(57)【要約】【課題】省電流動作で効率的に冷却可能な冷却装置を提供する。【解決手段】熱電変換モジュール１は、上下に間隔を介して対向配置された基板６，７と、これら上下の基板６，７の対向表面にそれぞれ互いに間隔を介して形成された複数の電極と、基板６，７間に配置されて互いに間隔を介して配列したＰ型とＮ型の複数の熱電変換素子５を設けて形成し、対応する電極を介して熱電変換素子５を接続した接続回路に電流を流すことにより下側基板７を吸熱側基板、上側基板６を放熱側基板と成す。熱電変換モジュール１の上側基板６と下側基板７に沿って連続したヒートパイプ３を設けて高熱伝導性部材４ａ，４ｂに内蔵し、ヒートパイプの連通部３ｃは熱電変換モジュール１の側部がわに露出させる。上側に配置されたヒートパイプ３ａの上側にはヒートシンク１２を設ける。【選択図】        図１
2004266145.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下に間隔を介して対向配置された基板と、これら上下の基板の対向表面にそれぞれ互いに間隔を介して形成された複数の電極と、前記上下の基板間に配置されて互いに間隔を介して配列したＰ型とＮ型の複数の熱電変換素子とを有して、これらの熱電変換素子が対応する前記電極を介して接続されて熱電変換素子の接続回路が形成され、該熱電変換素子の接続回路に電流を流すことにより前記下側の基板が吸熱側基板と成して上側の基板が放熱側基板と成す熱電変換モジュールを有し、熱電変換モジュールの上側基板と下側基板の基板面に沿って連続するヒートパイプが設けられており、熱電変換モジュールの上側に配置されたヒートパイプの上側にはヒートシンクが設けられていることを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
ヒートシンクにはファンが設けられていることを特徴とする請求項１記載の冷却装置。
【請求項３】
熱電変換モジュールの下側基板の下側には第１の高熱伝導性部材が設けられ、熱電変換モジュールの上側基板の上側には前記第１の高熱伝導性部材以上の伝熱面積を有する第２の高熱伝導性部材が設けられており、これらの高熱伝導性部材内にヒートパイプが内蔵され、前記第２の高熱伝導性部材の上側にヒートシンクが設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の冷却装置。
【請求項４】
ヒートパイプ内に設けられている作動液が、熱電変換モジュールの上側基板と下側基板の間に配置されているヒートパイプの連通部を介して、下側に配置されたヒートパイプ側から上側に配置されたヒートパイプ側にヒートパイプ内壁を毛細管力により移動することを抑制するサーモサイフォン型の構成を有していることを特徴とする請求項１または請求項２または請求項３記載の冷却装置。
【請求項５】
ヒートパイプ内には少なくとも連通部内にウィックが設けられていないことを特徴とする請求項４記載の冷却装置。
【請求項６】
熱電変換モジュールの吸熱側基板または被冷却体あるいは両者の中間の温度を検出する温度検出機能と、該温度検出機能によって検出した検出温度に基づいて、該検出温度が回路開設定温度以下のときに熱電変換素子の接続回路を開とする回路開機能と、熱電変換素子の接続回路を開とした後に前記検出温度が回路開設定温度より大きい回路閉設定温度以上になったときに、前記熱電変換素子の接続回路を閉とすることにより熱電変換素子の接続回路に再び電流が流れるようにする回路復帰機能とを有する省電流制御機構が設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一つに記載の冷却装置。
【請求項７】
省電流制御機構は熱電変換モジュールの吸熱側基板またはその近傍に設けられていることを特徴とする請求項６記載の冷却装置。
【請求項８】
回路開設定温度と回路閉設定温度の少なくとも一方が互いに異なる複数の省電流制御機構を有し、これら複数の省電流制御機構と熱電変換素子の接続回路との接続を切り換えるスイッチを有することを特徴とする請求項６または請求項７記載の冷却装置。
【請求項９】
省電流制御機構はバイメタルまたは形状記憶合金を有して形成されていることを特徴とする請求項６乃至請求項８のいずれか一つに記載の冷却装置。
【請求項１０】
熱電変換モジュールは、吸熱側基板の最大吸熱量を得るために熱電変換モジュールに必要な電流値の２０〜８０％の範囲内で設定した設定値の電流が熱電変換モジュール駆動の定電圧印加時に流れるように内部抵抗を設定したことを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか一つに記載の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばＤＶＤ、パーソナルコンピュータや、サーバー、高性能電子計算機等の電子機器におけるＬＤ、ＣＰＵ、ＣＣＤなどの発熱を伴う電子部品に取り付けて、主に電子機器或いは電子部品の冷却を行うために用いられる冷却装置に関するものである。
【０００２】
【背景技術】
近年、各種ＬＳＩ、コンピュータに使われるＣＰＵなどの電子機器の主要部品は小型高性能化が著しい。例えばＬＳＩの配線間隔などが小さくなりサブミクロン領域となるとともにますます高集積化が進み、単に発熱量が増えるだけでなく単位面積当りの発熱量が増える、すなわち、発熱密度の増大という新たな問題が大きな課題となってきている。
【０００３】
そこで、これらの熱を冷却する冷却装置が様々に検討されるようになり、例えばペルチェモジュール等の熱電変換モジュールとヒートパイプを組み合わせた冷却装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
ペルチェモジュールは、例えば図８（ａ）、（ｂ）に示すように、互いに間隔を介して上下に配置された基板６，７の間に、複数の熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）を立設配置して形成されている。
【０００５】
基板６，７は、電気絶縁性を有する板状の電気絶縁性部材であり、例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等のセラミックにより形成されている。基板６，７には、それぞれ、その片面側（対向面側）に複数の導通用の電極２が互いに間隔を介して配列形成されている。基板６，７は、電極２の位置を互いにずらした状態で電極形成面１６，１７を対向させて配置されている。
【０００６】
前記熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）は対応する電極２を介して直列に接続され、熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）の接続回路が形成されている。なお、電極２上には図示されていない半田が形成されて該半田を介して熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）が電極２上に固定されている。
【０００７】
熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）は、ペルチェ素子として一般的に知られており、Ｐ型半導体により形成されたＰ型の熱電変換素子５ａと、Ｎ型半導体により形成されたＮ型の熱電変換素子５ｂとが交互に１対以上（ここでは複数対）配置されている。このように、Ｐ型の熱電変換素子５ａとＮ型の熱電変換素子５ｂが交互に配置され、電極２を介して直列に接続されてＰＮ素子対が形成されている。
【０００８】
Ｐ型の熱電変換素子５ａとＮ型の熱電変換素子５ｂは、それぞれ、例えばビスマス・テルル等の金属間化合物にアンチモン、セレン等の元素を添加することにより形成されている。
【０００９】
熱電変換モジュールの電極２にリード線２８から電流を流すと、この電流が電極２を介してＰ型の熱電変換素子５ａとＮ型の熱電変換素子５ｂに流れ（熱電変換素子５の接続回路に流れ）、熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）と電極２との接合部（界面）で冷却・加熱効果が生じる。すなわち、前記接合部を流れる電流の方向によって熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）の一方の端部が発熱せしめられると共に他方の端部が冷却せしめられるペルチェ効果が生じる。
【００１０】
このペルチェ効果によって熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）の一方側が吸熱側と成して他方側が放熱側と成す。例えば熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）の一方側である下側基板７側の端部が冷却せしめられると、下側基板７を介し、基板７の下側に設けられた部材（被冷却体）の冷却（吸熱）が行われる。つまり、熱電変換モジュールは、一般に、ＩＣ等の電子部品の発熱体を冷却するために用いられ、熱電変換素子５の接続回路に電流を流すことにより、発熱体側に設けられる基板７を吸熱側基板と成す。
【００１１】
前記特許文献１に提案されている冷却装置は、例えば被冷却体であるＣＰＵ側にヒートパイプの一端側を設け、ヒートパイプの他端側にペルチェモジュールの低温側を設け、ＣＰＵが発する熱をヒートパイプによってペルチェモジュール側に移動してから、上記のようなペルチェモジュールの動作により冷却する冷却装置である。
【００１２】
【特許文献１】
特開２０００−１６５０７７
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ペルチェモジュール等の熱電変換モジュールは、電子機器が用いられる一般的環境において容易に部分的に比較的低い温度を作り出すことができるものの、周知の如く、必ず熱電変換モジュールの冷却に必要な熱量以上の熱を放熱しなければならないために消費電力が大きい。そのため、熱電変換モジュールを適用して形成される冷却装置は、その消費電力が大きくならざるを得ないといった問題があった。
【００１４】
本発明は、上記課題を解決するために成されたものであり、その目的は、コンピュータのＣＰＵのような高発熱密度でスポット的に温度が上昇しやすい電子部品に対し、低消費電力で効率的に冷却する冷却装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は次のような構成をもって課題を解決するための手段としている。すなわち、第１の発明は、上下に間隔を介して対向配置された基板と、これら上下の基板の対向表面にそれぞれ互いに間隔を介して形成された複数の電極と、前記上下の基板間に配置されて互いに間隔を介して配列したＰ型とＮ型の複数の熱電変換素子とを有して、これらの熱電変換素子が対応する前記電極を介して接続されて熱電変換素子の接続回路が形成され、該熱電変換素子の接続回路に電流を流すことにより前記下側の基板が吸熱側基板と成して上側の基板が放熱側基板と成す熱電変換モジュールを有し、熱電変換モジュールの上側基板と下側基板の基板面に沿って連続するヒートパイプが設けられており、熱電変換モジュールの上側に配置されたヒートパイプの上側にはヒートシンクが設けられている構成をもって課題を解決する手段としている。
【００１６】
また、第２の発明は、上記第１の発明の構成に加え、前記ヒートシンクにはファンが設けられている構成をもって課題を解決する手段としている。
【００１７】
さらに、第３の発明は、上記第１または第２の発明の構成に加え、前記熱電変換モジュールの下側基板の下側には第１の高熱伝導性部材が設けられ、熱電変換モジュールの上側基板の上側には前記第１の高熱伝導性部材以上の伝熱面積を有する第２の高熱伝導性部材が設けられており、これらの高熱伝導性部材内にヒートパイプが内蔵され、前記第２の高熱伝導性部材の上側にヒートシンクが設けられている構成をもって課題を解決する手段としている。
【００１８】
ここで、高熱伝導性部材は、例えばＡｌ、Ｃｕ、あるいはこれらを含む合金で作られた部材を示し、その形状としては板やブロック等が挙げられる。
【００１９】
さらに、第４の発明は、上記第１または第２または第３の発明の構成に加え、前記ヒートパイプ内に設けられている作動液が、熱電変換モジュールの上側基板と下側基板の間に配置されているヒートパイプの連通部を介して、下側に配置されたヒートパイプ側から上側に配置されたヒートパイプ側にヒートパイプ内壁を毛細管力により移動することを抑制するサーモサイフォン型の構成を有している構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２０】
さらに、第５の発明は、上記第４の発明の構成に加え、前記ヒートパイプ内には少なくとも連通部内にウィックが設けられていない構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２１】
さらに、第６の発明は、上記第１乃至第５のいずれか一つの発明の構成に加え、前記熱電変換モジュールの吸熱側基板または被冷却体あるいは両者の中間の温度を検出する温度検出機能と、該温度検出機能によって検出した検出温度に基づいて、該検出温度が回路開設定温度以下のときに熱電変換素子の接続回路を開とする回路開機能と、熱電変換素子の接続回路を開とした後に前記検出温度が回路開設定温度より大きい回路閉設定温度以上になったときに、前記熱電変換素子の接続回路を閉とすることにより熱電変換素子の接続回路に再び電流が流れるようにする回路復帰機能とを有する省電流制御機構が設けられている構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２２】
さらに、第７の発明は、上記第６の発明の構成に加え、前記省電流制御機構は熱電変換モジュールの吸熱側基板またはその近傍に設けられている構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２３】
さらに、第８の発明は、上記第６または第７の発明の構成に加え、前記回路開設定温度と回路閉設定温度の少なくとも一方が互いに異なる複数の省電流制御機構を有し、これら複数の省電流制御機構と熱電変換素子の接続回路との接続を切り換えるスイッチを有する構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２４】
さらに、第９の発明は、上記第６または第７または第８の発明の構成に加え、前記省電流制御機構はバイメタルまたは形状記憶合金を有して形成されている構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２５】
さらに、第１０の発明は、上記第１乃至第９のいずれか一つの発明の構成に加え、前記熱電変換モジュールは、吸熱側基板の最大吸熱量を得るために熱電変換モジュールに必要な電流値の２０〜８０％の範囲内で設定した設定値の電流が熱電変換モジュール駆動の定電圧印加時に流れるように内部抵抗を設定した構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、本実施形態例の説明において、従来例と同一名称部分には同一符号を付し、その重複説明は省略又は簡略化する。
【００２７】
図１には、本発明に係る冷却装置の一実施形態例が被冷却体としての発熱部９と共に模式的に示されている。発熱部９は例えばＣＰＵ等の電子部品である。図１（ａ）は冷却装置の正面構成、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ’断面構成を示す。これらの図に示すように、本実施形態例の装置は熱電変換モジュール１を有し、この熱電変換モジュール１にはＰ型とＮ型の熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）が複数設けられている。
【００２８】
本実施形態例に適用されている熱電変換モジュール１は、熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）の接続回路に電流を流すことにより前記下側の基板７が吸熱側基板と成して上側の基板６が放熱側基板と成す。なお、熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）の接続回路は、図８に示したような従来の熱電変換モジュールと同様に、熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）が対応する電極２を介して接続して形成されているが、図の簡略化のために、図１において、電極２を省略して示している。
【００２９】
熱電変換モジュール１の上側基板６の上側と下側基板７の下側には高熱伝導性部材４（４ａ，４ｂ）が設けられている。上側基板６の上側に設けられた第２の高熱伝導性部材４ａは下側基板７の下側に設けられた第１の高熱伝導性部材４ｂより伝熱面積が大きく形成されている。
【００３０】
これらの高熱伝導性部材４（４ａ，４ｂ）には３本の管状のヒートパイプ３（３ａ，３ｂ）が内蔵されており、ヒートパイプ３（３ａ，３ｂ）は熱電変換モジュール１の上側基板６と下側基板７の基板面に沿って連続して設けられている。熱電変換モジュール１の上側基板６と下側基板７の間には、ヒートパイプ３の連通部３ｃが熱電変換モジュール１の側部がわに配置されている。
【００３１】
高熱伝導性部材４（４ａ，４ｂ）は、銅やアルミニウム等により形成されており、熱電変換モジュール１の上側に設けられた高熱伝導性部材４ａの上側にはヒートシンク１２が設けられている。ヒートシンク１２は、アルミニウム等により形成されており、ベース１４の上側に、互いに間隔を介して複数のフィン１３を立設配置して形成されている。なお、ヒートシンク１２には必要に応じ、図の鎖線に示すファン２０を組み合わせることもできる。
【００３２】
ヒートパイプ３（３ａ，３ｂ，３ｃ）内にはウィックが設けられておらず、ヒートパイプ３（３ａ，３ｂ，３ｃ）内に設けられている作動液が、連通部３ｃを介して、下側に配置されたヒートパイプ３ｂ側から上側に配置されたヒートパイプ３ａ側に毛細管力によって移動すること、つまり、図１（ａ）の矢印Ｇに示す重力方向に逆らって３（３ａ，３ｂ，３ｃ）内の作動液が移動することを抑制するサーモサイフォン型の構成を有している。
【００３３】
ヒートパイプ３（３ａ，３ｂ，３ｃ）は、断面円形状のヒートパイプの上下両側から圧力を加えることにより断面楕円形状に形成されており、例えば図２（ａ）に示すように、ヒートパイプ３（３ａ，３ｂ）は高熱伝導性部材４（４ａ，４ｂ）形成された凹部３０に収納されている。なお、図２（ｂ）に示すように、高熱伝導性部材４に形成する凹部３０の深さを深くして断面円形状のヒートパイプ３を用いることもできる。
【００３４】
図１に示すように、本実施形態例の冷却装置は省電流制御機構２２を有している。この省電流制御機構２２は、熱電変換モジュール１の吸熱側基板である下側基板７に設けられたバイメタル８を有している。
【００３５】
省電流制御機構２２は、熱電変換モジュール１の吸熱側基板７の温度を検出する温度検出機能と、該温度検出機能によって検出した検出温度に基づいて、該検出温度が回路開設定温度以下のときに熱電変換素子５の接続回路を開とする回路開機能と、熱電変換素子５の接続回路を開とした後に前記検出温度が回路開設定温度より大きい回路閉設定温度以上になったときに、前記熱電変換素子５の接続回路を閉とすることにより熱電変換素子の接続回路に再び電流が流れるようにする回路復帰機能とを有する。例えば、回路開設定温度は２０℃、回路閉設定温度は４０℃に設定されている。
【００３６】
図５に示すように、バイメタル８の一端側は下側基板７の一端側の固定部１８に固定され、この固定部１８には熱電変換素子５の接続回路が接続されている。また、バイメタル８の他端側は、図５（ａ）に示すように、熱電変換素子５の回路を閉とするときには、リード線２８に接続され、図５（ｂ）に示すように、熱電変換素子５の回路を開とするときには、下側基板７から離れてリード線２８から離れる。
【００３７】
つまり、下側基板７の温度が２０℃以下になると、バイメタル８を有する省電流制御機構２２の働きによって、図５（ｂ）に示すように、熱電変換素子５の接続回路が開となり（バイメタル８が変形して接続回路が開き）、熱電変換モジュール１に流れる電流は遮断される。
【００３８】
また、熱電変換モジュール１による冷却が行われずに、ヒートパイプ３（３ａ，３ｂ，３ｃ）による冷却のみでは冷却能力が不足し、再び発熱体９の温度が上昇して下側基板７の温度が４０℃以上になったときには、図５（ａ）に示すようにバイメタル８が元の状態に戻って熱電変換素子５の接続回路を閉とすることにより、熱電変換素子５の接続回路に再び電流が流れるようにする。そうすると、熱電変換モジュール１による発熱体９の冷却が再開される。
【００３９】
また、熱電変換モジュール１は、吸熱側基板（下側基板７）の最大吸熱量を得るために熱電変換モジュール１に必要な電流値（以下、Ｉｍａｘという）の２０〜８０％の範囲内で設定した設定値の電流が、熱電変換モジュール駆動の定電圧（例えば５Ｖ）印加時に流れるように内部抵抗が設定されている。
【００４０】
なお、図３には、本実施形態例で適用している熱電変換モジュール１の投入電流と吸熱量との関係が示されており、この熱電変換モジュール１は、Ｉｍａｘが２．３３Ａであり、その６０％の値である１．４Ａを上記設定値の電流値としている。
【００４１】
本実施形態例は以上のように構成されており、例えば発熱部９の負荷が小さく、温度があまり高くならない場合は、熱電変換モジュール１による冷却動作開始後すぐに、下側基板７の温度が回路開設定温度より低くなるので、熱電変換素子５の接続回路はオフとなる。つまり、この場合、熱電変換モジュール１の電源はオフの状態であり、発熱部９で発生した熱はヒートパイプ３（３ａ，３ｂ，３ｃ）により熱電変換モジュール１を迂回してヒートシンクへ伝えられ、そこで放熱される。また、この場合、熱電変換モジュール１は作動しないので、その駆動エネルギーも消費しない。
【００４２】
一方、発熱部９の負荷が大きく、ヒートパイプ３（３ａ，３ｂ，３ｃ）による冷却のみでは発熱部９が過熱しそうな場合、温度検出手段２１による検出温度が回路開設定温度より大きい回路閉設定温度以上になると、省電流制御機構２２が熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）の接続回路を閉とすることにより熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）の接続回路に再び電流が流れるようにするので、熱電変換モジュール１による吸熱が始まる。
【００４３】
そうすると、発熱部９の熱が、熱電変換モジュール１の下側の高熱伝導性部材４ｂを介して熱電変換モジュール１の下側基板７に伝えられて下側基板７により吸熱される。また、この熱電変換モジュール１の吸熱に対して必要な放熱は、上側基板６から上側の高熱伝導性部材４ａを介してヒートシンク１２へ伝えられ、そこで放熱される。この場合、熱電変換モジュール１の放熱の増加に伴い、ヒートシンク１２の上部のファン２０を稼働させることで、より効果的な放熱が可能となる。
【００４４】
なお、本実施形態例においては、ヒートパイプ３（３ａ，３ｂ，３ｃ）内にはウィックが設けられておらず、重力方向に逆らって作動液が移動することを抑制するサーモサイフォン型（重力型動作）の構成を有しているため、熱電変換モジュール１の放熱側（上側基板６）が高温になったとしても、その熱がヒートパイプ３（３ａ，３ｂ，３ｃ）を通して熱電変換モジュール１の吸熱側（下側基板７側）や冷却対象の発熱部９側へ還流することはない。
【００４５】
そして、上記熱電変換モジュール１による冷却によって発熱部９の温度が下がり、前記回路開設定温度以下になると、省電流制御機構２２が熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）の接続回路を開とすることにより熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）の接続回路への電流供給はオフとなり、再び熱電変換モジュール１をバイパスする態様での冷却形態となる。
【００４６】
本実施形態例によれば、上記動作により、必要な場合のみ、つまり、発熱部９の温度が高くなったときのみ、必要なだけ熱電変換モジュール１による発熱部９の冷却を行ない、発熱部９の温度が低いときにはヒートパイプ３（３ａ，３ｂ，３ｃ）による冷却を行うので、無駄に熱電変換モジュール１を作動させることはなく、かつ、従来の空冷だけでは実現できなかった高熱密度、高熱流束等を有する電子部品の発熱部９を効率的に冷却して、発熱部９の温度を適切な温度（例えば８０℃といった設定温度近傍の温度）に維持することができる。
【００４７】
また、本実施形態例によれば、上側基板６の上側に設けられた第２の高熱伝導性部材４ａは下側基板７の下側に設けられた第１の高熱伝導性部材４ｂより伝熱面積が大きく形成されているので、第２の高熱伝導性部材４ａを介しての熱電変換モジュール１の放熱を効率的に行うことができる。
【００４８】
さらに、この構成により、本実施形態例では、熱電変換モジュール１の上側に配置したヒートパイプ３ａを熱電変換モジュール１の下側に配置したヒートパイプ３ｂより大きくしているので、ヒートパイプ３によって発熱体９の冷却を行う際の放熱も効率的に行うことができる。
【００４９】
さらに、本実施形態例では、熱電変換モジュール１の駆動時に流れる電流をＩｍａｘの２０〜８０％（例えば６０％の値である１．４Ａ）としているので、比較的エネルギー効率の良好な領域で熱電変換モジュール１を作動することができる。
【００５０】
つまり、熱電変換モジュール１の駆動に際し、熱電変換モジュール１の駆動時に流れる電流をＩｍａｘの近傍以上（Ｉｍａｘの８０％を超える値）としたり、Ｉｍａｘの２０％未満の小さい値としたりすると、例えば図４に示すように、熱電変換モジュール１の成績係数（投入電流に対する吸熱量の比）が小さくなり、エネルギー効率が悪くなる。
【００５１】
すなわち、熱電変換モジュール１の駆動時に流れる電流を、Ｉｍａｘの８０％を超える値とすると、成績係数が極めて小さい値となり、熱電変換モジュール駆動時に流れる電流をＩｍａｘの２０％未満の小さい値とすると、急激な吸熱量減少が生じて設定した冷却性能が安定的に得られない。
【００５２】
それに対し、本実施形態例では、熱電変換モジュール１の駆動時に流れる電流をＩｍａｘの６０％の値である１．４Ａとしており、このときの成績係数は、図４に示すように、約０．７であるので、比較的エネルギー効率の良好な領域で熱電変換モジュール１を作動することができる。
【００５３】
さらに、本実施形態例では、省電流制御機構２２による熱電変換素子５の接続回路の開閉動作は、下側基板７の温度に基づいて行われるものであり、この温度は熱電変換素子５の極近傍の温度であるため、熱電変換素子５の接続回路の開閉動作を精度良く行うことができる。
【００５４】
なお、本発明は上記実施形態例に限定されることはなく、様々な実施の態様を採り得る。例えば、ヒートパイプ３（３ａ，３ｂ，３ｃ）の配設態様は特に限定されるものでなく、適宜設定されるものであり、例えば図６（ｂ）に示すように、連通部３ｃを斜めに襷状に配置して、熱電変換モジュール１の上下に配置されたヒートパイプ３（３ａ，３ｂ）を接続してもよい。連通部３ｃをこのように形成すると、連通部３ｃの曲率半径を大きく形成できる。
【００５５】
なお、連通部３ｃは、図６に示すように、熱電変換モジュール１の両端側にそれぞれ１つずつ設けてもよいし、熱電変換モジュール１の一端側の側部がわに曲率半径が互いに異なる複数の連通部３ｃを配置してもよい。また、ヒートパイプ３は、図２（ｃ）に示すように、上下に環状に配置し、熱電変換モジュール１（同図には図示せず）の両側部がわに連通部３ｃを配置してもよい。
【００５６】
また、上記実施形態例では、熱電変換モジュール１の上側基板６の上側に設けた第２の高熱伝導性部材４ａの伝熱面積を下側基板７の下側に設けた第１の高熱伝導性部材４ｂより大きく形成したが、これらの高熱伝導性部材４（４ａ，４ｂ）は互いに同じ大きさとしてもよい。
【００５７】
さらに、上記実施形態例では、熱電変換モジュール１の上側基板６の上側と下側基板７の下側にはそれぞれ高熱伝導性部材４（４ａ，４ｂ）を設け、これらの高熱伝導性部材４（４ａ，４ｂ）にヒートパイプ３（３ａ，３ｂ）を内蔵したが、高熱伝導性部材４（４ａ，４ｂ）を設けずに、箱板状のヒートパイプを折り曲げて形成してもよい。
【００５８】
さらに、上記実施形態例では、ヒートパイプ３（３ａ，３ｂ，３ｃ）内にウィックを設けなかったが、少なくとも連通部３ｃ内にウィックを設けないことにより、下側に配置されたヒートパイプ３ｂ側から上側に配置されたヒートパイプ３ａ側に作動液が連通部３ｃを介して移動することを確実に抑制することができ、ヒートパイプ３内で熱が被冷却体側に移動することが確実に抑制され、熱電変換モジュール１により被冷却体を効率的に移動することができる。
【００５９】
さらに、上記実施形態例では、熱電変換モジュール１の基板６，７の面が重力方向（図１の矢印Ｇ方向）に直交する態様で冷却装置を設けたが、冷却装置は、図１の矢印Ｓに示すように、重力方向に対して傾いた方向に対し、基板６，７が直交するように配置してもよい。
【００６０】
さらに、上記実施形態例では、熱電変換素子５の接続回路の開閉動作の基準となる回路開設定温度を２０℃とし、回路閉設定温度を４０℃としたが、回路開設定温度や回路閉設定温度は特に限定されるものでなく適宜設定されるものであり、回路開設定温度を回路閉設定温度より小さく設定すればよい。
【００６１】
さらに、上記本実施形態例では、省電流制御機構２２は熱電変換モジュール１の吸熱側基板（下側基板７）の温度に基づいて熱電変換素子５の接続回路の開閉動作を行ったが、省電流制御機構２２は被冷却体である発熱部９の温度に基づいて熱電変換素子５の接続回路の開閉動作を行ってもよいし、被冷却体と吸熱側基板の中間の温度に基づいて熱電変換素子５の接続回路の開閉動作を行うようにしてもよい。
【００６２】
なお、本明細書において、吸熱側基板と被冷却体の中間の検出温度とは、吸熱側基板の検出温度と被冷却体の検出温度の間の温度（つまり、被冷却体の検出温度から吸熱側基板の検出温度までの範囲内の温度）をいう。
【００６３】
さらに、例えば図７に示すように、回路開設定温度と回路閉設定温度の少なくとも一方が互いに異なる複数（ここでは２つ）の省電流制御機構２２を設けて熱電変換モジュール１の制御を行うようにしてもよい。この場合、省電流制御機構２２として、バイメタル８（８ａ，８ｂ）を設け、これら複数のバイメタル８（８ａ，８ｂ）と熱電変換素子５の接続回路との接続を切り換えるスイッチ１５を有する構成とすると、装置の小型化を図れる。
【００６４】
なお、図７の（ａ）において、熱電変換素子５の接続回路は符号１０を付して示している。図７（ａ）は、スイッチ１５が接続回路と第１のバイメタル８ａとを接続している状態を示しており、図の鎖線に示す態様とすることにより、スイッチ１５が接続回路と第２のバイメタル８ｂとを接続することになる。
【００６５】
また、例えば図７に示す例において、第１のバイメタル８ａは、回路開設定温度が４０℃、回路閉設定温度が５０℃とし、第２のバイメタル８ｂは、回路開設定温度が３０℃、回路閉設定温度が４０℃としている。これらは熱電変換モジュール１の冷却側であるセラミック製の下側基板７上に実装されており、前記スイッチ１５も基板７上に設けられている。
【００６６】
このように、スイッチ１５により複数のバイメタル８と熱電変換素子５の接続回路との接続を切り換える構成を備えた冷却装置は、夏場と冬場で仕様環境温度に応じて熱電変換モジュール１および冷却装置の冷却の設定を変えたい場合や、被冷却体の冷却条件を必要に応じて切り換えたいときなどに有効に適用される。なお、バイメタル８を３つ以上設けてスイッチ１５により切り換える構成も本発明に適用できる。
【００６７】
さらに、省電流制御機構２２はバイメタル８を有して構成されていたが、バイメタル８の代わりに形状記憶合金とばね等の弾性部材を有して構成した素子としてもよい。この場合、回路開設定温度で形状記憶合金が変形して熱電変換素子５の接続回路を開とし、回路閉設定温度でばね等の弾性部材の弾性復元力によって熱電変換素子５の接続回路を閉とするように構成する。
【００６８】
さらに、上記第２実施形態例では、省電流制御機構２２は熱電変換モジュール１の下側基板７に設けたが、省電流制御機構２２は熱電変換モジュール１の下側基板７の近傍領域や発熱部９の近傍領域に設けてもよい。
【００６９】
さらに、上記実施形態例では、冷却装置は、省電流制御機構２２を設けて構成したが、省電流制御機構２２を省略し、例えば発熱部９の温度に応じて、手動により熱電変換モジュール１の電源のオン・オフを行うようにしてもよい。
【００７０】
さらに、上記実施形態例では、熱電変換モジュール駆動の定電圧印加時にＩｍａｘの６０％の電流が流れるように、熱電変換モジュール１の内部抵抗を設定したが、熱電変換モジュール１の内部抵抗は特に限定されるものでなく適宜設定されるものであり、例えばＩｍａｘの２０〜８０％の範囲内で設定した設定値の電流が、熱電変換モジュール駆動の定電圧印加時に流れるように設定することで、効率的に熱電変換モジュール１を作動できる。
【００７１】
さらに、本発明に適用される熱電変換モジュール１の大きさやその詳細構成は特に限定されるものでなく適宜設定されるものでいる。
【００７２】
【発明の効果】
本発明によれば、熱電変換モジュールの上側基板と下側基板に沿って連続したヒートパイプを設け、被冷却体側に下側ヒートパイプを配置することにより、例えば被冷却体の温度があまり高くならない（負荷が小さい）ときにはヒートパイプによる冷却を行い、被冷却体の温度が高くなるとき（負荷が大きい）ときには熱電変換モジュールを作動させて、被冷却体の熱をヒートパイプを介して熱電変換モジュールの吸熱側基板により吸熱し、必要なだけ熱電変換モジュールによる被冷却体の冷却を行なうことができる。
【００７３】
したがって、本発明の冷却装置は、無駄に熱電変換モジュールを作動させることはなく、かつ、従来の空冷だけでは実現できなかった高熱密度、高熱流束等を有する電子部品等の被冷却体を効率的に冷却して被冷却体の温度を適切な温度に維持することができる。
【００７４】
また、ヒートシンクにはファンが設けられている構成によれば、ヒートシンクによる放熱をより効率的に行うことができる。
【００７５】
さらに、本発明において、熱電変換モジュールの上下に配置するヒートパイプを高熱伝導性部材に内蔵した構成によれば、高熱伝導性部材によって被冷却体の熱を効率良くヒートパイプに伝えることができ、被冷却体の熱を効率良く吸熱し、かつ、効率良く放熱することができる。
【００７６】
さらに、本発明において、ヒートパイプ内に設けられている作動液が、熱電変換モジュールの上側基板と下側基板の間に配置されているヒートパイプの連通部を介して、移動することを抑制するサーモサイフォン型の構成を有している構成によれば、被冷却体側に配置されている熱電変換モジュールの下側基板が熱電変換モジュールの作動に伴って吸熱側基板と成し、ヒートシンク側に配置されている熱電変換モジュールの上側基板が熱電変換モジュールの作動に伴って放熱側基板と成しても、これらの基板温度に対応して作動液が上側のヒートパイプ側に移動することはない。
【００７７】
したがって、この構成の本発明によれば、ヒートパイプ内で熱が被冷却体側に移動することが確実に抑制され、熱電変換モジュールにより被冷却体を効率的に移動することができる。
【００７８】
さらに、本発明において、少なくともヒートパイプの連通部内にはウィックが設けられていない構成によれば、作動液が下側に配置されたヒートパイプ側から上側ヒートパイプ側に毛細管力によって移動することを確実に抑制することができる。
【００７９】
さらに、本発明において、熱電変換モジュールの熱電変換素子の接続回路を開閉する省電流制御機構が設けられている構成によれば、省電流制御機構により、熱電変換モジュールの吸熱側基板または被冷却体あるいは両者の中間の検出温度に基づいて、熱電変換モジュールの熱電変換素子の接続回路を開閉することができるので、熱電変換モジュールによる冷却動作を必要とする時のみ熱電変換モジュールを動作させて、無駄な消費電流を抑制し、かつ、的確に被冷却体の温度を設定温度に維持することができる。
【００８０】
さらに、本発明において、省電流制御機構は熱電変換モジュールの吸熱側基板またはその近傍に設けられている構成によれば、省電流制御機構の配設スペースを省スペース化し、かつ、省電流制御機構による熱電変換素子の接続回路の開閉動作をより一層的確に行うことができる。
【００８１】
さらに、本発明において、上記回路開設定温度と回路閉設定温度の少なくとも一方が互いに異なる複数の省電流制御機構を有し、これら複数の省電流制御機構と熱電変換素子の接続回路との接続を切り換えるスイッチを有する構成によれば、使用される環境温度に合わせ、温度制御範囲を適切に変更することができるので、被冷却素子の温度を設定温度より低く保つという課題に対し、実際の環境温度に合わせて、複数の省電流制御機構と熱電変換素子との接続を切り換えることができ、より的確に、熱電変換モジュールの省電流化を図れる。
【００８２】
さらに、バイメタルや形状記憶合金は、従来の温度センサと温度制御装置を組み合わせた方式に比して非常に安価で小型の素子であるため、バイメタルまたは形状記憶合金を有する省電流制御機構を設ける構成の本発明は、装置の小型化と低価格化をより一層確実に行うことができる。
【００８３】
さらに、本発明において、熱電変換モジュール駆動の定電圧印加時に設定電流が流れるように内部抵抗を設定したこと構成によれば、比較的エネルギー効率の良好な領域で熱電変換モジュールを作動することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る冷却装置の一実施形態例の要部構成を模式的に示す説明図である。
【図２】本発明に係る冷却装置に設けられるヒートパイプの配設形態例を示す説明図である。
【図３】上記実施形態例に適用した熱電変換モジュールの投入電流と吸熱量との関係を示すグラフである。
【図４】上記実施形態例に適用した熱電変換モジュールの投入電流と成績係数との関係を示すグラフである。
【図５】上記実施形態例に適用されている熱電変換モジュールの下側基板温度に対応した回路開閉機能を模式的に示す説明図である。
【図６】本発明に係る冷却装置の他の実施形態例を模式的に示す正面説明図（ａ）と側面説明図（ｂ）である。
【図７】本発明に係る冷却装置のさらに他の実施形態例に適用されている熱電変換モジュールとその周辺構成を模式的に示す平面説明図（ａ）と側面図（ｂ）である。
【図８】従来の熱電変換モジュールの構成を示す説明図である。
【符号の説明】
１  熱電変換モジュール
２  電極
３  ヒートパイプ
４，４ａ，４ｂ  高熱伝導性部材
５，５ａ，５ｂ  熱電変換素子
６  上側基板
７  下側基板
８  バイメタル
９  発熱体
１２  ヒートシンク
１５  スイッチ
２２  省電流制御機構
【図１】
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【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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