JP2003218572A - 屋外装置の放熱方法および装置 - Google Patents
屋外装置の放熱方法および装置Info
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Abstract
を熱交換器7で外部に排出する屋外装置の放熱装置にお
いて、熱交換器7の内気循環用ファン16と外気循環用
ファン17の各々の風量を計測し、外気循環風量≦内気
循環風量となるように制御する制御手段を備える。内気
循環用ファン16が発生する第1の風量をマスターと
し、前記第1の風量にもとづいて外気循環用ファン17
が発生する第2の風量をスレーブさせる。
Description
および装置、特に、冷却効率がよく騒音の少ない屋外装
置の放熱方法および装置に関する。
ついて図面を参照して詳細に説明する。
正面断面図および側面図である。(例えば、実開昭64
−002491号公報参照)。熱交換器102は放熱フ
ィン104によって2つの室105,106に分割さ
れ、一方の室105にはその下部に通風窓107が設け
られ、かつその上部には外気通風用ファン108が取付
けられている。
ファン109が取付けられ、かつその上部には通風窓1
10が設けられている。
て2つの室112,113に分割され、一方の室112
にはその下部に通風窓114が設けられ、かつその上部
には外気通風用ファン115が取付けられている。
ファン116が取付けられ、かつその上部には通風窓1
17が設けられている。
れた電子機器で、たとえばプリント板が実装されたフリ
ント板収納シェルフが多段に積層されて構成されてい
る。
05内では、冷たい外気が通風窓107を介して吸引さ
れて矢印に沿って通流して外気通風用ファン108によ
り排出される。
放熱によって暖められた内気が通風窓110を介して吸
引されて矢印に沿って通流してファン109により排出
される。放熱フィン104を介して冷たい外気と暖かい
内気との熱交換が行なわれて、内気が冷却される。
が行われる。このようにして、密閉型筐体101の内気
を外気によって冷却することができる。
は、例えば高さが3mに達するものがあり、このような
大型機器では制御盤の天井側と底部側とでは20〜30
℃の温度差が生じることがある。
01内がほぼ均一温度となるようにするためには、熱交
換器102,103を大型化すればよい。つまり、ファ
ン108,109,115,116を大容量化すればよ
い。
な大きさは、その取付スペースにより規定されるため
に、熱交換器102,103を大型化することは、その
分だけ密閉型筐体101の内部スペースが使えなくな
り、その結果電子機器119の収納に支障を来す。
撹拌用ファン120を取付けることにより、密閉型筐体
101の内部の天井付近の空気が撹拌され、その結果筐
体内部の空気全体が対流・撹拌されるようになり、よっ
て筐体内部の空気全体を熱交換器102,103にて効
率よく冷却することができる。
いられる一例では、筐体の横方向長さ(厚さ)が500
mmのものに対して、熱交換器の厚さは85mmで、長
さ比で約1/6程度となっている。一般的に、熱交換器
の性能を評価する指標としては熱交換器の交換熱量を高
温側と低温側の温度差で除算した熱コンダクタンスが使
用されるが、小型化のためには単位体積当たりの熱コン
ダクタンスが大きいほうがよい。ところが、第1の従来
技術では、受熱フィンと放熱フィンとを近接して配置し
なければならないため、次の問題点があった。 (1)フィンの高さ、あるいはファン2台分の厚さと通
風空間の厚さなどが積算されて内気側および外気側の通
風路体積が大きくなるため、熱交換器の横方向の厚さが
厚くなり小型化できない。 (2)内気ファンから吐出した高温の内気や外気ファン
から吐出した外気が熱伝導板に垂直に衝突した後、吐出
方向を変換しそれぞれのフィンの基板に平行に流れて排
出口から排出されるため通風抵抗が大きく、十分な風量
がとれない。このような構成で熱伝導板とフィンの位置
を変えずに内気ファンや外気ファンをファンからの吐出
風がフィンの基板に直接衝突するような配置にすると風
量が少なくても対流伝熱性能が向上するが、熱交換器の
横方向の厚さが厚くなり小型化できない。 (3)また、内気と受熱フィンおよび放熱フィンと外気
との熱の授受は対流熱伝達によって行われるが、通常対
流熱伝達率は数十W/m2 ℃程度であり、このレベル
では伝熱性能が低い。伝熱性能を向上させるためには内
気ファンや外気ファンを大型のものにして、風速を大き
くすることや受熱フィンや放熱フィンの高さや表面積を
大きくする必要があるが、これでは小型化は困難とな
る。
全体構成図、部分断面図および部分斜視図である。(例
えば、特開2001−168564号公報参照)図7
(a)において、201は電子機器を含む筐体、202
は熱交換器、203は熱交換器202の受熱部、204
は同じく放熱部、209は冷却されるべき電子機器であ
る。また、AH は内気であり、AC は外気である。図7
(b)において、熱交換器202は、内気AH を吸入し
熱を吸収する受熱部203と、外気AC を吸入し熱を放
出する放熱部204とを、側断面からみて垂直方向に平
行に設置している。また、内気ファン232は、図7
(c)に示すように、内気AHを直線的に流すため、円
筒体の形状を有しており、かつ、その軸方向に沿って複
数のブレードBを配列すると共に、軸方向回りに回転す
るリニアフローファンで構成されている。そして、この
多数のブレードBから成る円筒形状のファンブレード内
に回転用のモータMを設置している。また、内気通路2
35は、その長手方向が内気ファン232の軸方向と直
交するように設け、内気吸入口231と内気排出口23
6を内気通路235の同一直線上に開口させるととも
に、内気ファン232の軸方向の全幅に渡り、内気吸入
口231から内気排出口236に向かって内気AH を図
7(b)中矢印P1で示すように直線的に流すようにし
ている。つまり、直接、受熱フィン233に内気AH を
衝突させる構成である。次に、図7(b)を用いて動作
について説明する。電子機器の筐体201に電源(図示
せず)が入り作動し始めると、熱交換器202の内気フ
ァン232と外気ファン242が作動する。内気AH は
内気吸入口231から吸入され受熱部203の内気フィ
ン233を通過し、外気AC は外気吸入口241から吸
入され放熱部204の放熱フィン243を通過し、外気
排出口246から大気に排出される。このとき、内気フ
ァン232では、ファンの軸方向の全幅にわたって風が
吸入、排出されるため、内気AH を直線的に流すほか、
受熱フィン233の全幅で一様に熱の授受が行われて熱
交換性能が向上する。また、受熱フィン233と放熱フ
ィン243に波形状に多数曲折して成るコルゲートフィ
ンを使用することによって、内気と外気に対する伝熱面
が1枚のフィンで兼用できるため、熱交換器の小型・軽
量化が図れる。同じ寸法であれば、効率アップが図れ
る。
(例えば、実開平04−120295号公報参照)。
却するヒートパイプ式熱交換器302において、ヒート
パイプ303が1列または2列の列数からなり、かつヒ
ートパイプ303の吸熱端と放熱端が、吸熱用ファン3
07と放熱用ファン308にそれぞれ隣接して位置する
薄板・縦長型のヒートパイプ303であるので、伝熱面
積が大きくなり、またヒートパイプの伝熱面上を流れる
空気の圧力損失が小さくなり、冷却効果を向上できる。
形状が大きくなるに従ってその壁面からの吸熱分(外気
温度>筐体内部温度のとき)が多くなるため、容量を大
きくする必要がある。熱交換器の冷却能力を高めると、
それの形状、重量、製作コスト、運転コストともに負担
が大きくなってしまうという問題がある。
の吸熱分は小さくなるが、外気温度が低くなったとき、
壁面からの排熱が行なわれなくなる。このため、筐体内
部の発熱装置の発熱分を全て排出できる熱交換器が必要
となるとともに、断熱材のコストおよび運転コストや筐
体の大きさの問題も生じてしまう。
(例えば、実開平01−174994号公報参照)。
の発熱はファン413a,413bにより強制的に矢印
のように熱風となって筐体411の壁面に吹付けられ
る。熱風が筐体411の壁面に吹付けられると、壁面の
温度が外気温度Taより高くなる。このため壁面からは
積極的に矢印のように排熱が起こる。なお、外気温度T
aが高くなってきたときでも、壁面からの吸熱がない
か、または大きくならないように熱交換器414の冷却
能力は上記吸熱がないようにするだけを容量、すなわ
ち、必要最小限の容量ですむ。
すると、外気温度や内部温度に影響されずに、ほぼ一定
の熱量を排熱できる。
交換効率に優れた密閉筐体構造として、本体の外周全体
を熱交換器として利用する技術が示され、また、特開平
06−216553号公報には、外部空気の導入口近傍
に温度センサを設け、冷却ファンの回転速度がこの温度
センサが検出した温度に比例するように制御する技術が
記載されている。
置の放熱方法および装置は、装置を構成する各機能を複
数のカ−ドに分割し、サブラックに実装することにより
構成されている。各カ−ドは、電子回路を複数のプリン
トイタに搭載するとともに電気・電子部品を搭載してい
る。尚、カ−ドを放熱するためのファンを搭載した冷却
ユニットも併せて実装されている。屋外に無線装置を設
置する場合、無線装置を屋外用密閉筐体に実装するた
め、無線装置に実装した各カ−ドの電気・電子部品より
発生する熱による密閉筐体内の温度上昇を低減するとと
もに、熱より各カ−ドに搭載されている電気・電子部品
を保護するためにエアコンや熱交換器が密閉筐体にとり
つけられ冷却されていた。そのため6カ−ドに搭載され
ている電気・電子部品より発生する熱を如何に放熱させ
るかが、装置信頼度を向上させるポイントであった。ま
た、昨今においては、装置設置環境における環境(低騒
音化、低消費電力化)への配慮も重要なポイントになっ
ている。従来においては、エアコン使用では、高消費電
力及び高ランニングコストであり、熱交換器では、空気
循環効率の配慮漏れで強力なFANを搭載し冷却してい
るために装置設置環境(特に騒音)に対して配慮がされ
ていなかった。
放熱方法は、密閉型で筐体内部に発生した熱を熱交換器
で外部に排出する屋外装置の放熱方法において、前記熱
交換器の内気循環用ファンと外気循環用ファンの各々の
風量を算定し、外気循環風量≦内気循環風量となるよう
に制御する。
の発明において、前記内気循環用ファンが筐体内部の温
度を感知し、感知結果にもとづいてファンの回転数を制
御する。
の発明において、前記外気循環用ファンが筐体外部の温
度を感知し、感知結果にもとづいてファンの回転数を制
御する。
の発明において、前記内気循環用ファンが発生する第1
の風量をマスターとし、前記第1の風量にもとづいて前
記外気循環用ファンが発生する第2の風量をスレーブさ
せる。
型で筐体内部に発生した熱を熱交換器で外部に排出する
屋外装置の放熱装置において、前記熱交換器の内気循環
用ファンと外気循環用ファンの各々の風量を計測し、外
気循環風量≦内気循環風量となるように制御する制御手
段を備える。
の発明において、前記熱交換器としてヒートパイプを用
いる。
して詳細に説明する。
図、図2は屋外装置扉開時を示す斜視図、図3は無線装
置を構成するシェルフの一例を示す斜視図、図4はカ−
ドの一例示す斜視図、図5は屋外装置のエア−フロ−を
示す断面図である。
上に電子回路を構成し、電気・電子部品14を搭載した
複数のカ−ド6と、各カ−ド6を冷却するためのファン
18が実装された冷却ユニット5の各々を複数のシェル
フ4に実装するとともに、積み上げ構成し最上段シェル
フ4上部に空気流案内用ダクト12を設け、空気循環路
を底面より吸気し、上面に設けたダクト12より排気す
る空気循環路を構成した無線装置3と、密閉筐体19扉
2の裏側へ取付られ各々吸気部に、外気循環用の外気吸
気用ファン17と内気循環用の内気吸気用ファン16を
具備し、外気吸気用ファン17にて吸気した外気と内気
吸気用ファン16にて吸気した内気を熱交換する熱交換
部15を具備する熱交換器7を有する密閉構造の筐体1
9とで構成され、筐体内空気循環経路は、無線装置3上
部排気−熱交換器7吸入−熱交換−冷気排気−無線装置
3底面吸気−無線装置3内挿通−無線装置3上部排気と
し、密閉筐体外気循環経路は、外気−熱交換器7吸入−
熱交換−外へ排気となる。無線装置3より排気される風
量を熱交換器7にて吸入される風量と等しいか、また
は、少なくする(無線装置側排気風量≦熱交換器側吸気
風量)風量調節手段を有する。
実装される複数のカ−ド6のプリントイタ13上に搭載
された電気・電子部品14より発生する熱は、冷却ユニ
ット5に実装されているファン18にて冷却されるが、
冷却風は各カ−ド6間を挿通し上部の排気ダクト開口部
12より排気される。無線装置3上部より排気された暖
められた空気は、熱交換器7内気吸気口8より吸気され
熱交換部15にて外部吸入冷気と熱交換され、熱交換さ
れ冷気となった筐体内部空気流は熱交換器7内気排気口
9より排出される。排出された冷気は、無線装置3底面
より無線装置3内冷却ユニット5内ファン18にて吸気
され各カ−ド6間を挿通し、カ−ド6のプリントイタ1
3上に搭載された電気・電子部品14より発生する熱を
奪い冷却し、暖気となり無線装置3上部12ダクトより
排出される。一方、外気は、熱交換器7外気吸入口11
より吸気され、熱交換部15にて筐体内暖気と熱交換し
外気排気口10より密閉筐体19外に排出される。無線
装置3上部ダクト12より排出される暖気排気風量8′
と熱交換器7内気吸気口8より吸気する吸気風量とを等
しいか、または、少なくする(無線装置側排気風量≦熱
交換器側吸気風量)ことにより筐体内空気循環が効率よ
く行われる。
9″し、上面ダクト開口部12より排気8′する。無線
装置3取り付けは、無線装置排気口部3を熱交換器7吸
気口8に合わせて取り付ける。熱交換器7は、密閉筐体
19扉2の内側へ取付け、密閉筐体内19の空気を撹拌
するため上部に内気吸気口8があり、同一面下部に内気
排気口9がある。尚、内気吸気口8には密閉筐体19内
の空気をより効率良く吸気するための内気吸気用ファン
16が取り付けられている。一方、熱交換器7反対側は
密閉筐体19の外部となり、外部下部より外気を吸気す
る外気吸気口11があり、上部より排気するための外気
排気口10がある。外部側外気吸気口部11には、内気
吸気口8と同様に外気吸気用ファン17が取り付けてあ
る。また、密閉筐体17内部側で吸気した空気流8″と
外部側で吸気した空気流11″にて熱交換する熱交換部
15が具備されている。熱交換器7空気循環路は内部側
は上部より吸気8″し、熱交換部15で外部吸気空気流
11″と熱交換し、下部内気排気口9より排出され、一
方反対面に位置する密閉筐体17外部側は下部外気吸気
口11より吸気し、熱交換部15にて内部空気流8″と
熱交換され上部の外気排気口10より排気される構成と
なっている。無線装置6に実装されている複数のカ−ド
6に搭載された電気・電子部品14よりの発熱は、冷却
ユニット5に搭載されているファン18による空気流に
より冷却され、暖められた空気流はシェルフ4上部に設
けられているダクト12により熱交換器7内気吸気口8
に設けられている内気吸気用ファン16により吸気され
熱交換部15に送り込まれる。熱交換部15では、密閉
筐体19外部側下部外気吸気口11に設けられた外気吸
気用ファン17により外気を吸気し熱交換部15に送ら
れ筐体内の暖められた空気と筐体外の冷たい空気により
熱交換がされる。熱交換された冷たい空気流は内気排気
口9より排出される。排出された冷風は無線装置6の冷
却ユニット5に搭載されているファン18にてシェルフ
4底面より吸気され各カ−ド6間を挿通し、ダクト12
より排気される。一方、外部より吸気した冷風は熱交換
部15にて熱交換され暖気となり外気排気口10より排
出される。以上記述したとおり密閉筐体19内空気循環
経路は、無線装置上部排気6−熱交換器7吸入−熱交換
−冷気排気−無線装置底面吸気6−無線装置内挿通6−
無線装置上部排気6となり、密閉筐体19外気循環経路
は、外気吸入−熱交換−外へ排気となる。無線装置3よ
り排気される風量を熱交換器7にて吸入される風量と等
しいか、または、少なくすること(無線装置側排気風量
≦熱交換器側吸気風量)で空気循環の効率を向上させる
ことができる。尚、外気吸気用ファン17は内気吸気用
ファン16と同等である。
プリントイタ13上に電子回路を構成するとともに電気
・電子部品14を搭載した複数のカ−ド6と各カ−ド6
を冷却するための冷却ユニット5と、各カ−ド6を複数
のシェルフ4に実装し最上段シェルフ4に排気用ダクト
12を取り付けられ構成される無線装置3と、密閉筐体
19の扉2の内側に取付られ、筐体内面側上部に内気吸
気口8と内気吸気用ファン16を、下部に内気排気口9
を有し、筐体外面側下部に外気吸気口11と外気吸気用
ファン17を有し、筐体内部空気流9′、9″、8′、
8″と筐体外部空気流11′、10′にて熱交換をする
熱交換部15を具備する熱交換器7と、密閉筐体19で
屋外用装置1を構成し、無線装置3より発生する暖気
8′を熱交換器上部7で吸気8″し、熱交換部15にて
熱交換し下部内気排気口9より冷風として排出すること
で筐体内空気循環経路を構成し、一方、外気吸気口11
より冷気11′を吸気し、熱交換部15にて無線装置3
より発生する暖気8′と熱交換し、熱交換された暖気を
上部外気排気口10にて排気する筐体外部空気循環経路
を構成する冷却方式において、無線装置3より排気され
る暖気風量8′を熱交換器7にて吸入される風量8″と
等しいか、または、少なくしたこと(無線装置側排気風
量≦熱交換器側吸気風量)が特徴である。
置3に使用される冷却ユニット5に、温度を感知してフ
ァン18′の回転を制御する温度コントロ−ラ−を有す
るファン18′を実装し、熱交換器7にも同様に、温度
を感知してファン16′、17′の回転を制御する温度
コントロ−ラ−を有するファン16′、17′を実装す
るとともに各々の温度コントロ−ラ−にて感知する温度
を常に無線装置より排気される風量が熱交換器より吸入
される風量と同等か少なくなるように(無線装置側排気
風量≦熱交換器側吸気風量)温度コントロ−ラ−の温度
を設定する。
ニット5または、熱交換器7に使用されるファン1
6′、17′のどちらかに温度を感知してファンの回転
を制御する温度コントロ−ラ−を有するファン16′、
17′を使用し、無線装置3より排気される風量が熱交
換器7より吸入される風量と同等か少なくなるように
(無線装置側排気風量≦熱交換器側吸気風量)温度コン
トロ−ラ−の温度を設定する。
置3より排気される風量が熱交換器より吸入される風量
と同等か少なくなるように(無線装置側排気風量≦熱交
換器側吸気風量)設定する。
の第一の効果は、放熱性の向上である。その理由は、無
線装置より排気される風量が、常に熱交換器にて吸入さ
れる風量より等しいか少なく設定されているために密閉
筐体内の空気循環の効率が向上することにより熱溜まり
箇所などをなくし放熱性の向上が図れるからである。
である。その理由は、各々に温度コントロ−ラ−を設置
し、屋外温度及び筐体内温度を監視し、ファン回転数を
制御するためにファンによる騒音を抑制することができ
設置環境に対する騒音防止を図ることができるからであ
る。
その理由は、密閉筐体内の空気循環の効率が向上するこ
とにより、筐体内温度上昇を抑制するばかりでなく各カ
−ドに搭載されている電気・電子部品の温度規格に対し
て保護することができるため装置としての信頼性の向上
が図れるからである。
図である。
および側断面図である。
図、部分拡大断面図および部分斜視図である。
Claims (6)
- 【請求項1】 密閉型で筐体内部に発生した熱を熱交換
器で外部に排出する屋外装置の放熱方法において、前記
熱交換器の内気循環用ファンと外気循環用ファンの各々
の風量を算定し、外気循環風量≦内気循環風量となるよ
うに制御することを特徴とする屋外装置の放熱方法。 - 【請求項2】 前記内気循環用ファンが筐体内部の温度
を感知し、感知結果にもとづいてファンの回転数を制御
する請求項1記載の屋外装置の放熱方法。 - 【請求項3】 前記外気循環用ファンが筐体外部の温度
を感知し、感知結果にもとづいてファンの回転数を制御
する請求項1記載の屋外装置の放熱方法。 - 【請求項4】 前記内気循環用ファンが発生する第1の
風量をマスターとし、前記第1の風量にもとづいて前記
外気循環用ファンが発生する第2の風量をスレーブさせ
る請求項1記載の屋外装置の放熱方法。 - 【請求項5】 密閉型で筐体内部に発生した熱を熱交換
器で外部に排出する屋外装置の放熱装置において、前記
熱交換器の内気循環用ファンと外気循環用ファンの各々
の風量を計測し、外気循環風量≦内気循環風量となるよ
うに制御する制御手段を備えることを特徴とする屋外装
置の放熱装置。 - 【請求項6】 前記熱交換器としてヒートパイプを用い
た請求項5記載の屋外装置の放熱装置。
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