JPH0733050Y2 - 空調機器等の放熱機構 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この考案は、クーラー、エアコン
ディショナー等の空調機器や冷凍機器における放熱部に
好適な放熱機構に関する。

【０００２】

【従来の技術および考案が解決しようとする課題】従
来、クーラー、エアコンディショナー等の空調機器に汎
用されている圧縮ポンプ方式の冷却機構では、冷媒の放
熱を放熱部（放熱ラジエータ）に空気等の流体を接触さ
せ、この流体を機外に放散することにより行っている。
しかし、このような方式のクーラーやエアーコンディシ
ョナーでは、放熱部を屋外に置くことが必要であるた
め、そのための施工工事が必須となり、また、機体を１
ヶ所に固定して使用せざるを得ないという難点があっ
た。また、放熱を通常外気等の熱交換で行っているた
め、冷房効果が外気温度に大きく左右されるという難点
もあった。

【０００３】この考案は、以上のような従来の問題に鑑
み、機器内部において放熱を行うことができ、したがっ
て、放熱部を室外に置く必要がなく、また、冷却効果が
外気温度に大きく左右されることがなく、さらに、エア
ーコンディショナー等の空調機器に適用することによ
り、室内の任意の場所に移動できる可動式空調機器を可
能ならしめる放熱機構を提供しようとするものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るための本考案の特徴は、下部に圧力逃し口を有する半
密閉構造の放熱室を有し、その内部に、放熱ラジエータ
と、該放熱ラジエ−タに被装され、供給後直ちに蒸発す
る程度の適量の水を毛細管現象を利用して放熱ラジエー
タの板面上に供給する給水手段と、該給水手段の下部が
浸漬する冷却水容器とを配し、前記放熱ラジエータの上
部および側部を囲む放熱室の内壁を、蒸気が凝結すべき
蒸気受圧部に構成したことにある。

【０００５】また、放熱室の内壁を蒸気受圧部とする代
わりに、放熱ラジエータの上部および側部を囲むように
して別途蒸気受圧板を設けるようにしてもよい。本考案
の放熱機構が適用される機器の冷却方式に制限はなく、
従来一般に使用されている圧縮ポンプ方式の機器をはじ
めとして、例えば後述するような熱電冷却方式等、任意
の冷却方式の機器（空調機器、冷凍機器）に適用可能で
ある。また、本考案の放熱機構は、空調機器や冷凍機器
に限らず、放熱のためのあらゆる対象に適用可能であ
る。

【０００６】放熱ラジエータは、冷却水を供給する給水
手段との接触面積を確保する関係から、通常、並列的に
配される複数の放熱板から構成されるが、これに限定さ
れるものではない。給水手段としては、ガーゼ等のよう
な脱脂された織布が最も一般的に使用できるものである
が、これに限らず、毛細管現象により冷却水容器内の水
を放熱ラジエータの板面上に適量（板面上への供給後、
放熱ラジエータの熱で直ちに蒸発する程度の量）供給す
ることができる任意の部材を使用することができる。

【０００７】

【作用】放熱室内において、冷却水容器内には冷却水が
入れられており、放熱ラジエータに被装された織布等の
給水手段は、冷却水容器内の水を毛細管現象により吸い
上げ、これを放熱ラジエータの板面上に供給する。この
ようにして放熱ラジエータに供給された水は放熱ラジエ
ータの熱で直ちに蒸発し、この水の蒸発により放熱ラジ
エータ側からの吸熱が行われる。放熱室は半密閉構造で
あるため、室内では上記蒸発で生じた水蒸気の圧力が高
まり、放熱ラジエータを囲む蒸気受圧部（または、蒸気
受圧板、以下同様）に作用する。ここで、水蒸気は蒸気
受圧部面に近いほど圧力が高く、蒸気受圧部面近傍で大
きな圧縮作用を受けることにより凝結し、水となる。こ
の際生じた凝結熱は凝結水に吸収され、この水が蒸気受
圧部を伝わって下方に流下し、下方の貯水部に溜められ
る。すなわち、この貯水部が吸熱部となる。この水は必
要に応じて機外に排出される。また、圧力逃し口により
放熱室内部の水蒸気圧力は常に一定に維持される。

【０００８】このような放熱機構では、放熱作用が外気
温度にほとんど影響されないため、放熱ラジエータを常
に設定された温度まで放熱させることができ、このため
放熱側の温度に依存する冷却側（吸熱側）の温度を一定
に維持させることができ、外気温度に左右されない所望
の冷却効果が得られる。

【０００９】

【実施例】図１および図２は、本考案の放熱機構の一実
施例を示すものである。図において１は半密閉構造の放
熱室であり、空調機器等のケーシング内部に設けられ
る。この放熱室１の下部には圧力逃し口３が設けられて
おり、この圧力逃し口３により放熱室内を一定の水蒸気
圧力に維持することができる。

【００１０】２は前記放熱室１の内部に配される放熱ラ
ジエータ２であり、この放熱ラジエータ２は並列的に配
される複数の放熱板２１により構成されている。この放
熱ラジエータ２は、例えば、圧縮ポンプ方式の空調機器
の場合には凝縮器であり、また、後述するような熱電冷
却方式の機器の場合には、熱電冷却チップの発熱側に接
続される。

【００１１】この放熱ラジエータ２の上部と側部を囲む
放熱室１の内壁が、水蒸気が凝結すべき蒸気受圧部ａを
構成している。この蒸気受圧部ａを構成する内壁の天井
部は、側部方向に下向きに傾斜するとともに、側部との
コーナー部には適当なアールが付けられ、蒸気受圧部ａ
の天井部で凝結した水が受圧部面を伝わり、下方に流下
できるようにしている。

【００１２】４は放熱ラジエ−タ２に被装された給水手
段たる織布（ガーゼ等の脱脂された織布）であり、この
織布４は放熱ラジエータ２を構成する各放熱板２１に被
装されている。５は放熱室１の下部に設けられる冷却水
容器である。この冷却水容器５には冷却水ｗが入れら
れ、前記織布４の下端がこの容器内の冷却水ｗに浸漬さ
れる。６は放熱室１の最下部に設けられる貯水タンクで
あり、蒸気受圧板ａを伝わって流下した凝結水を貯水す
る。溜った水を適宜排出できるようにするため、この貯
水タンク６は機外への取り出し可能とすることが好まし
い。

【００１３】なお、本実施例では、前記蒸気受圧部ａは
放熱室１の内壁より構成されているが、場合によっては
放熱室１の内壁とは別に放熱ラジエータ２の上部および
側部を囲むようにして蒸気受圧板を設けるようにしても
よい。また、給水手段は毛細管現象により放熱ラジエー
タの板面上に適量の水、具体的には板面上に供給後直ち
に蒸発する程度の適量の水を放熱ラジエータに供給する
ものであり、このような作用が得られる最も一般的且つ
好ましい手段は、本実施例のようなガーゼ等の脱脂され
た織布であるが、これに限定されるものではなく、上記
作用が得られる任意の手段を採用することができる。

【００１４】このような放熱機構によれば、織布４が毛
細管現象により冷却水容器５内に入れられた冷却水ｗを
吸い上げて放熱ラジエータ２の各放熱板２１の周囲に供
給し、この冷却水が蒸発することにより放熱ラジエータ
２からの吸熱が行われる。放熱室１は半密閉構造である
ため、室内では蒸発による水蒸気が一定の圧力に維持さ
れる。水蒸気は蒸気受圧部ａ面に近いほど圧力が高く、
蒸気受圧部面近傍で大きな圧縮作用を受けることにより
凝結し、水となる。この際生じた凝結熱は凝結水に吸収
され、この水が蒸気受圧部ａを伝わって下方に流下し、
貯水タンク６に溜められる。

【００１５】図３および図４は、本考案の放熱機構を熱
電冷却方式のエアコンディショナーに適用した場合の一
実施例を示すものである。熱電冷却は、図５に示すよう
にｎ型半導体１６とｐ型半導体１７を電極１８（通常、
銅電極）で接合し、図示するような方向に電流を流す
と、Ａ側の接合部が低温になり、この部分で吸熱が起こ
るという原理を利用した冷却方式であり、一般の空調機
器や冷凍機器に使用されているような圧縮ポンプや冷媒
が不要であるため、騒音や冷媒漏れ等の問題がなく、ま
た、電流制御により温度制御を自由に行うことができる
という利点がある。この方式では、図のようなｎ型半導
体１６とｐ型半導体１７からなるπ形の接合体を複数直
列的に連結することにより、同一電流で吸熱量を増やす
ことができる。

【００１６】図３および図４において７が熱電冷却を行
う熱電冷却チップであり、その詳細を図６および図７に
示す。熱電冷却チップ７は、所定の吸熱量が得られるよ
うにするためｎ型半導体１６とｐ型半導体１７からなる
π形の接合体を複数直列的に連結し、両側の電極１８に
基板８（通常、セラミック材）を接合した構造としてい
る。上記熱電冷却チップ７は、図７に示すように必要と
する吸熱量に応じて上下数段に亘って設けることができ
る。

【００１７】上記熱電冷却チップ７をサンドイッチする
ように各側の基板８に放熱ラジエータ２と冷却ラジエー
タ９が接合され、また、熱電冷却チップ７以外の両ラジ
エータ間には断熱板１０が設けられ、冷却側と放熱側の
熱伝導を遮断するようにしている。なお、放熱ラジエー
タ２と冷却ラジエータ９は、図２に示すものと同様、並
列的に配される複数の放熱板２１、冷却板９１により構
成されている。

【００１８】前記放熱ラジエータ２は、本考案の放熱機
構を構成する放熱室１内に位置している。この放熱室１
およびその内部構造は、図１および図２に示すものとほ
ぼ同様であるので、同一の符号を付しその詳細な説明は
省略するが、この実施例では貯水タンク６が放熱室１の
構成部材とは独立して設けられ、機体側方から機外に取
り出し可能となっている。また、冷却水容器５には、図
示しない補給口から水の補給が可能となっている。

【００１９】一方、冷却ラジエータ９側では、機体内の
上下方向にエア通路１１が設けられ、このエア通路１１
の途中に前記冷却ラジエータ９が位置している。エア通
路１１の上端は機体の上部前面に開口してエア吐出口１
２を形成し、一方、エア通路１１の下端は機体の下側部
に開口してエア吸入口１３を形成している。このエア吸
入口１３に面したエア通路１１の下部には、ロータリー
式の送風ファン１４が設けられている。その他図面にお
いて、１５はエア吸入口１３に設けられる除塵スクリー
ン、１９は機体のケーシング、２０は移動用のキャスタ
である。

【００２０】このようなエアコンディショナーでは、熱
電冷却チップ７に図６に示すような方向の電流が流れる
ことにより、冷却ラジエータ側が吸熱側となって冷却ラ
ジエータ９が冷却される。送風ファン１４によりエア通
路１１内に流される空気は、冷却ラジエータ９の各冷却
板９１の間を通過することにより冷却され、エア吐出口
１２から機外に吐出される。一方、放熱ラジエータ２側
では、上記実施例で述べたようにして放熱が行われる。

【００２１】また、このような熱電冷却方式では、熱電
冷却チップに流す電流の向きを逆にすることにより、チ
ップの発熱側と吸熱側が逆となる。このため本実施例で
は、切り替え機構により電流の向きを正逆可変とし、冬
期には暖房を行うことができるようにしている。

【００２２】従来、熱電冷却方式は一般に使用されてい
る圧縮ポンプ方式に較べ放熱量が多い等の難点があると
され、このため、特に小形が要求される試験装置用の冷
却装置等、特殊な用途に実用化されているだけで、エア
コンディショナーのような機器類に汎用されるには到っ
ていない。しかしながら、上述したような本考案の放熱
機構を採用することにより、熱電冷却のネックとなって
いた放熱量と消費電力の問題を解消することができる。

【００２３】すなわち、まず本考案の放熱機構を用いれ
ば、熱電冷却の放熱を効率的に行うことができる。図８
ないし図１１は、図７に示したような熱電冷却機構にお
ける吸熱側（冷却ラジエータ側）と発熱側（放熱ラジエ
ータ側）の温度変化の一例をエアコンディショナーの使
用開始時から経時的に示したもので、このうち図８およ
び図９は本考案の放熱機構を使用せず、放熱ラジエータ
を自然空冷させた場合、また、図１０および図１１は本
考案の放熱機構を適用した場合を示している。

【００２４】図８および図９に示すように、放熱ラジエ
ータを自然空冷させた場合には、放熱ラジエータ側での
放熱が十分でないため、使用開始当初は吸熱作用が適切
に得られていものの、その作用は次第に低下し、数分後
にはほとんど吸熱が行われなくなる。これに対して、図
１０および図１１に示す本考案の放熱機構を適用した場
合には、放熱が効果的に行われるため、放熱に依存する
吸熱も効果的に行われ、使用開始から数分後には吸熱側
がほぼ設定温度に達し、以後その温度に維持されてい
る。

【００２５】このような熱電冷却方式を利用したエアコ
ンディショナーは、従来の圧縮ポンプ方式に較べ、騒
音がほとんどない、ガス漏れがないためガスの補給や
空気、環境汚染の恐れが全くない、移設する際のガス
抜きやガスの再注入等の必要がない、屋外に放熱部を
設ける必要がないため、屋内外での施工工事が不要であ
り、しかも室内の任意の場所に移動可能とすることがで
きる、等の数々の利点を有している。

【００２６】

【考案の効果】以上述べた本考案の放熱機構によれば、
空調機器等の機内において適切に放熱を行うことができ
るため、従来の圧縮ポンプ方式の空調機器のように放熱
部を屋外に置く必要がなく、このため従来のような放熱
部を屋外に設置するための施工工事が全く不要であり、
また、室内の任意な場所に移動できる可動式空調機器と
することを可能ならしめるものである。また、放熱に外
気を利用しないため、冷却効果が外気温度に左右されに
くく、常に一定の冷却効果を得ることができる利点があ
る。さらに、本考案の放熱機構は、その構造上熱電冷却
方式の空調装置等の放熱機構として好適であり、従来こ
の種の冷却方式のネックとなっていた放熱の問題を解消
でき、熱電冷却方式の小型且つ高性能な可動式空調機器
を得ることができるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の放熱機構の一実施例を示す縦断面図

【図２】図１に示すＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図

【図３】本考案の放熱機構を適用した熱電冷却方式のエ
アコンディショナーの一実施例を示す縦断面図

【図４】図３に示す実施例の斜視図

【図５】熱電冷却の原理を示す説明図

【図６】図３に示す実施例の熱電冷却部の構造を模式的
に示す説明図

【図７】図３に示す実施例の冷却部および放熱部を模式
的に示す説明図

【図８】図７に示すような熱電冷却機構を備えたエアコ
ンディショナーにおいて、放熱ラジエータを自然空冷さ
せた場合の吸熱側の温度変化の一例を機器使用開始時か
ら経時的に示したグラフ

【図９】図７に示すような熱電冷却機構を備えたエアコ
ンディショナーにおいて、放熱ラジエータを自然空冷さ
せた場合の発熱側の温度変化の一例を機器使用開始時か
ら経時的に示したグラフ

【図１０】図７に示すような熱電冷却機構を備えたエア
コンディショナーにおいて、放熱機構として本考案を適
用した場合の吸熱側の温度変化の一例を機器使用開始時
から経時的に示したグラフ

【図１１】図７に示すような熱電冷却機構を備えたエア
コンディショナーにおいて、放熱機構として本考案を適
用した場合の発熱側の温度変化の一例を機器使用開始時
から経時的に示したグラフ

【符号の説明】

１…放熱室、２…放熱ラジエータ、３…圧力逃し口、４
…織布、５…冷却水容器、６…貯水タンク、ａ…蒸気受
圧部

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 下部に圧力逃し口を有する半密閉構造の
   放熱室を有し、その内部に、放熱ラジエータと、該放熱
   ラジエ−タに被装され、供給後直ちに蒸発する程度の適
   量の水を毛細管現象を利用して放熱ラジエータの板面上
   に供給する給水手段と、該給水手段の下部が浸漬する冷
   却水容器とを配し、前記放熱ラジエータの上部および側
   部を囲む放熱室の内壁を、蒸気が凝結すべき蒸気受圧部
   に構成してなる空調機器等の放熱機構。
2. 【請求項２】 下部に圧力逃し口を有する半密閉構造の
   放熱室を有し、その内部に、放熱ラジエータと、該放熱
   ラジエ−タに被装され、供給後直ちに蒸発する程度の適
   量の水を毛細管現象を利用して放熱ラジエータの板面上
   に供給する給水手段と、該給水手段の下部が浸漬する冷
   却水容器と、蒸気を凝結させるべく前記放熱ラジエータ
   の上部および側部を囲むようにして設けられる蒸気受圧
   板とを配してなる空調機器等の放熱機構。