盤用クーラ
【課題】ラジエータによる熱交換のみで冷却することができる外気温度や盤内の発熱量の範囲をより広くすることができ、消費電力を削減することができる盤用クーラを提供する。
【解決手段】冷却装置の吸熱側と放熱側をともに液冷構造とし、吸熱側のラジエータ１１と放熱側のラジエータ９により熱交換させる盤用クーラであって、冷却装置の吸熱側と吸熱側のラジエータ１１、冷却装置の放熱側と放熱側のラジエータ９の間を個別に作動液が循環する２つの液経路と、該２つの液経路の冷却装置への流路を遮断し、吸熱側のラジエータ１１と放熱側のラジエータ９の間を作動液が循環する１つの液経路に切り換える液経路の切り換え手段７、１０を設けた。
【解決手段】冷却装置の吸熱側と放熱側をともに液冷構造とし、吸熱側のラジエータ１１と放熱側のラジエータ９により熱交換させる盤用クーラであって、冷却装置の吸熱側と吸熱側のラジエータ１１、冷却装置の放熱側と放熱側のラジエータ９の間を個別に作動液が循環する２つの液経路と、該２つの液経路の冷却装置への流路を遮断し、吸熱側のラジエータ１１と放熱側のラジエータ９の間を作動液が循環する１つの液経路に切り換える液経路の切り換え手段７、１０を設けた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配電盤、分電盤、通信盤などの電気機器収納ボックスに取り付けられる液冷式の盤用クーラに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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、ペルチェ素子等の冷却装置を使用した盤用クーラが使用されている。こうした盤用クーラとしては、例えば特許文献１に示されるような、冷却装置である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、放熱側のヒートシンクを水冷構造として放熱効果を高める工夫をしたものが知られている。
【０００３】
ところがこのような工夫を行っても、吸熱側のヒートシンクの能力を高めることが容易でなく、冷却能力にはある程度の限界があった。本願出願人はこうした問題を解決し、従来の限界を大幅に越えた冷却能力を持つ盤用クーラを特願２００２−３５７７１１として出願中である。この特願２００２−３５７７１１の盤用クーラは冷却装置としてペルチェ素子を使用したものであり、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、放熱側のヒートシンクを循環する冷却水と盤外の空気を放熱側のラジエータで、吸熱側のヒートシンクを循環する冷却水と盤内の空気を吸熱側のラジエータでそれぞれ熱交換させるようにしてある。
【０００４】
この盤用クーラでは、外気温度が低い場合や盤内の発熱量が小さい場合にペルチェ素子への通電電流を断続させることにより冷却能力を制御することができ、盤用クーラの消費電力を削減することができる利点がある。特に外気温度や盤内の発熱量の条件によってはペルチェ素子への電流を完全に遮断し、ラジエータによる熱交換のみで冷却することが可能となり、省エネルギーの観点からも優れたものである。ところが、ペルチェ素子への電流を遮断した状態ではペルチェ素子とヒートシンクが熱抵抗となって熱交換効率が低下するため、ラジエータによる熱交換のみで冷却できる範囲が限定されるという問題があった。
【特許文献１】実開平３−４３７３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は上記の問題点を解決し、ラジエータによる熱交換のみで冷却することができる外気温度や盤内の発熱量の範囲をより広くすることができ、消費電力を削減することができる盤用クーラを提供するためになされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するためになされた本発明は、冷却装置の吸熱側と放熱側をともに液冷構造とし、吸熱側のラジエータと放熱側のラジエータにより熱交換させる盤用クーラであって、冷却装置の吸熱側と吸熱側のラジエータ、冷却装置の放熱側と放熱側のラジエータの間を個別に作動液が循環する２つの液経路と、該２つの液経路の冷却装置への流路を遮断し、吸熱側のラジエータと放熱側のラジエータの間を作動液が循環する１つの液経路に切り換える液経路の切り換え手段とを設けたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、冷却装置の吸熱側と吸熱側のラジエータ、冷却装置の放熱側と放熱側のラジエータの間を個別に作動液が循環する２つの液経路と、該２つの液経路の冷却装置への流路を遮断し、吸熱側のラジエータと放熱側のラジエータの間を作動液が循環する１つの液経路に切り換える液経路の切り換え手段とを設けたので、冷却装置の吸熱側と吸熱側のラジエータ、冷却装置の放熱側と放熱側のラジエータの間を個別に作動液が循環する２つの液経路を形成する状態では、ペルチェ素子に電流を流すことによりペルチェクーラとして動作する。
【０００８】
吸熱側のラジエータと放熱側のラジエータの間を作動液が循環する１つの液経路を形成するように切り換えた状態では吸熱側のラジエータを循環する冷却水を直接放熱側のラジエータに循環させることになり、冷却装置が熱抵抗として熱交換回路に入ることがない。したがって、吸熱側のラジエータと放熱側のラジエータは効率の良い液冷熱交換器として動作し、冷却装置を使用することなく冷却可能な範囲が拡大され、冷却装置の消費電力を著しく削減することができる利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
次に、本発明を実施するための最良の形態について、図を参照しながら具体的に説明する。
図１は第１の実施の形態を示す機器構成図であり、盤用クーラの筐体１には盤内空気通風路を区画する隔壁２が設けてある。筐体１内には冷却装置としてペルチェ素子３を備えるペルチェユニット４が設けてあり、ペルチェ素子３には図示しない直流電源装置から電源を供給するようにしてある。ペルチェユニット４はペルチェ素子３を放熱側のヒートシンク５と吸熱側のヒートシンク６でサンドイッチ状に挟んで構成してあり、放熱側のヒートシンク５と吸熱側のヒートシンク６は何れも液冷式として作動液の流路が設けてある。
【００１０】
放熱側のヒートシンク５は放熱側の三方弁７、放熱側の循環ポンプ８を介して放熱側のラジエータ９に接続してある。また吸熱側のヒートシンク６は吸熱側の三方弁１０を介して吸熱側のラジエータ１１に接続してあり、該ラジエータ１１からヒートシンク６への帰路には吸熱側の循環ポンプ１２が接続してある。放熱側の三方弁７は循環ポンプ８への経路を切り換えるもので、ヒートシンク５、循環ポンプ１２のいずれかに連結される。吸熱側の三方弁１０は吸熱側のラジエータ１１への経路を切り換えるもので、ヒートシンク６、ラジエータ９のいずれかに連結される。
【００１１】
三方弁７と１０は連動して作動液の経路を切り換えるものであり、三方弁７によりヒートシンク５側に経路が形成されているときには、三方弁１０によりヒートシンク６側に経路が形成される。この状態では図２に矢印で示すように、放熱側ではヒートシンク５、三方弁７、循環ポンプ８、ラジエータ９の経路を封入された作動液が循環し、ペルチェユニット４の放熱側で発生する熱をヒートシンク５からラジエータ９に移動させ、放熱ファン１３による空気流に乗せて外部に放出する。また吸熱側ではヒートシンク６、三方弁１０、ラジエータ１１、循環ポンプ１２の経路を封入された作動液が循環し、ヒートシンク６を流れて冷却された作動液がラジエータ１１に流れ、冷却ファン１４により冷風を盤内に送風して盤内を冷却する。
【００１２】
また、三方弁７により循環ポンプ１２側に経路が形成されているときには、三方弁１０によりラジエータ９側に経路が形成される。この状態では図３に矢印で示すように、ラジエータ９、三方弁１０、ラジエータ１１、循環ポンプ１２、三方弁７、循環ポンプ８の経路を封入された作動液が循環し、作動液の循環経路は１つとなる。作動液はラジエータ９を流れる間に放熱ファン１３により冷却され、冷却された作動液はラジエータ１１に流れて冷却ファン１４により冷風を盤内に送風し、盤内を冷却することになる。
【００１３】
放熱側と吸熱側の２つの経路を作動液が個別に循環する状態では、ペルチェ素子３に流す電流を制御することにより、外気温度と盤内の発熱量に応じて盤内の温度を必要以上に下げないように制御すれば盤用クーラの消費電力を最小限に抑制することができる。電流は連続的に制御してもよく、断続させてデューティの変化により制御してもよい。
【００１４】
本発明では作動液の経路を切り換えて放熱側と吸熱側の２つの循環経路を１つの経路とすることができる。作動液が１つの経路を循環する状態では、吸熱側のラジエータ１１に流れた作動液がそのまま放熱側のラジエータ９に流れることになる。従って、ラジエータ１１により吸収された盤内の熱はそのままラジエータ９に移動し、効率よく盤外に放出されることになる。従って外気温度が低くて盤内温度と外気温度との差が大きい場合には、ペルチェ素子３に電流を流すことなく盤内を冷却することができる。盤内が過度に冷却されるおそれがあるときには作動液の循環量を制限することで防止できる。
【００１５】
第１の実施の形態のものは盤の側面に取り付けて使用するものであるが、第２の実施の形態のものは図４のように機器を配置し、盤の天井に取り付けて使用するようにしたものである。また第３の実施の形態のものは図５に示すように吸熱側のラジエータ１１をその他の部分と分離して盤に取り付け、その他の部分を別置きとしたものである。別置きとする場合には作動液の配管に接続装置を設けることが好ましい。こうした第２、第３の実施の形態のものも構成する機器は同一であり、対応する部分には同一の符号が付してある。
【００１６】
なお前記実施の形態においては何れも冷却装置としてペルチェ素子を使用しているが、これに限らずコンプレッサ式、吸収式等の冷却装置を使用することができる。図６はコンプレッサ式の冷却装置１５を使用した場合の機器構成を示すものであり、１６はコンプレッサ、１７は凝縮器、１８はキャピラリチューブ、１９は蒸発器である。コンプレッサ式の冷却装置１５は従来知られるものと同様であり、凝縮器１７と蒸発器１９が液冷式としてある。また作動液の循環経路は直結したものとしてあるが、作動液の膨張、収縮や漏れ等に対応するためにリザーバタンク等を適宜設けることができ、作動液の経路の切り換えに三方弁を使用しているが、その他の電動弁等任意のものが使用可能である。作動液としては水が使用可能であるが、寒冷地では不凍液を混入することが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１の実施の形態を示す機器構成図である。
【図２】作動液の流れを示す図である。
【図３】作動液の流れを示す図である。
【図４】第２の実施の形態を示す機器構成図である。
【図５】第３の実施の形態を示す機器構成図である。
【図６】異なった冷却装置を使用した場合の機器構成図である。
【符号の説明】
【００１８】
１ 盤用クーラの筐体
２ 隔壁
３ ペルチェ素子
４ ペルチェユニット
５ 放熱側のヒートシンク
６ 吸熱側のヒートシンク
７ 放熱側の三方弁
８ 放熱側の循環ポンプ
９ 放熱側のラジエータ
１０ 吸熱側の三方弁
１１ 吸熱側のラジエータ
１２ 吸熱側の循環ポンプ
１３ 放熱ファン
１４ 冷却ファン
１５ コンプレッサ式の冷却装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配電盤、分電盤、通信盤などの電気機器収納ボックスに取り付けられる液冷式の盤用クーラに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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、ペルチェ素子等の冷却装置を使用した盤用クーラが使用されている。こうした盤用クーラとしては、例えば特許文献１に示されるような、冷却装置である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、放熱側のヒートシンクを水冷構造として放熱効果を高める工夫をしたものが知られている。
【０００３】
ところがこのような工夫を行っても、吸熱側のヒートシンクの能力を高めることが容易でなく、冷却能力にはある程度の限界があった。本願出願人はこうした問題を解決し、従来の限界を大幅に越えた冷却能力を持つ盤用クーラを特願２００２−３５７７１１として出願中である。この特願２００２−３５７７１１の盤用クーラは冷却装置としてペルチェ素子を使用したものであり、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、放熱側のヒートシンクを循環する冷却水と盤外の空気を放熱側のラジエータで、吸熱側のヒートシンクを循環する冷却水と盤内の空気を吸熱側のラジエータでそれぞれ熱交換させるようにしてある。
【０００４】
この盤用クーラでは、外気温度が低い場合や盤内の発熱量が小さい場合にペルチェ素子への通電電流を断続させることにより冷却能力を制御することができ、盤用クーラの消費電力を削減することができる利点がある。特に外気温度や盤内の発熱量の条件によってはペルチェ素子への電流を完全に遮断し、ラジエータによる熱交換のみで冷却することが可能となり、省エネルギーの観点からも優れたものである。ところが、ペルチェ素子への電流を遮断した状態ではペルチェ素子とヒートシンクが熱抵抗となって熱交換効率が低下するため、ラジエータによる熱交換のみで冷却できる範囲が限定されるという問題があった。
【特許文献１】実開平３−４３７３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は上記の問題点を解決し、ラジエータによる熱交換のみで冷却することができる外気温度や盤内の発熱量の範囲をより広くすることができ、消費電力を削減することができる盤用クーラを提供するためになされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するためになされた本発明は、冷却装置の吸熱側と放熱側をともに液冷構造とし、吸熱側のラジエータと放熱側のラジエータにより熱交換させる盤用クーラであって、冷却装置の吸熱側と吸熱側のラジエータ、冷却装置の放熱側と放熱側のラジエータの間を個別に作動液が循環する２つの液経路と、該２つの液経路の冷却装置への流路を遮断し、吸熱側のラジエータと放熱側のラジエータの間を作動液が循環する１つの液経路に切り換える液経路の切り換え手段とを設けたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、冷却装置の吸熱側と吸熱側のラジエータ、冷却装置の放熱側と放熱側のラジエータの間を個別に作動液が循環する２つの液経路と、該２つの液経路の冷却装置への流路を遮断し、吸熱側のラジエータと放熱側のラジエータの間を作動液が循環する１つの液経路に切り換える液経路の切り換え手段とを設けたので、冷却装置の吸熱側と吸熱側のラジエータ、冷却装置の放熱側と放熱側のラジエータの間を個別に作動液が循環する２つの液経路を形成する状態では、ペルチェ素子に電流を流すことによりペルチェクーラとして動作する。
【０００８】
吸熱側のラジエータと放熱側のラジエータの間を作動液が循環する１つの液経路を形成するように切り換えた状態では吸熱側のラジエータを循環する冷却水を直接放熱側のラジエータに循環させることになり、冷却装置が熱抵抗として熱交換回路に入ることがない。したがって、吸熱側のラジエータと放熱側のラジエータは効率の良い液冷熱交換器として動作し、冷却装置を使用することなく冷却可能な範囲が拡大され、冷却装置の消費電力を著しく削減することができる利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
次に、本発明を実施するための最良の形態について、図を参照しながら具体的に説明する。
図１は第１の実施の形態を示す機器構成図であり、盤用クーラの筐体１には盤内空気通風路を区画する隔壁２が設けてある。筐体１内には冷却装置としてペルチェ素子３を備えるペルチェユニット４が設けてあり、ペルチェ素子３には図示しない直流電源装置から電源を供給するようにしてある。ペルチェユニット４はペルチェ素子３を放熱側のヒートシンク５と吸熱側のヒートシンク６でサンドイッチ状に挟んで構成してあり、放熱側のヒートシンク５と吸熱側のヒートシンク６は何れも液冷式として作動液の流路が設けてある。
【００１０】
放熱側のヒートシンク５は放熱側の三方弁７、放熱側の循環ポンプ８を介して放熱側のラジエータ９に接続してある。また吸熱側のヒートシンク６は吸熱側の三方弁１０を介して吸熱側のラジエータ１１に接続してあり、該ラジエータ１１からヒートシンク６への帰路には吸熱側の循環ポンプ１２が接続してある。放熱側の三方弁７は循環ポンプ８への経路を切り換えるもので、ヒートシンク５、循環ポンプ１２のいずれかに連結される。吸熱側の三方弁１０は吸熱側のラジエータ１１への経路を切り換えるもので、ヒートシンク６、ラジエータ９のいずれかに連結される。
【００１１】
三方弁７と１０は連動して作動液の経路を切り換えるものであり、三方弁７によりヒートシンク５側に経路が形成されているときには、三方弁１０によりヒートシンク６側に経路が形成される。この状態では図２に矢印で示すように、放熱側ではヒートシンク５、三方弁７、循環ポンプ８、ラジエータ９の経路を封入された作動液が循環し、ペルチェユニット４の放熱側で発生する熱をヒートシンク５からラジエータ９に移動させ、放熱ファン１３による空気流に乗せて外部に放出する。また吸熱側ではヒートシンク６、三方弁１０、ラジエータ１１、循環ポンプ１２の経路を封入された作動液が循環し、ヒートシンク６を流れて冷却された作動液がラジエータ１１に流れ、冷却ファン１４により冷風を盤内に送風して盤内を冷却する。
【００１２】
また、三方弁７により循環ポンプ１２側に経路が形成されているときには、三方弁１０によりラジエータ９側に経路が形成される。この状態では図３に矢印で示すように、ラジエータ９、三方弁１０、ラジエータ１１、循環ポンプ１２、三方弁７、循環ポンプ８の経路を封入された作動液が循環し、作動液の循環経路は１つとなる。作動液はラジエータ９を流れる間に放熱ファン１３により冷却され、冷却された作動液はラジエータ１１に流れて冷却ファン１４により冷風を盤内に送風し、盤内を冷却することになる。
【００１３】
放熱側と吸熱側の２つの経路を作動液が個別に循環する状態では、ペルチェ素子３に流す電流を制御することにより、外気温度と盤内の発熱量に応じて盤内の温度を必要以上に下げないように制御すれば盤用クーラの消費電力を最小限に抑制することができる。電流は連続的に制御してもよく、断続させてデューティの変化により制御してもよい。
【００１４】
本発明では作動液の経路を切り換えて放熱側と吸熱側の２つの循環経路を１つの経路とすることができる。作動液が１つの経路を循環する状態では、吸熱側のラジエータ１１に流れた作動液がそのまま放熱側のラジエータ９に流れることになる。従って、ラジエータ１１により吸収された盤内の熱はそのままラジエータ９に移動し、効率よく盤外に放出されることになる。従って外気温度が低くて盤内温度と外気温度との差が大きい場合には、ペルチェ素子３に電流を流すことなく盤内を冷却することができる。盤内が過度に冷却されるおそれがあるときには作動液の循環量を制限することで防止できる。
【００１５】
第１の実施の形態のものは盤の側面に取り付けて使用するものであるが、第２の実施の形態のものは図４のように機器を配置し、盤の天井に取り付けて使用するようにしたものである。また第３の実施の形態のものは図５に示すように吸熱側のラジエータ１１をその他の部分と分離して盤に取り付け、その他の部分を別置きとしたものである。別置きとする場合には作動液の配管に接続装置を設けることが好ましい。こうした第２、第３の実施の形態のものも構成する機器は同一であり、対応する部分には同一の符号が付してある。
【００１６】
なお前記実施の形態においては何れも冷却装置としてペルチェ素子を使用しているが、これに限らずコンプレッサ式、吸収式等の冷却装置を使用することができる。図６はコンプレッサ式の冷却装置１５を使用した場合の機器構成を示すものであり、１６はコンプレッサ、１７は凝縮器、１８はキャピラリチューブ、１９は蒸発器である。コンプレッサ式の冷却装置１５は従来知られるものと同様であり、凝縮器１７と蒸発器１９が液冷式としてある。また作動液の循環経路は直結したものとしてあるが、作動液の膨張、収縮や漏れ等に対応するためにリザーバタンク等を適宜設けることができ、作動液の経路の切り換えに三方弁を使用しているが、その他の電動弁等任意のものが使用可能である。作動液としては水が使用可能であるが、寒冷地では不凍液を混入することが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１の実施の形態を示す機器構成図である。
【図２】作動液の流れを示す図である。
【図３】作動液の流れを示す図である。
【図４】第２の実施の形態を示す機器構成図である。
【図５】第３の実施の形態を示す機器構成図である。
【図６】異なった冷却装置を使用した場合の機器構成図である。
【符号の説明】
【００１８】
１ 盤用クーラの筐体
２ 隔壁
３ ペルチェ素子
４ ペルチェユニット
５ 放熱側のヒートシンク
６ 吸熱側のヒートシンク
７ 放熱側の三方弁
８ 放熱側の循環ポンプ
９ 放熱側のラジエータ
１０ 吸熱側の三方弁
１１ 吸熱側のラジエータ
１２ 吸熱側の循環ポンプ
１３ 放熱ファン
１４ 冷却ファン
１５ コンプレッサ式の冷却装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却装置の吸熱側と放熱側をともに液冷構造とし、吸熱側のラジエータと放熱側のラジエータにより熱交換させる盤用クーラであって、冷却装置の吸熱側と吸熱側のラジエータ、冷却装置の放熱側と放熱側のラジエータの間を個別に作動液が循環する２つの液経路と、該２つの液経路の冷却装置への流路を遮断し、吸熱側のラジエータと放熱側のラジエータの間を作動液が循環する１つの液経路に切り換える液経路の切り換え手段とを設けたことを特徴とする盤用クーラ。
【請求項１】
冷却装置の吸熱側と放熱側をともに液冷構造とし、吸熱側のラジエータと放熱側のラジエータにより熱交換させる盤用クーラであって、冷却装置の吸熱側と吸熱側のラジエータ、冷却装置の放熱側と放熱側のラジエータの間を個別に作動液が循環する２つの液経路と、該２つの液経路の冷却装置への流路を遮断し、吸熱側のラジエータと放熱側のラジエータの間を作動液が循環する１つの液経路に切り換える液経路の切り換え手段とを設けたことを特徴とする盤用クーラ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００６−３２７５４（Ｐ２００６−３２７５４Ａ）
【公開日】平成１８年２月２日（２００６．２．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２１１１７９（Ｐ２００４−２１１１７９）
【出願日】平成１６年７月２０日（２００４．７．２０）
【出願人】（０００２２７４０１）日東工業株式会社 (374)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年２月２日（２００６．２．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年７月２０日（２００４．７．２０）
【出願人】（０００２２７４０１）日東工業株式会社 (374)
【Ｆターム（参考）】
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