JPH10318624A

JPH10318624A - 電子冷却装置

Info

Publication number: JPH10318624A
Application number: JP9129808A
Authority: JP
Inventors: Motohiro Sakai; 基弘酒井; Bunichi Kitani; 文一木谷; Kazuya Sato; 一也佐藤; Hideo Watanabe; 日出男渡辺
Original assignee: ECO TOUENTEIIONE KK
Current assignee: ECO TOUENTEIIONE KK
Priority date: 1997-05-20
Filing date: 1997-05-20
Publication date: 1998-12-04

Abstract

(57)【要約】【課題】高い冷却効果を有し、装置のコンパクト化と
軽量化が図れ、しかも安価な電子冷却装置を提供する。【解決手段】ペルチェ素子４と、そのペルチェ素子４
の放熱側に設置された放熱フィン５と、その放熱フィン
５の一部と接触する冷却液体１３と、その冷却液体１３
の液面ならびに冷却液体１３から露出している放熱フィ
ン５の部分に風を送る送風手段９とを備え、前記放熱フ
ィン５の表面からの放熱と、前記冷却液体１３の蒸発に
ともなう蒸発潜熱の作用により放熱フィン５を冷却する
ように構成されていることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冷却プレート器な
どとして用いられる電子冷却装置に係り、特に放熱側に
水などの冷却液体を使用した電子冷却装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子冷却装置の放熱手段として、ファン
とフィンを組み合わせた空冷方式と、水を用いた水冷方
式が一般的であり、これらについて今まで種々の提案が
なされている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前記空冷方式は、構造
が簡単であるという特長を有している。しかし空冷方式
は、空気−フィン間の熱コンダクタンスが小さいため、
電子冷却装置で十分な冷却〔極低温の冷却、あるいは
（ならびに）急速冷却〕を行なうには、広い放熱面積を
有する熱導体を用い、しかもファンによる風量も大きく
する必要がある。そのため、装置が大型化し、送風に伴
う騒音などの問題があり、用途が限定されるという欠点
がある。

【０００４】一方、水冷方式は、水の比熱が大きく熱コ
ンダクタンスも大きいため、十分な冷却を行なう用途に
適している。しかし水冷方式は、水を循環させるための
循環系統とポンプ、外気への放熱のためのラジェーター
ならびにファンが必要となり、構造が複雑で、装置が大
型化し重量も重く、また装置のコスト及び消費電力が大
きく経済的な問題がある。

【０００５】本発明は、上記従来技術の欠点を解消し
て、高い冷却効果を有し、装置のコンパクト化と軽量化
が図れ、しかも安価な電子冷却装置を提供することを目
的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明は、ペルチェ素子と、そのペルチェ素子の放
熱側に設置された放熱フィンと、その放熱フィンの一部
と接触する例えば水からなる冷却液体と、その冷却液体
の液面ならびに冷却液体から露出している放熱フィンの
部分に風を送る例えば送風ファンなどからなる送風手段
とを備えている。そして前記放熱フィンの表面からの放
熱と、前記冷却液体の蒸発にともなう蒸発潜熱の作用に
より放熱フィンを冷却するように構成されていることを
特徴とするものである。

【０００７】

【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態を図とと
もに説明する。図１ないし図４は本発明の第１の実施の
形態を説明するための図で、図１は電子冷却装置の平面
図、図２は図１Ｘ−Ｘ線上の断面図、図３は図１Ｙ−Ｙ
線上の断面図、図４は制御ブロック図である。

【０００８】この実施の形態は例えばケーキ、料理、食
材、試料、薬品などの冷却状態を保持する卓上冷却プレ
ート器として用いる例を示しており、ケーシング１の上
面部には所定の広さと厚みを有するアルミニウム、ステ
ンレス鋼、銅などの熱伝導性の良い金属からなる冷却プ
レート２が設置されている。

【０００９】冷却プレート２の下面には、アルミニウム
からなる吸熱側熱導体３を介してペルチェ素子４が設置
されている。ペルチェ素子４は図示していないが吸熱側
電極と、放熱側電極と、その両電極間に多数配置された
Ｐ型半導体層とＮ型半導体層とから構成されている。Ｐ
型半導体層とＮ型半導体層は構造的ならびに熱的に並列
に配置されているが、電気的には前記電極を介して直列
に接続されている。

【００１０】ペルチェ素子４の下面には、放熱フィン５
が密着している。放熱フィン５はフィンベース６と多数
の平行に延びた薄板状のフィン７とからなり、フィン７
の下端はケーシング１の底面に当接している。前記冷却
プレート２と放熱フィン５の間には、断熱層８が設けら
れている。なお、断熱層８は保温効果を確実にするため
冷却プレート２の外周部まで立ち上げることもできる。

【００１１】冷却プレート２に隣接して小型の送風ファ
ン９と自給補水タンク１０が設けられ、送風ファン９の
設置位置には吸気口１１（図１参照）が、また冷却プレ
ート２を挟んで吸気口１１と反対側には排気口１２が、
それぞれ形成されている。ケーシング１の底部には冷却
液体である水１３が所定量注入されており、フィン７の
一部が水１１に浸漬され、水面とフィンベース６の間に
通風空間１４が形成されて、通風空間１４は多数のフィ
ン７に区画されているとともに、吸気口１１と排気口１
２を連通している。

【００１２】図２に示すようにケーシング１の側壁に
は、液面センサ１５が設置されている。また図１に示す
ようにケーシング１の上面には、メインスイッチを兼ね
たロータリー式の調節スイッチ１６が設けられ、冷却の
強（２），弱（１）が調節できるようになっている。調
節スイッチ１６に隣接して表示ランプ１７が設けられて
いる。

【００１３】図４に示すように液面センサ１５ならびに
調節スイッチ１６の信号はＣＰＵからなる制御部１８に
入力され、制御部１８からの制御信号は表示ランプ１
７、素子電源部１９ならびにファン電源部２０に出力さ
れるようになっている。

【００１４】次にこの冷却装置の動作について説明す
る。調節スイッチ１６を回して冷却の強（２），弱
（１）を調節すると、それに応じてペルチェ素子４なら
びに送風ファン９に通電される。そしてペルチェ効果に
より吸熱側熱導体３を介して冷却プレート２が冷やさ
れ、冷却プレート２側から奪った熱は放熱フィン５側に
移る。送風ファン９の回転で、吸気口１１から空気が吸
引され、図２で矢印に示すようにフィン７とフィン７の
間（通風空間１４）を流れることにより、フィン７の表
面と水１３の表面に風が送られ、フィン７は、それの表
面からの放熱と水１３の蒸発にともなう蒸発潜熱の両方
の作用で効率よく連続的に冷却される。通風空間１４を
通過した空気は、排気口１２から外へ排出される。

【００１５】電子冷却装置を長期間使用しているうちに
ケーシング１内の水１３は蒸発して少なくなるが、補水
タンク１０から水１３が自動的に補給される。補水タン
ク１０が空になりしかもケーシング１内の水１３が所定
のレベルより少なくなると、液面センサ１５がそれを検
知し、検知信号を制御部１８に出力する。そして制御部
１８からの制御信号により表示ランプ１７が点灯して、
補水タンク１０が空でケーシング１内の水１３が不足し
ている旨を使用者に報知するとともに、素子電源部１９
とファン電源部２０への通電を停止して、無駄な電力消
費を避けるようになっている。

【００１６】図５は、ペルチェ素子への投入電力（以
下、素子電力という）を一定とし（１２Ｖ×４．５
Ａ）、送風ファンの電力（風量，風速に相当し、以下、
ファン電力という）を変えた場合のファン電力と放熱フ
ィンの温度（以下、冷却面温度という）との関係、なら
びにファン電力と総合電力（素子電力と送風ファンに供
給した電力を合計した値）との関係を示した特性図であ
る。

【００１７】図中の線Ａはファン電力と冷却面温度との
関係を示す線、線Ｂはファン電力と総合電力との関係を
示す線、○印でプロットした点は水が無い場合（空冷）
のファン電力と冷却面温度との関係を示す点、□印でプ
ロットした点は水が無い場合（空冷）のファン電力と総
合電力との関係を示す点である。

【００１８】この図から明らかなように、本発明のもの
はファン電力を少し増加することにより（総合電力は殆
ど変わることなく）、冷却面温度を急激に下げることが
でき、同じ総合電力で空冷では冷却面温度が４℃（○印
の点参照）のとき本発明では−１℃まで冷え、非常に冷
却効果があることが立証できる。

【００１９】図６は、ファン電力を一定とし、素子電力
を変えた場合の素子電力と冷却面温度との関係、ならび
に素子電力と総合電力との関係を示した特性図である。
線Ｃはファン電力を６Ｖ×０．０３Ａにしたときの素子
電力と冷却面温度との関係を示す線、線Ｄはファン電力
を１２Ｖ×０．０８Ａにしたときの素子電力と冷却面温
度との関係を示す線、線Ｅはファン電力を６Ｖ×０．０
３Ａにしたときの素子電力と総合電力との関係を示す
線、線Ｆはファン電力を１２Ｖ×０．０８Ａにしたとき
の素子電力と総合電力との関係を示す線、○印でプロッ
トした点は水が無い場合の素子電力と冷却面温度との関
係を示す点、□印でプロットした点は水が無い場合（空
冷）の素子電力と総合電力との関係を示す点である。

【００２０】この図からも明らかなように、本発明のも
のと空冷のもの（○印）とを比較すると、同じ総合電力
（素子電力）において冷却効果に大きな差があることが
立証できる。

【００２１】また、図５と図６を比較すると明らかなよ
うに、素子電力を増やすよりもファン電力を変化させる
方が冷却効果が得られやすいことが分かる。これにより
少ない消費電力で、効率の高い電子冷却が可能となる。

【００２２】図７は、ファン電力と１時間当たりの水分
蒸発量との関係を示した特性図である。図中の線Ｇはフ
ァン電力と冷却面温度との関係を示す線、線Ｈはファン
電力と水分蒸発量との関係を示す線である。この図から
明らかなように、ファン電力の増加にともなって冷却面
温度が急激に下がるが、それに伴って水分蒸発量は増大
し、水分の蒸発が冷却面の温度を下げるのに有効に作用
していることが分かる。

【００２３】図８ならびに図９は本発明の第２の実施の
形態を説明するための図で、図８は電子冷却装置の平面
図、図９は図８Ｚ−Ｚ線上の断面図である。この例にお
いて前記の実施の形態と相違する点は、冷却プレート２
が容器状で、蓋２１ができるようになっている。またそ
の冷却プレート２に対して複数のペルチェ素子４が所定
の間隔をおいて配置されている点である。

【００２４】図１０は本発明の第３の実施の形態を説明
するための図で、フィン７の表面に親水性の高分子材料
例えばアクリル系樹脂、ポリビニールアルコール系樹脂
の塗布などの処理、あるいは不織布や織布などの吸水材
を貼着して保液層２２が形成されている。

【００２５】図１１は本発明の第４の実施の形態を説明
するための図で、フィン７の表面に極細の縦溝や微細な
凹凸からなるウィック２３が形成されている。前述のよ
うにフィン７の表面に保液層２２やウィック２３を形成
することにより、フィン７上に薄い液膜を形成して水１
３の蒸発を促進することができ、さらに高い冷却効果が
得られる。

【００２６】図１２は本発明の第５の実施の形態を説明
するための図で、放熱フィン５が容器状になっており、
その中に水１３を所定量注入されている。放熱フィン５
の側壁の一部が切り欠かれて排気口１２が形成され、放
熱フィン５の上方開口部は蓋部材２４で塞がれ、水面と
蓋部材２４の間に通風空間１４が形成されている。

【００２７】放熱フィン５の下面にはペルチェ素子４、
吸熱側熱導体３を介して冷却プレート２が密着してい
る。

【００２８】送風ファン（図示せず）から送られた風は
フィン７とフィン７の間を通り抜け、排気口１２から排
出される。フィン７は、それの表面からの放熱と水１３
の蒸発にともなう蒸発潜熱の両方の作用で効率よく連続
的に冷却される。

【００２９】前記実施の形態では薄板状のフィンの場合
について説明したが、本発明はこれに限定されるもので
はなく、例えばピンフィンやコルゲートフィンなど他の
形状のフィンを使用することも可能である。

【００３０】

【発明の効果】請求項１記載の本発明は、ペルチェ素子
と、そのペルチェ素子の放熱側に設置された放熱フィン
と、その放熱フィンの一部と接触する冷却液体と、その
冷却液体の液面ならびに冷却液体から露出している放熱
フィンの部分に風を送る送風手段とを備え、前記放熱フ
ィンの表面からの放熱と、前記冷却液体の蒸発にともな
う蒸発潜熱の作用により放熱フィンを冷却するように構
成されていることを特徴とするものである。

【００３１】そのため単なる空冷方式のように大きな熱
導体を使用したり、ファンによる風量を大きくする必要
がない。また、水冷方式のように液体を循環させるため
の循環系統とポンプならびにラジェーターなども必要で
はなく、高い冷却効果を有し、装置のコンパクト化と軽
量化が図れ、しかも安価な電子冷却装置を提供すること
ができる。

【００３２】請求項２記載のように、冷却液体の蒸発に
ともなう損失を補充するための冷却液体補充手段が設け
られていると、長期間にわたって高い冷却効果が維持で
きる。

【００３３】請求項３記載のように、ペルチェ素子を駆
動する素子電源部と、送風手段を駆動する送風電源部
と、冷却液体の保有量を監視する液面センサと、その液
面センサからの検知信号を入力して、前記素子電源部と
送風電源部に制御信号を出力する制御部とを備え、前記
液面センサからの液不足の検知信号に基づいて、前記制
御部より前記素子電源部と送風電源部に駆動停止の制御
信号を出力するように構成すれば、冷却液体が不足した
ときの無駄な電力消費を避けることができる。

【００３４】請求項４記載のように、放熱フィンの冷却
液体から露出している表面に冷却液体を吸収・保持する
保液層が設けたり、請求項５記載のように、放熱フィン
の冷却液体と接する表面にウイックが設けられている
と、放熱フィン上での冷却液体の蒸発が促進され、より
高い冷却効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る電子冷却装置
の平面図である。

【図２】図１Ｘ−Ｘ線上の断面図である。

【図３】図１Ｙ−Ｙ線上の断面図である。

【図４】その電子冷却装置の制御ブロック図である。

【図５】ファン電力と冷却面温度ならびに総合電力との
関係を示す特性図である。

【図６】素子電力と冷却面温度ならびに総合電力との関
係を示す特性図である。

【図７】ファン電力と冷却面温度ならびに水分蒸発量と
の関係を示す特性図である。

【図８】本発明の第２の実施の形態に係る電子冷却装置
の平面図である。

【図９】図８Ｚ−Ｚ線上の断面図である。

【図１０】本発明の第３の実施の形態に係る電子冷却装
置に用いる放熱フィンの一部拡大断面図である。

【図１１】本発明の第４の実施の形態に係る電子冷却装
置に用いる放熱フィンの一部拡大側面図である。

【図１２】本発明の第５の実施の形態に係る電子冷却装
置の断面図である。

【符号の説明】

１ケーシング２冷却プレート３吸熱側熱導体４ペルチェ素子５放熱フィン６フィンベース７フィン９送風ファン１０補水タンク１１吸気口１２排気口１３水１４通風空間１５液面センサ１６調節スイッチ１７表示ランプ１８制御部１９素子電源部２０ファン電源部２２保液層２３ウイック

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者渡辺日出男神奈川県川崎市川崎区塩浜１丁目７番７号株式会社サーモボニック内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ペルチェ素子と、そのペルチェ素子の放
熱側に設置された放熱フィンと、その放熱フィンの一部
と接触する冷却液体と、その冷却液体の液面ならびに冷
却液体から露出している放熱フィンの部分に風を送る送
風手段とを備え、前記放熱フィンの表面からの放熱と、
前記冷却液体の蒸発にともなう蒸発潜熱の作用により放
熱フィンを冷却するように構成されていることを特徴と
する電子冷却装置。
【請求項２】請求項１記載において、前記冷却液体の
蒸発にともなう損失を補充するための冷却液体補充手段
が設けられていることを特徴とする電子冷却装置。
【請求項３】請求項１記載において、前記ペルチェ素
子を駆動する素子電源部と、前記送風手段を駆動する送
風電源部と、前記冷却液体の保有量を監視する液面セン
サと、その液面センサからの検知信号を入力して、前記
素子電源部と送風電源部に制御信号を出力する制御部と
を備え、前記液面センサからの液不足の検知信号に基づいて、前
記制御部より前記素子電源部と送風電源部に駆動停止の
制御信号を出力するように構成されていることを特徴と
する電子冷却装置。
【請求項４】請求項１記載において、前記放熱フィン
の冷却液体から露出している表面に冷却液体を吸収・保
持する保液層が設けられていることを特徴とする電子冷
却装置。
【請求項５】請求項１記載において、前記放熱フィン
の冷却液体と接する表面にウイックが設けられているこ
とを特徴とする電子冷却装置。
【請求項６】請求項１記載において、前記放熱フィン
が容器状に形成され、その放熱フィンの内側に前記冷却
液体が所定量注入されていることを特徴とする電子冷却
装置。
【請求項７】請求項１記載において、前記ペルチェ素
子の吸熱側に冷却プレートが設置されていることを特徴
とする電子冷却装置。