JPH064566U - 冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 微重力状態において、食品等を好適に冷却す
る。 【構成】 弾力性の熱伝達材料の層をその上に有する容
器コールドプレートと、食料コールドプレートと、フリ
ーザー区画室内のフリーザーコールドプレートとを有し
ているコールドプレート手段、及び上記コールドプレー
トを、内容物を冷却する温度に維持する熱電気冷却手段
を具備する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、宇宙空間（outer space）に存在する微重力状態の（microgravity conditions）内の飲料容器あるいは食料を冷却するのに適したコンパクトな冷 却装置に関する。更に詳細には、本考案は、飲料容器あるいは食料を冷却するた め且つフリーザー区画室内にいくらかの食料を冷凍状態に維持するための、宇宙 船上で使用するのに適した熱電気冷却ユニット（thermoelectric refrigeratin g unit）および関連するクーラーハウジング構造体に関する。

【０００２】

【従来技術及びその課題】

宇宙空間で使用するためのプレミックス（premix）炭酸飲料缶が本考案の譲受 人によって最近開発された。この缶は宇宙空間の微重力状態の下で高品質飲料を 出す（serve）のに極めて具合がよい。しかし適切な冷却装置が、スペース・シ ャトル（space shattle）上の貯蔵ロッカー内のこれらの缶の１つまたはそれ以 上を冷却するのに必要である。

【０００３】 スペース・シャトルあるいは宇宙船内に存在する状態では、使用されることの できる任意の冷却装置に関して空間上及び動力の制限がある。従って、任意のそ のような冷却装置はコンパクトであり、且つ低い所要動力を有していなければな らない。その上、宇宙空間には対流がないので、熱は冷却されるべき容器から伝 導性の熱伝達によって除去されなければならない。従って、宇宙空間の微重力状 態内の１つまたはそれ以上の飲料缶を主に伝導性の熱伝達によって冷却すること ができるコンパクトな低電力冷却装置に対して本技術の必要性が存在する。

【０００４】 食料も冷却でき、及び／又は冷凍状態の選択された量の食料を冷却できるよう な冷却装置に対して本技術の必要性が存在する。

【０００５】 従って、１つまたはそれ以上の飲料容器を主に伝導性の熱伝達によって有効に 冷却できる、宇宙空間で使用するため冷却装置を提供することが本考案の主要な 目的である。

【０００６】 隣接する冷却された食料貯蔵区域と食料フリーザー区画室とを含んでおり、ス ペース・シャトル貯蔵ロッカー内に適合するように設計されたトレー（tray）の 内側と同じ大きさに作られた単一のコンパクトなユニット内に缶クーラー部分と 共に１体化されたそのような冷却装置を提供することが本考案の他の目的である 。

【０００７】 非常にコンパクトであり、且つ低い所要電力を有する冷却装置のための冷却発 生器（refrigeration generator）を提供することが本発明の他の目的である。

【０００８】

【課題を解決するための手段】

本考案の目的は、宇宙空間の微重力状態において容器及び食料を冷却する冷却 装置において、 ａ）該容器を容器貯蔵区域内に支持し且つ該食料を冷蔵食料貯蔵区域内に支持 する冷却区画室と、フリーザー区画室とを規定しているハウジングであって、 容器および食料を該区画室に導入し且つ取り出すための出入り開口と、該出入 り開口を開閉する移動可能なふた手段とを有しているハウジングと、 ｂ）該容器および食料を伝導によって冷却するための該区画室内のコールドプ レート手段であって、 該容器の外部側壁部分と一致する形状であり、該側壁部分にしっかりと係合す るように弾力性の熱伝達材料の層をその上に有する容器コールドプレートと、該 容器コールドプレートから該冷蔵食料貯蔵区域内へ延びている食料コールドプレ ートと、該フリーザー区画室内のフリーザーコールドプレートとを有しているコ ールドプレート手段と、 ｃ）上記コールドプレートを、該フリーザー区画室および該冷却区画室の内容 物を冷却する温度に維持する熱電気冷却手段と を具備することを特徴とする冷却装置を提供することによって達成される。

【０００９】 第１の実施態様では、冷却区画を形成しているハウジングは発泡断熱材から造 られている。第２の実施態様では、冷却区画室を形成しているハウジングはアル ミニウムのような薄い金属から造られており、そして冷却されるべき缶および食 料及びハウジング内のコールドプレートは、前記缶を完全に取り囲んでいる空気 の囲いを形成するためにハウジングの側壁から間隔をへだてている。宇宙空間に 存在する状態の下で、空気は対流熱伝達の存在しない中で非常に良好な絶縁体と して作用する。

【００１０】 本考案はまた、適切な温度レベルにおいて熱電素子およびフアンに電力を供給 し、また電力の供給を停止する温度制御手段と、脱熱器内で起こる可能性のある 電流障害又は過度の熱からの冷却装置に対する損傷を防ぐ安全回路とを含んでい る。

【００１１】

【実施例】

本考案の目的およびその付随する利点は図面を参照することによりより容易 に明らかになるであろう。

【００１２】 図１を参照すると、側壁１２Ｓを備えたクーラーハウジング１２と、底部壁１ ２Ｂと、出入り開口（access opening）１６とを含んでいる冷却装置（refrige ration device）１０が例示されている。クーラーハウジング１２によって規定 された冷却区画室内のクーラーハウジング１２内に、１９８５年４月１７日に出 願され、そして本発明と同じ譲受人に譲渡された米国特許出願第７２４１５５号 （特開昭６１−２４４７７１号）に開示された形式の複数の宇宙缶ＳＣが配置さ れている。取外し可能なふた１４が提供されており、これは、ラッチ、蝶番、ね じ等（図示せず）の如き、任意の適切な手段によって側壁１２Ｓの上部縁に固定 されることができる。囲い２２を含んでいる、全体的に２０で指示された熱電気 発生器がクーラーハウジング１２の１端に取りつけられている。電力は電力コー ドＰＣを通って熱電気発生器２０に供給される。図１に例示された如く、フアン Ｆは囲い２２の端部壁内に取りつけられており、且つ図２および図３を参照して 以下により詳細に説明されている方法で、空気吸入開口ＡＩおよび脱熱器の冷却 フイン２６Ｆに作動的に関連づけられている。温度スイッチ装置ＴＳの位置が図 １に仮想線で例示されており、これは以下に説明する図５の温度制御回路の主制 御装置である。

【００１３】 図２における図１の冷却装置の平面図を参照すると、熱電気発生器２０の詳細 が例示されている熱電気発生器２０は冷却フイン２６Ｆを備えた脱熱器２６と、 １つまたはそれ以上の熱電素子（tharmo electric element）２８と、熱伝達 ブロック３０と、コールドプレート（cold plate）３２とを含んでいる。脱熱 器２６は、ハウジング１２の１つの側壁１２Ｓを通り延びているボルト２１によ って保護板２４に近接して囲い２２内に取りつけられている。フアン取付板２３ は保護板２４の側壁上に適合するリム（rim）を有しており、且つ、囲い２２内 の高圧チャンバー（plenum chamber）１８に面しているフアンの吸引側ととも に中に取りつけられたフアンＦを含んでいる。また空気吸入開口ＡＩ（図１）が フアン取付板２３内に提供されており、この空気吸入開口ＡＩは空気が充気室（ plenum）１８を通りフアンＦから外へ冷却フイン２６Ｆ上をフアンＦによって吸 引されるのを許容する。フアンＦはボルト１９によって板２３に取りつけられて おり、そして脱熱器保護板２４はボルト１７によってハウジング１２の側壁１２ Ｓにボルト止めされている。

【００１４】 熱電素子２８は任意の商業的に入手可能な型式でもよく、また脱熱器２６の後 背側および熱伝達ブロック３０の正面に設けられている。熱伝達ブロック３０は 更に、コールドプレート３２に結合されている。

【００１５】 宇宙空間では対流熱伝達がないので、本考案のコールドプレート３２は、缶Ｓ Ｃの側壁による非常に効率的な熱伝達を提供するように設計されている。このよ うな高い効率の伝導性の熱伝達を達成するために、コールドプレート３２は、図 ３に最もよく例示された如く、缶ＳＣの側壁部分に一致するように成形された金 属層３２Ａと、関連した缶ＳＣの側壁部分に隣接する金属層３２Ａ上に、金属充 填シリコーン・ゴムのような、弾力性の（complient）熱伝達材料でできた薄い 層３２Ｂとを含んでいる。コールドプレート３２はハウジング１２の底部壁１２ Ｂ上に置かれており、そして取外し可能なふた１４の内側表面には、ふた１４が 完全に閉じられているとき缶ＳＣを弾力性の材料３２Ｂに抗してしっかりバイア ス（bias）するために各缶ＳＣの対向する側に発泡パッド（pad）を備えている 。即ち、缶ＳＣは、ふた１４が完全に閉じられているとき発泡パッド３４と弾力 性の材料３２Ｂとの間できつく押しつけられ、そしてハウジング１２内の冷却区 画室が密閉される。

【００１６】 図３に例示された実施態様において、ハウジング１２の壁は発泡断熱材料から 造られている。しかしながら、図４に例示された代りの実施態様では、ハウジン グ１２の壁はアルミニウムのような薄い金属であることができる。

【００１７】 ハウジング１２の壁が薄いアルミニウムである図４を参照すると、適切な断熱 が、コールドプレート３２をゴム台３６によってハウジング１２の側壁から離す ことによって提供される。

【００１８】 例示の如く、缶ＳＣはほとんど完全に空気空間によって取り囲まれており、こ の空気空間は対流がないときに優秀な絶縁体をつくる。

【００１９】 したがって、スペース・シャトル（space shuttle）内に存在する状態におい て、図４のハウジング構造の実施態様は缶ＳＣの効率的な冷却を提供する。図４ 内の全ての部分は、ハウジング１２の側壁の上部縁と、ふた１４の底部周辺縁と の間の追加の発泡ガスケットを除いて、図３の対応する部分に類似している。こ のガスケットはこの実施態様では密閉された空気空間を維持するために望ましい 。

【００２０】 図５を参照すると、本考案の冷却装置のための温度制御および電力供給システ ムの回路概略図が例示されている。このシステムの心臓部は、負荷ラインＬ１、 Ｌ２を通りフアンＦおよび熱電素子２８に結合されている温度スイッチあるいは 制御器ＴＳである。例示された如く、フアンＦおよび熱電素子２８は並列に接続 されているので、それらはいっしょにスイッチが入ったり切れたりする。温度ス イッチＴＳはまた、１対の温度センサーラインＳ１およびＳ２をそれぞれ脱熱器 ２６内の第１の温度センサーＴＳＮ₁およびコールドプレート３２内の第２の温 度センサーＴＳＮ２に結合されている。電力は、電力コードＰＣおよび温度スイ ッチＴＳを通りシステムに供給される。前記の好ましい実施態様において供給さ れる電力はスペース・シャトルあるいは宇宙船内で容易に利用可能である直流２ ８ボルトである。

【００２１】 温度スイッチＴＳはコールドプレート３２の温度を制御し、且つ脱熱器２６の 過熱を防止する。温度スイツチＴＳはまた冷却器の電気系統を保護するための過 電流手段を含む。典型的な作動状況において、温度スイツチＴＳは、コールドプ レート３２が３７゜Ｆ（２.８℃）を越えると熱電素子２８およびフアンＦのス イツチを入れ、そしてコールドプレート３２が３５゜Ｆ（１.７℃）より下がる と前記のスイツチを切る。もし前記システム中の電流が５アンペアを越えれば、 あるいは脱熱気温度が２００゜Ｆ（９３.３℃）を越えれば、スイツチＴＳは如 何なる損傷をも防ぐために前記システムから電力の供給を切断する。

【００２２】 本考案の冷却手段の好ましい実施態様は熱電気発生器を含むが、冷却装置の他 の形式も本考案の新規なコールドプレートを冷却するのに利用されることができ ると理解されるべきである。凝縮器、圧縮機、および蒸発器コイルを含む典型的 な機械的冷却システムは普通望まれるものより大きくなるが、そのシステムは本 考案のコールドプレート３２を、そのシステムの蒸発器コイルに直接熱的に接触 するように置くことによつて、冷やすのに利用されることができる。本考案のコ ールドプレートと組み合せて、発熱反応によつて冷やす装置のようないくつかの 形式の化学的冷却装置に使用することもまた可能である。しかしながら、熱電気 発生器は、そのコンパクトな構造および低い所要電気エネルギーにより好ましい 実施態様である。

【００２３】 宇宙空間において使用に適した冷却機／フリーザーの組み合せが図６乃至図９ に例示されている。この冷却機／フリーザーは、スペース・シヤトル貯蔵ロツカ ー内に適合するように設計されたトレーの内側と同じ寸法に作られることができ る。

【００２４】 図６は共通のハウジング１２Ａ内に並んで配置された、容器区画室４０と、食 料貯蔵区域４２とフリーザー区画室４４との相対的な位置を例示している。これ らのそれぞれの区画室の各々の中に、容器のコールドプレート３２と、食料コー ルドプレート４６と、そしてフリーザーコールドプレート５６とがある。

【００２５】 冷却機／フリーザーの容器冷却部分は熱電気発生器２０を含めて図１乃至図４ に例示された構造を有する。食料貯蔵区域４２内の食料の冷却は、容器コールド プレート３２の延長部である食料コールドプレート４６によつて影響される。仕 切り４８が、食料を容器ＳＣ１から物理的に隔離するためにそれぞれのコールド プレート間に設けられている。食料コールドプレート４６および仕切り４８の詳 細が図９に例示されている。食料コールドプレート４６は容器コールドプレート ３２の延長部であるから、貯蔵区域内の食料は、缶ＳＣと同じ熱電気発生器２０ によつても冷却される。フリーザー区画室４４は、絶縁壁４５によつて食料貯蔵 区域から分離されており、且つ、別個の開閉ふた(access lid)１４Ａを備えてい る。

【００２６】 図７に例示された如く、ふた１４Ａは、別個のハウジング５２内に配置されて いるフリーザー区画室のための熱電気発生器５０の位置から反対側のハウジング １２Ａの側部のＨにおいて蝶番留めされている。フリーザー区画室の周りのハウ ジング１２Ａの壁は発泡断熱材５４で断熱されている。

【００２７】 フリーザー区画室４４のために熱電気発生器５０はインターステージプレート (interstageplate)５８の両側に配置される複数のカスケード(cascaded)熱電素 子２８Ａの具備している。インターステージプレート５８は発生器５０の脱熱器 ＨＳをハウジング１２Ａの１つの側壁を介してフリーザーコールドプレート５６ に結合している。

【００２８】 図８に例示された如く、９つのカスケード熱電素子２８Ａを設けることができ 、そのうち３つがコールドプレート側にそして６つの脱熱器側にある。これらの 素子のカスケード配置(cascading)により、素子さらに大きな温度差を生ずるの を許容する。素子２８のカスケード配置は、脱熱器ＨＳ内の穴を通る導線Ｌ１、 Ｌ２によつて適切な電源に接続される。

【００２９】 発生器５０にはまた、図６に示された矢印の方向に脱熱器ＨＳ内に、且つそれ を通して空気を吸引する１対のフアンＦ１、Ｆ２を備えている。フアンＦ３は、 熱電気発生器２０の動作に関して図１に例示されたフアンＦと同じ機能を果たす 。

【００３０】 それぞれの熱電気発生器２０および５０をオン及びオフにサイクル(cycle)し て、冷却およびフリーザー区画室を適切な温度に維持するために、電子制御器Ｅ Ｃが設けられている。この制御器は２チヤンネル温度スイツチを含んでいる。温 度センサーが前記スイツチの第１チヤンネルから冷却器コールドプレート３２、 ４６に延びている。発生器２０の熱電素子をオン及びオフにサイクルすることに より、容器区画室４０および食料貯蔵区域４２は約３２゜Ｆ（０℃）に維持され る。第２の温度センサーが前記スイツチの第２のチヤンネルからフリーゴーコル ドプレート５６に延びている。同様の方法で、素子２８Ａおよび発生器５０がサ イクルされて、フリーザー区画室４４を約０゜Ｆ（−１７.８℃）に維持する。

【００３１】 ここに説明されている冷却装置は本考案の精神および範囲から逸脱することな く通常の当業者に行なわれるように変更されることが出来ると理解されるべきで ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】複数の飲料缶をその中に備えた本考案の冷却装
置を示している斜視分解図である。

【図２】図１の冷却装置の部分的断面を含む平面図であ
る。

【図３】図２を長手方向に切断したときの断面図であ
る。

【図４】図３に例示された構造に対する代りの実施態様
である本考案の冷却区画室の第２の実施態様の側部断面
図である。

【図５】本考案の冷却装置のための温度制御回路の概略
図である。

【図６】容器区画室、食料貯蔵区域、およびフリーザー
区画室の相対的位置を例示するためにふたを取り除いて
示した本考案による組合せ冷却機およびフリーザーの平
面図である。

【図７】フリーザー区画室およびそのための熱電冷却装
置の１つの可能な構造を示している図６の線７−７に沿
って切断したときの断面図である。

【図８】フリーザー脱熱器をフリーザーコールドプレー
トに結合しているインターステージプレート上の熱電素
子の位置を例示しているフリーザーの熱電冷却装置の斜
視図である。

【図９】図６の冷却機／フリーザーの容器コールドプレ
ートの１部分及び食料貯蔵区画室内に延びている食料コ
ールドプレートの拡大斜視図である。

【符号の説明】

１０ 冷却装置 １２ ハウジング １４ ふた １６ 出入り開口 ２０ 熱電気発生器 ２２ 囲い ２４ 保護板

Claims (12)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 宇宙空間の微重力状態において容器及び
   食料を冷却する冷却装置において、ａ）該容器を容器貯
   蔵区域内に支持し且つ該食料を冷蔵食料貯蔵区域内に支
   持 する冷却区画室と、フリーザー区画室とを規定している
   ハウジングであって、 容器および食料を該区画室に導入し且つ取り出すための
   出入り開口と、該出入り開口を開閉する移動可能なふた
   手段とを有しているハウジングと、 ｂ）該容器および食料を伝導によって冷却するための該
   区画室内のコールドプレート手段であって、 該容器の外部側壁部分と一致する形状であり、該側壁部
   分にしっかりと係合するように弾力性の熱伝達材料の層
   をその上に有する容器コールドプレートと、該容器コー
   ルドプレートから該冷蔵食料貯蔵区域内へ延びている食
   料コールドプレートと、該フリーザー区画室内のフリー
   ザーコールドプレートとを有しているコールドプレート
   手段と、 ｃ）上記コールドプレートを、該フリーザー区画室およ
   び該冷却区画室の内容物を冷却する温度に維持する熱電
   気冷却手段とを具備することを特徴とする冷却装置。
2. 【請求項２】 該容器を該弾力性の材料としっかりと係
   合させるように強制する該ふた上の強制手段を含む請求
   項１記載の冷却装置。
3. 【請求項３】 該強制手段が該ふたの内側表面上のフオ
   ーム・パッドを含む請求項２記載の冷却装置。
4. 【請求項４】 該弾力性の材料が金属充填されたシリコ
   ーン・ゴムを含む請求項１記載の冷却装置。
5. 【請求項５】 該ハウジングが発泡プラスチックから造
   られている請求項１記載の冷却装置。
6. 【請求項６】 該ハウジングが薄い金属から造られてい
   る請求項１記載の冷却装置。
7. 【請求項７】 該容器コールドプレートが、該ハウジン
   グ内にあって、該側壁から延びている弾性的なスペーサ
   ーによって、該出入り開口の反対側にある該側壁上に支
   持されたいる請求項６記載の冷却装置。
8. 【請求項８】 該熱電気冷却手段が、該ハウジングの１
   端上に取りつけられた囲い手段と、該囲い手段内の脱熱
   器と、該囲い中で該脱熱器に結合された少くとも１個の
   熱電素子と、該熱電素子を該ハウジング内の該コールド
   プレートに結合する熱伝達ブロックとを含む請求項１記
   載の冷却装置。
9. 【請求項９】 該囲い内に該脱熱器に整合したガス吸入
   開口と、該囲い内に取付けられており、ガスを該ガス吸
   入開口を通り、該脱熱器を横切り、且つ該囲いから吸引
   するフアン手段と含んでいる請求項８記載の冷却装置。
10. 【請求項１０】 該脱熱器が複数の間隔をへだてた冷起
    フインを含んでおり、そして該フアン手段が該空気吸入
    開口を通り、且つ該フインの間に空気を吸引する請求項
    ９記載の冷却装置。
11. 【請求項１１】 該コールドプレートの温度が所定レベ
    ルを越えたとき該フアン手段および該少くとも１つの熱
    電素子を同時に係合し、且つ該温度が所定レベルより下
    に落ちたときに該フアン手段および該熱電素子への電力
    の供給を停止する温度制御手段を含む請求項１０記載の
    冷却装置。
12. 【請求項１２】 該温度制御手段が、もし該素子への電
    流が所定の限界を越えるか、あるいは該脱熱器の温度が
    所定の限界を越えれば、該熱電素子および該フアン手段
    への電力供給を遮断する安全回路手段を含んでいる請求
    項１１記載の冷却装置。