專利名稱：內(nèi)裝熱電模塊的熱交換單元及熱電冷卻系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及內(nèi)裝熱電模塊的熱交換單元及熱電模塊式電冰箱等所用的冷卻系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，氟利昂氣體對(duì)臭氧層的破壞作用已成為全球性的問題，正在抓緊進(jìn)行對(duì)不使用氟利昂氣體的冷卻裝置的開發(fā)。而作為不使用氟利昂的冷卻裝置，一種使用熱電模塊的冷卻裝置正在受到注目。
這里所說的熱電模塊，已知的有珀?duì)柼?Pelteir)模塊或熱電模塊，是一種具有兩個(gè)傳熱面、并具有通過電流的流動(dòng)將其中一個(gè)傳熱面加熱、而將另一個(gè)傳熱面冷卻的功能的構(gòu)件。
在特表平6-504361號(hào)公報(bào)中就公開了一種使用熱電模塊的冷卻裝置。
在特表平6-504361號(hào)公報(bào)中公開的發(fā)明是在熱交換單元內(nèi)裝有熱電模塊，并在熱交換單元內(nèi)隔著熱電模塊形成兩個(gè)空腔。而且，面對(duì)熱交換單元的加熱方傳熱面的空腔與由熱交換器和泵構(gòu)成的閉合回路連接，而面對(duì)另一個(gè)冷卻方傳熱面的空腔也同樣地與由熱交換器和泵構(gòu)成的閉合回路連接。這樣構(gòu)成包括熱電模塊的加熱方傳熱面在內(nèi)的循環(huán)回路和包括冷卻面在內(nèi)的循環(huán)回路，使載熱體在該回路中循環(huán)。并且在兩個(gè)循環(huán)回路中，通過冷卻方的熱交換器進(jìn)行所需的冷卻。
上述的傳統(tǒng)技術(shù)所公開的發(fā)明是使用熱電模塊進(jìn)行實(shí)際冷卻的技術(shù)。然而，該傳統(tǒng)技術(shù)不過是公開了冷卻裝置的基本結(jié)構(gòu)，在把該發(fā)明實(shí)際用于電冰箱等時(shí)，還有許多需要改良之處和需要解決的新問題。
本發(fā)明是針對(duì)這些問題而特別就熱交換單元的改良提出一種技術(shù)方案，目的在于提供一種便于生產(chǎn)和維修、零件互換性高的內(nèi)裝熱電模塊的熱交換單元及熱電冷卻系統(tǒng)。
發(fā)明的公開為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的內(nèi)裝熱電模塊的熱交換單元的特點(diǎn)是，具有有至少兩個(gè)傳熱面、通過電流的流動(dòng)而將其中一個(gè)傳熱面加熱并將另一個(gè)傳熱面冷卻的熱電模塊；覆蓋該熱電模塊的至少一個(gè)傳熱面、同時(shí)在與該傳熱面之間形成載熱體通過空腔的殼體構(gòu)件，前述殼體構(gòu)件是透明或半透明的。
由于殼體構(gòu)件是透明或半透明的，故從外部可以觀察到內(nèi)部載熱體的流動(dòng)情況。
以下與傳統(tǒng)技術(shù)的問題比較來(lái)說明本發(fā)明的作用。
在使用熱電模塊的冷卻裝置上，熱電模塊的傳熱面和載熱體之間是直接進(jìn)行熱交換。因此，在使用熱電模塊的冷卻裝置上，冷卻能力在很大程度上取決于載熱體能否在熱交換單元內(nèi)順利流動(dòng)。特別是必須嚴(yán)密防止空氣卷入熱交換單元內(nèi)。
因此，在將使用了熱電模塊的冷卻裝置裝入冰箱等時(shí)，必須確認(rèn)熱交換單元內(nèi)有無(wú)空氣卷入。然而，采用傳統(tǒng)技術(shù)時(shí)，很難確認(rèn)熱交換器內(nèi)有無(wú)空氣卷入。因此在裝配冰箱和注入載熱體時(shí)需要格外仔細(xì)，這樣就會(huì)降低裝配效率。
本發(fā)明由于采用透明或半透明的殼體構(gòu)件，故能夠從外部觀察到內(nèi)部載熱體的流動(dòng)情況。從而，在將熱交換單元裝配到冰箱中后能夠確認(rèn)熱交換單元內(nèi)有無(wú)空氣卷入，故在注入載熱體時(shí)不必過分注意，可以提高在冰箱內(nèi)裝配熱交換單元時(shí)的作業(yè)效率。
另外，即使在維修冰箱時(shí)，也一定要求確認(rèn)熱交換單元內(nèi)有無(wú)空氣卷入。即，使用了熱電模塊的冷卻裝置其構(gòu)造極其簡(jiǎn)單，發(fā)生故障的部位有限。具體的故障原因大多為以下三種使載熱體循環(huán)的泵發(fā)生故障，載熱體泄漏、熱交換單元內(nèi)有異物堵塞。
本發(fā)明由于可觀察到載熱體在熱交換單元內(nèi)的流動(dòng)情況，故能夠簡(jiǎn)單地判斷故障原因。即，如果載熱體不在熱交換單元內(nèi)循環(huán)，就懷疑為泵的故障，如果在熱交換單元內(nèi)觀察到氣泡，就懷疑為載熱體泄漏，如果在熱交換單元內(nèi)有部分載熱體沉淀，就懷疑為熱交換單元內(nèi)有異物堵塞。
本發(fā)明一實(shí)施形態(tài)的熱交換單元的特點(diǎn)是，具有有加熱方傳熱面和冷卻方傳熱面、且通過電流的流動(dòng)將加熱方傳熱面加熱并將冷卻方傳熱面冷卻的熱電模塊；覆蓋該熱電模塊的加熱方傳熱面、同時(shí)在與該傳熱面之間形成載熱體通過空腔的殼體構(gòu)件；與前述熱電模塊的冷卻方傳熱面接觸的冷卻板，且可在該冷卻板上載放冷卻物。
采用上述結(jié)構(gòu)，使水等載熱體通過載熱體通過空腔，并用該載熱體從加熱方傳熱面吸取熱量。而且可使冷卻方傳熱面的溫度降低，并使冷卻板的溫度降低，通過冷卻板直接將冷卻物冷卻。
最好將冷卻板做成可與殼體構(gòu)件調(diào)換的結(jié)構(gòu)，通過將冷卻板與殼體構(gòu)件調(diào)換，可以形成與加熱方傳熱面接觸的載熱體通過空腔和與冷卻方傳熱面接觸的載熱體通過空腔。
采用上述結(jié)構(gòu)，在覆蓋加熱方傳熱面的殼體構(gòu)件上可以使用共用的構(gòu)件，零件互換性高。
另外，一旦在殼體構(gòu)件與傳熱面之間夾裝密封構(gòu)件，就可防止載熱體從載熱體通過空腔泄漏。
本發(fā)明又一形態(tài)的熱交換單元的特點(diǎn)是，具有有至少兩個(gè)傳熱面、通過電流的流動(dòng)而將一個(gè)傳熱面加熱并將另一個(gè)傳熱面冷卻的熱電模塊；覆蓋該熱電模塊的至少一個(gè)傳熱面、同時(shí)在與該傳熱面之間形成載熱體通過空腔的殼體構(gòu)件，在前述殼體構(gòu)件上設(shè)有與外部貫通的引線貫通孔，在該引線貫通孔設(shè)置中心有貫通孔的彈性密封件，熱電模塊的引線穿過前述彈性密封件的貫通孔而引出到殼體構(gòu)件外部，前述彈性密封件在有引線穿過時(shí)處于壓縮狀態(tài)，彈性密封件壓迫引線貫通孔以及引線。
對(duì)內(nèi)裝熱電模塊的熱交換單元來(lái)說，重要的是防止載熱體泄漏。然而，傳統(tǒng)的熱交換單元必須將熱電模塊的引線引出到殼體構(gòu)件的外部，而且很難對(duì)該引線引出部分進(jìn)行密封。
采用本發(fā)明，是用彈性密封件將引線夾持成壓縮狀，同時(shí)彈性密封件對(duì)引線貫通孔也進(jìn)行壓迫，故不會(huì)有載熱體從引線引出部分泄漏。從而，可以減輕維修檢查的頻度。
本發(fā)明再一形態(tài)的熱交換單元的特點(diǎn)是，具有有至少兩個(gè)傳熱面、通過電流的流動(dòng)而將一個(gè)傳熱面加熱并將另一個(gè)傳熱面冷卻的熱電模塊；覆蓋該熱電模塊的至少一個(gè)傳熱面、同時(shí)在與該傳熱面之間形成載熱體通過空腔的殼體構(gòu)件，且在前述殼體構(gòu)件的載熱體通過空腔的背面一體地設(shè)有空洞部。
內(nèi)裝熱電模塊的熱交換單元為了防止熱量散發(fā)，必須進(jìn)行隔熱處理。因此傳統(tǒng)技術(shù)是在將熱交換單元裝入冰箱等后，將玻璃纖維等卷繞在熱交換單元上，防止熱量從熱交換單元散發(fā)。然而，這種將玻璃纖維等卷繞在熱交換單元上的作業(yè)非常費(fèi)事，而且需要有豐富的經(jīng)驗(yàn)。另外維修檢查時(shí)在需要分解熱交換單元的場(chǎng)合，必須將玻璃纖維等一一取下，十分麻煩。
而本發(fā)明可提供不需隔熱處理，容易裝入冰箱內(nèi)、便于維修檢查的熱交換單元。
即，在本發(fā)明的熱交換單元上，在殼體構(gòu)件的載熱體通過空腔的背面一體形成的空洞部具有隔熱層的作用。從而，殼體構(gòu)件與隔熱層作為一個(gè)整體，便于裝入冰箱等，且便于維修檢查。
另外，通過向空洞部注入發(fā)泡體還可進(jìn)一步提高隔熱效果。
本發(fā)明還提供一種內(nèi)裝熱電模塊的熱交換單元組件，其特點(diǎn)是，具有有多個(gè)塊，且每個(gè)塊有至少兩個(gè)傳熱面、通過電流的流動(dòng)而將一個(gè)傳熱面加熱并將另一個(gè)傳熱面冷卻的熱電模塊；覆蓋該熱電模塊的至少一個(gè)傳熱面、同時(shí)在與該傳熱面之間形成載熱體通過空腔的殼體構(gòu)件，在前述殼體構(gòu)件上設(shè)有管狀的連接部，將該連接部相互嵌合以將多個(gè)塊連接，以此形成連通的流路。
傳統(tǒng)的內(nèi)裝熱電模塊的熱交換單元，其熱交換能力是固定的，需要根據(jù)冰箱等的容量而分別設(shè)計(jì)。另外，采用傳統(tǒng)技術(shù)時(shí)，內(nèi)裝的熱電模塊也要根據(jù)冰箱等的容量分別設(shè)計(jì)其大小。因此，零件的互換性差，制造和維修都較困難。
本發(fā)明著眼于這個(gè)問題開發(fā)出能對(duì)應(yīng)各種容量的冰箱等的熱交換單元，提高了零件的互換性。
即，本發(fā)明的熱交換單元是塊狀的，通過將每個(gè)塊的連接部之間相互嵌合形成連通的流路，故能通過變換所連接的塊的數(shù)量而改變?nèi)萘俊?br> 本發(fā)明再一形態(tài)的熱交換單元組件的特點(diǎn)是，具有有多個(gè)塊，且每個(gè)塊有至少兩個(gè)傳熱面、通過電流的流動(dòng)而將一個(gè)傳熱面加熱并將另一個(gè)傳熱面冷卻的熱電模塊；覆蓋該熱電模塊的至少一個(gè)傳熱面、同時(shí)在與該傳熱面之間形成載熱體通過空腔的殼體構(gòu)件，在前述殼體構(gòu)件上設(shè)有與熱電模塊電氣接線的連接器，每個(gè)塊通過連接器而電氣接線。
在將熱交換單元分割成塊狀的場(chǎng)合，各熱電模塊最好串聯(lián)地電氣接線。采用本發(fā)明的熱交換單元組件時(shí)，由于在殼體構(gòu)件上設(shè)置了與熱電模塊電氣接線的連接器，故通過將相鄰塊的連接器之間進(jìn)行連接，很容易進(jìn)行電氣接線，便于在冰箱等內(nèi)部的裝配以及維修檢查。
另外，一旦在殼體構(gòu)件上設(shè)置管狀連接部，就可以通過將連接部之間相互嵌合來(lái)將每個(gè)塊連接，從而形成連通的流路。
本發(fā)明再一形態(tài)的熱交換單元組件的特點(diǎn)是，具有每個(gè)塊有至少兩個(gè)傳熱面、通過電流的流動(dòng)而將一個(gè)傳熱面加熱并將另一個(gè)傳熱面冷卻的熱電模塊；覆蓋該熱電模塊的至少一個(gè)傳熱面、同時(shí)在與該傳熱面之間形成載熱體通過空腔的殼體構(gòu)件，而且前述塊的載熱體通過空腔并列連接。
采用上述結(jié)構(gòu)，由于是將多個(gè)塊并列連接，故流路阻力小。另外，在將熱交換單元串列連接時(shí)，一旦一個(gè)熱交換單元堵塞，就會(huì)完全喪失冷卻能力，而在并列連接時(shí)，能確保一定程度的冷卻力。因此，本發(fā)明的熱交換單元組件能夠在某種程度上贏得維修所需的的時(shí)間，便于維修檢查。
本發(fā)明還提供一種熱電冷卻系統(tǒng)，是把對(duì)被冷卻物進(jìn)行冷卻的熱交換器、使載熱體循環(huán)的泵、及內(nèi)裝第1熱電模塊的第1熱交換單元連接成環(huán)狀，其特點(diǎn)是，設(shè)有；覆蓋第2熱電模塊的加熱方傳熱面、同時(shí)在與該傳熱面之間形成載熱體通過空腔的殼體構(gòu)件；具有與前述第2熱電模塊的冷卻方傳熱面接觸的冷卻板的第2熱交換單元，用前述冷卻板在被冷卻物上部分地形成低溫部位。傳統(tǒng)的熱電冷卻系統(tǒng)只是通過熱電模塊進(jìn)行熱交換來(lái)將被冷卻物冷卻，而難以使被冷卻物的特定部位溫度進(jìn)一步降低。從而，采用了這種熱電冷卻系統(tǒng)的電冰箱不能將箱內(nèi)的溫度降低到可制冰的程度，不能制冰。
本發(fā)明的熱電冷卻系統(tǒng)可以提高熱電模塊式電冰箱的冷卻能力，提高制冰能力。即，與一般的冰箱一樣，也是通過熱交換器將箱內(nèi)冷卻的，但同時(shí)又用流過熱交換器的載熱體將熱電模塊的加熱方傳熱面冷卻。因此，熱電模塊的冷卻方傳熱面比對(duì)箱內(nèi)進(jìn)行冷卻的熱交換器的表面溫度更低，可以在箱內(nèi)局部地形成低溫部位。
對(duì)附圖的簡(jiǎn)單說明圖1是采用了本發(fā)明熱電冷卻系統(tǒng)的電冰箱的冷凍系統(tǒng)圖。
圖2是圖1冰箱的立體圖。
圖3是圖2冰箱的縱剖視圖。
圖4是圖2冰箱取下后蓋板后的后視圖。
圖5是設(shè)在圖2冰箱上的內(nèi)裝熱電模塊的熱交換單元組件的分解立體圖。
圖6是圖5的A-A剖視圖。
圖7是圖5的熱交換單元組件的內(nèi)部俯視圖。
圖8是構(gòu)成圖5熱交換單元組件的熱交換單元的分解立體圖。
圖9是裝在圖8熱交換單元內(nèi)的紊流裝置的立體圖。
圖10是圖9紊流裝置的局部放大立體圖。
圖11是圖8熱交換單元的局部放大立體圖。
圖12A是表示圖8熱交換單元的引線引出部的引線引出順序的放大剖視圖。
圖12B是表示圖8熱交換單元的引線引出部的引線引出后狀態(tài)的放大剖視圖。
圖13A是表示熱交換單元之間的接合部分的立體圖。
圖13B是表示熱交換單元之間的接合部分又一形態(tài)的立體圖。
圖14是表示熱交換單元的管部連接結(jié)構(gòu)的剖視圖。
圖15是用于制冰部分的熱交換單元的剖視圖。
圖16是圖15的熱交換單元的分解立體圖。
圖17是又一形態(tài)的熱交換單元組件的俯視圖。
圖18是圖17的熱交換單元組件上所設(shè)的連接器的剖視圖。
圖19是又一實(shí)施形態(tài)的熱交換單元的剖視圖。
圖20是表示熱交換單元又一連接形態(tài)的方塊圖。
實(shí)施發(fā)明的最佳形態(tài)以下結(jié)合


本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)。
圖1表示采用了本發(fā)明熱電冷卻系統(tǒng)的電冰箱30的冷凍系統(tǒng)。
如圖1所示，電冰箱30通過內(nèi)裝熱電模塊的熱交換單元組件1而設(shè)有加熱方的管道回路2和冷卻方的管道回路3，載熱體在管道回路2和3內(nèi)循環(huán)。為了防止凍結(jié)，最好在冷卻方的管道回路3中添加丙烯乙二醇等不凍液。從比熱大的觀點(diǎn)出發(fā)，載熱體最好采用含水的液體，當(dāng)然也可以是其他液體。
構(gòu)成熱交換單元組件1的各熱交換單元如后所述，是在內(nèi)部裝有由珀?duì)柼?gòu)組成的熱電模塊5，在熱交換單元內(nèi)隔著熱電模塊5形成兩個(gè)空腔7和8。
而加熱方的管道回路2則設(shè)有熱交換器10和泵11，構(gòu)成包括前述的空腔7在內(nèi)的閉合回路。
另外冷卻方的管道回路3也與加熱方一樣，設(shè)有熱交換器15和泵16，構(gòu)成包括前述的空腔8在內(nèi)的閉合回路。不過，冷卻方的管道回路3從熱交換器15的下游一側(cè)起設(shè)有旁通管17，與制冰用的熱交換單元18連接。另外在各回路的熱交換器10、15上用風(fēng)扇21、22送風(fēng)。
以下說明本實(shí)施形態(tài)的冰箱的實(shí)際結(jié)構(gòu)。冰箱30的外觀如圖2所示，與公知的冰箱差不多。即，具有箱型的主體部31，在其前側(cè)面設(shè)有門32。與公知的冰箱一樣，在冰箱的主體部31和門32上設(shè)有隔熱材料35和36(見圖3)，形成封閉的箱內(nèi)空間33。
而且前述的冷凍系統(tǒng)的管道設(shè)置在該隔熱材料35、36內(nèi)外的適當(dāng)位置。具體地說，就是成為冷凍中心的熱交換單元1如圖3和圖4所示，設(shè)在由隔熱材料35、36圍成的箱內(nèi)空間33外部，設(shè)于冰箱30背面的右下部(從門一側(cè)看來(lái)定左右)。而且前述的加熱方管道回路2都設(shè)在由隔熱材料35和36形成的箱外，集中于冰箱30的背面，泵11和熱交換器10都設(shè)在背面的下部中央附近。而且熱交換單元組件1、泵11、熱交換器10通過管道37、38、39連接成環(huán)狀。
另一方面，冷卻方管道回路3的大部分設(shè)在被隔熱材料35和36圍成的箱內(nèi)空間33內(nèi)。即，熱交換器15設(shè)置在箱內(nèi)空間33的縱深部中央。泵11設(shè)在箱內(nèi)空間33縱深部的右上部。另外在箱內(nèi)空間33內(nèi)還設(shè)有架子41，在該架子41中裝有制冰用的熱交換單元18。還有，架子41的上側(cè)具有制冰室的功能。
在上述各構(gòu)件中，泵11、16、熱交換器10、15、風(fēng)扇21、22以及冰箱自身的隔熱結(jié)構(gòu)與公知的完全一樣。本實(shí)施形態(tài)的冰箱30的特征在于熱交換單元組件1和制冰用熱交換單元18的結(jié)構(gòu)，以下重點(diǎn)說明它們的結(jié)構(gòu)。首先，說明冷凍系統(tǒng)的中心、即熱交換單元組件1。本實(shí)施形態(tài)中所用的熱交換單元組件1如圖3、4、5所示，在每個(gè)塊中設(shè)置一個(gè)熱交換單元，同時(shí)將三個(gè)塊相互接線形成三連結(jié)構(gòu)。即，本實(shí)施形態(tài)所用的熱交換單元組件1是將內(nèi)裝熱電模塊5的三個(gè)熱交換單元50、51、52串列連接而成。在這三個(gè)熱交換單元50、51、52中，兩端的熱交換單元50和52的形狀和結(jié)構(gòu)完全相同。中央的熱交換單元51的基本結(jié)構(gòu)也與兩端大致相同，只是管道的情況和連接部分的內(nèi)外螺紋結(jié)構(gòu)有不同。
熱交換單元50的結(jié)構(gòu)如下所示。
熱交換單元50如圖6和圖8所示，由下部殼體53、上部殼體54、兩個(gè)紊流裝置55以及熱電模塊5構(gòu)成。
下部殼體53的外觀為兩個(gè)凸條平行設(shè)置的形狀。該凸條的內(nèi)部為空洞，通過該空洞形成兩條流路57、58。即，流路57和58在下部殼體53內(nèi)側(cè)的兩邊部分沿塊的連接方向平行設(shè)置，其截面形狀為圓形。而且流路57和58從下部殼體53的在塊連接方向的一端部向另一端部連續(xù)形成。兩條流路57和58均為一端閉塞，另一端與外螺紋管接頭部60連接。具體說，圖6中右側(cè)的流路57的圖中縱深一端與外螺紋管接頭部60連接，靠前的一端是閉塞的。而圖6中左側(cè)的流路58則是圖中縱深一端為閉塞的，靠前的一端與外螺紋管接頭部60連接。即，在流路57和58之間，閉塞端和外螺紋管接頭部60是不同的。
外螺紋管接頭部60如圖5、圖8、圖14所示，是凸出狀的管子，在前端附近的外周面上設(shè)有O形環(huán)61。
另外，在流路57和58之間，通過壁部62(圖6)而連接。在流路57和58的外側(cè)部位設(shè)有凸緣部63。前述壁部62與熱電模塊5之間形成載熱體通過空腔，處于比凸緣部63更靠縱深端的位置。在凸緣部63上設(shè)有4個(gè)供螺釘貫通用的貫通孔65。
此外，在下部殼體53的凸緣部63上還設(shè)有兩個(gè)后述的引線引出孔67(見圖6)。
上部殼體54具有與上述下部殼體53大致相同的結(jié)構(gòu)，外形為兩條凸條，內(nèi)部形成兩條流路70和71。而且各流路70和71為一端閉塞，另一端設(shè)有外螺紋管接頭部60，與外部連通。另外，流路70和71之間被壁部74連接，該壁部74處于比凸緣部72更靠縱深端的位置。
流路70、71的閉塞端和外螺紋管接頭部60如圖8所示，在上部殼體54與下部殼體53相接合的狀態(tài)下處于不同的位置。
在上部殼體54的凸緣部72上設(shè)有輪轂部64，在該輪轂部64上設(shè)有螺紋孔75。
在上部殼體54的兩端部設(shè)有外螺紋式連接部68。如圖8和圖13A所示，外螺紋式連接部68在與上部殼體54平行地伸出的板狀部設(shè)有銷子73。上部殼體54上沒有相當(dāng)于引線引出孔67的部分。
下部殼體53及上部殼體54通過熱塑性樹脂的注射模塑成形等公知方法成形，但需要特別說明的是，下部殼體53及上部殼體54都是透明或半透明的。
下部殼體53及上部殼體54的材料并不特別限定為透明或半透明的，可采用聚苯乙烯樹脂、ABS樹脂、異丁烯樹脂、聚氯乙烯樹脂、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯樹脂、聚丁烯對(duì)苯二酸鹽樹脂、尿素樹脂、密胺樹脂、氯化聚苯乙烯樹脂、氯化乙烯叉樹脂、丙烯酸聚氯乙烯異分子聚合物樹脂、聚甲戊烯樹脂、聚砜樹脂、聚氟化乙烯叉樹脂、MBS樹脂、異丁烯苯乙烯異分子聚合物樹脂、多芳基化樹脂、多芳基砜樹脂、聚丁二烯樹脂、聚醚砜樹脂、聚醚酮樹脂等。而最好采用聚烯烴系的樹脂。
紊流裝置55為圖9所示的板狀，一面(圖中下部)設(shè)有兩處定位用的腳部77。
在紊流裝置55的另一面(圖中上部)設(shè)有形成流路的多個(gè)分隔壁78。分隔壁78從紊流裝置55的一端到另一端連續(xù)設(shè)置，分隔壁78之間相互平行且間隔相等。通過分隔壁78形成平行槽狀的流路84。另外在本實(shí)施形態(tài)中采用的紊流裝置55在流路84中設(shè)有障礙物。
障礙物具體地說就是凸條82和擋板79。凸條82的高度低于前述分隔壁78，相對(duì)分隔壁78而在垂直方向連續(xù)延伸。本實(shí)施形態(tài)設(shè)置兩排凸條82。擋板79的高度與分隔壁相同但不連續(xù)。擋板79并未將流路84完全堵塞，而是在流路84的寬度方向留有間隙。
在某一分隔壁78上，在長(zhǎng)度方向的中央只設(shè)一個(gè)擋板79，而在與該分隔壁78相鄰的分隔壁78上，則在端部附近的部位設(shè)置兩個(gè)。從而，擋板79相對(duì)槽狀的流路84而呈交錯(cuò)狀。另外前述的凸條82位于擋板79之間的部分。紊流裝置55用熱塑性樹脂的注射模塑成形等公知方法成形，成形方法雖不是特定的，但本實(shí)施形態(tài)中的紊流裝置55也與下部殼體53及上部殼體54一樣，是透明或半透明的。紊流裝置55的材料可采用與下部殼體53及上部殼體54相同的，而最好采用透明或半透明的聚烯烴系的樹脂。
熱電模塊5利用公知的帕爾帖元件，是將P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體并排設(shè)置。而且熱電模塊5的外形形狀為板狀，其兩面作為傳熱面80、81發(fā)揮作用。
以下說明熱交換單元50的裝配結(jié)構(gòu)。熱交換單元50的中央設(shè)有熱電模塊5。而且在熱電模塊5的兩面分別設(shè)有紊流裝置55。再在紊流裝置55的外側(cè)設(shè)置下部殼體53和上部殼體54，并用螺釘89將下部殼體53和上部殼體54結(jié)合成一體。
下部殼體53及上部殼體54與紊流裝置55間的位置關(guān)系如圖6所示，紊流裝置55位于下部殼體53和上部殼體54的壁部62和74，腳部77與流路57、58或流路70、71的側(cè)面嵌合。紊流裝置55的分隔壁78相對(duì)流路70、71而沿垂直方向延伸。從而，通過由分隔壁78形成的槽狀流路將流路70、71在整個(gè)區(qū)域內(nèi)連接。而且紊流裝置55的分隔壁78與熱電模塊5的傳熱面80或81接觸。從而在紊流裝置55的表面與熱電模塊5的傳熱面80或81之間形成載熱體通過空腔。
以下詳細(xì)說明，在熱電模塊5的傳熱面80或81與殼體53、54之間，如圖8和圖11所示，夾裝有環(huán)狀的密封構(gòu)件85、86，以防止載熱體從載熱體通過空腔泄漏。另外在該密封構(gòu)件85、86的外側(cè)，在下部殼體53和上部殼體54之間還夾裝有一個(gè)環(huán)狀的密封構(gòu)件87，以防止載熱體從整個(gè)熱交換單元50泄漏。即，本實(shí)施形態(tài)是通過密封構(gòu)件85、86和密封構(gòu)件87來(lái)實(shí)現(xiàn)雙重密封。
熱電模塊5的引線90為單線，從引線引出孔67引出到外部。該部分的結(jié)構(gòu)如圖12A所示。即，引線孔67從下部殼體53的內(nèi)部向外部一側(cè)設(shè)有階梯部，下部殼體53內(nèi)部一側(cè)的內(nèi)徑較大，而與外部連通的部分的內(nèi)徑則較小。而且在引線引出孔67內(nèi)部一側(cè)的內(nèi)徑較大部位，插入橡膠等彈性體密封構(gòu)件92。彈性密封構(gòu)件92為圓柱形狀，中心部設(shè)有貫通孔93。密封構(gòu)件92的外徑在自然狀態(tài)下與引線引出孔67內(nèi)部一側(cè)的內(nèi)徑大致相等。另外密封構(gòu)件92的貫通孔93的內(nèi)徑小于引線90。
引線90如圖12A及圖12B所示，在將密封構(gòu)件92插入引線引出孔67后，被壓入貫通孔93中。結(jié)果，彈性密封構(gòu)件92的直徑擴(kuò)大，形成壓縮應(yīng)力壓迫引線引出孔67并與其內(nèi)側(cè)緊密接觸。另外彈性構(gòu)件92與引線90之間也以壓迫狀態(tài)緊密接觸。
以下說明另一種熱交換單元51。熱交換單元51的結(jié)構(gòu)基本上與前述的熱交換單元50相同，故只說明其不同點(diǎn)。
前述的熱交換單元50的外螺紋管接頭部60和連接部68都是外螺紋式的，而中間部的熱交換單元51則都是內(nèi)螺紋式的。
即，從中間部的熱交換單元51的下部殼體53和上部殼體54凸出設(shè)有內(nèi)螺紋管接頭部98。內(nèi)螺紋管接頭部98如圖14所示，其內(nèi)徑與前述的熱交換單元50的外螺紋管接頭部60的外徑大致相等。
另外在中間部的熱交換單元51的下部殼體53上設(shè)有內(nèi)螺紋式連接部100。內(nèi)螺紋式連接部100如圖8和圖13所示，在與下部殼體53平行地凸出的板狀部101上設(shè)有孔102。
以下說明本實(shí)施形態(tài)的熱交換單元50、51、52的結(jié)合狀態(tài)及與其他構(gòu)件之間的關(guān)系。
本實(shí)施形態(tài)的熱交換單元50、51、52如前所述，連接成串列狀。更具體地說，在熱交換單元50和51以及熱交換單元51和52之間，外螺紋式連接部68的銷子73與內(nèi)螺紋式連接部100的孔102嵌合，將熱交換單元50、51、52連成一個(gè)整體。另外，在熱交換單元50和51以及熱交換單元51和52之間，外螺紋管接頭部60與內(nèi)螺紋管接頭部98嵌合，將由熱交換單元50、51、52的下部殼體53形成的載熱體通過空腔之間連接成串列狀。而且由熱交換單元50、51、52的上部殼體54形成的載熱體通過空腔之間也同樣連接成串列狀。
而且熱交換單元50的下部殼體53的外螺紋管接頭部60和熱交換單元52的下部殼體53的外螺紋管接頭部60與加熱方的管道回路2連接。另外熱交換單元50的上部殼體54的外螺紋管接頭部60和熱交換單元52的上部殼體54的外螺紋管接頭部60與冷卻方的管道回路3連接。
因此在冷卻方的管道回路3，如圖5箭頭所示，載熱體從熱交換單元50的上部殼體54的外螺紋管接頭部60進(jìn)入熱交換單元50內(nèi)右側(cè)的流路70，并通過載熱通過空腔、即紊流裝置55的表面和熱電模塊5的傳熱面81之間流入左側(cè)的流路71。不過，本實(shí)施形態(tài)在紊流裝置55上形成了槽狀的流路84，還在流路內(nèi)設(shè)置了由凸條82和擋板79構(gòu)成的障礙物，故載熱體在與這些障礙物接觸的同時(shí)，被槽狀的流路遮擋而失去向?qū)挾确较蚍稚⒌膱?chǎng)所，沿直接與熱電模塊5擋接的方向流動(dòng)。因此，載熱體在垂直方向與熱電模塊5的傳熱面81接觸并進(jìn)行有效的熱交換。
而且從紊流裝置55流到左側(cè)流路的載熱體從外螺紋管接頭部60向熱交換單元51流動(dòng)，并從熱交換單元51的內(nèi)螺紋管接頭部98流入熱交換單元51左側(cè)的流路71。然后，與前述的同樣，通過載熱體通過空腔流入右側(cè)的流路70，并通過熱交換單元51的內(nèi)螺紋管接頭部98和熱交換單元52的內(nèi)螺紋管接頭部60流入熱交換單元52，并從相反一側(cè)的內(nèi)螺紋管接頭部60流到外部。
加熱方管道回路2中的載熱體流動(dòng)也與冷卻方管道回路3相同，故省略對(duì)其說明。
在本實(shí)施形態(tài)的冰箱30中，下部殼體53和上部殼體54以及紊流裝置55是透明或半透明的，故可以從外部直接觀察熱電模塊5的傳熱面80和81?？梢詮耐獠壳宄刂郎鲜鲚d熱體流動(dòng)的情況，快速判斷是否有空氣混入或異物堵塞等。
以下結(jié)合圖15和16說明制冰用的熱交換單元18。
制冰用的熱交換單元18簡(jiǎn)單說來(lái)就是將上述的熱交換單元50的上部殼體54換成冷卻板110。冷卻板110如圖15及圖16所示，是鋁等導(dǎo)熱性能優(yōu)良的金屬板，在與前述的上部殼體54的螺紋孔75相當(dāng)?shù)奈恢蒙显O(shè)有孔111。而且制冰用熱交換單元18用螺釘將冷卻板110固定在下部殼體53上，冷卻板110的背面直接與熱電模塊的冷卻方傳熱面81接觸。不過制冰用的熱交換單元18也在下部殼體53與冷卻板110之間夾裝有環(huán)狀的密封構(gòu)件87，以防止載熱體從整個(gè)熱交換單元50泄漏。
冷卻后的載熱體從旁通管17流入制冰用熱交換單元18的載熱體通過空腔。因此，制冰用熱交換單元18內(nèi)的熱電模塊5通過該載熱體將加熱方傳熱面80冷卻，而相反一側(cè)的冷卻方傳熱面81則成為更低的溫度。
因此，一旦把制冰盤(冷卻物)115置于冷卻板110上，就可使內(nèi)部的水結(jié)冰。
以下說明本發(fā)明其他實(shí)施形態(tài)。不過以下說明的結(jié)構(gòu)最好將殼體做成透明或半透明的，當(dāng)然如果殼體不是透明或半透明的也能使用。
在前述的熱交換單元50、51、52上，連接構(gòu)件是用銷子73與孔102嵌合的結(jié)構(gòu)，當(dāng)然也可使用圖13B所示的鉤子119的嵌合結(jié)構(gòu)。
另外，前述的實(shí)施形態(tài)是將熱電模塊5的引線90通過引線引出孔67而直接引出到外部，當(dāng)然也可以在下部殼體53、上部殼體54上設(shè)置連接器118和120，通過該連接器118和120也能引出到外部(見圖17和圖18)。
尤其是如本實(shí)施形態(tài)所示，在設(shè)置多個(gè)具有熱電模塊5的熱交換單元的場(chǎng)合，最好熱電模塊5是串列連接，故最好在下部殼體53的連接方的兩端面直接設(shè)置外螺紋或內(nèi)螺紋的連接器118和120，并將該連接器相互直接結(jié)合。另外，如果將外螺紋連接部68與內(nèi)螺紋連接部100的結(jié)合間隔、外螺紋管接頭部60與內(nèi)螺紋管接頭部98的結(jié)合間隔以及連接器118、120的結(jié)合間隔設(shè)定成一致，就能用一個(gè)動(dòng)作完成熱交換單元的機(jī)械性結(jié)合、管道結(jié)合和電氣結(jié)合，可以進(jìn)一步提高裝配效率。
圖17及圖18就是這樣在下部殼體53直接設(shè)置外螺紋或內(nèi)螺紋的連接器，并將該連接器之間直接結(jié)合的結(jié)構(gòu)。
圖17和圖18所示的結(jié)構(gòu)與前述的實(shí)施形態(tài)同樣，熱交換單元50、51、52連接成串列狀，但與前述實(shí)施形態(tài)不同的是，在各熱交換單元50、51、52上設(shè)有連接器118和120。更具體地說，是在兩端的熱交換單元50、52的兩端裝有外螺紋的連接器118，在中間的熱交換單元51上設(shè)有內(nèi)螺紋的連接器120。而且在各熱交換單元50、51、52的連接器118和120上各連接著一根熱電模塊5的引線90。另外，連接器118和120分別與相鄰熱交換單元的連接器接合。
采用本實(shí)施形態(tài)，只要將熱交換單元50、51、52接合，就不僅能連接管道，而且能進(jìn)行電氣接合，便于冰箱30的裝配。
以下結(jié)合圖19說明其他實(shí)施形態(tài)。
圖19所示的熱交換單元130的目的在于提高隔熱性。即，熱交換單元130要將下部殼體53和上部殼體54中的一方隔熱。具體說，就是與前述的實(shí)施形態(tài)一樣，在將熱交換單元設(shè)置在冰箱外時(shí)，為了防止冷氣向外部泄漏，需要在冷卻方的殼體上卷繞隔熱材料。相反，當(dāng)將熱交換單元設(shè)置在冰箱內(nèi)時(shí)，為了防止熱氣充滿冰箱內(nèi)，要在加熱方的殼體上卷繞隔熱材料。
然而，這樣卷繞隔熱材料的作業(yè)非常麻煩，需要有豐富的經(jīng)驗(yàn)，不熟練的人有可能造成殼體上有外露部分，導(dǎo)致隔熱不充分。
圖19所示的熱交換單元130正是為了解決這個(gè)問題而采用殼體131，在該殼體131的背面一體地設(shè)有作為隔熱層的空洞部132。
即，在熱交換單元130上，在前述的凸緣部63、凹凸部分及壁部62的背面具有大致密封狀的空洞部132。關(guān)于殼體131的成形方法并無(wú)特別限定，但若通過譬如吹塑成形制造，則容易形成大致密封狀的空洞部132。
另外空洞部132即使在空的狀態(tài)下也能利用空氣的隔熱作用得到相當(dāng)好的隔熱效果，而如果在其中注入發(fā)泡氨酯，則隔熱效果更佳。
圖19所示的熱交換單元只是在一個(gè)殼體131的背面設(shè)置空洞部132，不言而喻，也可以在兩個(gè)殼體的背面都設(shè)置空洞部。
以上說明的熱交換單元組件是三連結(jié)構(gòu)的，當(dāng)然也可以是二連以下或四連以上的結(jié)構(gòu)。本實(shí)施形態(tài)的熱交換單元組件可以根據(jù)冰箱的容量而增減熱交換單元的連接數(shù)量，故可以對(duì)應(yīng)任何容量的冰箱，具有零件互換性強(qiáng)的效果。
另外，上述的實(shí)施形態(tài)是將熱交換單元串列連接，但也可以將熱交換單元并列使用。
圖20是將熱交換單元并列使用的例子。圖20所示的實(shí)施形態(tài)是將熱交換單元50和熱交換單元51的串列連接作為一組，再將其相互并列連接。
把熱交換單元并列連接的優(yōu)點(diǎn)是可以減輕流路的阻力。另外在將熱交換單元串列連接的場(chǎng)合，如果有一個(gè)熱交換單元堵塞，則冷卻能力全部喪失，而在并列連接的場(chǎng)合，仍能確保一定程度的冷卻能力。因此可以在某種程度上贏得維修所需的時(shí)間，便于維修檢查。
權(quán)利要求
1．一種內(nèi)裝熱電模塊的熱交換單元，其特征在于，具有有至少兩個(gè)傳熱面、通過電流的流動(dòng)而將其中一個(gè)傳熱面加熱并將另一個(gè)傳熱面冷卻的熱電模塊；覆蓋該熱電模塊的至少一個(gè)傳熱面、同時(shí)在與該傳熱面之間形成載熱體通過空腔的殼體構(gòu)件，所述殼體構(gòu)件是透明或半透明的。
2．一種內(nèi)裝熱電模塊的熱交換單元，其特征在于，具有有加熱方傳熱面和冷卻方傳熱面、通過電流的流動(dòng)將加熱方傳熱面加熱并將冷卻方傳熱面冷卻的熱電模塊；覆蓋該熱電模塊的加熱方傳熱面、同時(shí)在與該傳熱面之間形成載熱體通過空腔的殼體構(gòu)件；與所述熱電模塊的冷卻方傳熱面接觸的冷卻板，該冷卻板上可載放冷卻物。
3．根據(jù)權(quán)利要求2所述的內(nèi)裝熱電模塊的熱交換單元，其特征在于，冷卻板做成可與殼體構(gòu)件調(diào)換的結(jié)構(gòu)，通過將冷卻板與殼體構(gòu)件調(diào)換，形成與加熱方傳熱面接觸的載熱體通過空腔和與冷卻方傳熱面接觸的載熱體通過空腔。
4．根據(jù)權(quán)利要求1到3中任一項(xiàng)所述的內(nèi)裝熱電模塊的熱交換單元，其特征在于，在所述殼體構(gòu)件與傳熱面之間夾裝密封構(gòu)件，防止載熱體從載熱體通過空腔泄漏。
5．一種內(nèi)裝熱電模塊的熱交換單元，其特征在于，具有有至少兩個(gè)傳熱面、通過電流的流動(dòng)而將一個(gè)傳熱面加熱并將另一個(gè)傳熱面冷卻的熱電模塊；覆蓋該熱電模塊的至少一個(gè)傳熱面、同時(shí)在與該傳熱面之間形成載熱體通過空腔的殼體構(gòu)件，在所述殼體構(gòu)件上設(shè)有與外部連通的引線貫通孔，在該引線貫通孔內(nèi)設(shè)置中心有貫通孔的彈性密封件，熱電模塊的引線穿過所述彈性密封件的貫通孔而引出到殼體構(gòu)件的外部，所述彈性密封件在引線穿過時(shí)處于壓縮狀態(tài)，彈性密封件壓迫引線貫通孔以及引線。
6．一種內(nèi)裝熱電模塊的熱交換單元，其特征在于，具有有至少兩個(gè)傳熱面、通過電流的流動(dòng)而將一個(gè)傳熱面加熱并將另一個(gè)傳熱面冷卻的熱電模塊；覆蓋該熱電模塊的至少一個(gè)傳熱面、同時(shí)在與該傳熱面之間形成載熱體通過空腔的殼體構(gòu)件，且在所述殼體構(gòu)件的載熱體通過空腔的背面一體地設(shè)有空洞部。
7．根據(jù)權(quán)利要求6所述的內(nèi)裝熱電模塊的熱交換單元，其特征在于，在空洞部?jī)?nèi)裝有發(fā)泡體。
8．一種內(nèi)裝熱電模塊的熱交換單元組件，其特征在于，具有有多個(gè)塊，且每個(gè)塊有至少兩個(gè)傳熱面、通過電流的流動(dòng)而將一個(gè)傳熱面加熱并將另一個(gè)傳熱面冷卻的熱電模塊；覆蓋該熱電模塊的至少一個(gè)傳熱面、同時(shí)在與該傳熱面之間形成載熱體通過空腔的殼體構(gòu)件，在所述殼體構(gòu)件上設(shè)有管狀的連接部，將該連接部相互嵌合以將多個(gè)塊連接，以此形成連通的流路。
9．一種內(nèi)裝熱電模塊的熱交換單元組件，其特征在于，具有有多個(gè)塊，且每個(gè)塊有至少兩個(gè)傳熱面、通過電流的流動(dòng)而將一個(gè)傳熱面加熱并將另一個(gè)傳熱面冷卻的熱電模塊；覆蓋該熱電模塊的至少一個(gè)傳熱面、同時(shí)在與該傳熱面之間形成載熱體通過空腔的殼體構(gòu)件，在所述殼體構(gòu)件上設(shè)有與熱電模塊電氣接線的連接器，每個(gè)塊通過連接器而電氣接線。
10．根據(jù)權(quán)利要求9所述的內(nèi)裝熱電模塊的熱交換單元組件，其特征在于，在殼體構(gòu)件上設(shè)有管狀的連接部，將所述連接部相互嵌合以將每個(gè)塊連接，以此形成連通的流路。
11．一種內(nèi)裝熱電模塊的熱交換單元組件，其特征在于，由多個(gè)內(nèi)裝熱電模塊的塊構(gòu)成，具有每個(gè)塊有至少兩個(gè)傳熱面、通過電流的流動(dòng)而將一個(gè)傳熱面加熱并將另一個(gè)傳熱面冷卻的熱電模塊；覆蓋該熱電模塊的至少一個(gè)傳熱面、同時(shí)在與該傳熱面之間形成載熱體通過空腔的殼體構(gòu)件，而且所述塊的載熱體通過空腔并列連接。
12．一種熱電冷卻系統(tǒng)，把對(duì)被冷卻物進(jìn)行冷卻的熱交換器、使載熱體循環(huán)的泵、以及內(nèi)裝第1熱電模塊的第1熱交換單元連接成環(huán)狀，其特征在于，設(shè)有覆蓋第2熱電模塊的加熱方傳熱面、同時(shí)在與該傳熱面之間形成載熱體通過空腔的殼體構(gòu)件；具有與所述第2熱電模塊的冷卻方傳熱面接觸的冷卻板的第2熱交換單元，用所述冷卻板在被冷卻物上局部地形成低溫部位。
全文摘要
在串列地連接的多個(gè)熱交換單元50、51、52上設(shè)置熱電模塊5,在熱電模塊5的兩面分別設(shè)置紊流裝置55。另外,通過用下部殼體53或上部殼體54覆蓋紊流裝置55,供載熱體通過熱電模塊5與紊流裝置55之間。另外,通過用透明材料形成下部殼體53和上部殼體54以及紊流裝置55,可以看到熱交換單元50、51、52的內(nèi)部情況。
文檔編號(hào)F25B21/02GK1236428SQ97199445
公開日1999年11月24日 申請(qǐng)日期1997年11月7日 優(yōu)先權(quán)日1996年11月8日
發(fā)明者中川治, 前田宗萬(wàn), 北川宏昭, 德永成臣 申請(qǐng)人:松下冷機(jī)株式會(huì)社