WO1998021532A1

WO1998021532A1 - Unite d'echange thermique contenant un module thermoelectrique, et systeme de refroidissement thermoelectrique

Info

Publication number: WO1998021532A1
Application number: PCT/JP1997/004063
Authority: WO
Inventors: Osamu Nakagawa; Munekazu Maeda; Hiroaki Kitagawa; Shigetomi Tokunaga
Original assignee: Matsushita Refrigeration Company
Priority date: 1996-11-08
Filing date: 1997-11-07
Publication date: 1998-05-22
Also published as: AU4885897A; CN1236428A; TW357251B; AU713493B2; EP0949464A4; KR20000053170A; EP0949464A1

Description

明細書熱電モジュールを内蔵する熱交換ュニット及び熱電冷却システム技術分野

本発明は、熱電モジュールを内蔵する熱交換ュニット及び熱電モジユール式電気冷蔵庫等に採用された冷却システムに関するものである。背景技術

近年、フロンガスのオゾン層破壊作用が地球的な問題となり、フロンガスを使用しない冷却装置の開発が急がれている。そしてフロンガスを使用しない冷却装置の一つとして、熱電モジュールを使用した冷却装置が注目されている。

ここで熱電モジュールとは、ペルチヱ（Peltier)モジュール、又は熱電熱モジュールとして知られているものであり、二つの伝熱面を有し、電流を流すことにより一方の伝熱面が加熱され、他方の伝熱面が冷却される機能を持つ部材である。

熱電モジュールを使用した冷却装置は、例えば特表平 6— 5 0 4 3 6 1 号に開示されている。

特表平 6— 5 0 4 3 6 1号に開示された発明は、熱電モジュールを熱交換ュニッ卜に内蔵し、熱交換ュニット内には熱電モジュールを挟んで二つのキヤビティが形成されている。そして、熱交換ュニットの加熱側伝熱面に面するキヤビティは、熱交換器とポンプによつて構成される閉回路に接続され、他方の冷却側伝熱面に面するキヤビティも同様に熱交換器とボンプによって構成される閉回路に接続されている。この様にして、熱電モジュールの加熱側の伝熱面を含む循環回路と、冷却面を含む循環回路を構成し、この回路に熱媒体を循環させる。そして二つの循環回路の内、冷却側の回路の熱交換器によつて所望の冷却を行う。

上記した従来技術に開示された発明は、熱電モジユールを使用して実用的な冷却を行い得る技術である。しかしながら、この従来技術は、冷却装置の基本的な構成を開示するものに過ぎず、実際にこの発明を電気冷蔵庫等に適用するには、改良すべき点や、新たに解決しなければならない問題が山積みされている。

本発明は、このような問題のうち、特に熱交換ュニッ卜についての改良技術を提案するものであり、生産性と保守点検、及び部品の互換性を高めた熱電モジュールを内蔵する熱交換ュニット及び熱電冷却システムを提供することを目的としている。発明の開示

上記した目的を達成するため、本発明の熱電モジュールを内蔵する熱交換ュニットは、少なくとも二つの伝熱面を有し、電流を流すことにより一方の伝熱面が加熱され他方の伝熱面が冷却される熱電モジュールと、該熱電モジュールの少なくとも一方の伝熱面を覆うと共に当該伝熱面との間に熱媒体通過キヤビティを形成するシュル部材を有し、前記シル部材は透明又は半透明であることを特徴とする。

シェル部材が透明又は半透明であるから、内部の熱媒体の流れ具合を外部から観察することができる。

本発明の作用を、従来技術との問題点と比較して説明すると次の通りであ o

熱電モジュールを使用した冷却装置では、熱電モジュールの伝熱面と熱媒体との間で直接的に熱交換が行われる。そのため熱電モジュールを使用する冷却装置では、熱交換ュニット内における熱媒体の流れが円滑であるか否かによって、冷却能力が大きく左右される。特に熱交換ュニット内への空気の巻き込みは、厳重に防止しなければならない。

そのため、熱電モジュールを使用した冷却装置を冷蔵庫等に組み込む場合には、熱交換ュニット内に空気が巻き込んでいないかどうかを確認する必要がある。しかしながら、従来技術では、熱交換ュニット内への空気の巻き込みが無いことを確認することは困難であった。そのため冷蔵庫の組み付けや、熱媒体の注入は慎重を要し、組み立ての作業性が悪いものであつた。

本発明によれば、透明又は半透明のシェル部材を採用したので、内部の熱媒体の流れ具合を外部から観察することができる。したがって、熱交換ュニットを冷蔵庫に組み立てた後熱交換ュニット内への空気の巻き込みが無いことを確認することできるので、熱媒体の注入にはさほどの注意は要せず、熱交換ュニットの冷蔵庫等への組み付け作業性が向上する。

また、冷蔵庫を保守点検する場合においても、熱交換ュニット内に空気が巻き込んでいないかどうかを確認する要求は強い。即ち、熱電モジュ一ルを使用した冷却装置は、構造が極めて単純であり、故障する箇所は限られている。具体的な故障要因としては、熱媒体を循環させるポンプの故障と、熱媒体の漏れ、熱交換ュニット内での異物の詰まりの三者が大半であると予想される。

本発明によれば、熱交換ュニット内の熱媒体の流れの様子を観察することができるので、故障の要因を簡単に判別することができる。即ち、熱交換ュニット内に熱媒体が循環していなければポンプの故障が疑われ、熱交換ュニット内に気泡が観察されれば熱媒体の漏れが疑われ、熱交換ュニット内で熱媒体が部分的に淀んでいれば熱交換ュニット内での異物の詰まりが疑われる。

本発明の熱の形態の熱交換ュニットは、加熱側の伝熱面と冷却側の伝熱面を有し、電流を流すことにより加熱側の伝熱面が加熱され冷却側の伝熱面が冷却される熱電モジュールと、該熱電モジユールの加熱側伝熱面を覆うと共に当該伝熱面との間に熱媒体通過キヤビティを形成するシェル部材と、前記熱電モジュールの冷却側の伝熱面と接する冷却板を有し、該冷却板に冷却物を載置可能であることを特徴とする。

この構成により、熱媒体通過キヤビティに水等の熱媒体を通過させ、当該熱媒体によつて加熱側伝熱面から熱を奪う。そして冷却側の伝熱面の温度を低下させ、冷却板の温度を低下させ、冷却板を通して冷却物を直接的に冷却することができる。

好ましくは、冷却板をシェル部材と置き換え可能な構造とし、冷却板をシェル部材と置き換えることにより、加熱側伝熱面と接する熱媒体通過キャビティと冷却側伝熱面と接する熱媒体通過キヤビティを形成することがでこの構成により、加熱側伝熱面を覆ぅシュル部材に共通の部材を使用することができ、部品の互換性が高い。

また、シェル部材と伝熱面との間にシール部材を介装せしめると、熱媒体通過キヤビティからの熱媒体の漏れを防止することができる。

本発明のさらに別の形態の熱交換ュニットは、少なくとも二つの伝熱面を有し、電流を流すことにより一方の伝熱面が加熱され他方の伝熱面が冷却される熱電モジュールと、該熱電モジュールの少なくとも一方の伝熱面を覆うと共に当該伝熱面との間に熱媒体通過キヤビティを形成するシェル部材を有し、前記シェル部材には外部に貫通するリード線揷通孔が設けられ、該リード線揷通孔には中心に貫通孔が設けられた弾性シール材が配され、熱電モジュールのリード線は、前記弾性シール材の貫通孔に揷通されてシェル部材の外に引き出されており、前記弾性シール材はリード線が揷通された際に圧縮状態にあり、弾性シール材はリード線挿通孔及びリード線を圧縮していることを特徴とする。

熱電モジュールを内蔵する熱交換ュニットでは、熱媒体の漏れを防ぐことが大切である。しかしながら、従来の熱交換ュニットでは、熱電モジュールのリード線をシェル部材の外部に引き出さなければならず、ごのリード線引出し部分の液封が困難であった。

本発明によれば、リード線が弾性シール材によって圧縮状に挟持されるとともに、弾性シール材はリード線揷通孔をも圧縮しており、リード線引出し部分からの熱媒体の漏れは無い。したがって、保守 ·点検の頻度を軽減することができる。

本発明のさらに別の形態の熱交換ュニットは、少なくとも二つの伝熱面を有し電流を流すことにより一方の伝熱面が加熱され他方の伝熱面が冷却される熱電モジュールと、該熱電モジュールの少なくとも一方の伝熱面を覆うと共に当該伝熱面との間に熱媒体通過キヤビティを形成するシェル部材を有し、前記シェル部材の熱媒体通過キヤビティの背面側には空洞部が一体的に設けられていることを特徴とする。

熱電モジュールを内蔵する熱交換ュニットは、熱の放散を防ぐために断熱処理を施す必要がある。そこで従来技術では、熱交換ュニットを冷蔵庫等に組み込んだ後、グラスウール等を熱交換ュニットに巻き付け、熱交換ュニットからの熱の放散を防いでいた。しかしながら、この様なグラスゥ一ル等を熱交換ュニッ卜に巻き付ける作業は、手間取る作業であり、且つ熟練を要するものであった。また保守点検の際に熱交換ュニットを分解する場合には、一々このグラスウール等をめくり取る必要があり、面倒であつ本発明によれば、断熱処理が不要であり、冷蔵庫への組み込みや保守点検が容易な熱交換ュニットを提供することができる。

即ち、本発明の熱交換ュニッ卜においては、シェル部材の熱媒体通過キヤビティの背面側に一体的に形成された空洞部が断熱層として機能する。したがって、シェル部材と断熱層とが一体化され、冷蔵庫等への組み込みや保守点検が容易である。

また、空洞部に発泡体を注入することによりさらに断熱効果を向上させることができる。

本発明はまた、複数のブロックを有し、各ブロックは少なくとも二つの伝熱面を有し、電流を流すことにより一方の伝熱面が加熱され他方の伝熱面が冷却される熱電モジュールと、該熱電モジュールの少なくとも一方の伝熱面を覆うと共に当該伝熱面との間に熱媒体通過キヤビティを形成するシェル部材を備え、前記シェル部材には管状の接続部が設けられ、該接続部同士を嵌合して複数のプロックを接続することにより一連の流路を形成したことを特徴とする熱電モジュールを内蔵する熱交換ュニットァセンブリを提供するものである。

従来の熱電モジュールを内蔵する熱交換ュニットは、熱交換の能力が固定的であり冷蔵庫等の容量に応じて個別に設計する必要があった。また、従来技術によれば、内蔵される熱電モジュールについても冷蔵庫等の容量に応じて個別の大きさのものを製造する必要があった。そのため、部品の互換性が悪く、製造や保守が困難であるという問題があつた。

本発明はこの問題に着目し、各種の容量の冷蔵庫等に対応できる熱交換ュニットを開発し、部品の互換性を高めるようにした。即ち、本発明の熱交換ュニットはブロック状となっており、各ブロックの接続部同士を嵌合することにより一連の流路が形成されるので、連結するプロックの数を変化させることにより、容量を変更することができる。本発明の別の形態の熱交換ュニットアセンブリは、複数のブロックを有し、各ブロックは少なくとも二つの伝熱面を有し、電流を流すことにより一方の伝熱面が加熱され他方の伝熱面が冷却される熱電モジュールと、該熱電モジュールの少なくとも一方の伝熱面を覆うと共に当該伝熱面との間に熱媒体通過キャビティを形成するシル部材を備え、前記シュル部材には熱電モジュールに電気的に接続されたコネクターが設けられており、各プロックは、コネクターを介して電気的に接続されることを特徴とする。熱交換ュニットをブロック状に分割した場合には、各熱電モジュールは電気的に直列に接続することが望ましい。

本発明の熱交換ュニットアセンブリでは、熱電モジュールに電気的に接続されたコネクターがシェル部材に設けられているので、隣合うプロックのコネクター同士を接続することにより、容易に電気的に接続することができ、冷蔵庫等への組み込みや保守点検が容易である。

また、シェル部材に管状の接続部を設けると、接続部同士を嵌合して各プロックを接続することにより一連の流路を形成することができる。

本発明のさらに別の形態の熱交換ュニットアセンブリは、各ブロックが少なくとも二つの伝熱面を有し、電流を流すことにより一方の伝熱面が加熱され他方の伝熱面が冷却される熱電モジュールと、該熱電モジュールの少なくとも一方の伝熱面を覆うと共に当該伝熱面との間に熱媒体通過キヤビティを形成するシル部材を有し、前記プロックの熱媒体通過キヤビティは、並列に接続されていることを特徴とする。

この構成によれば、複数のプロックが並列に接続されているので流路抵杭が小さい。また、熱交換ュニットを直列に接続した場合は、一つの熱交換ュニッ卜が詰まると冷却能力が全く失われるが、並列に接続した場合には、ある程度の冷却力が確保できる利点がある。そのため、本発明の熱交換ュニットアセンブリは、保守のための時間をある程度稼ぐことができる効果があり、保守点検が容易となる。

本発明はまた、被冷却物を冷却する熱交換器と、熱媒体を循環させるポンプと、第 1の熱電モジュールを内蔵する第 1の熱交換ュニットとが環状に接続された熱電冷却システムを提供するものであり、第 2の熱電モジュールの加熱側伝熱面を覆うと共に当該伝熱面との間に熱媒体通過キヤビティを形成するシェル部材と、前記第 2の熱電モジュールの冷却側の伝熱面と接する冷却板を有する第 2の熱交換ュニットを設け、前記冷却板により被冷却物に温度の低い部位を部分的に設けるようにしたことを特徴とする。従来の熱電冷却システムは、単に熱電モジュールによって熱交換を行うことにより被冷却物を冷却するものであり、被冷却物の特定部位の温度をさらに低下させることは困難であった。したがって、このような熱電冷却システムを採用した電気冷蔵庫は、庫内の温度を製氷可能なまでに低下させることができず、氷を作ることはできなかった。

本発明の熱電冷却システムは、熱電モジュール式電気冷蔵庫の冷却能力や製氷能力を向上させることができる。即ち、通常の冷蔵庫と同様、熱交換器によって庫内を冷却するが、同時に熱交換器を流れる熱媒体によって熱電モジュールの加熱側伝熱面が冷却される。そのため、熱電モジュールの冷却側の伝熱面は、庫内を冷却する熱交換器の表面温度よりも更に低いものとなり、庫内に部分的に温度の低い部位を設けることができる。図面の簡単な説明図 1は、本発明にかかる熱電冷却システムを採用した電気冷蔵庫の冷凍系統図で iある。

図 2は、図 1の冷蔵庫の斜視図である。

図 3は、図 2の冷蔵庫の縦断面図である。

図 4は、図 2の冷蔵庫の後部プレートを取り除いた状態の背面図である。図 5は、図 2の冷蔵庫に設けられた熱電モジュールを内蔵する熱交換ュニットアセンブリの分解斜視図である。

図 6は、図 5の A— A断面図である。

図 7は、図 5の熱交換ュニットアセンブリの内部の平面図である。

図 8は、図 5の熱交換ュニットアセンブリを構成する熱交換ュニッ卜の分解斜視図である。

図 9は、図 8の熱交換ュニットに内蔵されるタービユレ一夕の斜視図でめる。

図 1 0は、図 9のタービユレ一夕の部分拡大斜視図である。

図 1 1は、図 8の熱交換ユニットの部分拡大断面図である。

図 1 2 Aは、図 8の熱交換ュニッ卜のリード線導出部のリード線導出手順を示す拡大断面図である。

図 1 2 Bは、図 8の熱交換ュニットのリード線導出部のリ一ド線導出後の状態を示す拡大断面図である。

図 1 3 Aは、熱交換ュニット同士の接合部分を示す斜視図である。

図 1 3 Bは、熱交換ュニット同士の接合部分の別の形態を示す斜視図であ

図 1 4は、熱交換ュニッ卜の管部の接続構造を示す断面図である。

図 1 5は、製氷部分に使用する熱交換ュニットの断面図である。

図 1 6は、図 1 5の熱交換ュニッ卜の分解斜視図である。図 1 7は、他の実施形態の熱交換ュニットアセンブリの平面図である。図 1 8は、図 1 7の熱交換ュニットアセンブリに設けられたコネクターの断面図である。

図 1 9は、他の実施形態の熱交換ュニッ卜の断面図である。

図 2 0は、熱交換ュニッ卜の接続形態の異なる実施形態を示すブロック図である。発明を実施するための最良の形態

以下本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図 1は、本発明にかかる熱電冷却システムを採用した電気冷蔵庫 3 0の冷凍系統図を示している。

図 1に示されるように、電気冷蔵庫 3 0は、熱電モジュールを内蔵する熱交換ュニットアセンブリ 1を介してホット側の配管回路 2と、コールド側の配管回路 3を有し、配管回路 2 , 3内を、熱媒体が循環する。コールド側の配管回路 3には、凍結を防止するために、プロピレングリコール等の不凍液を添加することが望ましい。熱媒体は、比熱が大きい点から水を含んだものを採用することが望ましいが、勿論他の液体であっても良い。熱交換ュニットアセンブリ 1を構成する熱交換ュニットの各々は、後述する様に内部にペルチヱ素子からなる熱電モジュール 5を内蔵するものであり、熱交換ュニット内では熱電モジュール 5を挟んで二つのキヤビティ 7 , 8が形成されている。

そしてホット側の配管回路 2は、熱交換器 1 0と、ポンプ 1 1を有し、前記したキヤビティ 7を含む閉回路を構成している。

またコールド側の配管回路 3についても、ホット側と同様に熱交換器 1 5と、ポンプ 1 6を有し、前記したキヤビティ 8を含む閉回路を構成している。ただし、コールド側の配管回路 3は、熱交換器 1 5の下流側からバィパス配管 1 7が設けられ、製氷用の熱交換ュニット 1 8に接続されている。また各回路の熱交換器 1 0 , 1 5には、ファン 2 1， 2 2によって送風が行われる。

次に、本実施形態の冷蔵庫の実態的な構成について説明する。冷蔵庫 3 0の外観は、図 2の通りであり、公知のそれと大差は無い。すなわち箱型の本体部 3 1を有し、その前面には扉 3 2が設けられている。冷蔵庫の本体部 3 1と扉 3 2には、公知のそれと同様に断熱材 3 5， 3 6 (図 3参照）が設けられ、閉空間の庫 3 3が形成されている。

そして前記した冷凍系統の配管は、この断熱材 3 5， 3 6の内外の適当な位置に配されている。具体的には、冷凍系統の中心となる熱交換ュニット 1は、図 3、図 4の様に、断熱材 3 5 , 3 6の庫 3 3外であって冷蔵庫 3 0の背面側右下部（左右は、扉側から見る）に設けられている。そして前記したホット側の配管回路 2は、いずれも断熱材 3 5， 3 6の庫外であつて冷蔵庫 3 0の背面側に集中しており、ポンプ 1 1，熱交換器 1 0は、いずれも背面側の下部の中心付近に設けられている。そして熱交換ュニットアセンブリ 1、ポンプ 1 1，熱交換器 1 0は、配管 3 7， 3 8， 3 9によつて環状に接続されている。

—方、コールド側の配管回路 3は、その多くが断熱材 3 5， 3 6によつて囲まれた庫 3 3内に配されている。即ち熱交換器 1 5は、庫 3 3内の奥部中央に配置されている。ポンプ 1 1は、庫 3 3内の奥部の右上部に配されている。また庫 3 3内には、棚部 4 1が設けられており、この棚部 4 1 の中に製氷用の熱交換ュニット 1 8が内蔵されている。尚、棚部 4 1の上側は、製氷室 4 0として機能する。

以上説明した各部材のうち、ポンプ 1 1， 1 6，熱交換器 1 0， 1 5，ファン 2 1， 2 2及び冷蔵庫自体の断熱構造は、公知のそれと何ら異なるところは無い。本実施形態の冷蔵庫 3 0の特徴的な構成は、熱交換ュニットアセンブリ 1と製氷用熱交換ュニット 1 8の構造であり、以下、これらの構造について重点的に説明する。

まず、冷凍系統の中心となる熱交換ュニットアセンブリ 1について説明する。本実施形態で採用する熱交換ュニットアセンブリ 1は、図 3， 4 , 5に示した様に、各プロックに一つの熱交換ュニットを設けるとともに、三つのブロックを互いに接続した三連構造をしている。即ち、本実施形態で採用する熱交換ュニットアセンブリ 1は、熱電モジュール 5を内蔵した熱交換ユニット 5 0 , 5 1 , 5 2が直列に接続されたものである。これらの三つの熱交換ユニット 5 0， 5 1， 5 2は、両端の熱交換ユニット 5 0 , 5 2が全く同一の形状、構造を持つものである。中央の熱交換ュニット 5 1については、基本的な構造は両端のものと大差無いが、配管の勝手や接続部分の雄雌構造が異なる。

熱交換ュニット 5 0の構造は、次の通りである。

熱交換ユニット 5 0は、図 6， 8の様に、下部シェル 5 3，上部シェル 5 4、二つのタービュレ一タ 5 5及び熱電モジュール 5によって構成されている。

下部シェル 5 3の外観は、二つの突条が平行に設けられた形状をしている。この突条の内部は空洞であり、この空洞によって、二列の流路 5 7 , 5 8が形成されている。即ち流路 5 7 , 5 8は、下部シェル 5 3の内側の両脇部分に、ブロックの連続方向に沿って平行に設けられており、断面形状は円形をしている。そして流路 5 7， 5 8は、下部シヱル 5 3のブロックの連続方向の一方の端部から他方の端部にかけて連続して形成されている。二つの流路 5 7， 5 8は、いずれも一端が閉塞し、他端側は雄型管継手部 6 0に連続している。具体的には、図 6の右側の流路 5 7は、図面奥側が雄型管継手部 6 0に連続し、手前側は閉塞している。一方図 6の左側の流路 5 8は、図面奥側が閉塞し、手前側が雄型管継手部 6 0に連続している。即ち閉塞側と雄型管継手部 6 0とは、流路 5 7 , 5 8の間で互い違いになっている。

雄型管継手部 6 0は、図 5，図 8，図 1 4に示した様に、突出状の管であり、先端近くの外周には 0リング 6 1が設けられている。

また流路 5 7， 5 8の間は、壁部 6 2 (図 6 ) によって繋がっている。流路 5 7， 5 8の外側の部位には、フランジ部 6 3が設けられている。前記した壁部 6 2は、熱電モジュール 5との間に熱媒体通過キャビティを形成するものであり、フランジ部 6 3よりも奥まった位置にある。フランジ部 6 3には、ネジ揷通用の貫通孔 6 5が 4か所設けられている。

その他、下部シュル 5 3のフランジ部 6 3には後述するリード線引出し孔 6 7が二つ設けられている（図 6参照）。

上部シェル 5 4は、上記した下部シェル 5 3と略同様の構造を有するものであり、外形がニ条の突条をしており、内部に二列の流路 7 0 , 7 1が形成されている。そして各流路 7 0 , 7 1は、一方が閉塞し、他方には雄型管継手部 6 0が設けられていて外部と連通している。また流路 7 0， 7 1の間は、壁部 7 4によって繋がれており、この壁部 7 4は、フランジ部 7 2よりも奥まっている。

流路 7 0， 7 1の閉塞側と雄型管継手 6 0は、図 8の様に、上部シェル 5 4が下部シェル 5 3と向き合った状態で、互い違いとなる位置に設けられている。

上部シヱル 5 4のフランジ部 7 2にはボス部 6 4が設けられ、当該ボス部 6 4にはネジ孔 7 5が設けられている。また上部シェル 5 4の両端部に雄型連結部 6 8が設けられている。雄型連結部 6 8は、図 8 , 図 1 3 Aの様に、上部シェル 5 4と平行に突出した板部にピン 7 3が設けられたものである。上部シェル 5 4には、リード線引出し孔 6 7に相当する部分は無い。

下部シュル 5 3及び上部シェル 5 4は、熱可塑性樹脂の射出成形等の公知の方法によって成形される力、ここで特筆すべきは、下部シェル 5 3及び上部シェル 5 4がいずれも透明又は半透明であることである。

下部シル 5 3及び上部シェル 5 4の素材は、透明あるいは半透明であれば特に限定するものではなく、ポリスチレン樹脂、 A B S樹脂、メタクリル樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ユリア樹脂、メラニン樹脂、塩素化ポリエチレン樹脂、塩化ビニリデン樹脂、アクリル塩化ビニル共重合体樹脂、ポリメチルペンテン樹脂、ボリスルフォン樹脂、ポリフッ化ビニリデン樹脂、 M B S樹脂、メタクリルスチレン共重合樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリァリルスルフォン樹脂、ポリブタジエン樹脂、ポリエーテルスルフォン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂その他が採用可能である。中でもポリオレフィン系の樹脂を採用することが望ましい。

タ一ビユレータ 5 5は、図 9の様な板状であり、一方の面（図面下部）には位置決めのための脚部 7 7が二箇所設けられている。

そしてタービユレ一夕 5 5の他方の面（図面上部）には、流路を形成する多数の壁 7 8が設けられている。壁 7 8は、タ一ビユレ一夕 5 5の一端から他端にかけて連続して設けられており、壁 7 8同士は平行かつ等間隔である。そして壁 7 8によって平行な溝状の流路 8 4が形成される。また特に本実施形態で採用するタービュレータ 5 5には、流路 8 4中に障害物が設けられている。障害物は、具体的には、突条 8 2と邪魔板 7 9である。突条 8 2は、前記した壁 7 8よりも高さが低く、壁 7 8に対して垂直方向に連続して延びている。本実施形態では、突条 8 2は二列設けられている。

邪魔板 7 9は、壁 7 8と同一の高さであるが不連続である。邪魔板 7 9 は流路 8 4を完全に塞ぐものではなく、流路 8 4の幅方向には隙間がある。邪魔板 7 9は、ある壁 7 8には長手方向の中央に一つだけ設けられ、その壁 7 8と隣合う壁 7 8には、端部よりの部位に二箇所設けられている。従って邪魔板 7 9は、溝状の流路 8 4に対して千鳥状に設けられている。また前記した突条 8 2は、邪魔板 7 8の間の部分に位置する。

タービュレータ 5 5は、熱可塑性樹脂の射出成形等の公知の方法によつて成形され、成形方法については特定するものではないが、本実施形態では、タービュレータ 5 5も下部シヱル 5 3、上部シヱル 5 4と同様に透明又は半透明である。タービユレ一タ 5 5の素材は下部シヱル 5 3、上部シェル 5 4と同様のものが採用可能であり、中でも透明又は半透明のポリオレフィン系の樹脂を採用することが望ましい。

熱電モジュール 5は、公知のペルチ素子を利用したものであり、 P型半導体と N型半導体が並べて設けられたものである。そして熱電モジユール 5の外形形状は板状であり、その両面は伝熱面 8 0 , 8 1として機能する o

次に熱交換ュニット 5 0の組み立て構造について説明する。熱交換ュニット 5 0は、その中央に熱電モジュール 5が配されている。そして熱電モジュール 5の両面にそれぞれ、タービユレ一夕 5 5が配置されている。さらにタービュレータ 5 5の外側には、下部シェル 5 3と上部シェル 5 4が設けられ、下部シェル 5 3と上部シェル 5 4はネジ 8 9によって一体的に結合されている。下部シェル 5 3及び上部シェル 5 4とタービユレ一夕 5 5との位置関係は、図 6の様にタービュレータ 5 5が下部シヱル 5 3、上部シヱル 5 4の壁部 6 2， 7 4に位置し、脚部 7 7が流路 5 7， 5 8或いは流路 7 0， 7 1の側面と嵌合している。タービユレ一タ 5 5の壁 7 8は、流路 7 0 , 7 1に対して垂直方向に延びる。従って壁 7 8によって作られる溝状の流路によって、流路 7 0， 7 1は全域に渡って結ばれている。そしてタービュレータ 5 5の壁 7 8は、熱電モジュール 5の伝熱面 8 0又は 8 1と接している。従ってタービユレ一夕 5 5の表面と熱電モジュール 5の伝熱面 8 0 又は 8 1との間で熱媒体通過キヤビティが形成されている。

また細部を説明すると、熱電モジュール 5の伝熱面 8 0又は 8 1と、シェノレ 5 3、 5 4の間には、図 8、図 1 1の様に環状のシール部材 8 5， 8 6 が介在されており、熱媒体通過キヤビティからの熱媒体の漏れが防止されている。またこのシール部材 8 5 , 8 6の外側であって、下部シェル 5 3、上部シェル 5 4の間にはもう一つの環状のシール部材 8 7が介在されており、熱交換ュニット 5 0全体からの熱媒体の漏れが防止されている。つまり本実施形態では、液封は、シール部材 8 5， 8 6とシール部材 8 7によつて二重に行われている。

熱電モジュール 5のリード線 9 0は、単線であり、リード線引出し孔 6 7から外部に引き出されている。当該部分の構造は、図 1 2 Aの通りである。即ちリード線引出し孔 6 7は、下部シェル 5 3の内部から外部側に向かって段部が設けられており、下部シェル 5 3の内部側の内径は大きく、外部に貫通する部分の内径は小さい。

そしてリード線引出し孔 6 7の内部側の内径が大きい部位に、ゴム等の弾性体のシール部材 9 2が挿入されている。弾性シール部材 9 2は、円柱形状をしており、中心部に貫通孔 9 3が設けられている。シール部材 9 2 の外径は、自然状態の際にはリ一ド線引出し孔 6 7の内部側の内径に略等しい。またシール部材 9 2の貫通孔 9 3の内径は、リード線 9 0よりも小さい。

リード線 9 0は、図 1 2 A及び図 1 2 Bに示されるように、リード線引出し孔 6 7にシール部材 9 2を挿入した後、貫通孔 9 3に押し込まれる。その結果、弾性シール部材 9 2は拡径し、圧縮応力を内在して、リード線引出し孔 6 7を圧縮してその内側と密接する。また弾性シール部材 9 2とリード線 9 0の間についても圧縮状態で密接される。

次にもう一種の熱交換ュニット 5 1について説明する。熱交換ュニット 5 1の構造は、基本的に前記した熱交換ュニット 5 0と同一であるので、相違点だけを説明する。

前記した熱交換ュニット 5 0は、雄形管継手部 6 0と連結部 6 8がいずれも雄型であったのに対し、中間部の熱交換ュニット 5 1は、これらがいずれも雌型である。

すなわち中間部の熱交換ュニット 5 1の下部シル 5 3，上部シェル 5 4からは、雌型管継手部 9 8が突出している。雌型管継手部 9 8は、図 1 4に示した様に管状であって、その内径は、前記した熱交換ュニット 5 0 の雄型管継手部 6 0の外径に略等しい。

また中間部の熱交換ュニット 5 1の下部シル 5 3には雌形連結部 1 0 0が設けられている。雌型連結部 1 0 0は、図 8，図 1 3 Aの様に、下部シェル 5 3と平行に突出した板部 1 0 1に孔 1 0 2が設けられたものである。

次に、本実施形態の熱交換ユニット 5 0， 5 1， 5 2の結合状態及び、その他の部材との関係を説明する。

本実施形態の熱交換ユニット 5 0， 5 1， 5 2は、前記した様に直列状態に接続される。より具体的には、熱交換ュニット 5 0と 5 1および、熱交換ュニット 5 1と， 5 2の間で、雄型連結部 6 8のピン 7 3が雌型連結部 1 0 0の孔 1 0 2に嵌合し、熱交換ユニット 5 0 , 5 1， 5 2が一体化される。また熱交換ュニット 5 1と 5 2および、熱交換ュニット 5 1と， 5 2の間で、雄型管継手部 6 0と雌型管継手部部 9 8が嵌合し、熱交換ュニット 5 0 , 5 1 , 5 2の下部シュル 5 3によって形成される熱媒体通過キヤビティ同士が直列に接続される。更にまた熱交換ユニット 5 0， 5 1， 5 2の上部シェル 5 4によって形成される熱媒体通過キヤビティ同士も同様に直列に接続される。

そして熱交換ュニット 5 0の下部シェル 5 3の雄型管継手部 6 0と、熱交換ュニット 5 2の下部シェル 5 3の雄型管継手部 6 0とがホット側の配管回路 2に接続される。また熱交換ュニット 5 0の上部シェル 5 4の雄型管継手部 6 0と、熱交換ュニット 5 2の上部シェル 5 4の雄型管継手部 6 0とがコールド側の配管回路 3に接続される。

そのためコールド側の配管回路 3では、図 5の矢印の様に熱交換ュニット 5 0の上部シェル 5 4の雄型管継手部 6 0から熱媒体が熱交換ュニット 5 0内の右側の流路 7 0に入り、熱媒体通過キヤビティたるタービュレータ 5 5の表面と熱電モジュール 5の伝熱面 8 1の間を通つて左側の流路 7 1に流れ込む。尚、本実施形態ではタービユレ一夕 5 5に溝状の流路 8 4 力形成され、さらに流路内に突条 8 2や邪魔板 7 9による障害物が設けられているので、熱媒体はこれらの障害物に当たると共に、溝状の流路によつて遮られて幅方向への逃げ場を失い、熱電モジュール 5に直接当接する方向の流れが発生する。そのため熱媒体は、熱電モジュール 5の伝熱面 8 1 に垂直方向に当たり、効率良く熱交換が行われる。

そしてタ一ビユレ一夕 5 5から左側の流路に流れた熱媒体は、雄型管継手部 6 0から熱交換ュニット 5 1に向かって流れ、熱交換ュニット 5 1の雌型管継手部 9 8から熱交換ュニット 5 1の左側の流路 7 1に流れ込む。その後は、前述と同様であり、熱媒体通過キヤビティを通って右側の流路 7 0に流れ込み、熱交換ュニット 5 1の雌型管継手部 9 8と熱交換ュニット 5 2の雌型管継手部 6 0を介して熱交換ュニット 5 2に流れ込み、反対側の雌型管継手部 6 0から外部に出る。

また、ホット側の配管回路 2における熱媒体の流れもコールド側の配管回路 3と同様なので、その説明は省略する。

ここで本実施形態の冷蔵庫 3 0では、下部シェル 5 3、上部シェル 5 4 およびタービュレータ 5 5が透明又は半透明であるから、外部から熱電モジュール 5の伝熱面 8 0， 8 1が直接目視できる。そのため上記した熱媒体の流れの様子は外部から良く分かり、空気の混入や異物の詰まり等は一目して判別可能である。

次に、製氷用の熱交換ュニット 1 8について、図 1 5， 1 6を参照しつつ説明する。

製氷用の熱交換ュニット 1 8は、簡単に説明すると上記した熱交換ュニット 5 0の上部シェル 5 4を冷却板 1 1 0に置き換えたものであると言える。冷却板 1 1 0は、図 1 5及び図 1 6の様に、アルミ等の熱伝導に優れた金属の板であり、前記した上部シェル 5 4のネジ孔 7 5に相当する位置に孔 1 1 1が設けられている。そして製氷用の熱交換ュニット 1 8では、上部シェル 5 4に冷却板 1 1 0がネジ止めされており、冷却板 1 1 0の背面は、直接的に熱電モジュールの冷却側の伝熱面 8 1と接触している。尚製氷用の熱交換ュニット 1 8についても、上部シェル 5 4と冷却板 1 1 0間には環状のシール部材 8 7が介在されており、熱交換ュニット 5 0全体からの熱媒体の漏れが防止されている。製氷用の熱交換ュニット 1 8の熱媒体通過キヤビティには、パイパス配管 1 7から冷却された熱媒体が流れ込む。そのため、製氷用の熱交換ュニット 1 8内の熱電モジュール 5は、加熱側の伝熱面 8 0がこの熱媒体によつて冷却され、反対側の冷却側伝熱面 8 1は、さらに低い温度となる。

そのため冷却板 1 1 0に製氷皿（冷却物） 1 1 5を載せると、内部の水を結氷させることができる。

次に本発明の他の実施形態について説明する。尚以下に説明する構成は、シェルが透明又は半透明であることが望ましいが、シェルが透明或いは半透明でない場合であっても応用可能である。

前記した熱交換ユニット 5 0 , 5 1 , 5 2では、連結部材は、ピン 7 3 と孔 1 0 2の嵌合構造を示したが、これ以外の構造として図 1 3 Bの様なフック 1 1 9の嵌合を利用したものであっても良い。

また先の実施形態では、熱電モジュール 5のリード線 9 0を、リード線引出し孔 6 7を介して直接的に外部に引出したが、下部シェル 5 3，上部シェル 5 4にコネクタ一 1 1 8， 1 2 0を設け、このコネクター 1 1 8， 1 2 0を介して外部に引き出すことも可能である（図 1 7及び図 1 8参照)。特に本実施形態のように、熱電モジュール 5を有する熱交換ュニットを複数設ける場合には、熱電モジュール 5は直列に接続することが望ましいから、下部シェル 5 3の連結側の両端面に雄又は雌のコネクター 1 1 8 , 1 2 0を直接的に設け、このコネクター同士を直接結合することが望ましい。

また雄型連結部 6 8と雌型連結部 1 0 0の結合間隔と、雄型管継手部 6 0と雌型管继手部部 9 8の結合間隔及びコネクター 1 1 8， 1 2 0の結合間隔を同一にしておけば、一回の動作で熱交換ュニッ卜の機械的結合と、配管結合と電気結合を行うことができ、組み立て作業性がさらに向上する。図 1 7及び図 1 8は、この様に下部シェル 5 3に雄又は雌のコネクタ一を直接的に設け、このコネクタ一同士を直接結合する構成を示したものであ

図 1 7及び図 1 8に示した構成は、先の実施形態と同様に、熱交換ュニット 5 0 , 5 1， 5 2が直列に接続されたものであるが、先の実施形態と異なるところは、各熱交換ユニット 5 0 , 5 1 , 5 2にコネクター 1 1 8， 1 2 0が設けられている点である。より具体的には、両端の熱交換ュニット 5 0 , 5 2には、両端に雄のコネクター 1 1 8が取り付けられており、中間の熱交換ュニット 5 1には雌のコネクター 1 2 0が設けられている。そして各熱交換ユニット 5 0， 5 1， 5 2のコネクタ一 1 1 8， 1 2 0には、熱電モジュール 5のリード線 9 0がー本づっ接続されている。またコネクター 1 1 8， 1 2 0は、隣合う熱交換ュニッ卜のものがそれぞれ接合されている。

本実施形態によると、熱交換ユニット 5 0 , 5 1， 5 2を接合するだけで、配管の接続ばかりでなく電気的な接合も行うことが可能であり、冷蔵庫 3 0の組み立てが容易となる。

次に図 1 9を参照しつつ、他の実施形態について説明する。

図 1 9に示す熱交換ュニット 1 3 0は、断熱性の向上を目的としたものである。即ち熱交換ュニット 1 3 0は、下部シェル 5 3，上部シェル 5 4 のいずれか一方を断熱する必要がある。具体的に説明すると、先の実施形態の様に、熱交換ュニットを庫外に配置する場合には、冷気が外部に漏れない様に、冷却側のシュルに断熱材を巻き付ける必要がある。また逆に熱交換ュニットを庫内に配する場合には、熱気が庫内に充満することがないように、加熱側のシェルに断熱材を巻き付ける。

しかしながら、この様に断熱材を巻き付ける作業は面倒であり、また熟練を要する作業であって、作業者によってはシルに露出部分ができてしまい、断熱が不十分となる懸念もある。

図 1 9に示す熱交換ユニット 1 3 0は、この問題を解決するため、背面側に断熱層となる空洞部 1 3 2を一体的に設けたシェル 1 3 1を採用している。

即ち熱交換ュニット 1 3 0では、前記したフランジ部 6 3、凹凸部分、壁部 6 2の背面に略密閉状の空洞部 1 3 2がある。シェル 1 3 1の成形方法は、特に限定するものではないが、例えばブロー成形によって製造すれば、略密閉状の空洞部 1 3 2を容易に成形することができる。

また空洞部 1 3 2は、空の状態であっても空気の断熱作用によって相当の断熱効果が期待できるが、当該部分の中に発泡ゥレタン等を注入することにより、更に高い断熱効果を発揮させることができる。

図 1 9に示した熱交換ュニットでは、一方のシェル 1 3 1の背面だけに空洞部 1 3 2を設けたが、もちろん両方のシェルの背面に空洞部を設けてもよい。

以上説明した熱交換ュニットアセンブリは、 3連構成のものを例に説明したが、勿論 2連以下でも 4連以上であっても良い。本実施形態の熱交換ュニットアセンブリは、冷蔵庫の容量に応じて熱交換ュニッ卜の連結数を増減することができるので、あらゆる容量の冷蔵庫に対応可能であり、部品の互換性が高い効果がある。

また上記した実施形態では、熱交換ュニットを直列に接続したが、熱交換ュニットを並列に使用することも可能である。

図 2 0は、熱交換ュニットを並列に使用した例を示すものである。図 2 0に示す実施形態では、熱交換ュニット 5 0と熱交換ュニット 5 1の直列接続を一組とし、これを互いに並列に接続している。熱交換ュニットを並列に接続する利点としては、流路抵抗の軽減が挙げられる。また熱交換ュニットを直列に接続した場合は、一つの熱交換ュニッ卜が詰まると、冷却能力が全く失われるが、並列に接続した場合には、ある程度の冷却力が確保できる利点がある。そのため保守のための時間をある程度稼ぐことができる効果があり、保守点検が容易となる。

Claims

請求の範囲

1. 少なくとも二つの伝熱面を有し、電流を流すことにより一方の伝熱面が加熱され他方の伝熱面が冷却される熱電モジュールと、該熱電モジュ一ルの少なくとも一方の伝熱面を覆うと共に当該伝熱面との間に熱媒体通過キヤビティを形成するシェル部材を有し、前記シェル部材は透明又は半透明であることを特徴とする熱電モジュールを内蔵する熱交換ュニット。

2. 加熱側の伝熱面と冷却側の伝熱面を有し、電流を流すことにより加熱側の伝熱面が加熱され冷却側の伝熱面が冷却される熱電モジュールと、該熱電モジュールの加熱側伝熱面を覆うと共に当該伝熱面との間に熱媒体通過キヤビティを形成するシル部材と、前記熱電モジユールの冷却側の伝熱面と接する冷却板を有し、該冷却板に冷却物を載置可能であることを特徴とする熱電モジュールを内蔵する熱交換ュニット。

3. 冷却板はシェル部材と置き換え可能であり、冷却板をシェル部材と置き換えることにより、加熱側伝熱面と接する熱媒体通過キヤビティと冷却側伝熱面と接する熱媒体通過キヤビティが形成されること特徴とする請求項 2に記載の熱電モジュールを内蔵する熱交換ュニット。

4. 前記シェル部材と伝熱面との間にシール部材を介装せしめ、熱媒体通過キャビティからの熱媒体の漏れを防止した請求項 1乃至 3のいずれか 1 項に記載の熱電モジュールを内蔵する熱交換ュニット。

5. 少なくとも二つの伝熱面を有し、電流を流すことにより一方の伝熱面が加熱され他方の伝熱面が冷却される熱電モジュールと、該熱電モジユールの少なくとも一方の伝熱面を覆うと共に当該伝熱面との間に熱媒体通過キヤビティを形成するシル部材を有し、前記シェル部材には外部に貫通するリ一ド線揷通孔が設けられ、該リード線揷通孔には中心に貫通孔が設けられた弾性シール材が配され、熱電モジュールのリード線は、前記弾性シール材の貫通孔に揷通されてシェル部材の外に引き出されており、前記弾性シール材はリード線が挿通された際に圧縮状態にあり、弾性シール材はリ一ド線揷通孔及びリード線を圧縮していることを特徴とする熱電モジュールを内蔵する熱交換ュニット。

6. 少なくとも二つの伝熱面を有し電流を流すことにより一方の伝熱面が加熱され他方の伝熱面が冷却される熱電モジュールと、該熱電モジュールの少なくとも一方の伝熱面を覆うと共に当該伝熱面との間に熱媒体通過キヤビティを形成するシェル部材を有し、前記シュル部材の熱媒体通過キャビティの背面側には空洞部が一体的に設けられていることを特徴とする熱電モジュールを内蔵する熱交換ュニット。

7. 空洞部には発泡体が内蔵されていることを特徴とする請求項 6に記載の熱電モジュールを内蔵する熱交換ュニット。

8. 複数のブロックを有し、各ブロックは少なくとも二つの伝熱面を有し、電流を流すことにより一方の伝熱面が加熱され他方の伝熱面が冷却される熱電モジュールと、該熱電モジュールの少なくとも一方の伝熱面を覆うと共に当該伝熱面との間に熱媒体通過キヤビティを形成するシェル部材を備え、前記シェル部材には管状の接続部が設けられ、該接続部同士を嵌合して複数のプロックを接続することにより一連の流路を形成したことを特徴とする熱電モジュールを内蔵する熱交換ュニットアセンブリ。

9. 複数のブロックを有し、各ブロックは少なくとも二つの伝熱面を有し、電流を流すことにより一方の伝熱面が加熱され他方の伝熱面が冷却される熱電モジュールと、該熱電モジュールの少なくとも一方の伝熱面を覆うと共に当該伝熱面との間に熱媒体通過キヤビティを形成するシェル部材を備え、前記シヱル部材には熱電モジュールに電気的に接続されたコネクタ一が設けられており、各ブロックは、コネクタ一を介して電気的に接続されることを特徴とする熱電モジュールを内蔵する熱交換ュニットアセンブリ。

1 0. シェル部材には管状の接続部が設けられ、前記接続部同士を嵌合して各プロックを接続することにより一連の流路を形成するようにした請求項 9に記載の熱電モジュールを内蔵する熱交換ュニットアセンブリ。

1 1. 熱電モジュールを内蔵する複数のプロックにより構成される熱交換ュニットアセンブリであって、各ブロックは少なくとも二つの伝熱面を有し、電流を流すことにより一方の伝熱面が加熱され他方の伝熱面が冷却される熱電モジュールと、該熱電モジュールの少なくとも一方の伝熱面を覆うと共に当該伝熱面との間に熱媒体通過キヤビティを形成するシェル部材を有し、前記ブロックの熱媒体通過キヤビティは、並列に接続されていることを特徴とする熱電モジュールを内蔵する熱交換ュニットアセンブリ。

1 2. 被冷却物を冷却する熱交換器と、熱媒体を循環させるポンプと、第 1の熱電モジュールを内蔵する第 1の熱交換ュニットとが環状に接続された熱電冷却システムにおいて、

第 2の熱電モジュールの加熱側伝熱面を覆うと共に当該伝熱面との間に熱媒体通過キャビティを形成するシル部材と、前記第 2の熱電モジユールの冷却側の伝熱面と接する冷却板を有する第 2の熱交換ュニットを設け、前記冷却板により被冷却物に温度の低い部位を部分的に設けるようにした熱電冷却システム。