JP4486785B2 - Cooling system - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばＤＶＤ、パーソナルコンピュータや、サーバー、高性能電子計算機等の電子機器におけるＬＤ、ＣＰＵ、ＣＣＤなどの発熱を伴う電子部品に取り付けて、主に電子機器或いは電子部品の冷却を行うために用いられる冷却装置に関するものである。
【０００２】
【背景技術】
近年、各種ＬＳＩ、コンピュータに使われるＣＰＵなどの電子機器の主要部品は小型高性能化が著しい。例えばＬＳＩの配線間隔などが小さくなりサブミクロン領域となるとともにますます高集積化が進み、単に発熱量が増えるだけでなく単位面積当りの発熱量が増える、すなわち、発熱密度の増大という新たな問題が大きな課題となってきている。
【０００３】
そこで、これらの熱を冷却する冷却装置が様々に検討されるようになり、例えばペルチェモジュール等の熱電変換モジュールとヒートパイプを組み合わせた冷却装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
ペルチェモジュールは、例えば図８（ａ）、（ｂ）に示すように、互いに間隔を介して上下に配置された基板６，７の間に、複数の熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）を立設配置して形成されている。
【０００５】
基板６，７は、電気絶縁性を有する板状の電気絶縁性部材であり、例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等のセラミックにより形成されている。基板６，７には、それぞれ、その片面側（対向面側）に複数の導通用の電極２が互いに間隔を介して配列形成されている。基板６，７は、電極２の位置を互いにずらした状態で電極形成面１６，１７を対向させて配置されている。
【０００６】
前記熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）は対応する電極２を介して直列に接続され、熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）の接続回路が形成されている。なお、電極２上には図示されていない半田が形成されて該半田を介して熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）が電極２上に固定されている。
【０００７】
熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）は、ペルチェ素子として一般的に知られており、Ｐ型半導体により形成されたＰ型の熱電変換素子５ａと、Ｎ型半導体により形成されたＮ型の熱電変換素子５ｂとが交互に１対以上（ここでは複数対）配置されている。このように、Ｐ型の熱電変換素子５ａとＮ型の熱電変換素子５ｂが交互に配置され、電極２を介して直列に接続されてＰＮ素子対が形成されている。
【０００８】
Ｐ型の熱電変換素子５ａとＮ型の熱電変換素子５ｂは、それぞれ、例えばビスマス・テルル等の金属間化合物にアンチモン、セレン等の元素を添加することにより形成されている。
【０００９】
熱電変換モジュールの電極２にリード線２８から電流を流すと、この電流が電極２を介してＰ型の熱電変換素子５ａとＮ型の熱電変換素子５ｂに流れ（熱電変換素子５の接続回路に流れ）、熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）と電極２との接合部（界面）で冷却・加熱効果が生じる。すなわち、前記接合部を流れる電流の方向によって熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）の一方の端部が発熱せしめられると共に他方の端部が冷却せしめられるペルチェ効果が生じる。
【００１０】
このペルチェ効果によって熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）の一方側が吸熱側と成して他方側が放熱側と成す。例えば熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）の一方側である下側基板７側の端部が冷却せしめられると、下側基板７を介し、基板７の下側に設けられた部材（被冷却体）の冷却（吸熱）が行われる。つまり、熱電変換モジュールは、一般に、ＩＣ等の電子部品の発熱体を冷却するために用いられ、熱電変換素子５の接続回路に電流を流すことにより、発熱体側に設けられる基板７を吸熱側基板と成す。
【００１１】
前記特許文献１に提案されている冷却装置は、例えば被冷却体であるＣＰＵ側にヒートパイプの一端側を設け、ヒートパイプの他端側にペルチェモジュールの低温側を設け、ＣＰＵが発する熱をヒートパイプによってペルチェモジュール側に移動してから、上記のようなペルチェモジュールの動作により冷却する冷却装置である。
【００１２】
【特許文献１】
特開２０００−１６５０７７
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ペルチェモジュール等の熱電変換モジュールは、電子機器が用いられる一般的環境において容易に部分的に比較的低い温度を作り出すことができるものの、周知の如く、必ず熱電変換モジュールの冷却に必要な熱量以上の熱を放熱しなければならないために消費電力が大きい。そのため、熱電変換モジュールを適用して形成される冷却装置は、その消費電力が大きくならざるを得ないといった問題があった。
【００１４】
本発明は、上記課題を解決するために成されたものであり、その目的は、コンピュータのＣＰＵのような高発熱密度でスポット的に温度が上昇しやすい電子部品に対し、低消費電力で効率的に冷却する冷却装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は次のような構成をもって課題を解決するための手段としている。すなわち、本発明は、上下に間隔を介して対向配置された基板と、これら上下の基板の対向表面にそれぞれ互いに間隔を介して形成された複数の電極と、前記上下の基板間に配置されて互いに間隔を介して配列したＰ型とＮ型の複数の熱電変換素子とを有して、これらの熱電変換素子が対応する前記電極を介して接続されて熱電変換素子の接続回路が形成され、該熱電変換素子の接続回路に電流を流すことにより前記下側の基板が吸熱側基板と成して上側の基板が放熱側基板と成して吸熱側基板の下側に配置される被冷却体を冷却する熱電変換モジュールを有し、熱電変換モジュールの放熱側基板と吸熱側基板のそれぞれの基板面に沿ってヒートパイプが配されて、その放熱側基板の基板面に配されたヒートパイプと吸熱側基板の基板面に配されたヒートパイプが連通されて連続されており、該ヒートパイプは、該ヒートパイプ内に設けられた作動液が、下側の吸熱側基板に配置されたヒートパイプ側から上側の放熱側基板に配置されたヒートパイプ側にヒートパイプ内壁を毛細管力により移動することを抑制するサーモサイフォン型の構成を有しており、熱電変換モジュールの上側の放熱側基板に配置されたヒートパイプの上側にはヒートシンクが設けられている構成を特徴としている。また、本発明は、上下に間隔を介して対向配置された基板と、これら上下の基板の対向表面にそれぞれ互いに間隔を介して形成された複数の電極と、前記上下の基板間に配置されて互いに間隔を介して配列したＰ型とＮ型の複数の熱電変換素子とを有して、これらの熱電変換素子が対応する前記電極を介して接続されて熱電変換素子の接続回路が形成され、該熱電変換素子の接続回路に電流を流すことにより前記下側の基板が吸熱側基板と成して上側の基板が放熱側基板と成して吸熱側基板の下側に配置される被冷却体を冷却する熱電変換モジュールを有し、熱電変換モジュールの放熱側基板と吸熱側基板の基板面に沿って連続するヒートパイプが設けられ、熱電変換モジュールの上側の放熱側基板に配置されたヒートパイプの上側にはヒートシンクが設けられており、また、熱電変換モジュールの吸熱側基板または被冷却体あるいは両者の中間の温度を検出する温度検出機能と、該温度検出機能によって検出した検出温度に基づいて、該検出温度が回路開設定温度以下のときに熱電変換素子の接続回路を開とする回路開機能と、熱電変換素子の接続回路を開とした後に前記検出温度が回路開設定温度より大きい回路閉設定温度以上になったときに、前記熱電変換素子の接続回路を閉とすることにより熱電変換素子の接続回路に再び電流が流れるようにする回路復帰機能とを有する省電流制御機構が設けられている構成をも特徴としている。
【００１６】
さらに、本発明は、上記構成に加え、前記ヒートシンクにはファンが設けられている構成をも特徴としている。
【００１７】
さらに、本発明は、上記構成に加え、前記熱電変換モジュールの吸熱側基板の下側には第１の高熱伝導性部材が設けられ、熱電変換モジュールの放熱側基板の上側には前記第１の高熱伝導性部材以上の伝熱面積を有する第２の高熱伝導性部材が設けられており、これらの高熱伝導性部材内にヒートパイプが内蔵され、前記第２の高熱伝導性部材の上側にヒートシンクが設けられている構成をも特徴としている。
【００１８】
ここで、高熱伝導性部材は、例えばＡｌ、Ｃｕ、あるいはこれらを含む合金で作られた部材を示し、その形状としては板やブロック等が挙げられる。
【００１９】
さらに、本発明は、上記省電流制御機構を有する構成に加え、前記ヒートパイプは、該ヒートパイプ内に設けられている作動液が、熱電変換モジュールの上側基板と下側基板の間に配置されているヒートパイプの連通部を介して、下側に配置されたヒートパイプ側から上側に配置されたヒートパイプ側にヒートパイプ内壁を毛細管力により移動することを抑制するサーモサイフォン型の構成を有している構成をも特徴としている。
【００２０】
さらに、本発明は、上記構成に加え、前記ヒートパイプ内には少なくとも連通部内にウィックが設けられていない構成をも特徴としている。
【００２２】
さらに、本発明は、上記構成に加え、前記省電流制御機構は熱電変換モジュールの吸熱側基板またはその近傍に設けられている構成をも特徴としている。
【００２３】
さらに、本発明は、上記省電流制御機構を有する構成に加え、前記回路開設定温度と回路閉設定温度の少なくとも一方が互いに異なる複数の省電流制御機構を有し、これら複数の省電流制御機構と熱電変換素子の接続回路との接続を切り換えるスイッチを有する構成をも特徴としている。
【００２４】
さらに、本発明は、前記省電流制御機構はバイメタルまたは形状記憶合金を有して形成されている構成をも特徴としている。
【００２５】
さらに、第１０の発明は、上記第１乃至第９のいずれか一つの発明の構成に加え、前記熱電変換モジュールは、吸熱側基板の最大吸熱量を得るために熱電変換モジュールに必要な電流値の２０〜８０％の範囲内で設定した設定値の電流が熱電変換モジュール駆動の定電圧印加時に流れるように内部抵抗を設定した構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、本実施形態例の説明において、従来例と同一名称部分には同一符号を付し、その重複説明は省略又は簡略化する。
【００２７】
図１には、本発明に係る冷却装置の一実施形態例が被冷却体としての発熱部９と共に模式的に示されている。発熱部９は例えばＣＰＵ等の電子部品である。図１（ａ）は冷却装置の正面構成、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ’断面構成を示す。これらの図に示すように、本実施形態例の装置は熱電変換モジュール１を有し、この熱電変換モジュール１にはＰ型とＮ型の熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）が複数設けられている。
【００２８】
本実施形態例に適用されている熱電変換モジュール１は、熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）の接続回路に電流を流すことにより前記下側の基板７が吸熱側基板と成して上側の基板６が放熱側基板と成す。なお、熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）の接続回路は、図８に示したような従来の熱電変換モジュールと同様に、熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）が対応する電極２を介して接続して形成されているが、図の簡略化のために、図１において、電極２を省略して示している。
【００２９】
熱電変換モジュール１の上側基板６の上側と下側基板７の下側には高熱伝導性部材４（４ａ，４ｂ）が設けられている。上側基板６の上側に設けられた第２の高熱伝導性部材４ａは下側基板７の下側に設けられた第１の高熱伝導性部材４ｂより伝熱面積が大きく形成されている。
【００３０】
これらの高熱伝導性部材４（４ａ，４ｂ）には３本の管状のヒートパイプ３（３ａ，３ｂ）が内蔵されており、ヒートパイプ３（３ａ，３ｂ）は熱電変換モジュール１の上側基板６と下側基板７の基板面に沿って連続して設けられている。熱電変換モジュール１の上側基板６と下側基板７の間には、ヒートパイプ３の連通部３ｃが熱電変換モジュール１の側部がわに配置されている。
【００３１】
高熱伝導性部材４（４ａ，４ｂ）は、銅やアルミニウム等により形成されており、熱電変換モジュール１の上側に設けられた高熱伝導性部材４ａの上側にはヒートシンク１２が設けられている。ヒートシンク１２は、アルミニウム等により形成されており、ベース１４の上側に、互いに間隔を介して複数のフィン１３を立設配置して形成されている。なお、ヒートシンク１２には必要に応じ、図の鎖線に示すファン２０を組み合わせることもできる。
【００３２】
ヒートパイプ３（３ａ，３ｂ，３ｃ）内にはウィックが設けられておらず、ヒートパイプ３（３ａ，３ｂ，３ｃ）内に設けられている作動液が、連通部３ｃを介して、下側に配置されたヒートパイプ３ｂ側から上側に配置されたヒートパイプ３ａ側に毛細管力によって移動すること、つまり、図１（ａ）の矢印Ｇに示す重力方向に逆らって３（３ａ，３ｂ，３ｃ）内の作動液が移動することを抑制するサーモサイフォン型の構成を有している。
【００３３】
ヒートパイプ３（３ａ，３ｂ，３ｃ）は、断面円形状のヒートパイプの上下両側から圧力を加えることにより断面楕円形状に形成されており、例えば図２（ａ）に示すように、ヒートパイプ３（３ａ，３ｂ）は高熱伝導性部材４（４ａ，４ｂ）に形成された凹部３０に収納されている。なお、図２（ｂ）に示すように、高熱伝導性部材４に形成する凹部３０の深さを深くして断面円形状のヒートパイプ３を用いることもできる。
【００３４】
図１に示すように、本実施形態例の冷却装置は省電流制御機構２２を有している。この省電流制御機構２２は、熱電変換モジュール１の吸熱側基板である下側基板７に設けられたバイメタル８を有している。
【００３５】
省電流制御機構２２は、熱電変換モジュール１の吸熱側基板７の温度を検出する温度検出機能と、該温度検出機能によって検出した検出温度に基づいて、該検出温度が回路開設定温度以下のときに熱電変換素子５の接続回路を開とする回路開機能と、熱電変換素子５の接続回路を開とした後に前記検出温度が回路開設定温度より大きい回路閉設定温度以上になったときに、前記熱電変換素子５の接続回路を閉とすることにより熱電変換素子の接続回路に再び電流が流れるようにする回路復帰機能とを有する。例えば、回路開設定温度は２０℃、回路閉設定温度は４０℃に設定されている。
【００３６】
図５に示すように、バイメタル８の一端側は下側基板７の一端側の固定部１８に固定され、この固定部１８には熱電変換素子５の接続回路が接続されている。また、バイメタル８の他端側は、図５（ａ）に示すように、熱電変換素子５の回路を閉とするときには、リード線２８に接続され、図５（ｂ）に示すように、熱電変換素子５の回路を開とするときには、下側基板７から離れてリード線２８から離れる。
【００３７】
つまり、下側基板７の温度が２０℃以下になると、バイメタル８を有する省電流制御機構２２の働きによって、図５（ｂ）に示すように、熱電変換素子５の接続回路が開となり（バイメタル８が変形して接続回路が開き）、熱電変換モジュール１に流れる電流は遮断される。
【００３８】
また、熱電変換モジュール１による冷却が行われずに、ヒートパイプ３（３ａ，３ｂ，３ｃ）による冷却のみでは冷却能力が不足し、再び発熱体９の温度が上昇して下側基板７の温度が４０℃以上になったときには、図５（ａ）に示すようにバイメタル８が元の状態に戻って熱電変換素子５の接続回路を閉とすることにより、熱電変換素子５の接続回路に再び電流が流れるようにする。そうすると、熱電変換モジュール１による発熱体９の冷却が再開される。
【００３９】
また、熱電変換モジュール１は、吸熱側基板（下側基板７）の最大吸熱量を得るために熱電変換モジュール１に必要な電流値（以下、Ｉｍａｘという）の２０〜８０％の範囲内で設定した設定値の電流が、熱電変換モジュール駆動の定電圧（例えば５Ｖ）印加時に流れるように内部抵抗が設定されている。
【００４０】
なお、図３には、本実施形態例で適用している熱電変換モジュール１の投入電流と吸熱量との関係が示されており、この熱電変換モジュール１は、Ｉｍａｘが２．３３Ａであり、その６０％の値である１．４Ａを上記設定値の電流値としている。
【００４１】
本実施形態例は以上のように構成されており、例えば発熱部９の負荷が小さく、温度があまり高くならない場合は、熱電変換モジュール１による冷却動作開始後すぐに、下側基板７の温度が回路開設定温度より低くなるので、熱電変換素子５の接続回路はオフとなる。つまり、この場合、熱電変換モジュール１の電源はオフの状態であり、発熱部９で発生した熱はヒートパイプ３（３ａ，３ｂ，３ｃ）により熱電変換モジュール１を迂回してヒートシンクへ伝えられ、そこで放熱される。また、この場合、熱電変換モジュール１は作動しないので、その駆動エネルギーも消費しない。
【００４２】
一方、発熱部９の負荷が大きく、ヒートパイプ３（３ａ，３ｂ，３ｃ）による冷却のみでは発熱部９が過熱しそうな場合、温度検出手段２１による検出温度が回路開設定温度より大きい回路閉設定温度以上になると、省電流制御機構２２が熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）の接続回路を閉とすることにより熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）の接続回路に再び電流が流れるようにするので、熱電変換モジュール１による吸熱が始まる。
【００４３】
そうすると、発熱部９の熱が、熱電変換モジュール１の下側の高熱伝導性部材４ｂを介して熱電変換モジュール１の下側基板７に伝えられて下側基板７により吸熱される。また、この熱電変換モジュール１の吸熱に対して必要な放熱は、上側基板６から上側の高熱伝導性部材４ａを介してヒートシンク１２へ伝えられ、そこで放熱される。この場合、熱電変換モジュール１の放熱の増加に伴い、ヒートシンク１２の上部のファン２０を稼働させることで、より効果的な放熱が可能となる。
【００４４】
なお、本実施形態例においては、ヒートパイプ３（３ａ，３ｂ，３ｃ）内にはウィックが設けられておらず、重力方向に逆らって作動液が移動することを抑制するサーモサイフォン型（重力型動作）の構成を有しているため、熱電変換モジュール１の放熱側（上側基板６）が高温になったとしても、その熱がヒートパイプ３（３ａ，３ｂ，３ｃ）を通して熱電変換モジュール１の吸熱側（下側基板７側）や冷却対象の発熱部９側へ還流することはない。
【００４５】
そして、上記熱電変換モジュール１による冷却によって発熱部９の温度が下がり、前記回路開設定温度以下になると、省電流制御機構２２が熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）の接続回路を開とすることにより熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）の接続回路への電流供給はオフとなり、再び熱電変換モジュール１をバイパスする態様での冷却形態となる。
【００４６】
本実施形態例によれば、上記動作により、必要な場合のみ、つまり、発熱部９の温度が高くなったときのみ、必要なだけ熱電変換モジュール１による発熱部９の冷却を行ない、発熱部９の温度が低いときにはヒートパイプ３（３ａ，３ｂ，３ｃ）による冷却を行うので、無駄に熱電変換モジュール１を作動させることはなく、かつ、従来の空冷だけでは実現できなかった高熱密度、高熱流束等を有する電子部品の発熱部９を効率的に冷却して、発熱部９の温度を適切な温度（例えば８０℃といった設定温度近傍の温度）に維持することができる。
【００４７】
また、本実施形態例によれば、上側基板６の上側に設けられた第２の高熱伝導性部材４ａは下側基板７の下側に設けられた第１の高熱伝導性部材４ｂより伝熱面積が大きく形成されているので、第２の高熱伝導性部材４ａを介しての熱電変換モジュール１の放熱を効率的に行うことができる。
【００４８】
さらに、この構成により、本実施形態例では、熱電変換モジュール１の上側に配置したヒートパイプ３ａを熱電変換モジュール１の下側に配置したヒートパイプ３ｂより大きくしているので、ヒートパイプ３によって発熱体９の冷却を行う際の放熱も効率的に行うことができる。
【００４９】
さらに、本実施形態例では、熱電変換モジュール１の駆動時に流れる電流をＩｍａｘの２０〜８０％（例えば６０％の値である１．４Ａ）としているので、比較的エネルギー効率の良好な領域で熱電変換モジュール１を作動することができる。
【００５０】
つまり、熱電変換モジュール１の駆動に際し、熱電変換モジュール１の駆動時に流れる電流をＩｍａｘの近傍以上（Ｉｍａｘの８０％を超える値）としたり、Ｉｍａｘの２０％未満の小さい値としたりすると、例えば図４に示すように、熱電変換モジュール１の成績係数（投入電流に対する吸熱量の比）が小さくなり、エネルギー効率が悪くなる。
【００５１】
すなわち、熱電変換モジュール１の駆動時に流れる電流を、Ｉｍａｘの８０％を超える値とすると、成績係数が極めて小さい値となり、熱電変換モジュール駆動時に流れる電流をＩｍａｘの２０％未満の小さい値とすると、急激な吸熱量減少が生じて設定した冷却性能が安定的に得られない。
【００５２】
それに対し、本実施形態例では、熱電変換モジュール１の駆動時に流れる電流をＩｍａｘの６０％の値である１．４Ａとしており、このときの成績係数は、図４に示すように、約０．７であるので、比較的エネルギー効率の良好な領域で熱電変換モジュール１を作動することができる。
【００５３】
さらに、本実施形態例では、省電流制御機構２２による熱電変換素子５の接続回路の開閉動作は、下側基板７の温度に基づいて行われるものであり、この温度は熱電変換素子５の極近傍の温度であるため、熱電変換素子５の接続回路の開閉動作を精度良く行うことができる。
【００５４】
なお、本発明は上記実施形態例に限定されることはなく、様々な実施の態様を採り得る。例えば、ヒートパイプ３（３ａ，３ｂ，３ｃ）の配設態様は特に限定されるものでなく、適宜設定されるものであり、例えば図６（ｂ）に示すように、連通部３ｃを斜めに襷状に配置して、熱電変換モジュール１の上下に配置されたヒートパイプ３（３ａ，３ｂ）を接続してもよい。連通部３ｃをこのように形成すると、連通部３ｃの曲率半径を大きく形成できる。
【００５５】
なお、連通部３ｃは、図６に示すように、熱電変換モジュール１の両端側にそれぞれ１つずつ設けてもよいし、熱電変換モジュール１の一端側の側部がわに曲率半径が互いに異なる複数の連通部３ｃを配置してもよい。また、ヒートパイプ３は、図２（ｃ）に示すように、上下に環状に配置し、熱電変換モジュール１（同図には図示せず）の両側部がわに連通部３ｃを配置してもよい。
【００５６】
また、上記実施形態例では、熱電変換モジュール１の上側基板６の上側に設けた第２の高熱伝導性部材４ａの伝熱面積を下側基板７の下側に設けた第１の高熱伝導性部材４ｂより大きく形成したが、これらの高熱伝導性部材４（４ａ，４ｂ）は互いに同じ大きさとしてもよい。
【００５７】
さらに、上記実施形態例では、熱電変換モジュール１の上側基板６の上側と下側基板７の下側にはそれぞれ高熱伝導性部材４（４ａ，４ｂ）を設け、これらの高熱伝導性部材４（４ａ，４ｂ）にヒートパイプ３（３ａ，３ｂ）を内蔵したが、高熱伝導性部材４（４ａ，４ｂ）を設けずに、箱板状のヒートパイプを折り曲げて形成してもよい。
【００５８】
さらに、上記実施形態例では、ヒートパイプ３（３ａ，３ｂ，３ｃ）内にウィックを設けなかったが、少なくとも連通部３ｃ内にウィックを設けないことにより、下側に配置されたヒートパイプ３ｂ側から上側に配置されたヒートパイプ３ａ側に作動液が連通部３ｃを介して移動することを確実に抑制することができ、ヒートパイプ３内で熱が被冷却体側に移動することが確実に抑制され、熱電変換モジュール１により被冷却体を効率的に冷却することができる。
【００５９】
さらに、上記実施形態例では、熱電変換モジュール１の基板６，７の面が重力方向（図１の矢印Ｇ方向）に直交する態様で冷却装置を設けたが、冷却装置は、図１の矢印Ｓに示すように、重力方向に対して傾いた方向に対し、基板６，７が直交するように配置してもよい。
【００６０】
さらに、上記実施形態例では、熱電変換素子５の接続回路の開閉動作の基準となる回路開設定温度を２０℃とし、回路閉設定温度を４０℃としたが、回路開設定温度や回路閉設定温度は特に限定されるものでなく適宜設定されるものであり、回路開設定温度を回路閉設定温度より小さく設定すればよい。
【００６１】
さらに、上記本実施形態例では、省電流制御機構２２は熱電変換モジュール１の吸熱側基板（下側基板７）の温度に基づいて熱電変換素子５の接続回路の開閉動作を行ったが、省電流制御機構２２は被冷却体である発熱部９の温度に基づいて熱電変換素子５の接続回路の開閉動作を行ってもよいし、被冷却体と吸熱側基板の中間の温度に基づいて熱電変換素子５の接続回路の開閉動作を行うようにしてもよい。
【００６２】
なお、本明細書において、吸熱側基板と被冷却体の中間の検出温度とは、吸熱側基板の検出温度と被冷却体の検出温度の間の温度（つまり、被冷却体の検出温度から吸熱側基板の検出温度までの範囲内の温度）をいう。
【００６３】
さらに、例えば図７に示すように、回路開設定温度と回路閉設定温度の少なくとも一方が互いに異なる複数（ここでは２つ）の省電流制御機構２２を設けて熱電変換モジュール１の制御を行うようにしてもよい。この場合、省電流制御機構２２として、バイメタル８（８ａ，８ｂ）を設け、これら複数のバイメタル８（８ａ，８ｂ）と熱電変換素子５の接続回路との接続を切り換えるスイッチ１５を有する構成とすると、装置の小型化を図れる。
【００６４】
なお、図７の（ａ）において、熱電変換素子５の接続回路は符号１０を付して示している。図７（ａ）は、スイッチ１５が接続回路と第１のバイメタル８ａとを接続している状態を示しており、図の鎖線に示す態様とすることにより、スイッチ１５が接続回路と第２のバイメタル８ｂとを接続することになる。
【００６５】
また、例えば図７に示す例において、第１のバイメタル８ａは、回路開設定温度が４０℃、回路閉設定温度が５０℃とし、第２のバイメタル８ｂは、回路開設定温度が３０℃、回路閉設定温度が４０℃としている。これらは熱電変換モジュール１の冷却側であるセラミック製の下側基板７上に実装されており、前記スイッチ１５も基板７上に設けられている。
【００６６】
このように、スイッチ１５により複数のバイメタル８と熱電変換素子５の接続回路との接続を切り換える構成を備えた冷却装置は、夏場と冬場で仕様環境温度に応じて熱電変換モジュール１および冷却装置の冷却の設定を変えたい場合や、被冷却体の冷却条件を必要に応じて切り換えたいときなどに有効に適用される。なお、バイメタル８を３つ以上設けてスイッチ１５により切り換える構成も本発明に適用できる。
【００６７】
さらに、省電流制御機構２２はバイメタル８を有して構成されていたが、バイメタル８の代わりに形状記憶合金とばね等の弾性部材を有して構成した素子としてもよい。この場合、回路開設定温度で形状記憶合金が変形して熱電変換素子５の接続回路を開とし、回路閉設定温度でばね等の弾性部材の弾性復元力によって熱電変換素子５の接続回路を閉とするように構成する。
【００６８】
さらに、上記実施形態例では、省電流制御機構２２は熱電変換モジュール１の下側基板７に設けたが、省電流制御機構２２は熱電変換モジュール１の下側基板７の近傍領域や発熱部９の近傍領域に設けてもよい。
【００６９】
さらに、上記実施形態例では、冷却装置は、省電流制御機構２２を設けて構成したが、省電流制御機構２２を省略し、例えば発熱部９の温度に応じて、手動により熱電変換モジュール１の電源のオン・オフを行うようにしてもよい。
【００７０】
さらに、上記実施形態例では、熱電変換モジュール駆動の定電圧印加時にＩｍａｘの６０％の電流が流れるように、熱電変換モジュール１の内部抵抗を設定したが、熱電変換モジュール１の内部抵抗は特に限定されるものでなく適宜設定されるものであり、例えばＩｍａｘの２０〜８０％の範囲内で設定した設定値の電流が、熱電変換モジュール駆動の定電圧印加時に流れるように設定することで、効率的に熱電変換モジュール１を作動できる。
【００７１】
さらに、本発明に適用される熱電変換モジュール１の大きさやその詳細構成は特に限定されるものでなく適宜設定されるものでいる。
【００７２】
【発明の効果】
本発明によれば、熱電変換モジュールの上側基板と下側基板に沿って連続したヒートパイプを設け、被冷却体側に下側ヒートパイプを配置することにより、例えば被冷却体の温度があまり高くならない（負荷が小さい）ときにはヒートパイプによる冷却を行い、被冷却体の温度が高くなるとき（負荷が大きい）ときには熱電変換モジュールを作動させて、被冷却体の熱をヒートパイプを介して熱電変換モジュールの吸熱側基板により吸熱し、必要なだけ熱電変換モジュールによる被冷却体の冷却を行なうことができる。
【００７３】
したがって、本発明の冷却装置は、無駄に熱電変換モジュールを作動させることはなく、かつ、従来の空冷だけでは実現できなかった高熱密度、高熱流束等を有する電子部品等の被冷却体を効率的に冷却して被冷却体の温度を適切な温度に維持することができる。
【００７４】
また、ヒートシンクにはファンが設けられている構成によれば、ヒートシンクによる放熱をより効率的に行うことができる。
【００７５】
さらに、本発明において、熱電変換モジュールの上下に配置するヒートパイプを高熱伝導性部材に内蔵した構成によれば、高熱伝導性部材によって被冷却体の熱を効率良くヒートパイプに伝えることができ、被冷却体の熱を効率良く吸熱し、かつ、効率良く放熱することができる。
【００７６】
さらに、本発明において、ヒートパイプ内に設けられている作動液が、熱電変換モジュールの上側基板と下側基板の間に配置されているヒートパイプの連通部を介して、移動することを抑制するサーモサイフォン型の構成を有している構成によれば、被冷却体側に配置されている熱電変換モジュールの下側基板が熱電変換モジュールの作動に伴って吸熱側基板と成し、ヒートシンク側に配置されている熱電変換モジュールの上側基板が熱電変換モジュールの作動に伴って放熱側基板と成しても、これらの基板温度に対応して作動液が上側のヒートパイプ側に移動することはない。
【００７７】
したがって、この構成の本発明によれば、ヒートパイプ内で熱が被冷却体側に移動することが確実に抑制され、熱電変換モジュールにより被冷却体を効率的に冷却することができる。
【００７８】
さらに、本発明において、少なくともヒートパイプの連通部内にはウィックが設けられていない構成によれば、作動液が下側に配置されたヒートパイプ側から上側ヒートパイプ側に毛細管力によって移動することを確実に抑制することができる。
【００７９】
さらに、本発明において、熱電変換モジュールの熱電変換素子の接続回路を開閉する省電流制御機構が設けられている構成によれば、省電流制御機構により、熱電変換モジュールの吸熱側基板または被冷却体あるいは両者の中間の検出温度に基づいて、熱電変換モジュールの熱電変換素子の接続回路を開閉することができるので、熱電変換モジュールによる冷却動作を必要とする時のみ熱電変換モジュールを動作させて、無駄な消費電流を抑制し、かつ、的確に被冷却体の温度を設定温度に維持することができる。
【００８０】
さらに、本発明において、省電流制御機構は熱電変換モジュールの吸熱側基板またはその近傍に設けられている構成によれば、省電流制御機構の配設スペースを省スペース化し、かつ、省電流制御機構による熱電変換素子の接続回路の開閉動作をより一層的確に行うことができる。
【００８１】
さらに、本発明において、上記回路開設定温度と回路閉設定温度の少なくとも一方が互いに異なる複数の省電流制御機構を有し、これら複数の省電流制御機構と熱電変換素子の接続回路との接続を切り換えるスイッチを有する構成によれば、使用される環境温度に合わせ、温度制御範囲を適切に変更することができるので、被冷却素子の温度を設定温度より低く保つという課題に対し、実際の環境温度に合わせて、複数の省電流制御機構と熱電変換素子との接続を切り換えることができ、より的確に、熱電変換モジュールの省電流化を図れる。
【００８２】
さらに、バイメタルや形状記憶合金は、従来の温度センサと温度制御装置を組み合わせた方式に比して非常に安価で小型の素子であるため、バイメタルまたは形状記憶合金を有する省電流制御機構を設ける構成の本発明は、装置の小型化と低価格化をより一層確実に行うことができる。
【００８３】
さらに、本発明において、熱電変換モジュール駆動の定電圧印加時に設定電流が流れるように内部抵抗を設定したこと構成によれば、比較的エネルギー効率の良好な領域で熱電変換モジュールを作動することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る冷却装置の一実施形態例の要部構成を模式的に示す説明図である。
【図２】本発明に係る冷却装置に設けられるヒートパイプの配設形態例を示す説明図である。
【図３】上記実施形態例に適用した熱電変換モジュールの投入電流と吸熱量との関係を示すグラフである。
【図４】上記実施形態例に適用した熱電変換モジュールの投入電流と成績係数との関係を示すグラフである。
【図５】上記実施形態例に適用されている熱電変換モジュールの下側基板温度に対応した回路開閉機能を模式的に示す説明図である。
【図６】本発明に係る冷却装置の他の実施形態例を模式的に示す正面説明図（ａ）と側面説明図（ｂ）である。
【図７】本発明に係る冷却装置のさらに他の実施形態例に適用されている熱電変換モジュールとその周辺構成を模式的に示す平面説明図（ａ）と側面図（ｂ）である。
【図８】従来の熱電変換モジュールの構成を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 熱電変換モジュール
２ 電極
３ ヒートパイプ
４，４ａ，４ｂ 高熱伝導性部材
５，５ａ，５ｂ 熱電変換素子
６ 上側基板
７ 下側基板
８ バイメタル
９ 発熱体
１２ ヒートシンク
１５ スイッチ
２２ 省電流制御機構[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention is mainly for cooling electronic devices or electronic components by attaching them to electronic components with heat generation such as LDs, CPUs and CCDs in electronic devices such as DVDs, personal computers, servers, and high performance electronic computers. The present invention relates to a cooling device used for the above.
[0002]
[Background]
In recent years, main components of electronic devices such as various LSIs and CPUs used in computers have been remarkably miniaturized and improved in performance. For example, as the wiring spacing of LSIs becomes smaller and the submicron region becomes more and more highly integrated, not only the amount of heat generation but also the amount of heat generation per unit area increases, that is, a new problem of increased heat generation density. Has become a major issue.
[0003]
Thus, various cooling devices for cooling these heats have been studied, and for example, a cooling device in which a thermoelectric conversion module such as a Peltier module and a heat pipe are combined has been proposed (for example, see Patent Document 1). .
[0004]
In the Peltier module, for example, as shown in FIGS. 8A and 8B, a plurality of thermoelectric conversion elements 5 (5a and 5b) are provided between substrates 6 and 7 that are vertically arranged with a space therebetween. It is formed and arranged.
[0005]
The substrates 6 and 7 are plate-like electric insulating members having electric insulating properties, such as alumina (Al2O3) Or the like. On the substrates 6 and 7, a plurality of conductive electrodes 2 are arranged on one side (opposite side) of the substrates 6 and 7 so as to be spaced from each other. The substrates 6 and 7 are arranged with the electrode forming surfaces 16 and 17 facing each other with the position of the electrode 2 being shifted from each other.
[0006]
The thermoelectric conversion elements 5 (5a, 5b) are connected in series via the corresponding electrodes 2 to form a connection circuit for the thermoelectric conversion elements 5 (5a, 5b). Note that solder (not shown) is formed on the electrode 2, and the thermoelectric conversion elements 5 (5 a, 5 b) are fixed on the electrode 2 through the solder.
[0007]
The thermoelectric conversion element 5 (5a, 5b) is generally known as a Peltier element, and a P-type thermoelectric conversion element 5a formed of a P-type semiconductor and an N-type thermoelectric conversion formed of an N-type semiconductor. One or more pairs (here, a plurality of pairs) of the elements 5b are alternately arranged. In this manner, the P-type thermoelectric conversion elements 5a and the N-type thermoelectric conversion elements 5b are alternately arranged and connected in series via the electrode 2 to form a PN element pair.
[0008]
The P-type thermoelectric conversion element 5a and the N-type thermoelectric conversion element 5b are each formed by adding an element such as antimony or selenium to an intermetallic compound such as bismuth or tellurium.
[0009]
When a current flows from the lead wire 28 to the electrode 2 of the thermoelectric conversion module, this current flows to the P-type thermoelectric conversion element 5a and the N-type thermoelectric conversion element 5b via the electrode 2 (in the connection circuit of the thermoelectric conversion element 5). Flow), a cooling / heating effect is produced at the junction (interface) between the thermoelectric conversion element 5 (5a, 5b) and the electrode 2. That is, a Peltier effect is generated in which one end of the thermoelectric conversion element 5 (5a, 5b) is heated and the other end is cooled depending on the direction of the current flowing through the junction.
[0010]
Due to the Peltier effect, one side of the thermoelectric conversion element 5 (5a, 5b) forms a heat absorption side and the other side forms a heat dissipation side. For example, when the end portion on the lower substrate 7 side, which is one side of the thermoelectric conversion element 5 (5a, 5b), is cooled, a member (cooled body) provided on the lower side of the substrate 7 via the lower substrate 7 ) Is cooled (endothermic). That is, the thermoelectric conversion module is generally used for cooling a heating element of an electronic component such as an IC, and by passing a current through the connection circuit of the thermoelectric conversion element 5, the substrate 7 provided on the heating element side is replaced with an endothermic substrate. And
[0011]
In the cooling device proposed in Patent Document 1, for example, one end side of the heat pipe is provided on the CPU side which is the object to be cooled, the low temperature side of the Peltier module is provided on the other end side of the heat pipe, and the heat generated by the CPU is generated. It is a cooling device that cools by the operation of the Peltier module as described above after moving to the Peltier module side by the heat pipe.
[0012]
[Patent Document 1]
JP 2000-165077 A
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, a thermoelectric conversion module such as a Peltier module can easily create a relatively low temperature in a general environment where an electronic device is used. However, as is well known, the amount of heat necessary for cooling the thermoelectric conversion module. Power consumption is large because the above heat must be dissipated. Therefore, the cooling device formed by applying the thermoelectric conversion module has a problem that power consumption is inevitably increased.
[0014]
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and its object is to reduce the power consumption and the efficiency of electronic components such as computer CPUs, which tend to increase in temperature in a spot-like manner with high heat generation density. It is providing the cooling device which cools automatically.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
  In order to achieve the above object, the present invention has the following configuration as means for solving the problems. That is,BookThe invention includes a substrate disposed vertically opposite to each other, a plurality of electrodes formed on the opposite surfaces of the upper and lower substrates, respectively, and a space between the upper and lower substrates. A plurality of P-type and N-type thermoelectric conversion elements arranged via each other, and these thermoelectric conversion elements are connected via the corresponding electrodes to form a connection circuit of the thermoelectric conversion elements. By passing a current through the connection circuit of the element, the lower substrate forms a heat absorption side substrate and the upper substrate forms a heat dissipation side substrate.To cool the object to be cooled disposed under the heat absorption side substrate.It has a thermoelectric conversion module and the thermoelectric conversion moduleHeat dissipationSide board andEndothermSide boardeachAlong the board surfaceThe heat pipe is arranged, and the heat pipe arranged on the substrate surface of the heat dissipation side substrate and the heat pipe arranged on the substrate surface of the heat absorption side substrate are communicated with each other.ContinuousTheAndIn the heat pipe, the working fluid provided in the heat pipe has a capillary force that moves the inner wall of the heat pipe from the heat pipe side arranged on the lower heat absorption side substrate to the heat pipe side arranged on the upper heat radiation side substrate. It has a thermosiphon type configuration that suppresses movement due toUpper side of thermoelectric conversion moduleHeat radiation side boardA heat sink is installed on the upper side of the heat pipeCharacteristicIt is said.Further, the present invention is arranged between the upper and lower substrates, the substrates disposed opposite to each other with a gap therebetween, a plurality of electrodes formed on the opposed surfaces of the upper and lower substrates, respectively, with a gap therebetween. A plurality of P-type and N-type thermoelectric conversion elements arranged at intervals from each other, and these thermoelectric conversion elements are connected via the corresponding electrodes to form a thermoelectric conversion element connection circuit, An object to be cooled is formed by passing a current through a connection circuit of the thermoelectric conversion element so that the lower substrate is formed as a heat absorption side substrate and the upper substrate is formed as a heat dissipation side substrate and is disposed below the heat absorption side substrate. A heat pipe that has a thermoelectric conversion module that cools the heat and is provided on a heat dissipation side substrate of the thermoelectric conversion module and a heat pipe that is continuous along the substrate surface of the heat absorption side substrate, and is disposed on the heat dissipation side substrate on the upper side of the thermoelectric conversion module The upper side of the A temperature detection function for detecting a temperature intermediate between the heat absorption side substrate or the object to be cooled of the thermoelectric conversion module or both, and the detected temperature detected by the temperature detection function. A circuit opening function for opening the connection circuit of the thermoelectric conversion element when the temperature is equal to or lower than the circuit opening set temperature, and the detection temperature is higher than the circuit closing setting temperature after the thermoelectric conversion element connection circuit is opened. The circuit is provided with a current saving control mechanism having a circuit restoration function that causes the current to flow again through the connection circuit of the thermoelectric conversion element by closing the connection circuit of the thermoelectric conversion element. Also features.
[0016]
  further,BookInvention is aboveStructureIn addition to the configuration, the heat sink has a configuration in which a fan is provided.CharacteristicIt is said.
[0017]
  further,BookInvention is aboveStructureIn addition to the composition of the thermoelectric conversion moduleEndothermA first high thermal conductivity member is provided on the lower side of the side substrate, and the thermoelectric conversion moduleHeat dissipationA second high heat conductive member having a heat transfer area larger than that of the first high heat conductive member is provided on the upper side of the side substrate, and a heat pipe is built in these high heat conductive members, The configuration in which the heat sink is provided on the upper side of the high thermal conductivity member 2CharacteristicIt is said.
[0018]
Here, the high thermal conductivity member indicates, for example, a member made of Al, Cu, or an alloy containing these, and examples of the shape thereof include a plate and a block.
[0019]
  further,BookThe invention is the aboveHas a current-saving control mechanismIn addition to the configurationThe heat pipeThe hydraulic fluid provided in the heat pipe is moved upward from the heat pipe side arranged on the lower side through the communication part of the heat pipe arranged between the upper board and the lower board of the thermoelectric conversion module. A configuration having a thermosiphon type configuration that suppresses movement of the inner wall of the heat pipe to the arranged heat pipe side by capillary forceCharacteristicIt is said.
[0020]
  further,BookInvention is aboveStructureIn addition to the configuration, the heat pipe may have a configuration in which no wick is provided at least in the communication portion.CharacteristicIt is said.
[0022]
  further,BookInvention is aboveStructureIn addition to the configuration, the current saving control mechanism has a configuration provided on or near the heat absorption side substrate of the thermoelectric conversion module.CharacteristicIt is said.
[0023]
  further,BookThe invention is the aboveHas a current-saving control mechanismIn addition to the configuration, the switch has a plurality of current saving control mechanisms in which at least one of the circuit open set temperature and the circuit close set temperature is different from each other, and switches the connection between the plurality of current save control mechanisms and the connection circuit of the thermoelectric conversion element Having a configuration withCharacteristicIt is said.
[0024]
  further,BookInvention,in frontThe current-saving control mechanism has a structure formed with bimetal or shape memory alloy.CharacteristicIt is said.
[0025]
Furthermore, the tenth aspect of the invention, in addition to the configuration of any one of the first to ninth aspects of the invention, is that the thermoelectric conversion module has a current value necessary for the thermoelectric conversion module to obtain the maximum heat absorption amount of the heat absorption side substrate. Therefore, a configuration in which an internal resistance is set so that a current having a set value set within a range of 20 to 80% of the current flows when a constant voltage is applied for driving the thermoelectric conversion module is used as means for solving the problem.
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the description of the present embodiment, the same reference numerals are assigned to the same names as those in the conventional example, and the duplicate description is omitted or simplified.
[0027]
FIG. 1 schematically shows an embodiment of a cooling device according to the present invention together with a heat generating portion 9 as a body to be cooled. The heat generating unit 9 is an electronic component such as a CPU. FIG. 1A shows a front configuration of the cooling device, and FIG. 1B shows a cross-sectional configuration taken along the line A-A ′ of FIG. As shown in these drawings, the apparatus of the present embodiment has a thermoelectric conversion module 1, and the thermoelectric conversion module 1 is provided with a plurality of P-type and N-type thermoelectric conversion elements 5 (5a, 5b). Yes.
[0028]
In the thermoelectric conversion module 1 applied to this embodiment, the lower substrate 7 is formed as an endothermic substrate by passing a current through the connection circuit of the thermoelectric conversion elements 5 (5a, 5b). 6 is a heat radiation side substrate. In addition, the connection circuit of the thermoelectric conversion element 5 (5a, 5b) is connected through the electrode 2 to which the thermoelectric conversion element 5 (5a, 5b) corresponds, similarly to the conventional thermoelectric conversion module as shown in FIG. In order to simplify the drawing, the electrode 2 is omitted in FIG.
[0029]
High thermal conductivity members 4 (4a, 4b) are provided on the upper side of the upper substrate 6 and the lower side of the lower substrate 7 of the thermoelectric conversion module 1. The second high thermal conductivity member 4 a provided on the upper side of the upper substrate 6 has a larger heat transfer area than the first high thermal conductivity member 4 b provided on the lower side of the lower substrate 7.
[0030]
These high thermal conductivity members 4 (4a, 4b) contain three tubular heat pipes 3 (3a, 3b), and the heat pipes 3 (3a, 3b) are the upper substrate 6 of the thermoelectric conversion module 1. And provided continuously along the substrate surface of the lower substrate 7. Between the upper substrate 6 and the lower substrate 7 of the thermoelectric conversion module 1, the communication portion 3 c of the heat pipe 3 is arranged on the side of the thermoelectric conversion module 1.
[0031]
The high thermal conductivity member 4 (4a, 4b) is formed of copper, aluminum or the like, and a heat sink 12 is provided on the upper side of the high thermal conductivity member 4a provided on the upper side of the thermoelectric conversion module 1. The heat sink 12 is formed of aluminum or the like, and is formed by arranging a plurality of fins 13 on the upper side of the base 14 with a space therebetween. It should be noted that the heat sink 12 can be combined with a fan 20 indicated by a chain line in the figure as needed.
[0032]
No wick is provided in the heat pipe 3 (3a, 3b, 3c), and the hydraulic fluid provided in the heat pipe 3 (3a, 3b, 3c) Is moved by capillary force from the side of the heat pipe 3b arranged on the side to the side of the heat pipe 3a arranged on the upper side, that is, 3 (3a, 3b, 3c against the direction of gravity shown by the arrow G in FIG. ) Has a thermosiphon-type configuration that suppresses the movement of the hydraulic fluid.
[0033]
  The heat pipe 3 (3a, 3b, 3c) is formed in an elliptical cross section by applying pressure from the upper and lower sides of a circular heat pipe having a circular cross section. For example, as shown in FIG. (3a, 3b) is a high thermal conductivity member 4 (4a, 4b)InIt is housed in the formed recess 30. In addition, as shown in FIG.2 (b), the depth of the recessed part 30 formed in the high heat conductive member 4 can be deepened, and the heat pipe 3 with a circular cross section can also be used.
[0034]
As shown in FIG. 1, the cooling device of this embodiment has a current saving control mechanism 22. The current saving control mechanism 22 has a bimetal 8 provided on the lower substrate 7 which is the heat absorption side substrate of the thermoelectric conversion module 1.
[0035]
The current saving control mechanism 22 is based on a temperature detection function for detecting the temperature of the heat absorption side substrate 7 of the thermoelectric conversion module 1 and the detected temperature detected by the temperature detection function when the detected temperature is equal to or lower than the circuit open set temperature. A circuit opening function for opening the connection circuit of the thermoelectric conversion element 5 and when the detected temperature is equal to or higher than the circuit closing set temperature higher than the circuit open setting temperature after opening the connection circuit of the thermoelectric conversion element 5; The circuit has a circuit restoration function that causes the current to flow again through the connection circuit of the thermoelectric conversion elements by closing the connection circuit of the thermoelectric conversion elements 5. For example, the circuit open set temperature is set to 20 ° C., and the circuit close set temperature is set to 40 ° C.
[0036]
As shown in FIG. 5, one end side of the bimetal 8 is fixed to a fixing portion 18 on one end side of the lower substrate 7, and a connection circuit for the thermoelectric conversion element 5 is connected to the fixing portion 18. Further, the other end side of the bimetal 8 is connected to the lead wire 28 when the circuit of the thermoelectric conversion element 5 is closed as shown in FIG. 5A, and as shown in FIG. When the circuit of the conversion element 5 is opened, it is separated from the lower substrate 7 and away from the lead wire 28.
[0037]
That is, when the temperature of the lower substrate 7 becomes 20 ° C. or lower, the connection circuit of the thermoelectric conversion element 5 is opened (bimetal) as shown in FIG. 5B by the action of the current saving control mechanism 22 having the bimetal 8. 8 is deformed and the connection circuit is opened), and the current flowing through the thermoelectric conversion module 1 is cut off.
[0038]
In addition, the cooling by the heat pipe 3 (3a, 3b, 3c) alone is not performed without the cooling by the thermoelectric conversion module 1, and the cooling capacity is insufficient. When the temperature becomes 40 ° C. or higher, as shown in FIG. 5A, the bimetal 8 returns to its original state and the connection circuit of the thermoelectric conversion element 5 is closed. To flow. Then, cooling of the heating element 9 by the thermoelectric conversion module 1 is resumed.
[0039]
The thermoelectric conversion module 1 is set within a range of 20 to 80% of a current value (hereinafter referred to as Imax) necessary for the thermoelectric conversion module 1 in order to obtain the maximum heat absorption amount of the heat absorption side substrate (lower substrate 7). The internal resistance is set such that the set current flows when a constant voltage (for example, 5 V) for driving the thermoelectric conversion module is applied.
[0040]
FIG. 3 shows the relationship between the input current and the amount of heat absorption of the thermoelectric conversion module 1 applied in the present embodiment. This thermoelectric conversion module 1 has an Imax of 2.33A. The 60% value 1.4A is the current value of the set value.
[0041]
The present embodiment is configured as described above. For example, when the load of the heat generating portion 9 is small and the temperature is not so high, the temperature of the lower substrate 7 is immediately after the start of the cooling operation by the thermoelectric conversion module 1. Since it becomes lower than the circuit open set temperature, the connection circuit of the thermoelectric conversion element 5 is turned off. That is, in this case, the power source of the thermoelectric conversion module 1 is in an off state, and the heat generated in the heat generating portion 9 is transferred to the heat sink by bypassing the thermoelectric conversion module 1 by the heat pipe 3 (3a, 3b, 3c), There it is dissipated. In this case, since the thermoelectric conversion module 1 does not operate, its driving energy is not consumed.
[0042]
On the other hand, when the load of the heat generating part 9 is large and the heat generating part 9 is likely to overheat only by cooling with the heat pipes 3 (3a, 3b, 3c), the circuit closed setting where the temperature detected by the temperature detecting means 21 is larger than the circuit open set temperature. When the temperature is higher than the temperature, the current saving control mechanism 22 closes the connection circuit of the thermoelectric conversion element 5 (5a, 5b) so that the current flows again to the connection circuit of the thermoelectric conversion element 5 (5a, 5b). The heat absorption by the thermoelectric conversion module 1 begins.
[0043]
If it does so, the heat | fever of the heat generating part 9 will be transmitted to the lower board | substrate 7 of the thermoelectric conversion module 1 via the high thermal conductive member 4b of the lower side of the thermoelectric conversion module 1, and it will be absorbed by the lower board | substrate 7. FIG. Further, the heat radiation necessary for the heat absorption of the thermoelectric conversion module 1 is transmitted from the upper substrate 6 to the heat sink 12 via the upper high thermal conductivity member 4a, and is radiated there. In this case, more effective heat dissipation becomes possible by operating the fan 20 above the heat sink 12 as the heat dissipation of the thermoelectric conversion module 1 increases.
[0044]
In the present embodiment, no wick is provided in the heat pipe 3 (3a, 3b, 3c), and a thermosiphon type (gravity type) that suppresses the movement of the working fluid against the direction of gravity. Operation), even if the heat radiation side (upper substrate 6) of the thermoelectric conversion module 1 becomes high temperature, the heat of the thermoelectric conversion module 1 passes through the heat pipe 3 (3a, 3b, 3c). There is no recirculation to the heat absorption side (lower substrate 7 side) or the heat generating part 9 side to be cooled.
[0045]
When the temperature of the heat generating portion 9 is lowered by the cooling by the thermoelectric conversion module 1 and becomes equal to or lower than the circuit open set temperature, the current saving control mechanism 22 opens the connection circuit of the thermoelectric conversion elements 5 (5a, 5b). As a result, the current supply to the connection circuit of the thermoelectric conversion elements 5 (5a, 5b) is turned off, and the cooling mode in the form of bypassing the thermoelectric conversion module 1 again is obtained.
[0046]
According to the present embodiment, the heat generation unit 9 is cooled by the thermoelectric conversion module 1 only when necessary by the above operation, that is, only when the temperature of the heat generation unit 9 becomes high. Since the cooling by the heat pipes 3 (3a, 3b, 3c) is performed when the temperature is low, the thermoelectric conversion module 1 is not operated unnecessarily, and the high heat density and high heat flow that cannot be realized only by conventional air cooling The heat generating portion 9 of the electronic component having a bundle or the like can be efficiently cooled, and the temperature of the heat generating portion 9 can be maintained at an appropriate temperature (for example, a temperature in the vicinity of a set temperature such as 80 ° C.).
[0047]
Further, according to the present embodiment example, the second high thermal conductivity member 4 a provided on the upper side of the upper substrate 6 transfers heat from the first high thermal conductivity member 4 b provided on the lower side of the lower substrate 7. Since the area is formed large, it is possible to efficiently dissipate heat from the thermoelectric conversion module 1 via the second high thermal conductivity member 4a.
[0048]
Further, with this configuration, in the present embodiment, the heat pipe 3 a disposed on the upper side of the thermoelectric conversion module 1 is made larger than the heat pipe 3 b disposed on the lower side of the thermoelectric conversion module 1, so that heat is generated by the heat pipe 3. Heat can be efficiently dissipated when the body 9 is cooled.
[0049]
Furthermore, in the present embodiment, the current that flows when the thermoelectric conversion module 1 is driven is 20 to 80% of Imax (for example, 1.4 A, which is a value of 60%). The conversion module 1 can be activated.
[0050]
In other words, when the thermoelectric conversion module 1 is driven, if the current flowing when the thermoelectric conversion module 1 is driven is set to a value close to Imax (a value exceeding 80% of Imax) or a small value less than 20% of Imax, for example, FIG. As shown in FIG. 4, the coefficient of performance (ratio of the amount of heat absorbed with respect to the input current) of the thermoelectric conversion module 1 is reduced, and the energy efficiency is deteriorated.
[0051]
That is, if the current that flows when the thermoelectric conversion module 1 is driven is a value that exceeds 80% of Imax, the coefficient of performance is a very small value, and the current that flows when the thermoelectric conversion module is driven is a small value that is less than 20% of Imax. The set cooling performance cannot be obtained stably due to a sudden decrease in the endothermic amount.
[0052]
In contrast, in the present embodiment, the current that flows when the thermoelectric conversion module 1 is driven is set to 1.4 A, which is 60% of Imax, and the coefficient of performance at this time is about 0. 0 as shown in FIG. Therefore, the thermoelectric conversion module 1 can be operated in a relatively energy efficient region.
[0053]
Furthermore, in this embodiment, the opening / closing operation of the connection circuit of the thermoelectric conversion element 5 by the current saving control mechanism 22 is performed based on the temperature of the lower substrate 7, and this temperature is the pole of the thermoelectric conversion element 5. Since the temperature is in the vicinity, the opening / closing operation of the connection circuit of the thermoelectric conversion element 5 can be performed with high accuracy.
[0054]
In addition, this invention is not limited to the said embodiment example, Various aspects can be taken. For example, the arrangement of the heat pipes 3 (3a, 3b, 3c) is not particularly limited, and is appropriately set. For example, as shown in FIG. The heat pipes 3 (3a, 3b) disposed above and below the thermoelectric conversion module 1 may be connected in a bowl shape. If the communication part 3c is formed in this way, the radius of curvature of the communication part 3c can be increased.
[0055]
In addition, as shown in FIG. 6, the communication part 3c may be provided one each at the both ends of the thermoelectric conversion module 1, and the side part of the one end side of the thermoelectric conversion module 1 has mutually different curvature radii. A plurality of communication portions 3c may be arranged. Moreover, as shown in FIG.2 (c), the heat pipe 3 is arrange | positioned cyclically | annularly up and down, and the both sides of the thermoelectric conversion module 1 (not shown in the figure) arrange | position the alligator communication part 3c. Also good.
[0056]
Further, in the above embodiment, the first high thermal conductivity in which the heat transfer area of the second high thermal conductivity member 4 a provided on the upper side of the upper substrate 6 of the thermoelectric conversion module 1 is provided on the lower side of the lower substrate 7. Although formed larger than the member 4b, these high thermal conductivity members 4 (4a, 4b) may be the same size.
[0057]
Furthermore, in the above embodiment, the high thermal conductivity members 4 (4a, 4b) are provided on the upper side of the upper substrate 6 and the lower side of the lower substrate 7 of the thermoelectric conversion module 1, respectively, and these high thermal conductivity members 4 ( Although the heat pipe 3 (3a, 3b) is built in 4a, 4b), a box-shaped heat pipe may be bent and formed without providing the high thermal conductivity member 4 (4a, 4b).
[0058]
  Further, in the above embodiment, the wick is not provided in the heat pipe 3 (3a, 3b, 3c), but at least the wick is not provided in the communication portion 3c, so that the side of the heat pipe 3b disposed on the lower side is provided. It is possible to surely suppress the hydraulic fluid from moving to the heat pipe 3a disposed on the upper side through the communication part 3c, and reliably suppress the heat from moving to the cooled object side in the heat pipe 3. And efficiently cool the object to be cooled by the thermoelectric conversion module 1coolingcan do.
[0059]
Furthermore, in the above embodiment, the cooling device is provided in such a manner that the surfaces of the substrates 6 and 7 of the thermoelectric conversion module 1 are orthogonal to the direction of gravity (the direction of arrow G in FIG. 1). As shown in S, the substrates 6 and 7 may be arranged so as to be orthogonal to the direction inclined with respect to the direction of gravity.
[0060]
Further, in the above embodiment, the circuit open set temperature, which is a reference for the opening / closing operation of the connection circuit of the thermoelectric conversion element 5, is set to 20 ° C. and the circuit close set temperature is set to 40 ° C. However, the circuit open set temperature and the circuit close set The temperature is not particularly limited and may be set as appropriate, and the circuit open set temperature may be set smaller than the circuit close set temperature.
[0061]
Further, in the above embodiment, the current saving control mechanism 22 performs the opening / closing operation of the connection circuit of the thermoelectric conversion element 5 based on the temperature of the heat absorption side substrate (lower substrate 7) of the thermoelectric conversion module 1. The current control mechanism 22 may perform an opening / closing operation of the connection circuit of the thermoelectric conversion element 5 based on the temperature of the heat generating unit 9 that is a cooled object, or may be based on a temperature intermediate between the cooled object and the heat absorption side substrate. You may make it perform the opening / closing operation | movement of the connection circuit of the conversion element 5. FIG.
[0062]
In this specification, the detected temperature between the endothermic substrate and the object to be cooled is the temperature between the detected temperature of the endothermic substrate and the detected temperature of the object to be cooled (that is, the endotherm from the detected temperature of the object to be cooled). Temperature in the range up to the detection temperature of the side substrate).
[0063]
Further, for example, as shown in FIG. 7, a plurality of (here, two) current saving control mechanisms 22 in which at least one of the circuit open set temperature and the circuit close set temperature is different from each other are provided to control the thermoelectric conversion module 1. It may be. In this case, as the current saving control mechanism 22, the bimetal 8 (8 a, 8 b) is provided, and the switch 15 that switches the connection between the plurality of bimetal 8 (8 a, 8 b) and the connection circuit of the thermoelectric conversion element 5 is provided. The device can be downsized.
[0064]
In FIG. 7 (a), the connection circuit of the thermoelectric conversion element 5 is indicated by reference numeral 10. FIG. 7A shows a state in which the switch 15 connects the connection circuit and the first bimetal 8a. By adopting the mode shown by the chain line in the figure, the switch 15 is connected to the connection circuit and the second bimetal 8a. The bimetal 8b is connected.
[0065]
For example, in the example shown in FIG. 7, the first bimetal 8a has a circuit open set temperature of 40 ° C. and a circuit close set temperature of 50 ° C., and the second bimetal 8b has a circuit open set temperature of 30 ° C. The closed set temperature is 40 ° C. These are mounted on a ceramic lower substrate 7 on the cooling side of the thermoelectric conversion module 1, and the switch 15 is also provided on the substrate 7.
[0066]
As described above, the cooling device having a configuration for switching the connection between the plurality of bimetals 8 and the connection circuit of the thermoelectric conversion elements 5 by the switch 15 is provided in the thermoelectric conversion module 1 and the cooling device in accordance with the specification environment temperature in summer and winter. This is effective when changing the cooling setting or when switching the cooling condition of the cooled object as required. A configuration in which three or more bimetals 8 are provided and switched by the switch 15 can also be applied to the present invention.
[0067]
Furthermore, although the current saving control mechanism 22 is configured to include the bimetal 8, it may be an element configured to include a shape memory alloy and an elastic member such as a spring instead of the bimetal 8. In this case, the shape memory alloy is deformed at the circuit open set temperature and the connection circuit of the thermoelectric conversion element 5 is opened, and the connection circuit of the thermoelectric conversion element 5 is closed by the elastic restoring force of an elastic member such as a spring at the circuit close set temperature. The configuration is as follows.
[0068]
  Furthermore, onRealIn the embodiment, the current saving control mechanism 22 is provided on the lower substrate 7 of the thermoelectric conversion module 1, but the current saving control mechanism 22 is a region near the lower substrate 7 of the thermoelectric conversion module 1 or a region near the heating unit 9. May be provided.
[0069]
Further, in the above embodiment, the cooling device is configured by providing the current saving control mechanism 22, but the current saving control mechanism 22 is omitted, for example, according to the temperature of the heat generating unit 9, the thermoelectric conversion module 1 is manually operated. The power supply may be turned on / off.
[0070]
Furthermore, in the above embodiment, the internal resistance of the thermoelectric conversion module 1 is set so that a current of 60% of Imax flows when a constant voltage for driving the thermoelectric conversion module is applied, but the internal resistance of the thermoelectric conversion module 1 is particularly limited. Is set as appropriate, for example, by setting so that a current of a set value set within a range of 20 to 80% of Imax flows when a constant voltage is applied for driving a thermoelectric conversion module, thereby improving efficiency. Thus, the thermoelectric conversion module 1 can be operated.
[0071]
Furthermore, the size and detailed configuration of the thermoelectric conversion module 1 applied to the present invention are not particularly limited and are set as appropriate.
[0072]
【The invention's effect】
According to the present invention, by providing a continuous heat pipe along the upper substrate and the lower substrate of the thermoelectric conversion module and disposing the lower heat pipe on the object to be cooled, for example, the temperature of the object to be cooled does not become too high. When the load is small, the heat pipe is used for cooling, and when the temperature of the object to be cooled is high (the load is large), the thermoelectric conversion module is operated to transfer the heat of the object to be cooled through the heat pipe. The heat absorption side substrate absorbs heat, and the object to be cooled can be cooled by the thermoelectric conversion module as much as necessary.
[0073]
Therefore, the cooling device according to the present invention does not wastefully operate the thermoelectric conversion module, and also efficiently cools the object to be cooled such as an electronic component having high heat density, high heat flux, etc. that could not be realized only by conventional air cooling. Therefore, the temperature of the object to be cooled can be maintained at an appropriate temperature.
[0074]
Moreover, according to the structure in which the heat sink is provided with the fan, the heat dissipation by the heat sink can be performed more efficiently.
[0075]
Furthermore, in the present invention, according to the configuration in which the heat pipes arranged above and below the thermoelectric conversion module are built in the high thermal conductivity member, the heat of the cooled object can be efficiently transmitted to the heat pipe by the high thermal conductivity member, The heat of the object to be cooled can be absorbed efficiently and can be efficiently radiated.
[0076]
Furthermore, in this invention, it suppresses that the hydraulic fluid provided in the heat pipe moves via the communicating part of the heat pipe arrange | positioned between the upper side board | substrate and lower side board | substrate of a thermoelectric conversion module. According to the configuration having the thermosiphon type configuration, the lower substrate of the thermoelectric conversion module arranged on the cooled object side is formed as the heat absorption side substrate along with the operation of the thermoelectric conversion module, and arranged on the heat sink side Even if the upper substrate of the thermoelectric conversion module is formed as a heat dissipation side substrate along with the operation of the thermoelectric conversion module, the working fluid does not move to the upper heat pipe side in accordance with the substrate temperature.
[0077]
  Therefore, according to the present invention having this configuration, the heat is reliably suppressed from moving to the cooled object side in the heat pipe, and the cooled object is efficiently moved by the thermoelectric conversion module.coolingcan do.
[0078]
Furthermore, in the present invention, according to the configuration in which at least the wick is not provided in the communication portion of the heat pipe, the working fluid moves from the heat pipe side disposed on the lower side to the upper heat pipe side by capillary force. It can be surely suppressed.
[0079]
Furthermore, in the present invention, according to the configuration in which the current saving control mechanism for opening and closing the connection circuit of the thermoelectric conversion element of the thermoelectric conversion module is provided, the heat absorption side substrate or the object to be cooled of the thermoelectric conversion module is provided by the current saving control mechanism. Alternatively, since the connection circuit of the thermoelectric conversion element of the thermoelectric conversion module can be opened and closed based on the detected temperature between the two, the thermoelectric conversion module is operated only when cooling operation by the thermoelectric conversion module is necessary, and is wasted Current consumption can be suppressed, and the temperature of the object to be cooled can be accurately maintained at the set temperature.
[0080]
Further, in the present invention, according to the configuration in which the current saving control mechanism is provided on the heat absorption side substrate of the thermoelectric conversion module or in the vicinity thereof, the installation space of the current saving control mechanism is reduced, and the current saving control mechanism Thus, the opening / closing operation of the connection circuit of the thermoelectric conversion element can be performed more accurately.
[0081]
Furthermore, in the present invention, there are a plurality of current saving control mechanisms in which at least one of the circuit open set temperature and the circuit close set temperature is different from each other, and the plurality of current save control mechanisms and the connection circuit of the thermoelectric conversion element are connected. According to the configuration having the switch to be switched, the temperature control range can be appropriately changed in accordance with the environmental temperature to be used. Therefore, the actual environmental temperature is reduced to the problem of keeping the temperature of the element to be cooled below the set temperature. Accordingly, the connection between the plurality of current saving control mechanisms and the thermoelectric conversion elements can be switched, and the current saving of the thermoelectric conversion module can be achieved more accurately.
[0082]
Furthermore, since bimetals and shape memory alloys are very inexpensive and small elements compared to conventional methods combining temperature sensors and temperature control devices, a configuration in which a current saving control mechanism having bimetals or shape memory alloys is provided. According to the present invention, it is possible to further reliably reduce the size and cost of the apparatus.
[0083]
Furthermore, in the present invention, according to the configuration in which the internal resistance is set so that the set current flows when a constant voltage is applied to drive the thermoelectric conversion module, the thermoelectric conversion module can be operated in a relatively energy efficient region. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory view schematically showing a main part configuration of an embodiment of a cooling device according to the present invention.
FIG. 2 is an explanatory view showing an example of arrangement of heat pipes provided in the cooling device according to the present invention.
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the input current and the heat absorption amount of the thermoelectric conversion module applied to the embodiment.
FIG. 4 is a graph showing a relationship between input current and coefficient of performance of a thermoelectric conversion module applied to the embodiment.
FIG. 5 is an explanatory diagram schematically showing a circuit opening / closing function corresponding to a lower substrate temperature of a thermoelectric conversion module applied to the embodiment.
FIG. 6 is a front explanatory view (a) and a side explanatory view (b) schematically showing another embodiment of the cooling device according to the present invention.
7A and 7B are a plan explanatory view and a side view schematically showing a thermoelectric conversion module and its peripheral configuration applied to still another embodiment of the cooling device according to the present invention.
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a configuration of a conventional thermoelectric conversion module.
[Explanation of symbols]
1 Thermoelectric conversion module
2 electrodes
3 Heat pipe
4, 4a, 4b High thermal conductivity member
5, 5a, 5b Thermoelectric conversion element
6 Upper board
7 Lower board
8 Bimetal
9 Heating element
12 Heat sink
15 switch
22 Current saving control mechanism

Claims (10)

上下に間隔を介して対向配置された基板と、これら上下の基板の対向表面にそれぞれ互いに間隔を介して形成された複数の電極と、前記上下の基板間に配置されて互いに間隔を介して配列したＰ型とＮ型の複数の熱電変換素子とを有して、これらの熱電変換素子が対応する前記電極を介して接続されて熱電変換素子の接続回路が形成され、該熱電変換素子の接続回路に電流を流すことにより前記下側の基板が吸熱側基板と成して上側の基板が放熱側基板と成して吸熱側基板の下側に配置される被冷却体を冷却する熱電変換モジュールを有し、熱電変換モジュールの放熱側基板と吸熱側基板のそれぞれの基板面に沿ってヒートパイプが配されて、その放熱側基板の基板面に配されたヒートパイプと吸熱側基板の基板面に配されたヒートパイプが連通されて連続されており、該ヒートパイプは、該ヒートパイプ内に設けられた作動液が、下側の吸熱側基板に配置されたヒートパイプ側から上側の放熱側基板に配置されたヒートパイプ側にヒートパイプ内壁を毛細管力により移動することを抑制するサーモサイフォン型の構成を有しており、熱電変換モジュールの上側の放熱側基板に配置されたヒートパイプの上側にはヒートシンクが設けられていることを特徴とする冷却装置。Substrates arranged vertically opposite to each other, a plurality of electrodes formed on the opposing surfaces of the upper and lower substrates, respectively, and spaced apart from each other, and arranged between the upper and lower substrates and arranged mutually spaced apart from each other A plurality of P-type and N-type thermoelectric conversion elements, and these thermoelectric conversion elements are connected via the corresponding electrodes to form a connection circuit of the thermoelectric conversion elements, and the connection of the thermoelectric conversion elements thermoelectric conversion module to cool the cooled object to the underlying substrate by supplying a current to the circuit is the upper substrate forms a heat absorbing side substrate is disposed below the heat-absorbing-side substrate is formed with the heat radiating side substrate And heat pipes are arranged along the substrate surfaces of the heat dissipation side substrate and the heat absorption side substrate of the thermoelectric conversion module, and the heat pipes arranged on the substrate surface of the heat dissipation side substrate and the substrate surface of the heat absorption side substrate The heat pipe arranged in Swiped are continuously, the heat pipe, heat the hydraulic fluid provided in the heat pipe, it is placed from the heat pipe side which is located on the heat absorbing side substrate of the lower to the upper heat radiation side substrate It has a thermosiphon type configuration that suppresses movement of the inner wall of the heat pipe by capillary force on the pipe side, and a heat sink is provided on the upper side of the heat pipe disposed on the heat dissipation side substrate on the upper side of the thermoelectric conversion module. A cooling device characterized by that. 上下に間隔を介して対向配置された基板と、これら上下の基板の対向表面にそれぞれ互いに間隔を介して形成された複数の電極と、前記上下の基板間に配置されて互いに間隔を介して配列したＰ型とＮ型の複数の熱電変換素子とを有して、これらの熱電変換素子が対応する前記電極を介して接続されて熱電変換素子の接続回路が形成され、該熱電変換素子の接続回路に電流を流すことにより前記下側の基板が吸熱側基板と成して上側の基板が放熱側基板と成して吸熱側基板の下側に配置される被冷却体を冷却する熱電変換モジュールを有し、熱電変換モジュールの放熱側基板と吸熱側基板の基板面に沿って連続するヒートパイプが設けられ、熱電変換モジュールの上側の放熱側基板に配置されたヒートパイプの上側にはヒートシンクが設けられており、また、熱電変換モジュールの吸熱側基板または被冷却体あるいは両者の中間の温度を検出する温度検出機能と、該温度検出機能によって検出した検出温度に基づいて、該検出温度が回路開設定温度以下のときに熱電変換素子の接続回路を開とする回路開機能と、熱電変換素子の接続回路を開とした後に前記検出温度が回路開設定温度より大きい回路閉設定温度以上になったときに、前記熱電変換素子の接続回路を閉とすることにより熱電変換素子の接続回路に再び電流が流れるようにする回路復帰機能とを有する省電流制御機構が設けられていることを特徴とする冷却装置。Substrates arranged vertically opposite to each other, a plurality of electrodes formed on the opposing surfaces of the upper and lower substrates, respectively, and spaced apart from each other, and arranged between the upper and lower substrates and arranged mutually spaced apart from each other A plurality of P-type and N-type thermoelectric conversion elements, and these thermoelectric conversion elements are connected via the corresponding electrodes to form a connection circuit of the thermoelectric conversion elements, and the connection of the thermoelectric conversion elements A thermoelectric conversion module that cools an object to be cooled disposed under the heat-absorbing side substrate with the lower substrate serving as the heat-absorbing side substrate and the upper substrate serving as the heat-dissipating side substrate by passing a current through the circuit And a heat pipe that is continuous along the substrate surface of the heat absorption side substrate and the heat absorption side substrate of the thermoelectric conversion module is provided, and a heat sink is disposed above the heat pipe disposed on the heat dissipation side substrate of the thermoelectric conversion module. Established In addition, the temperature detection function for detecting the temperature on the heat absorption side substrate of the thermoelectric conversion module, the object to be cooled, or the intermediate temperature between them, and the detected temperature is set to open based on the detected temperature detected by the temperature detection function. A circuit opening function for opening the thermoelectric conversion element connection circuit when the temperature is lower than the temperature, and when the detected temperature is higher than the circuit open set temperature after the thermoelectric conversion element connection circuit is opened. And a current-saving control mechanism having a circuit restoration function that causes a current to flow again through the connection circuit of the thermoelectric conversion element by closing the connection circuit of the thermoelectric conversion element. apparatus. 省電流制御機構は熱電変換モジュールの吸熱側基板またはその近傍に設けられていることを特徴とする請求項２記載の冷却装置。The cooling device according to claim 2 , wherein the current saving control mechanism is provided on the heat absorption side substrate of the thermoelectric conversion module or in the vicinity thereof. 回路開設定温度と回路閉設定温度の少なくとも一方が互いに異なる複数の省電流制御機構を有し、これら複数の省電流制御機構と熱電変換素子の接続回路との接続を切り換えるスイッチを有することを特徴とする請求項２または請求項３記載の冷却装置。It has a plurality of current saving control mechanisms in which at least one of the circuit open set temperature and the circuit close set temperature is different from each other, and has a switch for switching the connection between the plurality of current save control mechanisms and the connection circuit of the thermoelectric conversion element. The cooling device according to claim 2 or 3 . 省電流制御機構はバイメタルまたは形状記憶合金を有して形成されていることを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれか一つに記載の冷却装置。The cooling device according to any one of claims 2 to 4 , wherein the current saving control mechanism is formed of a bimetal or a shape memory alloy. ヒートパイプ内に設けられている作動液が、熱電変換モジュールの放熱側基板と吸熱側基板の間に配置されているヒートパイプの連通部を介して、下側の吸熱側基板に配置されたヒートパイプ側から上側の放熱側基板に配置されたヒートパイプ側にヒートパイプ内壁を毛細管力により移動することを抑制するサーモサイフォン型の構成を有していることを特徴とする請求項２乃至請求項５のいずれか一つに記載の冷却装置。The working fluid provided in the heat pipe is heated to the lower heat absorption side substrate via the heat pipe communication portion arranged between the heat dissipation side substrate and the heat absorption side substrate of the thermoelectric conversion module. 請 Motomeko 2 to you, characterized in that it has a configuration of suppressing thermo-siphon to move by capillary forces the heat pipe inner wall from the pipe side to the heat pipe side which is located on the radiating side substrate of the upper The cooling device according to claim 5 . ヒートパイプ内には少なくとも連通部内にウィックが設けられていないことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一つに記載の冷却装置。The cooling device according to any one of claims 1 to 6 , wherein a wick is not provided at least in the communication portion in the heat pipe. ヒートシンクにはファンが設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一つに記載の冷却装置。The cooling device according to any one of claims 1 to 7 to the heat sink, characterized in that the fan is provided. 熱電変換モジュールの吸熱側基板の下側には第１の高熱伝導性部材が設けられ、熱電変換モジュールの放熱側基板の上側には前記第１の高熱伝導性部材以上の伝熱面積を有する第２の高熱伝導性部材が設けられており、これらの高熱伝導性部材内にヒートパイプが内蔵され、前記第２の高熱伝導性部材の上側にヒートシンクが設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか一つに記載の冷却装置。A first high thermal conductivity member is provided below the heat absorption side substrate of the thermoelectric conversion module, and a heat transfer area larger than that of the first high thermal conductivity member is provided above the heat dissipation side substrate of the thermoelectric conversion module. 2. A high heat conductive member is provided, a heat pipe is built in the high heat conductive member, and a heat sink is provided above the second high heat conductive member. cooling device according to any one of 1 to claim 8. 熱電変換モジュールは、吸熱側基板の最大吸熱量を得るために熱電変換モジュールに必要な電流値の２０〜８０％の範囲内で設定した設定値の電流が熱電変換モジュール駆動の定電圧印加時に流れるように内部抵抗を設定したことを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか一つに記載の冷却装置。  In the thermoelectric conversion module, a current having a set value set within a range of 20 to 80% of a current value required for the thermoelectric conversion module to obtain the maximum heat absorption amount of the heat absorption side substrate flows when a constant voltage for driving the thermoelectric conversion module is applied. The cooling device according to any one of claims 1 to 9, wherein the internal resistance is set as described above.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20200035662A (en) * 2018-09-27 2020-04-06 한국기계연구원 Thermoelectric Generator Using Waste Heat
EP4109688A1 (en) * 2021-06-25 2022-12-28 Nokia Technologies Oy Integrated heat spreader

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100396999C (en) * 2005-09-27 2008-06-25 上海理工大学 Thermoelectric-cooling oscillating heat pipe combined-cooling temperature control system
CN100463148C (en) * 2005-11-25 2009-02-18 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 Heat radiator
JP4762699B2 (en) * 2005-11-30 2011-08-31 古河電気工業株式会社 Electronic component cooling apparatus, temperature control method thereof, and temperature control program thereof
CN102446878A (en) * 2010-10-11 2012-05-09 海洋王照明科技股份有限公司 Semiconductor refrigerating device
US11107708B2 (en) * 2017-11-14 2021-08-31 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Heating platform, thermal treatment and manufacturing method
IT202100027713A1 (en) * 2021-10-28 2023-04-28 Giacomo Ruaro Thermal energy recovery device

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200035662A (en) * 2018-09-27 2020-04-06 한국기계연구원 Thermoelectric Generator Using Waste Heat
KR102162375B1 (en) * 2018-09-27 2020-10-06 한국기계연구원 Thermoelectric Generator Using Waste Heat
EP4109688A1 (en) * 2021-06-25 2022-12-28 Nokia Technologies Oy Integrated heat spreader

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