JP5323102B2 - 電子部品用の冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１のプリアンブルに係る電子部品用の冷却装置に関する。

このような冷却装置は、独国特許文献第１０ ２００４ ０３０ ６７５ Ａ１号に記載されており公知である。当該特許文献によると、熱伝導が可能なように電子部品が取着されている実装プレートを特徴とする、電子部品用の冷却設備が記載されている。実装プレートには、複数の熱交換素子が取着されている。このため、実装プレートは、配電箱の裏面を形成し、且つ、カバーで被覆されており、配電箱の内部空間の外部には、送風機によって外気が誘導される流路が形成される。内部空間では、対流または追加で設けられる送風機によって、実装プレートに沿って別の気流が発生し得る。

また、独国特許文献第１０２ ３３ ７３６号に記載されているように、特別な熱交換素子を利用することが提案されている。

上述したような公知の冷却設備は、原則として、空気／空気熱交換方式で動作するものであり、配電箱の内部空間における内部の空気よりも外部の空気の方が冷たいと考えられる。公知のように、熱交換器による熱交換は、熱交換の対象となる媒質同士の間の温度差に非常に大きく左右される。このため、公知の冷却設備の冷却性能は、外部の気温が高い場合には満足な水準ではない。

先行技術の一例として、コンプレッサーまたはペルティエ素子を備える冷蔵庫の原理に応じて動作する能動冷蔵設備（米国特許第５，７０６，６６８号と同等）もまた公知である。一例を挙げると、独国特許文献第１０ ２００６ ０３４ ４８７ Ａ１号には、両側で放熱素子および吸熱素子と熱交換が可能な状態で接触しているペルティエ素子を複数備える熱交換器であって、流体加熱チャネルおよび流体冷却チャネルが放熱素子および吸熱素子に隣接している熱交換器が記載されている。

ペルティエ素子を備える冷却設備は、独国特許文献第１０ ２００６ ０２０ ５０２号、独国特許文献第１０ ２００６ ０２０ ５０３号、独国特許文献第１０ ２００６ ０２０ ４９９号、独国特許文献第２９９ ２１ ４４８ Ｕ１号、および独国特許文献第２０３ ０１ ２３２ Ｕ１号にも記載されている。

独国特許文献第２０１ ０５ ４８７ Ｕ１号には、複数のペルティエ素子を備える冷却装置であって、周囲の温度に応じて冷却モードを切り替えることが可能である冷却装置が記載されている。これは、複数のペルティエ素子を、全て同時にオンに制御するか、グループ単位でオンに制御するか、または、全体として連続してオンに制御するか選択することができ、単純な方法で冷却性能を制御することができるためである。

独国特許文献第２００ ０７ ９２０ Ｕ１号には、ペルティエ素子を備える筐体のための送風装置が記載されている。当該送風装置では、冷却動作および加熱動作を切り替えることを目的として、気流を選択的に逆方向に制御することができる。

ペルティエ素子は現在、放熱面および吸熱面を持つ平坦なプレートレットとして得られる。問題となるのは、言うまでもなく消費電気エネルギーと、効率または冷却性能が、温度次第であり、吸熱面と放熱面との間での温度差が大きくなると劣化してしまうという問題である。

本発明は、上述したような種類の温度調整装置を改善して、外部の温度の変化幅である広い温度範囲に対して所定の温度範囲内に電子部品の温度を維持し、出力密度が高いことを特徴とし、可能な限り小型化されており、消費電気エネルギーが小さいことを特徴とする温度調整装置を提供することを目的とする。

上記の課題は、請求項１に記載の特徴によって解決される。従属項は、本発明の有益な実施形態および改善点を示唆するものである。

本発明の基本原理によると、両面に熱交換素子が設けられたペルティエ素子を備える小型の冷却装置が実現される。当該冷却装置は、２つの別個の流路に接続された２つの吸気口および２つの排気口を有することを特徴とする。２つの流路のうち一方の流路は、ペルティエ素子の一方の面に沿って延伸しており、他方の流路は、ペルティエ素子の他方の面に沿って延伸している。２つの吸気口は、１つの平面内で平行に並んでいることが好ましく、各吸気口には、吸気空間から誘導プレートを通ってペルティエ素子の上面または下面にある対応する気流経路へと、流入する空気を誘導する換気装置が対応付けられている。

当該冷却装置は、１９インチラックである（ＩＳＯ）標準の配電箱に適応していることが好ましく、高さは１ユニット（Ｕ）、つまり４４．４５ｍｍに過ぎず、幅は４４８ｍｍで、奥行きは４８０ｍｍであることを特徴とする。

当該冷却装置は、配電箱のスリットまたは開口から冷たい外部の空気を取り込んで、配電箱の内部空間において循環させるという純粋な循環設備として動作し得る。冷却性能を上げる必要がある場合には、ペルティエ素子をアクティブモードに切り替えてアクティブな冷却部として動作させることができる。ペルティエ素子としては、上述の寸法を考慮すると、最多で２７個の素子を含むことが可能で、２７０ワットから４０５ワットの冷却電力が実現可能となるように各素子の電力は１０ワットから１５ワットとすることを特徴とする。

上述した循環動作の場合、換気装置のうち１つはオフに制御することも可能である。

要約すると、高さ方向の設置寸法が小さく、且つ、出力密度が高いハイブリッド型冷却装置が得られる。動作モードが２つ設定されているので、電気エネルギーの消費を節約することができる。当該冷却装置は、配電箱内でさまざまな方向で設置することができるので、冷却用の空気を上向きまたは下向きに放出することができる。

以下では、図面を参照しつつ実施形態例に基づき、本発明をより詳細に説明する。図面は以下の通りである。
本発明に係る冷却装置を備える配電箱を示す一部切り欠き斜視図である。 本発明に係る冷却装置を示す概略斜視図である。 本発明に係る冷却装置を開いた状態を示す概略上面図である。 図３のラインＡ−Ａに沿って切断した様子を示す図である。 図３のラインＢ−Ｂに沿って切断した様子を示す図である。

図１は、従来の配電箱１（ドアなし）を示す図である。配電箱１は、電気部品および電子部品を滑動して挿入して保持するための側面トラック２および３、ならびに、外壁が取り付けられている垂直担体４、５、６および７を備えている。担体のうち２つ、本例では、担体４および６は、部品を滑動させて取り付けるべく列状に設けられた穿孔８および９を備える。担体５および７にも、対応して列状に穿孔が設けられているとしてよい。

本発明に係る冷却装置は、このような（ＩＳＯ）標準の配電箱の寸法に合わせて構成された滑動部材として実現されている。当該冷却装置は、例えば、１９インチの配電箱で利用される場合、上記の寸法を持つ。冷却装置全体は、参照番号１０で表す。冷却装置１０は、孔１３および１４を有する２つの側面折り返し部１１および１２によって、担体４および６ならびに列状に設けられた穿孔に取り付けられ、トラック２および３によって保持される。

図２から分かるように、当該冷却装置には、１つの平面内で互いに平行に隣接して並べられる２つの吸気口１５および１６が設けられている。吸気口１５および１６には、換気装置（不図示）が配設されており、矢印１７および１８で対応付けて示すように２つの別個のチャンバ１９および２０に外部の空気を引き込む。このため、２つのチャンバ１９および２０は、パーティション２１によって分離されている。

２つのチャンバ１９および２０に隣接して、両面に熱交換素子が設けられているペルティエ素子を多数有するペルティエプレートが配設されている。ペルティエプレート２２は、高さＨの中央地点に配設されており、冷却装置の領域を第１のチャネル２３および第２のチャネル２４に分割している。チャネル２３は、空間１９に接続されており、パーティション２１と接続されている誘導プレート２５によって、開口１５を介して流入した空気を確実に第１のチャネル２３にのみ流入させる。同様に、第２の空間２０は誘導プレート２６によってチャネル２４に接続されており、吸気口１６を介して引き込まれた空気はチャネル２４のみを流れる。

第１のチャネル２３は、正面方向に向いている排気用開口２７で終わるが、第２のチャネル２４は、設置箇所に応じて冷却装置の上面または下面に設けられている１以上の排気用開口２８で終わる。つまり、冷却装置は、冷却用の空気が上向きまたは下向きに放出されるように、設置され得る。排気用開口１８は、冷却装置の幅全体にわたって延設されているとしてよい。しかし、当該冷却装置は、別の寸法に従って構成して、冷却用の空気を、より良く狙いを定めて且つより集中させて、所定の箇所に対して放出するとしてもよい。

排気口２７は、図１に示す配電箱に当該冷却装置を設置する際に、裏面３０の開口２９と位置合わせされる。一方、第２のチャネル２４の開口２８は、配電箱１の内部空間に向かって位置合わせされる。

ペルティエプレート２２は、アクティブペルティエ動作モードにおいて、熱い面（熱面）と冷たい面（冷面）を持つ。アクティブ冷却動作モードにおいて、熱面がチャネル２３の方向を向き、冷面がチャネル２４の方向を向くように、ペルティエ素子に電圧が印加される。

当該冷却装置は、上述したように、２つの動作モードに従って動作させられる。第１の動作モードでは、純粋な空気循環装置として動作する。この場合、吸気口１５に設けられている換気装置はオフに制御されて、吸気口１６に設けられている換気装置のみを動作させる。このため、吸気口１６では矢印１８で示すように、チャンバ２０へと空気を引き込み、チャネル２４を介して排気口２８から放出する。この場合、外部の空気は、配電箱のスリットおよびその他の開口から引き込まれ、従来通り内部空間へと導かれ、開口（不図示）を介して外部に放出される。

外部の空気の温度が高いために十分な冷却効果が得られない場合には、ペルティエプレート２２またはペルティエ素子をアクティブモードに切り替えて、吸気口１５に設けられている換気装置をオンに制御する。吸気口１６を介して引き込まれた空気は、矢印１８に示すように、チャネル２４側の、ペルティエプレート２２のうち能動的に冷却された面を通って、排気口２８から排気される。吸気口１５を介して取り込まれた空気は、矢印１７で示すように、ペルティエプレート２２の熱面を通り、排気用開口２７によって放熱する。このため、この空気は、配電箱の裏面３０に設けられている開口２９によって外部に輸送される。

図３は、部分的に開いた状態の冷却装置を示す平面図である。同図でも、換気装置の図示は省略している。同図には、チャンバ１９および２９に対する２つの開口１５および１６、２つのチャンバ１９および２０を分離しているパーティション２１、ならびに、空気流１７および１８をペルティエプレート２２の２つの面に誘導する誘導プレート２５および２６（図４および図５を参照のこと）が示されている。さらに、チャネル２４の排気用開口２８が認められる。

図４は、ラインＡ−Ａに沿って切断した様子を示す図であり、第１の換気装置３２によって吸気口１６から矢印１８に沿って取り込まれた空気流が、チャンバ２０に流入し、誘導プレート２６を通ってチャネル２４へと流入し、排気用開口２８に到達する様子がより明瞭に示されている。同様に、図５は、ラインＢ−Ｂに沿って切断した様子を示す図であり、第２の換気装置３３によって吸気口１５から矢印１７に沿って取り込まれた空気流が、チャンバ１９およびチャネル２３に流入して、ペルティエプレート２２の他方の面に沿って排気用開口２７へと移動する様子を示している。

Claims (7)

1. プレートの表面に沿って２つの別個の空気流経路が形成され、当該２つの別個の空気流経路のそれぞれは外部の空気を誘導する、電子部品用の冷却装置であって、
   ２つの別個のチャンバ（１９、２０）のそれぞれに設けられ、一の平面内に並んでいる２つの吸気口（１５、１６）と、
   前記吸気口（１５、１６）のそれぞれに設けられ、前記吸気口（１５、１６）から外部の空気を引き込む換気装置（３２、３３）と、
   前記チャンバ（１９、２０）に接続された誘導プレート（２５、２６）と、
   前記誘導プレート（２５、２６）の上面および下面に形成され、前記チャンバ（１９、２０）と空気が流動するように前記誘導プレート（２５、２６）に接続されているチャネル（２３、２４）と、
   前記吸気口（１５）から引き込まれた前記外部の空気を、前記チャネル（２３）を介して筐体の外部に放出する排気用開口（２７）と、
   前記吸気口（１６）から引き込まれた前記外部の空気を、前記チャネル（２４）を介して、電子部品を冷却するために放出する排気用開口（２８）と
   を備え、
   前記誘導プレート（２５、２６）は、両面に熱交換素子が設けられた、少なくとも１つのペルティエ素子（２２）を有し、
   空気循環モードの場合、前記吸気口（１５）に設けられている前記換気装置（３２）はオフに制御されて、前記吸気口（１６）に設けられている前記換気装置（３３）のみをオンさせることにより、前記チャンバ（２０）へと外部の空気を引き込み、前記チャネル（２４）を介して前記排気用開口（２８）から放出し、
   ペルティエ動作モードの場合、前記吸気口（１５、１６）に設けられている前記換気装置（３２、３３）がそれぞれオンに制御されて、前記ペルティエ素子（２２）がオンされ、前記吸気口（１６）を介して引き込まれた空気は、前記チャネル（２４）側の、前記ペルティエ素子（２２）のうち能動的に冷却された面を通って、前記排気用開口（２８）から放出され、
   前記吸気口（１５）を介して取り込まれた空気は、前記ペルティエ素子（２２）の熱面を通り、前記排気用開口（２７）から放出する冷却装置。
2. 前記排気用開口（２７）は、前記吸気口（１５）に対して垂直に設けられ、前記排気用開口（２８）は、前記吸気口（１５、１６）と平行に設けられ、
   外形寸法が、高さがＩＳＯ標準の単位に対応しているＩＳＯ標準配電箱に滑動して挿入されるように合わせられている請求項１に記載の冷却装置。
3. 前記チャネル（２３）は、正面に設けられている前記排気用開口（２７）に接続されており、他方の前記チャネル（２４）は、前記冷却装置の上面または下面に配設されている前記排気用開口（２８）と、空気が流動するように接続されている請求項１または請求項２に記載の冷却装置。
4. 前記他方のチャネル（２４）の前記排気用開口（２８）は、前記冷却装置の設置箇所に応じて、上向きまたは下向きに構成されている請求項３に記載の冷却装置。
5. 前記引き込まれる空気の進行方向と前記空気流経路における空気流の進行方向とが異なる請求項１から４のいずれか一項に記載の冷却装置。
6. 前記誘導プレート（２５、２６）は、前記空気流経路における空気流の進行方向に対して傾斜し、前記チャネル（２３、２４）の厚さは、進行方向に向けて狭くなる請求項１から５のいずれか一項記載の冷却装置。
7. 前記チャネル（２３、２４）のそれぞれの厚さは、前記チャンバ（１９、２０）のそれぞれの厚さよりも薄く、水平面における前記チャネル（２３、２４）の面積は、水平面における前記チャンバ（１９、２０）の面積よりも大きい請求項１から６のいずれか一項に記載の冷却装置。

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