JP6972416B1 - Air conditioner and heat dissipation fins - Google Patents

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Abstract

【課題】空調装置の小型化を図る。【解決手段】実施形態に係る空調装置は、ペルチェ素子と電源と放熱フィンと送風機とを備える。ペルチェ素子は、電力を熱に変換する。電源は、前記ペルチェ素子に電力を供給する。放熱フィンは、前記ペルチェ素子から発せられる熱を放熱する。送風機は、前記放熱フィンに空気を供給する。【選択図】図２PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce the size of an air conditioner. An air conditioner according to an embodiment includes a perche element, a power supply, heat radiation fins, and a blower. The Pelche element converts electric power into heat. The power supply supplies electric power to the Pelche element. The heat dissipation fins dissipate heat generated from the Pelche element. The blower supplies air to the radiating fins. [Selection diagram] Fig. 2

Description

本発明の実施形態は、空調装置および放熱フィンに関する。 Embodiments of the present invention relate to air conditioners and radiating fins.

室内用空調装置や自動車用空調装置等の多くの空調装置（例えば特許文献１）は、駆動用ポンプを備える圧縮機と凝縮器と膨張弁と蒸発器とからなるヒートサイクルを有している。 Many air conditioners such as indoor air conditioners and automobile air conditioners (for example, Patent Document 1) have a heat cycle including a compressor including a drive pump, a condenser, an expansion valve, and an evaporator.

特開昭６１−９４８１１号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 61-94811

しかしながら、ヒートサイクルを有する空調装置は、駆動ポンプ、圧縮機、凝縮器、膨張弁、および冷媒を循環させるパイプが必要であるため、空調装置を小型化することが困難であった。 However, it has been difficult to miniaturize the air conditioner because the air conditioner having a heat cycle requires a drive pump, a compressor, a condenser, an expansion valve, and a pipe for circulating the refrigerant.

本発明は、上述の事情の下になされたもので、空調装置の小型化を図ることを課題とする。 The present invention has been made under the above-mentioned circumstances, and an object of the present invention is to reduce the size of an air conditioner.

上記課題を解決するために、実施形態に係る空調装置は、ペルチェ素子と電源と放熱フィンと送風機とを備える。ペルチェ素子は、電力を熱に変換する。電源は、ペルチェ素子に電力を供給する。放熱フィンは、ペルチェ素子から発せられる熱を放熱する。送風機は、放熱フィンに空気を供給する。放熱フィンは、複数のフィンで構成されている。複数のフィンは、送風機により供給される空気の送風方向の上流から下流に向う空気の流路を形成するように配列されている。空気の流路の断面積は、空気の送風方向の上流から下流に向かって広くなっている。複数のフィンは、空気の送風方向の上流側に空気の流路の断面積を広げるようにテーパ面を有している。 In order to solve the above problems, the air conditioner according to the embodiment includes a perche element, a power supply, heat radiation fins, and a blower. The Pelche element converts electric power into heat. The power supply supplies power to the Pelche element. The heat dissipation fins dissipate heat generated from the Pelche element. The blower supplies air to the radiating fins. The heat radiation fin is composed of a plurality of fins. The plurality of fins are arranged so as to form an air flow path from upstream to downstream in the blowing direction of the air supplied by the blower. The cross-sectional area of the air flow path widens from upstream to downstream in the air blowing direction. The plurality of fins have a tapered surface so as to widen the cross-sectional area of the air flow path on the upstream side in the air blowing direction.

実施形態１に係る空調装置の構成図である。It is a block diagram of the air conditioner which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施形態１に係る放熱フィンの斜視図である。It is a perspective view of the heat radiation fin which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施形態１に係る放熱フィンの平面図である。It is a top view of the heat radiation fin which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施形態１に係る放熱フィンの側面図である。It is a side view of the heat radiation fin which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施形態２に係る放熱フィンの平面図である。It is a top view of the heat radiation fin which concerns on Embodiment 2. FIG.

（実施形態１）
以下、実施形態に係る空調装置について、図を参照して説明する。説明にあたっては、相互に直行するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸からなるＸＹＺ座標系を適宜用いる。 (Embodiment 1)
Hereinafter, the air conditioner according to the embodiment will be described with reference to the drawings. In the description, an XYZ coordinate system consisting of X-axis, Y-axis, and Z-axis that are orthogonal to each other is appropriately used.

図１は、実施形態に係る空調装置１の構成図である。空調装置１は、ペルチェ素子１０、電源２０、放熱フィン３０、送風機５０、筐体７０を有する。 FIG. 1 is a configuration diagram of an air conditioner 1 according to an embodiment. The air conditioner 1 includes a Pelche element 10, a power supply 20, a heat radiation fin 30, a blower 50, and a housing 70.

ペルチェ素子１０は、直流電流を供給されることにより、素子の両面に温度差を生じる。ペルチェ素子の寸法は、暖房もしくは冷房能力に応じて決められる。 The Pelche element 10 is supplied with a direct current to generate a temperature difference on both sides of the element. The dimensions of the Pelche element are determined according to the heating or cooling capacity.

電源２０は、ペルチェ素子１０に直流電流を供給する。電源２０は、例えば、１００ボルトの商用電力を入力し、直流電圧を出力するＡＣ／ＤＣコンバータである。電源２０は、ペルチェ素子１０の規格にあった直流電圧を出力する。ここでは、電源２０がペルチェ素子１０の＋Ｚ側の面が−Ｚ側の面よりも高温になるように電力を供給しているものとする。また、電源２０は、後述する送風機５０に電力を供給する。 The power supply 20 supplies a direct current to the Pelche element 10. The power supply 20 is, for example, an AC / DC converter that inputs 100 volts of commercial power and outputs a DC voltage. The power supply 20 outputs a DC voltage conforming to the standard of the Pelche element 10. Here, it is assumed that the power supply 20 supplies electric power so that the surface on the + Z side of the Pelche element 10 has a higher temperature than the surface on the −Z side. Further, the power supply 20 supplies electric power to the blower 50 described later.

放熱フィン３０は、ペルチェ素子１０から発せられる熱を放熱するための部品である。放熱フィン３０は、放熱フィン３０の−Ｚ側の面がペルチェ素子１０の＋Ｚ側の面に接して設けられる。放熱フィン３０のＸＹ面の寸法は、ペルチェ素子１０のＸＹ面の寸法に応じて決められる。放熱フィン３０のＺ方向の寸法は、ペルチェ素子１０から放出される熱量に応じて決められる。 The heat radiating fin 30 is a component for radiating heat generated from the Pelche element 10. The heat radiation fin 30 is provided so that the surface on the −Z side of the heat radiation fin 30 is in contact with the surface on the + Z side of the Pelche element 10. The dimension of the XY surface of the heat radiation fin 30 is determined according to the dimension of the XY surface of the Pelche element 10. The dimension of the heat radiation fin 30 in the Z direction is determined according to the amount of heat emitted from the Pelche element 10.

送風機５０は、風によって放熱フィン３０に空気を供給する。送風機５０は、例えば、直流モータで動作するファンである。送風機５０は、放熱フィン３０の−Ｘ側に配置されている。 The blower 50 supplies air to the radiating fins 30 by the wind. The blower 50 is, for example, a fan operated by a DC motor. The blower 50 is arranged on the −X side of the heat radiation fin 30.

筐体７０は、ペルチェ素子１０，電源２０，送風機５０を固定するための部材である。筐体７０は平板であってもよいし、ペルチェ素子１０，電源２０，放熱フィン３０、送風機５０を収容するケースであってもよい。放熱フィン３０は、放熱フィン３０の重量がペルチェ素子１０に加わらないように、筐体７０に固定されていてもよい。 The housing 70 is a member for fixing the perche element 10, the power supply 20, and the blower 50. The housing 70 may be a flat plate, or may be a case that accommodates the Pelche element 10, the power supply 20, the heat radiation fins 30, and the blower 50. The heat radiating fin 30 may be fixed to the housing 70 so that the weight of the heat radiating fin 30 is not applied to the Pelche element 10.

図２は、放熱フィン３０の斜視図である。図３は、放熱フィン３０の平面図である。図４は、放熱フィン３０のＹＺ面の側面図である。放熱フィン３０は、複数のフィン３２、３３，３４，３５，３６，３７と、ベース３１とで構成されている。フィン３２、３３，３４，３５，３６，３７は、ベース３１に固定されている。ここでは、放熱フィン３０が６個のフィンで構成されている場合について説明するが、フィンの数は限定されない。複数のフィン３２、３３，３４，３５，３６，３７は、送風機５０により供給される空気の送風方向の上流から下流に向う空気の流路Ｒを形成するように配列されている。 FIG. 2 is a perspective view of the heat radiation fin 30. FIG. 3 is a plan view of the heat radiation fin 30. FIG. 4 is a side view of the YZ surface of the heat radiation fin 30. The heat radiation fin 30 is composed of a plurality of fins 32, 33, 34, 35, 36, 37 and a base 31. The fins 32, 33, 34, 35, 36, 37 are fixed to the base 31. Here, a case where the heat dissipation fin 30 is composed of six fins will be described, but the number of fins is not limited. The plurality of fins 32, 33, 34, 35, 36, 37 are arranged so as to form an air flow path R from upstream to downstream in the blowing direction of the air supplied by the blower 50.

図３に示されるように、フィン３２、３３，３４，３５，３６，３７形状は、開口４１のＹ軸方向の長さＬ１が開口４２のＹ軸方向の長さＬ２より短くなるように形成されている。これにより、空気の流路ＲのＹＺ面の断面積は、空気の送風方向の上流（−Ｘ側）から下流（＋Ｘ側）に向かって広くなる。 As shown in FIG. 3, the fins 32, 33, 34, 35, 36, 37 shapes are formed so that the length L1 of the opening 41 in the Y-axis direction is shorter than the length L2 of the opening 42 in the Y-axis direction. Has been done. As a result, the cross-sectional area of the YZ plane of the air flow path R becomes wider from the upstream (−X side) to the downstream (+ X side) in the air blowing direction.

また、図２に示されるように、フィン３２、３３，３４，３５，３６，３７の−Ｘ側（空気の送風方向の上流側）の端部には、空気の流路Ｒの断面積を広げるようにテーパ面４３が形成されている。図４では、テーパ面４３をドットパターンで表している。図３に示されるように、フィン３２、３３，３４，３５，３６，３７にテーパ面４３を設けることにより、開口４１の−Ｘ側の端のＹ軸方向の長さＬ３は、開口４１の少し＋Ｘ側のＹ軸方向の長さＬ１より長くなる。これにより、空気を取り込む開口４１のＹＺ面の断面積が広くなる。 Further, as shown in FIG. 2, the cross-sectional area of the air flow path R is provided at the end of the fins 32, 33, 34, 35, 36, 37 on the −X side (upstream side in the air blowing direction). The tapered surface 43 is formed so as to be widened. In FIG. 4, the tapered surface 43 is represented by a dot pattern. As shown in FIG. 3, by providing the tapered surface 43 on the fins 32, 33, 34, 35, 36, 37, the length L3 of the −X side end of the opening 41 in the Y-axis direction is the length L3 of the opening 41. It is slightly longer than the length L1 in the Y-axis direction on the + X side. As a result, the cross-sectional area of the YZ surface of the opening 41 that takes in air becomes wide.

次に、空調装置１の動作について説明する。ペルチェ素子１０は、電源２０から直流電流を供給され、＋Ｚ面の温度が−Ｚ面の温度に対して上昇する。ペルチェ素子１０の＋Ｚ側の面から発熱された熱量は放熱フィン３０に伝搬し、放熱フィン３０から放熱される。送風機５０は、電源２０から電力を供給され、放熱フィン３０に向かって送風する。 Next, the operation of the air conditioner 1 will be described. A direct current is supplied from the power source 20 to the Pelche element 10, and the temperature of the + Z plane rises with respect to the temperature of the −Z plane. The amount of heat generated from the + Z side surface of the Pelche element 10 propagates to the heat radiating fins 30 and is radiated from the heat radiating fins 30. The blower 50 is supplied with electric power from the power source 20 and blows air toward the heat radiation fins 30.

図３に示されるＬ３の範囲で受けた空気は、放熱フィン３０のテーパ面４３により開口４１に導かれる。放熱フィン３０は、テーパ面４３を有しているので、多くの空気を開口４１に導くことができる。放熱フィン３０の＋Ｘ側の開口４２の断面積は、−Ｘ側の開口４１の断面積よりも大きくなっている。このような構造とすることで、開口４１から開口４２に向かう空気と放熱フィン３０との空気抵抗を小さくしている。開口４１から挿入された空気の温度は放熱フィン３０（フィン３２、３３，３４，３５，３６，３７）の熱により上昇し、放熱フィン３０は冷却される。温度が上昇した空気は、送風機５０により開口４２に向かって送風される。 The air received in the range of L3 shown in FIG. 3 is guided to the opening 41 by the tapered surface 43 of the heat radiation fin 30. Since the heat radiation fin 30 has the tapered surface 43, a large amount of air can be guided to the opening 41. The cross-sectional area of the opening 42 on the + X side of the heat radiation fin 30 is larger than the cross-sectional area of the opening 41 on the −X side. With such a structure, the air resistance between the air from the opening 41 toward the opening 42 and the heat radiating fin 30 is reduced. The temperature of the air inserted from the opening 41 rises due to the heat of the heat radiation fins 30 (fins 32, 33, 34, 35, 36, 37), and the heat radiation fins 30 are cooled. The air whose temperature has risen is blown toward the opening 42 by the blower 50.

放熱フィン３０の開口４１には、送風機５０により新たな空気が順次供給される。ペルチェ素子１０が発熱した熱量により温度が上昇した放熱フィン３０は、新たな空気を加熱し、加熱された空気は開口４２から順次排出される。この動作を継続することで、空調装置１は、周囲の温度を上昇させる。 New air is sequentially supplied to the opening 41 of the heat radiation fin 30 by the blower 50. The heat radiation fin 30 whose temperature has risen due to the amount of heat generated by the Pelche element 10 heats new air, and the heated air is sequentially discharged from the opening 42. By continuing this operation, the air conditioner 1 raises the ambient temperature.

なお、上記の説明では、ペルチェ素子１０の＋Ｚ側の面の温度が−Ｚ側の面の温度より高くなる場合について説明したが、ペルチェ素子１０に印加する電圧を逆極性にすることにより、ペルチェ素子１０の＋Ｚ側の面の温度を−Ｚ側の面の温度より低くすることもできる。この場合、放熱フィン３０は、ペルチェ素子１０から冷温を伝搬し、空気を冷却する。 In the above description, the case where the temperature of the surface on the + Z side of the Pelche element 10 is higher than the temperature of the surface on the −Z side has been described. The temperature of the surface on the + Z side of the element 10 can be made lower than the temperature of the surface on the −Z side. In this case, the heat radiation fin 30 propagates the cold temperature from the Pelche element 10 to cool the air.

また、上記の説明では、図２乃至図４に示すように、フィン３２、３３，３４，３５，３６，３７の＋Ｚ側の面と−Ｚ側の面の形状が同じである場合を例にして説明したが、フィンの形状はこれに限定されない。例えば、フィンは、＋Ｚ側程細い形状であってもよい。 Further, in the above description, as shown in FIGS. 2 to 4, the case where the + Z side surface and the −Z side surface of the fins 32, 33, 34, 35, 36, 37 have the same shape is taken as an example. However, the shape of the fin is not limited to this. For example, the fin may have a shape as thin as the + Z side.

上記の説明では、電源２０がＡＣ／ＤＣコンバータである場合について説明したが、電源２０は蓄電池で動作するＤＣ／ＤＣコンバータであってもよいし、電源２０が蓄電池であってもよい。 In the above description, the case where the power supply 20 is an AC / DC converter has been described, but the power supply 20 may be a DC / DC converter operated by a storage battery, or the power supply 20 may be a storage battery.

以上に説明したように、実施形態に係る空調装置１は、駆動ポンプ、圧縮機、凝縮器、膨張弁、および冷媒を循環させるパイプを必要とするヒートサイクルを必要としないので、空調装置の小型化を図ることができる。 As described above, the air conditioner 1 according to the embodiment does not require a heat cycle that requires a drive pump, a compressor, a condenser, an expansion valve, and a pipe for circulating the refrigerant, and thus the size of the air conditioner is small. Can be achieved.

また、実施形態に係る空調装置１は、駆動ポンプ等の可動部分が無いため、振動・騒音を発生しない。また、実施形態に係る空調装置１は、疲労・破損する機械部品が無いため、取扱いが簡単であり、故障が少なく、耐用期間が長い。 Further, since the air conditioner 1 according to the embodiment does not have a moving part such as a drive pump, it does not generate vibration or noise. Further, since the air conditioner 1 according to the embodiment has no mechanical parts that are fatigued or damaged, it is easy to handle, has few failures, and has a long service life.

また、実施形態に係る空調装置１は、フロン等の冷媒を使用していないので、環境に対する悪影響が無い。また、冷媒のガス漏れ、腐蝕性液体の漏れ等の心配が無く、保守が容易である。 Further, since the air conditioner 1 according to the embodiment does not use a refrigerant such as chlorofluorocarbon, there is no adverse effect on the environment. In addition, there is no concern about leakage of refrigerant gas, leakage of corrosive liquid, etc., and maintenance is easy.

また、実施形態に係る空調装置１は、電流の方向を変えるだけで、暖房と冷却を切り替えることができる。また、実施形態に係る空調装置１は、ペルチェ素子で冷暖房を行うので、冷媒の加熱もしくは冷却に時間を要しないので、温度応答特性が良い。 Further, the air conditioner 1 according to the embodiment can switch between heating and cooling only by changing the direction of the electric current. Further, since the air conditioner 1 according to the embodiment cools and heats with a Pelche element, it does not take time to heat or cool the refrigerant, so that the temperature response characteristic is good.

空気の温度は、空気の送風方向の上流（−Ｘ側）から下流（＋Ｘ側）に向かって徐々に高くなる。実施形態に係る空調装置１は、放熱フィン３０の空気の流路Ｒの断面積が空気の送風方向の上流（−Ｘ側）から下流（＋Ｘ側）に向かって広くなっているので、フィン３２、３３，３４，３５，３６，３７の単位面積を冷却する空気の量が多い。よって、実施形態に係る空調装置１は、送風方向下流の空気の温度上昇を低減でき、放熱効果を高めることができる。 The temperature of the air gradually increases from the upstream (−X side) to the downstream (+ X side) in the air blowing direction. In the air conditioner 1 according to the embodiment, since the cross-sectional area of the air flow path R of the heat radiation fin 30 is widened from the upstream (−X side) to the downstream (+ X side) in the air blowing direction, the fin 32 , 33, 34, 35, 36, 37 The amount of air that cools the unit area is large. Therefore, the air conditioner 1 according to the embodiment can reduce the temperature rise of the air downstream in the blowing direction and enhance the heat dissipation effect.

また、放熱フィン３０は、空気の送風方向の上流側に空気の流路Ｒの断面積を広げるようにテーパ面４３を有しているので、多くの空気を開口４１に導くことができる。 Further, since the heat radiation fin 30 has a tapered surface 43 so as to widen the cross-sectional area of the air flow path R on the upstream side in the air blowing direction, a large amount of air can be guided to the opening 41.

（実施形態２）
実施形態２では、放熱フィン３０の他の実施形態について、図５を参照して説明する。実施形態１と同じ説明は省略する。 (Embodiment 2)
In the second embodiment, another embodiment of the heat radiation fin 30 will be described with reference to FIG. The same description as in the first embodiment will be omitted.

図５は、実施形態２に係る放熱フィン３０の平面図である。図５に示されるように、放熱フィン３０のフィン３２、３３，３４，３５，３６，３７は、空気の送風方向（Ｘ軸方向）に並ぶ複数の小フィンで構成されている。フィン３２は、小フィン３２１，３２２，３２３，３２４，３２５で構成されている。フィン３３，３４，３５，３６，３７も５個の小フィンで構成されている。ここでは、フィン３２、３３，３４，３５，３６，３７それぞれが、５個の小フィンで構成されている場合について説明するが、小フィンの数は限定されない。 FIG. 5 is a plan view of the heat radiation fin 30 according to the second embodiment. As shown in FIG. 5, the fins 32, 33, 34, 35, 36, 37 of the heat radiation fin 30 are composed of a plurality of small fins arranged in the air blowing direction (X-axis direction). The fin 32 is composed of small fins 321, 322, 323, 324, 325. The fins 33, 34, 35, 36, 37 are also composed of five small fins. Here, a case where each of the fins 32, 33, 34, 35, 36, and 37 is composed of five small fins will be described, but the number of small fins is not limited.

放熱フィン３０は、フィン３２、３３，３４，３５，３６，３７それぞれを複数の小フィンで構成することで空気との接触面積を増やすことができ、放熱効果を高めることができる。 The heat radiating fin 30 can increase the contact area with air by forming each of the fins 32, 33, 34, 35, 36, 37 with a plurality of small fins, and can enhance the heat radiating effect.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施しうるものであり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although some embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other embodiments, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and variations thereof are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the scope of the invention described in the claims and the equivalent scope thereof.

１…空調装置
１０…ペルチェ素子
２０…電源
３０…放熱フィン
３１…ベース
３２〜３７…フィン
３２１〜３２５…小フィン
３７１〜３７５…小フィン
４１…開口
４２…開口
４３…テーパ面
５０…送風機


1 ... Air conditioner 10 ... Perche element 20 ... Power supply 30 ... Radiation fin 31 ... Base 32 to 37 ... Fins 3213 to 225 ... Small fins 371 to 375 ... Small fins 41 ... Opening 42 ... Opening 43 ... Tapered surface 50 ... Blower

Claims (2)

電力を熱に変換するペルチェ素子と、
前記ペルチェ素子に電力を供給する電源と、
前記ペルチェ素子から発せられる熱を放熱する放熱フィンと、
前記放熱フィンに空気を供給する送風機と、
を備え、
前記放熱フィンは、複数のフィンで構成されており、
複数の前記フィンは、前記送風機により供給される前記空気の送風方向の上流から下流に向う前記空気の流路を形成するように配列されており、
前記空気の前記流路の断面積は、前記空気の送風方向の上流から下流に向かって広くなっており、
複数の前記フィンは、前記空気の送風方向の上流側に前記空気の前記流路の断面積を広げるようにテーパ面を有している空調装置。 A Pelche element that converts electric power into heat,
A power supply that supplies power to the Pelche element and
The heat dissipation fins that dissipate the heat generated from the Pelche element,
A blower that supplies air to the heat dissipation fins,
Equipped with
The heat radiation fin is composed of a plurality of fins.
The plurality of fins are arranged so as to form a flow path of the air from upstream to downstream in the blowing direction of the air supplied by the blower.
The cross-sectional area of the flow path of the air is widened from upstream to downstream in the air blowing direction of the air.
The plurality of fins, the flow path air conditioner that has a tapered surface so as to increase the cross-sectional area of the air on the upstream side of the blowing direction of the air. 複数の前記フィンは、前記空気の送風方向に並ぶ複数の小フィンで形成されている請求項１に記載の空調装置。 A plurality of said fins, air conditioner according to claim 1 which is formed by a plurality of small fins arranged in the blowing direction of the air.
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