JPH05172425A - 冷温水供給装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 構造簡素でコンパクトで環境汚染問題のない
冷温水供給装置を提供することを目的とする。 【構成】 本発明の一態様においては、冷温水供給装置
は、熱電素子と、熱電素子の一方の吸発熱作用面に対し
て伝熱関係で配置された１つの熱交換器と、熱電素子に
直流電流を供給する手段とを備えている。他の態様にお
いては、冷温水供給装置は、熱電素子と、熱電素子の一
対の作用面の夫々に対して夫々伝熱関係で配置された２
つの熱交換器と、熱電素子に直流電流を供給する手段と
を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の目的】

【産業上の利用分野】本発明は、水道水などのような温
度調節されていない水を冷水および／または温水に変換
する冷温水供給装置に係り、特に飲料水冷却器としてお
よび／または簡易温水シャワーの温水供給源として好適
に利用することの可能な冷温水供給装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】水などの冷却は、一般に、フレオンガス
等の冷却媒体を用いた冷凍機により行われているのが通
例である。冷却媒体を利用する冷凍機は、構造が大掛か
りになるという不便がある。また、フレオンガスの漏れ
により、冷却効率が経時的に低下すると共に、環境破壊
の問題を招いている。

【０００３】近年、冷却媒体を利用しない冷却方法とし
て、熱電素子が奏するペルチエ効果（Peltier Effect）
を利用した冷却器が提案されている。即ち、例えば、実
開昭６３−１２５７６５号には、熱電素子を備えた冷蔵
庫が提案されている。しかし、この冷蔵庫は、内容物を
冷蔵することしか出来ないという意味において、単機能
的である。

【０００４】他方、温水の供給に際しては、従来、給湯
器が使用されており、ガスや石油などの燃料の燃焼熱に
より水が加熱される。斯る給湯器は複雑な構造の燃焼器
を必要とする。さらに、燃焼音や排気ガスを放出すると
いう環境上の問題を伴う。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の一観点におい
ては、本発明の目的は、構造簡素でコンパクトな冷温水
供給装置（即ち、冷水および／または温水を供給する装
置）を提供することにある。

【０００６】本発明の他の観点においては、本発明の目
的は、可動部品を有さず、排気ガスや有害ガスや騒音な
どを放出することのない、冷温水供給装置を提供するこ
とにある。

【０００７】本発明の更に他の観点においては、本発明
の目的は、使用者の要求に応じて冷水と温水とを選択的
に供給することの可能な冷温水供給装置を提供すること
にある。

【０００８】本発明の他の観点においては、本発明の目
的は、冷水と温水とを同時に供給することの可能な冷温
水供給装置を提供することにある。

【０００９】

【発明の構成】

【課題を解決するための手段および作用の要旨】本発明
の一態様においては、本発明の冷温水供給装置は、熱電
素子と、熱電素子の一方の作用面（吸発熱面）に対して
伝熱関係で配置された１つの熱交換器と、熱電素子に直
流電流を供給する手段とを備えている。

【００１０】熱電素子は、電気エネルギを消費して熱の
移送を行う素子として知られており、今日の高性能の熱
電素子は一般に化合物半導体からなり、ｐ型半導体とｎ
型半導体とを接合して熱電対を構成したものである。熱
電素子のｐｎ接合に直流電流を通じると、熱電素子の両
端（一対の作用面）に吸熱発熱現象が生じるのであり、
この現象はペルチエ効果と呼ばれている。

【００１１】従って、直流電流供給手段から熱電素子に
直流電流を通じると、熱電素子の一方の作用面は、直流
電流の向きに応じ、ペルチエ効果により吸熱（又は発
熱）し、熱交換器を冷却（又は加熱）する。熱交換器の
水入口から水出口へと流れる水は熱電素子と熱交換を行
ない、供給水は冷却（又は加熱）される。従って、電流
を１方向のみに供給する場合には、本発明の装置は、供
給電流の向きに応じ、冷水供給装置或いは温水供給装置
として作動する。

【００１２】逆転スイッチにより供給直流電流の向きを
反転できるようにした場合には、熱交換器を随意に冷却
し又は加熱することができるので、本発明の冷温水供給
装置は、使用者の要求に応じて冷水と温水とを選択的に
供給することができる。

【００１３】本発明の他の態様においては、本発明の冷
温水供給装置は、通電に伴いペルチエ効果により夫々吸
熱および発熱する一対の作用面を有する熱電素子と、熱
電素子の夫々の作用面に対して夫々伝熱関係で配置され
た２つの熱交換器と、熱電素子に直流電流を供給する手
段とを備えている。

【００１４】通電に伴い、ペルチエ効果により熱電素子
の一方の作用面は吸熱し、同時に他方の作用面は発熱す
る。その結果、熱電素子の吸熱側に配置された熱交換器
を流れる水は冷却されて冷水となり、他方、熱電素子の
発熱側に配置された熱交換器を流れる水は加熱されて温
水となる。従って、この実施態様にあっては、冷水と温
水とを同時に供給することができる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例を示す添付図面を参照
しながら、本発明をより詳しく説明する。

【００１６】図１は本発明の第１実施例に係る冷温水供
給装置を冷水供給モードに配置したところを一部模式的
に示すもので、この冷温水供給装置１０は、入来する水
道水を冷水に冷却する熱交換手段としての熱交換器１２
を備えている。熱交換器１２は、その内部にある程度の
量の水を貯留できるようになった幅広の熱交換部１４
と、入口パイプ１６と、出口パイプ１８を有する。入口
パイプ１６は参照番号２０で模式的に示したバルブＶを
介して水道管２１に接続することができ、出口パイプ１
８は蛇口２２に接続することができる。

【００１７】冷温水供給装置１０は更に熱電素子２４を
備えており、この熱電素子２４は熱交換器１２に対して
伝熱関係をもって配置されている。図示した第１実施例
においては、熱電素子２４は、Ｂｉ−Ｔｅ系化合物半導
体材料からなるｐ型半導体２６とｎ型半導体２８とを金
属板３０によってｐｎ接合し、夫々の半導体２６および
２８に電極板３２および３４を設けてなる。夫々の電極
板３２および３４には、熱電素子２４に直流電流を供給
する手段としてのマイナス・リード線３６およびプラス
・リード線３８が接続してあり、これらのリード線はス
イッチ４０を介して蓄電池４２からなる直流電源に接続
されている。なお、蓄電池４２に代えて、商用交流電源
から電力を供給されるＡＣ／ＤＣコンバータ（図示せ
ず）を用いてもよい。

【００１８】熱電素子２４の金属板３０を熱交換器１２
から電気的に絶縁しながらも伝熱接続するため、電気絶
縁性で熱伝導性に優れたアルミナセラミックの層４３を
介して両者は連結されている。図示した実施例では、ア
ルミナセラミックの層４３には複数の熱交換フィン４４
が接合してある。これらの熱交換フィン４４は熱交換部
１４の内部において熱交換部１４の内部空間を横切って
延長しており、熱電素子２４の金属板３０と熱交換部１
４内部の水との間で効率的に熱交換を行うようになって
いる。入口パイプ１６から熱交換部１４の内部空間に流
入した水が出口パイプ１８へと流れるようにするため、
熱交換部１４の内部において熱交換フィン４４には複数
の貫通孔（図示せず）が設けてある。

【００１９】この冷温水供給装置１０の作動について述
べるに、スイッチ４０を閉じると、直流電流は熱電素子
２４のｎ型半導体２８から金属板３０を介してｐ型半導
体２６へと流れる。通電により、ｐｎ接合を構成する金
属板３０はペルチエ効果により冷却され、電極板３２と
３４は加熱される。冷却された金属板３０は熱電素子２
４の吸熱側作用面として作用し、熱交換部１４内の水道
水を冷却する。このようにして熱交換部１４内に貯えら
れた冷水はバルブ２０を開けると蛇口２２から吐出さ
れ、飲料の用に供することができる。

【００２０】他方、電極板３２と３４は熱電素子２４の
発熱側作用面として作用し、周囲の空気により空冷さ
れ、吸熱側作用面としての金属板３０から移送されて来
る熱を放散する。電極板３２と３４に放熱フィン（図示
せず）を設置すれば、放熱を促進することができる。

【００２１】以上には、蓄電池４２のプラス端子をｎ型
半導体２８に接続し、マイナス端子をｐ型半導体２６に
接続することにより、この装置１０を冷水供給モードで
作動させる場合について説明したが、直流電流の向きが
逆になるように蓄電池４２を接続すれば、金属板３０は
熱電素子２４の発熱側作用面となるので、この装置１０
は温水供給装置として作動する。

【００２２】図２は、図１に示した冷温水供給装置１０
を冷水と温水とのいづれかを選択的に供給できるように
配置したところを示すもので、図１の構成要素と共通す
る構成要素は同じ参照番号で示し、説明は省略する。相
違点のみを説明するに、図２の配置においては、蓄電池
４２（前述したように、ＡＣ／ＤＣコンバータに置き換
えることができる）は、熱電素子２４に異なる任意の向
きに直流電流を供給するように熱電素子２４に接続され
ている。このため、蓄電池４２の両端子は互いに連動す
る２つの双投スイッチ５０および５２の可動接点に接続
してあり、双投スイッチ５０の第１固定接点と双投スイ
ッチ５２の第２固定接点とはリード線５４を介してｐ型
半導体２６の電極板３２に接続され、双投スイッチ５０
の第２固定接点と双投スイッチ５２の第１固定接点とは
リード線５６を介してｎ型半導体２８の電極板３４に接
続されている。また、熱交換器１２の出口パイプ１８は
三方弁５８を介して蛇口２２およびシャワーヘッド６０
に接続してあり、三方弁５８を操作することにより出口
パイプ１８を蛇口２２およびシャワーヘッド６０のいづ
れか一方に選択的に接続できるようになっている。

【００２３】図２の配置における冷温水供給装置１０の
作動を説明するに、互いに連動する２つの双投スイッチ
５０および５２の可動接点を図２において時計回りに回
動させると、直流電流はｐ型半導体２６から金属板３０
を通ってｎ型半導体２８へと流れ、金属板３０が熱電素
子の発熱側作用面となり、電極板３２および３４は吸熱
側作用面となり、電極板３２および３４から金属板３０
へと熱が移送される。その結果、熱交換器１２は加熱さ
れ、入口パイプ１６から流入する水は加熱されて温水と
なる。三方弁５８の操作により出口パイプ１８をシャワ
ーヘッド６０に接続すると、シャワーヘッド６０から温
水が供給される。

【００２４】反対に、双投スイッチ５０および５２の可
動接点を図２において反時計回りに回動させると、電流
はｎ型半導体２８から金属板３０を通ってｐ型半導体２
６へと流れ、図１を参照して前述したように、熱交換器
１２内の水は冷却されて冷水となる。三方弁５８を操作
して出口パイプ１８を蛇口２２の接続すると、蛇口２２
において冷水が得られる。

【００２５】図３は本発明の第２実施例に係る冷温水供
給装置を一部模式的に示すもので、図１の構成要素と共
通する構成要素は同じ参照番号で示す。

【００２６】この実施例においても、冷温水供給装置７
０は、１対の熱電素子２４を備えており、この熱電素子
２４は、第１実施例と同様に、ｐ型半導体２６とｎ型半
導体２８と金属板３０と電極板３２および３４からな
る。電極板と蓄電池４２との接続関係は図１の配置例と
同様であるので、金属板３０は吸熱側作用面として作用
し、電極板３２および３４は発熱側作用面として機能す
る。熱電素子２４の冷却側作用面となる金属板３０に
は、第１実施例と同様に冷却用の熱交換器１２が接合し
てある。

【００２７】第２実施例の冷温水供給装置７０には、更
に、温水用の熱交換器７２が設けてあり、発熱側作用面
としての電極板３２および３４に、電気絶縁性で熱伝導
性のアルミナセラミックの層７３を介して、伝熱関係で
接合してある。温水用熱交換器７２の構造は冷水用熱交
換器１２と同様であり、入口パイプ７４と出口パイプ７
６とを有する。冷水用熱交換器１２の出口パイプ１８は
蛇口２２に接続し、温水用熱交換器７２の出口パイプ７
６はシャワーヘッド６０に接続することができる。熱交
換器１２および７２の入口パイプ１６および７４は三方
弁７８を介して水道管２１に接続することができる。

【００２８】第２実施例の作動について説明するに、ス
イッチ４０を閉じて熱電素子２４に通電すれば、前述し
たように、ペルチエ効果による熱の移送が行われ、金属
板３０は吸熱側作用面となり、電極板３２および３４は
発熱側作用面となる。従って、冷水用熱交換器１２内の
水は冷却されて冷水となり、温水用熱交換器７２内の水
は加熱されて温水となる。三方弁７８の操作により、双
方の熱交換器１２および７２に水道水を供給すると、蛇
口２２からは冷水が得られ、シャワーヘッド６０からは
温水が供給される。

【００２９】水道管２１が冷水用熱交換器１２のみに接
続されるように三方弁７８を操作すれば、冷水のみが蛇
口２２から吐出される。反対に、水道管２１が温水用熱
交換器７２のみに接続されるように三方弁７８を操作す
れば、温水のみがシャワーヘッド６０から流出する。

【００３０】このように、第２実施例においては、冷水
と温水とを同時に得ることもできるし、選択的にいづれ
か一方のみを得ることもできる。

【００３１】図４は、前述した本発明の冷温水供給装置
において好適に使用可能な熱電素子モジュールの一部を
拡大して示すもので、図４に示した熱電素子モジュール
は図１から図３に示した１対の熱電素子２４とそのまゝ
置換して用いることができる。図４を参照するに、この
熱電素子モジュール８０は、Ｂｉ−Ｔｅ系の化合物半導
体からなるｐ型半導体８２とｎ型半導体８４とを金属板
８６を介して熱電対の形に接合することにより形成され
た複数対の熱電素子８８を有し、各熱電素子８８はアレ
ーの形に配列されている。即ち、同一列の隣り合う熱電
素子８８は金属端子９０によって互いに直列に電気接続
されており、前後の列の熱電素子８８は列の端部におい
て例えば金属端子９２によって互いに直列接続されてい
る。このようにして、互いに直列接続された１００以上
の対の熱電素子８８によって１つの熱電素子モジュール
８０を構成することができる。モジュール内の夫々の熱
電素子は電気絶縁性で熱伝導性のセラミック基板９４お
よび９６によって支持されている。これらのセラミック
基板９４および９６はすべての熱電素子８８に共通する
吸熱発熱作用面として作用するもので、いづれが吸熱側
となりいづれが発熱側となるかは、ｐｎ接合を通る電流
の向きにより定まる。

【００３２】以上の実施例の記載では、熱交換器１２お
よび７２は内部に水貯留空間を有するものとして説明し
たが、本発明はこれに限定されるものではなく、蛇行す
る熱伝導性のパイプを熱電素子の作用面に接触させても
よい。

【００３３】また、水温を任意の温度に調節するサーミ
スタや、水量や湯水の混合比を調節する弁機構を設けて
もよい。

【００３４】

【発明の効果】本発明によれば、熱電素子によって冷却
又は加熱される熱交換器を水路の途中に設けるという簡
単な構造により、冷水および／又は温水を簡便に供給す
ることができる。

【００３５】他の見地においては、本発明によれば、熱
電素子の吸熱作用と発熱作用との双方を同時に利用する
ことができるので、冷水と温水とを同時に供給すること
が可能である。

【００３６】更に他の見地においては、本発明の装置
は、熱電素子の吸発熱作用により水を冷却し又は加熱す
るので、フレオンガスのような冷媒や排気ガス放出する
ことがなく、環境保全に寄与することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の第１実施例に係る冷温水供給
装置を冷水供給モードに配置したところを示す斜視図で
あり、一部は模式的に示してある。

【図２】図２は、本発明の第１実施例に係る冷温水供給
装置を冷水と温水とのいづれかを選択的に供給できるよ
うに配置したところを示す斜視図であり、一部は模式的
に示してある。

【図３】図３は、本発明の第２実施例に係る冷温水供給
装置を一部模式的に示す斜視図である。

【図４】図４は、本発明の冷温水供給装置において好適
に使用可能な熱電素子モジュールの一部を拡大して示す
斜視図である。

【符号の説明】

１０、７０： 冷温水供給装置 １２、７２： 熱交換器 ２４： 熱電素子 ３０、３２、３４、９４、９６： 熱電素子の作用面 ３６、３８、５４、５６： 直流電流供給手段 ８０： 熱電素子モジュール

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直流電流の通電に伴いペルチエ効果によ
   り吸熱または発熱する作用面を有する熱電素子と、 水入口と水出口とを備え、熱電素子の前記作用面に対し
   て伝熱関係で配置され、前記水入口から水出口へと流れ
   る水と熱電素子の前記作用面との間で熱交換をする熱交
   換手段と、 熱電素子にペルチエ効果を生じさせるべく前記熱電素子
   に直流電流を供給する手段、とを備えた冷温水供給装
   置。
2. 【請求項２】 直流電流の通電に伴いペルチエ効果によ
   り夫々吸熱および発熱する一対の作用面を有し、直流電
   流を供給したときに一方の作用面が吸熱を行うと同時に
   他方の作用面が発熱を行うようになった熱電素子と、 水入口と水出口とを夫々備え、熱電素子の前記作用面の
   夫々に対して夫々伝熱関係で配置され、夫々の水入口か
   ら水出口へと流れる水と熱電素子の夫々の作用面との間
   で熱交換をする２つの熱交換手段と、 熱電素子にペルチエ効果を生じさせるべく前記熱電素子
   に直流電流を供給する手段、とを備えた冷温水供給装
   置。