JP2004169943A - Cooling device - Google Patents
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- Devices For Blowing Cold Air, Devices For Blowing Warm Air, And Means For Preventing Water Condensation In Air Conditioning Units (AREA)
Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、密閉された室内空間からガラスを透過して赤外線を放出することによって室内、または冷却対象物を冷却することが可能な冷却装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
現在、オフィスビル、特にコンピュータが多数設置されるデータセンターと言われる建物においては、熱対策が非常に重要な問題となっているが、一般的に既存の空調システムの冷却能力を向上させることは非常に難しい。
【0003】
例えば、従来の冷媒ガスを用いた空調システムでは、最初に建物に敷設された時点で、使用可能な冷却水の量や冷媒ガスの圧縮能力の関係から、自ずと冷却能力に限界が生じる。そのため、冷却能力を増強させるためには、冷却サイクルの変更、冷媒ガス配管の敷設等、さまざまな工事を行わなければならず、建物の空調システムを変更することは容易ではない。このような状況の中で、新たな空調システムとしてペルチェ素子を用いたものがある(例えば、特許文献1)。
【0004】
【特許文献1】
特開平5−10543号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような空調システムにおいても、既存の建物に適用することは非常に困難である。一般家屋であれば比較的容易に敷設工事を行うことも可能かもしれないが、窓も開閉できないような高層ビルや、データセンターのような密閉された空間では、熱を排出する空間さえも確保することができず、敷設工事を容易に行うことはできない。従来の如何なる空調システムを用いても既存の建物に適用することは非常に困難であったため、何ら工事の必要のない新たな冷却装置が必要とされていた。
【0006】
本発明は上記事情に鑑み、既存の設備を変更することなく、密閉された室内空間からガラスを透過して赤外線を放出することによって室内、または冷却対象物を冷却することが可能な冷却装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明である冷却装置は、通電されることによって熱を吸収する吸熱面と、熱を発する放熱面とを有し、被冷却空間に対して前記吸熱面が配置される熱電冷却素子と、一方の面に対して前記熱電冷却素子の前記放熱面が接合され、前記熱電冷却素子が発する熱を吸収し、他方の面から熱輻射によって赤外線を放出する放熱板と、一方の面が、前記放熱板の他方の面の全面に渡って密着または隔離配置され、他方の面が、放熱空間に向かって配置され、可視光を反射し、赤外線を透過する熱制御ミラーとを備えることを特徴とする。
【0008】
請求項1の発明によれば、熱電冷却素子が特定空間内の周囲の熱を吸収し、放熱板から赤外線としてその吸収した熱を放出するので、既存の設備を変更する必要が無く、窓ガラス等を利用して室内を冷却することが可能となる。
【0009】
また、請求項2に記載の発明である冷却装置は、通電されることによって熱を吸収する吸熱面と、熱を発する放熱面とを有し、被冷却空間に対して前記吸熱面が配置される熱電冷却素子と、前記熱電冷却素子の前記吸熱部に接合され、冷却対象物が発する熱を前記吸熱部へ伝えるヒートパイプと、一方の面に対して前記熱電冷却素子の前記放熱面が接合され、前記熱電冷却素子が発する熱を吸収し、他方の面から熱輻射によって赤外線を放出する放熱板と、一方の面が、前記放熱板の他方の面の全面に渡って密着または隔離配置され、他方の面が、放熱空間に向かって配置され、可視光を反射し、赤外線を透過する熱制御ミラーとを備えることを特徴とする。
【0010】
請求項2の発明によれば、ヒートパイプが局所冷却したい機器の熱を吸収し、放熱板から赤外線としてその吸収した熱を放出するので、既存の設備を変更する必要が無く、窓ガラス等を利用してその局所冷却したい機器を冷却することが可能となる。
【0011】
また、請求項3に記載の発明である冷却装置は、請求項1乃至請求項2に記載の冷却装置であって、前記熱電冷却素子の電源または補助電源として太陽電池を備えることを特徴とする。
【0012】
【発明の実施の形態】
<第1の実施形態>
図1に第1の実施形態における冷却装置1の構成の概略図を示す。第1の実施形態における冷却装置1は、熱制御ミラーとしてのオプティカルソーラーリフレクター2(Optical Solar Reflector:以下、OSR2と略す)、放熱板3、熱電冷却素子としてのペルチェ素子4、および直流電源から構成される。また、図2および図3は、それぞれ第1の実施形態における冷却装置1の例であって、図2は冷却装置1をOSR2側から見た図(上部からの透過図)、図3は冷却装置1をペルチェ素子4側から見た場合の内部構造の例である。
【0013】
冷却装置1は、図2に示すように、OSR2、および放熱板3を取り付けるためのフレームを有し、衝立状に構成される。
【0014】
OSR2は、石英ガラスやホウケイ酸ガラス等のガラス板上にアルミニウムや銀を蒸着することによって金属薄膜を形成したものであり、可視光線を反射する特性と赤外線を透過する特性を有する。第1の実施形態においては、このOSR2は、冷却装置1の太陽光入射側に取り付けられ、可視光線を反射することによって光吸収による温度上昇の防止と、赤外線を透過することによって冷却装置1の放熱を促進する役割を担う。
【0015】
OSR2のガラス板厚は、100〜200μm程度であれば良いが、放熱効果の向上と軽量化を図るため、ガラス板厚を更に薄くしても良い。また、放熱板3と密着するよう取り付けても良いし、放熱板3と一定の間隔をもって取り付けても良いが、OSR2は前述の通り非常に薄いため、冷却装置1にはOSR2支持用フレーム(図示しない)を有するのは言うまでもない。また、放熱板3の一部をフレームの代用として用いることも可能である。
【0016】
放熱板3は、銅、アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化ケイ素等、熱伝導率の高い金属やセラミックスによって形成されるものであり、ペルチェ素子4の発する熱を放出する役割を担う。また、図2に示すように、放熱板3が直立するよう左右のフレーム(図2中、斜線部)によって挟持される。
【0017】
また、図2、図3に示すような放熱フィンを設けることによって表面積が広くなり、放熱フィンに黒色塗料を塗っておくことにより更に放熱効果を高めることができる。なお、図2、図3に示す放熱フィンの形状(図2中、破線の囲みで示す四角錐状の形状も含む)は一例であって、これに限定されるものではない。
【0018】
ペルチェ素子4は、冷却装置1の大きさ、または冷却能力に応じて放熱板3に複数個接合される。また、それぞれのペルチェ素子4が放熱板3と接する面が放熱側となるよう直流電源に接続され、吸熱側から熱を吸収することによって、周囲を冷却する役割を担う。また、ペルチェ素子4と放熱板3との接合面に、ダイヤモンド、銀、アルミニウム等の粉末が配合されたシリコングリスや、熱伝導シート(グラファイトシート)を用いることによって、両者を隙間無く接合し、効率良く熱を放熱板3へ伝える。
【0019】
なお、直流電源については、商用電源を整流したもの等であれば良く、特にその形態は限定しない。また、直流電源、またはその補助電源として太陽電池を用いても良い。
【0020】
図4に、第1の実施形態における冷却装置1の設置例を示す。
【0021】
図4に示すように、冷却装置1を窓ガラスの近傍に設置し、直流電源に接続する。ペルチェ素子4に電流が流れると、ペルチェ素子4はその吸熱面から周囲の熱を吸収すると同時に、その吸収した熱を放熱面から放熱板3に対して放出する。
【0022】
一方、窓ガラスを透過して入射する太陽光のうち可視光は、OSR2によって反射される。また太陽光に含まれる赤外線はOSR2を透過するものの、放熱板3によって吸収されるので、外部からの熱の侵入を防ぐことができる。
【0023】
また、放熱板3は、ペルチェ素子4が発する熱と外部から進入した熱(赤外線)を吸収することによって熱せられる。熱せられた放熱板3は熱輻射を行うようになり、吸収した熱は赤外線となってOSR2と窓ガラスを透過し室外へ放出される。
【0024】
このように、ペルチェ素子4が周囲の熱を吸収し、放熱板3からその熱を放出するので、室内を冷却することが可能となる。
【0025】
<第2の実施形態>
第2の実施形態について、図5を用いて説明する。なお、第1の実施形態と同様の機能構成を有するものについては同じ番号を付し、その説明は省略する。
【0026】
図5に第2の実施形態における冷却装置1の構成の概略図を示す。第2の実施形態における冷却装置1は、OSR2、放熱板3、ペルチェ素子4、ヒートパイプ5、および直流電源から構成される。
【0027】
ヒートパイプ5とは、真空状態にしたパイプの中に、適量の作動液とその還流を促進するグルーブを有する熱伝導素子であり、次のようなサイクルで熱を移動させる。
【0028】
まず、作動液はヒートパイプ5の一端(入熱部)で加熱され蒸発する。蒸発した作動液は圧力差によって他端(放熱部)に移動し、冷却され凝縮する。凝縮した作動液はグルーブにより加熱部に還流され、再び加熱される。このサイクルを繰り返すことによって、熱を入熱部から放熱部へと移動させることができる。
【0029】
第2の実施形態においては、このヒートパイプ5の放熱部をペルチェ素子4の吸熱側に接合しておき、局所冷却したい機器(または場所)に入熱部を取り付けることによって、特定箇所を冷却する。
【0030】
ヒートパイプ5の放熱部とペルチェ素子4の吸熱側との接合構造については特に限定しないが、例えば、ペルチェ素子4と放熱板3との接合と同様に、シリコングリスや熱伝導シートを用いて効率良く熱をペルチェ素子4へ伝える。また、断熱材を用いてペルチェ素子4とヒートパイプ5の放熱部を覆い、ペルチェ素子4が周囲の熱を吸収することによって生じる冷却効率の低下を防止する。
【0031】
また、第2の実施形態においても、図4に示す設置例と同様に、冷却装置1を窓ガラスの近傍に設置し、直流電源に接続する。
【0032】
局所冷却したい機器にヒートパイプ5の入熱部を取り付けると、その機器の発する熱によってヒートパイプ5内部の作動液が循環し、局所冷却したい機器の熱が放熱部へと移動する。
【0033】
ペルチェ素子4に電流が流れると、ペルチェ素子4はそのヒートパイプ5の放熱部から熱を吸収すると同時に、その吸収した熱を放熱面から放熱板3に対して放出する。
【0034】
一方、窓ガラスを透過して入射する太陽光のうち可視光は、OSR2によって反射される。また太陽光に含まれる赤外線はOSR2を透過するものの、放熱板3によって吸収されるので、外部からの熱の侵入を防ぐことができる。
【0035】
また、放熱板3は、ペルチェ素子4が発する熱と外部から進入した熱(赤外線)を吸収することによって熱せられる。熱せられた放熱板3は熱輻射を行うようになり、吸収した熱は赤外線となってOSR2と窓ガラスを透過し室外へ放出される。
【0036】
このように、ヒートパイプ5が局所冷却したい機器の熱を吸収し、放熱板3からその熱を放出するので、その局所冷却したい機器を冷却することが可能となる。
【0037】
<その他の実施形態>
夏季、炎天下放置された車内は非常に暑くなってしまう。そのような炎天下放置された車内の熱対策には、一般的に日差しよけの衝立等が用いられているが、やはり密閉された車内には熱がこもってしまう。そこで、このような場合に本発明の冷却装置1を適用した例を示す。
【0038】
図6は、車内の熱対策に本発明の冷却装置1を適用した例である。図6に示すように、サンルーフやフロントガラスやリヤガラスに冷却装置1を設置する。ペルチェ素子4の電源は、車内の電源ソケット(バッテリー)からとることも可能であるが、長時間放置した場合にはバッテリー切れになる恐れがある。そこで太陽電池をボンネットやトランクルームのカバーやルーフ、または車内(ドアガラス等)に設置し、その太陽電池を電源として用いる(図6では、太陽電池は図示していない)。
【0039】
太陽電池で発電された電流がペルチェ素子4に流れると、ペルチェ素子4はその吸熱面から周囲の熱を吸収すると同時に、その吸収した熱を放熱面から放熱板3に対して放出する。
【0040】
一方、サンルーフやフロントガラスやリヤガラスを透過して入射する太陽光のうち可視光は、OSR2によって反射される。また太陽光に含まれる赤外線はOSR2を透過するものの、放熱板3によって吸収されるので、外部からの熱の侵入を防ぐことができる。
【0041】
また、放熱板3は、ペルチェ素子4が発する熱と外部から進入した熱(赤外線)を吸収することによって熱せられる。熱せられた放熱板3は熱輻射を行うようになり、吸収した熱は赤外線となってOSR2とフロントガラスやリヤガラスを透過し車外へ放出される。
【0042】
このように冷却装置1を用いることによって、自動車等の密閉された空間であっても、積極的に室内を冷却し、外部に熱を放出することが可能となる。
【0043】
なお、本実施形態においては、冷却装置1は衝立状の構造となっているが、特にこのような構造に限定されるものではない。
【0044】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、熱電冷却素子が特定空間内の周囲の熱を吸収し、放熱板から赤外線としてその吸収した熱を放出するので、既存の設備を変更する必要が無く、窓ガラス等を利用して室内を冷却することが可能となる。
【0045】
また、ヒートパイプが局所冷却したい機器の熱を吸収し、放熱板から赤外線としてその吸収した熱を放出するので、既存の設備を変更する必要が無く、窓ガラス等を利用してその局所冷却したい機器を冷却することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施形態における冷却装置の構成概略図である。
【図2】冷却装置をOSR側から見た図である。
【図3】冷却装置をペルチェ素子側から見た内部構造図である。
【図4】第1の実施形態における冷却装置の設置例を示す図である。
【図5】第2の実施形態における冷却装置の構成概略図である。
【図6】その他の実施形態を示す図である。
【符号の説明】
1 冷却装置
2 オプティカルソーラーリフレクター(OSR)
3 放熱板
4 ペルチェ素子
5 ヒートパイプ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a cooling device that can cool a room or an object to be cooled by transmitting infrared light through a glass from a closed room.
[0002]
[Prior art]
At present, thermal measures are very important in office buildings, especially in buildings called data centers where many computers are installed, but it is generally impossible to improve the cooling capacity of existing air conditioning systems. extremely difficult.
[0003]
For example, in a conventional air-conditioning system using a refrigerant gas, when the air conditioner is first laid in a building, there is naturally a limit in the cooling capacity due to the relationship between the amount of usable cooling water and the compression capacity of the refrigerant gas. Therefore, in order to increase the cooling capacity, various works such as changing the cooling cycle and laying the refrigerant gas piping must be performed, and it is not easy to change the air conditioning system of the building. In such a situation, there is a new air conditioning system using a Peltier element (for example, Patent Document 1).
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-5-10543
[Problems to be solved by the invention]
However, it is very difficult to apply such an air conditioning system to an existing building. Although it may be possible to lay the construction relatively easily with ordinary houses, high-rise buildings where windows cannot be opened or closed spaces such as data centers secure even heat-dissipating spaces. Laying work cannot be performed easily. It was very difficult to apply any conventional air conditioning system to an existing building, so a new cooling device that did not require any construction was needed.
[0006]
In view of the above circumstances, the present invention provides a cooling device that can cool a room or an object to be cooled by transmitting infrared rays from a closed room and emitting infrared light without changing existing facilities. The purpose is to provide.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a cooling device according to the first aspect of the present invention has a heat absorbing surface that absorbs heat when energized, and a heat radiating surface that emits heat. The thermoelectric cooling element in which the heat absorbing surface is arranged, and the heat radiating surface of the thermoelectric cooling element is joined to one surface, absorbs heat generated by the thermoelectric cooling element, and emits infrared rays by heat radiation from the other surface. The radiating plate to be radiated and one surface are arranged in close contact or separated over the entire surface of the other surface of the radiating plate, and the other surface is disposed toward the radiating space, reflects visible light, and reflects infrared light. And a heat control mirror that transmits light.
[0008]
According to the first aspect of the present invention, the thermoelectric cooling element absorbs the surrounding heat in the specific space and emits the absorbed heat as infrared rays from the radiator plate, so that there is no need to change existing facilities, and the window glass It is possible to cool the room by utilizing such factors.
[0009]
The cooling device according to the second aspect of the present invention has a heat absorbing surface that absorbs heat when energized, and a heat radiating surface that generates heat, and the heat absorbing surface is disposed with respect to a space to be cooled. A thermoelectric cooling element, a heat pipe joined to the heat absorbing portion of the thermoelectric cooling device and transmitting heat generated by the object to be cooled to the heat absorbing portion, and the heat dissipation surface of the thermoelectric cooling element joined to one surface. A radiator plate that absorbs heat generated by the thermoelectric cooling element and emits infrared rays by heat radiation from the other surface, and one surface is closely attached or separated over the entire surface of the other surface of the radiator plate. And a heat control mirror, the other surface of which is disposed toward the heat radiation space and reflects visible light and transmits infrared light.
[0010]
According to the invention of
[0011]
A cooling device according to a third aspect of the present invention is the cooling device according to the first or second aspect, wherein the cooling device includes a solar cell as a power supply or an auxiliary power supply for the thermoelectric cooling element. .
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
<First embodiment>
FIG. 1 shows a schematic diagram of a configuration of a cooling device 1 according to the first embodiment. The cooling device 1 according to the first embodiment includes an optical solar reflector 2 (hereinafter, abbreviated as OSR2) as a heat control mirror, a
[0013]
As shown in FIG. 2, the cooling device 1 has a frame for attaching the
[0014]
OSR2 is a metal thin film formed by depositing aluminum or silver on a glass plate such as quartz glass or borosilicate glass, and has a property of reflecting visible light and a property of transmitting infrared light. In the first embodiment, the
[0015]
The thickness of the glass plate of OSR2 may be about 100 to 200 μm, but the thickness of the glass plate may be further reduced in order to improve the heat radiation effect and reduce the weight. The
[0016]
The
[0017]
Further, by providing the radiation fins as shown in FIGS. 2 and 3, the surface area is increased, and the radiation effect can be further enhanced by applying a black paint to the radiation fins. The shape of the radiation fins shown in FIGS. 2 and 3 (including the shape of the quadrangular pyramid indicated by the dashed line in FIG. 2) is an example, and is not limited thereto.
[0018]
A plurality of
[0019]
Note that the DC power supply is not particularly limited as long as it is a rectified commercial power supply. Further, a solar cell may be used as a DC power supply or its auxiliary power supply.
[0020]
FIG. 4 shows an installation example of the cooling device 1 according to the first embodiment.
[0021]
As shown in FIG. 4, the cooling device 1 is installed near a window glass and connected to a DC power supply. When a current flows through the
[0022]
On the other hand, visible light of sunlight entering through the window glass is reflected by OSR2. In addition, although infrared rays included in sunlight pass through the
[0023]
The
[0024]
As described above, the
[0025]
<Second embodiment>
A second embodiment will be described with reference to FIG. The components having the same functions and configurations as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
[0026]
FIG. 5 shows a schematic diagram of a configuration of a cooling device 1 according to the second embodiment. The cooling device 1 according to the second embodiment includes an
[0027]
The
[0028]
First, the working fluid is heated and evaporated at one end (heat input section) of the
[0029]
In the second embodiment, a heat radiating portion of the
[0030]
The joining structure between the heat radiating portion of the
[0031]
Also in the second embodiment, similarly to the installation example shown in FIG. 4, the cooling device 1 is installed near a window glass and connected to a DC power supply.
[0032]
When the heat input section of the
[0033]
When a current flows through the
[0034]
On the other hand, visible light of sunlight entering through the window glass is reflected by OSR2. In addition, although infrared rays included in sunlight pass through the
[0035]
The
[0036]
As described above, since the
[0037]
<Other embodiments>
In the summer, the inside of the car left under the scorching sun becomes very hot. As a countermeasure against the heat inside the car left under the scorching sun, a sunshade screen or the like is generally used, but the heat is still trapped inside the sealed car. Therefore, an example in which the cooling device 1 of the present invention is applied to such a case will be described.
[0038]
FIG. 6 shows an example in which the cooling device 1 of the present invention is applied to measures against heat in a vehicle. As shown in FIG. 6, the cooling device 1 is installed on a sunroof, a windshield or a rear glass. Although the power supply of the
[0039]
When the current generated by the solar cell flows through the
[0040]
On the other hand, the visible light of sunlight entering through the sunroof, the front glass, and the rear glass is reflected by the
[0041]
The
[0042]
By using the cooling device 1 in this manner, even in a closed space such as an automobile, it is possible to actively cool the room and release heat to the outside.
[0043]
In the present embodiment, the cooling device 1 has a screen-like structure, but is not particularly limited to such a structure.
[0044]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the thermoelectric cooling element absorbs the surrounding heat in the specific space and emits the absorbed heat as infrared rays from the radiator plate, so that there is no need to change existing equipment. It is possible to cool the room using window glass or the like.
[0045]
In addition, since the heat pipe absorbs the heat of the equipment to be locally cooled and emits the absorbed heat as infrared rays from the heat sink, there is no need to change the existing equipment, and you want to locally cool the equipment using window glass etc. The equipment can be cooled.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a cooling device according to a first embodiment.
FIG. 2 is a view of the cooling device as viewed from an OSR side.
FIG. 3 is an internal structural view of the cooling device as viewed from a Peltier device side.
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of installation of a cooling device according to the first embodiment.
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a cooling device according to a second embodiment.
FIG. 6 is a diagram showing another embodiment.
[Explanation of symbols]
1 cooling
3
Claims (3)
一方の面に対して前記熱電冷却素子の前記放熱面が接合され、前記熱電冷却素子が発する熱を吸収し、他方の面から熱輻射によって赤外線を放出する放熱板と、
一方の面が、前記放熱板の他方の面の全面に渡って密着または隔離配置され、他方の面が、放熱空間に向かって配置され、可視光を反射し、赤外線を透過する熱制御ミラーと、
を備えることを特徴とする冷却装置。A thermoelectric cooling element having a heat absorbing surface that absorbs heat by being energized, and a heat radiating surface that emits heat, wherein the heat absorbing surface is disposed with respect to a cooled space,
The heat dissipation surface of the thermoelectric cooling element is joined to one surface, absorbs heat generated by the thermoelectric cooling element, and emits infrared rays by heat radiation from the other surface,
A heat control mirror, one surface of which is disposed in close contact or separated over the entire surface of the other surface of the heat sink, and the other surface is disposed toward the heat radiation space, reflects visible light, and transmits infrared light. ,
A cooling device comprising:
前記熱電冷却素子の前記吸熱部に接合され、冷却対象物が発する熱を前記吸熱部へ伝えるヒートパイプと、
一方の面に対して前記熱電冷却素子の前記放熱面が接合され、前記熱電冷却素子が発する熱を吸収し、他方の面から熱輻射によって赤外線を放出する放熱板と、
一方の面が、前記放熱板の他方の面の全面に渡って密着または隔離配置され、他方の面が、放熱空間に向かって配置され、可視光を反射し、赤外線を透過する熱制御ミラーと、
を備えることを特徴とする冷却装置。A thermoelectric cooling element having a heat absorbing surface that absorbs heat by being energized, and a heat radiating surface that emits heat, wherein the heat absorbing surface is disposed with respect to a cooled space,
A heat pipe joined to the heat absorbing portion of the thermoelectric cooling element and transmitting heat generated by the object to be cooled to the heat absorbing portion;
The heat dissipation surface of the thermoelectric cooling element is joined to one surface, absorbs heat generated by the thermoelectric cooling element, and emits infrared rays by heat radiation from the other surface,
A heat control mirror, one surface of which is disposed in close contact or separated over the entire surface of the other surface of the heat sink, and the other surface is disposed toward the heat radiation space, reflects visible light, and transmits infrared light. ,
A cooling device comprising:
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