(57)【要約】【課題】ペルチェ素子に小型で軽量なフィンを接合し、フィンによる熱交換を最大限に促進できる気体温調装置を提供する。【解決手段】気体温調装置１は、複数の熱電ユニット３と支持体５とを備える。熱電ユニット３は、吸熱面７の反対側を放熱面９としたペルチェ素子１１を、吸熱面７にフィンベース１３を介して接合される吸熱フィン１５、及び放熱面９にフィンベース１７を介して接合される放熱フィン１９の間に挟着したものである。支持体５は、縦枠２１，２３、及び２本の横材２５を方形に枠組みし、これらの内側を開口部２７としたものである。支持体５の縦枠２１から縦枠２３までの間に、複数の熱電ユニット３が配列されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸熱面の反対側を放熱面としたペルチェ素子を、前記吸熱面に接合される吸熱フィン、及び前記放熱面に接合される放熱フィンの間に挟着した複数の熱電ユニットと、
気体が内側を通過できる開口部を有し、前記複数の熱電ユニットのそれぞれの吸熱フィンと放熱フィンとを、互いに前記開口部を気体が通過する方向を横切る方向に並べ、かつ前記複数の熱電ユニットを、それぞれの吸熱フィンと放熱フィンの向きが交互に反対向きになる姿勢で、前記開口部の内側に位置決めする支持体とを備え、
前記複数の熱電ユニットのそれぞれのペルチェ素子の間に、前記開口部を通過する気体を前記吸熱フィンと前記放熱フィンとにそれぞれ導く風路を確保したことを特徴とする気体温調装置。
【請求項２】
前記風路は、互いに隣り合う前記熱電ユニットがそれぞれの吸熱フィン同士を相対向させる領域と、互いに隣り合う前記熱電ユニットがそれぞれの放熱フィン同士を相対向させる領域とを、前記複数の熱電ユニットの並ぶ順に交互に違えることを特徴とする請求項１に記載の気体温調装置。
【請求項３】
前記支持体の開口部は、前記熱電ユニットのペルチェ素子によって、前記熱電ユニットの吸熱フィンに気体を導く吸熱風路と、前記熱電ユニットの放熱フィンに気体を導く放熱風路とに仕切られたことを特徴とする請求項１又は２に記載の気体温調装置。
【請求項４】
前記吸熱風路に気体の導かれる方向と、前記放熱風路に気体の導かれる方向とが、互いに反対向き、又は同じ向きであることを特徴とする請求項３に記載の気体温調装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱電素子のペルチェ効果を利用して気体の温度を調整する気体温調装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に示されたペルチェ素子は、互いに反対側を向いた二面を有する熱電素子であり、電流の流される方向により二面のうちの何れか一方が吸熱面となり他方が放熱面となる。ペルチェ素子の吸熱面、又は放熱面に接合されるヒートシンクとして、複数のフィンと空気等の気体との間で熱交換するものが適用される。
【０００３】
特許文献２は、互いに対面する２つのヒートシンクの間に、複数のペルチェ素子を配置し、２つのヒートシンクをボルトを用いて結束する構造を示している。ヒートシンクは、そのフィンの間を気体が流れるように風路に配置される。上記の熱交換を促進するにはヒートシンクの表面積を増大することが考えられる。
【０００４】
しかしながら、サイズの限られたヒートシンクにフィンを増設するためにフィン同士の間隔を狭くし、又は気体の流れる方向にフィンの奥行きを長くすると、風路内で気体の圧力損失が著しくなる。このため、風路に気体を供給するための送風機等の出力を不要に増大しなければならない。
【０００５】
更に、ヒートシンクの大型化はヒートシンクの重量が嵩むことになり、ペルチェ素子にヒートシンクを接合するのに、これらを接着剤で接着するだけでは強度が不足する。両者を接着剤に代わるボルトを用いて接合した場合、ヒートシンクに形成されるボルトの挿通孔にボルトの締付力が集中する。これによりヒートシンクが僅かに撓むと、ペルチェ素子とヒートシンクとの密着性が損なわれ、両者間の熱抵抗が増大する。また、ヒートシンクの剛性を高めるのにヒートシンクを厚肉にすると、ペルチェ素子とヒートシンクとを合わせた全体の重量の増大と、そのコストの上昇は避けられない。
【０００６】
特許文献３は、ヒートシンクにボルトの挿通孔を形成する余地を確保するために、ヒートシンクの幅を、ペルチェ素子よりも広げた例を示している。この場合、ヒートシンクを広げたことによって熱交換の促進される効果は必ずしも大きくはなく、ヒートシンクを風路に納めるために風路の断面積が余計に拡大されることが問題となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−２９４８９０号公報
【特許文献２】特開２００５−３４４９９２号公報
【特許文献３】特開２０００−１８８４２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的とするところは、ペルチェ素子に小型で軽量なフィンを接合し、しかもフィンによる熱交換を最大限に促進できる気体温調装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は上記目的を達成するため、吸熱面の反対側を放熱面としたペルチェ素子を、前記吸熱面に接合される吸熱フィン、及び前記放熱面に接合される放熱フィンの間に挟着した複数の熱電ユニットと、気体が内側を通過できる開口部を有し、前記複数の熱電ユニットのそれぞれの吸熱フィンと放熱フィンとを、互いに前記開口部を気体が通過する方向を横切る方向に並べ、かつ前記複数の熱電ユニットを、それぞれの吸熱フィンと放熱フィンの向きが交互に反対向きになる姿勢で、前記開口部の内側に位置決めする支持体とを備え、前記複数の熱電ユニットのそれぞれのペルチェ素子の間に、前記開口部を通過する気体を前記吸熱フィンと前記放熱フィンとにそれぞれ導く風路を確保したことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、前記風路が、互いに隣り合う前記熱電ユニットがそれぞれの吸熱フィン同士を相対向させる領域と、互いに隣り合う前記熱電ユニットがそれぞれの放熱フィン同士を相対向させる領域とを、前記複数の熱電ユニットの並ぶ順に交互に違えることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、前記支持体の開口部が、前記熱電ユニットのペルチェ素子によって、前記熱電ユニットの吸熱フィンに気体を導く吸熱風路と、前記熱電ユニットの放熱フィンに気体を導く放熱風路とに仕切られたことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、前記吸熱風路に気体の導かれる方向と、前記放熱風路に気体の導かれる方向とが、互いに反対向き、又は同じ向きであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る気体温調装置によれば、互いに隣り合う熱電ユニットがそれぞれの吸熱フィン同士を風路内で対向させているので、これらの吸熱フィンと風路を通過する気体との間で同時に熱交換を行うことができる。また、互いに隣り合う熱電ユニットがそれぞれの放熱フィン同士を風路内で対向させているので、これらの放熱フィンと風路を通過する気体との間で同時に熱交換を行うことができる。このため、風路内で熱交換される気体の熱量が倍増されることになる。
【００１４】
従って、当該気体温調装置によれば、吸熱フィン、及び放熱フィンが比較的小型で軽量なものであっても、個々の熱電ユニットの性能を最大限に発揮させることができる。また、吸熱フィン、及び放熱フィンを小型化することにより、これらのフィンに沿って流れる気体の圧力損失を低減することができる。
【００１５】
更に、吸熱フィン、及び放熱フィンを軽量化することにより、これらを接着剤だけでペルチェ素子に十分な強度で接合できる。このため、ボルトを用いた機械的な締付けが不要となり、吸熱フィンとペルチェ素子との間、及び放熱フィンとペルチェ素子との間の熱抵抗を減少させることができる。しかも、これらのフィンの接合にボルト等を用いないので、個々の熱電ユニットを軽量化し、また当該気体温調装置の製造コストを低減することができる。
【００１６】
また、支持体の開口部に配列される熱電ユニットの個数を増減させることにより、当該気体温調装置が風路内で熱交換できる気体の熱量を調整できる。この場合、複数の熱電ユニットを、気体の流れる方向に直交する向きに並べれば、気体がフィンに沿って流れる距離は増大しないので、気体の圧力損失が増大しないという利点がある。
【００１７】
更に、本発明に係る気体温調装置によれば、複数の熱電ユニットのペルチェ素子によって支持体の開口部を吸熱風路と放熱風路とに分割しているので、これらを仕切るための板等が不要である分、支持体を小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態に係る気体温調装置の正面図。
【図２】図２のＡ−Ａ線断面図。
【図３】本発明の実施形態に係る気体温調装置に適用した熱電ユニットの分解斜視図。
【図４】本発明の実施形態に係る気体温調装置の一の使用例を示す概略図。
【図５】本発明の実施形態に係る気体温調装置の他の使用例を示す概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の実施形態を図１乃至図３を参照しながら説明する。気体温調装置１は、複数の熱電ユニット３と支持体５とを備える。矢印ｗ、ｈ、ｄは、熱電ユニット３の幅、高さ、及び奥行き方向をそれぞれ指している。
【００２０】
熱電ユニット３は、吸熱面７の反対側を放熱面９としたペルチェ素子１１を、吸熱面７にフィンベース１３を介して接合される吸熱フィン１５と、放熱面９にフィンベース１７を介して接合される放熱フィン１９との間に挟着したものである。接合とは溶接、又は接着を意味する。吸熱フィン１５は、アルミニウムの薄板を波形に塑性変形させたコルゲートフィンである。吸熱フィン１５の表面にシリカゲルを定着させても良い。放熱フィン１９は吸熱フィン１５と同様のものである。
【００２１】
支持体５は、縦枠２１，２３、及び２本の横材２５を方形に枠組みし、これらの内側を気体が奥行き方向に通過できる開口部２７としたものである。縦枠２１，２３、及び横材２５はアクリル製の板材である。開口部２７の一端と他端は、それぞれ縦枠２１，２３によって画定されている。支持体５の縦枠２１から縦枠２３までの間には、複数の熱電ユニット３が配列され、それぞれのペルチェ素子１１は、フィンベース１３，１７によって横材２５に位置決めされている。図１は、高さ方向に４個の熱電ユニット３を配列し、これらを幅方向に８段連ねた形態を示しているが、熱電ユニット３の総数は限定されるものではない。符号２９は断熱材を指している。
【００２２】
また、複数のペルチェ素子１１は互いに高さ方向に間隔を開け、これらのペルチェ素子１１の間に風路３１が確保されている。風路３１は、次に述べる吸熱風路３３と放熱風路３５とに区分されている。
【００２３】
即ち、複数の熱電ユニット３は、開口部２７を気体が通過する方向を横切る高さ方向に並び、この並び順に、それぞれの吸熱フィン１５を開口部２７の一端（縦枠２１）へ向ける姿勢と、それぞれの吸熱フィン１５を開口部２７の他端（縦枠２３）へ向ける姿勢とを交互に違えている。吸熱風路３３は、互いに高さ方向に隣り合う熱電ユニット３がそれぞれの吸熱フィン１５を相対向させる領域である。放熱風路３５は、互いに高さ方向に隣り合う熱電ユニット３がそれぞれの放熱フィン１９を相対向させる領域である。縦枠２１とこれに対面するペルチェ素子１１との間、及び縦枠２３とこれに対面するペルチェ素子１１との間を合わせた領域は、１つの吸熱風路に相当する。
【００２４】
このように、複数の熱電ユニット３のペルチェ素子１１によって支持体５の開口部２７が吸熱風路３３と放熱風路３５とに分割されるので、これらの吸熱風路３３と放熱風路３５を仕切るための板等が不要である。その分、気体温調装置１は支持体５を小型化することができる。
【００２５】
気体温調装置１の使用例を次に述べる。以下の説明は、１つの吸熱風路３３、及び放熱風路３５に注目するが、図１に表れた総ての吸熱風路３３、及び放熱風路３５について同様であるとする。図４は、吸熱風路３３に接続した導入路３７と導出路３９、及び放熱風路３５に接続した導入路４１と導出路４３を示している。導出路３９は切換ダンパ４５，４６を介して送風手段４７に接続し、導出路４３は切換ダンパ４９，５０を介して送風手段５１に接続している。送風手段４７，５１は送風機を内装した風路である。
【００２６】
先ず、ペルチェ素子１１に、その吸熱面７から放熱面９へ熱が移動するように電流を供給する。送風手段４７，５１を起動させると、導入路３７に導入される気体は、吸熱風路３３を通過し、送風手段４７によって導出路３９から外方へ導出される。導入路４１に導入される気体は、放熱風路３５を通過し、送風手段５１によって導出路４３から外方へ導出される。
【００２７】
上記のように吸熱風路３３を通過する気体と、互いに隣り合う２列（１６個）の熱電ユニット３のそれぞれの吸熱フィン１５との間で同時に熱交換が行われるので、気体の温度を急速に降下させることができる。上記のように放熱風路３５を通過する気体と、互いに隣り合う２列（１６個）の熱電ユニット３のそれぞれの放熱フィン１９との間で同時に熱交換が行われるので、ペルチェ素子１１の放熱面９の熱を効率よく放熱させることができる。
【００２８】
以上に述べた気体温調装置１は、吸熱フィン１５の高さが吸熱風路３３の半分以下であり、放熱フィン１９の高さが放熱風路３５の半分以下である。このように、吸熱フィン１５、及び放熱フィン１９が比較的小型で軽量なものであっても、個々の熱電ユニット３はその性能を最大限に発揮することができる。また、吸熱フィン１５、及び放熱フィン１９を小型化することにより、これらの厚み方向に沿って流れる気体の圧力損失を低減することができる。特に、吸熱フィン１５、及び放熱フィン１９を、それぞれの幅に比べ奥行きを短くし、両者の高さを奥行きよりも更に低く設定した場合、以上の効果が顕著になる。
【００２９】
また、吸熱フィン１５、及び放熱フィン１９を軽量化することにより、これらを接着剤だけでペルチェ素子１１に十分な強度で接合できるので、ボルトを用いた機械的な両者の締付けが不要となり、吸熱フィン１５とペルチェ素子１１との間、及び放熱フィン１９とペルチェ素子１１との間の熱抵抗を減少させることができる。しかも、吸熱フィン１５と放熱フィン１９とを接合するのにボルトを用いないので、個々の熱電ユニット３を軽量化し、また気体温調装置１の製造コストを低減することができる。
【００３０】
また、気体温調装置１は、支持体５の開口部２７に幅方向に配列される熱電ユニット３の個数を増加させることにより、風路３１で熱交換できる気体の熱量を所望に調整できる。この場合、既存の熱電ユニット３に対して増加する熱電ユニット３を幅方向に縦列させる。例えば、図１に表れた８段の熱電ユニット３を１０段に増やしても良い。このように熱電ユニット３の個数が増えても、気体がフィンに沿って厚み方向に流れる距離は増大しないので、吸熱風路３３、及び放熱風路３５を流れる気体の圧力損失が増大しないという利点がある。
【００３１】
また、吸熱フィン１５、及び放熱フィン１９にシリカゲルが定着されている場合、気体に含まれる水蒸気をシリカゲルに吸湿させることができる。このシリカゲルが飽和状態に達したところで、ペルチェ素子１１に供給する電流の向きを反転し、その放熱面９から吸熱面７へ熱を移動させる。
【００３２】
そして、切換ダンパ４５，４６，４９，５０を図５に示すように操作する。これにより、導出路３９に導入される気体は、吸熱風路３３を通過し、送風手段５１によって導入路３７から外方へ導出される。このように放熱風路３５を通過する気体はその温度が降下する。導出路４３に導入される気体は、放熱風路３５を通過し、送風手段４７によって導入路４１から外方へ導出される。このように吸熱風路３３を通過する気体に、ペルチェ素子１１の吸熱面７の熱が放熱される。また、吸熱フィン１５の温度が上昇することにより、吸熱フィン１５のシリカゲルに吸湿された水分が蒸発する。
【００３３】
尚、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づいて種々なる改良、修正、又は変形を加えた態様でも実施することができる。例えば、図４，５は、吸熱風路３３が吸熱フィン１５に気体を導く方向と、放熱風路３５が放熱フィン１９に気体を導く方向とを、互いに反対向きにした形態を表しているが、これらの方向を同じ向きにしても良い。
【００３４】
また、フィンベース１３，１７に代えて、２本の横材２５の間に棒体を掛け渡し、この棒体にペルチェ素子１１を取付けても良い。この場合、ペルチェ素子１１の吸熱面７、及び放熱面９に、それぞれ吸熱フィン１５、及び放熱フィン１９を直に接合することができる。また、吸熱風路３３、又は放熱風路３５の何れか一方に、温風、又は冷風を送風し、ペルチェ素子１１の吸熱面７と放熱面９との間に温度差を生じさせても良い。これにより、ペルチェ素子１１に起電力を発生させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、電機部品を冷却、又は室内の温度調整をするのに使用できる。
【符号の説明】
【００３６】
１…気体温調装置、３…熱電ユニット、５…支持体、７…吸熱面、９…放熱面、１１…ペルチェ素子、１５…吸熱フィン、１９…放熱フィン、２１…一端（縦枠）、２３…他端（縦枠）、２７…開口部、３１…風路、３３…吸熱風路、３５…放熱風路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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