JP2005183676A - Electronic cooling unit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はペルチェ効果や熱電子のトンネル効果などによって機能する熱電変換デバイスを利用し、マルチプロセッサを搭載したコンピュータなど複数の発熱体を備える機器を冷却する電子冷却ユニットに関するものである。 The present invention relates to an electronic cooling unit that uses a thermoelectric conversion device that functions by a Peltier effect, a thermoelectron tunnel effect, or the like, and cools a device including a plurality of heating elements such as a computer equipped with a multiprocessor.
近年、ペルチェ効果によって機能する熱電変換デバイスを利用した電子冷却ユニットが使用されている。 In recent years, electronic cooling units using thermoelectric conversion devices that function by the Peltier effect have been used.
従来のこの種の電子冷却ユニットとしては、例えば、特許文献1に開示されているものがあった。
As this type of conventional electronic cooling unit, for example, there is one disclosed in
以下、図面を参照しながら上記従来の熱交換器について説明する。 Hereinafter, the conventional heat exchanger will be described with reference to the drawings.
図7は従来の電子冷却ユニットの断面図である。図7に示すように、電子冷却ユニット1は、熱電モジュール2と放熱器3と冷却ブロック4と冷却板5と枠体6とからなる。
FIG. 7 is a cross-sectional view of a conventional electronic cooling unit. As shown in FIG. 7, the
熱電モジュール2は、直流電流を流すとペルチェ効果によって吸熱面2aが冷却され、放熱面2bが加熱される。放熱器3は、基板3aと基板3a上に設けられた複数のフィン3bとからなる。また、放熱器3は基板3aのフィン3bを備えた側と反対の面で熱電モジュール2の放熱面2bと密着されている。
In the
冷却ブロック4は、熱電モジュール2の吸熱面2aと密着されている。冷却板5は、冷却ブロック4の熱電モジュール2と密着した側と反対の面と密着されている。枠体6は、放熱器3と冷却板5を保持する。また、枠体6は、放熱器3と冷却板5とによって空間を形成し、その中に熱電モジュール2と冷却ブロック4を内包する。
The
以上のように構成された従来の電子冷却ユニットを、2個の発熱体を備える機器の冷却に使用する場合の一例を図8に示す。 An example in the case of using the conventional electronic cooling unit comprised as mentioned above for cooling of the apparatus provided with two heat generating bodies is shown in FIG.
図8に示すように、プロセッサ7a,7bは、それぞれコア発熱部8a,8b、また、端子群9a,9bとを備える。ソケット10a,10bは回路基板11上に設けられ、それぞれプロセッサ7a,7bが端子群9a,9bを介して取り付けられている。
As shown in FIG. 8, the
ここで2個の従来の電子冷却ユニット1a,1bを、一つの冷却板5で一体化し、冷却板5をコア発熱部8a,8bに密着させている。そして、熱電モジュール2に直流電流を流すことで生じるペルチェ効果によって吸熱面2aが冷却され、冷却ブロック4と冷却板5を介して、プロセッサ7a,7bが冷却されている。
しかしながら上記従来の構成では、発熱体(コア発熱部8a,8b)の個数に応じて電子冷却ユニット1a,1bが必要であり、それを構成する熱電モジュール2、放熱器3や枠体6も発熱体の個数分が必要となり高価であるという課題を有していた。
However, in the above conventional configuration, the
また、冷却板5が発熱体に比べて大きく、特に複数の発熱体を冷却する場合には、冷却板5で発熱体と接する部分以外からの吸熱ロスが大きく、冷却効率を低下させるだけでなく、広範囲で結露水が発生する等の課題も有していた。
In addition, the
本発明は、従来の課題を解決するもので、簡易な構造で安価であり、同時に冷却効率の高い電子冷却ユニットを提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the conventional problems, and to provide an electronic cooling unit that has a simple structure, is inexpensive, and at the same time has high cooling efficiency.
上記目的を達成するために本発明の電子冷却ユニットは、熱電変換デバイスの吸熱面と熱的に接続された冷却ブロックに、前記冷却ブロックの他の面より突出した冷却面を複数設けている。これにより、一つの電子冷却ユニットで複数の発熱体を同時に冷却することができる。 In order to achieve the above object, the electronic cooling unit of the present invention is provided with a plurality of cooling surfaces protruding from the other surfaces of the cooling block in the cooling block thermally connected to the heat absorption surface of the thermoelectric conversion device. Thereby, a several heat generating body can be cooled simultaneously with one electronic cooling unit.
本発明によれば、一つの電子冷却ユニットで複数の発熱体を同時に冷却することができる。 According to the present invention, a plurality of heating elements can be simultaneously cooled by one electronic cooling unit.
本発明の請求項1に記載の電子冷却ユニットの発明は、吸熱面と放熱面を持つ熱電変換デバイスと、前記放熱面と熱的に接続された放熱器と、前記吸熱面と熱的に接続された冷却ブロックとからなり、前記冷却ブロックに前記冷却ブロックの他の面より突出した冷却面を複数設けたものであり、これにより一つの電子冷却ユニットで複数の発熱体を同時に冷却することができる。
The invention of the electronic cooling unit according to
また、請求項2に記載の電子冷却ユニットの発明は、請求項1に記載の発明に加えて、冷却ブロックを略内包する枠体を備え、冷却面が枠体から露出したものであり、これにより不要な冷却面以外からの吸熱を防ぐことで、冷却効率を高くすることができる。
Further, the invention of the electronic cooling unit according to
また、請求項3に記載の電子冷却ユニットの発明は、請求項2に記載の発明における放熱器が枠体に保持され、前記放熱器と前記枠体によって囲まれた空間に冷却ブロックと熱電変換デバイスが内包されたものであり、これにより、電子冷却ユニットを強固にできる。 According to a third aspect of the present invention, there is provided the electronic cooling unit according to the second aspect, wherein the radiator according to the second aspect is held by a frame, and a cooling block and a thermoelectric conversion are provided in a space surrounded by the radiator and the frame. The device is included, and thus the electronic cooling unit can be strengthened.
また、請求項4に記載の電子冷却ユニットの発明は、請求項1に記載の発明において、複数の冷却面からの距離がほぼ等しい位置に熱電変換デバイスを設けたものであり、これにより、複数の冷却面の冷却能力をほぼ等しくできる。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the electronic cooling unit according to the first aspect, wherein the thermoelectric conversion device is provided at a position where the distances from the plurality of cooling surfaces are substantially equal. The cooling capacity of the cooling surface can be substantially equal.
また、請求項5に記載の電子冷却ユニットの発明は、請求項1に記載の発明において、冷却ブロックの内部に流体を封入したものであり、これにより、流体の対流によって冷却ブロックにおける熱伝導を促進し、冷却効率を高めることができる。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided an electronic cooling unit according to the first aspect of the present invention, wherein a fluid is enclosed inside the cooling block, whereby heat conduction in the cooling block is achieved by convection of the fluid. It can promote and increase the cooling efficiency.
また、請求項6に記載の電子冷却ユニットの発明は、請求項5に記載の発明において、ヒートパイプによって冷却ブロックの内部に流体を封入したものであり、これにより、流体の封入を容易にすることができる。 According to a sixth aspect of the present invention, there is provided an electronic cooling unit according to the fifth aspect of the present invention, wherein a fluid is enclosed in the cooling block by a heat pipe, thereby facilitating the encapsulation of the fluid. be able to.
また、請求項7に記載の電子冷却ユニットの発明は、請求項3に記載の発明において、放熱器と枠体との接続面の一部に密封体を設けたものであり、これにより、電子冷却ユニットの機密性を高めて、熱電変換デバイスの水分腐食を防ぎ、寿命を延ばすことができる。 According to a seventh aspect of the present invention, there is provided an electronic cooling unit according to the third aspect of the present invention, wherein a sealing body is provided on a part of the connection surface between the radiator and the frame. The confidentiality of the cooling unit can be increased to prevent moisture corrosion of the thermoelectric conversion device and extend the life.
また、請求項8に記載の電子冷却ユニットの発明は、請求項2に記載の発明において、枠体と冷却ブロックの間に隙間を設けたものであり、これにより枠体と冷却ブロックの間の断熱性能を高めるとともに、熱電変換デバイスや冷却ブロックの自由度を高め、熱電変換デバイスに生じる熱応力を吸収して寿命を延ばすことができる。
Further, the invention of the electronic cooling unit according to claim 8 is the invention according to
また、請求項9に記載の電子冷却ユニットの発明は、請求項8に記載の発明において、冷却ブロックと枠体との隙間で、露出した冷却面の周囲に弾性体を設けたものであり、これにより熱電変換デバイスや冷却ブロックの自由度を高めるとともに、各密着部の加圧力を一定として冷却能力を安定させることができる。 Further, the invention of the electronic cooling unit according to claim 9 is the invention according to claim 8, wherein an elastic body is provided around the exposed cooling surface in the gap between the cooling block and the frame, Thereby, while improving the freedom degree of a thermoelectric conversion device or a cooling block, the pressurizing force of each contact part can be made constant and cooling capacity can be stabilized.
以下、本発明の実施の形態について、図1から図6を用いて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS.
図1は、本発明の実施の形態1の電子冷却ユニットの断面図、図2は、同実施の形態の電子冷却ユニットの底面図である。 FIG. 1 is a cross-sectional view of the electronic cooling unit according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a bottom view of the electronic cooling unit according to the first embodiment.
図1と図2において、熱電変換デバイス12は、直流電流を流すとペルチェ効果によって吸熱面12aが冷却され、放熱面12bが加熱される。放熱器13は、基板13aと基板13a上に設けられた複数のフィン13bとからなる。また、放熱器13は基板13aのフィン13bを備えた側と反対の面で熱電モジュール12の放熱面12bと密着されている。
1 and 2, when a direct current is applied to the
冷却ブロック14は、熱電モジュール12の吸熱面12aと密着されている。冷却面15a,15bは、冷却ブロック14の吸熱面12aと対向する側で周囲より突出して設けられる。枠体16は、放熱器13を保持し、放熱器13とによって空間を形成し、その中に熱電モジュール12と冷却ブロック14を内包するとともに、枠体16には開口部16a,16bを設け、そこから冷却面15a,15bが露出している。
The
ヒートパイプ17は冷却ブロック14の内部に挿入され、冷却面15a,15bの近傍まで伸びている。密封体18は、放熱器13と枠体16の接触部に設けられるもので、具体的にはシール材やオーリングなどが利用できる。冷却ブロック14と枠体16の隙間には、それぞれ冷却面15a,15bの周囲に弾性体19a,19bが設けられる。弾性体19a,19bは、具体的にはスプリングやオーリングなどが利用できる。
The
以上のように構成された電子冷却ユニットを、2個の発熱体を備える機器の冷却に使用する場合の一例を図3に示す。 An example in the case of using the electronic cooling unit comprised as mentioned above for cooling of the apparatus provided with two heat generating bodies is shown in FIG.
図3に示すように、プロセッサ7a,7bは、それぞれコア発熱部8a,8b、また、端子群9a,9bとを備える。回路基板11上に設けられたソケット10a,10bには、それぞれプロセッサ7a,7bが端子群9a,9bを介して取り付けられている。これらは図8の構成と同じものである。
As shown in FIG. 3, each of the
そして、熱電モジュール12に直流電流を流すことで生じるペルチェ効果によって吸熱面12aが冷却され、冷却ブロック14からヒートパイプ17を経て、冷却面15a,15bを介してプロセッサ7a,7bが均等に冷却される。すなわち一つの電子冷却ユニットで複数のプロセッサ7a,7bを同時に効率よく冷却することができる。
Then, the
以上のように本実施の形態の熱交換器は、吸熱面12aと放熱面12bを持つ熱電変換デバイス12と、放熱面12bと熱的に接続された放熱器13と、吸熱面12aと熱的に接続された冷却ブロック14とからなり、冷却ブロック14に冷却ブロック14の他の面より突出した冷却面15a,15bを複数設けることにより、一つの電子冷却ユニットで複数のプロセッサ7a,7bを同時に冷却することができる。
As described above, the heat exchanger of the present embodiment includes the
また、冷却ブロック14を略内包する枠体16を備え、冷却面15a,15bが枠体16から露出したことにより、不要な冷却面以外からの吸熱を防ぐことで、冷却効率を高くすることができる。
In addition, since the
また、放熱器13が枠体16に保持され、放熱器13と枠体16によって囲まれた空間に冷却ブロック14と熱電変換デバイス12が内包されることにより、電子冷却ユニットを強固にできる。
Further, the
また、複数の冷却面15a,15bからの距離がほぼ等しい位置に熱電変換デバイス12を設けることにより、複数の冷却面15a,15bの冷却能力をほぼ等しくできる。
Further, by providing the
また、冷却ブロック14の内部に流体をヒートパイプによって封入したことにより、流体の対流によって冷却ブロック14における熱伝導を促進して冷却効率を高めるとともに、ヒートパイプを使用することで流体の封入を容易にできる。
Further, by enclosing the fluid inside the
また、放熱器13と枠体16との接続面の一部に密封体18を設けることにより、電子冷却ユニットの機密性を高めて、熱電変換デバイス12の水分腐食を防ぎ、寿命を延ばすことができる。
Further, by providing the sealing
また、枠体16と冷却ブロック14の間に隙間を設けることにより、枠体16と冷却ブロック14の間の断熱性能を高めるとともに、熱電変換デバイス12や冷却ブロック14の自由度を高め、熱電変換デバイス12に生じる熱応力を吸収して寿命を延ばすことができる。
Further, by providing a gap between the
また、冷却ブロック14と枠体16との隙間で、露出した冷却面15a,15bの周囲に弾性体19a,19bを設けることにより、熱電変換デバイス12や冷却ブロック14の自由度を高めるとともに、各密着部の加圧力を一定として冷却能力を安定させることができる。
Further, by providing
なお本発明の実施の形態1では、ヒートパイプ17によって冷却ブロック14の内部に流体を封入したが、図4に示す実施の形態2の電子冷却ユニットのように冷却ブロック14の内部に空間14’を設け、流体を直接封入しても良い。
In the first embodiment of the present invention, the fluid is sealed inside the
また、本発明の実施の形態1では、冷却ブロック14の内部に流体を封入したが、図5に示す実施の形態3の電子冷却ユニットのように流体を封入しなくても良い。
Further, in
さらに、本発明の実施の形態1では、熱電変換デバイス12を一つ使用したが、図6に示す実施の形態4の電子冷却ユニットのように熱電変換デバイス12を複数使用しても良い。
Furthermore, in
また、本発明の実施の形態1では、熱電変換デバイス12はペルチェ効果を利用したものと記したが、熱電子のトンネル効果など他の効果を使用したものでも良いことは言うまでもない。
In the first embodiment of the present invention, the
本発明の電子冷却ユニットは、一つの電子冷却ユニットで複数の発熱体を同時に冷却することができるので、マルチプロセッサを搭載したコンピュータなど複数の発熱体を備える機器等の冷却の用途にも適用できる。 Since the electronic cooling unit of the present invention can simultaneously cool a plurality of heating elements with a single electronic cooling unit, it can also be applied to cooling applications such as a computer having a plurality of heating elements such as a computer equipped with a multiprocessor. .
12 熱電変換デバイス
12a 吸熱面
12b 放熱面
13 放熱器
14 冷却ブロック
15a,15b 冷却面
16 枠体
17 ヒートパイプ
18 密封体
19a,19b弾性体
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