(57)【要約】【課題】従来の限界を大幅に越えた冷却能力を持つペルチェ式の盤用冷却装置を提供する。【解決手段】本発明の盤用冷却装置は、ペルチェ素子を利用した盤用冷却装置に関するものであり、ペルチェ素子３の放熱側と吸熱側のヒートシンク５，６を何れも水冷構造とすることにより、冷却能力を従来よりも大幅に向上させた。吸熱側のヒートシンク６と接続された吸熱ラジエーター１３に冷却水を送り、冷却ファン１５により盤内空気を冷却する。側面設置型、天井設置型、別置き型など各種の形態とすることができる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ペルチェ素子を利用した盤用冷却装置において、ペルチェ素子の放熱側と吸熱側のヒートシンクを何れも水冷構造とし、ラジエーターで熱交換させることを特徴とする盤用冷却装置。
【請求項２】
吸熱ラジエーターに冷却水を循環させる循環ポンプを、盤内側通風路を区画する隔壁よりも盤外側に配置したことを特徴とする請求項１記載の盤用冷却装置。
【請求項３】
盤用冷却装置のボックスの表面に、吸熱側の冷却水循環経路の配管接続部を設けたことを特徴とする請求項１に記載の盤用冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ペルチェ素子を利用した盤用冷却装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】実開平３−４３７３９号公報
【０００３】
配電盤、分電盤、通信盤などの電気電子機器収納盤の盤内を冷却するために、構造が簡単なペルチェ素子を用いることは、上記の特許文献１に示されるように従来から知られている。この場合の冷却対象は盤内空気であるため、ペルチェ素子の吸熱側のヒートシンクにファンを使用して盤内空気を流し、冷却効果を高めるのが普通である。
【０００４】
また放熱側のヒートシンクも空冷式とするのが普通であるが、上記の特許文献１では放熱側のヒートシンクを水冷構造とし、放熱効果を高める工夫がなされている。これは、吸熱量に加算されてペルチェ素子自体の仕事に伴う熱量が放熱側に発生するため、吸熱量よりも放熱量を大きくする必要があるためである。
【０００５】
ところがこのような工夫を行っても、ペルチェ素子を利用した盤用冷却装置の冷却能力はある程度の限界があり、小容量のものが中心であった。その理由は、吸熱側のヒートシンクの能力を現在以上に向上させることが容易でないためである。すなわち、ペルチェ素子のサイズに対していたずらにヒートシンクだけを大型化しても、ヒートシンクとペルチェ素子との間の熱抵抗は一定であるために吸熱能力の増加につながらないためである。この理由により、盤内の発熱量が大きい場合には冷媒を使用したコンプレッサー式の冷却装置が一般的であった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記した従来の問題点を解決し、従来の限界を大幅に越えた冷却能力を持つペルチェ式の盤用冷却装置を提供するためになされたものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するためになされた本発明の盤用冷却装置は、ペルチェ素子を利用した盤用冷却装置において、ペルチェ素子の放熱側と吸熱側のヒートシンクを何れも水冷構造とし、ラジエーターで熱交換させることを特徴とするものである。なお、吸熱ラジエーターに冷却水を循環させる冷却水循環ポンプを、盤内側通風路を区画する隔壁よりも盤外側に配置することが好ましい。また盤用冷却装置のボックスの表面に、吸熱側の冷却水循環経路の配管接続部を設けることができる。
【０００８】
本発明の盤用冷却装置はペルチェ素子の放熱側と吸熱側のヒートシンクを何れも水冷構造とし、ラジエーターで熱交換させるようにしたため、吸熱側のヒートシンクの能力により制限されていた従来のペルチェ冷却装置の能力限界を大幅に越え、１０００Ｗに達するような大きな冷却能力を持たせることができる。しかもヒートシンクを水冷構造としたことにより装置の小型化を図ることができるうえ、フロン等の冷媒を必要としないので廃棄時にも環境を汚染しない。以下に本発明の好ましい実施形態を示す。
【０００９】
【発明の実施の形態】
第１の実施形態の盤用冷却装置は、盤の側面に取り付けて使用されるものであり、図１はその機器構成図である。１は冷却装置のボックスであり、２はその内部に盤内空気通風路を区画する隔壁である。隔壁２にはペルチェ素子４を備えたペルチェユニット３が取り付けられている。このように内部の隔壁にペルチェユニット３を配置したので、内部のメンテナンスの際にボックス１の側面板を取り外す場合にも支障がない。
【００１０】
本発明で用いるペルチェユニット３は、図２に示すようにペルチェ素子４をサンドイッチ状に挟む放熱側のヒートシンク５と吸熱側のヒートシンク６を何れも水冷構造としたものである。図２（Ａ）では放熱側のヒートシンク５と吸熱側のヒートシンク６はそれぞれ１個であり、内部を作動液である水が流れている。しかし（Ｂ）に示すように放熱側のヒートシンク５を２個としても、あるいは（Ｃ）に示すようにそれぞれを２個以上としてもよい。（Ｃ）の構造では図示のように冷却水はジグザグ状に流すことができる。水冷式のヒートシンクはコンパクトであるためにこのように積層することができ、小型で大容量の冷却能力を得ることができる。
【００１１】
図１に示す実施形態では、（Ｃ）の構造のペルチェユニット３が示されている。放熱側のヒートシンク５は放熱側の循環ポンプ７と放熱タンク８とを介して放熱ラジエーター９に接続されており、冷却水はこの経路を循環しながらペルチェユニット３の放熱側で発生する熱を放熱ラジエーター９に移動させ、放熱ファン１０による空気流に乗せて外部に放出する。
【００１２】
一方、この実施形態では吸熱側は二重循環構造を採用しており、吸熱側のヒートシンク６を流れて冷却された冷却水はまず吸熱側の循環ポンプ１１により冷却タンク１２を介して循環経路を形成し、さらにこの冷却タンク１２と吸熱ラジエーター１３との間に、別の吸熱側の循環ポンプ１４を備えた別の冷却水循環経路が構成されている。吸熱ラジエーター１３の背面に配置された冷却ファン１５が冷風を盤内に送風し、盤内を冷却する。このことによって、後述する別置タイプとしたときに別の吸熱側の循環ポンプ１４を大型化すれば距離が離れた盤や複数の盤に対応できて便利である。なお、冷却タンク１２に蓄熱材を入れておけば、ペルチェ素子４、循環ポンプ７、１１の動作を停止しても循環ポンプ１４の動作だけで一定時間冷却できる。また、循環ポンプ１４の動作を停止して少ない電力でペルチェ素子４、循環ポンプ７、１１を動作させ、冷却タンク１２の作動液を冷却しておけば、効率よく作動液を冷却しておくことができる。この後、循環ポンプ１４を動作させれば、ペルチェ素子４、循環ポンプ７、１１を動作させなくても一定時間冷却でき、ペルチェ素子４、循環ポンプ７、１１を一緒に動作させれば一時的に能力を増やすことができる。
【００１３】
このように本発明ではペルチェ素子４の放熱側と吸熱側のヒートシンク５，６を何れも水冷構造としたため、吸熱側のヒートシンク５の吸熱能力を従来の空冷式のヒートシンクよりも大幅に増加させることができる。このため従来は小容量が中心であったが、盤用冷却装置の冷却能力をコンプレッサー式と同等程度まで容易に高めることができる。なおこの実施形態では放熱タンク８と冷却タンク１２とを設けたが、これらのタンクは省略することもできる。また寒冷地では、冷却水に不凍液を混入することが好ましい。
【００１４】
図３以下に、より具体的な構造を示す。図３は側面取付型の盤用冷却装置を盤外側から見た斜視図、図４は盤への取付面１６側から見た斜視図、図５は平面図、図６は側面カバー１７を外した正面図である。図７は側面カバー１７を外した側面図である。
【００１５】
図５、図６、図７に示すように盤内空気通風路を区画する隔壁２は上部仕切板２１、下部仕切板１８で挟み込んで、ボックス１内に盤内側空間２４を形成している。図６に示すようにこの隔壁２の中央部にペルチェユニット３が配置されている。ボックス１の底部には放熱タンク８と冷却タンク１２とが適宜の断熱手段を介して配置され、さらにボックス１の下部に吸熱側の循環ポンプ１１と放熱側の循環ポンプ７が配置され、その上部に下部仕切板１８が設けられており、ボックス内の盤内側空間２４が小さくなるようにしてある。この吸熱側の循環ポンプ１１を盤内空気通風路を区画する隔壁２よりも盤外側に配置しており、言い換えれば、ボックス１内の盤内側空間２４よりも盤外側に配置しているので、水の侵入が故障の原因となる電気電子機器が格納された盤の内部に水が入る恐れが減る。加えてポンプ作動に伴う発熱を吸熱側から遮断するとともに、メンテナンスを行い易くすることができる。
【００１６】
そして、ボックス１内の上部仕切板２１よりも上方に電源・制御部２２が配置されている。これは万一水漏れが起きた場合でも電源・制御部２２に水がかかる恐れがなく、電源の発熱が吸熱に影響を及ぼさないためである。このように、盤内通風路を区画する隔壁２は上部仕切板２１、下部仕切板１８で挟み込む構造で盤内側空間２４をファン及びラジエーターに合せた最小限の閉空間とすることができ、効率的に通風させることによりロスが少ない。また上下のスペースを有効利用することができる。
【００１７】
また、タンクの水位よりもポンプの吸入口を下にしておけば、安価な非自給式のポンプを用いることができる。ただし非自給式のポンプは循環経路内に空気が混入すると動作できなくなるため、タンクに空気抜きホース（図示せず）を設けておくことが好ましい。なお工場からは空の状態で出荷し、設置後に水を注入して使用できるように、ボックス１の表面に注水口を設けておくことが好ましい。そうしておけば、製品出荷時には水がないので軽量で運べ、水漏れの恐れもない。
【００１８】
図４、図５に示されるように、吸熱ラジエーター１３は盤への取付面１６に近い位置に配置されており、図４に示す開口部１９から冷却ファン１５により盤内空気を吸引し、吸熱ラジエーター１３で冷却したうえ、盤内に循環させる。また放熱ラジエーター９はより大きな放熱能力を持たせるため、図３、図５に示すように容量を吸熱側の約２倍となるように２基を並列に設置し、放熱ファン１０によりボックス１の外部に放熱する。なお、そのための外気取り入れ口２０は図５のようにボックス１の２側面に形成されており、大量の空気を取り込み易いようになっている。また上記の放熱ラジエーター９及び吸熱ラジエーター１３は何れも縦長で細幅とされており、ボックス１の設置スペースの小型化を図っている。
【００１９】
図８は天井取り付け型とした第２の実施形態を示すものである。その機器構成は前記の実施形態とほぼ同様であり、対応する部分に同一の番号を付して説明を省略する。また図９はその具体的な機器構成を示す。
【００２０】
図１０は第３の実施形態の盤用冷却装置で、第１、第２の実施形態では全体を単一のボックス１内に収納したが、第３の実施形態では吸熱ラジエーター１３をその他の部分と分離して盤に取り付けてボックス１を別置タイプとしたものである。ボックス１の表面に、吸熱側の冷却水循環経路の配管接続部２３を設けてある。この場合には吸熱ラジエーター１３を複数として複数の盤を冷却することもできる。また通常は２つの盤の冷却運転を行わせ、必要に応じて一方の吸熱ラジエーター１３への冷却水の供給を停止することにより、残りの盤を集中的に冷却するように運転を切り替えることもできる。
【００２１】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の盤用冷却装置はペルチェ素子の放熱側と吸熱側のヒートシンクを何れも水冷構造としラジエーターで熱交換するようにしたので、吸熱側のヒートシンクの能力により制限されていた従来の能力を大幅に越えた冷却能力を持たせることができる。しかもヒートシンクを水冷構造としたことにより装置の小型化を図ることができるうえ、冷媒式の冷却装置とは異なりフロン等の冷媒を必要としないので、装置の廃棄時にも環境を汚染しない。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態の機器構成図である。
【図２】ペルチェユニットの構造図である。
【図３】盤用冷却装置を盤外側から見た斜視図である。
【図４】盤用冷却装置を盤への取付面側から見た斜視図である。
【図５】盤用冷却装置の平面図である。
【図６】側面カバーを外した正面図である。
【図７】側面カバーを外した側面図である。
【図８】第２の実施形態を示す機器構成図である。
【図９】具体的な機器構成を示す断面図である。
【図１０】第３の実施形態の機器構成図である。
【符号の説明】
１  ボックス
２  隔壁
３  ペルチェユニット
４  ペルチェ素子
５  放熱側のヒートシンク
６  吸熱側のヒートシンク
７  循環ポンプ
８  放熱タンク
９  放熱ラジエーター
１０  放熱ファン
１１  循環ポンプ
１２  冷却タンク
１３  吸熱ラジエーター
１４  循環ポンプ
１５  冷却ファン
１６  盤への取付面
１７  側面カバー
１８  下部仕切板
１９  開口部
２０  外気取り入れ口
２１  上部仕切板
２２  電源・制御部
２３  配管接続部
２４  盤内側空間
【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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【図９】
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【図１０】
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