JPH1163722A - 流体冷却装置 - Google Patents

流体冷却装置

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JPH1163722A
JPH1163722A JP9216858A JP21685897A JPH1163722A JP H1163722 A JPH1163722 A JP H1163722A JP 9216858 A JP9216858 A JP 9216858A JP 21685897 A JP21685897 A JP 21685897A JP H1163722 A JPH1163722 A JP H1163722A
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JP
Japan
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heat
fluid
cooling
heat exchanger
thermally connected
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JP9216858A
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English (en)
Inventor
Tsuyoshi Yonemori
強 米森
Mitsuhiro Tanaka
三博 田中
Jiyunichi Teraki
潤一 寺木
Shohei Tsutsumi
庄平 堤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Daikin Industries Ltd
Daikin Applied Systems Co Ltd
Original Assignee
Daikin Industries Ltd
Daikin Plant Co Ltd
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F28D15/02Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
    • F28D15/0275Arrangements for coupling heat-pipes together or with other structures, e.g. with base blocks; Heat pipe cores

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 冷却源と熱交換器との距離を短縮し、温度制
御の応答性を向上し、熱ロスを低減する。 【解決手段】 ペルチェ素子1の吸熱側と熱的に接続さ
れた冷却ブロック2に対して、ヒートパイプ4を介して
プレートフィン熱交換器5を熱的に接続し、プレートフ
ィン熱交換器5を冷却対象流体と接触させ得る位置に配
置する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は流体冷却装置に関
し、さらに詳細にいえば、ペルチェ素子の吸熱作用を利
用した流体冷却装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来から、空気などの流体を冷却するた
めの装置として、圧縮式冷却装置を用いるもの、および
ペルチェ素子を用いるものが提案されている。図12は
圧縮式冷却装置を用いる流体冷却装置を示す概略図であ
る。この流体冷却装置は、圧縮機21と凝縮機22との
間を冷媒配管23で連通してなる圧縮式冷却装置を採用
し、しかも、冷媒配管23を冷却対象流体が流通する空
間まで延長し、冷媒配管23のうち、冷却対象流体が流
通する空間に位置する部分に対して、プレートフィン熱
交換器24を設けてなるものである。なお、凝縮機22
に対して、冷却水が流通させられる冷却水配管25が設
けられている。
【0003】図13はペルチェ素子を用いる流体冷却装
置を示す概略図である。この流体冷却装置は、冷却ブロ
ック32を中心として1対のペルチェ素子31および水
冷ジャケット33を設け、冷却ブロック32に一部が埋
め込まれた冷媒配管34を冷却対象流体が流通する空間
まで延長し、冷媒配管34のうち、冷却対象流体が流通
する空間に位置する部分に対して、プレートフィン熱交
換器35を設けてなるものである。なお、1対の水冷ジ
ャケット33に対して、冷却水が流通させられる冷却水
配管36が設けられている。また、冷媒配管34の所定
位置に、冷媒を流通させるためのポンプ37が設けられ
ている。そして、1対のペルチェ素子31は、吸熱側が
冷却ブロック32に対して熱的に接続されるように設け
られ、各水冷ジャケット33は対応するペルチェ素子3
1の放熱側に対して熱的に接続されるように設けられて
いる。
【0004】そして、何れの構成の流体冷却装置を採用
した場合であっても、圧縮式冷却装置またはペルチェ素
子によって冷媒を冷却し、この冷媒を冷媒配管を通して
流通させることにより、プレートフィン熱交換器を介し
て冷却対象流体との間で熱交換を行わせ、冷却対象流体
を冷却することができる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】図12に示す構成の流
体冷却装置を採用した場合には、圧縮式冷却装置を採用
している関係上、冷却装置全体として大型化してしまう
という不都合がある。また、圧縮機21の振動が大きい
ので、振動を嫌う用途では冷媒配管23を長くしなけれ
ばならず、この結果、温度制御の応答性が悪くなるとと
もに、冷媒配管23での熱ロスが大きくなるという不都
合がある。さらに、冷媒としてフロンを用いているの
で、環境問題からフロンレスへの対応が必要になるとい
う不都合もある。
【0006】図13に示す構成の流体冷却装置を採用し
た場合には、小型化、低振動、フロンレスを簡単に達成
することができるが、純水などの冷媒を循環させるため
のポンプ37が必要であるという不都合がある。また、
ポンプ37の振動があるので、振動を嫌う用途では冷媒
配管34を長くしなければならず、この結果、温度制御
の応答性が悪くなるとともに、冷媒配管34での熱ロス
が大きくなるという不都合がある。
【0007】
【発明の目的】この発明は上記の問題点に鑑みてなされ
たものであり、小型化、低振動、フロンレスを簡単に達
成することができるとともに、ポンプを不要にでき、し
かも、冷却源と熱交換器との距離を短縮でき、温度制御
の応答性を向上でき、熱ロスを低減できる流体冷却装置
を提供することを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】請求項1の流体冷却装置
は、ペルチェ素子の吸熱側と熱的に接続された冷却ブロ
ックに対して、ヒートパイプを介して第1熱交換器を熱
的に接続し、第1熱交換器を冷却対象流体と接触させ得
る位置に配置したものである。請求項2の流体冷却装置
は、冷却ブロックを中心として1対のペルチェ素子が互
いに対称に配置されたものである。
【0009】請求項3の流体冷却装置は、ペルチェ素子
の放熱側と熱的に接続された水冷ジャケットを有するも
のである。請求項4の流体冷却装置は、ペルチェ素子の
放熱側と熱的に接続された放熱ブロックを有し、この放
熱ブロックに対して、ヒートパイプを介して第2熱交換
器を熱的に接続し、第2熱交換器を放熱用流体と接触さ
せ得る位置に配置したものである。
【0010】
【作用】請求項1の流体冷却装置であれば、ペルチェ素
子の吸熱側と熱的に接続された冷却ブロックに対して、
ヒートパイプを介して第1熱交換器を熱的に接続し、第
1熱交換器を冷却対象流体と接触させ得る位置に配置し
ているので、振動発生源が皆無であり、この結果、冷却
ブロックと第1熱交換器との距離を短くして温度制御の
応答性を高めることができるとともに、熱ロスを著しく
低減できる。
【0011】請求項2の流体冷却装置であれば、冷却ブ
ロックを中心として1対のペルチェ素子が互いに対称に
配置されているので、1対のペルチェ素子により冷却ブ
ロックを効率よく冷却でき、ひいては流体の冷却効率を
高めることができるほか、請求項1と同様の作用を達成
することができる。請求項3の流体冷却装置であれば、
ペルチェ素子の放熱側と熱的に接続された水冷ジャケッ
トを有しているので、ペルチェ素子の放熱を効率よく行
わせることができ、ひいてはペルチェ素子による冷却ブ
ロックの冷却効率を高めることができるほか、請求項1
または請求項2と同様の作用を達成することができる。
【0012】請求項4の流体冷却装置であれば、ペルチ
ェ素子の放熱側と熱的に接続された放熱ブロックを有
し、この放熱ブロックに対して、ヒートパイプを介して
第2熱交換器を熱的に接続し、第2熱交換器を放熱用流
体と接触させ得る位置に配置しているので、ペルチェ素
子の放熱のために水を使用する必要がなく、流体冷却装
置全体として水漏れの可能性を少なくすることができる
ほか、請求項1または請求項2と同様の作用を達成する
ことができる。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照してこの発
明の流体冷却装置の実施の態様を詳細に説明する。図1
はこの発明の流体冷却装置の一実施態様を概略的に示す
斜視図、図2は概略縦断面図である。
【0014】この流体冷却装置は、ペルチェ素子1と、
ペルチェ素子1の吸熱側に対して熱的に接続された冷却
ブロック2と、ペルチェ素子1の放熱側に対して熱的に
接続された水冷ジャケット3と、冷却ブロック2に対し
て一方の端部が熱的に接続されたヒートパイプ4と、ヒ
ートパイプ4の他方の端部側の所定範囲にわたってほぼ
等間隔で熱的に接続された複数枚の板材からなるプレー
トフィン熱交換器(第1熱交換器)5と、一部が水冷ジ
ャケット3に対して熱的に接続された冷却水配管6とを
有している。
【0015】前記冷却ブロック2、水冷ジャケット3
は、アルミニウムなどの熱伝導性が良好な金属などから
なるものであることが好ましい。前記ヒートパイプ4は
従来公知の構成であるから、詳細な説明を省略する。た
だし、冷却ブロック2に対して熱的に接続された部分が
凝縮部であり、プレートフィン熱交換器5に対して熱的
に接続された部分が蒸発部であり、両者の中間部が断熱
部である。
【0016】前記ペルチェ素子1も従来公知の構成であ
るから、詳細な説明を省略する。前記プレートフィン熱
交換器5に代えて従来公知の他の構成の熱交換器を採用
することが可能である。上記の構成の流体冷却装置の作
用は次のとおりである。ペルチェ素子1に通電すること
により、吸熱側において熱を吸収するので、冷却ブロッ
ク2が冷却される。また、吸熱側における熱の吸収と同
時に放熱側において熱が放出されるので、この熱を水冷
ジャケット3を通して冷却水配管6を流通する冷却水に
伝達することにより、スムーズな放熱を達成することが
できる。
【0017】そして、前記のようにペルチェ素子1によ
り冷却される冷却ブロック2とプレートフィン熱交換器
5との間がヒートパイプ4により熱的に接続されている
のであるから、プレートフィン熱交換器5が殆ど時間遅
れなく冷却され、冷却対象流体、例えば空気を冷却する
ことができる。以上の説明から明らかなように、この構
成の流体冷却装置は振動源(例えば、冷媒を循環させる
ポンプ)を全く有していないのであるから、ヒートパイ
プ4の長さを短くすることができ、ヒートパイプ4自体
の熱伝導性の良好さと相俟って温度制御応答特性を著し
く良好にすることができるとともに、熱ロスを著しく低
減することができる。もちろん、冷却源としてペルチェ
素子1を採用しているので、小型化、低振動、フロンレ
スを簡単に達成することができる。
【0018】図3はこの発明の流体冷却装置の他の実施
態様を示す概略縦断面図である。この流体冷却装置が図
1、図2の流体冷却装置と異なる点は、冷却ブロック2
を中心として、1対のペルチェ素子1および水冷ジャケ
ット3を互いに対称に配置した点、および冷却水配管6
が両水冷ジャケット3に対して熱的に接続されるように
した点のみである。
【0019】この構成の流体冷却装置を採用した場合に
は、1対のペルチェ素子1で冷却ブロック2を冷却でき
るので、冷却効率を高めることができるほか、図1、図
2の流体冷却装置と同様の作用を達成することができ
る。図4はこの発明の流体冷却装置のさらに他の実施態
様を示す概略縦断面図である。
【0020】この流体冷却装置が図3の流体冷却装置と
異なる点は、水冷ジャケット3に対して冷却水配管6を
熱的に接続する代わりに、各ペルチェ素子1の放熱側に
対して放熱ブロック7を熱的に接続し、各放熱ブロック
7に対してヒートパイプ8の一方の端部を熱的に接続
し、ヒートパイプ8の他方の端部側の所定範囲に対して
プレートフィン熱交換器(第2熱交換器)9を熱的に接
続した点のみである。なお、放熱ブロック7は冷却ブロ
ック2と同様の材質で構成してあることが好ましい。ま
た、前記プレートフィン熱交換器9に代えて従来公知の
他の構成の熱交換器を採用することが可能である。
【0021】この構成の流体冷却装置を採用した場合に
は、ペルチェ素子1の放熱側に生じる熱を水冷ジャケッ
ト3および冷却水配管6により放散させる場合と比較し
て、ペルチェ素子1の放熱のために水を用いる必要がな
く、流体冷却装置全体として水漏れの可能性を少なくす
ることができるほか、図3の構成の流体冷却装置と同様
の作用を達成することができる。例えば、半導体工場で
用いられる流体冷却装置では水漏れが少ないことが要求
されるので、この実施態様の流体冷却装置を採用するこ
とが好ましい。
【0022】図5は前記の何れかの構成の流体冷却装置
を複数個配列する場合における配列の一例を概略的に示
す縦断面図、図6は平面図である。なお、この配列例
は、冷却対象流体の流れ方向におけるプレートフィン熱
交換器5のサイズh2が、同方向における冷却ブロック
2、ペルチェ素子1、水冷ジャケット3のそれぞれのサ
イズの総和h1よりも短い場合に対応している。
【0023】すなわち、それぞれのサイズが上記のよう
に設定されているので、プレートフィン熱交換器5のみ
を全て冷却対象流体の流れ方向に配列し、冷却ブロック
2、ペルチェ素子1、水冷ジャケット3を、プレートフ
ィン熱交換器5を基準として交互に反対側に配列するこ
とにより、プレートフィン熱交換器5どうしの間隔を必
要最小限にし、しかも全体としての必要スペースを小さ
くすることができる。
【0024】なお、図4の構成の流体冷却装置の場合に
は、冷却対象流体の流れ方向におけるプレートフィン熱
交換器5のサイズh2が、同方向における2つのプレー
トフィン熱交換器9のサイズの総和よりも短いので、図
5、図6に示す配列を採用することができる。なお、図
6および図6以降の図において、冷却ブロック2、ペル
チェ素子1、水冷ジャケット3からなる冷却ユニットを
参照符号10で示している。
【0025】図7は流体冷却装置を複数個配列する場合
における配列の他の例を概略的に示す平面図である。こ
の配列例においては、冷却ユニット10を、プレートフ
ィン熱交換器5を基準として交互に互いに90°ずれた
位置に配列している。したがって、図5、図6の配列例
と比較して、比較的矩形に近い配列空間がある場合に有
効である。
【0026】図8は流体冷却装置を複数個配列する場合
における配列のさらに他の例を概略的に示す縦断面図、
図9は平面図である。なお、この配列例は、冷却対象流
体の流れ方向におけるプレートフィン熱交換器5のサイ
ズh2が、同方向における冷却ブロック2、ペルチェ素
子1、水冷ジャケット3のそれぞれのサイズの総和h1
よりも長い場合に対応している。
【0027】すなわち、それぞれのサイズが上記のよう
に設定されているので、プレートフィン熱交換器5を全
て冷却対象流体の流れ方向に配列するとともに、冷却ブ
ロック2、ペルチェ素子1、水冷ジャケット3を、プレ
ートフィン熱交換器5を基準として同じ側に配列するこ
とにより、プレートフィン熱交換器5どうしの間隔を必
要最小限にし、しかも水平面内における全体としての必
要スペースを小さくすることができる。
【0028】図10は流体冷却装置を複数個配列する場
合における配列のさらに他の例を概略的に示す平面図、
図11は縦断面図である。この配列例は、冷却対象流体
の流れ方向が水平方向に設定されている場合に対応して
いる。したがって、この配列例の場合には、水平面内に
おける必要スペースが大きくなるが、垂直面内における
必要スペースを小さくすることができる。
【0029】
【発明の効果】請求項1の発明は、振動発生源が皆無で
あり、この結果、冷却ブロックと第1熱交換器との距離
を短くして温度制御の応答性を高めることができるとと
もに、熱ロスを著しく低減できるという特有の効果を奏
する。請求項2の発明は、1対のペルチェ素子により冷
却ブロックを効率よく冷却でき、ひいては流体の冷却効
率を高めることができるほか、請求項1と同様の効果を
奏する。
【0030】請求項3の発明は、ペルチェ素子の放熱を
効率よく行わせることができ、ひいてはペルチェ素子に
よる冷却ブロックの冷却効率を高めることができるほ
か、請求項1または請求項2と同様の効果を奏する。請
求項4の発明は、ペルチェ素子の放熱のために水を用い
る必要がなく、流体冷却装置全体として水漏れの可能性
を少なくすることができるほか、請求項1または請求項
2と同様の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の流体冷却装置の一実施態様を概略的
に示す斜視図である。
【図2】同上の概略縦断面図である。
【図3】この発明の流体冷却装置の他の実施態様を示す
概略縦断面図である。
【図4】この発明の流体冷却装置のさらに他の実施態様
を示す概略縦断面図である。
【図5】流体冷却装置を複数個配列する場合における配
列の一例を概略的に示す縦断面図である。
【図6】同上の平面図である。
【図7】流体冷却装置を複数個配列する場合における配
列の他の例を概略的に示す平面図である。
【図8】流体冷却装置を複数個配列する場合における配
列のさらに他の例を概略的に示す縦断面図である。
【図9】同上の平面図である。
【図10】流体冷却装置を複数個配列する場合における
配列のさらに他の例を概略的に示す平面図である。
【図11】同上の縦断面図である。
【図12】圧縮式冷却装置を用いる流体冷却装置を示す
概略図である。
【図13】ペルチェ素子を用いる流体冷却装置を示す概
略図である。
【符号の説明】
1 ペルチェ素子 2 冷却ブロック 4、8 ヒートパイプ 5、9 プレートフィン熱交
換器 7 放熱ブロック
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 三博 滋賀県草津市岡本町字大谷1000番地の2ダ イキン工業株式会社滋賀製作所内 (72)発明者 寺木 潤一 茨城県つくば市御幸が丘3番地 ダイキン 工業株式会社内 (72)発明者 堤 庄平 大阪府大阪市北区中津1丁目6番28号 ホ ーコクビル ダイキンプラント株式会社内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ペルチェ素子(1)の吸熱側と熱的に接
    続された冷却ブロック(2)に対して、ヒートパイプ
    (4)を介して第1熱交換器(5)を熱的に接続し、第
    1熱交換器(5)を冷却対象流体と接触させ得る位置に
    配置してあることを特徴とする流体冷却装置。
  2. 【請求項2】 冷却ブロック(2)を中心として1対の
    ペルチェ素子(1)が互いに対称に配置されている請求
    項1に記載の流体冷却装置。
  3. 【請求項3】 ペルチェ素子(1)の放熱側と熱的に接
    続された水冷ジャケット(3)を有している請求項1ま
    たは請求項2に記載の流体冷却装置。
  4. 【請求項4】 ペルチェ素子(1)の放熱側と熱的に接
    続された放熱ブロック(7)を有し、この放熱ブロック
    (7)に対して、ヒートパイプ(8)を介して第2熱交
    換器(9)を熱的に接続し、第2熱交換器(9)を放熱
    用流体と接触させ得る位置に配置してある請求項1また
    は請求項2に記載の流体冷却装置。
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