(57)【要約】【課題】  空調機に利用できるペルチェディバイスの集積度を上げてコンパクトにし、ペルチェディバイスの冷却と加熱とを有効に利用することができる空調用ペルチェ冷却及び加熱モジュールを提供する。【解決手段】  複数のペルチェディバイスの冷却面及び加熱面が対向するように配置し、対向するペルチェディバイスの冷却面を挟むように冷却用放熱器、及び、加熱面を挟むように加熱放熱器を配置して、ペルチェディバイスと放熱器とを交互に積層する空調用ペルチェ冷却及び加熱モジュール。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のペルチェディバイスの冷却面及び加熱面が対向するように配置し、
該対向するペルチェディバイスの冷却面を挟むように冷却用放熱器、及び、加熱面を挟むように加熱放熱器を配置して、
ペルチェディバイスと放熱器とを交互に積層することを特徴とする空調用ペルチェ冷却及び加熱モジュール。
【請求項２】
前記の各ペルチェディバイスは、複数のペルチェディバイスを平面に並べたものであることを特徴とする請求項１に記載の空調用ペルチェ冷却及び加熱モジュール。
【請求項３】
前記冷却用放熱器と加熱用放熱器との空気入出口を直交させたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の空調用ペルチェ冷却及び加熱モジュール。
【請求項４】
前記冷却用放熱器と加熱用放熱器との空気入出口を並列させたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の空調用ペルチェ冷却及び加熱モジュール。
【請求項５】
前記冷却用放熱器と加熱用放熱器の空気通過面積のどちらかを、他の放熱器の空気通過面積に比較して大きくしたことを特徴する請求項１乃至４の記載から選択される空調用ペルチェ冷却及び加熱モジュール。
【請求項６】
前記冷却用放熱器の空気をデシカント空調機の処理側に用い、前記加熱用放熱器の空気をデシカント空調機の再生側に用いたことを特徴とする請求項１乃至５の記載から選択される空調用ペルチェ冷却及び加熱モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気を冷却及び加熱するペルチェディバイスを用いた空調用ペルチェ冷却及び加熱モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、空調装置としてペルチェディバイスを利用するものは、特許文献１、特許文献２に示すように公知であるが、ペルチェディバイス利用の空調装置ではペルチェディバイス自体が小型で能力が低いものでも良い電子機器や局部空調に採用している。このような電子部品や局部空調でも、冷却や加熱能力を高めるためにペルチェディバイスの素子数を増やして平面的にペルチェディバイスを多数並べることで対応している。
【０００３】
しかしながら、通常居室等の空調となると、さらに大きな冷暖房能力が求められ、それに伴いペルチェディバイスの数を増やすことになり、大きな面積が必要となるという問題点があった。
また、ペルチェディバイスの片面は、特許文献２に示すように、開放空間に露出して加熱面を外気で冷却して熱を無駄に放出してしまう等も問題点もあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−９２３１０号公報
【特許文献２】特開２００８−１１６０５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、空調機に利用できるように、ペルチェディバイスの集積度を上げてコンパクトにし、ペルチェディバイスの冷却と加熱とを有効に利用することができる空調用ペルチェ冷却及び加熱モジュールを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、請求項１の発明は、空調用ペルチェ冷却及び加熱モジュールにおいて、複数のペルチェディバイスの冷却面及び加熱面が対向するように配置し、該対向するペルチェディバイスの冷却面を挟むように冷却用放熱器、及び、加熱面を挟むように加熱放熱器を配置して、ペルチェディバイスと放熱器とを交互に積層することを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１に記載の空調用ペルチェ冷却及び加熱モジュールにおいて、前記の各ペルチェディバイスは、複数のペルチェディバイスを平面に並べたものであることを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の空調用ペルチェ冷却及び加熱モジュールにおいて、前記冷却用放熱器と加熱用放熱器との空気入出口を直交させたことを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項１又は請求項２に記載の空調用ペルチェ冷却及び加熱モジュールにおいて、前記冷却用放熱器と加熱用放熱器との空気入出口を並列させたことを特徴とする。
請求項５の発明は、請求項１乃至４の記載から選択される空調用ペルチェ冷却及び加熱モジュールにおいて、前記冷却用放熱器と加熱用放熱器の空気通過面積のどちらかを、他の放熱器の空気通過面積に比較して大きくしたことを特徴する。
請求項６の発明は、 請求項１乃至５の記載から選択される空調用ペルチェ冷却及び加熱モジュールにおいて、前記冷却用放熱器の空気をデシカント空調機の処理側に用い、前記加熱用放熱器の空気をデシカント空調機の再生側に用いたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
請求項１の空調用ペルチェ冷却及び加熱モジュールの発明によれば、ペルチェディバイスと放熱器とを交互に積層しているので集積度が上がり、コンパクトにすることができる。また、対向するペルチェディバイスの対向する冷却面を挟むように冷却用放熱器、及び、加熱面を挟むように加熱放熱器を配置したので、放熱器が空気の通路となることから、空気は放熱器の通路の両面から冷却又は加熱されるので空調効率が良い。
請求項２の空調用ペルチェ冷却及び加熱モジュールの発明によれば、更に冷却や加熱能力を高めることができる。
請求項３の空調用ペルチェ冷却及び加熱モジュールの発明によれば、更に冷却空気や加熱空気の集積ダクトの構造を簡単にすることができる。
請求項４の空調用ペルチェ冷却及び加熱モジュールの発明によれば、放熱器を同方向に積層するだけでよく、全体構造を横幅を狭くすることができる。
請求項５の発明によれば、空調用ペルチェ冷却及び加熱モジュールをデシカント空調機に用いることにより、冷却と加熱した空気を無駄なく使用することで、熱効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明のペルチェディバイスと放熱器の作動を説明する部分断面図、
【図２】本発明の実施例１のモジュールの斜視図、
【図３】図３(a)は実施例１の平面図、図３(b)は正面図、図３(c)は側面図、
【図４】実施例１のダクト接続例の説明図、
【図５】本発明の実施例２のモジュールの斜視図、
【図６】実施例２のダクト接続例の説明図、
【図７】本発明の実施例３のモジュールの斜視図
【図８】使用例１の作動を説明する概略図、
【図９】使用例２の作動を説明する概略図、
【図１０】使用例３の作動を説明する概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
ペルチェディバイスと放熱器とを交互に積層して集積度を向上させ、また、対向するペルチェディバイスの冷却面を挟むように冷却用放熱器、及び、加熱面を挟むように加熱放熱器を配置し、放熱器の通路の両面から冷却又は加熱するようにして、本発明を実現した。
以下、本発明の空調用ペルチェ冷却及び加熱モジュールの実施例を図面に沿って説明する。
【実施例１】
【００１０】
本発明のペルチェ冷却・加熱モジュール１は、主に、ペルチェディバイス２と放熱器３とから構成されるが、図１は、本発明のペルチェディバイス２と放熱器３の作動を説明する部分断面図であるが、ペルチェ素子およびペルチェディバイス自体は公知の構成である。
【００１１】
[ペルチェディバイス]
図１に示すように、本実施例に使用するペルチェディバイス２は、複数のペルチェ素子から構成され、複数のＮ型熱電半導体２１ｎとＰ型熱電半導体２１ｐとが交互に並べられ、それらを金属電極２２で千鳥状に接続して両端に直流電源２４を供給する構成となっている。この接続状態では、図１で下向きの矢印に示すように、半導体中の電子やホールが熱を下側に運ぶので、上側の金属電極２２uが冷え、下側の金属電極２２dが加熱される。
この上側の金属電極２２uの複数の上面を連ねて薄板状の絶縁材２３で覆われ、その絶縁材２３を介して冷却する冷却放熱器３６へ熱が効率よく伝導するように密接接触するように重ねられている。また、同様に下側の金属電極２２ｄの複数の上面を連ねて薄い絶縁材２３で覆われ、その絶縁材２３を介して加熱する加熱放熱器３７へ熱が効率よく伝導するように密接接触するように重ねられている。
【００１２】
図２及び図３に示すように、放熱器３は冷却用放熱器３６と加熱用放熱器３７とは、使用する箇所と機能が異なるだけで構造は同じである。冷却放熱器３６は断面矩形の外枠３３の内部を貫通するようのに空気通路３２が形成され、その空気通路３２は前後に空気入口３４と空気出口３５が形成され、空気通路３２の途中には適宜の箇所に放熱フィン３１が設けられている。
また、放熱器３の外枠３３の所定面を放熱器冷却面３６１として、ペルチェディバイス２の冷却面Ｃに密着接触させ、空気通路３２での放熱フィン３１によって空気は冷却して冷却空気ＣＡとして排出される。同様に加熱放熱器３７には空気通路３２と放熱フィン３１が設けられ、外枠３３の所定の面を放熱器加熱面３７１としてペルチェディバイス２の加熱面Ｈに密着接触させ、放熱フィン３１によって加熱された加熱空気ＨＡとして排出される。
【００１３】
[積載方法]
次に、ペルチェディバイス２と放熱器３を積層するが、実施例１では、図３(b)(c)に示すように、上述したペルチェディバイス２の上下の面を１枚毎に裏返し、冷却面Ｃを向かい合わせにし、同様に、加熱面を向かい合わせして、その対向する冷却面Ｃで挟むように放熱器３(冷却放熱器３６)を、また、加熱面Ｈで挟むように放熱器３(加熱放熱器３７)を配置する。
そして、実施例１では、図２、図３に示すように、放熱器３の空気通路３２の空気入口３４から空気出口３５の方向を互いに交差するように９０度ずらして積層させ、ペルチェディバイス２は薄板状絶縁材２３及び端部絶縁材２３１を介して放熱器３に積層している。
すなわち、冷却すべき空気は冷却放熱器３６の空気通路３２を通過して、一点鎖線の矢印のように右から左側へ流れ、また、加熱すべき空気は直角方向の加熱放熱器３７の空気通路３２を通過して、点線の矢印のように左から右側へ流れるように積層されている。
したがって、冷却放熱器３６の全ての空気入口３４は同一面に配置され、全ての空気出口３５は反対側の同一面に配置される。また、加熱熱器３７の全ての空気入口３４は、冷却放熱器３６の空気入口３４の９０度ずれた側面の同一面に配置した直交型で、全ての空気出口３５もその反対側の同一面に配置される。
【００１４】
このため、空気を集積する集積ダクト４の構成は極めて簡単で、例えば、図２の一点鎖線で示す冷却空気ダクト４１のように、ペルチェディバイス２と放熱器３とから構成されるペルチェ冷却及び加熱モジュール１において、空気入口３４がある一つの面を囲むようにすればよく、冷却空気ＣＡについても、空気出口３５がある一つの面を囲むようにすればよく、加熱空気ダクト４２についても同様である。この集積ダクト４は、図４に示すように、通常のダクトを形成しなくとも、４面の開口が各処理室に面するように構成してもよい。
なお、１平面でのペルチェディバイス２は、なるべく多くならべて能力を高めるようにすればよく、前記の各ペルチェディバイスは、複数のペルチェ素子を平面に並べたものであり、その１ユニットのペルチェディバイス２を更に平面に並べても良いことは勿論である。
【００１５】
以上のような構成であるので、ペルチェディバイスと放熱器とを交互に積層して集積度を上げて、ペルチェ冷却・加熱モジュール１を小型にしている。また、対向するペルチェディバイスの冷却面を挟むように冷却用放熱器３６、及び、加熱面を挟むように加熱放熱器３７を配置したので、放熱器３自体が空気通路３２を形成するので、空気は放熱器３の外枠３３の空気通路３２を形成する上下両面から冷却又は加熱されるので空調効率が極めて良くなる。
【実施例２】
【００１６】
次に、本発明のペルチェ冷却・加熱モジュール１の第２の実施例２を図５、及び図６に沿って説明する。
実施例２も実施例１と同様にペルチェディバイス２と放熱器３とから構成されるが、実施例１と異なるのは、冷却放熱器３６の空気入口３４から空気出口３５の空気の流れ方向と、加熱放熱器３７の空気入口３４から空気出口３５の空気の流れ方向とが同じであることである。
この実施例２では、冷却放熱器３６の空気入口３４及び空気出口３５と、加熱放熱器３７の空気入口３４及び空気出口３５とが同一面にあり、かつ、一段毎に異なる種類の空気となるので、冷却空気ＣＡの冷却空気ダクト４１’は、１本のダクトからたこ足状に３本のダクトに分岐して、各空気入口３４或いは各空気出口３５に接続し、また、同様に加熱空気ＨＡの加熱空気ダクト４２’も、１本のダクトからたこ足状に３本のダクトに分岐して、各空気入口３４或いは各空気出口３５に接続する。
この実施例２は、ダクトの構造が複雑になるが、全体の空気の流れの幅は実施例１に比べて狭くできるという利点がある。
勿論、実施例２もペルチェディバイスと放熱器とを交互に積層して集積度を上げて、コンパクトであり、放熱器３自体が空気通路３２を形成するので、空気は放熱器３の外枠３３の空気通路３２を形成する上下両面から冷却又は加熱されるので空調効率が極めて良くなることは、実施例１と同じである。
【実施例３】
【００１７】
次に、本発明のペルチェ冷却・加熱モジュール１の第３の実施例３を図７に沿って説明する。
この発明のペルチェディバイス２と放熱器３からなるペルチェ冷却・加熱モジュール１において、吸熱側と放熱側の空気通過量うち片側のみを利用する場合、使用しない側に多量の通気をすれば発生熱量を増大させることが可能あることに着目したものである。
実施例３では、図７に示すように、実施例１と比較して冷却放熱器３６の空気通過面積は同じであるが、排気側の加熱放熱器３７のみのを冷却放熱器３６の空気通過面積に比べて拡大させたもので、実施例３はペルチェ冷却・加熱モジュール１を冷房の使用する場合であって、一方の吸熱側の冷却放熱器３６のみを冷房として利用する場合で、他方の使用しない排気側の加熱放熱器３７に多量の通気をすれば、温度差が少ないが発生熱量を効率良く増大させることでき、通気量が少ない冷却側の温度差を大きくして冷却効果を高めることができる。
実施例３は、実施例１の空気通路直交型を改良したものであるが、勿論、実施例２のペルチェ冷却・加熱モジュール１において、一段毎に空気通過面積を拡大さようにして、空気通路直平行型に適用してもよい。
なお、上記実施例３では、空調空気を使用する側として冷房用の冷却放熱器３６を採用して、使用しない側の廃棄する多量の空気を加熱放熱器３７を通気させ、加熱空気として排出しているが、勿論この逆でもよい。すなわち、実施例３の変形として、空調空気を使用する側として暖房用に加熱放熱器３７を採用し、このために加熱放熱器３７の空気通過面積を狭くし、使用しない側の廃棄する多量の空気を空気通過面積を大きく冷却放熱器３６の通路を通過させ、冷却空気として排出するようにしてもよい。
【００１８】
[使用例]
ここで、前述した実施例１をデシカント空調装置に適用した使用例を図８、９に沿って説明する。
図８は、基本的なデシカント空調装置に使用した使用例１で、図４の実施例１において、デシカントロータ５における除湿・冷房空気の除湿処理ライン５１の下流に、ペルチェ冷却・加熱モジュール１の冷却放熱器３６を配置して、除湿・冷却空気ＣＡを居室等に供給する。逆に、居室からの還気を加熱放熱器３７を通過させて加熱空気ＨＡを、デシカントロータ５における再生ライン５２の上流に配置して、従来、必要であった加熱ヒータ等の再生器を省略するようにしている。このように、本発明のペルチェ冷却・加熱モジュール１を採用したデシカント空調装置は、別途に熱源を必要する再生器を用意する必要がない。
また、特に、発電力を不安定な太陽発電や風力発電等の動力源とした場合には、従来のコンプレッサーを駆動して冷媒で冷暖房を行うには、蓄電池等の電源を安定化する装置と組み合わせなければならなかったが、本発明のペルチェ冷却・加熱モジュール１を使用する場合は、発電量に変動があっても、ペルチェディバイス２の数を制御すること等で制御が容易であり、発電量に応じて空調能力の制御が可能である。
同様に、使用例２は、図９に示すように、顕熱交換器６を組み込んだデシカント空調機である。この使用例２の場合は、顕熱交換器６を作用させているが、作用や効果は実施例１と同様である。
【００１９】
使用例３は、本発明に使用するペルチェ素子及びそれを集積したペルチェディバイス２は、電流方向を変えるだけで冷却と加熱を切り替えることが可能であるので、この特性を利用して、従来の回転するデシカントロータ５を用いずに、固定のデシカを用いてデシカント空調装置を構成することができる。
図１０を用いて、具体的に説明すると、同一のデシカント装置で、図１０(a)での作動の概略図の状態を、ペルチェ冷却・加熱モジュール１への供給する電流方向を変えるだけで、図１０(ｂ)での作動の概略図の状態にすることができる。
したがって、図１０(a)での吸湿素材のデシカ素子７１は除湿作用を行うが、吸湿が飽和状態に近づくと、制御装置(図示せず)によりペルチェ冷却・加熱モジュール１への供給する電流方向を切り替え、図１０(b)の状態になり、デシカ素子７１には加熱空気が供給されて再生作用を行うことになる。
【００２０】
また、図１０(a)での吸湿素材のデシカ素子７１は除湿作用を行うが、吸湿が飽和状態に近づくと、制御装置(図示せず)によりペルチェ冷却・加熱モジュール１への供給する電流方向を切り替え、図１０(b)の状態になり、デシカ素子７１には加熱空気が供給されて再生作用を行うことになる。
また、図１０(a)でのデシカ素子７２は、加熱空気により再生作用を行なっているが、ペルチェ冷却・加熱モジュール１への供給する電流方向を切り替えて、図１０(b)の状態になり、デシカ素子７２が除湿作用を行うことになる。図１０においては、当然に、冷却空気ダクト(室)４１は加熱空気ダクト(室)４２にもなり、逆に、加熱空気ダクト(室)４２は冷却空気ダクト(室)４１になる。
このデシカント空調装置は、空気の流れや、出入口も変更しなければならないが、適宜、バンパ装置等を用いて変更制御すればよい。しかし、この使用例３の特徴は従来の回転するデシカントロータが不用となる利点がある。
なお、本発明の特徴を損なうものでなければ、上記の実施例に限定されるものでないことは勿論である。
【符号の説明】
【００２１】
１・・ペルチェ冷却・加熱モジュール、
２・・ペルチェディバイス
２１ｎ・・Ｎ型熱電半導体、２１ｐ・・Ｐ型熱電半導体、
２２,２２u,２２d・・金属電極、
２３・・薄板状絶縁材、２３１・・端部絶縁材、
２４・・電源、
Ｃ・・冷却面、Ｈ・・加熱面、
３・・放熱器、３１・・放熱フィン、３２・・空気通路、
３３・・外枠、３４・・空気入口、３５・・空気出口、
３６・・冷却放熱器、３６１・・放熱器冷却面、
３７・・加熱放熱器、３７１・・放熱器加熱面、
ＣＡ・・冷却空気、ＨＡ・・加熱空気、
４・・集積ダクト、４１、４１’・・冷却空気ダクト、
４２、４２’・・加熱空気ダクト、
５・・デシカントロータ、５１・・除湿処理ライン、５２・・再生ライン、
６・・顕熱交換器、
７１,７２・・デシカ素子
【図１】
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【図２】
2011247512.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2011247512.tif 000008
【図７】
2011247512.tif 000009
【図８】
2011247512.tif 000010
【図９】
2011247512.tif 000011
【図１０】
2011247512.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成22年5月28日(2010.5.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
次に、本発明のペルチェ冷却・加熱モジュール１の第３の実施例３を図７に沿って説明する。
この発明のペルチェディバイス２と放熱器３からなるペルチェ冷却・加熱モジュール１において、吸熱側と放熱側の空気通過量のうち片側のみを利用する場合、使用しない側へ多量の空気を通気すれば発生熱量を増大させることが可能となることに着目したものである。
実施例３では、図７に示すように、実施例１と比較して冷却放熱器３６の空気通過面積は同じであるが、排気側の加熱放熱器３７のみの冷却放熱器３６の空気通過面積に比べて拡大させたもので、実施例３はペルチェ冷却・加熱モジュール１の冷房を使用する場合であって、一方の吸熱側の冷却放熱器３６のみを冷房として利用する場合で、他方の使用しない排気側の加熱放熱器３７に多量の空気を通気すれば、温度差が少ないが発生熱量を効率良く増大させることができ、通気量が少ない冷却側の温度差を大きくして冷却効果を高めることができる。
実施例３は、実施例１の空気通路直交型を改良したものであるが、勿論、実施例２のペルチェ冷却・加熱モジュール１において、一段おきに空気通過面積を拡大させるようにして、空気通路直平行型に適用してもよい。
なお、上記実施例３では、空調空気を使用する側として冷房用の冷却放熱器３６を採用して、使用しない側の廃棄する多量の空気を加熱放熱器３７に通気させ、加熱空気として排出しているが、勿論この逆でもよい。すなわち、実施例３の変形として、空調空気を使用する側として暖房用に加熱放熱器３７を採用し、このために加熱放熱器３７の空気通過面積を狭くし、使用しない側の廃棄する多量の空気を、空気通過面積を大きくした冷却放熱器３６の通路を通過させ、冷却空気として排出するようにしてもよい。