JP2005155983A

JP2005155983A - 盤用冷却装置

Info

Publication number: JP2005155983A
Application number: JP2003393345A
Authority: JP
Inventors: Yoshikazu Watanabe; 義和渡辺; Keishin Ito; 佳信伊東
Original assignee: Nitto Kogyo Corp
Current assignee: Nitto Kogyo Corp
Priority date: 2003-11-25
Filing date: 2003-11-25
Publication date: 2005-06-16

Abstract

【課題】運転中に結露することのない盤用冷却装置を提供する。
【解決手段】盤用冷却装置１０では、ペルチェ素子１５を利用し、ペルチェ素子１５の吸熱側ヒートシンク２２の表面温度を常にその周囲の空気の露点温度以上になるように制御したので、ヒートシンク２２での結露を確実に防止することができ、凝縮水の排出処理等を行う必要がない。また、それに伴い凝縮水の処理装置等を設ける必要がないので、冷却装置のコストを低減でき、配電盤、通信装置、サーバ等自体の設置場所が限定されるようなこともない。また、盤１内の温度を検出する盤内温度検出器２を備え、ここで検出された盤１内の温度が３５℃以下の場合に、ペルチェ素子１５への電源の供給を停止するようにした。これにより、盤１内温度を必要以上に低下させることなく、結露を防止すると共に効率的な冷却を行うことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気電子機器等を組み込んだ盤に用いられる盤用冷却装置に関し、詳細にはペルチェ素子を利用した盤用冷却装置に関する。

従来から、配電盤、通信装置、サーバ等の箱体内部に配置した電気電子機器から発生する熱を箱体外部へ放出するためのものとして、ペルチェ素子を利用した冷却装置が用いられている。このような冷却装置では、箱体内部に吸熱フィンを、箱体外部に放熱フィンをそれぞれ配設し、放熱フィンにはペルチェ効果を利用した電子冷却素子の発熱面を接合し、吸熱フィンにはペルチェ効果を利用した電子冷却素子の吸熱面を接合している。ここで、ペルチェ素子を利用した冷却装置で冷却を行った場合、熱交換の際にペルチェ素子の冷却側である吸熱側ヒートシンクの回りの空気が露点温度以下まで冷やされると結露水が生じ、その結露水を排出処理する必要がある。このような結露水の排出装置として、例えば特許文献１では、結露水を受ける水受け部、水受け部内の水を導く導水部、導水された水を貯留して蒸発させる蒸発皿、水を吸収する吸水性の蒸発体及び水が蒸発皿の貯留限度を超えたときに熱交換器の外部に排水する排水口を備えたものが開示されている。この特許文献１に係る排水装置では、排水構造を非常に簡単にしたことで取付け及び取り外しが容易となり、また結露水の吸収効率がよくかつ安価に排水を行えるという効果を得ることができる。
特開平９−１１２９４７号公報

しかしながら、上記のような従来技術では結露が解消されることはなく、ヒートシンク表面に付着した凝縮水を排水しなければならないため、そのための排水装置を設置しなければならず、排水装置のコストがかかると共に配電盤、通信装置、サーバ等自体の設置環境が限られてしまうという問題があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、運転中に結露することのない盤用冷却装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の盤用冷却装置は、ペルチェ素子を利用し、当該ペルチェ素子の吸熱側ヒートシンクの表面温度を常にその周囲の空気の露点温度以上になるように制御したことを特徴とする。

また、請求項２に記載の盤用冷却装置は、請求項１に記載の盤用冷却装置の構成に加えて、盤内の温度を検出する盤内温度検出部を備え、当該盤内温度検出部で検出された盤内の温度が一定温度以下のときには、前記ペルチェ素子への電源の供給を停止することを特徴とする。

また、請求項３に記載の盤用冷却装置は、請求項１または２に記載の盤用冷却装置の構成に加えて、盤内の温度を検出する盤内温度検出部を備え、当該盤内温度検出部で検出された盤内温度に基づいて、前記盤用冷却装置の運転を制御する電源制御部を設けたことを特徴とする。

また、請求項４に記載の盤用冷却装置は、請求項１乃至３の何れかに記載の盤用冷却装置の構成に加えて、前記ペルチェ素子の吸熱側ヒートシンクの表面温度を検出する温度検出部をさらに設け、当該温度検出部にて検出された吸熱側ヒートシンクの表面温度に基づいて前記ペルチェ素子への駆動電圧を制御することを特徴とする。

本発明に係る盤用冷却装置では、ペルチェ素子を利用し、ペルチェ素子の吸熱側ヒートシンクの表面温度を常にその周囲の空気の露点温度以上になるように制御したので、ヒートシンクでの結露を確実に防止することができ、凝縮水の排出処理等を行う必要がない。また、それに伴い凝縮水の処理装置等を設ける必要がないので、冷却装置のコストを低減でき、配電盤、通信装置、サーバ等自体の設置場所が限定されるようなこともない。また、盤内の温度を検出する盤内温度検出部を備え、この盤内温度検出部で検出された盤内の温度が一定温度以下の場合に、ペルチェ素子への電源の供給を停止するようにした。これにより、盤内温度を必要以上に低下させることなく、結露を防止すると共に効率的な冷却を行うことができる。

また、盤内温度検出部にて検出した盤内温度に基づいて、盤用冷却装置の運転を制御する電源制御部を設けることにより、冷却装置をより効率よく運転させることができる。さらに、ペルチェ素子の吸熱側ヒートシンクの表面温度を検出する温度検出部を設けることにより、結露する可能性のあるヒートシンク箇所の温度を正確に把握することができ、この温度検出部にて検出された吸熱側ヒートシンクの表面温度に基づいてペルチェ素子への駆動電圧を制御することができる。

以下、本発明を具体化した盤用冷却装置の第１実施形態について、図を参照して説明する。まず、図１を参照して、本発明に係る盤用冷却装置が取り付けられる盤１の機器構成について簡単に説明する。盤１は、配電盤、分電盤及び通信盤等の電気電子機器を内部に収納するものであって、その側面に盤１の内部を冷却するための冷却装置１０が設けられている。盤１の内部には、盤内の温度を検出する盤内温度検出器２が設けられており、この盤内温度検出器２は、冷却装置１０内に設けられた電源制御部２２０を介して後述するペルチェユニット２０の直流電源１２０に接続されている。

次に、図２を参照して、冷却装置１０について詳細に説明する。ここで、図２は冷却装置１０を模式的に示すブロック図である。図２に示すように、冷却装置１０は、冷却装置筐体１１内にペルチェユニット２０、放熱ラジエータ３０及び吸熱ラジエータ３１等が配設されて構成されている。冷却装置筐体１１内に設けられたペルチェユニット２０は、ペルチェ素子１５が放熱側ヒートシンク２１と吸熱側ヒートシンク２２とでサンドイッチ状に挟み込まれた状態で構成されており、放熱側ヒートシンク２１が、リザーブタンク２５及び循環ポンプＰを介して放熱ラジエータ３０に接続されており、吸熱側ヒートシンク２２が、リザーブタンク２６及び循環ポンプＰを介して吸熱ラジエータ３１に接続されている。また、放熱ラジエータ３０の背面に対向して放熱ファン１３０が、吸熱ラジエータ３１の背面に対向して吸熱ファン１３１がそれぞれ設けられている。さらに、ペルチェユニット２０には直流電源１２０が接続され、直流電源１２０には電源制御部２２０が接続されており、ペルチェユニット２０への電源の供給が電源制御部２２０によって制御されるようになっている。尚、ペルチェユニット２０のペルチェ素子１５の能力は、盤１内の機器の発熱量に応じて適切なものを選定することが好適である。

この冷却装置１０では、ペルチェユニット２０で冷却された冷媒が、吸熱側ヒートシンク２２を流れて、循環ポンプＰによってリザーブタンク２６を介して吸熱側の経路Ｌ１を循環し、吸熱ラジエータ３１の背面に設けられた吸熱ファン１３１で冷風を盤１（図１参照）内に送ることによって、盤１内を冷却することになる。また、ペルチェユニット２０の放熱側ヒートシンク２１は、循環ポンプＰとリザーブタンク２５とを介して放熱ラジエータ３０に接続されており、冷媒が放熱側の経路Ｌ２を循環することでペルチェユニット２０の放熱側で発生する熱が放熱ラジエータ３０に移動し、その熱は放熱ファン１３０によって空気流に乗って外部に放出される。

ここで、ペルチェユニット２０を運転させ続けた場合、吸熱側ヒートシンク２２の表面温度が低下していき、ヒートシンク周りの空気の露点温度以下まで下がることになるが、本実施形態の冷却装置１０ではその結露を防止するために、吸熱側ヒートシンク２２の温度が、その周囲の空気の露点温度以下まで下がることのないようにしている。詳しくは、本実施形態では、一般的な湿度下での空気の露点温度である２５℃を基準として吸熱側ヒートシンク２２の温度が２７℃程度になるように制御している。具体的には、ペルチェ素子１５の能力、定格電圧を印加したときのペルチェ素子１５の駆動電流、吸熱ファン１３１の能力及び冷媒の流量等を調整することによって、吸熱側ヒートシンク２２の温度を２７℃程度に保つようにしている。これにより、吸熱側ヒートシンク２２における結露を防止でき、結露水を処理するための装置等を設ける必要がなく、さらに冷却装置筐体の設置場所が限られることもない。

また、吸熱側ヒートシンク２２の温度に関わらず、盤１内に設けた盤内温度検出器２で検出された温度が３５℃以下となった場合は、電源制御部２２０によってペルチェユニット２０への電源の供給を止めるようにしている。尚、この温度は盤に組み込む電気電子機器の種類に応じて適切に調節可能なものとしてもよく、その場合には３５〜４０℃程度に設定されることが好ましい。これにより、ペルチェユニット２０を無駄に運転させることがなく、効率のよい冷却を実現することができる。

次に、本発明に係る盤用冷却装置の第２の実施形態について説明する。尚、本実施の形態では、上記第１の実施形態の冷却装置１０に設けられた電源制御部２２０において、ペルチェユニット２０への電力の供給量を制御するようにしている。詳しくは、盤１内に設けた盤内温度検出器２での検出温度が、ペルチェユニット２０への電源の供給を止める温度（以下、「盤内設定温度」という。）である３５℃に近付くにつれて、ペルチェユニット２０への電力の供給量を段階的に制御する。具体的には、本実施形態では、盤内設定温度の３５℃に対して、盤内で検出された温度がそれより３℃高い状態まではペルチェユニット２０を定格運転させ、盤内設定温度との差が３℃を下回るようになれば、ペルチェ素子１５に定格の８０パーセントの電力を供給するようにしている。これによって、ペルチェユニット２０をより無駄なく効率的に運転させることができる。

また、本実施の形態の冷却装置においても、一般的な湿度下での空気の露点温度である２５℃を基準として、ペルチェ素子１５の能力、定格電圧を印加したときのペルチェ素子１５の駆動電流、吸熱ファン１３１の能力及び冷媒の流量等を調整することによって、吸熱側ヒートシンク２２の温度が２７℃程度になるように制御している。従って、吸熱側ヒートシンク２２における結露を防止でき、結露水を処理するための装置等を設ける必要がなく、さらに配電盤、通信装置、サーバ等自体の設置場所が限られることもない。

次いで、本発明に係る盤用冷却装置の第３の実施形態について図３を参照して説明する。図３に示すように、本実施形態の冷却装置１００では、上述の冷却装置１０の構成に加えて、ペルチェユニット２０の吸熱側ヒートシンク２２に、該吸熱側ヒートシンク２２の表面温度を検出する温度検出器１２２が設けられている。この温度検出器１２２は電源制御部３２０を介して直流電源１２０に接続されており、温度検出器１２２で検出された温度に応じてペルチェ素子１５への駆動電圧を制御するようにしている。詳しくは、吸熱側ヒートシンク２２における検出温度が２７℃になったときにペルチェユニット２０への電源の供給を止めるようにして、吸熱側ヒートシンク２２での検出温度が２７℃に近付くにつれて、ペルチェユニット２０への電力の供給量を段階的に制御するようにしている。

具体的には、本実施の形態では、吸熱側ヒートシンク２２の設定温度を２７℃とし、この設定温度２７℃に対して、検出温度がそれより３℃高い状態まではペルチェユニット２０を定格運転させ、検出温度と設定温度との差が３℃を下回るようになれば、ペルチェ素子１５に定格の８０パーセントの電力を供給するようにしている。これにより、吸熱側ヒートシンク２２の温度を常に２７℃程度とすることができ、ヒートシンクにて結露が発生するのを確実に防止することができるので、結露水を処理するための装置等を設ける必要がなく、さらに配電盤、通信装置、サーバ等自体の設置場所が限られることもない。

尚、本発明は上記実施の形態に限られず、各種の変形が可能である。例えば、吸熱側ヒートシンクに結露水の発生を検出する結露水検出器を設けて、万一の故障の際に備えたものとしてもよく、これにより冷却装置の信頼性をより向上させることができる。また、冷却装置は、ラジエータを用いずペルチェ素子に直接剣山状の放熱フィンと吸熱フィンとを取り付け、それぞれのフィンに空気を流すことにより放熱及び吸熱を行うものであってもよい。また、冷却装置を使用する地域等によってその使用環境、湿度等に違いがあり、ヒートシンクに結露が発生する温度も様々であるので、それに対応するように、設定温度、ペルチェ素子の駆動電流等を変更する切り替えスイッチを設けてもよい。さらに、上記実施の形態では、盤内及び吸熱側ヒートシンクの設定温度によってペルチェユニット２０への電力の供給を止めるに当たり、盤内及び吸熱側ヒートシンクにおける検出温度がその設定温度に近付くにつれて電力の供給量を段階的に制御しており、この制御を、検出温度が設定温度より３℃高い状態まではペルチェユニット２０を定格運転させ、検出温度と設定温度との差が３℃を下回るようになればペルチェ素子１５に定格の８０パーセントの電力を供給するという基準に沿って行っているが、電力供給量の制御方法はこれに限られるものではない。

盤１及び冷却装置１０の機器構成を示す図である。冷却装置１０の構成を模式的に示すブロック図である。冷却装置１００の構成を模式的に示すブロック図である。

符号の説明

１盤
１０冷却装置
１５ペルチェ素子
２０ペルチェユニット
２１放熱側ヒートシンク
２２吸熱側ヒートシンク
１２０直流電源
１２２温度検出器
２２０電源制御部
３２０電源制御部

Claims

ペルチェ素子を利用した盤用冷却装置において、前記ペルチェ素子の吸熱側ヒートシンクの表面温度を常にその周囲の空気の露点温度以上になるように制御したことを特徴とする盤用冷却装置。
盤内の温度を検出する盤内温度検出部を備え、当該盤内温度検出部で検出された盤内の温度が一定温度以下のときには、前記ペルチェ素子への電源の供給を停止することを特徴とする請求項１に記載の盤用冷却装置。
盤内の温度を検出する盤内温度検出部を備え、当該盤内温度検出部で検出された盤内温度に基づいて、前記盤用冷却装置の運転を制御する電源制御部を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の盤用冷却装置。
前記ペルチェ素子の吸熱側ヒートシンクの表面温度を検出する温度検出部をさらに設け、当該温度検出部にて検出された吸熱側ヒートシンクの表面温度に基づいて前記ペルチェ素子への駆動電圧を制御することを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の盤用冷却装置。