JPH05340658A - 電子冷却冷蔵庫 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 冷却運転停止時での外部から電子冷却素子２
９を介しての被冷却室２７内への熱の流入を抑制する。 【構成】 冷却運転時には、電磁コイル５９に通電して
作動プランジャ５３を放熱用熱交換器３５に押し付け、
放熱用熱交換器３５と電子冷却素子２９とを密着させ
る。冷却運転停止時には、電磁コイル５９への通電を停
止し、放熱用熱交換器３５はスプリング５７に引張られ
る作動プランジャ５３に伴って電子冷却素子２９から離
れる方向に移動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、電子冷却素子に電力
を供給することで一方の端部に形成される低温領域の冷
却熱を利用して被冷却室内を冷却する電子冷却冷蔵庫に
関する。

【０００２】

【従来の技術】電力を供給することで一方の端部に低温
領域が、他方の端部に高温領域が形成される電子冷却素
子を用いた、いわゆる電子冷却冷蔵庫を図８に示す。こ
の電子冷却冷蔵庫は、キャビネット１の断熱壁３の背面
の部分に、キャビネット１内の被冷却室５と外部とを連
通する貫通孔７が形成され、この貫通孔７に電子冷却素
子９が設けられている。被冷却室５内には、電子冷却素
子９の低温領域側の端部が接触する冷却用熱交換器１１
が、一方被冷却室５の背面側には電子冷却素子９の高温
領域側の端部が接触する放熱用熱交換器１３がそれぞれ
設置されている。このような電子冷却冷蔵庫では、一般
に被冷却室５内側は空気の自然対流で冷却用熱交換器１
１により、被冷却室５内の空気や負荷は冷却され、周囲
の空気より低い温度に保たれる。一方、放熱側は周囲空
気に放熱するため、素子の低温端部と高温端部との温度
差は大きくなる。よって、放熱側は電子冷却素子の特性
から素子の入力と冷却能力との比で定める冷却効率は約
２５％と低くなり、冷却熱量の約５倍の熱量を放熱する
必要がある。このため、放熱用熱交換器１３の伝熱面積
を大きくするだけでは充分な放熱ができず、放熱用熱交
換器１３側には放熱用送風機１５が設けられている。

【０００３】電子冷却冷蔵庫の電源１７を投入すると、
直流電源１８から電子冷却素子９に電力が供給されると
ともに、放熱用送風機１５も運転される。このとき、電
子冷却素子９の一方の端部に形成される低温領域から冷
却用熱交換器１１を介して被冷却室５内が冷却され、ま
た電子冷却素子９の他方の端部に形成される高温領域か
ら放熱用熱交換器１３を介して周囲空気に放熱される。

【０００４】このような電子冷却冷蔵庫の冷却性能を確
保するには、次式に示す理論冷却熱量Ｑ_the を大きくす
ることが必要である。

【０００５】 Ｑ_the ＝（α_A −α_B ）・ｔ_C ・Ｉ−１／２・（Ｒ_AB・Ｉ² ）−Ｋ_AB・Δｔ 但し、 α_A ，α_B ：導体の熱起電能 ｔ_C ：素子冷却面温度 Ｉ ：素子印加電流 Ｒ_AB ：導体Ａ，Ｂの電気抵抗 Ｋ_AB ：導体Ａ，Ｂの熱伝導率 Δｔ ：素子温度差 電子冷却の冷却性能の基本は、上式に示す右辺の第１項
のペルチェ効果から、第２項のジュール熱と第３項の熱
伝導損失を除いたものとなることから、右辺第３項の温
度差Δｔをできるだけ小さくすることが実用上重要とな
る。このため、電子冷却素子の取り付けは、図９に示す
ように、電子冷却素子９と、その両側の冷却用熱交換器
１１及び放熱用熱交換器１３との間に、熱伝導性グリス
１９を用いたり、電子冷却素子９と両熱交換器１１，１
３との接触状態をより密着したものとするように、両熱
交換器１１，１３相互を固定用ねじ２０を用いて締結す
るなどの構成としてある。

【０００６】このような電子冷却冷蔵庫は、冷却運転を
行い被冷却室５内が冷えてくると、被冷却室５内に設け
た温度センサが検出する温度と設定温度とが比較され、
電子冷却素子９及び放熱用送風機１５への電力供給を停
止し、冷却運転を停止する。冷却運転停止後、被冷却室
５内温度がある温度まで上昇したら、再び冷却運転を開
始する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の電子冷却冷蔵庫では、冷却性能を向上させる
ために、電子冷却素子９と両熱交換器１１，１３との接
触状態をより密着したものとしてあることから、冷却運
転が停止されたときに、外部の熱が放熱用熱交換器１３
から電子冷却素子９及び冷却用熱交換器１１を経て、被
冷却室５内に流入しやすく、設定温度まで低下している
被冷却室５内温度の上昇速度が速くなるという不都合が
生じる。このような不都合は、現在商品化されている被
冷却室内容積が１０リットルレベルのものでは、比較的
消費電力量が少いので特に問題ないが、今後３０リット
ルから５０リットルクラスの小型冷蔵庫への対応を想定
すると、冷却効率の低下などの問題が生じる。

【０００８】そこで、この発明は、冷却運転停止時での
外部から電子冷却素子を介しての被冷却室内への熱の流
入を抑制することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、この発明は、電力を供給することで一方の端部に低
温領域が、他方の端部に高温領域がそれぞれ形成される
電子冷却素子と、この電子冷却素子の前記低温領域側に
接触して被冷却室内に設けられる冷却用熱交換器と、前
記電子冷却素子の前記高温領域側に接触して被冷却室の
外部に設けられる放熱用熱交換器とからなる電子冷却冷
蔵庫において、前記冷却用熱交換器及び放熱用熱交換器
の少くともいずれか一方と、前記電子冷却素子との接触
状態を可変にする接触状態可変手段を設けた構成として
ある。

【００１０】

【作用】このような構成の冷蔵庫によれば、電子冷却素
子は電力が供給されると低温領域と高温領域とが形成さ
れ、低温領域側の端部に接触する冷却用熱交換器が設け
られる被冷却室内が冷却される。このとき、接触状態可
変手段は、電子冷却素子と冷却用及び放熱用の各熱交換
器との密着性を良好に保持している。被冷却室内が所定
の温度まで冷却されると、電子冷却素子への電力供給を
停止し、接触状態可変手段により電子冷却素子と冷却用
及び放熱用の各熱交換器の少くともいずれか一方との密
着状態を緩める。これにより、放熱用熱交換器から電子
冷却素子及び冷却用熱交換器を経て被冷却室内への熱の
流入が抑制される。

【００１１】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面に基づき説明
する。

【００１２】図１は、この発明の第１実施例を示す電子
冷却冷蔵庫の側面断面図、図２は同背面図である。この
冷蔵庫は、キャビネット２１を構成するドア２３及び断
熱壁２５に囲まれて被冷却室２７が形成され、断熱壁２
５の背面側に電子冷却素子２９が設けられている。電子
冷却素子２９は、図３に拡大図で示すように、断熱壁２
５の中央に形成された貫通孔３１のほぼ中央に配置さ
れ、図中で左側の低温領域側には被冷却室２７内に配置
される冷却用熱交換器３３が、同右側の高温領域側には
被冷却室２７の外部の放熱室３４に配置される放熱用熱
交換器３５がそれぞれ設けられている。

【００１３】被冷却室２７内の上部には温度センサ３７
が設置され、放熱用熱交換器３５の下方には放熱用熱交
換器３５に対して送風を行う放熱用送風機３９が設置さ
れている。温度センサ３７の検出信号は、例えばマイク
ロコンピュータなどから構成される制御回路４１に入力
され、ここであらかじめ設定された温度と比較され、電
子冷却素子２９及び放熱用送風機３９に対する動作信号
を出力する。なお、ここではこれらの駆動電源は省略し
てある。

【００１４】冷却用熱交換器３３及び放熱用熱交換器３
５は、ともに断熱壁２５の貫通孔３１内に挿入される突
出部３３ａ及び３５ａをそれぞれ備え、これらの各先端
部は熱伝導性グリス４１を介して電子冷却素子２９に熱
的に接続されている。

【００１５】電子冷却素子２９の左右両側の各熱交換器
３３，３５に接触する面は、図４及び図４のＡ−Ａ断面
図である図５に示すように、電子冷却素子２９より若干
大きい電気絶縁性と熱良導な例えばセラミック材で構成
される表面板４３で覆われている。表面板４３の外周縁
部は、電子冷却素子２９の外周縁部より外方に突出して
おり、これによって形成される凹部４５に、図５に示す
ようなＬ字型の２つの支持部材４７が嵌め込まれてい
る。２つ支持部材４７相互は、ねじ４８により固定さ
れ、これによって構成される外枠は、貫通孔３１の内壁
に形成された環状の溝４９内に嵌め込まれている。

【００１６】放熱用熱交換器３５は、電子冷却素子２９
と反対側の側面に設けられた接触状態可変手段としての
可動装置５１により、図中で左右方向に移動可能であ
り、この移動により電子冷却素子２９と放熱用熱交換器
３５との接触状態が変化する。可動装置５１は、放熱用
熱交換器３５の側面に固定される作動プランジャ５３を
備えている。この作動プランジャ５３は、可動装置ケー
ス５５との間に介装されたスプリング５７により常時図
中で右方向に引張られており、周囲に設けられた電磁コ
イル５９が通電されることでスプリング５７に抗して図
中で左方向に移動する。電磁コイル５９への通電信号
は、前記制御回路４１からこの冷蔵庫の冷却運転動作に
伴って出力される。

【００１７】可動装置ケース５５の放熱用熱交換器３５
側の端部にはフランジ５５ａが形成され、このフランジ
５５ａの周囲４か所には、放熱用熱交換器３５を移動支
持するガイド棒６１が装着されている。ガイド棒６１
は、断熱壁２５に形成された支持孔２５ａ及び、電子冷
却素子２９を支持する支持部材４７の孔４７ａを貫通し
て先端が反対側の冷却用熱交換器３３に固定されてい
る。

【００１８】このような構成の電子冷却冷蔵庫におい
て、電源が投入されると、電子冷却素子２９は電力が供
給されて、図中で左側の端部に低温領域が形成される一
方、右側の端部に高温領域が形成され、この冷却能力に
見合った熱が冷却用熱交換器３３を介して被冷却室２７
内から移動して被冷却室２７内温度が低下し、一方高温
領域で発生した熱は放熱用熱交換器３５を介して放熱室
３４内に放出される。このとき、放熱用送風機３９も作
動して放熱用熱交換器３５による放熱効果が高められ、
周囲空気に熱は捨てられる。

【００１９】また、上記電源投入時には、可動装置５１
の電磁コイル５９にも通電され、これにより作動プラン
ジャ５３はスプリング５７に抗して図中で左方向に移動
し、放熱用熱交換器３５を電子冷却素子２９側に押し付
ける。この結果、放熱用熱交換器３５と電子冷却素子２
９との密着状態は良好となり、電子冷却素子２９の高温
領域に発生する熱は放熱用熱交換器３５に伝わりやすく
なって放熱効果が保たれ、これに伴い低温領域側での冷
却効果が維持される。

【００２０】被冷却室２７が冷却され温度センサ３７が
検出する被冷却室２７内温度が設定温度まで低下した
ら、冷蔵庫の運転を停止すべく、電子冷却素子２９への
電力供給を停止し、放熱用送風機３９も停止させる。こ
れと同時に電磁コイル５９への通電を停止すると、作動
プランジャ５３はスプリング５７に引張られて右方向に
移動し、これに伴い放熱用熱交換器３５も電子冷却素子
２９から離れる方向に移動して電子冷却素子２９との密
着状態が緩和される。

【００２１】このような密着状態の緩和により、電子冷
却素子２９と放熱用熱交換器３５との間の熱抵抗が１０
倍〜１００倍のオーダで増加させることが可能である。
この結果、放熱用熱交換器３５から電子冷却素子２９へ
の熱流入が抑制され、設定温度まで低下している被冷却
室２７内温度の上昇速度が抑制されて冷却運転の停止時
間が長く保て、電力消費量が少いものとなり、冷却効率
も向上する。

【００２２】図６は、冷却運転停止時における電子冷却
素子２９から被冷却室２７内空気への熱流入量を、電子
冷却素子２９と放熱用熱交換器３５との接触熱抵抗をパ
ラメータとして、以下の式を基にモデル計算した結果で
ある。

【００２３】すなわち、電子冷却冷蔵庫の周囲温度から
キャビネットを通して庫内に流入する熱量は、約３０リ
ットルの庫内容積については約１５kcal/hと想定する。
また、冷蔵庫の停止時間の割合は約３０％と仮定する。
停止時に素子部を通して庫内に流入する熱量をＱ
_lth （kcal/h）、現状ではＱ_lthc、本実施例により低減
された流入熱量をＱ_lthiとすると、本実施例による省電
力の割合ηを次式で定義できる。

【００２４】 η＝（Ｑ_lthc−Ｑ_lthi）×３０% ／（１５kcal/h＋Ｑ_lthc） Ｑ_lth ＝ＫＡ×（ｔｈ−ｔｌ） ここで、ＫＡ：素子を通して放熱用（高温）熱交換器接
触面から冷却用（低温） 熱交換器接触面までの熱コンダクタンス（kcal/h℃） ｔｈ：放熱用熱交換器接触面温度 ｔｌ：冷却用熱交換器接触面温度 また、 ｌ／ＫＡ＝ｌ／ＫＡ_th＋ｌ／ＫＡ_ch＋ｌ／ＫＡ_cl ここで、ＫＡ_th：素子の熱伝導による熱コンダクタンス ＫＡ_ch：放熱側の接触熱コンダクタンス ＫＡ_cl：冷却側の接触熱コンダクタンス 以上の式と、素子の熱伝導率、寸法、及び接触熱コンダ
クタンスを仮定することにより、Ｑ_lthc及びＱ_lthiを推
定できる。

【００２５】これによれば、運転時に対し停止時の熱抵
抗比が１０倍になると、約７％の省電力効果が達成され
る。

【００２６】冷却運転停止後、被冷却室２７内温度が上
昇してある温度に達すると、再び電子冷却素子２９が通
電され、これと同時に電磁コイル５９にも通電されて放
熱用熱交換器３５が電子冷却素子２９に密着した状態と
なる。

【００２７】図７は、この発明の第２実施例を示してい
る。この実施例は、前記図４及び図５における電子冷却
素子２９の支持構造に代えて、電子冷却素子２９と放熱
用熱交換器３５との間に、電子冷却素子２９を冷却用熱
交換器３３側に押し付けて支持する板ばね６３を設けた
ものであり、第１実施例より支持構造が簡略化できる。
その他の構成は、前記図１の第１実施例と同様である。

【００２８】なお、上記各実施例では、冷却運転時に電
磁コイルに通電して密着状態を良好にしているが、これ
とは逆に、冷却運転時にはばねにより放熱用熱交換器を
常時押し付けて密着状態を良好にし、運転停止時には電
磁コイルに通電して密着状態を緩和するようにしてもよ
い。また、電子冷却素子に対し、冷却用熱交換器を移動
させる構成とし、電子冷却素子と冷却用熱交換器との接
触状態を変化させるようにしてもよい。また、素子と熱
交換器との間に、温度により形状の変化する形状記憶合
金からなる伝熱板を挿入することにより、接触状態を可
変とするようにしてもよい。

【００２９】

【発明の効果】以上説明してきたように、この発明によ
れば、電力を供給することで一方の端部に低温領域が、
他方の端部に高温領域がそれぞれ形成される電子冷却素
子と、この電子冷却素子に接触する冷却用熱交換器及び
放熱用熱交換器の少くともいずれか一方との接触状態を
可変にする接触状態可変手段を設けたため、冷却運転時
には接触状態を良好にして冷却性能が保持され、冷却運
転停止時には接触状態を緩和することで、外部に設けた
放熱用熱交換器から電子冷却素子を通じて被冷却室内に
流入する熱量を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施例を示す電子冷却冷蔵庫の
側面断面図である。

【図２】図１の電子冷却冷蔵庫の背面図である。

【図３】図１の電子冷却冷蔵庫の要部の拡大された断面
図である。

【図４】図１の電子冷却冷蔵庫に使用される電子冷却素
子の支持構造を示す正面図である。

【図５】図４のＡ−Ａ断面図である。

【図６】図１の電子冷却冷蔵庫による電子冷却素子と放
熱用熱交換器との接触熱抵抗比（停止時／運転時）と、
省電力との関係を示す説明図である。

【図７】この発明の第２実施例を示す電子冷却冷蔵庫の
要部の側面断面図である。

【図８】従来例を示す電子冷却冷蔵庫の側面断面図であ
る。

【図９】図８の電子冷却冷蔵庫の要部の拡大された断面
図である。

【符号の説明】

２７ 被冷却室 ２９ 電子冷却素子 ３３ 冷却用熱交換器 ３５ 放熱用熱交換器 ５１ 可動装置（接触状態可変手段）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電力を供給することで一方の端部に低温
   領域が、他方の端部に高温領域がそれぞれ形成される電
   子冷却素子と、この電子冷却素子の前記低温領域側に接
   触して被冷却室内に設けられる冷却用熱交換器と、前記
   電子冷却素子の前記高温領域側に接触して被冷却室の外
   部に設けられる放熱用熱交換器とからなる電子冷却冷蔵
   庫において、前記冷却用熱交換器及び放熱用熱交換器の
   少くともいずれか一方と、前記電子冷却素子との接触状
   態を可変にする接触状態可変手段を設けたことを特徴と
   する電子冷却冷蔵庫。