特許 6972416 空調装置および放熱フィン

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6972416

(24)【登録日】2021年11月5日

(45)【発行日】2021年11月24日

(54)【発明の名称】空調装置および放熱フィン

(51)【国際特許分類】

   F24F 1/0097 20190101AFI20211111BHJP

【ＦＩ】

   F24F1/0097

【請求項の数】2

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2021-88898(P2021-88898)

(22)【出願日】2021年5月27日

【審査請求日】2021年5月27日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】594109934

【氏名又は名称】高藤 恭胤

(74)【代理人】

【識別番号】110000235

【氏名又は名称】特許業務法人 天城国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】高藤 恭胤

(72)【発明者】

【氏名】川西 克司

【審査官】 佐々木 訓

(56)【参考文献】

【文献】 中国実用新案第２１１１４６７０９（ＣＮ，Ｕ）

【文献】 特開２０１７−０１３７８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５７−１０４０６９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２４Ｆ １／００９７

Ｆ２４Ｆ ５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電力を熱に変換するペルチェ素子と、
前記ペルチェ素子に電力を供給する電源と、
前記ペルチェ素子から発せられる熱を放熱する放熱フィンと、
前記放熱フィンに空気を供給する送風機と、
を備え、
前記放熱フィンは、複数のフィンで構成されており、
複数の前記フィンは、前記送風機により供給される前記空気の送風方向の上流から下流に向う前記空気の流路を形成するように配列されており、
前記空気の前記流路の断面積は、前記空気の送風方向の上流から下流に向かって広くなっており、
複数の前記フィンは、前記空気の送風方向の上流側に前記空気の前記流路の断面積を広げるようにテーパ面を有している空調装置。

【請求項2】

複数の前記フィンは、前記空気の送風方向に並ぶ複数の小フィンで形成されている請求項１に記載の空調装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、空調装置および放熱フィンに関する。

【背景技術】

【0002】

室内用空調装置や自動車用空調装置等の多くの空調装置（例えば特許文献１）は、駆動用ポンプを備える圧縮機と凝縮器と膨張弁と蒸発器とからなるヒートサイクルを有している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開昭６１−９４８１１号公報

【発明の概要】

【0004】

しかしながら、ヒートサイクルを有する空調装置は、駆動ポンプ、圧縮機、凝縮器、膨張弁、および冷媒を循環させるパイプが必要であるため、空調装置を小型化することが困難であった。

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明は、上述の事情の下になされたもので、空調装置の小型化を図ることを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するために、実施形態に係る空調装置は、ペルチェ素子と電源と放熱フィンと送風機とを備える。ペルチェ素子は、電力を熱に変換する。電源は、ペルチェ素子に電力を供給する。放熱フィンは、ペルチェ素子から発せられる熱を放熱する。送風機は、放熱フィンに空気を供給する。放熱フィンは、複数のフィンで構成されている。複数のフィンは、送風機により供給される空気の送風方向の上流から下流に向う空気の流路を形成するように配列されている。空気の流路の断面積は、空気の送風方向の上流から下流に向かって広くなっている。複数のフィンは、空気の送風方向の上流側に空気の流路の断面積を広げるようにテーパ面を有している。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】実施形態１に係る空調装置の構成図である。

【図2】実施形態１に係る放熱フィンの斜視図である。

【図3】実施形態１に係る放熱フィンの平面図である。

【図4】実施形態１に係る放熱フィンの側面図である。

【図5】実施形態２に係る放熱フィンの平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

（実施形態１）
以下、実施形態に係る空調装置について、図を参照して説明する。説明にあたっては、相互に直行するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸からなるＸＹＺ座標系を適宜用いる。

【0009】

図１は、実施形態に係る空調装置１の構成図である。空調装置１は、ペルチェ素子１０、電源２０、放熱フィン３０、送風機５０、筐体７０を有する。

【0010】

ペルチェ素子１０は、直流電流を供給されることにより、素子の両面に温度差を生じる。ペルチェ素子の寸法は、暖房もしくは冷房能力に応じて決められる。

【0011】

電源２０は、ペルチェ素子１０に直流電流を供給する。電源２０は、例えば、１００ボルトの商用電力を入力し、直流電圧を出力するＡＣ／ＤＣコンバータである。電源２０は、ペルチェ素子１０の規格にあった直流電圧を出力する。ここでは、電源２０がペルチェ素子１０の＋Ｚ側の面が−Ｚ側の面よりも高温になるように電力を供給しているものとする。また、電源２０は、後述する送風機５０に電力を供給する。

【0012】

放熱フィン３０は、ペルチェ素子１０から発せられる熱を放熱するための部品である。放熱フィン３０は、放熱フィン３０の−Ｚ側の面がペルチェ素子１０の＋Ｚ側の面に接して設けられる。放熱フィン３０のＸＹ面の寸法は、ペルチェ素子１０のＸＹ面の寸法に応じて決められる。放熱フィン３０のＺ方向の寸法は、ペルチェ素子１０から放出される熱量に応じて決められる。

【0013】

送風機５０は、風によって放熱フィン３０に空気を供給する。送風機５０は、例えば、直流モータで動作するファンである。送風機５０は、放熱フィン３０の−Ｘ側に配置されている。

【0014】

筐体７０は、ペルチェ素子１０，電源２０，送風機５０を固定するための部材である。筐体７０は平板であってもよいし、ペルチェ素子１０，電源２０，放熱フィン３０、送風機５０を収容するケースであってもよい。放熱フィン３０は、放熱フィン３０の重量がペルチェ素子１０に加わらないように、筐体７０に固定されていてもよい。

【0015】

図２は、放熱フィン３０の斜視図である。図３は、放熱フィン３０の平面図である。図４は、放熱フィン３０のＹＺ面の側面図である。放熱フィン３０は、複数のフィン３２、３３，３４，３５，３６，３７と、ベース３１とで構成されている。フィン３２、３３，３４，３５，３６，３７は、ベース３１に固定されている。ここでは、放熱フィン３０が６個のフィンで構成されている場合について説明するが、フィンの数は限定されない。複数のフィン３２、３３，３４，３５，３６，３７は、送風機５０により供給される空気の送風方向の上流から下流に向う空気の流路Ｒを形成するように配列されている。

【0016】

図３に示されるように、フィン３２、３３，３４，３５，３６，３７形状は、開口４１のＹ軸方向の長さＬ１が開口４２のＹ軸方向の長さＬ２より短くなるように形成されている。これにより、空気の流路ＲのＹＺ面の断面積は、空気の送風方向の上流（−Ｘ側）から下流（＋Ｘ側）に向かって広くなる。

【0017】

また、図２に示されるように、フィン３２、３３，３４，３５，３６，３７の−Ｘ側（空気の送風方向の上流側）の端部には、空気の流路Ｒの断面積を広げるようにテーパ面４３が形成されている。図４では、テーパ面４３をドットパターンで表している。図３に示されるように、フィン３２、３３，３４，３５，３６，３７にテーパ面４３を設けることにより、開口４１の−Ｘ側の端のＹ軸方向の長さＬ３は、開口４１の少し＋Ｘ側のＹ軸方向の長さＬ１より長くなる。これにより、空気を取り込む開口４１のＹＺ面の断面積が広くなる。

【0018】

次に、空調装置１の動作について説明する。ペルチェ素子１０は、電源２０から直流電流を供給され、＋Ｚ面の温度が−Ｚ面の温度に対して上昇する。ペルチェ素子１０の＋Ｚ側の面から発熱された熱量は放熱フィン３０に伝搬し、放熱フィン３０から放熱される。送風機５０は、電源２０から電力を供給され、放熱フィン３０に向かって送風する。

【0019】

図３に示されるＬ３の範囲で受けた空気は、放熱フィン３０のテーパ面４３により開口４１に導かれる。放熱フィン３０は、テーパ面４３を有しているので、多くの空気を開口４１に導くことができる。放熱フィン３０の＋Ｘ側の開口４２の断面積は、−Ｘ側の開口４１の断面積よりも大きくなっている。このような構造とすることで、開口４１から開口４２に向かう空気と放熱フィン３０との空気抵抗を小さくしている。開口４１から挿入された空気の温度は放熱フィン３０（フィン３２、３３，３４，３５，３６，３７）の熱により上昇し、放熱フィン３０は冷却される。温度が上昇した空気は、送風機５０により開口４２に向かって送風される。

【0020】

放熱フィン３０の開口４１には、送風機５０により新たな空気が順次供給される。ペルチェ素子１０が発熱した熱量により温度が上昇した放熱フィン３０は、新たな空気を加熱し、加熱された空気は開口４２から順次排出される。この動作を継続することで、空調装置１は、周囲の温度を上昇させる。

【0021】

なお、上記の説明では、ペルチェ素子１０の＋Ｚ側の面の温度が−Ｚ側の面の温度より高くなる場合について説明したが、ペルチェ素子１０に印加する電圧を逆極性にすることにより、ペルチェ素子１０の＋Ｚ側の面の温度を−Ｚ側の面の温度より低くすることもできる。この場合、放熱フィン３０は、ペルチェ素子１０から冷温を伝搬し、空気を冷却する。

【0022】

また、上記の説明では、図２乃至図４に示すように、フィン３２、３３，３４，３５，３６，３７の＋Ｚ側の面と−Ｚ側の面の形状が同じである場合を例にして説明したが、フィンの形状はこれに限定されない。例えば、フィンは、＋Ｚ側程細い形状であってもよい。

【0023】

上記の説明では、電源２０がＡＣ／ＤＣコンバータである場合について説明したが、電源２０は蓄電池で動作するＤＣ／ＤＣコンバータであってもよいし、電源２０が蓄電池であってもよい。

【0024】

以上に説明したように、実施形態に係る空調装置１は、駆動ポンプ、圧縮機、凝縮器、膨張弁、および冷媒を循環させるパイプを必要とするヒートサイクルを必要としないので、空調装置の小型化を図ることができる。

【0025】

また、実施形態に係る空調装置１は、駆動ポンプ等の可動部分が無いため、振動・騒音を発生しない。また、実施形態に係る空調装置１は、疲労・破損する機械部品が無いため、取扱いが簡単であり、故障が少なく、耐用期間が長い。

【0026】

また、実施形態に係る空調装置１は、フロン等の冷媒を使用していないので、環境に対する悪影響が無い。また、冷媒のガス漏れ、腐蝕性液体の漏れ等の心配が無く、保守が容易である。

【0027】

また、実施形態に係る空調装置１は、電流の方向を変えるだけで、暖房と冷却を切り替えることができる。また、実施形態に係る空調装置１は、ペルチェ素子で冷暖房を行うので、冷媒の加熱もしくは冷却に時間を要しないので、温度応答特性が良い。

【0028】

空気の温度は、空気の送風方向の上流（−Ｘ側）から下流（＋Ｘ側）に向かって徐々に高くなる。実施形態に係る空調装置１は、放熱フィン３０の空気の流路Ｒの断面積が空気の送風方向の上流（−Ｘ側）から下流（＋Ｘ側）に向かって広くなっているので、フィン３２、３３，３４，３５，３６，３７の単位面積を冷却する空気の量が多い。よって、実施形態に係る空調装置１は、送風方向下流の空気の温度上昇を低減でき、放熱効果を高めることができる。

【0029】

また、放熱フィン３０は、空気の送風方向の上流側に空気の流路Ｒの断面積を広げるようにテーパ面４３を有しているので、多くの空気を開口４１に導くことができる。

【0030】

（実施形態２）
実施形態２では、放熱フィン３０の他の実施形態について、図５を参照して説明する。実施形態１と同じ説明は省略する。

【0031】

図５は、実施形態２に係る放熱フィン３０の平面図である。図５に示されるように、放熱フィン３０のフィン３２、３３，３４，３５，３６，３７は、空気の送風方向（Ｘ軸方向）に並ぶ複数の小フィンで構成されている。フィン３２は、小フィン３２１，３２２，３２３，３２４，３２５で構成されている。フィン３３，３４，３５，３６，３７も５個の小フィンで構成されている。ここでは、フィン３２、３３，３４，３５，３６，３７それぞれが、５個の小フィンで構成されている場合について説明するが、小フィンの数は限定されない。

【0032】

放熱フィン３０は、フィン３２、３３，３４，３５，３６，３７それぞれを複数の小フィンで構成することで空気との接触面積を増やすことができ、放熱効果を高めることができる。

【0033】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施しうるものであり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0034】

１…空調装置
１０…ペルチェ素子
２０…電源
３０…放熱フィン
３１…ベース
３２〜３７…フィン
３２１〜３２５…小フィン
３７１〜３７５…小フィン
４１…開口
４２…開口
４３…テーパ面
５０…送風機

【要約】

【課題】空調装置の小型化を図る。
【解決手段】実施形態に係る空調装置は、ペルチェ素子と電源と放熱フィンと送風機とを備える。ペルチェ素子は、電力を熱に変換する。電源は、前記ペルチェ素子に電力を供給する。放熱フィンは、前記ペルチェ素子から発せられる熱を放熱する。送風機は、前記放熱フィンに空気を供給する。
【選択図】図２

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】