JPH10170094A

JPH10170094A - ペルチェ素子を用いた冷凍機

Info

Publication number: JPH10170094A
Application number: JP8351884A
Authority: JP
Inventors: Hiroji Kodera; 博治小寺
Original assignee: KODERA DENSHI SEISAKUSHO KK
Current assignee: KODERA DENSHI SEISAKUSHO KK
Priority date: 1996-12-10
Filing date: 1996-12-10
Publication date: 1998-06-26

Abstract

(57)【要約】【課題】冷凍機の冷凍手段の中でも、最も簡易な構成
であり、比較的変換効率の高いペルチェ素子を用いて、
放熱及び吸熱の双方を利用することにより熱変換効率の
高いペルチェ素子を用いた冷凍機を提供する。【解決手段】冷却対象物より熱を吸熱するペルチェ素
子３と、前記ペルチェ素子３の放熱側より放出される熱
を熱源に吸収剤に溶け込んだ冷媒を気化させる発生器８
と、前記発生器８より気化された冷媒を液化する凝縮器
１２と、前記発生器８より冷媒を気化され濃縮された吸
収剤を収容する吸収器５と、前記凝縮器１２により液化
された冷媒を収容するとともに外部と気密状態で前記吸
収器５と繋がれた蒸発器４と、前記冷却対象物と前記蒸
発器４との間の熱交換をする熱伝達手段であり内部を冷
却媒体が循環するパイプ７とを備えたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ペルチェ素子を用
いた冷凍機に関するものであり、特に、ペルチェ素子の
放熱及び吸熱を利用することにより変換効率を高めたペ
ルチェ素子を用いた冷凍機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、温度の低い側から温度の高い
側に熱を移動させるものに、冷凍機がある。この冷凍機
には、ヒートポンプ式の冷凍機、吸収冷凍機、電子冷凍
機の３種類があり、その他に、実用化されてないが吸着
冷凍機がある。

【０００３】ヒートポンプ式の冷凍機は、冷媒となるフ
ロン等のガスをヒートポンプにより圧縮し、気化させ、
気化するときに潜熱として外気、冷蔵庫の庫内等から熱
を奪うものである。つまり、ヒートポンプ式の冷凍機
は、力学的なエネルギーにより温度の低い側から温度の
高い側に熱を移動させるものである。

【０００４】吸収冷凍機は、冷媒と、前記冷媒を吸収す
る力の大きな吸収剤とを気密状態の一つの空間内におい
て別々の容器に入れたときに吸収剤の吸収作用により冷
媒が強制的に気化されるときに潜熱として外気、冷蔵庫
の庫内等から熱を奪うものである。やがて、溶け込んだ
冷媒により希薄になった吸収剤は、吸収力が低下する
が、希薄となった吸収剤は、溶け込んだ冷媒を加熱する
ことにより気化され、濃縮され再び吸収剤として使用さ
れる。この系において、使用される主なエネルギーは、
吸収剤を濃縮させる時に加える熱エネルギーである。つ
まり、吸収冷凍機は、熱エネルギーにより、温度の低い
側から温度の高い側に熱を移動させるものである。

【０００５】吸着冷凍機は、吸収冷凍機と略原理は同じ
であり、冷媒に水等を、吸収剤の代わりに吸着剤として
シリカゲル等の固体を使用するものである。

【０００６】電子冷凍機は、ペルチェ効果を利用して、
外気、冷蔵庫の庫内等から熱を奪うものである。オーミ
ック状態で接合された異種の金属の接触面間に電流を流
すと、一方の面からは吸熱作用を、他方の面からは放熱
作用を生じる。この現象をペルチェ効果といい、吸熱及
び放熱の方向は、電流の方向によって、入れ替わる。特
に、吸熱及び放熱作用を金属材料で構成する場合の数百
倍に高めた半導体素子がペルチェ素子であり、このペル
チェ素子を用いれば、温度の低い方を吸熱側に、温度の
高い方を放熱側に設置することで、温度の低い方より熱
を奪って温度の高い方に熱を移動させることができる。
しかも、変換効率が１５０％、つまり、消費電力に対
し、移動させることのできる熱エネルギーが１．５倍で
ある。

【０００７】そして、これらの冷凍機は、エアコンディ
ショニング装置のような冷暖房装置、冷温水機、冷蔵庫
等に使用されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のよう
に、電子冷凍機は、冷却する際に、発生する熱は廃棄し
ており、エネルギーの無駄であった。この廃熱を利用す
ることは、今後益々増大することが見込まれるエネルギ
ー消費の削減に繋がり望まれていた。

【０００９】特に、日本の消費電力事情は、略９２％が
一般家庭で、続いて、３０％台の鉄鋼関係、３％台の半
導体関係となっている。そして、略９２％を占める一般
家庭の消費電力のうち冷蔵庫により消費される電力を略
１０％削減することは、日本の全消費電力の０．３％の
削減に繋がる。

【００１０】そこで、本発明は、上記各種冷凍機の冷凍
手段の中でも、最も簡易な構成であり、比較的変換効率
の高いペルチェ素子を用いて、放熱及び吸熱の双方を利
用することにより熱変換効率の高いペルチェ素子を用い
た冷凍機の提供を課題とするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明にかかる
ペルチェ素子を用いた冷凍機は、冷却対象物より熱を吸
熱するペルチェ素子と、前記ペルチェ素子の放熱側より
放出される熱を熱源に吸収剤に溶け込んだ冷媒を気化さ
せる発生器と、前記発生器より気化された冷媒を液化す
る凝縮器と、前記発生器より冷媒が気化され濃縮された
吸収剤を収容する吸収器と、前記凝縮器により液化され
た冷媒を収容するとともに外部と気密状態で前記吸収器
と繋がれた蒸発器と、前記冷却対象物と前記蒸発器との
間の熱交換をする熱伝達手段とを備えたものである。

【００１２】ここで、冷媒と吸収剤との組合わせには、
冷媒にアンモニア、吸収剤に水の組合わせとしてもよい
が、その他に、冷媒に水、吸収剤にリチウムブロマイド
の組合わせ、冷媒にメタノール、エタノール等のアルコ
ール類、吸収剤にＬｉＢｒ，ＺｎＢｒ２，ＬｉＢｒ＋Ｚ
ｎＢｒ２等の組合わせ、冷媒にフロン２２，フロン１３
４等のフロン、吸収剤にE-181(tetraethylene glycol d
imethyl ether),N.N-Dimethylformamid(D.M.F),Isobuty
lacetet(I.B.A),Dibutylphthalete(D.B.P)等の組合わせ
としても構わない。

【００１３】したがって、請求項１の発明のペルチェ素
子を用いた冷凍機によれば、ペルチェ素子により冷却対
象物の冷却を行なうだけでなく、ペルチェ素子により冷
却対象物より吸熱した熱は吸収剤に溶け込んだ冷媒を気
化させ、気化された冷媒は、凝縮器により液化され、吸
収剤を収容した吸収器と気密状態で繋がれた蒸発器に収
容され、前記吸収器内の吸収剤の吸収力により再び気化
され、熱伝達手段を通じて冷却対象物より更に熱を奪
う。

【００１４】請求項２の発明にかかるペルチェ素子を用
いた冷凍機は、請求項１のペルチェ素子を用いた冷凍機
において、冷媒がアンモニアであり、吸収剤が水である
ものである。ここで、冷媒のアンモニアには、純粋にア
ンモニアのみとしてもよいが、所定量の水素を混入して
もよい。

【００１５】したがって、請求項２の発明のペルチェ素
子を用いた冷凍機によれば、請求項１のペルチェ素子を
用いた冷凍機の作用に加えて、アンモニアの蒸発温度は
気圧等の条件によっては−４５℃にまで下げることがで
き、この蒸発温度は吸収冷凍機の冷媒として使用できる
物質の中でも比較的低い方の部類に属するので、比較的
低温にまで冷却ができる。また、１気圧において、６０
℃という比較的低温下においても、吸収剤である水に対
する冷媒であるアンモニアの濃度を質量比で２０％以下
にまで気化させることができる。さらに、吸収剤にアン
モニア、冷媒に水の組合わせは、他の物質の組合わせに
比べて、吸収器、凝縮器の冷却を空冷式にする条件とし
て最も適している。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の第一実施形態につ
いて説明をする。図１は本発明の第一実施形態であるペ
ルチェ素子を用いた冷凍機の構造を示す説明図である。

【００１７】図１に示すように、本実施形態の冷凍機１
は、主にペルチェ素子３により冷却室２の冷却と、ペル
チェ素子３より放出される廃熱を利用して運転させる吸
収冷凍機による冷却室２の冷却とを行なうものである。

【００１８】冷却室２の外壁面には、ペルチェ素子３が
吸熱面３ａを庫内に向けて放熱面３ｂを外部に露出させ
て設けられている。ペルチェ素子３には、図示してない
が電流を流すようになっており、電流を流すと放熱面３
ｂと吸熱面３ａとの間に温度勾配がつくような半導体素
子である。つまり、ペルチェ素子３に電流を流すと放熱
面３ｂ側の温度が高くなり、吸熱面３ａ側の温度が低く
なるようになっている。そのため、冷却室２の庫内の熱
は、吸熱面３ａに吸収され放熱面３ｂへと放出される。
また、このときの放熱面３ｂと吸熱面３ａとの間の温度
勾配は印加する電圧に応じて適宜変更できるようになっ
ており、冷却室２の庫内を所定の温度に冷却できる。

【００１９】この他に、本実施形態の冷凍機１は、ペル
チェ素子３により冷却室２の庫内より外部へ放出される
熱を利用して運転される吸収冷凍機を補助的に備えてい
る。

【００２０】つまり、本実施形態の冷凍機１が補助的に
備えている吸収冷凍機は、ペルチェ素子３の放熱面３ｂ
より放出される熱を熱源に吸収剤に溶け込んだ冷媒を気
化させる発生器８と、前記発生器８より気化された冷媒
を液化する凝縮器１２と、前記発生器８より冷媒を気化
され濃縮された吸収剤を収容する吸収器５と、前記凝縮
器１２により液化された冷媒を収容するとともに外部と
気密状態で前記吸収器５と繋がれた蒸発器４と、前記冷
却室２と前記蒸発器４との間の熱交換をする熱伝達手段
とを備えている。

【００２１】蒸発器４は、吸収冷凍機の主要部である冷
却器であり、内部には冷媒であるアンモニアが液体の状
態で収納されている。

【００２２】吸収器５は、前記蒸発器４に収納されてい
る冷媒であるアンモニアを強制的に気化させるための吸
収剤である水を収容する容器であり、パイプ６により外
部とは気密状態で蒸発器４と繋がれている。つまり、ア
ンモニアは、水に対する溶解度が酸素や水素等の他の物
質に比べて非常に大きいため、外部とは気密状態にある
空間内において水とは異なる容器に液体として留置され
ていても周囲に気体状態で存在するアンモニアが水に溶
け込むことによりこの空間が常に真空状態となり強制的
に気化され水に溶け込むことを繰り返す。このとき、蒸
発器４では、アンモニアの気化に伴い潜熱として周囲の
熱を奪う必要がある。そこで、蒸発器４の内部と冷却室
２の庫内とは、パイプ７により結ばれ冷却室２の庫内よ
り蒸発器４へと熱を伝達する熱伝達手段が形成されてい
る。

【００２３】パイプ７は、ループ状に１つに閉じてお
り、内部に塩化カルシウム溶液、塩化ナトリウム溶液等
からなるブラインが収納されている。ブラインは、凍結
温度が最低になるような濃度の共融混合体であり、冷却
する際の熱伝達媒体として最適な溶液である。パイプ７
の途中には、ポンプ７ａが設けられており前記ブライン
の循環が行なわれる。つまり、このブラインを介して、
冷却室２の内部より吸熱された熱は蒸発器４内のアンモ
ニアの気化に伴う潜熱となる。なお、パイプ７の冷却室
２庫内及び蒸発器４内の各々に介装される部分は、いず
れも表面積を多くして熱伝達を向上させるために蛇行形
成された吸熱部７ｂ及び放熱部７ｃとなっている。

【００２４】吸収器５によるアンモニアの吸収能力は、
水に溶け込むアンモニアの含有量に応じて低下するが、
アンモニアの濃度が増し吸収能力の低下した水は発生器
８へと移されアンモニアを除去されたのち再び吸収器５
へと戻される。

【００２５】発生器８は、ペルチェ素子３の放熱面３ｂ
側に底面を密接して設置された容器であり、そのため、
発生器８へと移されたアンモニア水は、ペルチェ素子３
の放熱面３ｂより放出された熱により加熱され、アンモ
ニアを気化される。

【００２６】つまり、発生器８は、アンモニアの濃度が
増し吸収能力の低下した水からアンモニアを除去する容
器である。また、発生器８は、吸収器５とパイプ９及び
パイプ１０の２つの系統により連結されている。パイプ
９の途中の吸収器５寄りには、ポンプ９ａが設けられて
おり、パイプ９を通じて、吸収器５内のアンモニアの濃
度が増し吸収能力の低下した水を発生器８へと汲み上げ
るようになっている。パイプ１０の途中の吸収器５寄り
には、減圧弁１０ａが設けられており、発生器８内でア
ンモニアを気化されて再びアンモニアの吸収能力を備え
た水がパイプ１０を通じて吸収器５内へと流入する。こ
のとき減圧弁１０ａが設けられているのは、発生器８内
は、吸収器５内に比べて高圧であるためである。

【００２７】なお、吸収器５内では、アンモニアが溶解
する際に発生する反応熱により、発生器８では、ペルチ
ェ素子３から受ける熱により各々に温度上昇があるが、
発生器８での温度上昇の方がはるかに大きい。そのた
め、吸収器５と発生器８とを結ぶパイプ９とパイプ１０
との間には、熱交換器１１が設けられており、吸収器５
内の温度は上昇するのを、発生器８内の温度は低下する
のを防止しエネルギー損失を低減している。

【００２８】発生器８により気化されたアンモニアは、
パイプ１３を通じて凝縮器１２に送られ液化される。こ
のとき、気化されたアンモニア中には、所定量の水蒸気
を含んでいるので、この水蒸気を除去する対策が発生器
８には施されている。つまり、発生器８の上部には、吸
収器５より送られてきた吸収能力の低下したアンモニア
水と、加熱により気化したアンモニアとの接触を促進す
る分離器８ａが設けられている。吸収器５よりアンモニ
アの濃度が増し吸収能力の低下した水を引き込むパイプ
９は分離器８ａに繋がれており、分離器８ａ内へ注がれ
たアンモニア水は気体アンモニアと接触する間に気体ア
ンモニア中に混在する水蒸気を吸収する。そのため、気
体アンモニアの純度は向上する。

【００２９】純度を向上された気体アンモニアは、パイ
プ１３を通じて凝縮器１２に移され凝縮器１２で冷却さ
れ液化されるが、パイプ１３の途中には精留器１４が設
けられており、ここで気体アンモニアは冷却され、さら
に水蒸気を除去され純度を増す。

【００３０】このように液化されたアンモニアは、パイ
プ１５を通じて凝縮器１２より蒸発器４へと送られ、再
び気化され、パイプ７を通じて冷却室２庫内との熱交換
を繰り返す。なお、パイプ１５には、凝縮器１２より蒸
発器４へ向かって順に受液器１５ａ、膨張弁１５ｂが設
けられている。受液器１５ａでは、液化されたアンモニ
アが収容される。膨張弁１５ｂは、凝縮器１２内が蒸発
器４内より高圧であるために、減圧及び流量調節を行な
うために設けられている。

【００３１】吸収器５、凝縮器１２、精留器１４の冷却
は、これらの間を連続して通過する１本に繋がれたパイ
プ１６に冷却水が流されて行なわれる。

【００３２】つまり、本実施形態の冷凍機１では、主に
ペルチェ素子３により冷却を行なっているが、ペルチェ
素子３より放出される廃熱を利用して補助的に吸収冷凍
機も運転させるようになっており、冷却効率がペルチェ
素子３のみによる冷却に比べて向上している。また、ペ
ルチェ素子による冷却効率は１５０％にすることが可能
であり、吸収冷凍機による冷却効率は最大で７０％であ
る。そのため、本実施形態の冷凍機１では、ペルチェ素
子による冷却効率の１５０％に加えて、ペルチェ素子に
よる廃熱の略７０％分の冷却効率の向上が可能である。

【００３３】このように、本実施形態の冷凍機１は、ペ
ルチェ素子３による冷却に加えて、ペルチェ素子３より
放出される廃熱を利用して補助的に運転させる吸収冷凍
機による冷却を行なうことにより運転効率を向上させた
ものであり、冷却対象物である冷却室２庫内より熱を吸
熱するペルチェ素子３と、前記ペルチェ素子３の放熱側
より放出される熱を熱源に吸収剤である水に溶け込んだ
冷媒であるアンモニアを気化させる発生器８と、前記発
生器８より気化された冷媒であるアンモニアを液化する
凝縮器１２と、前記発生器８より冷媒であるアンモニア
を気化され濃縮された吸収剤である水を収容する吸収器
５と、前記凝縮器１２により液化された冷媒であるアン
モニアを収容するとともに外部と気密状態で前記吸収器
５と繋がれた蒸発器４と、前記冷却対象物である冷却室
２庫内と前記蒸発器４との間の熱交換をする熱伝達手段
とを備えている。

【００３４】したがって、本実施形態の冷凍機１は、ペ
ルチェ素子３により冷却対象物である冷却室２の冷却を
行なうだけでなく、ペルチェ素子３により冷却対象物で
ある冷却室２より吸熱した熱は吸収剤である水に溶け込
んだ冷媒であるアンモニアを気化させ、気化された冷媒
であるアンモニアは、凝縮器１２により液化され、吸収
剤である水を収容した吸収器５と気密状態で繋がれた蒸
発器４に収容され、前記吸収器５内の吸収剤である水の
吸収力により再び気化され、熱伝達手段を通じて冷却対
象物である冷却室２より更に熱を奪うので、従来廃熱と
して捨てられていた冷却対象物である冷却室２より吸熱
された熱が冷却対象物である冷却室２の冷却に寄与する
ことになり冷却効率が向上する。つまり、ペルチェ素子
３の冷却にともなう廃熱を再利用する過程は、吸収冷凍
機を構成しており、この吸収冷凍機により冷却される分
だけ冷却効率が向上している。特に、ペルチェ素子３に
よる冷却効率は１５０％にすることが可能であり、吸収
冷凍機による冷却効率は最大で７０％であり、ペルチェ
素子３による冷却効率の１５０％に加えて、ペルチェ素
子３による廃熱の略７０％分の冷却効率の向上が可能で
ある。

【００３５】また、アンモニアの蒸発温度は気圧等の条
件によっては−４５℃にまで下げることができ、この蒸
発温度は吸収冷凍機の冷媒として使用できる物質の中で
も比較的低い方の部類に属し、比較的低温にまで冷却が
できるので、より冷凍能力の高い冷凍機とすることがで
きる。また、１気圧において、６０℃という比較的低温
下においても、吸収剤である水に対する冷媒であるアン
モニアの濃度を質量比で２０％以下にまで気化させるこ
とができるため、発生器８に使用する熱源としては比較
的低温である廃熱によっても充分に冷却運転を行なうこ
とができる。さらに、吸収剤に水、冷媒にアンモニアの
組合わせは、他の物質の組合わせに比べて、吸収器５、
凝縮器１２の冷却を空冷式にする条件として最も適して
いるので、冷却手段が簡素化され設備全体の重量、価格
等を低減でき、特に、小規模な冷凍機に最適である。

【００３６】なお、上記説明では、冷媒にアンモニア、
吸収剤に水の組合わせとしてもよいが、必ずしも、冷媒
にアンモニア、吸収剤に水の組合わせに限定されるもの
ではなく、その他に、冷媒に水、吸収剤にリチウムブロ
マイドの組合わせ、冷媒にメタノール、エタノール等の
アルコール類、吸収剤にＬｉＢｒ，ＺｎＢｒ２，ＬｉＢ
ｒ＋ＺｎＢｒ２等の組合わせ、冷媒にフロン２２，フロ
ン１３４等のフロン、吸収剤にE-181(tetraethylene gl
ycol dimethyl ether),N.N-Dimethylformamid(D.M.F),I
sobutylacetet(I.B.A),Dibutylphthalete(D.B.P)等の組
合わせとしても構わない。

【００３７】続いて、本発明の第二実施形態について説
明をする。図２は本発明の第二実施形態であるペルチェ
素子を用いた冷凍機の構造を示す説明図である。

【００３８】図２に示すように、本実施形態の冷凍機２
１は、上記第一実施形態の冷凍機１と同様に主にペルチ
ェ素子２３により冷却室２２の冷却と、ペルチェ素子２
３より放出される廃熱を利用して運転させる吸収冷凍機
による冷却室２２の冷却とを行なうものである。なお、
上記第一実施形態の冷凍機１と異なる点は、冷凍機１に
おいてはアンモニアの濃度が増し吸収能力の低下した水
を吸収器５より発生器８へと送り込むためのポンプ９ａ
が必要であったが不要になったという点と、冷媒のアン
モニア中に水素を混入させることでアンモニアの気化温
度を下げ冷却効果を高めた点と、蒸発器４と冷却室２と
の熱交換を他の熱伝達手段を用いずに直接行なう点と、
ペルチェ素子３の吸熱面３ａを直接冷却室２内に設ける
のではなく他の熱伝達手段を通じて冷却を行なう点であ
る。

【００３９】ペルチェ素子２３は、図示してないが別途
に電源が設けられており、電流を流すことによって、温
度勾配ができ吸熱する吸熱面２３ａと、吸熱面２３ａよ
り吸熱した熱を放熱する放熱面２３ｂとを備えている。
ペルチェ素子２３の吸熱面２３ａには、外部と断熱状態
を保つ冷却器２６が設けられており、ペルチェ素子２３
の放熱面２３ｂには、発生器２５の底面が密接されてい
る。冷却室２２と冷却器２６とは１本のループ状のパイ
プ２４により結ばれており、パイプ２４の途中には、ポ
ンプ２４ａを介在されており、ポンプ２４ａによりパイ
プ２４内をペルチェ素子を用いた冷凍機１の場合と同様
の塩化カルシウム溶液、塩化ナトリウム溶液等からなる
ブラインを循環させるようになっている。この循環する
ブラインを通じて冷却室２２庫内の熱は、冷却器２６内
へと運ばれ、ペルチェ素子２３を通じて強制的に発生器
２５へと導かれる。

【００４０】なお、パイプ２４の冷却室２２庫内及び冷
却器２６内に介在されている部分は、表面積を多くして
熱伝達を促進するために蛇行形成された吸熱部２４ｂ、
放熱部２４ｃとなっている。ペルチェ素子２３の放熱面
２３ｂより発生器２５へと伝えられた熱は、冷却効率の
向上のために補助的に設けられた後述する吸収冷凍機の
運転に使用される。

【００４１】つまり、発生器２５では、アンモニアの濃
度が増し吸収能力の低下した吸収剤である水を収容して
おり、この吸収剤である水中に溶け込んでいるアンモニ
アを、ペルチェ素子２３により冷却室２２庫内から奪っ
た熱により、気化させる作用がある。図中、塗りつぶし
の矢印３５はアンモニアの移動場所及び方向を示す。同
様に、斜線の矢印３６及び白抜きの矢印３７は水蒸気及
び水素の移動場所及び方向を示す。

【００４２】発生器２５ではアンモニアの気化に伴っ
て、水蒸気も気化され上方へと立ち上がるパイプ２８を
通り分離器２７へと移動する。分離器２７の上方には、
さらにパイプ３０が立ち上がり、途中で向きを変え下方
へと向かっている。パイプ３０の立ち上がり部分では、
水蒸気が冷却され水滴となって分離器２７に収容され
る。また、パイプ３０の途中で向きを変え下方へと向か
っている部分の途中には周囲に冷却フィンが設けられて
いる部分があり凝縮器２９を構成している。さらに、凝
縮器２９の先には、途中にトラップ２９ａが形成されて
おり、凝縮器２９内で冷却されたアンモニアが液化して
留まるようになっている。パイプ３０の先端は、１本の
ループ状をしたパイプ３２の上方に繋がれている。

【００４３】パイプ３２には、アンモニアを吸収作用に
より気化させる吸収器３３と、冷却室２２庫内より熱を
吸熱する蒸発器３２ａと備えており、パイプ３２の下方
の途中には、吸収器３３にて吸収剤である水がアンモニ
アを吸収して形成されたアンモニア水を収容する受液槽
３１が繋がれている。

【００４４】つまり、パイプ３２は、パイプ３０の先端
が繋がれた直後より冷却室２２庫内に入り込み、再び外
部へと引き出されたのち受液槽３１へと繋がっており、
引き続き受液槽３１より外部へと延設されたパイプ３２
は、再びパイプ３０の先端と繋がるところに至ってい
る。

【００４５】そして、パイプ３２が再びパイプ３０の先
端と繋がるまでの間には、分離器２７がパイプ２７ａに
より繋がれており、分離器２７に収容されている水滴
は、パイプ２７ａを通じてパイプ３２内へと流入し受液
槽３１内へと移動する。このとき、水滴は吸収剤として
働き、トラップ２９ａに収容されているアンモニアはパ
イプ３２内へ流入し気化され水滴の中に溶け込む。

【００４６】アンモニア水となった水滴は受液槽３１内
へと流入し、パイプ３４を通じて発生器２５内へと流入
する。発生器２５内へと流入したアンモニア水は、ペル
チェ素子２３より受けた熱によってアンモニア及び水蒸
気となって気化し上記と同じ工程を繰り返す。

【００４７】なお、水滴へのアンモニアの吸収は、パイ
プ３２の一部分でパイプ２７ａが接続されているところ
から受液槽３１に至るまでの間で行なわれ、このとき熱
が発生するが、パイプ３２のこの区間には、周囲に凝縮
器２９と同様の冷却フィンが設けられており、空冷によ
り放熱が行なわれる。つまり、この部分が吸収器３３で
ある。

【００４８】また、パイプ３２の内部のうちパイプ３０
の接続された直後の位置から受液槽３１に至るまでの間
がアンモニアの気化に伴う潜熱を必要とするため、最
も、吸熱効果が大きい部分である。この部分の一部分は
冷却室２２庫内に収納され、この部分で庫内の吸熱を行
なう蒸発器３２ａとなっている。特に、蒸発器３２ａ
は、熱伝達を促進するように蛇行形成されている。

【００４９】さらに、パイプ３２の内部には、水素３７
が封入されており、水素は、水の中に殆ど溶け込むこと
はないが、パイプ３２の内部を矢印３７の方向に巡回す
る。つまり、パイプ３２の内部のうち分離器２７からの
水滴を受けた直後では、アンモニアの吸収により発生し
た熱で、他の部分に比べて温度が高くなり、水素を上昇
させる働きがあり、トラップ２９ａよりアンモニアが流
入気化した直後においては、他の部分に比べて温度が低
くなり、水素を下降させる働きがある。そのため、パイ
プ３２の内部を一定方向に水素は循環する。この循環す
る水素は、アンモニアに比べて気化温度が小さいため
に、アンモニアと混合されると、より低い温度でのアン
モニアの気化を促進する効果がある。また、このように
循環する水素は、アンモニアを循環させるポンプの働き
をする。

【００５０】このように、本実施形態の冷凍機２１は、
上記第一実施形態の冷凍機１と同様に、ペルチェ素子２
３による冷却に加えて、ペルチェ素子２３より放出され
る廃熱を利用して補助的に運転させる吸収冷凍機による
冷却を行なうことで運転効率を向上させたものであり、
上記第一実施形態の冷凍機１とは、アンモニアの濃度が
増し吸収能力の低下した水を吸収器３３より発生器２５
へと送り込むためのポンプが不要である点と、冷媒のア
ンモニア中に水素を混入させることでアンモニアの気化
温度を下げ冷却効果を高めた点と、蒸発器３２ａと冷却
室２２との熱交換を他の熱伝達手段を用いずに直接行な
う点と、ペルチェ素子２３の吸熱面３ａを直接冷却室２
２内に設けるのではなく他の熱伝達手段を通じて冷却を
行なう点で異なるものである。

【００５１】したがって、本実施形態の冷凍機２１は、
上記第一実施形態の冷凍機１の作用効果に加えて、アン
モニアの濃度が増し吸収能力の低下した水を吸収器３３
より発生器２５へと送り込むためのポンプが不要である
ため、設備全体の軽量化及び低コスト化に繋がってい
る。冷媒のアンモニア中に水素を混入させることでアン
モニアの気化温度を下げ冷却効果を高めているので、冷
凍機としての性能が向上している。蒸発器３２ａと冷却
室２２との熱交換を他の熱伝達手段を用いずに直接行な
っているので、熱伝達手段を介する場合に発生する損失
が低減されるだけでなく、設備全体の軽量化及び低コス
ト化につながる。ペルチェ素子２３の吸熱面３ａを直接
冷却室２２内に設けるのではなく他の熱伝達手段を通じ
て冷却を行なっているため、冷却室２２の断熱特性がよ
くなっている。

【００５２】なお、上記説明では、冷媒にアンモニア、
吸収剤に水の組合わせとなっているが、必ずしも、冷媒
にアンモニア、吸収剤に水の組合わせに限定されるもの
ではなく、その他に、冷媒に水、吸収剤にリチウムブロ
マイドの組合わせ、冷媒にメタノール、エタノール等の
アルコール類、吸収剤にＬｉＢｒ，ＺｎＢｒ２，ＬｉＢ
ｒ＋ＺｎＢｒ２等の組合わせ、冷媒にフロン２２，フロ
ン１３４等のフロン、吸収剤にE-181(tetraethylene gl
ycol dimethyl ether),N.N-Dimethylformamid(D.M.F),I
sobutylacetet(I.B.A),Dibutylphthalete(D.B.P)等の組
合わせとしても構わない。

【００５３】また、上記説明では、冷媒のアンモニアの
循環経路には、所定量の水素が混入しているが、必ずし
も水素を混入する必要はなくアンモニアのみとしても構
わない。しかし、冷媒のアンモニアには水素が混入され
ていた方がアンモニアの気化温度を低下させることがで
き、冷却対象物の冷却温度をより一層低下させることが
できるため好ましい。

【００５４】ところで、上記各実施形態では、冷却対象
物の冷却室には、冷蔵庫の庫内が考えられるが、必ずし
も、冷蔵庫の庫内に限定されるものではなく、その他
に、各種建築物の部屋としてもよい。

【００５５】

【発明の効果】以上のように、請求項１の発明のペルチ
ェ素子を用いた冷凍機は、ペルチェ素子により冷却対象
物の冷却を行なうだけでなく、ペルチェ素子により冷却
対象物より吸熱した熱は吸収剤に溶け込んだ冷媒を気化
させ、気化された冷媒は、凝縮器により液化され、吸収
剤を収容した吸収器と気密状態で繋がれた蒸発器に収容
され、前記吸収器内の吸収剤の吸収力により再び気化さ
れ、熱伝達手段を通じて冷却対象物より更に熱を奪うの
で、従来廃熱として捨てられていた冷却対象物より吸熱
された熱が冷却対象物の冷却に寄与することになり冷却
効率が向上する。つまり、ペルチェ素子の冷却にともな
う廃熱を再利用する過程は、吸収冷凍機を構成してお
り、この吸収冷凍機により冷却される分だけ冷却効率が
向上している。特に、ペルチェ素子による冷却効率は１
５０％にすることが可能であり、吸収冷凍機による冷却
効率は最大で７０％であり、ペルチェ素子による冷却効
率の１５０％に加えて、ペルチェ素子による廃熱の略７
０％分の冷却効率の向上が可能である。

【００５６】請求項２の発明のペルチェ素子を用いた冷
凍機は、請求項１のペルチェ素子を用いた冷凍機の効果
に加えて、アンモニアの蒸発温度が吸収冷凍機の冷媒と
して使用できる物質の中でも比較的低い方の部類に属
し、比較的低温にまで冷却ができるので、より冷凍能力
の高い冷凍機とすることができる。また、１気圧におい
て、６０℃という比較的低温下においても、吸収剤であ
る水に対する冷媒であるアンモニアの濃度を質量比で２
０％以下にまで気化させることができるため、発生器に
使用する熱源としては比較的低温である廃熱によっても
充分に冷却運転を行なうことができる。さらに、吸収剤
に水、冷媒にアンモニアの組合わせは、他の物質の組合
わせに比べて、吸収器、凝縮器の冷却を空冷式にする条
件として最も適しているので、冷却手段が簡素化され設
備全体の重量、価格等を低減でき、特に、小規模な冷凍
機に最適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施形態であるペルチェ素子を用
いた冷凍機の構造を示す説明図である。

【図２】本発明の第二実施形態であるペルチェ素子を用
いた冷凍機の構造を示す説明図である。

【符号の説明】

１冷凍機２冷却室３ペルチェ素子３ａ吸熱面３ｂ放熱面４蒸発器５吸収器８発生器１１熱交換器１２凝縮器１４精留器２１冷凍機２２冷却室２３ペルチェ素子２３ａ吸熱面２３ｂ放熱面２５発生器２６冷却器２７分離器２９凝縮器３１受液槽３２ａ蒸発器３３吸収器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】冷却対象物より熱を吸熱するペルチェ素
子と、前記ペルチェ素子の放熱側より放出される熱を熱源に吸
収剤に溶け込んだ冷媒を気化させる発生器と、前記発生器より気化された冷媒を液化する凝縮器と、前記発生器より冷媒が気化され濃縮された吸収剤を収容
する吸収器と、前記凝縮器により液化された冷媒を収容するとともに外
部と気密状態で前記吸収器と繋がれた蒸発器と、前記冷却対象物と前記蒸発器との間の熱交換をする熱伝
達手段とを具備することを特徴とするペルチェ素子を用
いた冷凍機。
【請求項２】前記冷媒はアンモニアであり、前記吸収
剤は水であることを特徴とする請求項１に記載のペルチ
ェ素子を用いた冷凍機。