| 【発明の名称】 |
冷却装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】太田 正明
|
| 【要約】 |
【課題】経済性及び省資源性を高め、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。
【解決手段】サーモモジュール２の放熱面２ｈに一面が当接するベースプレート５を備え、当該一面の反対側となるベースプレート５の放熱部位５ｒに、長方形状に形成した多数の放熱プレート６…の一方の長辺部を固定して突出させるとともに、この放熱プレート６…に対して平行に送風する送風機７を付設して放熱側熱交換器４を構成する。 |
【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、前記放熱面に一面が当接するベースプレートを備え、当該一面の反対面となる前記ベースプレートの放熱部位に、長方形状に形成した多数の放熱プレートの一方の長辺部を固定して突出させるとともに、この放熱プレートに対して平行に送風する送風機を付設して前記放熱側熱交換器を構成したことを特徴とする冷却装置。
【請求項２】 前記送風機は、前記放熱プレートの短辺部に付設し、当該放熱プレートの長辺部に対して平行に送風することを特徴とする請求項１記載の冷却装置。
【請求項３】 前記送風機は、前記放熱プレートの長辺部に付設し、前記放熱プレートの短辺部に対して平行に送風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１ａ，１ｂを構成するに際して、放熱面２ｈに一面が当接するベースプレート５を備え、当該一面の反対側となるベースプレート５の放熱部位５ｒに、長方形状に形成した多数の放熱プレート６…の一方の長辺部を固定して突出させるとともに、この放熱プレート６…に対して平行に送風する送風機７を付設して放熱側熱交換器４を構成したことを特徴とする。
【００１０】これにより、放熱側熱交換器４のベースプレート５には、比較的面積の大きい長方形状に形成した多数の放熱プレート６…の長辺部が固定されるとともに、ベースプレート５及び各放熱プレート６…による送風路が形成されるため、空冷式であっても放熱側熱交換器４における十分な冷却能力が確保されるとともに、送風機７に対する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。
【００１１】この場合、好適な実施の形態により、送風機７を放熱プレート６…の短辺部に付設し、当該放熱プレート６…の長辺部に対して平行に送風してもよいし、送風機７を放熱プレート６…の長辺部に付設し、放熱プレート６…の短辺部に対して平行に送風してもよい。
【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、第一実施例に係る冷却装置１ａについて、図１〜図６を参照して説明する。
【００１４】冷却装置１ａは、図４に示すように二台の冷却ユニットＣ１，Ｃ２を備える。冷却ユニットＣ１は、図１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（ヒートシンク）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はベースプレート５を備える。ベースプレート５の一面はサーモモジュール２…の放熱面２ｈ…に当接させるとともに、当該一面の反対面となるベースプレート５の放熱部位５ｒには、長方形状に形成した多数の放熱プレート６…の一方の長辺部を固定する。この場合、各放熱プレート６…は一定間隔おきに配し、かつ放熱部位５ｒから直角に突出させる。これにより各放熱プレート６…は相互に平行となる。また、ベースプレート５と同一の形状を有する支持プレート２２を備え、この支持プレート２２の一面における支持部位２２ｓにより、ベースプレート５から突出した放熱プレート６…の先端、即ち、他方の長辺部を固定して支持する。
【００１６】支持プレート２２に放熱プレート６を固定するに際しては、図１に一部を抽出して示す拡大図のように、支持プレート２２の支持部位２２ｓに、平行に突出した一対の突起条２３と２４を形成し、この突起条２３と２４の間に放熱プレート６の他方の長辺部を差込んだ後、突起条２３と２４をかしめることにより固定する。なお、上述したベースプレート５に放熱プレート６の一方の長辺部を固定する場合も、支持プレート２２に放熱プレート６を固定する場合と同様に行う。さらに、放熱プレート６…に対して平行に送風する送風機７を付設する。この場合、図３に示すように、送風機７は、放熱プレート６…の一方の短辺部に付設、即ち、ベースプレート５と支持プレート２２の端面に取付ける。したがって、放熱プレート６…の短辺部の長さは、送風機７の直径（横幅）と同程度の長さを選定することが望ましい。これにより、ベースプレート５及び各放熱プレート６…による直線の送風路が形成され、送風機７からの送風Ｗは、放熱プレート６…の長辺部に対して平行となる。なお、２５及び２６は、ベースプレート５と支持プレート２２の上面同士及び下面同士をそれぞれ連結する連結プレートを示す。
【００１７】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２７…を用いて取付板２８へ一体に取付ける。なお、取付ボルト２７…と取付板２８間には、スプリング２９…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。これにより、図２に示すように、一体化された冷却ユニットＣ１を得ることができる。また、他方の冷却ユニットＣ２も冷却ユニットＣ１と同一に構成する。したがって、同一の冷却ユニットＣ１…を任意の数量だけ組合わせることにより実施できる。
【００１８】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３１を介して冷却側冷却液Ｌｍを貯留する液槽３２に接続し、さらに、この液槽３２は放熱部Ｍｈの排液口に接続する。なお、３３は液槽３２に設けたドレンバルブである。また、３４は制御部であり、この制御部３４には、インバータ３５を介して送風機７…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…及び冷却ユニット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３６をそれぞれ接続する。
【００１９】他方、図５及び図６は、冷却装置１における各部のレイアウトを示す。４１はケーシングを示す。上述した冷却ユニットＣ１とＣ２は二段重ねとし、各送風機７…の送風方向後方、即ち、ケーシング４１の左側面４１ｐには、空気取込部３７を設けるとともに、送風方向前方、即ち、ケーシング４１の右側面４１ｑには、空気排出部３８を設ける。その他、図５及び図６において、図４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。
【００２０】このように構成される冷却装置１ａは次のように動作する。まず、制御部３４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３１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。なお、制御部３４により、温度センサ３６の温度検出結果に基づいて送風機７の回転数（送風量）を可変制御したりサーモモジュール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が行われる。
【００２１】また、送風機７により放熱側熱交換器４の冷却（空冷）が行われる。この場合、送風機７の作動により、外部の空気は、ケーシング４１の左側面４１ｐに設けた空気取込部３７から取入れられる。そして、送風Ｗは、送風機７を通って放熱側熱交換器４の放熱プレート６…に進入する。この際、ベースプレート５及び各放熱プレート６…による直線の送風路が形成されているため、送風Ｗは、図３に示すように放熱プレート６…の長辺部に対して平行となる。即ち、送風Ｗは、ベースプレート５及び放熱プレート６…によりガイドされ、ケーシング４１の右側面４１ｑに設けた空気排出部３８から外部に排出される。
【００２２】次に、第二実施例に係る冷却装置１ｂについて、図７〜図９を参照して説明する。
【００２３】第二実施例は第一実施例に対して、送風機７の付設位置を異ならせた点が異なる。即ち、第一実施例に係る冷却装置１ａは、送風機７を放熱プレート６…の短辺部に付設したが、第二実施例に係る冷却装置１ｂは、送風機７を放熱プレート６…の長辺部に付設した。したがって、第二実施例では、第一実施例の放熱側熱交換器４で使用した支持プレート２２（図１）は使用せず、この支持プレート２２の代わりに、図８に示す二つの送風機７…を付設して構成した。送風機７…の取付に際しては、図７に示すように連結プレート２５，２６の先端にブラケット５１を取付け、このブラケット５１に二つの送風機７…を取付けて固定する。なお、放熱プレート６…は、いわゆる片持式により先端を自由端としてもよいし、短辺部の先端側をブラケット５１に固定してもよい。
【００２４】これにより、外部の空気は、図９に示すように、ケーシング４１の背面４１ｒに設けた空気取込部５２から取入れられる。そして、図８に示すように、送風Ｗは送風機７…を通って放熱側熱交換器４の放熱プレート６…に進入し、ベースプレート５の放熱部位５ｒに吹き付けられる。即ち、送風Ｗは、放熱プレート６…の短辺部に対して平行となる。一方、各放熱プレート６…による送風路が形成されているため、放熱部位５ｒに吹き付けられた送風Ｗは、図８に示すように左右両側に広がり、放熱プレート６…の両短辺部から排出されるとともに、図９に示すケーシング４１の左右側面に設けた空気排出部５３…から排出される。
【００２５】なお、第二実施例における他の構成は第一実施例と同じである。したがって、図７〜図９において、図１〜図６と同一部分については同一符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００２６】図１０は、室温３０〔℃〕，冷却側冷却水Ｌｍの設定温度２５〔℃〕の条件下におけるサーモモジュール２…の枚数に対する冷却熱量Ｑ〔Ｗ〕の特性Ａａ，Ａｂを示すとともに、サーモモジュール２…の枚数に対する放熱側熱交換器４の温度Ｔ〔℃〕の特性を示す。同図において、特性Ａａ，Ｂａは第一実施例に係る冷却装置１ａの実測結果を示し、特性Ａｂ，Ｂｂは第二実施例に係る冷却装置１ｂの実測結果を示す。
【００２７】このように、本実施例に係る冷却装置１ａ，１ｂによれば、放熱側熱交換器４のベースプレート５には、比較的面積の大きい長方形状に形成した多数の放熱プレート６…の長辺部が固定されるとともに、この放熱プレート６…により送風路が形成されるため、空冷式であっても放熱側熱交換器４における十分な冷却能力が確保されるとともに、送風機７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。
【００２８】よって、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、放熱側熱交換器４における冷却能力の安定化により、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は空冷式により実現できるため、構成の簡略化による装置自身のコストダウンを図ることができる。
【００２９】以上、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。
【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一面が当接するベースプレートを備え、当該一面の反対面となるベースプレートの放熱部位に、長方形状に形成した多数の放熱プレートの一方の長辺部を固定して突出させるとともに、この放熱プレートに対して平行に送風する送風機を付設して放熱側熱交換器を構成したため、次のような顕著な効果を奏する。
【００３１】（１） 放熱側熱交換器のベースプレートには、比較的面積の大きい長方形状に形成した多数の放熱プレートの長辺部を固定するとともに、ベースプレート及び各放熱プレートによる送風路を形成するため、水道水を使用しない空冷式であっても放熱側熱交換器の十分な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） 放熱側熱交換器は空冷式により実現できるため、装置自身のコストダウンを図ることができる。
|
| 【出願人】 |
【識別番号】０００１０３９２１
【氏名又は名称】オリオン機械株式会社
|
| 【出願日】 |
平成１２年１１月２１日（２０００．１１．２１） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００８８５７９
【弁理士】
【氏名又は名称】下田 茂
|
| 【公開番号】 |
特開２００２−１６２１４２（Ｐ２００２−１６２１４２Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１４年６月７日（２００２．６．７） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−３５４７９５（Ｐ２０００−３５４７９５） |
|