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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024179811
(43)【公開日】2024-12-26
(54)【発明の名称】密閉構造体用冷却装置
(51)【国際特許分類】
F28D 15/02 20060101AFI20241219BHJP
H01L 23/427 20060101ALI20241219BHJP
H01L 23/38 20060101ALI20241219BHJP
H05K 7/20 20060101ALI20241219BHJP
【ＦＩ】
F28D15/02 D
F28D15/02 K
F28D15/02 L
H01L23/46 B
H01L23/38
H05K7/20 S
H05K7/20 R
H05K7/20 H
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023098960
(22)【出願日】2023-06-16
(71)【出願人】
【識別番号】514118723
【氏名又は名称】中部抵抗器株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100107825
【弁理士】
【氏名又は名称】細見 吉生
(72)【発明者】
【氏名】山蔭 久明
(72)【発明者】
【氏名】大串 哲朗
(72)【発明者】
【氏名】竹市 剛志
【テーマコード（参考）】
5E322
5F136
【Ｆターム（参考）】
5E322AA01
5E322AA07
5E322AA10
5E322AA11
5E322BA01
5E322BA04
5E322BA05
5E322BB03
5E322DB06
5E322DB08
5E322DC01
5F136AA01
5F136CC18
5F136CC24
5F136FA03
5F136JA03
(57)【要約】
【課題】 外気とペルチェ素子とで密閉構造体の内気を冷却する冷却装置において、ヒートパイプの管壁の熱伝導に起因するペルチェ素子の冷却効率の低下を生じさせない。
【解決手段】 冷却装置２Ａは、a)内気流通部３に設けられる第１受熱フィン１１と、ペルチェ素子４Ａの吸熱面に熱的に接触する第１伝熱ブロック１２と、これらに熱接合される第１ヒートパイプ１３とを含む第１のヒートパイプユニット１０、b)ペルチェ素子４Ａの放熱面に熱的に接触する第２伝熱ブロック２１と、外気流通部５に設けられる第２放熱フィン２２と、これらに熱接合される第２ヒートパイプ２３とを含む第２のヒートパイプユニット２０、および、c)内気流通部３に設けられる第３受熱フィン３１と、外気流通部５に設けられる第３放熱フィン３２と、これらに熱接合される第３ヒートパイプ３３とを含む第３のヒートパイプユニット３０、を有するものとして構成した。
【選択図】 図１
【解決手段】 冷却装置２Ａは、a)内気流通部３に設けられる第１受熱フィン１１と、ペルチェ素子４Ａの吸熱面に熱的に接触する第１伝熱ブロック１２と、これらに熱接合される第１ヒートパイプ１３とを含む第１のヒートパイプユニット１０、b)ペルチェ素子４Ａの放熱面に熱的に接触する第２伝熱ブロック２１と、外気流通部５に設けられる第２放熱フィン２２と、これらに熱接合される第２ヒートパイプ２３とを含む第２のヒートパイプユニット２０、および、c)内気流通部３に設けられる第３受熱フィン３１と、外気流通部５に設けられる第３放熱フィン３２と、これらに熱接合される第３ヒートパイプ３３とを含む第３のヒートパイプユニット３０、を有するものとして構成した。
【選択図】 図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
密閉構造体の内気を冷却するための密閉構造体用冷却装置であって、
内気流通部に設けられる第１受熱フィンと、ペルチェ素子の吸熱面に熱的に接触する第１伝熱ブロックと、これらに一体的に熱接合される第１ヒートパイプとを含む第１のヒートパイプユニット、
ペルチェ素子の放熱面に熱的に接触する第２伝熱ブロックと、外気流通部に設けられる第２放熱フィンと、これらに一体的に熱接合される第２ヒートパイプとを含む第２のヒートパイプユニット、
および、内気流通部に設けられる第３受熱フィンと、外気流通部に設けられる第３放熱フィンと、これらに一体的に熱接合される第３ヒートパイプとを含む第３のヒートパイプユニット
を有することを特徴とする密閉構造体用冷却装置。
内気流通部に設けられる第１受熱フィンと、ペルチェ素子の吸熱面に熱的に接触する第１伝熱ブロックと、これらに一体的に熱接合される第１ヒートパイプとを含む第１のヒートパイプユニット、
ペルチェ素子の放熱面に熱的に接触する第２伝熱ブロックと、外気流通部に設けられる第２放熱フィンと、これらに一体的に熱接合される第２ヒートパイプとを含む第２のヒートパイプユニット、
および、内気流通部に設けられる第３受熱フィンと、外気流通部に設けられる第３放熱フィンと、これらに一体的に熱接合される第３ヒートパイプとを含む第３のヒートパイプユニット
を有することを特徴とする密閉構造体用冷却装置。
【請求項2】
内気流通部に設けられる上記の第１受熱フィンと第３受熱フィンとが、上記の第１ヒートパイプと第３ヒートパイプとの双方に熱接合する一体の内気側受熱フィンであることを特徴とする請求項１に記載の密閉構造体用冷却装置。
【請求項3】
上記の第１ヒートパイプと第３ヒートパイプとが、互いに一体となった受熱管部分を下部に有していて、
当該受熱管部分が上記の内気側受熱フィンに熱接合され、
当該受熱管部分の上方に分岐部を有し、当該分岐部の先に上記の第１ヒートパイプと第３ヒートパイプとが分かれて延び、それぞれが、上記分岐部よりも上方にある上記の第１伝熱ブロックおよび第３放熱フィンに熱接合されている
ことを特徴とする請求項２に記載の密閉構造体用冷却装置。
当該受熱管部分が上記の内気側受熱フィンに熱接合され、
当該受熱管部分の上方に分岐部を有し、当該分岐部の先に上記の第１ヒートパイプと第３ヒートパイプとが分かれて延び、それぞれが、上記分岐部よりも上方にある上記の第１伝熱ブロックおよび第３放熱フィンに熱接合されている
ことを特徴とする請求項２に記載の密閉構造体用冷却装置。
【請求項4】
上記の第１ヒートパイプと第３ヒートパイプとが、互いに一体となった受熱管部分を下部に有していて、
当該受熱管部分が上記の内気側受熱フィンに熱接合され、
当該受熱管部分の上方に分岐部を有し、当該分岐部の先に上記の第１ヒートパイプと第３ヒートパイプとが分かれて延び、それぞれが、上記分岐部よりも下方にある上記の第１伝熱ブロックと、上記分岐部よりも上方にある第３放熱フィンとに熱接合されていて、
上記の第１伝熱ブロックに熱接合された上記の第１ヒートパイプの下端が、上記の内気側受熱フィンと熱接合された上記受熱管部分の下端と連通されている
ことを特徴とする請求項２に記載の密閉構造体用冷却装置。
当該受熱管部分が上記の内気側受熱フィンに熱接合され、
当該受熱管部分の上方に分岐部を有し、当該分岐部の先に上記の第１ヒートパイプと第３ヒートパイプとが分かれて延び、それぞれが、上記分岐部よりも下方にある上記の第１伝熱ブロックと、上記分岐部よりも上方にある第３放熱フィンとに熱接合されていて、
上記の第１伝熱ブロックに熱接合された上記の第１ヒートパイプの下端が、上記の内気側受熱フィンと熱接合された上記受熱管部分の下端と連通されている
ことを特徴とする請求項２に記載の密閉構造体用冷却装置。
【請求項5】
上記の内気側受熱フィンが、上記の第１伝熱ブロックの側方の位置に配置されていることを特徴とする請求項４に記載の密閉構造体用冷却装置。
【請求項6】
上記の第３ヒートパイプにおける上記第３放熱フィンの下端部と、上記の第１ヒートパイプにおける上記第１伝熱ブロックの上端部との間が、それらのヒートパイプに沿って、各ヒートパイプの外径の１０倍以上の距離だけ離れていることを特徴とする請求項４または５に記載の密閉構造体用冷却装置。
【請求項7】
上記のペルチェ素子への電流の向きが変更可能であることにより、密閉構造体の内気を加熱することが可能であることを特徴とする請求項４または５に記載の密閉構造体用冷却装置。
【請求項8】
上記した第１～第３のヒートパイプユニットを略同一の平面内に含むヒートパイプユニット群が、略同一の高さに略平行に複数組み付けられていることを特徴とする請求項１～５のいずれかに記載の密閉構造体用冷却装置。
【請求項9】
上記した第１～第３のヒートパイプユニットを略同一の平面内に含むヒートパイプユニット群が、略同一の高さに略平行に複数組み付けられているとともに、隣接するヒートパイプユニット群の間で上記の分岐部同士が連通されていることを特徴とする請求項３～５に記載の密閉構造体用冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、発熱する電子機器類を内部に有する筐体等の密閉構造体につき、内気（内部の空気）を冷却するための密閉構造体用冷却装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
密閉構造体の内気を冷却する装置として下記の特許文献１に記載のものがある。同文献１には図９の構成が示されており（図中の大きめの文字による符号とそれへの引出し線は本件明細書での説明用に追記した）、冷却装置２’が、密閉構造体１’の内気をヒートパイプ８１とペルチェ素子８２、および外気を用いて冷却する。すなわち、内気流通部８３から外気流通部８４にかけてヒートパイプ８１を取り付け、内気流通部８３においてそのヒートパイプ８１に受熱部８５を設ける一方、外気流通部８４において、同じヒートパイプ８１の上端部と中ほどの部分とにそれぞれ第１および第２の放熱部８６・８７を設けている。第１放熱部８６は、ファンを用いてヒートパイプ８１を外気で冷却する部分であり、第２放熱部８７は、ヒートパイプ８１にペルチェ素子８２の吸熱面を熱的に接触させた部分である。そのペルチェ素子８２の放熱面は、上記とは別のファンによって冷却している。ヒートパイプ８１内の作動液は、受熱部８５で受け取った熱量を第２放熱部８７および第１放熱部８６において外気に放出するため、密閉構造体１’の内気を冷却することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２００８－２０３２１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上記の冷却装置２’には、下記の点で改善の余地があると考えられる。すなわち、
・ 第１および第２の放熱部８６・８７を同時に機能させる場合、第１放熱部８６に熱的に接触しているヒートパイプの表面温度は、第２放熱部８７でペルチェ素子８２の吸熱面（低温面）と熱的に接触しているヒートパイプの表面温度よりも高くなる。そのため、第１放熱部８６からペルチェ素子８２の吸熱面に向けてヒートパイプ８１の管壁の熱伝導による伝熱が生じ、その伝熱量の分だけペルチェ素子８２による密閉構造体の内気を冷却する能力が低下する。一般的なヒートパイプの管壁材料としては熱伝導の高い銅、アルミ等の金属が使用されるため、この熱伝導の影響によるペルチェ素子８２の冷却効率の低下は無視できない。
・ ヒートパイプ８１に沿って設けられた上記の第１放熱部８６および第２放熱部８７が、密閉構造体１’の壁面に沿った外気流通部８４の上下に配置されていて、それぞれの放熱部８６・８７にファンを設けて冷却風を導入しているため、ファンおよび通風部のスペースが大きくなり、装置が大型化しがちである。
・ 第１および第２の放熱部８６・８７を同時に機能させる場合、第１放熱部８６に熱的に接触しているヒートパイプの表面温度は、第２放熱部８７でペルチェ素子８２の吸熱面（低温面）と熱的に接触しているヒートパイプの表面温度よりも高くなる。そのため、第１放熱部８６からペルチェ素子８２の吸熱面に向けてヒートパイプ８１の管壁の熱伝導による伝熱が生じ、その伝熱量の分だけペルチェ素子８２による密閉構造体の内気を冷却する能力が低下する。一般的なヒートパイプの管壁材料としては熱伝導の高い銅、アルミ等の金属が使用されるため、この熱伝導の影響によるペルチェ素子８２の冷却効率の低下は無視できない。
・ ヒートパイプ８１に沿って設けられた上記の第１放熱部８６および第２放熱部８７が、密閉構造体１’の壁面に沿った外気流通部８４の上下に配置されていて、それぞれの放熱部８６・８７にファンを設けて冷却風を導入しているため、ファンおよび通風部のスペースが大きくなり、装置が大型化しがちである。
【0005】
本発明は上記の点を考慮して、ヒートパイプの管壁の熱伝導に起因するペルチェ素子の冷却効率の低下を生じさせない等の利点を有する、改善された冷却装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明は、密閉構造体の内気を冷却するための密閉構造体用冷却装置であって、
a) 内気流通部に設けられる第１受熱フィンと、ペルチェ素子の吸熱面に熱的に接触する第１伝熱ブロックと、これらに一体的に熱接合（伝熱可能に接合することをいう。以下同様）される第１ヒートパイプとを含む第１のヒートパイプユニット、
b) ペルチェ素子の放熱面に熱的に接触する第２伝熱ブロックと、外気流通部に設けられる第２放熱フィンと、これらに一体的に熱接合される第２ヒートパイプとを含む第２のヒートパイプユニット、および、
c) 内気流通部に設けられる第３受熱フィンと、外気流通部に設けられる第３放熱フィンと、これらに一体的に熱接合される第３ヒートパイプとを含む第３のヒートパイプユニット
を有することを特徴とする。
なお、上記において、受熱フィン、伝熱ブロック、ヒートパイプおよび放熱フィンのそれぞれには、ヒートパイプユニットの番号（第１～第３）に合わせて番号付けしている。したがって各名称中の番号は連番とはなっておらず、「第１放熱フィン」「第２受熱フィン」の名は上記説明中にない。
本発明による冷却装置の一例を図１に示している。図示の冷却装置２Ａは、密閉構造体１の内気を冷却する装置であって、上記a)～c)に該当する各ヒートパイプユニット１０・２０・３０を有している。
a) 内気流通部に設けられる第１受熱フィンと、ペルチェ素子の吸熱面に熱的に接触する第１伝熱ブロックと、これらに一体的に熱接合（伝熱可能に接合することをいう。以下同様）される第１ヒートパイプとを含む第１のヒートパイプユニット、
b) ペルチェ素子の放熱面に熱的に接触する第２伝熱ブロックと、外気流通部に設けられる第２放熱フィンと、これらに一体的に熱接合される第２ヒートパイプとを含む第２のヒートパイプユニット、および、
c) 内気流通部に設けられる第３受熱フィンと、外気流通部に設けられる第３放熱フィンと、これらに一体的に熱接合される第３ヒートパイプとを含む第３のヒートパイプユニット
を有することを特徴とする。
なお、上記において、受熱フィン、伝熱ブロック、ヒートパイプおよび放熱フィンのそれぞれには、ヒートパイプユニットの番号（第１～第３）に合わせて番号付けしている。したがって各名称中の番号は連番とはなっておらず、「第１放熱フィン」「第２受熱フィン」の名は上記説明中にない。
本発明による冷却装置の一例を図１に示している。図示の冷却装置２Ａは、密閉構造体１の内気を冷却する装置であって、上記a)～c)に該当する各ヒートパイプユニット１０・２０・３０を有している。
【0007】
上記発明によると、
・ 第１のヒートパイプユニットにおいて、第１ヒートパイプにより内気からペルチェ素子の吸熱面に熱輸送されるため、内気がペルチェ素子によって冷却される。
・ 第２のヒートパイプユニットにおいて、第２ヒートパイプによりペルチェ素子の放熱面が外気で冷却される。
・ 第３のヒートパイプユニットにおいて、第３ヒートパイプにより内気が外気で冷却される。
そして上記の構成では、内気流通部の第１受熱フィンに熱接合された第１ヒートパイプの上端はペルチェ素子（第１伝熱ブロック）との接触部分にとどまり、外気流通部にまでは延伸していない。内気流通部の第３受熱フィンから外気流通部の第３放熱フィンにまで延びているのは、第１ヒートパイプとつながっていない第３ヒートパイプであり、これにペルチェ素子は熱接合されていない。そのため、ペルチェ素子による内気冷却と外気による内気冷却とを同時に実施しても、外気流通部からペルチェ素子の冷却面への伝熱が生じない。したがって、ペルチェ素子が冷却し得る熱量の全てが内気の冷却に利用でき、ペルチェ素子による内気の冷却効率の低下が生じない。
なお、ペルチェ素子は、ヒートポンプに比べて冷却性能が低く、冷却効率が極めて低いので、上記のような伝熱を生じさせないことは、ペルチェ素子の冷却性能を内気冷却に有効に利用するために重要である。その点は、ひいてはペルチェ素子の使用電力の低減にも大きく寄与するので、省エネ運転を可能にするともいえる。
・ 第１のヒートパイプユニットにおいて、第１ヒートパイプにより内気からペルチェ素子の吸熱面に熱輸送されるため、内気がペルチェ素子によって冷却される。
・ 第２のヒートパイプユニットにおいて、第２ヒートパイプによりペルチェ素子の放熱面が外気で冷却される。
・ 第３のヒートパイプユニットにおいて、第３ヒートパイプにより内気が外気で冷却される。
そして上記の構成では、内気流通部の第１受熱フィンに熱接合された第１ヒートパイプの上端はペルチェ素子（第１伝熱ブロック）との接触部分にとどまり、外気流通部にまでは延伸していない。内気流通部の第３受熱フィンから外気流通部の第３放熱フィンにまで延びているのは、第１ヒートパイプとつながっていない第３ヒートパイプであり、これにペルチェ素子は熱接合されていない。そのため、ペルチェ素子による内気冷却と外気による内気冷却とを同時に実施しても、外気流通部からペルチェ素子の冷却面への伝熱が生じない。したがって、ペルチェ素子が冷却し得る熱量の全てが内気の冷却に利用でき、ペルチェ素子による内気の冷却効率の低下が生じない。
なお、ペルチェ素子は、ヒートポンプに比べて冷却性能が低く、冷却効率が極めて低いので、上記のような伝熱を生じさせないことは、ペルチェ素子の冷却性能を内気冷却に有効に利用するために重要である。その点は、ひいてはペルチェ素子の使用電力の低減にも大きく寄与するので、省エネ運転を可能にするともいえる。
【0008】
上記発明の冷却装置においては、さらに、内気流通部に設けられる上記の第１受熱フィンと第３受熱フィンとが、上記の第１ヒートパイプと第３ヒートパイプとの双方に熱接合する一体の内気側受熱フィンであると好ましい。
たとえば、図１の装置では第１受熱フィン１１と第３受熱フィン３１とが分離した別々のものであるが、両者を一体にした共通の受熱フィンにするわけである。
たとえば、図１の装置では第１受熱フィン１１と第３受熱フィン３１とが分離した別々のものであるが、両者を一体にした共通の受熱フィンにするわけである。
【0009】
第１受熱フィンと第３受熱フィンとが、上記のように第１ヒートパイプと第３ヒートパイプとの双方に熱接合する一体の内気側受熱フィンであるなら、ペルチェ素子による冷却か外気による冷却かの単独での運転をする際、受熱フィンの有効伝熱表面積を（図１に示した例よりも）実質上拡大して使用することができ、それぞれの冷却性能を向上できる。
【0010】
発明の冷却装置においてさらに、
上記の第１ヒートパイプと第３ヒートパイプの下方の一部が、互いに一体となった受熱管部分を有していて、
当該受熱管部分が上記の内気側受熱フィン（上記のとおり第１受熱フィンと第３受熱フィンとが一体になったもの）に熱接合され、
当該受熱管部分の上方に分岐部があり、当該分岐部の先に上記の第１ヒートパイプと第３ヒートパイプとが分かれて延び、それぞれが、上記分岐部よりも上方にある上記の第１伝熱ブロックおよび第３放熱フィンに熱接合されている
との構成をとるのも好ましい。
こうした冷却装置の一例を図４に示す。図示の冷却装置２Ｂでは、上記第１・第３のヒートパイプユニット１０・３０における第１ヒートパイプ１３と第３ヒートパイプ３３とについて、下方の一部が、一体の受熱管部分４３を形成し、その受熱管部分４３が内気側受熱フィン４１に熱接合されている。第２のヒートパイプユニット２０については、上述の（図１の）構成と変わりがない。
上記の第１ヒートパイプと第３ヒートパイプの下方の一部が、互いに一体となった受熱管部分を有していて、
当該受熱管部分が上記の内気側受熱フィン（上記のとおり第１受熱フィンと第３受熱フィンとが一体になったもの）に熱接合され、
当該受熱管部分の上方に分岐部があり、当該分岐部の先に上記の第１ヒートパイプと第３ヒートパイプとが分かれて延び、それぞれが、上記分岐部よりも上方にある上記の第１伝熱ブロックおよび第３放熱フィンに熱接合されている
との構成をとるのも好ましい。
こうした冷却装置の一例を図４に示す。図示の冷却装置２Ｂでは、上記第１・第３のヒートパイプユニット１０・３０における第１ヒートパイプ１３と第３ヒートパイプ３３とについて、下方の一部が、一体の受熱管部分４３を形成し、その受熱管部分４３が内気側受熱フィン４１に熱接合されている。第２のヒートパイプユニット２０については、上述の（図１の）構成と変わりがない。
【0011】
こうした構成により、冷却装置の受熱部を簡素化できるので、製作コストの低減が図れる。また、受熱部の簡素化にともなって内気側の通風抵抗が低減されるため、内気ファンの風量を増大でき、装置の冷却性能を向上させることができる。
この冷却装置では、受熱管部分において内気側受熱フィンにより内気で加熱されて発生した作動液の蒸気は、分岐部を経由して第１ヒートパイプ内に上昇し、第１伝熱ブロックを介してペルチェ素子により冷却されて凝縮液化し、受熱管部分に下降して再び内気側受熱フィンにて加熱される。また、内気の温度が外気温より高い場合、受熱管部分において内気側受熱フィンにより内気で加熱されて発生した作動液の蒸気の一部は、分岐部を経由して第３ヒートパイプ内に移動し、第３放熱フィンにて外気で冷却されて凝縮液化し、受熱管部分に下降して再び内気側受熱フィンで加熱される。こうした動作が自動的に繰り返されて、内気がペルチェ素子または外気により冷却される。
なお、前記構成（図１の例によるもの）においても、外気による冷却およびペルチェ素子による冷却のそれぞれ単独運転時には、内気からの受熱に寄与する受熱フィンの表面積は内気流通部に配置されているフィンの片側部分になるので、上記（図４の例によるもの）のように受熱管部分を設けるとともに内気側受熱フィンを半減させても、前記構成の場合と同一の冷却性能を得ることができる。
この冷却装置では、受熱管部分において内気側受熱フィンにより内気で加熱されて発生した作動液の蒸気は、分岐部を経由して第１ヒートパイプ内に上昇し、第１伝熱ブロックを介してペルチェ素子により冷却されて凝縮液化し、受熱管部分に下降して再び内気側受熱フィンにて加熱される。また、内気の温度が外気温より高い場合、受熱管部分において内気側受熱フィンにより内気で加熱されて発生した作動液の蒸気の一部は、分岐部を経由して第３ヒートパイプ内に移動し、第３放熱フィンにて外気で冷却されて凝縮液化し、受熱管部分に下降して再び内気側受熱フィンで加熱される。こうした動作が自動的に繰り返されて、内気がペルチェ素子または外気により冷却される。
なお、前記構成（図１の例によるもの）においても、外気による冷却およびペルチェ素子による冷却のそれぞれ単独運転時には、内気からの受熱に寄与する受熱フィンの表面積は内気流通部に配置されているフィンの片側部分になるので、上記（図４の例によるもの）のように受熱管部分を設けるとともに内気側受熱フィンを半減させても、前記構成の場合と同一の冷却性能を得ることができる。
【0012】
発明の冷却装置において、あるいはさらに、
上記の第１ヒートパイプと第３ヒートパイプの下方の一部が、互いに一体となった受熱管部分を有していて、
当該受熱管部分が上記の内気側受熱フィンに熱接合され、
当該受熱管部分の上方に分岐部を有し、当該分岐部の先に上記の第１ヒートパイプと第３ヒートパイプとが分かれて延び、それぞれが、上記分岐部よりも下方にある上記の第１伝熱ブロックと、上記分岐部よりも上方にある第３放熱フィンとに熱接合されていて、
上記の第１伝熱ブロックに熱接合された上記の第１ヒートパイプの下端が、上記の内気側受熱フィンと熱接合された上記受熱管部分の下端と連通されている
との構成をとるのも好ましい。
こうした冷却装置の一例を図５に示す。上記第１・第３のヒートパイプユニット１０・３０における第１ヒートパイプ１３と第３ヒートパイプ３３との一部が、互いに一体となった受熱管部分５３を下部に有し、その受熱管部分５３が内気側受熱フィン４１に熱接合されている。受熱管部分５３の上方にある分岐部Ｙの先に第１ヒートパイプ１３と第３ヒートパイプ３３とが分かれて延び、それぞれが、下方にある第１伝熱ブロック１２と上方にある第３放熱フィン３２とに熱接合されている。そして、第１伝熱ブロック１２に熱接合された第１ヒートパイプ１３の下端が、連通管５４にて受熱管部分５３の下端と連通されている。
上記の第１ヒートパイプと第３ヒートパイプの下方の一部が、互いに一体となった受熱管部分を有していて、
当該受熱管部分が上記の内気側受熱フィンに熱接合され、
当該受熱管部分の上方に分岐部を有し、当該分岐部の先に上記の第１ヒートパイプと第３ヒートパイプとが分かれて延び、それぞれが、上記分岐部よりも下方にある上記の第１伝熱ブロックと、上記分岐部よりも上方にある第３放熱フィンとに熱接合されていて、
上記の第１伝熱ブロックに熱接合された上記の第１ヒートパイプの下端が、上記の内気側受熱フィンと熱接合された上記受熱管部分の下端と連通されている
との構成をとるのも好ましい。
こうした冷却装置の一例を図５に示す。上記第１・第３のヒートパイプユニット１０・３０における第１ヒートパイプ１３と第３ヒートパイプ３３との一部が、互いに一体となった受熱管部分５３を下部に有し、その受熱管部分５３が内気側受熱フィン４１に熱接合されている。受熱管部分５３の上方にある分岐部Ｙの先に第１ヒートパイプ１３と第３ヒートパイプ３３とが分かれて延び、それぞれが、下方にある第１伝熱ブロック１２と上方にある第３放熱フィン３２とに熱接合されている。そして、第１伝熱ブロック１２に熱接合された第１ヒートパイプ１３の下端が、連通管５４にて受熱管部分５３の下端と連通されている。
【0013】
こうした構成の冷却装置では、受熱管部分において内気側受熱フィンにより内気で加熱されて発生した作動液の蒸気が、分岐部を経由して第１ヒートパイプ内に移動し、第１伝熱ブロックを介してペルチェ素子により冷却されて凝縮液化する。液化した作動液は、第１ヒートパイプの下端から、連通管５４を通って受熱管部分に環流し、元の内気側受熱フィンより受熱する。作動液のこの動作が自動的に繰り返されることで、内気からペルチェ素子の吸熱面に熱が移動して内気が冷却される。
また、内気の温度が外気温よりも高い場合は、受熱管部分において内気側受熱フィンにより内気で加熱されて発生した作動液の蒸気の一部は、分岐部を経由して第３ヒートパイプ内に移動し、第３放熱フィンにて外気で冷却されて凝縮液化し、元の受熱管部分に戻って受熱フィンから受熱する。この動作が自動的に繰り返されて、内気が外気により冷却される。
また、内気の温度が外気温よりも高い場合は、受熱管部分において内気側受熱フィンにより内気で加熱されて発生した作動液の蒸気の一部は、分岐部を経由して第３ヒートパイプ内に移動し、第３放熱フィンにて外気で冷却されて凝縮液化し、元の受熱管部分に戻って受熱フィンから受熱する。この動作が自動的に繰り返されて、内気が外気により冷却される。
【0014】
図５に例示される上記構成の冷却装置において、内気側受熱フィンが、第１伝熱ブロックの側方（すなわち第１伝熱ブロックと概ね同じ高さ）の位置に配置されていると好ましい。
図５の例でも、内気側受熱フィン４１を第１伝熱ブロック１２の側方の、それとほぼ同じ高さ、すなわち図１や図４に示す位置よりも上方に設けている。
図５の例でも、内気側受熱フィン４１を第１伝熱ブロック１２の側方の、それとほぼ同じ高さ、すなわち図１や図４に示す位置よりも上方に設けている。
【0015】
内気側受熱フィンを上記のように第１伝熱ブロックの側方に配置すると、冷却装置の下部のスペースを削減することができ、その分だけ装置の高さ寸法を低減して装置をコンパクトにすることが可能になる。
【0016】
図５に例示される上記構成の冷却装置において、第３ヒートパイプにおける第３放熱フィンの下端部と、第１ヒートパイプにおける第１伝熱ブロックの上端部との間が、それらのヒートパイプに沿って、各ヒートパイプの外径の１０倍以上の距離だけ離れているのが好ましい。
図５の例について述べると、上記は、第３放熱フィン３２の下端部から第１伝熱ブロック１２の上端部までの、ヒートパイプ３３・１３に沿った距離（伝熱距離）を確保することに該当する。ヒートパイプ３３・１３の外径が同じでない場合を想定して述べると、第３放熱フィン３２の下端部から分岐部Ｙまでの第３ヒートパイプ３３について外径がＤ33、長さがＬ33であり、分岐部Ｙから第１伝熱ブロック１２の上端部までの第１ヒートパイプ１３について外径がＤ13、長さがＬ13である場合、上記は、
Ｌ33／Ｄ33 ＋ Ｌ13／Ｄ13 ≧ １０
とすることを示している。
図５の例について述べると、上記は、第３放熱フィン３２の下端部から第１伝熱ブロック１２の上端部までの、ヒートパイプ３３・１３に沿った距離（伝熱距離）を確保することに該当する。ヒートパイプ３３・１３の外径が同じでない場合を想定して述べると、第３放熱フィン３２の下端部から分岐部Ｙまでの第３ヒートパイプ３３について外径がＤ33、長さがＬ33であり、分岐部Ｙから第１伝熱ブロック１２の上端部までの第１ヒートパイプ１３について外径がＤ13、長さがＬ13である場合、上記は、
Ｌ33／Ｄ33 ＋ Ｌ13／Ｄ13 ≧ １０
とすることを示している。
【0017】
図５に例示される上記構成の冷却装置において、第３ヒートパイプの第３放熱フィンの下端部から第１伝熱ブロックの上端部までのパイプの距離は、それが短い方が、冷却装置をコンパクトにするうえでは好都合である。しかし、その距離が短すぎると、パイプの熱伝導による外気（放熱フィン）から第１伝熱ブロックへの伝熱影響のために、ペルチェ素子による内気の冷却効率が低下する。
上記のように当該距離をヒートパイプの外径の１０倍以上にすると、ヒートパイプの管壁の熱伝導による伝熱量を、当該距離の無い（ヒートパイプの外径と同等レベルの）場合と比べて５分の１程度に低減することができる。それは、図６に示す後述の検討結果によって説明できる。管壁の熱伝導による伝熱は第１伝熱ブロックを介してペルチェ素子に及ぶので、上記のように伝熱量を低減できると、ペルチェ素子による内気の冷却性能の低下を十分に抑制できることになる。冷却装置をコンパクトにする点を考慮して、当該距離はヒートパイプの外径の１０倍以上・２０倍以下の程度にすると有利である。
上記のように当該距離をヒートパイプの外径の１０倍以上にすると、ヒートパイプの管壁の熱伝導による伝熱量を、当該距離の無い（ヒートパイプの外径と同等レベルの）場合と比べて５分の１程度に低減することができる。それは、図６に示す後述の検討結果によって説明できる。管壁の熱伝導による伝熱は第１伝熱ブロックを介してペルチェ素子に及ぶので、上記のように伝熱量を低減できると、ペルチェ素子による内気の冷却性能の低下を十分に抑制できることになる。冷却装置をコンパクトにする点を考慮して、当該距離はヒートパイプの外径の１０倍以上・２０倍以下の程度にすると有利である。
【0018】
図５に例示される上記構成の冷却装置において、ペルチェ素子への電流の向きが変更可能であり密閉構造体の内気を加熱できる、という構成をとるのも好ましい。
ペルチェ素子は、供給される電流の向きが逆になる（プラス・マイナスが入れ替わる）と、放熱面と吸熱面とが入れ替わるという特性を有している。
ペルチェ素子は、供給される電流の向きが逆になる（プラス・マイナスが入れ替わる）と、放熱面と吸熱面とが入れ替わるという特性を有している。
【0019】
ペルチェ素子への電流の向きが変更可能であると、密閉構造体の内気を加熱することも可能になる。電流の向きを逆にすると、ペルチェ素子の放熱面と吸熱面とが入れ替わり、第１伝熱ブロックがその素子の放熱面側となり高温になるからである。そうなると、放熱フィンへの外気の流れを停止させた場合、第１伝熱ブロックで加熱されて発生した作動液の蒸気が、第１ヒートパイプから分岐部を経由して受熱管部分に進み、内気側受熱フィンにおいて凝縮し内気に放熱する。図５の例では、図示のループ回路内において作動液の蒸気が破線矢印とは反対方向（図において右回転）に流れ、内気側受熱フィンにて内気に放熱するわけである。つまり、上のようにした装置は、内気の冷却用のみならず内気の加熱用にも使用して、密閉構造体内の空気を常温よりも高い温度に保つことが可能になる。
【0020】
発明の冷却装置において、第１～第３のヒートパイプユニットを略同一の平面内に含むヒートパイプユニット群が、略同一の高さに略平行に複数組み付けられているのも好ましい。
【0021】
上記した第１～第３のヒートパイプユニットを一組のみ有する冷却装置では、発熱する複数の電子機器を内部に有する通常の規模の密閉構造体について十分に内気を冷却することは難しい。そのため、上記ヒートパイプユニットのセット（群）を複数組み込んで冷却装置を構成するのが一般的である。
それに関し、上記のように、第１～第３のヒートパイプユニットが略同一の平面内に含まれるようにヒートパイプユニット群を構成し、同様のヒートパイプユニット群を略同一の高さに略平行に複数組み付けることとすると、十分な冷却能力を有する冷却装置をコンパクトに構成することが可能になる。
それに関し、上記のように、第１～第３のヒートパイプユニットが略同一の平面内に含まれるようにヒートパイプユニット群を構成し、同様のヒートパイプユニット群を略同一の高さに略平行に複数組み付けることとすると、十分な冷却能力を有する冷却装置をコンパクトに構成することが可能になる。
【0022】
ヒートパイプユニット群が上記のように構成され複数配置された冷却装置において、隣接するヒートパイプユニット群の間で上記の分岐部同士が連通されているとさらに好ましい。
図７および図８は、図の紙面に対して垂直の方向に複数のヒートパイプユニット群が上記のとおり組み付けられた冷却装置における一組のヒートパイプユニット群を示すもので、隣接するヒートパイプユニット群における分岐部Ｘ（またはＹ）同士を、大径化したヘッダ管Ｘａ（またはＹａ）によって連通させた例を示している。
図７および図８は、図の紙面に対して垂直の方向に複数のヒートパイプユニット群が上記のとおり組み付けられた冷却装置における一組のヒートパイプユニット群を示すもので、隣接するヒートパイプユニット群における分岐部Ｘ（またはＹ）同士を、大径化したヘッダ管Ｘａ（またはＹａ）によって連通させた例を示している。
【0023】
隣接するヒートパイプユニット群の間で分岐部同士が連通されていると、複数あるヒートパイプユニット群において、作動液の蒸気圧力が均一化され、作動液が特定のヒートパイプユニット群に偏在してしまうことが防止され、安定した冷却動作が行える。
【発明の効果】
【0024】
発明の密閉構造体用冷却装置によれば、外気による内気の冷却とペルチェ素子による内気の冷却とを同時に、または個別に実施することができ、もって内気の冷却を効率的に行うことができる。上記双方の冷却を同時に実施する場合にも、外気流通部からペルチェ素子の冷却面へのヒートパイプの管壁を通じた伝熱が生じないことから、ペルチェ素子による冷却能力の全てが内気の冷却に利用でき、冷却効率を高く保つことができる。
また、ヒートパイプユニットの構成とペルチェ素子の使用法によっては、密閉構造体の内気を加熱することも可能になる。
また、ヒートパイプユニットの構成とペルチェ素子の使用法によっては、密閉構造体の内気を加熱することも可能になる。
【図面の簡単な説明】
【0025】
【図1】発明の第１の実施例としての密閉構造体用冷却装置２Ａを示す断面図である。なお、図の上方が鉛直方向の上方であり、各ヒートパイプについては、作動液の液面を示すとともに蒸気流（破線の矢印）と液流（実線の矢印）とのそれぞれの向きを示している（図１～図５および図７・図８においても同じ）。
【図4】発明の第２の実施例としての密閉構造体用冷却装置２Ｂを示す断面図である。
【図5】発明の第３の実施例としての密閉構造体用冷却装置２Ｃを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0026】
発明の第１の実施例を図１に示す。
密閉構造体１は電子機器類（図示省略）を内部に有する筐体であり、内気を冷却するために側部に冷却装置２Ａを付属させている。冷却装置２Ａは、ケーシング２ａの内側に、内気流通部３とペルチェ素子部４と外気流通部５との３部分を、下部から上部にかけてこの順に有している。隣接する２部分の間は隔壁で仕切られていて、内気流通部３の内部のみが密閉構造体１の内部空間と通じている。内気流通部３では、密閉構造体１と通じた密閉空間内に内気ファン３Ａが設けられていて、内気をその空間内に流して密閉構造体１内へ戻すことができる。そのファン３Ａの作用により、密閉構造体１の内部には図中に矢印で示す内気の循環流が形成される。また、外気流通部５には、外気ファン５Ａが排気口に設けられるとともに外気流入口５Ｂが形成されていて、外気を通過させ得るようになっている。
密閉構造体１は電子機器類（図示省略）を内部に有する筐体であり、内気を冷却するために側部に冷却装置２Ａを付属させている。冷却装置２Ａは、ケーシング２ａの内側に、内気流通部３とペルチェ素子部４と外気流通部５との３部分を、下部から上部にかけてこの順に有している。隣接する２部分の間は隔壁で仕切られていて、内気流通部３の内部のみが密閉構造体１の内部空間と通じている。内気流通部３では、密閉構造体１と通じた密閉空間内に内気ファン３Ａが設けられていて、内気をその空間内に流して密閉構造体１内へ戻すことができる。そのファン３Ａの作用により、密閉構造体１の内部には図中に矢印で示す内気の循環流が形成される。また、外気流通部５には、外気ファン５Ａが排気口に設けられるとともに外気流入口５Ｂが形成されていて、外気を通過させ得るようになっている。
【0027】
冷却装置２Ａの内部には、つぎのように３つのヒートパイプユニット１０・２０・３０を取り付けている。すなわち、
1) 第１のヒートパイプユニット１０： 内気流通部３に設けられた第１受熱フィン１１と、ペルチェ素子４Ａの吸熱面に熱的に接触している第１伝熱ブロック１２と、これらに一体的に熱接合された第１ヒートパイプ１３とを有している。
2) 第２のヒートパイプユニット２０： ペルチェ素子４Ａの放熱面に熱的に接触している第２伝熱ブロック２１と、外気流通部５に設けられた第２放熱フィン２２と、これらに一体的に熱接合された第２ヒートパイプ２３とを有している。
3) 第３のヒートパイプユニット３０： 内気流通部３に設けられた第３受熱フィン３１と、外気流通部５に設けられた第３放熱フィン３２と、これらに一体的に熱接合された第３ヒートパイプ３３とを有している。
1) 第１のヒートパイプユニット１０： 内気流通部３に設けられた第１受熱フィン１１と、ペルチェ素子４Ａの吸熱面に熱的に接触している第１伝熱ブロック１２と、これらに一体的に熱接合された第１ヒートパイプ１３とを有している。
2) 第２のヒートパイプユニット２０： ペルチェ素子４Ａの放熱面に熱的に接触している第２伝熱ブロック２１と、外気流通部５に設けられた第２放熱フィン２２と、これらに一体的に熱接合された第２ヒートパイプ２３とを有している。
3) 第３のヒートパイプユニット３０： 内気流通部３に設けられた第３受熱フィン３１と、外気流通部５に設けられた第３放熱フィン３２と、これらに一体的に熱接合された第３ヒートパイプ３３とを有している。
【0028】
このようにヒートパイプユニット１０・２０・３０を配置した冷却装置２Ａには、つぎのような作用がある。
・ 第１のヒートパイプユニット１０においては、内気ファン３Ａで送られる密閉構造体１の内気が第１受熱フィン１１を介して第１ヒートパイプ１３に熱を伝え、また、その熱を第１ヒートパイプ１３が上方へ輸送し、第１伝熱ブロック１２を介してペルチェ素子４Ａの吸熱面に伝える。そのため、内気がペルチェ素子４Ａによって冷却される。
・ 第２のヒートパイプユニット２０においては、ペルチェ素子４Ａの放熱面の熱を、第２伝熱ブロック２１を介し第２ヒートパイプ２３が受け取って上方の外気流通部５に輸送し、そこで第２放熱フィン２２を介して外気に放散する。ペルチェ素子４Ａの放熱面の冷却は、こうして第２のヒートパイプユニット２０により効果的に行われる。ペルチェ素子４Ａの放熱面が十分に冷却されると、そのペルチェ素子４Ａの吸熱面の温度も低下するため、ペルチェ素子４Ａによる上記した内気の冷却が円滑に行われる。
・ 第３のヒートパイプユニット３０においては、内気ファン３Ａで送られる密閉構造体１の内気が第３受熱フィン３１を介して第３ヒートパイプ３３に熱を伝え、また、その熱を第３ヒートパイプ３３が上方の外気流通部５に輸送し、そこで第３放熱フィン３２を介して外気に放散する。そのため、内気が外気によって冷却される。
・ 第１のヒートパイプユニット１０においては、内気ファン３Ａで送られる密閉構造体１の内気が第１受熱フィン１１を介して第１ヒートパイプ１３に熱を伝え、また、その熱を第１ヒートパイプ１３が上方へ輸送し、第１伝熱ブロック１２を介してペルチェ素子４Ａの吸熱面に伝える。そのため、内気がペルチェ素子４Ａによって冷却される。
・ 第２のヒートパイプユニット２０においては、ペルチェ素子４Ａの放熱面の熱を、第２伝熱ブロック２１を介し第２ヒートパイプ２３が受け取って上方の外気流通部５に輸送し、そこで第２放熱フィン２２を介して外気に放散する。ペルチェ素子４Ａの放熱面の冷却は、こうして第２のヒートパイプユニット２０により効果的に行われる。ペルチェ素子４Ａの放熱面が十分に冷却されると、そのペルチェ素子４Ａの吸熱面の温度も低下するため、ペルチェ素子４Ａによる上記した内気の冷却が円滑に行われる。
・ 第３のヒートパイプユニット３０においては、内気ファン３Ａで送られる密閉構造体１の内気が第３受熱フィン３１を介して第３ヒートパイプ３３に熱を伝え、また、その熱を第３ヒートパイプ３３が上方の外気流通部５に輸送し、そこで第３放熱フィン３２を介して外気に放散する。そのため、内気が外気によって冷却される。
【0029】
図１のように構成した冷却装置２Ａでは、第１ヒートパイプ１３の上部はペルチェ素子４Ａの吸熱面側（第１伝熱ブロック１２）とのみ熱的に接合し、第３ヒートパイプ３３は外気流通部５の第３放熱フィン３２とのみ熱的に接合している。つまり、外気流通部５からペルチェ素子４Ａの冷却面への伝熱が生じないようにしている。そのため、ペルチェ素子４Ａによる内気冷却と外気による内気冷却とを同時に実施しても、ペルチェ素子４Ａによる内気冷却の効率が低下しない。
【0030】
また、この冷却装置２Ａでは、第２放熱フィン２２と第３放熱フィン３２とを外気の流通部５に直列に配置し、共通の外気ファン５Ａで外気を流すことにより双方のフィン２２・３２を冷却している。したがって、外気ファンの数を最少にするとともに外気の流通部５のスペースを小さくすることが可能となり、装置を低コストかつコンパクトなものに構成している。
【0031】
図１の冷却装置２Ａについては、構成の一部をつぎのように改変することもできる。
a) 内気流通部３に設けられる第１受熱フィン１１と第３受熱フィン３１とは、共通のフィンとしてもよい。すなわち、２組のフィン１１・３１を、第１ヒートパイプ１３と第３ヒートパイプ３３との双方に熱接合する一体のフィンにすることが可能である。
b) 図２に示すように、第１ヒートパイプ１３と第３ヒートパイプ３３とを、Ｕ字状に連続する一体のものとするのもよい。図のようにＵ字状に連続させたヒートパイプ１３・３３を使用すると、それらが連続していない図１の場合に比べてヒートパイプ１３・３３の下端部の接合加工が省略でき、内部の脱気および作動液の充填作業が半減できるので、製作コストの低減が図れる。
c) 図３のように、Ｕ字状に連続させたヒートパイプ１３・３３（または連続させていない個々のヒートパイプ１３・３３）を延伸し屈曲させて、当該ヒートパイプ１３・３３とそれらに熱的に接触している受熱フィン１１・３１とを密閉構造体１の筐体の内部に配置するようにしてもよい。このようにすると、冷却装置２Ａの高さ寸法を低減できるとともに、受熱フィン１１・３１を通過する構造体１の内気の流れを円滑にすることができるので、内気をより効率的に冷却することが可能になる。
a) 内気流通部３に設けられる第１受熱フィン１１と第３受熱フィン３１とは、共通のフィンとしてもよい。すなわち、２組のフィン１１・３１を、第１ヒートパイプ１３と第３ヒートパイプ３３との双方に熱接合する一体のフィンにすることが可能である。
b) 図２に示すように、第１ヒートパイプ１３と第３ヒートパイプ３３とを、Ｕ字状に連続する一体のものとするのもよい。図のようにＵ字状に連続させたヒートパイプ１３・３３を使用すると、それらが連続していない図１の場合に比べてヒートパイプ１３・３３の下端部の接合加工が省略でき、内部の脱気および作動液の充填作業が半減できるので、製作コストの低減が図れる。
c) 図３のように、Ｕ字状に連続させたヒートパイプ１３・３３（または連続させていない個々のヒートパイプ１３・３３）を延伸し屈曲させて、当該ヒートパイプ１３・３３とそれらに熱的に接触している受熱フィン１１・３１とを密閉構造体１の筐体の内部に配置するようにしてもよい。このようにすると、冷却装置２Ａの高さ寸法を低減できるとともに、受熱フィン１１・３１を通過する構造体１の内気の流れを円滑にすることができるので、内気をより効率的に冷却することが可能になる。
【0032】
図４には発明の第２の実施例を示している。この例は、図１の実施例における第１ヒートパイプ１３と第３ヒートパイプ３３との一部を一体にしたもので、図１の例とは下記の点で異なっている。
4) 第１ヒートパイプ１３と第３ヒートパイプ３３とのそれぞれの下部（分岐部Ｘより下方の部分）に、互いに一体となった受熱管部分４３を連続させ、
5) 受熱管部分４３を、前記の第１受熱フィン１１と第３放熱フィン３１とを一体にした内気側受熱フィン４１に熱接合し、
6) 受熱管部分４３の上方にある分岐部Ｘの先に第１ヒートパイプ１３と第３ヒートパイプ３３とを分岐させた状態で延伸させ、ヒートパイプ１３・３３のそれぞれを、分岐部Ｘよりも上方にある第１伝熱ブロック１２と第３放熱フィン３２に熱接合している。
4) 第１ヒートパイプ１３と第３ヒートパイプ３３とのそれぞれの下部（分岐部Ｘより下方の部分）に、互いに一体となった受熱管部分４３を連続させ、
5) 受熱管部分４３を、前記の第１受熱フィン１１と第３放熱フィン３１とを一体にした内気側受熱フィン４１に熱接合し、
6) 受熱管部分４３の上方にある分岐部Ｘの先に第１ヒートパイプ１３と第３ヒートパイプ３３とを分岐させた状態で延伸させ、ヒートパイプ１３・３３のそれぞれを、分岐部Ｘよりも上方にある第１伝熱ブロック１２と第３放熱フィン３２に熱接合している。
【0033】
第１ヒートパイプ１３の一部と第３ヒートパイプ３３の一部とが受熱管部分４３として一体になっているとしても、図４の冷却装置２Ｂでは、図１の冷却装置２Ａと同様の作用により、密閉構造体１の内気をペルチェ素子４Ａおよび外気によって冷却することができる。
そしてやはり、外気流通部５からペルチェ素子４Ａの冷却面への伝熱が生じ難いため、ペルチェ素子４Ａによる内気冷却と外気による内気冷却とを同時に実施しても、ペルチェ素子４Ａによる内気冷却の効率は低下することがない。
また、この例では、受熱管部分４３と内気側受熱フィン４１からなる受熱部を簡素化できるので、装置の製作コストを低減できる。受熱部の簡素化にともなって内気側の通風抵抗を低減できるので、内気ファンの風量を増大することにより装置の冷却性能を向上させることも可能である。
そしてやはり、外気流通部５からペルチェ素子４Ａの冷却面への伝熱が生じ難いため、ペルチェ素子４Ａによる内気冷却と外気による内気冷却とを同時に実施しても、ペルチェ素子４Ａによる内気冷却の効率は低下することがない。
また、この例では、受熱管部分４３と内気側受熱フィン４１からなる受熱部を簡素化できるので、装置の製作コストを低減できる。受熱部の簡素化にともなって内気側の通風抵抗を低減できるので、内気ファンの風量を増大することにより装置の冷却性能を向上させることも可能である。
【0034】
図５には発明の第３の実施例を示している。この例は、図１の実施例における第１ヒートパイプ１３と第３ヒートパイプ３３との一部を受熱管部分４３として一体にするとともに、ペルチェ素子４Ａや内気側受熱フィン４１の配置を変更し、またヒートパイプ１３と受熱管部分４３との各下端部を連通させてループ回路を形成したものである。すなわち、第１ヒートパイプ１３と第３ヒートパイプ３３とのそれぞれの下部に、互いに一体となった受熱管部分５３を連続させ、その受熱管部分５３を内気側受熱フィン４１に熱接合しているという特徴を有するほか、図１または図４の例と異なる下記の特徴を有している。
7) 受熱管部分５３の上方にある分岐部Ｙの先に第１ヒートパイプ１３と第３ヒートパイプ３３とを分岐させた状態で延伸させ、ヒートパイプ１３・３３のそれぞれを、分岐部Ｙよりも下方にあるペルチェ素子４Ａ（吸熱面側）の第１伝熱ブロック１２と、分岐部Ｙよりも上方にある第３放熱フィン３２に熱接合し、
8) 第１伝熱ブロック１２に熱接合した第１ヒートパイプ１３の下端を、内気側受熱フィン４１と熱接合した受熱管部分５３の下端に対し連通管５４によって連通させている。
なお、図５に示すとおり、内気流通部３の内部には、内気ファン３Ａおよび内気側受熱フィン４１とともに、ペルチェ素子４Ａの第１伝熱ブロック１２、ならびにそれらに熱接合したヒートパイプを配置している。ペルチェ素子部４には、ペルチェ素子４Ａとその放熱面側に接触させた第２伝熱ブロック２１、およびそれらに熱接合したヒートパイプ２３を配置している。
7) 受熱管部分５３の上方にある分岐部Ｙの先に第１ヒートパイプ１３と第３ヒートパイプ３３とを分岐させた状態で延伸させ、ヒートパイプ１３・３３のそれぞれを、分岐部Ｙよりも下方にあるペルチェ素子４Ａ（吸熱面側）の第１伝熱ブロック１２と、分岐部Ｙよりも上方にある第３放熱フィン３２に熱接合し、
8) 第１伝熱ブロック１２に熱接合した第１ヒートパイプ１３の下端を、内気側受熱フィン４１と熱接合した受熱管部分５３の下端に対し連通管５４によって連通させている。
なお、図５に示すとおり、内気流通部３の内部には、内気ファン３Ａおよび内気側受熱フィン４１とともに、ペルチェ素子４Ａの第１伝熱ブロック１２、ならびにそれらに熱接合したヒートパイプを配置している。ペルチェ素子部４には、ペルチェ素子４Ａとその放熱面側に接触させた第２伝熱ブロック２１、およびそれらに熱接合したヒートパイプ２３を配置している。
【0035】
図５の構成をもつ冷却装置２Ｃでは、つぎのような作用により内気が冷却される。
・ 受熱管部分５３において内気側受熱フィン４１により内気で加熱されて発生した作動液の蒸気は、分岐部Ｙを経由して第１ヒートパイプ１３内に移動し、第１伝熱ブロック１２を介してペルチェ素子４Ａにより冷却されて凝縮液化する。液化した作動液は、第１ヒートパイプ１３の下端から、連通管５４を通って受熱管部分５３に環流し、元の内気側受熱フィンから受熱する。作動液のこの動作が自動的に繰り返されることで、内気からペルチェ素子の吸熱面に熱が移動して内気が冷却される。
・ 内気の温度が外気温よりも高い場合は、受熱管部分５３において内気側受熱フィン４１により内気で加熱されて発生した作動液の蒸気の一部は、分岐部Ｙを経由して第３ヒートパイプ３３内に移動し、第３放熱フィン３２にて外気で冷却されて凝縮液化し、元の受熱管部分５３に戻って受熱フィン４１から熱を受け取る。この動作が自動的に繰り返されて、内気が外気により冷却される。
・ 受熱管部分５３において内気側受熱フィン４１により内気で加熱されて発生した作動液の蒸気は、分岐部Ｙを経由して第１ヒートパイプ１３内に移動し、第１伝熱ブロック１２を介してペルチェ素子４Ａにより冷却されて凝縮液化する。液化した作動液は、第１ヒートパイプ１３の下端から、連通管５４を通って受熱管部分５３に環流し、元の内気側受熱フィンから受熱する。作動液のこの動作が自動的に繰り返されることで、内気からペルチェ素子の吸熱面に熱が移動して内気が冷却される。
・ 内気の温度が外気温よりも高い場合は、受熱管部分５３において内気側受熱フィン４１により内気で加熱されて発生した作動液の蒸気の一部は、分岐部Ｙを経由して第３ヒートパイプ３３内に移動し、第３放熱フィン３２にて外気で冷却されて凝縮液化し、元の受熱管部分５３に戻って受熱フィン４１から熱を受け取る。この動作が自動的に繰り返されて、内気が外気により冷却される。
【0036】
また、この冷却装置２Ｃでは、内気側受熱フィン４１を、第１伝熱ブロック１２の側方であって同ブロック１２とほぼ同じ高さに配置している。図１の受熱フィン１１・３１や図４の内気側受熱フィン４１に比べて上方に設けたことになる。これにより、装置の下部のスペースを削減することができ、その分だけ高さ寸法を低減して装置をコンパクトに構成できている。
【0037】
図５の冷却装置２Ｃは、ペルチェ素子４Ａへ供給する直流電流の向きを変更できるよう構成している。電流の向きを逆にすると、ペルチェ素子４Ａの放熱面と吸熱面とを入れ替えることができ、同じ装置２Ｃを用いて密閉構造体の内気を加熱することも可能になるからである。その場合、第１伝熱ブロック１２を放熱面側（高温）にすると、放熱フィン３２への外気の流れを停止させたとき、第１ヒートパイプ１３内の作動液が第１伝熱ブロック１２で加熱されて蒸気となり、分岐部Ｙを経由して受熱管部分５３に進み、内気側受熱フィン４１で凝縮して内気に放熱する。
【0038】
図１・図４に示した装置とは違って、図５の冷却装置２Ｃでは、ペルチェ素子４Ａの吸熱面側（低温側）に熱的に接合している第１ヒートパイプ１３の上部が、外気流通部５の第３放熱フィン３２に熱的に接合している第３ヒートパイプ３３とつながっている。そのため、外気流通部５からペルチェ素子４Ａの冷却面へかけて管壁の熱伝導による伝熱が生じ得る。図６（ａ）はその伝熱系統に関するもので、第３放熱フィン３２の下端部から伝熱ブロック１２の上端部までの、距離（伝熱距離）Ｌのヒートパイプ１３・３３の管壁を通じて、伝熱量Ｑがペルチェ素子４Ａに伝わることを示している。
【0039】
ヒートパイプの容器（管壁）が銅管の場合について、高温部（外気流通部５の第３放熱フィン３２の下端部）から低温部（吸熱面側の伝熱ブロック１２）への管壁の熱伝導による伝熱量を計算した例を図６（ｂ）に示す。銅管は外径Ｄが8mm（内径7mm）で、25℃の外気が第３放熱フィン３２に強制通風され、伝熱ブロック１２の温度が0℃に維持される条件で、パイプ一本あたりの管壁の熱伝導による伝熱量Ｑを計算したものである。
高温部の下端面から低温部の上端面までの距離Ｌの増加にともなって上記の伝熱量Ｑは低下するが、距離Ｌが外径Ｄの10倍程度以上になると、Ｌの増加はＱの低下にあまり寄与しなくなる。Ｌを極端に大きくとると伝熱量Ｑは限りなくゼロに近づくが装置が大型化する。しかし、伝熱距離Ｌをパイプ外径Ｄの10倍程度確保することで、管壁の熱伝導による伝熱量Ｑを、伝熱距離の無い（外径Ｄと同等レベルの）場合と比べて1/5程度に低減できる結果となっている。
ヒートパイプの使用方法にもよるが、一般的な条件（例えば外気が25℃、ペルチェ素子の低温面温度が0℃）で、伝熱距離をとらない（パイプ外径と同等レベルの）の場合の上記伝熱量はペルチェ素子自体が発揮する冷却能力Qcの20～30％程度に達するので、内気の冷却性能がその分だけ低下する。しかし、伝熱距離をパイプ外径の10倍以上とったときの伝熱量は、伝熱距離がパイプ外径と同等レベルでの伝熱量に比べて1/5程度に低下するので、ペルチェ素子による内気の冷却性能の低下を5％程度以下に抑えることができる。
高温部の下端面から低温部の上端面までの距離Ｌの増加にともなって上記の伝熱量Ｑは低下するが、距離Ｌが外径Ｄの10倍程度以上になると、Ｌの増加はＱの低下にあまり寄与しなくなる。Ｌを極端に大きくとると伝熱量Ｑは限りなくゼロに近づくが装置が大型化する。しかし、伝熱距離Ｌをパイプ外径Ｄの10倍程度確保することで、管壁の熱伝導による伝熱量Ｑを、伝熱距離の無い（外径Ｄと同等レベルの）場合と比べて1/5程度に低減できる結果となっている。
ヒートパイプの使用方法にもよるが、一般的な条件（例えば外気が25℃、ペルチェ素子の低温面温度が0℃）で、伝熱距離をとらない（パイプ外径と同等レベルの）の場合の上記伝熱量はペルチェ素子自体が発揮する冷却能力Qcの20～30％程度に達するので、内気の冷却性能がその分だけ低下する。しかし、伝熱距離をパイプ外径の10倍以上とったときの伝熱量は、伝熱距離がパイプ外径と同等レベルでの伝熱量に比べて1/5程度に低下するので、ペルチェ素子による内気の冷却性能の低下を5％程度以下に抑えることができる。
【0040】
このように、図５の構成の冷却装置２Ｃにおいても、第３ヒートパイプ３３における放熱フィン３２の下端面から、第１ヒートパイプ１３における第１伝熱ブロック１２の上端面までのパイプの距離を適切な程度確保することにより、パイプの熱伝導による外気からの伝熱影響を最小限に抑えることことができる。それにより、ペルチェ素子４Ａによる内気の冷却効率の低下を十分に抑制することができる。
【0041】
図７は、図４の冷却装置２Ｂを一部改変した例を示す断面図である。図１～図５に示したいずれの冷却装置も、ヒートパイプユニット１０・２０・３０を１組のみ有するものとして構成されることは稀であり、通常はヒートパイプユニット１０・２０・３０を略同一の平面内に収めたヒートパイプユニット群を複数配置して構成される。図７の例も、図示のヒートパイプユニット群が図の紙面と垂直の方向に複数配置されていて、図には、そうしたヒートパイプユニット群の１組のみを示している。
図７の冷却装置２Ｂでは、図４の例と同様の図示のヒートパイプユニット群を略同一の高さに略平行に複数組配置するとともに、隣接するヒートパイプユニット群の間で、第１ヒートパイプ１３と第３ヒートパイプ３３との分岐部Ｘ同士を、やや太めのヘッダ管Ｘａによって連通させている。
こうしたことにより、冷却装置２Ｂを、十分な冷却能力を有するコンパクトなものに構成できるとともに、複数あるヒートパイプユニット群のいずれかに作動液が偏在してしまう不都合を防止できる。
図７の冷却装置２Ｂでは、図４の例と同様の図示のヒートパイプユニット群を略同一の高さに略平行に複数組配置するとともに、隣接するヒートパイプユニット群の間で、第１ヒートパイプ１３と第３ヒートパイプ３３との分岐部Ｘ同士を、やや太めのヘッダ管Ｘａによって連通させている。
こうしたことにより、冷却装置２Ｂを、十分な冷却能力を有するコンパクトなものに構成できるとともに、複数あるヒートパイプユニット群のいずれかに作動液が偏在してしまう不都合を防止できる。
【0042】
図８には、図５の冷却装置２Ｃの一部を改変した例を示している。この例も、図示のヒートパイプユニット群が紙面と垂直の方向に複数配置されたものであり、そうしたヒートパイプユニット群の１組のみを図８に示している。
図８の冷却装置２Ｃでも、図５の例と同様に構成したヒートパイプユニット群を略同一の高さに略平行に複数組配置するとともに、隣接するヒートパイプユニット群の間で、第１ヒートパイプ１３と第３ヒートパイプ３３との間の分岐部Ｙ同士を、やや太めのヘッダ管Ｙａで連通させている。またさらに、図示のように、第１ヒートパイプ１３の下端と受熱管部分５３の下端とをつなぐ連通管５４の一部を、隣接するヒートパイプユニット群の間でやや太めのヘッダ管５４ａにより連通させるのもよい。
こうした構成により、冷却装置２Ｃを、十分な冷却能力を有するコンパクトなものに構成するとともに、いずれかのヒートパイプユニット群に作動液が偏在してしまう不都合を防止することができる。
図８の冷却装置２Ｃでも、図５の例と同様に構成したヒートパイプユニット群を略同一の高さに略平行に複数組配置するとともに、隣接するヒートパイプユニット群の間で、第１ヒートパイプ１３と第３ヒートパイプ３３との間の分岐部Ｙ同士を、やや太めのヘッダ管Ｙａで連通させている。またさらに、図示のように、第１ヒートパイプ１３の下端と受熱管部分５３の下端とをつなぐ連通管５４の一部を、隣接するヒートパイプユニット群の間でやや太めのヘッダ管５４ａにより連通させるのもよい。
こうした構成により、冷却装置２Ｃを、十分な冷却能力を有するコンパクトなものに構成するとともに、いずれかのヒートパイプユニット群に作動液が偏在してしまう不都合を防止することができる。
【0043】
以上に示した冷却装置２Ａ～２Ｃは、内気と外気との温度差に基づく外気による冷却（以下、外気冷却と略す）と、ペルチェ素子による冷却（以下、ペルチェ冷却と略す）とを併用することによって密閉構造体（筐体）の内気を冷却するものであるが、消費するエネルギーを節約するためには、以下のように適宜に切り替えて運転することが好ましい。
・ ペルチェ素子は、加えた電力がそのまま熱に変換されるので、ヒートポンプに比べると冷却効率が極めて悪い。そのため、外気温に関係なく常にペルチェ素子のみで冷却することは省エネ運転上不都合である。
・ 以上に示した各冷却装置では、外気冷却とペルチェ冷却とを同時に行うことも、それぞれ単独で行うことも可能である。
・ 電子機器の使用環境温度としての筐体内空気温度は、電子機器の種別と条件にもよるが一般的に27℃～40℃程度の値が推奨されている。
・ 例えば、筐体の内気温度を35℃に維持する場合の運転を例にすると、
i) 外気温20℃において外気冷却のみで筐体内の熱負荷を処理できる場合、外気温20℃以下ではペルチェ素子を駆動させず外気冷却のみ（外気ファンのみ）の運転とする。
ii) 外気温が20℃から35℃の範囲では、外気冷却のみでは筐体内の熱負荷に対応できないので、不足する熱処理分をペルチェ冷却により行うように、外気冷却とペルチェ冷却を併用する。
iii) 外気温が35℃を超えると、外気冷却による放熱能力が無くなるので、ペルチェ素子のみでの運転とする。
・ 以上のように外気冷却とペルチェ冷却を併用することで、通年での運転電力を最小限とする省エネ運転を行うことができる。
・ ペルチェ素子は、加えた電力がそのまま熱に変換されるので、ヒートポンプに比べると冷却効率が極めて悪い。そのため、外気温に関係なく常にペルチェ素子のみで冷却することは省エネ運転上不都合である。
・ 以上に示した各冷却装置では、外気冷却とペルチェ冷却とを同時に行うことも、それぞれ単独で行うことも可能である。
・ 電子機器の使用環境温度としての筐体内空気温度は、電子機器の種別と条件にもよるが一般的に27℃～40℃程度の値が推奨されている。
・ 例えば、筐体の内気温度を35℃に維持する場合の運転を例にすると、
i) 外気温20℃において外気冷却のみで筐体内の熱負荷を処理できる場合、外気温20℃以下ではペルチェ素子を駆動させず外気冷却のみ（外気ファンのみ）の運転とする。
ii) 外気温が20℃から35℃の範囲では、外気冷却のみでは筐体内の熱負荷に対応できないので、不足する熱処理分をペルチェ冷却により行うように、外気冷却とペルチェ冷却を併用する。
iii) 外気温が35℃を超えると、外気冷却による放熱能力が無くなるので、ペルチェ素子のみでの運転とする。
・ 以上のように外気冷却とペルチェ冷却を併用することで、通年での運転電力を最小限とする省エネ運転を行うことができる。
【0044】
また、上記した冷却装置２Ａ～２Ｃにおいて、各ヒートパイプの作動液を動作温度に応じて選定するのも、有利な使用法である。
たとえば、ペルチェ素子による冷却において、ペルチェ素子の吸熱面に熱的に接触している第１のヒートパイプの動作温度は常温よりも低くなるので、作動液として、常温以下の使用において十分なヒートパイプ動作を行うフッ素系作動液を使用するとよい。一方、ペルチェ素子の放熱面に熱的に接触している第２のヒートパイプの動作温度は常温よりも高くなるので、作動液として常温以上の使用で優れたヒートパイプ動作を発揮する水を使用することができる。そのようにすると、広範な温度範囲で使用でき、総合的に性能の高い冷却装置を得ることができる。
たとえば、ペルチェ素子による冷却において、ペルチェ素子の吸熱面に熱的に接触している第１のヒートパイプの動作温度は常温よりも低くなるので、作動液として、常温以下の使用において十分なヒートパイプ動作を行うフッ素系作動液を使用するとよい。一方、ペルチェ素子の放熱面に熱的に接触している第２のヒートパイプの動作温度は常温よりも高くなるので、作動液として常温以上の使用で優れたヒートパイプ動作を発揮する水を使用することができる。そのようにすると、広範な温度範囲で使用でき、総合的に性能の高い冷却装置を得ることができる。
【0045】
なお、上記において、冷却装置２Ａ～２Ｃは密閉構造体の内気を冷却するものとして述べたが、電子部品等の発熱体を直接冷却するために使用することもできる。例えば、CPU（Central Processing Unit）やGPU（Graphics Processing Unit）等の電子部品を、受熱フィンの無いヒートパイプの蒸発部に熱的に接触させて直接に冷却するといった用途にも使用可能である。
【符号の説明】
【0046】
１ 密閉構造体
２Ａ・２Ｂ・２Ｃ 冷却装置
３ 内気流通部
４ ペルチェ素子部
４Ａ ペルチェ素子
５ 外気流通部
１０ 第１のヒートパイプユニット
１１ 第１受熱フィン
１２ 第１伝熱ブロック
１３ 第１ヒートパイプ
２０ 第２のヒートパイプユニット
２１ 第２伝熱ブロック
２２ 第２放熱フィン
２３ 第２ヒートパイプ
３０ 第３のヒートパイプユニット
３１ 第３受熱フィン
３２ 第３放熱フィン
３３ 第３ヒートパイプ
４１ 内気側受熱フィン
４３・５３ 受熱管（合流管）部分
５４ 連通管
Ｘ・Ｙ 分岐部
Ｘａ・Ｙａ・５４ａ ヘッダ管
２Ａ・２Ｂ・２Ｃ 冷却装置
３ 内気流通部
４ ペルチェ素子部
４Ａ ペルチェ素子
５ 外気流通部
１０ 第１のヒートパイプユニット
１１ 第１受熱フィン
１２ 第１伝熱ブロック
１３ 第１ヒートパイプ
２０ 第２のヒートパイプユニット
２１ 第２伝熱ブロック
２２ 第２放熱フィン
２３ 第２ヒートパイプ
３０ 第３のヒートパイプユニット
３１ 第３受熱フィン
３２ 第３放熱フィン
３３ 第３ヒートパイプ
４１ 内気側受熱フィン
４３・５３ 受熱管（合流管）部分
５４ 連通管
Ｘ・Ｙ 分岐部
Ｘａ・Ｙａ・５４ａ ヘッダ管
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
