JPH11351768A

JPH11351768A - 冷却装置、及び同装置を用いた冷却システム

Info

Publication number: JPH11351768A
Application number: JP16346698A
Authority: JP
Inventors: Yuji Harashima; 裕治原嶋
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-06-11
Filing date: 1998-06-11
Publication date: 1999-12-24

Abstract

(57)【要約】【課題】小型・軽量で冷却効率が高く、騒音を発生する
ことのない冷却装置を提供すること。【解決手段】ヒートパイプ１とペルチェ素子２とを交互
に積重して構成した。また、冷却対象液40の導管６を貫
装した第１のヒートパイプ1a上に、他のヒートパイプ１
とペルチェ素子２とを積重した冷却装置Ａを着設した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、冷却装置、及び
同装置を用いた冷却システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、自動車のラジエータは、ウォータ
ジャケットを通って温度上昇した水を冷やすために配設
されており、アッパタンクから流入した水をコアで冷却
してロワタンクから流出させている。

【０００３】コアはアッパタンクからロワタンクへ水を
流す多数の水管と冷却フィンからなり、通常、冷却ファ
ンを配設して強制冷却している。

【０００４】また、図９に示すような冷凍サイクルで
は、蒸発器100 で発生した飽和蒸気が圧縮器200 で圧縮
されて高圧高温蒸気となり、これが凝縮器300 で冷却さ
れて飽和液となり、この高圧の飽和液は膨張弁400 で絞
られて低温液体となって蒸発器100 に入り、ここで目的
の熱源から蒸発熱を奪って蒸発して先の飽和蒸気となる
ものである。

【０００５】この場合でも、凝縮器300 で高圧高温蒸気
を効率的に冷却するために、冷却ファン500 を用いるこ
とが多い。

【０００６】また、その他の機器類においても、上記冷
却ファン500 に類するものや何らかの放熱手段を設けて
いる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記したラ
ジエータや凝縮器300 、さらには熱を発生する機器等に
おいて、冷却ファン500 やその他の放熱手段を用いた場
合、これらを配設することにより機器全体のレイアウト
が制限されてしまう。

【０００８】特に冷却ファン500 を用いると、その風切
り音が騒音になるという問題があり、さらには、冷却フ
ァン500 を駆動するためのエネルギコストが嵩むことに
なっていた。

【０００９】本発明は、上記課題を解決することのでき
る冷却装置、及び同装置を用いた冷却システムを提供す
ることを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】そこで、上記課題を解決
するために、請求項１記載の本発明では、ヒートパイプ
とペルチェ素子とを積重して構成した。騒音等を発する
ことなく、効果的に冷却が行え、しかも、小型・軽量化
が可能となり、レイアウトの自由度が増す。

【００１１】また、請求項２記載の本発明では、ヒート
パイプとペルチェ素子とを交互に積重して構成した。し
たがって、冷却性能をより高めることができる。

【００１２】また、請求項３記載の本発明では、冷却対
象液の導管を貫装した第１のヒートパイプ上に、他のヒ
ートパイプとペルチェ素子とを積重した冷却装置を着設
した。したがって、これをラジエータや凝縮器に利用す
ることで、騒音等を発することなく、効果的に冷却が行
えるようになり、しかも、小型・軽量化が可能となるの
で、システム全体のレイアウトの自由度が増す。

【００１３】さらに、請求項４記載の本発明では、上記
他のヒートパイプとペルチェ素子とを交互に積重して構
成した。したがって、冷却性能をさらに向上させること
ができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明に係る冷却装置は、ヒート
パイプとペルチェ素子とを積重して構成したものであ
る。

【００１５】ヒートパイプは、内部を真空にした銅やア
ルミニウム等の伝熱性の高い材質からなる管体内に、メ
タノールやエタノールなどの気化しやすいアルコール、
あるいはこれにシリカゲルを混入したものを作動液、す
なわち熱媒体として封入したもので、気液相転換を伴う
対流により極めて大きな熱伝導性を示す。

【００１６】また、ペルチェ素子は、ｐ型、ｎ型半導体
を用いた周知のものでよい。

【００１７】かかるヒートパイプとペルチェ素子とを接
触状態で積重して冷却装置を構成したことにより、風切
り音のするファン等を使用することなく、熱の発生源と
なる対象物を効果的に冷却することができる。

【００１８】すなわち、冷却装置を、ヒートパイプの上
部にペルチェ素子の冷却側を接触させた状態で重責した
ものとし、これを冷却対象物上に載置すると、冷却対象
物の熱をヒートパイプの熱媒体が吸熱し、前述したよう
に気液相転換を生起し、ヒートパイプに効率的に熱が伝
導されるとともに、ヒートパイプはペルチェ素子によっ
て冷却される。したがって、冷却装置が小型・軽量であ
りながら冷却対象物からの熱の移動がさらに効果的に行
われ、冷却対象物の冷却効率を高めることができる。

【００１９】また、ヒートパイプとペルチェ素子との相
対的な位置関係は上記とは逆であってもよい。すなわ
ち、冷却対象物にペルチェ素子の冷却側が接触するよう
にし、発熱側にヒートパイプを重責してもよい。

【００２０】なお、いずれの場合でも、ヒートパイプと
ペルチェ素子との間には絶縁シートを介設するものとす
る。

【００２１】また、冷却性能をより高めるために、それ
ぞれ複数個のヒートパイプとペルチェ素子とを交互に積
重して構成することができる。そして、その個数につい
ては適宜設定することができる。

【００２２】また、本発明は、冷却対象液の導管を貫装
した第１のヒートパイプ上に、他のヒートパイプとペル
チェ素子とを積重した冷却装置を着設した冷却システム
に係るものである。

【００２３】すなわち、冷却対象物を液体とし、かかる
冷却対象液の導管を、第１のヒートパイプ内に蛇行状に
配設し、導管の最下端部分がヒートパイプ内に封入した
媒体液に没するようにする。

【００２４】この冷却システムを例えば自動車のラジエ
ータに代えて用いると、エンジン等を冷却して高温とな
った冷却水を効率的に熱交換して冷却することができる
ので冷却ファンを不要とすることができる。したがっ
て、風切り音等の騒音の発生を防止することができると
ともに、小型・軽量化が図れ、しかも、冷却ファンが不
要となることからボンネット内のレイアウトの自由度が
増し、自動車全体のデザインについても制約が緩和され
る。

【００２５】なお、この場合についても、他のヒートパ
イプとペルチェ素子との相対的な配置は逆であってもよ
い。

【００２６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しながら
具体的に説明する。

【００２７】図１及び図２に本発明に係る冷却装置、及
び同装置を用いた冷却システムに使用するヒートパイプ
を示す。

【００２８】ヒートパイプ１(1')は、図１に示すよう
に、さいころ型の箱状のものや、図２に示すように、円
筒状のものを用いることができ、いずれを用いるかは、
使用状態や設置場所によって適宜決定される。

【００２９】図中、10はヒートパイプ本体であり、伝熱
性に優れた材料で形成されている。

【００３０】例えば、銅等の金属が好適に用いられる
が、合成樹脂であってもよい。また、ヒートパイプ本体
10の内部には、メタノールやエタノールなどの気化しや
すいアルコール、あるいはこれにシリカゲルを混入した
ものを作動液、すなわち熱媒体12として封入している
（図６参照）。

【００３１】11はヒートパイプ本体10の表面に多数形成
したフィンであり、同フィン11によりヒートパイプ本体
10の放熱性を高めている。

【００３２】（第１実施例）以下、本発明の第１実施例
について、図３〜図５を参照しながら説明する。

【００３３】図３において、２はペルチェ素子であり、
本実施例では、同ペルチェ素子２を適宜個数並設して板
状に構成している。そして、かかるペルチェ素子２と前
記ヒートパイプ１とを２個づつ積重して装置本体ａを構
成し、同装置本体ａの最下段に位置するペルチェ素子２
の下面に、アルミニウム等からなる伝熱板３を連設して
冷却装置Ａを構成している。なお、ヒートパイプ１とペ
ルチェ素子２との間には絶縁体を介設しておくものとす
る。

【００３４】本実施例に係る伝熱板３は、その大きさを
冷却対象物に合わせて決定することができ、ヒートパイ
プ１やペルチェ素子２の平面的な大きさを伝熱板３より
も小さくすることで装置本体ａを冷却物に対して小型化
可能している。

【００３５】なお、図４に示すように、装置本体ａは、
ヒートパイプ１とペルチェ素子２との相対的な位置関係
を逆にしても構わない。すなわち、図４に示す装置本体
a'は最下段にヒートパイプ１を位置させている。

【００３６】また、伝熱板３は冷却装置Ａとして必ず必
要なものではなく、伝熱板３を除いた装置本体ａ,a' の
みの構成で冷却装置Ａとしてもよい。

【００３７】上記冷却装置Ａは、あらゆる冷却対象物４
に使用することができる。例えば、発電装置や熱を発生
する精密機械類からなる装置が考えられ、従来、強制冷
却ファン等の何らかの冷却手段を設けて使用していたも
のであれば、図５に示すように、冷却対象物４上に冷却
装置Ａを直接載置することで放熱手段を不要とすること
ができる。

【００３８】すなわち、冷却対象物４の熱は、ヒートパ
イプ１の熱媒体12に吸熱されて熱媒体12が気化し、気化
した蒸気がヒートパイプ本体10に接触して熱を奪われ液
化する気液相転換を繰り返る。かかる作用によって、冷
却対象物４の熱はヒートパイプ１に効率的に伝導され、
しかも、ヒートパイプ１はペルチェ素子２によって冷却
されるので、同装置Ａは小型・軽量でありながら冷却対
象物４からヒートパイプ１への熱の移動がますます効率
的に行われることになる。

【００３９】（第２実施例）図６に本発明の第２実施例
を示す。

【００４０】本実施例に係る冷却装置Ａは凝縮器５の冷
却に用いており、図中、4aは凝縮器５を冷却油4'を収容
した冷却用タンクである。なお、冷却油4'に代えて冷却
水としても構わない。

【００４１】凝縮器５は冷却用タンク4a内に収納されて
おり、圧縮機（図示せず）から送られる高圧高温蒸気が
流入パイプ51から凝縮器５内に流入すると、冷却油4'で
冷却されて飽和蒸気となり、流出パイプ52から図示しな
い膨張弁側に流出するように構成されている。

【００４２】上記冷却用タンク4a内の冷却油4'を強制的
に冷却してやることにより、凝縮器５の冷却を効果的に
行えることから、本実施例では、冷却用タンク4a上に冷
却装置取付孔4bを設け、同取付孔4bから冷却用タンク4a
内に、例えば、アルミニウムのインゴットからなる伝熱
体3'を臨ませ、同伝熱体3'を介して第１実施例で説明し
た装置本体ａを配設して冷却装置Ａを構成している。

【００４３】本実施例においても、装置本体ａにおける
ヒートパイプ１とペルチェ素子２との相対的な位置は逆
にしても構わない。

【００４４】（第３実施例）図７に本発明の第３実施例
を示す。

【００４５】本実施例は冷却システムＢに係るものであ
り、冷却対象物４が液体の場合、かかる冷却対象液40
（矢印で示す）を導通する導管６を第１のヒートパイプ
1aに貫装し、同第１のヒートパイプ1a上に前記した冷却
装置Ａ、すなわち、他のヒートパイプ１とペルチェ素子
２とを積重した装置本体ａを着設して構成したものであ
る。本実施例における装置本体ａは、最下段にペルチェ
素子２を配設し、その上に他のヒートパイプ１とペルチ
ェ素子２とを交互に積重して構成し、最上段には他のヒ
ートパイプ１が配設されている。

【００４６】第１のヒートパイプ1aは、上記してきたヒ
ートパイプ１と略同一構造であり、同第１のヒートパイ
プ1aの上部には入水管60を連設し、下部には出水管61を
連設している。そして、両管60,61 を、蛇行した連結管
62で連通連結して導管６を構成している。また、この蛇
行した連結管62は、第１のヒートパイプ1a内に収容した
放熱用缶体63内に収納されている。かかる放熱用缶体63
は前記した伝熱板３と略同様な機能を有する。なお、21
は第１のヒートパイプ1aに積重したペルチェ素子２に設
けたフィンである。

【００４７】蒸気構成の冷却システムＢによれば、冷却
対象液40が冷却水である場合、何らかの冷却対象物４と
熱交換して高温となったこの冷却水を、第１のヒートパ
イプ1a内に導入することによって、第１実施例で説明し
た気液相転換を繰り返して冷却水の熱が効率的に第１の
ヒートパイプ1aに奪われて冷却される。

【００４８】しかも、熱を奪って温度上昇した第１のヒ
ートパイプ1aのヒートパイプ本体10の側面にはフィン11
を設けて放熱効率を高めるとともに、ヒートパイプ本体
10の上面にはペルチェ素子２の冷却側を接触させている
ので、熱量が飽和状態となることなく、次々と冷却水か
らの熱を奪うことができる。

【００４９】さらに、かかるペルチェ素子２の発熱側に
は、他のヒートパイプ１が積重されているので、かかる
ペルチェ素子２による冷却効率も向上する。またさら
に、ヒートパイプ１の上には二番目のペルチェ素子２
が、そしてその上には二番目の他のヒートパイプ１が順
次積重されているので、冷却効果は著しく向上する。

【００５０】かかる構成の冷却システムＢを、例えば、
自動車のラジエータに代えて用いると、強制ファンが不
要になって低騒音化が図れるとともに、全体的に軽量・
小型化が図れ、自動車設計の自由度が向上する。

【００５１】（第４実施例）図８に第４実施例に係る冷
却システムＢを示す。本実施例は第３実施例で示した冷
却システムＢを、冷凍サイクル中の凝縮器５に適用した
ものである。図中、７は圧縮機、８は膨張弁、９は蒸発
器である。

【００５２】ここでは、装置本体ａの他のヒートパイプ
１を、第１のヒートパイプ1aよりも小型のものとして、
第１のヒートパイプ1aと装置本体ａの最下部に位置する
他のヒートパイプ１との間に伝熱板３を介設している。
また、本実施例における装置本体ａの最上段にはペルチ
ェ素子２を配設している。

【００５３】以上、各実施例を通して本発明を説明した
が、本発明に係る冷却装置Ａ及び冷却システムＢは、上
記実施例に限定されるものではなく、冷却を必要とする
もの全てに適用可能であり、大きな冷却効果を示すとと
もに、従来の強制ファン等のように騒音を発することな
く、また小型・軽量化が可能となって、システムのコン
パクト化が図れる。

【００５４】

【発明の効果】本発明は上記の形態で実施されるもの
で、以下の効果を奏する。

【００５５】請求項１記載の本発明では、ヒートパイ
プとペルチェ素子とを積重して構成したことにより、騒
音等を発することなく、効果的に冷却が行え、しかも、
小型・軽量化が可能となる。

【００５６】請求項２記載の本発明では、ヒートパイ
プとペルチェ素子とを交互に積重して構成したことによ
り、冷却性能をより高めることができる。

【００５７】請求項３記載の本発明では、冷却対象液
の導管を貫装した第１のヒートパイプ上に、他のヒート
パイプとペルチェ素子とを積重した冷却装置を着設した
ことにより、これをラジエータや凝縮器に利用すること
で、騒音等を発することなく、効果的に冷却が行えるよ
うになり、しかも、小型・軽量化が可能となるので、シ
ステム全体のレイアウトの自由度が増す。

【００５８】請求項４記載の本発明では、上記他のヒ
ートパイプとペルチェ素子とを交互に積重して構成した
ことにより、冷却性能をさらに向上させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る冷却装置、及び同装置を用いた冷
却システムに使用するヒートパイプの一形態を示す斜視
図である。

【図２】本発明に係る冷却装置、及び同装置を用いた冷
却システムに使用するヒートパイプの一形態を示す斜視
図である。

【図３】第１実施例に係る冷却装置の説明図である。

【図４】冷却装置の他の形態を示す説明図である。

【図５】第１実施例に係る冷却装置の使用状態を示す説
明図である。

【図６】第２実施例に係る冷却装置の使用状態を示す説
明図である。

【図７】冷却システムの一形態を示す説明図である。

【図８】冷却システムの使用状態を示す説明図である。

【図９】冷凍サイクルにおける従来の冷却システムを示
す説明図である。

【符号の説明】

Ａ冷却装置Ｂ冷却システム１ヒートパイプ 1a 第１のヒートパイプ２ペルチェ素子３伝熱板４冷却対象物 40 冷却対象液５凝縮器６導管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＨ０５Ｋ 7/20 Ｈ０５Ｋ 7/20 Ｓ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ヒートパイプとペルチェ素子とを積重して
構成したことを特徴とする冷却装置。
【請求項２】ヒートパイプとペルチェ素子とを交互に積
重して構成したことを特徴とする冷却装置。
【請求項３】冷却対象液の導管を貫装した第１のヒート
パイプ上に、他のヒートパイプとペルチェ素子とを積重
した冷却装置を着設したことを特徴とする冷却システ
ム。
【請求項４】他のヒートパイプとペルチェ素子とを交互
に積重して構成したことを特徴とする請求項３記載の冷
却システム。