JP2022074220A - Cooling apparatus of electric/electronic apparatus housing box - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電気電子機器収納用箱の冷却装置に関するものである。 The present invention relates to a cooling device for a box for storing electrical and electronic equipment.
配電盤、通信装置、サーバ等の箱体内部に配置した電気電子機器から発生する熱を箱体外部へ放出するため、箱体に冷却装置を備えることが知られている。冷却装置としては、ルーバーや換気扇を使用して箱体内部を換気して冷却する方法もあるが、屋外で使用する場合、風雨や外気中のダストの影響を防ぐため、防水防塵性能が求められている。また、屋内で使用する場合であっても、粉塵やオイルミストが多い場所では屋外と同様であり、箱体内部を換気して冷却する方法は不向きである。 It is known that a cooling device is provided in a box body in order to release heat generated from electrical and electronic devices arranged inside the box body such as a switchboard, a communication device, and a server to the outside of the box body. As a cooling device, there is also a method of ventilating and cooling the inside of the box using a louver or a ventilation fan, but when using it outdoors, waterproof and dustproof performance is required to prevent the influence of wind and rain and dust in the outside air. ing. Further, even when used indoors, it is the same as outdoors in a place where there is a lot of dust and oil mist, and the method of ventilating and cooling the inside of the box is not suitable.
このような状況下においては、特許文献1のような電子式クーラーを冷却装置として使用することがある。特許文献1のような電子式クーラーは、箱体の取付面を中心として内側と外側にペルチェ素子を挟んでそれぞれ吸熱/放熱ヒートシンクを配設し、さらにペルチェ素子と吸熱/放熱ヒートシンクとの接合面と平行に換気用ファンを備えており、電子式クーラーの厚さが大きくなってしまい、箱体内部の収納スペースを圧迫してしまう。また、屋外で使用する場合は、箱体内部の電気電子機器から発生する熱のみに限らず、直射日光による箱体内部の温度上昇も問題となっている。こうした場合、特許文献2のような遮光板を箱体に取り付けることが知られている。特許文献1のように電子式クーラーの厚さが大きくなってしまうと、箱体外部に突出するため遮光板の設置が困難となる虞がある。
Under such circumstances, an electronic cooler as in
このような問題を解決する手段として冷却装置の厚さを小さく、すなわち薄くすることが求められる。そのような冷却装置とするには、ペルチェ素子とヒートシンクとの接合面と平行に換気用ファンを配置するのは、好ましくない。このため、ペルチェ素子とヒートシンクとの接合面とは垂直となる方向にヒートシンクと換気用ファンを並べて配置することが考えられる。しかし、単にこのような配置にするだけでは、均一な風量を維持できず、熱交換の効率が低下する虞がある。均一な風量を維持するため、ヒートシンクをケースで覆うことが考えられるが、吸気と排気の距離が長くなるほど熱交換効率が低下する。 As a means for solving such a problem, it is required to reduce the thickness of the cooling device, that is, to reduce the thickness. In order to make such a cooling device, it is not preferable to arrange the ventilation fan parallel to the joint surface between the Pelche element and the heat sink. Therefore, it is conceivable to arrange the heat sink and the ventilation fan side by side in the direction perpendicular to the joint surface between the Pelche element and the heat sink. However, simply having such an arrangement does not maintain a uniform air volume, and there is a risk that the efficiency of heat exchange will decrease. In order to maintain a uniform air volume, it is conceivable to cover the heat sink with a case, but the longer the distance between the intake and exhaust, the lower the heat exchange efficiency.
本件の発明者は、この点について鋭意検討することにより、解決を試みた。本発明が解決しようとする課題は、ペルチェ素子を利用した電気電子機器収納用箱の冷却装置において、冷却装置を薄型にしながら、熱交換を適切に行えるようにすることである。 The inventor of this case tried to solve this problem by diligently examining this point. An object to be solved by the present invention is to enable appropriate heat exchange in a cooling device for an electric / electronic device storage box using a Pelche element while making the cooling device thin.
上記課題を解決するため、ペルチェ素子と、ペルチェ素子の一方側の面に接合される第一のヒートシンクと、ペルチェ素子の他方側の面に接合される第二のヒートシンクと、少なくとも第一のヒートシンク若しくは第二のヒートシンクの何れかを囲うケースと、換気用ファンと、を備えた電気電子機器収納用箱の冷却装置であって、前記ケースを構成する面であって、ペルチェ素子と第一のヒートシンクとの接合する面及び/又はペルチェ素子と第二のヒートシンクとの接合する面に対して垂直となる面に換気用ファンを備え、ケースの換気用ファンが取り付けられた面と対向する面に第一開口部を備え、ケースの換気用ファンが取り付けられた面及び第一開口部を備えた面とは異なる面の少なくとも一つの面に第二開口部を備えた電気電子機器収納用箱の冷却装置とする。 In order to solve the above problems, a Pelche element, a first heat sink bonded to one surface of the Pelche element, a second heat sink bonded to the other surface of the Pelche element, and at least a first heat sink. Alternatively, it is a cooling device for an electric / electronic device storage box provided with a case surrounding any of the second heat sinks and a ventilation fan, and is a surface constituting the case, the Pelche element and the first. A ventilation fan is provided on the surface to be joined to the heat sink and / or to the surface perpendicular to the surface to be joined to the Pelche element and the second heat sink, and on the surface facing the surface to which the ventilation fan of the case is attached. An electrical and electronic equipment storage box with a first opening and a second opening on at least one side of the case that is different from the side with the ventilation fan and the side with the first opening. Use as a cooling device.
また、第二開口部を、ケースを構成する面であって、ペルチェ素子と第一のヒートシンクとの接合する面及び/又はペルチェ素子と第二のヒートシンクとの接合する面に対して垂直となる面に備えた構成とすることが好ましい。 Further, the second opening is a surface constituting the case and is perpendicular to the surface where the Pelche element and the first heat sink are joined and / or the surface where the Pelche element and the second heat sink are joined. It is preferable that the configuration is prepared for a surface.
また、一つの面に位置する第二開口部は、第一開口部よりも開口面積が小さい構成とすることが好ましい。 Further, it is preferable that the second opening located on one surface has a smaller opening area than the first opening.
また、第二開口部を備えた面を複数備えた構成とすることが好ましい。 Further, it is preferable to have a configuration having a plurality of surfaces provided with the second opening.
また、ケースの対向する面に各々設けられた第二開口部が、換気用ファンと第一開口部が並ぶ方向に延びる線に対して対称となるように位置する構成とすることが好ましい。 Further, it is preferable that the second openings provided on the facing surfaces of the case are positioned symmetrically with respect to the line extending in the direction in which the ventilation fan and the first opening are arranged.
また、第二開口部を、第一開口部と換気用ファンとの間を流れる風路の風下側に寄せた位置に配置した構成とすることが好ましい。 Further, it is preferable that the second opening is arranged at a position closer to the leeward side of the air passage flowing between the first opening and the ventilation fan.
本発明では、ペルチェ素子を利用した電気電子機器収納用箱の冷却装置において、冷却装置を薄型にしながら、熱交換を適切に行える。 In the present invention, in a cooling device for an electric / electronic device storage box using a Pelche element, heat exchange can be appropriately performed while making the cooling device thin.
以下に発明を実施するための形態を示す。図1乃至図5に示されていることから理解されるように、本実施形態の電気電子機器収納用箱8の冷却装置1は、ペルチェ素子11と、ペルチェ素子11の一方側の面に接合される第一のヒートシンク12aと、ペルチェ素子11の他方側の面に接合される第二のヒートシンク12bと、少なくとも第一のヒートシンク12a若しくは第二のヒートシンク12bの何れかを囲うケース13と、換気用ファン14と、を備えている。また、この電気電子機器収納用箱8の冷却装置1は、前記ケース13を構成する面であって、ペルチェ素子11と第一のヒートシンク12aとの接合する面及び/又はペルチェ素子11と第二のヒートシンク12bとの接合する面に対して垂直となる面に換気用ファン14を備え、ケース13の換気用ファン14が取り付けられた面と対向する面に第一開口部131を備え、ケース13の換気用ファン14が取り付けられた面及び第一開口部131を備えた面とは異なる面の少なくとも一つの面に第二開口部132を備えている。このため、ペルチェ素子11を利用した電気電子機器収納用箱8の冷却装置1において、冷却装置1を薄型にしながら、熱交換を適切に行うことが可能となる。
The embodiment for carrying out the invention is shown below. As can be understood from FIGS. 1 to 5, the
実施形態の電気電子機器収納用箱8の冷却装置1は、固定設置される電気電子機器収納用箱8の一側面に取り付けて箱体81の内部を冷却する装置である。図1に示す例においては、電気電子機器収納用箱8の天井面に冷却装置1を取り付けている。なお、この冷却装置1はペルチェ素子11を利用した冷却ユニットを備えている。
The
実施形態の冷却ユニットは、ペルチェ素子11、放熱ユニット101、吸熱ユニット102からなり、ペルチェ素子11の発熱面に放熱ユニット101を接合し、ペルチェ素子11の吸熱面に吸熱ユニット102を接合している。冷却装置1を電気電子機器収納用箱8に取り付けるときには、放熱ユニット101の部分を箱体81の外側に配置し、吸熱ユニット102の部分を箱体81の内側に配置する。このようにすることで、冷却装置1を用いて箱体81の内部を冷却することができる。
The cooling unit of the embodiment is composed of a
次に、放熱ユニット101と吸熱ユニット102について説明を行うが、図2に示す冷却装置1に備えられた放熱ユニット101と吸熱ユニット102は、基本的に同様の構成となっている。そこで、本発明における最も特徴的な部分の説明は、図2における放熱ユニット101を例に挙げて説明をするものとする。
Next, the
図3及び図4に示すことから理解されるように、ペルチェ素子11に接合するヒートシンク12は、ペルチェ素子11に接合するベース121と、ベース121から延びる複数のフィン122を備えている。なお、実施形態におけるフィン122は、棒状のピンフィンであるが、例えば板状のストレートフィンなど、ピンフィンとは異なる形状でもよい。
As can be seen from FIGS. 3 and 4, the
冷却装置1に使用されるヒートシンク12として、ペルチェ素子11の一方側の面に接合される第一のヒートシンク12aと、ペルチェ素子11の他方側の面に接合される第二のヒートシンク12bが明確に区別されるが、実施形態では、放熱ユニット101側のヒートシンク12を第一のヒートシンク12aとし、吸熱ユニット102側の面に接合される第二のヒートシンク12bとしている。
As the
実施形態においてはヒートシンク12を囲うようにケース13が配置されている。このケース13は概略、ヒートシンク12のベース121を除く面をケース13で取り囲むこととなる。このケース13は、外郭に複数の面を備えた構成であるが、ペルチェ素子11と第一のヒートシンク12aとの接合する面及びペルチェ素子11と第二のヒートシンク12bとの接合する面の双方に対して垂直となる面に換気用ファン14を備えている。言い換えると、ケース13のペルチェ素子11に対して垂直となる面、又はベース121に対して垂直となる一つの面を換気用ファン14の取付面としている。
In the embodiment, the
実施形態のケース13は、換気用ファン14の取付面と対向する面に第一開口部131を備えている。なお、図5に示すことから理解されるように、実施形態では、換気用ファン14の取付面と対向する面の全体を開口させて第一開口部131としている。また、実施形態の換気用ファン14はヒートシンク12側から吸気するファンとなっている。
The
一般的にヒートシンク12を囲うケース13は、機能上必須のものでは無い。しかし、ケース13を備えるようにすることで、換気用ファン14の近くから多くの吸気が行われることで、換気用ファン14から離れた部分の風量が減少することを抑制することができるため、ヒートシンク12全体に一定の風量が維持できず熱交換効率が低下するといった問題を抑制することができる。
Generally, the
実施形態では、換気用ファン14はヒートシンク12側から吸気するものとしているため、ケース13の第一開口部131から吸気された空気がヒートシンク12に備えられた複数のフィン122に接するように通過して、換気用ファン14から排出される。なお、図3から図7に示すことから理解されるように、実施形態におけるケース13は、ヒートシンク12と概略同程度の大きさとしており、ケース13内を移動する空気とヒートシンク12との間で効率よく熱の移動が行えるようにしている。
In the embodiment, since the
ところで、ケース13が第一開口部131のみを備えた形態の場合、第一開口部131と換気用ファン14との間を流れる風路において、風下側に進むにつれて熱交換効率が低下するといった問題、例えば放熱ユニット101では、第一開口部131から取り入れた外気がペルチェ素子11の発熱面と接合したヒートシンク12を通過するにつれて温められ換気用ファン14から排気されるが、風下側に進むにつれて通過する外気の温度が上昇するため、十分な熱交換が行えなくなるといった問題が生じ得る。
By the way, when the
そこで、実施形態のケース13は、換気用ファン14の取付面や第一開口部131を形成した面とは異なる面に、第二開口部132を備えている。このような位置に第二開口部132を形成することで、第一開口部131と換気用ファン14との間を流れる風路の途中で外気を吸気することができ、熱交換効率を保つことができる。
Therefore, the
なお、実施形態の第二開口部132は、細長に形成した孔を複数並べた形状、すなわちスリットの集合体のような形態としているが、これ以外にもさまざまなものを使用することができる。例えば、実施形態における複数の孔の集合体に相当する程度の大きさの開口としてもよい。また、孔の形状などについても様々なものを採用できる。
The
ところで、図3に示す例においては、第二開口部132は、ケース13を構成する面であって、ペルチェ素子11と第一のヒートシンク12aとの接合する面及びペルチェ素子11と第二のヒートシンク12bとの接合する面の双方に対して垂直となる面、言い換えると、第一のヒートシンク12aと第二のヒートシンク12bが並ぶ方向に向けて延びる面に設けられている。このような面に第二開口部132を設けることで、ペルチェ素子11の発熱面と接合するベース121の近傍に第二開口部132を配置することができ、効果的に熱交換を行うことができる。
By the way, in the example shown in FIG. 3, the
例えば、ケース13のペルチェ素子11に対して平行となる面に第二開口部132を形成した場合、第二開口部132から吸気される外気は、ヒートシンク12の先端側を通過して排気されやすく、ヒートシンク12のベース121側に熱溜まりが生じやすくなる可能性があるが、ペルチェ素子11に対して垂直となる面に第二開口部132を形成した場合、ヒートシンク12のベース121側から先端側に広がる第二開口部132を形成することができるため、ヒートシンク12のフィン122の長さ方向に分散して吸気することができるようになり、熱溜まりが生じにくい効果的な熱交換を行うことができる。
For example, when the
また、ケース13を構成する面であって、ペルチェ素子11と第一のヒートシンク12aとの接合する面及び/又はペルチェ素子11と第二のヒートシンク12bとの接合する面に対して垂直となる面において、当該面のペルチェ素子11と第一のヒートシンク12aとの接合する面及び/又はペルチェ素子11と第二のヒートシンク12bとの接合する面に対して垂直となる方向に見て中央部よりもペルチェ素子11側に、第二開口部132の少なくとも一部が位置するようにすると、ヒートシンク12のベース121側を冷却しやすくなる。
Further, a surface constituting the
なお、ペルチェ素子11と第一のヒートシンク12aとの接合する面及び/又はペルチェ素子11と第二のヒートシンク12bとの接合する面に対して垂直となる面において、当該面のペルチェ素子11と第一のヒートシンク12aとの接合する面及び/又はペルチェ素子11と第二のヒートシンク12bとの接合する面に対して垂直となる方向に見て中央部よりもペルチェ素子11側と、反ペルチェ素子11側の双方に、第二開口部132の少なくとも一部が位置すれば、ケース13内に導入された空気を、ケース13内の比較的広い範囲に分散させることができる。
In addition, on the surface perpendicular to the surface where the
ところで、第一開口部131よりも換気用ファン14側に位置することになる第二開口部132の開口面積が大きくなると、換気用ファン14などの条件によっては第二開口部132から吸気される風量が多くなる。それにより第一開口部131側の風量が減少するため、熱交換の効率が低下し、第一開口部131側に熱溜まりが生じるおそれがある。このため、ケース13の一つの面に位置する第二開口部132は、第一開口部131よりも開口面積が小さいものであるのが好ましい。一つの面に設けた第二開口部132の開口面積をこのような大きさにすることで、第一開口部131から換気用ファン14に向かって流れる風路の風量を維持することができる。
By the way, when the opening area of the
なお、第二開口部132の開口面積がこのようなものであることは必須では無く、一つの面に位置する第二開口部132の開口面積が大きくなりすぎないようにすれば、第一開口部131からの風量を一定に保ちながら、第二開口部132からも吸気ができ、効果的に熱交換を行うことができる。
It is not essential that the opening area of the
また、第二開口部132を備えた面を複数備えた構成とすることが好ましい。空気の出入りの方向性のバランスなどを考慮することができるからである。特に、ケース13の対向する面に各々設けられた第二開口部132が、換気用ファン14と第一開口部131が並ぶ方向に延びる線に対して対称となるように位置するようにするのが好ましい。風路に対して対称となるように第二開口部132を配置することで、バランスよく第二開口部132からの吸気が行え、ヒートシンク12全体への均一な風の提供を期待できる。
Further, it is preferable to have a configuration having a plurality of surfaces provided with the
また、第二開口部132を、第一開口部131と換気用ファン14との間を流れる風路の風下側に寄せた位置に配置するのが好ましい。例えば、放熱ユニット101では、第一開口部131から吸気された外気がヒートシンク12を通過して空気が温められると、換気用ファン14側では熱交換効率が低下するが、風下側の第二開口部132からも外気が吸気されるようにすれば、風下側での熱交換に貢献することができる。このため、ヒートシンク12全体で効果的に熱交換を行うことができる。
Further, it is preferable to arrange the
なお、第二開口部132は、第一開口部131と換気用ファン14との間を流れる風路の風下側に寄せた位置に配置するだけに限らず、第一開口部131と換気用ファン14との間を流れる風路の風上側に寄せた位置に配置するようにしても良い。例えば、換気用ファン14がヒートシンク12側から吸気するのであれば、図8に示すような位置に配置することが例示できる。また、第二開口部132を、第一開口部131と換気用ファン14との間を流れる風路の風上側と風下側の双方に配置するようにしても良い。例えば、換気用ファン14がヒートシンク12側から吸気するのであれば、図9に示すような位置に配置することが例示できる。これらのような場合でも、換気用ファン14の性能などによっては、熱交換の効率を十分に確保できる。
The
ところで、図2に示す例においては、吸熱ユニット102も放熱ユニット101も、同様の構成である。したがって、吸熱ユニット102も放熱ユニット101も、ケース13を構成する面であって、ペルチェ素子11と第一のヒートシンク12aとの接合する面及びペルチェ素子11と第二のヒートシンク12bとの接合する面の双方に対して垂直となる面に換気用ファン14を備え、ケース13の換気用ファン14が取り付けられた面と対向する面に第一開口部131を備え、ケース13の換気用ファン14が取り付けられた面及び第一開口部131を備えた面とは異なる面の少なくとも一つの面に第二開口部132を備えている。このような構成とすれば、冷却装置1を全体的に薄型にすることができるため、箱体81の内側及び外側への突出を減らすことができ、かつ、均一に風量維持しながら熱交換効率を適切に行えるため、好ましい。
By the way, in the example shown in FIG. 2, both the
一方、図10及び図11に示すことから理解されるように、放熱ユニット101と吸熱ユニット102の何れかだけを上記した構成とするものであっても良い。この場合でも、放熱ユニット101側と吸熱ユニット102側のいずれか一方に対しては、上記したようなメリットを享受できるからである。つまり、箱体81の内部のスペースのみを確保したい場合は、吸熱ユニット102を薄型とし、放熱ユニット101は従来の構造として冷却装置1を構成することもできる。また、箱体81の外部のスペースのみを確保したい場合は、放熱ユニット101を薄型とし、吸熱ユニット102は従来の構造として冷却装置1を構成することもできる。
On the other hand, as can be understood from FIGS. 10 and 11, only one of the
ところで、図2に示す例では、放熱ユニット101に備えられた換気用ファン14と吸熱ユニット102に備えられた換気用ファン14が並列するように配置しているが、図12に示すことから理解されるように、それらが、非並列的に配置されるものであっても良い。この場合、それぞれの排気方向を反対向きにしても良いし、同じ向きにしても良い。なお、図12に示す例ではそれぞれの排気方向を反対向きにしている。
By the way, in the example shown in FIG. 2, the
ところで図2に示す例などでは、第二開口部132は、ケース13を構成する面であって、ペルチェ素子11と第一のヒートシンク12aとの接合する面及びペルチェ素子11と第二のヒートシンク12bとの接合する面の双方に対して垂直となる面に設けられているが、このような態様に限る必要は無い。図13から図15に示すことから理解されるように、ケース13を構成する面であって、ペルチェ素子11と第一のヒートシンク12aとの接合する面及び/又はペルチェ素子11と第二のヒートシンク12bとの接合する面に対して垂直となる面に対して直角方向に延びる面に設けるようにしても良い。ただし、この場合、上記したように、ベース121側に空気が流れにくい可能性もあるため、フィン122の形状や、邪魔板の配置の工夫により、ベース121側にも空気が流れやすいようにするのが好ましい。
By the way, in the example shown in FIG. 2, the
ケース13を構成する面であって、ペルチェ素子11と第一のヒートシンク12aとの接合する面及び/又はペルチェ素子11と第二のヒートシンク12bとの接合する面に対して垂直となる面に対して交差する方向に延びる面に第二開口部132を設ける場合、図13に示すように、第一開口部131と換気用ファン14との間を流れる風路の風上側に寄せた位置に配置するようにしても良いし、図14に示すように、第一開口部131と換気用ファン14との間を流れる風路の風下側に寄せた位置に配置するようにしても良い。また、図15に示すように、一つの面に複数の第二開口部132を設けるようにしても良い。
With respect to the surface constituting the
以上、実施形態を例に挙げて本発明について説明してきたが、本発明は上記実施形態に限定されることはなく、各種の態様とすることが可能である。例えば、換気用ファン14の風向きは逆にすることも可能である。
Although the present invention has been described above by taking an embodiment as an example, the present invention is not limited to the above embodiment and can be various modes. For example, the wind direction of the
1 冷却装置
8 電気電子機器収納用箱
11 ペルチェ素子
12 ヒートシンク
12a 第一のヒートシンク
12b 第二のヒートシンク
13 ケース
14 換気用ファン
131 第一開口部
132 第二開口部
1
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Cited By (1)
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---|---|---|---|---|
RU2797033C1 (en) * | 2023-01-31 | 2023-05-31 | Общество с ограниченной ответственностью "Ботлихский радиозавод" | Thermoelectric device for heat removal from electronic equipment elements |
-
2020
- 2020-11-04 JP JP2020184085A patent/JP2022074220A/en active Pending
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