JP2006207935A - 電子冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電子冷却装置の構成部品を被冷却物に適した形状にすることにより、高効率な冷却ができる電子冷却装置を提供する。
【解決手段】吸熱面１ａと放熱面１ｂを持つ熱電変換デバイス１を備え、吸熱面１ａが被冷却物７の被冷却面８と直接または間接的に熱的に接続されており、吸熱面１ａの長手方向が被冷却面８の長手方向と同じであることを特徴とすることにより、被冷却面８の端部と吸熱面１ａの端部との距離が小さくなり、被冷却面７からの熱を吸熱面１ａへ比較的均一に伝えることができるため、冷却効率の向上が図れる。
【選択図】図１

Description

本発明はペルチェ効果や熱電子のトンネル効果などによって機能する熱電変換デバイスを用いた電子冷却装置に関するものである。

従来、この種の冷却装置としては、熱電変換デバイスの放熱面と放熱器を熱的に接続して空気等により放熱させ、一方で吸熱面と被冷却物を直接もしくは間接的に接続し、被冷却物を冷却させるものとして知られている（例えば、特許文献１参照）。

図６は上記特許文献１に記載された従来の電子冷却装置の冷却側の正面図である。図７は図６のＡ−Ａ線による断面図、図８は図６のＢ−Ｂ線による断面図、図９は同電子冷却装置の斜視図である。

図６から図９に示すように、熱電変換デバイス１００は、放熱面１００ａと吸熱面１００ｂを有している。そして放熱面１００ａは放熱器１１０と熱的に接続されている。また、放熱器１１０は、基板１１１とフィン１１２とから構成されている。さらに、吸熱面１００ｂは、ブロック１２０を介して被冷却物１３０と熱的に接続されている。被冷却物１３０としては、ＤＬＰプロジェクターの光学デバイスであるＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）やコンピュータのＣＰＵ（中央処理装置）等があげられる。

以上のように構成された電子冷却装置について、以下その動作を説明する。

上記構成からなる熱電変換デバイス１００に通電すると、吸熱面１００ｂが冷却され、ブロック１２０を介して、被冷却物１３０が冷却される。このため、ブロック１２０を、熱伝導性がよいアルミニウムで構成する等熱を伝わりやすく構成することにより、冷却効率を向上させている。

一方、放熱面１００ａでは、吸熱面１００ｂの吸熱量に、熱電変換デバイス１００内のジュール熱も加わり発熱する。この発熱は、基板１１１から放熱器１１０に伝わり、送風装置（図示せず）により、放熱器１１０へ送風された空気と熱交換し、放熱される。このため、放熱器１１０の大型化を行ったり、放熱器１１０へ流入する風量を増大する等の手段を講じて放熱能力を向上させ、熱伝変換デバイス１００の冷却効率を向上させている。
特開平８−１７８４６９号公報

しかしながら、上記従来の構成では、ＤＬＰプロジェクターやコンピュータ等の製品内に組み込んで使用する際、電子冷却装置の構成部品が被冷却物に適した形状でないため、熱の伝わりが悪く、冷却効率が低いという課題を有していた。

本発明は従来の課題を解決するもので、電子冷却装置の構成部品を被冷却物に適した形状にすることにより、高効率な冷却ができる電子冷却装置を提供することを目的とする。

上記従来の課題を解決するために、本発明の電子冷却装置は、熱電変換デバイスの少なくとも吸熱面もしくは放熱面のいずれか一方を、長方形状とし、その長手方向を被冷却面の長手方向と同じ方向に配置、あるいは少なくとも前記吸熱面もしくは前記放熱面のいずれか一方の形状を前記被冷却面と略相似形としたものである。

これによって、被冷却面の熱を吸熱面の端部まで比較的均一に伝えることができ、放熱斑が抑制できる。また、前記吸熱面もしくは放熱面のいずれか一方を、矩形とすることにより、加工性が良好となる。

また、本発明の電子冷却装置は、第１の接続面を被冷却面と熱的に接続し、第２の接続面を前記吸熱面と熱的に接続したブロックを有する構成とし、前記第１の接続面もしくは第２の接続面の少なくとも一方を、長方形状とし、その長手方向を、前記被冷却面の長手方向と同じ方向に配置、あるいは前記第１の接続面もしくは第２の接続面の少なくとも一方の形状を前記被冷却面と略相似形としたものである。

したがって、前記被冷却部と前記吸熱面との間に距離があり、ブロック等を介して冷却を行う場合であっても、前記被冷却面からの熱を第１の接続面もしくは第２の接続面に均一に伝えることができ、ブロック内を伝播する際の熱抵抗を低減することができる。

さらに、本発明の電子冷却装置は、基板と伝熱面積拡大手段とから構成し、前記基板上の接続面に放熱面と熱的に接続される放熱器を設け、基板上の接続面を長方形状としてその長手方向を前記放熱面の長手方向と同じ方向に配置もしくは、前記接続面を前記放熱面と略相似形とすることにより、前記基板全体に比較的均一に発熱を伝えることができ、放熱性能を向上させることができる。

また、前記被冷却面における中心基板上の接続面への投影点と基板上の接続面の中心とをオフセットさせることにより、風路構成がしやすく、製品に取り付けやすくなる。

本発明の電子冷却装置は、熱電変換デバイス側に設けた吸熱面部あるいは放熱面部と、被熱交換面との熱的接続構造において、その接合面との形状関係を略相似あるいは略同形とすることにより、吸熱、放熱等の熱伝達斑を少なくし、冷却効率を向上させ、さらに風回路内への組み込みが容易な構成とすることができる。

請求項１に記載の発明は、吸熱面と放熱面を持つ熱電変換デバイスを備え、前記吸熱面を、被冷却物の被冷却面と直接または間接的かつ熱的に接続し、前記吸熱面の長手方向を前記被冷却面の長手方向と同じ方向に配置したものである。

かかる構成とすることにより、前記被冷却面の熱を吸熱面の端部まで比較的均一に伝えることができるため、冷却効率の向上が図れる。

請求項２に記載の発明は、前記吸熱面を、前記被冷却面と略相似形としたもので、前記被冷却面の熱をさらに均一に吸熱面全体に伝えることができ、さらに冷却効率の向上が図れる。

請求項３に記載の発明は、前記吸熱面を、長方形としたもので、前記吸熱面の加工がしやすく、歩留まりも良くなるため、安価に冷却効率が良い電子冷却装置を提供することができる。

請求項４に記載の発明は、前記熱伝変換デバイスと、第１の接続面を前記被冷却面と熱的に接続し、第２の接続面を前記吸熱面と熱的に接続したブロックとからなり、前記第１の接続面の長手方向を前記被冷却面の長手方向と同じ方向に配置したものである。

かかる構成とすることにより、前記被冷却部と吸熱面との間に距離があり、ブロックを介して冷却を行う場合、前記被冷却面からの熱を第１の接続面へ均一に伝えることができるため、ブロック内を伝播する際の熱抵抗を低減することができ、冷却効率を向上することができる。

請求項５に記載の発明は、前記第１の接続面を、前記被冷却面と略相似形としたものである。

したがって、前記被冷却面から第１の接続面へさらに均一に熱を伝播させることができ、ブロック内を伝播する際の熱抵抗を低減して冷却効率を向上することができる。

請求項６に記載の発明は、前記第２の接続面の長手方向を前記吸熱面の長手方向と同じ方向に配置したもので、前記被冷却面からブロック内を伝わった熱を均一に吸熱面へと伝えることができ、冷却効率が向上する。

請求項７に記載の発明は、前記第２の接続面を、前記吸熱面と略相似形としたもので、前記ブロック内を伝播した熱は、第２の接続面から吸熱面へと伝わる際、第２の接続面から吸熱面全体にさらに均一に伝わり、その結果、冷却効率が向上する。

請求項８に記載の発明は、前記熱伝変換デバイスと、基板と伝熱面積拡大手段とから構成され、前記基板上の接続面で前記放熱面と熱的に接続される放熱器とからなり、前記基板上の接続面の長手方向を前記放熱面の長手方向と同じ方向に配置したものである。

かかる構成とすることにより、基板全体に比較的均一に発熱を伝えることができ、放熱性能が向上することにより、熱伝変換デバイスの冷却効率が向上する。

請求項９に記載の発明は、前記基板上の接続面を前記放熱面と略相似形としたもので、前記放熱面の発熱を前記基板全体に均一に伝えることができ、放熱性能が向上することにより、熱伝変換デバイスの冷却効率が向上する。

請求項１０に記載の発明は、前記被冷却面における中心の前記基板上接続面への投影点と、前記基板上の接続面の中心とをオフセットしたものである。

かかる構成とすることにより、風路構成がしやすく、製品への組み込みが行い易い。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における電子冷却装置の斜視図である。図２は、本発明の実施の形態１における電子冷却装置の正面図であり、図３は図２のＣ−Ｃ線断面図である。図４は図２のＤ−Ｄ線断面図である。

本実施の形態の電子冷却装置は、図１から図４に示すように、熱電変換デバイス１と、放熱器２と、ブロック３と、ケース４と、冷却側Ｏリング５と、放熱側Ｏリング６とから構成されている。

熱電変換デバイス１は、相対する位置に吸熱面１ａと放熱面１ｂを備えている。放熱器２は、基板２ａと伝熱面積拡大手段としてのフィン２ｂから構成されている。そして、基板２と放熱面１ｂは、基板２上の接続面２ｃにおいて熱的に接続している。

被冷却物７の被冷却面８は、ブロック３における第１の接続面３ａと接触し、熱的に接続されている。また、ブロック３の第２の接続面３ｂは、吸熱面１ａと接触し、熱的に接続されている。

本実施の形態では、被冷却物７の被冷却面８を長方形の形状とし、その長辺８ａは図中水平方向に、短辺８ｂは垂直方向になるよう設置されている。また、吸熱面１ａは、被冷却面８と相似に形成された長方形であり、その長辺は図中水平方向になるよう取り付けており、その結果、この吸熱面１ａの長手方向は、被冷却面８の長手方向と同じ方向に配置されている。

第１の接続面３ａも同様に被冷却面８と相似の長方形に形成されており、その長辺は図中水平方向になるよう取り付けられ、その結果、この第１の接続面３ａの長手方向は、被冷却面８の長手方向と同じ方向に配置されている。また、第２の接続面３ｂも同様に、吸熱面１ａと相似の長方形に形成されており、その長辺は水平方向になるよう取り付けられ、その結果、第２の接続面３ｂの長手方向は、吸熱面１ａの長手方向と同じ方向に配置されている。

また、放熱面１ｂは、吸熱面１ａと対向しており、吸熱面１ａと同形状である。放熱器２における基板２ａ上の接続面２ｃは、放熱面１ｂと相似の長方形に形成され、その長辺が、図中水平方向になるよう取り付けられており、接続面２ｃの長手方向も吸熱面１ａの長手方向と同じ方向に配置されている。

そして、被冷却面８における中心の接続面２ｃへの投影点８ｃは、接続面２ｃの中心２ｄよりも垂直上方へオフセットしている。

以上のように構成された電子冷却装置について、以下その動作、作用を説明する。

熱電変換デバイス１に電流を流すことにより、吸熱面１ａが冷却され、被冷却物７が冷却される。この間、被冷却物７の発熱は、被冷却面８から第１の接続面３ａを通してブロック３に伝わり、このブロック３から第２の接続面３ｂ通して吸熱面１ｂへと伝わり、冷却される。

この際、被冷却面８とブロック３における第１の接続面３ａとは、それぞれの長手方向が同じで相似形であるため、被冷却面８からの熱は、第１の接続面３ａの面方向に均等に伝わり、その結果、ブロック３内を均一に伝熱し、ブロック３全体を用いて効率よく伝熱することができる。

また、同様に第２の接続面３ｂと吸熱面１ａも相似の長方形であるため、ブロック３から吸熱面１ａ全体に均等に熱を伝えることができ、吸熱面１ｂ全体で効率よく冷却することができる。

本実施の形態においては、これらの継続動作により、被冷却物７を効率よく冷却することができる。

なお、本実施の形態では、被冷却物７の発熱を、ブロック３を介して冷却しているが、被冷却面８と吸熱面１ａを直接接触させ冷却する場合でも、被冷却面８と吸熱面１ａは相似の長方形であるため、被冷却物７の発熱が吸熱面１ａに均等に伝えることができ、効率よく冷却することができる。

一方、熱電変換デバイス１における放熱面１ｂは加熱され、基板２ａ上の接続面２ｃから放熱器２へと熱が伝わり、放熱される。ここで、接続面２ｃは、放熱面１ｂと相似の長方形に形成されているため、放熱面１ｂからの熱が基板２ａ全体に均一に拡がる。その結果、放熱器２と空気との平均温度差を大きくすることができ、放熱能力が向上し、熱伝変換デバイス１の冷却効率が向上することとなる。

（実施の形態２）
次に、実施の形態２として実施の形態１に示す熱電変換デバイス１を、冷却対象の構造物へ組込んだ場合について説明する。なお、実施の形態１と同一の構成部材については、同一の符号を付して説明を省略する。

図５は、本発明の実施の形態２における先の実施の形態１の電子冷却装置を電子制御装置に組み込んだ場合の断面図を示す。

電子制御装置本体２４内に設置された電子基板２５には、被冷却物７が実装されている。被冷却物７は、電子制御装置本体２４の高さ方向中央より上側に設置されている。

したがって、ブロック３に設けた第１の接続面３ａにおける中心３ｄの基板２１への投影点が、基板２１の中心２１ａよりも上方に位置しているため、電子制御装置本体２４の底面と電子冷却装置（熱電変換デバイス）との間に隙間をつくることなく、簡単に取り付けることができる。

以上のように、本発明にかかる電子冷却装置は、被冷却物の発熱を吸熱面に効率よく伝えることと、放熱面での加熱を放熱器に効率よく伝え、放熱能力、あるいは冷却性能を向上させることが可能となるので、電子機器の冷却やレーザーダイーオードの冷却に加え、電子式冷温庫や冷蔵庫、薬品保管庫や理化学機器等の用途にも適用できる。

本発明の実施の形態１における電子冷却装置の斜視図 同実施の形態１における電子冷却装置の正面図 図２のＣ−Ｃ線による電子冷却装置の断面図 図２のＤ−Ｄ線による電子冷却装置の断面図 本発明の実施の形態２における実施の形態１の電子冷却装置を組み込んだ電子制御装置の断面図 従来例を示す電子冷却装置の正面図 図６のＡ−Ａ線による電子冷却装置の断面図 図６のＢ−Ｂ線による電子冷却装置の断面図 同電子冷却装置の斜視図

符号の説明

１ 熱電変換デバイス
１ａ 放熱面
１ｂ 吸熱面
２ 放熱器
２ａ 基板
２ｂ フィン
２ｃ 接続面
２ｄ 接続面の中心
３ ブロック
３ａ 第１の接続面
３ｂ 第２の接続面
４ ケース
７ 被冷却物
８ 被冷却面
８ａ 長辺
８ｃ 投影点

Claims (10)

1. 吸熱面と放熱面を持つ熱電変換デバイスを備え、前記吸熱面を、被冷却物の被冷却面と直接または間接的かつ熱的に接続し、前記吸熱面の長手方向を前記被冷却面の長手方向と同じ方向に配置した電子冷却装置。
2. 前記吸熱面を、前記被冷却面と略相似形とした請求項１に記載の電子冷却装置。
3. 前記吸熱面を、長方形とした請求項１に記載の電子冷却装置。
4. 前記熱伝変換デバイスと、第１の接続面を前記被冷却面と熱的に接続し、第２の接続面を前記吸熱面と熱的に接続したブロックとからなり、前記第１の接続面の長手方向を前記被冷却面の長手方向と同じ方向に配置した請求項１から３のいずれか一項に記載の電子冷却装置。
5. 前記第１の接続面を、前記被冷却面と略相似形とした請求項４に記載の電子冷却装置。
6. 前記第２の接続面の長手方向を前記吸熱面の長手方向と同じ方向に配置した請求項４または５に記載の電子式冷却装置。
7. 前記第２の接続面を、前記吸熱面と略相似形とした請求項６に記載の電子冷却装置。
8. 前記熱伝変換デバイスと、基板と伝熱面積拡大手段とから構成され、前記基板上の接続面で前記放熱面と熱的に接続される放熱器とからなり、前記基板上の接続面の長手方向を前記放熱面の長手方向と同じ方向に配置した請求項１から７のいずれか一項に記載の電子冷却装置。
9. 前記基板上の接続面を前記放熱面と略相似形とした請求項８に記載の電子冷却装置。
10. 前記被冷却面における中心の前記基板上接続面への投影点と、前記基板上の接続面の中心とをオフセットした請求項１から９のいずれか一項に記載の電子冷却装置。

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