりに、均等に間隔を置かれた複数の略正方形または長方形の開口部４０等、より多い、または、より少ない開口部４０が用いられてもよい。

ここで、図４を参照すると、第１インペラボディ２２の内表面５２の斜視図が示されている。リング形状の第１基板凹部５４が、内表面５２に配置され、開口部４０ａ−４０ｄおよびブリッジセグメント３７を囲んでいる。第１基板凹部５４は、熱電モジュール２００の第１基板２０２を収容するために寸法が合わせられて構成されていて、それは、図６を参照しつつ後述される。内表面５２は、第１インペラボディ２２を第２インペラボディ１００に取り付けるのに有用な１つ以上の更なる特徴を任意に含む。これらの更なる特徴は、例えば、ロッキングリング、留め開口部、留め棒、スタンドオフポスト（ｓｔａｎｄｏｆｆ ｐｏｓｔ）または部材、および、第１インペラボディ２２と第２インペラボディ１００との間のスナップフィット係合のための技術で、既知の構造を含む。これらの任意の特徴は、第２インペラボディ１００の内表面１１０に同様に含まれていてもよく、それは後述される。スタンドオフポストまたは部材が、熱電モジュール２００に補強を提供するために戦略的に置かれてもよい。

グループとしての図５、６、および、７は、第１インペラボディ２２を備えるインペラアセンブリ２０、ヒートシンク２５０を備える熱電モジュール２００、及び、第２インペラボディ１００の部品の分解斜視図を示す。第１インペラボディ２２については、上述されている。ヒートシンク２５０は、各々、複数のヒートシンクフィン２５１を有する。一実施形態では、ヒートシンクフィン２５１は、インペラアセンブリ２０の外縁３６から所定間隔を空けて配置されている。別の実施形態では、ヒートシンクフィン２５１は、インペラアセンブリ２０の外縁３６に対して実質的に並べられている。

ここで、図６を参照すると、ヒートシンク２５０を備える熱電モジュール２００の一実施形態の斜視図が示されている。４つの熱電モジュール２００のアセンブリは、各熱電モジュール２００の第１基板２０２および第２基板２０４の間に配置された半導体層２０６を備える略環状の形状を形成している。換言すれば、熱電モジュール２００は、それぞれ、円弧の輪郭を形成する。半導体層２０６は、電気的に直列に接続される複数のｎ型およびｐ型半導体材料を備える。例えば、隣接したｎ型およびｐ型材料は、銅コネクタに接続され、ｎ−ｐおよびｐ−ｎ接合の平面配列を形成する。第１基板２０２および第２基板２０４の各々は、複数のｎ−ｐおよびｐ−ｎ接合を構造上一緒に保持するために、半導体層２０６の反対側に接続している。第１基板２０２および第２基板２０４は、また、半導体層２０６からヒートシンク２５０まで熱を伝達する。第１基板２０２および第２基板２０４は、セラミック、エポキシ、ポリイミド等の、好ましくは電気的絶縁材料、および、好ましくは熱伝導性材料で作られている。示されるように、ブリッジエレメント３７と一致する、ヒートシンク２５０間のスペース２２２がある。スペース２２２は、スペース２２２を通る空気の流れを封鎖するために、封鎖部材（不図示）を任意に含んでもよい。スペース２２２に任意の封鎖部材を含むことの長所は、全気流が調整されることである。

ヒートシンク２５０は、間隔を空けて放射状の向きに第１基板２０２にそれぞれ熱的に接続された４つのヒートシンク部分２５０ａ―２５０ｄ、および、第２基板２０４に熱的に接続された４つのヒートシンク部分２５０ｅ―２５０ｈを有する。ヒートシンク部分２５０ａ−２５０ｈは、それぞれ、複数のヒートシンクフィン２５１を有する。

次に図６Ａに移ると、明瞭さのためにヒートシンク２５０を省いた熱電モジュール２００が示されている。第１基板２０２は、４つの円弧形部分２０２ａ−２０２ｄを含む。第２基板２０４は、電気接続のためのスペースを提供するために、本実施形態の円弧形部分２０２ａ―２０２ｄに比べて長さが短い４つの別個の円弧形部分２０４ａ―２０４ｄを含む。より多いまたはより少ない部分が、第１基板２０２および第２基板２０４のそれぞれで使用されてもよい。第２基板２０４のように、半導体層２０６は、基板２０２と２０４との間に配置された、円弧形部分２０２ａおよび２０４ａ、２０２ｂおよび２０４ｂ、２０２ｃおよび２０４ｃ、２０２ｄおよび２０４ｄにそれぞれ一致する、４つの別個の領域または部分２０６ａ―２０６ｄを有する。

一実施形態において、第１基板２０２および第２基板２０４は、第３（内）半径２１０と第４（外）半径２１２との間に、均等な半径方向の幅２０８を有する。第２基板部分２０４ａ−２０４ｄは、約８０度にわたる基板円弧長さ２１３を有する。図６Ａは、明瞭さのために第１基板２０２が除かれた、第２基板２０４および半導体層部分２０６ａ−２０６ｄだけの平面図である。半導体層部分２０６ａ−２０６ｄは、それぞれ、第５（内）半径２１６および第６（外）半径２１８の間に第３半径方向幅２１４を有し、第５半径２１６は第３半径２１０以上で、第６半径２１８は第４半径２１２以下である。半導体層２０６の部分２０６ａ−２０６ｄは、基板円弧長さ２１３以下の半導体円弧長さ２２０を有する。その結果、半導体層２０６の部分２０６ａ−２０６ｄは、それぞれ、第２基板２０４の各部分２０４ａ−２０４ｄの境界内にそれぞれ位置している。熱電モジュール内の両方の基板の周から凹んだ電気接続部を備えて、これらの基板が、サイズおよび構成において等しくてもよいことが考えられる。

図６Ｃで示されるように、例えば、一実施形態におけるヒートシンク２５０のヒートシンク部分２５０ａ―２５０ｈのそれぞれは、各ヒートシンクフィン２５１を形成する繰り返す方形波の形状を実質的に有する折り畳まれた金属片である。各ヒートシンクフィン２５１は、それぞれ、第１終端２５３で第１水平部分２５４、および、第２端２５５で第２水平部分２５６に接続された、隣接した垂直部分２５２を有する。ベースプレートから延びる複数のフィンまたは突起を有し、金属射出成形またはその技術において既知の他の方法によって作られたヒートシンク（不図示）等の、ヒートシンク２５０（複数可）の他の形状も受け入れられる。平面を有するように示されているが、ヒートシンク２５０も、インペラのような湾曲した形式で形成されていてもよい。図６Ｄおよび６Ｅは、前方に湾曲した構造、および、湾曲した放射状の構造を、それぞれ示している。図６Ｂでは、前方に湾曲した構造は、ヒートシンクの各フィンが、同一フィンの遠心端が異なる放射状の線上にあると同時に、与えられた放射状の線上の中央の回転軸に最も近い端（即ち、近位端）を有することを意味する。図６Ｃにおいて、湾曲した放射状の構造は、ヒートシンクの同一フィンの近位および遠心端が、中央の回転軸から同一放射状線上にあることを意味する。

ヒートシンク（複数可）２５０は、熱伝導性接着剤、ハンダ、または、ろう付けを使用して、熱電モジュール２００の第１基板２０２および第２基板２０４に接着または接続される。熱電モジュール（複数可）２００を熱交換器２５０（複数可）に接着させるために使用される方法は、第１基板２０２および第２基板２０４の適切な表面に依存する。例えば、銅のラミネートまたは金属化されたセラミック基板が、はんだ付けまたはろう付けを用いて使用されてもよい。ヒートシンク（複数可）２５０または他の伝熱部品も、第１基板２０２および／または第２基板２０４と一体的に形成、または、機械的に接続されてもよい。第１および第２基板２０２、２０４は、ヒートシンク２５０に直接接合（即ち、接着剤、はんだ、またはろう付けを要することなく）されてもよいことも考えられる。

ここで、図７を参照すると、斜視図は、第２インペラボディ１００の一実施形態の内表面図を示している。第１インペラボディ２２のように、第２インペラボディ１００は、一般に円形の第２内部領域１１２と、複数の第２ブリッジセグメント１１６によって第２内部領域１１２に接続された第２外リング１１４とを有する。第２インペラボディ２２は、好ましくは、１つの開口部１２２が４つの４分円１２４ａ−１２４ｂのそれぞれに配置され、第２ブリッジセグメント１１６間で均等な角度間隔を有し、第１インペラボディ２２の開口部４０と並べられた状態で、複数の第２開口部１２２を有する。各第２開口部１２２は、好ましくは、第７（内）半径１２６および第８（外）半径１２８の間にて、第２インペラボディ１００の中央１３０から延びている。第７半径１２６および第８半径１２８は、それぞれ、第１インペラボディ２２の第１半径４２および第２半径４４と好ましくは同じである。好ましくは、各第２開口部１２２は、約８０度にわたる第２円弧幅１３２を有する。第２開口部１２２は、２５０ｅ−ｈ等のヒートシンク（複数可）２５０が該第２開口部１２２を通って延びるのを許容するように、寸法が合わせられて構成されている。第１インペラボディ２２のように、より多いまたは少ない第２開口部１２２が、第２インペラボディ１００で用いられてもよい。

各第２開口部１２２を囲むのは、第２基板２０４を収容するために寸法を合わせられた基板凹部１３４である。組み立てられる際、各第２基板２０４の縁は、第２開口部１２２を通って延びる装着されたヒートシンク２５０で、基板凹部１３４を塞ぐ。第１インペラボディのブリッジエレメント３７および第２インペラボディの第２ブリッジセグメント１１６は、熱電モジュール２００の熱膨張を補償するために、第１基板２０２から間隔を空けて配置される。凹部１３４は、熱電のモジュール２００が、第２インペラボディ１００に対して（および第１インペラボディ２２に対しても）回転するのを防止するのに有用である。熱電のモジュール２００の熱膨張を補償するために、第２基板２０４が互いに接近するように延びるが互いに間隔を空けて配置される実施形態、または、凹部１３４がインペラボディの構造上の特徴ではない実施形態においては、熱電モジュール２００がインペラアセンブリ２０に対して回転するのを防ぐために、クリップ、留め具、または、突起等の他の構造が、任意に付け加えられてもよい。第２インペラボディ１００は、外表面１０８（不可視）から延びる複数の第２インペラの羽根１０２を有する。第２ハブ１２０は、外表面１０８上に、好ましくは、第２インペラボディ１００の中央１３０に配置されている。第２外リング１１４は、（例えば、下方に延びる）インペラ羽根１０２から反対方向（例えば、上向き）に延びる第２外縁１３６を有する。

ここで、図８を参照すると、側面図は、流体熱交換器１０のインペラアセンブリ２０の一実施形態を示している。示されているように、一実施形態では、第２インペラボディ１００に第１インペラボディ２２を接続するために、第１インペラボディ２２の外縁３６は、第２インペラボディ１００の第２外縁１３６に、重複、係合、および／または、ロックするように形成され構成されている。ヒートシンク２５０は、第１インペラボディ２２を通過し、且つ、第２インペラボディ１００を通過して延びる。本実施形態では、第１インペラ羽根２４は、第１インペラボディからヒートシンク２５０を超えて延びるように示され、第２インペラ羽根１０２は、第２インペラボディからヒートシンク２５０を越えて延びるように示されているが、第１および第２インペラ羽根２４、１０２がヒートシンク２５０の高さ以下である時、作動における気流および静けさが最適化されることが判明した。第１ハブ３０および第２ハブ１２０は、第１および第２インペラボディ２、１００の平面からそれぞれ横断して延びる。

ここで、図９を参照すると、平面図は、第１側１２から見た時のインペラアセンブリ２０の一実施形態を示している。第１インペラ羽根２４は、内部領域３３の外表面３４から延び、そして内部領域３３の半径方向外側部分３３ａ、好ましくは、直近の開口部４０およびヒートシンク２５０に向かって配置されている。比較的小さな空間が、インペラ羽根外縁２４ａとヒートシンク内縁２５１との間に求められる。この小空間２３は、ヒートシンク２５０を通る均一な気流を支援するため、高圧な空間として働く。

ここで、図１０を参照すると、図９の線Ａ−Ａに沿って得られた断面図は、第１インペラボディ２２と、第２インペラボディ１００と、複数のヒートシンク２５０を備える熱電モジュール２００との部分を示している。第１基板２０２は、第１インペラボディ２２の第１基板凹部５４に収容される。第２基板２０４は、第２インペラボディ１００の凹部１３４に収容される。半導体層２０６は、第１インペラボディ２２と第２インペラボディ１００との間のギャップ１８０内に位置している。第１インペラボディ２２の外縁３６および第２インペラボディ１００の第２外縁１３６は、互いに、重複、連結、または、接触し、ギャップ１８０の輪郭を形成するように構成されている。ギャップ１８０は、好ましくは、第１および第２インペラボディ２２、１００のかなりの部分の間に延びる。一実施形態においては、外縁３６は、第１インペラボディの外リング３５から横断して（例えば、下方へ）延び、第２外縁１３６を収容するために寸法を合わせられた穴または凹部５０の輪郭を形成する。第２外縁１３６は、第２外リング１１４から横断して（例えば、上方へ）延びて、凹部５０内に適合する。第１外縁３６は、第１インペラボディ２２および第２インペラボディ１００を共にロックするために、第２外縁１３６と係合する留め金３６ａを任意に有する。

誘導電力は、第１インペラボディ２２と第２インペラボディ１００との間のギャップ１８０内の通電導体、または、ワイヤ巻線４００を通る誘導電流によって発生される。一実施形態おいては、ワイヤ巻線４００は、第１インペラボディの外リング３５、およびまたは、第２インペラボディの第２外リング１１４の中に配置される。電気接続４０６、４０８は、第１インペラボディ２２と第２インペラボディ１００との間のギャップ１８０に導体を通すことにより、熱電モジュール２００に対してなされる。磁界は、磁極片４０２（図１１に示される）によって供給され、それは、図１１に関連して以下で説明される。

ここで、図１１を参照すると、ハウジング３５０内に配置されたインペラアセンブリ２０を含む流体熱交換器１０が示されている。ハウジング３５０は、第１側パネル開口部３５４を備える第１側パネル３５２と、第２側パネル開口部３５８（非可視）を備える第２側パネル３５６と、分割開口部３６２（非可視）を備える分流器パネル３６０と、第１側３５２パネル、第２側パネル３５６、および、分流器パネル３６０の間に延びて接続している側壁３６４とを有する。分流器パネル３６０は、第１流体流れ３７０（例えば冷やされた流体）および第２流体流れ３７２（例えば暖められた流体）を分離するために、外縁３６（図３に図示）および第２外縁１３６（図７に図示）と好ましくは並べられている。好ましくは、分割開口部３６２は、第１流体流れ３７０および第２流体流れ３７２の混合を最小限にするため、インペラアセンブリ２０よりわずかに大きく寸法を合わせられている。上記誘導電力は、熱電モジュール２００に電力を供給するために使用されてもよいが、それは、インペラアセンブリ２０を駆動するため、そのような構造からのＥＭＦ（電磁力）に対向するためのはるかに大きなモータまたは原動機を必要とする。よりよい代替案が、以下の図１８−２０に関して検討される。

別の実施形態（不図示）では、ハウジング３５０は、第１側パネルおよび側壁３６４の一部を含む第１部分と、側壁３６４の第２の部分を備える第２側パネル３５６を含む第２部分と、を有する。第１部分および第２部分は、側壁３６４の接合部に沿って共に接合し、分流器パネル３６０を収容するために、穴または溝の輪郭を形成する。また、分流器パネル３６０は、成形されてもよく、プリント（ｐｒｉｎｔｅｄ）されてもよく、または、ハウジング３５０の第１および／または第２側壁３５２，３５６の一部として作られてもよいことも考えられる。

ハウジング３５０は、第１流体流れ３７０が第１側パネル開口部３５４を通って取り込まれ、第２流体流れ３７２が第２側パネル開口部３５８を通って取り込まれるように設計されている。インペラアセンブリ２０のそれぞれの側は、ヒートシンク２５０を横切って移動し、且つ、第１出口３７６を通る第１排気流３７４として流れると共に、第２出口３８０を通る第２排気流３７８として流れる流体をもたらす差圧を生成する。従って、流体熱交換器１０は、敏感な電子収納装置、コンピュータボックス、クーラー容器、冷蔵庫のボックス、筐体、または、密封もしくは清浄システムを冷却するのに適している。また、流体熱交換器１０は、廃熱を負荷からそらしている間、調整された流体源（例えば、第１流体流れ３７０）を負荷に導くために用いられていてもよい。この装置は、閉ループ熱交換器システムの一体部品としての使用にも適している。熱電モジュール２００に電力が供給されると、ヒートシンクを横切って移動する流体は、供給された電圧の極性に応じて加熱または冷却される。シングルハウジング流入開口部が、第１および第２側パネル開口部３５４、３５８を有する代わりに使用されてもよいことも考えられる。例えば、ハウジング３５０は、インペラアセンブリの各側に流体流れを提供するために、内部でその後に分割される流体流れ３７０を収容するための単一放射状流入開口部を組み入れても良い。別の例では、第１及び第２インペラボディは、ハブ３０に隣接した複数の開口部を有し、該ハブ３０は、第１側開口部３５４からの流体流れが、第１インペラボディ２２のヒートシンク２５０を通ってあるいは横切って移動するだけでなく、インペラアセンブリ２０の第２側１４へと第１および第２インペラボディ２２、１００を通り抜けることにより、入力された流体流れを第２インペラボディ１００のヒートシンク２５０を横切って移動させることを許容する。

別の実施形態では、伝熱を増加させるために、ヒートシンク２５０は、インペラ羽根２４および／または１０２として構成され、或いは、インペラ羽根２４および／または１０２に接続される。インペラ羽根としてヒートシンク２５０を使用することにより、ヒートシンクを備える標準の熱電デバイスに関連した圧力損失および効率ロスが低減される。その結果、より多くの流体流れが意図した受容体に流れる。本発明のインペラアセンブリ２０は、主要流体流れ（例えば第１流体流れ３７０）および廃棄流体流れ（例えば第２流体流れ３７２）の両方を、同一の比較的コンパクトな両面回転インペラ内へ導入する。この設計は、主要流体流れ（例えば冷却側）および廃棄側流体流れ（例えば加熱側）の間で分割されている単一の流体供給と比較して、２つの個々の流体流れを供給することにより、更に流体流れを増加させる。この増加した流体流れは、より大きな全体の熱移動をもたらす。先行技術の設計と比較して、流体熱交換器１０の構成技術は、向上した性能に加え、コストおよび信頼性の問題の多くを除去する。尚、主要流れとしての冷却側、および、廃棄流れとしての加熱側を指定することは、限定的ではない。好ましい適用に応じて、加熱側が主要流体流れであってもよい。

流体熱交換器１０は、ハブ３０および第２ハブ１２０に接続され、または、ハブ３０および第２ハブ１２０を通って延び、モータまたは他の原動機によって駆動される１つまたは複数のシャフト（不図示）上を回転する。ブラシレスモータ（不図示）が、必要に応じて流体熱交換器１０と共に任意に使用されてもよい。設計を単純化するために、殆どの適用が、別個の原動機を使用することが予想される。

磁界は、ハウジング３５０に配置された磁極片４０２によって提供される。磁束は、小さな永久磁石から供給され得、または、磁束強度が可変の界磁電流によってコントロールされる、巻回された磁極片を通して供給され得る。一実施形態では、磁極片４０２は、分流器パネル３６０上、または分流器パネル３６０内に配置され、分流器パネル３６０は、外縁３６および第２外縁１３６に隣接している。一実施形態では、磁極片４０２は、分流器パネル３６４の分割開口部３６２の縁に沿って配置される。磁極片４０２は、設計パラメータおよび制約に依存して、ハウジング３５０内またはハウジング３５０外に交互に配置される。例えば、複数のワイヤ巻線４００が、ヒートシンク２５０上のインペラアセンブリ２０上に任意に置かれてもよい。また、誘導電力の供給源を複数提供するために、ワイヤ巻線４００は、インペラアセンブリ２０上の多数の位置に置かれてもよい。整流器４０４（不図示）を通過して熱電モジュールに連結されるインペラアセンブリ２０内の複数のワイヤ巻線４００は、典型的には、外リング３５および／または第２外リング１１４の間のギャップ１８０に、磁極片４０２に極めて接近して配置される。ワイヤ巻線４００が磁界を通過して移動する時、電流が導体内で誘導されて、電力が熱電モジュール２００に供給される。印加される電流量は、巻線数、回転速度、および、磁界の強さに依存するであろう。

インペラアセンブリ２０は、プラスチック、導電性プラスチック、アルミニウム、鋼または特定の適用に適している他の材料を含む、様々な材料から作られ得る。量が多く低コストであるために、第１インペラボディ２２および第２インペラボディ４０の好ましい材料として、射出成形プラスチックがある。流体、性能、および、経費の検討に応じて、他の適用が、代替の材料から利益を得てもよい。

本発明の流体熱交換器１０の別の実施形態が、図１２から２０に関連して説明される。高い静圧を有する高い流体流れ、または、低ノイズを有する適度な流体流れであろうと、与えられた適用のために、必要に応じて流体流れの状態を達成するために、インペラ羽根２４およびヒートシンク２５０のフィンは、構成され、組み合わせられ、または、修正され得ることが判明した。

図１２は、翼形構造５０１、後方湾曲構造５０２、後方傾斜構造５０３、放射状先端構造５０４、前方湾曲構造５０５、および、放射状羽根構造５０６を含む共通の羽根構造の縦方向断面図を示す。ファンの羽根５０１ａ、５０２ａ、５０３ａ、５０４ａ、５０５ａ、５０６ａは、羽根の外形を示すために分離して示され、また、遠心ファン５０１ｂ、５０２ｂ、５０３ｂ、５０４ｂ、５０５ｂ、５０６ｂに組み立てられているようにも示される。翼形構造５０１は、最も効率的な構造で、比較的低ノイズである。

例えば、図６Ｂで示されるような、前方湾曲構成を有する折り畳まれたフィンヒートシンクと組み合わせられた効率的な翼形構造を有するインペラ羽根２４の使用により、比較的高い静圧と、ノイズレベルの低い体積流量とが提供される。翼に基づいたインペラ羽根２４は、折り畳まれたフィンヒートシンク２５０の入口部分へと適度に高い気流を発達させる。そのようなインペラ羽根２４は、ヒートシンク２５０の部分的なバイパスをもたらし得る過度に高い圧力を伴わずに、十分な流体流れを提供する。言いかえれば、気流バイパスは、インペラ羽根２４によって発生された気流が、ヒートシンク２５０を通り抜ける代わりに、ヒートシンク２５０上を移動するように強いられることを意味する。インペラ羽根２４の本構成もまた、放射状ブロワの最も静かな構造のうちの１つである。折り畳まれたフィンヒートシンクの前方湾曲配置は、静圧増加しながら本気流を更に発達させる。

翼に基づいたインペラ羽根２４、および、前方に湾曲した折り畳まれたヒートシンク２５０の組み合わせにより、流動性熱交換器１０は、最小のまたは減少された乱流で、且つ、流体にヒートシンク２５０をバイパスさせる過度に高い圧力を伴わずに、空気または流体をヒートシンク２５０に静かに送る。また、その組み合わせは、流体流れを増幅し、出口流体流れの高められた静圧を生成するためのヒートシンク２５０をも許容する。最適効率のために、及び、ヒートシンク上のバイパス流れを回避するために、（インペラ羽根２４からの）第１ステージの流れの発達が、（ヒートシンク２５０を横切る／通る）第２ステージの流体流れの圧力又は流量キャパシティを超えないことを、熱心に確認しなければならない。

ここで、図１３を参照すると、ハウジング３５０’内の流体熱交換器１０‘の別の実施形態が示されている。ハウジング３５０’は、第１ハウジング部材４０３および第２ハウジング部材４０４を有する。一実施形態では、第１ハウジング部材４０３は、第１ハウジング流入開口部４０８を含む第１ハウジングボディ４０６と、第１ハウジングボディ４０６から第１ハウジングフランジ４１２まで横断して延びる第１ハウジング側壁４１０と、を有する。第１ハウジング部材４０３は、第１ハウジング出口部分４１３も有する。同様に、第２ハウジング部材４０４は、第２ハウジング流入開口部４１６（図１５に図示）を含む第２ハウジングボディ４１４と、第２ハウジングボディ４１４から第２ハウジングフランジ４２０まで横断して延びる第２ハウジング側壁４１８と、を有する。第２ハウジング部材は、第２ハウジング出口部分４２２を有する。

第１および第２ハウジング部材４０２、４０４は、インペラアセンブリ２０がハウジング３５０’内に保持された状態で、第１および第２ハウジングフランジ４１２、４２０に沿って互いに取り付けられ、または、しっかり固定され得る。第１および第２ハウジング本体４０６および４１４の内および外表面は、所望の流体流れ、および／または、インペラアセンブリ２０の外形に適切なように、実質的に平面状の外形、ドーム状の外形、または、他の外形を有していてもよい。図１３示されるように、第１および第２ハウジング出口部分４１３、４２２は、ハウジング３５０’から同一方向に一緒に延びているが、しかしながら、第１および第２ハウジング出口部分４１３、４２２は、互いから異なる方向へ延び得ることも考えられる。例えば、冷却流体は、一方向の第１ハウジング出口部分４１３を出て、加熱流体は、冷却流体から１８０°の方向の第２ハウジング出口部分４２２から出る。

上述した実施形態と同様に、ハウジング３５０’は、第１流体流れ３７０が第１ハウジング流入開口部４０８を通過して取り込まれ、且つ、第２流体流れ３７２が第２ハウジング開口部４１６を通過して取り込まれることを許容するように設計されている。インペラアセンブリ２０の各側は、ヒートシンク２５０を横切って移動し、且つ、第１ハウジング出口部分４１３を通過する第１排気流３７４として、及び、第２ハウジング出口部分４２２を通過して流れる第２排気流３７８として流れる流体をもたらす差圧を生成する。

ここで、図１４を参照すると、斜視図は、第１ハウジング部材４０３の内表面を示している。上述したように、第１ハウジング部材４０３は、第１ハウジング流入開口部４０８、第１ハウジングフランジ４１２に延びる第１ハウジング側壁４１０、および、第１ハウジング出口部分４１３を備える第１ハウジングボディ４０６を有する。任意のフランジタブ４２４は、留め具を使用して、第１ハウジング部材４０３を第２ハウジング部材４０４に接続するのに有用である。

ここで、図１５を参照すると、斜視図は、第２ハウジング流入開口部４１６、第２ハウジング側壁４１８、第２ハウジングフランジ４２０、フランジタブ４２４、および、第２ハウジング出口部分４２２を備える第２ハウジングボディ４１４を含む第２ハウジング部材４０４の内部を示している。取り付けブラケット４２６は、第２ハウジング流入開口部４１６内の第２ハウジングボディ４１４に接続される。取り付けブラケット４２６は、ハウジング３５０’をモータまたは原動機４２８に接続するのに有用である。

第２ハウジングボディ４１４は、第２ハウジングボディ４１４の内表面４１４ａから内方向に延びて、ヒートシンク２５０と並べられたバッフルリング４３０を有する。バッフルリング４３０は、流体（例えば空気）が、流体熱交換器１０の第１側１２（例えば冷却または主側）のヒートシンク２５０を迂回、または、該ヒートシンク２５０上を流れることを、低減または防止する。ヒートシンク２５０を迂回する流体流れは、周囲の流体（例えば空気）が、ヒートシンク２５０から外へ流れる冷却流体と混合し、それにより熱交換器１０の温度差が減るため、不利益であることが判明した。バッフルリング４３０は、ヒートシンク２５０のすぐ近くで、ヒートシンク２５０と並ぶように配置された覆いとして働く。バッフルリング４３０は、バッフルリング４３０およびヒートシンク２５０間の縮小されたスペースにより、複数のヒートシンク２５０の複数のフィンの上またはそれらの周りではなく、複数のヒートシンク２５０の複数のフィンを通過して流体を流れさせる。バッフルリング４３０は、環状の形を有し、第２ハウジング部材４０４に取り付け、または、第２ハウジング部材４０４と共に形成され得る。一実施形態では、第２ハウジングボディ４１４は、バッフルリング４３０の輪郭を形成する外形を有する。別の実施形態では、バッフルリング４３０は、第２ハウジングボディ４１４の内表面の４１４ａに取り付けられた別個の部品である。送信器コイル５０２は、第２ハウジング部材４０４の内表面４１４ａに固定して取り付けられていて、流体熱交換器１０’の作動中は移動しない。一実施形態では、送信器コイル５０２は、バッフルリング４３０と側壁４１８との間で、内表面４１４ａに隣接して配置される。

ここで、図１６を参照すると、外縁３６の一部として環状分割リング４４０を含む第１インペラボディ２２の別の実施形態が示されている。流体熱交換器１０の主（冷却）および廃棄（加熱）側間の従来の密封技術は、第２側（例えば、廃棄／加熱側）から第１側（例えば、主側／冷却側）への流体移動により、性能の低下を引き起こす。この流体の移動を最小限にするために、流体熱交換器１０の実施形態は、第１側１２（例えば、冷側）と第２側１４（例えば、加熱側）との間のインペラアセンブリ２０の外周のまわりに延びる、分割リング４４０を含む。分割リング４４０は、例えば図１６Ａでも示されるように、環状部分４４４および放射状部分４４６を備えるＴ形状の断面を有する。分割リング開口部４４８も、Ｔ形状の断面を任意に有していてもよい。分割リング４４０は、第１および／または第２ハウジング部材４０２、４０４によって輪郭が形成された、対応する分割リング開口部４４８内で回転する。分割リング４４０および分割開口部４４８の両方がＴ形状の断面を有する場合、それにより、その組み合わせは、多数の方向変更、および、分割リング４４０と第１および第２ハウジング部材４０２、４０４との間の最小限の隙間を備える、遠回りの流体流路の輪郭を形成する。その結果、分割リング４４０は、静圧の大きな低下をつくり、且つ、インペラアセンブリ２０の第１側１２と第２側１４との間の流体流れを最小限にする。また、隣接するヒートシンク２５０間のブリッジエレメント３７を横切って気流が移動するのを防止する、複数の気流シールド２２ａも示されている。

図１６Ａは、分割リング４４０を有する外縁３６まで延びるブリッジセクション３７を備える第１インペラボディ２２の一部分の断面図を示す。上述されるように、この実施形態における外縁３６は、半径方向に延びて環状部分４４４に接続する放射状部分４４６を含む。従って、外縁３６は、Ｔ形状の断面を有する環状分割リング４４０の輪郭を形成する。分割リング４４０および対応する分割リング開口部４４８は、Ｙ形状、楔形状、または、その他の断面形状等、他の形状を有し得る。しかしながら、最高の性能のためには、外縁３６の断面形状、および、対応する凹部４４８の断面形状が、第１側１２と第２側１４との間の流体流れを、制限するか、最小化するか、または、実質的に防止する。

ここで、図１７を参照すると、断面図は、第１インペラボディ２２、第１ハウジング部材４０３、および、第２ハウジング部材４０４を示している。図１７の上および下部分の近くに、Ｔ形状の分割リング４４０が示されていて、この分割リング４４０は、第１ハウジング部材４０３および第２ハウジング部材４０４によって輪郭が形成された対応する分割リング開口部４４８内に延びる。この図にも図示され、また、より明白に示されているのは、環状隆起４０２ａおよび４０４ａであり、環状隆起４０２ａおよび４０４ａは、インペラ羽根２４、１０２からの気流が、ヒートシンク２５０を迂回するのを防止するのに十分となるように、内表面４０２ｂ、４０４ｂからインペラアセンブリ２０（第２ハウジング部材４０４のインペラアセンブリは、明瞭さのために示されていない）に向かって、それぞれ、所定距離延びる。ヒートシンク２５０の上面２５２を越えて環状隆起４０２ａを延長することにより、説明されたいかなる迂回気流も、効果的に最小化または除去されることが判明した。環状隆起４０４ａに関しては、これが熱電モジュール２００の「廃棄」側を表わすとともに、（必要に応じて）そこに配置され、以下に説明される共振磁気誘導回路を或いは冷却するという有益な長所を有し得るので、いかなる迂回気流も最小限の影響を有するということが理解される。環状隆起４０２ａ、４０４ａの別の利点は、それらは、いくらかの剛性を、ハウジング３５０の第１側パネル３５２および第２側パネル３５６に加えることである。

ここで、図１８を参照すると、誘導電力アセンブリ５００の一実施形態が概略的に示され、共振磁気誘導と呼ばれる。誘導電力アセンブリ５００は、発振回路５１８と、送信器コイル５０２と、受信コイル５０４と、同調コンデンサ５１４と、熱電モジュール（複数可）２００と、複数のダイオード５１０および複数のフィルタコンデンサ５１６を備える整流回路５１１と、を含む。送信器コイル５０２は、発振回路５１８に電気的に接続された送信器コイル第１端５０２ａおよび送信器コイル第２端５０２ｂを有する。受信コイル５０４は、送信器コイル５０２から間隔を空けて配置され、この受信コイル５０４は、第１整流回路入力５１１ａに電気的に接続された受信コイル第１端５０４ａと、第２整流回路入力５１１ｂに電気的に接続された受信コイル第２端５０４ｂと、を有する。同調コンデンサ５１４は、受信コイル第１端５０４ａと受信コイル第２端５０４ｂとの間に、電気的に接続される。熱電モジュール２００は、第３整流回路入力５１１ｃへ電気的に接続された第１モジュール入力２００ａと、第４整流回路５１１ｄへ電気的に接続された第２モジュール入力２００ｂと、を有する。フィルタコンデンサ５１６は、第１および第２モジュール入力２００ａ、２００ｂの間に電気的に接続される。送信器コイル５０２、受信コイル５０４、コイルトレー５０６、ダイオード５１０、および、それぞれの接続部が、図１９の分解斜視図に示されている。コイルトレー５０６は、受信コイル５０４に電気的に接続されたダイオード５１０が、ダイオード熱シールド５０８の外方向に面している側に収容されるコイルトレー５０６の平面へと横断して延びるダイオード熱シールド５０８を有する。発振回路５１８は、送信器コイル５０２に高周波交流電力を供給する遠隔電源で、それにより磁界５１９を発生する。一実施形態では、発振供給部５１８は、ロイヤーまたはコルピッツ発振回路、もしくは、他の適切なトリガ、又は、制御回路である。受信コイル５０４が磁界５１９に近接して配置される場合、磁界５１９は、受信コイル５０４内に交流を引き起す。全波ブリッジ整流器等の整流回路５１１は、受信コイル５０４内の交流を直流に変換する。本直流電流は、熱電モジュール２００（複数可）に電力を供給する。熱電モジュール２００（複数可）と平行に接続されたフィルタコンデンサ５１６は、整流回路５１１からの直流電流出力の変動を低減する。任意の同調コンデンサ５１４は、共振振動数、および、熱電モジュール２００に対する電圧／電流関係を設定するのに使用される。

ここで、図２０を参照すると、後部斜視図は、第２インペラボディ１００（例えば、廃棄側インペラ）と、共振磁気誘導のために使用される誘導パワーアセンブリ５００の部品とを備える第２側インペラアセンブリ１０１の一実施形態を示している。一実施形態では、受信コイル５０４は、第２インペラボディ１００に取り付けられている任意のコイルトレー５０６に収容されている。他の実施形態では、コイルトレー５０６は、誘導電力アセンブリ５００から省かれる。一実施形態では、ダイオード熱シールド５０８が第２インペラボディ１００上の気流シールド１００ａに接続されるように、コイルトレー５０６は、第２インペラボディ１００に固定して取り付けられている。各々の第１インペラボディ２２および第２インペラボディ１００は、複数の気流シールド２２ａおよび１００ａをそれぞれ有し、気流シールド２２ａおよび１００ａは、それぞれの第１および第２インペラボディ２２、１００上で、隣接するヒートシンク２５０の間のブリッジエレメント３７を横切って気流が移動するのを防止する。

システムのための送信器コイル５０２は、第２ハウジング部材４０４（即ち、廃棄側ハウジング）内に位置し、且つ、回転する第２側インペラアセンブリ１０１に位置する受信コイル５０４から、ほんの数ミリメートル間隔を空けて配置されている。送信器コイル５０２と受信コイル５０４との相対的な位置は、コイル寸法と周波数とに関係していて、電磁結合および発電効率にとって重要である。第２インペラボディ１００の部品に隣接して配置された受信コイル５０４の場合、第２の排気流３７８および他の成分を著しく加熱することにより、受信コイル５０４が総合的な性能を縮小したことが判明した。この望ましくない伝熱における著しい改善は、隣接した第２外縁１３６等の第２インペラボディ１００の半径方向外側部分に受信コイル５０４を移動させることにより、および／または、受信コイル５０４をヒートシンク２５０と半径方向に並べるにより達成される。この半径方向外側位置において、受信コイル５０４は、熱を第２インペラ羽根１０２へ効果的には伝えず、それにより、流体熱交換器１０’の性能を低下させない。ヒートシンク２５０と受信コイル５０４（および／または存在する場合、コイルトレー５０６）との間の小さなエアギャップは、受信コイル５０４からヒートシンク２５０への伝熱を防止または低減し、また、冷却流体（例えば空気）が受信コイル５０４を横切って流れることをも許容し、そこから熱を放散させる。

中央に位置した第２ハブ１２０内に、または、このハブ１２０に隣接して配置されたコンデンサ５１０からの熱が、他の部品への伝熱により、同様に流体熱交換器１０’の性能を低下させたということも判定された。この性能の低下を減らすために、コンデンサ５１０は、ダイオード熱シールド５０８が第２外縁１３６直近に配置された気流シールド１００ａに接続されるように、第２側インペラアセンブリ１０１上の半径方向の外側の位置に置かれる。第２インペラボディ１００の外周上またはその外周の近くのこの半径方向の外側の位置では、コンデンサ５１０からの熱は、第２排気流３７８（例えば、廃棄気流）に移り、この排気流によって放散される。従って、コンデンサ５１０からの熱は、流体熱交換器１０’の総合的冷却性能に著しく影響はしない。

インペラ羽根および／または交換器フィンの構成および数は、流体熱交換器１０’の所望の使用に依存すると考えられる。流体熱交換器１０’が、インペラボディの両側で同数のインペラ羽根を有するように構成されれば、インペラ羽根は、下流の構成に依存して、両側を通過する同量の空気を押す。しかしながら、第１排気流３７４の流体を出来るだけ多く冷却したく、流量は問題では無い場合、より少数の羽根が、流体熱交換器１０’の第１側１２（例えば、冷却側）に置かれる。第２側１４（例えば、加熱側）は、第１側１２（例えば、冷却側）よりも多くの気流を受け取る。第２側１４（例えば、加熱側）がより冷却されるほど、第１側１２（例えば、冷却側）で達成され得る温度はより低くなる。第１側１２（例えば、冷却側）を横切る流体流れを減少させることにより、第１排気流３７４への熱伝達のためのより多くの時間を許容し、第１排気流３７４のより低い流体温度をもたらす。

本発明の好ましい実施形態がここに説明されてきたが、上記の説明は単に例示的である。ここに開示された本発明の改善のための更なる変更が、それぞれの技術分野の当業者に思い浮かび、そのような変更の全ては、添付された特許請求の範囲によって定義されるような本発明の範囲内であるとみなされる。

Claims (25)

1. インペラアセンブリであって、
   略円形形状を有し、軸回転する第１インペラボディであって、前記第１インペラボディは、第１インペラボディの周に対し環状方向に間隔を空けつつ隣接し、且つ、前記第１インペラボディの中央から第１所定距離に位置する、前記第１インペラボディを貫通する少なくとも第１環状開口部を有する第１インペラボディと；
   前記第１インペラボディに対し、略並列に配置され、且つ、接続された第２インペラボディであって、前記第２インペラボディは、略円形形状を有すると共に前記第１インペラボディと共に軸回転し、且つ、前記第１インペラボディの前記少なくとも第１環状開口部と一致しつつ、第２インペラボディを貫通する少なくとも第２環状開口部を有する第２インペラボディと；
   前記第１インペラボディから軸方向に、前記第２インペラボディから離れて延びる複数の第１インペラ羽根であって、前記複数の第１インペラ羽根は、第１インペラボディの中央と前記第１環状開口部との間に環状に並んで配置された複数の第１インペラ羽根と；
   前記第２インペラボディから軸方向に、前記第１インペラボディから離れて延びる複数の第２インペラ羽根であって、前記複数の第２インペラ羽根は、第２インペラボディの中央と前記第２環状開口部との間に環状に並んで配置された複数の第２インペラ羽根と、を備えるインペラアセンブリと；
   前記第１インペラボディと前記第２インペラボディとの間に配置された少なくとも１つの熱電モジュールであって、前記少なくとも１つの熱電モジュールは、第１基板および第２基板を有する少なくとも１つの熱電モジュールと；
   前記第１基板へ連結され、前記少なくとも環状開口部を通って延び、前記複数の第１インペラ羽根に沿って配置された第１ヒートシンクと；
   前記第２基板へ連結され、前記少なくとも環状開口部を通って延び、前記複数の第２インペラ羽根に沿って配置された第２ヒートシンクと、
   を備え、
   前記複数の第１及び第２インペラ羽根は、前記第１及び第２インペラボディが軸回転すると、前記第１及び第２インペラボディの径方向に流体を移動させる
   一体型流体熱交換器。
2. インペラアセンブリであって、
   略円形形状を有する第１インペラボディであって、前記第１インペラボディは、第１インペラボディの周に対し環状方向に間隔を空けつつ隣接し、且つ、前記第１インペラボディの中央から第１所定距離に位置する、前記第１インペラボディを貫通する少なくとも第１環状開口部を有する第１インペラボディと；
   前記第１インペラボディに対し、略並列に配置され、且つ、接続された第２インペラボディであって、前記第２インペラボディは、略円形形状を有し、且つ、前記第１インペラボディの前記少なくとも第１環状開口部と一致しつつ、第２インペラボディを貫通する少なくとも第２環状開口部を有する第２インペラボディと；
   前記第１インペラボディから軸方向に、前記第２インペラボディから離れて延びる複数の第１インペラ羽根であって、前記複数の第１インペラ羽根は、第１インペラボディの中央と前記第１環状開口部との間に配置された複数の第１インペラ羽根と；
   前記第２インペラボディから軸方向に、前記第１インペラボディから離れて延びる複数の第２インペラ羽根であって、前記複数の第２インペラ羽根は、第２インペラボディの中央と前記第２環状開口部との間に配置された複数の第２インペラ羽根と、を備えるインペラアセンブリと；
   前記第１インペラボディと前記第２インペラボディとの間に配置された少なくとも１つの熱電モジュールであって、前記少なくとも１つの熱電モジュールは、第１基板および第２基板を有する少なくとも１つの熱電モジュールと；
   前記第１基板へ連結され、前記少なくとも環状開口部を通って延びる第１ヒートシンクと；
   前記第２基板へ連結され、前記少なくとも環状開口部を通って延びる第２ヒートシンクと、
   を備える、一体型流体熱交換器であって、
   前記一体型流体熱交換器は、
   第１ハウジング部材、および、前記第１ハウジング部材に連結可能な第２ハウジング部材を有し、第１ハウジング流入開口部、第２ハウジング流入開口部、第１ハウジング出口部分、および、第２ハウジング出口部分を形成しているハウジングと；
   誘導電力アセンブリであって、
   前記第２ハウジング部材内に固定して配置され、交流電源に接続されるのに適合した送信器コイルと、
   前記インペラアセンブリに固定して取り付けられた受信コイルであって、前記受信コイルは、前記送信器コイルに対し間隔を開けて実質的に並べられ、その間にエアギャップを形成し、前記少なくとも１つの熱電モジュールに誘導電流を送るのに適合している受信コイルと、を備える誘導電力アセンブリと；
   を更に備える一体型流体熱交換器。
3. 前記受信コイルと、前記少なくとも１つの熱電モジュールとの間に電気的に接続された整流回路を更に備え；
   前記整流回路は、前記受信コイルから受け取った前記誘導電流に基づいて、直流電流を前記少なくとも１つの前記熱電モジュールに供給するのに適合している、請求項２に記載の一体型流体熱交換器。
4. 前記少なくとも１つの熱電モジュールは、前記第１インペラボディおよび前記第２インペラボディの最も外側の周と、前記複数の第１インペラ羽根と、前記複数の第２インペラ羽根との間に環状に配置されている、請求項１から請求項３のうちのいずれか１項に記載の一体型流体熱交換器。
5. 前記送信器コイルに電気的に接続され、前記送信器コイルに高周波交流電力を送るのに適合された発振回路を更に備える、請求項２に記載の一体型流体熱交換器。
6. 第１受信コイル端部および第２受信コイル端部の間に電気的に接続された同調コンデンサを更に備える、請求項５に記載の一体型流体熱交換器。
7. 前記少なくとも１つの熱電モジュールの第１モジュール端および第２モジュール端の間に電気的に接続されたフィルタコンデンサを更に備える、請求項５に記載の一体型流体熱交換器。
8. 前記整流回路が前記インペラアセンブリの周りに円周方向に配置された複数のダイオードを含む、請求項３に記載の一体型流体熱交換器。
9. 前記複数の第１および第２インペラ羽根が翼形構造を有し、複数のヒートシンクフィンが前方湾曲構造を有する、請求項１から請求項８のうちのいずれか１項に記載の一体型流体熱交換器。
10. 前記複数の第１および第２インペラ羽根が翼形構造を有し、複数のヒートシンクフィンが湾曲した放射状の構造を有する、請求項１から請求項９のうちのいずれか１項に記載の一体型流体熱交換器。
11. 前記複数の第１および第２インペラ羽根が、前記ハブと複数の第１および第２ヒートシンクフィンとの間に環状に配置された、請求項１から請求項１０のうちのいずれか１項に記載の一体型流体熱交換器。
12. 複数のヒートシンクフィンが、前記インペラアセンブリの外縁から所定距離を空けて配置された、請求項１から請求項１１のうちのいずれか１項に記載の一体型流体熱交換器。
13. 前記第１ハウジング部材および前記第２ハウジング部材は、第１ハウジング側壁と第２ハウジング側壁の間で、分割リング環状開口部の輪郭を共に形成し、前記第１インペラボディおよび前記第２インペラボディは、前記第１インペラボディおよび前記第２インペラボディの外縁から半径方向に延びる環状分割リングの輪郭を共に形成し、前記環状分割リングは、前記分割リング環状開口部内に、非接触の向きで配置され、それにより、前記分割リング環状開口部内での前記環状分割リングの非接触回転運動を提供する、請求項２に記載の一体型流体熱交換器。
14. 前記環状分割リングがＴ形状である、請求項１３に記載の一体型流体熱交換器。
15. 前記分割リング環状開口部は、Ｔ形状の断面形状を有する、請求項１３に記載の一体型流体熱交換器。
16. 前記第２ハウジング部材は、第２ハウジング流入開口部を有する、請求項２に記載の一体型流体熱交換器。
17. 流体熱交換の方法であって、
    前記方法は、流体熱交換器の提供を備え、
    前記流体熱交換器は、
    インペラアセンブリであって、
    第１インペラボディであって、略円形形状を有し、第１インペラボディを貫通する少なくとも第１開口部を有する第１インペラボディと；
    前記第１インペラボディに対し、略並列に配置され、且つ、接続された第２インペラボディであって、前記第２インペラボディは、略円形形状を有し、且つ、前記第１インペラボディの前記少なくとも第１開口部と一致する、第２インペラボディを貫通する少なくとも第２開口部を有する第２インペラボディと；
    前記第１インペラボディから軸方向に、前記第２インペラボディから離れて延びる複数の第１インペラ羽根と；
    前記第２インペラボディから軸方向に、前記第１インペラボディから離れて延びる複数の第２インペラ羽根と；
    前記第１インペラボディと前記第２インペラボディとの間に配置された少なくとも１つの熱電モジュールであって、前記少なくとも１つの熱電モジュールは、第１基板および第２基板を有する少なくとも１つの熱電モジュールと；
    前記第１基板へ連結され、前記少なくとも第１開口部を通って延びる第１ヒートシンクと；
    前記第２基板へ連結され、前記少なくとも第２開口部を通って延びる第２ヒートシンクと；、を備えるインペラアセンブリと；
    第１ハウジング流入開口部、第２ハウジング流入開口部、第１ハウジング出口部分、および、第２ハウジング出口部分を有するハウジングであって、前記インペラアセンブリは、前記ハウジング内に回転可能に配置されるハウジングと；
    前記ハウジング内に配置された送信器コイルと；
    前記インペラアセンブリに配置され、前記送信器に対し、間隔を空けて並べられた受信コイルと、を備え；
    前記インペラアセンブリを中央インペラ軸の周りで回転させることにより、前記第１ハウジング流入開口部および前記第２ハウジング流入開口部の各々に流体を引き入れ、前記第１ハウジング出口部分および前記第２ハウジング出口部分の各々を通して流体を分配することと；
    前記送信器コイルに高周波交流電力を送ることにより、前記受信コイルに交流電流を誘導することと；
    前記誘導された交流電流を直流電力に変換することと；
    前記少なくとも１つの熱電モジュールに前記直流電力を送ることと、を含む方法。
18. 前記誘導された電流を直流電力に変換する工程は、ブリッジ整流器に電気的に接続され、前記少なくとも１つの熱電モジュールと並列のフィルタコンデンサを有する整流回路を選択することを含む、請求項１７に記載の方法。
19. 前記送信器コイルに高周波交流電力を送る工程は、前記送信器コイルに電気的に接続された発振回路を用いて実行される、請求項１７に記載の方法。
20. ロイヤー発振器またはコルピッツ発振器のうちの１つである前記発振回路を選択することを更に備える、請求項１９に記載の方法。
21. 前記送信器に高周波交流電力を送る工程は、前記受信コイルに電気的に接続され、整流回路と並列の同調コンデンサを用いることを含む、請求項１７に記載の方法。
22. 前記インペラアセンブリを提供する工程は、
    翼形構造を有するインペラ羽根を有するインペラアセンブリを選択することと、
    前方湾曲構造を有する複数のヒートシンクフィンを有するヒートシンク、および、放射状の湾曲した構造を有する複数のヒートシンクフィンを有するヒートシンクを含むグループの中からヒートシンクを選択することと、を含む、請求項１７に記載の方法。
23. 前記流体熱交換器を提供する工程は、ミリメートルの位数の距離で前記受信コイルから間隔を空けて配置された前記送信器コイルを有する前記流体熱交換器を選択することを含む、請求項１７に記載の方法。
24. 流体熱交換器を提供する工程は、前記インペラアセンブリの外縁の直近に配置された受信コイルを選択することを含む、請求項１７に記載の方法。
25. 流体熱交換器を提供する工程は、前記インペラアセンブリの周りに円周方向に実質的に分布された複数のダイオードを有するインペラアセンブリを選択することを含み、前記複数のダイオードは、ブリッジ整流器を備える、請求項１７に記載の方法。

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