JPH1172276A - 熱電システム - Google Patents
熱電システムInfo
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- JPH1172276A JPH1172276A JP10178175A JP17817598A JPH1172276A JP H1172276 A JPH1172276 A JP H1172276A JP 10178175 A JP10178175 A JP 10178175A JP 17817598 A JP17817598 A JP 17817598A JP H1172276 A JPH1172276 A JP H1172276A
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- fluid
- heat exchanger
- thermoelectric
- thermoelectric module
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K5/00—Casings; Enclosures; Supports
- H02K5/04—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
- H02K5/12—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof specially adapted for operating in liquid or gas
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D13/00—Pumping installations or systems
- F04D13/02—Units comprising pumps and their driving means
- F04D13/06—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven
- F04D13/0673—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven the motor being of the inside-out type
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D29/00—Details, component parts, or accessories
- F04D29/18—Rotors
- F04D29/22—Rotors specially for centrifugal pumps
- F04D29/2205—Conventional flow pattern
- F04D29/2216—Shape, geometry
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B21/00—Machines, plants or systems, using electric or magnetic effects
- F25B21/02—Machines, plants or systems, using electric or magnetic effects using Peltier effect; using Nernst-Ettinghausen effect
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
- H10N10/10—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects
- H10N10/13—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects characterised by the heat-exchanging means at the junction
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- Thermotherapy And Cooling Therapy Devices (AREA)
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
- Treatments Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 冷凍機に適用するのに適した熱電システムを
提供する。 【解決手段】 熱電モジュールの第一の外面に取り付け
られた第一のマニホルドに第一の流体ポンプと第一の熱
交換器を接続して第一閉循環ループを形成し、熱電モジ
ュールの第二の外面に取り付けられた第二のマニホルド
に第二の流体ポンプと第二の熱交換器を接続し第二閉循
環ループを形成している。
提供する。 【解決手段】 熱電モジュールの第一の外面に取り付け
られた第一のマニホルドに第一の流体ポンプと第一の熱
交換器を接続して第一閉循環ループを形成し、熱電モジ
ュールの第二の外面に取り付けられた第二のマニホルド
に第二の流体ポンプと第二の熱交換器を接続し第二閉循
環ループを形成している。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、熱電冷凍システム
に関する。
に関する。
【０００２】
【従来の技術】冷凍システム内に熱電モジュールを使用
することは、公知である。熱電モジュールは、電流が該
モジュールを流れることにより、該モジュールの一方の
側が冷却され、そのモジュールの反対側が加熱される、
公知の型式の熱ポンプである。また、熱電モジュール
は、ペルチェ（Ｐｅｌｔｉｅｒ）モジュール、または熱
電熱ポンプとしても公知である。熱電モジュールを備え
る従来から公知の冷凍装置は、該熱電モジュールの各側
部に強固にクランプ締めされ、熱電組立体を形成するア
ルミニウム吸熱源から成る。電流を該モジュールに通し
たとき、熱は一方の側からその反対側に伝達される。
することは、公知である。熱電モジュールは、電流が該
モジュールを流れることにより、該モジュールの一方の
側が冷却され、そのモジュールの反対側が加熱される、
公知の型式の熱ポンプである。また、熱電モジュール
は、ペルチェ（Ｐｅｌｔｉｅｒ）モジュール、または熱
電熱ポンプとしても公知である。熱電モジュールを備え
る従来から公知の冷凍装置は、該熱電モジュールの各側
部に強固にクランプ締めされ、熱電組立体を形成するア
ルミニウム吸熱源から成る。電流を該モジュールに通し
たとき、熱は一方の側からその反対側に伝達される。
【０００３】電流を熱電モジュールに最初に通したと
き、二つの側部間の温度差は最小である。こうした状態
のとき、熱電組立体は、効率良く作動する。しかし、冷
凍機がその所望の内部温度近くに達すると、二つの側部
間の温度差が増す。こうした状態のとき、熱電組立体
は、熱ポンプとしての作動効率が低下する。熱電モジュ
ールを熱ポンプとして形成する場合、従来の熱電組立体
は、装置の全体の温度差を維持し得るように常に電流が
印加されていなければならない。この電流が無くなった
ならば、熱は熱平衡状態を再設定し得るような方法で組
立体を通って流れる。故に、実際上、従来の熱電組立体
の電気の消費は、単に、該組立体の全体の温度差を維持
するためにだけ行われる。これは、エネルギの非常な無
駄である。
き、二つの側部間の温度差は最小である。こうした状態
のとき、熱電組立体は、効率良く作動する。しかし、冷
凍機がその所望の内部温度近くに達すると、二つの側部
間の温度差が増す。こうした状態のとき、熱電組立体
は、熱ポンプとしての作動効率が低下する。熱電モジュ
ールを熱ポンプとして形成する場合、従来の熱電組立体
は、装置の全体の温度差を維持し得るように常に電流が
印加されていなければならない。この電流が無くなった
ならば、熱は熱平衡状態を再設定し得るような方法で組
立体を通って流れる。故に、実際上、従来の熱電組立体
の電気の消費は、単に、該組立体の全体の温度差を維持
するためにだけ行われる。これは、エネルギの非常な無
駄である。
【０００４】実際上、また、従来の熱電組立体は、該熱
電モジュールと吸熱源との境界にて生ずる熱インピーダ
ンスの作用を受ける。このため、こうした境界面の作用
を最小限に抑制すべく、熱電組立体の製造には、非常な
慎重さおよび費用が必要とされる。一部の熱電組立体
は、吸熱源との接触表面積を増すため、単一の熱電モジ
ュールではなく、吸熱源の間に挟持された二つの小型の
熱電モジュールを備えている。しかし、固体の吸熱源の
締め付け力によって熱電モジュールに加えられる構造お
よび設計上の制約およびコストのため、当然、モジュー
ル自体を小さい寸法にしなければならず、そのため、熱
接触面積を大きくする妨げとなる。また、熱電モジュー
ル内のＰ＆Ｎ熱電対間の熱電コネクタは、同一の理由の
ため、極めて小さい。性能の向上は、大きい電気コネク
タを介してより大きい熱接触面積を利用することで実現
可能であるため、このことは、望ましいことではない。
電モジュールと吸熱源との境界にて生ずる熱インピーダ
ンスの作用を受ける。このため、こうした境界面の作用
を最小限に抑制すべく、熱電組立体の製造には、非常な
慎重さおよび費用が必要とされる。一部の熱電組立体
は、吸熱源との接触表面積を増すため、単一の熱電モジ
ュールではなく、吸熱源の間に挟持された二つの小型の
熱電モジュールを備えている。しかし、固体の吸熱源の
締め付け力によって熱電モジュールに加えられる構造お
よび設計上の制約およびコストのため、当然、モジュー
ル自体を小さい寸法にしなければならず、そのため、熱
接触面積を大きくする妨げとなる。また、熱電モジュー
ル内のＰ＆Ｎ熱電対間の熱電コネクタは、同一の理由の
ため、極めて小さい。性能の向上は、大きい電気コネク
タを介してより大きい熱接触面積を利用することで実現
可能であるため、このことは、望ましいことではない。
【０００５】従来の熱電モジュールの設計における別の
大きな制約ファクタは、モジュールの高温面および冷温
面が互いに接近する（通常、５ｍｍ以内）点である。対
流、伝導、および放射を通じて一方の面から反対側の面
に極めて顕著な損失が生じる、即ち、伝熱率が大きくな
る。このため、熱電モジュールの極限性能は著しく制限
される。従来の熱電組立体において、この問題点を一層
悪化させることは、モジュールの面に取り付けられた一
体の吸熱源が互いに近接していることである。従来の熱
電組立体内における二つの吸熱源の熱質量、およびこれ
らが互いに近接していることは、常に、相互に悪く作用
する。上述の問題点のため、熱電組立体の使用は、極め
て小型で可搬式のクーラおよび冷凍機に制限される。熱
電組立体は、例えば、電力消費量が大きいため、実際に
は、家庭用冷蔵庫には使用されていない。本発明は、従
来技術の問題点を解消すべくなされたもので、冷凍機に
適用するのに適した熱電システムを提供することを目的
とする。
大きな制約ファクタは、モジュールの高温面および冷温
面が互いに接近する（通常、５ｍｍ以内）点である。対
流、伝導、および放射を通じて一方の面から反対側の面
に極めて顕著な損失が生じる、即ち、伝熱率が大きくな
る。このため、熱電モジュールの極限性能は著しく制限
される。従来の熱電組立体において、この問題点を一層
悪化させることは、モジュールの面に取り付けられた一
体の吸熱源が互いに近接していることである。従来の熱
電組立体内における二つの吸熱源の熱質量、およびこれ
らが互いに近接していることは、常に、相互に悪く作用
する。上述の問題点のため、熱電組立体の使用は、極め
て小型で可搬式のクーラおよび冷凍機に制限される。熱
電組立体は、例えば、電力消費量が大きいため、実際に
は、家庭用冷蔵庫には使用されていない。本発明は、従
来技術の問題点を解消すべくなされたもので、冷凍機に
適用するのに適した熱電システムを提供することを目的
とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明では、上記目的を
達成するために、対向する熱伝導性の第一と第二の外面
を備えた少なくとも一つの熱電モジュールを有し、使用
時には、前記第一の外面は比較的低温になり、前記第二
外面は比較的高温になり、熱電モジュールの第一と第二
の外面にそれぞれ取り付けられてそれぞれ空間を形成す
る第一と第二のマニホルドを有し、各マニホルドは、熱
電モジュールから間隔をおいたマニホルド外壁と、前記
第一と第二の外面のそれぞれに隣接して前記空間の開口
面を画成する周側壁と、流体の入口と出口とを有し、使
用時には、流体が各マニホルドを通して流動して前記第
一と第二の外面が直接その流体に接触し、第一のマニホ
ルドに接続された第一の熱交換器と、第二のマニホルド
に接続された第二の熱交換器とを有し、各マニホルドと
各熱交換器の間において流体を循環させる第一と第二の
流体ポンプを有し、前記第一のマニホルドが第一の流体
ポンプと第一の熱交換器に接続されて第一閉循環ループ
を形成し、前記第二のマニホルドが第二の流体ポンプと
第二の熱交換器に接続されて第二閉循環ループを形成
し、前記第一のマニホルドからの流体は第一の流体ポン
プにより第一の熱交換器を通して循環し、前記第二のマ
ニホルドからの流体は第二の流体ポンプにより第二の熱
交換器を通して循環する構成としている。
達成するために、対向する熱伝導性の第一と第二の外面
を備えた少なくとも一つの熱電モジュールを有し、使用
時には、前記第一の外面は比較的低温になり、前記第二
外面は比較的高温になり、熱電モジュールの第一と第二
の外面にそれぞれ取り付けられてそれぞれ空間を形成す
る第一と第二のマニホルドを有し、各マニホルドは、熱
電モジュールから間隔をおいたマニホルド外壁と、前記
第一と第二の外面のそれぞれに隣接して前記空間の開口
面を画成する周側壁と、流体の入口と出口とを有し、使
用時には、流体が各マニホルドを通して流動して前記第
一と第二の外面が直接その流体に接触し、第一のマニホ
ルドに接続された第一の熱交換器と、第二のマニホルド
に接続された第二の熱交換器とを有し、各マニホルドと
各熱交換器の間において流体を循環させる第一と第二の
流体ポンプを有し、前記第一のマニホルドが第一の流体
ポンプと第一の熱交換器に接続されて第一閉循環ループ
を形成し、前記第二のマニホルドが第二の流体ポンプと
第二の熱交換器に接続されて第二閉循環ループを形成
し、前記第一のマニホルドからの流体は第一の流体ポン
プにより第一の熱交換器を通して循環し、前記第二のマ
ニホルドからの流体は第二の流体ポンプにより第二の熱
交換器を通して循環する構成としている。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しつつ、単
に一例としての本発明を説明する。添付図面の図１に
は、第一および第二の対向面を有する熱電モジュール１
２を備える熱電システム１０が図示されている。一つの
空間を形成するそれぞれのマニホルド１４は、熱電モジ
ュール１２の各面に取り付けられている。マニホルド１
４の各々は、図３に図示するように、入口１６と、出口
１８と、を備えている。更に、マニホルド１４の各々
は、図３に図示するように、入口１６と出口１８との間
を伸長する細長いラビリンス状、ジグザグ、ら旋状、ま
たは蛇行通路２０を備えている。通路２０の細長い形状
は、流体と熱電モジュール１２との接触を促進する。
に一例としての本発明を説明する。添付図面の図１に
は、第一および第二の対向面を有する熱電モジュール１
２を備える熱電システム１０が図示されている。一つの
空間を形成するそれぞれのマニホルド１４は、熱電モジ
ュール１２の各面に取り付けられている。マニホルド１
４の各々は、図３に図示するように、入口１６と、出口
１８と、を備えている。更に、マニホルド１４の各々
は、図３に図示するように、入口１６と出口１８との間
を伸長する細長いラビリンス状、ジグザグ、ら旋状、ま
たは蛇行通路２０を備えている。通路２０の細長い形状
は、流体と熱電モジュール１２との接触を促進する。
【０００８】該通路２０は、成形金属またはプラスチッ
ク材料で形成され、図４に図示するように、典型的に、
熱電モジュール１２の対応する面に対して平行な外壁２
２がマニホルド１４に設けられている。該外壁２２から
は、周縁壁２４が伸び、該周縁壁２４は、壁２２の全周
に沿って伸びている。該周縁壁２４は、多数のボルト穴
２７を有する。該ボルト穴２７は、熱電モジュール１２
の反対側にある他のマニホルド１４をボルトおよびナッ
トによって保持するのに役立つ。小さい寸法のボルトの
使用により、一側部から反対側にボルトに沿って不確実
な伝熱が行われる可能性を軽減する。
ク材料で形成され、図４に図示するように、典型的に、
熱電モジュール１２の対応する面に対して平行な外壁２
２がマニホルド１４に設けられている。該外壁２２から
は、周縁壁２４が伸び、該周縁壁２４は、壁２２の全周
に沿って伸びている。該周縁壁２４は、多数のボルト穴
２７を有する。該ボルト穴２７は、熱電モジュール１２
の反対側にある他のマニホルド１４をボルトおよびナッ
トによって保持するのに役立つ。小さい寸法のボルトの
使用により、一側部から反対側にボルトに沿って不確実
な伝熱が行われる可能性を軽減する。
【０００９】熱電モジュール１２の隣接面と共に、壁２
２、２４内には、通路２０を有する空間２５が形成され
る。該空間２５は、該空間２５の第一の端部にて、壁２
４から長手方向に延びる第一の仕切り２６を有する。該
第一の仕切り２６は、空間２５の隣接する側に対して平
行に、入口１６に隣接する箇所から空間２５の第二の端
部に向けて部分的に延びている。第二の仕切り２８は、
第一の仕切り２６に対して平行であり且つ第一の仕切り
２６から離間され、空間２５の第二の端部にて壁２４か
ら空間２５の第一の端部に向けて長手方向に部分的に延
びている。このことは、第一の仕切り２６よりも小さい
第三の平行な仕切り３０の場合も同様であり、次に、第
四、第五および第六の平行な仕切り３２、３４、３６も
同様に配置される。最後に、第一の仕切り２６と同様な
第七の平行な仕切り３８が出口１８に隣接して配置され
る。
２、２４内には、通路２０を有する空間２５が形成され
る。該空間２５は、該空間２５の第一の端部にて、壁２
４から長手方向に延びる第一の仕切り２６を有する。該
第一の仕切り２６は、空間２５の隣接する側に対して平
行に、入口１６に隣接する箇所から空間２５の第二の端
部に向けて部分的に延びている。第二の仕切り２８は、
第一の仕切り２６に対して平行であり且つ第一の仕切り
２６から離間され、空間２５の第二の端部にて壁２４か
ら空間２５の第一の端部に向けて長手方向に部分的に延
びている。このことは、第一の仕切り２６よりも小さい
第三の平行な仕切り３０の場合も同様であり、次に、第
四、第五および第六の平行な仕切り３２、３４、３６も
同様に配置される。最後に、第一の仕切り２６と同様な
第七の平行な仕切り３８が出口１８に隣接して配置され
る。
【００１０】図４から理解されるように、これら仕切り
２６、２８、３０、３２、３４、３６、３８は、周縁壁
２４と同一の奥行きだけ、壁２２から延びており、熱電
モジュール１２の隣接面に対し最小の接触表面積にて係
合する。これら仕切りにより形成される通路の方向が繰
り返し変化することにより、通路２０を通る流体の流れ
は乱流となり、その結果、該流体とモジュール面との間
の伝熱量が増すことが確実となる。典型的に（例えば）
４０ｍｍ×４０ｍｍの熱電モジュール面を横断するジグ
ザグ、ら旋状、または蛇行する流体通路の好適な数は、
実験の結果、約８であることが確認されている。通路２
０の各流路は、方形、または半円形であることが望まし
い。
２６、２８、３０、３２、３４、３６、３８は、周縁壁
２４と同一の奥行きだけ、壁２２から延びており、熱電
モジュール１２の隣接面に対し最小の接触表面積にて係
合する。これら仕切りにより形成される通路の方向が繰
り返し変化することにより、通路２０を通る流体の流れ
は乱流となり、その結果、該流体とモジュール面との間
の伝熱量が増すことが確実となる。典型的に（例えば）
４０ｍｍ×４０ｍｍの熱電モジュール面を横断するジグ
ザグ、ら旋状、または蛇行する流体通路の好適な数は、
実験の結果、約８であることが確認されている。通路２
０の各流路は、方形、または半円形であることが望まし
い。
【００１１】故に、かかる流路の断面は、５ｍｍ×５ｍ
ｍに近い。しかし、実際上、通常、流路の仕切りの厚さ
は、可能な限り最小の厚さに維持することが望ましいの
で、これら流路は、５ｍｍを僅かに下廻る。システムの
性能を最適にし得るように、即ち、システムを最適化し
たとき、所定の送出容量および所定の外気温度に対する
最大の熱ポンプ容量が得られるように、流路の数および
その深さを変更することができる。
ｍに近い。しかし、実際上、通常、流路の仕切りの厚さ
は、可能な限り最小の厚さに維持することが望ましいの
で、これら流路は、５ｍｍを僅かに下廻る。システムの
性能を最適にし得るように、即ち、システムを最適化し
たとき、所定の送出容量および所定の外気温度に対する
最大の熱ポンプ容量が得られるように、流路の数および
その深さを変更することができる。
【００１２】マニホルド１４の流路を最適化すること
は、システムの流路の水力学的インピーダンス（マニホ
ルド１４は、通常、システム内で最大の流体インピーダ
ンスを有する）対ポンプの流体送出空間とを均衡させる
ことで可能である。マニホルド１４の周縁壁２４は、ガ
スケット「Ｏ」リングまたはシリカ／ゴムセメントのよ
うな公知の技術を使用して、モジュール１２の面の外周
に対して密封し、流体の漏洩を阻止することができる。
は、システムの流路の水力学的インピーダンス（マニホ
ルド１４は、通常、システム内で最大の流体インピーダ
ンスを有する）対ポンプの流体送出空間とを均衡させる
ことで可能である。マニホルド１４の周縁壁２４は、ガ
スケット「Ｏ」リングまたはシリカ／ゴムセメントのよ
うな公知の技術を使用して、モジュール１２の面の外周
に対して密封し、流体の漏洩を阻止することができる。
【００１３】図１に図示するように、それぞれの導管４
０が各入口１６から伸長し、また、それぞれの導管４２
が各出口１８から伸長している。これら導管４０、４２
の一方、またはその他方には、ポンプ４４が取り付けら
れる。図示するように、各対の入口および出口導管は、
遠方の熱交換器４６まで延びている。熱交換器４６の各
々には、通常、液体である流体が充填される。熱交換器
４６の各々には、冷却ファン４８を設けることができ
る。所望であれば、導管４０、４２は、目立たないよう
に小さくしたシステムに構成することも可能である。
０が各入口１６から伸長し、また、それぞれの導管４２
が各出口１８から伸長している。これら導管４０、４２
の一方、またはその他方には、ポンプ４４が取り付けら
れる。図示するように、各対の入口および出口導管は、
遠方の熱交換器４６まで延びている。熱交換器４６の各
々には、通常、液体である流体が充填される。熱交換器
４６の各々には、冷却ファン４８を設けることができ
る。所望であれば、導管４０、４２は、目立たないよう
に小さくしたシステムに構成することも可能である。
【００１４】図１のシステム１０の作動中、電流（通
常、直流であるが、この電流は、比例電流制御装置のよ
うな装置により変換可能である）が熱電モジュール１２
に印加される。これと同時に、ポンプ４４を作動させ、
液体が熱交換器４６から入口導管４０、マニホルド１
４、次に、出口導管４２を通って送出され、それぞれの
熱交換器４６に戻るようにする。電流が熱電モジュール
１２を流れる結果、熱は、片側（内側）における熱交換
器４６、導管４０、４２およびマニホルド１４内に保持
された流体から反対側（外側）におけるマニホルド１
４、導管４０、４２および熱交換器４６に送出され、こ
のため、システム内の冷凍機が冷却される一方、外側の
システムは加熱される。
常、直流であるが、この電流は、比例電流制御装置のよ
うな装置により変換可能である）が熱電モジュール１２
に印加される。これと同時に、ポンプ４４を作動させ、
液体が熱交換器４６から入口導管４０、マニホルド１
４、次に、出口導管４２を通って送出され、それぞれの
熱交換器４６に戻るようにする。電流が熱電モジュール
１２を流れる結果、熱は、片側（内側）における熱交換
器４６、導管４０、４２およびマニホルド１４内に保持
された流体から反対側（外側）におけるマニホルド１
４、導管４０、４２および熱交換器４６に送出され、こ
のため、システム内の冷凍機が冷却される一方、外側の
システムは加熱される。
【００１５】熱電モジュール１２は、冷凍機の壁の中間
点に取り付け、冷却側のマニホルド１４、ポンプ４４、
導管４０、４２および熱交換器４６は、冷凍機の内側と
なり、また、加熱側のマニホルド１４、ポンプ４４、導
管４０、４２および熱交換器４６が冷凍機の外側となる
ようにする。こうして、内側熱交換器４６を介して冷凍
機の内側から得た熱は冷凍機の外側の熱交換器４６に伝
達され、ここから熱は、公知の方法で放散される。熱電
システム１０は、ステップ制御方法を利用して作動させ
ることができ、また、熱電モジュールの固有の非直線的
な熱特性を利用することによる利点が得られ、これによ
り、モジュール１２の対向する面における温度差が最小
のときにシステムの最大の作動効率が得られる。熱電モ
ジュール１２の各側部を冷却する液体により、熱は遠方
の熱交換器４６まで容易に伝達することができ、この結
果、従来の一体の吸熱源よりも大気に近い温度を維持す
ることが可能となる。
点に取り付け、冷却側のマニホルド１４、ポンプ４４、
導管４０、４２および熱交換器４６は、冷凍機の内側と
なり、また、加熱側のマニホルド１４、ポンプ４４、導
管４０、４２および熱交換器４６が冷凍機の外側となる
ようにする。こうして、内側熱交換器４６を介して冷凍
機の内側から得た熱は冷凍機の外側の熱交換器４６に伝
達され、ここから熱は、公知の方法で放散される。熱電
システム１０は、ステップ制御方法を利用して作動させ
ることができ、また、熱電モジュールの固有の非直線的
な熱特性を利用することによる利点が得られ、これによ
り、モジュール１２の対向する面における温度差が最小
のときにシステムの最大の作動効率が得られる。熱電モ
ジュール１２の各側部を冷却する液体により、熱は遠方
の熱交換器４６まで容易に伝達することができ、この結
果、従来の一体の吸熱源よりも大気に近い温度を維持す
ることが可能となる。
【００１６】この状況のとき、本発明の上記熱電システ
ム１０は、冷凍機の内部が所望の温度に達したときにサ
イクルオフにすることができる。この時点で、ファン４
８を作動させ、外側のラジエータをより低温にし、その
内側をより高温にし（冷凍機から熱交換器の内側への吸
熱速度が速いため）、その結果、内側および外側温度は
相対的に近い温度となる（温度差が小さい）。このよう
に、次に、熱電システム１０を再作動させると、熱電モ
ジュール１２の各側のマニホルド１４、ポンプ４４およ
び熱交換器４６は、伝熱流体と比較的近い温度差とな
り、マニホルド１４自体は、より効率的な作動状態に近
くなる。
ム１０は、冷凍機の内部が所望の温度に達したときにサ
イクルオフにすることができる。この時点で、ファン４
８を作動させ、外側のラジエータをより低温にし、その
内側をより高温にし（冷凍機から熱交換器の内側への吸
熱速度が速いため）、その結果、内側および外側温度は
相対的に近い温度となる（温度差が小さい）。このよう
に、次に、熱電システム１０を再作動させると、熱電モ
ジュール１２の各側のマニホルド１４、ポンプ４４およ
び熱交換器４６は、伝熱流体と比較的近い温度差とな
り、マニホルド１４自体は、より効率的な作動状態に近
くなる。
【００１７】冷凍機が所望の内部温度に達したとき、熱
電システム１０の作動を停止する（スイッチオフ、また
はサイクルオフ）機能は、マニホルド１４が小さい断面
積および小さい熱空間を有し、空間２５が流体が流動す
るためのラビリンス通路２０を有することが望ましいと
いうことによって促進される。更に、流体が流動するこ
とを要する上述のラビリンス通路２０は、システム１０
から電流を除いた後、液体中に対流を発生させることを
困難にする。更に、熱電モジュール１２を不作動にした
とき、ポンプ４４もまた同時に不作動となり、更に流体
を送出せず、これにより、熱スイッチ、または熱スイッ
チ効果が得られる。更に、液体自体は、典型的に熱の不
導体であり、熱スイッチ効果を促進する、即ち、モジュ
ール１２およびポンプ４４がその流れの供給を停止した
とき、システムの片側から反対側への伝熱は殆ど行われ
ない。
電システム１０の作動を停止する（スイッチオフ、また
はサイクルオフ）機能は、マニホルド１４が小さい断面
積および小さい熱空間を有し、空間２５が流体が流動す
るためのラビリンス通路２０を有することが望ましいと
いうことによって促進される。更に、流体が流動するこ
とを要する上述のラビリンス通路２０は、システム１０
から電流を除いた後、液体中に対流を発生させることを
困難にする。更に、熱電モジュール１２を不作動にした
とき、ポンプ４４もまた同時に不作動となり、更に流体
を送出せず、これにより、熱スイッチ、または熱スイッ
チ効果が得られる。更に、液体自体は、典型的に熱の不
導体であり、熱スイッチ効果を促進する、即ち、モジュ
ール１２およびポンプ４４がその流れの供給を停止した
とき、システムの片側から反対側への伝熱は殆ど行われ
ない。
【００１８】システム１０内の液体、または流体は、典
型的に冷凍機の外側で水であり、冷凍機の内側で水／グ
リコール、ケロシンまたはメタノールとすることができ
る。内側で使用される化学薬剤は、比熱が大きく、粘度
が低く、また、熱電モジュール１２の面上で凍結しない
ものであることが望ましい。
型的に冷凍機の外側で水であり、冷凍機の内側で水／グ
リコール、ケロシンまたはメタノールとすることができ
る。内側で使用される化学薬剤は、比熱が大きく、粘度
が低く、また、熱電モジュール１２の面上で凍結しない
ものであることが望ましい。
【００１９】図２の実施例において、同様の参照符号
は、図１に示したものと同様の部品を表示する。熱交換
器４６の一つが冷却フィン５０により囲繞された内側流
体路を有する管状包囲体である一方、その他方が冷凍機
の壁を形成することのできるプレス加工金属型式５２の
ものである点を除いて、これら熱電システムは、原理的
に同一である。第一に、冷却ファン４８を冷却フィン５
０の下端５４に隣接して配置し、冷却フィン５０と整合
させた軸線の周りで回転し、空気が冷却フィン５０を通
って流動し、それによって、冷却フィン５０から熱を放
散させるように配置する。ファンからの空気が流れる方
向は、最大の効率が得られ且つ向流熱交換器を形成し得
るように、冷却フィン５０の内側の流体の流れる方向と
反対方向にすることが望ましい。第二のプレス成形品５
２において、ファン４８は、冷凍機の一端に設けられ、
冷凍機の内側の周りで空気を循環させる。図２から理解
されるように、熱交換器５２は、細長い管５５を収容
し、該管は、熱交換器の壁に沿って導管４２から導管４
０に、またはその逆に導管４０から導管４２にら旋状に
延設されている。熱は、熱交換器の壁に吸収され且つ管
５５内の流体により集められ、モジュールの面に運ばれ
て、最終的に外側の熱交換器から放散される。
は、図１に示したものと同様の部品を表示する。熱交換
器４６の一つが冷却フィン５０により囲繞された内側流
体路を有する管状包囲体である一方、その他方が冷凍機
の壁を形成することのできるプレス加工金属型式５２の
ものである点を除いて、これら熱電システムは、原理的
に同一である。第一に、冷却ファン４８を冷却フィン５
０の下端５４に隣接して配置し、冷却フィン５０と整合
させた軸線の周りで回転し、空気が冷却フィン５０を通
って流動し、それによって、冷却フィン５０から熱を放
散させるように配置する。ファンからの空気が流れる方
向は、最大の効率が得られ且つ向流熱交換器を形成し得
るように、冷却フィン５０の内側の流体の流れる方向と
反対方向にすることが望ましい。第二のプレス成形品５
２において、ファン４８は、冷凍機の一端に設けられ、
冷凍機の内側の周りで空気を循環させる。図２から理解
されるように、熱交換器５２は、細長い管５５を収容
し、該管は、熱交換器の壁に沿って導管４２から導管４
０に、またはその逆に導管４０から導管４２にら旋状に
延設されている。熱は、熱交換器の壁に吸収され且つ管
５５内の流体により集められ、モジュールの面に運ばれ
て、最終的に外側の熱交換器から放散される。
【００２０】二組の熱電モジュール１２を備え、マニホ
ルド１４が取り付けられた熱電システムには、幾つかの
利点があることが分かった。流体流の体積が等しいなら
ば、遥かに大きい熱ポンプ容量を実現することができ
る。また、直列で運転した場合、二組のモジュールシス
テムは、熱ポンプ容量が大きく、エネルギ損失が少ない
ため、優れた作動効率が得られる。モジュールを直列と
並列運転の間で切替え、所定の状態に対する最適な機能
を実現し得るように電子機器を設けることができる。直
列運転は、電気消費量が比較的小さく、通常の作動状態
で効率的である一方、並列運転は、電気消費量が比較的
大きいが、高い周囲温度状態のとき、冷凍機の内部温度
を低くするために望ましいときにだけ必要とされる。二
つのモジュールシステムは、図２に図示されており、こ
こで、各マニホルド１４の出口は、管５６により各隣接
するマニホルド１４の入口に接続される。流体を循環さ
せるべく本発明で使用されるポンプ４４は、多くの形態
をとることができる。
ルド１４が取り付けられた熱電システムには、幾つかの
利点があることが分かった。流体流の体積が等しいなら
ば、遥かに大きい熱ポンプ容量を実現することができ
る。また、直列で運転した場合、二組のモジュールシス
テムは、熱ポンプ容量が大きく、エネルギ損失が少ない
ため、優れた作動効率が得られる。モジュールを直列と
並列運転の間で切替え、所定の状態に対する最適な機能
を実現し得るように電子機器を設けることができる。直
列運転は、電気消費量が比較的小さく、通常の作動状態
で効率的である一方、並列運転は、電気消費量が比較的
大きいが、高い周囲温度状態のとき、冷凍機の内部温度
を低くするために望ましいときにだけ必要とされる。二
つのモジュールシステムは、図２に図示されており、こ
こで、各マニホルド１４の出口は、管５６により各隣接
するマニホルド１４の入口に接続される。流体を循環さ
せるべく本発明で使用されるポンプ４４は、多くの形態
をとることができる。
【００２１】しかし、図５および図６には、特に効果的
であることが判明している新規な型式のブラシレスの水
中遠心ポンプが示してある。図５および図６に示したポ
ンプ７８は、後方ケーシング８０と、該後方ケーシング
８０の壁に取り付けられた軸受シャフト８２と、を備え
ている。多数の電気コイル８４が軸受シャフト８２の周
りに配置され、シャフト８２、またはコイル８４のいず
れも後方ケーシング８０に対して回転可能ではなく、固
定状態に配置されている。ポンプ７８は、磁石ハウジン
グ８６と、成形インペラ８８と、軸受９０と、を更に備
えている。磁石ハウジング８６、インペラ８８および軸
受９０は、成形または機械加工により一つの部品から形
成することが望ましい。円形磁石９２（または、円形に
離間して配置された複数の磁石）がコイルの外方で磁石
ケーシング８６内に取り付けられている。電線９４が後
方ケーシング８０を通って密封状態に伸長し且つコイル
８４に接続されている。
であることが判明している新規な型式のブラシレスの水
中遠心ポンプが示してある。図５および図６に示したポ
ンプ７８は、後方ケーシング８０と、該後方ケーシング
８０の壁に取り付けられた軸受シャフト８２と、を備え
ている。多数の電気コイル８４が軸受シャフト８２の周
りに配置され、シャフト８２、またはコイル８４のいず
れも後方ケーシング８０に対して回転可能ではなく、固
定状態に配置されている。ポンプ７８は、磁石ハウジン
グ８６と、成形インペラ８８と、軸受９０と、を更に備
えている。磁石ハウジング８６、インペラ８８および軸
受９０は、成形または機械加工により一つの部品から形
成することが望ましい。円形磁石９２（または、円形に
離間して配置された複数の磁石）がコイルの外方で磁石
ケーシング８６内に取り付けられている。電線９４が後
方ケーシング８０を通って密封状態に伸長し且つコイル
８４に接続されている。
【００２２】該電線９４は、コイル８４を一組みの電子
機器に接続し、該電子機器がコイル８４を励起させ、イ
ンペラ８８および磁石９２を公知の方法でコイル８４の
周りで回転させる。これを容易にすべく、インペラ８８
および磁石ハウジング８６には、固定軸受シャフト８２
の周りで回転可能に配置された軸受９０が設けられてい
る。この実施例において、該軸受９０は、インペラ８８
および磁石ハウジング８６に対する唯一の荷重支承取り
付け手段である。
機器に接続し、該電子機器がコイル８４を励起させ、イ
ンペラ８８および磁石９２を公知の方法でコイル８４の
周りで回転させる。これを容易にすべく、インペラ８８
および磁石ハウジング８６には、固定軸受シャフト８２
の周りで回転可能に配置された軸受９０が設けられてい
る。この実施例において、該軸受９０は、インペラ８８
および磁石ハウジング８６に対する唯一の荷重支承取り
付け手段である。
【００２３】作動時、液体は、矢印９８のように、正面
外側ケーシング１１２により部分的に形成された入口導
管９６内に入る。コイル８４の励起により、磁石９２が
コイル８４の周りで回転し、これにより、インペラ８８
を回転させる。このようにして、インペラ８８が回転さ
れ、これにより、液体は、矢印１０８の方向に向けて横
方向に排出される。このように、導管内に液体の流れが
形成される。インペラ８８の好適な形態が図５に図示さ
れている。図示するように、該インペラ８８は、切り欠
いた中央部１０２を有する略円形のディスク１００を備
えている。複数の細長い切欠き１０４が切り欠いた中央
部１０２から外方に伸長する。図５に図示したインペラ
８８の回転により、図６に図示するように、液体は、矢
印１０８の方向に向けて外側導管１０６に排除される。
図５に図示するように、出口導管１０６は、湾曲方向に
導管１０６の外側部分に向けて漸進的に増大する断面の
内側湾曲部分１１０を備えることが望ましい。この形態
は、スクロールパターンの出口掃引状態として示してあ
る。密封したシャフトを介して冷却液系統に接続された
外側モータを使用するこも可能であるが、この構成は、
シールが摩耗したときに漏洩が生ずる虞れがあるため、
完全に満足し得るものではない。
外側ケーシング１１２により部分的に形成された入口導
管９６内に入る。コイル８４の励起により、磁石９２が
コイル８４の周りで回転し、これにより、インペラ８８
を回転させる。このようにして、インペラ８８が回転さ
れ、これにより、液体は、矢印１０８の方向に向けて横
方向に排出される。このように、導管内に液体の流れが
形成される。インペラ８８の好適な形態が図５に図示さ
れている。図示するように、該インペラ８８は、切り欠
いた中央部１０２を有する略円形のディスク１００を備
えている。複数の細長い切欠き１０４が切り欠いた中央
部１０２から外方に伸長する。図５に図示したインペラ
８８の回転により、図６に図示するように、液体は、矢
印１０８の方向に向けて外側導管１０６に排除される。
図５に図示するように、出口導管１０６は、湾曲方向に
導管１０６の外側部分に向けて漸進的に増大する断面の
内側湾曲部分１１０を備えることが望ましい。この形態
は、スクロールパターンの出口掃引状態として示してあ
る。密封したシャフトを介して冷却液系統に接続された
外側モータを使用するこも可能であるが、この構成は、
シールが摩耗したときに漏洩が生ずる虞れがあるため、
完全に満足し得るものではない。
【００２４】本発明を良好に具体化することのできる熱
交換器４６は、多くの形態をとることができる。その選
択は、熱交換器の性能およびコストにより決まる。好適
な型式としては、銅製の自動型、押出し成形、またはプ
レス成形によるアルミニウム薄板型、および銅／アルミ
管の上に押し出したアルミニウム薄板／薄片を組み立て
た構造のものが含まれる。
交換器４６は、多くの形態をとることができる。その選
択は、熱交換器の性能およびコストにより決まる。好適
な型式としては、銅製の自動型、押出し成形、またはプ
レス成形によるアルミニウム薄板型、および銅／アルミ
管の上に押し出したアルミニウム薄板／薄片を組み立て
た構造のものが含まれる。
【００２５】本発明の熱電システムの特に優れた適用例
は、金属管よりも精巧ではなく、例えば、海水／真水に
浸けることができる極めて簡単な外側熱交換器に利用す
ることである。このとき、該熱交換器は、海の場合、そ
れ自体が無限の熱交換器である水で冷却される。故に、
該システムは、船舶関係の適用例でも極めて効率的であ
る。
は、金属管よりも精巧ではなく、例えば、海水／真水に
浸けることができる極めて簡単な外側熱交換器に利用す
ることである。このとき、該熱交換器は、海の場合、そ
れ自体が無限の熱交換器である水で冷却される。故に、
該システムは、船舶関係の適用例でも極めて効率的であ
る。
【００２６】本発明に使用することのできる従来の熱電
モジュール１２０は、図７に示してある。該モジュール
１２０は、熱伝導体であるが、電気絶縁体である外側の
平行な一対の板１２２を備えている。該板１２２は、モ
ジュール面である外面１２８を備えている。板１２２と
共に、一列の離間した熱電対１２４が設けられている。
図７に示すように、左側にある第一および第二の熱電対
１２４は、その第一の端部にて導電性コネクタ１２６に
より電気的に相互に接続される。図７に図示するよう
に、左側からの第二および第三の熱電対１２４は、その
第二の端部にて導電性板コネクタ１２６により電気的に
相互に接続される。隣接する熱電対１２４の端部は、列
全体を横断して交互に相互に接続し、熱電対１２４の列
の全体を横断する導電性板が存在するようにする。ま
た、該板コネクタ１２６は、熱伝導可能な方法で外側板
１２２にも接続される。
モジュール１２０は、図７に示してある。該モジュール
１２０は、熱伝導体であるが、電気絶縁体である外側の
平行な一対の板１２２を備えている。該板１２２は、モ
ジュール面である外面１２８を備えている。板１２２と
共に、一列の離間した熱電対１２４が設けられている。
図７に示すように、左側にある第一および第二の熱電対
１２４は、その第一の端部にて導電性コネクタ１２６に
より電気的に相互に接続される。図７に図示するよう
に、左側からの第二および第三の熱電対１２４は、その
第二の端部にて導電性板コネクタ１２６により電気的に
相互に接続される。隣接する熱電対１２４の端部は、列
全体を横断して交互に相互に接続し、熱電対１２４の列
の全体を横断する導電性板が存在するようにする。ま
た、該板コネクタ１２６は、熱伝導可能な方法で外側板
１２２にも接続される。
【００２７】本発明を具体化する上で、特に効果的であ
る新規な熱電モジュールの形態が図８および図９に図示
されている。図８および図９の実施例において、複数の
離間したＰおよびＮの熱電対１３０が一列に伸長するよ
うに設けられている。該熱電対１３０の列は、各々が外
側壁１３４と、二つの端部壁１３６とを有する二つのハ
ウジングの間に配置されている。更に、各ハウジング
は、プラスチックで形成され、以下に説明するように、
熱電対コネクタを所定位置に保持し得るように穴が開け
られた内側壁１３２を保持する。これら壁１３２は、熱
電対のコネクタを覆う範囲が最小限であるように可能な
限り薄くする。
る新規な熱電モジュールの形態が図８および図９に図示
されている。図８および図９の実施例において、複数の
離間したＰおよびＮの熱電対１３０が一列に伸長するよ
うに設けられている。該熱電対１３０の列は、各々が外
側壁１３４と、二つの端部壁１３６とを有する二つのハ
ウジングの間に配置されている。更に、各ハウジング
は、プラスチックで形成され、以下に説明するように、
熱電対コネクタを所定位置に保持し得るように穴が開け
られた内側壁１３２を保持する。これら壁１３２は、熱
電対のコネクタを覆う範囲が最小限であるように可能な
限り薄くする。
【００２８】該側壁１３４は、熱電対１３０の列から離
間して配置される一方、端部壁１３６は、熱電対１３０
の列の端部に接続される。更に、これら側壁１３４およ
び端部壁１３６は、入口導管１３８と、出口導管１４０
と、中間の冷却液通路１４２とを形成する。図示するよ
うに、最左側の熱電対１３０は、銅のような電気および
熱伝導性材料１４４のブロックによりその第一の端部が
次の隣接する熱電対１３０の第一の端部に接続される。
図８に示すように、次の隣接する熱電対１３０は、電気
および熱伝導性材料１４４のブロックによりその第二の
端部が右側の次の隣接する熱電対１３０の第二の端部に
接続される。この構成は、熱電対１３０の列を直角に横
断して繰り返される。このようにして、各導電性ブロッ
ク１４４、および各熱電対１３０を通ってその一端から
伸長する、熱電対１３０の列を横断した導電性経路が存
在する。更に、上述のように、電気および熱導電性ブロ
ック１４４の各々は、側壁１３２の穴内に配置されて所
定位置に保持される。
間して配置される一方、端部壁１３６は、熱電対１３０
の列の端部に接続される。更に、これら側壁１３４およ
び端部壁１３６は、入口導管１３８と、出口導管１４０
と、中間の冷却液通路１４２とを形成する。図示するよ
うに、最左側の熱電対１３０は、銅のような電気および
熱伝導性材料１４４のブロックによりその第一の端部が
次の隣接する熱電対１３０の第一の端部に接続される。
図８に示すように、次の隣接する熱電対１３０は、電気
および熱伝導性材料１４４のブロックによりその第二の
端部が右側の次の隣接する熱電対１３０の第二の端部に
接続される。この構成は、熱電対１３０の列を直角に横
断して繰り返される。このようにして、各導電性ブロッ
ク１４４、および各熱電対１３０を通ってその一端から
伸長する、熱電対１３０の列を横断した導電性経路が存
在する。更に、上述のように、電気および熱導電性ブロ
ック１４４の各々は、側壁１３２の穴内に配置されて所
定位置に保持される。
【００２９】公知の方法にて、ＰおよびＮ熱電対１３０
の異質の導電性材料は、電流を印加したとき、接合部、
またはコネクタブロック１４４を介してペルチェ効果を
発生させる。これにより、熱は、熱電対１３０の列の片
側から反対側に伝達される。図８および図９に図示した
構成において、入口１３８、出口１４０および流体通路
１４２内に、常に液体が存在する。本発明によれば、熱
電対１３０に電流を印加したとき、ポンプ４４も同時に
作動され、液体が熱電対１３０の列の両側を横断して流
動するようにすることが望ましい。
の異質の導電性材料は、電流を印加したとき、接合部、
またはコネクタブロック１４４を介してペルチェ効果を
発生させる。これにより、熱は、熱電対１３０の列の片
側から反対側に伝達される。図８および図９に図示した
構成において、入口１３８、出口１４０および流体通路
１４２内に、常に液体が存在する。本発明によれば、熱
電対１３０に電流を印加したとき、ポンプ４４も同時に
作動され、液体が熱電対１３０の列の両側を横断して流
動するようにすることが望ましい。
【００３０】上述のように、液体は、遠方の熱交換器４
６まで循環されて熱を伝達する。非導電性の液体は、導
電性ブロック１４４に直接、接触し、このため、従来技
術の装置において熱電モジュールと一体の吸熱源との間
に見られるような固体同士の相互接触面は存在しない。
その結果、従来技術において経験される非効率さを軽減
することができる。空隙１４６が二つの壁１３２の間に
あり且つ熱電対１３０を囲繞する。この空隙、または空
所１４６は、空気または泡で充填することができる。該
空隙１４６は、真空状態とし、またはエイロゲルで充填
することがより望ましい。該エイロゲルを使用し、また
は真空とする利点は、熱電モジュールの高温側と低温側
との間で伝導、対流および放射による伝熱量を軽減する
ことができる点である。
６まで循環されて熱を伝達する。非導電性の液体は、導
電性ブロック１４４に直接、接触し、このため、従来技
術の装置において熱電モジュールと一体の吸熱源との間
に見られるような固体同士の相互接触面は存在しない。
その結果、従来技術において経験される非効率さを軽減
することができる。空隙１４６が二つの壁１３２の間に
あり且つ熱電対１３０を囲繞する。この空隙、または空
所１４６は、空気または泡で充填することができる。該
空隙１４６は、真空状態とし、またはエイロゲルで充填
することがより望ましい。該エイロゲルを使用し、また
は真空とする利点は、熱電モジュールの高温側と低温側
との間で伝導、対流および放射による伝熱量を軽減する
ことができる点である。
【００３１】最も重要なことは、本発明について説明し
たところと同じであるが、従来の熱電モジュールと共に
使用されるシステムに優る、図８および図９に図示した
モジュールの利点は、大きく形成した熱伝熱コネクタ１
４４の上を液体が直接、流動し得る点である。コネクタ
１４４自体は、図７に図示した従来の熱電モジュールコ
ネクタの６倍以上、熱接触表面積を増大させることがで
きる。更に、従来の熱電モジュールは、冷却液がモジュ
ール面と接触することができる前に、コネクタにはんだ
付けされた非導電性の面をもっているさせる。はんだお
よびセラミックには、熱インピーダンスによって顕著な
損失が生じるが、それは図８に図示したモジュールでは
回避される。
たところと同じであるが、従来の熱電モジュールと共に
使用されるシステムに優る、図８および図９に図示した
モジュールの利点は、大きく形成した熱伝熱コネクタ１
４４の上を液体が直接、流動し得る点である。コネクタ
１４４自体は、図７に図示した従来の熱電モジュールコ
ネクタの６倍以上、熱接触表面積を増大させることがで
きる。更に、従来の熱電モジュールは、冷却液がモジュ
ール面と接触することができる前に、コネクタにはんだ
付けされた非導電性の面をもっているさせる。はんだお
よびセラミックには、熱インピーダンスによって顕著な
損失が生じるが、それは図８に図示したモジュールでは
回避される。
【００３２】当業者に明らかであろう応用例および変形
例は、本発明の範囲に属すると考えられる。例えば、本
発明の熱電システムは、熱暖房モードで使用し、保育
器、または食品加熱器のような容器の内部を加熱するの
に使用することができる。
例は、本発明の範囲に属すると考えられる。例えば、本
発明の熱電システムは、熱暖房モードで使用し、保育
器、または食品加熱器のような容器の内部を加熱するの
に使用することができる。
【図１】本発明に係る熱電システムの一実施例の概略図
的な斜視図である。
的な斜視図である。
【図２】本発明による熱電システムの別の実施例の概略
図的な斜視図である。
図的な斜視図である。
【図３】図１および図２に示しシステムに使用すること
ができるマニホルドの背面図である。
ができるマニホルドの背面図である。
【図４】図１および図２のシステムの要部を示し、図３
に示したマニホルドを熱電モジュールに取り付けた状態
を示す断面図である。
に示したマニホルドを熱電モジュールに取り付けた状態
を示す断面図である。
【図５】図１および図２のシステムに使用することので
きる水中ポンプの一実施例を示す正面断面図である。
きる水中ポンプの一実施例を示す正面断面図である。
【図６】図５に図示した水中ポンプの側面断面図であ
る。
る。
【図７】図１および図２のシステムに使用することので
きる典型的な従来の熱電モジュールの側面図である。
きる典型的な従来の熱電モジュールの側面図である。
【図８】図１および図２のシステムに使用することので
きる新規な熱電モジュールの一実施例の側面断面図であ
る。
きる新規な熱電モジュールの一実施例の側面断面図であ
る。
【図９】図８の熱電モジュールの端部断面図である。
１０ 熱電システム １２ 熱電モジュール １４ マニホルド １６ 入口 １８ 出口 ２０ 通路 ２４ 周縁壁 ２５ 空間 ２６，１８，３０，３２，３４，３６，３８ 仕切り ２７ ボルト穴 ４０，４２ 導管 ４４ ポンプ ４６ 熱交換器 ４８ 冷却ファン ５０ 冷却フィン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 サールズ，ジェシー・ハイク オーストラリア国、6160 ウェスタン・オ ーストラリア、フリーマントル、モアッ ト・ストリート 14 (72)発明者 サージャント，ガリー・レスリー オーストラリア国、6160 ウェスタン・オ ーストラリア、フリーマントル、モアッ ト・ストリート 14
Claims (16)
- 【請求項１】 対向する熱伝導性の第一と第二の外面を
備えた少なくとも一つの熱電モジュールを有し、使用時
には、前記第一の外面は比較的低温になり、前記第二外
面は比較的高温になり、 熱電モジュールの第一と第二の外面にそれぞれ取り付け
られてそれぞれ空間を形成する第一と第二のマニホルド
を有し、各マニホルドは、熱電モジュールから間隔をお
いたマニホルド外壁と、前記第一と第二の外面のそれぞ
れに隣接して前記空間の開口面を画成する周側壁と、流
体の入口と出口とを有し、使用時には、流体が各マニホ
ルドを通して流動して前記第一と第二の外面が直接その
流体に接触し、 第一のマニホルドに接続された第一の熱交換器と、第二
のマニホルドに接続された第二の熱交換器とを有し、 各マニホルドと各熱交換器の間において流体を循環させ
る第一と第二の流体ポンプを有し、 前記第一のマニホルドが第一の流体ポンプと第一の熱交
換器に接続されて第一閉循環ループを形成し、 前記第二のマニホルドが第二の流体ポンプと第二の熱交
換器に接続されて第二閉循環ループを形成し、 前記第一のマニホルドからの流体は第一の流体ポンプに
より第一の熱交換器を通して循環し、前記第二のマニホ
ルドからの流体は第二の流体ポンプにより第二の熱交換
器を通して循環することを特徴とする熱電システム。 - 【請求項２】 上記マニホルドは、その内部に、流体が
流れる通路を備え、該通路の断面の大きさが５ｍｍ×５
ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の熱電
システム。 - 【請求項３】 上記通路は成形金属またはプラスチック
材料で形成していることを特徴とする請求項１または請
求項２に記載の熱電システム。 - 【請求項４】 前記各マニホルドは、該マニホルドの壁
から長手方向に壁から対向して延びる複数の平行な仕切
りを有し、該仕切りがジグザグの通路を形成することを
特徴とする請求の範囲第１項〜第３項のいずれかに記載
の熱電システム。 - 【請求項５】 前記各マニホルドは、該マニホルドの壁
から長手方向に壁から対向して延びる複数の平行な仕切
りを有し、該仕切りが螺旋状の通路を形成することを特
徴とする請求の範囲第２項または第３項に記載の熱電シ
ステム。 - 【請求項６】 前記各マニホルドは、該マニホルドの壁
から長手方向に延びる複数の平行な仕切りを有し、該仕
切りが湾曲した通路を形成することを特徴とする請求の
範囲第２項または第３項に記載の熱電システム。 - 【請求項７】 前記各マニホルドは、前記マニホルドの
周縁壁に連結手段を設け、該連結手段を介して、隣合う
マニホルド同士を一体に連結することを特徴とする請求
項１〜請求項３のいずれかに記載の熱電システム。 - 【請求項８】 前記連結手段が、前記マニホルドの周縁
壁に設けられた入口パイプ及び出口パイプであることを
特徴とする請求項７に記載の熱電システム。 - 【請求項９】 少なくとも一つの熱交換手段が、冷却フ
ァンを備えることを特徴とする請求の範囲第１項〜第３
項のいずれかに記載の熱電システム。 - 【請求項１０】 電流が前記または各熱電モジュールを
横断して印加され、前記または各流体ポンプ手段が同時
に作動されることを特徴とする請求の範囲第１項〜第３
項のいずれかに記載の熱電システム。 - 【請求項１１】 所望の状態が実現されたときにサイク
ルオフとなるように配置されることを特徴とする請求の
範囲第１項〜第３項のいずれかに記載の熱電システム。 - 【請求項１２】 前記各流体ポンプが、当該熱電システ
ムがサイクルオフとなったとき、自動的に不作動状態と
なることを特徴とする請求の範囲第１項〜第３項のいず
れかに記載の熱電システム。 - 【請求項１３】 前記熱電モジュールが不作動状態とな
ったとき、当該熱電システムが熱スイッチとして機能す
ることを特徴とする請求の範囲第１項〜第３項のいずれ
かに記載の熱電システム。 - 【請求項１４】 前記熱電モジュールが、所望に応じて
直列、または並列に電気的に接続されることを特徴とす
る請求の範囲第１項〜第３項のいずれかに記載の熱電シ
ステム。 - 【請求項１５】 対向する熱伝導性の第一と第二の外面
を備えた少なくとも一つの熱電モジュールを有し、使用
時には、前記第一の外面は比較的低温になり、前記第二
外面は比較的高温になり、 熱電モジュールの第一と第二の外面にそれぞれ取り付け
られてそれぞれ空間を形成する第一と第二のマニホルド
を有し、各マニホルドは、熱電モジュールから間隔をお
いたマニホルド外壁と、前記第一と第二の外面のそれぞ
れに隣接して前記空間の開口面を画成する周側壁と、流
体の入口と出口とを有し、使用時には、流体が各マニホ
ルドを通して流動して前記第一と第二の外面が直接その
流体に接触し、 第一のマニホルドに接続された第一の熱交換器と、第二
のマニホルドに接続された第二の熱交換器とを有し、 各マニホルドと各熱交換器の間において流体を循環させ
る第一と第二の流体ポンプを有し、 前記第一のマニホルドが第一の流体ポンプと第一の熱交
換器に接続されて第一閉循環ループを形成し、 前記第二のマニホルドが第二の流体ポンプと第二の熱交
換器に接続されて第二閉循環ループを形成し、 前記第一のマニホルドからの流体は第一の流体ポンプに
より第一の熱交換器を通して循環し、前記第二のマニホ
ルドからの流体は第二の流体ポンプにより第二の熱交換
器を通して循環し、 前記各マニホルドは、該マニホルドの壁から長手方向に
壁から対向して延びる複数の平行な仕切りを有し、該仕
切りが螺旋状の通路を形成することを特徴とする熱電シ
ステム。 - 【請求項１６】 対向する熱伝導性の第一と第二の外面
を備えた少なくとも一つの熱電モジュールを有し、使用
時には、前記第一の外面は比較的低温になり、前記第二
外面は比較的高温になり、 熱電モジュールの第一と第二の外面にそれぞれ取り付け
られてそれぞれ空間を形成する第一と第二のマニホルド
を有し、各マニホルドは、熱電モジュールから間隔をお
いたマニホルド外壁と、前記第一と第二の外面のそれぞ
れに隣接して前記空間の開口面を画成する周側壁と、流
体の入口と出口とを有し、使用時には、流体が各マニホ
ルドを通して流動して前記第一と第二の外面が直接その
流体に接触し、 第一のマニホルドに接続された第一の熱交換器と、第二
のマニホルドに接続された第二の熱交換器とを有し、 各マニホルドと各熱交換器の間において流体を循環させ
る第一と第二の流体ポンプを有し、 前記第一のマニホルドが第一の流体ポンプと第一の熱交
換器に接続されて第一閉循環ループを形成し、 前記第二のマニホルドが第二の流体ポンプと第二の熱交
換器に接続されて第二閉循環ループを形成し、 前記第一のマニホルドからの流体は第一の流体ポンプに
より第一の熱交換器を通して循環し、前記第二のマニホ
ルドからの流体は第二の流体ポンプにより第二の熱交換
器を通して循環し、 前記各マニホルドは、該マニホルドの壁から長手方向に
延びる複数の平行な仕切りを有し、該仕切りが湾曲した
通路を形成することを特徴とする熱電システム。
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