JPH10185390A

JPH10185390A - 熱電モジュールを内蔵する熱交換ユニット及び熱交換ユニットを使用した冷蔵庫

Info

Publication number: JPH10185390A
Application number: JP9316187A
Authority: JP
Inventors: Osamu Nakagawa; 治中川; Munekazu Maeda; 宗万前田; Hiroaki Kitagawa; 宏昭北川; Shigeomi Tokunaga; 成臣徳永
Original assignee: Matsushita Refrigeration Co
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1996-11-08
Filing date: 1997-10-31
Publication date: 1998-07-14

Abstract

(57)【要約】【課題】生産性と保守点検、及び部品の互換性を高め
た熱電モジュールを使用した冷蔵庫及び熱電モジュール
を内蔵するマニホールドを提供する。【解決手段】ブロック状のマニホールド５０，５１，
５２が三連に結合されている。各マニホールド５０，５
１．５２の中央には熱電モジュール５が配されている。
熱電モジュール５の両面にそれぞれ、タービュレータ５
５が配置されている。さらにタービュレータ５５の外側
には、下部シェル５３と上部シェル５４が設けられてい
る。熱電モジュール５とタービュレータ５５の間を熱媒
体が通過する。下部シェル５３と上部シェル５４及びタ
ービュレータ５５は透明である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱電モジュールを
内蔵する熱交換ユニットに関するものであり、特に水を
主体とする熱媒体を使用する熱交換ユニットとして好適
なものである。また本発明は、熱電モジュールを使用し
た冷蔵庫に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、フロンガスのオゾン層破壊作用が
地球的な問題となり、フロンガスを使用しない冷却装置
の開発が急がれている。そしてフロンガスを使用しない
冷却装置の一つとして、熱電モジュールを使用した冷却
装置が注目されている。ここで熱電モジュールとは、ペ
ルチェ（Peltier)モジュール、又は熱電熱モジュールと
して知られているものであり、二つの伝熱面を有し、電
流を流すことにより一方の伝熱面が加熱され、他方の伝
熱面が冷却される機能を持つ部材である。熱電モジュー
ルを使用した冷却装置は、例えば特表平６−５０４３６
１号に開示されている。

【０００３】特表平６−５０４３６１号に開示された発
明は、熱電モジュールを熱交換ユニットに内蔵し、熱交
換ユニット内では熱電モジュールを挟んで二つのキャビ
ティが構成されている。そして熱交換ユニットの加熱側
伝熱面に面するキャビティは、熱交換器とポンプによっ
て構成される閉回路に接続され、他方の冷却側伝熱面に
面するキャビティも同様に熱交換器とポンプによって構
成される閉回路に接続されている。この様にして、熱電
モジュールの加熱側の伝熱面を含む循環回路と、冷却面
を含む循環回路を構成し、この回路に水を主体とする熱
媒体を循環せさる。そして二つの循環回路の内、冷却側
の回路の熱交換器によって所望の冷却を行う。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来技術に開
示された発明は、熱電モジュールを使用して実用的な冷
却を行い得る技術である。しかしながら従来技術は、冷
却装置の基本的な構成を開示するものに過ぎず、実際に
この発明を冷蔵庫に適用するには、改良すべき点や、新
たに解決しなければならない問題が山積みされている。

【０００５】本発明は、これらの問題の内、特に熱交換
ユニットについての改良技術を提案するものであり、冷
蔵庫に使用するのに好適な熱交換ユニットを提供するこ
とを課題とするものである。即ち、本発明は、特に生産
性と保守点検、及び部品の互換性を高めた熱電モジュー
ルを使用した冷蔵庫及び熱電モジュールを内蔵する熱交
換ユニットの提供を技術的課題とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】そして上記した課題を解
決するための本発明は、少なくとも二つの伝熱面を有し
電流を流すことにより一方の伝熱面が加熱され他方の伝
熱面が冷却される熱電モジュールと、該熱電モジュール
の少なくとも一方の伝熱面を覆うと共に当該伝熱面との
間に熱媒体通過キャビティを形成するシェル部材を有
し、前記シェル部材は透明又は半透明であることを特徴
とする熱電モジュールを内蔵する熱交換ユニットであ
る。

【０００７】これにより、冷蔵庫への組み込み作業性や
保守点検が容易となる。

【０００８】

【発明の実施の形態】請求項１記載の発明は、少なくと
も二つの伝熱面を有し電流を流すことにより一方の伝熱
面が加熱され他方の伝熱面が冷却される熱電モジュール
と、該熱電モジュールの少なくとも一方の伝熱面を覆う
と共に当該伝熱面との間に熱媒体通過キャビティを形成
するシェル部材を有し、前記シェル部材は透明又は半透
明であることを特徴とする熱電モジュールを内蔵する熱
交換ユニットである。

【０００９】本発明の熱電モジュールを内蔵する熱交換
ユニットは、シェル部材が透明又は半透明であるから、
内部の熱媒体の流れ具合を外部から観察することができ
る。本発明の作用を、従来技術との問題点と比較して説
明すると次の通りである。

【００１０】即ち、熱電モジュールを使用した冷却装置
では、熱媒体として液体、特に水を含有する液体を使用
する。そして熱電モジュールを使用した冷却装置では、
熱電モジュールの伝熱面と熱媒体との間で直接的に熱交
換が行われる。そのため熱電モジュールを使用する冷却
装置では、熱交換ユニット内における熱媒体の流れが円
滑であるか否かによって、冷却能力が大きく左右され
る。特に熱交換ユニット内への空気の巻き込みは、厳重
に防止しなければならない。

【００１１】そのため熱電モジュールを使用した冷却装
置を冷蔵庫等に組み込む場合には、熱交換ユニット内に
空気が巻き込んでいないかどうかを確認する必要があ
る。しかしながら、従来技術では、熱交換ユニット内へ
の空気の巻き込みが無いことを確認することは困難であ
った。そのため冷蔵庫の組み付けや、熱媒体の注入は慎
重を要し、組み立ての作業性が悪いものであった。

【００１２】請求項１記載の発明は、この問題点の解決
を課題の一つとするものである。請求項１に記載の熱電
モジュールを内蔵する熱交換ユニットは、シェル部材が
透明又は半透明であるから、内部の熱媒体の流れ具合を
外部から観察することができる。そのため熱交換ユニッ
トを冷蔵庫に組み立ててから熱交換ユニット内への空気
の巻き込みが無いことを確認することでき、熱媒体の注
入にはさほどの注意は要しない。そのため請求項１記載
の熱電モジュールを内蔵する熱交換ユニットは、冷蔵庫
等への組み付け作業性が良い。

【００１３】また冷蔵庫を保守点検する場合において
も、熱交換ユニット内に空気が巻き込んでいないかどう
かを確認する要求は強い。即ち、熱電モジュールを使用
した冷却装置は、構造が極めて単純であり、故障する箇
所は限られている。具体的な故障要因としては、熱媒体
を循環させるポンプの故障と、熱媒体の漏れ、熱交換ユ
ニット内での異物の詰まりの三者が大半であると予想さ
れる。本発明の熱電モジュールを内蔵する熱交換ユニッ
トは、熱交換ユニット内の熱媒体の流れの様子を観察す
ることができるので、故障の要因を簡単に判別すること
ができる。即ち熱交換ユニット内に熱媒体が循環してい
なければポンプの故障が疑われ、熱交換ユニット内に気
泡が観察されれば熱媒体の漏れが疑われ、熱交換ユニッ
ト内で熱媒体が部分的に淀んでいれば熱交換ユニット内
での異物の詰まりが疑われる。

【００１４】また同様の課題を解決するための請求項２
に記載の発明は、加熱側の伝熱面と冷却側の伝熱面を有
し電流を流すことにより加熱側の伝熱面が加熱され冷却
側の伝熱面が冷却される熱電モジュールと、該熱電モジ
ュールの加熱側伝熱面を覆うと共に当該伝熱面との間に
熱媒体通過キャビティを形成するシェル部材と、前記熱
電モジュールの冷却側の伝熱面と接する冷却板を有し、
該冷却板に冷却物を載置可能であることを特徴とする熱
電モジュールを内蔵する熱交換ユニットである。

【００１５】本発明の熱電モジュールを内蔵する熱交換
ユニットでは、熱媒体通過キャビティに水等の熱媒体を
通過させ、当該熱媒体によって加熱側伝熱面から熱を奪
う。そして冷却側の伝熱面の温度を低下させ、冷却板の
温度を低下させ、冷却板を通して冷却物を直接的に冷却
する。

【００１６】上記した発明を改良した請求項３に記載の
発明は、冷却板は、シェル部材と置き換え可能であり、
冷却板をシェル部材と置き換えることにより、熱電モジ
ュールの加熱側伝熱面と接する熱媒体通過キャビティと
冷却側伝熱面と接する熱媒体通過キャビティを有する熱
電モジュールを内蔵する熱交換ユニットが構成されるこ
とを特徴とする請求項２に記載の熱電モジュールを内蔵
する熱交換ユニットである。

【００１７】本発明の熱電モジュールを内蔵する熱交換
ユニットでは、冷却板とシェル部材との置き換えが可能
であり、加熱側伝熱面を覆うシェル部材に共通の部材を
使用することができる。従って、本発明の熱電モジュー
ルを内蔵する熱交換ユニットでは、部品の互換性が高
い。

【００１８】また上記した熱交換ユニットを使用した冷
蔵庫の発明は、請求項２又は３に記載の熱交換ユニット
と、冷却装置と、冷蔵庫の庫体を備え、前記冷却装置
は、庫体内を冷却する熱交換器と、熱媒体を循環させる
ポンプを有し、前記熱交換ユニットと冷却装置が配管接
続され、熱交換ユニットの冷却板は庫体内にあり、前記
熱交換器によって庫体内を冷却すると共に熱交換ユニッ
トの冷却板によって庫体内に部分的に温度の低い部位が
設けられることを特徴とする熱交換ユニットを使用した
冷蔵庫である。

【００１９】また上記した冷蔵庫の発明を改良した請求
項５に記載の発明は、水を含有する熱媒体を冷却する冷
却装置は、加熱側の伝熱面と冷却側の伝熱面を有し電流
を流すことにより加熱側の伝熱面が加熱され冷却側の伝
熱面が冷却される熱電モジュールを内蔵することを特徴
とする請求項４に記載の熱電モジュールを使用した冷蔵
庫である。

【００２０】請求項４，５に記載の本発明は、上記した
熱交換ユニットを利用した発明であり、従来技術の冷蔵
庫の冷却能力や製氷能力を改善したものである。即ち従
来技術の熱電モジュールを使用した冷蔵庫は、単に熱電
モジュールによって熱交換を行い、庫体内を冷蔵するも
のであり、庫体内の温度を製氷可能なまでに低下させる
ことは困難であった。そのため従来技術の冷蔵庫で氷を
作ることはできなかった。

【００２１】本発明は、この問題点を解決することを課
題の一つとするものである。即ち本発明の冷蔵庫は、通
常の冷蔵庫と同様に熱交換器によって庫体内を冷却する
が、同時に熱交換器を流れる熱媒体によって熱電モジュ
ールの加熱側伝熱面が冷却される。そのため熱電モジュ
ールの冷却側の伝熱面は、庫体内を冷却する熱交換器の
表面温度よりも更に低いものとなる。その結果、本発明
の冷蔵庫では、庫体内に部分的に温度の低い部位が設け
られる。

【００２２】また同様の課題を解決するための請求項６
記載の発明は、複数のブロックを有し、各ブロックには
少なくとも二つの伝熱面を有し電流を流すことにより一
方の伝熱面が加熱され他方の伝熱面が冷却される熱電モ
ジュールと、該熱電モジュールの少なくとも一方の伝熱
面を覆うと共に当該伝熱面との間に熱媒体通過キャビテ
ィを形成するシェル部材を備え、前記シェル部材には管
状の接続部が設けられ、前記ブロック同士は、前記接続
部同士が嵌合されて一連の流路が構成されていることを
特徴とする熱電モジュールを内蔵する熱交換ユニットで
ある。

【００２３】従来技術の熱電モジュールを内蔵する熱交
換ユニットは、熱交換の能力が固定的であり冷蔵庫の容
量に応じて個別に設計する必要があった。また従来技術
によれば、内蔵される熱電モジュールについても冷蔵庫
の容量に応じて個別の大きさのものを製造する必要があ
った。そのため従来技術の熱交換ユニットは、部品の互
換性が悪く、製造や保守が困難であるという問題があっ
た。

【００２４】本発明の熱電モジュールを内蔵する熱交換
ユニットは、この問題に着目し、各種の容量の冷蔵庫に
対応できる熱交換ユニットを開発し、部品の互換性を高
めることを課題の一つとするものである。即ち本発明の
熱電モジュールを内蔵する熱交換ユニットは、ブロック
状となっており、各ブロックの接続部同士を嵌合するこ
とにより一連の流路が構成される。そのため本発明の熱
交換ユニットは、連結するブロックの数を変化させるこ
とにより、容量を変更することができる。

【００２５】また同様の課題を達成するための請求項７
記載の発明は、少なくとも二つの伝熱面を有し電流を流
すことにより一方の伝熱面が加熱され他方の伝熱面が冷
却される熱電モジュールと、該熱電モジュールの少なく
とも一方の伝熱面を覆うと共に当該伝熱面との間に熱媒
体通過キャビティを形成するシェル部材を有し、前記シ
ェル部材には外部に貫通するリード線挿通孔が設けら
れ、該リード線挿通孔には中心に貫通孔が設けられた弾
性シール材が配され、熱電モジュールのリード線は、前
記弾性シール材の貫通孔に挿通されてシェル部材の外に
引き出されており、前記弾性シール材はリード線が挿通
された際に圧縮状態にあり、弾性シール材はリード線挿
通孔及びリード線を圧縮していることを特徴とする熱電
モジュールを内蔵する熱交換ユニットである。

【００２６】熱電モジュールを内蔵する熱交換ユニット
では、熱媒体の漏れを防ぐことが大切である。しかし熱
電モジュールを内蔵する熱交換ユニットでは、熱電モジ
ュールのリード線をシェル部材の外部に引き出さなけれ
ばならず、このリード線引出し部分の液封が困難であ
る。本発明の熱電モジュールを内蔵する熱交換ユニット
は、この問題を解決することを課題の一つとするもので
あり、保守・点検の頻度を軽減するものである。即ち、
本発明の熱交換ユニットは、リード線が弾性シール材に
よって圧縮状に挟持されている。また弾性シール材は、
リード線挿通孔をも圧縮している。そのため本発明の熱
電モジュールを内蔵する熱交換ユニットでは、リード線
引出し部分からの熱媒体の漏れは無い。

【００２７】さらに同様の目的を達成するための請求項
８記載の発明は、少なくとも二つの伝熱面を有し電流を
流すことにより一方の伝熱面が加熱され他方の伝熱面が
冷却される熱電モジュールと、該熱電モジュールの少な
くとも一方の伝熱面を覆うと共に当該伝熱面との間に熱
媒体通過キャビティを形成するシェル部材を有し、前記
シェル部材の熱媒体通過キャビティの背面側には空洞部
が一体的に設けられていることを特徴とする熱電モジュ
ールを内蔵する熱交換ユニットである。

【００２８】熱電モジュールを内蔵する熱交換ユニット
は、熱の放散を防ぐために断熱処理を施す必要がある。
そこで従来技術では、熱交換ユニットを冷蔵庫等に組み
込んだ後、グラスウール等を熱交換ユニットに巻き付
け、熱交換ユニットからの熱の放散を防いでいた。しか
しながらこの様なグラスウール等を熱交換ユニットに巻
き付ける作業は、手間取る作業であり、且つ熟練を要す
るものであった。また保守点検の際に熱交換ユニットを
分解する場合には、一々このグラスウール等をめくり取
る必要があり、面倒であった。本発明の熱電モジュール
を内蔵する熱交換ユニットは、この問題の解決を課題の
一つとするものであり、断熱処理が不要であり、冷蔵庫
への組み込みや保守点検が容易な熱電モジュールを内蔵
する熱交換ユニットを提供するものである。

【００２９】即ち本発明の熱電モジュールを内蔵する熱
交換ユニットは、シェル部材の熱媒体通過キャビティの
背面側に空洞部が一体的に設けられている。そしてこの
空洞部は、断熱層として機能する。そのため本発明で
は、シェル部材と断熱層とが一体化されている。そのた
め冷蔵庫への組み込みや保守点検が容易である。

【００３０】また上記した発明を改良した請求項９記載
の発明は、空洞部には発泡体が内蔵されていることを特
徴とする請求項８に記載の熱電モジュールを内蔵する熱
交換ユニットである。

【００３１】また同様の目的を達成するための請求項１
０記載の発明は、複数のブロックを有し、各ブロックに
は、少なくとも二つの伝熱面を有し電流を流すことによ
り一方の伝熱面が加熱され他方の伝熱面が冷却される熱
電モジュールと、該熱電モジュールの少なくとも一方の
伝熱面を覆うと共に当該伝熱面との間に熱媒体通過キャ
ビティを形成するシェル部材を備え、前記シェル部材に
は熱電モジュールに電気的に接続されたコネクターが設
けられており、各ブロックは、コネクターを介して電気
的に接続されることを特徴とする熱電モジュールを内蔵
する熱交換ユニットである。

【００３２】熱交換ユニットをブロック状に分割した場
合には、各熱電モジュールは電気的に直列に接続するこ
とが望ましい。本発明の熱電モジュールを内蔵する熱交
換ユニットでは、シェル部材には熱電モジュールに電気
的に接続されたコネクターが設けられているので、この
隣合うブロックのコネクター同士を接続することによ
り、容易に電気的に接続することができる。そのため本
発明の熱電モジュールを内蔵する熱交換ユニットは、冷
蔵庫への組み込みや保守点検が容易である。

【００３３】また上記した発明を改良した請求項１１記
載の発明は、シェル部材には管状の接続部が設けられ、
ブロック同士は、前記接続部同士を嵌合することによっ
て一連の流路が構成されていることを特徴とする請求項
１０に記載の熱電モジュールを内蔵する熱交換ユニット
である。

【００３４】また同様の目的を達成するための請求項１
２記載の発明は、複数のブロックによって構成される熱
電モジュールを内蔵する熱交換ユニットであり、各ブロ
ックには、少なくとも二つの伝熱面を有し電流を流すこ
とにより一方の伝熱面が加熱され他方の伝熱面が冷却さ
れる熱電モジュールと、該熱電モジュールの少なくとも
一方の伝熱面を覆うと共に当該伝熱面との間に熱媒体通
過キャビティを形成するシェル部材を有し、前記ブロッ
クの熱媒体通過キャビティは、並列に接続されているこ
とを特徴とする熱電モジュールを内蔵する熱交換ユニッ
トである。

【００３５】本発明の熱電モジュールを内蔵する熱交換
ユニットは、ブロックが並列に接続されているので流路
抵抗が小さい。また熱交換ユニットを直列に接続した場
合は、一つの熱交換ユニットが詰まると、冷却能力が全
く失われるが、並列に接続した場合には、ある程度の冷
却力が確保できる利点がある。そのため本発明の熱電モ
ジュールを内蔵する熱交換ユニットは、保守のための時
間をある程度稼ぐことができる効果があり、保守点検が
容易となる。

【００３６】また同様の目的を達成するための請求項１
３記載の発明は、少なくとも二つの伝熱面を有し電流を
流すことにより一方の伝熱面が加熱され他方の伝熱面が
冷却される熱電モジュールと、該熱電モジュールの少な
くとも一方の伝熱面を覆うと共に当該伝熱面との間に熱
媒体通過キャビティを形成するシェル部材を有し、前記
シェル部材と、熱電モジュールの伝熱面との間にはシー
ル部材が介在されていることを特徴とする熱電モジュー
ルを内蔵する熱交換ユニットである。

【００３７】熱電モジュールを内蔵する熱交換ユニット
では、熱媒体の漏れを防ぐことが大切であり、特に加熱
側と冷却側の熱媒体が混じり合うことは、厳重に防止す
べきである。しかし熱電モジュールを内蔵する熱交換ユ
ニットでは、熱電モジュールを挟んで加熱側のキャビテ
ィと冷却側のキャビティがあり、これらの中をそれぞれ
加熱側と冷却側の熱媒体が通過するため、両者が混ざっ
てしまう場合が多い。本発明の熱電モジュールを内蔵す
る熱交換ユニットは、この問題を解決することを課題の
一つとするものであり、本発明の熱電モジュールを内蔵
する熱交換ユニットでは、シェル部材と、伝熱面との間
にはシール部材が介在されているので、シェル部材から
熱媒体が漏れることが無い。また特に加熱側と冷却側の
双方のシェル部材を有する構成に本発明を採用する場合
には、加熱側と冷却側の熱媒体の混合が防止される。

【００３８】また上記した発明を具体化した請求項１４
記載の発明は、シール部材は、可撓性を有するリングで
あることを特徴とする請求項１３に記載の熱交換ユニッ
トである。

【００３９】同様に上記した発明を具体化した請求項１
５記載の発明は、シール部材は、ゴム又は樹脂を素材と
するリングであることを特徴とする請求項１３又は１４
に記載の熱交換ユニットである。

【００４０】また上記した目的を達成する請求項１６記
載の発明は、少なくとも二つの伝熱面を有し電流を流す
ことにより一方の伝熱面が加熱され他方の伝熱面が冷却
される熱電モジュールを内蔵する熱交換ユニットを備
え、前記熱交換ユニットには、加熱側及び／又は冷却側
の伝熱面と熱交換を行うための１又は２以上の熱媒体配
管回路が接続され、熱媒体配管回路の少なくとも一つに
はプロピレングリコールが添加された熱媒体が循環する
ことを特徴とする冷却装置である。

【００４１】また上記した目的を達成する請求項１７記
載の発明は、少なくとも二つの伝熱面を有し電流を流す
ことにより一方の伝熱面が加熱され他方の伝熱面が冷却
される熱電モジュールを内蔵する熱交換ユニットを備
え、加熱側の配管回路と冷却側の配管回路を有し、各配
管回路内には熱媒体が循環し、冷却側の配管回路にはプ
ロピレングリコールが添加された冷凍系統を有すること
を特徴とする冷却装置である。

【００４２】熱電モジュールを使用する場合の熱媒体
は、比熱が大きいことから水を含有するものが採用され
る場合が多い。しかし水を含有する熱媒体は、凍結の問
題がある。本発明の熱電モジュールを内蔵する熱交換ユ
ニットは、この問題を解決することを課題の一つとする
ものである。本発明の冷却装置では、熱電モジュールを
内蔵する熱交換ユニットを備えた冷凍系統を有するが、
当該冷凍系統では、冷却側の配管回路にプロピレングリ
コールが添加されている。そのため冷却側での熱媒体の
凍結が防止される。

【００４３】また上記した発明を具体化した請求項１８
記載の発明は、プロピレングリコールが添加された熱媒
体は、水との混合物であることを特徴とする請求項１６
又は１７に記載の冷却装置である。

【００４４】本発明では、熱媒体として水とプロピレン
グリコールの混合物が採用されているので、比熱が大き
く、熱の移動が円滑であり、且つ凍結する懸念も少な
い。

【００４５】また上記した発明をさらに具体化した請求
項１９記載の発明は、プロピレングリコールの濃度は、
１５％以上６０％以下であることを特徴とする請求項１
６乃至１８のいずれかに記載の冷却装置である。

【００４６】

【実施例】以下さらに本発明の実施例について説明す
る。図１は、本発明の実施例の冷蔵庫の冷凍系統図であ
る。図２は、本発明の実施例の冷蔵庫の外観を示す斜視
図である。図３は、図２の冷蔵庫の側面断面図である。
図４は、図２の冷蔵庫の背面断面図である。図５は、図
２の冷蔵庫に内蔵される熱電モジュールを内蔵する熱交
換ユニットの斜視図である。図６は、図５のＡ−Ａ断面
図である。図７は、図５の熱交換ユニットの内部の平面
図である。図８は、図５の熱交換ユニットの分解斜視図
である。図９は、図５の熱交換ユニットに内蔵されるタ
ービュレータの斜視図である。図１０は、図９のタービ
ュレータを破断して表面を観察した拡大斜視図である。
図１１は、図６の部分拡大断面図である。図１２は、図
２の熱交換ユニットのリード線導出部のリード線導出手
順及び導出後の状態を示す拡大断面図である。図１３
は、本実施例および変形例の熱交換ユニット同士の接合
部分を示す斜視図である。図１４は、熱交換ユニットの
管部の接続構造を示す斜視図である。図１５は、製氷部
分に使用する熱交換ユニットの断面図である。図１６
は、図１５の熱交換ユニットの分解斜視図である。図１
７は、他の実施例の熱交換ユニットの平面図である。図
１８は、他の実施例の熱交換ユニットの断面図である。
図１９は、熱交換ユニットの接続形態の異なる実施例を
示す平面図である。図２０は、水とプロピレングリコー
ルとの混合物のプロピレングリコール濃度と凍結温度と
の関係を示すグラフである。図２１は、熱媒体に水とプ
ロピレングリコールとの混合物を採用する場合における
冷蔵庫の庫内温度とプロピレングリコール濃度との関係
を示すグラフである。

【００４７】本実施例の冷蔵庫３０の冷凍系統は、図１
の通りであり、熱電モジュールを内蔵する熱交換ユニッ
ト１（以下単に熱交換ユニット１）を介してホット側
（加熱側）の配管回路２と、コールド側（冷却側）の配
管回路３を有するものである。配管回路２，３内には、
水を主体とする熱媒体が循環される。コールド側の配管
回路３には、凍結を防止するために、プロピレングリコ
ール等の不凍液を添加することが望ましい。なお不凍液
としては、プロピレングリコール以外のものも知られて
いるが、冷蔵庫は食品を貯蔵するものであり、漏れた場
合を考慮し、人体に対する安全性が高いプロピレングリ
コールの採用が推奨される。熱媒体は、比熱が大きい点
から水を主体とするものを採用することが望ましいが、
勿論他の液体であっても良い。

【００４８】コールド側の配管回路３に水とプロピレン
グリコールとの混合物を採用する場合には、プロピレン
グリコールの濃度は、１５％以上６０％以下であること
が望ましい。即ち一般的に本実施例の様な冷凍系統を冷
蔵庫に適用する場合、コールド側の熱媒体は−５°Ｃ程
度に低下する。そこで熱媒体の凍結温度は、−５°Ｃ以
下であることが望ましい。ここで水とプロピレングリコ
ールとの混合物のプロピレングリコール濃度と凍結温度
との関係は、図２０の通りであり、凍結温度−５°Ｃに
相当するプロピレングリコール濃度は１５％である。そ
のためプロピレングリコールの濃度は、１５％以上であ
ることが望ましい。

【００４９】またプロピレングリコールの濃度が過度に
上昇すると、熱媒体の粘度が上昇し、配管回路３におけ
る熱媒体の循環量が減少し、熱交換の効率が低下する。
本発明者らの実験によると、熱媒体に水とプロピレング
リコールとの混合物を採用する場合における冷蔵庫の庫
内温度とプロピレングリコール濃度との関係は、図２１
の様であり、プロピレングリコール濃度が６０％を越え
ると、熱媒体の循環量の減少が著しい。そのためプロピ
レングリコール濃度は６０％以下であることが推奨され
る。

【００５０】熱交換ユニット１は、後記する様に内部に
ペルチェ素子からなる熱電モジュール５を内蔵するもの
であり、熱交換ユニット１内では熱電モジュール５を挟
んで二つのキャビティ７，８が構成されている。なお本
明細書中で「熱交換ユニット」と称している部材は、
「熱電モジュールを内蔵するマニホールド」と称される
場合もあり、「熱交換ユニット」と「マニホールド」と
は単なる名称の差に過ぎない。そしてホット側の配管回
路２は、熱交換器１０と、ポンプ１１を有し、前記した
キャビティ７を含む閉回路を構成している。

【００５１】またコールド側の配管回路３についても、
ホット側と同様に熱交換器１５と、ポンプ１６を有し、
前記したキャビティ８を含む閉回路を構成している。た
だし、コールド側の配管回路３は、熱交換器１５の下流
側からバイパス配管１７が設けられ、製氷用の熱交換ユ
ニット１８に接続されている。また各回路の熱交換器１
０，１５には、ファン２１，２２によって送風が行われ
る。

【００５２】次に、本実施例の冷蔵庫の実態的な構成に
ついて説明する。冷蔵庫３０の外観は、図２の通りであ
り、公知のそれと大差は無い。即ち箱型の本体部３１を
有し、その全面に扉３２が設けられたものである。冷蔵
庫の本体部３１と扉３２には、公知のそれと同様に断熱
材３５，３６（図３参照）が配されていて、閉空間の庫
（庫体）３３が形成されている。

【００５３】そして前記した冷凍系統の配管は、この断
熱材３５，３６の内外の適当な位置に配されている。具
体的には、冷凍系統の中心となる熱交換ユニット１は、
図３、図４の様に、断熱材３５，３６の庫３３外であっ
て冷蔵庫３０の背面側右下部（左右は、扉側から見る）
に設けられている。そして前記したホット側の配管回路
２は、いずれも断熱材３５，３６の庫外であって冷蔵庫
３０の背面側に集中しており、ポンプ１１，熱交換器１
０は、いずれも背面側の下部の中心付近に設けられてい
る。そして熱交換ユニット１、ポンプ１１，熱交換器１
０は、配管３７，３８，３９によって環状に接続されて
いる。

【００５４】一方、コールド側の配管回路３は、その多
くが断熱材３５，３６によって囲まれた庫３３内に配さ
れている。即ち熱交換器１５は、庫３３内の奥部中央に
配置されている。ポンプ１６は、庫３３内の奥部の右上
部に配されている。また庫３３内には、棚部４１が設け
られており、この棚部４１の中に製氷用の熱交換ユニッ
ト１８が内蔵されている。尚、棚部４１の上側は、製氷
室４０として機能する。

【００５５】以上説明した各部材の内、ポンプ１１，１
６，熱交換器１０，１５，ファン２１，２２及び冷蔵庫
自体の断熱構造は、公知のそれと何ら異なるところは無
い。本実施例の冷蔵庫３０の特徴的な構成は、熱交換ユ
ニット１と製氷用熱交換ユニット１８の構造であり、以
下、これらの構造について重点的に説明する。

【００５６】まず、冷凍系統の中心となる熱交換ユニッ
ト１について説明する。本実施例で採用する熱交換ユニ
ット１は、図３，４，５に示した様に、ブロックに別れ
た三連構造をしている。即ち本実施例で採用する熱交換
ユニット１は、それぞれに熱電モジュール５を内蔵した
熱交換ユニット５０，５１，５２が直列に接続されたも
のである。これらの三つの熱交換ユニット５０，５１，
５２は、両端の熱交換ユニット５０，５２が全く同一の
形状、構造を持つものである。中央の熱交換ユニット５
１については、基本的な構造は両端のものと大差無い
が、配管の勝手や接続部分の雄雌構造が異なる。

【００５７】熱交換ユニット５０の構造は、次の通りで
ある。熱交換ユニット５０は、図６，８の様に、下部シ
ェル５３，上部シェル５４、二つのタービュレータ５５
及び熱電モジュール５によって構成されている。

【００５８】下部シェル５３の外観は、二つの突条が平
行に設けられた形状をしている。この突条の内部は空洞
であり、この空洞によって、二列の流路５７，５８が形
成されている。即ち流路５７，５８は、下部シェル５３
の内側の両脇部分に、ブロックの連続方向に沿って平行
に設けられており、断面形状は円形をしている。そして
流路５７，５８は、下部シェル５３のブロックの連続方
向の一方の端部から他方の端部にかけて連続して形成さ
れている。二つの流路５７，５８は、いずれも一端が閉
塞し、他端側は雄型管継手部６０に連続している。具体
的には、図６の右側の流路５７は、図面奥側が雄型管継
手部６０に連続し、手前側は閉塞している。一方図６の
左側の流路５８は、図面奥側が閉塞し、手前側が雄型管
継手部６０に連続している。即ち閉塞側と雄型管継手部
６０とは、流路５７，５８の間で互い違いになってい
る。雄型管継手部６０は、図５，図８，図１４に示した
様に、突出状の管であり、先端近くの外周にはＯリング
６１が設けられている。

【００５９】また流路５７，５８の間は、壁部６２（図
６）によって繋がっている。流路５７，５８の外側の部
位には、フランジ部６３が設けられている。前記した壁
部６２は、熱電モジュール５との間に熱媒体通過キャビ
ティを形成するものであり、フランジ部６３よりも奥ま
った位置にある。フランジ部６３には、ネジ挿通用の貫
通孔６５が４か所設けられている。その他、下部シェル
５３のフランジ部６３には後述するリード線引出し孔６
７が二つ設けられている（図６参照）。

【００６０】上部シェル５４は、上記した下部シェル５
３と略同様の構造を有するものであり、外形が二条の突
条をしており、内部に二列の流路７０，７１が形成され
ている。そして各流路７０，７１は、一方が閉塞し、他
方には雄型管継手部６０が設けられていて外部と連通し
ている。また流路７０，７１の間は、壁部７４によって
繋がれており、この壁部７４は、フランジ部７２よりも
奥まっている。流路７０，７１の閉塞側と雄型管継手部
６０は、図８の様に、上部シェル５４が下部シェル５３
と向き合った状態で、互い違いとなる位置に設けられて
いる。上部シェル５４のフランジ部７２にはボス部６４
が設けられ、当該ボス部６４にはネジ孔７５が設けられ
ている。また上部シェル５４の両端部に雄型連結部６８
が設けられている。雄型連結部６８は、図８，図１３の
様に、上部シェル５４と平行に突出した板部にピン６９
が設けられたものである。上部シェル５４には、リード
線引出し孔６７に相当する部分は無い。

【００６１】下部シェル５３及び上部シェル５４は、熱
可塑性樹脂の射出成形等の公知の方法によって成形され
るが、ここで特記するべきは、下部シェル５３及び上部
シェル５４がいずれも透明又は半透明であることであ
る。下部シェル５３及び上部シェル５４の素材は、透明
あるいは半透明であれば特に限定するものではなく、ポ
リスチレン樹脂、ＡＢＳ樹脂、メタクリル樹脂、ポリ塩
化ビニル樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリ
ブチレンテレフタレート樹脂、ユリア樹脂、メラニン樹
脂、塩素化ポリエチレン樹脂、塩化ビニリデン樹脂、ア
クリル塩化ビニル共重合体樹脂、ポリメチルペンテン樹
脂、ポリスルフォン樹脂、ポリフッ化ビニリデン樹脂、
ＭＢＳ樹脂、メタクリルスチレン共重合樹脂、ポリアリ
レート樹脂、ポリアリルスルフォン樹脂、ポリブタジエ
ン樹脂、ポリエーテルスルフォン樹脂、ポリエーテルエ
ーテルケトン樹脂その他が採用可能である。中でもポリ
オレフィン系の樹脂を採用することが望ましい。

【００６２】タービュレータ５５は、図９の様な板状で
あり、一方の面（図面下部）には位置決めのための脚部
７７が二箇所設けられている。そしてタービュレータ５
５の他方の面（図面下部）には、流路を形成する多数の
壁７８が設けられている。壁７８は、タービュレータ５
５の一端から他端にかけて連続して設けられており、壁
７８同士は平行かつ等間隔である。そして壁７８によっ
て平行な溝状の流路８４が形成される。また特に本実施
例で採用するタービュレータ５５には、流路８４中に障
害物が設けられている。

【００６３】障害物は、具体的には、突条８２と邪魔板
７９である。突条８２は、前記した壁７８よりも高さが
低く、壁７８対して垂直方向に連続して延びている。本
実施例では、突条８２は二列設けられている。邪魔板７
９は、壁７８と同一の高さであるが不連続である。邪魔
板７９は流路８４を完全に塞ぐものではなく、流路８４
の幅方向には隙間がある。邪魔板７９は、ある壁７８に
は長手方向の中央に一つだけ設けられ、その壁７８と隣
合う壁７８には、端部よりの部位に二箇所設けられてい
る。従って邪魔板７９は、溝状の流路８４に対して千鳥
状に設けられている。また前記した突条８２は、邪魔板
７９の間の部分に位置する。

【００６４】タービュレータ５５は、熱可塑性樹脂の射
出成形等の公知の方法によって成形され、成形方法につ
いては特定するものではないが、本実施例では、タービ
ュレータ５５も下部シェル５３、上部シェル５４と同様
に透明又は半透明である。タービュレータ５５の素材は
下部シェル５３、上部シェル５４と同様のものが採用可
能であり、中でも透明又は半透明のポリオレフィン系の
樹脂を採用することが望ましい。

【００６５】熱電モジュール５は、公知のペルチェ素子
を利用したものであり、Ｐ型半導体とＮ型半導体が並べ
て設けられたものである。そして熱電モジュール５の外
形形状は板状であり、その両面は伝熱面８０，８１とし
て機能する。

【００６６】次に熱交換ユニット５０の組み立て構造に
ついて説明する。熱交換ユニット５０は、その中央に熱
電モジュール５が配されている。そして熱電モジュール
５の両面にそれぞれ、タービュレータ５５が配置されて
いる。さらにタービュレータ５５の外側には、下部シェ
ル５３と上部シェル５４が設けられ、下部シェル５３と
上部シェル５４はネジ８９によって一体的に結合されて
いる。

【００６７】下部シェル５３及び上部シェル５４とター
ビュレータ５５との位置関係は、図６の様にタービュレ
ータ５５が下部シェル５３、上部シェル５４の壁部６
３，７４に位置し、脚部７７が流路５７，５８或いは流
路７０，７１の側面と嵌合している。タービュレータ５
５の壁７８は、流路７０，７１に対して垂直方向に延び
る。従って壁７８によって作られる溝状の流路によっ
て、流路７０，７１は全域に渡って結ばれている。そし
てタービュレータ５５の壁７８は、熱電モジュール５の
伝熱面８０又は８１と接している。従ってタービュレー
タ５５の表面と熱電モジュール５の伝熱面８０又は８１
との間で熱媒体通過キャビティが構成されている。

【００６８】また細部を説明すると、熱電モジュール５
の伝熱面８０又は８１と、シェル５３、５４の間には、
図８、図１１の様に正方形環状（正方形リング状）のシ
ール部材８５，８６が介在されており、熱媒体通過キャ
ビティからの熱媒体の漏れが防止されている。言い換え
るとシェル５３，５４と熱電モジュール５の伝熱面８
０，８１とが正方形環状のシール部材８５，８６を介し
て接し、密閉空間を形成している。またこのシール部材
８５，８６の外側であって、下部シェル５３、上部シェ
ル５４の間にはもう一つの環状のシール部材８７が介在
されており、熱交換ユニット５０全体からの熱媒体の漏
れが防止されている。つまり本実施例では、液封は、シ
ール部材８５，８６とシール部材８７によって二重に行
われている。

【００６９】即ち熱電モジュール５の伝熱面８０，８１
は、平滑に成形することが容易であり、またシェル５
３、５４についても同様に平滑に成形することが容易で
あるため、両者の間のシール部材８５，８６によって熱
媒体通過キャビティは完全に密閉され、熱媒体通過キャ
ビティからの熱媒体の漏れの防止は完全となる。また前
記した様にシェル５３、５４は平滑に成形することが容
易であるから、シール部材８７によって熱交換ユニット
５０全体からの熱媒体の漏れの防止は完全となる。

【００７０】なおシール部材８５，８６，８７の材質
は、可撓性を有する素材であり、特にゴムや樹脂の採用
が推奨される。即ちシール部材８５，８６，８７は、通
常のＯリング等と同等の素材を採用することが望まし
い。

【００７１】熱電モジュール５のリード線９０は、単線
であり、リード線引出し孔６７から外部に引き出されて
いる。当該部分の構造は、図１２の通りである。即ちリ
ード線引出し孔６７は、下部シェル５３の内部から外部
側に向かって段部が設けられており、下部シェル５３の
内部側の内径は大きく、外部に貫通する部分の内径は小
さい。そしてリード線引出し孔６７の内部側の内径が大
きい部位に、ゴム等の弾性体のシール部材９２が挿入さ
れている。弾性シール部材９２は、円柱形状をしてお
り、中心部に貫通孔９３が設けられている。シール部材
９２の外径は、自然状態の際にはリード線引出し孔６７
の内部側の内径に略等しい。またシール部材９２の貫通
孔９３の内径は、リード線９０よりも小さい。リード線
９０は、図１２（ａ）の様に、リード線引出し孔６７に
シール部材９２を挿入した後、貫通孔９３に押し込まれ
る。その結果、弾性シール部材９２は拡径し、圧縮応力
を内在して、リード線引出し孔６７を圧縮してその内側
と密接する。また弾性シール部材９２とリード線９０の
間についても圧縮状態で密接される。

【００７２】次にもう一種の熱交換ユニット５１につい
て説明する。熱交換ユニット５１の構造は、基本的に前
記した熱交換ユニット５０と同一であるので、相違点だ
けを説明する。前記した熱交換ユニット５０は、雄形管
継手部６０と連結部６８がいずれも雄型であったのに対
し、中間部の熱交換ユニット５１は、これらがいずれも
雌型である。即ち中間部の熱交換ユニット５１の下部シ
ェル５３，上部シェル５４からは、雌型管継手部９８が
突出している。雌型管継手部９８は、図１４に示した様
に管状であって、その内径は、前記した熱交換ユニット
５０の雄型管継手部６０の外径に略等しい。

【００７３】また中間部の熱交換ユニット５１の下部シ
ェル５３には雌形連結部１００が設けられている。雌型
連結部１００は、図５，図１３の様に、下部シェル５３
と平行に突出した板部１０１に孔１０２が設けられたも
のである。

【００７４】次に、本実施例の熱交換ユニット５０，５
１，５２の結合状態及び、その他の部材との関係を説明
する。本実施例の熱交換ユニット５０，５１，５２は、
前記した様に直列状態に接続される。より具体的には、
熱交換ユニット５０と５１および、熱交換ユニット５１
と，５２の間で、雄型連結部６８のピン６９が雌型連結
部１００の孔１０２に嵌合し、熱交換ユニット５０，５
１，５２が一体化される。また熱交換ユニット５１と５
２および、熱交換ユニット５１と，５２の間で、雄型管
継手部６０と雌型管継手部部９８が嵌合し、熱交換ユニ
ット５０，５１，５２の下部シェル５３によって形成さ
れる熱媒体通過キャビティ同士が直列に接続される。更
にまた熱交換ユニット５０，５１，５２の上部シェル５
４によって形成される熱媒体通過キャビティ同士も同様
に直列に接続される。そして熱交換ユニット５０の下部
シェル５３の雄型管継手部６０と、熱交換ユニット５２
の下部シェル５３の雄型管継手部６０とがホット側の配
管回路２に接続される。また熱交換ユニット５０の上部
シェル５４の雄型管継手部６０と、熱交換ユニット５２
の上部シェル５４の雄型管継手部６０とがコールド側の
配管回路３に接続される。

【００７５】そのためホット側の配管回路２では、図５
の下の矢印の様に熱交換ユニット５０の下部シェル５３
の雄型管継手部６０から熱媒体が熱交換ユニット５０内
の左側の流路５８に入り、熱媒体通過キャビティたるタ
ービュレータ５５の表面と熱電モジュール５の伝熱面８
０の間を通って右側の流路５７に流れ込む。尚、本実施
例ではタービュレータ５５に溝状の流路８４が形成さ
れ、さらに流路内に突条８２や邪魔板７９による障害物
が設けられているので、熱媒体はこれらの障害物に当た
ると共に、溝状の流路によって遮られて幅方向への逃げ
場を失い、熱電モジュール５に直接当接する方向の流れ
が発生する。そのため熱媒体は、熱電モジュール５の伝
熱面８０に垂直方向に当たり、効率良く熱交換が行われ
る。

【００７６】そしてタービュレータ５５から右側の流路
５７に流れた熱媒体は、雄型管継手部６０から熱交換ユ
ニット５０の外部に流れ、次の熱交換ユニット５１の雌
型管継手部９８から熱交換ユニット５１に入る。

【００７７】そして熱交換ユニット５０の下部シェル５
３の雄型管継手部６０から熱媒体が熱交換ユニット５１
内の右側の流路５７に入り、熱媒体通過キャビティたる
タービュレータ５５の表面と熱電モジュール５の伝熱面
８０の間を通って左側の流路５８に流れ込む。この場合
も先と同様に、タービュレータ５５に溝状の流路８４が
形成され、さらに流路内に突条８２や邪魔板７９による
障害物が設けられているので、熱媒体はこれらの障害物
に当たると共に、溝状の流路によって遮られて幅方向へ
の逃げ場を失い、熱電モジュール５に直接当接する方向
の流れが発生する。そのため熱媒体は、熱電モジュール
５の伝熱面８０に垂直方向に当たり、効率良く熱交換が
行われる。

【００７８】そしてタービュレータ５５から左側の流路
５８に流れた熱媒体は、雌型管継手部９８から熱交換ユ
ニット５１の外部に流れる。その後は、前述と同様であ
り、熱媒体は、熱交換ユニット５２の雌型管継手部６０
から熱交換ユニット５２に流れ込み、反対側の雄型管継
手部６０から外部に出る。

【００７９】またコールド側の配管回路３についても同
様である。コールド側の熱媒体の流れは、図５の上の矢
印の様である。

【００８０】ここで本実施例の冷蔵庫３０では、下部シ
ェル５３、上部シェル５４およびタービュレータ５５が
透明又は半透明であるから、外部から熱電モジュール５
の伝熱面８０，８１が直接目視できる。そのため上記し
た熱媒体の流れの様子は外部から良く分かり、空気の混
入や異物の詰まり等は一目して判別可能である。

【００８１】次に、製氷用の熱交換ユニット１８につい
て、図１５，１６を参照しつつ説明する。製氷用の熱交
換ユニット１８は、簡単に説明すると上記した熱交換ユ
ニット５０の上部シェル５４を冷却板１１０に置き換え
たものであると言える。冷却板１１０は、図１５及び図
１６の様に、アルミ等の熱伝導に優れた金属の板であ
り、前記した上部シェル５４のネジ孔７５に相当する位
置に孔１１１が設けられている。そして製氷用の熱交換
ユニット１８では、下部シェル５３に冷却板１１０がネ
ジ止めされており、冷却板１１０の背面は、直接的に熱
電モジュールの冷却側の伝熱面８１と接触している。尚
製氷用の熱交換ユニット１８についても、下部シェル５
３と冷却板１１０間には環状のシール部材８７が介在さ
れており、熱交換ユニット５０全体からの熱媒体の漏れ
が防止されている。

【００８２】また熱電モジュール５の伝熱面８０と、下
部シェル５３の間には、正方形環状のシール部材８５が
介在されており、熱媒体通過キャビティからの熱媒体の
漏れが防止されている。

【００８３】製氷用の熱交換ユニット１８の熱媒体通過
キャビティには、パイパス配管１７から冷却された熱媒
体が流れ込む。そのため、製氷用の熱交換ユニット１８
内の熱電モジュール５は、加熱側の伝熱面８０がこの熱
媒体によって冷却され、反対側の冷却側伝熱面８１は、
さらに低い温度となる。そのため冷却板１１０に製氷皿
（冷却物）１１５を載せると、内部の水を結氷させるこ
とができる。

【００８４】即ち本実施例では、図１の様に熱電モジュ
ール５を内蔵して水を含有する熱媒体を冷却する一連の
冷却装置（キャビティ８、熱交換器１５、ポンプ１６に
よってコールド側の閉回路が形成される冷却装置）に、
熱電モジュール５を内蔵する製氷用の熱交換ユニット１
８が接続され、熱電モジュール５の加熱側の伝熱面８０
が冷却される。そして熱交換器１５と熱交換ユニット１
８の冷却板１１０はいずれも庫内にあり、熱交換器１５
によって庫内を冷却すると共に熱交換ユニット１８の冷
却板１１０によって庫内に部分的に温度の低い部位が設
けられる。なお本実施例では、製氷用の熱交換ユニット
１８を、冷却装置のコールド側配管回路３に対して並列
に接続した構成を開示したが、本発明はこれにこだわる
ものではなく、製氷用の熱交換ユニット１８を、冷却装
置のコールド側配管回路３に直列的に配管してもよい。
また製氷用の熱交換ユニット１８を、冷却装置のコール
ド側配管回路３と接続する発明を実施する場合において
は、冷却装置は必ずしも熱電モジュールを活用したもの
でなくてもよい。

【００８５】次に本発明の他の実施例について説明す
る。尚以下に説明する構成は、シェルが透明又は半透明
であることが望ましいが、シェルが透明或いは半透明で
ない場合であっても応用可能である。前記した熱交換ユ
ニット５０，５１，５２では、連結部材は、ピン６９と
孔１０２の嵌合構造を示したが、これ以外の構造として
図１３（ｂ）の様なフック１１９の嵌合を利用したもの
であっても良い。

【００８６】また先の実施例では、熱電モジュール５の
リード線９０を、リード線引出し孔６７を介して直接的
に外部に引出したが、下部シェル５３，上部シェル５４
にコネクター１１８，１２０を設け、このコネクター１
１８，１２０を介して外部に引き出すことも可能であ
る。特に本実施例の様な熱電モジュール５をブロック的
な熱交換ユニットに配する場合には、熱電モジュール５
は直列に接続することが望ましいから、下部シェル５３
の連結側の両端面に雄又は雌のコネクター１１８，１２
０を直接的に設け、このコネクター同士を直接結合する
ことが望ましい。また雄型連結部６８と雌型連結部１０
０の結合間隔と、雄型管継手部６０と雌型管継手部部９
８の結合間隔及びコネクター１１８，１２０の結合間隔
を同一にしておけば、一回の動作で熱交換ユニットの機
械的結合と、配管結合と電気結合を行うことができ、組
み立て作業性がさらに向上する。

【００８７】図１７は、この様に下部シェル５３に雄又
は雌のコネクターを直接的に設け、このコネクター同士
を直接結合する構成を示したものである。図１７に示し
た構成は、先の実施例と同様に、熱交換ユニット５０，
５１，５２が直列に接続されたものであるが、先の実施
例と異なるところは、各熱交換ユニット５０，５１，５
２にコネクター１１８，１２０が設けられている点であ
る。より具体的には、両端の熱交換ユニット５０，５２
には、両端に雄のコネクターが取り付けられており、中
間の熱交換ユニット５１には雌のコネクター１２０が設
けられている。そして各熱交換ユニット５０，５１，５
２のコネクター１１８，１２０には、熱電モジュール５
のリード線９０が一本づつ接続されている。またコネク
ター１１８，１２０は、隣合う熱交換ユニットのものが
それぞれ接合されている。本実施例の熱交換ユニット１
２３によると、熱交換ユニット５０，５１，５２を接合
するだけで、配管の接続ばかりでなく電気的な接合も行
うことが可能であり、冷蔵庫３０の組み立てが容易とな
る。

【００８８】次に図１８を参照しつつ、他の実施例につ
いて説明する。図１８に示す熱交換ユニット１３０は、
断熱性の向上を目的としたものである。即ち熱交換ユニ
ット１３０は、下部シェル５３，上部シェル５４のいず
れか一方を断熱する必要がある。具体的に説明すると、
先の実施例の様に、熱交換ユニットを庫外に配置する場
合には、冷気が外部に漏れない様に、冷却側のシェルに
断熱材を巻き付ける必要がある。また逆に熱交換ユニッ
トを庫内に配する場合には、熱気が庫内に充満すること
がないように、加熱側のシェルに断熱材を巻き付ける。
しかしながら、この様に断熱材を巻き付ける作業は面倒
であり、また熟練を要する作業であって、作業者によっ
てはシェルに露出部分ができてしまい、断熱が不十分と
なる懸念もある。

【００８９】図１８に示す熱交換ユニット１３０は、こ
の問題を解決するため、背面側に断熱層となる空洞部１
３２を一体的に設けたシェル１３１を採用している。即
ち熱交換ユニット１３０では、前記したフランジ部６
３、凹凸部分、壁部６２の背面に略密閉状の空洞部１３
２がある。シェル１３１の成形方法は、特に限定するも
のではないが、例えばブロー成形によって製造すれば、
略密閉状の空洞部１３２を容易に成形することができ
る。また空洞部１３２は、空の状態であっても空気の断
熱作用によって相当の断熱効果が期待できるが、当該部
分の中に発泡ウレタン等を注入することにより、更に高
い断熱効果を発揮させることができる。図１８に示した
熱交換ユニットでは、一方のシェル１３１の背面だけに
空洞部１３２を設けたが、もちろん両方のシェルの背面
に空洞部を設けてもよい。

【００９０】以上説明した熱交換ユニットは、３連構成
のものを例に説明したが、勿論２連以下でも４連以上で
あっても良い。本実施例の熱交換ユニットは、冷蔵庫の
容量に応じて連結数を増減することができるので、あら
ゆる容量の冷蔵庫に対応可能であり、部品の互換性が高
い効果がある。

【００９１】また上記した実施例では、熱交換ユニット
を直列に接続したが、熱交換ユニットを並列に使用する
ことも可能である。図１９は、熱交換ユニットを並列に
使用した例を示すものである。図１９に示す実施例で
は、熱交換ユニット５０と熱交換ユニット５１の直列接
続を一組とし、これを互いに並列に接続している。熱交
換ユニットを並列に接続する利点としては、流路抵抗の
軽減が挙げられる。また熱交換ユニットを直列に接続し
た場合は、一つの熱交換ユニットが詰まると、冷却能力
が全く失われるが、並列に接続した場合には、ある程度
の冷却力が確保できる利点がある。そのため保守のため
の時間をある程度稼ぐことができる効果があり、保守点
検が容易となる。

【００９２】以上説明した構成の内、実施例に特有のも
のをまとめると、一つの特徴は、少なくとも二つの伝熱
面を有し電流を流すことにより一方の伝熱面が加熱され
他方の伝熱面が冷却される熱電モジュールと、該熱電モ
ジュールの少なくとも一方の伝熱面を覆うシェル部材を
有し、シェル部材は一定の距離を開いて設けられた二つ
の流路と、二つの流路の略全域をつなぐと共に熱電モジ
ュールの伝熱面が接するキャビティ部を有し、該キャビ
ティ部には流路同士を繋ぐ溝状の流路が設けられ、該溝
状流路中には、流路を遮る障害物が設けられていること
を特徴とする熱電モジュールを内蔵する熱交換ユニット
である。

【００９３】また障害物は、高さが溝よりも低い突条
と、流路の幅よりも狭い邪魔板である。

【００９４】もう一つの特徴は、少なくとも二つの伝熱
面を有し電流を流すことにより一方の伝熱面が加熱され
他方の伝熱面が冷却される熱電モジュールと、該熱電モ
ジュールの少なくとも一方の伝熱面を覆うと共に当該伝
熱面との間に熱媒体通過キャビティを形成するシェル部
材と、当該シェル部材と対向する対向部材を有し、前記
シェル部材と、伝熱面との間にはシール部材が介在され
ていて熱媒体通過キャビティからの熱媒体の漏れが防止
され、さらにシェル部材と対向部材との間にもシール部
材が介在されていてシェル部材からに熱媒体の漏れが防
止されている熱電モジュールを内蔵する熱交換ユニット
である。

【００９５】

【発明の効果】本発明の熱電モジュールを内蔵する熱交
換ユニットは、冷蔵庫への組み込み作業性や保守点検が
容易である効果があり、熱電モジュールを使用して実用
的な冷蔵を行い得る効果がある。

【００９６】特に請求項１記載の熱電モジュールを内蔵
する熱交換ユニットにおいては、シェル部材が透明又は
半透明であるから、内部の熱媒体の流れ具合を外部から
観察することができる。そのため本発明では、冷蔵庫に
組み立ててから熱交換ユニット内への空気の巻き込みが
無いことを確認することできるので、熱媒体の注入は、
さほどの注意を要せず、冷蔵庫等への組み付け作業性が
良いという効果がある。また冷蔵庫を保守点検する際で
も、熱交換ユニット内に空気が巻き込んでいないかどう
かを確認することができ、故障原因を迅速に突き止める
ことができる。

【００９７】また特に請求項２に記載の熱電モジュール
を内蔵する熱交換ユニットは簡単な構成で低い温度を作
ることができる効果がある。特に請求項２を改良した請
求項３記載の発明では、加熱側伝熱面を覆うシェル部材
に共通の部材を使用することができるので部品の互換性
が高い。

【００９８】さらに請求項４，５に記載の冷蔵庫では、
簡単な構成で庫内に部分的に温度の低い部位を設けるこ
とができる効果がある。

【００９９】請求項６に記載の熱電モジュールを内蔵す
る熱交換ユニットは、連結するブロックの数を変化させ
ることにより、容量を変更することができるで、部品の
互換性が高い効果がある。

【０１００】請求項７記載の熱電モジュールを内蔵する
熱交換ユニットは、簡単な構成でリード線引出し部分か
らの熱媒体の漏れを阻止することができる効果がある。

【０１０１】請求項８，９記載の熱電モジュールを内蔵
する熱交換ユニットは、冷蔵庫へ組み込み後の断熱処理
が不要であり、冷蔵庫への組み込みや保守点検が容易と
なる効果がある。

【０１０２】請求項１０記載の熱電モジュールを内蔵す
る熱交換ユニットは、隣合うブロックのコネクター同士
を接続することにより、容易に電気的に接続することが
できるので冷蔵庫への組み込みや保守点検が容易である
という効果がある。

【０１０３】請求項１１記載の熱電モジュールを内蔵す
る熱交換ユニットでは、電気的な結合と流体的な結合を
同時に行うことができる効果がある。

【０１０４】請求項１２記載の熱電モジュールを内蔵す
る熱交換ユニットは、流路抵抗が小さいばかりでなく、
一つの熱交換ユニットが詰まってもある程度の冷却能力
を維持することができる効果があり、保守のための時間
をある程度稼ぐことができるので、保守点検が容易とな
る。

【０１０５】請求項１３記載の熱電モジュールを内蔵す
る熱交換ユニットは、シェル部材と、伝熱面との間には
シール部材が介在されているので、シェル部材から熱媒
体が漏れることがなく、また加熱側と冷却側の熱媒体が
混じり合うこともない。そのため熱の無駄がなく効率が
高い効果がある。

【０１０６】請求項１４，１５記載の熱電モジュールを
内蔵する熱交換ユニットは、可撓性を有するリング等に
よってシェル部材と伝熱面との間をシールするので、熱
媒体の漏れ防止がより確実である。

【０１０７】請求項１６記載の冷却装置は、配管回路に
プロピレングリコールが添加されているので、熱媒体の
凍結が防止される。

【０１０８】請求項１７記載の冷却装置は、冷却側の配
管回路にプロピレングリコールが添加されているので、
冷却側での熱媒体の凍結が防止される。

【０１０９】請求項１８記載の冷蔵庫では、熱媒体とし
て水とプロピレングリコールの混合物が採用されている
ので、比熱が大きく、熱の移動が円滑であり、且つ熱媒
体が凍結する懸念も少ない。

【０１１０】請求項１９記載の冷蔵庫では、プロピレン
グリコールの濃度を適切に限定することにより、熱媒体
の凍結防止と、熱媒体の流量確保を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の冷蔵庫の冷凍系統図

【図２】本発明の実施例の冷蔵庫の外観を示す斜視図

【図３】図２の冷蔵庫の側面断面図

【図４】図２の冷蔵庫の背面断面図

【図５】図２の冷蔵庫に内蔵される熱電モジュールを内
蔵する熱交換ユニットの斜視図

【図６】図５のＡ−Ａ断面図

【図７】図５の熱交換ユニットの内部の平面図

【図８】図５の熱交換ユニットの分解斜視図

【図９】図５の熱交換ユニットに内蔵されるタービュレ
ータの斜視図

【図１０】図９のタービュレータを破断して表面を観察
した拡大斜視図

【図１１】図６の部分拡大断面図

【図１２】図２の熱交換ユニットのリード線導出部のリ
ード線導出手順及び導出後の状態を示す拡大断面図

【図１３】本実施例および変形例の熱交換ユニット同士
の接合部分を示す斜視図

【図１４】熱交換ユニットの管部の接続構造を示す斜視
図

【図１５】製氷部分に使用する熱交換ユニットの断面図

【図１６】図１５の熱交換ユニットの分解斜視図

【図１７】他の実施例の熱交換ユニットの平面図

【図１８】他の実施例の熱交換ユニットの断面図

【図１９】熱交換ユニットの接続形態の異なる実施例を
示す平面図

【図２０】水とプロピレングリコールとの混合物のプロ
ピレングリコール濃度と凍結温度との関係を示すグラフ

【図２１】熱媒体に水とプロピレングリコールとの混合
物を採用する場合における冷蔵庫の庫内温度とプロピレ
ングリコール濃度との関係を示すグラフ

【符号の説明】

１熱交換ユニット２ホット側の配管回路３コールド側の配管回路５熱電モジュール７，８キャビティ１０，１５熱交換器１１，１６ポンプ１７バイパス配管１８製氷用の熱交換ユニット３０冷蔵庫３３庫（庫体）５０，５１，５２熱交換ユニット５３下部シェル５４上部シェル５５タービュレータ６０雄型管継手部６７リード線引出し孔６８雄型連結部７８壁７９邪魔板８２突条８５，８６シール部材８７シール部材９０リード線９２弾性シール部材９８雌型管継手部１００雌形連結部１１０冷却板１１５製氷皿（冷却物）１１８，１２０コネクター１１９フック１２３熱交換ユニット１３０熱交換ユニット１３２空洞部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者徳永成臣大阪府東大阪市高井田本通４丁目２番５号松下冷機株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも二つの伝熱面を有し電流を流
すことにより一方の伝熱面が加熱され他方の伝熱面が冷
却される熱電モジュールと、該熱電モジュールの少なく
とも一方の伝熱面を覆うと共に当該伝熱面との間に熱媒
体通過キャビティを形成するシェル部材を有し、前記シ
ェル部材は透明又は半透明であることを特徴とする熱電
モジュールを内蔵する熱交換ユニット。
【請求項２】加熱側の伝熱面と冷却側の伝熱面を有し
電流を流すことにより加熱側の伝熱面が加熱され冷却側
の伝熱面が冷却される熱電モジュールと、該熱電モジュ
ールの加熱側伝熱面を覆うと共に当該伝熱面との間に熱
媒体通過キャビティを形成するシェル部材と、前記熱電
モジュールの冷却側の伝熱面と接する冷却板を有し、該
冷却板に冷却物を載置可能であることを特徴とする熱電
モジュールを内蔵する熱交換ユニット。
【請求項３】冷却板は、シェル部材と置き換え可能で
あり、冷却板をシェル部材と置き換えることにより、加
熱側伝熱面と接する熱媒体通過キャビティと冷却側伝熱
面と接する熱媒体通過キャビティが構成されることを特
徴とする請求項２に記載の熱電モジュールを内蔵する熱
交換ユニット。
【請求項４】請求項２又は３に記載の熱交換ユニット
と、冷却装置と、冷蔵庫の庫体を備え、前記冷却装置
は、庫体内を冷却する熱交換器と、熱媒体を循環させる
ポンプを有し、前記熱交換ユニットと冷却装置が配管接
続され、熱交換ユニットの冷却板は庫体内にあり、前記
熱交換器によって庫体内を冷却すると共に熱交換ユニッ
トの冷却板によって庫体内に部分的に温度の低い部位が
設けられることを特徴とする熱交換ユニットを使用した
冷蔵庫。
【請求項５】水を含有する熱媒体を冷却する冷却装置
は、加熱側の伝熱面と冷却側の伝熱面を有し電流を流す
ことにより加熱側の伝熱面が加熱され冷却側の伝熱面が
冷却される熱電モジュールを内蔵することを特徴とする
請求項４に記載の熱交換ユニットを使用した冷蔵庫。
【請求項６】複数のブロックを有し、各ブロックには
少なくとも二つの伝熱面を有し電流を流すことにより一
方の伝熱面が加熱され他方の伝熱面が冷却される熱電モ
ジュールと、該熱電モジュールの少なくとも一方の伝熱
面を覆うと共に当該伝熱面との間に熱媒体通過キャビテ
ィを形成するシェル部材を備え、前記シェル部材には管
状の接続部が設けられ、前記ブロック同士は、前記接続
部同士が嵌合されて一連の流路が構成されていることを
特徴とする熱電モジュールを内蔵する熱交換ユニット。
【請求項７】少なくとも二つの伝熱面を有し電流を流
すことにより一方の伝熱面が加熱され他方の伝熱面が冷
却される熱電モジュールと、該熱電モジュールの少なく
とも一方の伝熱面を覆うと共に当該伝熱面との間に熱媒
体通過キャビティを形成するシェル部材を有し、前記シ
ェル部材には外部に貫通するリード線挿通孔が設けら
れ、該リード線挿通孔には中心に貫通孔が設けられた弾
性シール材が配され、熱電モジュールのリード線は、前
記弾性シール材の貫通孔に挿通されてシェル部材の外に
引き出されており、前記弾性シール材はリード線が挿通
された際に圧縮状態にあり、弾性シール材はリード線挿
通孔及びリード線を圧縮していることを特徴とする熱電
モジュールを内蔵する熱交換ユニット。
【請求項８】少なくとも二つの伝熱面を有し電流を流
すことにより一方の伝熱面が加熱され他方の伝熱面が冷
却される熱電モジュールと、該熱電モジュールの少なく
とも一方の伝熱面を覆うと共に当該伝熱面との間に熱媒
体通過キャビティを形成するシェル部材を有し、前記シ
ェル部材の熱媒体通過キャビティの背面側には空洞部が
一体的に設けられていることを特徴とする熱電モジュー
ルを内蔵する熱交換ユニット。
【請求項９】空洞部には発泡体が内蔵されていること
を特徴とする請求項８に記載の熱電モジュールを内蔵す
る熱交換ユニット。
【請求項１０】複数のブロックを有し、各ブロックに
は、少なくとも二つの伝熱面を有し電流を流すことによ
り一方の伝熱面が加熱され他方の伝熱面が冷却される熱
電モジュールと、該熱電モジュールの少なくとも一方の
伝熱面を覆うと共に当該伝熱面との間に熱媒体通過キャ
ビティを形成するシェル部材を備え、前記シェル部材に
は熱電モジュールに電気的に接続されたコネクターが設
けられており、各ブロックは、コネクターを介して電気
的に接続されることを特徴とする熱電モジュールを内蔵
する熱交換ユニット。
【請求項１１】シェル部材には管状の接続部が設けら
れ、ブロック同士は、前記接続部同士を嵌合することに
よって一連の流路が構成されていることを特徴とする請
求項１０に記載の熱電モジュールを内蔵する熱交換ユニ
ット。
【請求項１２】複数のブロックによって構成される熱
電モジュールを内蔵する熱交換ユニットであり、各ブロ
ックには、少なくとも二つの伝熱面を有し電流を流すこ
とにより一方の伝熱面が加熱され他方の伝熱面が冷却さ
れる熱電モジュールと、該熱電モジュールの少なくとも
一方の伝熱面を覆うと共に当該伝熱面との間に熱媒体通
過キャビティを形成するシェル部材を有し、前記ブロッ
クの熱媒体通過キャビティは、並列に接続されているこ
とを特徴とする熱電モジュールを内蔵する熱交換ユニッ
ト。
【請求項１３】少なくとも二つの伝熱面を有し電流を
流すことにより一方の伝熱面が加熱され他方の伝熱面が
冷却される熱電モジュールと、該熱電モジュールの少な
くとも一方の伝熱面を覆うと共に当該伝熱面との間に熱
媒体通過キャビティを形成するシェル部材を有し、前記
シェル部材と、熱電モジュールの伝熱面との間にはシー
ル部材が介在されていることを特徴とする熱電モジュー
ルを内蔵する熱交換ユニット。
【請求項１４】シール部材は、可撓性を有するリング
であることを特徴とする請求項１３に記載の熱交換ユニ
ット。
【請求項１５】シール部材は、ゴム又は樹脂を素材と
するリングであることを特徴とする請求項１３又は１４
に記載の熱交換ユニット。
【請求項１６】少なくとも二つの伝熱面を有し電流を
流すことにより一方の伝熱面が加熱され他方の伝熱面が
冷却される熱電モジュールを内蔵する熱交換ユニットを
備え、前記熱交換ユニットには、加熱側及び／又は冷却
側の伝熱面と熱交換を行うための１又は２以上の熱媒体
配管回路が接続され、熱媒体配管回路の少なくとも一つ
にはプロピレングリコールが添加された熱媒体が循環す
ることを特徴とする冷却装置。
【請求項１７】少なくとも二つの伝熱面を有し電流を
流すことにより一方の伝熱面が加熱され他方の伝熱面が
冷却される熱電モジュールを内蔵する熱交換ユニットを
備え、加熱側の配管回路と冷却側の配管回路を有し、各
配管回路内には熱媒体が循環し、冷却側の配管回路には
プロピレングリコールが添加された冷凍系統を有するこ
とを特徴とする冷却装置
【請求項１８】プロピレングリコールが添加された熱
媒体は、水との混合物であることを特徴とする請求項１
６又は１７に記載の冷却装置。
【請求項１９】プロピレングリコールの濃度は、１５
％以上６０％以下であることを特徴とする請求項１６乃
至１８のいずれかに記載の冷却装置。