JP2010226000A - Peltier type cooling device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電子機器収納用キャビネット等に取り付けてキャビネット内部の温度上昇を抑制するペルチェ式冷却装置の改良に関するものである。 The present invention relates to an improvement in a Peltier cooling device that is attached to an electronic equipment storage cabinet or the like to suppress a temperature rise inside the cabinet.
電子機器収納用キャビネット等の冷却手段として、ペルチェ素子を利用したペルチェ式冷却装置が従来から用いられている。このペルチェ式冷却装置は、本出願人の特許文献１に示されるように、ペルチェ素子の両側（放熱側と吸熱側）に、フィンを備えたヒートシンク及びファンをそれぞれ配置したものである。ペルチェ素子を利用したペルチェ式冷却装置においては、吸熱側に比べて放熱側により大きな熱交換能力が要求される。このため放熱側のファンには、吸熱側のファンの２倍程度の送風能力を持たせておくのが普通である。 Conventionally, a Peltier type cooling device using a Peltier element has been used as a cooling means for an electronic equipment storage cabinet or the like. In this Peltier cooling device, as shown in Patent Document 1 of the present applicant, a heat sink and a fan provided with fins are respectively arranged on both sides (a heat radiating side and a heat absorbing side) of the Peltier element. In a Peltier-type cooling device using a Peltier element, a larger heat exchange capacity is required on the heat dissipation side than on the heat absorption side. For this reason, it is normal for the heat-dissipation side fan to have an air blowing capacity about twice that of the heat-absorption side fan.
従来、ファンはヒートシンクの略中央に配置されており、ヒートシンクに沿って空気を吸引または排出するものである。ところがこのようなファンは回転軸の中心部はモータがあり羽根が存在しないために風速も低くなり、その部分ではファンの外周部分に比べて熱交換能力が低下することが避けられない。 Conventionally, the fan is disposed at the approximate center of the heat sink and sucks or discharges air along the heat sink. However, such a fan has a motor at the center of the rotating shaft and no blades, so the wind speed is low, and it is inevitable that the heat exchanging capacity at that portion is lower than the outer peripheral portion of the fan.
特に図１に示すようにヒートシンク１に複数枚のペルチェ素子２を均等に接合し、そのヒートシンク１の中心にファン３を配置した場合には、ファン３の風速が小さいヒートシンク１の中心部に熱が集中し易いという問題がある。この問題を解決する手段の１つとしてファン３を大型化して風量を増加させることが一定の効果があると考えられるが、ヒートシンク１の中心部にファン３の羽根が存在しないために風速も低いという点では変わりない上、ファンの大型化はペルチェ式冷却装置の大型化を招き、消費電力も増加するという別の問題を生じる。この問題は、特にペルチェ式冷却装置の放熱側において顕著に現れる。 In particular, as shown in FIG. 1, when a plurality of Peltier elements 2 are evenly joined to the heat sink 1 and the fan 3 is arranged at the center of the heat sink 1, heat is applied to the center of the heat sink 1 where the wind speed of the fan 3 is low. There is a problem that it is easy to concentrate. As one means for solving this problem, it can be considered that increasing the air volume by increasing the size of the fan 3 has a certain effect. However, since there is no blade of the fan 3 at the center of the heat sink 1, the air speed is low. In addition, the increase in the size of the fan leads to an increase in the size of the Peltier cooling device, which causes another problem that the power consumption increases. This problem is particularly noticeable on the heat dissipation side of the Peltier cooling device.
本発明は上記した従来の問題点を解決し、ヒートシンクに効果的にファンを配置することにより、ペルチェ素子による冷却能力を向上させることができるペルチェ式冷却装置を提供することを目的とするものである。 An object of the present invention is to provide a Peltier-type cooling device that solves the above-described conventional problems and that can effectively improve the cooling performance of the Peltier element by arranging a fan effectively on a heat sink. is there.
上記の課題を解決するためになされた本発明は、ペルチェ素子の両側に、ヒートシンク及びファンをそれぞれ配置したペルチェ式冷却装置において、少なくとも一方のファンの中心を、ヒートシンクの中心から偏位させたことを特徴とするものである。 The present invention made in order to solve the above-mentioned problem is that the center of at least one fan is deviated from the center of the heat sink in the Peltier cooling device in which the heat sink and the fan are respectively arranged on both sides of the Peltier element. It is characterized by.
なお請求項２に記載のように、ファンの中心をヒートシンクへの空気流入方向と平行な方向に偏位させることが好ましい。また請求項３に記載のように、ファンの中心をペルチェ式冷却装置が組み込まれた冷却装置筺体の通気口の方向に偏位させることが好ましい。さらに請求項４に記載のように、ファンを偏位させた側のヒートシンクの正面をプレートで覆い、プレートから延びる庇部を、ペルチェ式冷却装置が組み込まれた冷却装置筺体の通気口の方向に突出させることが好ましい。 As described in claim 2, it is preferable to deviate the center of the fan in a direction parallel to the air inflow direction to the heat sink. Further, as described in claim 3, it is preferable that the center of the fan is displaced in the direction of the vent of the cooling device housing in which the Peltier cooling device is incorporated. Furthermore, as described in claim 4, the front surface of the heat sink on the side where the fan is displaced is covered with a plate, and the flange extending from the plate is directed in the direction of the vent of the cooling device housing in which the Peltier cooling device is incorporated. It is preferable to make it protrude.
本発明によれば、ファンの中心をヒートシンクの中心から偏位させることにより、ファンの外周部分の風速の大きい部分をヒートシンクの中心に位置させることができる。これによって同じ能力を持つファンであっても、従来よりも冷却能力を高めることができる。 According to the present invention, by deviating the center of the fan from the center of the heat sink, the portion of the outer peripheral portion of the fan where the wind speed is high can be positioned at the center of the heat sink. As a result, even a fan having the same capacity can have a higher cooling capacity than the conventional one.
また請求項２のように、ファンの中心をヒートシンクへの空気流入方向と平行な方向に偏位させることによって、冷却能力の向上幅をより増加させることができる。 Further, as described in claim 2, the range of improvement in the cooling capacity can be further increased by shifting the center of the fan in a direction parallel to the air inflow direction to the heat sink.
また請求項３のように、ファンの中心をペルチェ式冷却装置が組み込まれた冷却装置筺体の通気口の方向に偏位させれば、通気口から吸引した空気をヒートシンクの表面に効率よく流すことができる。さらに請求項４に記載のように、ファンを偏位させた側のヒートシンクの正面をプレートで覆い、プレートから延びる庇部を通気口の方向に突出させた構造とすれば、通気口からの空気流の乱れを防止することができる。 Further, as in claim 3, if the center of the fan is displaced in the direction of the vent of the cooling device housing in which the Peltier cooling device is incorporated, the air sucked from the vent can be efficiently flowed to the surface of the heat sink. Can do. Furthermore, as described in claim 4, if the front surface of the heat sink on the side where the fan is displaced is covered with a plate and the flange extending from the plate protrudes in the direction of the vent, the air from the vent Flow disturbance can be prevented.
以下に本発明の実施形態を説明する。
先ず図２を参照しつつ、本発明の基本的な原理を説明する。図２は従来技術を示した図１と同様に、ヒートシンク１に４枚のペルチェ素子２を均等に接合し、そのヒートシンク１に対向させてファン３を配置した状態の説明図であるが、図１とは異なりファン３の中心を、ヒートシンク１の中心から偏位させてある。この図ではその偏位量はファン３の羽根の長さの約半分であり、ファン３の中心は右側のペルチェ素子２の端部付近にあり、ファン３の外周が左側のペルチェ素子２の端部付近にある。なお、本発明の実施形態ではファン３は図３に示すようにヒートシンク１側より空気を吸引し、ファン１の正面側より排気するように取付けられている。
Embodiments of the present invention will be described below.
First, the basic principle of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 2 is an explanatory view showing a state in which four Peltier elements 2 are evenly joined to the heat sink 1 and the fan 3 is disposed so as to face the heat sink 1 in the same manner as FIG. Unlike 1, the center of the fan 3 is deviated from the center of the heat sink 1. In this figure, the amount of deviation is about half of the blade length of the fan 3, the center of the fan 3 is near the end of the right Peltier element 2, and the outer periphery of the fan 3 is the end of the left Peltier element 2. Near the club. In the embodiment of the present invention, the fan 3 is attached so as to suck air from the heat sink 1 side and exhaust air from the front side of the fan 1 as shown in FIG.
ファン３を回転させると図２中に矢印で示すような空気流が発生するが、左右方向の空気流に着目すると、右側のペルチェ素子２にはファン３に向かって吸引される空気流が接触し、図１における右側のペルチェ素子２に対するものとほぼ同様の冷却効果が生ずる。一方、左側のペルチェ素子２にはファン３に向かって吸引される空気流が全幅にわたり接触し、図１における左側のペルチェ素子２に対するよりも大きい冷却効果が生ずる。しかも従来は熱が集中し易かったヒートシンク１の中心部にもファン３の羽根が対向し、多くの風量を供給することができる。なお上下方向に関しては、図１も図２も大差はない。 When the fan 3 is rotated, an air flow as indicated by an arrow in FIG. 2 is generated. When attention is paid to the air flow in the left-right direction, the air flow sucked toward the fan 3 contacts the right Peltier element 2. The cooling effect is almost the same as that for the right Peltier element 2 in FIG. On the other hand, the air flow sucked toward the fan 3 contacts the left Peltier element 2 over the entire width, and a larger cooling effect than that for the left Peltier element 2 in FIG. 1 occurs. In addition, the blades of the fan 3 are also opposed to the central portion of the heat sink 1 where heat has conventionally been easily concentrated, and a large amount of air can be supplied. Note that there is no significant difference between FIG. 1 and FIG.
このため、同一サイズ、同一能力のファン３を使用した場合、図１よりも図２の方がファン３とヒートシンク１との間の熱移動量が増加することとなり、ファンを大型化することなく、従来よりも冷却能力を約５％程度高めることができる。 For this reason, when the fan 3 having the same size and the same capacity is used, the amount of heat transfer between the fan 3 and the heat sink 1 is increased in FIG. 2 than in FIG. 1 without increasing the size of the fan. The cooling capacity can be increased by about 5% compared to the conventional case.
なお、図４のようにヒートシンク１の左右両側に障壁４（ドレンパン・回路基板等）が存在し、空気流の方向が規制される場合には、ファン３の中心を、ヒートシンク１への空気流入方向と平行な方向に偏位させることが好ましい。ここで空気流入方向とは、ヒートシンク１に流入する空気量が多い方向を意味するものであリ、仮に障壁４の隙間より空気が流入することがあっても、主として空気が流入する方向を指すものである。図５に示すように空気流に対して直角方向に偏位させた場合の効果は図４よりも減少する。しかし図５の場合であってもヒートシンク１の中心部にもファン３が対向し、多くの風量を供給することができるため、図１よりも優れた冷却効果を得ることができる。 As shown in FIG. 4, when there are barriers 4 (drain pans, circuit boards, etc.) on both the left and right sides of the heat sink 1 and the air flow direction is restricted, the air flows into the heat sink 1 at the center of the fan 3. It is preferable to deviate in a direction parallel to the direction. Here, the air inflow direction means a direction in which the amount of air flowing into the heat sink 1 is large, and even if air may flow in through the gap of the barrier 4, it mainly refers to the direction in which air flows in. Is. As shown in FIG. 5, the effect of shifting in a direction perpendicular to the airflow is less than that of FIG. However, even in the case of FIG. 5, the fan 3 also faces the central portion of the heat sink 1 and can supply a large amount of air, so that a cooling effect superior to that of FIG. 1 can be obtained.
以下に本発明のより具体的な実施形態を説明する。
図６以下の図面に示すように、この冷却装置はペルチェ素子が組み込まれた冷却ユニット１０を挟んでボディ１１とカバー１２を取り付けたもので、ボディ１１がキャビネットの盤内側（吸熱側）、カバー１２が盤外側（放熱側）となるように設置される。これらのボディ１１とカバー１２との両側面にはスリット状の通気口１３がそれぞれ形成されており、盤内空気や外気を吸引する。
More specific embodiments of the present invention will be described below.
As shown in the drawings in FIG. 6 and subsequent figures, this cooling device is obtained by attaching a body 11 and a cover 12 with a cooling unit 10 in which a Peltier element is incorporated, and the body 11 is a cabinet inner side (heat absorption side), a cover. 12 is installed on the outside of the panel (heat radiation side). Slit-like air vents 13 are formed on both side surfaces of the body 11 and the cover 12 to suck inboard air and outside air.
本発明の冷却装置に組み込まれる冷却ユニット１０は、ペルチェ素子の両側に放熱用ヒートシンク１ａ、放熱側のファン１４及び吸熱用ヒートシンク１ｂ、吸熱側のファン１５をそれぞれ配置したものである。すなわち、ヒートシンク１は放熱用ヒートシンク１ａと吸熱用ヒートシンク１ｂとで構成されていて、その間には、図２に示すような複数枚（４枚）のペルチェ素子を対称位置に配置しており、図６以下に示す冷却ユニット１０は前記略長方形のヒートシンク１を２個併設して略長方形のヒートシンクを備えている。 The cooling unit 10 incorporated in the cooling device of the present invention has a heat sink 1a for heat dissipation, a fan 14 for heat dissipation, a heat sink 1b for heat absorption, and a fan 15 for heat absorption on both sides of the Peltier element. That is, the heat sink 1 is composed of a heat sink 1a for heat dissipation and a heat sink 1b for heat absorption, and a plurality of (four) Peltier elements as shown in FIG. The cooling unit 10 shown below includes two substantially rectangular heat sinks 1 provided with two substantially rectangular heat sinks 1.
図７は本発明の実施形態を模式化して示すものであり、障壁４として回路基板４ａ、ドレンパン４ｂを備えたものであり、空気の空気流入方向には通気口１３が位置していて、放熱側のファン１４はこの空気流入方向と平行な方向にずらせて取り付けてある。すなわちファン１４の中心は、ペルチェ式冷却装置が組み込まれた冷却装置筺体の通気口１３の方向に偏位させてある。ファン１４は通気口１３から外気を吸引し、中心軸の方向に吐出するように取り付けられている。 FIG. 7 schematically shows an embodiment of the present invention, which is provided with a circuit board 4a and a drain pan 4b as the barrier 4, and a vent hole 13 is located in the air inflow direction so that heat is dissipated. The side fan 14 is attached so as to be shifted in a direction parallel to the air inflow direction. That is, the center of the fan 14 is displaced in the direction of the vent 13 of the cooling device housing in which the Peltier cooling device is incorporated. The fan 14 is attached so as to suck outside air from the vent hole 13 and discharge it in the direction of the central axis.
ファン１４を偏位させた側、すなわち放熱側のヒートシンクの正面側はプレート１６で覆われている。この実施形態では放熱側のファン１４に対応する孔部が形成され、２個のファン１４がこのプレート１６に取り付けられている。 The side where the fan 14 is displaced, that is, the front side of the heat sink on the heat dissipation side is covered with a plate 16. In this embodiment, a hole corresponding to the heat-radiating fan 14 is formed, and two fans 14 are attached to the plate 16.
プレート１６の上面には、プレートから延びる庇部１７が設けられている。この庇部１７は冷却装置筺体の通気口１３の方向に突出させてある。このように庇部１７を突出させることにより、空気流を整流する効果を得ることができる。また庇部１７の上面には、電源基板１８や制御基板１９が搭載されている。これによってこれらの電源基板１８や制御基板１９の取り付け面を確保し、これらを一体化した冷却ユニットを構成することができる。なお、庇部は通気口１３側よりヒートシンクに向けて突出させたものであってもよい。 On the upper surface of the plate 16, a flange portion 17 extending from the plate is provided. The flange 17 is projected in the direction of the vent 13 of the cooling device casing. Thus, the effect which rectifies | straightens an airflow can be acquired by making the collar part 17 protrude. A power supply board 18 and a control board 19 are mounted on the upper surface of the flange portion 17. As a result, a mounting surface for the power supply board 18 and the control board 19 can be secured, and a cooling unit in which these are integrated can be configured. In addition, the collar part may protrude toward the heat sink from the vent 13 side.
この実施形態では放熱側のファン１４のみを偏位させたが、吸熱側のファン１５も同様の構造とすることもできる。ただし電源基板１８は過熱を防ぐために盤外側である放熱側に設置しておくものとする。 In this embodiment, only the heat dissipating side fan 14 is displaced, but the heat absorbing side fan 15 can also have the same structure. However, it is assumed that the power supply board 18 is installed on the heat radiating side which is the outside of the panel in order to prevent overheating.
このように構成された冷却装置はキャビネットの筺体に取り付けられ、盤内の冷却を行うことは従来と同様であるが、前述のようにファン１４を大型化することなく、従来よりも冷却能力を高めることができる。 The cooling device configured in this way is attached to the cabinet housing, and cooling the inside of the panel is the same as in the past, but the cooling capacity is increased more than before without increasing the size of the fan 14 as described above. Can be increased.
なお、図６以下の実施形態では冷却装置筺体の通気口１３の方向にファン１４を偏位させたが、ファン１４を偏位させる方向は必ずしも空気流入方向と一致させる必要はない。また図６以下の実施形態では２台の冷却ユニットを配置したが、１台としてもあるいは３台以上とすることもできる。さらに１台の冷却ユニット当たりのペルチェ素子の枚数も適宜増減させることができる。 In the embodiment shown in FIG. 6 and subsequent figures, the fan 14 is displaced in the direction of the vent 13 of the cooling device housing. However, the direction in which the fan 14 is displaced does not necessarily need to coincide with the air inflow direction. In the embodiment shown in FIG. 6 and subsequent figures, two cooling units are arranged. However, the number of cooling units may be one or three or more. Furthermore, the number of Peltier elements per cooling unit can be increased or decreased as appropriate.
１ ヒートシンク
２ ペルチェ素子
３ ファン
４ 障壁
１０ 冷却ユニット
１１ ボディ
１２ カバー
１３ 通気口
１４ 放熱側のファン
１５ 吸熱側のファン
１６ プレート
１７ 庇部
１８ 電源基板
１９ 制御基板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Heat sink 2 Peltier element 3 Fan 4 Barrier 10 Cooling unit 11 Body 12 Cover 13 Ventilation hole 14 Heat-dissipation side fan 15 Heat-absorption side fan 16 Plate 17 Gutter part 18 Power supply board 19 Control board
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