JPH08114362A - 電子冷熱式水温度維持装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 冷温気直接挿入方式の電子冷熱式水温度維持
装置とすることにより，水槽内の水に直接，冷または温
気を送るようにすることで，水槽内の水の温度変化を防
止し，水槽内の水に酸素（空気）を供給できるように
し，而も水槽内の水の攪伴を同時に行えるようにし，そ
の上，種々の水槽にも用い適するようにする構造で，安
価に形成できる構造とすることで，利用分野の拡大を図
れるようにする。 【構成】 ヒ−トシンクの放熱側と反対側の面にペルチ
ェ素子を設け，上記ヒ−トシンクと反対側の面に発生し
た該ペルチェ素子の冷または温気を水槽内の水と連通す
る水槽に浸した熱良導性パイプを設け，上記ヒ−トシン
クの放熱側に発生した熱を放散する電動ファンを設け，
上記熱良導性パイプと連通する送風パイプを設け，該送
風パイプを介して上記ヒ−トシンクと反対側の面に発生
した上記ペルチェ素子面の冷または温気を熱良導性パイ
プを通して水槽内の水に送り込む冷温気送風手段を設け
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は，電子冷熱効果（ペルチ
ェ効果）を用いた電子冷熱式水温度維持装置に関し，こ
の利用分野としては，金魚・熱帯魚用水槽，水耕栽培，
いけす，魚用ク−ラ−ボックス，冷温ポット，冷温ジャ
−，一般ク−ラ−ボックスがある。

【０００２】

【従来技術】従来より，ペルチェ素子による電子冷熱効
果（ペルチェ効果）を用いた電子冷熱式水温度維持装置
は公知になっている。

【０００３】然るに，従来のペルチェ素子による電子冷
熱効果を用いた電子冷熱式水温度維持装置は，図２や図
３に示すような循環式水ジャケット方式や水槽直接接触
方式となっているものである。

【０００４】これら従来の方式の電子冷熱式水温度維持
装置について説明すると，まず図２に示す循環式水ジェ
ケット方式の電子冷熱式水温度維持装置１’は，水２を
入れた水槽６に連通管１０，ポンプ２３，連通管１７，
連通管２０，水ジャケット２１を介して連通管２２によ
って水槽６に連結し，水２の流れの閉ル−プ回路を構成
している。

【０００５】上記水ジャケット２１は，熱良導性金属体
で形成したタンク構造のものを用い，これにペルチェ素
子９を接着し，該ペルチェ素子９にヒ−トシンク４を接
触させ，該ヒ−トシンク４の蓄熱プレ−ト４ｂに形成さ
れた放熱フィン４ａにて，蓄熱プレ−ト４ｂに接触する
ペルチェ素子９面の発生熱［温または冷の］を外部に放
散させるための電動ファン５を上記ヒ−トシンク４に取
り付けている。

【０００６】従って，もしも水槽６内の水２の温度上昇
を防止しようとする場合には，通電した際に，水ジェケ
ット２１側に接触する側にペルチェ素子９の冷却面側が
くるように当該水ジャケット２１側にペルチェ素子９接
触しておくと，該水ジャケット２１側と反対側のペルチ
ェ素子４面は加熱され，その熱は蓄熱プレ−ト４ｂを介
してその放熱フィン４ａに導かれるが，ここに発生した
熱は電動ファン５によって外部に放散され，水ジェケッ
ト２１側に接触する側にペルチェ素子９の冷却面をより
効率良く冷却する。

【０００７】このため，常に水ジェケット２１を冷却す
るので，この内部の水２は冷却され，連結管２２を介し
て水槽６内の水２を冷却循環する。尚，ポンプ１８は，
水槽６内の水２を連通管１０，ポンプ１８，連通管１
７，連通管２０，水ジャケット２１，連通管２２を介し
て水槽６へと循環させるためのものである。このような
循環式水ジェケット方式の電子冷熱式水温度維持装置
１’によれば，水槽６内の水２の冷却，または温度上昇
の防止を図ることができる。水槽６内の水２を暖める場
合は，ペルチェ素子９の水ジャケット２１への接触面を
逆にするか，電源極性を逆にすれば良い。

【０００８】次に，従来の水槽直接接触方式の電子冷熱
式水温度維持装置１’’について説明すると，これは，
水２を入れた水槽６［この場合，この水槽は熱良導性金
属体で形成したタンク構造のものを用いる］の壁にペル
チェ素子９を接着し，該ペルチェ素子９にヒ−トシンク
４を接触させ，該ヒ−トシンク４の蓄熱プレ−ト４ｂに
形成された放熱フィン４ａにて，蓄熱プレ−ト４ｂに接
触するペルチェ素子９面の発生熱［温または冷の］を外
部に放散させるための電動ファン５を上記ヒ−トシンク
４に取り付けている。

【０００９】従って，上記循環式水ジェケット方式の電
子冷熱式水温度維持装置１’同様に，ペルチェ素子９に
通電すれば，水槽６を冷却できるので，その内部の水２
を冷却することができる。水２を暖める場合には，上記
で述べたのと同じなので省略する。

【００１０】

【従来技術の問題点】然しながら，上記図２に示した循
環式水ジェケット方式の電子冷熱式水温度維持装置１’
によると，長い連通管部分と水２を循環させるための高
価な水循環機構が必要で大型且つ高価になる欠点があ
る。

【００１１】しかも，水２の循環機構は，水２を長い通
路に渡って，高い圧力で循環させる必要があるために，
圧送能力に優れた高価なポンプが必要で，作動音も高く
なり，大きなポンプ騒音を伴う欠点がある。

【００１２】しかも，水２の閉ル−プ循環機構におい
て，該循環機構は水槽直結方式であるため，その取着が
厄介なほか，途中で水漏れなどの故障が生じた場合は，
上記水循環機構全体を交換しなければならず，高価にな
る。尚，この水漏れは，場合によっては，周辺機器への
悪影響を及ぼすことにもつながる。その上，この水循環
機構は，水槽直結方式であるため，水冷温機構をこれを
取り付けた水槽以外に適用させることが困難である。

【００１３】次に，水槽直接接触方式の電子冷熱式水温
度維持装置１’’によると，構造が極めて簡単である
が，自然対流による伝熱面積は，水槽６全体となり，水
槽６全体内が水２に接触する面積が大きく，水槽６全体
に必要エネルギ−が吸収されるため，高価で容量の大き
なペルチェ素子９を用いねばならず，装置が高価になる
欠点を伴う。

【００１４】しかも，水槽６にペルチェ素子９を直接，
取り付ける方式のため，これに用いる水槽６以外に適用
させることが困難である。

【００１５】それ以外に，従来の電子冷熱式水温度維持
装置１’，１’’によると，ペルチェ素子９の熱伝達の
点では確かに優れているものの，水２の温度を熱くした
り，あるいは冷たくしてしまう欠点がある。

【００１６】また従来の電子冷熱式水温度維持装置
１’，１’’によると，水槽６内の水２に酸素（空気）
を送る機構を備えていないため，例えば，酸素（空気）
を必要とする金魚・熱帯魚用水槽，いけす，魚用ク−ラ
−ボックスに適用するには酸素（空気）供給機構が必要
になり高価になる欠点がある。

【００１７】その上更に，従来の電子冷熱式水温度維持
装置１’によると，水槽６の内部において水２を攪伴さ
せることができるが，その水２はポンプ１８によって水
槽６内の水２を連通管１０，ポンプ１８，連通管１７，
連通管２０，水ジャケット２１，連通管２２を介して水
槽６へと循環させて水２の攪伴を行わねばならず，ゴミ
等がその循環経路に溜ることによる故障が生ずる可能性
がある。或は，途中でフィルタ機構を用いねばならず，
高価になる欠点がある。

【００１８】従来の電子冷熱式水温度維持装置１’’に
よれば，水槽６内の水２を攪伴することができない。す
なわち，金魚・熱帯魚用水槽，いけす，魚用ク−ラ−ボ
ックスに適用するには不適当な装置である。

【００１９】

【発明の課題】本発明の課題は，従来の方式と異なり，
冷温気直接挿入方式の電子冷熱式水温度維持装置とする
ことにより，水槽内の水に直接，冷または温気を送るよ
うにすることで，水槽内の水の温度変化を防止し，水槽
内の水に酸素（空気）を供給できるようにし，而も水槽
内の水の攪伴を同時に行えるようにし，その上，種々の
水槽にも用い適するようにする構造で，安価に形成でき
る構造とすることで，利用分野の拡大を図れるようにす
ることを課題になされたものである。

【００２０】

【発明の課題を達成させる手段】かかる本発明の課題
は，ヒ−トシンクの放熱側と反対側の面にペルチェ素子
を設け，上記ヒ−トシンクと反対側の面に発生した該ペ
ルチェ素子の冷または温気を水槽内の水と連通する水槽
に浸した熱良導性パイプを設け，上記ヒ−トシンクの放
熱側に発生した熱を放散する電動ファンを設け，上記熱
良導性パイプと連通する送風パイプを設け，該送風パイ
プを介して上記ヒ−トシンクと反対側の面に発生した上
記ペルチェ素子面の冷または温気を熱良導性パイプを通
して水槽内の水に送り込む冷温気送風手段を設けた電子
冷熱式水温度維持装置を提供することで達成できる。

【００２１】

【作用】図示せず電源によりペルチェ素子９に電源が供
給されると同時に，電動ファン５にも電源が供給され，
ペルチェ素子９が動作すると共に電動ファン５が回転
し，また電磁ポンプ７が作動する。

【００２２】ペルチェ素子９の原理については，後記に
て説明するとして，ペルチェ素子９に電源が投入される
と，水槽６内の水２が暖まらないようにする場合を説明
すると，その加熱面［図において上面部］が加熱され，
その下面の冷却面［図において下面部］が冷却される。

【００２３】電動ファン５が回転すると，外部から空気
を吸い込んで，ヒ−トシンク４の放熱フィン４ａに送風
して風は，放熱フィン４ａを通り，その下部の蓄熱プレ
−ト４ｂに蓄えられた熱を外部に放散するため，ペルチ
ェ素子９の加熱面に発生する熱を十分に放熱してペルチ
ェ素子９の冷却面を効率良く冷却するので，その冷却面
と接する熱良導性パイプ（熱良導性金属パイプが望まし
い）３内の閉じられた上端を冷却し，その上端の下面，
即ち熱良導性パイプ３の内部上端部に冷気を溜める。

【００２４】また電磁ポンプ７は，外部より空気［酸
素］を取り入れ，その空気を上記電磁ポンプ７に連結さ
れたビニルチュ−ブ等で形成された連通管（望ましくは
熱良導性金属パイプか熱良導性合成樹脂が望ましい）８
を介して熱良導性パイプ３内に送り続ける。

【００２５】このことにより，熱良導性パイプ３内に充
満した冷気は，その熱良導性パイプ３の外周部をも冷却
し，該外周部と接する水槽６内の水２を冷却するため，
水２の温度上昇を防止できる。

【００２６】同時に，電磁ポンプ７は，水槽６の外部よ
り空気［酸素］を取り入れ，その空気を連通管８を介し
て熱良導性金属パイプ３内に送り続けるので，熱良導性
パイプ３の内部上端部に溜められた冷気を熱良導性パイ
プ３の下部に接続したビニルチュ−ブ１８に送り，該ビ
ニルチュ−ブ１８の下端に取り付けた発泡体１９を介し
て冷気を水槽６内の水２の中に供給し，水槽６内の水２
の温度上昇を防止するのみならず該水２に必要な新鮮な
酸素［空気］をも供給する。従って，魚用水槽に適す
る。

【００２７】尚，熱良導性金属パイプ３内には，例え
ば，アルミニウム等でできた金属タワシのごとき熱良導
体でできた図示せず冷却効果促進金属体を内蔵している
ため，熱良導性パイプ３の内部を通過する空気の冷却効
果をより高めることができる。

【００２８】

【発明の実施例】図１は本発明の一実施例としての冷温
気直接挿入方式の電子冷熱式水温度維持装置１の原理的
構造図の説明図を示し，図４及び図５は，ペルチェ素子
９の原理説明図を示す。

【００２９】以下，図１，図４及び図５を参照して，本
発明の一実施例としての冷温気直接挿入方式の電子冷熱
式水温度維持装置１について説明する。

【００３０】水槽６内には必要な量の水２が入れてあ
り，その上端に図示せず蓋が取り付けてあり，水槽６を
密閉しており，この図示せず蓋に水槽内水温度維持兼空
気供給ユニット２４を図示せず着脱機構により取り付け
ている。

【００３１】上記水槽内水温度維持兼空気供給ユニット
２４は，アルミニウムやその合金等で形成した熱良導性
の蓄熱プレ−ト（後記するペルチェ素子９の加熱面側の
熱を蓄熱する部分）４ｂの上面に放熱フィン（蓄熱プレ
−ト４ｂに蓄熱された熱を放散する部分）４ａを形成し
たヒ−トシンク４が設置され，該ヒ−トシンク４には，
この放熱フィン４ａに伝達されるペルチェ素子９の加熱
面側の熱を外部に放散するための電動ファン５が設けら
れている。尚，この電動ファン５としては，最も多く市
販され，且つ入手の容易で，而も電池駆動が可能なＤＣ
（直流）ブラシレス軸流電動ファンを用いると良い。

【００３２】ヒ−トシンク４の蓄熱プレ−ト４ｂの下面
には，過熱面側を向けてペルチェ素子９が熱伝導性両面
接着テ−プ等を用いて接着され，熱良導性パイプ３の一
端部（上端部）を適宜な手段にて，そのペルチェ素子９
を内部に囲むように，即ちその内部径内に上記ペルチェ
素子９が収まるように，ヒ−トシンク４の下部の蓄熱プ
レ−ト４ｂの下面側に取り付けている。

【００３３】この熱良導性パイプ３の内部には，冷却効
果を高めるために内径方向に広がった突出を形成した
り，螺旋状の空気通り道に形成したり，積層ギャップを
形成したりするのが，水２の冷却効果を高めることがで
きるので，そのようにしてもよいが，ここでは，一般に
市販されているアルミニウム，鉄，銅，あるいは鉄等で
形成された金属帯状タワシ等の図示せず冷却効果促進金
属体を埋設している。このような冷却効果促進金属体と
して金属タワシは，空気を通すことができるので最適
で，実験上においても，このようなものを上記熱良導性
パイプ３の内部に冷却効果促進金属体として埋設したと
ころ好結果が得られている。

【００３４】そこで，アルミニウムまたはその合金で形
成した一般市販の金属帯状タワシのような通気性を有す
る帯状体等でできた冷却効果促進金属体を図示しないが
上記熱良導性パイプ３内に内蔵している。

【００３５】上記通気性を有する帯状体等でできた冷却
効果促進金属体を内蔵した上記熱良導性パイプ３は，筒
状本体からなり，その上下両開口端部の内周に螺子を切
っており，その螺子に螺合する螺子部を有する図示せず
熱良導性金属蓋で上記上下両開口端部を閉じて形成する
と簡単に形成できる。

【００３６】このように形成された両端が図示せず熱良
導性金属蓋で閉じられた熱良導性パイプ３を用いると，
上端の熱良導性金属蓋が上記ペルチェ素子９の冷却面
（図において下側の面）側と接っすることになり，図示
せず電源電池の電源スイッチをオンしておくと，ペルチ
ェ素子９の冷却面を冷却するので，その冷却面と接する
熱良導性金属蓋の下面に冷気を形成し，該蓋の下面の冷
気によって，熱良導性パイプ３内の上部に冷気を溜め
る。

【００３７】ここで，ペルチェ素子９の原理について，
簡単に図４及び図５を用いて以下に説明する。

【００３８】図４は，ペルチェ素子９のカプルを示し，
図５は，図４のカプルを組み合わせて形成したペルチェ
素子９を示す。

【００３９】図４を参照して，ペルチェ素子９のカプル
によりヒ−トシンク４（蓄熱プレ−ト４ｂ）を冷却する
場合を説明すると，この熱吸収のためのコ−ルド・ジャ
ンクション部がヒ−トシンク４（蓄熱プレ−ト４ｂ）と
なる。

【００４０】ここで，直流電源１１の図示せず電源スイ
ッチをオンしてペルチェ素子９の電気伝導体１２に電流
を流すと，ヒ−トシンク４（蓄熱プレ−ト４ｂ）部分で
は，電子が一方の半導体から他方の半導体に流れる時
に，低エネルギ−の状態から高エネルギ−の状態に移る
ことになり，エネルギ−が熱の形で電子に吸収される。

【００４１】電源１１は，この電子の流れを行わせるエ
ネルギ−を供給し，ホット・ジャンクションとなる熱伝
導性の優れた，例えばアルミニウムやマグネシウム等で
形成されたヒ−トシンク４が，電動ファン５（ＤＣブラ
シレス軸流電動ファン）によって外部に余分な熱を放出
する。

【００４２】このように，ペルチェ素子９は，ソリッド
ステ−ト・ヒ−トポンプであり，液体やガスを使用せ
ず，また可動部分もないため，非常に簡単に電子電熱変
換装置を構成できる利点がある。

【００４３】尚，図４において，符号１３−１，１３−
２は，ビスマス・テルル化物の半導体で，不純物ド−ピ
ングによる過剰電子Ｎ型（Ｎ型半導体）１３−１と不足
電子Ｐ型（Ｐ型半導体）１３−２の２種類のエレメント
で構成されている。１４は，アルミナ・セラミックス等
の電気絶縁体を示し，１５は，キャリア電流，熱流の流
れる方向を示す。

【００４４】即ち，ペルチェ素子９は，過剰電子Ｎ型
（Ｎ型半導体）１３−１と不足電子Ｐ型（Ｐ型半導体）
１３−２を金属片，即ち電気伝導体１２で接合したもの
で，直流電源１１の直流電流を過剰電子Ｎ型（Ｎ型半導
体）１３−１から不足電子Ｐ型（Ｐ型半導体）１３−２
に流すと，過剰電子Ｎ型（Ｎ型半導体）１３−１では電
流の向きと逆方向に，不足電子Ｐ型（Ｐ型半導体）１３
−２では順方向にそれぞれ熱の移動が起こり，ヒ−トシ
ンク４（蓄熱プレ−ト４ｂ）の冷却面が冷却され，周囲
から熱を奪う。高温側の，即ち，軸流電動ファン５側の
電気伝導体１２の熱を放熱フィン４ａによって効率良く
放熱すると，熱は低温側から高温側へ連続的に汲み上げ
られる。

【００４５】以上のようにコ−ルド・ジャンクションと
なるヒ−トシンク４（蓄熱プレ−ト４ｂ）で形成された
熱は，ホット・ジャンクションとなるヒ−トシンク４に
ポンピングされるが，その量は回路を流れるキャリア電
流とカプラの数に比例する。

【００４６】従って，実際に使用されるペルチェ素子９
は，図５に示すように図４のカプラを組み合わせたモジ
ュ−ルとし，電気的には直列の，熱的には並列の接続と
している。

【００４７】ペルチェ素子９に電源が供給され，同時
に，電動ファン５にも電源が供給されるため，電動ファ
ン５が回転し，外部から空気を吸い込んで，ヒ−トシン
ク４の放熱フィン４ａに送風し，風は，放熱フィン４ａ
を通り，その下部の蓄熱プレ−ト４ｂに蓄えられた熱を
外部に放散するため，ペルチェ素子９の加熱面に発生す
る熱を十分に放熱する。

【００４８】同時に，ペルチェ素子９が動作すると共に
電磁ポンプ７が作動するため，電磁ポンプ７は，パイプ
通し孔が有り，そのパイプ通し孔に連結管８の一端が接
続され，その他端が熱良導性パイプ３内に接続されて連
通しているため，該熱良導性パイプ３内に冷気を送り続
ける。

【００４９】この結果，熱良導性パイプ３内に充満した
冷気は，その熱良導性パイプ３の外周部をも冷却し，熱
良導性金属パイプ３内の冷却効果促進金属体を通過して
空気の冷却効果をより高め，外周部と接する水槽６内の
水２を冷却するので，その水２の温度上昇の防止を図れ
る。

【００５０】このように，電磁ポンプ７は，水槽６の外
部より空気［酸素］を取り入れ，その空気を連通管８を
介して熱良導性金属パイプ３内に送り続けるので，該熱
良導性パイプ３内の上部の冷気を熱良導性パイプ３の下
部に設けた管に一端を接続したビニルチュ−ブ１８に送
り，該ビニルチュ−ブ１８の他端（下端）に取り付けた
発泡体１９を介して冷気を水槽６内の水２の中に供給
し，水槽６内の水２の温度上昇防止を図るのみならず該
水２に必要な新鮮な酸素［空気］をも供給し，しかも水
２の攪拌を行う。

【００５１】尚，上記においては水槽内の水に冷気を送
り，水が温まるのを防止する場合の例を示したが，逆に
水が冷たくなるのを防止する場合には，ペルチェ素子を
逆向きに着けたり，あるいはその電源極性を逆にすれば
良い。

【００５２】また，電磁ポンプの周辺にオゾン発生器を
設置しておけば，そのオゾンをも水槽内の水に送り込む
ことができ，オゾンによる効果も期待できる。

【効果】以上のように，冷温気直接挿入方式の電子冷熱
式水温度維持装置によれば，水槽内の水に直接，冷また
は温気を送るようにすることで，水槽内の水の温度変化
を防止し，水槽内の水に酸素（空気）を供給できるよう
にし，而も水槽内の水の攪伴を同時に行えるようにし，
その上，水槽内水温度維持兼空気供給ユニットは水槽に
極めて容易に脱着できる構造となっているので，種々の
水槽にも用い適するようにする構造で，安価に形成でき
る構造とすることで，利用分野の拡大を図れるものとな
る。

【図面の簡単な説明】

図１ 本発明の一実施例としての冷温気直接挿入方式の
電子冷熱式水温度維持装置の原理的構造図の説明図であ
る。 図２ 従来の循環式水ジャケット方式のの電子冷熱式水
温度維持装置の説明図である。 図３ 従来の水槽直接接触方式の電子冷熱式水温度維持
装置の説明図である。 図４及び図５ ペルチェ素子の原理説明図を示す。

【符号の説明】

１ 冷温気直接挿入方式の電子冷熱式水温度維持
装置 １’ 循環式水ジャケット方式の電子冷熱式水温度
維持装置 １’’ 水槽タンク直接接触方式の電子冷熱式水温度
維持装置 ２ 水 ３ 熱良導性パイプ ４ ヒ−トシンク ４ａ 放熱フィン ４ｂ 蓄熱プレ−ト ５ 電動ファン ６ 水槽 ７ 電磁ポンプ ８ 連通管 ９ ペルチェ素子 １０ 連通管 １１ 直流電源（電源電池） １２ 電気伝導体 １３−１ 過剰電子Ｎ型（Ｎ型半導体） １３−２ 不足電子Ｐ型（Ｐ型半導体） １４ 電気絶縁体 １５ キャリア電流，熱流の流れる方向 １６ 熱良導性金属蓋 １７ 連通管 １８ ビニルチュ−ブ １９ 発泡体 ２０ 連通管 ２１ 水ジャケット ２２ 連通管 ２３ ポンプ ２４ 水槽内水温度維持兼空気供給ユニット

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ヒ−トシンクの放熱側と反対側の面にペ
   ルチェ素子を設け，上記ヒ−トシンクと反対側の面に発
   生した該ペルチェ素子の冷または温気を水槽内の水と連
   通する水槽に浸した熱良導性パイプを設け，上記ヒ−ト
   シンクの放熱側に発生した熱を放散する電動ファンを設
   け，上記熱良導性パイプと連通する送風パイプを設け，
   該送風パイプを介して上記ヒ−トシンクと反対側の面に
   発生した上記ペルチェ素子面の冷または温気を熱良導性
   パイプを通して水槽内の水に送り込む冷温気送風手段を
   設けたことを特徴とする電子冷熱式水温度維持装置。