JPH0143226B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は一般的に、熱交換壁の間に装着された
熱電素子（または熱電対）から成る熱電装置に関
し、熱交換器は温流体が流れる暖交換器および冷
流体が流れる冷交換器に属するものである。

この種の装置は、熱交換壁が温流体と冷流体に
よつて異なる温度に保たれている時連続的電流を
発生するために使用するか、あるいはこれと逆
に、熱電対を電流が通過する時一方の液体を他方
に関して熱するか冷却することを目的として熱交
換壁を異なる温度に保つために使用することがで
きる。電流は普通交換器によつて熱電対へ送られ
る。しかし熱電モジユールが使用される場合に
は、直接的にモジユールへ給電される。

本発明はより詳細に、但し非制限的に言うと後
者のタイプの装置に関するものであり、熱電対は
連続的に給電されて熱交換壁の間で異なる温度を
維持する働きをする。このような装置は「ヒート
ポンプ」と呼ばれるもので、１つの流体を別の流
体を使つて加熱または冷却することにより空調目
的に使用することができる。実際上、熱電対には
電流の方向に熱量を移動するＰ型式熱電対と、電
流と反対方向に熱量を移動するＮ型式熱電対の２
種類がある。従つてＮ型式とＰ型式の熱電対を熱
交換器の両側に配置することにより、これらの熱
電対により生み出される同一特質（熱いか冷た
い）の熱流動が熱交換器に向かつて集まるか、あ
るいは電流方向に従つて拡散する。

過去に出された提案では、暖交換器と冷交換器
とを熱電対と交互に積重ねて熱電装置を形成し、
熱電対は電気的に絶縁されるかされていない１つ
または複数個の交換器の両側に配置され、前記積
重ね層またはコラムはコンパクトアセンブリを形
成すべく並べて配置され、このコンパクトアセン
ブリにおいて熱電対は平行な平面または列に配置
され、熱交換器は互いに向かい合うように配置さ
れて温流体または冷流体用循環ダクトを形成す
る。各コラムにある構成要素は、同時にいくつか
のコラムの締め付けを保証すると共にこれら異な
る要素のアセンブリを助けると同時にその間に十
分な電気的接続を保証するよう構成された装置を
用いて、同一コラムの熱電対と交換器とを圧縮す
ることによつて連結されているだけである。その
上、コラム間の電気的接続はその端部において行
なわれる。

先行技術の装置においては、同一コラムにある
交換器は共通の軸に沿つて積み重ねられ、その軸
に沿つて締め付けられる。しかしながら熱流動に
よる膨張、積み重ねたいろいろな構成要素の仕上
げ精度による厚みの不揃いが生じることから、い
くつかのコラムの同一平面上に並ぶ交換器を正確
に整列せしめ、かつ引き締めを行なう際に熱電対
と交換器との間に完全な接触を得るためには、相
当の引き締め応力をかけることが必要となるのだ
が、熱電対は機械的特性、特に剪断抵抗力が比較
的弱いためこの応力は受容し難いものである。

熱電対と交換器との間に完全な接触を得、かつ
同一列にある交換器の正確な一列整列を得るため
に締め付けを行なう際生じる応力を減少させるた
め、一般にいろいろな手段が用いられている。と
りわけ変形交換器が用いられるが、この種の交換
器は構成が難かしく、それが故にコスト高となる
上、変換器のある種の部品はコラム締め付けの際
に変形できるよう薄くせねばならないため、その
熱伝導性および電気伝導性が弱くなつてしまう。

周知の構造をもつある種の装置において起こり
得ることとしては、熱電対にかかる張力を増加さ
せないようにすると同一列の交換器が完全に一列
整列されず、そのため交換器間の連結部を柔軟な
ものにしなければならなくなる。柔軟な連結部は
柔軟に接続することで生み出されるが、これはコ
スト高である上装着が困難で、運ばれる液体の漏
れの原因となる。

交換器間に柔軟な連結部を作るもう１つ別の方
法は、冷却または加熱されるべき液体を同一列に
ある交換器を通過する１本またはそれ以上の管ま
たはダクト内を循環させる方法である。しかしな
がら交換器間の連結を柔軟とするためには、その
管そのものが柔軟でなければならない。この場
合、管と交換器との間の接触圧力、この圧力は運
ばれる流体により生み出されるものであるが、こ
れを高くして交換器と管との間の熱接触抵抗をで
きるだけ小さくしなければならず、そのために同
一列および／または種々の列にある管の間での接
続が極めて複雑なものになつてしまう。

本発明の目的は、同一列にある交換器間の接続
を固定式のものにすることで上に概略を示したよ
うな欠点を解決しようとするものである。本発明
の目的とするところは、熱交換器の間に装着され
た熱電対から成り、この熱交換器は温流体または
冷流体用ダクトを備えておりかつ熱電対と交互に
積重ねられて積重ね層またはコラムを形成し、こ
のコラムはアセンブリまたは装着ラツクを形成す
るべく並べて配置され、前記アセンブリにおいて
熱電対は平行な平面上に配置されると共に交換器
は横列の形で互いに向かい合うように配置されて
１つは温流体用、もう１つは冷流体用の２つの流
体循環ダクトを構成しており、各コラムの構成要
素は締め付け手段により一緒に保持されている熱
電装置を提供することである。

この装置が特に注目されるのは、交換器の温流
体または冷流体用循環ダクトが積重ね層の締め付
け軸の外側に位置しているため、同一列に隣接す
る交換器がその循環ダクトの軸の周りをお互いに
関して回転でき、熱電対と交換器とは積重ね層の
締め付け軸に沿つて接触しており、それらの表面
のうち少なくとも１つが循環ダクトの軸に関して
回転可能となるような輪郭を有していて前記接触
はその上で行なわれる点である。

このようにすることで、並置されたいくつかの
コラムの構成要素を締め付ける際、交換器はそれ
らが形成するダクトの軸の周りを各コラムの構成
要素が互いに正しく支持し合う関係になるところ
まで回転することになり、同一列にある全ての交
換器により形成されるダクトはこうした１つとな
つて連続的な液体循環ダクトを作り出す。

交換器と熱電対との間の接触面の輪郭は、循環
ダクトの軸に平行で積重ね層の締め付け軸を通過
する軸を有する円筒形であつても良い。

あるいはまた交換器と熱電対その間の接触面の
輪郭は、その中心が積重ね層の締め付けの軸の上
にある球形であつても良い。

各交換器と熱電対との間の接触面が円筒形また
は球形であるために、熱電対の剪断応力を生じる
ことなくここでの回転が得られるのである。

本発明による装置は熱交換器から成り、各熱交
換器が熱電対の間に接触して配置されたウエブに
より形成され、また積重ね層の締付け軸に関して
外にありかつ隣り合うコラムの交換器のダクトと
同一軸を有するダクトにより横断されており、ダ
クト内部には電気的絶縁性があるかまたは交換器
から絶縁された剛性管がクリンプされており、前
記交換器は管の軸の周りに回転可能となる。

従つて締も付け応力の効果の下で交換器にどん
な変位が生じても、それは剛性管の周りでの回転
に転換され、交換器と熱電対との間の球形接触面
によつて前記回転は熱電対を破壊し得る剪断力を
生じることなく可能となるのである。

本発明のその他の特徴および長所は、添付図面
を参照しての以下の説明から明らかとなろう。

第１図から第３図に示す実施態様によれば、本
発明による「ヒートポンプ」式熱電装置は熱電対
または熱電要素子１から成り、熱電対１は各熱電
対の両側に配置された熱交換器２と３の間の温度
差を維持すべく連続的に電流が供給される。

これらの熱交換器２と３は熱い流体または加熱
されるべき流体がその中を流れる場合は暖交換器
であり、冷たい流体または冷却されるべき流体が
その中を流れる場合には冷交換器である。これら
温流体と冷流体の流れの方向は第１図中それぞれ
矢印ＣとＦで示されている。

熱交換器２と３は熱電対１と交互に積重ねられ
てコラム４を形成する。これらのコラムが並置さ
れ統合されて熱電アセンブリまたは装着ラツクを
形成し、その中で熱電対は平行な平面に配置さ
れ、交換器は列の形で互いに向かい合うように配
置される。交換器と熱電対とはコラム４に平行な
軸TTを有するタイロツドを用いて統合されてお
り、ここに示す非制限的実施例においては各タイ
ロツドが隣り合う２つのコラムの締め付けを行な
つている。

各コラムにおいて熱電対１は交換器２，３と電
気的に絶縁されていないため、同一コラムにある
熱電対の電気的接続は直線路に沿つて交換器を用
いて行なわれる。２つの隣り合うコラムの間の電
流通路は、２つの隣り合う交換器を連結して得ら
れる複式交換器２ａか、または隣り合うコラムに
ある２つの末端交換器２に取付けられた導体６
（柔軟またはそうでない）のどちらかによつて得
られる。電流は２つの交換器２に取付けられた入
力および出力導体７を通じて装置全体に送られ
る。

本発明によれば、各熱電対１は平担な表面と球
形の輪郭をもつ表面とを備えた円筒形ペレツトの
形をとる。各々の交換器２，３は実質的に平行六
面体のウエブ８により形成され、ウエブの表面の
１つ８ａは熱電対１の球形輪郭を有する表面と対
応する球状の輪郭を有する皿形部９を備えてお
り、これら２つが接触するようになつている。各
交換器はウエブ８の表面８ａに平行でかつ皿形部
９の中心を通る法線YYから距離Ｄだけ外れた軸
XXの円形断面を有するダクト１０により横断さ
れている。

同一列にあるダクト、従つて同一軸XXを有す
るダクトの中には、望ましくは熱伝導性の良い剛
性の管１１がクリンプされている。このクリンピ
ングは一定の応力結果の下でウエブ８が管１１の
周りで回転できるように行なわれる。剛性管１１
が銅やその他の金属など電気的に伝導性ある材料
から作られている場合、クリンピングに先立つて
管１１とダクト１０との間にはポリエステルフイ
ルムなどの電気絶縁材が挿入され、このフイルム
の働きでウエブ８が管１１の周りで回転するのが
容易になる。同一列になる交換器２または３の管
１１はその端部でエルボ１２により連結されてお
り連続的な流体回路を形成している。ここに示す
実施例（４列の熱電対と従つて５列の交換器２，
３を有する）においては、交換器２の列の管１１
はシヨルダ１３により互いに連結されており、矢
印Ｃの方向に循環する液体の１つ、例えば温流体
の単一循環回路を形成する。同様に、交換器３の
列の管１１がシヨルダ１４により互いに連結され
て、Ｆの方向に循環するもう１つの流体、例えば
冷流体の単一循環回路を形成する。シヨルダ１３
と１４の存在によつて管１１は互いにしつかりと
固定される。

熱電装置は下記の通り装着される。

交換器の各列は管１１と、同一列の管の連結シ
ヨルダ１２と共に形成されているため、これらの
列は交換器の皿形部９に熱電対を挿入することで
互いに積重ねられ、その熱電対の上にすぐ上にあ
る交換器の列が当てられる。全列の交換器と熱電
対（ここに示す例では１コラムにつき熱電対４つ
と交換器５つ）が積重ねられた後、支持プレート
１５と電気的に絶縁性ある円筒形接触片１６とに
取付けられた各タイロツド５が、同一列にありか
つ同一管により支持された２つの隣り合う交換器
の間を通つて交換器の列を縦走させることによつ
て導入され、支持プレート１５は円筒形接触片１
６によつて締付けられるべきコラムの積重ね軸
YYに沿つて一番下の列にある交換器の下側に当
てられる。タイロツド１５が横断する締付けプレ
ート１７は電気的に絶縁性ある円筒形接触片１８
によつて最上列の対応するコラムにある交換器の
上に当てられ、ナツト１９がタイロツド５の上に
ねじ止めされて各列の互いの間での締め付けを保
証する。締め付けの後、暖冷両流体の連続的循環
を確保するためにシヨルダ１３と１４が例えば熔
接などの方法によつて管に連結される。

コラムの軸YYに平行な軸TTに沿うタイロツ
ド５の締め付け動作の下で、交換器のウエブ８と
同一コラムの対応する熱電対１とが共に締め付け
られる。種々の構成要素の製造の際に生じ得る寸
法差が原因でコラムの高さに差が生じたり、同一
列にある結換器のウエブが完全に同一平面に配置
されなくなることがある。同一列にある交換器を
連結するシヨルダ１２と管１１とは剛性であるた
め、またタイロツドによる締付けが管１１の対応
する軸から距離Ｄだけ外れた軸YYに沿つて行な
われるため、軸１１の周りで交換器のウエブ８の
管１１に関する回転が生じる。それによつて寸法
上の差があつてもコラムを完全に締付けることが
可能になり、交換器の間で管が変形したりまたそ
の間に置かれた熱電対が破壊されることなく前記
締め付けが実現される。交換器のウエブ８の皿形
部９と熱電対の球形支持表面とによりウエブ８の
回転が可能となり、それによりウエブ８の回転の
際生じる剪断により熱電対を破壊することなく、
交換器上に熱電対を完全に接触することが保証さ
れる。

従つて本発明によれば、暖流体および冷流体の
循環用管が剛性かつ連続的管１１で構成され、か
つ交換器と熱電対との間に完全な熱伝導と電気伝
導が存在するために、漏れの危険のない液体循環
用管から成る熱電装置を設計することが可能とな
る。この完全な電気伝導および熱伝導は、熱電対
と交換器を積重ねる際に寸法上の差異が生じても
タイロツドによつて熱電対と交換器との間に相当
の締め付けが実現できることから獲得できるもの
である。これらの特徴は交換器が管１１に関して
回転することと、交換器と熱電対との間の球形接
触面を利用することによつて達成される。

交換器と熱電対とは互いに固定式に連結される
ことなく球状の輪郭を有する少なくとも１つの表
面によつてのみ接触しているだけであるため、こ
の接触によつて同一列にある交換器の間に熱膨脹
による差異が生じても良い。

交換器２，３のウエブ８のダスト１０と管１１
との間に電気的絶縁性のあるフイルム２０が存在
することで、交換器２，３と管１１との間で熱抵
抗を余り増加させることなく電気的絶縁性を保証
する一方で、このフイルムが平滑であればウエブ
８が管１１に関して回転するのも容易にし、さら
にそれによつてタイボルト５によるコラムの締め
付けも容易にしている。

第４図に示す実施態様に拠れば、交換器１０
２，１０３と熱電対１０１とは交換器の循環ダク
トの軸XXに対し平行な軸ZZを有する円筒形の輪
郭をもつ少なくとも１つの表面によつて接触する
ようにしても良い。この場合ウエブ１０８の皿形
部１０９ａと、これに対応する熱電対の支持表面
とは円筒形の輪郭を有している。球形の輪郭の場
合と同様にこの円筒形の輪郭も交換器が互いの間
で回転するのを容易にするのと共に熱膨脹にする
差が生じることを可能にする。

第５図に示す実施態様に拠れば、熱電装置は熱
電対１と、ダクト１０を備えたウエブ８により形
成される交換器２，３とから構成される。ダクト
１０は１方の側に管状伸張部２１を有し、他方の
側にはダクト１０の内部で隣りにある交換器の管
状伸張部を受容するための円形室１０を有してお
り、前記室はシールを囲む環状の周辺溝２３が備
えられている。こうして同一列にある交換器が互
いに入れるにされて流体循環用管が形成される。
シール２４で入れるにして連結することによつ
て、タイロツドが締め付けを行なう際交換器が互
いに関してダクト１０の軸XXの周りに回転でき
るようになると共に、流体循環用管の連結性も保
持される。

異なるコラムにある交換器間の電気的絶縁を保
証するために、管状伸張部２１はその外表面と終
端部とを絶縁ペイントのような絶縁ライニング
か、ポリエスステルのような絶縁材でできた連結
部材により被覆されても良い。この実施態様で
は、流体は常に電気伝導性の低いものとするか、
ダクト１０が内部絶縁コーテイングを有すること
が望ましい。

以上に示した実施態様では、熱電対が平坦面か
球状または円筒状の表面を有する円筒形または平
行六面体ペレツトの形状をとつているが、熱電対
は２つの表面を球状または円筒形としても良く、
また２つの表面を平担にしてその上に熔接で２枚
のプレートを取り付けて、プレートの少なくとも
１つを球状または円筒状の表面を有するものとし
てこれと対応する形状を有する交換器２，３の皿
形部９の中に嵌合されるようにしても良い。

さらにまた、熱電対が球状または円筒形の皿形
部を有する一方、交換器が熱電対のそれに対応す
る輪郭のボスを有するようにしても良い。

各熱電対の代わりにいくつかの熱電対で構成さ
れる熱電モジユールを用い、その上に円筒状また
は球状の輪郭の表面を有する少なくとも２枚のプ
レートを装着しても良い。熱電モジユールの電気
供給は周知の方法で行なわれ、各々の熱電モジユ
ールは交換器から電気的に絶縁される。この場
合、隣り合う交換器の間、特に交換器と循環器と
の間に電気的絶縁を保証する必要性はなくなる。

第５図の実施態様において熱電モジユールを使
用すると、管状伸張部２１の絶縁ライニングを省
くことが可能になる。交換器がもはや励磁されな
い以上、流体は電気的導体でも良い。

第６図に示すもう１つ別の実施態様に熱電モジ
ユールを使用する場合、１本のダクトを形成する
同一列にある交換器は単一片で形成することがで
きる。各交換器の間に肉厚を薄くした部分２５が
形成され、この部分２５においてそれらを構成す
る延性材料が変形することにより交換器が互いに
関して回転できるようになつている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施態様である熱電装置の略
正面図、第２図は本発明に拠る熱電装置の第１図
の線２−２に沿つてとつた略断面図、第３図は本
発明による熱電装置の第１図および第２図より縮
尺の大きい、部分的に分解した斜視図、第４図は
本発明による熱電装置の変形例を示す第３図と同
一形成の部分略図、第５図は本発明に拠る熱電装
置の別の変形例を示す略部分断面図、第６図は本
発明による熱電装置のもう１つ別の変形例の略部
分断面図である。 １……熱電対、２，３……熱交換器、４……コ
ラム、８……ウエブ、９……皿形部、１０……ダ
クト、１１……管、１２，１３，１４……シヨル
ダ、１５……タイロツド、１０１……熱電対、１
０２，１０３……熱交換器、１０８……ウエブ、
１０９……皿形部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 温流体または冷流体用循環ダクトを備えた熱
   交換器の間に装着された熱電素子から成り、前記
   熱電素子と交換器とが交互に積み重ねられて積重
   ね層またはコラムを形成し、前記積重ね層または
   コラムが並べて配置されてアセンブリまたは装着
   ラツクを形成しており、前記アセンブリにおいて
   熱電素子は平行な平面上に配置され、交換器は列
   の形式で互いに向き合うように配置されて１つは
   温流体用、もう１つは冷流体用の２つの流体循環
   ダクトを分離形式しており、各コラムにある構成
   要素は締め付け手段によつて一緒に保持されてい
   る熱電装置であつて、交換器の温冷両流体用の循
   環ダクトはコラムの締め付け軸の外に位置するた
   め１つの列に隣接する交換器はその循環ダクトの
   軸の周りで互いに関して回転可能であり、熱電素
   子と交換器とはコラムの締め付け軸に沿つて接触
   しており、前記熱電素子と交換器の表面のうち少
   なくとも１つが循環ダクトの軸に関する回転を可
   能にする輪郭を有していて前記接触は熱電素子と
   交換器との表面上で行なわれる熱電装置。 ２ 前記交換器と前記熱電素子との間の接触面の
   輪郭が、前記コラムの締め付け軸を通過しかつ循
   環ダクトの軸に平行な軸を有する円筒形である特
   許請求の範囲第１項に記載の装置。 ３ 前記交換器と前記熱電素子との間の接触面の
   輪郭が、その中心が前記コラムの締め付け軸上に
   位置する球形である特許請求の範囲第１項に記載
   の熱電装置。 ４ ウエブにより形成される熱交換器から成り、
   前記ウエブは前記熱電素子の間にこれと接触して
   配置され、かつ前記コラムの締め付け軸から外れ
   ており隣り合うコラムにある交換器のダクトと同
   一軸を有するダクトにより横断されており、前記
   ダクトの中に電気的に絶縁性あるいは交換器から
   絶縁された剛性の管がクリンプされており、交換
   器は前記管に関してダクトの軸の周りで回転可能
   である特許請求の範囲第１項から第３項の何れか
   に記載の熱電装置。 ５ 電気的に絶縁性あるフイルムが電気的に伝導
   性ある剛性管と交換器のダクトとの間に挿入され
   ている特許請求の範囲第４項に記載の熱電装置。 ６ ウエブにより形成される熱交換器から成り、
   前記ウエブは熱電素子の間に配置され、かつ前記
   コラムの締め付け軸に関して外れており同一横列
   にある交換器のダクトと同一軸を有するダクトに
   より横断されており、交換器はそのダクトにより
   互いに嵌合されている特許請求の範囲第１項から
   第３項の何れかに記載の熱電装置。 ７ 各交換器のダクトが一方の側にダクトの管状
   伸張部を有し、もう一方の側には隣り合う交換器
   の管状伸張部を収納するための円形室をダクト内
   に有している特許請求の範囲第６項に記載の熱電
   装置。 ８ 前記熱電素子が平担な表面を有するペレツト
   形状を有し、前記平担面の上に少なくともそのう
   ち１つは循環ダクトの軸に関して回転を可能とす
   る輪郭の表面を有するプレートが装着されている
   特許請求の範囲第１項から第７項の何れかに記載
   の熱電装置。 ９ 前記熱電素子が熱電モジユールであり、その
   上に少なくとも１つは循環ダクトの軸に関して回
   転が可能となるような輪郭の表面を有するプレー
   トが装着されている特許請求の範囲第１項から第
   ７項の何れかに記載の熱電装置。 １０ 同一列にある交換器が単一片から形成され
   前記交換器の間に設けられた肉厚を薄くした部分
   により交換器が循環ダクトの軸の周りで一緒に回
   転することが可能となつている特許請求の範囲第
   １項から第３項の何れかに従属する場合の特許請
   求の範囲第９項に記載の熱電装置。