| 【発明の名称】 |
電子冷却器 |
| 【発明者】 |
【氏名】柳田 英志
【氏名】柳田 良知
|
| 【要約】 |
【課題】気体および液体のいずれをも冷却できるようにし、熱交換の効率を高めて冷却効果を良好にし、機器を小型化し、しかも液体の場合には安定した温度の冷却液を供給し、また気体の場合は結露による水分を含まない冷気を供給できるようにする。
【解決手段】本体１を熱伝導性金属で形成し、ペルチェ素子の一方側を本体１に取付ける。ペルチェ素子の他方側に放熱フィン付きヒートシンクを介して放熱ファンを取付ける。本体１内に、内壁がフィン状の蛇行流路５と室６とを連通して設ける。下方に流通部６０を形成するとともに蛇行流路５の下流端５１と流出口８とを遮る壁６１を室６に設ける。室６の下面に開閉手段６５を有する排出孔６２を設ける。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 熱伝導性金属よりなる本体に電気絶縁層を介してペルチェ素子の一方の側を取付け、前記ペルチェ素子の他方の側に電気絶縁層を介して放熱フィン付きヒートシンクを取付け、前記放熱フィン付きヒートシンクの外側に放熱ファンを設け、前記本体内に蛇行流路と室を形成し、前記蛇行流路と前記室とを連通するとともに前記蛇行流路の上流端を流入口に、また前記室の上方を流出口にそれぞれ連通し、前記蛇行流路の内壁をフィン状に形成し、さらに下方に流通部を形成するとともに前記蛇行流路の下流端と前記流出口とを遮る壁を前記室に設け、前記室下面に開閉手段を有する排出孔を設けることを特徴とする電子冷却器。
【請求項２】 本体の表面に断熱カバーを被着することを特徴とする請求項１の電子冷却器。
【請求項３】 流入口に第１の絞り弁を設けた流入管を接続し、流出口に第２の絞り弁を設けた流出管を接続することを特徴とする請求項１の電子冷却器。
|
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はペルチェ効果を利用したペルチェ素子を用いた電子冷却器に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来よりペルチェ素子を用いた電子冷却器として特開平８−３０３９０２のものが開示されている。これは本体内に設けたペルチェ素子の一方側に吸熱フィンを介して吸込ファンを設け、ペルチェ素子の他方側に放熱フィンを介して放熱ファンを設け、中央の吸込ファンにより吸込まれた空気を縦方向に設けた吸熱フィンを通過させることにより冷却して上下の冷風吐出口から吐出させ、また前記冷却により凝縮された水分を吸熱フィンの下方に設けた結露回収部に落下させるようになっている。
【０００３】この従来例は前記構成のため空気の冷却のみで液体を冷却することができない。また吸込まれた空気を垂直方向に上昇および下降させるものであり、伝熱面積を大きくして冷却効率を上げるには縦方向の吸熱フィンを上下方向に延長して機器を大型化する必要がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明のうち請求項１の発明は気体および液体のいずれをも冷却できるようにし、しかも熱交換の効率を高めて、冷却効果を良好にし、機器を小型化できるようにし、また安定した温度の冷却液を供給するとともに結露による水分を、流出する冷気に含ませないようにすることを課題とする。
【０００５】請求項２の発明は請求項１の発明の課題に加えて外部からの熱干渉を遮断し、本体ひいては流体の冷却効果をより良好にすることを課題とする。
【０００６】請求項３の発明は請求項１の発明の課題に加えて簡単な構成および取扱いにより、流体の流量、速度、圧力を調節して本体を損傷することなく、所望の温度の冷却流体を状況に応じて供給できるようにすることを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するために本発明のうち請求項１の発明は熱伝導性金属よりなる本体に電気絶縁層を介してペルチェ素子の一方の側を取付け、前記ペルチェ素子の他方の側に電気絶縁層を介して放熱フィン付きヒートシンクを取付け、前記放熱フィン付きヒートシンクの外側に放熱ファンを設け、前記本体内に蛇行流路と室を形成し、前記蛇行流路と前記室とを連通するとともに前記蛇行流路の上流端を流入口に、また前記室の上方を流出口にそれぞれ連通し、前記蛇行流路の内壁をフィン状に形成し、さらに下方に流通部を形成するとともに前記蛇行流路の下流端と前記流出口とを遮る壁を前記室に設け、前記室下面に開閉手段を有する排出孔を設けることを特徴とするものである。
【０００８】上記構成のためペルチェ素子に通電すると、本体は吸熱され、本体全体が冷却される。またヒートシンクに伝わった熱は放熱ファンにより外部に強制的に放熱される。一方、流入口より本体に送った流体は蛇行流路、室で冷却され、流出口を経て流出する。ここに流路が蛇行し、しかも流路の内壁がフィン状に形成されているため、伝熱面積が大きいとともに伝熱時間が長く、熱交換の効率が高く、冷却効果が良好となる。
【０００９】また流体が気体の場合には蛇行流路で冷却されることにより結露を生じるが、室に蛇行流路の下流端と流出口とを遮る壁が設けられているので、冷気は壁に当り、凝縮された水分は直接、流入口より流出することがなく、落下し、水分のない冷気のみが流通部を経て壁により形成された下流室に送られ、流出口より排気される。なお操作終了後、常時は閉孔している排出孔を開き、前記の落下した水分を外部に取出す。
【００１０】また流体が液体の場合、蛇行流路を出た冷却液は室内で徐々に貯溜されていく。この貯溜時間中に冷却液はさらに冷却される。なお冷却液は壁により形成された上流室より流通部を経て下流室に流れるので、撹拌され、液温が平均化し、また蛇行流路より新たに室内に入る冷却液は貯溜中の平均化した冷却液に混入され、液温は安定し、ここに流出口より安定した液温の冷却液が排出される。また操作終了後に排出孔を開いて残留液を排出する。
【００１１】好ましくは請求項２の発明のように本体の表面に断熱カバーを被着する。
【００１２】このようにすれば本体は外部からの熱干渉を回避することができ、本体自体ひいては流体の冷却効率がより良好となる。
【００１３】また請求項３の発明のように流入口に第１の絞り弁を設けた流入管を接続し、流出口に第２の絞り弁を設けた流出管を接続することが好ましい。このようにすれば絞り弁の開度調節により流量調整をすることができるのは勿論、第１と第２の絞り弁の開度を変えて開度差をつけることにより圧力調節をもすることができ、この流体の本体への通過時間、通過量を調節することにより、流体の温度調節をして所望温度の流体を所望時間で供給をすることができ、圧力調節により本体に必要以上の圧力をかけて本体を損傷することのないようにすることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】図１〜図６は本発明の実施の形態を示すもので、図中、符号１は本体であり、熱伝導性金属、具体的には表面をアルマイト処理をしたアルミニウムよりなる２枚の矩形板１ａ、１ａ′を重ねて形成する。本体１内に蛇行流路５および室６を形成し、室６の上方より壁６１を垂設して室６を上流室６ａと下流室６ｂとに分け、壁６１の下端６３と室６の底面６４とを離間して流通部６０を形成し、蛇行流路５の下流端５１と上流室６ａの上端を連通する。なお壁６１は後述の流出口８と下流端５１とを遮る位置に設ける。
【００１５】具体的には矩形板１ａ、１ａ′の各対向面より蛇行状の凹溝５ａとＵ字状の凹溝６ｃとを形成し、しかも凹溝５ａの下流端と凹溝６ｃの上流室６ａ側の上角隅を連設し、一方の矩形板１ａの下角隅外面より凹溝５ａの上流端に連通する流入口７を、同じく矩形板１ａの上角隅外面より凹溝６ｃの下流室６ｂ側上角隅に連通する流出口８を穿設し、また各矩形板１ａ、１ａ′の凹溝５ａの蛇行方向に沿って図１、２で示すひだ状のフィン５２を刻設し、凹溝６ｃの底面６４を、下流室６ｂの外端に行くに従って下降傾斜する傾斜面にし、前記傾斜面の裾方に排出孔６２を構成する半円溝６２ａを形成し、また複数の段付ねじ孔１２、１２・・・を形成し、矩形板１ａ、１ａ′を対向かつボルト１１締め、接着等、任意の手段により接続して凹溝５ａ、５ａよりなる蛇行流路５、凹溝６ｃ、６ｃよりなる室６を形成し、さらに対向した１対の半円溝６２ａ、６２ａにより形成される正円孔にねじ切りをして排出孔６２を形成し、この排出孔６２に開閉手段６５としてボルトを螺着して排出孔６２を開閉可能にする。
【００１６】なお本実施の形態では本体１をアルミニウムで形成するので熱伝導性が良好であり、軽量かつ安価で、加工しやすく、アルミニウム製の本体１の表面をアルマイト処理をするので、電気絶縁性、防食性が良好である。他にもアルミニウム合金、黄銅等、熱伝導の良好な金属であればよい。また本実施の形態では２枚の矩形板１ａ、１ａ′を重ねて本体１を形成するので、蛇行流路５、室６が加工しやすく、蛇行流路５の断面形状を、凹溝５ａ、５ａを対向してなる角型にするので、丸型にした場合と比べてひだ状のフィン５２を容易に形成することができる。
【００１７】また本体１の表面に断熱カバー１０を被着する。具体的にはこの断熱カバー１０はウレタンフォームよりなり、流入口７、流出口８の対応位置に透孔１０ａ、１０ｂを、またペルチェ素子２の取付部分に透孔１０ｃを、開閉手段６５位置に透孔１０ｄを形成する。
【００１８】異種の導体若しくは半導体を直列につないで直流電流を流すと接合部に発熱、吸熱が生じるペルチェ効果を利用したペルチェ素子２の一方の側２０である吸熱側を電気絶縁層であるセラミックス板２３を介して本体１の背面に取付ける。具体的にはペルチェ素子２の吸熱側と放熱側とをセラミックス板２３、２３′で一体的にサンドイッチしてなる公知のサーモモジュール２４のセラミックス板２３を透孔１０ｃより入れ、熱伝導性接着剤２２、例えばフィラーとして酸化アルミニウムを添加したアクリル樹脂接着剤により本体１の背面に接着する。なお前記接着剤をサンドイッチした両面テープを用いれば前記接着を容易にすることができる。
【００１９】ペルチェ素子２の他方の側２１である放熱側に放熱フィン付きヒートシンク３を取付ける。具体的にはこの放熱フィン付きヒートシンク３はＬＳＩ等、電子部品の表面の伝熱面積を拡大するために従来より使用されているアルミニウム製の放熱フィン付きヒートシンクと原理的に同じもので、フィンベース３１に多数本の円柱状スタッドフィン３０、３０、３０・・・と、ねじ孔付きボス３２、３２・・をそれぞれ突設してなり、フィンベース３１を電気絶縁層であるセラミックス板２３′を介してペルチェ素子２の他方の側２１に取付ける。具体的には前記サーモモジュール２４のセラミックス板２３′を前記と同一の熱伝導性接着剤２２′により接着して取付ける。
【００２０】前述の実施の形態における電気絶縁層はセラミックス板であるが、他の非導電性材料からなる板でもよく、また本体１や放熱フィン付きヒートシンク３の表面をアルマイト処理等により電気絶縁被膜を形成し、これを電気絶縁層としてもよく、さらに前記熱伝導性接着剤２２、２２′のように非導電性材料である酸化アルミニウムをフィラーとするプラスチック系接着剤自体を電気絶縁層としてもよく、また前記複数の電気絶縁層の組合せでもよく、要はペルチェ素子２と本体１、ペルチェ素子２と放熱フィン付きヒートシンク３がそれぞれ電気絶縁されて取付けてあればよい。なお電気絶縁層をセラミックス板とすれば機械的強度が大きくなり、前記電気絶縁被膜、前記接着剤とすれば熱伝導性がより良好となる。
【００２１】放熱フィン付きヒートシンク３に放熱ファン４を取付ける。具体的には枠体４０に一体形成した放射状取付体４１の中央に放熱ファン４を回動自在に取付け、ボルト４４を各ボス３２に螺着して同心円状のファンガード４２を固着したＸ字状取付体４３とともに枠体４０をヒートシンク３に固定する。
【００２２】なおペルチェ素子２、放熱フィン付きヒートシンク３、放熱ファン４は図４の実線、点線で示すように本体１の背面へ部分的に取付けても、またこれらを仮想線位置まで延ばし、全体的に取付けても、或いは複数個、取付けてもよく、さらには本体１の背面のみならず前面若しくは前・背両面に取付けてもよい。
【００２３】またスパナ掛け用ナット付き竹の子ノズル７０、８０の各ねじ部７０′、８０′を透孔１０ａ、１０ｂより流入口７、流出口８に入れて螺着する。なお上記電子冷却器Ａの流入口７、流出口８に図６で示すようにそれぞれ流入管９０、流出管９０′を接続し、流入管９０には上流より順に第１の絞り弁９、圧力計９１を設け、流出管９０′には上流より順に温度計９２、第２の絞り弁９′を設ける。この実施の形態では流入管９０、流出管９０′はビニル製、絞り弁９、９′、圧力計９１、温度計９２の各管部分９ａ、９ａ′、９１′、９２′は硬質プラスチック製である。
【００２４】次に本発明の実施の形態の使用例、使用法および作用をプラスチックの押出成形装置、方法を例にとって説明するにあたり、まず従来の押出成形装置と方法について説明する。図１０は従来のプラスチックの押出成形装置の一例を示すもので、符号ａは押出成形機のシリンダー、ｂはスクリュー、ｃはダイ、ｅはサイザー、ｆは冷却水槽、ｇは引取機、ｈは切断機、ｉは貯水槽、ｊはチラーのような主冷却器、ｋはコンプレッサー、１は吹出口であり、貯水槽ｉの水を主冷却器ｊで冷却し、冷却水を冷却水槽ｆに充たし、オーバーフローして貯水槽ｉに回収するようにしている。また従来よりコンプレッサーｋや送風機（図示略）から吹出口１を経て直接、空気をダイｃから出た押出物ｍ（プラスチック）に吹き付けて冷却することがあり、また図示を省略したドライサイザーやサイザーｅ自体に水路を形成して主冷却器ｊより水を通し（配管図示、省略）、ドライサイザーやサイザーｅ自体を冷却することにより押出物ｍを間接的に冷却するとともにドライサイザーやサイザーｅが高温化しないようにしたり、主冷却器ｊで冷却した冷却水槽ｆの水により押出物ｍを直接冷却することが行なわれている。具体的にはシリンダーａ内で完全に溶融された成形材料をスクリューｂによりダイｃに送り、ダイｃにより所定の形状に賦形し、押出物ｍをまだ熱く軟らかい半固化の状態で押出す。続いてこの押出物ｍをドライサイザーやサイザーｅの少なくとも一方に通し、冷却しながら最終寸法に規制して固化し、冷却水槽ｆの水で直接冷却し、引取機ｇで引張り、切断機ｈで切断若しくは図示を省略した巻取機で巻取っている。ちなみにドライサイザーとは冷却水槽外の室内に設けたサイザーを意味する。
【００２５】ここに従来よりプラスチックがポリ塩化ビニルの場合にはダイｃから押出した押出物ｍに、形状を保持できる程度の硬度があるので、以上の装置、方法でほとんど問題はなく、サイジングに入る前での徐冷はあまり必要ではないが、ポリオレフィン系樹脂や発泡系樹脂等ではダイｃの温度をこれらの樹脂に適合するように設定してもポリ塩化ビニルに比べてとても軟かく、表面がいわゆるべとつき状態になり、このままではドライサイザーやサイザーｅに張り付いて成形不可能となり、このため従来よりダイｃから出た押出物ｍにコンプレッサーｋや送風機より直接空気を送り、徐冷している。しかし、前記空気は室温のため冷却効果が小さい。またドライサイザーやサイザーｅにチラーのような主冷却器ｊから送水する冷却水は一般的に常温より１０℃程度下げたものであり、１５０℃〜２００℃と高温になっている押出物ｍのためドライサイザー自体、サイザーｅ自体が加熱され、冷却効率が低く、完成した製品に形状変化を起こしている。
【００２６】本発明の電子冷却器Ａは例えば前記プラスチックの押出成形装置において、図７で示すようにコンプレッサーｋに接続し、吹出口１をダイｃの出口付近に設け、また主冷却器ｊから冷却水槽ｆに導通する管ｎを分岐し、分岐管ｏを本発明の２台目の電子冷却器Ａに接続し、この電子冷却器Ａを冷却水槽ｆの前に設けたドライサイザーｄの水路ｄ′に接続し、前記水路ｄ′を貯水槽ｉに接続する。
【００２７】図８は他の使用例を示すもので、図７の例で示す主冷却器ｊ、冷却水槽ｆ、サイザーｅを有さず、空冷によるもので、ドライサイザーｄのみをサイジング手段とし、貯水槽ｉ、本発明の電子冷却器Ａ、ドライサイザーｄ、貯水槽ｉの順に接続するもの、図９はさらに他の使用例を示すもので、図７の例で示すドライサイザーｄを使用せず、本発明の電子冷却器Ａをサイザーｅの水路ｅ′に接続し、水路ｅ′を貯水槽ｉに接続するものであり、本発明の前記各使用例において図１０の従来例と同一の構成要素については同一符号を付してその重複説明を省略する。
【００２８】ここに電子冷却器Ａのペルチェ素子２に直流電流を通電すると、ペルチェ素子２の吸熱作用により本体１は吸熱され、本体１全体が冷却され、またペルチェ素子２の放熱作用によりヒートシンク３のファンベース３１を介して多数の円柱状スタッドフィン３０、３０、３０・・・に伝わった熱は放熱ファン４により外部に強制的に放熱される。なお本体１、ヒートシンク３は電気絶縁層を介してペルチェ素子２と接続しているので通電されることはない。ここに図７〜９で示すコンプレッサーｋより電子冷却器Ａの流入口７に空気を送り込めば、空気はフィン５２に接触しつつ蛇行流路５を通過することにより冷却され、蛇行流路５の通過により生じた結露は壁６１に当たって落下し、室６の傾斜状の底面６４を伝わって室６の底部に溜り、また蛇行流路５の通過により冷却された空気は上流室６ａ、流通部６０、下流室６ｂを経て流出口８より出て吹出口１で、例えばポリオレフィン系樹脂の押出物ｍに吹付られ、押出物ｍを徐冷する。このため押出物ｍの表面のべとつきが取れる。なお結露により生じた水分は徐冷作業後、開閉手段６５であるねじを外して排出孔６２から排水する。
【００２９】また前記と同様に本発明の他の電子冷却器Ａのペルチェ素子２に直流電流を通電し、本体１全体を冷却するとともにヒートシンク３を介して放熱し、図７の例では貯水槽ｉの水をチラーのような主冷却器ｊで冷却し、この冷却水を冷却水槽ｆに導くとともに分岐管ｏより本体１に送水する。ここに本体１内の水は前記空気と同様に蛇行流路５を通過して冷却され、下流端５１より上流室６ａ、流通部６０、下流室６ｂを経て室６に貯溜されつつ冷却され、しかも前記室６内の流れにより冷却水は撹拌されて水温が平均化する。室６内での満水後、前記冷却水は流出口８よりドライサイザーｄの水路ｄ′を通り、この通過によりドライサイザーｄ自体を冷却し、その後、貯水槽ｉに回収される。
【００３０】ここに押出物ｍをドライサイザーｄで冷却賦形し、さらに冷却水槽ｆ内のサイザーｅで冷却賦形し、冷却水槽ｆ内の冷却水により直接冷却する。このようにダイｃより出た高温の押出物ｍをドライサイザーｄで冷却するので、押出物ｍの形状変化を最小限にくい止めることができ、またドライサイザーｄ自体が高温化することがない。その後、押出物ｍを引取機ｇにより引取り、切断機ｈで切断若しくは巻取機で巻取り、製品化する。なお冷却水槽ｆ内の水はオーバーフローにより貯水槽ｉに回収される。また電子冷却器Ａによる徐冷作業終了後に開閉手段６５であるねじを外し、室６内の残留水を排出孔６２より排水する。
【００３１】図８の例による場合は貯水槽ｉ内の水を直接、本発明の電子冷却器Ａで冷却してドライサイザーｄに通し、また図９の例による場合は本発明の電子冷却器Ａで冷却した水を冷却水槽ｆ内のサイザーｅに通してサイザーｅ自体を冷却し、それぞれドライサイザーｄ、サイザーｅを通過する押出物ｍを間接的に冷却して賦形するとともにドライサイザーｄ、サイザーｅが高温化しないようにする。
【００３２】さらにいずれの使用例の場合でも本実施の形態によれば第１、第２の絞り弁９、９′の開度を調節し、例えば第１の絞り弁９の開度を小さくして本体１内での流量を小さくし、ひいては流体の冷却効率を高めたり、第１の絞り弁９の開度調節により流体を所望速度にしたり、或いは第１の絞り弁９と第２の絞り弁９′の開度を変えることにより本体１内の流体圧力の調整をし、コンプレッサーｋの圧力により本体１が損傷することのないようにするなど必要に応じた調整をし、しかもそれらを圧力計９１、温度計９２で視認して効率良く作業をする。なお電流の方向を逆転して加熱器として加熱を必要な装置に用いることも可能である。実施例における本体１の横寸は１５０ｍｍ、高さは１００ｍｍ、厚さは３０ｍｍである。
【００３３】
【発明の効果】本発明のうち請求項１の発明によれば、冷媒を要することなく、気体、液体のいずれをも冷却することができ、またフィン状内壁を有する蛇行流路により伝熱面積を大きくとって熱交換の効率を高めることができるとともに機器を小型化でき、しかも室に液体を貯溜していくことにより冷却時間を長くすることができ、冷却効果が大きく、また下方に流通部を形成するとともに蛇行流路の下流端と流出口とを遮る壁を室に設けるので、液体は撹拌され、室内の液体およびこれに混入する蛇行流路を通過した冷却液の温度を安定させることができ、また気体を冷却する場合には結露により生じた水分を壁に沿って落下させ、流出する冷気に水分を含ませないようにすることができ、しかも前記水分および残留液を排出孔を通じて外部に取り出すことができる。
【００３４】本発明のうち請求項２の発明によれば請求項１の発明の効果に加えて外部からの熱干渉を遮断して本体ひいては流体の冷却効果をより良好にすることができる。
【００３５】本発明のうち請求項３の発明によれば、請求項１の発明の効果に加えて簡単な構成および取扱いにより流体の流量、速度、圧力を調節して本体を損傷することなく、所望温度の流体を状況に応じて供給することができ有効である。
|
| 【出願人】 |
【識別番号】５９８１５９６２１
【氏名又は名称】有限会社柳田製作所
|
| 【出願日】 |
平成１０年１０月１４日（１９９８．１０．１４） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７３０８１
【弁理士】
【氏名又は名称】菊池 敏夫
|
| 【公開番号】 |
特開２０００−１２１１９９（Ｐ２０００−１２１１９９Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年４月２８日（２０００．４．２８） |
| 【出願番号】 |
特願平１０−３２８７７２ |
|