JPH03294726A - 熱移動ユニットおよび空調装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

［０００１］

【産業上の利用分野】

本発明は、ペルチェ効果素子を用いて熱移動を行わせる
ユニットおよび、この熱移動ユニットを用いた超薄型の
空調装置に関する。 ［０００２］

【従来の技術・発明の解決課題】

従前から、ペルチェ効果を有する熱電素子を利用して冷
却および加熱を行うという技術は知られており、現在で
は比較的低出力のものが、種々の冷却装置や加温ないし
保温装置等に実用化されている。これら熱装置の具体的
な基本構成は、薄板状のペルチェ効果素子の両端面に接
触させて、吸熱側または放熱側ヒートシンクとなるそれ
ぞれの熱交換体が設けられている。即ち、ペルチェ効果
素子は、通電されることによって一方端面で吸熱が生じ
ると同時に他方端面で放熱が生じこのことによって負荷
に対する冷却作用または加熱作用を行う。通電方向を変
換することによって素子の吸熱面と放熱面は反転する。 ［０００３］ ところで、上述のペルチェ効果素子として従来から用い
られているのは、厚さ約３ｍｍ程度の薄板状のものであ
り、その両面側で吸熱と放熱が行われる。即ち、吸熱側
熱交換体と放熱側熱交換体との間の距離が約３ｍｍ程度
となり、その間の断熱を施すのが非常に難しい構成とな
る。しかも十分な断熱が施されなければ冷却作用におい
ても加熱作用においても十分な効果が得られない。そこ
で、この約３ｍｍという画然交換体間の距離を大きくし
て断熱効果を高めるということが考えられるが、この間
の距離が大きくなるとペルチェ効果素子と同熱交換体と
の間の距離も大きくなるため、負荷に対する素子自体の
吸熱作用または放熱作用の低下を招くことになる。 ［０００４］ 一方、コンピュータやオフィスオートメーション（ＯＡ
）機器が多数設置された部屋では、これら機器の発生す
る熱負荷に対する空調が必要であり、部屋全体に対する
空調を行うことは勿論従来から必要であるが、この種の
熱負荷は設置された各機器からの発熱であることから、
この熱源をさらに局所的に冷却するのがより有効な空調
の方法となる。また、機器のそばで作業するオペレータ
にとっても・失速な空調を提供できることになる。 ［０００５］ そこで上述のようなペルチェ効果素子の冷却作用および
加熱作用を利用することによって所謂パーソナル空調機
と呼ばれる低出力で局所的な空調に適した小型空調装置
の開発が各種業者においてなされている。その−例とし
て、コンピュータルーム等に用いられるフリーアクセス
フロアに組み込み可能な空調装置の開発が行われている
。このフリーアクセスフロアとは、コンピュータやＯＡ
機器用の配線や配管等を床下に自由に設置できるように
、簡便に２重床を形成できるシステムフロアであり、統
一された規格寸法のパネルを既存の床面から浮かせた状
態で自由に継ぎ合わせて新たな床面を形成するフロアで
ある。 ［０００６］ このフリーアクセスフロアに組み込み可能な空調装置を
開発するに際しては、規格パネルの寸法に空調機の寸法
を合わせることが要件となる。フリーアクセスフロアの
床下有効高さは約７０ｍｍであり、パネルの規格寸法は
５００Ｘ５００ｍｍである。したがって空調機の外形寸
法としては、縦横４００ｍｍ、厚さ６０ｍｍの範囲内に
納めなければならない。特に、ペルチェ効果素子におけ
る冷却能力については、吸収した熱を如何に効果的に放
熱するかがその能力を左右することになる。このような
放熱能力は、放熱側熱交換体の表面積が十分に取れるか
否かが大きく影響し、上述のようなスペース的制約の中
で満足な冷却能力を発揮することは極めて困難である。 最も困難な点は、装置の厚さ寸法を６０ｍｍ以内に抑え
ることであり、必要な放熱面積を確保するためにフィン
タイプの熱交換体を構成するとフィンの高さ寸法を十分
に取らなければならず、このような構成からは益々上述
の断熱距離の確保が困難になる。 ［０００７］ 本発明は上述のごとき従来の技術的課題に鑑み、これを
有効に解決すべく創案されたものである。したがって本
発明の目的は、ペルチェ効果素子を用いた熱移動ユニ’
ｙ　）において、ペルチェ効果素子と吸熱側熱交換体と
の間、または該素子と放熱側熱交換体との間の熱伝導性
を損なうことなく、上記画然交換体間の十分な断熱距離
を確保できる熱移動ユニットを提供することにある。 ［０００８］ 本発明の他の目的は、上記ペルチェ効果素子を熱源とす
る空調装置で、フリーアクセスフロアに組み込み可能な
大きさにコンパクト化される空調装置を提供することに
ある。 ［０００９］ さらに本発明の他の目的は、簡単な製造技術で製作でき
る、上述のようなフリーアクセスフロアに組み込み可能
な空調装置を提供することにある。 ［００１０］

【課題を解決するための手段】

本発明に係る熱移動ユニットおよび空調装置は、上述の
ごとき従来技術の課題を解決し、その目的を達成するた
めに以下のような構成を備えている。即ち、本発明の熱
移動ユニットは、薄板状のペルチェ効果素子を挟んでそ
の一方端面側に吸熱側熱交換体を、他方端面側に放熱側
熱交換体を配してなる熱移動ユニットにおいて、上記ペ
ルチェ効果素子と吸熱側熱交換体との間、もしくは該ペ
ルチェ効果素子と放熱側熱交換体との間の少なくともい
ずれが一方に、良熱伝導性のスペーサが介設されている
。 ［００１１］ また、本発明の空調装置は、薄板状のペルチェ効果素子
を挟んでその一方端面側に第１熱交換体を、他方端面側
に第２熱交換体を配して構成される冷暖房用熱交換器を
備えた空調装置において、上記ペルチェ効果素子と第１
熱交換体との間もしくは該ペルチェ効果素子と第２熱交
換体との間の少なくともいずれか一方に、良熱伝導性の
スペーサが介設されている。 ［００１２］ さらに、上述の本発明の空調装置は、上記第２熱交換体
に対向してハウジングの壁面を配置し、該第２熱交換体
と該ハウジングの壁面にそれぞれフィンを形成し、これ
らフィンを交互に配置させると共に、少なくともいずれ
かのフィンの先端と該第２熱交換体または該ハウジング
の壁面とを接触させても良い。 ［００１３］ また、本発明の空調装置は、第１熱交換体に通される空
気と第２熱交換体に通される空気とを対向流にして通す
ように構成してもよい。また、室内空気を第１熱交換体
に通し、床下空気を第２熱交換体に通すように構成して
もよい。 ［００１４］

【作用および発明の効果】

本発明に係る熱移動ユニットでは、ペルチェ効果素子の
両側に配置される熱交換体間の距離は、素子の厚さ寸法
とスペーサの厚さ寸法との和となり、スペーサの厚さを
適宜選ぶことによって断熱に必要な足巨離を保つことが
できる。スペーサには、例えば銅のような良熱伝導性の
材質を用いることによって熱移動機能の低下を十分に抑
制でき、熱移動機能維持のための断熱効果を十分に生か
せる。 ［００１５］ また、本発明に係る空調装置では、ペルチェ効果素子の
吸熱・放熱作用を損なうことなく十分に吸熱側および放
熱側の同熱交換体間の断熱距離を保つことができ、制限
されたスペース内での設置に対して、フィンタイプの熱
交換体の使用を可能にする。 ［００１６］ さらに、フィンを２部材に分けて形成し、これらを組み
付けることによって細かいピッチのフィンを簡単に構成
することができ、その製造も容易にできる。特に、ペル
チェ素子による冷房効果を高めるためには、放熱側熱交
換体に十分な放熱能力を持たせることが必要であるが、
このように構成することによって、制限されたスペース
内でも十分な放熱面積を得ることができる。 ［００１７］ また、放熱側と吸熱側とで通される空気が対向流にされ
ると、同一方向へ通されるよりも高い熱伝達率が得られ
る。特に、吸熱側に負荷側の室内空気が通されて、放熱
側に室内空気よりも低温の床下空気が通される場合には
、放熱側の熱容量が増大すると共に吸熱能力が高められ
、空調装置の小型・高能力化を具現化する。 ［００１８］

【実施例】

以下に本発明の好適な一実施例について、図１から１１
１８を参照して説明する。 図１は本発明に係る空調装置がフリーアクセスフロアに
取り付けられる状態を示す斜視図、図２は本発明に係る
熱移動ユニットを備えた空調装置の一実施例を示す要部
破断平面図、図３は図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視断面図
、図４は図２のＩＶ−ＩＶ線矢視断面図である。 ［００１９］ 図１に示すように、本実施例の空調装置１はフリーアク
セスフロアのパネル２の１枚分のスペース内に納まる。 具体的には、１枚ずつ取り付は取り外しが自在なフリー
アクセスフロアのパネル２を１枚取り外し、その部分の
２重床内に設置され、その上からルーバ式の吸込口３と
吹出口４を備えたパネル２が取り付けられる。したがっ
て、設置状態では空調装置本体が２重床内に隠蔽される
ので、フロア自体の美観を損なうことはない。また、装
置に対して大きな荷重が加わる心配もなく、装置自体の
強度設計にも余裕ができるので更に薄型化に好都合であ
る。フリーアクセスフロアの場合、床下に物を設置でき
る有効高さ寸法としては６０〜７０ｍｍ程度であり、し
たがって装置の厚さ寸法をそれ以内に抑える必要がある
。また、１枚のパネル２は１辺が５００ｍｍの正方形で
あってその四隅には支柱５が立てられるので、平面的に
有効なスペースは４００ｍｍ角の正方形程度と考えなけ
ればならない。本実施例の空調装置は、以下のような構
成を備えて縦横４００ｍｍ、厚ｇ６０ｍｍの寸法に形成
されている。 ［００２０］ 本実施例の空調装置１では、図２によく示されるように
、室内空気が流通する第１通風路６と、２重床の床下空
気が流通する第２通風路７とが上下に重なった構造とな
っている。この両道路６，７間の仕切壁８の一部は、ペ
ルチェ効果素子９を間に挾む負荷側ヒートシンク１０と
熱源側ヒートシンク１１とによって構成されている。両
ヒートシンク１０．１１は、第１通風路６まなは第２通
風路７内へ突出する多数のフィン１２．１３を有してい
る。 ［００２１］ 第１通風路６の入口２０は、装置ハウジング１４の上面
の一方側に沿って上向きに形成されており、その内方に
は４基の軸流送風機１５が設置され、これによって室内
空気がフィルタ１８を通過して第１通風路６内へ吸い込
まれる。吸い込まれた空気は、負荷側ヒートシンク１０
の多数のフィン１２の間を通過する際に熱交換し、冷却
または加温されて出口２１がら上向きに吹き出される。 この冷却または加温作用のための吸熱または放熱を、ペ
ルチェ効果素子９が行う。第１通風路６については、負
荷側ヒートシンク１０の周囲および第２通風路７との間
の仕切壁８が、発泡ポリエチレンの断熱材を用いて通風
路を形成しており、嵩張る断熱材は不必要な箇所に用い
ることなく必要な部分にのみ用いて、周囲からの熱影響
が効果的に遮断されている。図５は本実施例装置が２重
床内に設置されている状態を示す断面図であるが、第１
通風路６の入口２０および出口２１の周囲は柔軟なフオ
ーム材１７で縁取りされており、フオーム材１７の上端
面にパネル２の吸込口３および吹出口４のフレーム２４
．２５の下端面が当接し、装置１とフロアのパネル２と
の間がシールされると同時に振動がパネル２に伝わるの
を遮断する。即ち、装置１自体とパネル２とは別体に構
成されており、装置１だけを取り外すことも可能である
。また、フオーム材１７はフィルタ１８を受は入れる枠
としても機能する。 ［００２２］ 第２通風路７の入口２２は、第１通風路６の入口２０と
反対側の傾斜した上面に形成されており、その内方にも
同様に軸流送風機１６が設置され、これによって床下的
空気がフィルタ１９を通過して第２通風路７内へ吸い込
まれる。軸流送風機１６がこのように傾斜して設置され
ることによって、送風機の能力を損なうことなく装置の
厚さ寸法が最小限に抑えられている。吸い込まれた空気
は、熱源側ヒートシンク１１の多数のフィン１３の間を
通過する際に負荷側ヒートシンク１０における熱交換と
逆の熱交換を行い、加温または冷却されて出口２３がら
再び２重床の床下内へ吹き出される。第２通風路７の底
面は断熱の必要性が低く、したがって嵩張る断熱材の使
用を敢えて避けている。このことによっても装置の厚さ
寸法は最ｌＪＸ限に抑えられている。 ［００２３］ ペルチェ効果素子９は厚さ約３ｍｍ、１辺が約４０ｍｍ
の正方形の薄板であり、大略同形で厚さ寸法も約３ｍｍ
の銅もしくはアルミニウム等の熱伝導性のよい金属で製
作されたスペーサ２６と接合された状態で負荷側ヒート
シンク１０と熱源側ヒートシンク１１との間に挟まれ、
２列に千鳥配置されている。スペーサ２６はその熱伝導
性が高く、素子９の吸熱または放熱作用を低下させるほ
どの厚さ寸法ではなく、併し乍ら負荷側ヒートシンク１
０と熱源側ヒートシンク１１との間の断熱に有効な距離
を保つ。図６は、熱伝導率が０　、０３９　ｋｃａｌ　
／ｍｈ℃のコルクを例にして断熱距離（厚さ）と熱通過
率との関係を例示するグラフ図である。例えばスペーサ
２６を介設しない場合には両ヒートシンク１０．１１間
の距離は約３ｍｍであるのに対して、スペーサ２６を介
設することによってこの距離は約６ｍｍとなる。図６の
例で距離６ｍｍの場合は３ｍｍの場合よりも熱通過率が
大略半分になり、６ｍｍ以上の距離があっても熱通過率
の減少は非常に緩やかである。したがって、スペーサ２
６の厚さ寸法は３ｍｍ程度が最小寸法で最大効果の得ら
れる寸法である。 また上述のように、素子９が千鳥配置されていることに
よって、負荷側および放熱側の各ヒートシンク１０．１
１のフィン１２．１３間を通過する空気に対して熱交換
が比較的均等に行われ、出口２１から吹き出される空気
の温度分布も大略均等になる。 ［００２４］ 尚、上述の実施例では放熱側ヒートシンク１１は、押出
型材でフィン１３と共に一体に形成しているが、この製
造技術では量産性の問題からフィンの高さ、厚さおよび
ピッチに寸法的限界がある。したがって、図７および図
８に示すようにヒートシンク１１′のフィン１３′を予
め大きめのピッチで形成しておき、底板３０のにも同一
ピッチのフィン１３″を形成し、ヒートシンク１１′の
フィン１３′と底板３０のフィン１３″とが交互に配置
されるように組み付けてもよい。尚、フィン１３′およ
び１３″のピッチについては、等ピッチであっても不等
ピッチであってもよい。ヒートシンク１１′のフィン１
３′の先端と底板３０との間は良熱伝導性のグリース（
図示せず）を介在させておけば、底板３０が少々撓んで
もその間の熱伝導性が損なわれることはない。このよう
に構成することによって、底板３０もヒートシンク１１
′の一部として機能し、フィンの表面積を最大限に大き
くでき、且つ押出型材のフィン付きヒートシンクもその
量産が簡単になる。 ［００２５］ また、フィン１３′および１３″を設けるに際して、フ
ィン１３″の頂部を図９に示すように断面Ｖ字状に切欠
くことによって、表面積を僅かでも大きくでき、且つこ
れらフィン１３′、１３”の間を通過する空気に乱流を
形成させられるので熱伝達率を有効に高めることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】　本発明に係る空調装置がフリーアクセスフロ
アに取り付けられる状態を示す斜視図である。

【図２】　本発明に係る熱移動ユニットを備えた空調装
置の一実施例を示す要部破断平面図である。

【図３】　図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視断面図である。

【図４】　図２のＩＶ−ＩＶ線矢視断面図である。

【図５】　本実施例装置が２重床内に設置されている状
態を示す断面図である。

【図６】　熱伝導率が０．０３９ｋｃａｌ／ｍｈ’Ｃの
コルクを例にして断熱距離（厚さ）と熱通過率との関係
を例示するグラフ図である。

【図７】　本発明に係る熱移動ユニットを備えた空調装
置の他の一実施例の要部を破断して示す斜視図である。

【図８】　図７の実施例の要部断面図である。

【図９】　図７の実施例のさらに変形例を示す要部断面
図である。

【符号の説明】

９　ペルチェ効果素子 １０　放熱側または吸熱側熱交換体ないし第１熱交換体
としての負荷側ヒートシンク １１　吸熱側または放熱側熱交換体ないし第２熱交換体
としての熱源側ヒートシンク １３　１３’　１３”　　フィン スペーサ ハウジングの壁面としての底板

【書類名】

図面

【図１】

【図２】

【図３】

【図６】

【図８】

【図９】

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】薄板状のペルチェ効果素子（９）を挟んで
   その一方端面側に吸熱側熱交換体（１０、１１）を、他
   方端面側に放熱側熱交換体（１１、１０）を配してなる
   熱移動ユニットにおいて、 上記ペルチェ効果素子（９）と吸熱側熱交換体（１０、
   １１）との間、もしくは該ペルチェ効果素子（９）と放
   熱側熱交換体（１１、１０）との間の少なくともいずれ
   か一方に、良熱伝導性のスペーサ（２６）を介設してな
   ることを特徴とする熱移動ユニット。
2. 【請求項２】薄板状のペルチェ効果素子（９）を挟んで
   その一方端面側に第１熱交換体（１０）を、他方端面側
   に第２熱交換体（１１）を配して構成される冷暖房用熱
   交換器を備えた空調装置において、 上記ペルチェ効果素子（９）と第１熱交換体（１０）と
   の間、もしくは該ペルチェ効果素子（９）と第２熱交換
   体（１１）との間の少なくともいずれか一方に、良熱伝
   導性のスペーサ（２６）を介設したことを特徴とする空
   調装置。
3. 【請求項３】上記第２熱交換体（１１′）に対向してハ
   ウジングの壁面（３０）を配置し、該第２熱交換体（１
   １′）と該ハウジングの壁面（３０）にそれぞれフィン
   （１３′、１３″）を形成し、これらフィン（１３′、
   １３″）を交互に配置させると共に、少なくともいずれ
   かのフィン（１３′、１３″）の先端と該第２熱交換体
   （１１′）または該ハウジングの壁面（３０）とを接触
   させたことを特徴とする請求項２に記載の空調装置。
4. 【請求項４】上記第１熱交換体（１０）に通される空気
   と、上記第２熱交換体（１１）に通される空気とが対向
   流に通されることを特徴とする請求項２または３に記載
   の空調装置。
5. 【請求項５】上記第１熱交換体（１０）に通される空気
   は室内空気であり、上記第２熱交換体（１１）に通され
   る空気は床下空気であることを特徴とする請求項４記載
   の空調装置。