(57)【要約】  【課題】流通経路を流通する液状の媒体を温度調節するに際し、タンクなどで留め置くことなくダイレクトに温度調節可能な技術を提供する。  【解決手段】冷却または加熱対象となる液状の媒体が流れる流通経路中に介在し、該流通経路を流れる媒体を冷却または加熱する温調装置であって、前記流通経路から媒体を導入して排出するまでの一定距離を有する一定距離に渡って媒体を流通させる温調経路と、前記温調経路を取り囲み、該温調経路を流通する媒体との間で熱移動が生じる材料で形成された蓄熱ブロックと、前記蓄熱ブロックの外周面に接触し、該蓄熱ブロックとの間で吸熱または排熱を実施可能なペルチェモジュールと、前記ペルチェモジュールの動作を制御する制御部と、を備えている。【選択図】図１
2017129303.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却または加熱対象となる液状の媒体が流れる流通経路中に介在し、該流通経路を流れる媒体を冷却または加熱する温調装置であって、
前記流通経路から媒体を導入して排出するまでの一定距離を有する一定距離に渡って媒体を流通させる温調経路と、
前記温調経路を取り囲み、該温調経路を流通する媒体との間で熱移動が生じる材料で形成された蓄熱ブロックと、
前記蓄熱ブロックの外周面に接触し、該蓄熱ブロックとの間で吸熱または排熱を実施可能なペルチェモジュールと、
前記ペルチェモジュールの動作を制御する制御部と、を備えており、
前記制御部は、
前記温調経路に導入された媒体が排出されるまでの期間の熱移動により、該媒体が所定の目標温度まで到達するのに必要な初期温度まで、前記蓄熱ブロックの温度を変化させるのに必要な期間として定められた初期温調期間にわたって前記ペルチェモジュールを動作させる初期温調手段と、
前記蓄熱ブロックの温度を前記初期温度で維持させるべく前記ペルチェモジュールを動作させる温度維持手段と、を備えている
ことを特徴とする温調装置。
【請求項２】
前記ペルチェモジュールにおける前記蓄熱ブロックと反対側の面に、ヒートシンクおよび該ヒートシンクへの送風を行うファンが設けられている
ことを特徴とする請求項１に記載の温調装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被温調対象の媒体についての温度調節を行うための温調装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の浄水器などのように、流通経路を流通する液状の媒体を温度調節する温調装置ではタンク式が主流となっている。タンク式はその構造より、衛生上細菌が繁殖しやすいため、最近では、水を一時貯蔵することなく、ダイレクトに温度調節する方法が望まれていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２２５２５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ダイレクトに水を温度調節しようとした場合、一定の水量を確保するために非常に大きな吸熱量を必要とするため、ペルチェ素子を使用した構造を考える場合、非常に多くのペルチェ素子を必要とする上、ペルチェ素子の放熱・吸熱のために、水などの媒体を採用しなければならず、この水を確保するために、水道水を使用し、放熱・吸熱に使用した水を捨てるような構造とする必要があった。このため、現在、コンプレッサー式のダイレクト冷却方式が採用されている。
【０００５】
ただし、振動、音、コスト、およびフロンを使用することよる、環境破壊（地球温暖化）という欠点が存在するため、低価格でなおかつ低環境負荷を可能にする、ダイレクトに温度調節可能な装置が求められていた。
【０００６】
本願発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、流通経路を流通する液状の媒体を温度調節するに際し、タンクなどで留め置くことなくダイレクトに温度調節可能な技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため第１局面（請求項１）としては、冷却または加熱対象となる液状の媒体が流れる流通経路中に介在し、該流通経路を流れる媒体を冷却または加熱する温調装置であって、前記流通経路から媒体を導入して排出するまでの一定距離を有する一定距離に渡って媒体を流通させる温調経路と、前記温調経路を取り囲み、該温調経路を流通する媒体との間で熱移動が生じる材料で形成された蓄熱ブロックと、前記蓄熱ブロックの外周面に接触し、該蓄熱ブロックとの間で吸熱または排熱を実施可能なペルチェモジュールと、前記ペルチェモジュールの動作を制御する制御部と、を備えており、前記制御部は、前記温調経路に導入された媒体が排出されるまでの期間の熱移動により、該媒体が所定の目標温度まで到達するのに必要な初期温度まで、前記蓄熱ブロックの温度を変化させるのに必要な期間として定められた初期温調期間にわたって前記ペルチェモジュールを動作させる初期温調手段と、前記蓄熱ブロックの温度を前記初期温度で維持させるべく前記ペルチェモジュールを動作させる温度維持手段と、を備えている。
【０００８】
このような構成であれば、流通経路を流通する液状の媒体を温度調節するに際し、タンクなどで留め置くことなくダイレクトに温度調節することができる。
また、この構成においては、以下に示す第２の構成（請求項２）のようにしてもよい。
【０００９】
この構成においては、前記ペルチェモジュールにおける前記蓄熱ブロックと反対側の面に、ヒートシンクおよび該ヒートシンクへの送風を行うファンが設けられている。
この構成であれば、流通経路を流通する液状の媒体を冷却するに際し、タンクなどで留め置くことなくダイレクトに冷却することができ、さらに、ヒートシンクおよびファンによって、ペルチェモジュールの吸熱した熱を適切に排出させることができるため、安定的に媒体を冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】温調装置の外観を示す斜視図
【図２】温調装置の構成要素を示す斜視図
【図３】ペルチェモジュールの性能に関する検証結果を示す図
【図４】収容ケースの性能に関する検証結果を示す図
【図５】温調装置における部品構成を示す図
【図６】温調装置の装置構成を示すブロック図
【図７】温調処理の処理手順を示すフローチャート
【図８】別の実施形態における温調装置の装置構成を示すブロック図
【図９】別の実施形態における温調処理の処理手順を示すフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
（１）全体構成
温調装置１は、冷却対象となる液状の媒体が流れる流通経路中に介在し、その流通経路を流れる媒体を冷却するものであり、図１、図２に示すように、流通経路から媒体を導入して排出するまでの一定距離を有する一定距離に渡って媒体を流通させる温調経路１０と、温調経路１０を取り囲み、この温調経路１０を流通する媒体との間で熱移動が生じる材料で形成された蓄熱ブロック２０と、蓄熱ブロック２０の外周面に接触し、この蓄熱ブロック２０との間で吸熱または排熱を実施可能なペルチェモジュール３０と、これら部材を収容する収容ケース４０と、ペルチェモジュール３０における蓄熱ブロック２０と反対側の面に設けられたヒートシンク５０と、ヒートシンク５０への送風を行うファン６０と、を備えている。
【００１２】
温調経路１０は、温調装置１を設置した状態において上記流通経路を流通する媒体を流通させるのに充分な流路断面積を有する樹脂材料のものが使用されている。本実施形態では、流量１リットル/ｍｉｎを確保するための断面積として、実験により求められた４２ｍｍ２が採用されている。また、この温調経路１０は、媒体の導入箇所から排出箇所までの間に複数回屈曲しており、これにより充分な熱移動を実現ならしめている。ここでは、屈曲により経路を長くし、媒体との接触面積を確保する構成としているが、例えば温調経路１０の内周面に突起を設けたり凹凸に形成したりするなど、表面形状の工夫により接触面積を確保する構成としてもよい。
【００１３】
なお、本実施形態において、この温調経路１０の内周面は、経路内を通る媒体が凍結して経路自体が塞がれてしまうことを防止すべく撥水処理（例えばフッ素樹脂によるコーティングなど）が施されている。この撥水処理は熱伝導を不必要に妨げない程度の厚さで施されている。
【００１４】
蓄熱ブロック２０は、温調経路１０を表裏方向それぞれから挟み込む一組の板状部材からなり、表側の蓄熱ブロック２０には、その表面側にペルチェモジュール３０が配置され、裏側の蓄熱ブロック２０には、その上下端部に温調経路１０の端部それぞれと接続してこれを収容ケース４０の外部へと接続するための接続部２１が設けられている。なお、本実施形態においては、蓄熱材料（具体的にはステンレス）により構成されている。
【００１５】
ペルチェモジュール３０は、表側の蓄熱ブロック２０に対し、上下方向に並べて複数個が配置されている。なお、本実施形態では、必要な冷却能力にあわせ、２種類のペルチェモジュールを多段に積層してなるモジュールが採用されている。このペルチェモジュール３０の性能に関する検証結果を図３に示す。
【００１６】
収容ケース４０は、前面側が開口した矩形（本実施形態では四角形）の箱体であり、ここに収容される部材（特に蓄熱ブロック２０）の外部との熱移動を防止するとともに蓄熱ブロック２０の結露を防止すべく断熱材により構成されている。この断熱材としては、蓄熱ブロック２０の温度を後述の初期温度に維持するのに必要充分な断熱能力を有していればよく、本実施形態では、発砲スチロールが採用されている。この収容ケース４０の性能に関する検証結果を図４に示す。
【００１７】
また、この収容ケース４０には、蓄熱ブロック２０の接続部２１を外部に通すための挿通孔４１が上下端に設けられている。
ヒートシンク５０およびファン６０は、蓄熱ブロック２０の長さ方向に沿った一定の領域からの放熱を促進させるべく、この領域にわたって複数配置されている。
【００１８】
なお、このように構成された温調装置１における部品構成を図５に示す。
また、上記のように構成された温調装置１は、図６に示すように、ペルチェモジュール３０およびファン６０の動作を制御する制御部７０と、蓄熱ブロック２０の温度を検出する温度センサ８０と、を備えており、この制御部７０による後述の温調処理によって流通経路を流れる媒体の冷却を実現する。なお、この制御部７０は、メモリを有するマイクロコンピュータであり、外部からの指令（図示されないユーザインタフェースからの入力）を受けて後述の温調処理を実行する。
（２）制御部７０による温調処理
以下に、制御部７０が内蔵するメモリに格納されたプログラムに従って実行する温調処理の処理手順を図７に基づいて説明する。この温調処理は、外部からの処理開始の指令を受けた際に開始される。
【００１９】
温調処理が起動されると、まず、各ファン６０によるペルチェモジュール３０への送風が開始される（ｓ１１０）。ここでは、制御部７０から各ファン６０へと指令がなされ、これを受けたファン６０が送風を開始する。
【００２０】
次に、各ペルチェモジュール３０による初期温調が開始される（ｓ１２０）。ここでは、制御部７０から各ペルチェモジュール３０へと指令がなされ、これを受けたペルチェモジュール３０が蓄熱ブロック２０の冷却を開始する（冷却動作を開始する）。なお、この初期温調に際しては、上記ｓ１１０で開始されたファン６０による送風が適宜中断または送風量が制御される。
【００２１】
このｓ１２０以降、あらかじめ定められた初期温調期間が経過したか否かがチェックされる（ｓ１３０）。この初期温調期間は、所定の初期温度まで蓄熱ブロック２０の温度を変化させるのに必要な期間として定められた期間である。この初期温度は、温調経路１０に導入された媒体が外部へと排出されるまでの期間の熱移動により、この媒体が所定の目標温度まで到達するのに必要な蓄熱ブロック２０の温度であり、本実施形態では、諸条件により決められた−３５℃となるように構成している（環境温度２５℃に対して−６０℃）。
【００２２】
本実施形態において、初期温調期間が経過したか否かは、温度センサ８０で検出された蓄熱ブロック２０の温度が初期温度に到達しているか否かで判断される構成となっているが、蓄熱ブロック２０が上記初期温度に到達するのに必要な期間としてあらかじめ定められた固定的な期間であってもよい。
【００２３】
こうして初期温調期間が経過するまで待機状態となり（ｓ１３０：ＮＯ）、初期温調期間が経過したら（ｓ１３０：ＹＥＳ）、上記ｓ１２０で開始された各ペルチェモジュール３０による初期温調が終了する（ｓ１４０）。ここでは、制御部７０から各ペルチェモジュールへと指令がなされ、これを受けたペルチェモジュール３０が蓄熱ブロック２０の冷却を終了する（冷却動作を終了する）。
【００２４】
ここまでのｓ１２０〜ｓ１４０が本発明における初期温調手段である。
次に、蓄熱ブロック２０が初期温度であるか否かがチェックされる（ｓ１５０）。ここでは、温度センサ８０に検出された温度に基づいて蓄熱ブロック２０が初期温度であるか（初期温度よりも所定のしきい値温度を超えた高温となっているか）否かが判定される。
【００２５】
このｓ１５０で蓄熱ブロック２０が初期温度ではないと判定されたら（ｓ１５０：ＮＯ）、各ペルチェモジュール３０による追加温調が開始される（ｓ１６０）。ここでは、制御部７０から各ペルチェモジュール３０へと指令がなされ、これを受けたペルチェモジュール３０が蓄熱ブロック２０の冷却を開始する。
【００２６】
なお、この追加温調に際しては、上記ｓ１１０で開始されたファン６０による送風が適宜中断または送風量が制御される。
この後、ステップがｓ１５０へと戻り、ここで初期温度であると判定されたら（ｓ１５０：ＹＥＳ）、上記ｓ１６０で開始された追加温調が終了する（ｓ１７０）。ここでは、上記ｓ１４０と同様、制御部７０からの指令を受けたペルチェモジュール３０が蓄熱ブロック２０の冷却を終了する。なお、上記ｓ１６０による追加温調の開始されていない状態でこのｓ１７０へと移行した場合には、このｓ１７０では何らの処理も行われない。
【００２７】
こうしてｓ１７０を終えた後、ステップがｓ１５０へと戻る。
以降、ｓ１５０〜ｓ１７０が繰り返され、これによって、蓄熱ブロック２０の温度が初期温度で維持されることとなる。このｓ１５０〜ｓ１７０が本発明における温度維持手段である。
（３）変形例
本実施形態では、ペルチェモジュール３０による媒体の冷却を行うための構成を例示するが、媒体の加熱を行うための構成とすることができることはいうまでもない。
【００２８】
本実施形態においては、図８に示すように、媒体の流通経路における本温調装置１に導入されるまでの経路の温度検出用の温度センサ８１が設けられた構成とし、各温度センサの検出結果に基づいて温調処理における初期温度を決定する構成としてもよい。
【００２９】
具体的には、図９に示すように、温調処理におけるｓ１１０の前に、温度センサ８１により検出される温度を温調装置１に導入される媒体の温度として検出し（ｓ２１０）、この温度の媒体が凍ることのない温度を媒体の特性などに基づいて算出して上記初期温度として設定する（ｓ２２０）、といった処理を実施するように構成することが考えられる。
【００３０】
また、上記実施形態においては、上記温調処理の終了に際し、温調経路１０に媒体が残らないように構成することが望ましい。具体的には、図８に示すように、温調経路１０の上流側にバルブなどの閉鎖手段９０を設け、上記温調処理の終了時、閉鎖手段９０を制御して温調経路１０を閉鎖されるようにしたり、温調経路１０の上流側から同じ媒体または別の媒体を一定量流し込むようにしたり、というような構成を採用することが考えられる。これにより、温調処理の終了時、それ以上の媒体の流入がなくなるため、温調経路１０に滞留している媒体をすべて排出することができる。
（４）作用，効果
このような構成であれば、流通経路を流通する液状の媒体を冷却するに際し、タンクなどで留め置くことなくダイレクトに冷却することができ、さらに、ヒートシンク５０およびファン６０によって、ペルチェモジュール３０の吸熱した熱を適切に排出させることができるため、安定的に媒体を冷却することができる。
【００３１】
具体的には、蓄熱材料である蓄熱ブロック２０を準備し、あらかじめペルチェモジュール３０により、該蓄熱部品を冷却することにより、冷却エネルギーを蓄積し、その冷却エネルギーを利用してダイレクトに水を冷却する方式としており、これにより、蓄熱部品を十分に低温まで（例マイナス20℃）冷却することにより、蓄熱部品と媒体の温度差により、熱移動のスピード（移動熱量）を確保し、短時間に一定温度の冷却を可能にする。
【００３２】
また、このとき、少ないエネルギーで時間をかけて蓄熱する構造であるため、ペルチェモジュール３０に求められる吸熱量を低く抑えることができる。
【符号の説明】
【００３３】
１…温調装置、１０…温調経路、２０…蓄熱ブロック、２１…接続部、３０…ペルチェモジュール、４０…収容ケース、４１…挿通孔、５０…ヒートシンク、６０…ファン、７０…制御部、８０…温度センサ、８１…温度センサ、９０…閉鎖手段。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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