(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱電部材の放熱面に熱結合した第１の熱交換部と前記の熱電部材の冷却面に熱結合した第２の熱交換部とを形成した熱電熱交換ブロックを備え、第１の循環ポンプと放熱用熱交換器と前記熱電熱交換ブロックの第１の熱交換部とで第１の循環経路をなして、その内部に液体を充填して放熱系を形成し、第２の循環ポンプと冷却用熱交換器と前記熱電熱交換ブロックの第２の熱交換部とで第２の循環経路をなして、その内部に液体を充填して吸熱系を形成し、吸熱系の冷却用熱交換器と冷蔵庫本体の庫内空気との熱交換で冷蔵庫本体の庫内を冷却するとともに、前記熱電熱交換ブロックを冷蔵庫本体の庫外と断熱壁で仕切られた庫内に設けるとともに、第１の熱交換部を庫内側断熱壁に形成した凹部に嵌合することを特徴とする熱電モジュール式電気冷蔵庫。
【請求項２】
前記熱電熱交換ブロックの第１の熱交換部での第１の循環経路の入口部および出口部の配管を、熱電熱交換ブロックの断熱壁との対面部から断熱壁を通じて冷蔵庫本体の庫外に引き出した請求項１に記載の熱電モジュール式電気冷蔵庫。
【請求項３】
放熱用熱交換器の近傍で、かつこれと熱交換する外部空気を放熱用熱交換器に向けて取り入れる取入経路に、冷却用熱交換器からのドレン水を導き蒸発させる蒸発皿を設けた請求項１または２に記載の熱電モジュール式電気冷蔵庫。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ペルチェ素子等の熱電部材を使用して庫内を冷却する熱電モジュール式電気冷蔵庫に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
冷凍システムにペルチェ素子を使用した技術は、特表平６−５０４３６１号公報に開示されている。この技術は、ペルチェ素子の放熱面と冷却面のそれぞれに、熱交換水を循環させる循環経路を熱結合した熱電熱交換ブロックを形成し、ペルチェ素子の冷却面に熱結合された循環経路に介装した熱交換器での冷却によって目的物を冷却し、あるいはペルチェ素子の放熱面に熱結合された循環経路に介装した熱交換器での放熱によって目的物を温める。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の技術を利用して冷蔵庫を実現するためには、熱効率のさらなる向上が必要であるがこれを満足するものはまだ提供されていない。
【０００４】
本発明の目的は、熱電熱交換ブロックおよび吸熱系配管部分に発生する結露水を、熱電熱交換ブロックを庫内に設けることにより低減してさらなる熱効率の向上が図れる熱電モジュール式電気冷蔵庫を提供することにある。
【０００５】
本発明の次の目的は、前記庫内に設けられた熱電熱交換ブロックおよび放熱系配管の庫内に及ぼす熱影響を低減して、さらなる熱効率の向上が図れる熱電モジュール式電気冷蔵庫を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記のような目的を達成するために、請求項１の発明の熱電モシュール式電気冷蔵庫は、熱電部材の放熱面に熱結合した第１の熱交換部と前記の熱電部材の冷却面に熱結合した第２の熱交換部とを形成した熱電熱交換ブロックを備え、第１の循環ポンプと放熱用熱交換器と前記熱電熱交換ブロックの第１の熱交換部とで第１の循環経路をなして、その内部に液体を充填して放熱系を形成し、第２の循環ポンプと冷却用熱交換器と前記熱電熱交換ブロックの第２の熱交換部とで第２の循環経路をなして、その内部に液体を充填して吸熱系を形成し、吸熱系の冷却用熱交換器と冷蔵庫本体の庫内空気との熱交換で冷蔵庫本体の庫内を冷却するとともに、前記熱電熱交換ブロックを冷蔵庫本体の庫外と断熱壁で仕切られた庫内に設けるとともに、第１の熱交換部を庫内側断熱壁に形成した凹部に嵌合することを特徴とするものである。
【０００７】
このような構成では、熱電熱交換ブロックが冷蔵庫本体の庫内にあって、吸熱系の全てが庫内側に位置し庫外の温かい空気と接触しないので、吸熱系にて生じる結露水を低減することができ、その分熱効率が上がるとともに、放熱系による庫内空気への熱影響をさらに低減することができ、熱効率がさらに向上する。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、さらに、熱電熱交換ブロックの第１の熱交換部での第１の循環経路の入口部および出口部の配管を、熱電熱交換ブロックの断熱壁との対面部から断熱壁を通じて冷蔵庫本体の庫外に引き出したものであり、熱電熱交換ブロックが庫内に設けられても、これの放熱側である第１の熱交換部は断熱壁と対面して覆われ庫内空気と接触しないし、第１の循環経路は前記対面部から断熱壁を通じ庫外に引き出されて庫内に露出せず、第１の熱交換部からの出入り口配管部分ですら庫内空気と接触しないので、それらが庫内空気に及ぼす熱影響を低減することができ、その分熱効率が上がる。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１または２の発明において、さらに、放熱用熱交換器の近傍で、かつこれと熱交換する外部空気を放熱用熱交換器に向け取り入れる取入経路に、冷却用熱交換器からのドレン水を導き蒸発させる蒸発皿を設けたものであり、放熱用熱交換器と熱交換するために取り入れられる外部空気は、その取入経路に位置した蒸発皿に導かれ溜まっている冷却用熱交換器からのドレン水が、放熱用熱交換器の近傍で高い雰囲気温度にさらされて蒸発しているのを随伴させ、かつ蒸発していないドレン水を蒸発させながら随伴して、放熱用熱交換器との熱交換に及ぶので、放熱用熱交換器の放熱効率を高め、熱効率を向上することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の代表的な一実施の形態について添付の図面を参照しながら説明する。
【００１２】
本実施の形態は図１、図３に示すように、熱電部材の一例であるモジュール化したペルチェ素子２５の放熱面に熱結合した第１の熱交換部２６ａと前記のペルチェ素子２５の冷却面に熱結合した第２の熱交換部２６ｂとを形成して一体化した熱電熱交換ブロック１１を利用した冷凍サイクル方式の熱電モジュール式電気冷蔵庫である。
【００１３】
本実施の形態の冷蔵庫の筐体は、図１、図２に示すように冷蔵庫本体１と、この冷蔵庫本体１の前面開口部２を開閉するように軸３で枢支された前扉４とで構成されている。冷蔵庫本体１の背面の開口部を閉塞する背面板５の内側にこの背面板５とは間隔をおいて冷蔵庫本体１に取り付けられた隔壁６と、冷蔵庫本体１の内部に取付けられた庫内形成体７との間には断熱材が充填されて断熱壁８を構成している。前記前扉４も内部に断熱材を充填されて断熱壁を構成し、断熱壁８とで庫内の外回りを覆った庫内室１７を開閉できるように形成する。
【００１５】
熱電熱交換ブロック１１のペルチェ素子２５は通電されることによって、放熱面で放熱しながら冷却面で吸熱し、この吸熱特性は放熱特性に依存する。放熱系Ａは、第１の循環ポンプ１４ａと放熱用熱交換器１０と前記熱電熱交換ブロック１１の第１の熱交換部２６ａとを図３、図４に示すように管路３２ａから３２ｃで接続して第１の循環経路をなし、その内部に液体を充填して形成されている。
【００１６】
第１の循環ポンプ１４ａによって第１の循環路を循環される液体は、第１の熱交換部２６ａにてペルチェ素子２５の放熱面で放熱される熱を受け取り、これを放熱用熱交換器１０にて外部空気Ａ１に移行させて放熱空気Ａ２として、ペルチェ素子２５の放熱面での放熱効率を高める。
【００１７】
また、吸熱系Ｂは、第２の循環ポンプ１４ｂと冷却用熱交換器２０と前記熱電熱交換ブロック１１の第２の熱交換部２６ｂとを図３、図５に示すように管路３２ｄから３２ｆで接続して第２の循環経路をなし、その内部に液体を充填して形成されている。第２の循環ポンプ１４ｂによって第２の循環路を循環される液体は、第２の熱交換部２６ｂにてペルチェ素子２５の冷却面での吸熱により熱を奪われて冷却され、冷却用熱交換器２０にて庫内空気Ｂ１の熱を奪って冷却し、冷却空気Ｂ２とする。
【００１８】
放熱系Ａは冷蔵庫の筐体外への放熱を図るのに、放熱用熱交換器１０を庫外室９内の下部に設置し、その上に設けた放熱用ファン１３ａによって庫外室９の底部を形成する下部グリル板１５の吸込口１５ａを通じて外部空気Ａ１を吸引し、これを放熱用熱交換器１０に接触させて熱交換した後、庫外室９の天面を形成するグリル板１６の放出口１６ａから放熱空気Ａ２として冷蔵庫の筐体外に放出するように構成している。また、吸熱系Ｂは庫内を冷却するのに、庫内室１７の冷蔵領域と隔壁１８によって仕切られ、これにより形成された仕切り室１９内の下部に冷却用熱交換器２０を設け、仕切り室１９の上部に設置した冷却用ファン１３ｂによって隔壁１８の下部に設けた吸込口２１から吸い込んだ庫内空気Ｂ１を冷却用熱交換器２０と接触させて熱交換した後、隔壁１８の上部に設けた吐出口２２から冷却空気Ｂ２として庫内に吐出し、これが庫内室１７を下部に移行しながら冷蔵物を冷却するように構成している。
【００１９】
これら、放熱系Ａによる放熱のための具体的構成、および吸熱系Ｂによる冷却のための具体的構成は、本実施の形態に限られることはなく、種々に設計できるのは勿論である。
【００２０】
本実施の形態では特に、前記熱電熱交換ブロック１１は図１、図６に示すように冷蔵庫本体１の庫外室９と断熱壁８で仕切られた庫内室１７に設けられている。これにより、熱電熱交換ブロック１１が冷蔵庫本体１の庫内室１７にあって、これの吸熱系Ｂの全てが庫内室１７側に位置し庫外室９の温かい空気と接触しないので、吸熱系Ｂにて生じる結露水を低減することができ、その分熱効率が上がる。このような特長を発揮する点では他の構成は必須とならない。
【００２１】
また、そのような熱電熱交換ブロック１１の配置に関連して、熱電熱交換ブロック１１の第１の熱交換部２６ａでの第１の循環経路の入口部２７ａおよび出口部２７ｂの配管は、熱電熱交換ブロック１１の断熱壁８との対面部１１ａから断熱壁８を通じて冷蔵庫本体１の庫外室９に引き出されている。これにより、熱電熱交換ブロック１１が庫内室１７に設けられても、これの放熱側である第１の熱交換部２６ａは断熱壁８と対面して覆われ庫内空気と接触せず、相互の熱交換も防止されるし、第１の循環経路は前記対面部１１ａから断熱壁８を通じて庫外室９に引き出されていることにより、その第１の熱交換部２６ａからの出入り口配管２７ａ、２７ｂの部分ですら庫内空気と接触せず、相互の熱交換も防止されるので、第１の熱交換部２６ａおよびこれから引き出される放熱系Ａの配管が庫内空気に及ぼす熱影響を低減することができ、その分熱効率が上がる。
【００２２】
さらに、熱電熱交換ブロック１１の第１の熱交換部２６ａは、断熱壁８に形成した凹部８ａに嵌め合わされて、側周まわりをも断熱壁８で覆われている。これによって、第１の熱交換部２６ａの側周部まわりが庫内空気と接触し、また熱交換することをもよく防止され、放熱系Ａによる庫内空気への熱影響をさらに低減することができ、熱効率がさらに向上し好適である。
【００２３】
また、放熱用熱交換器１０の近傍で、かつこれと熱交換する外部空気を放熱用熱交換器１０に向け取り入れる取入経路２３に、冷却用熱交換器２０からのドレン水２４を導き蒸発させる蒸発皿２８が設けられている。これにより、放熱用熱交換器１０と熱交換するために取り入れられる外部空気Ａ１は、その取入経路２３に位置した蒸発皿２８に導かれている冷却用熱交換器２０からのドレン水２４が、放熱用熱交換器１０の近傍で高い雰囲気温度にさらされて蒸発しているのを随伴させ、かつ蒸発していないドレン水２４を蒸発させながら随伴して、放熱用熱交換器１０との熱交換に及ぶので、放熱用熱交換器１０の放熱効率を随伴しているドレン水の気化熱分だけ高め、熱効率を向上することができる。
【００２４】
蒸発皿２８は冷却用熱交換器２０からのドレン水２４を仕切り室１９の底部から下方に延びたドレン口２９を通じて導かれ、冷蔵庫本体１の低位部に設けられるのが好適であるし、冷蔵庫本体１の容積効率に影響がなく、洗浄等のメンテナンスを行うために着脱しやすい外部にあるのが好適であるので、本実施の形態では蒸発皿２８を冷蔵庫本体１の底部下の後部に設けてある。これに対応して前記放熱用熱交換器１０は庫外室９の最下部にあって、蒸発皿２８の直ぐ上に位置するようにされ、蒸発皿２８に導かれるドレン水２４に熱を与えやすく蒸発させやすい。これによってドレン水２４の蒸発に伴う放熱用熱交換器１０との熱交換をさらに促進できその分熱効率が向上する。
【００２５】
また、放熱用ファン１３ａは図４に示すように左右に２つ設けられているのに対応して、蒸発皿２８はそれら放熱用ファン１３ａ、１３ａの間に対向する位置に設けられ、その両側の吸込口１５ａから吸い込まれる外気Ａ１が、蒸発皿２８の両側から放熱用熱交換器１０の部分に向け流れることによって、蒸発皿２８内のドレン水２４を両側から効率よく蒸発させやすくしている。
【００２６】
なお、第１の循環ポンプ１４ａは図１、図３、図４に示すように、放熱系Ａの第１の循環路の最上位置にあり、かつその上に空気溜り部３７ａが接続されているし、第２の循環ポンプ１４ｂは図１、図３、図５に示すように、吸熱系Ｂの第２の循環路の最上位置にあり、かつその上に空気溜り部３７ｂが接続されている。これによって、放熱系Ａおよび吸熱系Ｂの第１、第２の各循環路の液体中に万一空気が混入しても、これが第１、第２の各循環ポンプ１４ａ、１４ｂを通じて、最上位置にある空気溜り部３７ａ、３７ｂにまで上昇して溜る。従って、混入空気が第１の循環路、第２の循環路を循環したり、あるいは第１の循環ポンプ１４ａおよび第２の循環ポンプ１４ｂ内に溜まってこれの機能低下を来したりして、第１の熱交換部２６ａ、第２の熱交換部２６ｂ、放熱用熱交換器１０、および冷却用熱交換器２０での熱交換率が低下するようなことを防止することができ、これによっても熱効率が向上する。
【００２７】
第１の循環路の第１の循環ポンプ１４ａよりも低い途中位置、および第２の循環路の第２の循環ポンプ１４ｂよりも低い途中位置には、Ｔ字管３３ａおよび３３ｂがそれらの２つの接続口にて接続され、各Ｔ字管３３ａおよび３３ｂの残りの接続口は液体の充填口に用い、充填後キャップ３４ａ、３４ｂにより塞ぐ。液体注入時は第１、第２の各循環路の最上部である空気溜り部３７ａ、３７ｂを開放して空気の逃がし口とするのが好適であり、液体の注入と同時に第１、第２の各循環路からの空気の追い出しができる。
【００２８】
なお、本実施の形態の熱電熱交換ブロック１１は、図６に示すように合成樹脂製のカバー４１を施して設けてあり、これによってもまわりに熱影響したり、熱影響を受けたりすることが防止され、熱効率の向上に寄与する。
【００２９】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、熱電熱交換ブロックが庫内側にあって吸熱系が温かい庫外空気に触れず、吸熱系にて生じる結露水を低減することができ、その分熱効率が上がるとともに、放熱系による庫内空気への熱影響をさらに低減することができ、熱効率がさらに向上する。
【００３０】
請求項２の発明によれば、請求項１の発明に加え、さらに、熱電熱交換ブロックが庫内にあっても、これの放熱側である第１の熱交換部が断熱壁と対面して覆われ庫内空気と接触せず、これの庫内空気に及ぼす熱影響を低減することができ、その分熱効率が上がる。
【００３２】
請求項３の発明によれば、請求項１または２の発明に加え、さらに、冷却用熱交換器からのドレン水が蒸発して吸込み外気に随伴して放熱用熱交換器との熱交換に及ぶので、放熱用熱交換器の放熱効率を高め、熱効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の熱電モジュール式電気冷蔵庫の全体構成を示す断面図である。
【図２】図１の冷蔵庫の外観斜視図である。
【図３】図１の冷蔵庫の冷凍サイクルの模式図である。
【図４】図３の冷凍サイクルの放熱系の構成を示す斜視図である。
【図５】図３の冷凍サイクルの吸熱系の構成例を示す斜視図である。
【図６】図１の冷蔵後の熱電熱交換ブロックの設置状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１  冷蔵庫本体
２  開口
４  前扉
８  断熱壁
８ａ  凹部
９  庫外室
１０  放熱用熱交換器
１３ａ  放熱用ファン
１３ｂ  冷却用ファン
１４ａ  第１の循環ポンプ
１４ｂ  第２の循環ポンプ
１７  庫内室
１９  仕切り室
２０  冷却用熱交換器
２５  ペルチェ素子
２６ａ  第１の熱交換部
２６ｂ  第２の熱交換部
２７ａ  入口部
２７ｂ  出口部
２８  蒸発皿
【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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