JP2003028768A - Electronic cooling device - Google Patents
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- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2321/00—Details of machines, plants or systems, using electric or magnetic effects
- F25B2321/02—Details of machines, plants or systems, using electric or magnetic effects using Peltier effects; using Nernst-Ettinghausen effects
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- F25B2321/0251—Removal of heat by a gas
Landscapes
- Sampling And Sample Adjustment (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、例えば、ガス分
析計のガス分析部に供給されるガスを冷却するのに用い
られる電子冷却装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electronic cooling device used for cooling a gas supplied to a gas analysis section of a gas analyzer, for example.
【0002】[0002]
【従来の技術】工場排ガスや大気中に含まれる特定成分
を分析する場合、その分析に供される試料ガスに水分が
含まれていると、検出機器に種々の悪影響が及ぼされる
ところから、前記水分を予め除去する必要がある。試料
ガス中の水分を除去する装置として、試料ガスを冷却
し、試料ガスに含まれる水分を凝縮してドレンとして分
離する機能を備えた電子冷却装置があり、試料ガスが流
れる管を熱交換ブロックに挿通し、この熱交換ブロック
をペルチェ素子によって冷却するように構成されてい
る。このペルチェ素子は、その二つの電極に電流を供給
し、そのエネルギーで電極間の熱の移動を行い、一方の
電極側が冷却され、他方の電極側が発熱して、冷却側に
おいて冷却能力が発揮されるようにしたものである。2. Description of the Related Art When analyzing a specific component contained in a factory exhaust gas or the atmosphere, if a sample gas used for the analysis contains water, various adverse effects are exerted on a detection device. It is necessary to remove water beforehand. As a device for removing water in sample gas, there is an electronic cooling device that has the function of cooling the sample gas and condensing the water contained in the sample gas to separate it as a drain. The heat exchange block is cooled by a Peltier element. This Peltier element supplies a current to the two electrodes, and the energy transfers heat between the electrodes, one electrode side is cooled, the other electrode side generates heat, and the cooling capacity is exerted on the cooling side. It was done so.
【0003】しかし、前記ペルチェ素子は、周囲温度が
高く上昇して前記両電極の温度差が大きくなると、温度
差を作り出す機能とこの温度差によって起こるペルチェ
素子内部の熱伝導が拮抗して、それ以上冷却能力を発揮
しない温度差に達する。図7はこのことを示している。
すなわち、図7は、ペルチェ素子に通電したときにおけ
る温度の経時変化を示すもので、この図において、符号
Aはペルチェ素子の発熱(高温)側の温度変化を示す曲
線、符号Bはペルチェ素子の冷却(低温)側の温度変化
を示す曲線である。ペルチェ素子の周囲温度が低い場合
は、前記発熱側と冷却側の温度差も小さく、冷却効率も
大きいが、周囲温度が高くなると、前記温度差も大きく
なり、50℃以上の温度差(図中の符号Cで示す)が生
ずると、冷却効率は0となる。However, in the Peltier element, when the ambient temperature rises high and the temperature difference between the two electrodes becomes large, the function of creating the temperature difference and the heat conduction inside the Peltier element caused by this temperature difference are antagonized with each other. As a result, the temperature difference is reached at which the cooling capacity is not exerted. FIG. 7 shows this.
That is, FIG. 7 shows a change with time in temperature when the Peltier element is energized. In this figure, reference symbol A represents a temperature change on the heat (high temperature) side of the Peltier device, and reference symbol B represents the Peltier device. It is a curve showing the temperature change on the cooling (low temperature) side. When the ambient temperature of the Peltier element is low, the temperature difference between the heat generating side and the cooling side is small and the cooling efficiency is large, but when the ambient temperature is high, the temperature difference is large, and the temperature difference of 50 ° C or more (in the figure, (Indicated by the symbol C) of 0) occurs, the cooling efficiency becomes zero.
【0004】したがって、周囲温度が上昇しても所定の
冷却温度を維持しようとすれば、前記発熱側を冷却する
必要がある。そこで、従来より、ペルチェ素子の発熱側
に放熱フィンを備えた放熱器を設けるとともに、前記放
熱フィンの熱抵抗を小さくするため、ファンを設け、放
熱器に対して送風するようにしていたが、電子冷却装置
の使用環境温度が幅広く要求されるような場合には、放
熱器やファンの容量を、幅広い温度や過酷な温度条件下
においても十分対処できるように設定し、信頼度を確保
するようにしていた。Therefore, in order to maintain a predetermined cooling temperature even if the ambient temperature rises, it is necessary to cool the heat generating side. Therefore, conventionally, a radiator provided with a radiation fin on the heat generation side of the Peltier element was provided, and in order to reduce the thermal resistance of the radiation fin, a fan was provided to blow air to the radiator. If the operating environment temperature of the electronic cooling device is widely required, set the radiator and fan capacities so that they can be adequately handled even under a wide range of temperature and severe temperature conditions, and ensure reliability. I was doing.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ように、幅広い温度や過酷な温度条件下においても十分
対処できるように、放熱器やファンの容量を設定した場
合、通常の使用環境下では、放熱器やファンの放熱容量
や送風容量が十分過ぎるものとなり、それだけコストア
ップになる。However, as described above, when the capacities of the radiator and the fan are set so as to sufficiently cope with a wide range of temperatures and severe temperature conditions, under normal use environment, The heat dissipation capacity and the ventilation capacity of the radiator and fan are too large, which increases the cost.
【0006】ところで、電子冷却装置において使用され
るペルチェ素子は、一般的に定電流制御されるが、発熱
側と冷却側の電極間の電位差が大きくなると、それに見
合う電源電圧を準備し、定電流供給が正常に行われるよ
うに設計する必要がある。そして、環境温度が低くなっ
てくると、同じ冷却温度で制御する場合においても前記
電極間の温度差が小さくて済むため、冷却に要する電流
が同じでも、前記電極間の電圧が小さくなる。したがっ
て、定電流回路に使用する制御用トランジスタのコレク
タ−エミッタ間電圧は、環境温度が低いときと高いとき
とで大きな開きが生じ、設計的には、低温環境下でコレ
クタ−エミッタ間電圧の大きいときにパワー定格に問題
が生じない制御用トランジスタを選ぶ必要がある。その
結果、大容量の制御用トランジスタが必要になるととも
に、ペルチェ素子内部および制御用トランジスタのそれ
ぞれにおける消費電力が増えるので、長期間使用した場
合、トータル的な消費電力が多くなり、コストアップす
るといった問題がある。By the way, the Peltier element used in the electronic cooling device is generally controlled by a constant current. However, when the potential difference between the electrodes on the heat generating side and the cooling side becomes large, a power supply voltage corresponding to it is prepared and the constant current is adjusted. It needs to be designed so that the supply is performed normally. When the environmental temperature becomes low, the temperature difference between the electrodes can be small even when controlling at the same cooling temperature, so the voltage between the electrodes becomes small even if the current required for cooling is the same. Therefore, the collector-emitter voltage of the control transistor used in the constant current circuit has a large difference between when the environment temperature is low and when it is high, and by design, the collector-emitter voltage is large in a low temperature environment. Sometimes it is necessary to choose a control transistor that does not cause power rating problems. As a result, a large-capacity control transistor is required, and the power consumption in each of the Peltier element and the control transistor increases, so that when used for a long time, the total power consumption increases and the cost increases. There's a problem.
【0007】また、前記ペルチェ素子においては、高温
側と低温側の端子間には、ペルチェ素子温度差ΔTに比
例した熱起電力vが発生することが分かっている。図8
は、この熱起電力vと温度差ΔTとの関係を示す図であ
る。In the Peltier element, it has been known that a thermoelectromotive force v proportional to the Peltier element temperature difference ΔT is generated between the high temperature side terminal and the low temperature side terminal. Figure 8
FIG. 4 is a diagram showing a relationship between the thermoelectromotive force v and the temperature difference ΔT.
【0008】前記電圧vは、図8から理解されるよう
に、ペルチェ素子の高温側と低温側の端子間の温度差Δ
Tに比例して上昇する。これはペルチェ素子内で温度差
の増大に伴って電位差の増加が生ずる、いわゆるゼーベ
ック効果が生ずるためである。ここで、ゼーベック係数
をαとするとき、前記電圧vと温度差ΔTとの間には、
v=α×ΔTなる関係が成立する。したがって、ペルチ
ェ素子の両端の電圧をモニターすることにより、ペルチ
ェ素子の温度差を検出することができる。As can be understood from FIG. 8, the voltage v is a temperature difference Δ between the high temperature side terminal and the low temperature side terminal of the Peltier element.
Increases in proportion to T. This is because the so-called Seebeck effect occurs in which the potential difference increases with the temperature difference in the Peltier element. Here, when the Seebeck coefficient is α, between the voltage v and the temperature difference ΔT,
The relationship of v = α × ΔT is established. Therefore, the temperature difference between the Peltier elements can be detected by monitoring the voltage across the Peltier element.
【0009】この発明は、上述の事柄に留意してなされ
たもので、第1目的は、使用する環境温度に大きな幅が
生ずるような場合においても、効率のよい運転を行うこ
とができ、所望の冷却能力を発揮することができる電子
冷却装置を提供することであり、第2目的は、大容量の
制御用トランジスタを用いることなく、長期間にわたっ
て安価かつ合理的に運転することのできる電子冷却装置
を提供することである。The present invention has been made in consideration of the above matters. A first object of the present invention is that it is possible to perform an efficient operation even in a case where a wide range of ambient temperatures is used, which is desirable. A second object of the present invention is to provide an electronic cooling device capable of exerting the cooling capacity of the electronic cooling device, and a second object thereof is an electronic cooling device which can be operated inexpensively and rationally over a long period of time without using a large-capacity control transistor. It is to provide a device.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】上記第1目的を達成する
ため、第1発明では、定電流回路によって駆動されるペ
ルチェ素子の一側に熱交換ブロックを設け、他側に放熱
器を設けるとともに、この放熱器をファンによって空冷
するようにしてなる電子冷却装置において、前記ペルチ
ェ素子の冷却側端子と発熱側端子との間の電圧を検出
し、この電圧に基づいて前記ファンに対する駆動電力を
変化させるようにしている。In order to achieve the first object, in the first invention, a heat exchange block is provided on one side of a Peltier element driven by a constant current circuit, and a radiator is provided on the other side. In an electronic cooling device in which this radiator is air-cooled by a fan, the voltage between the cooling side terminal and the heating side terminal of the Peltier element is detected, and the drive power for the fan is changed based on this voltage. I am trying to let you.
【0011】上記構成よりなる電子冷却装置において
は、ペルチェ素子の冷却側の温度と発熱側の温度との差
に比例した大きさの電力を供給してファンによる風量を
増加し、放熱器に対して所定の風量を与えることによ
り、放熱を速やかに行うようにしている。したがって、
この構成によれば、使用する環境温度に大きな幅が生ず
るような場合においても、電子冷却装置を効率よく運転
することができ、所望の冷却能力を発揮させることがで
きる。In the electronic cooling device having the above structure, the electric power having a magnitude proportional to the difference between the temperature on the cooling side of the Peltier element and the temperature on the heat generating side of the Peltier element is supplied to increase the air volume by the fan and to the radiator. By giving a predetermined amount of air flow, the heat is radiated quickly. Therefore,
With this configuration, the electronic cooling device can be efficiently operated and a desired cooling capacity can be exhibited even when the ambient temperature used has a wide range.
【0012】そして、上記第2目的を達成するため、第
2発明では、定電流回路によって駆動されるペルチェ素
子の一側に熱交換ブロックを設け、他側に放熱器を設け
るとともに、この放熱器をファンによって空冷するよう
にしてなる電子冷却装置において、前記ペルチェ素子の
冷却側端子と発熱側端子との間の電圧を検出し、この電
圧に基づいて前記定電流回路に対する駆動電圧を変化さ
せるようにしている。In order to achieve the above-mentioned second object, in the second invention, a heat exchange block is provided on one side of the Peltier element driven by the constant current circuit, and a radiator is provided on the other side. In an electronic cooling device configured to air-cool by a fan, a voltage between a cooling side terminal and a heating side terminal of the Peltier element is detected, and a drive voltage for the constant current circuit is changed based on this voltage. I have to.
【0013】上記構成よりなる電子冷却装置において
は、それが設置されている環境の温度が比較的低く、ペ
ルチェ素子の冷却側の温度と発熱側の温度との差が小さ
い場合は、定電流回路に対する駆動電圧を小さくするこ
とにより、ペルチェ素子内部および制御用トランジスタ
における消費電力を抑制することができる。したがっ
て、この構成によれば、使用する環境温度に大きな幅が
生ずるような場合においても、電子冷却装置を効率よく
運転することができ、所望の冷却能力を発揮させること
ができる。In the electronic cooling device having the above structure, when the temperature of the environment in which it is installed is relatively low and the difference between the temperature on the cooling side and the temperature on the heating side of the Peltier element is small, a constant current circuit. By reducing the driving voltage for the Peltier device and the control transistor, power consumption can be suppressed. Therefore, according to this configuration, the electronic cooling device can be efficiently operated and a desired cooling capacity can be exhibited even when a wide range of ambient temperature is used.
【0014】[0014]
【発明の実施の形態】以下、この発明の好ましい実施例
を、図を参照しながら説明する。図1〜図3は、第1発
明を説明するための図である。まず、図1および図2
は、第1発明の電子冷却装置の一例を示すもので、これ
らの図において、1は熱交換ブロックで、例えば、アル
ミニウムやジュラルミンなど熱伝導性の良好な金属材料
よりなり、ほぼ直方体形状に形成されている。2はこの
熱交換ブロック1を冷却するペルチェ素子で、平板状に
形成されている。このペルチェ素子2は、その一側面を
熱交換ブロック1の一つの側面に形成される突出平面1
aに密着するようにして設けられている。3はペルチェ
素子2の他の側面に密着して設けられる放熱器で、複数
の放熱フィン3aを備えている。4は熱交換ブロック1
およびペルチェ素子2の周囲に設けられる断熱材で、例
えば発泡ウレタンなどの発泡プラスチックよりなる。こ
の断熱材4は、放熱器3と接する部分を除く五面をアル
ミニウムなどよりなるカバーケース5によって被覆され
ている。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 to 3 are diagrams for explaining the first invention. First, FIG. 1 and FIG.
Shows an example of the electronic cooling device of the first invention. In these figures, 1 is a heat exchange block, which is made of, for example, a metal material having good thermal conductivity such as aluminum or duralumin, and formed into a substantially rectangular parallelepiped shape. Has been done. The Peltier element 2 cools the heat exchange block 1 and is formed in a flat plate shape. The Peltier element 2 has a protruding flat surface 1 whose one side surface is formed on one side surface of the heat exchange block 1.
It is provided so as to be in close contact with a. A radiator 3 is provided in close contact with the other side surface of the Peltier element 2, and has a plurality of radiation fins 3a. 4 is a heat exchange block 1
Further, it is a heat insulating material provided around the Peltier element 2 and is made of foamed plastic such as urethane foam. This heat insulating material 4 is covered with a cover case 5 made of aluminum or the like on five faces except for a portion in contact with the radiator 3.
【0015】そして、6,7は熱交換ブロック1を貫通
する互いに独立した管で、熱交換ブロック1および断熱
材4を並列的に縦貫している。そして、これらの管6,
7の一端側(上流側)の開口は分析に供される試料ガス
の導入口であり、図示していない試料ガス供給源側の流
路に接続される。また、管6,7の熱交換ブロック1を
挿通した側において、それぞれ互いに独立した管8,9
が接続され、管6,8によって一つの試料ガス処理系統
10が形成され、管7,9によって別の試料ガス処理系
統11が形成される。なお、10a,11aは接続箇所
であり、この接続箇所10a,11aより下流側の部分
10b,11bは試料ガス処理系統10,11のそれぞ
れのドレン排出部で、図示していないドレンポットに接
続されている。また、前記管6〜9は、耐腐食性のチタ
ンよりなる。Numerals 6 and 7 are independent pipes that penetrate the heat exchange block 1 and vertically penetrate the heat exchange block 1 and the heat insulating material 4 in parallel. And these tubes 6,
An opening on the one end side (upstream side) of 7 is an inlet for the sample gas to be used for the analysis, and is connected to a channel on the sample gas supply source side (not shown). Further, on the side of the tubes 6 and 7 through which the heat exchange block 1 is inserted, the tubes 8 and 9 which are independent of each other
Are connected, the pipes 6 and 8 form one sample gas processing system 10, and the pipes 7 and 9 form another sample gas processing system 11. Note that 10a and 11a are connection points, and parts 10b and 11b on the downstream side of the connection points 10a and 11a are drain discharge parts of the sample gas processing systems 10 and 11 and are connected to a drain pot (not shown). ing. The tubes 6 to 9 are made of corrosion resistant titanium.
【0016】また、12はファンで、支持脚13によっ
て保持され、例えばDC電源によって駆動され、放熱器
3の放熱フィン3aに向けて送風するように設けられて
いる。Reference numeral 12 denotes a fan, which is held by support legs 13 and is driven by, for example, a DC power source so as to blow air toward the radiation fins 3a of the radiator 3.
【0017】なお、断熱材4としては、発泡ウレタンの
ほか、発泡ポリスチレンなど各種の発泡プラスチックよ
りなるものを用いてもよく、さらに、断熱粘土などを用
いてもよい。As the heat insulating material 4, not only urethane foam but also various kinds of foamed plastic such as polystyrene foam may be used, and further heat insulating clay may be used.
【0018】図3は、上述のように構成される電子冷却
装置の電気的構成を概略的に示す図で、この図におい
て、20はペルチェ素子2の駆動回路、30はファン1
2の駆動回路である。FIG. 3 is a diagram schematically showing the electrical construction of the electronic cooling device constructed as described above. In this figure, 20 is a drive circuit for the Peltier element 2 and 30 is a fan 1.
2 is a drive circuit.
【0019】そして、前記ペルチェ素子駆動回路20
は、被冷却物である熱交換ブロック1の温度を測定する
温度センサ21の出力と基準電圧出力回路22の出力と
を比較するコンパレータ23と、このコンパレータ23
の出力に基づいて温調温度を設定する温調温度設定回路
24と、この温調温度設定回路24の出力に基づいて動
作する定電流回路25とから主として構成され、ペルチ
ェ素子2は、定電流回路25の出力電流によって駆動さ
れる。なお、基準電圧出力回路22は、温調温度設定回
路24の出力に基づいて出力するように構成されてい
る。そして、26はペルチェ素子2の冷却側2aの温度
と発熱側2bの温度との差を、それらの電圧の差に基づ
いて検出する電圧検出回路で、ペルチェ素子2における
温度差に比例した電圧VP を出力するよう構成されてい
る。Then, the Peltier device driving circuit 20
Is a comparator 23 that compares the output of the temperature sensor 21 that measures the temperature of the heat exchange block 1 that is the object to be cooled with the output of the reference voltage output circuit 22, and this comparator 23
The temperature control temperature setting circuit 24 that sets the temperature control temperature based on the output of the temperature control circuit 24 and the constant current circuit 25 that operates based on the output of the temperature control temperature setting circuit 24. It is driven by the output current of the circuit 25. The reference voltage output circuit 22 is configured to output based on the output of the controlled temperature setting circuit 24. A voltage detection circuit 26 detects the difference between the temperature on the cooling side 2a and the temperature on the heat generating side 2b of the Peltier element 2 based on the difference between the voltages, and a voltage V proportional to the temperature difference in the Peltier element 2. It is configured to output P.
【0020】また、前記ファン駆動回路30は、駆動電
源としてのDC電源31と、このDC電源31の出力電
圧VB と前記電圧検出回路26の出力電圧Vp とを比較
しその大きい方を常に出力する電圧比較出力回路32
と、この電圧比較出力回路32の出力をDC/DC変換
するDC/DCコンバータ33とから主として構成さ
れ、ファン12は、DC/DCコンバータ33の出力電
圧に基づいて駆動される。なお、この実施例の電子冷却
装置においては、温調点に達すると、制御電流がオン/
オフを繰り返すので、ファン12の駆動に必要な最低の
電圧は、DC電源31側から供給されるように構成され
ている。The fan drive circuit 30 compares a DC power supply 31 as a drive power supply with the output voltage V B of the DC power supply 31 and the output voltage V p of the voltage detection circuit 26, and always uses the larger one. Output voltage comparison output circuit 32
And a DC / DC converter 33 for DC / DC converting the output of the voltage comparison output circuit 32, and the fan 12 is driven based on the output voltage of the DC / DC converter 33. In the electronic cooling device of this embodiment, the control current is turned on / on when the temperature adjustment point is reached.
Since it is repeatedly turned off, the lowest voltage required to drive the fan 12 is supplied from the DC power supply 31 side.
【0021】上記構成の電子冷却装置においては、それ
が設置されている環境の温度が比較的低く、ペルチェ素
子2の冷却側2aの温度と発熱側2bの温度との差が小
さいとき(平常時)は、電圧検出回路26の出力電圧V
p は、DC電源31の出力電圧VDCより小さい。したが
って、DC/DCコンバータ33には、DC電源31の
出力電圧VDCが供給され、これが適宜DC/DC変換さ
れてファン12に供給される。このように、ペルチェ素
子2の冷却側2aと発熱側2bの温度差が小さい場合に
は、ファン12は、DC電源31の出力に基づく電圧
(電力)によって駆動される。このとき、ファン12に
よって放熱器3に送風される風量は一定であり、放熱器
3は所定の放熱を行う。In the electronic cooling device having the above structure, when the temperature of the environment in which it is installed is relatively low and the difference between the temperature of the cooling side 2a and the temperature of the heat generating side 2b of the Peltier element 2 is small (normal time). ) Is the output voltage V of the voltage detection circuit 26.
p is smaller than the output voltage V DC of the DC power supply 31. Therefore, the output voltage V DC of the DC power supply 31 is supplied to the DC / DC converter 33, which is appropriately DC / DC converted and supplied to the fan 12. Thus, when the temperature difference between the cooling side 2a and the heat generating side 2b of the Peltier element 2 is small, the fan 12 is driven by the voltage (electric power) based on the output of the DC power supply 31. At this time, the amount of air blown to the radiator 3 by the fan 12 is constant, and the radiator 3 radiates a predetermined amount of heat.
【0022】そして、前記環境温度が上昇してペルチェ
素子2の冷却側2aの温度と発熱側2bの温度との差が
大きくなると、電圧検出回路26の出力電圧Vp は、D
C電源31の出力電圧VDCより大きくなる。したがっ
て、DC/DCコンバータ33には、電圧検出回路26
の出力電圧Vp が供給され、これが適宜DC/DC変換
されてファン12に供給される。このように、ペルチェ
素子2の冷却側2aと発熱側2bの温度差が大きくなる
と、ファン12は、電圧検出回路26の出力電圧Vp の
出力に基づく電圧(電力)によって駆動され、この電圧
(電力)は、前記平常時におけるDC電源31の出力に
基づく電圧(電力)よりも大きいから、ファン12から
放熱器3に送風される風量はより強力であり、放熱器3
における放熱は速やかに行われる。この場合、前記温度
差に比例してファン12への供給電圧を増大させるよう
にしてあれば、前記風量をより確実に制御することがで
きる。When the ambient temperature rises and the difference between the temperature on the cooling side 2a and the temperature on the heat generating side 2b of the Peltier element 2 increases, the output voltage V p of the voltage detection circuit 26 becomes D
It becomes larger than the output voltage V DC of the C power supply 31. Therefore, the DC / DC converter 33 includes the voltage detection circuit 26.
The supply output voltage V p, which is supplied is appropriately converted DC / DC fan 12. In this way, when the temperature difference between the cooling side 2a and the heat generating side 2b of the Peltier element 2 becomes large, the fan 12 is driven by the voltage (electric power) based on the output of the output voltage V p of the voltage detection circuit 26, and this voltage ( Since the electric power) is larger than the voltage (electric power) based on the output of the DC power supply 31 in the normal state, the amount of air blown from the fan 12 to the radiator 3 is stronger and the radiator 3
The heat radiation in is promptly performed. In this case, if the supply voltage to the fan 12 is increased in proportion to the temperature difference, the air volume can be controlled more reliably.
【0023】上述したように、第1の発明の電子冷却装
置においては、ペルチェ素子2の冷却側2aと発熱側2
bとの間の電圧(熱起電力)Vを検出する、すなわち、
ペルチェ素子2内で生じた熱起電力Vを検出して、ペル
チェ素子2の冷却側2aの温度と発熱側2bの温度との
差が大きくなったときには、ファン12に対する供給電
圧を大きくして、その発生風量を増大させることができ
るので、従来の電子冷却装置と異なり、通常時における
放熱容量が過度に大きい放熱器や通常時における送風容
量が過度に大きいファンを設ける必要がなく、ファン1
2や放熱器3として必要最小限の小容量のものを用いる
ことができ、それだけコストダウンすることができる。As described above, in the electronic cooling device of the first aspect of the invention, the cooling side 2a and the heat generating side 2 of the Peltier element 2 are provided.
to detect the voltage (thermoelectromotive force) V between b, that is,
The thermoelectromotive force V generated in the Peltier element 2 is detected, and when the difference between the temperature of the cooling side 2a and the temperature of the heat generating side 2b of the Peltier element 2 becomes large, the supply voltage to the fan 12 is increased, Since the generated air volume can be increased, unlike the conventional electronic cooling device, it is not necessary to provide a radiator having an excessively large heat radiation capacity in a normal time or a fan having an excessively large air blowing capacity in a normal time.
It is possible to use the one having the minimum required small capacity as 2 and the radiator 3, and the cost can be reduced accordingly.
【0024】図4〜図6は、第2発明を説明するための
図である。まず、図4および図5は、第2発明の電子冷
却装置の一例を示すものである。図4は、第2発明の電
子冷却装置の電気的構成を概略的に示す図で、この図に
示す構成は、図3に示した第1発明の電子冷却装置の電
気的構成とほとんど変わるところがなく、DC/DCコ
ンバータ33の出力電圧が定電流回路25にも供給され
るようにした点が異なるだけである。4 to 6 are views for explaining the second invention. First, FIG. 4 and FIG. 5 show an example of the electronic cooling device of the second invention. FIG. 4 is a diagram schematically showing the electrical configuration of the electronic cooling device of the second invention. The configuration shown in this figure is almost the same as the electrical configuration of the electronic cooling device of the first invention shown in FIG. The difference is that the output voltage of the DC / DC converter 33 is also supplied to the constant current circuit 25.
【0025】そして、図5は、第2発明の電子冷却装置
における定電流回路25の構成の一例を概略的に示すも
ので、この図に示すように、ペルチェ素子2には、DC
/DCコンバータ33の出力電圧が供給される。34は
ペルチェ素子2に直列接続される制御用トランジスタ
で、この制御用トランジスタ34のエミッタには抵抗3
5が接続されている。36は制御用トランジスタ34の
ベースに出力を供給するように接続されるオペアンプ
で、このオペアンプ36の一方の端子(+)には、基準
電圧出力回路22の出力が抵抗37,38によって分割
されて入力され、他方の端子(−)には、制御用トラン
ジスタ34と抵抗35との間の点39の電位が入力され
る。40は制御用トランジスタ34のベースとオペアン
プ36の出力側との間の点41にコレクタが接続される
スイッチング素子としてのトランジスタで、このトラン
ジスタ40のベースには、温調設定回路24の出力が入
力されるようにしてある。FIG. 5 schematically shows an example of the configuration of the constant current circuit 25 in the electronic cooling device of the second invention. As shown in this figure, the Peltier element 2 has a DC
The output voltage of the / DC converter 33 is supplied. A control transistor 34 is connected in series with the Peltier element 2, and a resistor 3 is connected to the emitter of the control transistor 34.
5 is connected. An operational amplifier 36 is connected so as to supply an output to the base of the control transistor 34. The output of the reference voltage output circuit 22 is divided by resistors 37 and 38 into one terminal (+) of this operational amplifier 36. The voltage is input, and the potential of the point 39 between the control transistor 34 and the resistor 35 is input to the other terminal (−). 40 is a transistor as a switching element whose collector is connected to a point 41 between the base of the control transistor 34 and the output side of the operational amplifier 36. The output of the temperature adjustment setting circuit 24 is input to the base of this transistor 40. It is done.
【0026】上記定電流回路25の動作を説明する前
に、従来の電子冷却装置における定電流回路の構成およ
びその動作について、図6を参照しながら説明する。こ
の図に示される定電流回路25Aは、ペルチェ素子2を
駆動するための電源として、DC/DCコンバータ33
を用いるのではなく、出力電圧が固定された直流電源4
2を備えている点が、第2発明の定電流回路25と異な
る。Before describing the operation of the constant current circuit 25, the configuration and operation of the constant current circuit in the conventional electronic cooling device will be described with reference to FIG. The constant current circuit 25A shown in this figure uses a DC / DC converter 33 as a power source for driving the Peltier device 2.
DC power supply 4 with fixed output voltage instead of using
The difference from the constant current circuit 25 of the second invention is that it is provided with 2.
【0027】上記定電流回路25Aにおいて、点39の
電位をVR とし、抵抗35の抵抗値をRとし、ペルチェ
素子2および制御用トランジスタ34を流れる電流をI
とするとき、
VR =IR
という関係が成り立つ。In the constant current circuit 25A, the potential at the point 39 is V R , the resistance value of the resistor 35 is R, and the current flowing through the Peltier element 2 and the control transistor 34 is I.
Then, the relationship V R = IR holds.
【0028】そして、オペアンプ36は、前記VR が二
つの抵抗37,38の接続点43における電位Vs とな
るように、つまり、
VR →Vs
となるように作用する。[0028] Then, the operational amplifier 36, the V R is such that the potential V s at the connection point 43 of two resistors 37 and 38, that is, acts so that V R → V s.
【0029】したがって、電圧VR は常に一定(=
Vs )となり、Rは固定抵抗であるので一定であり、よ
って、
I=VR /R=一定電流
となる。Therefore, the voltage V R is always constant (=
V s) becomes, R is constant because it is fixed resistors, therefore, it becomes I = V R / R = constant current.
【0030】そして、ペルチェ素子2は、その冷却側の
面の温度を一定になるように制御すると、その両電極間
の電圧VP は、周囲温度によって変化する。したがっ
て、前記電流Iが一定であっても、前記電圧VP は周囲
温度によって大きくなったり小さくなったりする。When the Peltier element 2 is controlled so that the temperature of the surface on the cooling side is constant, the voltage V P between both electrodes of the Peltier element 2 changes depending on the ambient temperature. Therefore, even if the current I is constant, the voltage V P may increase or decrease depending on the ambient temperature.
【0031】また、制御用トランジスタ34における端
子間電圧VTrは、
VTr=Va −VP −VR
で表されるが、VP が大のときでも、直流電源42の出
力電圧Va は一定であり、しかも、
VR ≪VP <Va
であるから、
VTr≒Va −VP
となる。The terminal voltage V Tr in the control transistor 34 is represented by V Tr = V a -V P -V R. Even when V P is large, the output voltage V a of the DC power supply 42 is V a. Is constant and V R << V P <V a , so that V Tr ≈V a −V P.
【0032】そして、直流電源42の出力電圧Va が一
定なら、ペルチェ素子2の端子間電圧VP が小さくなる
と前記VTrは大きくなる。If the output voltage V a of the DC power supply 42 is constant, the V Tr increases as the inter-terminal voltage V P of the Peltier element 2 decreases.
【0033】ところで、前記電圧VP が小さいとき、す
なわち、環境温度が低いときは、前記Va を小さくして
も、定電流回路25Aは正常に動作する。したがって、
電圧VP が小さいときに電圧Va が小さくなるようにす
れば、電子冷却装置の動作中におけるペルチェ素子2の
内部消費電力VP ×Iおよび制御用トランジスタ34の
消費電力を小さくすることができる。By the way, when the voltage V P is small, that is, when the environmental temperature is low, the constant current circuit 25A operates normally even if V a is decreased. Therefore,
If the voltage V a is reduced when the voltage V P is low, the internal power consumption V P × I of the Peltier element 2 and the power consumption of the control transistor 34 during the operation of the electronic cooling device can be reduced. .
【0034】そこで、ペルチェ素子2に供給する電圧と
して、出力電圧が固定されている従来の直流電源42に
代えて、図5に示すように、DC/DCコンバータ33
の出力電圧をペルチェ素子2に供給するのである。この
DC/DCコンバータ33の出力電圧は、第1発明にお
いて詳しく説明したように、熱起電力Vが大きくなれ
ば、すなわち、環境温度が上昇してペルチェ素子2の冷
却側2aの温度と発熱側2bの温度との差が広がる程、
大きくなる。逆に、前記熱起電力Vが小さくなれば、す
なわち、前記温度差が縮まる程、前記DC/DCコンバ
ータ33の出力電圧は小さくなるので、このDC/DC
コンバータ33の出力電圧をペルチェ素子2に供給する
ことにより、ペルチェ素子2内部および制御用トランジ
スタ34における消費電力を抑制することができる。Therefore, as a voltage to be supplied to the Peltier element 2, instead of the conventional DC power supply 42 whose output voltage is fixed, as shown in FIG. 5, a DC / DC converter 33 is used.
Is supplied to the Peltier device 2. As described in detail in the first aspect of the invention, the output voltage of the DC / DC converter 33 increases as the thermoelectromotive force V increases, that is, the environmental temperature rises and the temperature of the cooling side 2a of the Peltier element 2 and the heat generation side thereof. The wider the temperature difference between 2b and
growing. On the contrary, the smaller the thermoelectromotive force V is, that is, the smaller the temperature difference is, the smaller the output voltage of the DC / DC converter 33 is.
By supplying the output voltage of the converter 33 to the Peltier element 2, it is possible to suppress the power consumption in the Peltier element 2 and the control transistor 34.
【0035】このように、ペルチェ素子2の冷却側2a
と発熱側2bとの間の電圧Vを検出する、すなわち、ペ
ルチェ素子2内で生ずる熱起電力Vを検出して、前記冷
却側2aと発熱側2bの温度差に応じて駆動電力を変化
させるようにしている。したがって、この第2発明にお
いても、使用する環境温度に大きな幅が生ずるような場
合において、電子冷却装置を効率よく運転することがで
き、低コストで所望の冷却能力を発揮させることができ
る。In this way, the cooling side 2a of the Peltier element 2 is
The voltage V between the heat generating side 2b and the heat generating side 2b is detected, that is, the thermoelectromotive force V generated in the Peltier element 2 is detected, and the drive power is changed according to the temperature difference between the cooling side 2a and the heat generating side 2b. I am trying. Therefore, also in the second aspect of the present invention, the electronic cooling device can be efficiently operated and a desired cooling capacity can be exhibited at a low cost when a wide range of ambient temperatures is used.
【0036】そして、図4に示した電子冷却装置におい
ては、DC/DCコンバータ33の出力電圧によってフ
ァン12をも駆動するようにしているので、前記作用効
果に加えて第1発明における作用効果を奏する。In the electronic cooling device shown in FIG. 4, the fan 12 is also driven by the output voltage of the DC / DC converter 33. Therefore, in addition to the above-described effects, the effects of the first invention are obtained. Play.
【0037】[0037]
【発明の効果】以上説明したように、第1発明において
は、定電流回路によって駆動されるペルチェ素子の一側
に熱交換ブロックを設け、他側に放熱器を設けるととも
に、この放熱器をファンによって空冷するようにしてな
る電子冷却装置において、前記ペルチェ素子の冷却側端
子と発熱側端子との間の電圧を検出し、この電圧に基づ
いて前記ファンに対する駆動電力を変化させるようにし
ているので、使用する環境温度範囲が大きくても、必要
最小限の小容量のファンを設けるだけでよく、したがっ
て、使用する環境温度に大きな幅が生ずるような場合に
おいても、電子冷却装置を効率よく運転することがで
き、所望の冷却能力を発揮させることができる。As described above, according to the first aspect of the invention, the heat exchange block is provided on one side of the Peltier element driven by the constant current circuit, and the radiator is provided on the other side, and the radiator is a fan. In the electronic cooling device configured to perform air cooling by means of the above, the voltage between the cooling side terminal and the heating side terminal of the Peltier element is detected, and the drive power for the fan is changed based on this voltage. , Even if the environment temperature range to be used is large, it is only necessary to provide a minimum required small capacity fan, and therefore, even when the environment temperature to be used has a wide range, the electronic cooling device can be operated efficiently. The desired cooling capacity can be exhibited.
【0038】そして、第2発明においては、定電流回路
によって駆動されるペルチェ素子の一側に熱交換ブロッ
クを設け、他側に放熱器を設けるとともに、この放熱器
をファンによって空冷するようにしてなる電子冷却装置
において、前記ペルチェ素子の冷却側端子と発熱側端子
との間の電圧を検出し、この電圧に基づいて前記定電流
回路に対する駆動電圧を変化させるようにしているの
で、使用する環境温度に大きな幅が生ずるような場合に
おいても、低コストで電子冷却装置を効率よく運転する
ことができ、所望の冷却能力を発揮させることができ
る。In the second invention, a heat exchange block is provided on one side of the Peltier element driven by the constant current circuit, a radiator is provided on the other side, and the radiator is air-cooled by a fan. In the electronic cooling device, the voltage between the cooling side terminal and the heating side terminal of the Peltier element is detected, and the drive voltage for the constant current circuit is changed based on this voltage. Even when the temperature has a wide range, the electronic cooling device can be efficiently operated at low cost and the desired cooling capacity can be exhibited.
【図1】この発明の電子冷却装置の一例を示す縦断面図
である。FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an example of an electronic cooling device of the present invention.
【図2】前記電子冷却装置の分解斜視図である。FIG. 2 is an exploded perspective view of the electronic cooling device.
【図3】前記電子冷却装置の電気的構成の一例を概略的
に示す図である。FIG. 3 is a diagram schematically showing an example of an electrical configuration of the electronic cooling device.
【図4】前記電子冷却装置の電気的構成の他の例を概略
的に示す図である。FIG. 4 is a diagram schematically showing another example of the electrical configuration of the electronic cooling device.
【図5】前記電子冷却装置において用いる定電流回路の
構成の一例を概略的に示す図である。FIG. 5 is a diagram schematically showing an example of the configuration of a constant current circuit used in the electronic cooling device.
【図6】一般的な定電流回路を概略的に示す図である。FIG. 6 is a diagram schematically showing a general constant current circuit.
【図7】ペルチェ素子に通電したときにおける温度の経
時変化を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a change with time in temperature when a Peltier element is energized.
【図8】ペルチェ素子に通電したときにおける熱起電力
と温度差との関係を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a relationship between a thermoelectromotive force and a temperature difference when a Peltier element is energized.
1…熱交換ブロック、2…ペルチェ素子、2a…冷却
側、2b…発熱側、3…放熱器、12…ファン、25…
定電流回路。1 ... Heat exchange block, 2 ... Peltier element, 2a ... Cooling side, 2b ... Heat generating side, 3 ... Radiator, 12 ... Fan, 25 ...
Constant current circuit.
Claims (2)
素子の一側に熱交換ブロックを設け、他側に放熱器を設
けるとともに、この放熱器をファンによって空冷するよ
うにしてなる電子冷却装置において、前記ペルチェ素子
の冷却側端子と発熱側端子との間の電圧を検出し、この
電圧に基づいて前記ファンに対する駆動電力を変化させ
るようにしてあることを特徴とする電子冷却装置。1. An electronic cooling device in which a heat exchange block is provided on one side of a Peltier element driven by a constant current circuit, a radiator is provided on the other side, and the radiator is air-cooled by a fan. An electronic cooling device, wherein a voltage between a cooling side terminal and a heating side terminal of the Peltier element is detected, and drive power for the fan is changed based on the voltage.
素子の一側に熱交換ブロックを設け、他側に放熱器を設
けるとともに、この放熱器をファンによって空冷するよ
うにしてなる電子冷却装置において、前記ペルチェ素子
の冷却側端子と発熱側端子との間の電圧を検出し、この
電圧に基づいて前記定電流回路に対する駆動電圧を変化
させるようにしてあることを特徴とする電子冷却装置。2. An electronic cooling device in which a heat exchange block is provided on one side of a Peltier element driven by a constant current circuit, a radiator is provided on the other side, and the radiator is air-cooled by a fan, An electronic cooling device, characterized in that a voltage between a cooling side terminal and a heating side terminal of the Peltier element is detected, and a drive voltage for the constant current circuit is changed based on this voltage.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2001264827A JP2003028768A (en) | 2001-05-09 | 2001-08-31 | Electronic cooling device |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7508671B2 (en) * | 2003-10-10 | 2009-03-24 | Intel Corporation | Computer system having controlled cooling |
JP2016103607A (en) * | 2014-11-28 | 2016-06-02 | ブラザー工業株式会社 | Laser processing device and laser processing method |
WO2023218920A1 (en) * | 2022-05-09 | 2023-11-16 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Peltier element control device, electrical device and control method |
-
2001
- 2001-08-31 JP JP2001264827A patent/JP2003028768A/en active Pending
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