JP2009264719A - Heat exchanger - Google Patents
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Abstract
【課題】大型化を防止しつつ、熱交換性能を向上させることである。
【解決手段】冷媒が流れる扁平なマイクロチャネル（21）と、該マイクロチャネル（21）を扁平面側から挟み込む一対の熱電素子（22,23）と、該各熱電素子（22,23）のマイクロチャネル（21）側とは反対側の面に配置されるフィン群（25）とが一体に接合された熱交換モジュール（20）を備えている。そして、複数の熱交換モジュール（20）が並列に配置され、各熱交換モジュール（20）のマイクロチャネル（21）が入口側ヘッダ（11）および出口側ヘッダ（13）に並列に接続されている。
【選択図】図２An object of the present invention is to improve heat exchange performance while preventing enlargement.
A flat microchannel (21) through which a refrigerant flows, a pair of thermoelectric elements (22,23) sandwiching the microchannel (21) from the flat plane side, and a micro of each thermoelectric element (22,23) The heat exchange module (20) is integrally joined to a fin group (25) disposed on a surface opposite to the channel (21). A plurality of heat exchange modules (20) are arranged in parallel, and the microchannel (21) of each heat exchange module (20) is connected in parallel to the inlet side header (11) and the outlet side header (13). .
[Selection] Figure 2
Description
本発明は、熱電素子を用いた熱交換器に関し、特に、熱交換性能の向上および小型化に係るものである。 The present invention relates to a heat exchanger using a thermoelectric element, and particularly relates to improvement and miniaturization of heat exchange performance.
従来より、熱電素子を用いて流体同士を熱交換させる、いわゆる熱電素子型の熱交換器が知られている。例えば特許文献１には、熱電素子型の熱交換器であるペルチェ式ヒートポンプが開示されている。このヒートポンプは、ペルチェ素子（熱電素子）の両面にそれぞれ熱交換部が設けられている。各熱交換部には、熱媒体が流通する。このヒートポンプでは、ペルチェ素子に通電すると、一方の面が冷却面となり他方の面が加熱面となる。これにより、一方の熱交換部が放熱側となり、他方の熱交換部が吸熱側となる。放熱側の熱交換部では熱媒体が放熱されて加熱され、吸熱側の熱交換部では熱媒体が吸熱されて冷却される。
ところで、上述した熱電素子型の熱交換器として、例えば図４に示すように、一方の熱交換部を液体が流れ、他方の熱交換部を空気が流れて、液体および気体（空気）が冷却または加熱される熱交換器（1）が知られている。 By the way, as the thermoelectric element type heat exchanger described above, for example, as shown in FIG. 4, liquid flows through one heat exchanging portion, air flows through the other heat exchanging portion, and liquid and gas (air) are cooled. Or a heat exchanger (1) to be heated is known.
具体的に、この熱交換器（1）は、熱電素子（2）の両面にベース板（3）と液体ジャケット（5）が配置されている。ベース板（3）の外面にはフィン群（4）が形成され、該フィン群（4）を空気が流れる。液体ジャケット（5）は、内部に複数の流路（6）が形成され、該流路（6）を液体（熱媒体）が流れる。また、熱電素子（2）に対してベース板（3）および液体ジャケット（5）のサイズが大きく形成され、ネジ（7）で締結することによってこれら熱電素子（2）や液体ジャケット（5）が一体に接合されている。この熱交換器（1）では、熱電素子（2）に通電すると、例えば、液体ジャケット（5）側が放熱側となり、フィン群（4）側が吸熱側となる。そして、液体ジャケット（5）を流れる液体が加熱され、フィン群（4）を流通する空気が冷却される。 Specifically, in the heat exchanger (1), a base plate (3) and a liquid jacket (5) are arranged on both surfaces of the thermoelectric element (2). A fin group (4) is formed on the outer surface of the base plate (3), and air flows through the fin group (4). The liquid jacket (5) has a plurality of flow paths (6) formed therein, and the liquid (heat medium) flows through the flow paths (6). In addition, the base plate (3) and the liquid jacket (5) are larger in size than the thermoelectric element (2), and the thermoelectric element (2) and the liquid jacket (5) are secured by fastening with screws (7). They are joined together. In this heat exchanger (1), when the thermoelectric element (2) is energized, for example, the liquid jacket (5) side becomes the heat dissipation side and the fin group (4) side becomes the heat absorption side. And the liquid which flows through a liquid jacket (5) is heated, and the air which distribute | circulates a fin group (4) is cooled.
ところが、上述した熱交換器（1）では、液体ジャケット（5）の一方の面だけに熱電素子（2）が接触しているため、放熱効率および吸熱効率が悪かった。つまり、液体ジャケット（5）の一方の面しか放熱作用および吸熱作用を受けることができなかった。そこで、放熱作用および吸熱作用を稼ぐために、熱電素子（2）や液体ジャケット（5）のサイズを大きくすると、全体として大型化および重量増大を招くという問題があった。 However, in the heat exchanger (1) described above, since the thermoelectric element (2) is in contact with only one surface of the liquid jacket (5), the heat dissipation efficiency and the heat absorption efficiency are poor. That is, only one surface of the liquid jacket (5) was able to receive a heat dissipation action and an endothermic action. Therefore, if the size of the thermoelectric element (2) or the liquid jacket (5) is increased in order to obtain a heat dissipation action and an endothermic action, there is a problem that the size and weight increase are caused as a whole.
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、熱電素子を用いた熱交換器において、大型化させることなく、熱交換性能を向上させることにある。 This invention is made | formed in view of this point, The objective is to improve heat exchange performance, without enlarging in the heat exchanger using a thermoelectric element.
第１の発明は、冷媒が流れる冷媒管（21）と、上記冷媒管（21）の長手方向に延びる板状に形成され、上記冷媒管（21）を挟み込むように配置される一対の熱電素子（22,23）と、上記各熱電素子（22,23）の上記冷媒管（21）側とは反対側の面に形成されるフィン群（25）とを備え、対象流体が上記フィン群（25）を流通し該フィン群（25）と熱交換するように構成されているものである。 A first invention is a refrigerant pipe (21) through which a refrigerant flows, and a pair of thermoelectric elements which are formed in a plate shape extending in the longitudinal direction of the refrigerant pipe (21) and are arranged so as to sandwich the refrigerant pipe (21). (22, 23) and a fin group (25) formed on the surface opposite to the refrigerant pipe (21) side of each thermoelectric element (22, 23), and the target fluid is the fin group ( 25) and is configured to exchange heat with the fin group (25).
上記の発明では、各熱電素子（22,23）において両面が加熱面（放熱面）と冷却面（吸熱面）とに切り換わる。例えば、冷媒管（21）側の面が加熱面（放熱面）となり、フィン群（25）側の面が冷却面（吸熱面）となると、冷媒管（21）を流れる冷媒が加熱される一方、フィン群（25）を流通する対象流体（例えば、空気）が冷却される。そして、この冷却された対象流体は利用側へ送られる。 In the above invention, in each thermoelectric element (22, 23), both surfaces are switched to a heating surface (heat radiation surface) and a cooling surface (heat absorption surface). For example, if the surface on the refrigerant tube (21) side becomes a heating surface (heat dissipation surface) and the surface on the fin group (25) side becomes a cooling surface (heat absorption surface), the refrigerant flowing through the refrigerant tube (21) is heated. The target fluid (for example, air) flowing through the fin group (25) is cooled. Then, the cooled target fluid is sent to the use side.
ここで、本発明では、冷媒管（21）が一対の熱電素子（22,23）で挟まれているため、熱電素子が１つの場合に比べて、冷媒管（21）と熱電素子（22,23）との接触面積が多くなる。したがって、冷媒管（21）の冷媒に対する放熱作用および吸熱作用が増す。一方、各熱電素子（22,23）にフィン群（25）が設けられているため、対象流体に対する吸熱作用および放熱作用が増す。 Here, in the present invention, since the refrigerant pipe (21) is sandwiched between the pair of thermoelectric elements (22, 23), the refrigerant pipe (21) and the thermoelectric elements (22, 23) are compared with the case where there is one thermoelectric element. The contact area with 23) increases. Therefore, the heat dissipation action and the heat absorption action of the refrigerant pipe (21) with respect to the refrigerant are increased. On the other hand, since each of the thermoelectric elements (22, 23) is provided with the fin group (25), the heat absorbing action and the heat releasing action with respect to the target fluid are increased.
第２の発明は、上記第１の発明において、上記冷媒管（21）の上記熱電素子（22,23）が配置されていない部分のうち、少なくとも上記対象流体の流通方向と対向する部分を覆う断熱材（33）を備えているものである。 A second invention covers at least a portion of the refrigerant pipe (21) facing the flow direction of the target fluid among the portions of the refrigerant pipe (21) where the thermoelectric elements (22, 23) are not arranged. A heat insulating material (33) is provided.
上記の発明では、断熱材（33）によって、冷媒管（21）の熱電素子（22,23）が配置されていない部分のうち対象流体の流通方向と対向する部分に対象流体が接触するのを防止できる。これにより、冷媒管（21）の冷媒と対象流体との熱交換が抑制される。 In the above invention, the heat insulating material (33) prevents the target fluid from contacting the portion of the refrigerant pipe (21) where the thermoelectric elements (22, 23) are not disposed and facing the flow direction of the target fluid. Can be prevented. Thereby, heat exchange between the refrigerant in the refrigerant pipe (21) and the target fluid is suppressed.
第３の発明は、上記第１の発明において、上記冷媒管（21）と上記各熱電素子（22,23）、および該各熱電素子（22,23）と上記フィン群（25）は、それぞれ接着剤によって接合されているものである。 According to a third invention, in the first invention, the refrigerant pipe (21) and the thermoelectric elements (22, 23), the thermoelectric elements (22, 23), and the fin group (25) They are joined by an adhesive.
上記の発明では、冷媒管（21）と各熱電素子（22,23）とフィン群（25）とが接着剤によって一体に接合されている。 In the above invention, the refrigerant pipe (21), the thermoelectric elements (22, 23), and the fin group (25) are integrally joined by the adhesive.
第４の発明は、上記第１の発明において、上記冷媒管（21）は、上記熱電素子（22,23）の幅方向に扁平に形成され、内部に複数の微小流路（21a）を有する多孔扁平管であるものである。 In a fourth aspect based on the first aspect, the refrigerant pipe (21) is formed flat in the width direction of the thermoelectric element (22, 23) and has a plurality of micro flow paths (21a) therein. It is a porous flat tube.
上記の発明において、冷媒管（21）が微小流路（21a）を複数有する、いわゆるマイクロチャネルとして形成される。 In the above invention, the refrigerant pipe (21) is formed as a so-called microchannel having a plurality of microchannels (21a).
第５の発明は、上記第１乃至第４の何れか１の発明において、上記冷媒管（21）、上記熱電素子（22,23）および上記フィン群（25）が熱交換モジュール（20）を構成し、該熱交換モジュール（20）が上記対象流体の流通方向に対して直交する方向に複数並列されるている。一方、本発明の熱交換器は、上記各熱交換モジュール（20）の冷媒管（21）の一端側に接続され、冷媒を上記各冷媒管（21）へ分配流入させるための入口側ヘッダ（11）と、上記各熱交換モジュール（20）の冷媒管（21）の他端側に接続され、上記各冷媒管（21）から流出した冷媒が合流する出口側ヘッダ（13）とを備えているものである。 According to a fifth invention, in any one of the first to fourth inventions, the refrigerant pipe (21), the thermoelectric elements (22, 23), and the fin group (25) form a heat exchange module (20). A plurality of the heat exchange modules (20) are arranged in parallel in a direction orthogonal to the flow direction of the target fluid. On the other hand, the heat exchanger of the present invention is connected to one end side of the refrigerant pipe (21) of each of the heat exchange modules (20), and has an inlet-side header (for distributing and flowing the refrigerant into each of the refrigerant pipes (21)). 11) and an outlet header (13) connected to the other end of the refrigerant pipe (21) of each of the heat exchange modules (20) and where the refrigerant flowing out of the refrigerant pipe (21) joins. It is what.
上記の発明では、対象流体の流通方向に直交する方向に、順に、フィン群（25）、熱電素子（22）、マイクロチャネル（21）、熱電素子（23）、フィン群（25）、フィン群（25）、熱電素子（22）、・・・が配置される。そして、入口側ヘッダ（11）に流入した冷媒が各熱交換モジュール（20）のマイクロチャネル（21）に流入し、例えば放熱作用を受ける。そして、各マイクロチャネル（21）において放熱された冷媒が出口側ヘッダ（13）に流出して合流し、外部へ流出する。 In the above invention, the fin group (25), the thermoelectric element (22), the microchannel (21), the thermoelectric element (23), the fin group (25), the fin group in the direction orthogonal to the flow direction of the target fluid. (25), thermoelectric elements (22), ... are arranged. Then, the refrigerant flowing into the inlet header (11) flows into the microchannel (21) of each heat exchange module (20) and receives, for example, a heat dissipation action. And the refrigerant | coolant thermally radiated in each microchannel (21) flows out into the exit side header (13), merges, and flows out outside.
以上のように、第１の発明によれば、１つの冷媒管（21）を一対の熱電素子（22,23）で挟み込み、その各熱電素子（22,23）の外側面にフィン群（25）をそれぞれ設けるようにした。したがって、冷媒管（21）に対する放熱作用および吸熱作用を増大させることができると共に、対象流体への放熱作用および吸熱作用をも増大させることができる。そのため、熱交換器（10）の熱交換性能を向上させることができる。そして、熱交換性能の向上により、熱電素子（22,23）、冷媒管（21）およびフィン群（25）のサイズを従来ほど大きくする必要がないため、全体としてコンパクト化および軽量化を実現することができる。 As described above, according to the first invention, one refrigerant pipe (21) is sandwiched between the pair of thermoelectric elements (22, 23), and the fin group (25 ). Therefore, it is possible to increase the heat dissipation effect and the heat absorption effect on the refrigerant pipe (21), and also increase the heat dissipation effect and the heat absorption effect on the target fluid. Therefore, the heat exchange performance of the heat exchanger (10) can be improved. And by improving the heat exchange performance, it is not necessary to increase the size of the thermoelectric elements (22, 23), the refrigerant pipe (21), and the fin group (25) as in the past, so that the overall size and weight can be reduced. be able to.
また、第２の発明によれば、断熱材（33）によって、冷媒管（21）の冷媒と対象流体との熱交換を抑制することができる。これにより、無駄な熱交換を抑えることができ、熱交換効率を向上させることができる。 Moreover, according to 2nd invention, heat exchange with the refrigerant | coolant of a refrigerant pipe (21) and an object fluid can be suppressed with a heat insulating material (33). Thereby, useless heat exchange can be suppressed and heat exchange efficiency can be improved.
従来では、熱電素子と液体ジャケット（冷媒管）とフィン群とをネジ締結によって接合させていたため、熱交換とは無関係なネジ締結部が必要であったり、液体ジャケットやフィン群のベース板の剛性を上げるために部材を厚くする必要があり、熱電素子に対して液体ジャケットやフィン群（25）のサイズが必要以上に大きかった。そのため、熱交換器が大型化していた。そこで、第３の発明によれば、上述したようにフィン群（25）やマイクロチャネル（21）が軽量となるため、熱電素子（22,23）とマイクロチャネル（21）とフィン群（25）とを接着剤で接合することができる。つまり、軽量になった分、ネジ締結のような高い接合強度が不要となり、接着剤による接合強度で十分となる。この場合、ネジ締結部が不要となり、またネジ締結のための高い剛性がそれほど必要でないためマイクロチャネル（21）やフィン群（25）のベース板等を厚くする必要がなくなる。その結果、コンパクト化および軽量化を一層図ることができる。 Conventionally, the thermoelectric element, the liquid jacket (refrigerant tube), and the fin group are joined by screw fastening, so that a screw fastening portion unrelated to heat exchange is necessary, or the rigidity of the base plate of the liquid jacket or fin group is required. In order to increase the thickness, it was necessary to increase the thickness of the member, and the size of the liquid jacket and the fin group (25) was larger than necessary for the thermoelectric element. Therefore, the heat exchanger has been enlarged. Therefore, according to the third invention, as described above, the fin group (25) and the microchannel (21) are lightweight, so the thermoelectric element (22, 23), the microchannel (21), and the fin group (25). Can be bonded with an adhesive. That is, as the weight is reduced, a high bonding strength such as screw fastening is unnecessary, and the bonding strength by the adhesive is sufficient. In this case, a screw fastening portion is not necessary, and high rigidity for screw fastening is not so necessary, so that it is not necessary to thicken the base plate of the microchannel (21) and the fin group (25). As a result, it is possible to further reduce the size and weight.
また、第４の発明によれば、冷媒管としてマイクロチャネル（21）を用いているため、コンパクト且つ熱交換性能の高い冷媒管を得ることができる。よって、コンパクトで、高い熱交換性能を有する熱交換器（10）を一層実現することができる。 According to the fourth invention, since the microchannel (21) is used as the refrigerant pipe, a compact and high heat exchange performance refrigerant pipe can be obtained. Therefore, the heat exchanger (10) which is compact and has high heat exchange performance can be further realized.
また、第５の発明によれば、小型で高性能の熱交換モジュール（20）を複数並列に設けることにより、それ程大型化および重量化させることなく、冷却能力を高めることができる。 According to the fifth aspect of the invention, by providing a plurality of small, high-performance heat exchange modules (20) in parallel, the cooling capacity can be increased without increasing the size and weight.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The following embodiments are essentially preferable examples, and are not intended to limit the scope of the present invention, its application, or its use.
本実施形態の熱交換器（10）は、対象流体として空気（以下、対象空気という。）を冷却する気体冷却器である。本実施形態の熱交換器（10）は、図１〜図３に示すように、複数の熱交換モジュール（20）と、入口側ヘッダ（11）および出口側ヘッダ（13）とを備えている。 The heat exchanger (10) of this embodiment is a gas cooler that cools air (hereinafter referred to as “target air”) as a target fluid. The heat exchanger (10) of this embodiment is provided with the some heat exchange module (20), the inlet side header (11), and the outlet side header (13), as shown in FIGS. 1-3. .
上記熱交換モジュール（20）は、図２に示すように、冷媒管としてのマイクロチャネル（21）と、一対の熱電素子（22,23）と、一対のフィン群（25）とを備えている。 As shown in FIG. 2, the heat exchange module (20) includes a microchannel (21) as a refrigerant tube, a pair of thermoelectric elements (22, 23), and a pair of fin groups (25). .
上記マイクロチャネル（21）は、内部に複数の微小流路（21a）を有する多孔扁平管である（図３参照）。マイクロチャネル（21）は、本発明に係る冷媒管を構成している。このマイクロチャネル（21）は、対象空気の流通方向（図３参照）に扁平に形成されている。また、マイクロチャネル（21）は、微小流路（21a）が対象空気の流通方向に一列に並ぶように形成されている。 The microchannel (21) is a porous flat tube having a plurality of microchannels (21a) therein (see FIG. 3). The microchannel (21) constitutes the refrigerant pipe according to the present invention. The microchannel (21) is formed flat in the flow direction of the target air (see FIG. 3). The microchannel (21) is formed so that the microchannels (21a) are arranged in a line in the flow direction of the target air.
上記一対の熱電素子（22,23）は、マイクロチャネル（21）の長手方向（即ち、図１や図２（Ａ）における上下方向）に延びる板状に形成されている。つまり、マイクロチャネル（21）は、扁平な矩形体に形成されている。そして、一対の熱電素子（22,23）は、マイクロチャネル（21）をその扁平面側から挟み込むように配置されている。 The pair of thermoelectric elements (22, 23) is formed in a plate shape extending in the longitudinal direction of the microchannel (21) (that is, the vertical direction in FIGS. 1 and 2A). That is, the microchannel (21) is formed in a flat rectangular body. The pair of thermoelectric elements (22, 23) are arranged so as to sandwich the microchannel (21) from the flat surface side.
上記各熱電素子（22,23）は、マイクロチャネル（21）よりも長さが短く、マイクロチャネル（21）の両端部以外で重なっている。つまり、マイクロチャネル（21）の両端部には熱電素子（22,23）が重なっていない。さらに、各熱電素子（22,23）の幅は、マイクロチャネル（21）の幅とほぼ等しい（マイクロチャネル（21）の幅よりも僅かに長い。）。 Each of the thermoelectric elements (22, 23) has a length shorter than that of the microchannel (21), and overlaps except at both ends of the microchannel (21). That is, the thermoelectric elements (22, 23) do not overlap at both ends of the microchannel (21). Furthermore, the width of each thermoelectric element (22, 23) is substantially equal to the width of the microchannel (21) (slightly longer than the width of the microchannel (21)).
上記一対のフィン群（25）は、各熱電素子（22,23）のマイクロチャネル（21）側とは反対側の扁平面に設けられている。各フィン群（25）は、片面に複数のフィンが形成されるベース板（24）を備え、いわゆるコルゲートフィンにより構成されている。なお、コルゲートフィンは、一般に、フィン厚さが薄く、フィン高さが低く、フィンピッチが狭い。そして、フィン群（25）は、ベース板（24）のフィン側とは反対側の面が熱電素子（22,23）の扁平面に接着している。ベース板（24）の長さ、即ちフィン群（25）の長さは、マイクロチャネル（21）の長さよりも短く、熱電素子（22,23）の長さよりも若干長い。ベース板（24）の幅、即ちフィン群（25）の幅は、熱電素子（22,23）の幅よりも長い。 The pair of fin groups (25) is provided on the flat surface opposite to the microchannel (21) side of each thermoelectric element (22, 23). Each fin group (25) includes a base plate (24) in which a plurality of fins are formed on one surface, and is configured by so-called corrugated fins. Note that corrugated fins generally have a small fin thickness, a low fin height, and a narrow fin pitch. In the fin group (25), the surface of the base plate (24) opposite to the fin side is bonded to the flat surface of the thermoelectric elements (22, 23). The length of the base plate (24), that is, the length of the fin group (25) is shorter than the length of the microchannel (21) and slightly longer than the length of the thermoelectric elements (22, 23). The width of the base plate (24), that is, the width of the fin group (25) is longer than the width of the thermoelectric elements (22, 23).
上記熱交換モジュール（20）では、マイクロチャネル（21）と各熱電素子（22,23）とが接着剤によって接合されている。また、各熱電素子（22,23）と各フィン群（25）のベース板（24）とが接着剤によって接合されている。そして、接着剤は熱伝導型のものが用いられる。これにより、マイクロチャネル（21）と熱電素子（22,23）とフィン群（25）とが一体に形成されて熱交換モジュール（20）を構成している。そして、熱交換モジュール（20）が対象空気の流通方向に直交する方向に複数並列されている。 In the heat exchange module (20), the microchannel (21) and the thermoelectric elements (22, 23) are joined by an adhesive. Further, each thermoelectric element (22, 23) and the base plate (24) of each fin group (25) are joined together by an adhesive. A heat conductive type adhesive is used. Thereby, the microchannel (21), the thermoelectric elements (22, 23), and the fin group (25) are integrally formed to constitute the heat exchange module (20). A plurality of heat exchange modules (20) are juxtaposed in a direction orthogonal to the flow direction of the target air.
上記入口側ヘッダ（11）および出口側ヘッダ（13）は、何れも対象空気の流通方向に直交する方向に延びる円形管である。入口側ヘッダ（11）は、各熱交換モジュール（20）のマイクロチャネル（21）の入口端である一端側（図２（Ａ）の上側）に接続されている。出口側ヘッダ（13）は、各熱交換モジュール（20）のマイクロチャネル（21）の出口端である他端側（図２（Ａ）の下側）に接続されている。マイクロチャネル（21）の入口端および出口端は、各ヘッダ（11,13）の内部に突出して開口している。つまり、各熱交換モジュール（20）がヘッダ（11,13）に対して並列に接続されている。なお、図示しないが、入口側ヘッダ（11）には外部から冷媒が流入する冷媒流入口が、出口側ヘッダ（13）には外部へ冷媒が流出する冷媒流出口がそれぞれ設けられている。 Each of the inlet side header (11) and the outlet side header (13) is a circular tube extending in a direction orthogonal to the flow direction of the target air. The inlet side header (11) is connected to one end side (the upper side of FIG. 2A) which is the inlet end of the microchannel (21) of each heat exchange module (20). The outlet side header (13) is connected to the other end side (the lower side of FIG. 2A) that is the outlet end of the microchannel (21) of each heat exchange module (20). The inlet end and the outlet end of the microchannel (21) protrude and open inside the headers (11, 13). That is, each heat exchange module (20) is connected in parallel to the header (11, 13). Although not shown, the inlet header (11) is provided with a refrigerant inlet through which refrigerant flows from the outside, and the outlet header (13) is provided with a refrigerant outlet through which refrigerant flows out.
上記入口側ヘッダ（11）は、外部から流入した冷媒が各熱交換モジュール（20）のマイクロチャネル（21）の微小流路（21a）へ分配流入するように構成されている。出口側ヘッダ（13）は、各マイクロチャネル（21）の微小流路（21a）から流出した冷媒が合流して外部へ流出するように構成されている。 The inlet header (11) is configured so that the refrigerant flowing from the outside is distributed and flows into the micro flow path (21a) of the micro channel (21) of each heat exchange module (20). The outlet header (13) is configured such that the refrigerant that has flowed out of the microchannels (21a) of the microchannels (21) joins and flows out.
そして、各ヘッダ（11,13）の両端開口には、蓋（12,14）が取り付けられている。また、熱交換器（10）は、各ヘッダ（11,13）の蓋（12,14）に接着剤によって取り付けられる側板（15）を備えている。つまり、この側板（15）は、対象空気の流通方向から視て熱交換器（10）の右側片および左側片を構成している。なお、この熱交換器（10）では、フィン群（25）の隙間が空気流通部（16）を構成している。 A lid (12, 14) is attached to each end opening of each header (11, 13). The heat exchanger (10) includes a side plate (15) attached to the lid (12, 14) of each header (11, 13) with an adhesive. That is, this side plate (15) constitutes the right side piece and the left side piece of the heat exchanger (10) when viewed from the flow direction of the target air. In the heat exchanger (10), the gap between the fin groups (25) constitutes the air circulation part (16).
また、本実施形態の熱交換器（10）には、断熱材（31,32,33）が設けられている。具体的に、各ヘッダ（11,13）の外周面にはヘッダ用断熱材（31）が巻かれている（図２参照）。また、側板（15）の内側面（即ち、空気流通部（16）に接する面）には側板用断熱材（32）が取り付けられている（図２参照）。また、図３にも示すように、対象空気の流通方向における熱電素子（22,23）の前面側（図３における下側）と後面側（図３における上側）に管用断熱材（33）が設けられている。つまり、マイクロチャネル（21）および熱電素子（22,23）の前面・後面が管用断熱材（33）によって覆われて対象空気に触れないようになっている。 Moreover, the heat exchanger (10) of this embodiment is provided with a heat insulating material (31, 32, 33). Specifically, a header heat insulating material (31) is wound around the outer peripheral surface of each header (11, 13) (see FIG. 2). Further, a side plate heat insulating material (32) is attached to the inner side surface of the side plate (15) (that is, the surface in contact with the air circulation portion (16)) (see FIG. 2). Also, as shown in FIG. 3, pipe insulation (33) is provided on the front side (lower side in FIG. 3) and rear side (upper side in FIG. 3) of the thermoelectric elements (22, 23) in the flow direction of the target air. Is provided. That is, the front and rear surfaces of the microchannel (21) and the thermoelectric elements (22, 23) are covered with the heat insulating material for pipe (33) so as not to touch the target air.
この熱交換器（10）では、各熱電素子（22,23）のマイクロチャネル（21）側の面が加熱面となり、各熱電素子（22,23）のフィン群（25）側の面が冷却面となる。これにより、マイクロチャネル（21）が放熱側となり、フィン群（25）が吸熱側となる。 In this heat exchanger (10), the surface on the microchannel (21) side of each thermoelectric element (22,23) serves as a heating surface, and the surface on the fin group (25) side of each thermoelectric element (22,23) cools. It becomes a surface. Thereby, the microchannel (21) becomes the heat dissipation side, and the fin group (25) becomes the heat absorption side.
上記入口側ヘッダ（11）に流入した冷媒（液体）は、各熱交換モジュール（20）のマイクロチャネル（21）に流入する。一方、各熱交換モジュール（20）のフィン群（25）に対象空気が流入する。マイクロチャネル（21）に流入した冷媒は、両側の熱電素子（22,23）から放熱されて蒸発する。フィン群（25）を流通する対象空気は、フィンによって吸熱されて所定温度に冷却される。冷却された対象空気は利用側へ供給される。 The refrigerant (liquid) that flows into the inlet header (11) flows into the microchannel (21) of each heat exchange module (20). On the other hand, the target air flows into the fin group (25) of each heat exchange module (20). The refrigerant flowing into the microchannel (21) is dissipated from the thermoelectric elements (22, 23) on both sides and evaporates. The target air flowing through the fin group (25) is absorbed by the fins and cooled to a predetermined temperature. The cooled target air is supplied to the user side.
ここで、１つのマイクロチャネル（21）が一対の熱電素子（22,23）によって挟み込まれているため、片側に１つの熱電素子を設けた場合に比べて、放熱作用が増大して放熱効率が向上する。しかも、微小流路（21a）を複数有するマイクロチャネル（21）を用いているため、放熱効率が一層向上する。 Here, since one microchannel (21) is sandwiched between a pair of thermoelectric elements (22, 23), compared with the case where one thermoelectric element is provided on one side, the heat dissipation action is increased and the heat dissipation efficiency is improved. improves. Moreover, since the microchannel (21) having a plurality of microchannels (21a) is used, the heat dissipation efficiency is further improved.
また、熱交換モジュール（20）において各熱電素子（22,23）にフィン群（25）が設けられているため、即ち１つのマイクロチャネル（21）に対して一対のフィン群（25）が設けられているため、熱交換モジュール（20）１つ当たりの吸熱効率が向上する。 Further, since the fin group (25) is provided in each thermoelectric element (22, 23) in the heat exchange module (20), that is, a pair of fin groups (25) is provided for one microchannel (21). Therefore, the heat absorption efficiency per heat exchange module (20) is improved.
−実施形態の効果−
以上のように、本実施形態によれば、１つのマイクロチャネル（21）を一対の熱電素子（22,23）で挟み込み、その熱電素子（22,23）の外側面に一対のフィン群（25）を設けるようにしたため、１つの熱交換モジュール（20）における放熱性能（放熱効率）および吸熱性能（吸熱効率、冷却性能）を向上させることができる。
-Effect of the embodiment-
As described above, according to this embodiment, one microchannel (21) is sandwiched between a pair of thermoelectric elements (22, 23), and a pair of fin groups (25 ) Is provided, it is possible to improve the heat dissipation performance (heat dissipation efficiency) and heat absorption performance (heat absorption efficiency, cooling performance) in one heat exchange module (20).
本実施形態では、フィン群（25）（即ち、ベース板（24））やマイクロチャネル（21）が熱電素子（22,23）とほぼ同等の大きさ（長さ、幅）となっている。このように、熱電素子（22,23）に対してフィン群（25）を大型化しなくても、吸熱性能を向上させることができる。したがって、性能向上と共にコンパクト化・軽量化を図ることができる。 In the present embodiment, the fin group (25) (that is, the base plate (24)) and the microchannel (21) have substantially the same size (length and width) as the thermoelectric elements (22, 23). Thus, the heat absorption performance can be improved without increasing the size of the fin group (25) relative to the thermoelectric elements (22, 23). Therefore, it is possible to reduce the size and weight as well as improve the performance.
また、冷媒管としてマイクロチャネル（21）を用いているため、放熱性能の向上およびコンパクト化を一層図ることができる。また、フィン群（25）にはいわゆるコルゲートフィンを用いているため、コンパクトで高い吸熱性能（熱交換性能）を得ることができる。これらにより、熱交換器（10）の大型化を防止しつつ、熱交換性能を高めることができる。 Moreover, since the microchannel (21) is used as the refrigerant pipe, the heat dissipation performance can be further improved and the size can be further reduced. Further, since so-called corrugated fins are used for the fin group (25), it is possible to obtain a compact and high endothermic performance (heat exchange performance). As a result, heat exchange performance can be improved while preventing an increase in the size of the heat exchanger (10).
また、従来では、熱電素子と液体ジャケット（冷媒管）とフィン群とをネジ締結によって接合させていたため、熱交換とは無関係なネジ締結部が必要であったり、液体ジャケットやフィン群のベース板の剛性を上げるために部材を厚くする必要があり、熱電素子に対して液体ジャケットやフィン群（25）のサイズが必要以上に大きかった。そのため、熱交換器が大型化していた。そこで、本実施形態では、上述したようにフィン群（25）やマイクロチャネル（21）が軽量となるため、熱電素子（22,23）とマイクロチャネル（21）とフィン群（25）とを接着剤で接合することができる。つまり、軽量になった分、ネジ締結のような高い接合強度が不要となる。したがって、ネジ締結部が不要となり、またネジ締結のための高い剛性がそれほど必要でないためマイクロチャネル（21）やフィン群（25）のベース板（24）を厚くする必要もなくなる。その結果、コンパクト化および軽量化を一層図ることができる。 Conventionally, since the thermoelectric element, the liquid jacket (refrigerant tube), and the fin group are joined by screw fastening, a screw fastening portion irrelevant to heat exchange is necessary, or the base plate of the liquid jacket or fin group is used. In order to increase the rigidity of the thermoelectric element, it was necessary to increase the thickness of the member, and the size of the liquid jacket and fin group (25) was larger than necessary for the thermoelectric element. Therefore, the heat exchanger has been enlarged. Therefore, in the present embodiment, the fin group (25) and the microchannel (21) are lightened as described above, and thus the thermoelectric element (22, 23), the microchannel (21), and the fin group (25) are bonded. Can be joined with an agent. That is, as the weight is reduced, a high joint strength such as screw fastening is unnecessary. Therefore, the screw fastening portion is not necessary, and high rigidity for screw fastening is not so necessary, so that it is not necessary to increase the thickness of the base plate (24) of the microchannel (21) or the fin group (25). As a result, it is possible to further reduce the size and weight.
また、本実施形態では、小型で高性能の熱交換モジュール（20）を複数並列に設けることにより、従来よりも小型且つ軽量で高い冷却能力を有する熱交換器（10）を提供することができる。 In the present embodiment, a plurality of small and high-performance heat exchange modules (20) are provided in parallel, thereby providing a heat exchanger (10) that is smaller and lighter than the conventional heat exchanger (10). .
また、従来のように、熱電素子に対して液体ジャケットやフィン群のサイズが大きいと、熱電素子に対する熱移動が集中してしまい面内方向に熱抵抗が生じていた。本実施形態では、上述したように熱電素子（22,23）に対してマイクロチャネル（21）やフィン群（25）のサイズがほぼ同等であるため、そういった熱抵抗を抑えることができる。その結果、熱交換性能の一層高い熱交換器（10）を提供することができる。 Further, as in the prior art, when the size of the liquid jacket or the fin group is large with respect to the thermoelectric element, the heat transfer to the thermoelectric element is concentrated and a thermal resistance is generated in the in-plane direction. In the present embodiment, as described above, the microchannel (21) and the fin group (25) are approximately equal in size to the thermoelectric elements (22, 23), and thus such thermal resistance can be suppressed. As a result, a heat exchanger (10) with higher heat exchange performance can be provided.
また、本実施形態では、断熱材（31,32,33）を設けるようにしたため、各ヘッダ（11,13）やマイクロチャネル（21）における冷媒の熱ロスを抑えることができる。特に、マイクロチャネル（21）の熱電素子（22,23）が配置されていない部分（即ち、対象空気の流通方向における前面および後面）を断熱材（33）で覆って対象空気との接触を防止しているため、冷媒と対象空気とが熱交換するのを確実に防止することができる。これにより、無駄な熱交換を抑えることができ、熱交換効率を向上させることができる。 Moreover, in this embodiment, since the heat insulating material (31, 32, 33) is provided, the heat loss of the refrigerant in each header (11, 13) and the microchannel (21) can be suppressed. In particular, the portion of the microchannel (21) where the thermoelectric elements (22, 23) are not disposed (ie, the front and rear surfaces in the direction of flow of the target air) is covered with a heat insulating material (33) to prevent contact with the target air. Therefore, it is possible to reliably prevent heat exchange between the refrigerant and the target air. Thereby, useless heat exchange can be suppressed and heat exchange efficiency can be improved.
《その他の実施形態》
本発明は、上記実施形態について、以下のような構成としてもよい。
<< Other Embodiments >>
The present invention may be configured as follows with respect to the above embodiment.
例えば、上記実施形態では、対象空気を冷却する熱交換器（10）（気体冷却器）について説明したが、本発明は、対象空気を加熱する気体加熱器としても適用することができる。その場合、熱電素子（22,23）に逆電流を流すことにより、マイクロチャネル（21）側が吸熱側となり、フィン群（25）側が放熱側となる。これにより、対象空気がフィン群（25）によって放熱されて加熱される。 For example, in the above embodiment, the heat exchanger (10) (gas cooler) that cools the target air has been described, but the present invention can also be applied as a gas heater that heats the target air. In that case, by applying a reverse current to the thermoelectric elements (22, 23), the microchannel (21) side becomes the heat absorption side, and the fin group (25) side becomes the heat dissipation side. Thus, the target air is radiated and heated by the fin group (25).
また、上記実施形態では、フィン群（25）を流通する気体（空気）を利用するようにしているが、マイクロチャネル（21）を流れる液体（冷媒）を利用する用にしてもよいことは勿論である。 In the above embodiment, the gas (air) flowing through the fin group (25) is used. However, it is of course possible to use the liquid (refrigerant) flowing through the microchannel (21). It is.
また、各ヘッダ（11,13）を省略して、１つの熱交換モジュール（20）で構成した熱交換器（10）であってもよい。 Moreover, the heat exchanger (10) comprised by one heat exchange module (20) may be sufficient, omitting each header (11, 13).
また、上記実施形態において、各断熱材（31,32,33）を省略するようにしてもよいし、コルゲートフィン以外のフィン形式をフィン群（25）に用いるようにしてもよいし、マイクロチャネル（21）ではなく流路を１つ有する管を冷媒管として用いるようにしてもよい。 Moreover, in the said embodiment, you may make it abbreviate | omit each heat insulating material (31,32,33), and may use fin forms other than a corrugated fin for a fin group (25), or a microchannel. Instead of (21), a pipe having one flow path may be used as the refrigerant pipe.
また、上記実施形態では、フィン群（25）を流通する気体（空気）を冷却あるいは加熱して利用するようにしているが、これに限定されない。例えば、本発明の熱交換器（10）は、熱電素子（22,23）の電源の代わりに負荷を接続し、吸熱側に外部より熱入力を与えて放熱側より放熱させることにより、即ち吸熱側の温度が放熱側の温度よりも高くなることにより、ゼーベック効果を利用した発電器とすることができる。 Moreover, in the said embodiment, although the gas (air) which distribute | circulates the fin group (25) is cooled or heated and utilized, it is not limited to this. For example, in the heat exchanger (10) of the present invention, a load is connected instead of the power source of the thermoelectric elements (22, 23), and heat is input from the outside to the heat absorption side to dissipate heat from the heat dissipation side, that is, heat absorption. When the temperature on the side becomes higher than the temperature on the heat dissipation side, a power generator utilizing the Seebeck effect can be obtained.
以上説明したように、本発明は、熱電素子を用いた熱交換器について有用である。 As described above, the present invention is useful for a heat exchanger using a thermoelectric element.
10 熱交換器
11 入口側ヘッダ
13 出口側ヘッダ
20 熱交換モジュール
21 マイクロチャネル（冷媒管）
21a 微小流路
22 第１熱電素子（熱電素子）
23 第２熱電素子（熱電素子）
25 フィン群
33 管用断熱材（断熱材）
10 Heat exchanger
11 Inlet header
13 Outlet header
20 Heat exchange module
21 Microchannel (refrigerant tube)
21a Micro channel
22 First thermoelectric element (thermoelectric element)
23 Second thermoelectric element (thermoelectric element)
25 fins
33 Pipe insulation (insulation)
Claims (5)
ことを特徴とする熱交換器。 A refrigerant pipe (21) through which refrigerant flows, and a pair of thermoelectric elements (22, 23) formed in a plate shape extending in the longitudinal direction of the refrigerant pipe (21) and arranged so as to sandwich the refrigerant pipe (21) A fin group (25) formed on the surface opposite to the refrigerant pipe (21) side of each thermoelectric element (22, 23), and the target fluid flows through the fin group (25), A heat exchanger configured to exchange heat with the fin group (25).
上記冷媒管（21）の上記熱電素子（22,23）が配置されていない部分のうち、少なくとも上記対象流体の流通方向と対向する部分を覆う断熱材（33）を備えている
ことを特徴とする熱交換器。 In claim 1,
Among the portions of the refrigerant pipe (21) where the thermoelectric elements (22, 23) are not disposed, the refrigerant pipe (21) includes a heat insulating material (33) that covers at least a portion facing the flow direction of the target fluid. Heat exchanger.
上記冷媒管（21）と上記各熱電素子（22,23）、および該各熱電素子（22,23）と上記フィン群（25）は、それぞれ接着剤によって接合されている
ことを特徴とする熱交換器。 In claim 1,
The refrigerant pipe (21) and the thermoelectric elements (22, 23), and the thermoelectric elements (22, 23) and the fin group (25) are joined by an adhesive, respectively. Exchanger.
上記冷媒管（21）は、上記熱電素子（22,23）の幅方向に扁平に形成され、内部に複数の微小流路（21a）を有する多孔扁平管である
ことを特徴とする熱交換器。 In claim 1,
The refrigerant pipe (21) is a porous flat pipe formed flat in the width direction of the thermoelectric element (22, 23) and having a plurality of micro flow channels (21a) therein. .
上記冷媒管（21）、上記熱電素子（22,23）および上記フィン群（25）が熱交換モジュール（20）を構成し、該熱交換モジュール（20）が上記対象流体の流通方向に対して直交する方向に複数並列される一方、
上記各熱交換モジュール（20）の冷媒管（21）の一端側に接続され、冷媒を上記各冷媒管（21）へ分配流入させるための入口側ヘッダ（11）と、上記各熱交換モジュール（20）の冷媒管（21）の他端側に接続され、上記各冷媒管（21）から流出した冷媒が合流する出口側ヘッダ（13）とを備えている
ことを特徴とする熱交換器。 In any one of Claims 1 thru | or 4,
The refrigerant pipe (21), the thermoelectric elements (22, 23), and the fin group (25) constitute a heat exchange module (20), and the heat exchange module (20) is in a flow direction of the target fluid. While being paralleled in the orthogonal direction,
An inlet-side header (11) connected to one end of the refrigerant pipe (21) of each heat exchange module (20) for distributing and flowing the refrigerant into each refrigerant pipe (21), and each heat exchange module ( A heat exchanger comprising: an outlet-side header (13) connected to the other end of the refrigerant pipe (21) of 20) and into which the refrigerant flowing out of each refrigerant pipe (21) joins.
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