JP2004163007A - 発熱体の冷却システム - Google Patents

Abstract

【課題】熱媒体（循環流体）を注入するための工数を低減する。
【解決手段】熱媒体を循環させて吸着式冷凍機４を稼動させる通常運転モードに加えて、熱媒体を熱媒体回路中に注入するための流体注入モードを設ける。これにより、容易に熱媒体を流体回路に流体を注入することができるので、熱媒体を注入するための工数を低減することができる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発熱体を冷却する冷却システムに関するもので、例えば携帯電話基地局内の電子機器、電気機器、電気変換器、バッテリ等の冷却に用いて有効である。
【０００２】
【従来の技術】
従来、冷却機として、例えば吸着式冷凍機は、吸着剤を加熱又は冷却するための熱交換器、吸着器内に封入された冷媒を加熱又は冷却するための熱交換器、熱源から熱を回収するための熱交換器、及び吸着剤で発生した熱を放熱するための熱交換器等から構成され、これら熱交換器に流れる循環流体をバルブやポンプによって制御している（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−４８４２８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献１に記載の発明では、吸着式冷凍機を設置するときに、各熱交換器に直接的に接続される流体回路毎に循環流体を注入する必要があるので、循環流体を注入するために多くの時間を要し、設置工数の低減を図ることが困難であった。
【０００５】
本発明は、上記点に鑑み、第１には、従来と異なる新規な発熱体の冷却システムを提供し、第２には、循環流体を注入するための工数を低減することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、発熱体で発生した熱を回収し、その回収した熱を冷却機（４）に移送する流体の流れを制御するバルブ（９ａ〜９ｄ）を有する発熱体の冷却システムであって、流体を循環させて冷却機（４）を稼動させる通常運転モード、及び流体を流体回路中に注入するための流体注入モードを備えることを特徴とする。
【０００７】
これにより、容易に流体を流体回路に流体を注入することができるので、流体を注入するための工数を低減することができる。
【０００８】
請求項２に記載の発明では、流体注入モード時においては、１カ所の注入口（１１ａ）から流体回路に流体を注入することができるように構成されていることを特徴とする。
【０００９】
これにより、１カ所の注入口（１１ａ）から集中的に流体を流体回路に注入することができるので、流体を容易に注入することができる。
【００１０】
請求項３に記載の発明では、注入口（１１ａ）は、流体を所定量溜めることができるタンク（１１）に設けられていることを特徴とする。
【００１１】
これにより、流体回路に注入された流体量を確認しながら流体を注入することができ得る。
【００１２】
請求項４に記載の発明では、タンク（１１）の容積は、流体回路の総容積と同等以上であることを特徴とする。
【００１３】
これにより、流体の注入が完了したか否かをタンク（１１）に残った流体量を確認することにより容易に判断することができるので、流体を注入するための工数を低減することができる。
【００１４】
請求項５に記載の発明では、流体注入モード時においては、１台のポンプ（１０ａ）にて流体が流体回路に循環供給されることを特徴とする。
【００１５】
これにより、流体注入モード時における消費動力が増大することを抑制できる。
【００１６】
請求項６に記載の発明では、ポンプ（１０ａ）は、タンク（１１）の流体流れ下流側に設置されていることを特徴とする。
【００１７】
これにより、自給式のポンプを用いることなく流体を循環させることができ得る。したがって、ポンプ（１０ａ）に採用するポンプの選択肢が増えるので、設計自由度を高めることができる。
【００１８】
なお、請求項６に記載の発明は、自給式のポンプの使用を否定するものではない。
【００１９】
請求項７に記載の発明では、冷却機（４）の放熱器は複数台の熱交換器（８ａ、８ｂ）から構成されており、さらに、少なくとも流体注入モードにおいてには、流体流れに対して複数台の熱交換器（８ａ、８ｂ）が直列となることを特徴とするものである。
【００２０】
請求項８に記載の発明では、冷却機（４）は、蒸発した気相冷媒を吸着するとともに、加熱されることによりその吸着していた冷媒を脱離する吸着剤を有して構成された吸着式冷凍機であることを特徴とするものである。
【００２１】
因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００２２】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
本実施形態は、本発明に係る冷却システムを携帯電話の基地局１内の電子機器の冷却に適用したものであり、図１は本実施形態に係る冷却システムの模式図である。
【００２３】
基地局１内には、比較的発熱量が多く、かつ、高温となる電波出力用アンプ、電波出力制御盤、整流器、電子機器、電気機器及び電気変換器等からなる第１発熱体２と、第１発熱体２より低温で冷却する必要がある回路制御盤、バッテリ、電子機器、電気機器、電気変換器及びモデム等からなる第２発熱体３と、両発熱体２、３を冷却する冷凍機４（一点鎖線で囲まれた部分）とが設けられている。
【００２４】
なお、両発熱体２、３は単独で稼動するものではなく、両者２、３が連動して稼動するものである。
【００２５】
ここで、冷却機をなす冷凍機４は、第１発熱体２から吸熱し、その吸熱した熱により吸着剤を加熱することにより稼働する吸着式冷凍機であり、以下、吸着式冷凍機（冷凍機４）について述べる。
【００２６】
なお、吸着剤は、冷媒（本実施形態では、水）を吸着するとともに、加熱されることにより吸着していた冷媒を脱離するもので、本実施形態では、シリカゲルやゼオライト等の固体吸着剤を採用している。
【００２７】
また、吸着器５は内部が略真空に保たれた状態で冷媒が封入された容器であり、この吸着器５内には、吸着剤と熱媒体とを熱交換する第１熱交換器６と、熱媒体と吸着器５内に封入された冷媒とを熱交換する第２熱交換器７とが収納されている。
【００２８】
因みに、熱媒体として、本実施形態では、エチレングリコール系の不凍液が混入された水、アルコールが混入された水又は水等の流体であって、機器類の腐食を抑制する防錆材が混入されたものである。
【００２９】
なお、本実施形態に係る冷凍機４は、複数個の吸着器５ａ、５ｂから構成されており、紙面右側の吸着器５ａ（以下、第１吸着器５ａと呼ぶ。）と紙面左側の吸着器５ｂ（以下、第２吸着器５ｂと呼ぶ。）とは、同じ構成であるので、両者を総称して呼ぶときは、吸着器５と表記する。
【００３０】
また、熱交換器６、７の添え字ａは第１吸着器５ａ内の熱交換器であることを示し、ｂは第２吸着器５ｂ内の熱交換器であることを示し、紙面右側の吸着器５ａを以下、第１吸着器５ａと呼び、紙面左側の吸着器５ｂを以下、第２吸着器５ｂと呼ぶ。
【００３１】
室外熱交換器８は基地局１の建物外に配設されて熱媒体と室外空気とを熱交換するものであり、この室外熱交換器８は、放熱器８ａ及び冷却風を送風するファン８ｃからなるものである。
【００３２】
また、第１集熱器２ａは第１発熱体２で発生する熱を集めてその集めた熱と熱媒体と熱交換させるものであり、第２集熱器、つまり冷却器３ａは冷凍機４にて冷却された熱媒体とファン３ｂにより第２発熱体３に吹き付けられる冷却風とを熱交換してこの冷却風を冷却する熱交換器である。
【００３３】
バルブ９ａ〜９ｄは熱媒体流れを切り替えるロータリ式バルブであり、ポンプ１０ａ〜１０ｃは熱媒体を循環させるものである。
【００３４】
リザーブタンク１１は、冷却システム内に熱媒体を補給・注入するための熱媒体タンクである。そして、リザーブタンク１１の容積は、熱媒体が循環する流体回路の総容積と同等以上となるように設定されているとともに、リザーブタンク１１内の溜まった熱媒体量が目視にて確認することができるようになって視認部として、リザーブタンク１１内の水位を図るための目盛りが設けられている。
【００３５】
次に、本実施形態に係る冷却システムの作動を述べる。
【００３６】
１．通常運転モード
このモードは、ポンプ１０ａ、１０ｂを稼動させて熱媒体を循環させるとともに、第１発熱体２から吸熱し、その吸熱した廃熱により冷凍機４を稼動させて第２発熱体３を冷却するものである。
【００３７】
具体的には、以下に述べる第１、２基本作動モードを所定時間毎に切換運転するものである。因みに、所定時間は、吸着剤に吸着されていた冷媒を脱離させるに必要な時間に基づいて適宜選定されるものである。
【００３８】
なお、本実施形態では、第１発熱体２は１５０℃以下となるように冷却（吸熱）されており、第２発熱体３は外気温度（３５℃〜４５℃）以下程度となるように冷却され、冷凍機４は７０℃以上、１００℃以下で所定の冷凍能力が発揮するように各種諸元が決定されている。
【００３９】
１．１ 第１基本作動モード
このモードでは、図２に示すように、冷却器３ａと第２吸着器５ｂの第２熱交換器７ｂとの間で熱媒体を循環させることにより、第２吸着器５ｂ内の冷媒を蒸発させて冷却器３ａに冷却された熱媒体を供給することによって第２発熱体３を冷却するとともに、第２吸着器５ｂ内で蒸発した気相冷媒、すなわち水蒸気を第２吸着器５ｂ内の吸着剤にて吸着する。
【００４０】
このとき、吸着剤は凝縮熱に相当する熱量を発熱し、かつ、吸着剤の温度が上昇すると吸着能力が低下するので、室外熱交換器８にて冷却された熱媒体を第２吸着器５ｂの第１熱交換器６ｂに供給することにより吸着剤を冷却する。
【００４１】
一方、第１吸着器５ａの第１熱交換器６ａには、第１集熱器２ａにて熱媒体に吸熱された熱を、熱媒体を介して第１吸着器５ａの吸着剤に供給することより吸着剤を加熱し、吸着剤に吸着していた冷媒を脱離させるとともに、第１吸着器５ａの第２熱交換器７ａに室外熱交換器８にて冷却された熱媒体を供給し、その脱離した気相冷媒（水蒸気）を第２熱交換器７ａにて冷却して凝縮させる。
【００４２】
以下、冷媒を蒸発させて冷凍能力を発揮しつつ、その蒸発した気相冷媒を吸着剤にて吸着させている状態にある吸着器５のことを、「吸着工程にある吸着器５」と呼び、吸着剤を加熱して吸着していた冷媒を脱離させつつ、その脱離した冷媒を冷却凝縮させている状態にある吸着器５のことを、「脱離工程にある吸着器５」と呼ぶ。
【００４３】
１．２ 第２基本作動モード
このモードは、第１基本作動モードとは逆に、第１吸着器５ａを吸着工程とし、第２吸着器５ｂを脱離工程とするものである。
【００４４】
具体的には、図３に示すように、冷却器３ａと第１吸着器５ａの第２熱交換器７ａとの間で熱媒体を循環させることにより、第１吸着器５ａ内の冷媒を蒸発させて冷却器３ａに冷却された熱媒体を供給することによって第２発熱体３を冷却するとともに、第１吸着器５ａ内で蒸発した気相冷媒（水蒸気）を第１吸着器５ａ内の吸着剤にて吸着する。
【００４５】
このとき、室外熱交換器８にて冷却された熱媒体を第１吸着器５ａの第１熱交換器６ａに供給することにより吸着剤を冷却する。
【００４６】
一方、第２吸着器５ｂの第１熱交換器６ｂには、第１集熱器２ａにて熱媒体に吸熱された熱を、熱媒体を介して第２吸着器５ｂの吸着剤に供給することより吸着剤を加熱し、吸着剤に吸着していた冷媒を脱離させるとともに、第２吸着器５ｂの第２熱交換器７ｂに室外熱交換器８にて冷却された熱媒体を供給し、その脱離した気相冷媒を第２熱交換器７ｂにて冷却して凝縮させる。
【００４７】
２．流体注入モード
このモードは、冷凍機４の設置が完了し、冷凍機４、第１集熱器２ａ、及び冷却器３ａ等からなる熱媒体回路に熱媒体を注入するためのモードである。
【００４８】
具体的には、リザーブタンク１１から流出した熱媒体が、冷凍機４、第１集熱器２ａ、及び冷却器３ａ等の熱媒体が循環する全ての回路に循環し得るようにバルブ９ａ〜９ｂを作動させるとともに、ポンプ１０ａを作動させる。
【００４９】
これにより、リザーブタンク１１に注入された熱媒体は、リザーブタンク１１に設けられた注入口１１ａから第１吸着器５ａ及び第２吸着器５ｂに流れ込み、第１集熱器２ａ及び冷却器３ａを経由してリザーブタンク１１側、つまり室外熱交換器８に戻ってくる。
【００５０】
因みに、本実施形態では、リザーブタンク１１は、冷却システムの最上部に設けられており、熱媒体回路中の空気は、リザーブタンク１１から抜ける。
【００５１】
なお、流体注入モードは、作業員が手動操作にて注入モードスイッチを投入することにより実行されるもので、注入モードスイッチが遮断されると、ポンプ１０ａが停止してバルブ９ａ〜９ｄは、第１基本作動モード又は第２基本作動モードの動作位置となる。そして、運転開始スイッチが投入されると、ポンプ１０ａ、１０ｂが稼動し、通常運転モードが実行される。
【００５２】
次に、本実施形態の作用効果を述べる。
【００５３】
本実施形態では、熱媒体回路に熱媒体を注入するための流体注入モードを有しているので、各熱交換器２ａ、３ａ、６、７に直接的に接続される熱媒体回路毎に熱媒体を注入する必要がなく、容易に熱媒体を熱媒体回路に熱媒体を注入することができ、熱媒体を注入するための工数を低減することができる。
【００５４】
また、注入される熱媒体を１つの注入口１１ａから集中的に熱媒体回路に注入することができるので、熱媒体を容易に注入することができる。
【００５５】
また、リザーブタンク１１の容量を熱媒体回路の総容積と同等以上としているので、注入開始後、リザーブタンク１１内に残った熱媒体量を確認することにより容易に熱媒体回路に注入された熱媒体量を確認することができる。
【００５６】
つまり、熱媒体の注入が完了したか否かをリザーブタンク１１に残った熱媒体量を確認することにより容易に判断することができるので、熱媒体を注入するための工数を低減することができる。
【００５７】
また、流体注入モードにおいては、１台のポンプ１０ａにて熱媒体を循環注入するので、流体注入モード時における消費動力（消費電力）が増大することを抑制できる。
【００５８】
また、リザーブタンク１１の熱媒体流れ下流側に設けられたポンプ１０ａにて熱媒体を熱媒体回路に循環させるので、自給式のポンプを用いることなく熱媒体を循環させることができる。したがって、ポンプ１０ａに採用するポンプの選択肢が増えるので、設計自由度を高めることができる。
【００５９】
因みに、自給式のポンプとは、吸入側の流体を自ら吸引することができるもので、自給式以外のポンプでは、いわゆる呼び水を与えなければ、ポンピング作用が発生しない。
【００６０】
（第２実施形態）
本実施形態は、図４に示すように、室外熱交換器８を２台の放熱器８ａ、８ｂで構成するとともに、少なくとも流体注入モードにおいてには、熱媒体流れに対して２台の放熱器８ａ、８ｂが直列となるように熱媒体流れを切り換えるバルブ９ｅを設けたものである。
【００６１】
なお、室外熱交換器８を２台の放熱器８ａ、８ｂで構成したので、本実施形態では、ポンプ１０ｄを追加している。
【００６２】
（その他の実施形態）
熱媒体は上述の実施形態に示されたもののみ限定されるものではなく、例えば水やアンモニア等の自然冷媒や、フロリナート等のフッ化炭素系冷媒、ＨＣＦＣ１２３、ＨＦＣ１３４ａ等のフロン系冷媒、メタノール、エタノール等のアルコール系冷媒、アセトン等のケトン系冷媒等が考えられる。
【００６３】
また、上述の実施形態では、携帯電話基地局を例に本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ビル、地下室、工場、倉庫、住宅、車庫及び車両等の空間内に配設された複数種類の発熱体（例えば、ガスタービンエンジン、ガスエンジン、ディーゼルエンジン、ガソリンエンジン、燃料電池、電子機器、電気機器、電気変換器、蓄電池等）の冷却に適用することができる。
【００６４】
また、上述の実施形態では、冷却機として吸着式冷凍機を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る冷却システムの模式図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る冷却システムの作動説明図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る冷却システムの作動説明図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る冷却システムの模式図である。
【符号の説明】
１…携帯電話基地局、２…第１発熱体、３…第２発熱体、４…吸着式冷凍機、５…吸着器、８…室外熱交換器。

Claims (8)

1. 発熱体で発生した熱を回収し、その回収した熱を冷却機（４）に移送する流体の流れを制御するバルブ（９ａ〜９ｄ）を有する発熱体の冷却システムであって、
   前記流体を循環させて前記冷却機（４）を稼動させる通常運転モード、及び前記流体を流体回路中に注入するための流体注入モードを備えることを特徴とする発熱体の冷却システム。
2. 前記流体注入モード時においては、１カ所の注入口（１１ａ）から前記流体回路に前記流体を注入することができるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の発熱体の冷却システム。
3. 前記注入口（１１ａ）は、前記流体を所定量溜めることができるタンク（１１）に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の発熱体の冷却システム。
4. 前記タンク（１１）の容積は、前記流体回路の総容積と同等以上であることを特徴とする請求項３に記載の発熱体の冷却システム。
5. 前記流体注入モード時においては、１台のポンプ（１０ａ）にて前記流体が前記流体回路に循環供給されることを特徴とする請求項４に記載の発熱体の冷却システム。
6. 前記ポンプ（１０ａ）は、前記タンク（１１）の流体流れ下流側に設置されていることを特徴とする請求項５に記載の発熱体の冷却システム。
7. 前記冷却機（４）の放熱器は複数台の熱交換器（８ａ、８ｂ）から構成されており、
   さらに、少なくとも前記流体注入モードにおいてには、流体流れに対して前記複数台の熱交換器（８ａ、８ｂ）が直列となることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の発熱体の冷却システム。
8. 前記冷却機（４）は、蒸発した気相冷媒を吸着するとともに、加熱されることによりその吸着していた冷媒を脱離する吸着剤を有して構成された吸着式冷凍機であることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の発熱体の冷却システム。

Images