KR20010108346A - 열전 모듈을 내장한 매니폴드 - Google Patents

Abstract

흡열면과 방열면을 갖추어 전류를 흘림으로써 방열면이 가열되고 흡열면이 냉각되는 열전 모듈(7)을 매니폴드 본체(17)에 내장하고, 흡열면 및 방열면의 적어도 한 쪽과의 사이에 유체가 들어가는 캐비티(10c, 10d, 20d)를 형성함과 동시에, 외부로부터 캐비티(10c, 10d, 20d)에 도달하는 공동부(空洞部)(10a, 10b, 20a, 20b)를 설치하였다. 또한, 매니폴드 본체(17) 내에서 교반부(15)와 회전자(16)가 일체화 되어 캐비티 내의 유체를 교반하는 교반 부재(5)와, 매니폴드 본체(17)에 외장된 고정자(8)를 설치하여, 회전자(16)와 고정자(8)에 의해 모터를 구성한다. 이 구성에 있어서, 고정자(8)에 통전하여 캐비티 내에서 교반 부재를 회전시켜서, 유체가 회전자(16)의 내부를 통과하여 캐비티(10c, 10d)에 도달하도록 한다.

Description

열전 모듈을 내장한 매니폴드{MANIFOLD WITH BUILT-IN THERMOELECTRIC MODULE}

근년, 프레온 가스의 오존층 파괴 작용이 지구적인 문제로 되고, 프레온 가스를 사용하지 않는 냉각 장치의 개발이 시급해지고 있다. 그리고, 프레온 가스를 사용하지 않는 냉각 장치의 하나로서, 열전 모듈을 사용하는 냉각 장치가 주목되고 있다.

열전 모듈이라는 것은 펠티에(Peltier) 모듈 또는 열전 모듈로서 공지되어 있는 것으로서, 2개의 전열면을 가지며, 전류를 통전시킴으로써 한 쪽의 전열면이 가열되고, 다른 쪽의 전열면이 냉각되는 기능을 갖는 부재이다. 즉 열전 모듈은 한 쪽의 면이 방열면으로서 기능하고, 다른 쪽의 면이 흡열면으로서 기능한다.

열전 모듈을 사용하는 냉각 장치는 예를 들면 WO 92/13243호(특표평 6-504361호)에 개시되어 있고, 열전 모듈을 매니폴드에 내장하고, 매니폴드 내에서는 열전 모듈을 사이에 끼워 2개의 캐비티(cavity)가 구성되어 있다. 매니폴드의 방열면에 면하는 캐비티는 열교환기와 펌프에 의해서 구성되는 폐쇄회로에 접속되며,다른 쪽의 흡열면에 면하는 캐비티도 마찬가지로 열교환기와 펌프에 의해서 구성되는 폐쇄회로에 접속되어 있다. 이와 같이 하여, 열전 모듈의 방열측의 전열면을 포함하는 순환회로와, 냉각측 전열면을 포함하는 순환회로를 구성하고, 이 회로에 물을 주체로 하는 열매체를 순환시킨다. 그리고, 2개의 순환회로 중, 냉각측 회로의 열교환기에 의해서 원하는 냉각을 실행한다.

상기한 WO 92/13243호에 개시된 발명은 열전 모듈을 사용하여 실용적인 냉각을 실행하는 기술이지만, 냉각 장치의 기본적인 구성을 개시하는 것에 불과하고, 실제로 이 발명을 냉장고 등에 적용하기에는 개량해야 할 점이나, 새로이 해결하지 않으면 안될 문제가 산적되어 있다.

즉, 열전 모듈을 사용하는 냉각 장치는 종래의 프레온 가스를 사용하는 냉각 장치에 비해서 냉각 효율이 낮은 것이 현재의 상황이다.

WO 92/13243호에 개시된 기술에는 어떻게 하여 열매체와 열전 모듈 전열면의 접촉을 원활히 하고, 냉각 효율을 향상시킬 것인가 라고 하는 문제가 있다. 열전 모듈과 열매체 사이의 열교환을 더욱 원활히 실행하기 위한 개량 수단으로서, WO 95/31688호(PCT/AU 95/00271호)에 개시된 발명이 공지되어 있으며, 매니폴드의 캐비티 내에 교반(攪拌) 날개를 설치하고, 열매체와 열전 모듈 전열면의 접촉 기회를 증대시키고 있다.

WO 95/31688호에 개시된 발명은 상기한 바와 같이 캐비티 내에 있어서 교반 날개를 회전시켜서 열매체와 열전 모듈 전열면과의 접촉 기회를 증대시키는 것으로서, 종래의 것에 비해서 열전달 효율을 발휘하는 것이 기대된다.

그러나, WO 95/31688호에는 캐비티 내의 교반 날개를 회전시키는 구체적 수단에 관하여는 개시되어 있지 않다. 즉, 캐비티 내에 교반 날개를 설치함으로써, 상기 문제는 어느 정도 개선되기는 하지만, 캐비티 내의 교반 날개를 회전시키는 구체적 수단에 관하여는 개시되어 있지 않다.

또한, 캐비티 내의 교반 날개를 회전시키기 위해서는 회전축의 축 밀봉이 필요하게 되고, 열매체의 누출에 대한 대책이 필요하게 된다. 또한, 협소한 캐비티 내에서 열매체를 이송하기 위해서는 캐비티 내에 복잡한 유로(流路)를 형성할 필요가 있으며, 압력 손실이 커지게 된다고 하는 문제가 있다.

본 발명은 종래 기술이 갖는 이와 같은 문제점을 감안하여 된 것이며, 캐비티 내의 유체를 교반하는 교반 부재를 설치함으로써 열교환 효율이 향상된 열전 모듈을 내장한 매니폴드를 제공하는 것을 목적으로 하고, 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 열매체와 열전 모듈 전열면과의 접촉 기회를 증대시켜서 열교환 효율을 향상시킴과 동시에, 압력 손실이 적고 신뢰성이 높은 열전 모듈을 내장한 매니폴드를 제공하는 것이다.

본 발명은 펠티에 효과(Peltier effect)를 갖는 열전(熱電) 모듈을 내장하는 매니폴드에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 관련한 열전 모듈을 내장하는 매니폴드의 정면도.

도 2는 도 1의 매니폴드의 우측 측면도.

도 3은 도 1의 매니폴드의 좌측 측면도.

도 4는 도 1의 매니폴드의 종단면도.

도 5a는 도 4에 있어서의 지축 주변부의 확대 단면도.

도 5b는 도 5a의 변형예의 확대 단면도.

도 6은 도 4의 매니폴드에 설치된 열전 모듈 단부(端部)의 확대 단면도.

도 7은 도 1의 매니폴드의 분해 사시도.

도 8a는 도 1의 매니폴드의 가열측의 상세 분해 사시도.

도 8b는 가열측 교반 부재의 분해 사시도.

도 8c는 가열측 매니폴드의 소직경 보스(boss)부의 단면도.

도 8d는 가열측 교반 부재의 보스부의 단면도.

도 9는 도 1의 매니폴드의 고정자 주변의 상세 분해 사시도.

도 10a는 도 1의 매니폴드의 가열측 매니폴드의 정면도.

도 10b는 도 10a의 가열측 매니폴드의 단면도.

도 11은 도 1의 매니폴드에 내장되어 있는 교반 부재의 정면도.

도 12는 도 11의 교반 부재의 단면도.

도 13a는 도 1의 매니폴드에 내장되어 있는 회전자의 종단면도.

도 13b는 도 13a의 회전자의 좌측 측면도.

도 14는 도 1의 매니폴드에 설치된 열전 모듈의 정면도.

도 15는 도 14의 열전 모듈의 부분 확대 측면도.

도 16a는 고정 링(ring)의 정면도.

도 16b는 고정 링의 배면도,

도 16c는 도 16a의 XVIc-XVIc 선에 따른 단면도.

도 16d는 도 16a의 화살표(A)에서 본 측면도.

도 17a는 고정 링의 체결 전의 상태를 나타내는 정면도.

도 17b는 체결 중, 고정 링을 회전시키고 있는 상태를 나타내는 정면도.

도 17c는 고정 링의 체결 완료 후의 상태를 나타내는 정면도.

도 18은 도 1의 매니폴드를 활용한 냉동기의 구성도.

도 19는 공기 빼기 챔버의 단면도.

도 20은 공기 빼기 챔버의 변형예의 단면도.

도 21은 본 발명의 제2실시형태에 따른 열전 모듈을 내장하는 매니폴드의 부분 단면도.

도 22는 도 21의 매니폴드의 평면도.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 열전 모듈을 내장한 매니폴드는 흡열면과 방열면을 갖추어 전류를 흘림으로써 상기 방열면이 가열되고 상기 흡열면이 냉각되는 열전 모듈과, 상기 열전 모듈을 내장하고, 상기 흡열면 및 상기 방열면의 적어도 한 쪽과의 사이에 유체가 들어가는 캐비티를 형성함과 동시에 외부로부터 캐비티에 도달하는 공동부(空洞部)가 설치된 매니폴드 본체와, 교반부와 회전자가일체화 되어서 상기 매니폴드 본체 내에 배치되어 상기 캐비티 내의 유체를 교반하는 교반 부재와, 매니폴드 본체에 외장(外裝)된 고정자를 갖추고, 상기 회전자와 상기 고정자에 의해 모터가 구성되며, 상기 고정자에 통전시킴으로써 상기 캐비티 내에서 교반 부재가 회전하여, 유체는 회전자의 내부를 통과하여 상기 캐비티에 도달하는 것을 특징으로 한다.

이 구성에 있어서, 외부의 고정자에 통전시킴으로써 캐비티 내에서 교반 부재가 회전하기 때문에, 유체와 열전 모듈과의 접촉 기회가 증대하여 열교환 효율이 향상된다. 또한, 축 밀봉을 설치할 필요가 없기 때문에, 유체의 누출이 적고, 신뢰성이 향상된다. 또한, 유체는 회전자의 내부를 통과하여 캐비티에 도달하기 때문에, 유체 경로가 직선적이고, 압력 손실이 적다.

회전자의 중심에 개구를 설치하여, 이 개구를 유체가 통과하도록 하면, 유체의 흐름이 더욱 직선적으로 되고, 압력 손실의 당연한 저감이 가능하게 된다.

또한, 본 발명의 열전 모듈을 내장한 매니폴드는 흡열면과 방열면을 갖추어 전류를 흘림으로써 상기 방열면이 가열되고 상기 흡열면이 냉각되는 열전 모듈과, 상기 열전 모듈을 내장하고, 상기 흡열면 및 상기 방열면의 적어도 한 쪽과의 사이에 유체가 들어가는 캐비티를 형성함과 동시에 외부로부터 캐비티에 도달하는 공동부가 설치된 매니폴드 본체와, 상기 캐비티 내의 유체를 교반하는 교반 부재를 가지며, 상기 교반 부재에는 관통공(貫通孔)이 설치되고, 당해 관통공에는 날개 부재가 설치되며, 유체는 상기 관통공을 통과하여 상기 캐비티에 도달하는 것을 특징으로 한다.

이 구성에 있어서, 유체는 교반 부재에 설치된 관통공을 사이에 끼워 캐비티에 도달하기 때문에, 유체의 유로가 직선적으로 되고, 압력 손실이 적다. 또한, 관통공에 설치된 날개 부재는 축류 펌프의 날개와 마찬가지의 기능을 발휘하고, 유체를 가세(加勢)시켜서 열전 모듈에 힘이 좋게 접촉시키기 때문에, 열전 모듈과 유체와의 열교환 효율이 향상된다.

또한, 교반 부재가 흡열면 또는 방열면과 교차하는 축심(軸心) 주위에 회전이 자유로운 구성으로 되면, 유체가 흡열면 또는 방열면과 교차하는 방향으로부터 진입하기 때문에, 유체와 흡열면 또는 방열면과의 충돌 기회가 증대하여, 열교환율이 향상된다.

교반 부재의 중심부에 관통공을 설치함과 동시에, 이 관통공의 내부에 리브(rib)에 의해서 지지된 축받이부를 설치하여, 매니폴드 본체에 대하여 고정된 지축(支軸)에 축받이부를 삽입 통과시켜 교반 부재가 회전 가능하게 지지되면, 관통공을 흐른 유체는 캐비티에 직접적으로 도입되며, 힘이 좋게 열전 모듈과 접촉하기 때문에, 열교환 효율이 높아지게 된다.

또한, 축받이부를 지지하는 리브에 경사면을 설치하면, 리브의 회전에 수반하여 유체가 캐비티 측에 압압(押壓)된다. 즉, 리브가 축류 펌프적인 기능을 발휘하여 캐비티를 향해서 유체를 송출하기 때문에, 유체는 힘이 좋게 열전 모듈과 접촉하고, 열교환 효율이 높아지게 된다.

또한, 축받이부의 단면(端面)에 직경이 확장된 구멍 혹은 테이퍼(taper)부를 설치하면, 유체가 축받이부 내에 진입하여, 축받이부를 윤활시키기 때문에, 교반부재의 회전이 원활하게 행하여 진다.

또한, 열전 모듈의 흡열면측과 방열면측의 쌍방과의 사이에 캐비티를 형성함과 동시에 쌍방의 캐비티 내에 교반 부재를 설치하여, 2개의 교반 부재의 적어도 한 쪽에 자석을 설치하여서, 한 쪽의 교반 부재의 회전력을 자력에 의해서 다른 쪽의 교반 부재에 전달할 수 있다. 이 구성은 한 쪽의 교반 부재를 회전시키는 것만으로써, 가열측과 냉각측의 2개의 교반 부재를 동시에 회전시킬 수 있기 때문에, 부품 점수가 감소하고, 매니폴드의 소형화를 달성시킬 수 있다. 또한, 비(非) 접촉으로 교반 부재 간의 동력 전달을 행할 수 있기 때문에, 캐비티 끼리의 독립성을 확보할 수 있고, 가열측과 냉각측의 열매체가 혼합될 염려가 없다.

혹은 열전 모듈의 전열면의 한 쪽만을 덮어, 열전 모듈의 다른 쪽의 전열면을 열전도판에 맞닿도록 하면, 열전도판에 의해 직접적으로 냉각 대상물을 냉각시킬 수 있다.

이하에서, 본 발명의 실시형태에 관하여 도면을 참조하면서 설명한다.

(제1 실시형태)

도 1 내지 도 4에 있어서, (1)은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 열전 모듈을 내장하는 매니폴드를 나타낸다. 열전 모듈을 내장하는 매니폴드는 매니폴드 본체(17)에 열전 모듈이 내장되고, 또한 매니폴드 본체(17)에 고정자(8)가 외장된 것이다. 고정자(8)의 부착에는 고정링(9)이 활용되고 있다. 또한 매니폴드 본체(17)는 가열측 매니폴드(2)와 냉각측 매니폴드(3)를 갖추고 있으며, 각각 가열측 교반 부재(5)와 냉각측 교반 부재(6)가 배치되어 있다. 본 실시형태에 따른 열전 모듈을 내장하는 매니폴드에서는 가열측 교반 부재(5)에 회전자(16)가 일체적으로 고정되며, 매니폴드 본체(17)에 외장된 고정자(8)와 매니폴드 본체(17) 내에 배치된 회전자(16)에 의해서 모터가 형성되어 있다.

이하에서 상세히 설명한다.

가열측 매니폴드(2)는 폴리프로필렌 수지나 폴리에틸렌 수지를 소재로 하는 사출 성형에 의해 제조된 것이다.

가열측 매니폴드(2)의 외관 형상은 도 10과 같은 원판 형상의 플랜지부(2a)와, 이것에 연속되는 보스(boss)부(2b, 2c)를 가지며, 또한 관부(管部)(2d, 2e)가 연속되어 있다. 즉 가열측 매니폴드(2)는 플랜지부(2a)를 가지며, 이것에 연결되는 대직경 보스부(2b)가 설치되어 있다. 또한 대직경 보스부(2b)는 이것 보다도 작은 직경의 소직경 보스부(2c)에 연결되어 있다. 그리고 소직경 보스부(2c)의 단부(端部)는 더욱 가늘게 되어서 대직경 관부(2d)가 구성되며, 대직경 관부(2d)의 단부는 보다 가늘게 제조되어 소직경 관부(2e)를 구성하고, 있다.

상기한 대직경 보스부(2b), 소직경 보스부(2c), 대직경 관부(2d) 및 소직경 관부(2e)는 어느 것이나 동심(同心) 상태로 배치되어 있지만, 플랜지부(2a)에 관하여는 도 2에서 명백한 바와 같이 약간 편심되어 있다. 이와 같이 플랜지부(2a) 만을 편심시킨 이유는 열전 모듈(7)에 전기를 공급하는 단자(2g)(도 2)를 설치하기 위한 공간을 확보하기 위해서 이다.

본 실시형태에서 채용하는 가열측 매니폴드(2)에서는 대직경 관부(2d)의 외주부(外周部)에 3개의 돌기(2f)가 설치되어 있다. 3개의 돌기(2f)는 동일 원주 상태에서 또한 서로 등(等) 간격이 되는 위치에 배치되어 있다.

가열측 매니폴드(2)의 내부는 공동(空洞)(10)으로 되어 있고, 가열측 매니폴드(2)는 당해 공동(10)에 의해서 소직경 관부(2e) 측으로부터 플랜지부(2a) 측에걸쳐서 관통되어 있다. 또한, 가열측 매니폴드(2) 내부의 공동(10)의 단면 형상은 어느 부위도 원형이다. 공동(10)의 외경은 각각 보스부(2b, 2c) 및 관부(2d, 2e)의 외경에 상응하는 크기로 되고, 소직경 관부(2e) 측으로부터 플랜지부(2a) 측에 걸쳐서 순차로 크게 되어 있다.

즉, 가열측 매니폴드(2) 내부의 공동(10)은 4단계로 구분되어 소직경 관부(2e) 측으로부터 순차로, 제1 공동부(10a), 제2 공동부(10b), 제1 캐비티(10c), 제2 캐비티(10d)가 있고, 제2 캐비티(10d)는 플랜지부(2a) 측에 개구되어 있다. 본 실시형태에서는 소직경 관부(2e) 측의 개구(13)는 열매체 도입구로서 기능한다.

제2 캐비티(10d)의 개구 단부는 또한 2단계로 모서리 깍기 되어 있다. 제2 캐비티(10d)의 개구의 제1단(10e)에는 환상(環狀)의 홈(2h)이 설치되어 있다. 당해 홈(2h)에는 O-링(31)이 삽입된다.

제2 캐비티(10d)의 개구의 제2단(10f)은 열전 모듈(7)의 외주 직경과 대략 일치하는 내경을 갖는다.

또한, 가열측 매니폴드(2)에서는 플랜지부(2a)의 플랜지면에도 환상의 홈(2i)이 설치되어 있다. 당해 홈(2i)에는 O-링(30)이 삽입된다.

그리고, 가열측 매니폴드(2)의 내부에는 축고정부(11)가 설치되어 있다. 축고정부(11)는 도 4, 도 5a, 도 8a 내지 도 8d, 도 10a에 나타낸 바와 같이 원주(圓柱) 형상의 축지지부(11a)를 갖는다. 축지지부(11a)는 리브(11b)에 의해서 제2 공동부(10b) 내에 동심 상태로 지지되어 있다. 더욱 상세하게 설명하면, 대직경관부(2d)의 내부, 즉 제2 공동부(10b)에 3개의 리브(11b)가 방사상으로 설치되어 있다. 그리고 각각의 리브(11b)의 단부는 어느 것이나 축지지부(11a)의 측면과 일체적으로 결합되어 있고, 축지지부(11a)를 제2 공동부(10b)의 중심에 지지하고, 있다. 축지지부(11a)의 축방향의 위치는 제2 공동부(10b)와 제1 캐비티(10c)를 가로 지르는 부위이다.

축고정부(11)의 축지지부(11a)에는 스테인레스 등으로 제조된 지축(支軸)(12)이 일체적으로 고정되어 있다. 따라서 지축(12)은 제2 공동부(10b)와 동심 상태로 고정되어 지지되고 있다.

또한, 대직경 보스부(2b)에는 내부(제2 캐비티(10d))로부터 외부로 향해서 연통되는 파이프 형상의 열매체 배출구(14)가 설치되어 있다. 열매체 배출구(14)의 파이프 형상 부위(14a)는 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이 제2 캐비티(10d)와 동일 평면상에 있고, 또한 파이프 형상 부위(14a)는 제2 캐비티(10d)에 대하여 접선 방향으로 연장되어 있다.

가열측 교반 부재(5)는 교반 날개(교반부)(15)와, 모터의 회전자(16)가 일체화된 것이다. 즉 가열측 교반 부재(5)의 교반 날개(교반부)(15)는 수지(樹脂)의 사출 성형에 의해서 제조된 것이고, 보스부(15a)와 원판부(15b)를 가지며, 원판부(15b)의 한 쪽의 면에 4개의 날개 부재(15c)가 설치되어서 된 것이다.

날개 부재(15c)는 정면(도 11)에서 보아 중심 부분이 가늘고, 원주 방향을 향해 이를 따라 폭이 넓게 제조되어 있으며, 또한 약간 비틀린 형상을 하고, 있다.

날개 부재(15c)의 외경(d)은 상기한 가열측 매니폴드(2)의 제2 캐비티(10d)의 외경(D)을 100으로 하면, 94 이하이다. 즉 가열측 교반 부재(5)를 가열측 매니폴드(2)에 장착할 때, 날개 부재(15c)와 제2 캐비티(10d)의 내주면(內周面)과의 사이에, 제2 캐비티(10d) 내주경(內周徑)의 3% 이상의 공차가 될 수 있다.

또한, 가열측 교반 부재(5)의 날개의 형상은 본 실시형태로 한정되는 것이 아니고, 풍차 형상의 날개나 프로펠러 형상, 혹은 원판에 판체가 수직으로 세워 설치한 것이어도 된다.

그리고, 본 실시형태에 특유한 구성으로서, 각각의 날개 부재(15c)의 내부에 입방체 형상의 영구 자석(15d)이 붙혀져 있다.

한편, 보스부(15a)는 원판부(15b)의 3분의 1로부터, 4분의 1 정도의 외경을 갖는 통(筒) 형상체이다. 그리고 보스부(15a)의 중심에는 도 12와 같이 관(管) 형상의 축받이 부재(15f)가 설치되어 있다. 즉 축받이 부재(15f)는 보스부(15a)의 내측에 설치된 3개의 리브(15g)에 의해서, 보스부(15a)의 중심축에 일치하는 부위에 유지되어 있다.

본 실시형태에 있어서, 리브(15g)는 판(板) 형상이고, 도 12와 같이 그 면이 축선에 대하여 경사되어 있다. 본 실시형태에 있어서, 리브(15g)는 축받이 부재(15f)를 지지하는 기능 이외에, 날개 부재로서도 기능한다.

후술하는 바와 같이 열매체는 보스부(15a)의 가운데를 통과하지 만, 본 실시형태에서는 리브(15g)가 축선에 대하여 경사되어 있기 때문에, 열매체가 말려 들어간다.

모터의 회전자(16)는 구체적으로는 원주 형상의 영구 자석이다. 또한회전자(16)에는 플랜지부(16b)가 설치되어 있다. 회전자(16)의 자석 부분의 외경은 교반 날개(교반부)(15)의 약 2분의 1이다. 또한 회전자(16)의 중앙에는 상기한 보스부(15a)의 외경과 일치하는 구멍(16a)이 설치되어 있다.

그리고 회전자(16)는 중앙의 구멍(16a)이 교반 날개(교반부)(15)의 보스부(15a)에 삽입되며, 또한 플랜지부(16b)가 원판부(15b)에 나사 체결되어 있다. 즉 회전자(16)는 나사에 의해서 교반 날개(교반부)(15)와 일체적으로 결합되어 있다.

이어서, 가열측 매니폴드(2)와 가열측 교반 부재(5)의 관계에 관하여 설명한다. 가열측 교반 부재(5)는 가열측 매니폴드(2)의 제1 캐비티(10c)와 제2 캐비티(10d)에 배치된다. 더욱 구체적으로는 가열측 교반 부재(5)의 원판부(15b)와 날개 부재(15c)가 제2 캐비티(10d)에 위치하고, 회전자(16)는 제1 캐비티(10c)에 배치된다. 또한 상술한 바와 같이 날개 부재(15c)와 제2 캐비티(10d)의 내주면과의 사이에는 제2 캐비티(10d) 내주경의 3% 이상의 공차가 될 수 있다.

도 5a에 나타낸 바와 같이 가열측 교반 부재(5)의 축받이 부재(15f)에, 부시(bush)(29)를 개재시킨 뒤에, 가열측 매니폴드(2)의 지축(12)이 삽입 통과되어 있다. 본 실시형태에서 채용하는 부시(29)는 테(29a)와 본체부(29b)를 갖는 것이며, 본체부(29b)는 축받이 부재(15f)와 대략 동등한 길이를 갖는다.

지축(12)은 상술한 바와 같이 가열측 교반 부재(5)의 축받이 부재(15f)에 삽입 통과된다. 이 상태에서, 지축(12)의 선단(先端)에 연결 정지부(28)가 부착되어 있다. 연결 정지부(28)는 지축(12)에 대하여 코킹되어 있고, 지축(12)에서 탈락되는 일은 없다. 따라서, 가열측 교반 부재(5)의 축받이 부재(15f)의 전방 단면(端面)은 부시(29)의 테(29a)를 사이에 끼워 연결 정지부(28)와 맞닿고, 가열측 교반 부재(5)의 열전 모듈(7)에 근접하는 방향의 힘은 연결 정지부(28)에 의해서 지지된다. 축받이 부재(15f)의 후방 단면(端面)은 축지지부(11a)의 전단(前端)과 맞닿는다. 따라서 가열측 교반 부재(5)의 축받이 부재(15f)는 축지지부(11a)와 연결 정지부(28)에 의해서 사이에 끼워져 있다. 이 때문에, 본 실시형태에서는 가열측 교반 부재(5)는 열전 모듈(7)의 방열면과 교차하는 축심 주위에 회전 가능하게 되어 있지만, 축방향에는 일체적으로 가열측 매니폴드(2)에 고정되어 있다. 가열측 교반 부재(5)가 가열측 매니폴드(2)에 장착된 상태에 있어서, 연결 정지부(28)는 가열측 매니폴드(2)의 플랜지부(2a)의 플랜지 면보다도 약간 내측에 위치한다. 더욱 구체적으로는 연결 정지부(28)의 선단(先端)은 가열측 매니폴드(2)의 개구부의 제1단(10e) 보다도, 열매체 도입구(13) 측에 위치한다.

또한, 본 실시형태에서는 도 5a에 나타낸 바와 같이 부시(29)의 본체부(29b)는 축받이 부재(15f)와 대략 동등한 길이를 가지며, 부시(29)는 축받이 부재(15f)의 전장에 걸쳐서 삽입되어 있다. 그러나, 도 5b에 나타낸 바와 같이 부시(29)의 본체부(29b)의 길이를 축받이 부재(15f) 보다도 짧게 설계하고, 또한 축받이 부재(15f)의 후단(後端)에 테이퍼부(15h)를 설치하여서 구멍의 단부(端部)를 직경 확장하는 구성도 추장(推奬)된다. 이 구성은 열매체를 윤활제로서 활용하는 것을 의미한 것이다. 즉, 후술하는 바와 같이 가열측 교반 부재(5)의 중심부는 열매체 유로(流路)의 일부로서 기능하고, 사용시에 있어서는 축받이 부재(15f)는 열매체의흐름의 가운데에 노출된다. 그래서, 도 5b에 나타낸 바와 같이 축받이 부재(15f)의 후단에 테이퍼부(15h)를 설치하면, 열매체가 테이퍼부(15h)에 의해서 집중되며, 축받이 부재(15f)의 가운데로 도입된다. 그 결과, 열매체가 윤활제로서 기능하고, 가열측 교반 부재(5)가 회전할 때의 마찰 저항이 저하된다.

도 5b에 나타낸 구성은 축받이 부재(15f)의 후단에 테이퍼부(15h)를 설치하여서 구멍의 단부를 상류측을 향해 서서이 직경을 확장하였으나, 단부를 테이퍼 형상으로 하지 않고, 직경을 확장한 구멍(축받이 부재(15f)의 내경 보다도 큰 내경의 구멍)을 단순히 설치하는 것 만으로서도, 어느 정도의 효과를 기대할 수 있다. 테이퍼 형상으로 하지 않고, 직경을 확장한 구멍을 설치하는 경우에는 축받이 부재(15f)의 구멍 후단 부분은 계단 형상으로 된다.

가열측 매니폴드(2)와 가열측 교반 부재(5)가 조립 부착된 상태에 있어서, 가열측 매니폴드(2)의 열매체 도입구(13)와 가열측 교반 부재(5)의 원판부(15b)의 전면측이 연통한다. 즉 열매체 도입구(13)는 제1 공동부(10a)와 연통하고, 또한 제1 공동부(10a)는 가열측 교반 부재(5)의 보스부(15a)의 개구와 연통한다. 그리고 보스부(15a)는 통 형상으로서, 그 선단 부분은 가열측 교반 부재(5)의 원판부(15b)의 전면측에 개구하고, 있다. 따라서 가열측 매니폴드(2)의 열매체 도입구(13)와 가열측 교반 부재(5)의 원판부(15b)의 전면측이 연통한다.

본 실시형태의 열전 모듈을 내장하는 매니폴드는 상기한 일련의 연통로가 열매체의 유로로 된다. 즉, 회전자(16)의 직경 중심 측에 구멍(16a)이 설치되어 있고, 구멍(16a)이 직접적으로, 혹은 구멍(16a)에 삽입된 보스부(15a)의 구멍이 제2캐비티(10d)에 유체를 도입하는 열매체 도입 통로의 일부로서 기능한다.

이어서, 냉각측 매니폴드(3) 및 냉각측 교반 부재(6)의 구성을 설명한다. 냉각측 매니폴드(3)는 상기한 가열측의 매니폴드(2)와 대략 대칭형(좌우 모양은 상이함)이고, 원판 형상의 플랜지부(3a)를 갖는다. 냉각측 매니폴드(3)에서는 보스부(3b)는 1단이다. 또한 보스부(3b)의 후단부는 관부(3c, 3d)에 연결되어 있다. 냉각측 매니폴드(3)의 대직경 관부(3d)의 외주부는 평활한 원통면이고, 돌기는 없다.

냉각측 매니폴드(3)의 내부는 상기한 가열측의 매니폴드(2)와 마찬가지로 공동(20)으로 되어 있고, 소직경 관부(3d) 측으로부터 플랜지부(3a) 측에 걸쳐서 관통되어 있다. 그리고 공동(20)의 내경은 3 단계로 구분되어 소직경 관부(3d) 측으로부터 순차로, 제1 공동부(20a), 제2 공동부(20b) 및 캐비티(20d)가 있고, 캐비티(20d)는 플랜지부(3a) 측에 개구되어 있다. 또한 소직경 관부(3d) 측의 개구(21)는 열매체 도입구로서 기능한다.

냉각측 매니폴드(3)의 내부에는 가열측의 매니폴드(2)와 마찬가지로 축고정부(22)가 설치되어 있다. 축고정부(22)는 원주 형상의 축지지부(22a)를 갖는다. 축지지부(22a)는 리브(22b)에 의해서 제2 공동부(20b) 내에 동심 상태로 지지되어 있다. 리브(22b)의 형상이나 부착 위치, 수량 등은 상기한 가열측의 매니폴드(2)와 마찬가지이고, 제2 공동부(20b)에 3개의 리브(22b)가 방사상으로 설치되어 있음과 동시에 기타 단측(端側)이 축지지부(22a)의 측면과 일체적으로 결합되어, 축지지부(22a)를 제2 공동부(20b)의 중심에 지지하고, 있다. 축지지부(22a)의 축방향의 위치는 제2 공동부(20b)와 캐비티(20d)를 가로 지르는 부위이다.

축고정부(22)의 축지지부(22a)에는 스테인레스 등으로 제조된 지축(23)이 일체적으로 고정되며, 지축(23)은 제2 공동부(20b)와 동심 상태로 고정 지지되어 있다.

냉각측 매니폴드(3)에 관하여서도, 파이프 형상의 열매체 배출구(24)가 설치되어 있지만, 열매체 배출구(24)의 각도는 상기한 가열측 매니폴드(2)와는 상이하다. 즉 가열측 매니폴드(2)에서는 열매체 배출구(14)의 파이프 형상 부위(14a)는 제2 캐비티(10d)와 동일 평면상에 있고, 또한 파이프 형상 부위(14a)는 제2 캐비티(10d)에 대하여 접선 방향으로 연장되어 있는 것에 반하여, 냉각측 매니폴드(3)에서는 파이프 형상 부위(24a)는 도 1 및 도 3에 나타나 있는 바와 같이 캐비티(20d)의 평면에 대하여 외측에 경사된 각도로 부착되어 있다.

즉, 냉각측 매니폴드(3)에서는 파이프 형상 부위(24a)는 도 3과 같이 측면의 투영도로서 관찰하면, 캐비티(20d)의 접선 방향으로 연장되어 있으나, 정면도에서 명백한 바와 같이 개구 부분이 캐비티(20d)와는 상이한 평면에 있다. 즉 냉각측 매니폴드(3)에서는 파이프 형상 부위(24a)는 캐비티(20d)의 평면에 대하여 경사하여 부착되어 있다.

냉각측 교반 부재(6)는 교반 날개(교반부) 만을 갖는다. 즉 냉각측 교반 부재(6)는 고정자를 갖지 않는다. 냉각측 교반 부재(6)는 상기한 가열측 교반 부재(5)의 날개 부재(15c)와 대략 마찬가지의 형상을 하고, 있고 보스부(25a)와 원판부(25b)를 가지며, 원판부(25b)의 한 쪽의 면에 4개의 날개 부재(25c)가 설치된것이다. 날개 부재(25c)는 상기한 날개 부재(15c)와 마찬가지로, 중심 부분이 좁고, 원주 방향을 향해 이를 따라 폭이 넓게 제조되어 있으며, 또한 시계 방향으로 비틀린 형상을 하고, 있다.

또한 각각의 날개 부재(25c)의 내부에 입방체 형상의 영구 자석(25d)이 부착되어 있다. 영구 자석(25d)의 극성은 상기한 가열측 교반 부재(5)의 날개 부재(15c)에 설치된 영구 자석(15d)과 반대의 극이다. 즉 영구 자석(25d)은 열전 모듈(7)을 사이에 끼워서 영구 자석(15d)과 상호 끌어 당기도록 극성이 배치되어 있다.

또한 냉각측 교반 부재(6)에 설치된 영구 자석(25d)의 극성은 그 전부가 가열측 교반 부재(5)에 설치된 영구 자석(15d)과 동일하게 되어서, 양자가 상호 반발하여 만나는 관계로 있어도 좋다. 또한 냉각측 교반 부재(6) 측과 가열측 교반 부재(5)의 영구 자석(15d, 25d)의 몇 개나, 혹은 한 쪽의 영구 자석(15d, 25d)의 전부를, 철편(鐵片) 등의 자성체로 대체하여도 된다.

보스부(25a)의 형상·구조는 전장이 짧은 점을 제외하고, 상기한 가열측 교반 부재(5)와 동일하다. 즉 보스부(25a)의 내측에는 리브(25g)가 설치되며, 리브(25g)에 의해서 관 형상의 축받이 부재(25f)가 중심축에 일치하는 부위에 유지되어 있다. 리브(25g)는 판 형상이고, 그 면이 접선에 대하여 경사되어 있다.

리브(25g)는 축받이 부재(25f)를 지지하는 기능 이외에, 날개 부재로서도 기능한다. 그리고 열매체는 보스부(25a)의 가운데를 통과할 때, 리브(25g)에 말려 들어가서 가세(加勢)된다.

냉각측 매니폴드(3)와 냉각측 교반 부재(6)의 관계는 상기한 가열측과 대략 동일하며, 냉각측 교반 부재(6)는 냉각측 매니폴드(3)의 캐비티(20d)에 배치된다. 그리고 냉각측 교반 부재(6)의 축받이 부재(25f)에, 부시(33)가 개재된 후에, 냉각측 매니폴드(3)의 지축(23)이 삽입 통과되어 있다. 또한 선단에 연결 정지부(32)가 부착되어 있다. 연결 정지부(32)는 지축(23)에 대하여 코킹되어 있으며, 지축(23)에서 탈락되는 일은 없다. 따라서, 냉각측 교반 부재(6)의 축받이 부재(25f)의 단면(端面)은 부시(33)의 테를 사이에 끼워 연결 정지부(32)와 맞닿고, 냉각측 교반 부재(6)의 축방향력은 연결 정지부(32)에 의해서 지지된다. 따라서, 본 실시형태에서는 냉각측 교반 부재(6)는 열전 모듈(7)의 흡열면과 교차하는 축심 주위에 회전 가능하게 되어 있으나, 축방향에는 일체적으로 냉각측 매니폴드(3)에 고정되어 있다. 냉각측 교반 부재(6)가 냉각측 매니폴드(3)에 장착된 상태에 있어서, 연결 정지부(32)는 냉각측 매니폴드(3)의 플랜지부(3a)의 플랜지 면 보다도 약간 내측으로 위치한다.

또한, 냉각측 매니폴드(3)와 냉각측 교반 부재(6)가 조립 부착된 상태에 있어서, 냉각측 매니폴드(3)의 열매체 도입구(21)와 냉각측 교반 부재(6)의 원판부의 전면측이 연통한다.

이어서, 그 이외의 부재에 관하여 설명한다. 본 실시형태에서는 열전 모듈(7)은 도 14와 같이 원판 형상이다. 열전 모듈(7)은 공지의 펠티에 소자를 이용한 것이며, P형 반도체와 N형 반도체를 나란히 설치한 것이다. 열전 모듈(7)의 단면 구조는 도 15와 같으며, P형과 N형의 열전 반도체(7c, 7d)를 상하 교호(交互)의 전극(7e)으로써 직렬로 접속하여, 상하를 세라믹의 절연판(7f)으로써 고정시킨 것이다. 또한 P형 열전 반도체(7c)와 N형 열전 반도체(7d)의 조합이 펠티에 소자의 최소 단위이다. 그리고, 본 실시형태에서 사용하는 열전 모듈(7)에서는 알루미늄의 원판 끼리의 사이에, 도 14와 같이 펠티에 소자를 원형으로 배치한 것이다. 또한, 본 실시형태에서 채용하는 열전 모듈(7)에서는 원판의 외주 근방 부분에는 펠티에 소자는 없다.

열전 모듈(7)로서는 이외에 1개의 각형(角形)의 열전 모듈을 알루미늄의 원판으로써 사이에 끼운 것도 사용 가능하다.

고정자(8)는 모터를 구성하는 코일이 내장된 것이다. 고정자(8)의 외경 형상은 도 7, 도 8a 내지 도 8d, 도 9와 같이 도우넛(doughnut) 형상이며, 중앙에 구멍(개구)(8a)이 설치되어 있다. 또한 측면에 전극부(8b)가 설치되어 있다.

고정 링(9)은 도 16a 및 도 16b에 나타낸 바와 같이 원판 형상이며, 「卍」에 유사한 특수 형상의 개구(27)가 설치되어 있다. 개구(27)의 형상을 상세히 설명하면 다음과 같다.

즉 고정 링(9)의 중앙에는 원형의 개구(27a)가 설치되며, 당해 원형의 부위로부터 방사상으로 3개의 홈(27b)이 연장되어 있다. 홈(27b)은 어느 것이나 직선이고, 그 축선은 원형의 개구(27a)의 중심을 통과한다.

또한, 직선 형상의 홈(27b)의 단부는 어느 것이나 동일 방향으로 선회하고, 있다. 선회부의 홈(27c)은 원형의 개구(27a)를 중심으로 하는 원호이다.

고정 링(9)에는 이와 같이 직선 형상의 홈(27b)과, 선회 형상의 홈(27c)이설치되어 있기 때문에, 양 홈에 의해서 포위되는 부위가 반도 형상으로 남는다. 즉 고정 링(9)에는 원형의 개구(27a)의 주위에, 3개의 반도부(半島部)(27d)가 설치되어 있다.

이어서, 고정 링(9)의 표리(表裏)의 면 형상을 보면, 고정 링(9)의 이면측은 도 16b와 같이 평활하다. 이것에 대하여 고정 링(9)의 표면측은 도 16a와 같이 전체의 단부(端部)에 보강 리브가 설치되어 있다. 또한, 도 16d에 나타낸 바와 같이 반도부(27d)의 표면측 단부에는 선단부가 경사된 연결 정지용 돌기(27e)가 형성되어 있다.

이어서, 매니폴드(1)의 조립 구조에 관하여 설명한다. 매니폴드(1)에서는 가열측 매니폴드(2)와 냉각측 매니폴드(3)가 O-링(30)을 사이에 끼워 일체로 되며, 그 중앙에 2개의 O-링(31)을 사이에 끼워 열전 모듈(7)이 배치되어 있다. 즉 가열측 매니폴드(2)와, 냉각측 매니폴드(3)는 일체적으로 결합되며, 그 중간 부분에 열전 모듈(7)이 장착되어 있다.

가열측 매니폴드(2)와 냉각측 매니폴드(3)의 결합은 각각의 플랜지부(2a, 3a)를 맞추어서, 양자에 나사를 삽입 통과시킴으로써 실행된다. 여기서 양자의 접합부에 주목하면, 도 6과 같이 열전 모듈(7)의 펠티에 소자가 존재하지 않는 주변부 근방은 가열측 매니폴드(2)와 냉각측 매니폴드(3)에 끼워져 있다. 환언하면, 펠티에 소자는 캐비티(10d, 20d)에 면한 부위 만에 있다. 그리고 펠티에 소자가 존재하지 않는 열전 모듈(7)의 주변부 근방에 O-링(31)이 맞닿고 있다.

본 실시형태에서는 펠티에 소자가 존재하지 않는 부위를 가열측 매니폴드(2)와 냉각측 매니폴드(3)로 사이에 끼움으로써, 펠티에 소자의 발열 혹은 냉열이 직접적으로 가열측 매니폴드(2)와 냉각측 매니폴드(3)에 전달되는 것을 방지하고, 있다.

본 실시형태에서는 가열측 매니폴드(2)와 냉각측 매니폴드(3)에 각각 교반 부재(5, 6)가 장착되어 있지만, 교반 부재(5, 6)는 어느 것이나 지축(12, 23)에 코킹된 연결 정지부(28, 32)에 의해서 축방향력이 지지되며, 매니폴드(2), 매니폴드(3)에 대하여 축방향에 일체적으로 고정되어 있다. 그리고 교반 부재(5, 6)가 매니폴드(2, 3)에 장착된 상태에 있어서, 연결 정지부(28, 32)는 매니폴드(2, 3)의 플랜지부(2a, 3a)의 플랜지 면 보다도 약간 내측에 위치한다. 더욱 구체적으로는 연결 정지부(28)의 선단은 가열측 매니폴드(2)의 개구부의 제1단(2i) 보다도, 열매체 도입구(13) 측에 위치하고 있다. 그 때문에, 연결 정지부(28, 32) 및 교반 부재(5, 6)는 어느 것이나 열전 모듈(7)과 접촉하지 않고, 교반 부재(5, 6)와 열전 모듈(7)과의 사이에는 간극(間隙)(4)이 확보된다. 당해 간극은 대략 1mm∼2mm 정도이다.

또한, 가열측 매니폴드(2)의 보스부(2c)에 고정자(8)가 외장된다. 고정자(8)의 고정 방법은 다음의 수순에 의한다.

고정자(8)의 구멍(8a)에 가열측 매니폴드(2)의 보스부(2c)를 삽입 통과시키고, 고정자(8)에 잇따라서 고정 링(9)을 가열측 매니폴드(2)에 외장한다. 고정 링(9)을 장착하는 경우에는 도 17a에 나타낸 바와 같이 홈(27b)과 돌기(2f)를 일치시킨 후, 고정 링(9)을 고정자(8)에 향해서 압입하면, 돌기(2f)가 홈(27b)에 끼워넣어지고, 고정 링(9)의 반도부(27d)는 돌기(2f)와 간섭하지 않고, 돌기(2f) 보다도 플랜지부(2a) 측에 도달한다.

이어서, 도 17a 및 도 17b에 나타낸 바와 같이 고정 링(9)을 화살표 방향으로 회전시키면, 반도부(27d)의 연결 정지용 돌기(27e)의 경사면에 돌기(2f)가 맞닿고, 또한 반도부(27d)가 후방으로 눌려 압착되어서 탄성 변형된다. 더욱, 고정 링(9)을 화살표 방향으로 회전시키면, 돌기(2f)는 반도부(27d)의 연결 정지용 돌기(27e)를 타고 넘어서, 도 17c에 나타낸 바와 같이 연결 정지용 돌기(27e)와 보강 리브와의 사이에 유지된다. 그 결과, 고정자(8)는 가열측 매니폴드(2)의 보스부(2c)에 일체적으로 고정된다.

이어서, 본 실시형태에 관련된 매니폴드(1)의 작용에 관하여 설명한다.

이 매니폴드(1)는 도 18에 나타낸 바와 같은 열교환기(40, 41) 및 공기 빼기 챔버(43, 44)를 포함하는 냉동 장치(45)의 일부로서 활용된다.

고온측 및 저온측의 공기 빼기 챔버(43, 44)는 무엇인가의 이유로 배관내에 혼입된 가스를 수집하여, 가스가 배관 경로를 순환하는 것을 방지하는 기능과, 무엇인가의 이유로, 열매체가 감소한 경우에서도 열매체를 원활하게 순환시키는 것을 목적으로 하여 설치된 것이다. 공기 빼기 챔버(43, 44)는 배관 내의 가스가 집합되는 필요한 공간을 설치한 것이고, 배관 경로의 제일 높은 위치에, 용적이 큰 부위를 설치한 것이다.

공기 빼기 챔버(43, 44)의 구체적인 구성은 도 19와 같으며, 탱크 형상의 용기(47)에 열매체 도입구(48)와, 열매체 배출구(49)가 설치된 것이다.

또한, 본 실시형태에 특유한 구성으로서, 열매체 도입구(48)와, 열매체 배출구(49)에는 어느 것이나 파이프가 사용되고 있다. 그리고 열매체 도입구(48)를 구성하는 파이프는 용기(47)의 저면(底面)의 중심으로부터 용기(47)에 들어온다. 또한 열매체 도입구(48)를 구성하는 파이프는 용기(47) 내에 있어서, 용기(47)의 중심(重心)의 근방 까지 도달하고, 용기의 중심 근방에서 개구되어 있다.

한편, 열매체 배출구(49)를 구성하는 파이프는 용기(47)의 측면의 중심으로부터 용기(47)에 들어온다. 그리고 열매체 도입구(48)를 구성하는 파이프에 관해서도, 용기(47) 내에 있어서, 용기(47)의 중심(重心)의 근방 까지 도달하고, 용기의 중심 근방에서 개구되어 있다.

본 실시형태에서 채용하는 공기 빼기 챔버(43, 44)는 열매체 도입구(48) 및 열매체 배출구(49)가 용기(47)의 중심부(重心部)에서 개구되기 때문에, 공기 빼기 챔버(43, 44)에 방향성이 없다. 즉, 공기 빼기 챔버(43, 44)는 도 19와 같은 자세로서 사용하는 것이 바람직 하지만, 무엇인가의 이유로 도립 상태로 되어도, 경사 자세로 놓여도, 열매체 도입구(48) 및 열매체 배출구(49)의 개구는 항상 열매체에 잠긴다. 그 때문에, 공기 빼기 챔버(43, 44)는 경사 자세에서 사용되어도, 열매체 도입구(48) 및 열매체 배출구(49)의 용기(47) 내의 개구로부터, 공기(또는 가스)를 흡입하지 않는다.

마찬가지의 작용 효과가 기대되는 공기 빼기 챔버로서는 도 20에 나타낸 공기 빼기 챔버(53)가 있다. 도 20에 나타낸 공기 빼기 챔버에서는 도 19의 열매체 도입구(48) 및 열매체 배출구(49)가 「L」자 형상으로 만곡된 1개의 파이프(51)에의해서 구성되어 있다. 본 실시형태에서는 파이프(51)의 각(角)의 부위가 용기의 중심(重心) 근방에 있다. 그리고 당해 각의 부위에 개구(52)가 설치되어 있다.

냉동 장치(45)의 설명으로 복귀하면, 매니폴드(1)의 고온측은 방열용의 콘덴서(열교환기)(40) 및 고온측 공기 빼기 챔버(43)와 배관으로 결합된다.

더욱 구체적으로는 방열용의 콘덴서(열교환기)(40)의 토출구와, 매니폴드(1)의 열매체 도입구(13)가 접속된다. 또한 매니폴드(1)의 열매체 배출구(14)와 고온측 공기 빼기 챔버(43)의 도입구(48)가 접속된다. 또한 고온측 공기 빼기 챔버(43)의 열매체 배출구(49)와 방열용의 콘덴서(열교환기)(40)의 도입구가 접속되어 있다.

이렇게 하여 매니폴드(1)의 고온측, 고온측 공기 빼기 챔버(43) 및 방열용의 콘덴서(열교환기)(40)로서 이루어진 일련의 폐쇄 회로가 구성된다.

매니폴드(1)의 냉각측 배관에 관하여도 마찬가지이며, 흡열용의 증발기(열교환기)(41) 및 저온측 공기 빼기 챔버(44)와 배관으로 결합되어, 일련의 폐쇄 회로가 구성되어 있다.

그리고, 배관 회로 내에는 물을 주체로 하는 열매체가 순환된다. 또한, 냉각측의 배관 회로 내에는 프로필렌글리콜 등의 부동액을 첨가하는 것이 바람직하다. 열매체는 비열이 크다는 점에서 물을 주체로 하는 유체를 채용하는 것이 바람직하지만, 물론 기타의 액체이어도 된다.

본 실시형태의 냉동기에서는 매니폴드(1)가 열매체를 이동시키는 펌프의 기능을 겸하기 때문에, 특별한 펌프는 설치되어 있지 않다.

이 상태에서, 매니폴드(1)의 열전 모듈(7)에 통전하고, 또한 고정자(8)에도 통전을 행한다.

그 결과, 열전 모듈(7)의 가열측 전열면(방열면)(7a)의 온도가 상승하고, 냉각측 전열면(흡열면)(7b)의 온도가 저하한다.

또한, 고정자(8)가 여자(勵磁)되어, 자력이 가열측 매니폴드(2)를 관통하여 내부의 회전자(16)에 작용한다. 그 결과, 가열측 매니폴드(2) 내의 회전자(16)에 회전력이 발생한다. 즉, 본 실시형태에 관련된 열전 모듈을 내장하는 매니폴드(1)에서는 가열측 매니폴드(2)의 내외에 설치된 회전자(16)와, 고정자(8)에 의해서, 1개의 모터가 구성되어 있다. 그 때문에 고정자(8)에 통전함으로써, 가열측 매니폴드(2) 내의 회전자(16)가 회전한다. 그 결과, 회전자(16)와 일체로 이루어진 가열측 교반 부재(5)가 회전하고, 가열측 교반 부재(5)의 교반 날개(교반부)(15)가 회전을 시작한다.

본 실시형태에 관련된 열전 모듈을 내장하는 매니폴드(1)에서는 모터의 회전자(16)가 가열측 매니폴드(2) 내에 설치되어 있기 때문에, 축 밀봉이 불필요하다. 즉, 밀봉 상태로 된 가열측 매니폴드(2)의 가운데에서 회전자(16)를 회전시키기 때문에, 액체의 밀봉이 확실하고, 열매체의 누출은 적다.

또한, 본 실시형태에 관련된 매니폴드(1)에서는 교반 부재(5, 6)에 자석(15d, 25d)이 부착되어 있고, 또한 교반 부재(5, 6)는 열전 모듈(7)을 사이에 끼워서 대향시킨 위치에 있으며, 각각의 자석(15d, 25d)의 극성은 상호 끌어 당기는 방향으로 갖추어져 있다. 그 때문에 교반 부재(5, 6)의 자석(15d, 25d) 끼리가끌어 당겨서, 가열측의 제2 캐비티(10d) 내에 있는 가열측 교반 부재(5)의 회전에 수반하여, 냉각측의 냉각측 교반 부재(6)도 회전을 개시한다.

즉, 고정자(8)에 통전함으로써, 각각의 캐비티 내에서 교반 부재(5, 6)가 회전한다. 따라서, 매니폴드(1)의 냉각측에 있어서도, 밀봉 상태를 유지하며 교반 부재(6)가 회전한다.

그리고, 각각의 캐비티 내의 열매체가 회전하고, 열매체에 에너지가 부여된다. 회전력이 부여된 열매체는 각각 열매체 배출구(14, 24)로부터 외부로 토출된다. 이와 같이 본 실시형태에 관련된 열전 모듈을 내장하는 매니폴드(1)는 펌프로서의 기능을 발휘하지만, 내부에 있어서의 열매체의 유로는 특이하다.

즉, 매니폴드(1)의 가열측에 있어서는 열매체는 가열측 매니폴드(2)의 단부에 있는 열매체 도입구(13)로부터 들어간다. 그리고 열매체는 소직경 관부(2e) 내의 제1 공동부(10a)를 흐른다. 계속해서 열매체는 대직경 관부(2d)의 제2 공동부(10b)의 리브(11b)의 사이를 통과한다. 또한 열매체는 가열측 교반 부재(5)의 보스부(15a)의 가운데를 흐르고, 리브(11g)의 사이를 통과하여 가열측 교반 부재(5)의 원판부(15b)의 전면측 개구부에 도달한다. 즉 유체는 회전자(16)의 개구(16a)의 부분을 빠져 나와(유체의 일부는 회전자(16)의 외주부를 통과한다), 직선 경로를 갖고 직접적으로 제2 캐비티(10d)에 들어간다. 그 때문에 매니폴드(1) 내에 있어서의 압력 손실은 적다.

냉각측에 있어서도 마찬가지이며, 열매체는 냉각측 매니폴드(3)의 단부에 있는 열매체 도입구(21)로부터 들어가서, 제1 공동부(20a)를 흐르고, 제2공동부(20b)의 리브(22b)의 사이를 통과하여 냉각측 교반 부재(6)의 보스부(25a)의 가운데를 흘러, 냉각측 교반 부재(6)의 날개 부재(25c)의 중심에 도달한다.

본 실시형태에 관련된 매니폴드(1)에서는 열매체는 직선적인 경로를 흘러, 직접적으로 가열측 교반 부재(5, 6)의 날개 부재(15c, 25c)의 중심 부분에 들어간다. 여기서 날개 부재(15c, 25c)의 중심 부분은 회전에 의해서 부압(負壓) 경향으로 되는 부위이기 때문에, 매니폴드(1)는 펌프로서 높은 효율을 발휘한다.

또한, 날개 부재(15c, 25c)의 중심 부분에 들어간 열매체는 날개 부재(15c, 25c)에 의해서 교반되며, 높은 빈도로서 열전 모듈(7)의 방열면 또는 흡열면과 접촉한다. 특히, 이 매니폴드(1)에서는 열전 모듈(7)의 표면과 날개 부재(15c, 25c)의 사이에 1mm∼2mm 정도의 간극이 확보되어 있기 때문에, 이 간극에 열매체가 진입하고, 높은 빈도로서 열전 모듈(7)의 전열면(7a, 7b)과 접촉한다. 또한 본 실시형태에서는 연결 정지부(28)의 선단과 열전 모듈(7)과의 사이에도 간극이 있기 때문에, 열매체는 열전 모듈(7)의 중심부에도 회전하면서 들어가고, 열전 모듈(7)의 중심부에 있어서도 열교환이 행하여 진다.

또한, 본 실시형태에서는 교반 부재(5, 6)의 보스부(15a, 25a) 내에 설치된 리브(날개 부재)(15g, 25g)가 판 형상이고, 도 12와 같이 그 면이 축선에 대하여 경사되어 있다. 또한 리브(15g, 25g)는 교반 부재(5, 6)와 함께 회전한다. 그 때문에, 열매체가 보스부(15a, 25a)를 통과할 때, 열매체가 리브(15g, 25g)에 감겨 들어가서 가세(加勢)되어, 더욱 높은 효율을 기대할 수 있다. 즉, 리브(15g, 25g)가 회전함으로써, 축류 펌프와 마찬가지의 기능을 발휘하여, 열매체는 가세되어, 직접적으로 열전 모듈과 충돌한다.

날개 부재(15c, 25c)의 중심 부분에 들어간 열매체는 날개 부재(15c, 25c)의 회전에 의해서 가세되어, 열매체 배출구(14, 24)로부터 배출된다. 열매체의 배출에 수반하여, 열매체 도입구(13, 21)로부터 새로운 열매체가 흡입된다.

또한, 본 실시형태에 관련된 매니폴드(1)에서는 열매체 배출구(14, 24)의 부착 각도가 가열측과 냉각측에서 상이하다. 즉 상기한 바와 같이 가열측에서는 파이프 형상 부위(14a)는 제2 캐비티(10d)와 동일 평면상에 있고, 또한 파이프 형상 부위(14a)는 제2 캐비티(10d)에 대하여 접선 방향으로 연장되어 있는 것에 반해, 냉각측에서는 캐비티(20d)의 평면에 대하여 외측으로 경사진 각도로 부착되어 있다. 그 때문에 가열측에서는 파이프 형상 부위(14a)가 열매체의 가세 방향의 벡터와 일치하는 것에 반해서, 냉각측에서는 양자의 벡터가 벗어나 있다. 따라서, 본 실시형태에 관련된 매니폴드(1)에서는 가열측과 냉각측의 토출량이 상이하다.

또한, 캐비티 내에서, 열매체가 교반되기 때문에, 열매체와 전열면(7a, 7b)의 접촉 기회가 많다. 특히, 본 실시형태에서는 열매체는 열전 모듈(7)의 전열면(7a, 7b)에 대하여 수직 방향으로 들어간다. 그 때문에 열매체는 열전 모듈(7)에 대하여 수직으로 닿는다. 따라서, 본 실시형태에 관련된 매니폴드(1)는 열매체와 전열면(7a, 7b)과의 열교환 효율이 높다.

또한, 이 매니폴드(1)는 벽면을 관통하는 회전축을 가지고 있지 않다. 즉, 밀폐 상태 중에서 회전자(16)가 회전하여, 교반 부재(5, 6)를 회전시키기 때문에, 열매체의 누출이 적다.

(제2 실시형태)

이어서, 본 발명의 제2 실시형태에 관하여 설명한다. 또한, 제1 실시형태와 동일한 기능을 발휘하는 부재에는 동일한 부호를 붙혀서, 중복된 설명을 생략한다.

도 21 및 도 22에 나타낸 바와 같이 본 실시형태에 관련된 매니폴드(60)는 매니폴드가 가열측에만 있고, 냉각측에는 설치되어 있지 않다. 가열측 매니폴드(2)의 구조는 먼저의 제1 실시형태의 그것과 아주 동일하며, 본 실시형태는 먼저 예의 냉각측 매니폴드(3)를 핀(fin) 부재(61)로 대체한 것이다.

즉, 제2 실시형태에 관련된 매니폴드(60)에서는 열전 모듈(7)의 냉각측 전열면(7b)은 직접적으로 핀 부재(61)의 벽면(열전도판)(61a)과 맞닿고 있다. 이 매니폴드(60)는 핀 부재(61)에 의해서 고내(庫內)의 공기를 냉각시키는 냉장고 등에 채용하는 것이 바람직한 것이다.

이상에서 설명한 2개의 실시형태에서는 회전자(16)는 어느 것이나 영구 자석을 채용하였으나, 통상적인 유도 모터와 마찬가지의 권선도 사용할 수 있다. 단 권선을 본 발명의 고정자로서 활용하는 경우에는 절연에 주의를 요한다.

또한, 이상 설명한 실시형태에서는 어느 것이나 교반 부재(5, 6)의 중심부에 관통공을 설치하여, 관통공을 열매체의 유로로 하였으나, 회전자(16)와, 제2 캐비티(10b)와의 사이의 공차를 크게 설계하여, 이 공차 부분을 열매체의 유로로 하는 구성도 생각된다.

Claims (10)

1. 흡열면과 방열면을 갖추어 전류를 흘림으로써 상기 방열면이 가열되고 상기 흡열면이 냉각되는 열전(熱電) 모듈과, 상기 열전 모듈을 내장하고, 상기 흡열면 및 상기 방열면의 적어도 한 쪽과의 사이에 유체가 들어가는 캐비티(cavity)를 형성함과 동시에 외부로부터 캐비티에 도달하는 공동부(空洞部)가 설치된 매니폴드 본체와, 교반부와 회전자가 일체화 되어서 상기 매니폴드 본체 내에 배치되어 상기 캐비티 내의 유체를 교반하는 교반 부재와, 매니폴드 본체에 외장(外裝)된 고정자를 갖추어, 상기 회전자와 상기 고정자에 의해 모터가 구성되며, 상기 고정자에 통전시킴으로써 상기 캐비티 내에서 교반 부재가 회전하여, 유체는 회전자의 내부를 통과하여 상기 캐비티에 도달하는 것을 특징으로 하는 열전 모듈을 내장하는 매니폴드.
2. 제1항에 있어서, 회전자에는 중심에 개구가 설치되며, 상기 개구를 유체가 통과하는 것을 특징으로 하는 열전 모듈을 내장하는 매니폴드.
3. 흡열면과 방열면을 갖추어 전류를 흘림으로써 상기 방열면이 가열되고 상기 흡열면이 냉각되는 열전 모듈과, 상기 열전 모듈을 내장하고, 상기 흡열면 및 상기 방열면의 적어도 한 쪽과의 사이에 유체가 들어가는 캐비티를 형성함과 동시에 외부로부터 캐비티에 도달하는 공동부가 설치된 매니폴드 본체와, 상기 캐비티 내의유체를 교반하는 교반 부재를 가지며, 상기 교반 부재에는 관통공(貫通孔)이 설치되고, 당해 관통공에는 날개 부재가 설치되며, 유체는 상기 관통공을 통과하여 상기 캐비티에 도달하는 것을 특징으로 열전 모듈을 내장하는 매니폴드.
4. 제1항 내지 제3항의 어느 한 항에 있어서, 교반 부재는 상기 흡열면 또는 상기 방열면과 교차하는 축심 주위에 회전이 자유롭게 되어 있는 것을 특징으로 하는 열전 모듈을 내장하는 매니폴드.
5. 제4항에 있어서, 교반 부재에는 중심부에 관통공이 설치되고, 상기 관통공의 내부에는 리브(rib)에 의해서 지지된 축받이부가 있으며, 매니폴드 본체에 대하여 고정된 지축(支軸)에 상기 축받이부가 삽입 통과되어, 교반 부재가 회전 가능하게 지지되어 있는 것을 특징으로 하는 열전 모듈을 내장하는 매니폴드.
6. 제5항에 있어서, 축받이부를 지지하는 리브에는 경사면이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 열전 모듈을 내장하는 매니폴드.
7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 축받이부는 단면(端面)에 직경이 확장된 구멍이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 열전 모듈을 내장하는 매니폴드.
8. 제5항 내지 제7항의 어느 한 항에 있어서, 축받이부는 단면에 테이퍼부가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 열전 모듈을 내장하는 매니폴드.
9. 제1항 내지 제8항의 어느 한 항에 있어서, 매니폴드 본체는 열전 모듈의 흡열면측과 방열면측 쌍방과의 사이에 캐비티를 갖추고, 쌍방의 캐비티 내에 교반 부재를 설치하여, 2개의 교반 부재의 적어도 한 쪽에는 자석이 설치되며, 한 쪽의 교반 부재의 회전력이 자력에 의해서 다른 쪽의 교반 부재에 전달되는 것을 특징으로 하는 열전 모듈을 내장하는 매니폴드.
10. 제1항 내지 제8항의 어느 한 항에 있어서, 매니폴드 본체는 열전 모듈의 전열면의 한 쪽만을 덮어, 열전 모듈의 다른 쪽의 전열면은 열전도판에 맞닿아 있는 것을 특징으로 하는 열전 모듈을 내장하는 매니폴드.