(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の空間内における気体を冷却するために低温部分から高温部分へ熱を移動させるヒートポンプと、
荷電粒子を放出する放電電極と、
前記放電電極から放出された荷電粒子を捕集するために前記放電電極に対向するように配置された捕集電極とを備え、前記荷電粒子の移動により前記所定の空間における空気を送風する冷却装置であって、
前記放電電極は前記ヒートポンプの高温部分によって加熱されるように配置されているとともに、前記ヒートポンプの低温部分によって冷却された空気を前記荷電粒子の移動による送風によって送る、
冷却装置。
【請求項２】
前記ヒートポンプの高温部分に移動した熱の一部を前記所定の空間と壁で隔てられた領域へ放出するための放熱部をさらに備える、請求項１に記載の冷却装置。
【請求項３】
前記所定の空間において、気体と前記放電電極から放出する荷電粒子とを前記放電電極から前記捕集電極に向かって移動させるための流路をさらに備える、請求項１または請求項２に記載の冷却装置。
【請求項４】
前記所定の空間を収容する容器をさらに備え、前記放電電極と前記捕集電極が前記容器内に配置され、前記容器内に配置された対象物を前記ヒートポンプおよび前記送風によって冷却する、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の冷却装置。
【請求項５】
前記ヒートポンプは第１と第２のヒートポンプを含み、
所定の空間の気体は前記第１と第２のヒートポンプの低温部分によって冷却され、
前記第１のヒートポンプの高温部分に移動した熱は前記所定の空間と壁で隔てられた領域へ放出され、
前記放電電極は前記第２のヒートポンプの高温部分によって加熱されるように配置され、
前記所定の空間の気体から前記第１と第２のヒートポンプの低温部分に移動する熱量は、前記第２のヒートポンプの高温部分から前記放電電極に移動する熱量よりも大きい、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、一般的には冷却装置に関し、特定的にはイオン風を発生させ、そのイオン風を用いて食品、室内、物品等を冷却する冷却装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、食品等を保存する方法として冷凍技術が用いられている。この冷凍技術においては食品の品質を保つために食品を急速に冷凍することが望ましい。食品を急速に冷凍するためには、冷気を冷蔵庫内に風として送り、冷凍室内の温度を均一化することによって、対象物としての食品から熱を効率よく奪うことが行われている。
【０００３】
しかし、送風の方法として従来のファンを用いる方法では、ファンの駆動部に付着した霜等が障害となり、ファンを良好に駆動させることが困難になるという問題がある。
【０００４】
一方、ファンを用いない送風方法としては、イオン風発生装置を用いた方法がある。
【０００５】
たとえば、特開２００３−８８３４７号公報（特許文献１）には、イオン風を用いて被冷凍物を冷却する冷凍装置の構成が開示されている。この冷凍装置は、冷凍庫内の冷気を被冷凍物に送風する送風手段と、この送風手段により送風される冷気にイオン風を重畳するイオン風発生装置とを備える。この冷凍装置では、冷凍庫内にイオン風発生装置を配置し、イオン風を重畳させた冷気を被冷凍物に供給することにより、被冷凍物への直接熱伝達を促進し、被冷凍物からの抜熱が促進され、被冷凍物の急速な温度低下を助長することができる。
【０００６】
図６は、上記の従来の冷凍装置に適用されるイオン風発生装置を模式的に示す概略断面図である。
【０００７】
図６に示すように、冷凍庫６０１内に配置されるイオン風発生装置６は、管状の正極６０４ａと、この管状の正極６０４ａの内部に装入された線状の負極６０４ｂと、これらの正極６０４ａと負極６０４ｂの間に電圧を印加する電圧発生装置６０４ｃとから構成される。また、正極６０４ａと負極６０４ｂの間には、１００００Ｖ／ｃｍ以下、好ましくは７０００Ｖ／ｃｍ以下の電圧が印加される。このように構成されたイオン風発生装置６では、マイナスのイオンは正極６０４ａに引付けられるため、イオン化していない空気も同伴して引き付けられることによりイオン風が発生する。
【０００８】
また、たとえば、実開昭６０−６９９７７号公報（特許文献２）には、イオン風発生装置を冷蔵庫内に配置し、冷蔵庫内の空気を循環させる冷蔵庫の構成が開示されている。
【０００９】
図５は、上記の従来の冷蔵庫内に配置されるイオン風発生装置の動作原理を示す図である。
【００１０】
図５に示すように、冷蔵庫５内に配置されたイオン風発生装置５１６は、一方の電極板５１７と、その一方の電極板５１７の両側に対向状態に配設された二枚の他方の電極板５１８と、一方の電極板５１７の前方に配設されたイオン化線５１９とから構成される。このように構成されたイオン風発生装置５１６では、一方の電極板５１７に、たとえば−６．５ｋＶの負の直流電圧を加え、他方の電極板５１８に、たとえば−１３ｋＶの負の直流電圧を加えると、イオン化線５１９の周囲は他方の電極板５１８との高電位差（−１３ｋＶ）でプラズマ状となるため、そのマイナスイオンが、図５にて矢印で示すように他方の電極板５１８間に進み、このとき、空気の粘性により周りの空気を引っ張ることによって風が起こる。
【特許文献１】特開２００３−８８３４７号公報
【特許文献２】実開昭６０−６９９７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
冷気の送風方法としてイオン風発生装置を用いた冷却装置では、ファンを用いた冷却装置に比べて、結露した水粒子や霜がファンの駆動部に衝突することがなく、ファンによる振動が生じないという利点があるが、放電部分に霜が生成し、放電電極が霜等によって覆われてしまうことによって放電効率が変動するという問題がある。
【００１２】
放電効率が変動する原因は、放電電極の表面に水分や霜が付着し、電界を弱めること、電流を阻害すること等であると考えられる。極端な場合には、放電部が氷で覆われることによって放電が停止し、イオン風が全く生じなくなる場合がある。
【００１３】
そこで、この発明の目的は、イオン風を用いた冷気の送風によって対象物を冷却する装置であって、霜などの生成による環境変化の影響に妨げられることがなく、イオン風を安定して発生させることが可能な冷却装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この発明に従った冷却装置は、所定の空間における気体を冷却するために低温部分から高温部分へ熱を移動させるヒートポンプと、荷電粒子を放出する放電電極と、この放電電極から放出された荷電粒子を捕集するために放電電極に対向するように配置された捕集電極とを備え、荷電粒子の移動により上記の所定の空間における空気を送風する冷却装置であって、放電電極はヒートポンプの高温部分によって加熱されるように配置されているとともに、ヒートポンプの低温部分によって冷却された空気を荷電粒子の移動による送風によって送る。
【００１５】
このように構成されているので、放電電極はヒートポンプの高温部分によって熱せられるので、放電電極の表面には結露または氷結が生じない。このため、イオン風を安定して発生させることができ、このイオン風による冷気の送風によって対象物を安定して冷却することが可能になる。また、放電電極はヒートポンプを用いて加熱されるため、ヒーター等を用いる場合に比べて加熱部品を削減することができるので、低コスト化を実現することができる。さらに、ヒートポンプの冷却機能を、所定の空間内の気体の冷却に使用することができるため、省エネルギー化が可能になる。
【００１６】
この発明の冷却装置は、ヒートポンプの高温部分に移動した熱の一部を所定の空間と壁で隔てられた領域へ放出するための放熱部をさらに備えることが好ましい。
【００１７】
このように構成することにより、ヒートポンプの高温部分によって放電電極を加熱するとともに、放熱部によって高温部分の熱の一部を所定の空間と壁で隔てられた領域へ放出することによって、冷却対象の周囲の気体の温度を下げることができる。
【００１８】
また、この発明の冷却装置は、所定の空間において、気体と放電電極から放出する荷電粒子とを放電電極から捕集電極に向かって移動させるための流路をさらに備えることが好ましい。
【００１９】
このように構成することにより、イオン風を用いて冷却対象に向けて冷気を効果的に送風することができる。
【００２０】
さらに、この発明の冷却装置は、所定の空間を収容する容器をさらに備え、放電電極と捕集電極が容器内に配置され、容器内に配置された対象物をヒートポンプおよび上記の送風によって冷却することが好ましい。
【００２１】
このように構成することにより、容器内の気体を継続して冷却し、冷却温度を下げることができるので、食品保存などに適した冷却装置を実現することができる。
【００２２】
この発明の冷却装置において、ヒートポンプは第１と第２のヒートポンプを含み、所定の空間の気体は第１と第２のヒートポンプの低温部分によって冷却され、第１のヒートポンプの高温部分に移動した熱は所定の空間と壁で隔てられた領域へ放出され、放電電極は第２のヒートポンプの高温部分によって加熱されるように配置され、所定の空間の気体から第１と第２のヒートポンプの低温部分に移動する熱量は、第２のヒートポンプの高温部分から放電電極に移動する熱量よりも大きいことが好ましい。
【００２３】
このように構成することにより、第１と第２のヒートポンプの冷却能力が、第２のヒートポンプによる放電電極の加熱能力より大きいため、対象とする気体を安定して冷却することができる。また、第１のヒートポンプと第２のヒートポンプを独立して駆動することができるので、環境に合わせた駆動条件を最適化することができ、無駄な電力を使用することなく、放電電極を加熱するためにヒーターを用いないことによる装置の簡略化と低消費電力化を実現することができる。
【発明の効果】
【００２４】
以上のように、本発明によれば、イオン風を用いた冷却において、氷結や結露等の放電を不安定化させる環境要因に妨害されず、イオン風発生部において放電を安定して行うことができ、これによってイオン風を安定して発生させることができ、このイオン風による冷気の送風によって対象物を安定して冷却することが可能になる。また、ヒートポンプの冷却機能を、所定の空間の気体の冷却に使用することができるため、省エネルギー化が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
（実施形態１）
本発明の実施の形態１を図１に基づいて説明する。
【００２６】
図１は、ペルチェ素子をヒートポンプとして用いた場合のイオン送風による冷却装置の一つの実施の形態を概略的に示す断面図である。
【００２７】
図１に示すように、本実施の形態の冷却装置１は、ヒートポンプとしてのペルチェ素子１０１と、放電電極としての放電針１０２と、捕集電極としての網状電極１０３とを備える。ペルチェ素子１０１は、風洞１０７で囲まれた所定の空間１０６の気体、一例として空気を冷却するために低温部分１０１ａから高温部分１０１ｂへ熱を移動させる一種のヒートポンプ機能を有する。ペルチェ素子用電源１０１ｃから、低温部分１０１ａと高温部分１０１ｂの接合部に電流が供給されると、一方の金属を含む低温部分１０１ａから他方の金属を含む高温部分１０１ｂへ熱が移動する。放電用高圧電源１０４から放電針１０２と網状電極１０３との間に高電圧を印加することにより、放電針１０２は、風洞１０７で囲まれた所定の空間に荷電粒子を放出する。放電針１０２に対向するように配置された網状電極１０３は、放電針１０２から放出された荷電粒子を捕集する。放電針１０２は、絶縁性で熱伝導性を有する取り付け台１０５の上に固着されている。取り付け台１０５には、ペルチェ素子１０１の高温部分１０１ｂが接するように固着されている。このようにして、放電針１０２は、取り付け台１０５を介してペルチェ素子１０１の高温部分１０１ｂによって加熱されるように配置されている。
【００２８】
具体的には、一例として、直径２ｃｍの風洞１０７の一方端部側に網状電極１０３が配置され、網状電極１０２から２ｃｍ離れた位置に放電針１０２が配置されている。放電針１０２は取り付け台１０５の一方端面に接するように取り付けられ、ペルチェ素子１０１の高温部分１０１ｂは取り付け台１０５の他方端面に接するように取り付けられている。ペルチェ素子１０１の低温部分１０１ａと高温部分１０１ｂにはペルチェ素子用電源１０１ｃが接続され、正極としての放電針１０２と負極としての網状電極１０３には放電用高圧電源１０４が接続されている。
【００２９】
このように構成された冷却装置１において、イオン風発生手段としての放電針１０２と網状電極１０３との間に放電用高圧電源１０４から約６ｋＶの電圧が供給される。これにより、先鋭な放電針１０２にはコロナ放電が発生する。放電針１０２から生成した荷電粒子は、捕集電極として機能する網状電極１０３に向かって空気中を移動する。この荷電粒子の移動に伴って、イオン風が、風洞１０７で囲まれた所定の空間内で矢印Ｐの方向に送られ、別に設置された被冷却対象物１０８の位置に達する。このように本発明の冷却装置１では、送風手段としてファンを用いず、イオン風発生手段を用いるため、送風を起こすための駆動源に騒音が発生せず、静かである。
【００３０】
一例として、取り付け台１０５は、熱伝導性かつ絶縁性のセラミックスで作製された断面積が２ｃｍ２、厚みが１ｍｍの薄膜で構成されている。この薄膜の一方表面には放電針１０２が接するように固着され、反対側の他方表面にはペルチェ素子１０１の高温部分１０１ｂが接するように固着されている。また、ペルチェ素子用電源１０１ｃから、低温部分１０１ａと高温部分１０１ｂの接合部に電流が供給されると、低温部分１０１ａから高温部分１０１ｂへ熱が移動する。これにより、ペルチェ素子１０１の低温部分１０１ａは冷却されるので、周辺の空気が冷却される。この冷気は、上記のイオン風によって、風洞１０７で囲まれた所定の空間内で矢印Ｐの方向に送られ、別に設置された被冷却対象物１０８の位置に達した後、風洞１０７の外部へ放出される。
【００３１】
一例として、ペルチェ素子１０１は、一辺が１ｃｍの正方形状の表面を有し、厚みが３．８ｍｍである。低温部分１０１ａと高温部分１０１ｂの接合部に、ペルチェ素子用電源１０１ｃから、１２Ｖの電圧が印加され、０．１Ａの電流が流れるように設定されている。ペルチェ素子１０１の吸熱量は１Ｗである。ペルチェ素子１０１の内部に設けた半導体素子のペルチェ効果により、２種類の金属の接合部を有する板状の半導体素子に電流が流れると、一方の表面を形成する低温部分１０１ａから吸熱した熱量を、他方の表面を形成する高温部分１０１ｂから放出することができる。高温部分１０１ｂには熱伝導性の取り付け台１０５を介して放電針１０２が接するように固着されている。このように構成されているので、放電針１０２は高温部分１０１ｂによって熱せられるので、放電針１０２の表面には結露または氷結が生じない。このため、イオン風を安定して発生させることができ、このイオン風による冷気の送風によって対象物を安定して冷却することが可能になる。
【００３２】
具体的には、一例として、ペルチェ素子１０１の高温部分１０１ｂが放電針１０２に接しているため、放電針１０２へはペルチェ素子１０１の消費電力である１．２Ｗ（印加電圧１２Ｖと電流０．１Ａの積）と、吸熱量である１Ｗの合計２．２Ｗの熱量が印加されるため、氷結や結露が生じにくく、安定した送風と冷却が可能にある。
【００３３】
また、本発明の冷却装置１は冷蔵庫内に設置することができる。その場合、別途設けられた冷却部にて低温になった空気を対象物へ送風することができ、良好な冷却を行うことができる。
【００３４】
さらに本発明の冷却装置１では、ペルチェ素子１０１の低温部分１０１ａの吸熱作用により周辺の空気から熱が奪われるので、周辺の空気が冷却される。このため、本装置から矢印Ｐの方向に送風される空気において、高温部分１０１ｂによって放電針１０２が加熱されることによる温度上昇が抑制され、被冷却対象物１０８の位置においても、効果的な冷却が可能になる。単にヒーターを用いて放電電極を加熱した場合と比較すると、冷却効果が大きくなり、トータルの発熱量は１．２Ｗに抑えることができる。
【００３５】
さらにまた、本実施の形態の冷却装置１を室内で連続動作させたところ、風洞１０７から外部へ放出される風速は毎秒２ｍであった。また、放電針１０２はペルチェ素子１０１で加熱されることによって、その温度が約５０℃に保たれるので、放電針１０２の表面に結露がなく、イオン風発生手段を長時間、安定して駆動することが可能であることが確認された。
【００３６】
なお、本実施の形態では、冷却装置１を冷蔵庫内に設置する例について上述したが、冷却装置１の使用形態はこれに限定されるものではなく、一般の開放空間に冷却装置１を配置してもよい。
【００３７】
（実施形態２）
本発明の実施の形態２を図２に基づいて説明する。
【００３８】
図２は、ペルチェ素子をヒートポンプとして用いた場合のイオン送風による冷却装置のもう一つの実施の形態を概略的に示す断面図である。実施の形態２は、実施の形態１を一部変更したものである。
【００３９】
本実施の形態において、実施の形態１と異なる点について説明する。
【００４０】
図２に示すように、冷却装置２は、ペルチェ素子１０１の高温部分１０１ｂの熱を外部へ放出する放熱部１０９を備えている。放熱部１０９は、銅を主体とする金属で作製されている。断熱部１１０が、風洞１０７内に位置付けられる放熱部１０９の一部を覆うように配置されている。放熱部１０９は、ペルチェ素子１０１の高温部分１０１ｂに接しているので、ペルチェ素子１０１にて発生した熱の一部を風洞１０７の外部へ放出することができる。冷却装置２におけるその他の構成は、図１に示す冷却装置１と同様である。
【００４１】
冷却装置２では、ヒートポンプとしてのペルチェ素子１０１にて発生した熱の一部を風洞１０７の外に排出し、かつ、残りの熱を放電針１０２の加熱に使用している。一方、ペルチェ素子１０１の低温部分１０１ａの周りに位置する空気は冷却され、この冷気は、矢印Ｐの方向に送られるイオン風とともに送風される。
【００４２】
このように構成されているので、ペルチェ素子１０１の作用によって発生する熱の一部は放電針１０２を加熱し、他の熱の一部は風洞１０７の外部へ放出されるので、冷却された空気を効果的にイオン風により送風することができ、ヒーターを用いた電極の加熱と比較すると、空気の温度上昇を抑制することができる。すなわち、ペルチェ素子１０１の高温部分１０１ｂによって放電針１０２を加熱するとともに、放熱部１０９によって高温部分１０１ｂの熱の一部を所定の空間１０６と壁で隔てられた領域へ放出することによって、冷却対象の周囲の気体の温度を下げることができる。したがって、放電針１０２の表面が結露または氷結せず、かつ、冷却した風をイオン風とともに対象空間へ効率よく放出することができる。
【００４３】
本実施の形態の冷却装置２を温度が−１０℃の冷蔵庫内で連続動作させたところ、風洞１０７から外部へ放出される風速は毎秒２ｍであった。また、放電針１０２はペルチェ素子１０１によって加熱されることによって、その温度が約５℃に保たれ、放電針１０２の表面に結露がなく、イオン風発生手段を長時間、安定して駆動することが可能であることが確認された。
【００４４】
また、送風される空気の温度は−１２℃となり、冷蔵庫内の温度−１０℃に比べて、さらに冷却された空気をイオン風により送風することができ、対象とする物体の冷却により適していることが確認された。つまり、放電電極を単にヒートポンプで熱しただけでは、周辺の空気が熱せられて冷却には適さないが、ヒートポンプの熱の一部を外部へ放出する機構を設けることにより、対象物の冷却効果を大きくすることができる。
【００４５】
なお、実施の形態１および実施の形態２の冷却装置１、２の構成においては、電気駆動部は放電用とペルチェ素子用の２系統の電圧・電流印加を行うことによって動作させるだけであり、モーターのように複雑な駆動制御を行う必要がない。
【００４６】
また、実施の形態１および実施の形態２の冷却装置１、２は、所定の空間内において、空気と放電針１０２から放出する荷電粒子とを放電針１０２から網状電極１０３に向かって移動させるための流路として風洞１０７を備えることにより、イオン風を用いて冷却対象に向けて冷気を効果的に送風することができる。
【００４７】
（実施形態３）
本発明の実施の形態３を図３に基づいて説明する。実施の形態３は、本発明の冷却装置を冷蔵庫の冷却に使用した例である。
【００４８】
図３は、本発明の冷却装置の一つの応用例としての冷蔵庫の構成を概略的に示す図である。
【００４９】
図３に示すように、本発明の冷却装置３は、所定の空間３０６を収容する容器３１０を備える。放電電極としての放電針３０２と捕集電極としての網状電極３０３が容器３１０内に配置されている。容器３１０内に配置された被冷却対象物３０８が冷却装置３によって冷却される。
【００５０】
所定の容器３１０の内部には、風洞３０７、低温部分３０１ａと高温部分３０１ｂとからなるペルチェ素子３０１、放電針３０２、網状電極３０３、および、絶縁性の熱伝導体３０９が配置されている。また、放電針３０２と網状電極３０３の間には５ｋＶの高圧電源（図示せず）が接続されている。さらに、ペルチェ素子３０１には別の電源（図示せず）が接続されており、一例として、１２Ｖの直流電圧が印加され、５Ａの電流が流され、その消費電力は６０Ｗである。ペルチェ素子３０１の低温部分３０１ａが冷却され、高温部分３０１ｂが加熱されることにより、容器３１０の内部が冷却されるようになっており、吸熱量は４０Ｗである。
【００５１】
以上のように構成された冷却装置３の動作について説明する。まず、ペルチェ素子３０１を動作させると、低温部分３０１ａが冷却されると同時に、高温部分３０１ｂが発熱し、４０Ｗの吸熱量で冷却された空気が容器３１０の内部に拡散する。また、放電針３０２には、高温部分３０１ｂの熱の一部である１０Ｗ相当の熱量が熱伝導体３０９を通じて供給され、放電電極の結露または氷結が抑制される。
【００５２】
図３に示すように、ペルチェ素子３０１の低温部分３０１ａによる冷却機能は、容器３１０の内部の冷却に使用されるため、ペルチェ素子３０１の駆動により、容器３１０の内部が冷却されることができ、容器３１０の内部に配置された被冷却対象物３０８としての野菜を冷却することができる。
【００５３】
また、図３に示すように、ペルチェ素子３０１から容器３１０の外部へ放出される熱量は９０Ｗである。この熱量は、ペルチェ素子３０１の自己発熱量６０Ｗと、容器３１０の内部からの吸熱量４０Ｗから、放電針３０２へ供給される熱量の１０Ｗを差し引いた値である３０Ｗとの合計である。
【００５４】
さらに、冷却装置３において、放電針３０２には高電圧電源（図示せず）から電圧が印加され、網状電極３０３に向かって矢印Ｐの方向にイオン風が発生する。このため、ペルチェ素子３０１の低温部分３０１ａで冷却された空気は、イオン風とともに、矢印Ｐの方向に、風洞３０７から容器３１０内へ均一に供給することができる。本実施形態では、ペルチェ素子３０１の吸熱量４０Ｗから、放電針３０２の加熱に用いられる熱量１０Ｗを差し引いた３０Ｗが容器３１０内の冷却に使われ、野菜等の保存に適した冷蔵庫を提供することができる。このようにして、容器３１０内の空気を継続して冷却し、冷却温度を下げることができるので、食品保存などに適した冷却装置を実現することができる。
【００５５】
さらにまた、この構成において、放電針３０２は、ペルチェ素子３０１の高温部分３０１ｂから発生する熱の一部で熱せられることから、イオン風発生手段を長時間、駆動しても、メンテナンス頻度が小さく、安定した冷却が可能であった。
【００５６】
容器３１０内の平均的な風速は約１ｃｍ／秒であり、容器３１０から自然に流入する熱量との平衡状態における温度は、−１℃に保つことができた。
【００５７】
また、本条件で放電針３０２の温度は３℃であり、放電針３０２の表面に氷結や結露は生じず、安定したイオン風の送風が可能であった。
【００５８】
（実施形態４）
本発明の実施の形態４を図４に基づいて説明する。実施の形態４は、本発明の冷却装置を冷蔵庫の冷却に使用したもう一つの例である。
【００５９】
図４は、本発明の冷却装置のもう一つの応用例としての冷蔵庫の構成を概略的に示す図である。
【００６０】
図４に示すように、本発明の冷却装置４では、図３に示される冷却装置３の構成に、冷凍機４０１が付け加えられている。冷凍機４０１は、コンプレッサー、蒸発器、圧縮器および冷媒等からなる冷凍サイクル４０１ｃと、冷凍サイクル４０１ｃに接続され、低温部分として主に冷却のために用いられる熱交換部４０１ａと、冷凍サイクル４０１ｃに接続され、高温部分として主に放熱のために用いられる熱交換部４０１ｂとを備えている。
【００６１】
以下、上記のように構成された冷凍機４０１を第１のヒートポンプといい、ペルチェ素子３０１を第２のヒートポンプという。
【００６２】
以上のように構成された冷却装置４の動作について説明する。まず、第１のヒートポンプの主な機能は容器３１０内を冷却することであって、冷凍サイクル４０１ｃの動作によよって熱交換部４０１ａが、たとえば、２００Ｗの吸熱量で冷却され、容器３１０内の空気が同様に冷却される。また、熱交換部４０１ｂから熱が、たとえば、２００Ｗの発熱量で容器３１０の外部へ放出される。
【００６３】
一方、第２のヒートポンプを動作させると、ペルチェ素子３０１の低温部分３０１ａが、４０Ｗの吸熱量で冷却されると同時に、ペルチェ素子３０１の高温部分３０１ｂが発熱することによって、風洞３０７から容器３１０の内部に冷却された空気が拡散する。また、放電針３０２には、高温部分３０１ｂの熱の一部が熱伝導体３０９を通じて５０Ｗの熱量で伝達され、放電針３０２の表面上での結露または氷結が抑制される。
【００６４】
たとえば、第２のヒートポンプによる熱移動は４０Ｗに設定されており、第２のヒートポンプの駆動により発生する熱量は６０Ｗである。ペルチェ素子３０１から容器３１０の外部へ放出される熱量は５０Ｗである。一方、ペルチェ素子３０１の冷却機能としては、容器３１０の内部の冷却に４０Ｗの吸熱量が用いられるため、ペルチェ素子３０１の駆動により容器３１０の内部が冷却される。また、ベルチェ素子３０１の高温部分３０１ｂから熱伝導体３０９を通じて発熱量５０Ｗが放電針３０２に供給され、放電針３０２を加熱するために使用される。これにより、容器３１０の内部は、第２のヒートポンプによって、１０Ｗで加熱されることになる。
【００６５】
しかし、第１のヒートポンプによる冷却性能が２００Ｗであり、第１のヒートポンプの冷却性能は４０Ｗである。これらの冷却性能の合計２４０Ｗは、放電針３０２の加熱量５０Ｗより大きいため、容器３１０内を冷却することができる。
【００６６】
すなわち、冷却装置４は、第１と第２のヒートポンプを含み、容器３１０内の空気は第１と第２のヒートポンプの低温部分４０１ａ、３０１ａによって冷却され、第１のヒートポンプの高温部分４０１ｂに移動した熱は容器３１０の外へ放出され、放電針３０２は第２のヒートポンプの高温部分３０１ｂによって加熱されるように配置され、容器３１０内の空気から第１と第２のヒートポンプの低温部分４０１ａ、３０１ａに移動する熱量２４０Ｗは、第２のヒートポンプの高温部分３０１ｂから放電針３０２に移動する熱量５０Ｗよりも大きいことが好ましい。
【００６７】
このように構成することにより、第１と第２のヒートポンプの冷却能力が、第２のヒートポンプによる放電電極の加熱能力より大きいため、対象とする容器３１０内の空気を安定して冷却することができる。また、第１のヒートポンプと第２のヒートポンプを独立して駆動することができるので、環境に合わせた駆動条件を最適化することができ、無駄な電力を使用することなく、放電電極を加熱するためにヒーターを用いないことによる装置の簡略化と低消費電力化を実現することができる。
【００６８】
また、冷却装置４において、放電針３０２には高電圧電源（図示せず）により電圧が印加され、網状電極３０３に向かってイオン風が矢印Ｐの方向に発生する。このため、ペルチェ素子３０１の低温部分３０１ａで冷却された空気を風洞３０７から容器３１０内へ均一に供給することができ、野菜等の保存に適した冷蔵庫を提供することができる。
【００６９】
さらに、この実施の形態の冷却装置４では、単にヒーターで放電針を加熱する場合と比較して、良好な冷却性能を得ることができる。
【００７０】
さらにまた、この構成において、放電針３０２はペルチェ素子３０１の高温部分３０１ｂから発生する熱の一部で熱せられることから、イオン風発生手段を長時間、駆動させてもメンテナンス頻度が小さく、安定した冷却が可能であった。
【００７１】
容器３１０内の平均的な風速は約１ｃｍ／秒であり、平均温度は−１０℃に保つことができた。
【００７２】
また、本条件で放電針３０２の温度は５℃であり、放電針３０２の表面に氷結や結露は生じず、安定したイオン風の送風が可能であった。
【００７３】
なお、本実施の形態において、第２のヒートポンプの発熱量の一部を必ずしも外部へ放出しなくてもよい。その場合、第１のヒートポンプの能力が大きく、本発明の上記の要件を満たすことによって、好ましい冷却性能を得ることができる。
【００７４】
また、本実施の形態において、容器３１０は必ずしも密閉した形状である必要がなく、必要に応じて開閉可能なドアを用いてもよい。
【００７５】
さらに、本実施の形態は容器のみに応用が限定されるものではなく、室内の冷却に用いる空気調和機（エアコンディショナ）に応用することが可能である。その場合、室内に設置される筐体に第１と第２のヒートポンプの全体、または、その一部を配置することによって、同様の効果、すなわち室内の冷却効果を得ることができる。また、その場合、熱の外部への放出は、室外機によって行うことができる。
【００７６】
以上の本発明の実施の形態では、冷蔵庫、空気調和機への適用を示したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、電子機器の冷却、分析装置、車体、建築物、その他あらゆる冷却対象を有する物品に適用可能である。
【００７７】
また、以上の本発明の実施の形態では、放電電極として針型放電電極の例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、沿面放電電極や、板状や棒状の放電電極など、熱導電性を有する電極であれば同様の効果を得ることができる。
【００７８】
以上に開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考慮されるべきである。本発明の範囲は、以上の実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての修正と変形を含むものである。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】ペルチェ素子をヒートポンプとして用いた場合のイオン送風による冷却装置の一つの実施の形態を概略的に示す断面図である。
【図２】ペルチェ素子をヒートポンプとして用いた場合のイオン送風による冷却装置のもう一つの実施の形態を概略的に示す断面図である。
【図３】本発明の冷却装置の一つの応用例としての冷蔵庫の構成を概略的に示す図である。
【図４】本発明の冷却装置のもう一つの応用例としての冷蔵庫の構成を概略的に示す図である。
【図５】従来の冷蔵庫内に配置されるイオン風発生装置の動作原理を示す図である。
【図６】従来の冷凍装置に適用されるイオン風発生装置を模式的に示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００８０】
１，２，３，４：冷却装置、１０１ａ，３０１ａ：低温部分、１０１ｂ，３０１ｂ：高温部分、１０２，３０２：放電針、１０３，３０３：網状電極、１０７，３０７：風洞、１０９：放熱部、３１０：容器、４０１：冷凍機、４０１ａ，４０１ｂ：熱交換部。
【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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【図６】
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