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公開番号2024179811
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-12-26
出願番号2023098960
出願日2023-06-16
発明の名称密閉構造体用冷却装置
出願人中部抵抗器株式会社
代理人個人
主分類F28D 15/02 20060101AFI20241219BHJP(熱交換一般)
要約【課題】外気とペルチェ素子とで密閉構造体の内気を冷却する冷却装置において、ヒートパイプの管壁の熱伝導に起因するペルチェ素子の冷却効率の低下を生じさせない。
【解決手段】冷却装置2Aは、a)内気流通部3に設けられる第1受熱フィン11と、ペルチェ素子4Aの吸熱面に熱的に接触する第1伝熱ブロック12と、これらに熱接合される第1ヒートパイプ13とを含む第1のヒートパイプユニット10、b)ペルチェ素子4Aの放熱面に熱的に接触する第2伝熱ブロック21と、外気流通部5に設けられる第2放熱フィン22と、これらに熱接合される第2ヒートパイプ23とを含む第2のヒートパイプユニット20、および、c)内気流通部3に設けられる第3受熱フィン31と、外気流通部5に設けられる第3放熱フィン32と、これらに熱接合される第3ヒートパイプ33とを含む第3のヒートパイプユニット30、を有するものとして構成した。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
密閉構造体の内気を冷却するための密閉構造体用冷却装置であって、
内気流通部に設けられる第１受熱フィンと、ペルチェ素子の吸熱面に熱的に接触する第１伝熱ブロックと、これらに一体的に熱接合される第１ヒートパイプとを含む第１のヒートパイプユニット、
ペルチェ素子の放熱面に熱的に接触する第２伝熱ブロックと、外気流通部に設けられる第２放熱フィンと、これらに一体的に熱接合される第２ヒートパイプとを含む第２のヒートパイプユニット、
および、内気流通部に設けられる第３受熱フィンと、外気流通部に設けられる第３放熱フィンと、これらに一体的に熱接合される第３ヒートパイプとを含む第３のヒートパイプユニット
を有することを特徴とする密閉構造体用冷却装置。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
内気流通部に設けられる上記の第１受熱フィンと第３受熱フィンとが、上記の第１ヒートパイプと第３ヒートパイプとの双方に熱接合する一体の内気側受熱フィンであることを特徴とする請求項１に記載の密閉構造体用冷却装置。
【請求項３】
上記の第１ヒートパイプと第３ヒートパイプとが、互いに一体となった受熱管部分を下部に有していて、
当該受熱管部分が上記の内気側受熱フィンに熱接合され、
当該受熱管部分の上方に分岐部を有し、当該分岐部の先に上記の第１ヒートパイプと第３ヒートパイプとが分かれて延び、それぞれが、上記分岐部よりも上方にある上記の第１伝熱ブロックおよび第３放熱フィンに熱接合されている
ことを特徴とする請求項２に記載の密閉構造体用冷却装置。
【請求項４】
上記の第１ヒートパイプと第３ヒートパイプとが、互いに一体となった受熱管部分を下部に有していて、
当該受熱管部分が上記の内気側受熱フィンに熱接合され、
当該受熱管部分の上方に分岐部を有し、当該分岐部の先に上記の第１ヒートパイプと第３ヒートパイプとが分かれて延び、それぞれが、上記分岐部よりも下方にある上記の第１伝熱ブロックと、上記分岐部よりも上方にある第３放熱フィンとに熱接合されていて、
上記の第１伝熱ブロックに熱接合された上記の第１ヒートパイプの下端が、上記の内気側受熱フィンと熱接合された上記受熱管部分の下端と連通されている
ことを特徴とする請求項２に記載の密閉構造体用冷却装置。
【請求項５】
上記の内気側受熱フィンが、上記の第１伝熱ブロックの側方の位置に配置されていることを特徴とする請求項４に記載の密閉構造体用冷却装置。
【請求項６】
上記の第３ヒートパイプにおける上記第３放熱フィンの下端部と、上記の第１ヒートパイプにおける上記第１伝熱ブロックの上端部との間が、それらのヒートパイプに沿って、各ヒートパイプの外径の１０倍以上の距離だけ離れていることを特徴とする請求項４または５に記載の密閉構造体用冷却装置。
【請求項７】
上記のペルチェ素子への電流の向きが変更可能であることにより、密閉構造体の内気を加熱することが可能であることを特徴とする請求項４または５に記載の密閉構造体用冷却装置。
【請求項８】
上記した第１～第３のヒートパイプユニットを略同一の平面内に含むヒートパイプユニット群が、略同一の高さに略平行に複数組み付けられていることを特徴とする請求項１～５のいずれかに記載の密閉構造体用冷却装置。
【請求項９】
上記した第１～第３のヒートパイプユニットを略同一の平面内に含むヒートパイプユニット群が、略同一の高さに略平行に複数組み付けられているとともに、隣接するヒートパイプユニット群の間で上記の分岐部同士が連通されていることを特徴とする請求項３～５に記載の密閉構造体用冷却装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、発熱する電子機器類を内部に有する筐体等の密閉構造体につき、内気（内部の空気）を冷却するための密閉構造体用冷却装置に関するものである。
続きを表示（約 3,300 文字）【背景技術】
【０００２】
密閉構造体の内気を冷却する装置として下記の特許文献１に記載のものがある。同文献１には図９の構成が示されており（図中の大きめの文字による符号とそれへの引出し線は本件明細書での説明用に追記した）、冷却装置２’が、密閉構造体１’の内気をヒートパイプ８１とペルチェ素子８２、および外気を用いて冷却する。すなわち、内気流通部８３から外気流通部８４にかけてヒートパイプ８１を取り付け、内気流通部８３においてそのヒートパイプ８１に受熱部８５を設ける一方、外気流通部８４において、同じヒートパイプ８１の上端部と中ほどの部分とにそれぞれ第１および第２の放熱部８６・８７を設けている。第１放熱部８６は、ファンを用いてヒートパイプ８１を外気で冷却する部分であり、第２放熱部８７は、ヒートパイプ８１にペルチェ素子８２の吸熱面を熱的に接触させた部分である。そのペルチェ素子８２の放熱面は、上記とは別のファンによって冷却している。ヒートパイプ８１内の作動液は、受熱部８５で受け取った熱量を第２放熱部８７および第１放熱部８６において外気に放出するため、密閉構造体１’の内気を冷却することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２００８－２０３２１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の冷却装置２’には、下記の点で改善の余地があると考えられる。すなわち、
・第１および第２の放熱部８６・８７を同時に機能させる場合、第１放熱部８６に熱的に接触しているヒートパイプの表面温度は、第２放熱部８７でペルチェ素子８２の吸熱面（低温面）と熱的に接触しているヒートパイプの表面温度よりも高くなる。そのため、第１放熱部８６からペルチェ素子８２の吸熱面に向けてヒートパイプ８１の管壁の熱伝導による伝熱が生じ、その伝熱量の分だけペルチェ素子８２による密閉構造体の内気を冷却する能力が低下する。一般的なヒートパイプの管壁材料としては熱伝導の高い銅、アルミ等の金属が使用されるため、この熱伝導の影響によるペルチェ素子８２の冷却効率の低下は無視できない。
・ヒートパイプ８１に沿って設けられた上記の第１放熱部８６および第２放熱部８７が、密閉構造体１’の壁面に沿った外気流通部８４の上下に配置されていて、それぞれの放熱部８６・８７にファンを設けて冷却風を導入しているため、ファンおよび通風部のスペースが大きくなり、装置が大型化しがちである。
【０００５】
本発明は上記の点を考慮して、ヒートパイプの管壁の熱伝導に起因するペルチェ素子の冷却効率の低下を生じさせない等の利点を有する、改善された冷却装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、密閉構造体の内気を冷却するための密閉構造体用冷却装置であって、
a) 内気流通部に設けられる第１受熱フィンと、ペルチェ素子の吸熱面に熱的に接触する第１伝熱ブロックと、これらに一体的に熱接合（伝熱可能に接合することをいう。以下同様）される第１ヒートパイプとを含む第１のヒートパイプユニット、
b) ペルチェ素子の放熱面に熱的に接触する第２伝熱ブロックと、外気流通部に設けられる第２放熱フィンと、これらに一体的に熱接合される第２ヒートパイプとを含む第２のヒートパイプユニット、および、
c) 内気流通部に設けられる第３受熱フィンと、外気流通部に設けられる第３放熱フィンと、これらに一体的に熱接合される第３ヒートパイプとを含む第３のヒートパイプユニット
を有することを特徴とする。
なお、上記において、受熱フィン、伝熱ブロック、ヒートパイプおよび放熱フィンのそれぞれには、ヒートパイプユニットの番号（第１～第３）に合わせて番号付けしている。したがって各名称中の番号は連番とはなっておらず、「第１放熱フィン」「第２受熱フィン」の名は上記説明中にない。
本発明による冷却装置の一例を図１に示している。図示の冷却装置２Ａは、密閉構造体１の内気を冷却する装置であって、上記a)～c)に該当する各ヒートパイプユニット１０・２０・３０を有している。
【０００７】
上記発明によると、
・第１のヒートパイプユニットにおいて、第１ヒートパイプにより内気からペルチェ素子の吸熱面に熱輸送されるため、内気がペルチェ素子によって冷却される。
・第２のヒートパイプユニットにおいて、第２ヒートパイプによりペルチェ素子の放熱面が外気で冷却される。
・第３のヒートパイプユニットにおいて、第３ヒートパイプにより内気が外気で冷却される。
そして上記の構成では、内気流通部の第１受熱フィンに熱接合された第１ヒートパイプの上端はペルチェ素子（第１伝熱ブロック）との接触部分にとどまり、外気流通部にまでは延伸していない。内気流通部の第３受熱フィンから外気流通部の第３放熱フィンにまで延びているのは、第１ヒートパイプとつながっていない第３ヒートパイプであり、これにペルチェ素子は熱接合されていない。そのため、ペルチェ素子による内気冷却と外気による内気冷却とを同時に実施しても、外気流通部からペルチェ素子の冷却面への伝熱が生じない。したがって、ペルチェ素子が冷却し得る熱量の全てが内気の冷却に利用でき、ペルチェ素子による内気の冷却効率の低下が生じない。
なお、ペルチェ素子は、ヒートポンプに比べて冷却性能が低く、冷却効率が極めて低いので、上記のような伝熱を生じさせないことは、ペルチェ素子の冷却性能を内気冷却に有効に利用するために重要である。その点は、ひいてはペルチェ素子の使用電力の低減にも大きく寄与するので、省エネ運転を可能にするともいえる。
【０００８】
上記発明の冷却装置においては、さらに、内気流通部に設けられる上記の第１受熱フィンと第３受熱フィンとが、上記の第１ヒートパイプと第３ヒートパイプとの双方に熱接合する一体の内気側受熱フィンであると好ましい。
たとえば、図１の装置では第１受熱フィン１１と第３受熱フィン３１とが分離した別々のものであるが、両者を一体にした共通の受熱フィンにするわけである。
【０００９】
第１受熱フィンと第３受熱フィンとが、上記のように第１ヒートパイプと第３ヒートパイプとの双方に熱接合する一体の内気側受熱フィンであるなら、ペルチェ素子による冷却か外気による冷却かの単独での運転をする際、受熱フィンの有効伝熱表面積を（図１に示した例よりも）実質上拡大して使用することができ、それぞれの冷却性能を向上できる。
【００１０】
発明の冷却装置においてさらに、
上記の第１ヒートパイプと第３ヒートパイプの下方の一部が、互いに一体となった受熱管部分を有していて、
当該受熱管部分が上記の内気側受熱フィン（上記のとおり第１受熱フィンと第３受熱フィンとが一体になったもの）に熱接合され、
当該受熱管部分の上方に分岐部があり、当該分岐部の先に上記の第１ヒートパイプと第３ヒートパイプとが分かれて延び、それぞれが、上記分岐部よりも上方にある上記の第１伝熱ブロックおよび第３放熱フィンに熱接合されている
との構成をとるのも好ましい。
こうした冷却装置の一例を図４に示す。図示の冷却装置２Ｂでは、上記第１・第３のヒートパイプユニット１０・３０における第１ヒートパイプ１３と第３ヒートパイプ３３とについて、下方の一部が、一体の受熱管部分４３を形成し、その受熱管部分４３が内気側受熱フィン４１に熱接合されている。第２のヒートパイプユニット２０については、上述の（図１の）構成と変わりがない。
（【００１１】以降は省略されています）

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