(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
サーモモジュールの冷却面に、被冷却部に循環させる冷却側冷却液を冷却する冷却側熱交換器を付設し、かつ前記サーモモジュールの放熱面に、当該放熱面を冷却する放熱側熱交換器を付設した冷却ユニットを備える冷却装置において、前記放熱面に、内部に放熱側冷却液を通す液路を有し、かつ外部に多数の放熱フィンを有する放熱側熱交換器を付設するとともに、この放熱側熱交換器に通す放熱側冷却液を冷却する空冷式熱交換器を設け、送風機からの送風が前記空冷式熱交換器及び前記放熱フィンの双方に当たるように、前記送風機の送風方向前方に前記放熱側熱交換器の放熱フィンを配設し、かつ送風方向後方に前記空冷式熱交換器を配設するとともに、前記送風機の送風方向後方に空気取込部を設け、かつ前記送風機の送風方向に対して直交方向に空気排出部を設け、前記放熱フィンを前記空気排出部に送風するガイド部に兼用させたことを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
前記放熱フィンは、吹き付けられた送風を前記空気排出部にガイドする複数のガイド溝を有することを特徴とする請求項１記載の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はサーモモジュールを用いた冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、サーモモジュール（熱電変換素子）の冷却面に、被冷却部に循環させる冷却側冷却液を冷却する冷却側熱交換器を付設し、かつ前記サーモモジュールの放熱面に、当該放熱面を冷却する放熱側熱交換器を付設した冷却ユニットを備える冷却装置は、既に、本出願人が提案した特開平８−１９３７６６号公報で開示される冷却装置（熱交換器）が知られている。
【０００３】
ところで、この種の冷却装置における冷却側熱交換器の冷却性能は、放熱側熱交換器の冷却能力に大きく左右されるため、通常、放熱側熱交換器には水冷式の熱交換器を使用することにより冷却能力を確保している。なお、熱交換器の冷却媒体には水道水が用いられ、この水道水は垂れ流しとなる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した従来の冷却装置は、次のような改善すべき課題も残されていた。
【０００５】
第一に、水道水を垂れ流すため、ランニングコストが大きくなり経済性に劣るとともに、水道水（資源）の浪費を招く。
【０００６】
第二に、水道水の水温に依存するため、高精度で安定性の高い温度制御を実現しにくい。
【０００７】
第三に、放熱側熱交換器の構成素材として、水道水に対する耐食性の素材を使用する必要があり、装置自身のコストアップを招く。
【０００８】
本発明は、このような従来の技術に存在する課題を解決したものであり、経済性及び省資源性に優れ、高精度で安定性の高い温度制御を実現するとともに、装置自身のコストダウンを図ることができる冷却装置の提供を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段及び実施の形態】
本発明は、サーモモジュール２の冷却面２ｃに、被冷却部Ｍに循環させる冷却側冷却液Ｌｍを冷却する冷却側熱交換器３を付設し、かつサーモモジュール２の放熱面２ｈに、当該放熱面２ｈを冷却する放熱側熱交換器４を付設した冷却ユニットＣ１…を備える冷却装置１を構成するに際して、放熱面２ｈに、内部に放熱側冷却液Ｌｓを通す液路５を有し、かつ外部に多数の放熱フィン６…を有する放熱側熱交換器４を付設するとともに、この放熱側熱交換器４に通す放熱側冷却液Ｌｓを冷却する空冷式熱交換器７を設け、送風機８からの送風Ｗが空冷式熱交換器７及び放熱フィン６…の双方に当たるように、送風機８の送風方向前方に放熱側熱交換器４の放熱フィン６…を配設し、かつ送風方向後方に空冷式熱交換器７を配設するとともに、送風機８の送風方向後方に空気取込部１１を設け、かつ送風機８の送風方向に対して直交方向に空気排出部１２ｐ，１２ｑを設け、放熱フィン６…を空気排出部１２ｐ，１２ｑに送風するガイド部１３に兼用させたことを特徴とする。
【００１０】
この場合、好適な実施の形態により、放熱フィン６…には、吹き付けられた送風Ｗを空気排出部１２ｐ，１２ｑにガイドする複数のガイド溝２２…を設けることができる。
【００１１】
これにより、送風機８による送風Ｗは、空冷式熱交換器７の冷却用として使用されるとともに、放熱フィン６…に当たることにより、放熱側熱交換器４の冷却用として使用される。したがって、放熱側熱交換器４では水冷式及び空冷式の双方による二重冷却が行われ、放熱側熱交換器４の冷却効率（冷却能力）が高められるとともに、送風機８のインバータ制御等により放熱側熱交換器４の冷却能力が安定化される。
【００１２】
【実施例】
次に、本発明に係る好適な実施例を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。
【００１３】
まず、本実施例に係る冷却装置１の全体構成について、図１〜図５を参照して説明する。
【００１４】
冷却装置１は、図５に示す二台の冷却ユニットＣ１，Ｃ２を備える。冷却ユニットＣ１は、図３に示すように、ペルチェ素子を用いたサーモモジュール２…の冷却面２ｃ…に、被冷却部Ｍに循環させる冷却側冷却液Ｌｍを冷却する冷却側熱交換器３を付設するとともに、サーモモジュール２…の放熱面２ｈ…に、当該放熱面２ｈ…を冷却する放熱側熱交換器４を付設して構成する。この場合、冷却側熱交換器３は、内部に冷却側冷却液Ｌｍを通す液路２１…を有する。
【００１５】
他方、放熱側熱交換器４は、図４に示すように、内部に放熱側冷却液Ｌｓを通す液路５を有し、外部の一面がサーモモジュール２の放熱面２ｈに当接する当接部となるとともに、外部の他面が多数の放熱フィン６…（ヒートシンク）を有する放熱部位４ｒとなる。この場合、放熱フィン６…は、放熱側熱交換器４の本体と一体に形成してもよいし、別体に形成して放熱側熱交換器４の本体に組付けてもよい。また、この放熱フィン６…は、後述する空気排出部１２ｐ，１２ｑに送風（排風）するためのガイド部１３を兼用するため、放熱部位４ｒには各放熱フィン６…による横方向へ直線となる複数のガイド溝２２…が形成される。
【００１６】
そして、冷却側熱交換器３，サーモモジュール２及び放熱側熱交換器４は、複数の取付ボルト２３…を用いて取付板２４へ一体に取付ける。なお、取付ボルト２３…と取付板２４間には、スプリング２５…を介在させ、冷却側熱交換器３，サーモモジュール２及び放熱側熱交換器４を、相互に圧接した状態に保持する。また、冷却ユニットＣ２は冷却ユニットＣ１と同じのものを用いる。
【００１７】
一方、冷却ユニットＣ１，Ｃ２における各冷却側熱交換器３…の液路２１…は直列に接続し、冷却ユニットＣ１側の液路２１は、被冷却部Ｍ、例えば、レーザ加工機Ｍｏにおける放熱部Ｍｈの給液口に接続するとともに、冷却ユニットＣ２側の液路２１は、循環ポンプ２６を介して冷却側冷却液Ｌｍを貯留する液槽２７に接続し、さらに、この液槽２７は放熱部Ｍｈの排液口に接続する。なお、２８は液槽２７に設けたドレンバルブである。
【００１８】
他方、冷却ユニットＣ１，Ｃ２における各放熱側熱交換器４…の液路５…は、直列に接続し、冷却ユニットＣ１側の液路５は、当該放熱側熱交換器４…に通す放熱側冷却液Ｌｓを冷却する空冷式熱交換器７（ラジエータ）の排液口に接続するとともに、冷却ユニットＣ２側の液路５は、循環ポンプ３１を介して空冷式熱交換器７の給液口に接続する。この空冷式熱交換器７には、多数の放熱フィン３２…が付設されている。
【００１９】
さらに、８は送風機であり、送風により空冷式熱交換器７と放熱側熱交換器４…の放熱フィン６…を冷却（空冷）する。また、３３は制御部であり、この制御部３３には、インバータ３４を介して送風機８を接続するとともに、各冷却ユニットＣ１…におけるサーモモジュール２…，冷却ユニットＣ１の冷却側熱交換器３と放熱部Ｍｈを接続する配管に付設した温度センサ３５及び冷却ユニットＣ２の放熱側熱交換器４と循環ポンプ３１を接続する配管に付設した温度センサ３６をそれぞれ接続する。
【００２０】
一方、図１，図２及び図６は、冷却装置１における各部のレイアウトを示し、図１は側面構成、図２は背面構成、図６は平面構成をそれぞれ示す。
【００２１】
冷却装置１において４１はケーシングを示す。また、冷却装置１のレイアウトにおいて、特に、送風機８の送風方向前方には、放熱側熱交換器４の放熱フィン６…を配設するとともに、送風方向後方には、空冷式熱交換器７を配設する。これにより、送風機８による送風Ｗを、空冷式熱交換器７と放熱フィン６…の双方に当てることができる。また、送風機８の送風方向後方、即ち、ケーシング４１の背面４１ｒには、空気取込部１１を設けるとともに、送風機８の送風方向に対して直交方向、即ち、ケーシング４１の左側面４１ｐ，右側面４１ｑには、それぞれ空気排出部１２ｐ，１２ｑを設ける。なお、図１，図２及び図６において、図５と同一部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００２２】
次に、本実施例に係る冷却装置１の動作について、図１〜図７を参照して説明する。
【００２３】
まず、制御部３３の制御により、サーモモジュール２…に給電すれば、サーモモジュール２…の冷却面２ｃ…により冷却側熱交換器３が冷却されるとともに、サーモモジュール２…の放熱面２ｈ…により放熱側熱交換器４が加熱される。また、循環ポンプ２６の作動により冷却側冷却液Ｌｍが循環し、冷却側熱交換器３により冷却された冷却側冷却液Ｌｍは、レーザ加工機Ｍｏの放熱部Ｍｈに供給され、放熱部Ｍｈの冷却が行われる。さらに、循環ポンプ３１の作動により放熱側冷却液Ｌｓが循環し、空冷式熱交換器７により冷却された放熱側冷却液Ｌｓは、放熱側熱交換器４に供給され、この放熱側熱交換器４によりサーモモジュール２…の放熱面２ｈ…が冷却される。なお、制御部３３は、温度センサ３６（及び温度センサ３５）の温度検出結果に基づいて送風機８の回転数（送風量）を可変制御するとともに、温度センサ３５の温度検出結果に基づいてサーモモジュール２…の給電量を可変制御するなどの冷却装置１に対する全体的な制御を行う。
【００２４】
また、この際、送風機８の作動により、送風Ｗは図６に示す経路で行われる。即ち、ケーシング４１の背面４１ｒに設けた空気取込部１１から外部の空気が取入れられ、最初に、空冷式熱交換器７を通過する。これにより、放熱側冷却液Ｌｓの冷却が行われる。空冷式熱交換器７を通過した送風Ｗは、送風機８を介して放熱側熱交換器４の放熱フィン６…に吹き付けられる。この場合、送風Ｗは、放熱側熱交換器４の放熱部位４ｒに対して直角に当たることになる。そして、放熱側熱交換器４の放熱部位４ｒに吹き付けられた送風Ｗは、ガイド溝２２…に沿って横方向にガイドされ、ケーシング４１の左側面４１ｐ及び右側面４１ｑに設けた空気排出部１２ｐ，１２ｑから外部に排出される。
【００２５】
これにより、送風機８による送風Ｗは、空冷式熱交換器７の冷却用として使用されるとともに、放熱フィン６…に当たることにより、放熱側熱交換器４の冷却用として使用される。したがって、放熱側熱交換器４では水冷式及び空冷式の双方による二重冷却が行われ、放熱側熱交換器４の冷却効率（冷却能力）が高められる。また、放熱フィン６…は、空気排出部１２ｐ，１２ｑに送風するガイド部１３を兼用することになり、送風路が確保されることによる安定した送風が行われる。
【００２６】
図７は、冷却側冷却液Ｌｍの制御温度Ｔ〔℃〕に対する冷却熱量Ｑ〔Ｗ〕の特性を示す。同図において、特性Ａが本実施例による冷却装置１の実測結果を示し、特性Ａｒは、放熱側熱交換器４に送風機８からの送風Ｗを当てない場合の実測結果を比較用として示す。また、本実施例による冷却装置１の場合には、周囲温度（外気温）と放熱側熱交換器４の温度差を小さくできるため、放熱側熱交換器４に送風機８からの送風Ｗを当てない場合に比べて、冷却温度に対する制御精度を高くすることができる。このように、本実施例に係る冷却装置１では、放熱側熱交換器４に対して送風機８からの送風Ｗを当てるようにしたため、放熱側熱交換器４に送風Ｗを当てない場合に比べて格段の冷却能力向上が認められた。
【００２７】
よって、本実施例に係る冷却装置１によれば、従来のように水道水を使用しないで済むため、経済性及び省資源性に優れるとともに、送風機８をインバータ制御することにより、放熱側熱交換器４の冷却能力を安定化できるため、高精度で安定性の高い温度制御を実現できる。しかも、放熱側熱交換器４には、純水或いは不凍液等の水道水以外の冷却液を利用できるため、放熱側熱交換器４の構成素材として、水道水に対する耐食性を考慮する必要がなくなり、装置自身のコストダウンを図ることができる。
【００２８】
なお、図８には変更実施例を示す。変更実施例は、ガイドプレート５１…を組合わせることにより、送風路５２…を形成するとともに、送風路５２…の吸気口５２ｉをケーシング４１の背面４１ｒから外部に臨ませるとともに、送風路５２…の排出口５２ｏ…を送風機８の送風方向前方に臨ませたものである。図１〜図６の実施例では、空冷式熱交換器７により熱交換された後の送風Ｗが、そのまま放熱側熱交換器４に当たるが、変更実施例では、空冷式熱交換器７を通過しない外気Ｗｓが空冷式熱交換器７により熱交換された後の送風Ｗに合流して放熱側熱交換器４に当たることになる。図８の変更実施例は図１〜図６の実施例に対して構造上複雑になるデメリットはあるが、放熱側熱交換器４の冷却能力をより高めることができるメリットがある。
【００２９】
以上、実施例（変更実施例）について詳細に説明したが、本発明はこのような実施例に限定されるものではなく、細部の構成，形状，数量，素材等において、本発明の要旨を逸脱しない範囲で任意に変更，追加，削除することができる。例えば、実施例は、冷却ユニットＣ１…を二つ用いた場合を例示したが、冷却装置１の仕様に応じて、一つ又は三つ以上組合わせて使用できる。また、送風機８の送風方向に対して直交方向に空気排出部１２ｐ，１２ｑを設ける場合として、例えば、放熱側熱交換器３を傾斜させ、左右の一方側にのみ空気排出部１２ｐ（又は１２ｑ）を設けることもできる。
【００３０】
【発明の効果】
このように、本発明に係る冷却装置は、サーモモジュールの放熱面に、内部に放熱側冷却液を通す液路を有し、かつ外部に多数の放熱フィンを有する放熱側熱交換器を付設するとともに、この放熱側熱交換器に通す放熱側冷却液を冷却する空冷式熱交換器を設け、送風機からの送風が空冷式熱交換器と放熱フィンの双方に当たるように、送風機の送風方向前方に放熱側熱交換器の放熱フィンを配設し、かつ送風方向後方に空冷式熱交換器を配設するとともに、送風機の送風方向後方に空気取込部を設け、かつ送風機の送風方向に対して直交方向に空気排出部を設け、放熱フィンを空気排出部に送風するガイド部に兼用させたため、次のような顕著な効果を奏する。
【００３１】
（１）  放熱側熱交換器では水冷式及び空冷式の双方による二重冷却が行われるため、放熱側熱交換器の冷却効率（冷却能力）を高めることができる。したがって、水道水を使用しなくても放熱側熱交換器の冷却能力を確保でき、経済性及び省資源性を高めることができる。
【００３２】
（２）  送風機をインバータ制御するなどにより、放熱側熱交換器の冷却能力を安定化できるため、高精度で安定性の高い温度制御を実現できる。
【００３３】
（３）  放熱側熱交換器には、純水或いは不凍液等の水道水以外の冷却液を利用できるため、放熱側熱交換器の構成素材として、水道水に対する耐食性を考慮する必要がなくなり、装置自身のコストダウンを図ることができる。
【００３４】
（４）  送風機の送風方向後方に空気取込部を設け、かつ送風機の送風方向に対して直交方向に空気排出部を設けるとともに、放熱フィンを空気排出部に送風するガイド部に兼用させたため、送風路の確保による安定した送風を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な実施例に係る冷却装置のレイアウトを示す側面構成図、
【図２】同冷却装置のレイアウトを示す背面構成図、
【図３】同冷却装置における冷却ユニットの側面構成図、
【図４】同冷却装置における冷却ユニットの放熱側熱交換器の斜視図、
【図５】同冷却装置の全体構成図、
【図６】同冷却装置の作用説明用平面構成図、
【図７】冷却水の制御温度に対する冷却熱量の関係を示す特性図、
【図８】本発明の変更実施例に係る冷却装置の作用説明用平面構成図、
【符号の説明】
１      冷却装置
２      サーモモジュール
２ｃ    冷却面
２ｈ    放熱面
３      冷却側熱交換器
４      放熱側熱交換器
５      液路
６…    放熱フィン
７      空冷式熱交換器
８      送風機
１１    空気取込部
１２ｐ  空気排出部
１２ｑ  空気排出部
１３    ガイド部
Ｍ      被冷却部
Ｌｍ    冷却側冷却液
Ｌｓ    放熱側冷却液
Ｃ１…  冷却ユニット
【図１】
0003678996.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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