| 【発明の名称】 |
保管用ボックス装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】渡辺 日出男
【氏名】木谷 文一
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| 【要約】 |
【課題】庫内を急速に冷却でき、しかも冷蔵、冷凍などの機能が確実に発揮できる保管用ボックス装置を提供する。
【解決手段】収納庫内１５を冷却する冷却手段として熱電変換装置４を用い、放熱側基体３１の表面に熱移動媒体４８をほぼ垂直に衝突せしめるように構成したことを特徴とする。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 収納ユニット内を冷却する冷却手段または加温する加温手段として熱電変換装置を用い、放熱側基体または吸熱側基体の表面に対して液状の熱移動媒体をほぼ垂直に衝突せしめるように構成したことを特徴とする保管用ボックス装置。
【請求項２】 請求項１記載において、前記熱電変換装置に用いられる熱電変換素子群がカスケード構造を有し、吸熱側熱電変換素子群に流す電流密度と放熱側熱電変換素子群に流す電流密度が異なっていることを特徴とする保管用ボックス装置。
【請求項３】 請求項２記載において、前記吸熱側熱電変換素子群と放熱側熱電変換素子群のチップの寸法ならびに使用個数が同一であることを特徴とする保管用ボックス装置。
【請求項４】 請求項１記載において、前記熱移動媒体を噴射する噴射ノズルが前記放熱側基体の表面近くまで延びていることを特徴とする保管用ボックス装置。
【請求項５】 請求項４記載において、前記放熱側基体の噴射ノズルと対向する位置に凹部が設けられていることを特徴とする保管用ボックス装置。
【請求項６】 請求項１または４記載において、前記噴射ノズルの根元部近傍に、放熱側基体または吸熱側基体に衝突した熱移動媒体をその基体表面から逃がすための逃がし用凹部が設けられていることを特徴とする保管用ボックス装置。
【請求項７】 請求項１記載において、前記熱電変換装置が吸熱フィン部材を備え、その吸熱フィン部材の両側ならびに上側が覆われて、庫内の空気がフィンとフィンの間を流通するように構成されていることを特徴とする保管用ボックス装置。
【請求項８】 請求項１記載において、前記収納ユニット内の収納物載置面上あるいは内側面にスペーサを有し、その収納物載置面あるいは内側面と収納物の間に庫内の空気が流通する隙間が形成されていることを特徴とする保管用ボックス装置。
【請求項９】 収納ユニット内を冷却する冷却手段または加温する加温手段として複数の熱電変換装置を用い、各熱電変換装置の放熱側基体または吸熱側基体に液状の熱移動媒体を循環しながら供給する熱移動媒体循環系統を設け、その熱移動媒体に対する熱電変換装置外での放熱手段または吸熱手段を複数の熱電変換装置で共用したことを特徴とする保管用ボックス装置。
【請求項１０】 請求項９記載において、前記各収納ユニット内に設置されている各熱電変換装置が１つの熱移動媒体循環系統で直列に接続され、その熱移動媒体循環系統に対して１つの前記放熱手段または吸熱手段が設けられていることを特徴とする保管用ボックス装置。
【請求項１１】 請求項９記載において、前記熱移動媒体循環系統が複数に分かれ、各熱移動媒体循環系統に前記熱電変換装置が接続され、各熱移動媒体循環系統の連結部に１つの前記放熱手段または吸熱手段が設けられていることを特徴とする保管用ボックス装置。
【請求項１２】 請求項９記載において、前記１つの収納ユニット内に複数の熱電変換装置が設置されて、各熱電変換装置が１つの熱移動媒体循環系統で直列に接続され、その熱移動媒体循環系統に対して１つの前記放熱手段または吸熱手段が設けられていることを特徴とする保管用ボックス装置。
【請求項１３】 多数の収納ユニットと、その収納ユニット内を冷却する冷却手段または加温する加温手段としての熱電変換装置と、その各熱電変換装置を操作するための操作制御ユニットとを備え、その操作制御ユニットが前記収納ユニット集合体に対して交換可能になっていることを特徴とする保管用ボックス装置。
【請求項１４】 多数の収納ユニットと、その収納ユニット内を冷却する冷却手段または加温する加温手段としての熱電変換装置と、その各熱電変換装置を操作するための操作制御ユニットとを備え、その操作制御ユニットにより各収納ユニットの温度が個別に設定可能になっていることを特徴とする保管用ボックス装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば戸建住宅、マンションなどの集合住宅、ビル、デパート、駅、飛行場などに設置され、例えば宅配業者、酒店やクリーニング店などの配達サービス業者からの配達物を預かったり、あるいは利用者が荷物を発送するときなどに利用できる保管用ボックス装置に係り、特に保管荷物を冷蔵、冷凍あるいは保温できるように熱電変換装置を設置した保管用ボックス装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】最近、マンションなどの集合住宅に保管用ボックス装置を設置し、宅配業者が受取人宅に訪れて不在のとき、荷物を保管用ボックス装置に預けるとともに、伝票を受取人宅の郵便受けなどに投入し、受取人が帰宅してその伝票から不在のときに荷物が配送されたことを知り、保管用ボックス装置内の荷物を受け取るシステムが開発されている。
【０００３】このシステムに使用する保管用ボックス装置として、通常の電気冷蔵庫のようにフロン／コンプレッサーを用いたり、熱電変換装置を用いて冷蔵機能を持たせたものが知られている。
【０００４】ところでフロン系の冷媒を用いるものは、フロンによるオゾン層の破壊など環境上の問題があり、またフロン／コンプレッサーを用いた保管用ボックス装置では休止時間が比較的長いあとの間欠運転では、スイッチをオンしてからまずガス圧縮という前段階が必要なため冷却までに時間がかかるから、最近では熱電変換装置を用いる冷却システムが開発されている。このシステムはフロンガスを使用しないため環境破壊がなく、冷却性能面でも優れており、ガス漏れの心配がなく、主体は半導体であるから長寿命で小型化でき、ガス圧縮という前段階が不要で通電すれば直ち冷却されるなどの優れた特長を有している。
【０００５】図２６は、フロン／コンプレッサー式の保管用ボックス装置の温度制御（庫内設定温度＋２．５℃ 曲線Ｘ）と、熱電変換装置を用いた保管用ボックス装置の温度制御（庫内設定温度−０．２℃ 曲線Ｙ）の冷却特性図である。
【０００６】この図から明らかなように、フロン／コンプレッサー式の保管用ボックス装置は温度制御を開始してから設定温度に到達するまでにかなりの時間を要し、その間に庫内の温度が大きく上下にばらついている。これに対して熱電変換装置を用いた保管用ボックス装置は温度制御を開始して短時間のうちに設定温度に到達し、その後の庫内温度はほぼ一定に保持され、温度コントロールの精度が良好であるという特長を有している。
【０００７】この種の熱電変換装置を用いた保管用ボックス装置としては、例えば特開昭６４−８０３２１号公報や特開平７−１０１４９２号公報などに記載されて公知である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】この保管用ボックス装置は、設置場所によっては外気とほぼ同じ温度環境下になることがあり、また設置スペースの関係上から断熱層の厚さは比較的薄い場合が多く、しかも荷物を入れる前までは庫内は密閉状態にあるから、特に外気温度が高い夏季では庫内ははかなりの高温になっている。
【０００９】このような高温状態の庫内に例えば肉類などの生物を入れて、熱電変換装置の電源スイッチをオンする訳であるが、従来の保管用ボックス装置は放熱側が空冷であるため、庫内を急速に冷却することができず、また外気温度に影響され易く冷蔵機能や冷凍機能が十分に発揮されない。そのため庫内に保管されている生物の鮮度が低下し、特に旅行などで長期間配達荷物を保管していると生物が腐ってしまったり、悪臭が漂うなどの欠点がある。
【００１０】本発明の第１の目的は、このような従来技術の欠点を解消し、外気にほとんど影響されることなく庫内を急速に冷却または加温でき、しかも冷蔵、冷凍または加温などの機能が確実に発揮できる保管用ボックス装置を提供することにある。
【００１１】本発明の第２の目的は、部品点数が少なく、小型化が可能で、製造コストならびに消費電力の低減が図れる保管用ボックス装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】前記第１の目的を達成するため、第１の本発明は、収納ユニット内を冷却する冷却手段または加温する加温手段として熱電変換装置を用い、放熱側基体または吸熱側基体の表面に対して例えば水などの液状の熱移動媒体をほぼ垂直に衝突せしめるように構成したことを特徴とするものである。
【００１３】前記第２の目的を達成するため、第２の本発明は、収納ユニット内を冷却する冷却手段または加温する加温手段として複数の熱電変換装置を用い、各熱電変換装置の放熱側基体または吸熱側基体に液状の熱移動媒体を循環しながら供給する熱移動媒体循環系統を設け、その熱移動媒体に対する熱電変換装置外での放熱手段または吸熱手段を複数の熱電変換装置で共用したことを特徴とするものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】第１の本発明は前述のように熱電変換装置を使用し、基体の面に対して液状熱移動媒体を衝突させるもので、液状熱移動媒体の基体と接する状態が確実に乱流となっているため、熱の移動が効率的になされ、その結果、熱交換能力が高められ、性能的に優れている。よって外気温度に影響されることなく庫内を急速に冷却でき、しかも冷蔵、冷凍などの機能が確実に発揮でき、また保温の場合でも信頼性の高い保管用ボックス装置を提供することができる。
【００１５】第２の本発明は前述のように熱電変換装置を使用し、熱移動媒体に対する熱電変換装置外での放熱手段または吸熱手段を複数の熱電変換装置で共用しているから、例えば前記放熱手段または吸熱手段のラジェータ、ファンならびにポンプなどの部品点数が少なく、そのために小型化が可能で、製造コストならびに消費電力の低減が図れる保管用ボックス装置を提供することができる。
【００１６】次に本発明の実施の形態を図とともに説明する。図１は保管用ボックス装置に付設される熱電変換装置の断面図、図２はその保管用ボックス装置の正面図、図３はその保管用ボックス装置の側面図である。
【００１７】図２ならびに図３に示すように、保管用ボックス装置１は多数の収納ユニット２と１つの操作制御ユニット３を積載した集合体から主に構成されている。収納ユニット２のうち、例えば図面に向かって左側の縦列は断熱層によって内張りされて冷蔵、冷凍機能を有する収納ユニット２ａ〜２ｄで、そのうちの下から１段目と２段目の収納ユニット２ａ，２ｂは冷凍保存と冷蔵保存の切り換えが可能で、３段目と５段目の収納ユニット２ｃ，２ｄは冷蔵保存が可能なユニットになっている。これら収納ユニット２ａ〜２ｄは、通電しなければ常温の収納ユニットとしても使用することができる。
【００１８】図示していないが前記操作制御ユニット３は、受領確認書を発行するタイマー付きプリンタ、操作手順などを指示する音声出力装置ならびにディスプレイ、ＩＣカードや磁気カードなどのカードリーダライター、テンキー、冷凍保存と冷蔵保存の選択キー、モデムなどが内蔵、設置されている。各収納ユニット２はオートロック方式になっており、操作制御ユニット３のテンキーを操作することにより、ロック解除ができるようになっている。またこのテンキーを操作することにより、冷凍保存または冷蔵保存時の温度設定が成され、この温度設定はステップ式に温度設定することもできるし、リニアに温度設定することもできるようになっている。収納ユニット２ａ〜２ｄには、冷凍保存または冷蔵保存の表示がなされる。
【００１９】なお、収納ユニット２を冷凍保存用として使用する場合と冷蔵保存用として使用する場合とでは別々の温度制御がなされ、それらの使用態様に応じた温度制御モードは操作制御ユニット３によって選択的に設定される。
【００２０】この保管用ボックス装置１に対して操作制御ユニット３を交換可能にしておけば、例えば装置のバージョンアップあるいは操作制御ユニット３の故障などのときに、収納ユニット２を含む装置全体を交換しなくても操作制御ユニット３だけを交換すればよいから、経済的に得策である。
【００２１】本実施の形態では収納ユニット２ａ〜２ｄに対して１つの操作制御ユニット３を設けたが、各収納ユニット毎に操作制御部を設けることもできる。
【００２２】図３に示されているように、収納ユニット２ａ〜２ｄにはそれぞれ熱電変換装置４が設置されており、各熱電変換装置４は配水管５で接続され、その途中にラジェータ６と循環ポンプ７が接続され、ラジェータ６の近傍に送風ファン８が付設されている。この実施の形態では複数の熱電変換装置４に対して１つのラジェータ６を設置しているが、各熱電変換装置４に対してそれぞれ個別にラジェータを設置することもできる。
【００２３】図４は収納ユニット２ａ〜２ｄの中板１１を設置した状態での一部を切断した平面図、図５は中板１１を外した状態での一部を切断した平面図、図６は収納ユニット２ａ〜２ｄの下部の断面図、図７は図６Ａ−Ａ線上の断面図である。
【００２４】収納ユニット２ａ〜２ｄは、例えば図４に示すように断熱層を有する周壁１２と、側面の出入口を開閉する断熱層を備えたドア１３と、断熱層を有する底壁１４（図６参照）によって収納空間１５（図６、図７参照）を区画形成している。前記ドア１３は軽い弾性力により常に閉じる方向に付勢されており、収納空間１５への熱の侵入を可及的に抑制している。なお、ドア１３にガラスを嵌め込んで、外部より庫内の状態が透視できるようにしてもよい。
【００２５】中板１１は金属板あるいは合成樹脂板などで構成され、図４に示すようにその広さは周壁１２とドア１３で区画される広さとほぼ一致している。中板１１のドア１３側に吸入口１６が、それと反対側に排出口１７がそれぞれ形成されている。本実施の形態ではスリット状の吸入口１６と排出口１７が形成され、図６ならびに図８に示すように各吸入口１６、排出口１７と隣接して突起部１８が設けられ、これが収納空間１５側に突出している。この突起部１８により図６に示されているように、中板１１とその上に載置する収納物１９との間に通気できる隙間２０が形成される。さらにこの実施の形態では、中板１１のほぼ中央部に例えば波板やリブを有する薄板などの通気性のスペーサ２１が設置され、収納物１９が小さい場合でも中板１１と収納物１９との間にも冷空気２２が流通できるようになっている。なお、このスペーサ２１は、底面だけでなく側面に設けることもでき、冷空気２２の循環を良くするとともに、底面や側面に結露水が付着している場合に収納物を底面や側面から離すことにより収納物が濡れるのを防止する機能も有している。また庫内面に生成した結露水を集める溝などの凹部を、庫内の適当な所に形成しておくとよい。また結露水を系外へ排出するドレン抜き構造を設けることもできる。
【００２６】図８のように突起部１８を周壁１２側に向けて若干傾斜させれば、収納空間１５内での冷空気２２の拡散に寄与することができる。この実施の形態ではスリット状の吸入口１６、排出口１７を設けたが、空気抵抗を減らすために大きな開口を２つ設けてもよいし、また丸穴など他の形状でもよい。
【００２７】図６に示すように中板１１と底壁１４の間には、庫内ファン２３と吸熱フィン部材２４が介在されている。吸熱フィン部材２４は例えばアルミニウムなどの熱伝導性の良い金属からなり、フィンベース２５と、そのフィンベース２５から多数枚わん曲状に立設したフィン２６とからなり、フィン２６は庫内ファン２３と対向して、前記吸入口１６側から排出口１７側に向けて平行に延びている。この実施の形態では、薄い板状のフィン２６を用いているが、例えばピン状のフィンなど他の形状のフィンを用いることも可能である。
【００２８】図６に示すように庫内ファン２３は中板１１の吸入口１６付近に設置されており、また中板１１の排出口１７と対向する底壁１４の部分には冷空気２２を排出口１７側に導くための傾斜面２７が設けられている。従って庫内ファン２３を回転すると、冷空気２２はフィン２６とフィン２６の間を通り、傾斜面２７に案内されて排出口１７を通過して収納空間１５内に拡散され、収納物１５を冷却した後にドア１３側を通り、中板１１の吸入口１６から庫内ファン２３側に流入するような循環ルートを通り、収納物１９を効率よく冷却する。
【００２９】図７に示されているように、フィン２６の両側は底壁１４で囲まれ、フィン２６の上側は中板１１で塞がっているから、庫内ファン２３からの冷空気２２の全てを漏れなくフィン２６に衝突させて、効率的な吸熱を行なっている。
【００３０】図６に示されているように、吸熱フィン部材２４の下方には吸熱側基板２８を介して熱電変換素子群２９が密着しており、さらにその下に放熱側基板３１（図１参照）を内蔵した放冷ジャケット３０が取り付けられている。
【００３１】前記吸熱側基板２８ならびに放熱側基板３１は共に例えばアルミニウムなどの金属板からなり、熱電変換素子群２９と接する側の表面にアルマイトなどの電気絶縁薄膜が形成されている。陽極酸化法によってアルマイトの絶縁膜を形成する場合、その絶縁薄膜に封孔処理しない方が、熱電変換素子群２９との接合性が良好である。電気絶縁膜は、この他に溶射などで形成することも可能である。
【００３２】図１は熱電変換装置４の断面図である。熱電変換装置４は前述の吸熱フィン部材２４、吸熱側基板２８、熱電変換素子群２９、放熱側基板３１、支持枠体３２、カバー部材３３、分散部材３４から主に構成されている。
【００３３】前記支持枠体３２は合成樹脂で成形され、放熱側基板３１を支持するとともに、基端は前記吸熱側基板２８にピン３５により位置決めされ、接着剤３６で固着されている。
【００３４】前記カバー部材３３は合成樹脂で成形され、給水管部３７と排水管部３８とが一体に設けられ、給水管部３７はカバー部材３３のほぼ中央に、排水管部３８はカバー部材３３の周縁近くに、それぞれ配置されている。カバー部材３３には上方に向けて開口した周壁３９が設けられ、その内側に前記分散部材３４が設置され、周壁３９の上端はＯリング４０を介して放熱側基板３１の周辺と液密に接着されている。なお、このＯリング４０を用いないで、接着剤のみで液密にシールすることもできる。
【００３５】分散部材３４も合成樹脂で成形されて、外周に壁部４１が垂設され、上面部４２には噴射孔４３を有する噴射ノズル４４が多数等間隔に上方を向いて突出している。そして各噴射ノズル４４の根元部に接近して逃がし用凹部４６が設けられ、各逃がし用凹部４６は噴射ノズル４４を避けて連通している。
【００３６】分散部材３４をカバー部材３３内に装着することにより、カバー部材３３と分散部材３４の間に扁平状の第１空間４５が、分散部材３４と放熱側基板３１の間に前記各逃がし用凹部４６による扁平状の第２空間が、また分散部材３４の外側には集水路４７が、それぞれ形成される。
【００３７】噴射ノズル４３の上端は放熱側基板３１の表面近くまで延びており、噴射ノズル４３と放熱側基板３１の隙間は約１〜３ｍｍ程度である。放熱側基板３１の各噴射ノズル４３と対向する部分には、個別に凹部４９が形成されている。本実施の形態では多数の凹部４９を有する放熱側基板３１を用いているが、フラットな衝突面を有する放熱側基板を使用することもできる。
【００３８】熱移動媒体である水（純水）４８を中央の給水管部３７から供給すると第１空間４５で一斉に拡がり、各噴射ノズル４４から放熱側基板３１の平面に向けて勢いよくほぼ垂直方向に噴射する。放熱側基板３１に衝突してそれの熱を奪った水４８は各逃がし用凹部４６側にすばやく逃げて、前記集水路４７で集められ、排水管部３８から系外へ排出される。排出された水４８は図３に示すように配水管５を通ってラジェ−タ７で冷却され、循環系統を通って再利用される。
【００３９】なお図１において５０は支持枠体３２に一体に設けられた補強リブ、５１は吸熱側基板２８と熱電変換素子群２９の間に介在された熱伝導率が大きくしかも弾性を有する薄膜である。
【００４０】図１に示すように表面に多数の凹部４９を有する放熱側基板３１を使用した熱電変換装置（実線）と、表面が平坦な放熱側基板を使用した熱電変換装置（点線）との、水４８の流速と熱コンダクタンスとの関係を図９に示す。
【００４１】なお両装置の噴射孔４３の孔径は１．２ｍｍ、孔の数は２４個、噴射ノズル４４と放熱側基板３１の隙間は２ｍｍとした。また熱コンダクタンスｈＡは、下式によって求めた。
【００４２】
ｈＡ＝Ｑ／｛Ｔｊ−（Ｔｉｎ＋Ｔｏｕｔ）／２｝ 〔Ｗ／℃〕
ただし Ｑ：発熱量（投入電気量）
Ｔｊ：基板温度Ｔｉｎ：水入口温度Ｔｏｕｔ：水出口温度この図から明らかなように、両装置とも放熱側基板３１に衝突せしめる水４８の流速を上げれば熱コンダクタンスは高くなり、特に表面に多数の凹部４９を有する放熱側基板３１を使用した熱電変換装置（実線）の方が高い熱コンダクタンスを有し、性能的に優れていることが分かる。
【００４３】本実施の形態では熱移動媒体として水を使用したが、本発明はこれに限られるものではなく、水以外に例えば不凍液など他の液体を使用することもできる。
【００４４】図１０は水の流量と熱コンダクタンスとの関係を示す特性図で、同図の横軸に循環ポンプへの一定量の投入電力で熱電変換装置に流れる水の流量（圧力損失ΔＰ×流速Ｇｗ）を、縦軸に熱コンダクタンスを、それぞれとっている。図中の曲線イは図１に示す本発明の実施の形態に係る熱電変換装置、曲線ロは放熱側基板の表面に沿って水を蛇行するように流す構造の熱電変換装置（比較例）の特性である。
【００４５】この比較例の熱電変換装置は給水管から排水管にかけての水の流路が狭く、しかも複数回蛇行して距離が長いことから、水の圧損が大きい。また水が放熱側基板の表面と平行になってほぼ層流状態で流れるため、放熱側基板から水への熱伝達が余り良くないことから、曲線ロに示すように熱コンダクタンスが小さい。
【００４６】これに較べて本発明のもの（曲線イ）は、放熱側基板の伝熱面に対して水を衝突させて放熱側基板から熱を奪い取るようになっており、しかも水の流路長が短く、圧損が小さいことから、熱コンダクタンスが大きく、優れた特性を有している。
【００４７】本発明の熱電変換装置はこのように、基体の面に対して液状熱移動媒体（例えば水）を衝突させるもので、液状熱移動媒体の基体と接する状態が確実に乱流となっているため、熱の移動が効率的になされ、その結果、装置全体としての熱交換能力が高められ、性能的に優れている。
【００４８】前記熱電変換素子群２９は１段でも複数段でもよく、本実施の形態では２段のカスケード構造を採用している。図１１は熱電変換素子群２９の概略構成図で、図中の５１は上段吸熱側電極、５２はＰ型半導体チップならびにＮ型半導体チップからなる吸熱側半導体チップ群、５３は上段放熱側電極、５４は中間基板、５５は下段吸熱側電極、５６はＰ型半導体チップならびにＮ型半導体チップからなる放熱側半導体チップ群、５７は下段放熱側電極である。
【００４９】本実施の形態では、吸熱側半導体チップ群５２と放熱側半導体チップ群５６のチップの寸法ならびに使用個数は同一になっている。このようにすれば、吸熱側半導体チップ群５２と放熱側半導体チップ群５６を区別なく製造でき、そのために生産歩留りが良好である。
【００５０】電源５８が吸熱側電源５８ａと放熱側電源５８ｂに分かれており、吸熱側電源５８ａにより吸熱側半導体チップ群５２が電流密度Ｉ1 （例えば９３Ａ／ｃｍ2）で、放熱側電源５８ｂにより放熱側半導体チップ群５６が電流密度Ｉ2 （例えば２００Ａ／ｃｍ2 ）で、それぞれ個別に駆動され、放熱側の電流密度Ｉ2 の方が吸熱側の電流密度Ｉ1 よりも大きく設定されている（Ｉ2 ＞Ｉ1 ）。
【００５１】図１２は、本実施の形態に係る熱電変換装置と比較例の熱電変換装置とのＣＯＰ特性を示す図である。本実施の形態に係る熱電変換装置は吸熱側半導体チップ群と放熱側半導体チップ群は同一の半導体チップを同数使用し、すなわち吸熱側と放熱側のチップ数の比を１対１とし、吸熱側半導体チップ群に対して９３Ａ／ｃｍ2 の電流密度になるように電流を流し、個別の電源を使用して放熱側半導体チップ群に対して２００Ａ／ｃｍ2 の電流密度になるように電流を流した。
【００５２】一方、比較例の熱電変換装置は、吸熱側半導体チップ群として本実施の形態に係る熱電変換装置と同一の半導体チップを同数使用し、放熱側半導体チップ群は吸熱側の３倍、すなわち吸熱側と放熱側のチップ数の比を１対３とし、吸熱側半導体チップ群と放熱側半導体チップ群を直列に接続し、２００Ａ／ｃｍ2 の電流密度になるように電流を流した。
【００５３】そして両熱電変換装置の各温度差ΔＴとＣＯＰとの関係を図１２に示した。図中の線ハは本実施の形態に係る熱電変換装置、線ニは前記比較例の熱電変換装置の特性を示す線である。この図から明らかなように、同じ温度差ΔＴであると本実施の形態に係る熱電変換装置の方が熱電変換特性に優れＣＯＰが高い。言い換えれば、投入消費電力が少なくても所望の温度差を得ることができ、結局、ランニングコストの低減が図れる。
【００５４】前記実施の形態に係る熱電変換装置では２つの電源５８ａと５８ｂを用いたが、電流密度が異なる２出力が可能な１つの電源を用いることもできる。
【００５５】図１３は、第２の実施の形態に係る収納ユニット２の概略構成図である。この実施の形態では周壁１２の内面に、例えばアルミニウムなどからなる熱伝導性の良好な内箱５９が設置され、その内面に温度センサー６０が付設されている。温度センサー６０からの検出信号は制御部６１に入力され、制御部６１からは熱電変換装置４の電源５８ならびに庫内ファン２３の電源６２にそれぞれ制御信号が出力される。
【００５６】熱電変換装置４に通電を開始した直後は庫内温度が高いから、それを前記温度センサー６０で検出し、その検出信号に基づいて制御部６１から電源５８を介して熱電変換装置４に多量の電力が投入される。
【００５７】これにより特に内箱５９の熱電変換装置４が設置されている付近では温度が急激に下がり、水分が凍結する温度以下になろうとする。このまま温度が下がると、庫内の空気中の水分が内箱５９の内面に結露し、それが凍結するため、内箱５９の熱電変換装置４が設置されている付近では相対湿度１００％に近いが、庫内でそれより温度の高い（例えば３℃程度）領域では非常に低湿度となる。生物などを保存する場合は低湿度であると鮮度の低下を促進するため、好ましい保存環境ではない。
【００５８】そこで本実施の形態では、内箱５９の熱電変換装置４が設置されている付近の表面温度を温度センサー６０で監視しながら、水分が凍結する温度になる少し前の時点で庫内ファン２３への投入電力を増加させる。それにより冷空気２２の線速度が速くなり、内箱５９の熱コンダクタンスが高くなって、内箱５９の表面での水分の凍結が無くなり、そのために庫内の湿度を高く維持して、収納物の鮮度の低下を防止することができる。
【００５９】庫内ファン２３の高速回転は連続的でも断続的でも良いが、余り長時間高速回転させると電力消費が大となり、生物の保存に悪影響を及ぼすから、温度と湿度が所望の値に維持できる程度に制限して、その後はまた定格運転（低速回転）に移るかもしくは停止するような制御モードにしておくとよい。
【００６０】この実施の形態では図１３に示すようにフラットな板から構成された内箱５９を用いたが、ヒートマス（熱容量）低減のために内箱５９の板厚を薄くするとフラットな板では機械的強度が低下するため、例えば所定の間隔をおいて多数のリブを平行に設けるか、あるいは連続した波形の板などの波状に成形された薄板を用いて内箱５９を形成するとよい。
【００６１】図１４は、第３の実施の形態に係る熱電変換装置の断面図である。この実施の形態で、前記図１に示した第１の実施の形態に係る熱電変換装置と相違する第１の点は、１つの吸熱フィン部材２４に対して第１熱電変換素子群２９ａと第２熱電変換素子群２９ｂ、第１支持枠体３２ａと第２支持枠体３２ｂ、第１放熱側基板３１ａと第２放熱側基板３１ｂ、第１カバー部材３３ａと第２カバー部材３３ｂ、第１分散部材３４ａと第２分散部材３４ｂなどが別個に設置されている点である。
【００６２】このように各熱電変換素子群２９ａ，２９ｂに対して放熱側基板３１ａ，３１ｂなどが分割されて別個に設けられているから、熱電変換素子群２９ａ，２９ｂ間で高さのバラツキがあっても、そのバラツキに関係なく、吸熱フィン部材２４と熱電変換素子群２９ａ，２９ｂの間、熱電変換素子群２９ａ，２９ｂと放熱側基板３１ａ，３１ｂの間を密着させることができる。
【００６３】第２の相違点は、図示していないがこの熱電変換装置がユニット周壁の上部また側部に付設されている点である。
【００６４】図１５ないし図１７は、第４の実施の形態に係るラジェータを説明するための図で、図１５はラジェータの正面図、図１６はラジェータの側面図、図１７はそのラジェータに用いられるコルゲートフィンの一部斜視図である。
【００６５】ケーシング７０の上下に、圧力損失を少なくするため比較的大きな流通断面積を有する連結管部７１ａ、７１ｂが設けられ、一方の連結管部７１ａから他方の連結管部７１ｂに向けて扁平なパイプ７２が所定の間隔をおいて多数本並設されている。パイプ７２とパイプ７２の間には図１７に示すように薄い金属板を蛇行状に折り曲げたコルゲートフィン７３が挿入され、パイプ７２とコルゲートフィン７３の接触部はろう付けされている。パイプ７２は連結管部７１ａから連結管部７１ｂに向けて貫通しており、一方、コルゲートフィン７３によって形成される無数の空間７４はコルゲートフィン７３の幅方向（図１５の紙面に対して垂直方向）に貫通している。
【００６６】ケーシング７０のほぼ中央には駆動モータ７５が収納され、モータ軸に連結された羽根７６はコルゲートフィン７３の前方に配置され、羽根７６の周囲はケーシング７０によって保護されており（図１６参照）、図１５に示す如く駆動モータ７５の上下には盲板７７が配置されている。
【００６７】図３に示すように各熱電変換装置４を流れて来た水４８はラジェータ７の上側の連結管部７１ａに入り、そこで各パイプ７２に素早く分散され、パイプ７２内を流下した水４８は下側の連結管部７１ｂで集められる。一方、羽根７６を回転駆動することにより空気７８は図１７に示すようにコルゲートフィン７３の表面に沿って、すなわち図１５においては垂直方向に流れ、その間にパイプ７２内を流れる水４８を効率よく冷却する。
【００６８】本実施の形態のように駆動モータ７５をパイプ７２やコルゲートフィン７３と共にケーシング７０に内蔵すれば、部分的に突出する部分がなく、ラジェータ７の薄型化が図れる。
【００６９】図１８は、第５の実施の形態に係るコルゲートフィンの一部斜視図で、コルゲートフィン７３の平面部７９に空気７８の流れ方向と直交する方向に延びた切起片８０が多数設けられ、コルゲートフィン７３による水４８の冷却効果を高めている。この実施の形態では切起片８０を設けたが、コルゲートフィン７３の平面部７９に透孔を多数形成してもよい。
【００７０】図２０ならびに図２１は、第６の実施の形態に係る熱電変換装置の要部断面図ならびに図２０のＢ−Ｂ線断面図である。この実施の形態では放熱側基板３１に液密的に固着されたジャケットケーシング６４に給水管部３７と排水管部３８が取り付けられ、給水管部３７側には流通断面積の大きい散水流路６５がジャケットケーシング６４の幅方向に形成され、排水管部３８側には流通断面積の大きい集水流路６６が形成されている。散水流路６５と集水流路６６の間には放熱側基板３１側に向けて突出した平面状の突出部６７が設けられ、この突出部６７により放熱側基板３１との間に放熱側基板３１とほぼ同じかあるいはそれより広い面積を有する幅狭の隙間６８が形成される。
【００７１】給水管部３７からジャケットケーシング６４内に供給された水４８は図２１に示すように散水流路６５で一斉に幅方向に広がり、その後に幅狭の隙間６８の間を高速で放熱側基板３１の表面に沿って流れる。このように水４８を放熱側基板３１の表面に沿って高速で通過させることにより、放熱側基板３１の表面に形成される境界層を可及的に薄くすることができ、そのために熱コンダクタンスが大となり、放熱効果が高まる。隙間６８を通過した水４８は集水流路６６で集められ、排水管部３８から排出される。このようにジャケットケーシング６４内に流通断面積の大きい散水流路６５ならびに集水流路６６を形成することにより、圧力損失を低減することができる。
【００７２】図２２ならびに図２３は、第７の実施の形態に係る熱電変換装置の要部断面図ならびに放熱側基板３１の平面図である。この実施の形態で前記第６の実施の形態と相違する点は、図２３に示すように放熱側基板３１の平面に水４８の流れ方向に沿って延びる突条６９が多数形成されている点である。このように放熱側基板３１の平面に突条６９を多数形成することにより、放熱効果をより高めることができる。
【００７３】図２４は、第８の実施の形態に係る保管用ボックス装置の概略構成図である。前記図３に示す第１の実施の形態では、各収納ユニット２ａ〜２ｄに設置されている熱電変換装置４を１つの配水管５で接続して、１つの大きな循環系統を構成した。これに対して本実施の形態では、複数の配水管５ａ、５ｂと複数の循環ポンプ６ａ、６ｂとからなる複数の循環系統を備え、各循環系統に１個若しくは複数個の熱電変換装置４ａ、４ｂを接続した構成になっている。なおこの場合においても、配水管５ａ、５ｂの連結部に設けられたラジェータ７ならびに送風ファン８は共用となっている。図示していないが、ラジェータ７内での配水管５ａ側の水の流路と配水管５ｂ側の水の流路とは別になっている。
【００７４】収納ユニット２を冷蔵保存として使用する場合と冷凍保存として使用する場合で水の循環速度を違わせる場合、この実施の形態に係る保管用ボックス装置は好適である。
【００７５】図２５は、第９の実施の形態に係る保管用ボックス装置の概略構成図である。この実施の形態は、収納空間の大きな大型収納ユニット２に好適で、１つの収納ユニット２に対して複数の熱電変換装置４ａ〜４ｄが全体的に等間隔に配置されており、各熱電変換装置４ａ〜４ｄを１つの配水管５で接続して、ラジェータ７ならびに送風ファン８は共用となっている。このように構成することにより、大型収納ユニット２内での温度分布を少なくして、精密な温度制御が可能となる。なお、収納ユニット２内は必要に応じて一点鎖線で示すように気密に仕切ることも可能になっている。
【００７６】前記実施の形態のように水などの熱移動媒体を用いる放冷ジャケット内に空気などのガスが溜まると放熱効果が低減する。そのためガスの排出機構を設けたり、あるいは放冷ジャケットを水平に配置する場合は排水側の方を給水側よりも若干高くしたり、またはジャケットを垂直に配置する場合は排水側の方を上にして、水とともにガスを排出するようにすればよい。
【００７７】収納物を冷蔵あるいは冷凍する際、夜間電力を利用して予め冷却した蓄熱剤を併用することもできる。
【００７８】熱電変換装置の電源として、太陽電池などの電池を使用したり、あるいは商用電源と電池を併設することもできる。
【００７９】庫内に赤外線センサーや荷重センサーなどのセンサーを設置し、庫内の荷物の有無を検出して、その検出信号により電源のオン・オフ制御することも可能である。
【００８０】複数の収納ユニットを集合した保管用ボックス装置の場合、各収納ユニット毎、あるいは集合ユニット全体の使用電力を計測する電力計を設置することもできる。
【００８１】また各収納ユニット毎に使用時の温度記録を行ない、必要に応じてその記録内容がプリントアウトあるいは他の表示手段で表示できるように構成してもよい。
【００８２】さらに自己診断機能を備え、収納ユニットを使用する前に例えば熱電変換装置の制御系統や熱移動媒体の循環系統などの機能診断を行なうように構成することもできる。
【００８３】前記の各実施の形態では、冷蔵保存または（ならび）冷凍保存する場合について説明したが、本発明の保管用ボックス装置は収納物を保温する場合も使用可能であり、保温保存の場合には熱電変換装置に対する電流の流れ方向を冷蔵保存（冷凍保存）の場合の反対にすればよい。保温保存の場合には、例えば送風ファンは吸熱ファン、冷空気は加温空気、吸熱フィンは加温フィンのように吸熱側と放熱側が逆になる。
【００８４】従って本発明の保管用ボックス装置の使用形態としては、例えば冷蔵保存／冷凍保存、設定温度の異なる冷蔵保存／冷蔵保存、冷蔵保存／温蔵保存、冷凍保存／温蔵保存、設定温度の異なる温蔵保存／温蔵保存、冷蔵保存／冷凍保存／温蔵保存などの適宜な組み合わせが可能となる。
【００８５】
【発明の効果】図１９は、第１の実施の形態に係る収納ユニット（実線）と、空冷タイプの収納ユニット（点線）の冷却特性を示す図である。両方とも庫内容積は６４リットル、断熱層の厚さは３０ｍｍ、外気温度は３０℃の条件で試験を行なった。なお、空冷タイプの収納ユニットの投入電力は１１８Ｗ、本実施の形態に係る収納ユニットの投入電力は６８Ｗである。
【００８６】この図から明らかなように、従来の空冷タイプの収納ユニット（点線）は投入電力が大きいにもかかわらず、外気温度が高いためユニット内温度は７．５℃までしか下がらず、これでは食品などの鮮度が著しく低下してしまう。これに対して本発明のものは、投入電力がすくないにもかかわらずユニット内温度は短時間のうちに２．５℃まで下がり、鮮度の維持が確実である。
【００８７】第１の本発明は前述のように熱電変換装置を使用し、基体の面に対して液状熱移動媒体を衝突させるもので、液状熱移動媒体の基体と接する状態が確実に乱流となっているため、熱の移動が効率的になされ、その結果、熱交換能力が高められ、性能的に優れている。よって外気温度に影響されることなく庫内を急速に冷却でき、しかも冷蔵、冷凍などの機能が確実に発揮でき、また保温の場合でも信頼性の高い保管用ボックス装置を提供することができる。
【００８８】第２の本発明は前述のように熱電変換装置を使用し、熱移動媒体に対する熱電変換装置外での放熱手段または吸熱手段を複数の熱電変換装置で共用しているから、例えば前記放熱手段または吸熱手段のラジェータ、ファンならびにポンプなどの部品点数が少なく、そのために小型化が可能で、製造コストならびに消費電力の低減が図れる保管用ボックス装置を提供することことができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】５９８０４３２９４
【氏名又は名称】株式会社エコ・トゥエンティーワン
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| 【出願日】 |
平成９年（１９９７）１２月９日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】武 顕次郎
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| 【公開番号】 |
特開平１１−１４６８３０ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）６月２日 |
| 【出願番号】 |
特願平９−３３８９３８ |
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