JP2005136211A

JP2005136211A - 冷却装置

Info

Publication number: JP2005136211A
Application number: JP2003370874A
Authority: JP
Inventors: Takahiko Shindou; 尊彦新藤; Yoshiyasu Ito; 義康伊藤; Takehisa Hino; 武久日野; Yujiro Nakatani; 祐二郎中谷; Reki Takaku; 歴高久; Kazuya Murakami; 和也村上; Keiichi Sasaki; 恵一佐々木
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2003-10-30
Filing date: 2003-10-30
Publication date: 2005-05-26

Abstract

【課題】外部からの電源を供給せずに、熱電変換モジュールを用いた冷却を行うことができる冷却装置を提供する。
【解決手段】温度差により発電する熱電変換モジュール３と、熱電変換モジュール３に接続され送風可能に設置されたファン５とから構成する。
【選択図】図１

Description

この発明は、機器等の熱源部１の冷却に係り、特に、外部電源を必要としない冷却装置に関する。

従来、一般的に冷却装置として用いられている熱電変換素子は、直流電流により冷却または放熱を起こすペルチェ効果を利用したもので、装置の局部的な冷却用に使用されている。一方、この熱電変換素子のもう一つの利用形態は、温度差により電気を発生するゼーペック効果を用いた発電装置としての利用が考えられている。

熱電変換素子を用いた熱電変換モジュールの主要用途の1つとして、パソコン等の電子機器等におけるＣＰＵ部の熱源部１の冷却が挙げられる。一般的にＣＰＵからの発熱を効率良く放熱させるためにＣＰＵの上にヒートシンクが設置されているが、近年、ＣＰＵの高性能化に伴ってＣＰＵの発熱量が増大するとともに、ＣＰＵを直接冷却する目的で熱電変換モジュールが用いられている。熱電変換モジュールの冷却面をＣＰＵに、発熱面を放熱器やヒートシンクと密着させ、ＣＰＵの発熱量に応じて熱電変換モジュールヘの通電量を制御してＣＰＵの冷却が行なわれている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
特開２００２−３５３３９１。特開２００２−３３３３９１。

ところが、このような構成では、熱電変換モジュールを用いた冷却の場合には電源が必要である。また、他の熱電変換モジュールを用いた冷却の場合も同様で、熱電変換モジュールを用いて冷却を行う場合には電源が必要である。

この発明は上記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、外部からの電源を供給せずに、熱電変換モジュールを用いた冷却を行うことができる冷却装置を提供することにある。

本発明はかかる課題を解決するものであり、本発明は、温度差により発電する熱電変換モジュールと、前記熱電変換モジュールから電力の供給がされるように接続され送風可能に設置されたファンとを具備することを特徴とする冷却装置である。

したがって本発明は、温度差により発電する熱電変換モジュールと、熱電変換モジュールに対し送風可能に設置されたファンとから構成される。このため、外部からの電源を供給せずに、熱電変換モジュールを用いた冷却を行うことができる。

本発明によれば、外部からの電源を供給せずに、熱電変換モジュールを用いた冷却装置を用いて冷却を行うことができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る冷却装置の構成を示す模式図である。

本発明の冷却装置１０は、熱電変換素子等から構成された熱電変換モジュール３と、熱伝導率の高い金属から成る冷却フィン４と、モーター等の駆動装置を内蔵したファン５と、このファン５の電力の供給源である熱電変換モジュール３とを接続する配線部６とから構成される。

また、冷却装置１０は、冷却装置１０の冷却対象であるＣＰＵ等の熱源部１と、この熱源部１と冷却装置１０とを密着させるための熱伝導材料２を介して密着するように設置されている。

なお、熱電変換モジュール３に用いられている熱電変換素子の主成分は、ビスマスとテルルから構成されている。ファン５は、銅、アルミを主成分とする材料から構成されている。また、冷却装置１０と熱源部１との接触部には熱伝導材料２が設置され、冷却装置１０の熱源部１への取り付けば、例えば、磁石、ねじ止め、挟み込み、溶接、ハンダ、ロウ付け等のうちの１つまたはその組み合わせで構成される。

冷却装置１０は、熱源部１からの熱を熱電変換モジュール３が電気に変換し、その電気によりファン５が可動する。このように、冷却装置１０は、熱源部１からの熱を原動力としてファン５を駆動し、熱源部１を冷却することを特徴とする。

熱源部１は、熱電変換モジュール３と冷却フィン４により熱量を消費されるとともにファン５による空冷により熱源部１の冷却がさらに進行する。図２に、冷却装置１０にて冷却を行わない場合と、冷却装置１０にて冷却を行った場合の熱源部１の温度を比較した図を示す。冷却を行わない場合の熱源の温度を100%とした場合の熱源温度(%)で表してある。

熱源部１に冷却装置１０を設置することにより、外部からの電源無しで、熱源部１の温度上昇を30%低減できる。従来技術では熱源部１を冷却するためにファンやペルチェ素子を用いるが、そのために電源を必要とし、コンパクト化が困難であった。本発明では、外部からの電源を必要とせず、そのために従来技術に比較して冷却部（冷却装置１０）をコンパクト化することが可能である。

また、本発明の冷却装置１０の変形例として、図３に示すように、熱電変換モジュール３にファン５を取り付けない構成にしても同様の効果を示す。すなわち、モーターを有したファン５の位置は、図１のように熱電変換モジュール３の上方でなくても図３に示すように横に配置しても良い。また、ファン５からの風の向きは、熱電変換モジュール３や冷却フィン４に対して吹き付け方向または逆方向（図４参照）でも同様の効果を示す。

冷却装置１０と熱源部１との接触部に設置した熱伝導材料２は、このような熱伝導材料２を用いる事で、熱伝導の応答性が向上するために、熱源部１の温度が経時変化する場合には適している。また、熱伝導材料２は、銅、アルミ、銀、シリコンを主成分とした板状、グリース状、またゲル状のものである。

また、熱伝導材料２は熱源部１から熱電変換モジュール３ヘの熱容量を調整するために高熱伝導材料と低熱電導材料の組合せから構成したものを用いる。例えば、図５、図６に示すように、高熱伝導材料２０と低熱電導材料２５とを組み合わせた熱伝導材料２を用いる。なお、図５及び図６に示した形態は一例であり、様々な高熱伝導材料２０と低熱電導材料２５とを組み合わせた熱伝導材料２を用いることができる。

次に、図７は、本発明の冷却装置１０を配電盤に適用した冷却システムの一実施形態である。図７（ａ）は側面断面図、図７（ｂ）は、正面から見た図である。開閉ノブ３３が取り付けられた基盤カバー３５に本発明の冷却装置３１が取り付けられている。さらに、基盤カバー３５内に設置された配電盤３７にも冷却装置３１’が取り付けられている。配電盤３７の冷却として、冷却装置は、配電盤３７の外部または基盤カバー３５の外部に取り付けてあるが、配電盤３７の内部に、または基盤カバー３５の内部に、あるいは両方に、さらに複数個取り付けても良い。

以上の構造を適用した本発明の冷却装置は、従来技術では、配電盤の冷却には、新たに冷却ファンを取り付け、冷却ファンの電源のために、新たな電源工事が必要であったが、本発明の冷却装置は、熱源を原動力とするためにその必要は無く、経済性および設備性の観点から有効である。

次に、図８は、本発明の冷却装置１０をコンプレッサーに適用した冷却システムの一実施形態である。図８（ａ）は側面断面図、図８（ｂ）は、正面から見た図である。

ダクト４７を有するコンプレッサー４５に対し、取り付け台４１を介して冷却装置４３を設置する。冷却装置４３は、コンプレッサー４５に、例えば高熱伝導性の材料で作られた取り付け台４１により設置される。本冷却装置を用いてコンプレッサーを冷却することで、コンプレッサーの寿命を長くすることが可能となり、コンプレッサーの経済性および設備性の観点から有効である。

この発明の一実施形態に係わる冷却装置を冷却対象である熱源部に設置した場合の構成を示す模式図。この発明の一実施形態に係わる冷却対象に対して冷却を行わない場合と、冷却装置にて冷却を行った場合の熱源部の温度を比較した図。この発明の一実施形態に係わる熱電変換モジュールにファンを直接取り付けない構成を示した模式図。この発明の一実施形態に係わるファンからの風の向きを熱電変換モジュールや冷却フィンに対して逆方向に吹き付ける場合を示した模式図。この発明の一実施形態に係わる高熱伝導材料と低熱電導材料とを組み合わせた熱伝導材料を示した模式図。この発明の一実施形態に係わる高熱伝導材料と低熱電導材料とを組み合わせた熱伝導材料を示した模式図。この発明の一実施形態に係わる冷却装置を配電盤に適用した冷却システムの一実施形態を示す模式図。この発明の一実施形態に係わる冷却装置をコンプレッサーに適用した冷却システムの一実施形態を示す模式図。

符号の説明

１…熱源部、２…熱伝導材料、３…熱電変換モジュール、４…冷却フィン、５…ファン、６…配線部、１０、３１、３１’、４３…冷却装置、２０…高熱伝導材料、２５…低熱電導材料、３１…冷却装置、３３…開閉ノブ、３５…基盤カバー、３７…配電盤、４１…取り付け台、４５…コンプレッサー、４７…ダクト

Claims

温度差により発電する熱電変換モジュールと、
前記熱電変換モジュールから電力の供給がされるように接続され送風可能に設置されたファンと、
を具備することを特徴とする冷却装置。
温度差により発電する熱電変換モジュールと、
前記熱電変換モジュールに設置された冷却フィンと、
前記熱電変換モジュールから電力の供給がされるように接続され、前記冷却フィンに対し送風可能に設置されたファンと、
を具備することを特徴とする冷却装置。
請求項１または２に記載の冷却装置において、
前記熱電変換モジュールの主成分が、ビスマスとテルルから構成されていることを特徴とする冷却装置。
請求項１または２に記載の冷却装置において、
前記ファンは、前記熱電変換モジュールが発電する電力によって駆動することを特徴とする冷却装置。
請求項１または２に記載の冷却装置において、
当該冷却装置は、熱を発生する熱源部と熱伝導材料を介して接していることを特徴とする冷却装置。
請求項５に記載の冷却装置において、
前記熱伝導材料は、銅、アルミ、銀、およびシリコンを主成分とした板状、グリース状、ゲル状のうちのいずれか１つの状態の材料であることを特徴とする冷却装置。
請求項５または６に記載の冷却装置において、
前記熱伝導材料は、高熱伝導材料と低熱電導材料の組合せからなることを特徴とする冷却装置。
請求項１または２に記載の冷却装置において、
前記ファンは、銅およびアルミを主成分とすることを特徴とする冷却装置。
請求項１または２に記載の冷却装置において、
当該冷却装置と前記熱源部との接続は、磁石、ねじ止め、挟み込み、溶接、ハンダ、ロウ付けのいずれか１つ以上で行われることを特徴とする冷却装置。
請求項１または２に記載の冷却装置において、
当該冷却装置の冷却対象である熱源部は、配電盤、コンプレッサー、または演算処理装置のいずれか１つであることを特徴とする冷却装置。