JP5234645B2 - ペルチェ式冷却ユニット - Google Patents

Description

本発明は、ペルチェ素子とファンとを組み合わせたペルチェ式冷却ユニットに関するものである。

ペルチェ式冷却ユニットは、例えば電子機器収納用キャビネットの内部温度上昇を防止するような用途に広く用いられている。ペルチェ式冷却ユニットはペルチェ素子の両面にそれぞれヒートシンクを接合するとともに、これらのヒートシンクと盤内空気あるいは外気との間の熱移動を促進するためのファンを備えたものが一般的（特許文献１）である。

一般的なペルチェ素子は１枚当たりの冷却能力が小さいため、上記のような工業的用途に用いる場合には、図１に示すように複数のペルチェ素子１を直列に接続してペルチェ素子群２を形成し、各ペルチェ素子１に印加される電圧を許容電圧の６０％程度として使用する場合が多い。ペルチェ素子は当然ながら直流電源により駆動される。このため吸熱用ファン３と放熱用ファン４にも直流モータを使用し、同一の直流電源部５により駆動することが設備設計上好ましい。

ところがその場合には、ペルチェ素子１の冷却能力を上げるためにペルチェ素子群２への印加電圧を高めると、ファン３，４への印加電圧も高まる。そのためファン３，４の消費電力が多くなり、成績係数（ＣＯＰ）が下がってしまうという問題があった。ここでＣＯＰとは吸熱量を投入電力量で割った値であり、ペルチェ式冷却装置ではＣＯＰは０．５程度の低い値であるから、ＣＯＰを更に低下させることは好ましくない。

また、ファン３，４に印加される電圧を低下させるために、ファンと直列に調整抵抗を入れたファン駆動回路を用いることも行われている。ところがこの調整抵抗を流れる電流によって余分な熱量が発生するため、投入電力量が増加してＣＯＰを更に低下させることとなって好ましくない。

特開２００８−１４１０８９号公報

本発明は上記した従来の問題点を解決し、ペルチェ素子群への印加電圧を高めた場合にもファン駆動回路において余分な消費電力が発生せず、ＣＯＰの低下を防止することができるペルチェ式冷却ユニットを提供することを目的とするものである。

上記の課題を解決するためになされた本発明は、ペルチェ素子とファンとを組み合わせたペルチェ式冷却ユニットであって、複数のペルチェ素子を直列接続したペルチェ素子群と、ファンと直列に少なくとも１つのペルチェ素子を接続し、前記ペルチェ素子群に並列に接続するファン駆動回路と、これらのペルチェ素子群およびファン駆動回路に直流電源を供給する直流電源部と、を備えたことを特徴とするものである。

また請求項２のように、ファン駆動回路は、吸熱用ファンと放熱用ファンとの並列接続回路に、少なくとも１つのペルチェ素子を直列に接続し、さらにこのペルチェ素子と並列に調整抵抗を接続したものとすることができる。

本発明のペルチェ式冷却ユニットは、複数のペルチェ素子を直列接続したペルチェ素子群と、ファンと直列に少なくとも１つのペルチェ素子を接続し、前記ペルチェ素子群に並列に接続するファン駆動回路とを備えたものであり、ペルチェ素子群への印加電圧を高めた場合にも、ファン駆動回路のペルチェ素子による電圧降下分だけ、ファンに印加される電圧を低下させることができる。このためファン駆動回路において従来のような余分な消費電力が発生しない。またファン駆動回路のペルチェ素子も冷却効果を発揮するうえ、ペルチェ素子群を構成するペルチェ素子数を減少させることによって個々のペルチェ素子への印加電圧が高まるために冷却能力を上げることができ、全体としてＣＯＰを向上させることができる。

請求項２の発明によれば、ファンへの印加電圧およびペルチェ素子への印加電圧を調整抵抗によって調整することができ、しかも調整抵抗の抵抗値をペルチェ素子の抵抗値よりも十分に高くしておくことにより調整抵抗を流れる電流を小さくし、調整抵抗における無駄な発熱を小さくすることができる。

従来のペルチェ式冷却ユニットの回路図である。 本発明の第１の実施形態を示す回路図である。 本発明の第２の実施形態を示す回路図である。 本発明を実機に適用した状態を示す回路図である。 ペルチェ式冷却ユニットの外観斜視図である。

以下に本発明の実施形態を説明する。
第１の実施形態を示す図２において、１０は複数のペルチェ素子１１を直列接続したペルチェ素子群、１２はファン駆動回路、１３は直流電源部である。ペルチェ素子群を構成するペルチェ素子１１の数は図１では８であったが図２では７であり、１つのペルチェ素子１１はファン駆動回路１２に移動させてある。なお本発明においては、ファン駆動回路１２のペルチェ素子１１は必ずしも１個である必要はない。

ファン駆動回路１２は並列接続された吸熱用ファン１４と放熱用ファン１５とを含むものであり、１つのペルチェ素子１１がこれらのファン１４，１５と直列に接続されている。またこのペルチェ素子１１と並列に、調整抵抗１６が接続されている。直流電源部１３は、これらのペルチェ素子群１０とファン駆動回路１２とに同一電圧を印加するが、この実施形態では通常の２４Ｖの１．１倍の２６．４Ｖを供給している。なお請求項１の発明においては、直流電源部１３は必ずしも単一とする必要はないが、直流電源部１３を単一とすることによりコストダウンや設備の小型化を図ることができ、好ましい。

この図１の回路においては、ペルチェ素子群１０を構成するペルチェ素子１１には従来は３．０Ｖが印加されていたのに対してこの実施形態では約３．８Ｖが印加されることとなり、ペルチェ式冷却ユニットの冷却能力を高めることができる。またファン駆動回路１２の吸熱用ファン１４と放熱用ファン１５には従来と同様の２４Ｖ，ファン駆動回路１２のペルチェ素子１１には２．４Ｖを印加することができ、ファン駆動回路１２のファンに余分の電圧を加えることもないため、余分な消費電力が発生しない。このように本発明においてはファンと直列に少なくとも１つのペルチェ素子１１を接続することによって、ペルチェ素子群１１への印加電圧を高めた場合にも、ファン駆動回路１２において従来のような余分な消費電力が発生しない。このため、ペルチェ式冷却ユニットのＣＯＰを向上させることができる。

なお、調整抵抗１６の抵抗値をペルチェ素子１１の抵抗値よりも十分に大きく、例えば８倍程度に設定すれば、調整抵抗１６とペルチェ素子１１との並列回路においては大部分の電流がペルチェ素子１１に流れ、調整抵抗１６に流れる電流は小さい。このため調整抵抗１６の発熱量も十分に小さくすることができる。

上記した第１の実施形態では、ペルチェ素子１１と並列に調整抵抗１６を接続したのであるが、図３に示す第２の実施形態では、吸熱用ファン１４と放熱用ファン１５とにそれぞれ直列にペルチェ素子１１を接続した。これによって調整抵抗１６の発熱をなくし、ペルチェ式冷却ユニットの冷却能力およびＣＯＰをさらに向上させることができる。なお図２における調整抵抗１６をペルチェ素子１１に置換し、ペルチェ素子１１どうしを並列接続してもよい。

図４と図５は、本発明を実機に適用した実施形態を示す図である。この実施形態では、図４に示すようにヒートシンク２０に各４枚のペルチェ素子１１を配置した冷却ユニットを２つ接続してあり、合計８つのペルチェ素子１１のうちの７つを直列に接続し、ペルチェ素子群１０を構成している。また吸熱側よりも大きい能力を要求される放熱用ファン１５を２台として並列に接続し、吸熱用ファン１４は１台としてある。またファン駆動回路１２には１つのペルチェ素子１１が直列接続されている。また調整抵抗１６がこのペルチェ素子１１と並列接続されている。なお直流電源部１３は、これらのペルチェ素子群１０とファン駆動回路１２とに同一の直流２４Ｖを印加する。

図５に示すように、ペルチェ式冷却ユニットの筐体３０の放熱側には２台の放熱用ファン１５が配置され、吸熱側には１台の吸熱用ファン１４が配置されている。また筐体３０の放熱側には、制御回路基板３１と電源回路基板３２とが搭載されている。

このようなペルチェ式冷却ユニットは、電子機器収納用キャビネット等に取り付けられて盤内温度の上昇を抑制するために用いられる。

１ ペルチェ素子
２ ペルチェ素子群
３ 吸熱用ファン
４ 放熱用ファン
５ 直流電源部
１０ ペルチェ素子群
１１ ペルチェ素子
１２ ファン駆動回路
１３ 直流電源部
１４ 吸熱用ファン
１５ 放熱用ファン
１６ 調整抵抗
２０ ヒートシンク
３０ ペルチェ式冷却ユニットの筐体
３１ 制御回路基板
３２ 電源回路基板

Claims (2)

1. ペルチェ素子とファンとを組み合わせたペルチェ式冷却ユニットであって、複数のペルチェ素子を直列接続したペルチェ素子群と、ファンと直列に少なくとも１つのペルチェ素子を接続し、前記ペルチェ素子群に並列に接続するファン駆動回路と、これらのペルチェ素子群およびファン駆動回路に直流電源を供給する直流電源部と、を備えたことを特徴とするペルチェ式冷却ユニット。
2. ファン駆動回路は、吸熱用ファンと放熱用ファンとの並列接続回路に、少なくとも１つのペルチェ素子を直列に接続し、さらにこのペルチェ素子と並列に調整抵抗を接続したものであることを特徴とする請求項１記載のペルチェ式冷却ユニット。