JPH10132339A

JPH10132339A - 冷風機

Info

Publication number: JPH10132339A
Application number: JP8292369A
Authority: JP
Inventors: Seiji Maeda; 征児前田
Original assignee: Nippon Oil Corp
Current assignee: Eneos Corp
Priority date: 1996-11-05
Filing date: 1996-11-05
Publication date: 1998-05-22

Abstract

(57)【要約】【課題】電池や外部からの電力供給なしに冷風を供給
する。【解決手段】上部筐体１と下部筐体２とは、吸気口４
から入り、連通路３を介して送風口５に抜ける気流の通
路を形成する。２つの筐体の隔壁６の中央部に設けた収
納孔８には、両面の温度差によって電流を発生する板状
の熱電変換素子を複数重ねた熱電変換素子モジュール７
を格納し、その一面に低温物質12を内部に保持した冷却
容器10を、他面には熱交換器９をそれぞれ熱交換可能に
取付ける。また、熱電変換素子モジュール７が発生する
電力で回転する電動モータ17と、その出力軸に取り付け
られた送風ファン18とを設け、送風ファン18が回転され
ると、吸入口４から入った空気が熱交換器９と冷却容器
10の表面とで順次冷却されて、送風口５から送出される
ようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、低温物質により冷
却された冷風を供給する冷風機に関し、特に低温物質の
他にエネルギ源を必要としない可搬型の冷風機に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、冷風を供給する装置としては、例
えば、蒸気圧縮式冷凍を用いたもの、吸引式冷凍を用い
たもの、氷等の低温物質を利用した蓄熱式空調システム
などがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の装置では、圧縮機やその動力源、さらにはフ
ロンなどの環境に有害な冷媒や大規模な設備等を必要と
するため、小型化が難しく、例えばキャンプ等の屋外で
使用するために持ち運ぶことなどはできないという問題
点があった。

【０００４】本発明はこのような従来の問題点に鑑み、
容易に持ち運ぶことができ、電池や外部からの電力供給
の不要な冷風機を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】このため、請求項１に係
る発明では、両面の温度差によって電力を発生する板状
の熱電変換素子と、該熱電変換素子の一面と熱交換可能
に配置され、内部に低温物質を保持可能な低温物質保持
部材と、前記熱交換により前記熱電変換素子が発生する
電力によって回転する電動モータと、該電動モータの出
力軸に取り付けられた送風ファンとを含んで冷風機を構
成し、前記送風ファンの回転によって発生する気流の通
路に前記低温物質保持部材を配置する。

【０００６】このような構成とすることで、低温物質と
外気との温度差により熱電変換素子で発生された電力
で、電動モータの出力軸に取り付けられた送風ファンが
回転され、これによる気流が低温物質によって冷却され
て下流側に送出される。また、請求項２に係る発明で
は、前記熱電変換素子の他面を前記気流の通路の外部に
臨ませて配置すると共に、前記低温物質により冷却され
た前記熱電変換素子の他面と空気との熱交換を促進する
熱交換器を取り付けて、熱電変換素子の両面の温度差を
維持する。

【０００７】そして、請求項３に係る発明のように、前
記熱交換器との熱交換により冷却された空気を前記気流
の通路の入口に導く吸気通路を設ければ、空気をより効
率的に冷却できる。さらに、請求項４に係る発明では、
前記低温物質保持部材、熱電変換素子、および熱交換器
の各部材を、グリス状の伝熱性材料を介して密着させて
配設し、熱伝達の効率を向上させる。

【０００８】また、請求項５に係る発明では、前記熱電
変換素子を複数重ねて配設することで、低温物質保持部
材に接合された面と熱交換器に接合された面との距離を
拡大し、その温度差を保持する。このように、複数の熱
電変換素子を重ねて配設した構成では、請求項６に係る
発明のように、前記低温物質保持部材に近い側に配設さ
れたものの面積よりも遠い側に配設されたものの面積の
方を大きくして、前記複数の熱電変換素子と熱交換器と
の間の熱交換が円滑になる。

【０００９】さらに、請求項７に係る発明のように、前
記熱電変換素子を複数重ねたものを、同一平面内に複数
並べて配設すれば、より大きな電力を得ることができ
る。一方、請求項８に係る発明では、前記低温物質保持
部材の外面に、前記送風ファンの回転によって発生する
気流の通過方向に略平行なフィン状の熱交換器を突設
し、空気の冷却効率を向上させる。

【００１０】低温物質としては、請求項９に係る発明の
ように氷を用いてもよく、また請求項10に係る発明のよ
うに、ポリビニルアルコールゲル等からなる蓄冷材でも
よい。また、熱電変換素子としては、請求項11に係る発
明のようにＢｉＴｅを主成分とするものを用いてもよ
く、請求項12に係る発明のようにＦｅＳｉを主成分とす
るものを用いてもよい。さらに、請求項14に係る発明の
ように、結晶がスクッテルダイト構造を有する化合物を
主成分とするものを用いてもよい。

【００１１】また、請求項14に係る発明では、前記電動
モータとして、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系マグネットを用いた直
流モータを使用し、強力な動力を得る。

【００１２】

【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態を図面に
基づいて説明する。図１は、本発明の冷風機の一構成例
を示す概略図であり、図２は図１のＡ−Ａ矢視断面図で
ある。以下、図１と図２とを同時に参照して詳述する。
断熱性材料からなる、それぞれ略方形筒状の上部筐体１
と下部筐体２とが、その軸線方向が同じになるように重
ねて設けてある。この上部筐体１と下部筐体２とは、そ
れぞれの一方の開口部を結合するように設けられた断熱
性材料からなる連通路３により、下部筐体２の他方の開
口部（以下、吸気口という）４から入り、連通路３を介
して上部筐体１の他方の開口部（以下、送風口という）
５に抜ける１つの通路を形成している。

【００１３】上下２つの筐体を仕切る隔壁６は、熱電変
換素子モジュール７と略同じ厚さを有している。また、
隔壁６の中央部には熱電変換素子モジュール７と略同じ
形状の収納孔８が、配設される熱電変換素子モジュール
７の数だけ設けてあり、隔壁６の下面には、熱交換器９
が収納孔８を閉塞するように取り付けてある。この熱交
換器９は、例えばアルミニウムを押出し加工により成形
したもので、下部筐体２の内部に向けて突設した複数の
フィンを有し、その拡張された表面積により熱交換を促
進するものである。

【００１４】熱電変換素子モジュール７は、一方の面を
熱交換器９上部の平坦な面に密着させて収納孔８に収納
されている。また、熱電変換素子モジュール７の他方の
面には、有底円筒状に成形された伝熱性の冷却容器10の
底面が密着するように固定されている。この熱電変換素
子モジュール７と熱交換器９および冷却容器10との間は
伝熱グリス（例えばグリス状シリコンコンパウンド：熱
伝導率 0.84 Ｗ／deg・ｍ程度）を用いて密着させるこ
とにより、熱伝達の損失を低減している。

【００１５】熱電変換素子モジュール７は、それぞれが
独立した発電能力を有する板状の熱電変換素子を伝熱グ
リスを介して複数重ね合わせ、電気的に接続し、各熱電
変換素子による出力を合わせて熱電変換素子モジュール
７の出力として取り出せるように形成したものである。
そして、この複数重ねられた熱電変換素子のうち、冷却
容器10側（低温物質保持部材に近い側）に配設された熱
電変換素子よりも熱交換器９側（遠い側）に配設された
熱電変換素子の面積の方が大きくなるように構成されて
いる。

【００１６】また、熱電変換素子の材料としては、入手
し易く特性も優れたＢｉＴｅを主成分とするものや、安
価なＦｅＳｉを主成分とするものが好ましく用いられる
が、その他の熱電変換素子を用いてもよい。さらに、熱
電変換素子モジュール７は単一でもよいが、複数の熱電
変換モジュール７を冷却容器10と熱交換器９との間に並
べて配設すれば、より多くの電力を得ることができ、消
費電力の大きい強力な電動モータを使用して強い送風力
を得ることが可能である。

【００１７】図１および図２に示した構成は、隔壁６に
設けた２行２列の計４つの収納孔８の各々に、３枚の熱
電変換素子から成る熱電変換素子モジュール７を収納し
たものである。図３には、この隔壁６と熱電変換素子モ
ジュール７とを上から見た平面図を示す。低温物質保持
部材としての冷却容器10は、上部筐体１を鉛直方向に貫
通し、開口部11を上部筐体１の上面外側に臨ませてい
る。この開口部11から低温物質12が冷却容器10の内部に
格納され、断熱性の蓋13で封止される。蓋13には、冷却
容器10の内部に向けて、板14がバネ15を介して取り付け
てある。これにより、融解にともなって変形する氷のよ
うなものを低温物質12として用いた場合でも、常に低温
物質12が冷却容器10の底部に圧着されるため、低温物質
12と熱電変換素子モジュール７との間の熱伝達を継続的
に安定して行うことができる。

【００１８】また、冷却容器10の外面には、空気との熱
交換を促進するための冷却フィン16が上部筐体１の軸線
方向に略平行になるように取り付けてある。低温物質12
としては、安価で容易に入手できる氷や、繰り返し再生
使用できるポリビニルアルコールゲル等からなる蓄冷材
を用いればよい。氷は、市販のブロックアイス等を冷却
容器10に格納して用いればよく、蓄冷材は、これを専用
容器に封入して冷凍庫等で凍らせて、冷却容器10に格納
するようにしてもよい。

【００１９】上部筐体１に設けられた送風口５には電動
モータ17が、その出力軸の軸線方向を上部筐体１の軸線
方向と一致させて設けられている。また、出力軸には送
風ファン18が、その回転により上部筐体１の内側から外
側へ向かう気流を発生するように取り付けられている。
また、送風口５には、送風ファン18の外周を保護すると
共に、送風方向を規定するフード19が取り付けてある。

【００２０】電動モータ17は熱電変換素子モジュール７
と接続されており、熱電変換素子モジュール７で発生さ
れる電力を電源として回転される。この電動モータ17と
しては、強力なＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系マグネットを使用した
効率のよい直流モータが好ましく用いられるが、Ｓｍ−
Ｃｏ系マグネットやフェライト系マグネットを使用した
ものでもよい。

【００２１】次に作用を説明する。内部に冷却容器10の
内部に低温物質12が格納されると、熱電変換素子モジュ
ール７の一面が冷却され、熱交換器９により空気の温度
に維持された他面との間に温度差を生じる。これにより
熱電変換素子モジュール７に電力が発生する。このと
き、単に１枚の熱電変換素子を冷却容器10と熱交換器９
との間に設けた構成では、冷却容器10と熱交換器９との
間の距離が短く、熱交換器９まで一気に冷却されてしま
うため、熱電変換素子の両面の温度差が小さくなり、十
分な電力を得られないおそれもある。

【００２２】この点、複数の熱電変換素子を重ね合わせ
て形成した熱電変換素子モジュール７を用いた構成で
は、冷却容器10と熱交換器９との間に十分な距離を確保
することができる。さらに、冷却容器10側に配設された
熱電変換素子よりも熱交換器９側に配設された熱電変換
素子の面積の方を大きくした構成では、熱交換器９に近
い側ほど、接触面積が大きい分、熱交換が円滑に行われ
る。このため、熱電変換素子モジュール７の両面の温度
差ΔＴが十分な大きさに維持され、発電を継続すること
ができる。

【００２３】そして、熱電変換素子モジュール７を構成
する各熱電変換素子では、各々その両面の温度差に応じ
た発電がなされ、その合計が熱電変換素子モジュール７
の発電量となる。この熱電変換素子モジュール７から電
動モータ17に電力が供給され、電動モータ17の出力軸に
取付けられた送風ファン18が回転すると、図１に示した
ような、吸気口４から下部筐体２に吸入され、連通路３
を介して上部筐体１に入り、送風口５から送出される気
流が発生する。

【００２４】吸気口４から吸入された空気は、まず下部
筐体２の内部において熱交換器９と熱交換を行う。この
熱交換により空気は予備的に冷却される。一方、熱交換
器９の温度が気温に近づくことで、熱電変換素子モジュ
ール７の両面の温度差ΔＴが維持され、発電が継続され
る。下部筐体２内部の熱交換器９を通過した空気は、連
通路３を通って上部筐体１に入る。この下部筐体２と連
通路３とが吸気通路に相当する。

【００２５】連通路３から上部筐体１に入った空気は、
図４に矢印で示した経路で流れると共に、さらに冷却容
器10の表面および冷却フィン16との熱交換により効率よ
く冷却されて、送風口５から冷風として供給される。こ
の過程を通じて、上下２つの筐体１および２と連通路３
とは、その内部を外部から熱的に遮断し、低温物質12の
温度上昇を可及的に抑制することにより、冷風機の稼働
をより長く持続させる役割も果たす。

【００２６】以上のように、吸入された空気は熱交換器
９と冷却容器10との２箇所で効率よく冷却される一方、
熱電変換素子モジュール７の両面の温度差ΔＴも維持さ
れるので、低温物質12の温度が気温になるまで冷風を継
続して供給することができる。低温物質として500gの氷
を用いた実験では、30℃の気温の下で、５℃程度の冷風
を90分間連続して供給することができた。

【００２７】この冷風機では、外部からの電源が不要で
あり、簡便で軽量な構造であるため、持ち運びや屋外で
の使用が容易である。また、機械的な動作をするのは送
風ファン18のみであるため、騒音がなく、時間的・場所
的に制限されることなく使用できる。尚、気流の通路を
形成する下部筐体２、連通路３、および上部筐体１の側
壁等を適当な曲面になるように設計すれば、冷風機内部
での空気の抵抗や滞留を減少させ、より効率的に冷風を
供給することができる。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に係る発
明によれば、簡便かつ軽量な構造で、乾電池や外部電源
を要せずに、低温物質のみで快適な冷風を得ることがで
きるため、屋外への持ち運びおよび使用が容易であると
いう効果が得られる。また、蒸気圧縮式冷凍を用いた装
置の圧縮機が発するような騒音がないので、場所や時間
に制限なく冷風を得られるという効果もある。さらに、
フロン等の環境に有害な冷媒も必要としないので、環境
破壊を可及的に防止できるという効果もある。

【００２９】また、請求項２に係る発明によれば、熱電
変換素子の熱交換器側の面を空気の温度に保ち、低温物
質で冷却される側の面との温度差を保持できるので、熱
電変換とこれによる冷風供給とを安定して行なうことが
できるという効果がある。また、請求項３に係る発明に
よれば、熱交換器により予備的に冷却された空気をさら
に冷却するので、より低温の冷風を効率的に得ることが
できるという効果がある。

【００３０】また、請求項４に係る発明によれば、グリ
ス状の伝熱性材料で熱伝達の効率を向上させることによ
り、同量の低温物質による冷風の供給時間を向上させる
ことができるという効果がある。また、請求項５に係る
発明によれば、狭いスペースに複数の熱電変換素子を配
設することができ、より大きな電力を得ることができる
という効果がある。また、低温物質保持部材と熱交換器
との距離が拡大し、その温度差が維持されるので、安定
した発電がなされるという効果もある。

【００３１】また、請求項６に係る発明によれば、各熱
電変換素子間の熱交換は、各々の接触面積に応じた差が
生じるので、複数の熱電変換素子の、低温物質保持部材
に最も近い側に配設された面と、最も遠い側に配設され
た面との温度差が大きくなり、効率的で安定した発電が
できるという効果がある。また、請求項７に係る発明に
よれば、より大きな電力を得ることができ、より強力な
冷風を供給できるという効果がある。

【００３２】また、請求項８に係る発明によれば、低温
物質保持部材の外面に設けたフィン状の熱交換器によ
り、空気の冷却効率を向上させ、より低温の冷風を得る
ことができるという効果がある。また、請求項９に係る
発明では、氷を用いることにより、容易かつ安価に低温
物質を入手することができるという効果がある。

【００３３】また、請求項10に係る発明では、ポリビニ
ルアルコールゲル等からなる蓄冷材を冷凍庫等で再生し
て、繰り返し使用できるという効果がある。また、請求
項11に係る発明では、市場で入手し易い、優れた熱電変
換特性を有するＢｉＴｅを主成分とした熱電変換素子を
用いることにより、実施が容易になるという効果があ
る。

【００３４】また、請求項12に係る発明では、より安価
なＦｅＳｉを主成分とした熱電変換素子を用いることに
より、冷風機を安価に提供することができるという効果
がある。また、請求項13に係る発明では、結晶がスクッ
テルダイト構造を有する化合物を主成分とする高効率の
熱電変換素子を用いることで、同量の低温物質による冷
風の供給時間を向上させることができるという効果があ
る。

【００３５】また、請求項14に係る発明では、Ｎｄ−Ｆ
ｅ−Ｂ系マグネットを用いた直流モータにより、強力な
送風力を得ることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一構成例を示す概略図

【図２】図１のＡ−Ａ矢視図

【図３】隔壁と熱電変換素子モジュールとの配置を説
明する平面図

【図４】上部筐体内部での空気の流れを示す平面図

【符号の説明】

１上部筐体２下部筐体３連通路４吸気口５送風口６隔壁７熱電変換素子モジュール９熱交換器 10 冷却容器 12 低温物質 16 冷却フィン 17 電動モータ 18 送風ファン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】両面の温度差によって電力を発生する板状
の熱電変換素子と、該熱電変換素子の一面と熱交換可能に配置され、内部に
低温物質を保持可能な低温物質保持部材と、前記熱交換により前記熱電変換素子が発生する電力によ
って回転する電動モータと、該電動モータの出力軸に取り付けられた送風ファンと、
を含んで構成され、前記送風ファンの回転によって発生する気流の通路に前
記低温物質保持部材を配置したことを特徴とする冷風
機。
【請求項２】前記熱電変換素子の他面を前記気流の通路
の外部に臨ませて配置すると共に、前記低温物質により
冷却された前記熱電変換素子の他面と空気との熱交換を
促進する熱交換器を取り付けたことを特徴とする請求項
１に記載の冷風機。
【請求項３】前記熱交換器との熱交換により冷却された
空気を前記気流の通路の入口に導く吸気通路を設けたこ
とを特徴とする請求項２に記載の冷風機。
【請求項４】前記低温物質保持部材、熱電変換素子、お
よび熱交換器の各部材を、グリス状の伝熱性材料を介し
て密着させて配設したことを特徴とする請求項２または
請求項３に記載の冷風機。
【請求項５】前記熱電変換素子を複数重ねて配設したこ
とを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記
載の冷風機。
【請求項６】前記複数の熱電変換素子は、前記低温物質
保持部材に近い側に配設されたものの面積よりも遠い側
に配設されたものの面積の方が大きいことを特徴とする
請求項５に記載の冷風機。
【請求項７】前記熱電変換素子を複数重ねたものを、同
一平面内に複数並べて配設したことを特徴とする請求項
５または請求項６に記載の冷風機。
【請求項８】前記低温物質保持部材の外面に、前記送風
ファンの回転によって発生する気流の通過方向に略平行
なフィン状の熱交換器を突設したことを特徴とする請求
項１〜請求項７のいずれか１つに記載の冷風機。
【請求項９】前記低温物質は氷であることを特徴とする
請求項１〜請求項８のいずれか１つに記載の冷風機。
【請求項10】前記低温物質は蓄冷材であることを特徴と
する請求項１〜請求項８のいずれか１つに記載の冷風
機。
【請求項11】前記熱電変換素子は、ＢｉＴｅを主成分と
するものであることを特徴とする請求項１〜請求項10の
いずれか１つに記載の冷風機。
【請求項12】前記熱電変換素子は、ＦｅＳｉを主成分と
するものであることを特徴とする請求項１〜請求項10の
いずれか１つに記載の冷風機。
【請求項13】前記熱電変換素子は、結晶がスクッテルダ
イト構造を有する化合物を主成分とするものであること
を特徴とする請求項１〜請求項10のいずれか１つに記載
の冷風機。
【請求項14】前記電動モータは、そのマグネットとして
Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系マグネットを用いた直流モータである
ことを特徴とする請求項１〜請求項13のいずれか１つに
記載の冷風機。