JPH11132592A - 電子冷却器の冷却方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、ペルチェ効果素子を用いた電子冷
却器の放熱に沸騰冷却型放熱器を利用して、冷媒の吸熱
気化と放熱液化を繰り返させ、電子冷却器の確実で充分
な冷却が省エネルギー的に達成される冷却方法を提供す
る。 【解決手段】 電子冷却器２から沸騰冷却型放熱器３の
吸熱部３ａへ熱を伝達し、この熱を吸熱部３ａ内の冷媒
液体に吸収させて冷媒液体を気化させ、気化した冷媒を
経路３ｂにより放熱部３ｄへ移動させて放熱させること
により液化させ、液化した冷媒を重力または毛細管現象
により吸熱部３ａへ移動させる動作を繰り返させて、電
子冷却器２の持続的な冷却を行わせる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子冷却器の冷却
方法。詳しくは沸騰冷却型放熱器を利用して電子冷却器
の効果的、経済的な冷却を行わせる冷却方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近、ペルチェ効果を利用した電子冷却
器は、機械的運動部分がないため小型・軽量のものにな
り、運転時に振動や動騒音を発生せず、理論上故障しな
い特徴があるため、小型の車載冷蔵庫や小型恒温槽等に
多く使用されている。

【０００３】しかしながら、前記電子冷却器は、大容量
になると移動熱量と発生熱量との合計値が著しく増大す
るため、放熱が難しくなる欠点を有するもので、これ
は、ペルチェ効果素子の性質上、吸熱部面積と放熱部面
積がほぼ等しいことに起因する。そこで増大した熱を逃
がすため従来は強制空冷や水冷を採用しているが、前記
のような大容量の放熱を強制空冷や水冷により行う場合
は、多くのエネルギーを消費して、しかも、振動、騒音
が大きく、装置の大型化や複雑化を招くだけでなく、空
冷や水冷系の運転を忘れたり、運転中にファンやポンプ
の故障、あるいは、停電，断水が生じたりすると、ペル
チェ効果素子が過熱して内部の構成部材を接合している
ハンダが溶解して素子の破損を起こさせる問題点があ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、ペルチェ効
果素子を用いた電子冷却器の放熱に沸騰冷却型放熱器を
利用して、冷媒の吸熱気化と放熱液化とを繰り返させ、
電子冷却器の確実で充分な冷却が省エネルギー的に達成
される冷却装置を提供する。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明に係る電子冷却の冷却方法は、下記の方法を
採用することを特徴とする。電子冷却器から沸騰冷却型
放熱器の吸熱部へ熱を伝達し、この熱を吸熱部内の冷媒
液体に吸収させて冷媒液体を気化させ、気化した冷媒を
経路により放熱部へ移動て放熱させることにより液化さ
せ、液化した冷媒を重力または毛細管現象により吸熱部
へ移動させる動作を繰り返させて、電子冷却器の持続的
な冷却を行わせる

【０００６】

【発明の実施の形態】以下に本発明に係る電子冷却器の
冷却方法の実施の形態を図面に基づいて説明する。

【０００７】図１は、本発明に係る電子冷却器の冷却方
法の実施に適した冷却装置Ａの一例を示すものである。
この装置Ａは、被冷却物１と、この被冷却物１へ取り付
けた電子冷却器２と、該電子冷却器２へ取り付けた吸熱
部３ａと、この吸熱部３ａに隣接して上下の経路３ｂと
３ｃにより吸熱部３ａと連通させた放熱部３ｄとを備え
る沸騰冷却型放熱器３とで構成される。そして、電子冷
却器２が取り付けられる位置は、前記吸熱部３ａの冷媒
がたまりる部分であり、ロウ着け等の熱伝導のよい手段
で吸熱部３ａへ接合されている。また、放熱部３ｄはそ
の表面積を電子冷却器２の表面積よりも大きくとり、熱
伝導効率を増大させると共に、放熱部３ｄの外側には放
熱効果を高めるフィン３ｅを多数付設してあり、吸熱部
３ａ、放熱部３ｄ、経路３ｂ、３ｃにより構成される閉
回路内には、その下側は液体、上側が気体として存在す
る冷媒のフロンを適当量減圧封入してある。なお、前記
冷媒のフロンは、これに代えてアンモニア、純水等を使
用しても同様の作用効果が得られる。

【０００８】前記冷却装置Ａに用いる電子冷却器２は、
図２に示す通り放熱面２ａと吸熱面２ｂとの間にペルチ
ェ効果素子４を希望する冷却能力が得られる数だけ挟み
込んだ構成として、ペルチェ効果素子４が結露するおそ
れがある場合は合成樹脂によりモールドして結露を防止
させる。そして、被冷却物１が液体の場合は、吸熱面２
ｂに図２のようなジャケット５を取り付けて、このジャ
ケット５内に入口６と出口７により冷却水を流通させて
ペルチェ効果素子４に液体の熱を吸熱させ、被冷却物１
が気体の場合は、ジャケット５は設けず適宜数の吸熱フ
ィン（図面省略）を取り付けてペルチェ効果素子４によ
る気体熱の吸引を促進させ、被冷却物１が固体の場合
は、その一面を吸熱部２ｂに密着させて直接吸熱させる
ように構成する。

【０００９】前記構成の冷却装置Ａは、被冷却物１から
発生する熱を電子冷却器２におけるペルチェ効果素子４
が吸熱側２ｂより吸収し、放熱側２ａから沸騰冷却型放
熱器３の吸熱部３ａの冷媒たまり部分へ伝達される。従
って、吸熱部３ａの冷媒たまり部分の冷媒液体は、吸熱
部３ａから気化潜熱を吸収して気化する。そして、経路
３ｂを経て放熱部３ｄへ移動し、放熱部３ｄにおいては
広い面積のフィン３ｅによって外気へ放熱され冷えて液
化する。液化した冷媒は重力の作用により経路３ｃを経
て吸熱部３ａの冷媒たまりに移動すると吸熱部３ａから
気化潜熱を吸収して気化する動作を繰り返し、電子冷却
器２のペルチェ効果素子４を効率よく冷却する動作を無
動力で持続的に行う。

【００１０】図３は、本発明に係る電子冷却器の冷却方
法に用いた他の冷却装置Ａである。この冷却装置Ａは、
沸騰冷却型放熱器３が図１に示すものと相違する。すな
わち、この実施形態では吸熱部３ａと放熱部３ｄとが個
別に形成されていて、吸熱部３ａは電子冷却器２へ取り
付けられているが、放熱部３ｄは吸熱部３ａとは離隔し
た位置に設けられて、パイプの経路３ｂと３ｃにより吸
熱部３ａと連結されている。従って、この構成では放熱
部３ｄを外気温度の低い位置に配置して冷却効果を上げ
たり、放熱部３ｄを室外に配置して放熱による室温の増
加を抑制したりする等の操作ができて便利である。な
お、この装置Ａの沸騰冷却型放熱機３の経路３ｂと３ｃ
による吸熱部３ａと放熱部３ｄとの連結は、一方の経路
３ｂを気化冷媒が上昇し、他方の経路３ｃを冷媒液体が
降下する動作を確実に行わせるため、図４に示すように
経路３ｂは吸熱部３ａの上側から出て放熱部３ｄ内へ上
壁に近付くように挿入され、他方の経路３ｃは放熱部３
ｄの下側から出て吸熱部３ａ内へその下壁に近付くよう
に挿入されるようにしてある。

【００１１】図５は、本発明に係る電子冷却器３の冷却
方法に用いた更に他の冷却装置Ａである。この冷却装置
Ａの、蒸発冷却型放熱機３は、図６のように両端を密閉
したパイプの一端側を吸熱部３ａとし、他端側を放熱部
３ｄとして、中間部を中側の空洞経路３ｂと、これを取
り囲むようにパイプの内壁に取り付けたウイック材の毛
細管経路３ｃとを備える公知のヒートパイプを用いたも
ので、ヒートパイプの中には水・アンモニア・フロン等
の冷媒の適当量を封入したものであり、冷媒液体が吸熱
部３ａにおいて気化潜熱を吸収して気化すると、経路３
ｂを経て放熱部３ｄへ移動し、放熱部３ｄで熱を放散し
て冷えると液化すると、毛細管経路３ｃを経て放熱部３
ｄへ移動して気化する動作を繰り返す機能は、図１、図
３に示すものと同様である。

【００１２】図７は、図１、図３に示す冷却装置Ａの沸
騰冷却型放熱器３における放熱部３ｄを強制冷却する場
合を示すもので、放熱部３ｄの外側に付設した放熱フィ
ン３ｅ側に電動ファン８を取り付け、この電動ファン８
を回転させて放熱部３ｄとフィン３ｅへ強制送風する
と、放熱部３ｄの風冷効果が向上して外気温度が高い場
合や被冷却物１の発熱量が大きい場合でも充分なペルチ
ェ効果素子４の冷却効果が得られるもので、この場合、
電動ファン８の駆動には電力を消費するが、その消費量
は軽微なものである。また、電動ファン８による強制風
冷は、図４に示すようにヒートパイプで吸熱部３ａ、経
路３ｂと３ｃ、放熱部３ｄを構成する場合も同様に行わ
れるものである。

【００１３】図８は、本発明に係る方法で冷却する電子
冷却器２の冷却対象物が、内部のオゾン水の温度を一定
化させて置く恒温槽である例を示すものである。この例
においては、恒温槽１の一側に電子冷却器２を取り付
け、他側にジャケット５を取り付けて内部にポンプ９に
より冷却水を流動させる。こうすれば、恒温槽１内を流
動するオゾン水の熱を電子冷却器２のペルチェ効果素子
８が吸収して、沸騰冷却型放熱器３（図１に示すものも
のと同一であるから図１参照）の吸熱部３ａへ伝達す
る。すると、吸熱部３ａ内の冷媒液体はこの熱を気化潜
熱として吸収し、気化して経路３ｂを経て放熱部３ｄへ
移動する。放熱部３ｄへ移動した気化冷媒は、外気に冷
やされる放熱部３ｄにおいて熱を放散して液化する。そ
して、経路３ｃを経て吸熱部３ａへ移動し吸熱部３ａに
おいて気化潜熱を吸収し気化する動作を繰り返して、ペ
ルチェ効果素子８の冷却を持続的に行うため、恒温槽１
を流通する帯熱オゾン水は熱を奪われて常に一定した温
度を安定に保つ恒温保持が行われる。おお、この実施形
態の恒温槽１や電子冷却器２の吸熱面２ｂ等のオゾン水
に接する部分は、オゾン耐性のある素材によって形成す
る。

【００１４】なお、前記した沸騰冷却型放熱器３の図
１、図３、図４の示すものおいては、吸熱部３ａと放熱
部３ｄを便宜上、一つの室として原理表示しているが、
実際にはこの室内には蛇行流路を形成してこの蛇行流路
に冷媒を流動させ、冷媒の吸熱及び放熱の効果を可及的
に増大させるものであり、また、経路３ｂ、３ｃも図
３、図４のようにパイプとして原理表示しているが、実
際にはアルミブロック等に溝加工した母材をロウ着け等
により貼り合わせて流路を形成させるものである。しか
しながら、これらの技術は周知に属するものであるか
ら、構造についての図解と詳細な説明は省略してある。

【００１５】

【発明の効果】前述した通り本発明に係る電子冷却器の
冷却方法は、冷媒の吸熱による気化と放熱による液化と
を繰り返させてペルチェ効果素子を用いた電子冷却器の
冷却を行うから、放熱を自然空冷で行う場合は、エネル
ギー不要で、強制空冷または水冷する場合もエネルギー
消費は少なく、かつ、振動や騒音を発しず、装置は小型
で軽く製作できて、故障の原因となる機械的運動部分が
ないし、停電、断水があっても作動は持続されるので、
冷却の中断によるペルチェ効果素子の破損を完全に防止
することができるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るペルチェ素子等の冷却方法に使用
した冷却装置の一例を一部を破断して示す斜視図であ
る。

【図２】同上装置における電子冷却器の構造を示す分解
斜視図である。

【図３】本発明に係るペルチェ素子等の冷却方法に使用
した冷却装置の他の例を一部を破断して示す斜視図であ
る

【図４】同上装置における吸熱部と放熱部の経路による
接続状態を示す縦断側面図である。

【図５】本発明に係るペルチェ素子等の冷却方法に使用
した冷却装置の更に他の例を一部を破断して示す斜視図
である

【図６】同上装置に用いた吸熱部と放熱部の構成を一部
を破断し、一部を縦断して示す側面図である。

【図７】本発明に係るペルチェ素子等の冷却方法におい
て放熱部を強制冷却する状態を示す斜視図である。

【図８】本発明に係るペルチェ素子等の冷却方法を恒温
槽の冷却に用いた例を示す斜視図である。

【符号の説明】

Ａ 冷却装置 ２ 電子冷却器 ３ 沸騰冷却型放熱器 ３ａ 吸熱部 ３ｂ，３ｃ 経路 ３ｄ 放熱部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子冷却器から沸騰冷却型放熱器の吸熱
   部へ熱を伝達し、 この熱を吸熱部内の冷媒液体に吸収させて冷媒液体を気
   化させ、 気化した冷媒を経路により放熱部へ移動て放熱させるこ
   とにより液化させ、 液化した冷媒を重力または毛細管現象により吸熱部へ移
   動させる動作を繰り返させて、 電子冷却器の持続的な冷却を行わせることを特徴とする
   電子冷却器の冷却方法。