筐体用冷却装置
【課題】筐体内に設置される発熱体の設置態様等に影響を受けることなく、筐体内を効率的に冷却してドレンの発生を防止可能な冷却装置を提供する。
【解決手段】筐体用冷却装置１は、空気熱交換器２０と、吸熱側ヒートシンク３１と排熱側ヒートシンク３３との間にペルチェ素子３５を配設した電子冷却器３０と、筐体内部の温度Ｔ１、外気温度Ｔ２、ペルチェ素子の冷気温度Ｔ３に基づいて、空気熱交換器のファン２２，２３、吸熱ファン３２、排熱ファン３４、及びペルチェ素子の駆動を制御する制御ユニット４０とを有する。制御ユニットは、予め設定されている筐体内の通常運転温度範囲内において、第１設定温度に上昇したとき、（Ｔ２＜Ｔ１）を条件としてファン２２，２３を駆動し、第１設定温度よりも高い第２設定温度に上昇したとき、ファン２２，２３の駆動を停止すると共に、（Ｔ３≧ＳＶＢ結露判定値）を条件として、ペルチェ素子３５を冷却駆動する。
【解決手段】筐体用冷却装置１は、空気熱交換器２０と、吸熱側ヒートシンク３１と排熱側ヒートシンク３３との間にペルチェ素子３５を配設した電子冷却器３０と、筐体内部の温度Ｔ１、外気温度Ｔ２、ペルチェ素子の冷気温度Ｔ３に基づいて、空気熱交換器のファン２２，２３、吸熱ファン３２、排熱ファン３４、及びペルチェ素子の駆動を制御する制御ユニット４０とを有する。制御ユニットは、予め設定されている筐体内の通常運転温度範囲内において、第１設定温度に上昇したとき、（Ｔ２＜Ｔ１）を条件としてファン２２，２３を駆動し、第１設定温度よりも高い第２設定温度に上昇したとき、ファン２２，２３の駆動を停止すると共に、（Ｔ３≧ＳＶＢ結露判定値）を条件として、ペルチェ素子３５を冷却駆動する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御基板などの発熱する部品（発熱体とも称する）を収納した筐体を冷却する筐体用冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、上記したような発熱体を収納した筐体内部を一定温度以下に冷却する冷却装置が知られている。例えば、特許文献１には、空気熱交換型空気調和機と冷媒型空気調和機を一体とした冷却装置を筐体内に設置した冷却装置が開示されている。この冷却装置は、筐体内温度と外気温度に応じて、空気熱交換型空気調和機と冷媒型空気調和機を使い分けするように構成されており、このような冷却装置は、発熱負荷（発熱体の数）に応じて複数台設置されている。また、特許文献２には、筐体内からの内気通路と筐体外からの外気通路を独立して配置し、両者が交差する部分に空気熱熱交換素子を配置すると共に、その後方側の内気通路に吸熱部が面し、後方側の外気通路に放熱部が面するようにペルチェ素子を配置した構成が開示されている。このような冷却装置では、空気熱交換素子を通過した内気の温度が高い場合、ペルチェ素子によって冷却するようになっている。
【０００３】
また、特許文献３には、筐体内の温度以外にも湿度管理することが可能な冷却装置が開示されている。この冷却装置は、ペルチェ素子を利用したものであり、筐体内に湿度センサを設置し、所定湿度以上となったときに除湿運転するよう運転制御される。さらに、特許文献４には、ペルチェ素子の吸熱側を筐体内に収納された発熱体に対して直接接触させて冷却効果を得る冷却装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１９３９９５号
【特許文献２】特開２００５−５５０２５号
【特許文献３】特開２００８−１４１０８９号
【特許文献４】特開２００３−８２７５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記した特許文献１に開示されている冷却装置は、空気熱交換型空気調和機と冷媒型空気調和機を一体とした冷却装置を負荷に応じて複数台設置する構造であるため、冷却装置の設置スペースが多くなると共に、コストも高くなり、冷却する際の制御も複雑化してしまう。また、上記した特許文献２に開示されている冷却装置は、外気温が内気よりも高い場合、空気熱交換素子によって内気が暖められてしまい、暖められた内気をペルチェ素子によって冷却する必要がある。すなわち、特許文献２に開示された構成では、外気温が高いと、直接、内気をペルチェ素子によって冷却する場合と比較して多くのエネルギが必要とされてしまう。
【０００６】
また、上記した特許文献３に開示されている冷却装置は、湿度センサを設け、所定の湿度を超えたときにペルチェ素子を運転して除湿させているが、気密性の高い筐体内にドレンを発生させることとなり、ドレンの排出等に問題が生じる。さらに、上記した特許文献４に開示されている冷却装置は、筐体内に複数の発熱体がある場合、ペルチェ素子及び放熱器も同数必要となってしまい、発熱体の設置数や設置方法に制約が生じてしまうと共に、コストも高くなり、冷却する際の制御も複雑化してしまう。また、ペルチェ素子をじかに発熱体に接触させるため、結露の発生により、発熱体に影響が生じる可能性もある。
【０００７】
本発明は、上記した問題に着目してなされたものであり、筐体内に設置される発熱体の設置態様等に影響を受けることなく筐体内を効率的に冷却することが可能な冷却装置を提供することを目的とする。また、本発明は、筐体内を効率的に冷却することが可能で、ドレンの発生を防止する冷却装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記した目的を達成するために、本発明に係る筐体用冷却装置は、発熱体を収納した筐体に設置され、前記筐体外部との間で空気による熱交換が可能な空気熱交換器と、前記筐体内側に吸熱ファンを具備する吸熱側ヒートシンクを、前記筐体外側に排熱ファンを具備する排熱側ヒートシンクをそれぞれ露出させ、前記吸熱側ヒートシンクと前記排熱側ヒートシンクとの間に冷却素子を配設した電子冷却器と、前記筐体内部の温度Ｔ１、外気温度Ｔ２、前記冷却素子の冷気温度Ｔ３に基づいて、前記空気熱交換器のファン、前記吸熱ファン、前記排熱ファン、及び冷却素子の駆動を制御する制御部と、を有しており、前記制御部は、予め設定されている筐体内の通常運転温度範囲内において、第１設定温度に上昇したとき、（Ｔ２＜Ｔ１）を条件として前記空気熱交換器のファンを駆動し、前記第１設定温度よりも高い第２設定温度に上昇したとき、前記空気熱交換器のファンの駆動を停止すると共に、（Ｔ３≧ＳＶＢ；ＳＶＢは予め定めた結露判定値）を条件として、前記冷却素子を冷却駆動する、ことを特徴とする。
【０００９】
上記した構成の筐体用冷却装置は、発熱体を収納した筐体に、空気熱交換器と電子冷却器とを配設し、制御部が、所定条件に応じて運転を切換制御するため、筐体内を効率的に冷却することが可能となる。この場合、空気交換器と電子冷却器の切換制御は、筐体内部の温度Ｔ１、外気温度Ｔ２、前記冷却素子の冷気温度Ｔ３に基づいて実行されるため、効率的な冷却効果を得ることができ、特に、予め設定されている筐体内の通常運転温度範囲内において、第１設定温度に上昇したとき、空気熱交換器のファンを駆動し、しかも、このファンの駆動は、（Ｔ２＜Ｔ１）を条件とするため、筐体内の温度よりも外気温が高いときは、不必要に高い温度の外気を筐体内に導入して筐体内の温度を急激に上昇させるようなことはない。また、さらに、第１設定温度よりも高い第２設定温度に上昇したとき、空気熱交換器のファンの駆動を停止して冷却素子を冷却駆動する（運転を切り換える）ことから、筐体内を効率的に冷却することが可能となる。なお、冷却素子の冷却駆動は、冷却素子の冷気温度が、結露判定値（ＳＶＢ）よりも低くなったときは、その冷却駆動を停止制御することから、筐体内でドレンが発生することを防止することが可能となる。
【００１０】
上記した構成の筐体用冷却装置では、前記制御部は、通常運転温度範囲内において、前記第１設定温度よりも低い第３設定温度に低下したとき、前記冷却素子を加熱駆動するように制御しても良い。
【００１１】
この場合、筐体内の温度が通常運転温度範囲内であっても、筐体内の温度は低下した状態にあるため、冷却素子を加熱駆動することにより、筐体内の温度を適正な温度に上昇させ、維持することが可能となる。
【００１２】
また、上記した構成の筐体用冷却装置では、前記冷却素子を並列して複数系統設けておき、前記制御部は、前記筐体内部の温度Ｔ１に応じて、１系統毎にＯＮ／ＯＦＦ駆動するようにしても良い。
【００１３】
このような構成では、筐体内に収納された発熱体の負荷（温度負荷）に応じて、１系統毎に順次運転することから、負荷に適した最小の構成（負荷に合わせた最適な能力）で制御運転することができ、省エネルギ化を図ることが可能となる。特に、１系統毎、段階的に制御運転を行うことで、一度に冷却素子をＯＮ／ＯＦＦ駆動する構成と比較して、庫内温度のハンチングの度合いが改善されるようになる。
【００１４】
そして、冷却素子を並列して複数系統設配設する構成では、並列して複数系統設けられた冷却素子は、それぞれ複数個が直列に接続されるようにしても良い。
【００１５】
このように構成することで、冷却、及び加熱能力の向上を図ることが可能となる。
【００１６】
また、上記した構成の筐体用冷却装置では、前記制御部は、通常運転温度範囲内において、前記吸熱ファンを駆動状態に維持するように制御しても良い。
【００１７】
このように構成することで、筐体内では、吸熱ファンの駆動により、内気が常に循環される状態が保たれ、筐体内部の温度Ｔ１を安定化することが可能となる。
【００１８】
また、上記した構成の筐体用冷却装置では、前記制御部は、通常運転温度範囲内において、前記第１設定温度に上昇したとき、前記排熱ファンを駆動するように制御しても良い。
【００１９】
このように構成することで、電子冷却器の冷却素子が冷却駆動される前段階で、電子冷却器の排熱側のヒートシンクが冷却されるため、電子冷却器が冷却駆動された際の冷却効率が高められると共に、速やかな冷却効果を発揮することが可能となる。また、冷却素子の冷却駆動が停止した後も、しばらく排熱ファンが駆動されるため、冷却素子の性能を長期に亘って安定維持することが可能となる。
【００２０】
また、上記した構成の筐体用冷却装置では、前記制御部は、通常運転温度範囲の上限値を超えたとき、前記空気熱交換器のファンの駆動、前記吸熱ファンの駆動、前記排熱ファンの駆動、及び冷却素子の冷却駆動を維持するように制御しても良い。
【００２１】
このような構成では、筐体内の温度が、通常運転温度範囲を超えて上昇しているため、空気熱交換器及び電子冷却器の両方を駆動して、筐体内部の温度を速やかに冷却し、筐体内を通常運転温度範囲に戻すことが可能となる。すなわち、空気熱交換器及び電子冷却器の双方駆動は、通常運転温度範囲を超えて上昇したときに限られるため、効率的な冷却運転を実施することが可能となる。
【００２２】
また、上記した構成の筐体用冷却装置では、前記制御部は、通常運転温度範囲の下限値から下がったとき、前記空気熱交換器のファンの駆動、前記吸熱ファンの駆動、前記排熱ファンの駆動、及び冷却素子の加熱駆動を停止するように制御しても良い。
【００２３】
通常、筐体内部の温度は、発熱体の運転によって次第に上昇するが、通常運転温度範囲の下限値から下がった状態にあると、各駆動要素が加熱異常している可能性があるため、停止状態にすることで、省エネルギ運転、及び安全性の向上を図ることが可能となる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、筐体内に設置される発熱体の設置態様等に影響を受けることなく、筐体内を効率的に冷却することができる。また、筐体内の効率的な冷却によって、ドレンの発生を防止することが可能な筐体用冷却装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係る筐体用冷却装置の一実施形態を示す全体概略構成図。
【図２】筐体用冷却装置の各駆動部を運転制御する制御ユニットの構成を示すブロック図。
【図３】制御部において実施される空気熱交換器、及び電子冷却器の制御運転の態様を示す制御テーブル。
【図４】筐体内の温度と電子冷却器の制御運転との関係を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明に係る筐体用冷却装置の一実施形態について、添付図面を参照しながら具体的に説明する。
図１は、冷却装置を有する筐体の全体構成を示す概略図である。
本実施形態の筐体１は、断熱材壁３によって仕切られる断面略矩形形状の箱型に構成されており、その内部空間（以下、庫内と称する）４は、前面部３Ａに装着された開閉扉３Ａ´によって密閉可能となっている。庫内４には、例えば、通信機器のモデム、電源装置等の各種の発熱体が収納されるようになっており、本実施形態では、庫内４に、複数の棚板５ａを有するラック５を配設し、その棚板５ａ上に各種の発熱体が設置されるようになっている。
【００２７】
前記筐体１には、筐体内の温度を制御、管理する冷却装置１０が分散して配設されている。この冷却装置１０は、筐体１の天井部３Ｂに配設され、筐体の内外を接続する空気熱交換器２０と、背面部３Ｃに配設され、筐体の内外を接続する電子冷却器３０と、前記空気熱交換器１０及び電子冷却器２０の運転を制御する制御ユニット４０とを備えている。この場合、制御ユニット４０は、筐体１のいずれかの位置に設置されていれば良く、本実施形態では、庫内４のラック５の棚板５ａ上に設置されている。また、冷却装置１０は、筐体内部の温度Ｔ１を測定するセンサＳ１、外気温度Ｔ２を測定するセンサＳ２、及び前記電子冷却器３０を構成する冷却素子の冷気温度Ｔ３を測定するセンサＳ３を備えており、これらのセンサＳ１〜Ｓ３によって検知される温度情報は、後述するように、制御ユニット４０を構成する制御部に入力され、各駆動要素の運転を制御するトリガー信号となっている。
【００２８】
前記空気熱交換器２０は、天井部３Ｂ上に設置されるケーシング２１を備えており、このケーシング２１内には、天井部３Ｂの内側に設置されたファン２２によって内気２２Ａが排出されると共に、ケーシング２１に設置されたファン２３によって外気２３Ａが通過するようになっている。この場合、本実施形態におけるケーシング２１は、外気２３Ａを通過させる流路２１Ａと、内気２２Ａを通過させる流路２１Ｂとを備えており、各流路２１Ａ，２１Ｂは、好ましくは、外気と内気が混ざり合わないように上下に独立して形成され、隣り合った流路の壁面２１Ｃより熱交換する構造となっている。また、各流路２１Ａ，２１Ｂについては、放熱し易いようにフィン形状に構成されることが好ましい。
なお、上記したファン２２及びファン２３は、前記制御ユニット４０の制御部によって同期駆動される。
【００２９】
前記電子冷却器３０は、庫内側に配設される吸熱側ヒートシンク（放熱ファン）３１と、庫外側に配設される排熱側ヒートシンク３３とを備えており、これらは、筐体１の背面部３Ｃに設けられた取付用板（図示せず）に形成された開口３ｄを通過するように配設されている。この場合、電子冷却器３０は、冷却素子としてペルチェ素子３５を備えており、このペルチェ素子３５は、前記取付用板にパッキンを介して接続される金属プレート３６と吸熱側ヒートシンク（放熱ファン）３１との間に配置されている。また、前記排熱側ヒートシンク３３は、金属プレート３６のペルチェ素子３５を取り付けた面とは反対側の面に取り付けられている。なお、ペルチェ素子３５は、放熱フィンと組み合わされるが、放熱フィンは、各種フィン形状の異なるもの、或いは、ヒートパイプを利用したもので構成することが可能である。
【００３０】
前記吸熱側ヒートシンク３１の一端部には、庫内の内気を通過させるように吸熱ファン３２が設置されており、庫内の内気３２Ａを吸熱側ヒートシンク３１内に流し、他端部から排出させる。この場合、他端部には、上記したように、冷却素子（ペルチェ素子３５）の冷気温度Ｔ３を測定するセンサＳ３が配設されている。また、前記排熱側ヒートシンク３３の一端側には、排熱側ヒートシンク３３内に滞留した空気を排出するように、排熱ファン３４が設置されており、前記ペルチェ素子３５によって冷却されて暖められた空気３４Ａを庫外に排出させる。
【００３１】
上記した冷却素子３５、及び、吸熱ファン３２と排熱ファン３４は、前記制御ユニット４０の制御部によって個別に駆動される。この場合、吸熱ファン３２と排熱ファン３４は、それぞれのヒートシンク３１，３３内において、空気の流れが対向となるような位置関係になっていることが好ましく、特に、排熱ファン３４については、排熱側ヒートシンク３３内の空気を上方側に排出して効率的な排熱がされるよう、下端部から内気を上昇させるように配設されていることが好ましい。
【００３２】
なお、上記した構成において、前記筐体１を構成する材料は、耐候性や強度を重視し、外板をステンレスにすることが望ましい。但し、遮光板や筐体内部のフレーム材については軽量化を考慮し、アルミ材を使用することが好ましい。また、内部の棚板５ａ（ラック５）等を構成する材料については、強度及び防塵の観点から、ステンレスを使用することが好ましい。さらに、上記した金属プレート３６については、熱伝導から見ると銅板を用いることが望ましいが、重量がかさむことからアルミ材を用いることが好ましい。
【００３３】
図２は、上記した冷却装置の各駆動部を運転制御する制御ユニットの構成を示したブロック図である。
制御ユニット４０は、所定の動作プログラムを格納し、各センサＳ１〜Ｓ３から送信される検知温度信号に基づいて、前記空気熱交換器２０のファン２２，２３、並びに、前記電子冷却器３０の吸熱ファン３２、排熱ファン３４、及び冷却素子（ペルチェ素子）３５の駆動を制御する機能を備えた制御部４１を有している。すなわち、空気熱交換器２０のファン２２，２３は、駆動回路を備えたファン駆動部４２を介して同期してＯＮ／ＯＦＦ駆動され、電子冷却器３０の吸熱ファン３２及び排熱ファン３４は、それぞれ駆動回路を備えたファン駆動部４３，４４を介して個別にＯＮ／ＯＦＦ駆動される。
【００３４】
また、本実施形態のペルチェ素子３５は、並列して複数系統設けられており（図２では、ペルチェ素子３５Ａ〜３５Ｄの４系統が示されている）、前記制御部４１は、複数系統のペルチェ素子を１系統毎にＯＮ／ＯＦＦ駆動制御するようになっている。すなわち、各系統のペルチェ素子３５Ａ〜３５Ｄは、それぞれ電流の極性を反転させることが可能な駆動回路を備えたペルチェ駆動部４５〜４８を介して、個別に加熱／冷却駆動、及び、ＯＮ／ＯＦＦ駆動される。
【００３５】
なお、本実施形態では、さらに、並列して複数系統設けられた冷却素子３５Ａ〜３５Ｄは、それぞれ複数個のペルチェ素子、具体的には、各系統に２つのペルチェ素子（３５Ａ，３５ａ１），（３５Ｂ，３５ｂ１），（３５Ｃ，３５ｃ１），（３５Ｄ，３５ｄ１）が直列に接続されて構成されている。もちろん、ペルチェ素子の系統数や、直列されるペルチェ素子の個数については、冷却装置の仕様等によって、適宜変形することが可能である。
【００３６】
次に、上記した制御ユニット４０による制御運転方法について、図３を参照しながら具体的に説明する。
図３は、制御ユニット４０の制御部４１において実施される空気熱交換器２０のファン２２，２３、及び電子冷却器３０の吸熱ファン３２、排熱ファン３４、及びペルチェ素子３５の制御運転の一態様例を示す制御テーブルを示している。
【００３７】
前記制御部４１は、予め設定されている筐体内の通常運転温度範囲Ｒ内において、筐体内の温度Ｔ１が、第１設定温度（ＳＶ２）に上昇したとき、外気温度Ｔ２が筐体内の温度Ｔ１より小さいこと（Ｔ２＜Ｔ１）を条件として、空気熱交換器２０のファン２２，２３を駆動する（制御テーブル（ア）参照）。また、筐体内の温度Ｔ１が第１設定温度（ＳＶ２）よりも高い第２設定温度（ＳＶ３）に上昇したとき、空気熱交換器２０のファン２２，２３の駆動を停止すると共に（制御テーブル（イ）参照）、ペルチェ素子３５の冷気温度Ｔ３が予め定めた結露判定値（ＳＶＢ）以上であることを条件として（Ｔ３≧ＳＶＢ）、ペルチェ素子３５を冷却駆動する（制御テーブル（ウ）参照）。
【００３８】
上記のように、筐体１内の通常運転温度範囲Ｒ内において、その内部温度Ｔ１が、第１設定温度（ＳＶ２）にまで上昇したとき、空気熱交換器２０のファン２２，２３を駆動することで、上昇した庫内温度を冷却することが可能となる。このように、筐体内の温度と外気温度に差がある領域では、空気熱交換器２０のみによる運転とし、電子冷却器３０の運転を実施しないことから、省エネルギ化を図ることができる。この場合、ファン２２，２３の駆動は、上記したように、外気温度Ｔ２＜内気温度Ｔ１を条件としているため、筐体内の温度よりも外気温が高いときは、不必要に高い温度の外気が筐体１内に導入されることはなく、筐体１内の温度を急激に上昇させてしまうことはない。すなわち、外気温度が庫内温度よりも低くなるまでは、空気熱交換器２０のファン２２，２３の駆動を停止しており、極力、外部の熱が筐体内部に移動しないようしている。
【００３９】
そして、ファン２２，２３の駆動の停止によって、筐体内の温度Ｔ１が上昇し、第１設定温度（ＳＶ２）よりも高い第２設定温度（ＳＶ３）に上昇したときは、ペルチェ素子３５を冷却駆動して、庫内を冷却して一定温度に保つように制御する（制御テーブル（ウ）参照）。なお、ペルチェ素子３５が全系統に亘って故障している場合、ファン２２，２３の駆動は、外気温度Ｔ２＜内気温度Ｔ１を条件としてそのまま駆動を継続し、庫内の冷却を実施する（制御テーブル（イ）※１参照）。
【００４０】
このペルチェ素子３５の冷却駆動をする場合、ペルチェ素子３５の冷気温度Ｔ３が、予め定めてある結露判定値（ＳＶＢ）よりも低くなったときは、吸熱側ヒートシンク（放熱ファン）３１の部分で結露が発生する可能性があるため、冷却駆動を停止制御して、庫内でドレンが発生することを防止する（制御テーブル（ウ）参照）。すなわち、本実施形態では、結露が発生し易い部分において、結露が発生する温度域（結露判定値以下）にならないように冷却運転を制御しており、庫内温度を一定に保つように制御をしている。
【００４１】
なお、結露の判定については、例えば、湿度センサと庫内温度の検出によって露点温度を判定して運転制御しても良いが、本実施形態のように、結露判定値（ＳＶＢ）を予め定めておき、その温度以下を露点温度として運転制御を行うことにより、制御項目を簡易化することが可能となる。また、本実施形態では、筐体内の温度Ｔ１を検出するセンサＳ１が万一故障しても、冷気温度Ｔ３を測定するセンサＳ３を代用することが可能となる。
【００４２】
また、前記制御部４１は、通常運転温度範囲Ｒの上限値（ＳＶ３＋１０℃）を超えたとき、空気熱交換器２０のファン２２，２３の駆動、及び、電子冷却器３０の駆動部である吸熱ファン３２の駆動、排熱ファン３４の駆動、及びペルチェ素子３５の冷却駆動を維持するように制御する。
【００４３】
このように、筐体１内の温度Ｔ１が、通常運転温度範囲Ｒを超えて上昇していることから、空気熱交換器２０及び電子冷却器３０の両方を駆動して、筐体内部の温度を速やかに冷却し、筐体内を通常運転温度範囲Ｒに戻すようにする。すなわち、空気熱交換器２０及び電子冷却器３０の双方駆動は、筐体内の温度Ｔ１が、通常運転温度範囲Ｒを超えて上昇したときに限られるため、効率的な冷却運転を実施することが可能となる。
【００４４】
以上のように、上記した冷却装置１０によれば、発熱体を収納した筐体１に、空気熱交換器２０と電子冷却器３０とを配設し、制御部４０が、所定条件に応じて運転を切換制御するため、運転コストを軽減することが可能になると共に、筐体内を効率的に冷却することが可能となる。また、空気熱交換器２０及び電子冷却器３０は、各々最適な状態で、いずれか一方の駆動、双方駆動が切換えられることから、空気熱交換器と電子冷却器が一体化した冷却装置を発熱体の負荷に応じて複数台設置する必要がなく、筐体内の設置スペースが大きくなることや、コストが高騰するようなこともない。さらに、空気交換器２０と電子冷却器３０の切換制御は、筐体内の温度Ｔ１、外気温度Ｔ２、ペルチェ素子３５の冷気温度Ｔ３に基づいて実行されるため、効率的な冷却効果を得ることができ、ペルチェ素子の冷却駆動は、その冷気温度が結露判定値（ＳＶＢ）よりも低くなったときは、その冷却駆動を停止制御するため、筐体内でドレンが発生することを防止することが可能となる。
【００４５】
また、本実施形態では、前記制御部４１は、通常運転温度範囲Ｒ内において、前記第１設定温度（ＳＶ２）よりも低い第３設定温度（ＳＶ１）に低下したとき、ペルチェ素子３５を加熱駆動するように制御している（制御テーブル（エ）参照）。
【００４６】
この場合、通常運転温度範囲Ｒ内であっても、筐体１内の温度はかなり低下していることから、ペルチェ素子３５を加熱駆動することにより、筐体１内の温度を、より適正な温度に上昇させ、維持することが可能となる。なお、上記したペルチェ素子３５による加熱運転でも筐体内の温度が上昇しない状況が、（ＳＶ１−５℃以下）であり、これは、通常の運転状態では起こりえない範囲となっている。このため、本実施形態では、このような状況では、加熱異常が生じる（機器の仕様運転温度範囲を超える）可能性があるため、すべての駆動要素を停止するように制御し、安全性を向上している。或いは、庫内温度が、（ＳＶ１−５℃以下）となる状況が一定時間経過した場合、加熱異常が発生する可能性があるとして、制御部４１は、異常警報を外部に発信するようにしても良い。
【００４７】
また、前記制御部４１は、通常運転温度範囲Ｒ内において、電子冷却器３０の吸熱ファン３２を駆動状態に維持するように制御しても良い。このように構成することで、筐体１内では、吸熱ファン３２が常時駆動されていることから、内気が常に循環される状態が保たれ、筐体内部の温度Ｔ１を安定化することが可能となる。
【００４８】
また、前記制御部４１は、通常運転温度範囲Ｒ内において、筐体内の温度Ｔ１が前記第１設定温度（ＳＶ２）に上昇したとき、電子冷却器３０の排熱ファン３４を駆動するように制御することが好ましい。これは、ペルチェ素子３５を前記第２設定温度（ＳＶ３）で冷却駆動すると、ペルチェ素子の加熱側（排熱側ヒートシンク３３）では、ペルチェ素子の放熱フィン部を含めて、ペルチェ素子運転停止後（庫内温度が第１設定温度ＳＶ２に低下しても）であっても、暫くは高い状態が継続すること、及び、ペルチェ素子３５は、加熱側では速やかに放熱を行わないと、素子の性能及び寿命に影響があることから、ペルチェ素子３５の冷却運転中（制御テーブル（オ）参照）、及び、その前後（制御テーブル（カ）参照）では、排熱ファン３４を駆動状態に制御することで、加熱側では速やかに放熱されるようになり、筐体内の温度Ｔ１が上昇することを防止して冷却効果を維持することができると共に、ペルチェ素子３５の性能を長期に亘って安定化することが可能となる。なお、排熱ファン３４の駆動は、ペルチェ素子３５の冷却駆動に連動させても良く、ペルチェ素子の冷却駆動が停止してから、遅延タイマ等によって、一定時間駆動するように制御をしても良い。
【００４９】
さらに、上記した吸熱ファン３２、及び排熱ファン３４については、空気熱交換器２０のファン２２，２３が駆動しているときに同期して駆動するように制御することで、熱伝導にて筐体内の温度を外部に逃がすことが可能となり、庫内温度を安定化させることが可能となる。
【００５０】
また、本実施形態の冷却装置は、電子冷却器３０を構成するペルチェ素子３５が並列して複数系統設けられている。この場合、前記制御部４１は、筐体内の温度Ｔ１に応じて１系統毎にＯＮ／ＯＦＦ駆動するように制御しても良い。具体的には、例えば、図４に示すように、筐体内の温度Ｔ１が次第に下がり、第３設定温度（ＳＶ１）から下がったときにペルチェ素子３５を加熱駆動するのであれば、制御部４１は、第３設定温度（ＳＶ１）から２℃下がった時点でペルチェ素子３５Ａ系を駆動し、第３設定温度（ＳＶ１）から３℃下がった時点でペルチェ素子３５Ｂ系を駆動し、第３設定温度（ＳＶ１）から４℃下がった時点でペルチェ素子３５Ｃ系を駆動し、第３設定温度（ＳＶ１）から５℃下がった時点でペルチェ素子３５Ｄ系を駆動して最大加熱状態となるように制御している。そして、このような制御運転によって筐体内の温度Ｔ１が上昇する場合、同様にして、加熱駆動を系統毎に順次、停止制御するようにしている。
【００５１】
このように、ペルチェ素子を複数系統設け、１系統毎に、段階的に制御運転を行うことで、一度にペルチェ素子をＯＮ／ＯＦＦ駆動する構成と比較して、筐体内の温度のハンチングの度合いを改善することが可能となる。また、このような構成では、筐体１内に収納された発熱体の負荷（温度負荷）に応じて、１系統毎に順次運転することも可能となり、負荷に適した最小の構成（負荷に合わせた最適な能力）で制御運転することができ、運転コストの低減、及び、省エネルギ化を図ることが可能となる。もちろん、このような段階的な制御運転は、筐体内の温度Ｔ１が上昇して行き、筐体内の温度が上記した第２設定温度（ＳＶ３）でペルチェ素子３５を冷却駆動する際にも実施することが可能である。
【００５２】
なお、本実施形態では、並列して複数系統設けられたペルチェ素子３５Ａ〜３５Ｄは、それぞれ複数個が直列に接続されているため、冷却能力、及び加熱能力の向上を図ることが可能となる。
【００５３】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態に限定されることはなく、種々変形することが可能である。
【００５４】
例えば、上記した電子冷却器３０において、ペルチェ素子３５を複数系統配設し、段階的に制御運転する構成については、空気熱交換器２０が設置されていない冷却装置においても実施することが可能である。すなわち、このような構成では、発熱体の負荷に応じた冷却（加熱）駆動制御が実現でき、ハンチングの度合いを改善して、筐体内を効率的に冷却（加熱）することが可能となる。また、電子冷却器３０は、ペルチェ素子を用いるもの以外にも、例えば一般的な冷媒循環による冷却構造を用いることも可能である。
【００５５】
また、上記した空気熱交換器２０は、内気２２Ａと外気２３Ａが直接触れることなく仕切られた壁面２１Ｃを通して熱伝導により熱交換するよう構成されているが、熱交換する方式については種々変形することが可能である。例えば、ケーシング２１内に各種の放熱フィン、例えば、積層構造の格子フィンを設置しておき、格子間の流路で熱交換するようにしても良い。
【００５６】
さらに、上記した筐体１の気密性を高めることにより、筐体１内に吸湿剤を設置して湿度調整機能を有するように構成しても良い。
【符号の説明】
【００５７】
１ 筐体
１０ 冷却装置
２０ 空気熱交換器
２２，２３ ファン
３０ 電子冷却器
３１ 吸熱側ヒートシンク
３２ 吸熱ファン
３３ 排熱側ヒートシンク
３４ 排熱ファン
３５ ペルチェ素子
４０ 制御ユニット
４１ 制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御基板などの発熱する部品（発熱体とも称する）を収納した筐体を冷却する筐体用冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、上記したような発熱体を収納した筐体内部を一定温度以下に冷却する冷却装置が知られている。例えば、特許文献１には、空気熱交換型空気調和機と冷媒型空気調和機を一体とした冷却装置を筐体内に設置した冷却装置が開示されている。この冷却装置は、筐体内温度と外気温度に応じて、空気熱交換型空気調和機と冷媒型空気調和機を使い分けするように構成されており、このような冷却装置は、発熱負荷（発熱体の数）に応じて複数台設置されている。また、特許文献２には、筐体内からの内気通路と筐体外からの外気通路を独立して配置し、両者が交差する部分に空気熱熱交換素子を配置すると共に、その後方側の内気通路に吸熱部が面し、後方側の外気通路に放熱部が面するようにペルチェ素子を配置した構成が開示されている。このような冷却装置では、空気熱交換素子を通過した内気の温度が高い場合、ペルチェ素子によって冷却するようになっている。
【０００３】
また、特許文献３には、筐体内の温度以外にも湿度管理することが可能な冷却装置が開示されている。この冷却装置は、ペルチェ素子を利用したものであり、筐体内に湿度センサを設置し、所定湿度以上となったときに除湿運転するよう運転制御される。さらに、特許文献４には、ペルチェ素子の吸熱側を筐体内に収納された発熱体に対して直接接触させて冷却効果を得る冷却装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１９３９９５号
【特許文献２】特開２００５−５５０２５号
【特許文献３】特開２００８−１４１０８９号
【特許文献４】特開２００３−８２７５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記した特許文献１に開示されている冷却装置は、空気熱交換型空気調和機と冷媒型空気調和機を一体とした冷却装置を負荷に応じて複数台設置する構造であるため、冷却装置の設置スペースが多くなると共に、コストも高くなり、冷却する際の制御も複雑化してしまう。また、上記した特許文献２に開示されている冷却装置は、外気温が内気よりも高い場合、空気熱交換素子によって内気が暖められてしまい、暖められた内気をペルチェ素子によって冷却する必要がある。すなわち、特許文献２に開示された構成では、外気温が高いと、直接、内気をペルチェ素子によって冷却する場合と比較して多くのエネルギが必要とされてしまう。
【０００６】
また、上記した特許文献３に開示されている冷却装置は、湿度センサを設け、所定の湿度を超えたときにペルチェ素子を運転して除湿させているが、気密性の高い筐体内にドレンを発生させることとなり、ドレンの排出等に問題が生じる。さらに、上記した特許文献４に開示されている冷却装置は、筐体内に複数の発熱体がある場合、ペルチェ素子及び放熱器も同数必要となってしまい、発熱体の設置数や設置方法に制約が生じてしまうと共に、コストも高くなり、冷却する際の制御も複雑化してしまう。また、ペルチェ素子をじかに発熱体に接触させるため、結露の発生により、発熱体に影響が生じる可能性もある。
【０００７】
本発明は、上記した問題に着目してなされたものであり、筐体内に設置される発熱体の設置態様等に影響を受けることなく筐体内を効率的に冷却することが可能な冷却装置を提供することを目的とする。また、本発明は、筐体内を効率的に冷却することが可能で、ドレンの発生を防止する冷却装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記した目的を達成するために、本発明に係る筐体用冷却装置は、発熱体を収納した筐体に設置され、前記筐体外部との間で空気による熱交換が可能な空気熱交換器と、前記筐体内側に吸熱ファンを具備する吸熱側ヒートシンクを、前記筐体外側に排熱ファンを具備する排熱側ヒートシンクをそれぞれ露出させ、前記吸熱側ヒートシンクと前記排熱側ヒートシンクとの間に冷却素子を配設した電子冷却器と、前記筐体内部の温度Ｔ１、外気温度Ｔ２、前記冷却素子の冷気温度Ｔ３に基づいて、前記空気熱交換器のファン、前記吸熱ファン、前記排熱ファン、及び冷却素子の駆動を制御する制御部と、を有しており、前記制御部は、予め設定されている筐体内の通常運転温度範囲内において、第１設定温度に上昇したとき、（Ｔ２＜Ｔ１）を条件として前記空気熱交換器のファンを駆動し、前記第１設定温度よりも高い第２設定温度に上昇したとき、前記空気熱交換器のファンの駆動を停止すると共に、（Ｔ３≧ＳＶＢ；ＳＶＢは予め定めた結露判定値）を条件として、前記冷却素子を冷却駆動する、ことを特徴とする。
【０００９】
上記した構成の筐体用冷却装置は、発熱体を収納した筐体に、空気熱交換器と電子冷却器とを配設し、制御部が、所定条件に応じて運転を切換制御するため、筐体内を効率的に冷却することが可能となる。この場合、空気交換器と電子冷却器の切換制御は、筐体内部の温度Ｔ１、外気温度Ｔ２、前記冷却素子の冷気温度Ｔ３に基づいて実行されるため、効率的な冷却効果を得ることができ、特に、予め設定されている筐体内の通常運転温度範囲内において、第１設定温度に上昇したとき、空気熱交換器のファンを駆動し、しかも、このファンの駆動は、（Ｔ２＜Ｔ１）を条件とするため、筐体内の温度よりも外気温が高いときは、不必要に高い温度の外気を筐体内に導入して筐体内の温度を急激に上昇させるようなことはない。また、さらに、第１設定温度よりも高い第２設定温度に上昇したとき、空気熱交換器のファンの駆動を停止して冷却素子を冷却駆動する（運転を切り換える）ことから、筐体内を効率的に冷却することが可能となる。なお、冷却素子の冷却駆動は、冷却素子の冷気温度が、結露判定値（ＳＶＢ）よりも低くなったときは、その冷却駆動を停止制御することから、筐体内でドレンが発生することを防止することが可能となる。
【００１０】
上記した構成の筐体用冷却装置では、前記制御部は、通常運転温度範囲内において、前記第１設定温度よりも低い第３設定温度に低下したとき、前記冷却素子を加熱駆動するように制御しても良い。
【００１１】
この場合、筐体内の温度が通常運転温度範囲内であっても、筐体内の温度は低下した状態にあるため、冷却素子を加熱駆動することにより、筐体内の温度を適正な温度に上昇させ、維持することが可能となる。
【００１２】
また、上記した構成の筐体用冷却装置では、前記冷却素子を並列して複数系統設けておき、前記制御部は、前記筐体内部の温度Ｔ１に応じて、１系統毎にＯＮ／ＯＦＦ駆動するようにしても良い。
【００１３】
このような構成では、筐体内に収納された発熱体の負荷（温度負荷）に応じて、１系統毎に順次運転することから、負荷に適した最小の構成（負荷に合わせた最適な能力）で制御運転することができ、省エネルギ化を図ることが可能となる。特に、１系統毎、段階的に制御運転を行うことで、一度に冷却素子をＯＮ／ＯＦＦ駆動する構成と比較して、庫内温度のハンチングの度合いが改善されるようになる。
【００１４】
そして、冷却素子を並列して複数系統設配設する構成では、並列して複数系統設けられた冷却素子は、それぞれ複数個が直列に接続されるようにしても良い。
【００１５】
このように構成することで、冷却、及び加熱能力の向上を図ることが可能となる。
【００１６】
また、上記した構成の筐体用冷却装置では、前記制御部は、通常運転温度範囲内において、前記吸熱ファンを駆動状態に維持するように制御しても良い。
【００１７】
このように構成することで、筐体内では、吸熱ファンの駆動により、内気が常に循環される状態が保たれ、筐体内部の温度Ｔ１を安定化することが可能となる。
【００１８】
また、上記した構成の筐体用冷却装置では、前記制御部は、通常運転温度範囲内において、前記第１設定温度に上昇したとき、前記排熱ファンを駆動するように制御しても良い。
【００１９】
このように構成することで、電子冷却器の冷却素子が冷却駆動される前段階で、電子冷却器の排熱側のヒートシンクが冷却されるため、電子冷却器が冷却駆動された際の冷却効率が高められると共に、速やかな冷却効果を発揮することが可能となる。また、冷却素子の冷却駆動が停止した後も、しばらく排熱ファンが駆動されるため、冷却素子の性能を長期に亘って安定維持することが可能となる。
【００２０】
また、上記した構成の筐体用冷却装置では、前記制御部は、通常運転温度範囲の上限値を超えたとき、前記空気熱交換器のファンの駆動、前記吸熱ファンの駆動、前記排熱ファンの駆動、及び冷却素子の冷却駆動を維持するように制御しても良い。
【００２１】
このような構成では、筐体内の温度が、通常運転温度範囲を超えて上昇しているため、空気熱交換器及び電子冷却器の両方を駆動して、筐体内部の温度を速やかに冷却し、筐体内を通常運転温度範囲に戻すことが可能となる。すなわち、空気熱交換器及び電子冷却器の双方駆動は、通常運転温度範囲を超えて上昇したときに限られるため、効率的な冷却運転を実施することが可能となる。
【００２２】
また、上記した構成の筐体用冷却装置では、前記制御部は、通常運転温度範囲の下限値から下がったとき、前記空気熱交換器のファンの駆動、前記吸熱ファンの駆動、前記排熱ファンの駆動、及び冷却素子の加熱駆動を停止するように制御しても良い。
【００２３】
通常、筐体内部の温度は、発熱体の運転によって次第に上昇するが、通常運転温度範囲の下限値から下がった状態にあると、各駆動要素が加熱異常している可能性があるため、停止状態にすることで、省エネルギ運転、及び安全性の向上を図ることが可能となる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、筐体内に設置される発熱体の設置態様等に影響を受けることなく、筐体内を効率的に冷却することができる。また、筐体内の効率的な冷却によって、ドレンの発生を防止することが可能な筐体用冷却装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係る筐体用冷却装置の一実施形態を示す全体概略構成図。
【図２】筐体用冷却装置の各駆動部を運転制御する制御ユニットの構成を示すブロック図。
【図３】制御部において実施される空気熱交換器、及び電子冷却器の制御運転の態様を示す制御テーブル。
【図４】筐体内の温度と電子冷却器の制御運転との関係を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明に係る筐体用冷却装置の一実施形態について、添付図面を参照しながら具体的に説明する。
図１は、冷却装置を有する筐体の全体構成を示す概略図である。
本実施形態の筐体１は、断熱材壁３によって仕切られる断面略矩形形状の箱型に構成されており、その内部空間（以下、庫内と称する）４は、前面部３Ａに装着された開閉扉３Ａ´によって密閉可能となっている。庫内４には、例えば、通信機器のモデム、電源装置等の各種の発熱体が収納されるようになっており、本実施形態では、庫内４に、複数の棚板５ａを有するラック５を配設し、その棚板５ａ上に各種の発熱体が設置されるようになっている。
【００２７】
前記筐体１には、筐体内の温度を制御、管理する冷却装置１０が分散して配設されている。この冷却装置１０は、筐体１の天井部３Ｂに配設され、筐体の内外を接続する空気熱交換器２０と、背面部３Ｃに配設され、筐体の内外を接続する電子冷却器３０と、前記空気熱交換器１０及び電子冷却器２０の運転を制御する制御ユニット４０とを備えている。この場合、制御ユニット４０は、筐体１のいずれかの位置に設置されていれば良く、本実施形態では、庫内４のラック５の棚板５ａ上に設置されている。また、冷却装置１０は、筐体内部の温度Ｔ１を測定するセンサＳ１、外気温度Ｔ２を測定するセンサＳ２、及び前記電子冷却器３０を構成する冷却素子の冷気温度Ｔ３を測定するセンサＳ３を備えており、これらのセンサＳ１〜Ｓ３によって検知される温度情報は、後述するように、制御ユニット４０を構成する制御部に入力され、各駆動要素の運転を制御するトリガー信号となっている。
【００２８】
前記空気熱交換器２０は、天井部３Ｂ上に設置されるケーシング２１を備えており、このケーシング２１内には、天井部３Ｂの内側に設置されたファン２２によって内気２２Ａが排出されると共に、ケーシング２１に設置されたファン２３によって外気２３Ａが通過するようになっている。この場合、本実施形態におけるケーシング２１は、外気２３Ａを通過させる流路２１Ａと、内気２２Ａを通過させる流路２１Ｂとを備えており、各流路２１Ａ，２１Ｂは、好ましくは、外気と内気が混ざり合わないように上下に独立して形成され、隣り合った流路の壁面２１Ｃより熱交換する構造となっている。また、各流路２１Ａ，２１Ｂについては、放熱し易いようにフィン形状に構成されることが好ましい。
なお、上記したファン２２及びファン２３は、前記制御ユニット４０の制御部によって同期駆動される。
【００２９】
前記電子冷却器３０は、庫内側に配設される吸熱側ヒートシンク（放熱ファン）３１と、庫外側に配設される排熱側ヒートシンク３３とを備えており、これらは、筐体１の背面部３Ｃに設けられた取付用板（図示せず）に形成された開口３ｄを通過するように配設されている。この場合、電子冷却器３０は、冷却素子としてペルチェ素子３５を備えており、このペルチェ素子３５は、前記取付用板にパッキンを介して接続される金属プレート３６と吸熱側ヒートシンク（放熱ファン）３１との間に配置されている。また、前記排熱側ヒートシンク３３は、金属プレート３６のペルチェ素子３５を取り付けた面とは反対側の面に取り付けられている。なお、ペルチェ素子３５は、放熱フィンと組み合わされるが、放熱フィンは、各種フィン形状の異なるもの、或いは、ヒートパイプを利用したもので構成することが可能である。
【００３０】
前記吸熱側ヒートシンク３１の一端部には、庫内の内気を通過させるように吸熱ファン３２が設置されており、庫内の内気３２Ａを吸熱側ヒートシンク３１内に流し、他端部から排出させる。この場合、他端部には、上記したように、冷却素子（ペルチェ素子３５）の冷気温度Ｔ３を測定するセンサＳ３が配設されている。また、前記排熱側ヒートシンク３３の一端側には、排熱側ヒートシンク３３内に滞留した空気を排出するように、排熱ファン３４が設置されており、前記ペルチェ素子３５によって冷却されて暖められた空気３４Ａを庫外に排出させる。
【００３１】
上記した冷却素子３５、及び、吸熱ファン３２と排熱ファン３４は、前記制御ユニット４０の制御部によって個別に駆動される。この場合、吸熱ファン３２と排熱ファン３４は、それぞれのヒートシンク３１，３３内において、空気の流れが対向となるような位置関係になっていることが好ましく、特に、排熱ファン３４については、排熱側ヒートシンク３３内の空気を上方側に排出して効率的な排熱がされるよう、下端部から内気を上昇させるように配設されていることが好ましい。
【００３２】
なお、上記した構成において、前記筐体１を構成する材料は、耐候性や強度を重視し、外板をステンレスにすることが望ましい。但し、遮光板や筐体内部のフレーム材については軽量化を考慮し、アルミ材を使用することが好ましい。また、内部の棚板５ａ（ラック５）等を構成する材料については、強度及び防塵の観点から、ステンレスを使用することが好ましい。さらに、上記した金属プレート３６については、熱伝導から見ると銅板を用いることが望ましいが、重量がかさむことからアルミ材を用いることが好ましい。
【００３３】
図２は、上記した冷却装置の各駆動部を運転制御する制御ユニットの構成を示したブロック図である。
制御ユニット４０は、所定の動作プログラムを格納し、各センサＳ１〜Ｓ３から送信される検知温度信号に基づいて、前記空気熱交換器２０のファン２２，２３、並びに、前記電子冷却器３０の吸熱ファン３２、排熱ファン３４、及び冷却素子（ペルチェ素子）３５の駆動を制御する機能を備えた制御部４１を有している。すなわち、空気熱交換器２０のファン２２，２３は、駆動回路を備えたファン駆動部４２を介して同期してＯＮ／ＯＦＦ駆動され、電子冷却器３０の吸熱ファン３２及び排熱ファン３４は、それぞれ駆動回路を備えたファン駆動部４３，４４を介して個別にＯＮ／ＯＦＦ駆動される。
【００３４】
また、本実施形態のペルチェ素子３５は、並列して複数系統設けられており（図２では、ペルチェ素子３５Ａ〜３５Ｄの４系統が示されている）、前記制御部４１は、複数系統のペルチェ素子を１系統毎にＯＮ／ＯＦＦ駆動制御するようになっている。すなわち、各系統のペルチェ素子３５Ａ〜３５Ｄは、それぞれ電流の極性を反転させることが可能な駆動回路を備えたペルチェ駆動部４５〜４８を介して、個別に加熱／冷却駆動、及び、ＯＮ／ＯＦＦ駆動される。
【００３５】
なお、本実施形態では、さらに、並列して複数系統設けられた冷却素子３５Ａ〜３５Ｄは、それぞれ複数個のペルチェ素子、具体的には、各系統に２つのペルチェ素子（３５Ａ，３５ａ１），（３５Ｂ，３５ｂ１），（３５Ｃ，３５ｃ１），（３５Ｄ，３５ｄ１）が直列に接続されて構成されている。もちろん、ペルチェ素子の系統数や、直列されるペルチェ素子の個数については、冷却装置の仕様等によって、適宜変形することが可能である。
【００３６】
次に、上記した制御ユニット４０による制御運転方法について、図３を参照しながら具体的に説明する。
図３は、制御ユニット４０の制御部４１において実施される空気熱交換器２０のファン２２，２３、及び電子冷却器３０の吸熱ファン３２、排熱ファン３４、及びペルチェ素子３５の制御運転の一態様例を示す制御テーブルを示している。
【００３７】
前記制御部４１は、予め設定されている筐体内の通常運転温度範囲Ｒ内において、筐体内の温度Ｔ１が、第１設定温度（ＳＶ２）に上昇したとき、外気温度Ｔ２が筐体内の温度Ｔ１より小さいこと（Ｔ２＜Ｔ１）を条件として、空気熱交換器２０のファン２２，２３を駆動する（制御テーブル（ア）参照）。また、筐体内の温度Ｔ１が第１設定温度（ＳＶ２）よりも高い第２設定温度（ＳＶ３）に上昇したとき、空気熱交換器２０のファン２２，２３の駆動を停止すると共に（制御テーブル（イ）参照）、ペルチェ素子３５の冷気温度Ｔ３が予め定めた結露判定値（ＳＶＢ）以上であることを条件として（Ｔ３≧ＳＶＢ）、ペルチェ素子３５を冷却駆動する（制御テーブル（ウ）参照）。
【００３８】
上記のように、筐体１内の通常運転温度範囲Ｒ内において、その内部温度Ｔ１が、第１設定温度（ＳＶ２）にまで上昇したとき、空気熱交換器２０のファン２２，２３を駆動することで、上昇した庫内温度を冷却することが可能となる。このように、筐体内の温度と外気温度に差がある領域では、空気熱交換器２０のみによる運転とし、電子冷却器３０の運転を実施しないことから、省エネルギ化を図ることができる。この場合、ファン２２，２３の駆動は、上記したように、外気温度Ｔ２＜内気温度Ｔ１を条件としているため、筐体内の温度よりも外気温が高いときは、不必要に高い温度の外気が筐体１内に導入されることはなく、筐体１内の温度を急激に上昇させてしまうことはない。すなわち、外気温度が庫内温度よりも低くなるまでは、空気熱交換器２０のファン２２，２３の駆動を停止しており、極力、外部の熱が筐体内部に移動しないようしている。
【００３９】
そして、ファン２２，２３の駆動の停止によって、筐体内の温度Ｔ１が上昇し、第１設定温度（ＳＶ２）よりも高い第２設定温度（ＳＶ３）に上昇したときは、ペルチェ素子３５を冷却駆動して、庫内を冷却して一定温度に保つように制御する（制御テーブル（ウ）参照）。なお、ペルチェ素子３５が全系統に亘って故障している場合、ファン２２，２３の駆動は、外気温度Ｔ２＜内気温度Ｔ１を条件としてそのまま駆動を継続し、庫内の冷却を実施する（制御テーブル（イ）※１参照）。
【００４０】
このペルチェ素子３５の冷却駆動をする場合、ペルチェ素子３５の冷気温度Ｔ３が、予め定めてある結露判定値（ＳＶＢ）よりも低くなったときは、吸熱側ヒートシンク（放熱ファン）３１の部分で結露が発生する可能性があるため、冷却駆動を停止制御して、庫内でドレンが発生することを防止する（制御テーブル（ウ）参照）。すなわち、本実施形態では、結露が発生し易い部分において、結露が発生する温度域（結露判定値以下）にならないように冷却運転を制御しており、庫内温度を一定に保つように制御をしている。
【００４１】
なお、結露の判定については、例えば、湿度センサと庫内温度の検出によって露点温度を判定して運転制御しても良いが、本実施形態のように、結露判定値（ＳＶＢ）を予め定めておき、その温度以下を露点温度として運転制御を行うことにより、制御項目を簡易化することが可能となる。また、本実施形態では、筐体内の温度Ｔ１を検出するセンサＳ１が万一故障しても、冷気温度Ｔ３を測定するセンサＳ３を代用することが可能となる。
【００４２】
また、前記制御部４１は、通常運転温度範囲Ｒの上限値（ＳＶ３＋１０℃）を超えたとき、空気熱交換器２０のファン２２，２３の駆動、及び、電子冷却器３０の駆動部である吸熱ファン３２の駆動、排熱ファン３４の駆動、及びペルチェ素子３５の冷却駆動を維持するように制御する。
【００４３】
このように、筐体１内の温度Ｔ１が、通常運転温度範囲Ｒを超えて上昇していることから、空気熱交換器２０及び電子冷却器３０の両方を駆動して、筐体内部の温度を速やかに冷却し、筐体内を通常運転温度範囲Ｒに戻すようにする。すなわち、空気熱交換器２０及び電子冷却器３０の双方駆動は、筐体内の温度Ｔ１が、通常運転温度範囲Ｒを超えて上昇したときに限られるため、効率的な冷却運転を実施することが可能となる。
【００４４】
以上のように、上記した冷却装置１０によれば、発熱体を収納した筐体１に、空気熱交換器２０と電子冷却器３０とを配設し、制御部４０が、所定条件に応じて運転を切換制御するため、運転コストを軽減することが可能になると共に、筐体内を効率的に冷却することが可能となる。また、空気熱交換器２０及び電子冷却器３０は、各々最適な状態で、いずれか一方の駆動、双方駆動が切換えられることから、空気熱交換器と電子冷却器が一体化した冷却装置を発熱体の負荷に応じて複数台設置する必要がなく、筐体内の設置スペースが大きくなることや、コストが高騰するようなこともない。さらに、空気交換器２０と電子冷却器３０の切換制御は、筐体内の温度Ｔ１、外気温度Ｔ２、ペルチェ素子３５の冷気温度Ｔ３に基づいて実行されるため、効率的な冷却効果を得ることができ、ペルチェ素子の冷却駆動は、その冷気温度が結露判定値（ＳＶＢ）よりも低くなったときは、その冷却駆動を停止制御するため、筐体内でドレンが発生することを防止することが可能となる。
【００４５】
また、本実施形態では、前記制御部４１は、通常運転温度範囲Ｒ内において、前記第１設定温度（ＳＶ２）よりも低い第３設定温度（ＳＶ１）に低下したとき、ペルチェ素子３５を加熱駆動するように制御している（制御テーブル（エ）参照）。
【００４６】
この場合、通常運転温度範囲Ｒ内であっても、筐体１内の温度はかなり低下していることから、ペルチェ素子３５を加熱駆動することにより、筐体１内の温度を、より適正な温度に上昇させ、維持することが可能となる。なお、上記したペルチェ素子３５による加熱運転でも筐体内の温度が上昇しない状況が、（ＳＶ１−５℃以下）であり、これは、通常の運転状態では起こりえない範囲となっている。このため、本実施形態では、このような状況では、加熱異常が生じる（機器の仕様運転温度範囲を超える）可能性があるため、すべての駆動要素を停止するように制御し、安全性を向上している。或いは、庫内温度が、（ＳＶ１−５℃以下）となる状況が一定時間経過した場合、加熱異常が発生する可能性があるとして、制御部４１は、異常警報を外部に発信するようにしても良い。
【００４７】
また、前記制御部４１は、通常運転温度範囲Ｒ内において、電子冷却器３０の吸熱ファン３２を駆動状態に維持するように制御しても良い。このように構成することで、筐体１内では、吸熱ファン３２が常時駆動されていることから、内気が常に循環される状態が保たれ、筐体内部の温度Ｔ１を安定化することが可能となる。
【００４８】
また、前記制御部４１は、通常運転温度範囲Ｒ内において、筐体内の温度Ｔ１が前記第１設定温度（ＳＶ２）に上昇したとき、電子冷却器３０の排熱ファン３４を駆動するように制御することが好ましい。これは、ペルチェ素子３５を前記第２設定温度（ＳＶ３）で冷却駆動すると、ペルチェ素子の加熱側（排熱側ヒートシンク３３）では、ペルチェ素子の放熱フィン部を含めて、ペルチェ素子運転停止後（庫内温度が第１設定温度ＳＶ２に低下しても）であっても、暫くは高い状態が継続すること、及び、ペルチェ素子３５は、加熱側では速やかに放熱を行わないと、素子の性能及び寿命に影響があることから、ペルチェ素子３５の冷却運転中（制御テーブル（オ）参照）、及び、その前後（制御テーブル（カ）参照）では、排熱ファン３４を駆動状態に制御することで、加熱側では速やかに放熱されるようになり、筐体内の温度Ｔ１が上昇することを防止して冷却効果を維持することができると共に、ペルチェ素子３５の性能を長期に亘って安定化することが可能となる。なお、排熱ファン３４の駆動は、ペルチェ素子３５の冷却駆動に連動させても良く、ペルチェ素子の冷却駆動が停止してから、遅延タイマ等によって、一定時間駆動するように制御をしても良い。
【００４９】
さらに、上記した吸熱ファン３２、及び排熱ファン３４については、空気熱交換器２０のファン２２，２３が駆動しているときに同期して駆動するように制御することで、熱伝導にて筐体内の温度を外部に逃がすことが可能となり、庫内温度を安定化させることが可能となる。
【００５０】
また、本実施形態の冷却装置は、電子冷却器３０を構成するペルチェ素子３５が並列して複数系統設けられている。この場合、前記制御部４１は、筐体内の温度Ｔ１に応じて１系統毎にＯＮ／ＯＦＦ駆動するように制御しても良い。具体的には、例えば、図４に示すように、筐体内の温度Ｔ１が次第に下がり、第３設定温度（ＳＶ１）から下がったときにペルチェ素子３５を加熱駆動するのであれば、制御部４１は、第３設定温度（ＳＶ１）から２℃下がった時点でペルチェ素子３５Ａ系を駆動し、第３設定温度（ＳＶ１）から３℃下がった時点でペルチェ素子３５Ｂ系を駆動し、第３設定温度（ＳＶ１）から４℃下がった時点でペルチェ素子３５Ｃ系を駆動し、第３設定温度（ＳＶ１）から５℃下がった時点でペルチェ素子３５Ｄ系を駆動して最大加熱状態となるように制御している。そして、このような制御運転によって筐体内の温度Ｔ１が上昇する場合、同様にして、加熱駆動を系統毎に順次、停止制御するようにしている。
【００５１】
このように、ペルチェ素子を複数系統設け、１系統毎に、段階的に制御運転を行うことで、一度にペルチェ素子をＯＮ／ＯＦＦ駆動する構成と比較して、筐体内の温度のハンチングの度合いを改善することが可能となる。また、このような構成では、筐体１内に収納された発熱体の負荷（温度負荷）に応じて、１系統毎に順次運転することも可能となり、負荷に適した最小の構成（負荷に合わせた最適な能力）で制御運転することができ、運転コストの低減、及び、省エネルギ化を図ることが可能となる。もちろん、このような段階的な制御運転は、筐体内の温度Ｔ１が上昇して行き、筐体内の温度が上記した第２設定温度（ＳＶ３）でペルチェ素子３５を冷却駆動する際にも実施することが可能である。
【００５２】
なお、本実施形態では、並列して複数系統設けられたペルチェ素子３５Ａ〜３５Ｄは、それぞれ複数個が直列に接続されているため、冷却能力、及び加熱能力の向上を図ることが可能となる。
【００５３】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態に限定されることはなく、種々変形することが可能である。
【００５４】
例えば、上記した電子冷却器３０において、ペルチェ素子３５を複数系統配設し、段階的に制御運転する構成については、空気熱交換器２０が設置されていない冷却装置においても実施することが可能である。すなわち、このような構成では、発熱体の負荷に応じた冷却（加熱）駆動制御が実現でき、ハンチングの度合いを改善して、筐体内を効率的に冷却（加熱）することが可能となる。また、電子冷却器３０は、ペルチェ素子を用いるもの以外にも、例えば一般的な冷媒循環による冷却構造を用いることも可能である。
【００５５】
また、上記した空気熱交換器２０は、内気２２Ａと外気２３Ａが直接触れることなく仕切られた壁面２１Ｃを通して熱伝導により熱交換するよう構成されているが、熱交換する方式については種々変形することが可能である。例えば、ケーシング２１内に各種の放熱フィン、例えば、積層構造の格子フィンを設置しておき、格子間の流路で熱交換するようにしても良い。
【００５６】
さらに、上記した筐体１の気密性を高めることにより、筐体１内に吸湿剤を設置して湿度調整機能を有するように構成しても良い。
【符号の説明】
【００５７】
１ 筐体
１０ 冷却装置
２０ 空気熱交換器
２２，２３ ファン
３０ 電子冷却器
３１ 吸熱側ヒートシンク
３２ 吸熱ファン
３３ 排熱側ヒートシンク
３４ 排熱ファン
３５ ペルチェ素子
４０ 制御ユニット
４１ 制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱体を収納した筐体に設置され、前記筐体外部との間で空気による熱交換が可能な空気熱交換器と、
前記筐体内側に吸熱ファンを具備する吸熱側ヒートシンクを、前記筐体外側に排熱ファンを具備する排熱側ヒートシンクをそれぞれ露出させ、前記吸熱側ヒートシンクと前記排熱側ヒートシンクとの間に冷却素子を配設した電子冷却器と、
前記筐体内部の温度Ｔ１、外気温度Ｔ２、前記冷却素子の冷気温度Ｔ３に基づいて、前記空気熱交換器のファン、前記吸熱ファン、前記排熱ファン、及び冷却素子の駆動を制御する制御部と、
を有する筐体用冷却装置であって、
前記制御部は、予め設定されている筐体内の通常運転温度範囲内において、第１設定温度に上昇したとき、（Ｔ２＜Ｔ１）を条件として前記空気熱交換器のファンを駆動し、前記第１設定温度よりも高い第２設定温度に上昇したとき、前記空気熱交換器のファンの駆動を停止すると共に、（Ｔ３≧ＳＶＢ；ＳＶＢは予め定めた結露判定値）を条件として、前記冷却素子を冷却駆動する、
ことを特徴とする筐体用冷却装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記通常運転温度範囲内において、前記第１設定温度よりも低い第３設定温度に低下したとき、前記冷却素子を加熱駆動することを特徴とする請求項１に記載の筐体用冷却装置。
【請求項３】
前記冷却素子は、並列して複数系統設けられており、
前記制御部は、前記筐体内部の温度Ｔ１に応じて、１系統毎にＯＮ／ＯＦＦ駆動することを特徴とする請求項１又は２に記載の筐体用冷却装置。
【請求項４】
前記並列して複数系統設けられた冷却素子は、それぞれ複数個が直列に接続されていることを特徴とする請求項３に記載の筐体用冷却装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記通常運転温度範囲内において、前記吸熱ファンを駆動状態に維持することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の筐体用冷却装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記通常運転温度範囲内において、前記第１設定温度に上昇したとき、前記排熱ファンを駆動することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の筐体用冷却装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記通常運転温度範囲の上限値を超えたとき、前記空気熱交換器のファンの駆動、前記吸熱ファンの駆動、前記排熱ファンの駆動、及び冷却素子の冷却駆動を維持することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の筐体用冷却装置。
【請求項８】
前記制御部は、前記通常運転温度範囲の下限値から下がったとき、前記空気熱交換器のファンの駆動、前記吸熱ファンの駆動、前記排熱ファンの駆動、及び冷却素子の加熱駆動を停止することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の筐体用冷却装置。
【請求項１】
発熱体を収納した筐体に設置され、前記筐体外部との間で空気による熱交換が可能な空気熱交換器と、
前記筐体内側に吸熱ファンを具備する吸熱側ヒートシンクを、前記筐体外側に排熱ファンを具備する排熱側ヒートシンクをそれぞれ露出させ、前記吸熱側ヒートシンクと前記排熱側ヒートシンクとの間に冷却素子を配設した電子冷却器と、
前記筐体内部の温度Ｔ１、外気温度Ｔ２、前記冷却素子の冷気温度Ｔ３に基づいて、前記空気熱交換器のファン、前記吸熱ファン、前記排熱ファン、及び冷却素子の駆動を制御する制御部と、
を有する筐体用冷却装置であって、
前記制御部は、予め設定されている筐体内の通常運転温度範囲内において、第１設定温度に上昇したとき、（Ｔ２＜Ｔ１）を条件として前記空気熱交換器のファンを駆動し、前記第１設定温度よりも高い第２設定温度に上昇したとき、前記空気熱交換器のファンの駆動を停止すると共に、（Ｔ３≧ＳＶＢ；ＳＶＢは予め定めた結露判定値）を条件として、前記冷却素子を冷却駆動する、
ことを特徴とする筐体用冷却装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記通常運転温度範囲内において、前記第１設定温度よりも低い第３設定温度に低下したとき、前記冷却素子を加熱駆動することを特徴とする請求項１に記載の筐体用冷却装置。
【請求項３】
前記冷却素子は、並列して複数系統設けられており、
前記制御部は、前記筐体内部の温度Ｔ１に応じて、１系統毎にＯＮ／ＯＦＦ駆動することを特徴とする請求項１又は２に記載の筐体用冷却装置。
【請求項４】
前記並列して複数系統設けられた冷却素子は、それぞれ複数個が直列に接続されていることを特徴とする請求項３に記載の筐体用冷却装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記通常運転温度範囲内において、前記吸熱ファンを駆動状態に維持することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の筐体用冷却装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記通常運転温度範囲内において、前記第１設定温度に上昇したとき、前記排熱ファンを駆動することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の筐体用冷却装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記通常運転温度範囲の上限値を超えたとき、前記空気熱交換器のファンの駆動、前記吸熱ファンの駆動、前記排熱ファンの駆動、及び冷却素子の冷却駆動を維持することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の筐体用冷却装置。
【請求項８】
前記制御部は、前記通常運転温度範囲の下限値から下がったとき、前記空気熱交換器のファンの駆動、前記吸熱ファンの駆動、前記排熱ファンの駆動、及び冷却素子の加熱駆動を停止することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の筐体用冷却装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１３−６９８９０（Ｐ２０１３−６９８９０Ａ）
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０７６９５（Ｐ２０１１−２０７６９５）
【出願日】平成２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
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