ペットのクーラー、冷暖房器の長寿命化技術。内蔵している熱交換器とペルチェ素子の長寿命設計と技術説明

うさぎの冷房

 安心して、長くご使用いただくために

 壊れにくく長持ちさせる為の≪特許出願済み≫の新技術が多数搭載されています。

ペットのクーラー、冷暖房器の長寿命設計=熱交換機の長寿命設計
ペットのクーラー、ペットの冷房器に使用しているペルチェ素子を長寿命で使用する設計と技術説明のページです。

目次










長寿命化を最優先した設計の基本思想と、特許出願済みの技術

 年間を通して連続運転(つけっぱなし)ができること、そして安心して長年使っていただけることを基本の性能として設計しています。

壊れない設計技術をこのページでご案内しています。

長寿命化の為の数々の新技術(特許出願済みの技術)を搭載して、
安心してご使用いただける、長寿命の冷暖房器です。


動く部品を持たない熱交換器

故障の原因となる冷却用のファンやモーターを必要としない純電子式の超薄型高性能の熱交換機を搭載しています。
動く部分が全くありません。

純電子式の心臓部はペルチェ素子

本器の熱交換機には熱交換素子(ペルチェ素子)を用いています。

ペルチェ素子は寿命が短いと言われます

ペルチェ素子の寿命を短くする主な要因を5つあげて、このクーラーで採用している対応技術を、以下に説明いたします。


§1.【寿命を短くする主な要因1】⇒【高温で劣化する】その対策

● ペルチェ素子は半導体(熱電素子)が100個以上(本器に使用のペルチェ素子は120個以上)平面に並んだ電子部品ですので、高温運転は劣化の最大の原因になります。
 高温による使用条件が、例えば最大使用温度150℃などのように明確に定められています。
この温度を越えれば破損してしまいますし、この温度に近い温度で運転を続ければ、高い冷却力は得られても、ペルチェ素子の寿命が短くなります。

● 過熱の原因の一つに、放熱器の能力不足があります。
放熱器(ヒートシンクやファンが一般に用いられます)の冷却能力が大きければ大きいほどペルチェ素子の寿命は延びます。
しかし、放熱装置を大きくすれば、モーターやファンの騒音が出るし消費電力も大きくなるので、バランスを考えて設計するのが普通です。
 また、ヒートシンクにほこりが溜まれば、放熱能力が落ちます。通風が悪くなったり、設置場所が放熱に適さなかったりすれば、放熱力が落ちます。ひとたび過熱が起きるとペルチェ素子の劣化が進みます。
放熱力が十分であれば、過熱しないのは当然です。

ペルチェ素子の過熱対策

● 低出力運転この『ペットの冷房器』は、定格出力が48ワット以上の運転能力を持った大出力のペルチェ素子を搭載しています。
 これを最大8ワット(小型モデルは4ワット)で正常に運転します。ペルチェ素子のパワーの17パーセントを使用する余裕の設計です。
 放熱量が大幅に減少するのは言うまでもありません。

● 新放熱筒の放熱技術 その上に、新設計の放熱筒を搭載して、ペルチェ素子の放熱面の温度(ペルチェ素子放熱面に密着部の放熱板の温度)が90℃を越えない範囲で運転しています。この新設計の放熱筒はモーターもファンも使用しませんので、故障で放熱力が落ちる心配はありません。(触れることはありませんが、あえて、人が触れることができる熱交換器の外郭部は安全な温度(60℃以下)まで下げています)
この『ペットの冷房器』の過熱対策は、

①ペルチェ素子の17パーセントだけのパワーを使用して、発熱そのものを抑えている。

②新設計の放熱筒で、90℃以上の過熱が起きない。

という、長寿命の安心設計です。(特許出願済み)



§2.【寿命を短くする主な要因2】⇒【電源のON/OFFの繰り返しで劣化する】その対策

 単純な冷房器の温度調節機能は、温度が低くなったら運転を止めて、温度が高くなったら運転を始めるという、ON/OFF方式が一般的です。
 この方式をペルチェ素子に採用すると、ペルチェ素子に熱衝撃が生じて、劣化を速めることになります。
ペルチェ素子は、冷却側の温度はマイナスになりもう一方は高温になっています。これのON/OFFを繰り返すと、ペルチェ素子とその周辺に熱衝撃が起きます。OFFになる度に、熱が冷却側にペルチェ素子を通って一気に逆流する現象です。高温と低温を不規則に繰り返すことによる劣化は想像の通りです。ペルチェ素子のデータに、ON/OFFの繰り返し回数が3000回などと表示されているのは、このことです。

【電源のON/OFFの繰り返しで劣化する】ことの対策

 この『ペットの冷房器』は、シーズン中連続通電をします。夏を迎える前に電源を入れて、夏が終わったら電源を外します。
ペルチェ素子には、その間5ボルトが流れ続けますので、熱衝撃は夏の終わりに1回だけです。
暖房に使用するときも同じです。冬の初めに電源を入れて、春になったら電源を外します。熱衝撃はこの時に1回起きるだけです。何千分の1回しかダメージは起きない仕組みです。しかも、ペルチェ素子の温度差が小さいので熱衝撃のショックも小さくて済みます。



§3.【寿命を短くする主な要因3】⇒【内部結露で劣化する】その対策

 ペルチェ素子の中に並んでいる熱電素子は、わずか3ミリほどの高さですが、一方がマイナスの温度になりもう一方が高熱になる構造です。マイナスになる部分には結露が起こります。結露は半導体だけでなく冷却側の回路にも起こります。結露は寿命を縮める原因になります。

【内部結露で劣化する】ことの対策

 まず、『ペットの冷房器』の≪熱交換ユニット≫のペルチェ素子はマイナス領域で使用しませんので強い結露は発生しません。しかし、ペルチェ素子の熱電半導体の冷却側は、外気よりも20℃程度は低くなりますので、結露が起きる可能性があります。
そこで、結露の原因になる水分を含んだ空気を2重構造で遮断しています。
①1つは、結露防止対策済みのペルチェ素子を採用。
②もう一つは、ペルチェ素子そのものを≪熱交換ユニット≫の中に密封した構造。
以上の対策を取っています。



§4.【寿命を短くする主な要因4】⇒【水分で腐食する】その対策

『ペットの冷房器』ですから、ペットの尿や食べ物や水などがペルチェ素子に侵入すれば、ペルチェ素子を腐食・劣化させてしまいます。

【水分で腐食する】ことの対策

『ペットの冷房器』は、冷却プレートを防水にしています。プレートは水洗いも可能で、結露防止の密封構造ですので、ペルチェ素子に外部から水分が及ぶことはありません。



§5.【寿命を短くする主な要因5】⇒【衝撃で破損しやすい】その対策

ペルチェ素子は、外側が薄いセラミックでできています。衝撃応力にとても弱い構造です。

【衝撃で破損しやすい】ことの対策

『ペットの冷房器』には、ペットが体当たりをするなど思わぬ衝撃を想定して、外部からの衝撃からペルチェ素子を守る、衝撃吸収構造を採用しています。落下等にも耐える構造です。



§6.まとめ

● 余裕の設計で長寿命を実現
 本器は、8ワットの冷房器です。どうして8ワットでペットたちが満足するかは、Q&A・8ワットでは弱すぎませんか?でご確認いただくとしまして、本器が使用しているのは最大瞬間出力が80ワット級の高性能ペルチェ素子です。  小さな出力を得るために、十分に余裕のある大出力のペルチェ素子を本器の心臓部(熱交換器)に搭載しているのは、不必要と思われるほどに大きな余裕を持たせて運転をする設計思想にあります。

● エンジンの例に似ています
 高出力・高性能の自動車エンジンがあるとします。このエンジンを、最も無理のない低い回転数で運転するとすれば、エンジンも車も長持ちするのは当然です。
しかも、もっと素晴らしいことは、吸気系も、排気系も、ラジエターも、何もかもを余裕で運転することができます。

自動車のエンジンは、低回転でも音・振動が出ますが、ペルチェ素子は電子式なので、無音・無振動です。


ペットのクーラー『ペットの冷房器』の技術情報のページに戻る