JP2010226000A - ペルチェ式冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ファンを大型化させることなく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。
【解決手段】
【０００６】ペルチェ素子２の両側に、ヒートシンク１及びファン３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３の中心を、ヒートシンク１の中心から偏位させた。ファン３の中心は風速が小さいが、本発明によればファン３の外周部分の風速の大きい部分をヒートシンク１の中心に位置させることができ、冷却能力を高めることができる。
【選択図】図２

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。

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。

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。

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。

特開２００８−１４１０８９号公報

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。

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。

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。

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。

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。

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。

従来技術の説明図である。 本発明の基本原理の説明図である。 空気の流入方向を示す説明図である。 空気流の方向が規制された場合の説明図である。 空気流の方向が規制された場合の説明図である。 本発明のより具体的な実施形態を示す外観斜視図である。 本発明の実施形態を示す説明図である。 図５のカバーを外した状態の外観斜視図である。 要部の斜視図である。 要部の側面図である。 要部の平面図である。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

Claims (4)

1. 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ペルチェ式冷却装置。
2. 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たことを特徴とする請求項１記載のペルチェ式冷却装置。
3. 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たことを特徴とする請求項１記載のペルチェ式冷却装置。
4. 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たことを特徴とする請求項１記載のペルチェ式冷却装置。