JP6213050B2 - Cooling device for temperature difference power generation - Google Patents
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Description
本出願は熱エネルギを利用した温度差発電用の冷却装置に関する。 The present application relates to a cooling device for temperature difference power generation using thermal energy.
従来、発熱素子などを冷却風を用いて空冷する場合には、金属で形成された空冷フィンを発熱素子に接触させ、空冷フィンに冷却風が当たるようにして発熱素子からの放熱を増大させて発熱を抑える方法がとられている。空冷フィンの構造には様々な形状が知られているが、例えば、板状ベース金属に、垂直に多数の薄い金属板が突設された形状が一般的である。空冷フィンに用いられる金属には熱伝導率の高いものが利用され、銅、もしくはアルミニウムおよびそれらの合金等が用いられる。通常は質量が軽いこととコストが低いことから、アルミニウムをベースとする合金が最もよく使われている。 Conventionally, when air-cooling a heating element or the like using cooling air, heat radiation from the heating element is increased by bringing an air-cooling fin made of metal into contact with the heating element and hitting the cooling air against the air-cooling fin. A method of suppressing fever is taken. Various shapes are known for the structure of the air-cooling fin. For example, a shape in which a large number of thin metal plates are projected vertically on a plate-like base metal is common. As the metal used for the air-cooled fin, a metal having high thermal conductivity is used, and copper, aluminum, an alloy thereof, or the like is used. Alloys based on aluminum are most commonly used because of their light weight and low cost.
通常の空冷フィンでは、特定の方向に向いた冷却風の流れ(気流)を利用することが想定され、例えば、強制空冷の場合には、ファンの稼働で発生する気流が流れ易いように、多数の金属板は気流にほぼ平行に配置されている。また、自然対流を利用する空冷の場合には、重力を考慮した対流が流れる方向を考慮して空冷フィンが配置されている。しかしながら、例えば、気流の流れる方向が時間と共に変化するような場合や、発熱源の素子を含む装置全体が移動や回転をすることがあって、装置から見た気流の流れる方向が必ずしも一定ではない場合がある。 In normal air-cooling fins, it is assumed that the flow of cooling air (airflow) directed in a specific direction is used. For example, in the case of forced air cooling, a large number of airflows generated by the operation of the fan are likely to flow. The metal plate is arranged substantially parallel to the airflow. In the case of air cooling using natural convection, air cooling fins are arranged in consideration of the direction of convection in consideration of gravity. However, for example, when the direction of airflow changes with time, or the entire device including the element of the heat source may move or rotate, the direction of airflow as viewed from the device is not necessarily constant. There is a case.
このような問題に対して、例えば、特許文献1や特許文献2には、空冷フィン全体が回転する機構が提示されている。特許文献1に開示のヒートシンク取付構造は、電子装置が平置きされても縦置きされても放熱フィンの方向が鉛直方向になるようにフィン取付板を回転させて自然対流を促進させるものである。また、特許文献2に開示のヒートシンクでは、冷却ファンユニットの一部が故障して気流の流れる方向が変わった場合でも、フィンが突設されたプレート部をころがり軸受によって回転させてフィンを気流に平行にし、冷却効率を高めている。
For such a problem, for example,
ところが、特許文献1,2に開示の機構は空冷フィン全体を回転させる機構であり、このような機構では、発熱素子と空冷フィンの間に、回転機構と良熱伝導性という、機械的に両立しにくい性質を持たせる必要がある。そのため、特許文献2ではローラベアリングを用いた複雑な構造が設けられている。また、放熱が必要な発熱素子に対して空冷フィンを設置する場合、このような複雑な回転機構を内蔵させると、何らかの不具合が発生した場合には十分な放熱がなされずに素子が故障する虞がある。更に、特許文献1,2に開示の例では、フィンが金属ベースに固定されているため、対流の状態(自然・強制)に応じてフィンの間隔や枚数を変更することができず、効率良い放熱ができなかった。
However, the mechanisms disclosed in
ところで近年、太陽光や照明光、機械が発生する振動や熱等のエネルギを採取して電力を得る環境発電が知られている。この環境発電の1つに、モータが発生する熱エネルギを利用し、モータに熱電素子を取り付け、冷却装置で温度差を作り出して発電する温度差発電がある。そして、温度差発電の冷却装置にもフィンが使用されており、モータ稼働中はモータの回転軸に平行な方向に流れる冷却風を利用して冷却を行っているが、モータが停止して冷却風がなくなると、フィンが十分に放熱出来なくなる。即ち、冷却風が止まると自然対流による冷却になるが、フィンの向きが自然対流の流れを阻害するので、フィンが十分に放熱出来なくなるのである。 By the way, in recent years, energy harvesting that collects energy such as sunlight, illumination light, vibration generated by machines, heat, and the like to obtain electric power is known. One type of energy harvesting is temperature difference power generation in which heat energy generated by a motor is used, a thermoelectric element is attached to the motor, and a temperature difference is generated by a cooling device. Fins are also used in the cooling device for temperature difference power generation, and cooling is performed using cooling air flowing in a direction parallel to the rotation axis of the motor while the motor is operating, but the motor stops and cools. When the wind disappears, the fins cannot radiate heat sufficiently. That is, when the cooling air stops, cooling is performed by natural convection, but the direction of the fins obstructs the flow of natural convection, so that the fins cannot sufficiently dissipate heat.
そこで、熱エネルギを利用した温度差発電の分野においても、冷却装置が複雑な回転機構を持たずに、気流の流れる方向が時間と共に変化するような場合や、装置から見た気流の流れる方向が変化するような場合にも対応できる冷却装置が望まれている。 Therefore, also in the field of temperature difference power generation using thermal energy, the cooling device does not have a complicated rotating mechanism, and the direction of airflow changes with time, or the direction of airflow seen from the device is There is a demand for a cooling device that can cope with changing cases.
1つの側面では、本出願は、動作時に空冷される熱源に熱電素子を取り付け、熱源と冷却風の温度差で発電する温度差発電において、冷却風を利用して効率良く温度差を作る冷却装置を提供することを目的とする。 In one aspect, the present application provides a cooling device that efficiently attaches a temperature difference using cooling air in temperature difference power generation in which a thermoelectric element is attached to a heat source that is air-cooled during operation, and power is generated by the temperature difference between the heat source and the cooling air. The purpose is to provide.
実施形態の一観点によれば、熱源に取り付けられた熱電素子に温度差を与えて発電を行う温度差発電用の冷却装置であって、熱電素子に取り付けるベース板と、ベース板に突設された少なくとも1本の回転軸と回転軸に取り付けられ、回転軸の回りに回転可能なフィンとを備えることを特徴とする温度差発電用の冷却装置が提供される。この場合、熱源には、発熱時に熱源に対して横方向に冷却風を流す空冷装置が設けられており、ベース板は、冷却風に対して平行に熱電素子に固定されており、フィンは、熱源の発熱時には回転して冷却風に対して平行になり、熱源の発熱停止時には自重によって縦方向を向く。 According to one aspect of the embodiment, there is provided a cooling device for temperature difference power generation that generates power by giving a temperature difference to a thermoelectric element attached to a heat source, and a base plate that is attached to the thermoelectric element, and protrudes from the base plate. There is provided a cooling device for temperature difference power generation comprising at least one rotating shaft and a fin attached to the rotating shaft and rotatable about the rotating shaft. In this case, the heat source is provided with an air cooling device that flows cooling air in a direction transverse to the heat source during heat generation, the base plate is fixed to the thermoelectric element in parallel to the cooling air, and the fins are When the heat source generates heat, it rotates and becomes parallel to the cooling air, and when the heat source stops generating heat, it turns in the vertical direction due to its own weight.
以下、添付図面を用いて本出願の実施の形態を、具体的な実施例に基づいて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施例では、温度差発電における熱エネルギの発生装置として稼働時に冷却風を生成する工業用モータを説明するが、本出願の冷却装置を適用する熱エネルギの発生装置は工業用モータに限定されるものではない。本出願の冷却装置が適用できる他の冷却風を伴う熱エネルギの発生装置としては、例えば、エンジン、冷却風を伴うビルや工場の配管等がある。 Hereinafter, embodiments of the present application will be described in detail based on specific examples with reference to the accompanying drawings. In the embodiment described below, an industrial motor that generates cooling air during operation will be described as a thermal energy generator in temperature difference power generation. However, a thermal energy generator to which the cooling device of the present application is applied is an industrial motor. It is not limited to motors for use. Examples of the heat energy generating device with other cooling air to which the cooling device of the present application can be applied include an engine, piping of a building or factory with cooling air, and the like.
図1(a)は熱エネルギを発生する工業用モータ50を側面から見たものであり、図1(b)は工業用モータ50を正面から見たものである。ベース台55の上に脚部56によって固定された工業用モータ50の筐体51には、動力を取り出す回転軸52が貫通して設けられており、回転軸52の動力取り出し側と反対側には工業用モータ50を冷却する冷却風を発生する冷却ファン53が設けられている。冷却ファン53で発生した冷却風CWは筐体51の内部又は側面を流れる。工業用モータ50の筐体51には、冷却風CWによる冷却効率を上げるために複数の放熱フィン54が設けられている。
FIG. 1A shows an
そして、工業用モータ50の筐体51の一部には、工業用モータ50が発生する熱と冷却風との温度差を利用した温度差発電装置10が取り付けられている。温度差発電装置10は、筐体51の側面に設置された熱電変換部1、センサ部2、センシング・無線ユニット3及びこれらを接続する配線4とを備えている。熱電変換部1は、図1(a)、(b)の拡大部分に示すように、集熱板5、熱電素子6、ベース板7、回転軸8及びフィン9を備える。集熱板5は筐体51の熱を効率良く熱電素子6に伝える。ベース板7は集熱板5と対向する位置にあり、熱電素子6に取り付けられている。ベース板7、回転軸8及びフィン9が熱電変換部1の冷却装置20を構成しており、ベース板7のオープンスペース側には、回転軸8が縦横等間隔に並んで突設され、回転軸8には搖動可能にフィン9が取り付けられている。
And the temperature difference
図2は、図1(b)に示した熱電変換部1の熱電素子6によって発電された電力を取り出して使用する形態の一実施例であるセンシング・無線ユニット3の内部構成を示す回路図である。センシング・無線ユニット3には、昇圧回路31、蓄電池32、MPU33,無線回路34及びアンテナ35がある。36は電源ライン、37は信号ラインである。図1(b)に示した熱電素子6から入力された電力は、昇圧回路31を通って3.3Vに昇圧される。熱電素子6による発電は常に一定とは限らないため、蓄電池32が電源ライン36に設けられており、電源ライン36が常に安定した電圧(3.3V)に保たれるようになっている。蓄電池32の種類によっては、専用の回路が必要な場合もあるが、ここではこれも含めて蓄電池32と記載している。
FIG. 2 is a circuit diagram showing an internal configuration of the sensing /
得られた電力を元に、MPU33が稼働し、MPU33によって間欠的にセンサ部2が動作して工業用モータ50の温度や加速度が測定される。測定されたデータはMPU33から通信ライン37を通って無線回路34に入り、無線回路34に設けられたアンテナ35を通じて無線送信される。無線の例としては、Zigbee(登録商標)やBluetooth(登録商標)LE等が考えられる。無線送信されたデータは、近くにある受信機を介して測定者に通知される。これらのデータを継続的に得ることにより、工業用モータ50が故障しているのか、正常なのか、あるいは故障しつつある状況なのか等、工業用モータ50の状態を把握することが可能になる。なお、ここではセンサ部2に温度と加速度を測定させているが、これ以外のパラメータ、例えば、湿度や音声などを測定させることも考えられる。
Based on the obtained electric power, the
図3(a)は、図1(b)に示した熱電変換部1にある冷却装置20の、第1の実施例の冷却装置21の構成を示すものである。第1の実施例の冷却装置21では、ベース板7の上に12本の回転軸8が等間隔で突設されている。回転軸8の頂面にはネジ穴81が設けられている。第1の実施例の冷却装置21では、回転軸8に取り付けられるフィン9は、回転軸8が貫通孔91に挿通されるリング部90と、リング部90の側面に軸線方向に沿って突設された1枚の翼部92を備えている。リング部90の長さは回転軸8の高さと同じである。フィン9は、リング部90の貫通孔91に回転軸8を挿通し、貫通孔91から露出する回転軸8のネジ穴81にネジ93を螺着させれば、回転軸8に対して回転自在に取り付けられる。
FIG. 3A shows the configuration of the
第1の実施例の冷却装置21におけるベース板7は6cm角で厚さが1mm程度である。また、回転軸8は直径1mmで高さが2cm程度である。フィン9は高さ2cm、幅2cm程度で全てアルミニウムを用いて製造し、表面にはすべて黒色のアルマイト処理を施してある。また、図3(b)に示すように回転軸8とフィン9のリング部90の貫通孔91の内周面との間には、低粘度の伝熱グリース94を注入してある。回転軸8に回転自在に取り付けられたフィン9は、図3(b)に示すように、翼部92が回転軸8の回りを1回転しても、翼部92の先端部は、隣接する回転軸8に取り付けられたフィン9のリング部90の外周面に衝突することはない。
The
図3(a)に示したような冷却装置21を、グリースを介して2cm角の熱電素子6に貼り付け、更に、熱電素子6の下面に6cm角のアルミニウム製のベース板7を取り付けて、図4(b)に示すように、工業用モータの筐体51に設置した。この時、ベース板7が鉛直方向に沿うように設置しておく。この構造では、熱電素子6の下面が工業用モータの動作で加熱された筐体の外側の面に設置されるので熱され、上面が冷却風CWによって空冷される冷却装置21によって冷却される。このため、熱電素子6の両面に温度差が発生し、熱電素子6によって温度差発電(熱電発電)が行われる。熱電素子6によって発電された電力は配線4で取り出されて前述のセンシング・無線ユニットに向かう。
A cooling
図1(a)、(b)に示した工業用モータ50では、稼働中に冷却ファン53が働き、冷却風CWが発生するので筐体51の温度が少し下がる。一方、工業用モータ50が停止している時には冷却ファン53も止まるので、筐体51の温度が上がる。工業用モータ50は、およそ10分毎に運転と停止を繰り返す。本出願では、このような工業用モータ50の筐体51に、熱電変換部1を前述のようにベース板7が鉛直方向を向くように取り付ける。
In the
熱電変換部1に第1の実施例の冷却装置21を取り付けた場合、工業用モータ50の稼働時には、冷却ファン53で発生した冷却風CWにより、図4(a)、(b)に示すように、全てのフィン9が冷却風の流れによって回転し、全てのフィン9が横方向を向く。この結果、冷却風CWはフィン9に沿ってスムーズに流れ、ベース板7が効率よく放熱するので、熱電素子6の両側の温度差が大きくなり、熱電素子6の発電能力が向上する。
When the
一方、工業用モータ50が停止した状態になると、冷却ファン53からの冷却風CWが無くなる。この時は、図4(c)、(d)に示すように、全てのフィン9が重力によって回転軸8の回りを回転して縦方向を向く。この状態では、工業用モータ50の筐体51に残る熱により上昇する自然対流NCが発生するが、全てのフィン9は縦方向を向いているので、上昇自然対流はフィン9に沿って上昇し、フィン9が上昇自然対流によって冷却される。このため、工業用モータ50が停止した状態であっても、第1の実施例の冷却装置21の放熱効果が高く、熱電素子6の発電能力が向上する。
On the other hand, when the
なお、本実施例では、フィン9はアルミニウムを用いて製作しているが、熱伝導の更に高い銅やそれらの合金を用いることも可能である。また金属以外でも、例えば、アルミナなど熱伝導の高いセラミックなどを用いても良い。またフィン9、回転軸8、ベース板7に全て異なる材料を用いることも考えられる。
In the present embodiment, the
第1の実施例の冷却装置21の構造では、回転軸8が多数あるが、フィン9と回転軸8との間に伝熱グリースを充填してあるので、フィン9の回転がスムーズであり、フィン9の回転軸8に対する回転も冷却風と自重によるものであるので故障する確率も少ない。また、伝熱グリースによって回転軸8とフィン9との熱接触も良好である。そして、回転軸8が受ける重さは各フィン9の重さのみであるため、回転軸8に加わる負担が小さい。また、万が一、数か所のフィン9が回転軸8に対して回転し難くなっても、性能の僅かな低下があるのみで、デバイスの致命的な故障にはつながらない。
In the structure of the
図5(a)は本出願の第2の実施例の冷却装置に取り付けるフィンの形状を示すものである。第2の実施例の冷却装置が第1の実施例の冷却装置と異なる点はフィンの形状のみであり、ベース板上に突設された複数本の回転軸の配置は同様であるので、第2の実施例ではフィンの形状と、フィンの動作のみを説明する。また、第2の実施例の冷却装置に取り付けるフィンのリング部90、貫通孔91の形状は第1の実施例と同じであるので、リング部と貫通孔については同じ符号を付して説明する。
FIG. 5A shows the shape of fins attached to the cooling device of the second embodiment of the present application. The only difference between the cooling device of the second embodiment and the cooling device of the first embodiment is the shape of the fins, and the arrangement of the plurality of rotating shafts protruding on the base plate is the same. In the second embodiment, only the shape of the fin and the operation of the fin will be described. Moreover, since the shape of the
第2の実施例の冷却装置に用いられるフィン9は、回転軸8が挿通される貫通孔91を備えたリング部90と、リング部90の側面の対向する位置に軸線方向に沿って突設された2枚の翼部95A,95Bを備えている。図5(c)に示すように、第2の実施例の冷却装置22では、回転軸8の縦横方向の間隔は同じである。そして、2枚の翼部95A,95Bの先端部の回転軌跡は、隣接するフィン9のリング部90に突設された2枚の翼部95A,95Bの先端部の回転軌跡と交わらないようになっている。即ち、フィン9が回転軸8の回りに回転しても、2枚の翼部95A,95Bの先端部同士は衝突しないようになっている。
The
また、2枚の翼部95A,95Bのリング部90からの長さと厚さは同じであるが、一方の翼部95Aには孔95Cが設けられている。孔95Cの役割は、空気を通す役目と、翼部95Aの重さを、翼部95Bの重さよりも軽くするためであり、回転軸8の回りをフィン9が自重によって回転する時に、必ず翼部95Bが下に来るようにするためである。従って、翼部95Aには孔95Cではなく、凹部を設けても良い。また、図5(b)に示す変形例のように、翼部95Aの肉厚を、翼部95Bの肉厚よりも薄くして、翼部95Aの重さを、翼部95Bの重さよりも軽くしても良い。
The length and thickness of the two
図5(c)は図1(a)に示した工業用モータ50が稼働している時の第2の実施例の冷却装置22のフィン9の動作を示すものである。全てのフィン9は冷却風CWによって横方向を向く。図5(d)は図1(a)に示した工業用モータ50が停止している時の第2の実施例の冷却装置22のフィン9の動作を示すものである。冷却風CWが無い時には、全てのフィン9は重い方の翼部95Bが下になるように回転するので、すべてのフィン9の向きが縦方向になる。よって、工業用モータ50に残る熱によって発生する上昇自然対流NCがフィン9に沿ってスムーズに上昇してフィン9を冷却する。
FIG.5 (c) shows operation | movement of the
図6(a)は本出願の第3の実施例の冷却装置23をベース板7に垂直な方向から見たものである。第3の実施例の冷却装置23が第1と第2の実施例の冷却装置21,22と異なる点はフィン9の形状と、ベース板7の上に突設された複数本の回転軸8の配置である。第1と第2の実施例では、図3(a)に示したように、ベース板7の上に12本の回転軸8が等間隔で突設されている。一方、第3の実施例の冷却装置23では、回転軸8の縦方向の間隔をLとすると、回転軸8の横方向の間隔はほぼ2Lになっている。具体的には、回転軸8の縦方向の間隔Lを2.5〜5mmとした場合には、回転軸8の横方向の間隔2Lは5〜10mmとなるように設置されている。なお、第3の実施例の冷却装置23に取り付けるフィン9のリング部90、貫通孔91の形状は第1、第2の実施例と同じであるので、リング部と貫通孔については同じ符号を付して説明する。
FIG. 6A shows the
第3の実施例の冷却装置に用いられるフィン9は、図6(b)に示すように、回転軸8が挿通される貫通孔91を備えたリング部90と、リング部90の側面の対向する位置に軸線方向に沿って突設された2枚の翼部96A,96Bを備えている。第2の実施例の2枚の翼部95A,95Bは、回転軸8の軸線(中心)に対して対向する位置に設けられていた。一方、第3の実施例の2枚の翼部96A,96Bは、図6(c)に示すように、回転軸8の中心を通る仮想の面Pに対して左右にオフセットされた位置の側面に、互いに平行になるように設けられている。即ち、2枚の翼部96A,96Bを仮想的にリング部90側に延長した面は、回転軸8の軸線から僅かにずれている。
As shown in FIG. 6 (b), the
また、2枚の翼部96A,96Bのリング部90からの長さと厚さは同じであるが、一方の翼部96Aには孔96Cが設けられている。孔96Cの役割は、空気を通す役目と、翼部96Aの重さを、翼部96Bの重さよりも軽くするためであり、回転軸8の回りをフィン9が自重によって回転する時に、必ず翼部96Bが下に来るようにするためである。従って、翼部96Aには孔96Cではなく、凹部を設けても良い。そして、2枚の翼部96A,96Bは、横方向の位置では、図6(d)に示すように、横方向に隣接するフィン9の翼部96A,96Bと衝突しない長さを備えている。
The length and thickness of the two
一方、2枚の翼部96A,96Bが回転して縦方向を向くと、縦方向の回転軸8の間隔が横方向の回転軸8の間隔の半分であるので、縦方向の位置では翼部96Bが縦方向に隣接するフィン9の翼部96Aと重なる。ところが、翼部96Aと翼部96Bは回転軸8の中心を通る仮想面Pに対して左右にオフセットされているので、縦方向に隣合う翼部96Aと翼部96Bは、図6(e)に示すように、衝突せず対向状態で重なり合う。
On the other hand, when the two
図6(d)は図1(a)に示した工業用モータ50が稼働している時の第3の実施例の冷却装置23のフィン9の動作を示すものである。工業用モータ50が稼働している時には、全てのフィン9は冷却風CWの力を受けて一斉に横方向を向くように回転する。この時、フィン9の間隔は実効的にLで狭く、冷却効率が上がる。
FIG. 6 (d) shows the operation of the
一方、自然空冷においては、フィン間隔を狭めてしまうと、通風抵抗が増して対流が起こらず、かえって放熱効果が悪くなる。この時の最適フィン間隔は5〜10mm程度であることが知られている。図6(e)は図1(a)に示した工業用モータ50が停止している時の第3の実施例の冷却装置23のフィン9の動作を示すものである。冷却風CWが無い時には、全てのフィン9は重い方の翼部96Bが下になるように回転し、全てのフィン9の向きが縦方向になる。この時、翼部96Bが下側に隣接する翼部96Aに重なるので、フィン9の横方向の間隔は実質的に2Lとなり、工業用モータ50の稼働時の倍に広がる。このため、工業用モータ50に残る熱によって発生する上昇自然対流NCがフィン9に沿ってスムーズに上昇してフィン9を冷却するので放熱効果が良くなる。
On the other hand, in natural air cooling, if the gap between the fins is narrowed, the ventilation resistance increases and convection does not occur, and the heat dissipation effect is worsened. It is known that the optimum fin interval at this time is about 5 to 10 mm. FIG. 6 (e) shows the operation of the
以上のように、第3の実施例の冷却装置23では、工業用モータの稼働時に冷却風CWが流れる流路の幅よりも、工業用モータの停止時に上昇自然対流NCが流れる流路の幅が広い(L<2L)。このため、強制空冷でも自然空冷でも自動的に最適なフィン配置を取ることができる。
As described above, in the
図7(a)は本出願の第3の実施例の冷却装置23に取り付けるフィン9の2枚の翼部96A,96Bの形状の第1の変形例を示すものである。第1の変形例では、一方の翼部96Aには直径の大きな孔96Cが設けられており、他方の翼部96Bには直径がこれよりも小さい孔96Dが設けられている。孔96C、96Dの役割は、空気を通す役目と、翼部96Aの重さを、翼部96Bの重さよりも軽くするためであり、回転軸8の回りをフィン9が自重によって回転する時に、必ず翼部96Bが下に来るようにするためである。従って、翼部96A、96Bには孔96C、96Dではなく、大小の凹部をそれぞれ設けても良い。
FIG. 7A shows a first modification of the shape of the two
図7(b)は本出願の第3の実施例の冷却装置23に取り付けるフィン9の2枚の翼部96A,96Bの形状の第2の変形例を示すものである。第2の変形例では、翼部96A、96Bの厚さは等しく、一方の翼部96Bの先端部近傍に翼部96Bの面積を大きくするための突出部96Eが設けられている。突出部96Eの役割は、翼部96Bの重さを、翼部96Aの重さよりも重くするためであり、回転軸8の回りをフィン9が自重によって回転する時に、必ず翼部96Bが下に来るようにするためである。また、突出部9Eにより、冷却風が吹く時には、フィン9は風見鶏の原理によって冷却風に平行な方向になるように回転する。
FIG. 7B shows a second modification of the shape of the two
図7(c)は本出願の第3の実施例の冷却装置に取り付けるフィン9の2枚の翼部96A,96Bの形状の第3の変形例を示すものである。第3の変形例では、翼部96A、96Bの厚さは等しく、一方の翼部96Bの先端部近傍に翼部96Bの厚さを大きくするための膨出部96Fが設けられている。膨出部96Fの役割は、翼部96Bの重さを、翼部96Aの重さよりも重くするためであり、回転軸8の回りをフィン9が自重によって回転する時に、必ず翼部96Bが下に来るようにするためである。従って、膨出部9Fの形状及び設置位置は特に限定されるものではない。
FIG.7 (c) shows the 3rd modification of the shape of the two wing |
図8(a)は本出願の第4の実施例の冷却装置24に取り付けるフィン9の構造を分解して示すものであり、図8(b)、(c)がフィン9を組み立てた状態を示している。図8(b)がフィン9の斜視図であり、図8(c)は回転軸8に取り付けられた図8(b)に示すフィン9を矢印D方向から見た図である。第4の実施例の冷却装置24では、ベース板7に突設する回転軸8の配置は、第3の実施例の冷却装置23における回転軸8の配置と同じで良い。即ち、第4の実施例の冷却装置24では、回転軸8の縦方向の間隔はLであり、回転軸8の横方向の間隔はほぼ2Lである。
FIG. 8A shows an exploded structure of the
第4の実施例の冷却装置24に使用するフィン9は、回転軸が挿通される貫通孔91を備えたリング部90の側面に、軸線方向に沿って突設された第1の翼部97Aと、第1の翼部97Aの先端部にヒンジ99を介して連結された第2の翼部97Bを備えている。ヒンジ99は、第1の翼部97Aの先端部に設けられた2つのブラケット99Aと、第2の翼部97Bの先端部に設けられたブラケット99B、及びヒンジ軸99Cを備えている。2つのブラケット99Aの間にブラケット99Bが嵌め込まれ、ブラケット99A,99Bに設けられた貫通孔にヒンジ軸99Cが挿通されると、第2の翼部97Bがヒンジ99によって第1の翼部97Aに対して回転できるようになる。
The
そして、第1の翼部97Aに対して第2の翼部97Bが閉じた状態の第1の翼部97Aと第2の翼部97Bの外側の面の間には、この実施例では2つのスプリング19が取り付けられ、第1の翼部97Aに対して第2の翼部97Bを閉じた状態にしている。なお、第1の翼部97Aと第2の翼部97Bの外側の面の間に取り付けるスプリング19の付勢力は弱いものであり、第1の翼部97Aと第2の翼部97Bの重なり面に外部から風が入り込むと、第2の翼部97Bが第1の翼部97Aが開く程度の付勢力である。
In this embodiment, there are two spaces between the outer surfaces of the
図8(d)は図8(c)に示したフィン9の変形例を示すものであり、第1の翼部97Aと第2の翼部97Bの重なり面に外部から風が入り込み易いように、第2の翼部97Bの先端部にガイド部97Gを設けたものである。ガイド部97Gは第2の翼部97Bの先端部から外側に折れ曲がって設けられている。図8(d)は、第4の実施例の冷却装置24における冷却風が無い状態の1つのフィン9を示しており、この状態ではフィン9は、第1の翼部97Aに対して第2の翼部97Bが折り畳まれて閉じた状態になっている。
FIG. 8 (d) shows a modification of the
図8(d)に示す状態から、工業用モータが稼働して冷却風CWが発生すると、冷却風CWによって縦方向になっていたフィン9は回転軸8の回りに回転し、図8(e)に示すように冷却風CWの流れに平行な横方向を向く。この状態では、冷却風CWがガイド部97Gに導かれて第1の翼部97Aと第2の翼部97Bの重なり面に入り込む。すると、この冷却風CWの力によって第2の翼部97Bはスプリング19の付勢力に抗してヒンジ99の回りに回転し、最終的には第2の翼部97Bが冷却風CWの流れに平行な横方向を向き、フィン9は図8(f)に示す状態になり、実質的に1枚になる。
When the industrial motor is operated and the cooling air CW is generated from the state shown in FIG. 8D, the
なお、図8(f)に示す状態では、第2の翼部97Bの先端部に設けられたガイド部97Gは、横方向に隣接するフィン9には衝突しない。以上のように、第4の実施例の冷却装置24は、第3の実施例の冷却装置23と同様に、工業用モータの稼働時に冷却風CWが流れる流路の幅よりも、工業用モータの停止時に上昇自然対流NCが流れる流路の幅が広くできる。このため、第4の実施例の冷却装置24は、強制空冷でも自然空冷でも自動的に最適なフィン配置を取ることができる。
In the state shown in FIG. 8F, the guide portion 97G provided at the tip of the
図9(a)は本出願の第4の実施例の冷却装置24に取り付けるフィン9の変形例の構造を示すものである。第4の実施例の冷却装置24では、第1の翼部97Aの先端部にヒンジ99を介して第2の翼部97Bが連結されている。一方、図9(a)に示す変形例ではヒンジが省略され、第1の翼部97Aの先端部に2つのスプリング19を介して直接、第2の翼部97Bが連結されている。閉じた状態の第1の翼部97Aと第2の翼部97Bの外側の面に両端が固着されたスプリング19の付勢力は弱くしてある。このため、第1の翼部97Aと第2の翼部97Bの重なり面に外部から風が入り込むと、第2の翼部97Bが第1の翼部97Aが開く程度の付勢力である。また、図9(a)に示す変形例では、第2の翼部97Bが閉じた状態で、第2の翼部97Bの先端部と第1の翼部97Aの間に隙間Sができるように、スプリング19の付勢力が調整されている。
FIG. 9A shows a structure of a modified example of the
図9(b)は、図9(a)に示した変形例のフィン9が回転軸8に取り付けられた、第4の実施例の冷却装置24における冷却風が無い状態を示している。冷却風が無い状態では、フィン9は自重で回転して縦方向を向いた状態になり、第1の翼部97Aに対して第2の翼部97Bが、僅かな隙間Sを開けて閉じた状態になっている。
FIG. 9B shows a state where there is no cooling air in the
図9(b)に示す状態から、工業用モータが稼働して冷却風CWが発生すると、冷却風CWによって縦方向になっていたフィン9は回転軸8の回りに回転し、図9(c)に示すように冷却風CWの流れに平行な横方向を向く。この状態では、冷却風CWが隙間Sから第1の翼部97Aと第2の翼部97Bの重なり面に入り込む。すると、この冷却風CWの力によって第2の翼部97Bはスプリング19の付勢力に抗して回転し、最終的には第2の翼部97Bが冷却風CWの流れに平行な横方向を向き、フィン9は図9(d)に示す状態になる。
When the industrial motor is operated and the cooling air CW is generated from the state shown in FIG. 9B, the
なお、図9(d)に示す状態では、第2の翼部97Bの先端部は、横方向に隣接するフィン9には衝突しない。以上のように、第4の実施例の冷却装置24の変形では、第3の実施例の冷却装置23と同様に、工業用モータの稼働時に冷却風CWが流れる流路の幅よりも、工業用モータの停止時に上昇自然対流NCが流れる流路の幅が広くできる。このため、第4の実施例の冷却装置24の変形例でも、強制空冷でも自然空冷でも自動的に最適なフィン配置を取ることができる。
In the state shown in FIG. 9D, the tip of the
図10(a)は本出願の第5の実施例の冷却装置25に取り付けるフィン9の形状を示すものである。第5の実施例の冷却装置25が第3の実施例の冷却装置23と異なる点はフィン9の形状と、ベース板7の上に突設された複数本の回転軸8の配置である。第3の実施例の冷却装置23では、回転軸8の縦方向の間隔をLとすると、回転軸8の横方向の間隔はほぼ2Lになっている。これは、第3の実施例では、フィン9に設けられた2枚の翼部96A,96Bの長さが同じであるからである。一方、第5の実施例の2枚の翼部98A,98Bは、図10(b)に示すように、回転軸8の中心を通る仮想の面Pに対して2枚の翼部98A,98Bを厚さ方向に二等分する仮想の面Qが、面Pからずれている。即ち、2枚の翼部98A,98Bは、仮想の面Pに対して左右にオフセットされて互いに平行になるように設けられている。
FIG. 10A shows the shape of the
更に、2枚の翼部98A,98Bの厚さは同じであるが、リング部90からの長さが、図10(a)〜(c)に示すように、翼部98Aより翼部98Bの方が長い。このため、翼部96Aの重さよりも、翼部96Bの重さの方が重く、回転軸8の回りをフィン9が自重によって回転する場合は、必ず翼部96Bが下に来る。そして、翼部98Bの長さが翼部98Aの長さの2倍程度であったとすると、縦方向の回転軸8の間隔Lに対して、横方向の回転軸8の間隔は1.5L程度となっている。フィン9の間隔は、対流速度に応じて最適な間隔があるので、横方向の回転軸8の間隔は対流速度に応じて設定すれば良い。この実施例では回転軸8の間隔Lは2.5〜5mmを想定しているが、フィン9の縦横方向の間隔比率やLの長さはこの長さに限るものではない。
Furthermore, although the thickness of the two
図10(d)は図1(a)に示した工業用モータ50が稼働している時の第5の実施例の冷却装置25のフィン9の動作を示すものである。工業用モータ50が稼働している時には、全てのフィン9は冷却風CWの力を受けて一斉に横方向を向くように回転する。フィン9が横を向いた状態では、翼部98Aと隣接するフィンの翼部98Bとは衝突しないように、回転軸8の間隔と翼部98A,98Bの長さが決められている。この時、フィン9の間隔(冷却風CWの流路幅)は実効的にLで狭く、冷却効率が上がる。
FIG. 10 (d) shows the operation of the
図10(e)は図1(a)に示した工業用モータ50が停止している時の第5の実施例の冷却装置25のフィン9の動作を示すものである。冷却風CWが無い時には、全てのフィン9は長い方の翼部98Bが下になるように回転し、全てのフィン9の向きが縦方向になる。この時、翼部98Aと翼部98Bの長さが異なるので、翼部98Bは下側に隣接する翼部98Aと部分的に重なる。そして、フィン9の横方向の間隔(上昇自然対流NCの流路幅)は実質的に1.5Lとなり、工業用モータ50の稼働時の1.5倍に広がる。このため、工業用モータ50に残る熱によって発生する上昇自然対流NCがフィン9に沿ってスムーズに上昇してフィン9を冷却するので放熱効果が良くなる。
FIG. 10 (e) shows the operation of the
以上のように、第5の実施例の冷却装置25では、工業用モータの稼働時に冷却風CWが流れる流路の幅よりも、工業用モータの停止時に上昇自然対流NCが流れる流路の幅が広い(L<1.5L)。このため、強制空冷でも自然空冷でも自動的に最適なフィン配置を取ることができる。
As described above, in the
以上説明した実施例では、回転軸とフィンの間に伝熱グリースを用いて、回転機構と伝熱機構の両立を図っている。一方、回転軸とフィンの間には液体金属を用いることもできる。液体金属としては、例えば、水銀、ガリウム、セシウム等、常温で常に液体状態となる金属を使用することができる。回転軸とフィンの間に液体金属を挿入する場合、回転軸とフィンの間隔はごく狭くしておき、液体金属を表面張力で保持できるようにする。このようにすると、フィンの回転軸に対するスムーズな回転を実現できる。また、液体金属は伝熱グリースよりも熱伝導が良いので冷却装置の放熱効果を高めることができる。 In the embodiment described above, heat transfer grease is used between the rotation shaft and the fins to achieve both the rotation mechanism and the heat transfer mechanism. On the other hand, liquid metal can also be used between the rotating shaft and the fins. As the liquid metal, for example, a metal that is always in a liquid state at room temperature, such as mercury, gallium, and cesium, can be used. When a liquid metal is inserted between the rotating shaft and the fin, the interval between the rotating shaft and the fin is made very narrow so that the liquid metal can be held with surface tension. In this way, smooth rotation with respect to the rotation axis of the fin can be realized. Further, since the liquid metal has better heat conduction than the heat transfer grease, the heat radiation effect of the cooling device can be enhanced.
また別の例として、強制対流時の設置温度T1と、これより温度が高い自然対流時の設置温度T2の間に融点Tmがあるような低融点金属を回転軸とフィンの間に挿入することも考えられる。例えば、融点が29.77°Cであるガリウムを始め、さまざまな合金を利用することにより、種々の低融点金属を手に入れることができる。 As another example, a low-melting-point metal having a melting point Tm between the installation temperature T1 during forced convection and the installation temperature T2 during natural convection at a higher temperature is inserted between the rotating shaft and the fin. Is also possible. For example, various low melting point metals can be obtained by using various alloys such as gallium having a melting point of 29.77 ° C.
このような低融点の金属を冷却装置の回転軸とフィンの間に挿入した場合の冷却装置のフィンの動作について説明する。まず最初に、冷却風による強制対流状態から、モータが完全に止まって自然対流状態になった場合を考える。冷却風による強制対流が止まった場合は、強制対流時の設置温度T1が自然対流時の設置温度T2に上がる。この状態でしばらく時間が経過すると、液体金属が融解して固体から液体に変化するので、回転軸に固着されていたフィンが下方に回転し、自然対流で放熱が開始される。 The operation of the fins of the cooling device when such a low melting point metal is inserted between the rotating shaft of the cooling device and the fins will be described. First, let us consider a case where the motor is completely stopped from a forced convection state due to cooling air to a natural convection state. When forced convection by cooling air stops, the installation temperature T1 during forced convection rises to the installation temperature T2 during natural convection. After a while in this state, the liquid metal melts and changes from a solid to a liquid, so that the fins fixed to the rotating shaft rotate downward, and heat dissipation is started by natural convection.
その後、モータが回転して強制対流が始まると、自然対流時の設置温度T2が強制対流時の設置温度T1に下がる。しかし、液体金属は急には液体から固体に変化しないので、液体金属が固まる前にフィンが回転軸の回りに回転して横方向を向く。時間が経過すると強制対流で冷却されることにより、液体金属が凝固して固体になる。この状態では、強制対流の風量が多少変動してもフィンは水平に固定される。そのため、強制対流の開始時に大きな風量が発生し、その後は負荷によって風量が変動するような条件(工業用モータ等)であっても、フィンは強制対流に最適な水平状態に固定され、常に液体状態である伝熱グリースを用いるよりも放熱効果を高めることができる。以後、強制対流が完全に止まると、前述のサイクルを繰り返すことになる。 Thereafter, when the motor rotates and forced convection starts, the installation temperature T2 at the time of natural convection falls to the installation temperature T1 at the time of forced convection. However, since the liquid metal does not suddenly change from liquid to solid, before the liquid metal solidifies, the fin rotates around the rotation axis and faces in the lateral direction. As time elapses, the liquid metal is solidified and solidified by being cooled by forced convection. In this state, the fins are fixed horizontally even if the forced convection air volume slightly varies. Therefore, the fins are fixed in a horizontal state optimal for forced convection and are always liquid, even under conditions (such as industrial motors) where a large air volume is generated at the start of forced convection and the air volume fluctuates depending on the load. The heat dissipation effect can be enhanced as compared with the heat transfer grease in the state. Thereafter, when the forced convection completely stops, the above cycle is repeated.
以上説明してきた本出願の温度差発電に使用する冷却装置では、板状のベース板に対して垂直に多数設置された回転軸に、伝熱グリースを介して複数のフィンが回転可能に支持されている。このため、冷却装置を流れる気流の方向が時間と共に変化するような場合でも、効率良く熱電素子を冷却することができる。また、温度差発電の熱源が小さく、熱電変換部の規模が小さい場合には、フィンの数は1本でも効果がある。 In the cooling device used for the temperature difference power generation of the present application described above, a plurality of fins are rotatably supported via a heat transfer grease on a rotating shaft installed in a large number perpendicular to the plate-like base plate. ing. For this reason, even when the direction of the airflow flowing through the cooling device changes with time, the thermoelectric element can be efficiently cooled. Further, when the heat source for temperature difference power generation is small and the scale of the thermoelectric converter is small, even one fin is effective.
以上、本出願を特にその好ましい実施の形態を参照して詳細に説明した。本出願の容易な理解のために、本出願の具体的な形態を以下に付記する。 The present application has been described in detail with particular reference to preferred embodiments thereof. For easy understanding of the present application, specific forms of the present application are appended below.
(付記1) 熱源に取り付けられた熱電素子に温度差を与えて発電を行う温度差発電用の冷却装置であって、
前記熱電素子に取り付けるベース板と、
前記ベース板に突設された少なくとも1本の回転軸と、
前記回転軸に取り付けられ、回転軸の回りに回転可能なフィンとを備えることを特徴とする温度差発電用の冷却装置。
(付記2) 前記熱源には、発熱時に前記熱源に対して横方向に冷却風を流す空冷装置が設けられており、
前記ベース板は、前記冷却風に対して平行に前記熱電素子に固定されており、
前記フィンは、前記熱源の発熱時には回転して前記冷却風に対して平行になり、前記熱源の発熱停止時には自重によって縦方向を向くことを特徴とする付記1に記載の温度差発電用の冷却装置。
(付記3) 前記回転軸は複数本あって、前記ベース板上に縦横方向に等間隔で並んで配置されており、
前記フィンは、前記回転軸が挿通されるリング部と、該リング部の側面に軸線方向に沿って突設された1枚の翼部を備えており、
前記翼部の先端部は、隣接する前記フィンのリング部に近接する位置まで延伸された長さを備えていることを特徴とする付記2に記載の温度差発電用の冷却装置。
(付記4) 前記回転軸は複数本あって、前記ベース板上に縦横方向に等間隔で並んで配置されており、
前記フィンは、前記回転軸が挿通されるリング部と、該リング部の側面の対向する位置に軸線方向に沿って突設された2枚の翼部を備えており、
前記2枚の翼部の先端部の回転軌跡は、隣接するフィンのリング部に突設された2枚の翼部の先端部の回転軌跡と交わらないことを特徴とする付記2に記載の温度差発電用の冷却装置。
(付記5) 前記回転軸は複数本あって、前記ベース板上に縦横方向に横方向の間隔が縦方向の間隔より長い間隔で並んで配置されており、
前記フィンは、前記回転軸が挿通されるリング部と、該リング部の両側で前記リング部の中心を通る平面から左右にオフセットされた位置の側面に互いに平行に設けられた2枚の翼部を備えており、
前記2枚の翼部は、横方向の位置では横方向に隣接するフィンの翼部と衝突しない長さを備えていると共に、縦方向の位置では縦方向に隣接するフィンの翼部と重なることを特徴とする付記2に記載の温度差発電用の冷却装置。
(Appendix 1) A cooling device for temperature difference power generation that generates power by giving a temperature difference to a thermoelectric element attached to a heat source,
A base plate attached to the thermoelectric element;
At least one rotating shaft projecting from the base plate;
A cooling device for temperature difference power generation, comprising a fin attached to the rotating shaft and rotatable about the rotating shaft.
(Appendix 2) The heat source is provided with an air cooling device that causes cooling air to flow laterally with respect to the heat source during heat generation.
The base plate is fixed to the thermoelectric element in parallel to the cooling air,
2. The cooling for temperature difference power generation according to
(Supplementary Note 3) There are a plurality of the rotation shafts, and they are arranged on the base plate in the vertical and horizontal directions at equal intervals.
The fin includes a ring portion through which the rotating shaft is inserted, and one wing portion projecting along the axial direction on a side surface of the ring portion,
The cooling device for temperature difference power generation according to appendix 2, wherein a tip portion of the wing portion has a length extended to a position close to a ring portion of the adjacent fin.
(Supplementary Note 4) There are a plurality of the rotation shafts, which are arranged on the base plate in the vertical and horizontal directions at equal intervals.
The fin includes a ring portion through which the rotating shaft is inserted, and two wing portions projecting along the axial direction at positions opposed to side surfaces of the ring portion,
The temperature according to appendix 2, wherein the rotation trajectories of the tip portions of the two wing portions do not intersect with the rotation trajectories of the tip portions of the two wing portions protruding from the ring portions of adjacent fins. Cooling device for differential power generation.
(Supplementary Note 5) There are a plurality of the rotation shafts, and the horizontal intervals in the vertical and horizontal directions are arranged side by side at a longer interval than the vertical intervals on the base plate.
The fin includes two wing portions provided in parallel with each other on a ring portion through which the rotation shaft is inserted and side surfaces at positions offset to the left and right from a plane passing through the center of the ring portion on both sides of the ring portion. With
The two wings have a length that does not collide with the wings of the fins adjacent in the lateral direction at the lateral position, and overlap the wings of the fins adjacent in the vertical direction at the longitudinal position. The cooling device for temperature difference power generation according to appendix 2, wherein
(付記6) 前記2枚の翼部の厚さは均一であり、一方の翼部に孔が設けられていることを特徴とする付記4又は5に記載の温度差発電用の冷却装置。
(付記7) 前記2枚の翼部の厚さは均一であり、それぞれに大きさの異なる孔が設けられていることを特徴とする付記4又は5に記載の温度差発電用の冷却装置。
(付記8) 前記2枚の翼部の厚さは均一であり、一方の翼部の面積が他方の翼部の面積よりも大きいことを特徴とする付記4又は5に記載の温度差発電用の冷却装置。
(付記9) 前記2枚の翼部の厚さは均一であり、一方の翼部に膨出部が設けられていることを特徴とする付記4又は5に記載の温度差発電用の冷却装置。
(付記10) 前記2枚の翼部の厚さは均一であり、一方の翼部の長さが他方の翼部の長さよりも長いことを特徴とする付記4又は5に記載の温度差発電用の冷却装置。
(Additional remark 6) The thickness of the said 2 wing | blade part is uniform, The hole is provided in one wing | blade part, The cooling device for temperature difference power generation of Additional remark 4 or 5 characterized by the above-mentioned.
(Supplementary note 7) The cooling device for temperature difference power generation according to supplementary note 4 or 5, wherein the thickness of the two wing portions is uniform, and holes having different sizes are provided respectively.
(Additional remark 8) The thickness of the said 2 wing | blade part is uniform, and the area of one wing | blade part is larger than the area of the other wing | blade part. Cooling system.
(Supplementary note 9) The cooling device for temperature difference power generation according to supplementary note 4 or 5, wherein the thickness of the two blade portions is uniform, and a bulge portion is provided on one of the blade portions. .
(Supplementary note 10) The temperature difference power generation according to supplementary note 4 or 5, wherein the thickness of the two blade portions is uniform, and the length of one of the blade portions is longer than the length of the other blade portion. Cooling device.
(付記11)前記2枚の翼部の内、一方の翼部の厚さが他方の翼部の厚さよりも厚いことを特徴とする付記4又は5に記載の温度差発電用の冷却装置。
(付記12) 前記回転軸は複数本あって、前記ベース板上に縦横方向に横方向の間隔が縦方向の間隔より長い間隔で並んで配置されており、
前記フィンは、前記回転軸が挿通されるリング部と、該リング部の側面に軸線方向に沿って突設された第1の翼部と、前記第1の翼部の先端部にヒンジを介して連結された第2の翼部を備えており、
前記第2の翼部の長さは前記第1の翼部の長さの同等以下に形成されており、
前記第2の翼部は前記ヒンジの回りに取り付けられた付勢部材により、前記熱源の非発熱時に前記第1の翼部側に重ね合わされており、
前記付勢部材の付勢力は、前記熱源の発熱時に前記第1の翼部が回転して前記冷却風に対して平行になった時に、前記第1の翼部に対して前記第2の翼部を前記冷却風の流れに平行な状態になるように開く程度の付勢力であり、
前記第1の翼部の長さは、前記熱源の非発熱時に前記ヒンジが、縦方向に隣接するフィンのリング部に衝突しない長さであり、
前記第2の翼部が前記第1の翼部に対して開いた状態では、前記第1の翼部の長さに前記第2の翼部の長さを加えた長さが、横方向に隣接するフィンのリング部に衝突しない長さであることを特徴とする付記2に記載の温度差発電用の冷却装置。
(付記13) 前記回転軸は複数本あって、前記ベース板上に縦横方向に横方向の間隔が縦方向の間隔より長い間隔で並んで配置されており、
前記フィンは、前記回転軸が挿通されるリング部と、該リング部の側面に軸線方向に沿って突設された第1の翼部と、前記第1の翼部の先に付勢部材を介して連結された第2の翼部を備えており、
前記第2の翼部の長さは前記第1の翼部の長さの同等以下に形成されており、
前記第2の翼部は前記付勢部材により、前記熱源の非発熱時に前記第1の翼部側に重ね合わされており、
前記付勢部材の付勢力は、前記熱源の発熱時に発生する前記冷却風によって、前記第1の翼部に対して前記第2の翼部を前記冷却風の流れに平行な状態になるように開く程度の付勢力であり、
前記第1の翼部の長さは、前記熱源の非発熱時に前記付勢部材が、縦方向に隣接するフィンのリング部に衝突しない長さであり、
前記第2の翼部が前記第1の翼部に対して開いた状態では、前記第1の翼部の長さに前記第2の翼部の長さを加えた長さが、横方向に隣接するフィンのリング部に衝突しない長さであることを特徴とする付記2に記載の温度差発電用の冷却装置。
(付記14) 前記回転軸と前記リング部の間には、伝熱グリース又は液体金属が潤滑剤として挿入されていることを特徴とする付記3から12の何れかに記載の温度差発電用の冷却装置。
(付記15) 前記回転軸と前記リング部の間には、低融点金属が潤滑剤として挿入されていることを特徴とする付記3から12の何れかに記載の温度差発電用の冷却装置。
(Additional remark 11) The cooling apparatus for temperature difference power generation of Additional remark 4 or 5 characterized by the thickness of one wing | blade part being thicker than the thickness of the other wing | blade part among the said 2 blade | wing parts.
(Supplementary Note 12) There are a plurality of the rotation shafts, and the horizontal intervals in the vertical and horizontal directions are arranged side by side at a longer interval than the vertical intervals on the base plate.
The fin includes a ring part through which the rotating shaft is inserted, a first wing part protruding in the axial direction on a side surface of the ring part, and a hinge at a tip part of the first wing part. Second wings connected to each other,
The length of the second wing portion is formed to be equal to or less than the length of the first wing portion,
The second wing part is superimposed on the first wing part side when the heat source is not generating heat by an urging member attached around the hinge,
The urging force of the urging member is such that when the first wing portion rotates and becomes parallel to the cooling air when the heat source generates heat, the second wing portion is moved with respect to the first wing portion. Is an urging force of a degree that opens the part in a state parallel to the flow of the cooling air,
The length of the first wing portion is a length that prevents the hinge from colliding with the ring portion of the fin adjacent in the vertical direction when the heat source is not generating heat.
In a state where the second wing portion is open with respect to the first wing portion, a length obtained by adding the length of the second wing portion to the length of the first wing portion is set in the lateral direction. The cooling device for temperature difference power generation according to appendix 2, wherein the cooling device has a length that does not collide with a ring portion of an adjacent fin.
(Supplementary note 13) There are a plurality of the rotation shafts, and the horizontal intervals in the vertical and horizontal directions are arranged side by side at a longer interval than the vertical intervals on the base plate .
The full fin is biased with said rotary shaft ring portion to be inserted, the first wing portion projecting in the axial direction on the side surface of the ring portion, ahead of the first wing portion Comprising a second wing connected via a member;
The length of the second wing portion is formed to be equal to or less than the length of the first wing portion,
The second wing portion is overlapped by the biasing member on the first wing portion side when the heat source is not generating heat,
The urging force of the urging member is such that the second wing is parallel to the flow of the cooling air with respect to the first wing by the cooling air generated when the heat source generates heat. It is an energizing force that opens,
The length of the first wing portion is such a length that the biasing member does not collide with the ring portion of the fin adjacent in the vertical direction when the heat source is not generating heat.
In a state where the second wing portion is open with respect to the first wing portion, a length obtained by adding the length of the second wing portion to the length of the first wing portion is set in the lateral direction. The cooling device for temperature difference power generation according to appendix 2, wherein the cooling device has a length that does not collide with a ring portion of an adjacent fin.
(Additional remark 14) Between the said rotating shaft and the said ring part, heat-transfer grease or a liquid metal is inserted as a lubrication agent, The temperature difference electric power generation in any one of
(Additional remark 15) The low-melting-point metal is inserted as a lubricant between the said rotating shaft and the said ring part, The cooling device for temperature difference power generation in any one of
(付記16) 前記低融点金属の融点は、最高動作温度と最低動作温度の間にあることを特徴とする付記15に記載の温度差発電用の冷却装置。
(付記17) 前記熱源と前記熱電素子の間には、前記熱源の熱を効率良く前記熱電素子に伝える集熱部材が設けられていることを特徴とする付記1から16の何れかに記載の温度差発電用の冷却装置。
(付記18) 前記熱源がモータであり、前記空冷装置が前記モータの回転軸に取り付けられたファンであることを特徴とする付記2から17の何れかに記載の温度差発電用の冷却装置。
(Supplementary note 16) The cooling device for temperature difference power generation according to supplementary note 15, wherein the melting point of the low melting point metal is between a maximum operating temperature and a minimum operating temperature.
(Appendix 17) A heat collection member that efficiently transfers heat from the heat source to the thermoelectric element is provided between the heat source and the thermoelectric element. Cooling device for temperature difference power generation.
(Supplementary note 18) The temperature difference power generation cooling device according to any one of supplementary notes 2 to 17, wherein the heat source is a motor, and the air cooling device is a fan attached to a rotating shaft of the motor.
1 熱電変換部
2 センサ部
3 センシング・無線ユニット
4 配線
5 集熱板
6 熱電素子
7 ベース板
8 回転軸
9 フィン
10 温度差発電装置
19 スプリング
20〜25 冷却装置
31 昇圧回路
32 蓄電池
33 MPU
34 無線回路
35 アンテナ
36 電源ライン
37 信号ライン
50 工業用モータ
51 筺体
52 回転軸
53 冷却ファン
54 放熱フィン
55 ベース台
56 脚部
81 ネジ穴
90 リング部
91 貫通孔
92,95A.95B.96A,96B,97A,97B,98A,98B 翼部
93 ネジ
94 伝熱グリース
95C,96C6 孔
96E 突出部
96F 膨出部
99 ヒンジ
99A,99B ブラケット
99C ヒンジ軸
CW 冷却風
NC 上昇自然対流
1 Thermoelectric Conversion Unit 2
4 Wiring 5
31 Booster circuit
32 storage battery
33 MPU
34 Radio circuit
35 Antenna
36 Power line
37 signal lines
50 Industrial motor
51 box
52 Rotating
54 Radiation fins
55 base stand
56 legs
81
91 through-
93 screws
94 Heat transfer grease
95C, 96C6 hole
96E Protrusion
99A, 99B Bracket
99C Hinge shaft
CW cooling air
NC rising natural convection
Claims (5)
前記熱電素子に取り付けるベース板と、
前記ベース板に突設された少なくとも1本の回転軸と、
前記回転軸に取り付けられ、回転軸の回りに回転可能なフィンとを備え、
前記熱源には、発熱時に前記熱源に対して横方向に冷却風を流す空冷装置が設けられており、
前記ベース板は、前記冷却風に対して平行に前記熱電素子に固定されており、
前記フィンは、前記熱源の発熱時には回転して前記冷却風に対して平行になり、前記熱源の発熱停止時には自重によって縦方向を向くことを特徴とする温度差発電用の冷却装置。 A cooling device for temperature difference power generation that generates power by giving a temperature difference to a thermoelectric element attached to a heat source,
A base plate attached to the thermoelectric element;
At least one rotating shaft projecting from the base plate;
A fin attached to the rotary shaft and rotatable around the rotary shaft;
The heat source is provided with an air cooling device that causes cooling air to flow transversely to the heat source when heat is generated,
The base plate is fixed to the thermoelectric element in parallel to the cooling air,
The fin, the at the time of the heat source of the heat generation becomes parallel to the cooling air is rotated, the cooling apparatus for thermal energy conversion, characterized in that facing the longitudinal direction by its own weight at the time of heat generation stop of the heat source.
前記フィンは、前記回転軸が挿通されるリング部と、該リング部の側面に軸線方向に沿って突設された1枚の翼部を備えており、
前記翼部の先端部は、隣接する前記フィンのリング部に近接する位置まで延伸された長さを備えていることを特徴とする請求項1に記載の温度差発電用の冷却装置。 There are a plurality of the rotation shafts, arranged on the base plate at equal intervals in the vertical and horizontal directions,
The fin includes a ring portion through which the rotating shaft is inserted, and one wing portion projecting along the axial direction on a side surface of the ring portion,
2. The cooling device for temperature difference power generation according to claim 1 , wherein a tip end portion of the wing portion has a length extended to a position close to a ring portion of the adjacent fin. 3.
前記フィンは、前記回転軸が挿通されるリング部と、該リング部の両側で前記リング部の中心を通る平面から左右にオフセットされた位置の側面に互いに平行に設けられた2枚の翼部を備えており、
前記2枚の翼部は、横方向の位置では横方向に隣接するフィンの翼部と衝突しない長さを備えていると共に、縦方向の位置では縦方向に隣接するフィンの翼部と重なることを特徴とする請求項1に記載の温度差発電用の冷却装置。 There are a plurality of the rotation shafts, and the horizontal intervals in the vertical and horizontal directions are arranged on the base plate at a longer interval than the vertical interval.
The fin includes two wing portions provided in parallel with each other on a ring portion through which the rotation shaft is inserted and side surfaces at positions offset to the left and right from a plane passing through the center of the ring portion on both sides of the ring portion. With
The two wings have a length that does not collide with the wings of the fins adjacent in the lateral direction at the lateral position, and overlap the wings of the fins adjacent in the vertical direction at the longitudinal position. The cooling apparatus for temperature difference power generation according to claim 1 .
前記フィンは、前記回転軸が挿通されるリング部と、該リング部の側面に軸線方向に沿って突設された第1の翼部と、前記第1の翼部の先端部にヒンジを介して連結された第2の翼部を備えており、
前記第2の翼部の長さは前記第1の翼部の長さの同等以下に形成されており、
前記第2の翼部は前記ヒンジの回りに取り付けられた付勢部材により、前記熱源の非発熱時に前記第1の翼部側に重ね合わされており、
前記付勢部材の付勢力は、前記熱源の発熱時に前記第1の翼部が回転して前記冷却風に対して平行になった時に、前記第1の翼部に対して前記第2の翼部を前記冷却風の流れに平行な状態になるように開く程度の付勢力であり、
前記第1の翼部の長さは、前記熱源の非発熱時に前記ヒンジが、縦方向に隣接するフィンのリング部に衝突しない長さであり、
前記第2の翼部が前記第1の翼部に対して開いた状態では、前記第1の翼部の長さに前記第2の翼部の長さを加えた長さが、横方向に隣接するフィンのリング部に衝突しない長さであることを特徴とする請求項1に記載の温度差発電用の冷却装置。 There are a plurality of the rotation shafts, and the horizontal intervals in the vertical and horizontal directions are arranged on the base plate at a longer interval than the vertical interval.
The fin includes a ring part through which the rotating shaft is inserted, a first wing part protruding in the axial direction on a side surface of the ring part, and a hinge at a tip part of the first wing part. Second wings connected to each other,
The length of the second wing portion is formed to be equal to or less than the length of the first wing portion,
The second wing part is superimposed on the first wing part side when the heat source is not generating heat by an urging member attached around the hinge,
The urging force of the urging member is such that when the first wing portion rotates and becomes parallel to the cooling air when the heat source generates heat, the second wing portion is moved with respect to the first wing portion. Is an urging force of a degree that opens the part in a state parallel to the flow of the cooling air,
The length of the first wing portion is a length that prevents the hinge from colliding with the ring portion of the fin adjacent in the vertical direction when the heat source is not generating heat.
In a state where the second wing portion is open with respect to the first wing portion, a length obtained by adding the length of the second wing portion to the length of the first wing portion is set in the lateral direction. The cooling device for temperature difference power generation according to claim 1 , wherein the cooling device has a length that does not collide with a ring portion of an adjacent fin.
前記フィンは、前記回転軸が挿通されるリング部と、該リング部の側面に軸線方向に沿って突設された第1の翼部と、前記第1の翼部の先に付勢部材を介して連結された第2の翼部を備えており、The fin includes a ring portion through which the rotating shaft is inserted, a first wing portion projecting along the axial direction on a side surface of the ring portion, and a biasing member at a tip of the first wing portion. A second wing connected via
前記第2の翼部の長さは前記第1の翼部の長さの同等以下に形成されており、The length of the second wing portion is formed to be equal to or less than the length of the first wing portion,
前記第2の翼部は前記付勢部材により、前記熱源の非発熱時に前記第1の翼部側に重ね合わされており、The second wing portion is overlapped by the biasing member on the first wing portion side when the heat source is not generating heat,
前記付勢部材の付勢力は、前記熱源の発熱時に発生する前記冷却風によって、前記第1の翼部に対して前記第2の翼部を前記冷却風の流れに平行な状態になるように開く程度の付勢力であり、The urging force of the urging member is such that the second wing is parallel to the flow of the cooling air with respect to the first wing by the cooling air generated when the heat source generates heat. It is an energizing force that opens,
前記第1の翼部の長さは、前記熱源の非発熱時に前記付勢部材が、縦方向に隣接するフィンのリング部に衝突しない長さであり、The length of the first wing portion is such a length that the biasing member does not collide with the ring portion of the fin adjacent in the vertical direction when the heat source is not generating heat.
前記第2の翼部が前記第1の翼部に対して開いた状態では、前記第1の翼部の長さに前記第2の翼部の長さを加えた長さが、横方向に隣接するフィンのリング部に衝突しない長さであることを特徴とする請求項1に記載の温度差発電用の冷却装置。In a state where the second wing portion is open with respect to the first wing portion, a length obtained by adding the length of the second wing portion to the length of the first wing portion is set in the lateral direction. The cooling device for temperature difference power generation according to claim 1, wherein the cooling device has a length that does not collide with a ring portion of an adjacent fin.
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