JPH10246531A - 熱電変換装置 - Google Patents
熱電変換装置Info
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- JPH10246531A JPH10246531A JP9047792A JP4779297A JPH10246531A JP H10246531 A JPH10246531 A JP H10246531A JP 9047792 A JP9047792 A JP 9047792A JP 4779297 A JP4779297 A JP 4779297A JP H10246531 A JPH10246531 A JP H10246531A
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- F25B2321/0252—Removal of heat by liquids or two-phase fluids
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- Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
Abstract
媒体の量が少くて済みコストの低減が図れる装置。 【解決手段】 吸熱側熱導体1と、放熱側熱導体3と、
その間に介在された熱電変換素子2と、吸熱側熱導体1
と放熱側熱導体3の少くもいずれか一方の熱導体と接合
して内部を流通する熱移動媒体12により熱を移動する
媒体ジャケット4とを備えた熱電変換装置において、ジ
ャケット4に熱移動媒体12の注入口8と排出口9がそ
れぞれ設けられ、媒体ジャケット4の熱導体と対向する
側が開口した凹部7を有し、凹部7を形成する底壁及熱
導体側に向けてギャップ形成部11を構成し、そのジャ
ケット4と熱導体を接合することにより、熱導体とギャ
ップ形成部11間に移動体12が通る狭いギャップGが
形成され、そのギャップGと注入口8間に浅い分散溝部
13が形成され、ギャップGと排出口9間に深い集合溝
部14が形成されることを特徴とする。
Description
冷蔵庫、保温を含む温蔵庫、電流の流す方向を切り替え
ることにより冷蔵と温蔵が兼用できる冷・温蔵兼用庫な
どの熱電変換装置に係り、特に水などの液状の熱移動媒
体を使用する熱電変換装置に関するものである。
庫などの熱電変換装置の放熱には空冷や水冷が用いら
れ、特に水冷は空冷よりも冷却効率が高いという特長を
有している。
斜視図ある。同図に示すように水冷ジャケット100
は、合成樹脂の成形体からなり比較的厚さ(高さ)が厚
くて(例えば厚さ10〜20mm程度)中空状の箱体1
01の側面に注入管体102と、排出管体103とが接
続されている。
平面(例えば下面)が放熱側の熱導体と密着しており、
前記注入管体102から注入された水104が箱体10
1の中を流れる間に放熱側熱導体の熱を奪い、その水1
04は排出管体103から排出される。
75303号公報で提案された熱交換装置の断面図およ
びベース部材の平面図である。この熱交換装置は、図1
9に示すように熱電変換素子201と、熱電変換素子2
01の一方の片面に密着した吸熱側熱導体202と、熱
電変換素子201の他方の片面に密着した放熱側熱導体
203と、その放熱側熱導体203の熱電変換素子20
1と反対側に接合されたベース部材204とから主に構
成されている。
対向する側に向けて開口した凹部205を有し、凹部2
05の底部中央には摺り鉢状部206が連設されてい
る。ベース部材204の側面から凹部205に向けて延
びた媒体入口207と、摺り鉢状部206に向けて延び
た媒体出口208とが、それぞれ形成されている。図2
0に示す如く、媒体入口207は凹部205の一つの側
壁に沿って延びるように形成されている。また図19に
示すように、ベース部材204を放熱側熱導体203に
接合することにより、放熱側熱導体203の下面とベー
ス部材204の凹部205により密閉された媒体供給室
209が形成される。
7より凹部205内に噴射され、凹部205内を図20
に示すように矢印方向に旋回し、その間に放熱側熱導体
203から熱を奪い、水201の渦流の一部はその中心
にある摺り鉢状部206から抜き出され、媒体出口20
8から排出される。
比較的厚い水冷ジャケット100の場合、箱体101内
を流れる水流の放熱側熱導体203近傍においては線速
が下がり層流に近い状態あるいは層流になった境界層が
形成されるため、熱コンダクタンスが低く、放熱効率が
悪い。熱コンダクタンスを高くするためには、単位時間
当たりの水量を多くする必要があるが、そのために容量
の大きなポンプが必要となり、またポンプ駆動のための
消費電力が大きくなるという欠点を有している。
置の場合、前記媒体供給室209で乱流が生じるため前
記図18に示す水冷ジャケット100の場合よりも熱コ
ンダクタンスは高いが、問題がない訳ではない。
素子201とほぼ同じ面積を有する凹部205と、その
凹部205の中央底部に摺り鉢状部206が連設されて
おり、それらの空間を水210が旋回しながら貫流して
いる。ところで、放熱側熱導体203から熱を奪うのは
放熱側熱導体203の表面と接触する極く一部の水であ
るのに、前述の空間に流す単位時間当たりの水の量は多
く、そのために容量の大きなポンプが必要で、またポン
プ駆動のための消費電力が大きく、ランニングコストが
高くつく。
201は、乱流となって凹部205内を旋回し、その後
一部の水201は摺り鉢状部206内に流れ込み、そこ
から媒体出口208を通って排出される経路を辿るた
め、水流による騒音が発生し、静音性が損なわれるなど
の欠点を有している。
点を解消し、熱コンダクタンスが高く、しかも流す熱移
動媒体の量が少なくて済み、そのためコストの低減が図
れる熱電変換装置を提供することにある。
め、本発明は、熱電変換素子の熱を移動するために例え
ば水や不凍液などの液状の熱移動媒体を使用する熱電変
換装置を対象とするものである。
熱電変換素子の全面とほぼ対向しかつ熱電変換素子に近
接する位置に例えば0.5〜2mm程度の液層の薄い流
通路を形成し、その液層の薄い流通路の片側に熱移動媒
体を分散して液層の薄い流通路に供給する液層の厚い分
散部と、その分散部と対向して液層の薄い流通路を通過
した熱移動媒体を集める集合部とを設けたことを特徴と
する。
2mm程度の液層の薄い流通路を形成することにより、
熱移動媒体の境界層ができにくく、淀みがなく、熱移動
媒体が高速で通過するから、熱抵抗が少なくなり(熱コ
ンダクタンスが高い)、効率の良い熱の移動が可能とな
る。
較して少量であり、しかも液層の薄い流通路の前後に液
層の厚い分散部と集合部が形成されているから、熱移動
媒体をいち早く分散したり集合したりすることができ、
そのため流通抵抗が小さくなるから、ポンプの容量が小
さくて済み、消費電力も軽減でき、コストの低減が図れ
る。
する。図1ないし図3は第1の実施の形態に係る熱電変
換装置を説明するための図で、図1は熱電変換装置の断
面図、図2は図1A−A線上の断面図、図3は水冷ジャ
ケットの底面図である。
ニウムなどからなるブロック状の吸熱側熱導体1と、図
示しないN型半導体ならびにP型半導体を含む熱電変換
素子2と、アルミニウムなどからなる板状の放熱側熱導
体3と、ABS樹脂などの合成樹脂あるいはアルミニウ
ムなどの金属からなる水冷ジャケット4と、吸熱側熱導
体1と放熱側熱導体3を連結する合成樹脂の成形体から
なる枠体5とから主に構成されている。
には熱電変換素子2よりも広い面積を有する開口6をも
った凹部7が形成され、水冷ジャケット4の左右対称位
置には凹部7と連通した注入口8と排出口9とが設けら
れている。凹部7の底部となる上壁10には、熱電変換
素子2とほぼ同じがそれより若干広い面積を有し、開口
6側に向けて突出した平面状のギャップ形成部11が設
けられている。
2に示すように水12の流れ方向とほぼ直交する方向に
延びた比較的深い分散溝部13が形成され、注入口8と
連通している。また、ギャップ形成部11と排出口9の
間には水12の流れ方向とほぼ直交する方向に延びた比
較的深い集合溝部14が形成され、排出口9と連通して
おり、分散溝部13と集合溝部14はギャップ形成部1
1を間にして対向した位置にある。分散溝部13と集合
溝部14の深さは後述する0.5〜2mm程度のギャッ
プGに対して例えば4〜6mm程度が適当で、その幅は
図3に示すようにギャップ形成部11の幅と同寸かある
いはそれより広くなっている(本実施の形態では同寸に
なっている)。
側熱導体3に例えば接着剤あるいは(および)Oリング
を介して液密に接合することにより、前記ギャップ形成
部11が放熱側熱導体3に接近して0.5〜2mm程度
の極めて狭いフラットなギャップGが形成され、このギ
ャップGは放熱側熱導体3を介して熱電変換素子2と対
向している。
注入すると、水12は図2に示すように分散溝部13で
素早く分散して、放熱側熱導体3とギャップ形成部11
の間の狭いギャップGを高速で通過し、その間に放熱側
熱導体3の表面と接触して熱を奪い、集合溝部14で集
められて排出口9から排出される。
部13と対向する段部に傾斜または丸みを付けて、水1
2をギャップG側にスムーズに流すこともできる。
するための図で、図4はこの実施の形態に使用する放熱
側熱導体の平面図、図5はその放熱側熱導体の側面図、
図6はその放熱側熱導体と水冷ジャケットの一部断面図
である。
水冷ジャケット4と対向する表面に、水12の流れ方向
に沿って延びた突条15が多数形成されており、この突
条15の形成領域は熱電変換素子2の面積とほぼ一致し
ている。図6に示すように放熱側熱導体3と水冷ジャケ
ット4を接合することにより、ギャップ形成部11と各
突条15との間に狭いギヤップGが形成される。
の放熱側熱導体と水冷ジャケットの一部断面図である。
第2の実施の形態と相違する点は、水冷ジャケット4の
ギャップ形成部11に放熱側熱導体3の突条15と対向
するように水12の流れ方向に沿って延びた溝16が多
数形成され、突条15が溝16に挿入されている点であ
る。
明するための図で、図8はこの実施の形態に係る熱電変
換装置の断面図、図9は水冷ジャケットの底側面図、図
10はその水冷ジャケットの正面図、図11は図9B−
B線上の断面図である。
0に示すように注入口8と排出口9が水冷ジャケット4
の手前側に設けられ、この注入口8と排出口9の延長線
上に分散溝部13と集合溝部14が形成されている。そ
して前記実施の形態と同様に、分散溝部13と集合溝部
14の間にギヤップ形成部11が設けられ、図8に示す
ように放熱側熱導体3と水冷ジャケット4を接合するこ
とにより、放熱側熱導体3とギヤップ形成部11の間に
狭いフラットなギヤップGが形成される。
の放熱側熱導体と水冷ジャケットの一部断面図である。
この実施の形態の場合、放熱側熱導体3と水冷ジャケッ
ト4のギヤップ形成部11にそれぞれ波形の凹凸部17
a,17bが設けられ、放熱側熱導体3と水冷ジャケッ
ト4の間に波形の狭いギヤップGが形成される。水12
はこの波形のギヤップGを順次乗り越えるようにして通
過し、その間に熱の授受がなされる。
めの放熱側熱導体の一部斜視図である。この実施の形態
の場合、放熱側熱導体3の水冷ジャケット4と対向する
面に柱状、方形、半球状あるいは他の形状の突出部18
が多数形成されている。なお、水冷ジャケット4の方に
前記突出部18がギヤップGを介して挿入される凹部を
形成することもできる。
めの放熱側熱導体と水冷ジャケットの一部斜視図であ
る。この実施の形態の場合、放熱側熱導体3の水冷ジャ
ケット4と対向する面に半球状、溝状あるいは他の形状
の窪み19が多数形成されている。この実施の形態の場
合、放熱側熱導体3と水冷ジャケット4の間を通過する
水12は窪み19の所で少し旋回しながら流通する。
す実施の形態の場合は伝熱面積が広く確保でき、熱電変
換効率を高めることができる。
態を説明するための熱電変換素子と水冷ジャケットの断
面図ならびに斜視図である。この実施の形態の場合、水
冷ジャケット70全体がアルミニウムなどの熱伝導性の
良好な金属から構成され、水冷ジャケット70の左右対
称位置にはパイプ状のものから形成された流通断面積の
大きい分散溝部71と集合溝部72が設けられ、分散溝
部71と集合溝部72の間は0.5〜2mm程度の極め
て狭いフラットなギャツプGを介して2枚の平行板73
a,73bで接続されている。
変換素子2が密着しており、この平行板73aは放熱側
熱導体を兼ねている。分散溝部71と集合溝部72の手
前側に水12の注入管74と排出管75が接続され、分
散溝部71と集合溝部72の奥側は閉塞されている。
2を注入すると、水12は分散溝部71で素早く奥側ま
で流れて分散し、全面的に平行板73a,73bの間の
ギャップGを高速で通過し、その間に熱電変換素子2の
熱を奪い、集合溝部72で集められて排出管75から排
出される。
体を金属で構成したが、熱電変換素子2と密着する平行
板73a(フィン付きまたはフィンなし)は金属で構成
し、他の部分は合成樹脂で例えばインサート成形などに
より一体に成形することもできる。
の熱電変換素子と水冷ジャケットの斜視図である。この
実施の形態で第8の実施の形態と相違する点は、排出管
75の取付け位置が集合溝部72の奥側になった点であ
る。従ってこの実施の形態では注入管74と排出管75
が水冷ジャケット70のほぼ対角線上に配置された形に
なっている。
変形例は、破線で示すように注入管74aを分散溝部7
1の長手方向と直交する方向でかつ分散溝部71の手前
側に水平に接続し、排出管75aを排出管75の長手方
向と直交する方向でかつ排出管75の奥側に水平に接続
している。
管74bを分散溝部71の長手方向と直交する方向でか
つ分散溝部71のほぼ中央部に水平に接続し、排出管7
5bを排出管75の長手方向と直交する方向でかつ排出
管75のほぼ中央部に水平に接続している。
管74cを分散溝部71の長手方向と直交する方向でか
つ分散溝部71のほぼ中央部に垂直に接続し、排出管7
5cを排出管75の長手方向と直交する方向でかつ排出
管75のほぼ中央部に垂直に接続している。このように
注入管74ならびに排出管75は、分散溝部71ならび
に排出管75に対して色々な位置ならびに角度で取付け
可能である。
おいて、熱電変換素子2と接触する平行板73aの内面
に図4ならびに図5に示すように水12の流れ方向に沿
って多数の突条を設けて、伝熱面積を増大することも可
能である。
変換装置を用いた電子冷蔵庫の断面図である。この例で
は、四隅にキャスターの付いたワゴン(図示せず)の上
部に搭載された保冷ピット31と、中間部に搭載された
冷蔵庫32と、下部に取り付けられた放熱ラジェータ3
3とから主に構成されている。
断熱容器34を有し、その開口を開閉するスライド天板
35が開口部に取付けられている。断熱容器34の内面
に密着するように箱型の第1吸熱側熱導体36が配置さ
れ、第1吸熱側熱導体36の底部の中央裏側にはブロッ
ク状の第2吸熱側熱導体37が複数個配置されている。
各第2吸熱側熱導体37の下面には熱電変換素子38を
介して水冷ジャケット39が密着している。
容器40を有し、その開口を開閉するように断熱ドア4
1が設けられている。断熱容器41の内面に密着するよ
うに箱型の第1吸熱側熱導体42が配置され、第1吸熱
側熱導体42の奥の底部にはフイン付きブロック状の第
2吸熱側熱導体43が複数個配置されている。各第2吸
熱側熱導体43の後面には熱電変換素子44を介して水
冷ジャケット45が密着している。前記吸熱側熱導体3
7,43、熱電変換素子38,44ならびに水冷ジャケ
ット39,45は、図1ないし図14または図21ない
し図23に示すいずれかの構造が採用される。
8,44を駆動するためのコントローラを含む直流電源
(1次電池または2次電池)47と、各水冷ジャケット
39,45に熱移動媒体である水を送り込むためのポン
プ48が設置されている。
放熱ファン50とが設けられ、各水冷ジャケット39,
45から送られてきた水を送風52により強制的に冷却
している。図示していないが各水冷ジャケット39,4
5とポンプ48と放熱ラジェータ33は、フレキシブル
なホースによって水が循環できるように接続されてい
る。図示していないが、水の循環経路の途中に熱移動媒
体用のリザーブタンクやアキュムレータを設けることも
できる。
の容量は16リッターで、室温が25℃の際に庫内温度
は−6℃に保持でき、一方、冷蔵庫32の容量は30リ
ッターで、室温が25℃の際に庫内温度は3℃に保持で
きるように、各熱電変換素子38,44に供給する電力
を調整して、保冷ピット31と冷蔵庫32が個別に温度
制御できるように構成されている。
ボックス装置を設置し、宅配業者が受取人宅に訪れて不
在のとき、荷物を保管用ボックス装置に預けるととも
に、伝票を受取人宅の郵便受けなどに投入し、受取人が
帰宅してその伝票から不在のときに荷物が配達されたこ
とを知り、保管用ボックス装置内の荷物を受け取るシス
テムが開発されている。
態に係る熱電変換装置を用いた保管用ボックス装置の正
面図および側面図である。
ニット62と、1つの操作制御ユニット63を積載した
集合体から主に構成されている。収納ユニット62のう
ち、例えば図16に向かって左側の縦列は断熱層によっ
て内張りされた冷蔵・冷凍機能を有する収納ユニット6
2a〜62dで、そのうち下から1段目と2段目の収納
ユニット62a,62bは冷凍保存と冷蔵保存の切り替
えが可能で、下から3段目と5段目の収納ユニット62
c,62dは冷蔵保存が可能なユニットになっている。
これら収納ユニット62a〜62dは、通電しなければ
常温の収納ユニットとして使用できる。
62dには熱電変換装置64がそれぞれ内蔵されてお
り、各熱電変換装置64は配水管65で接続され、その
途中に放熱ラジェータ66と循環ポンプ67が接続さ
れ、放熱ラジェータ66の近傍に送風ファン68が付設
されている。この実施の形態では複数個の熱電変換装置
64に対して1個の放熱ラジェータ66を設けたが、各
熱電変換装置64に対してそれぞれ個別に放熱ラジェー
タを設けることもできる。
は、吸熱側熱導体、熱電変換素子ならびに水冷ジャケッ
トを有し、図1ないし図14または図21ないし図23
に示すいずれかの構造が採用される。
いが、受領確認書などを発行するタイマー付きプリン
タ、操作手順などを指示する音声出力装置ならびにディ
スプレイ、ICカードや磁気カードなどのカードリーダ
ーライタ、テンキー、冷蔵保存と冷凍保存の選択キー、
モデムなどが内蔵、設置されている。
なっており、操作制御ユニット63のキーを操作するこ
とにより、ロック解除ができるようになっている。収納
ユニット62a〜62dには、冷蔵保存中または冷凍保
存中の表示が個別になされる。
を用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、
例えば不凍液などの他の液状媒体を使用することも可能
である。
たが、本発明はこれに限定されるものではなく、吸熱側
にも適用可能である。
程度の液層の薄い流通路を形成することにより、熱移動
媒体の境界層ができにくく、淀みがなく、熱移動媒体が
高速で通過するから、熱抵抗が少なくなり(熱コンダク
タンスが高い)、効率の良い熱の移動が可能となる。
較して少量であり、しかも液層の薄い流通路の前後に液
層の厚い分散部と集合部が形成されているから、熱移動
媒体をいち早く分散したり集合したりすることができ、
そのため流通抵抗が小さくなるから、ポンプの容量が小
さくて済み、消費電力も軽減でき、コストの低減が図れ
る。
の断面図である。
面図である。
に用いる放熱側熱導体の平面図である。
ジャケットの一部断面図である。
における放熱側熱導体と水冷ジャケットの一部断面図で
ある。
の断面図である。
面図である。
置における放熱側熱導体と水冷ジャケットの一部断面図
である。
置に用いる放熱側熱導体の一部斜視図である。
置における放熱側熱導体と水冷ジャケットの一部断面図
である。
いた電子冷蔵庫の概略構成図である。
いた保管用ボックス装置の正面図である。
面図である。
熱電変換素子と水冷ジャケットの断面図である。
ットの斜視図である。
熱電変換素子と水冷ジャケットの斜視図である。
Claims (8)
- 【請求項1】 熱電変換素子の熱を移動するために液状
の熱移動媒体を使用する熱電変換装置において、 その熱移動媒体の流通経路で、前記熱電変換素子の全面
とほぼ対向しかつ熱電変換素子に近接する位置に液層の
薄い流通路を形成し、その液層の薄い流通路の片側に熱
移動媒体を分散して液層の薄い流通路に供給する液層の
厚い分散部と、その分散部と対向して液層の薄い流通路
を通過した熱移動媒体を集める集合部とを設けたことを
特徴とする熱電変換装置。 - 【請求項2】 請求項1記載において、前記液層の薄い
流通路と分散部と集合部が、前記熱電変換素子と接する
熱導体と、その熱導体と接合する媒体ジャケットから形
成され、 その媒体ジャケットに熱移動媒体の注入口と排出口が設
けられ、 媒体ジャケットの熱導体と対向する側が開口した凹部を
有し、その凹部を形成する底壁が前記熱導体側に向けて
突出してギャップ形成部を構成し、その媒体ジャケット
と熱導体を接合することにより、熱導体とギャップ形成
部の間に前記液層の薄い流通路が形成され、 その液層の薄い流通路と注入口の間に設けられた分散溝
部により分散部が形成され、液層の薄い流通路と排出口
の間に設けられた集合溝部により集合部が形成されるこ
とを特徴とする熱電変換装置。 - 【請求項3】 請求項1記載において、前記液層の薄い
流通路が間隔の狭い2枚の平行板から形成され、その平
行板の少なくとも熱電変換素子と接合する部分が熱良導
体で構成されて、前記分散部と集合部が平行板に接合さ
れた分散溝部と集合溝部から形成されることを特徴とす
る熱電変換装置。 - 【請求項4】 請求項2記載において、前記熱導体の媒
体ジャケットと対向する側に突部が形成されていること
を特徴とする熱電変換装置。 - 【請求項5】 請求項3記載において、前記熱良導体で
構成された平行板の内面に突部が形成されていることを
特徴とする熱電変換装置。 - 【請求項6】 請求項4または5記載において、前記突
部が熱移動媒体の流れ方向に沿って延びた突条であるこ
とを特徴とする熱電変換装置。 - 【請求項7】 請求項1ないし6のいずれか記載の熱電
変換装置を備えたことを特徴とする電子冷蔵庫。 - 【請求項8】 請求項1ないし6のいずれか記載の熱電
変換装置を備えたことを特徴とする保管用ボックス装
置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP04779297A JP4022278B2 (ja) | 1997-03-03 | 1997-03-03 | 熱電変換装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP04779297A JP4022278B2 (ja) | 1997-03-03 | 1997-03-03 | 熱電変換装置 |
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JP4022278B2 JP4022278B2 (ja) | 2007-12-12 |
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JP04779297A Expired - Fee Related JP4022278B2 (ja) | 1997-03-03 | 1997-03-03 | 熱電変換装置 |
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Country | Link |
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JP (1) | JP4022278B2 (ja) |
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