JPH11344272A - 熱電モジュールを内蔵する熱交換ユニット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱電モジュールを使用した熱交換ユニットの
伝熱面積を増大させ、且つ加熱側の熱媒体と冷却側の熱
媒体の混合を防止し、実用的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。 【解決手段】 熱電モジュール５によってマニホールド
片２，３の凹部（流入側チャンバー）３０，３０’と凹
部（流出側チャンバー）３１，３１’の開口が塞がれ、
さらに熱電モジュール５の周面近傍とマニホールド片
２，３の間にはオーリング１１、１２が介在されて液封
がなされている。マニホールド片２，３は透明である。
リード線には、異なる色の被覆が設けられており、外部
から視認できる。

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
この発明を冷蔵庫等に適用するには、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】具体的には、従来技術の熱電モジュールを
使用した熱交換ユニットは、熱交換容量が小さいという
問題がある。この原因の一つとして熱電モジュールの伝
熱面積が小さい点が挙げられる。またもう一つの原因と
して、加熱側の熱媒体と冷却側の熱媒体が混じってしま
うという問題が挙げられる。さらに従来技術の熱電モジ
ュールを使用した熱交換ユニットは、熱交換ユニットに
熱電モジュールを組み込む際や、熱交換ユニットを冷蔵
庫等に装着する際に、熱電モジュールに接続する電流の
極性を間違え易いという問題もある。

【０００６】そこで本発明は、従来技術の諸般の問題点
を解決し、実用的な熱電モジュールを内蔵する熱交換ユ
ニットの提供を課題とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記した課題を解決する
ための本発明は、外形が円板状であり、電流を流すこと
により一方の表面が加熱され他方の表面が冷却される熱
電モジュールと、該熱電モジュールの少なくとも一方の
表面側を覆うマニホールドを有し、前記熱電モジュール
の表面又は周面と前記マニホールドとの間には円環状の
シール部材が介在され、熱電モジュールの表面とマニホ
ールドの間に熱媒体通過キャビティが形成されているこ
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。これにより、熱電モジュールの伝熱面積が増
大し、且つ加熱側の熱媒体と冷却側の熱媒体が混じるこ
とが防止され、熱交換容量が増大する。そのため熱電モ
ジュールを使用した熱交換ユニットの実用化が達成され
る。

【０００８】

【発明の実施の形態】請求項１の発明は、外形が円板状
であり、電流を流すことにより一方の表面が加熱され他
方の表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表面側を覆うマニホールドを有
し、前記熱電モジュールの表面又は周面と前記マニホー
ルドとの間には円環状のシール部材が介在され、熱電モ
ジュールの表面とマニホールドの間に熱媒体通過キャビ
ティが形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。

【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、円板状の熱電モジュールを採用するので、
熱交換ユニットの専有スペースの割りに熱電モジュール
の伝熱面積が大きい。ま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、熱電モジュールの表面又は周
面と前記マニホールドとの間に円環状のシール部材が介
在され、熱電モジュールの表面とマニホールドの間に熱
媒体通過キャビティが形成されている。すなわち本発明
の熱電モジュールを内蔵する熱交換ユニットでは、円環
状のシール部材によって熱媒体通過キャビティが液封さ
れており、液圧がシール部材に均等にかかり、熱媒体の
漏れが少ない。

【００１０】また請求項２に記載の発明は、シール部材
はオーリングであることを特徴とする請求項１に記載の
熱電モジュールを内蔵する熱交換ユニットである。

【００１１】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、シール部材にオーリングが使用されてい
るので、熱媒体の漏れが少ない。

【００１２】さらに請求項３に記載の発明は、マニホー
ルドには円環状の溝が設けられ、当該円環状の溝内にシ
ール剤が充填され、充填されたシール剤によってシール
部材が構成されていることを特徴とする請求項１又は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。

【００１３】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、シール剤によってシール部材が構成され
ている。本発明では、溝内にシール剤が充填されるが、
当該溝は、円環状であるからシール剤の流れは円滑であ
り、シール剤は緻密に満たされる。

【００１４】また請求項４に記載の発明は、外形が円板
状であり、電流を流すことにより一方の表面が加熱され
他方の表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表面側を覆うマニホールドを
有し、前記熱電モジュールの少なくとも一方の表面と対
向する位置に円形の対面部材が配され、前記対面部材の
裏側には熱媒体入口と連通する流入側チャンバーと、熱
媒体出口に連通する流出側チャンバーが設けられ、熱媒
体は流入側チャンバーから対面部材の外周部を経て対面
部材と熱電モジュールの間を流れ、対面部材の対向する
位置の外周部を経て流出側チャンバーに入ることを特徴
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
ユニットは、円板状の熱電モジュールを採用するので、
熱交換ユニットの専有スペースの割りに熱電モジュール
の伝熱面積が大きい。また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、熱電モジュールの表面と対
向する位置に円形の対面部材が配され、前記対面部材の
裏側には熱媒体入口と連通する流入側チャンバーと、熱
媒体出口に連通する流出側チャンバーが設けられ、熱媒
体は流入側チャンバーから対面部材の円形の外周部を経
て対面部材と熱電モジュールの間を流れる。本発明では
この様に対面部材の裏側にチャンバーを設けたので、全
体形状が小型化される。また熱媒体は、熱媒体入口から
一旦流入側チャンバーに入り、流入側チャンバーから対
面部材の円形の外周部を経て対面部材と熱電モジュール
の間を流れるので、熱媒体は熱電モジュールの全域に渡
ってくまなく流れる。

【００１６】また請求項５に記載の発明は、外形が円板
状であり、電流を流すことにより一方の表面が加熱され
他方の表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表面側を覆うマニホールドを
有し、前記マニホールドには熱媒体入口と熱媒体出口に
連通すると共に前記熱電モジュールよりも直径の小さい
円形の段部を有し、前記段部には段部の直径よりも小さ
い円板状の対面部材が配され、熱電モジュールは、前記
段部を塞ぐ位置に配されていて前記段部の周囲と熱電モ
ジュールの表面の間には円環状のシール部材が設けら
れ、対面部材とシール部材及び熱電モジュールの表面で
囲まれる空間によって熱媒体通過キャビティが形成され
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。

【００１７】本発明の熱電モジュールを内蔵する熱交換
ユニットは、円板状の熱電モジュールを採用するので、
熱交換ユニットの専有スペースの割りに熱電モジュール
の伝熱面積が大きい。そし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、マニホールドに熱媒体入
口と熱媒体出口に連通すると共に前記熱電モジュールよ
りも直径の小さい円形の段部があり、この段部には段部
の直径よりも小さい円板状の対面部材が配される。その
ため対面部材は、この段部に納まると共に、段部と対面
部材の間に空隙が生じ、当該空隙から熱媒体が熱電モジ
ュールの表面と対面部材の間に流れ込む。また本発明で
は、段部の周囲と熱電モジュールの表面の間には円環状
のシール部材が設けられ、対面部材とシール部材及び熱
電モジュールの表面で囲まれる空間が熱媒体通過キャビ
ティとして機能するので、熱媒体通過キャビティからの
液漏れが少ない。

【００１８】また請求項６に記載の発明は、対面部材に
は流路を構成する溝と乱流を発生させる障害物が設けら
れていることを特徴とする請求項５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。

【００１９】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、対面部材に流路を構成する溝が設けられ
ているので、熱媒体が熱電モジュールの全域に流れる。
また乱流を発生させる障害物が設けられているので、熱
媒体が熱電モジュールの表面に接触する機会が多く、熱
交換効率が高い。

【００２０】さらに請求項７に記載の発明は、マニホー
ルドは、熱電モジュールの加熱側を覆う加熱側マニホー
ルド片と、冷却側を覆う冷却側マニホールド片を有し、
熱電モジュールは前記加熱側マニホールド片と冷却側マ
ニホールド片の間にあり、前記加熱側マニホールド片と
冷却側マニホールド片の間に外周シール部材が介在され
ていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記
載の熱電モジュールを内蔵する熱交換ユニットである。

【００２１】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、加熱側マニホールド片と冷却側マニホー
ルド片の間に外周シール部材が介在されているので、マ
ニホールド全体からの熱媒体の漏れが防止される。

【００２２】請求項８に記載の発明は、熱電モジュール
と外周シール部材の間に断熱材が配されていることを特
徴とする請求項７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。

【００２３】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、熱電モジュールと外周シール部材の間に
断熱材が配されているので、加熱側マニホールド片と冷
却側マニホールド片間の熱移動が少ない。

【００２４】また請求項９に記載の発明は、少なくとも
二つの伝熱面を有しリード線を通じて電流を流すことに
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マニホールドを有し、前記リード線
には極性を判別可能な目印が設けられ、前記マニホール
ドの少なくとも一部は透明であり、外部からリード線の
目印を判別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。

【００２５】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、マニホールドの少なくとも一部は透明で
あり、外部からリード線の目印を判別可能である。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
では、熱電モジュールの極性を外部から確認することが
できる。

【００２６】さらに請求項１０に記載の発明は、リード
線には異なる色の被覆が施され、被覆の色が目印となる
ことを特徴とする請求項９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。

【００２７】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、リード線の被覆が目印となる。

【００２８】請求項１１の発明は、熱電モジュールは板
状であり、リード線は、熱電モジュールの側面から引き
出され、熱電モジュールの周囲にはリード線の配置空間
を除いて断熱材が設けられていることを特徴とする請求
項９又は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。

【００２９】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、熱電モジュールの周囲に断熱材が配され
ているので、加熱側と冷却側間の熱移動が少ない。

【００３０】さらに請求項１２の発明は、熱電モジュー
ルは円板状であり、熱電モジュールの表面とマニホール
ドとの間に円環状のシール部材が介在されていることを
特徴とする請求項９乃至１１のいずれかに記載の熱電モ
ジュールを内蔵する熱交換ユニットである。

【００３１】本発明の熱電モジュールを内蔵する熱交換
ユニットは、円板状の熱電モジュールを採用するので、
熱交換ユニットの専有スペースの割りに熱電モジュール
の伝熱面積が大きい。ま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、熱電モジュールの表面とマニ
ホールドとの間に円環状のシール部材が介在され、熱電
モジュールの表面とマニホールドの間に熱媒体通過キャ
ビティが形成されている。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、円環状のシール部材によっ
て熱媒体通過キャビティが液封されており、液圧がシー
ル部材に均等にかかり、熱媒体の漏れが少ない。

【００３２】

【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、本発明の実施例の熱電モジュールを内蔵す
るマニホールドの正面図である。図２は、図１のＡ−Ａ
断面図である。図３は、図１のリード線視認部分の拡大
図である。図４は、図１の熱電モジュールを内蔵するマ
ニホールドの分解斜視図である。図５は、図１の熱電モ
ジュールを内蔵するマニホールドのタービュレータ周辺
の斜視図及び分解斜視図である。図６は、図１の熱電モ
ジュールを内蔵するマニホールドの接続端子部分の断面
図である。図７は、タービュレータの拡大斜視図であ
る。図８は、本発明の実施例の熱電モジュールを内蔵す
るマニホールドを含む冷凍系統図である。図９は、本発
明の変形実施例の熱電モジュールを内蔵するマニホール
ドのシール部材周辺を示す拡大断面図である。

【００３３】図１乃至５において、１は本実施例の熱電
モジュールを内蔵するマニホールドを示す。マニホール
ド１は、図２，４の様に、冷却側マニホールド片２と加
熱側マニホールド片３を備え、両者の間に熱電モジュー
ル５と断熱材６及び二つのタービュレータ（対面部材）
７，８が配され、さらに液封のために３個のオーリング
１０，１１，１２が介在されたものである。

【００３４】以下、各部材の形状構造を順次説明する。
冷却側マニホールド片２の外観は、図１の通りであり、
概ね円板状をしている。すなわち冷却側マニホールド片
２は、薄い円形の基部１５を持つ。そして外側の面に
は、正面から見て半円状の突起１６，１７が形成されて
いる。突起１６，１７の形状は、正確には、弓形、すな
わち円を直径と平行に切った形である。突起１６，１７
は、その外周が単一の円を構成する位置に配されてお
り、突起１６，１７同士の間は溝状の空隙１８となって
いる。前記した突起１６，１７が構成する円は、基部１
５に対してやや偏心した位置にある。

【００３５】突起１６，１７の内部は空洞であり、当該
部位は内側から見て凹んだ形となっている。また突起１
６，１７には、それぞれパイプ２０，２１が接続されて
いる。パイプ２０，２１は、基部１５に対して平行であ
り、空隙１８の方向と一致する方向に延びている。本実
施形態においては、パイプ２０は、熱媒体入口として機
能し、パイプ２１は熱媒体出口として機能する。

【００３６】また基部１５からは、二つの円筒部２２，
２３が突出している。円筒部２２，２３の突出方向は、
基部１５に対して垂直方向である。また円筒部２２，２
３の位置は、前記した突起１６，１７の外側であり、よ
り具体的には、突起１６，１７が偏心位置していること
により形成された幅広面積部分である。

【００３７】円筒部２２，２３は、マニホールド１から
接続端子を引き出すものであり、図６の様に、ピン状の
端子２５が配され、当該端子２５の先端部は、円筒部２
２，２３の内部にあって基部１５の外側に露出し、後端
側は、基部１５の内側に残っている。なお端子２５は、
冷却側マニホールド片２を成形する際に、基部１５と一
体化される。

【００３８】冷却側マニホールド片２の内側に目を移す
と、基部１５の外周近くの位置に図２の様な環状の溝２
７が形成されている。また前記した様に突起１６，１７
に相当する位置に、図２，図５の様な半円形状の凹部３
０，３１がある。本実施形態においては、凹部３０は流
入側チャンバーとして機能し、凹部３１は流出側チャン
バーとして機能する。

【００３９】凹部３０，３１の冷却側マニホールド片２
の内側への開口部位は、図５の様に全体的にやや奥ま
り、円形の凹部５２となっている。そして当該凹部３
０，３１を取り巻いて環状の溝２８が設けられている。

【００４０】また基部１５の周面には、４つの突起２６
が設けられ、後記する加熱側マニホールド片３と一体化
させるためのネジ挿通穴が設けられている。

【００４１】加熱側マニホールド片３は、冷却側マニホ
ールド片２と略同一の形をしており、薄い円形の基部１
５’を持ち、内部が空洞となった半円状の突起１６’，
１７’が形成され、突起１６’，１７’には、それぞれ
パイプ２０’，２１’が接続されている。加熱側マニホ
ールド片３でも、パイプ２０’は熱媒体入口として機能
し、パイプ２１’は熱媒体出口として機能する。突起１
６’，１７’及びパイプ２０’，２１’の位置は、冷却
側マニホールド片２と同一であるが、突起１６’，１
７’の偏心方向は、冷却側マニホールド片２とは反対方
向となっている。

【００４２】また加熱側マニホールド片３の内側には、
突起１６’，１７’に相当する位置に半円形状の凹部３
０’，３１’があり、凹部３０’，３１’の内側への開
口部位は、図４の様に全体的にやや奥まり、円形の凹部
５２’となっている。そして当該凹部３０’，３１’を
取り巻いて環状の溝２８’が設けられている。

【００４３】また基部１５’の周面には、４つの突起２
６’が設けられ、前記した冷却側マニホールド片２と一
体化させるためのネジ挿通穴が設けられている点でも共
通する。

【００４４】加熱側マニホールド片３が冷却側マニホー
ルド片２と相違する点は、接続端子引き出し用の円筒部
を持たない点と、内側外周寄りの部位の環状溝が無い点
だけである。

【００４５】上記した冷却側マニホールド片２と加熱側
マニホールド片３は、いずれも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、冷却側マニホールド片２と加熱側マニホールド
片３は、いずれも透明であることである。冷却側マニホ
ールド片２と加熱側マニホールド片３の素材は、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。

【００４６】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
径形状は円板状であり、その両側の表面は伝熱面として
機能する。そして熱電モジュール５の外周部からは、二
本のリード線３５，３６が引き出されている。ここで一
方のリード線３５は、プラス極に接続されるべきもので
あり、他方のリード線３６はマイナス極に接続されるべ
きものである。そして本実施形態では、リード線３５に
は赤色の被覆４０が施され、リード線３６には青色の被
覆４０が施されている。

【００４７】タービュレータ（対面部材）７，８は円板
状をしており、一方の面には、流路を形成する多数の壁
４３が設けられている。壁４３は、タービュレータ４の
一端から他端にかけて連続して設けられており、壁４３
同士は平行かつ等間隔である。そして壁４３によって平
行な溝状の流路４４が形成される。また流路４４中に
は、乱流を起こさせるための障害物が設けられている。
障害物は、具体的には、突条４５と邪魔板４６である。
突条４５は、前記した壁４３よりも高さが低く、壁４３
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４５は、４列設けられている。邪魔板４６は、壁４
３と同一の高さであるが不連続である。邪魔板４６は流
路４４を完全に塞ぐものではなく、流路４４の幅方向に
は隙間がある。邪魔板４６は、溝状の流路４４に対して
千鳥状に設けられている。また前記した突条４５は、邪
魔板４６の間の部分に位置する。

【００４８】タービュレータ７，８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。

【００４９】前記した熱電モジュール５、タービュレー
タ７，８、半円形状の凹部３０，３１及び環状の溝２８
の大きさの関係は、図５の様に「タービュレータ７，
８」＜「半円形状の凹部３０，３１」＜「環状の溝２
８」＜「熱電モジュール５」となっている。

【００５０】断熱材６は、発泡スチロールや発泡ウレタ
ン等の発泡シートを打ち抜いて成形されたものであり、
外形が円形であり、やや偏心した位置に円形の開口４７
が設けられている。また偏心した故に幅広となった部位
には、入り江状の切り欠き部５０が設けられている。す
なわち切り欠き部５０は内側に開口し、奥が二つに別れ
ていずれも長穴状に広がっている。

【００５１】次にマニホールド１の組み立て構造につい
て説明する。マニホールド１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７，８が配置されている。
さらにタービュレータ７，８の外側には、冷却側マニホ
ールド片２と加熱側マニホールド片３が設けられてい
る。ここで冷却側マニホールド片２と熱電モジュール５
との間にはオーリング１１が介在され、加熱側マニホー
ルド片３と熱電モジュール５との間にはオーリング１２
が介在されている。オーリング１１、１２は、いずれも
マニホールド片２，３に設けられた溝２８，２８’内に
配されて位置決めがなされている。またオーリング１０
（外周シール部材）は、冷却側マニホールド片２の溝２
７によって位置決めがされている。

【００５２】そして冷却側マニホールド片２と加熱側マ
ニホールド片３は中間部に断熱材６を挟み、図示しない
ネジによって一体的に結合されている。

【００５３】各部の位置関係の細部について説明する
と、タービュレータ７，８は、図５（ｂ）の様に冷却側
マニホールド片２又は加熱側マニホールド片３の凹部５
２，５２’に入り込み、図示しない接着手段によって凹
部５２，５２’と同心的に接合されている。その結果タ
ービュレータ７，８と凹部５２，５２’との間には、弓
状の空隙５５，５６，５５’，５６’が形成されてい
る。なお一方の空隙５５，５５’は、一方の凹部３０，
３０’と連通し、他方の空隙５６，５６’は、もう一つ
の凹部３１，３１’と連通する。タービュレータ７，８
の壁４３の先端は、熱電モジュール５の伝熱面たる表面
と接している。

【００５４】また熱電モジュール５の直径は、前記した
様にタービュレータ７，８が装着される凹部５２，５
２’よりも大きいので、熱電モジュール５は、あたかも
凹部（流入側チャンバー）３０，３０’と凹部（流出側
チャンバー）３１，３１’の開口を塞ぐ位置関係とな
る。加えて凹部（流入側チャンバー）３０，３０’と凹
部（流出側チャンバー）３１，３１’のさらに外周には
溝２８，２８’に配されたオーリング１１、１２があ
り、当該オーリング１１、１２が熱電モジュール５の表
面と当接している。すなわち熱電モジュール５によって
マニホールド片２，３の凹部（流入側チャンバー）３
０，３０’と凹部（流出側チャンバー）３１，３１’の
開口が塞がれ、さらに熱電モジュール５の周面近傍とマ
ニホールド片２，３の間にはオーリング１１、１２が介
在されて液封がなされている。そのためマニホールド片
２，３のそれぞれと熱電モジュール５の表面によって形
成される空間の一方は、他方のそれと完全に隔離されて
いる。

【００５５】タービュレータ７，８の壁４３は、熱電モ
ジュール５の伝熱面たる表面と接し、タービュレータ
７，８には流路４４が形成されているので、タービュレ
ータ７，８の表面と熱電モジュール５の表面との間で熱
媒体通過キャビティ５７，５８が構成される。

【００５６】また熱電モジュール５は、断熱材６の円形
の開口４７内に配され、熱電モジュール５の周囲は、断
熱材６によって囲まれている。また熱電モジュール５の
リード線３５，３６は、断熱材６の入り江状の切り欠き
部５０に配され、折り返されて冷却側マニホールド片２
の端子２５にはんだ付けされている。

【００５７】次に本実施形態の熱電モジュールの使用方
法及び作用について説明する。本実施例の熱電モジュー
ルを内蔵するマニホールド１の使用方法は、公知のもの
と同様であり、熱電モジュール５に直流電源７０を接続
する。より具体的には、円筒状の突起２２，２３に直流
電源７０に繋がったコネクター７１，７２を接続し、端
子２５及びリード線３５，３６を介して熱電モジュール
に給電する。ここで本実施形態の熱電モジュールを内蔵
するマニホールド１では、加熱側マニホールド片２及び
冷却側マニホールド片３が透明であり、且つリード線３
５，３６に異なる色の被覆がなされている。また断熱材
６には入り江状の切り欠き部５０が設けられ、リード線
３５，３６は当該切り欠き部５０内に収められている。
そのため本実施形態のマニホールド１の、リード線３
５，３６の部位はシースルー状となり、一方から向こう
側が透けて見える。従って切り欠き部５０内に収められ
たリード線３５，３６は、外部から見え、被覆の色が識
別可能であ。そのため本実施例の熱電モジュールを内蔵
するマニホールド１では、コネクター７１，７２をいず
れの突起２２，２３に接続すべきかが外見から一見して
判別できる。また工場からの出荷段階で、熱電モジュー
ルの裏表を取り違え、リード線３５，３６の配線が誤っ
ていても、コネクター７１，７２を接続する際に気づ
く。そのため本実施例の熱電モジュールを内蔵するマニ
ホールド１は、給電極性を誤ることがない。

【００５８】次に配管系統について説明すると、本実施
形態のマニホールド１は、例えば図８に示す様な独立し
た冷却側配管６０と加熱側配管６１が接続される。すな
わち冷却側配管６０は、熱交換器６２と、ポンプ６３を
有し、前記した，熱媒体通過キャビティ５７を含む閉回
路を構成している。より具体的には、マニホールド１の
冷却側マニホールド片２のパイプ２０，２１が冷却側配
管６０に接続される。

【００５９】また加熱側配管６１についても、冷却側と
同様に熱交換器６５と、ポンプ６６を有し、前記した熱
媒体通過キャビティ５８を含む閉回路を構成している。
すなわちマニホールド１の加熱側マニホールド片３の管
部２０’，２１’が加熱側配管６１に接続される。そし
て配管回路６０，６１内には、水を主体とする熱媒体が
循環される。なお冷却側配管６６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

【００６０】冷却側配管回路では、冷却側マニホールド
片２のパイプ（熱媒体入口）２０から熱媒体がマニホー
ルド１内の一方の半円状の凹部（流入側チャンバー）３
０に入り、凹部３０の開口とタービュレータ８によって
形成される弓状の空隙５５から冷却側熱媒体通過キャビ
ティ５７たるタービュレータ８の表面と熱電モジュール
５の表面の間を通る。この間に熱交換が行なわれ、熱媒
体は冷却される。そして熱媒体は、もう一つの凹部（流
出側チャンバー）３１の開口とタービュレータ８によっ
て形成される弓状の空隙５６から凹部（流出側チャンバ
ー）３１に流れ込む。タービュレータ８から半円状の凹
部（流出側チャンバー）３１に流れた熱媒体は、パイプ
２１（熱媒体出口）からマニホールド１の外部に流れ出
る。

【００６１】また加熱側の配管回路についても同様であ
り、加熱側マニホールド片３のパイプ（熱媒体入口）２
０’から熱媒体がマニホールド１内の一方の半円状の凹
部（流入側チャンバー）３０’に入り、弓状の空隙５
５’から加熱側熱媒体通過キャビティ５８たるタービュ
レータ７の表面と熱電モジュール５の伝熱面の間を通
り、弓状の空隙５６’から凹部（流出側チャンバー）３
１’に流れ込み、パイプ２１’（熱媒体出口）からマニ
ホールド１の外部に流れる。

【００６２】本実施形態のマニホールド１では、各熱媒
体通過キャビティ５７，５８は、円形のオーリング１
１，１２によって密閉されているので、熱媒体は上記し
た経路をそれぞれ独立して流れ、加熱側の熱媒体と冷却
側の熱媒体が混じり合うことはない。

【００６３】また冷却側マニホールド片２と加熱側マニ
ホールド片３との間には、オーリング１０が介在されて
いるので、マニホールド１の全体から熱媒体が漏れだす
こともない。

【００６４】以上説明した実施例では、リード線３５，
３６の極性を示す目印として異なる色に着色した被覆４
０，４１を利用した。他にリード線３５，３６の極性を
示す目印として活用できる例としては、リード線を板状
のもので構成して当該板に目印となる刻印を付したり、
リード線に直接塗料を塗布することが考えられる。また
一方のリード線を銅線とし、他方をアルミ線とすること
も有効である。さらに一方を単線とし、他方をより線と
しても目印としての機能を発揮しうる。

【００６５】また本実施例では、冷却側マニホールド片
２と加熱側マニホールド片３の双方ともを透明にした
が、少なくとも一方が透明であれば、極性の判別は可能
である。さらには一方のマニホールド片２，３のリード
線の部分だけを透明としても本発明の作用は発揮され
る。

【００６６】本実施例では、熱電モジュールを円板状の
ものとして説明したが、リード線の極性を判別するだけ
の目的であれば、熱電モジュールの形状にこだわりはな
い。また熱媒体の混合を防止する目的や、マニホールド
を小型化する目的からは、マニホールド片２，３を透明
とする必要はなく、またリード線３５，３６に異なる色
の被覆を設ける必要もない。

【００６７】また熱媒体の混合を防止する目的を主眼と
する発明の作用効果は、主として円板状の熱電モジュー
ルとオーリング等の円環状のシール部材との組み合わせ
により達成される。したがって対面部材等は必ずしも必
須ではない。また本発明は、対面部材を持たない構成の
熱交換ユニットに応用できるばかりでなく、熱電ユニッ
トの中央部に熱媒体を吹き付け、あるいは勢い良く接し
させ、熱電ユニットの周方向に熱媒体を排出・回収する
構成のものにも適用可能である。

【００６８】上記した実施例では、円環状のシール部材
の例として、もっとも一般的なオーリングを採用した。
他に推奨されるものとしては、マニホールド片の熱電ユ
ニッットの表面と当接する部位に、円環状に溝を設け、
当該溝内にシール剤を充填してシール部材とする方策が
ある。シール剤は、例えば軟質ウレタン樹脂系の充填剤
であり、ポリイソシアネートとポリオールを混合し、反
応が完了する前の流動性を有する状態の時に円環状の溝
内に充填し、溝内で反応を終了させる。シール剤は、無
発泡のものが推奨される。またシール剤を充填してシー
ル部材とする場合には、熱電ユニッットの周面に円環状
の溝を設ける構成も推奨される。すなわち図９の様に、
冷却側マニホールド片８０と、加熱側マニホールド片８
１が合致した状態で凹部が形成され、当該凹部をもって
円環状の溝８２を構成する。そして円環状の溝８２に熱
電ユニット５の全円周端部を挿入し、その後、図示しな
いシール剤注入穴からシール剤を充填し、反応固化させ
る。もちろんシール剤の充填とオーリングとを併用して
もよい。

【００６９】

【発明の効果】請求項１乃至８及び１２に記載の熱電モ
ジュールを内蔵する熱交換ユニットは、円板状の熱電モ
ジュールを採用するので、熱交換ユニットの専有スペー
スの割に熱電モジュールの伝熱面積が大きい。そのため
本発明の熱交換ユニットは、専有スペースが小さいにも
かかわらず、熱交換容量が大きい効果がある。

【００７０】また請求項１乃至４及び６及び８、さらに
請求項１２に記載の熱電モジュールを内蔵する熱交換ユ
ニットは、円板状の熱電モジュールの表面又は周面と前
記マニホールドとの間に円環状のシール部材が介在され
ることにより、熱媒体通過キャビティが液封され、液圧
がシール部材に均等にかかり、熱媒体の漏れが少ない効
果がある。

【００７１】また請求項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、シール部材にオーリングが使
用されているので、熱媒体の漏れが少ない効果がある。

【００７２】請求項３に記載の熱電モジュールを内蔵す
る熱交換ユニットは、シール剤によってシール部材が構
成されているので熱媒体の漏れが少ない効果がある。ま
た本発明では、溝内にシール剤が充填されるが、当該溝
は、円環状であるからシール剤の流れは円滑であり、シ
ール剤は緻密に満たされる。

【００７３】請求項４に記載の熱電モジュールを内蔵す
る熱交換ユニットは、熱電モジュールの表面と対向する
位置に円形の対面部材を配し、対面部材の裏側にチャン
バーを設けたので、全体形状が小型化される効果があ
る。さらに本発明では、熱媒体は熱電モジュールの全域
に渡ってくまなく流れ、熱交換効率が高い効果がある。

【００７４】また請求項５に記載の熱電モジュールを内
蔵する熱交換ユニットは、マニホールドに熱媒体出入口
と連通すると共に前記熱電モジュールよりも直径の小さ
い円形の段部があり、この段部に段部の直径よりも小さ
い円板状の対面部材が配される。そのため対面部材は、
この段部に納まり、全体形状が小型化される。さらに本
発明によると、段部と対面部材の間に空隙が生じ、当該
空隙から熱媒体が熱電モジュールの表面と対面部材の間
に流れ込むので、熱媒体は熱電モジュールの全域に渡っ
てくまなく流れ、熱交換効率が高い。

【００７５】また請求項６に記載の熱電モジュールを内
蔵する熱交換ユニットでは、対面部材に流路を構成する
溝が設けられているので、熱媒体が熱電モジュールの全
域に流れる。また流路には、乱流を発生させる障害物が
設けられているので、熱媒体が熱電モジュールの表面に
接触する機会が多く、熱交換効率が高い。

【００７６】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は、熱電モジュールと外周シール部
材の間に断熱材が配されているので、加熱側マニホール
ド片と冷却側マニホールド片の間の熱移動が少ない。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、熱損失が少ない効果がある。

【００７７】また請求項９に記載の熱電モジュールを内
蔵する熱交換ユニットでは、マニホールドの少なくとも
一部が透明であり、外部からリード線の目印を判別可能
である。そのため本発明の熱電モジュールを内蔵する熱
交換ユニットでは、熱電モジュールの極性を外部から確
認することができる。したが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、誤配線が未然に防止
される効果がある。

【００７８】さらに請求項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は、リード線の被覆が目印
となるので、リード線の保護と誤配線の防止を一挙に解
決することができる効果がある。

【００７９】請求項１１の熱電モジュールを内蔵する熱
交換ユニットでは、熱電モジュールの周囲に断熱材が配
されているので、加熱側と冷却側間の熱移動が少ない。
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、熱損失が少ない効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の熱電モジュールを内蔵するマ
ニホールドの正面図

【図２】図１のＡ−Ａ断面図

【図３】図１のリード線視認部分の拡大図

【図４】図１の熱電モジュールを内蔵するマニホールド
の分解斜視図

【図５】図１の熱電モジュールを内蔵するマニホールド
のタービュレータ周辺の斜視図及び分解斜視図

【図６】図１の熱電モジュールを内蔵するマニホールド
の接続端子部分の断面図

【図７】タービュレータの拡大斜視図

【図８】本発明の実施例の熱電モジュールを内蔵するマ
ニホールドを含む冷凍系統図

【図９】本発明の変形実施例の熱電モジュールを内蔵す
るマニホールドのシール部材周辺を示す拡大断面図

【符号の説明】

１ 熱電モジュールを内蔵するマニホールド ２ 冷却側マニホールド片 ３ 加熱側マニホールド片 ５ 熱電モジュール ６ 断熱材 ７，８ タービュレータ（対面部材） １０ オーリング（外周シール部材） １１，１２ オーリング ２０，２０’パイプ（熱媒体入口） ２１，２１’パイプ（熱媒体出口） ３０，３０’凹部（流入側チャンバー） ３１，３１’凹部（流出側チャンバー） ４４ 流路 ４５ 突条 ４６ 邪魔板 ５２ 円形の凹部 ５５，５６，５５’，５６’弓状の空隙 ５７，５８ 熱媒体通過キャビティ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 稲森 昭平 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 (72)発明者 上辻 利夫 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 (72)発明者 森下 賢一 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 (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外形が円板状であり、電流を流すことに
   より一方の表面が加熱され他方の表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表
   面側を覆うマニホールドを有し、前記熱電モジュールの
   表面又は周面と前記マニホールドとの間には円環状のシ
   ール部材が介在され、熱電モジュールの表面とマニホー
   ルドの間に熱媒体通過キャビティが形成されていること
   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。
2. 【請求項２】 シール部材はオーリングであることを特
   徴とする請求項１に記載の熱電モジュールを内蔵する熱
   交換ユニット。
3. 【請求項３】 マニホールドには円環状の溝が設けら
   れ、当該円環状の溝内にシール剤が充填され、充填され
   たシール剤によってシール部材が構成されていることを
   特徴とする請求項１又は２に記載の熱電モジュールを内
   蔵する熱交換ユニット。
4. 【請求項４】 外形が円板状であり、電流を流すことに
   より一方の表面が加熱され他方の表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表
   面側を覆うマニホールドを有し、前記熱電モジュールの
   少なくとも一方の表面と対向する位置に円形の対面部材
   が配され、前記対面部材の裏側には熱媒体入口と連通す
   る流入側チャンバーと、熱媒体出口に連通する流出側チ
   ャンバーが設けられ、熱媒体は流入側チャンバーから対
   面部材の外周部を経て対面部材と熱電モジュールの間を
   流れ、対面部材の対向する位置の外周部を経て流出側チ
   ャンバーに入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。
5. 【請求項５】 外形が円板状であり、電流を流すことに
   より一方の表面が加熱され他方の表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表
   面側を覆うマニホールドを有し、前記マニホールドには
   熱媒体入口と熱媒体出口に連通すると共に前記熱電モジ
   ュールよりも直径の小さい円形の段部を有し、前記段部
   には段部の直径よりも小さい円板状の対面部材が配さ
   れ、熱電モジュールは、前記段部を塞ぐ位置に配されて
   いて前記段部の周囲と熱電モジュールの表面の間には円
   環状のシール部材が設けられ、対面部材とシール部材及
   び熱電モジュールの表面で囲まれる空間によって熱媒体
   通過キャビティが形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。
6. 【請求項６】 対面部材には流路を構成する溝と乱流を
   発生させる障害物が設けられていることを特徴とする請
   求項５に記載の熱電モジュールを内蔵する熱交換ユニッ
   ト。
7. 【請求項７】 マニホールドは、熱電モジュールの加熱
   側を覆う加熱側マニホールド片と、冷却側を覆う冷却側
   マニホールド片を有し、熱電モジュールは前記加熱側マ
   ニホールド片と冷却側マニホールド片の間にあり、前記
   加熱側マニホールド片と冷却側マニホールド片の間に外
   周シール部材が介在されていることを特徴とする請求項
   １乃至６のいずれかに記載の熱電モジュールを内蔵する
   熱交換ユニット。
8. 【請求項８】 熱電モジュールと外周シール部材の間に
   断熱材が配されていることを特徴とする請求項７に記載
   の熱電モジュールを内蔵する熱交換ユニット。
9. 【請求項９】 少なくとも二つの伝熱面を有しリード線
   を通じて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マニホー
   ルドを有し、前記リード線には極性を判別可能な目印が
   設けられ、前記マニホールドの少なくとも一部は透明で
   あり、外部からリード線の目印を判別可能であることを
   特徴とする熱電モジュールを内蔵する熱交換ユニット。
10. 【請求項１０】 リード線には異なる色の被覆が施さ
    れ、被覆の色が目印となることを特徴とする請求項９に
    記載の熱電モジュールを内蔵する熱交換ユニット。
11. 【請求項１１】 熱電モジュールは板状であり、リード
    線は、熱電モジュールの側面から引き出され、熱電モジ
    ュールの周囲にはリード線の配置空間を除いて断熱材が
    設けられていることを特徴とする請求項９又は１０に記
    載の熱電モジュールを内蔵する熱交換ユニット。
12. 【請求項１２】 熱電モジュールは円板状であり、熱電
    モジュールの表面とマニホールドとの間に円環状のシー
    ル部材が介在されていることを特徴とする請求項９乃至
    １１のいずれかに記載の熱電モジュールを内蔵する熱交
    換ユニット。