(57)【要約】【課題】蓄熱材を収容する蓄熱容器の強度を確保しつつ、蓄熱容器に蓄熱材を容易に充填することの可能な熱交換装置を提供する。【解決手段】熱交換装置１０は、蓄熱容器２０と、サーモモジュール３０と、取付部材５０とを備える。蓄熱容器２０は、蓄熱材が収容される収容空間を内部に有する。サーモモジュール３０の吸熱面３１は、蓄熱容器２０の外面に取り付けられる。取付部材５０は、蓄熱容器２０の外面に取り付けられる。蓄熱容器２０は、収容空間を複数の収容室に区画する区画板を有る。取付部材５０は、複数の収容室を連通させる連通路を内部に有するとともに、連通路に繋がる接続口５２を外面に有する。【選択図】図１
2018132252.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄熱材（７０）が収容される収容空間（２１）を内部に有する蓄熱容器（２０）と、
電力の供給に基づき熱を吸収する吸熱面（３１）、及び熱を発する放熱面（３２）を有し、前記吸熱面及び前記放熱面のいずれか一方が前記蓄熱容器の外面に取り付けられるサーモモジュール（３０）と、
前記蓄熱材から伝達される熱と被冷却流体との熱交換により、前記被冷却流体の温度を変化させる熱交換部（２９）と、
前記蓄熱容器の外面に取り付けられる取付部材（５０）と、を備え、
前記蓄熱容器は、前記収容空間を複数の収容室に区画する区画板（２２）を有し、
前記取付部材は、前記複数の収容室を連通させる連通路（５１）を内部に有するとともに、前記連通路に繋がる接続口（５２）を外面に有する
熱交換装置。
【請求項２】
前記蓄熱容器における前記サーモモジュールが取り付けられる外面は、前記蓄熱容器における前記取付部材が取り付けられる外面と異なる
請求項１に記載の熱交換装置。
【請求項３】
前記蓄熱容器は、
前記取付部材が挿入されるスリット部（８０）を有する
請求項１に記載の熱交換装置。
【請求項４】
前記収容室の数は、前記接続口の数よりも多い
請求項１〜３のいずれか一項に記載の熱交換装置。
【請求項５】
前記取付部材を第１取付部材とするとき、
前記蓄熱容器に取り付けられる第２取付部材（６０）を更に備え、
前記第２取付部材は、前記複数の収容室を連通させる連通路（６１）を内部に有するとともに、前記連通路に繋がる接続口（６２）を外面に有する
請求項１〜４のいずれか一項に記載の熱交換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、熱交換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、特許文献１に記載の熱交換装置がある。特許文献１に記載の熱交換装置は、蓄熱手段と、吸熱側熱交換手段と、放熱側熱交換手段とを備えている。
蓄熱手段は、熱伝導性容器と、相変化材料とにより構成されている。熱伝導性容器は、箱状に形成されている。熱伝導性部材の内部には、相変化材料が収容されている。相変化材料は、熱を放散又は吸収して固相とゲルと液相との間を相変化する。
【０００３】
吸熱側熱交換手段は、冷却ファンと、吸熱側ヒートシンクとにより構成されている。冷却ファンは、制御盤から流れる被冷却流体を吸熱側ヒートシンクに送る。吸熱側ヒートシンクは、熱伝導性容器の吸熱側に設けられており、冷却ファンにより送られる被冷却流体からの熱を熱伝導性容器に伝達する。
【０００４】
放熱側熱交換手段は、サーモモジュールと、放熱ファンと、放熱側ヒートシンクとにより構成されている。放熱ファンは、吸引空気を放熱側ヒートシンクに送る。サーモモジュールはペルチェ素子からなる。サーモモジュールの吸熱面は、熱伝導性容器に取り付けられている。サーモモジュールの放熱面は、放熱側ヒートシンクに取り付けられている。サーモモジュールは、通電に基づき、その吸熱面に取り付けられた熱伝導性容器から熱を吸収するとともに、その放熱面から熱を発する。放熱側ヒートシンクは、サーモモジュールの放熱面から伝達される熱を吸引空気に伝達することにより、サーモモジュールの放熱面から熱を放散する。
【０００５】
この熱交換装置では、制御盤を流れる被冷却流体の熱が吸熱側熱交換手段を介して蓄熱手段に伝達されることにより、蓄熱手段の熱伝導性容器に熱が吸収される。これにより、蓄熱手段の相変化材料が固相からゲルを介して液相に変換される。一方、放熱側熱交換手段は、蓄熱手段の相変化材料が液相から固相に戻るまで蓄熱手段の熱を放熱する。このような相変化材料の固相と液相との相変化が繰り返し行われることにより、被冷却流体の熱が吸収され、制御盤が冷却される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３９７９５３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、特許文献１に記載の熱交換装置では、熱伝導性容器の内部が空洞であるため、熱伝導性容器の強度を確保することが難しい、そのため、熱伝導性容器にサーモモジュールや放熱側ヒートシンクを取り付ける際に、熱伝導性容器が変形する可能性がある。これにより、熱伝導性容器の内部空間の体積が減少すると、熱伝導性容器に収納可能な相変化材料の容量も減少するため、結果的に熱交換装置の冷却性能が低下する可能性がある。
【０００８】
一方、熱伝導性容器の変形を抑制するために、熱伝導性容器の内部に仕切構造を設けるという方法も考えられる。しかしながら、熱伝導性容器の内部に仕切構造を設けた場合、熱伝導性容器の内部空間が複数の部屋に分断されることになる。そのため、熱伝導性容器の内部に相変化材料を充填し難くなる。
【０００９】
なお、このような課題は、蓄熱材と被冷却流体との熱交換により被冷却流体を冷却する熱交換装置に限らず、蓄熱材と被冷却流体との熱交換により被冷却流体を加熱する熱交換装置にも共通する課題である。
本開示は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、蓄熱材を収容する蓄熱容器の強度を確保しつつ、蓄熱容器に蓄熱材を容易に充填することの可能な熱交換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決する熱交換装置（１０）は、蓄熱容器（２０）と、サーモモジュール（３０）と、熱交換部（２９）と、取付部材（５０）と、を備える。蓄熱容器は、蓄熱材（７０）が収容される収容空間（２１）を内部に有する。サーモモジュールは、電力の供給に基づき熱を吸収する吸熱面（３１）、及び熱を発する放熱面（３２）を有し、吸熱面及び放熱面のいずれか一方が蓄熱容器の外面に取り付けられる。熱交換部は、蓄熱材から伝達される熱と被冷却流体との熱交換により、被冷却流体の温度を変化させる。取付部材は、蓄熱容器の外面に取り付けられる。蓄熱容器は、収容空間を複数の収容室に区画する区画板（２２）を有る。取付部材は、複数の収容室を連通させる連通路（５１）を内部に有するとともに、連通路に繋がる接続口（５２）を外面に有する。
【００１１】
この構成によれば、蓄熱容器の収容空間に形成される区画板により収容空間の内壁を支持することができるため、蓄熱容器の強度を確保することができる。また、接続口から蓄熱材を流入させれば、蓄熱材が取付部材の連通路を通じて蓄熱容器の各収容室へと流れるため、蓄熱容器に蓄熱材を容易に充填することもできる。
【００１２】
なお、上記手段、及び特許請求の範囲に記載の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【発明の効果】
【００１３】
本開示によれば、蓄熱材を収容する蓄熱容器の強度を確保しつつ、蓄熱容器に蓄熱材を容易に充填することの可能な熱交換装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、第１実施形態の熱交換装置の斜視構造を示す斜視図である。
【図２】図２は、第１実施形態の取付部材が取り外された状態での熱交換装置の斜視構造を示す斜視図である。
【図３】図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面構造を示す断面図である。
【図４】図４は、第１実施形態の熱交換装置の斜視構造を示す斜視図である。
【図５】図５は、第１実施形態の変形例の熱交換装置の断面構造を示す断面図である。
【図６】図６は、第２実施形態の熱交換装置の斜視構造を示す斜視図である。
【図７】図７は、図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った断面構造を示す断面図である。
【図８】図８は、図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿った第１取付部材の断面構造を示す断面図である。
【図９】図９は、他の実施形態の熱交換装置の斜視構造を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、熱交換装置の実施形態について図面を参照しながら説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
＜第１実施形態＞
はじめに、図１に示される第１実施形態の熱交換装置１０について説明する。本実施形態の熱交換装置１０は、空気との熱交換により冷風を生成する装置として用いられる。熱交換装置１０は、蓄熱容器２０と、サーモモジュール３０と、放熱部４０と、第１取付部材５０と、第２取付部材６０とを備えている。
【００１６】
蓄熱容器２０は、アルミニウム等の熱伝導性の高い金属材料により形成されている。図２に示されるように、蓄熱容器２０は、直方体状に形成されている。以下では、便宜上、蓄熱容器２０の左側壁２５から右側壁２６に向かう方向に平行な方向を「ｘ方向」と称する。また、蓄熱容器２０の正面２７から背面２８に向かう方向に平行な方向を「ｙ方向」と称する。さらに、蓄熱容器２０の底面２３から上面２４に向かう方向に平行な方向を「ｚ方向」と称する。
【００１７】
蓄熱容器２０は、蓄熱材７０が収容される収容空間２１を内部に有している。また、蓄熱容器２０は、収容空間２１を複数の収容室２１ａに区画する複数の区画板２２を有している。複数の区画板２２は、収容空間２１をｚ方向に分断するように配置されている。また、複数の区画板２２は、ｘ方向に等間隔で配置されている。図３に示されるように、複数の区画板２２は、蓄熱容器２０の正面２７から背面２８までｙ方向に延びるように形成されている。これらの複数の区画板２２により区画される複数の収容室２１ａには、蓄熱材７０がそれぞれ充填されている。
【００１８】
蓄熱材７０は、冷熱を蓄える材料からなる。具体的には、蓄熱材７０は、冷却されることにより、換言すれば冷熱が伝達されることにより、液体又はゲルから固体へと相変化する材料からなる。蓄熱材７０は、固体に相変化することにより冷熱を蓄えた状態となる。すなわち、蓄熱材７０は、熱を吸収することが可能な状態となる。蓄熱材７０は、固体から液体又はゲルに相変化することにより、蓄えた冷熱を放散する。
【００１９】
図２に示されるように、蓄熱容器２０の底面２３には、複数のフィン部２９が形成されている。各フィン部２９は、蓄熱容器２０の底面２３からｚ方向に直立するように形成されるとともに、ｙ方向に延びるように形成されている。複数のフィン部２９は、ｘ方向に等間隔で配置されている。本実施形態では、フィン部２９が、被冷却流体である空気との熱交換により被冷却流体の温度を変化させる熱交換部に相当する。
【００２０】
蓄熱容器２０の上面２４には、複数のサーモモジュール３０が接着等により取り付けられている。すなわち、本実施形態では、蓄熱容器２０の上面２４が、サーモモジュール３０の取り付けられる外面に相当する。各サーモモジュール３０は、ペルチェ素子からなる。各サーモモジュール３０は、蓄熱容器２０に接触する吸熱面３１と、放熱部４０に接触する放熱面３２とを有している。各サーモモジュール３０は、電力の供給に基づいてペルチェ効果により吸熱面３１から熱を吸収するとともに、その吸熱した熱量に応じた熱を放熱面３２に発生させる。
【００２１】
放熱部４０は、蓄熱容器２０と同様に、アルミニウム等の熱伝導性の高い金属材料により形成されている。放熱部４０は、基板部４１と、フィン部４２とを有している。基板部４１は、サーモモジュール３０を挟んで蓄熱容器２０の上面２４に対向して配置される板状の部材である。基板部４１の底面には、サーモモジュール３０の放熱面３２が接着等により取り付けられている。基板部４１の上面には、複数のフィン部４２が一体的に形成されている。各フィン部４２は、基板部４１の上面からｚ方向に直立するように形成されるとともに、ｙ方向に延びるように形成されている。複数のフィン部４２は、ｘ方向に等間隔で配置されている。
【００２２】
図１に示されるように、第１取付部材５０は、蓄熱容器２０の正面２７に取り付けられている。すなわち、本実施形態では、蓄熱容器２０の正面２７が、第１取付部材５０の取り付けられる外面に相当する。図３に示されるように、第１取付部材５０の内部には、蓄熱容器２０の複数の収容室２１ａを連通させる連通路５１が形成されている。また、第１取付部材５０の外面には、連通路５１に繋がる接続口５２が形成されている。接続口５２の先端の開口部分は、栓部材５３により閉塞されている。図２に示されるように、蓄熱容器２０の収容室２１ａの数は、接続口５２の数よりも多い。
【００２３】
第２取付部材６０は、蓄熱容器２０の背面２８に取り付けられている。図３に示されるように、第２取付部材６０の内部には、蓄熱容器２０の複数の収容室２１ａを連通させる連通路６１が形成されている。
次に、本実施形態の熱交換装置１０の動作例について説明する。
【００２４】
熱交換装置１０では、サーモモジュール３０に電力が供給されると、サーモモジュール３０の吸熱面３１から熱が吸収される。これにより、蓄熱容器２０の熱がサーモモジュール３０の吸熱面３１から吸収されて、蓄熱材７０が冷却される。この状態が所定時間継続されることにより、蓄熱材７０が液体又はゲルから固体へと相変化し、蓄熱材７０に冷熱が蓄えられた状態となる。その結果、蓄熱容器２０のフィン部２９の温度が例えば氷点下に保持される。
【００２５】
一方、サーモモジュール３０に電力が供給されると、サーモモジュール３０の吸熱面３１から吸収した熱量に応じた熱が放熱面３２に発生する。この放熱面３２に発生する熱は、放熱部４０に伝達される。放熱部４０では、フィン部４２と、フィン部４２，４２の間を流れる空気との間で熱交換が行われることにより、サーモモジュール３０から伝達される熱が空気に放散される。
【００２６】
このようにして蓄熱材７０に冷熱が蓄えられた状態では、蓄熱容器２０のフィン部２９，２９の間に空気が流れると、フィン部２９と空気との間で熱交換が行われることにより、空気が冷却される。よって、熱交換装置１０により冷風を生成することができる。
次に、熱交換装置１０の組み立て方法について説明する。
【００２７】
熱交換装置１０の組み立ての際には、まず、蓄熱容器２０に対してサーモモジュール３０、放熱部４０、第１取付部材５０、及び第２取付部材６０を取り付ける。その後、図４に示されるように、接続口５２が鉛直方向上方を向くように熱交換装置１０を設置した後、接続口５２から蓄熱材７０を流入させる。これにより、蓄熱容器２０内の空気が接続口５２から抜けつつ、蓄熱容器２０の内部に蓄熱材７０が流入する。具体的には、接続口５２から流入する蓄熱材７０は、第１取付部材５０の連通路５１を通じて蓄熱容器２０の各収容室２１ａに分配される。また、第２取付部材６０の連通路６１に流れた蓄熱材７０も蓄熱容器２０の各収容室２１ａに分配される。これにより、蓄熱容器２０の内部に所定量の蓄熱材７０が充填される。その後、接続口５２の先端の開口部を栓部材５３により閉塞することにより、熱交換装置１０の組み立てが完了する。
【００２８】
以上説明した本実施形態の熱交換装置１０によれば、以下の（１）及び（２）に示される作用及び効果を得ることができる。
（１）蓄熱容器２０の収容空間２１に形成される区画板２２により収容空間２１の内壁を支持することができるため、蓄熱容器２０の強度を確保することができる。また、接続口５２から蓄熱材７０を流入させれば、蓄熱材７０が第１取付部材５０及び第２取付部材６０のそれぞれの連通路５１，６１を介して蓄熱容器２０の各収容室２１ａへと流れるため、蓄熱容器２０の各収容室２１ａに蓄熱材７０を容易に充填することができる。さらに、蓄熱容器２０の各収容室２１ａに蓄熱材７０を一括且つ均一に充填することもできる。
【００２９】
（２）蓄熱容器２０におけるサーモモジュール３０の取り付けられる外面２４は、蓄熱容器２０における取付部材５０，６０の取り付けられる外面２７，２８と異なる。これにより、サーモモジュールにより生成される冷熱が取付部材５０，６０に伝達され難くなるため、熱交換装置１０の冷却性能の低下を抑制することができる。
【００３０】
（変形例）
次に、第１実施形態の熱交換装置１０の変形例について説明する。
図５に示されるように、本変形例の第２取付部材６０には、連通路６１に繋がる接続口６２が更に形成されている。このような構成によれば、第１取付部材５０の接続口６２から蓄熱材７０を流入させる際に、蓄熱容器２０の内部の空気が第２取付部材６０の接続口６２から抜けるため、蓄熱容器２０の内部に蓄熱材７０を充填させ易くなる。
【００３１】
＜第２実施形態＞
次に、熱交換装置１０の第２実施形態について説明する。以下、第１実施形態の熱交換装置１０との相違点を中心に説明する。
図６に示されるように、本実施形態の蓄熱容器２０には、スリット部８０が形成されている。スリット８０部は、蓄熱容器２０の左側壁２５から右側壁２６を貫通するように設けられるとともに、蓄熱容器２０の上面２４に開口している。スリット８０部には、第１取付部材９０が挿入されて取付けられている。
【００３２】
図７に示されるように、第１取付部材９０の内部には、蓄熱容器２０の複数の収容室２１ａを連通させる連通路９１が形成されている。また、図８に示されるように、第１取付部材９０の外面には、連通路９１に繋がる接続口９２が形成されている。接続口９２の先端の開口部分は、図示しない栓部材９３により閉塞されている。
【００３３】
以上説明した本実施形態の熱交換装置１０によれば、以下の（３）に示される作用及び効果を更に得ることができる。
（３）蓄熱容器２０に形成されたスリット部８０に第１取付部材９０が固定されているため、蓄熱容器２０と第１取付部材９０との取り付け強度を向上させることができる。
【００３４】
＜他の実施形態＞
なお、各実施形態は、以下の形態にて実施することもできる。
・各実施形態の熱交換装置１０の構成は、空気との熱交換により温風を生成する熱交換装置にも適用可能である。このような熱交換装置１０は、例えば図９に示されるような構造を有している。図９に示されるように、この熱交換装置１０では、サーモモジュール３０の吸熱面３１に放熱部４０が接触するとともに、サーモモジュール３０の放熱面３２に蓄熱容器２０が接触している。また、蓄熱材７０としては、温熱を蓄えることの可能な材料が用いられている。この熱交換装置１０では、サーモモジュール３０に電力が供給されると、蓄熱材７０に温熱が蓄えられる。また、サーモモジュール３０の吸熱面３１に発生する冷熱は放熱部４０を介して空気に放散される。このような熱交換装置１０でも、各実施形態の熱交換装置１０と同様の構成を採用することにより、各実施形態の熱交換装置１０に類似の作用及び効果を得ることができる。
【００３５】
・第１取付部材５０及び第２取付部材６０にそれぞれ形成される接続口５２、６２の数や形状は適宜変更可能である。
・各収容室２１ａにおける蓄熱容器２０の背面２８側の開口部分は、蓄熱容器２０の内壁により閉塞されていてもよい。このような構成によれば、熱交換装置１０から第２取付部材６０を排除することが可能である。
【００３６】
・空気と熱交換する部分であるフィン部２９の数や形状は適宜変更可能である。また、フィン部２９と熱交換する被冷却流体は、空気に限らず、適宜の流体を用いることができる。
・本開示は上記の具体例に限定されるものではない。上記の具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本開示の特徴を備えている限り、本開示の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素、及びその配置、条件、形状等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。前述した各具体例が備える各要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わせを変えることができる。
【符号の説明】
【００３７】
１０：熱交換装置
２０：蓄熱容器
２１：収容空間
２２：区画板
２９：フィン部（熱交換部）
３０：サーモモジュール
３１：吸熱面
３２：放熱面
５０：第１取付部材
５１：連通路
５２：接続口
６０：第２取付部材
６１：連通路
６２：接続口
７０：蓄熱材
８０：スリット部
【図１】
2018132252.tif 000003
【図２】
2018132252.tif 000004
【図３】
2018132252.tif 000005
【図４】
2018132252.tif 000006
【図５】
2018132252.tif 000007
【図６】
2018132252.tif 000008
【図７】
2018132252.tif 000009
【図８】
2018132252.tif 000010
【図９】
2018132252.tif 000011