JPS59180255A - 熱電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

本発明（・ま−版的に、熱交換壁の曲に装置された熱電
素子（またを′よ熱電対）から１１にる熱′甑装置に関
し１．？）１１父遺器は温猟体がびＬれる１Ｉ）＝−父
伊器２・よび冷流体が流れる冷父１姿器ににするもので
ある。 この（！１１の装置は、熱交換壁が渦流体と冷流体によ
って異なる温度に保たれている峙連続的亀流を発生ずる
７ζめに使用するか、あるい（」これと逆に、熱’ｉｌ
ｊ、対を電流が通過゛ｆる時一方の液体を能力に関して
熱するか冷却することを目的として熱交換壁を異なる温
度に保つために使用することができる。 血流は音道交換器によって熱電対へ送られる。しかじ熱
電モジュールが使用されろ場合には、直接的にモノュー
ルヘ給亀される、 本発明はより詳細に、但し非制限的に梠うと後者のタイ
プの装置に関するものであり、熱１ｂ一対は連続的に給
電されて熱交換壁：の間で異なる温度を維持する働きを
する。このような装置は）ヒートポンプ」と呼はれるも
ので、１つの流体を別の流体を便って加熱または冷却す
ることにより空調目的に使用することができる。実際上
、熱電、対には電流の方向に熱量を移動するＰ型式熱電
対と、電流と反対方向に熱量を移動するＮ型式熱電対の
２＆類がある。従ってＮ型式とＰ型式の熱′電対を熱交
換器の両側に配置することにより、これらの熱一対によ
り生み出される同−豹買（熱いか冷たい）の熱流動が熱
交換器に向かって果まるか、あるいは電流方向に従って
拡散する。 過去に出された提案では、暖交換器と冷交換器と金熱亀
対と交互に積重ねて熱電装置を形成１７、熱電対は′電
気的に絶縁されるかされていない１つまたは複数個の交
換器の両側に配置され、前記積重ね層またはコラムはコ
ンノξクトアセンブリを形Ｔｏ−スヘ＜　）ｌｋ　ヘて
配置され、このコンノｅクトアセンブＩＪ　［おいて熱
電対は平行な平面または列に配電され、熱交換器は互い
に向かい合うように配置されて温流体または冷流体用循
環ダクトを形成する。 各コラムにある構成貴素は、同時にいくつかのコラムの
締め付は全保証すると共にこれら異なる要素のアセンブ
リを助けると同時に七の間に十分なηｊ４気的接続を保
鉦するよう構成された装置を用いて、同一コラムの熱電
対と交換器とを圧縮することによって連結をれているた
けである。七の上、コラムＩｋ４Ｊｖ亀気的接幌はその
端部において行なわれる。 先イ１技術の装置θにおい１ζ１、回−コラムにある交
換器は共；ｒｖ＋、　（’）軸に渚って積み束ねられ、
その軸にンｄつて紬の付りられる。しかしながら熱＃ｔ
、４υによる膨眼、檀み車ねたいろいろな構成＊素の仕
上は鞘度による厚みの不揃いが生じることから、いくつ
かのコラムの同−平向上に並ふ交換器を正確に整列せし
め、かつ引き粉々つ全行なう際に熱電対と交換器との間
に完全な接触を得るためには、相当の引き姉め応力をか
けることが必要となるのだが、熱電対は機械的特性、吋
に剪断抵抗力が比較的弱いためこの応力（は受容し難い
ものである。 熱電対と９．換器とのＩＷＩに完全な接触を得、かつ同
−夕１」にある交？１８益の正確な一列聚列を得るため
に細め付けを行なう際生じる応力を減少させるため、一
般にいろいろな手段が用いられ−Ｃいる。とりわけ変形
交換器が用いられるが、この種の交換器は構成が欺かし
く、それが故にコストＴｊｒとなる上、変換器のある神
の部品はコラム締め付けの際に変形できるよう博ぐせね
はならないため、その熱伝導性および竜気伝専性が弱く
なってし１う。 周知の構造をもつある椎の装置に丸・いて起こり得るこ
ととしては、熱電対にかかる出力ｋｍ加させないように
すると同一列の交換器が完全に一タリ整列されす、ヤの
ため又換器間の連結部を柔軟なものにしなけれはならな
くなる。柔軟な連結部は柔軟に接続ず＾ことで生み出さ
れるが、これはコスト島である上装眉が［イ１舗で、運
はれる液体の漏れの原因となる。 交換器間に柔軟な連結部を作るもう１つ別の方法ね、冷
却廿たは７Ｊｌ＃ｉ塾れるべき敵体全１”１−列にある
交換器を通過する１本捷たにそれ以上の管１７ヒ（θグ
クト内を循環はせる方法である。し刀・しながら交換器
間の連結會栄軟とするためにｈｌその管そのものが来秋
でなけれはならない。この場合、管と交換器との間の接
触圧力、この圧力は運はれるＵｌｅ体により生み出σれ
るものであるが、これを商くして交換器と管との間の熱
接メリリ！近抗をできるたけ小さくしなけれになら丁、
そのために１勇−列および／または細々の列にある管の
同での接続が４（トめで初雑なものになってしまう。 本発明の目的は、同一列にある交換器間の接続を固定式
のものにすることで上に概略を示したような欠点を解決
しようとするものである。不党明の目的とするところは
、熱交換器の−１に表冶された熱電対から成り、この熱
交換器は温流体または冷流体用ダクトを備えておりかつ
熱電対と交互に核重ねられて！＊重ね層またはコラム全
形成し、このコラムはアセンブリまたは鉄漸ラックを形
成するべく並べて配置され、前記アセンブリにおいて熱
電対は平行な平面上に配置されると共に交換器は横列の
形で互いに回かい甘うように配置されて１つは温流体用
、もう１″：）は冷流体用の２つの流体循環ダクトを構
成しており、谷コラムの構成要素は締め付は手段により
一緒に保付されている熱電装置ケ提供することである。 この装置が特に注目されるのは、交換器の温流体または
冷流体用循環ダクトが積電ね層の締め付は軸の外側に位
置しているため、同一列に隣接する交換器がその循環ダ
クトの軸の周りをお互いに関して回転でき、熱′電対と
交換器とは積重ね層のヤ１台めイ」け４１［に活って接
触しており、それらの表面のうち少なくとも１つが？！
　＋１ダクトの軸に関して回転可口目となるような輪郭
を有していて前１；己従触は−ぞの五て４丁なわれる点
である。 このようにすることで、並勇、されたいくつかのコラム
の桶成要素金締め付ける際、交換器（゛まそれらが形成
するダクトの軸の周りを各コラムの購成櫟素乃；互いに
正しく支持し合う関係になるところ甘で回転することに
なり、四−列にある全ての交換器により形成されるダク
トはこうして１つとなって連続的ｆｒ、　７１に体循環
用ダクトケ作り出す。 交換器と熱′幅対との１１１１の接触面の輪郭は、循環
ダクトのム１（に平行で積車ね層の祠め付け４１１１　
ｋ　通過する：咄全市する円筒形であっても良い。 あるいは捷だ交換器と熱ペイ、対との間の接触面の輪郭
は、その中心がイ貴市ね層の締め付は軸の上にある球形
であっても良い。 各交換器と熱電対との間の接触向が円筒形または球形で
あるために、熱電対に剪断応力を生じることなくここで
の回転が爾られるのである。 本発明による装置は熱交換器から成り、外熱交換器が熱
電対の間に接触して配備されたウェブにより形成場れ、
また積重ね層の締付は軸に関して外にメクかつ隣り合う
コラムの交換器のダクトと同一軸を有するダクトにより
横断されており、ダクト内部には電気的絶縁性があるか
壕７ヒ（Ｉ：ｔ、交換器から絶縁さｇた剛性管がクリン
プされており、前記交換器は管の軸の周りに回転ｂ］１
化となる。 従って締め付は応力の効果の下で交換器にどんな変位が
生じても、それは剛性管のＩＡ−１りでの回転に転換さ
れ、交換器と熱電対との間の球形接触面によって前記回
転は熱酸対７ｆ：破鰭しイする剪断カゲ生じることなく
可能となるのである。 本ゲ、明のその他の特徴および長ｒ９ｒは、添付同曲を
参照しての以下の祝明から明らかとなつう。 第１図から第３図に示すｙ６廁態様によれは、本の両側
に配置された熱交換器２と３の間の温度差（］ｌ−維持
するぺ〈連続的に電流が供給芒れる。 これらの熱交換器２と３は熱い流体または加熱されるべ
き流体がその中を流れる場合は暖某換器であり、冷たい
流体または冷却されるべきか１体がその中金流れる場合
には冷交侠器である。これら源流１体と冷１５ｆｔ、体
の流わの方間は絹１図中それぞれ矢印ＣとＦで示されて
いる。 熱交換器２と３は熱電対１と交互に積重ねられてコラム
４を形成する。これらのコラムが装置され統合されて熱
１８．アセンブリまたは装ノｈランクを形成し、その中
で熱電対は平行な平面に配置６′され、父狸器は夕ＩＪ
の形で互いに同かい合うように耐直される。交換器と熱
電対とはコラム４に平行な軸ＴＴｔｉするタイロッドを
用いて統合場れており、ここに示す非制限的実施例にお
いては各タイロッドが隣り合う２つのコラムの締めＦＪ
けを行なっている。 谷コラムにおいて熱電対１は父聚器２，３と電気的に絶
縁されていないため、同一コラムにある熱′電対の…、
気的接続は直線路に４１って交換器を用いて行なわれる
。２つの瞬り合うコラムの間の電流通路は、２つの瞬り
合う交換器を連結して得られる抜穴交換器２ａか、また
は隣り合うコラムにある２つの木端交換器２に取伺けら
れた導体６（柔軟またはそうでない）のどちらかによっ
て得られる。電流は２つの変換器２に取イ

【］けられた
入力および出力導体７を荊じて装置全体に送られる。 本発明によれは、各熱ル、対ｌは平和な表面と球形の輪
郭をもつ表面とを俯え７ｊ円筒形ペレットの形をとる。 各々の交換器２．３は実質的に平行六面体のウェブ８に
より形成され、ウェブの表面の１つ８ａは熱電対１の球
形輪郭を廂する表面と対応する球状の輪郭を有する旦形
部９を備えており、こｉｔら２つが接触するｊうになっ
ている。各交換器＋ｉウェブ８の表面８ａに平行でかつ
具形部９の中心をノｊｌｌる洗粉ＹＹ７）ら距離りた１
−）外れた軸ＸＸの円形１！ｊｒ面をＭするタフ）１０
により桶断芒れている。 同一列に〃・るダクト、従って同一軸ＸＸを刹するダク
トの中にｒよ、イメ１しくは熱伝導性の良い剛性の’ｌ
ｊｉ’ｌｌがクリンプ≧れている。このクリンピングｎ
−ｉの応力効果の下でウェブ８が’Ｗｌ　１の周りで回
転でさるように付〃われる。剛性看１１が銅やその他の
金属など電気的に伝導性あるＩ料から作られている相合
、クリンピングに先立って管１１と夕゛クト１０との同
にはポリエステルフィルムなとの眠気絶縁相が挿入され
、このフィルムの働きでウェブ８が肯１１の周りで回転
するのが容易になる。同一列にある交換器２または３の
管１１ｉｄ（の端部でエル７ｙ１２により連結されてお
り、連続的な流体回路を形成している。ここに示す実施
例（４列の熱電対と従って５列の交換器２゜３を有する
）においては、交換器２０列の宕１１はショルダ１３に
より互いに連結されており、矢印Ｃの方向に循環する液
体の１つ、例えは温流体の単一循環回路を形成する。同
体に、交換器３の列の管１１がショルダ１４により互い
に連結されて、Ｆの方向に循環するもう１つの流体、例
えば冷流体の単一循環回路を形成ず／、、、。／ヨルダ
１３と１４の存在によって管１１は互いＶこしつか役と
１古１足される。 熱電装置は下記の辿り装宥される。 交換器のも列は肯１１と、同一列の雷の連結ショル〆１
２と共に形成されている７この、これらの列は交換器の
皿形部９に熱′電対を挿入することで互いに棟重ねられ
、七の熱電対の上にすぐ上にある交換器の列が当てられ
る。全列の交換器と熱電対（ここに示す例では１コラム
につき熱電対４つと交換器５つ）が積重ねられた後、支
持プレート１５と電気的に絶縁性ある円筒形接触片１６
とに増重Ｊけられた各タイロッド５が、同一列にありか
つ＋ｎｌ−管により支持された２つの隣り合う交換器の
１川を通って交換器の列を縦走させることによって導入
烙れ、支持プレート１５は円筒形接触片１６によって陶
付けられるべきコラムの積重ね軸ＹＹに洛って一番トの
列にある交換器の下側に当てられる。タイロッド１５が
横断する締伺はプレート】７は電気的に絶縁性ある円筒
形接触片１８によって最上列の対応するコラムにある交
換器の上に当てられ２、ナツト１９がタイロッド５の上
にねじ止めされて各列の互いの間での締め付けを保証す
る。締め付けの後、暖冷両流体の連続的循環を確保する
；ｔめにショルダ１３と１４が例えば溶接などの方法て
よって管に連結される。 コラムの４１１ＹＹに平行な軸Ｔ′ｒに沿うタイロッド
５の締め伺は動作の下で、交換器のウェブ８と同一コラ
ムの対応する熱電対１とが共に締め付けられる。神々の
構成要素の製造の除に生じ得る寸法差が原因でコラムの
高さに左が生したり、同一列にある交換器のウェブが完
全に同一平面に配置されなくなることがある。同一列に
ある交換器を連結するショルダ１２と管１１とに剛性で
あるため、またタイロッドによる締伺けが管１１の対応
する軸から距離りたけ外れた軸ＹＹに活って行なわれる
ため、軸１１の周りで交換器のウェブ８の管１１に関す
る回転が生じる。それによって月決上の差があってもコ
ラムを完全にＭＦｊりることが」能になり、交換器の間
で管が変形し７ζりま７ζその間に置、かれた熱電、対
が破壊されることなく前記締め付けが実現される。又換
器のウェブ８の皿形部９と熱電対の球形支持表面とによ
りウェブ８の回転が可能となり、ぞれによりウェブ８の
回転の除虫じる剪断によシ熱電対を破壊することなく、
交換器上に熱を対を完全に接触することか保証される。 従って本発明によれは、暖流体および冷流体の循環用管
が剛性かつ連続的ｇｌｌで構成され、かつ交換器と熱電
対との間に完全な熱伝導と血気伝導が存在するために、
漏れの危険のない液体循環用管から成る熱電装置−を設
計することが可能となる。この完全な電気伝導および熱
伝導は、熱電対と交換器を！＊重ねる際に寸法上の差異
が生じてもタイロッドによって熱一対と交換器との間に
相当の締め付けが笑現できることから獲得できるもので
ある。これらの特徴は交換器が冑１１に関して回転する
ことと、交換器と熱一対との間の球形接触面を利用する
ことによって達成される。 交換器と熱電対とは互いに固定式に連結されることなく
球状の輪郭を有する少なくとも１つの表面によってのみ
接触しているたけであるため、この接触によって同一列
にある交換器の間に熱膨張による差異が生じても良い。 交換５２．３のウェブ８のダク）１０と管１１との間に
電気的絶縁性のあるフィルム２０が存在することで、交
換器２．３と管１１との１０］で熱抵抗を余り増加烙せ
ることなく一気的絶縁性を保証する一方で、このフィル
ムが平滑であればウェブ８が管１１に関して回転するの
も容易にし、さらにそれによってタイゲルト５によるコ
ラムの細め付けも容易にしている。 第４図に示す実施態様に拠れは、交換器１０２゜１０３
と熱電対１０１とは交換器の循環ダクトの軸ＸＸに対し
平行な軸ｚｚｆｃ菊する円筒形の輪郭をもつ少なくとも
１つの表面によって接触するようにしても良い。この場
合ウェブ１０８の皿形部１０９ａと、これに対応する熱
・１対の支持表面とは円筒形の輪郭を弔している。球形
の輪郭の場合と同様にこの円筒形の輪郭も交換器が互い
の間で同転するのを容易にするのと共に熱膨張による差
が生じることを可能にする。 第５図に示す実施態様に拠れは、熱電装置は熱電対１と
、ダクト１０を備えたウェブ８により形成埒れる交換器
２，３とから構成される。ダクト１０）ま１方の側に管
状伸張部２１を４１シ、他方の側にはり゛クト１０の内
部で隣りにある交換器の管状伸張部全受容するだめの円
形室１０を有しており、前記案はシールを囲む環状の周
辺溝２３が備えられている。こうして同一列にある交換
器が互いに入れるにされて流体循環用管が形成される。 シール２４で入れるにり、て連結することによって、タ
イロッド６が締め付けを行なう除父換器が互いに関し７
てダクト１０の軸ＸＸの周りに回転できるようになると
共に、流体循環用管の連結性も保持さｔｌ、ろ。 異なるコラムにある交換器間の電気的絶縁を保証するた
めに、管状伸張部２１はその外表向と終端部とを絶縁ペ
イントのような絶縁ライニングか、ポリエステルのよう
な絶縁拐でできた連結部材により被覆されても良い。こ
の実施態様では、流体は常に電気伝導性の低いものとす
るか、タクト１０が内部絶縁コーティングを有すること
が望捷しい。 以上に示した実施態様では、熱１．対が平担面か球状ま
たは円筒状の表面を有する円筒形または平行六面体ペレ
ットの形状をとっているが、熱電対は２つの表面を球状
または円筒形としても良く、また２つの表面を平担にし
てその上に溶接で２枚のプレートを取り付けて、プレー
トの少なくとも１つを球状捷たは円筒状の表面を有する
ものとしてこれと対応する形状’ｒ’ｆｉｌする又侠器
２，３の皿形部９の中に嵌合されるようにしでも艮い。 さらにまた、熱電対が球状盪たは円筒状の皿形部を有す
る一方、交換器が熱電対のそれに対応する輪郭のゼスを
有するようにしても艮い。 各熱電対の代わりにいくつかの熱市、対で構成される熱
電モジュールを用い、その上に円筒状捷たは球状の輪郭
の表面全有する少なくとも２枚のゾレートを装〃「シて
も良い。熱電モジュールの電気供給は周知の方法で行な
われ、各々の熱電モジュールは交換器から゛眠気的に絶
縁される。この場合、陣り合う交換器の間、特に交換器
と循環管との間に′電気的絶縁を保証する必少性龜なく
なる。 似５図の実施態様において熱電５モジュールを使用する
と、管状伸張部２１の絶縁ライニング？ｌ：省くことが
可能になる。交換器がもはや励磁されない以上、流体は
電気的碑体でも良い。 第６図に示すもう１つ別の実施態様に熱電モジュールを
便用する場合、１本のダクトを形成−する同一列にある
交換器は単一片で形成することができる。各交換器の間
に肉厚を薄くした部分２５が形成され、この部分２５に
おいて−すれらを購成する延性材料が変形することによ
り交換器が互いに正面図、 第２図は本発明に拠る熱電装置の第１図の線２−２に沿
ってとった略断１川図、 第３図は本発明による熱′颯装飾、の絹１図および第２
図より縮尺の太きい、部分的に分即１した斜視図、 第４図は本発明による熱電装置白の変形例を示す第３図
と同一形成の部分略図、 第５図は本発明に拠る熱電装置の別の変形例を示す略部
分断面図、 第６図は本発明による熱電５装良のもう１つ別の変形例
の略部分断面図である。 １・・・熱電対、２，３・・・熱交換器、４・・・コラ
ム、８・・・ウェブ、９・・・皿形部、１０・・・ダク
ト、１１・・・。 Ｊｇｌ　１２，１３．１４・・・ショルタ、１５・・・
タイロツド、１０１−・・熱電対、１０２，１０３・・
・熱交換器、１０８・・・ウェブ、１０９・・・皿形部
。 出願え　　　　１−ル　アイデフ−スト′う代理人弁理
士川　　日　　義　　１４を代理人ｎ理士今　　村　　
　元

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）温流体または冷流体用循環ダクトを備えた熱交換
   器の間に装着された熱′ｆｌＬ素子がら成シ、前記熱電
   素子と交換器とが父互に積み重ねられて積重ね層せたは
   コラムを形成し、前記積重ね層またはコラムが並べて配
   置されてアセンブリまたは装着ラックを形成しており、
   前記アセンブリにおいて熱電素子は平行な平向上に配性
   され、交換器は列の形式で互いに向き合うように記載さ
   れて１つは温流体用、もう１っけ冷流体用の２つの流体
   循環ダクトを分離形大しており、各コラムにある構成要
   素は締め付は手段によって一緒に保持されている熱電装
   置であって、交換器の温冷両流体用の循環ダクトはコラ
   ムの締め付は軸の外に位置するため１つの列に隣接する
   交換器はその循環ダクトの軸の周りで互いに関して回転
   可能であり、熱電素子と交換器とはコラムの締め付は軸
   に沿って接触しており、前記熱電素子と交換器の表面の
   うち少なくとも１つが循環ダクトの軸に関する回転ゲ可
   能にする輪郭を有していて前記接触は熱電素子と交換器
   との表面上で行なわれる熱電装置。
2. （２）前記交換器と前記熱％素子との間の接触面の輪郭
   が、前記コラムの締め付は軸を通過しかつ循環ダクトの
   軸に平行な軸を有する円筒形である特許請求の範囲第１
   項に記載の装置。
3. （３）前記交換器と前記熱電素子との間の接触面の輪郭
   が、その中心が前記コラムの細め付は軸上に位置する球
   形である特許請求の範囲第１項に記載の熱電装置。
4. （４）　　ウェブによシ形成される熱交換器から成り、
   前記ウェブは前記熱電素子の間にこれと接触して配許さ
   れ、かつ前記コラムの憎め付は軸から外れており隣り合
   うコラムにある交換器のダクトと同一軸を有するダクト
   により横断されており、前記ダクトの中に電気的に絶縁
   性鰻あるいは９．祭器から絶縁６れた剛性の管がフリン
   ジされており、交換器は前記管に関してダクトの軸の周
   りで回転可能である時ｉｔ′ｆ請求の仲、間第１川から
   第３項の何れかに記載の熱電装置。
5. （５）　　′Ｍｆ気的に絶縁性あるフィルムが電１気的
   に伝導性ある剛性管と交換器のダクトとの間に押入され
   ている特許請求の車１）囲第４項に記載の熱電装置。
6. （６）　　ウェブにより形成される熱交換器から成り、
   前記ウェブは熟知、素子の間に配置され、かつ前記コラ
   ムの締め付は軸に関して外れておシ同−横列にある交換
   器のダクトと同一＠を有するダクトにより横断されてお
   り、交換器はそのダクトにより互いに嵌合されている％
   許請求の範囲第１　Ｊｊｌから第３項の何れかに記載の
   熱電装置。
7. （７）各交換器のダクトが一方の側にタクトの管状伸張
   部を肩し、もう一方の側には呵り合う変換器の官状伸張
   部を収納する／こめの円形室全ダクト内に有している特
   ｒｆ＋請求の乾ＩＷＩ第６項に記載の熱電装置。
8. （８）前記熱電素子が平担な表面を４１するイレント形
   状を有し、ＭｉＪ記平担面の上に少なくともそのうち１
   つは循環ダクトの軸に関して回転を可能とする輪郭の表
   面を廟するプレートが鋏潰されている特許請求のホ１ジ
   囲第１項から記７項の何れかに記載の熱電装置。
9. （９）前記熱１Ｌ素子が熱ｔモジュールであり、その上
   に少なくとも１つは循環ダクトの軸に関して回転が可能
   となるような輪郭の表面を１１するプレートが装着され
   ている％　ｉｎ−胎釆の範囲第１項から第７項の何れか
   に記載の熱電装置。 ＯＱ　　同一列にある交換器が単一片から形成され前記
   交換器の間に設けられた肉厚を薄くしだ部分により交換
   器が循環ダクトの軸の周りで一緒に回転することが可能
   となっている判、許８ｈ求の範囲第１項から舘３頌の４
   ”Ｊれかに従属する場合の慣￥１６１１求の旬υ１イ紀
   ９項に記載の熱菟散ｇｃ　ａ