JP3085294B2 - 冷却装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ペルチェ素子等の
熱電素子を挟んで隔てられた冷却空気通路及び放熱空気
通路に、熱電素子に接するヒートシンクと該ヒートシン
クに送風する送風機をそれぞれ配置した冷却装置に関
し、特に、送風機からヒートシンクへの送風構造の改善
策に係るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の冷却装置としては、例え
ば特開平６−９４３２３号公報に記載されたものがあ
る。この冷却装置は、冷却ケース内に、互いに隔てられ
た冷却側空気通路と放熱側空気通路とを備えており、両
空気通路は、ペルチェ素子等の熱電素子を挟むように配
置されている。冷却側空気通路には、熱電素子の冷却面
に接する冷却ヒートシンクと、冷却ヒートシンクに送風
する冷却送風機とが配置され、放熱側空気通路には、熱
電素子の放熱面に接する放熱ヒートシンクと、放熱ヒー
トシンクに送風する放熱送風機とが配置されている。ま
た、送風機にはプロペラファンが用いられており、該プ
ロペラファンは、熱電素子に対してほぼ直角に空気を送
るように配置されている。

【０００３】この冷却装置は、例えば、各種機械の制御
盤などに設けられている。冷却側空気通路は制御盤の内
部空間に連通するように構成され、放熱側空気通路は外
気に開放するように構成されている。この構成におい
て、熱電素子に通電し、各送風機を起動すると、冷却ヒ
ートシンクで生成された低温空気が制御盤の内部に送ら
れて制御盤内が冷却され、放熱ヒートシンクを通った高
温空気は制御盤の外に放出されることになる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この種の冷却装置で
は、冷却能力を大きくするにはヒートシンクの通過風速
を大きくする必要があるが、そうすると空気の通過抵抗
が増大するので、プロペラファンを大きくしたり数を増
やすなどの手段を講じる必要が生じ、装置が大型化する
欠点があった。

【０００５】本発明は、かかる点に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、ヒートシンクに対す
る送風構造を改善することにより、冷却能力を高めても
装置が大きくならないようにすることである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、各送風機(6,
7)にプロペラファンよりも静圧の高い遠心ファンを用い
るとともに、この遠心ファン(6,7)の吐出部の外側にヒ
ートシンク(10,11)を配置して、送風機(6,7)が小型で
も、ヒートシンク(10,11)を空気が通過する際の大きな
通過抵抗に対応できるようにしたものである。

【０００７】具体的に、本発明が講じた解決手段は、熱
電素子(9)と、熱電素子(9)を挟んで互いに隔てられた冷
却側空気通路(4)及び放熱側空気通路(5)とを備え、冷却
対象空間に連通する冷却側空気通路(4)内に、熱電素子
(9)の冷却面(9a)に接する冷却ヒートシンク(10)と、冷
却ヒートシンク(10)に送風する冷却送風機(6)とが配置
され、外気に連通する放熱側空気通路(5)内に、熱電素
子(9)の放熱面(9b)に接する放熱ヒートシンク(11)と、
放熱ヒートシンク(11)に送風する放熱送風機(7)とが配
置された冷却装置を前提としている。そして、放熱送風
機に遠心ファン(7)を用い、この遠心ファン(7)の吐出部
の外側に放熱ヒートシンク(11)を配置した構成としてい
る。また、冷却送風機に遠心ファン(6)を用い、この遠
心ファン(6)の吐出部の外側に冷却ヒートシンク(10)を
配置した構成としている。さらに、放熱送風機(7)と冷
却送風機(6)を同一の回転中心上に配置し、且つ、両送
風機(6,7)を、一つのファンモータ(12)に連結した構成
としている。

【０００８】−作用−上記解決手段 では、熱電素子(9)に通電し、冷却送風機
(6)と放熱送風機(7)を起動すると、冷却ヒートシンク(1
0)で生成された低温空気は冷却側空気通路(4)から冷却
対象空間に供給され、放熱ヒートシンク(11)を通った高
温空気は放熱側空気通路(5)から外気中へ放出される。
放熱側では遠心ファン(7)が用いられているので、空気
は遠心ファン(7)の周囲に吹き出されて放熱ヒートシン
ク(11)を通過してから、外気中へ放出されることにな
る。

【０００９】また、冷却送風機(6)にも遠心ファンが用
いられているので、冷却側でも空気が遠心ファン(6)の
周囲に吹き出されて冷却ヒートシンク(10)を通過してか
ら、外気中へ放出されることになる。

【００１０】また、一つのファンモータ(12)を回すと、
冷却送風機(6)と放熱送風機(7)が起動し、冷却ヒートシ
ンク(10)と放熱ヒートシンク(11)の両方に空気が送られ
ることになる。

【００１１】

【発明の効果】上記解決手段によれば、放熱送風機(7)
には遠心ファンが用いられており、プロペラファンより
も一般に静圧が高いので、放熱ヒートシンク(11)での空
気の通過抵抗に強い利点がある。従って、小型であって
も放熱ヒートシンク(11)の通過風速を大きくできるか
ら、装置の大型化を回避できる。また、プロペラファン
の場合はヒートシンク(11)の面積にプロペラの大きさや
個数を合わせなければならないが、遠心ファンの場合は
一つの小型の放熱送風機(7)の周りに複数のヒートシン
ク(11)を配置できるので、その点でも装置の小型化が可
能である。さらに、プロペラファンの場合は、個数が増
えるとモータも増える欠点があるが、遠心ファンの場合
は、個数を増やさなくてよいのでモータの台数も増加し
ない。

【００１２】また、この種の冷却装置では排熱を充分に
処理しなければ冷却効率が低下しがちになるが、上記解
決手段では放熱側で遠心ファン(7)を使用したことによ
って、放熱送風機(7)が小型でも少なくとも排熱は充分
に処理できる。また、プロペラファンの場合、中心部で
は風が殆ど流れないが、遠心ファン(7)の場合は全周に
風が流れるので、効率を高められる。

【００１３】また、冷却送風機(6) にも遠心ファンを用
いることにより、上述と同様の効果が冷却側でも得られ
ることになり、冷却性能の向上と小型化をさらに進める
ことができる。

【００１４】また、一つのファンモータ(12)を回すだけ
で冷却ヒートシンク(10)と放熱ヒートシンク(11)の両方
で送風することができるから、ファンモータ(12)の個数
が少なくて済み、装置の小型化を図ることが可能とな
る。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて詳細に説明する。

【００１６】図１(a)及び(b)は、冷却装置(1)内の機器
配置図であり、各機器の形状を簡略化して概略構造のみ
を示している。この冷却装置(1)は、内部が中央板(2)で
２つに分離された薄い直方体の冷却ケース(3)内に各機
器を配置したものであり、中央板(2)の片側が冷却側空
気通路(4)に構成され、反対側が放熱側空気通路(5)に構
成されている。つまり、冷却側空気通路(4)と放熱側空
気通路(5)は、中央板(2)によって互いに隔てられた構成
になっている。

【００１７】冷却ケース(3)の中央部には、冷却側空気
通路(4)内に冷却送風機(6)が配置され、放熱側空気通路
(5)内に放熱送風機(7)が配置されている。両送風機(6,
7)は何れも遠心ファンで構成されており、その吐出部の
外側には、冷熱源モジュール(8)が配置されている。

【００１８】冷熱源モジュール(8)は、図２に示してい
るように、ペルチェ素子などの熱電素子(9)と、熱電素
子(9)の冷却面(9a)に接するように配置された冷却ヒー
トシンク(10)と、熱電素子(9)の放熱面(9b)に接するよ
うに配置された放熱ヒートシンク(11)とから構成されて
いる。熱電素子(9)は、矩形平板状で、通電されると一
方の面(9a)（図２の上面）が低温となり、他方の面(9b)
（図２の下面）が高温となる。つまり、一方が冷却面(9
a)となり、他方が放熱面(9b)となる。また、これら各面
(9a,9b)は滑らかな平坦面で形成されている。

【００１９】各ヒートシンク(10,11)は互いに同一の構
成である。まず、図２の上側に位置している冷却ヒート
シンク(10)について説明する。この冷却ヒートシンク(1
0)は、アルミニウム製で、平板状の受熱部(10a)とピン
状の複数本のフィン(10b)とが一体形成されている。上
記受熱部(10a)は、背面(10c)（下面）が熱電素子(9)の
冷却面(9a)に接している。この受熱部(10a)は、上記熱
電素子(9)よりも僅かに大きい矩形平板状で、その背面
(10c)は滑らかな平坦面で形成されている。各フィン(10
b)は、ピン状であって、縦横に整列して配置されてい
る。

【００２０】放熱ヒートシンク(11)も、冷却ヒートシン
ク(10)と同一の構成である。つまり、平板状の受熱部(1
1a)とピン状の複数本のフィン(10b)とが一体形成されて
いる。この放熱ヒートシンク(11)は、受熱部(11a)の背
面(11c)が滑らかな平坦面で形成されており、この背面
(11c)（上面）が熱電素子(9)の放熱面(9b)に接してい
る。

【００２１】このようにして熱電素子(9)が各ヒートシ
ンク(10,11)によって挟み込まれた状態で、これらが図
示しないボルトによって一体的に締結されている。これ
により、熱電素子(9)の冷却面(9a)と冷却ヒートシンク
(10)の背面(10c)との間、及び熱電素子(9)の放熱面(9b)
と放熱ヒートシンク(11)の背面(11c)との間の密着性が
確保されている。つまり、熱電素子(9)と各ヒートシン
ク(10,11)との間での熱伝達が良好に行われる構成とな
っている。

【００２２】以上のように構成された冷熱源モジュール
(8)は、熱電素子(9)が冷却ケース(3)の中央板(2)と略同
一面上に位置するように配置され、冷却側空気通路(4)
と放熱側空気通路(5)が熱電素子(9)を挟んで互いに隔て
られた構成になっている。また、冷熱源モジュール(8)
は、冷却ヒートシンク(10)が冷却側空気通路(4)内に位
置し、放熱ヒートシンク(11)が放熱側空気通路(5)内に
位置するように、冷却ケース(3)の四辺に沿って配置さ
れている。

【００２３】各送風機(6,7)は、各通路(4,5)内で、冷却
ケース(3)の中央部に配置されている。そして、送風機
(6,7)の吐出部の外側に配置された各ヒートシンク(10,1
1)に送風するようになっている。また、両送風機(6,7)
は、同一の回転中心上に配置されており、両軸モータで
ある１台のファンモータ(12)に連結されていて、このフ
ァンモータ(12)を起動すれば両送風機(6,7)を同時に運
転できるようになっている。この場合、冷却側と放熱側
で、モータ(12)の回転方向が軸端から見て反対になるた
め、各送風機(6,7)の羽根は、互いに対称形状となる。

【００２４】この冷却装置(1)は、例えば、各種機械の
制御盤(13)などに組み込んで、該制御盤(13)内の電子部
品を冷却するのに使用できる。図１(b)に示すように、
冷却装置(1)は、中央板(2)が制御盤(13)のハウジング(1
4)の外壁とほぼ同一面上に位置するように設置されてい
る。

【００２５】冷却側空気通路(4)には、冷却送風機(6)へ
の吸込み口(4a)と、冷却送風機(6)から冷却ヒートシン
ク(10)を通った吐出空気の吹出口(4b)とが設けられてお
り、該冷却側空気通路(4)が、冷却対象空間である制御
盤(13)の内部空間に連通している。また、放熱側空気通
路(5)には、放熱送風機(7)への吸込口(5a)と、放熱送風
機(7)から放熱ヒートシンク(11)を通った吐出空気の吹
出口(5b)とが設けられており、該放熱側空気通路(5)
が、外気に連通するようになっている。なお、図では、
便宜上、吸込口(4a,5a)と吹出口(4b,5b)が冷却ケース
(3)から突出しているように表しているが、実際は、冷
却ケース(3)に単なる開口として形成すればよい。

【００２６】−運転動作− 次に、この冷却装置(1)による冷却動作について説明す
る。

【００２７】まず、熱電素子(9)に通電し、ファンモー
タ(12)を起動して冷却送風機(6)と放熱送風機(7)を回転
させると、冷却側では、制御盤(13)内の空気が冷却側空
気通路(4)を通って冷却ヒートシンク(10)に供給され
る。熱電素子(9)の冷却面(9a)では冷熱が発生している
ので、空気は、フィン(10b)を介して該冷却面(9a)から
の冷熱を受けて低温となり、冷却ヒートシンク(10)の周
囲から外方へ向かって吹き出される。そして、この低温
空気が制御盤(13)の内部に供給されて、制御盤(13)内の
電子部品などを冷却する。このような空気の流れが連続
し、制御盤(13)の中を低温空気が循環するので、電子部
品の過熱が回避される。

【００２８】一方、放熱側では、外気が放熱側空気通路
(5)を通って放熱ヒートシンク(11)に供給される。熱電
素子(9)の放熱面(9b)では温熱が発生しているので、空
気は、フィン(11b)を介して該放熱面(9b)からの排熱を
受けて高温となり、放熱ヒートシンク(11)の周囲から外
方へ向かって外気中に吹き出される。放熱側では空気が
このようにして連続的に流れるので、熱電素子(9)から
外気中へ効率的に放熱が行われる。

【００２９】−実施形態の効果− 本実施形態によれば、各送風機(6,7)にプロペラファン
よりも静圧の高い遠心ファンが用いられているので、ヒ
ートシンク(10,11)での空気の通過抵抗に強い利点があ
り、小型でもヒートシンク(10,11)の通過風速を大きく
できるから、装置の冷却能力を上げても大型化を回避で
きる。逆に言えば、冷却能力を変えなければ、装置を小
型化できる。また、本実施形態によれば、一つのファン
モータ(12)を回すだけで冷却側と放熱側の両方で送風す
ることができるから、ファンモータ(12)の個数が少なく
て済む点でも装置の小型化を図ることが可能となる。

【００３０】また、プロペラファンの場合、中心部では
風が殆ど流れないが、遠心ファン(6,7)の場合は全周に
風が流れるので、冷却効率を高くできる。さらに、プロ
ペラファンの場合、能力を上げようとするとプロペラフ
ァンの個数を増やす必要が生じ、全てについて故障に対
する信頼性を保証するのが困難となるが、遠心ファン
(6,7)の場合は個数が少なくて済むので、装置としての
信頼性の向上を図ることが容易である。

【００３１】また、熱電素子(9)を使った冷却装置(1)で
冷却効率を向上させるためには、放熱面(9a)からの放熱
量をできるだけ多くして冷却面(9a)と放熱面(9b)との温
度差をできるだけ小さくすることが必要であるが、本実
施形態によれば、放熱側で遠心ファン(7)を使用するこ
とによって、排熱を充分に処理できるようにしているか
ら、放熱側のファン(7)が１台であるにも拘わらず、冷
却効率が低下するのを防止できる。また、このように放
熱送風機(7)に遠心ファンを用いて小型でも排熱を十分
に処理することができるようにしていることから、従来
と同等の冷却能力であれば装置を小型化できるし、従来
と同等の大きさであれば冷却能力を高められる。

【００３２】−実施形態の変形例− 図３から図７は、それぞれ上記実施形態の変形例を示し
ており、送風機(6,7)の吐出部の外側での冷熱源モジュ
ール(8)の配置が、上記実施形態とは異なっている。

【００３３】図３は、冷却ケース(3)の三辺に冷熱源モ
ジュール(8)を配置し、一辺は閉塞した例である。この
場合、冷却側の低温空気と放熱側の高温空気は、冷却ケ
ース(3)から三方向へ吹き出されることになる。また、
図４は、冷却ケース(3)の対向する二辺に冷熱源モジュ
ール(8)を配置し、残った二辺は閉塞して二方向吹出し
とした例で、図５は、冷却ケース(3)の一辺のみに冷熱
源モジュール(8)を配置し、他の三辺は閉塞して一方向
吹出しとした例である。吹出し方向をこれらのように規
制した冷却装置(1)を用いると、制御盤(13)の内部など
で特に高温になりやすい部分に低温空気を重点的に供給
することが可能となる。

【００３４】図６は、冷却ケース(3)内に、送風機(6,7)
を８方向から囲うように８個の冷熱源モジュール(8)を
配置し、冷却ケース(3)の外周面全体を吹出し口(4b,5b)
とした例である。この例は、図３から図５とは逆に、内
部空間にあまり温度差の生じない装置に低温空気を均一
に供給するのに適している。また、図７は図６の例をさ
らに変更して、冷熱源モジュール(8)を環状にした例で
ある。この場合、空気が遠心ファン(6,7)の全周で均一
にヒートシンク(10,11)を通るので、効率を最も高める
ことができる。

【００３５】なお、上記実施形態では、ヒートシンク(1
0,11)は平板状の受熱部(10a)に多数のピン状のフィン(1
0b)を一体的に設けた構成としたが、フィン(10b)は、ピ
ン状でなく、プレート状のものを用いてもよい。プレー
ト状にしたフィン(10b)は、図１及び図３〜図６の場合
は図中の矢印と平行に配置するとよい。図７の場合は、
遠心ファン(6,7)の回転軸を中心として放射状に配置し
てもよいが、風の流れ方向に沿うように配置すると、効
率をさらに高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る冷却装置を示し、
（ａ）は正面側機器配置図、（ｂ）は側面側機器配置図
である。

【図２】図１の冷却装置に用いている冷熱源モジュール
の構成を示す分解斜視図である。

【図３】図１の冷却装置の第１の変形例を示す機器配置
図である。

【図４】図１の冷却装置の第２の変形例を示す機器配置
図である。

【図５】図１の冷却装置の第３の変形例を示す機器配置
図である。

【図６】図１の冷却装置の第４の変形例を示す機器配置
図である。

【図７】図１の冷却装置の第５の変形例を示す機器配置
図である。

【符号の説明】

(1) 冷却装置 (2) 中央板 (3) 冷却ケース (4) 冷却側空気通路 (5) 放熱側空気通路 (6) 冷却送風機 (7) 放熱送風機 (8) 冷熱源モジュール (9) 熱電素子 (9a) 冷却面 (9b) 放熱面 (10) 冷却ヒートシンク (11) 放熱ヒートシンク (12) ファンモータ (13) 制御盤

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱電素子(9)と、熱電素子(9)を挟んで互
   いに隔てられた冷却側空気通路(4)及び放熱側空気通路
   (5)とを備え、冷却対象空間に連通する冷却側空気通路
   (4)内に、熱電素子(9)の冷却面(9a)に接する冷却ヒート
   シンク(10)と、冷却ヒートシンク(10)に送風する冷却送
   風機(6)とが配置され、外気に連通する放熱側空気通路
   (5)内に、熱電素子(9)の放熱面(9b)に接する放熱ヒート
   シンク(11)と、放熱ヒートシンク(11)に送風する放熱送
   風機(7)とが配置された冷却装置であって、 放熱送風機が遠心ファン(7)であり、該遠心ファン(7)の
   吐出部の外側に放熱ヒートシンク(11)が配置され、 冷却送風機が遠心ファン(6)であり、該遠心ファン(6)の
   吐出部の外側に冷却ヒートシンク(10)が配置され、 放熱送風機(7)と冷却送風機(6)が同一の回転中心上に配
   置され、且つ、両送風機(6,7)が、一つのファンモータ
   (12)に連結されている 冷却装置。