JP2004271078A - Cooling system - Google Patents

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JP2004271078A
JP2004271078A JP2003063398A JP2003063398A JP2004271078A JP 2004271078 A JP2004271078 A JP 2004271078A JP 2003063398 A JP2003063398 A JP 2003063398A JP 2003063398 A JP2003063398 A JP 2003063398A JP 2004271078 A JP2004271078 A JP 2004271078A
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refrigerator
heat
cooling system
adsorber
heating element
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JP2003063398A
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Yukinori Suzuki
幸憲 鈴木
Masayoshi Terao
公良 寺尾
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Denso Corp
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Denso Corp
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B25/00Machines, plants or systems, using a combination of modes of operation covered by two or more of the groups F25B1/00 - F25B23/00
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B21/00Machines, plants or systems, using electric or magnetic effects
    • F25B21/02Machines, plants or systems, using electric or magnetic effects using Peltier effect; using Nernst-Ettinghausen effect

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cooling system having further reduced power consumption by efficiently utilizing an assisting device. <P>SOLUTION: Heat absorbed during assisting the refrigerating operation of a refrigerator 4 by an electronic refrigerator 20 serving as the assisting device is given as operating heat energy to the refrigerator 4. Thus, compared with conventional one, where the operating heat energy is only given to the refrigerator 4 by the assisting device such as a vapor compression refrigerator or a heater or a second heating element 3 is cooled by refrigerating capability generated by the vapor compression refrigerator, the cooling system has further reduced power consumption because of the efficient utilization of the electronic refrigerator 20 as the assisting device. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、閉じられた空間内に配置された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】
従来の冷却システムは、携帯電話基地局内に設置された電気機器等の発熱体から廃熱を回収した冷却水をポンプにて循環させて吸着式冷凍機に供給し、吸着式冷凍機にて生成された冷熱にてその他の発熱体を冷却している(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
ところで、特許文献1に記載の発明は、第1発熱体で発生する廃熱を稼動用エネルギとして稼動する吸着式冷凍機にて第2発熱体を冷却するので、外気温度が高く放熱能力が低下する場合や第1発熱体で発生する廃熱量及び温度が低くなるような場合には、吸着式冷凍機にて十分な冷凍能力を発揮させることができず、冷却システムの冷却能力が低下するという課題がある。
【0004】
この問題に対して、特許文献1に記載の発明では、ヒータや蒸気圧縮式冷凍機の高温側熱交換器にて廃熱を回収した熱媒体を加熱する、又は蒸気圧縮式冷凍機の低温側熱交換器にて冷却能力を補助する等して冷却システムの冷却能力低下を補完している。
【0005】
【特許文献1】
特開2002−100891号公報
【0006】
【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、後述する理由により、蒸気圧縮式冷凍機やヒータ等の補助装置を効率良く利用しているとは言い難い。
【0007】
本発明は、上記点に鑑み、第1には、従来と異なる新規な冷却システムを提供し、第2には、補助装置を効率良く利用して、冷却システムの消費動力を更に低下させることを目的とする。
【0008】
【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、閉じられた空間(1)内に存在する第1発熱体(2)から吸熱し、その吸熱した熱を稼動用のエネルギとして、閉じられた空間(1)内に存在する第2発熱体(3)を冷却する冷凍機(4)を備える冷却システムであって、冷凍機(4)に熱を与え、かつ、冷凍機(4)の冷凍作用を補助する補助装置(20、30)を有し、補助装置(20、30)は、冷凍機(4)の冷凍作用を補助する際に吸熱した熱を冷凍機(4)に与えることを特徴とする。
【0009】
これにより、本発明の補助装置(20、30)は、冷凍機(4)の冷凍作用を補助する際に吸熱した熱を稼動用の熱エネルギとして冷凍機(4)に与えるのに対して、特許文献1に記載の発明は、蒸気圧縮式冷凍機やヒータ等の補助装置にて稼動用の熱エネルギのみを冷凍機(4)に与える、又は蒸気圧縮式冷凍機で発生した冷凍能力にて第2発熱体(3)を冷却するものである。
【0010】
したがって、本発明に係る冷却システムでは、特許文献1に記載の発明に比べて補助装置(20、30)を効率良く利用することができるので、冷却システムの消費動力を更に低下させることができる。
【0011】
請求項2に記載の発明では、補助装置(20、30)は、冷凍機(4)の高温部を冷却することにより冷凍機(4)の冷凍作用を補助することを特徴とするものである。
【0012】
請求項3に記載の発明では、補助装置(20、30)は、冷凍機(4)の低温部を冷却することにより冷凍機(4)の冷凍作用を補助することを特徴とするものである。
【0013】
請求項4に記載の発明では、補助装置は、ペルチェ素子を有して構成されたものであることを特徴とするものである。
【0014】
請求項5に記載の発明では、補助装置は、蒸気圧縮式冷凍機にて構成されたものであることを特徴とするものである。
【0015】
請求項6に記載の発明では、冷凍機(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。
【0016】
請求項7に記載の発明では、第1、2発熱体(2、3)は、閉じられた空間(1)である携帯電話基地局内に設置された電気機器であることを特徴とするものである。
【0017】
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。
【0018】
【発明の実施の形態】
(第1実施形態)
図1は本実施形態に係る冷却システムを示す模式図であり、本実施形態は、本発明に係る発熱体の冷却システムを携帯電話基地局1内の電子機器の冷却に適用したものである。
【0019】
比較的に高い断熱性を有して密閉空間を構成する携帯電話基地局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、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、電気機器及び電気変換器等からなる第2発熱体3が搭載された通信機器ラック、並びに両発熱体2、3を冷却する冷凍機4(一転鎖線で囲まれた部分)とが収納されている。
【0020】
なお、両発熱体2、3は単独で(独立して)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。
【0021】
また、第1発熱体2は、第2発熱体3に比べて高い耐熱温度を有するものであり、第1発熱体2は冷却水が循環させられて水冷にて冷却される。一方、第2発熱体3は、電子機器又は電気機器の実装密度が高く、冷却水を循環させることが難しいため、携帯電話基地局1内の空気、つまり内気が吹き付けられることにより強制空冷される。
【0022】
また、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、冷凍機4について述べる。
【0023】
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(吸着コア)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(蒸発/凝縮コア)7とが収納されている。
【0024】
なお、本実施形態では、複数個(2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。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、熱交換器6、7の添え字bは第2吸着器5b内の熱交換器であることを示す。
【0025】
因みに、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、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を採用している。
【0026】
室外器8は基地局1の建物外に配設されて熱媒体と放熱対象をなす室外空気とを熱交換する室外熱交換器であり、この室外器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。
【0027】
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熱交換器であり、室内熱交換器3aは、吸着器5で冷却された熱媒体と第2発熱体3に吹き付けられる空気とを熱交換させる熱交換器である。なお、ファン3bは室内熱交換器3aに冷却用の室内空気を送風する送風機である。
【0028】
また、バルブ9a〜9dは熱媒体流れを切り替えるロータリ式の弁であり、ポンプ10a〜10cは熱媒体を循環させるポンプ手段である。
【0029】
電子冷凍機20はペルチェ効果を利用した補助装置であり、この電子冷凍機20は、ペルチェ素子21、放熱部をなす加熱熱交換器22及び吸熱部をなす冷却熱交換器23等からなるもので、加熱熱交換器22は第1発熱体2から吸着器5へ向かう熱媒体を加熱し、冷却熱交換器23は室外器8から吸着器5へ向かう熱媒体を冷却する。
【0030】
つまり、電子冷凍機20は、室外器8から吸着器5へ向かう熱媒体から吸熱して、その吸熱した熱を第1発熱体2から吸着器5へ向かう熱媒体に与えることにより、冷凍機4を稼動させる熱エネルギを補いながら、冷凍機4、つまり後述する吸着工程にある吸着剤を冷却して冷凍機4の冷凍作用を補助する。
【0031】
次に、本実施形態に係る冷却システムの特徴的作動及びその効果を述べる。
【0032】
1.冷凍機4の基本作動モード
このモードは、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。
【0033】
なお、本実施形態では、集熱器2aには第1発熱体2の温度が120℃以下となるように熱媒体が供給されており、第2発熱体3は外気温度+20℃(具体的には、55℃〜60℃)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。
【0034】
また、以下の作動説明からも明らかなように、冷凍機4を安定稼動させるためには、第2発熱体3の発熱量が常に第1発熱体2の発熱量以下となる必要がある。
【0035】
1.1 第1基本作動モード(図2参照)
このモードでは、室内熱交換器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熱媒体を冷却し、室内熱交換器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に吹き付けられる空気を冷却して第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(水蒸気)を第2吸着器5b内の吸着剤にて吸着する。
【0036】
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。
【0037】
一方、第1吸着器5aの第1熱交換器6aには、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。
【0038】
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。
【0039】
1.2 第2基本作動モード(図3参照)
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。
【0040】
具体的には、室内熱交換器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熱媒体を冷却し、室内熱交換器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に吹き付けられる空気を冷却して第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。
【0041】
このとき、室外器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。
【0042】
一方、第2吸着器5bの第1熱交換器6bには、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7bにて冷却して凝縮させる。
【0043】
2.冷凍機補助モード
冷凍機4を基本作動モードにて稼動させているときに、例えば外気温度が所定温度以上となって室外器8の放熱能力が低下したとき、又は、第1発熱体2で発生する廃熱量及び温度が所定値以下となったとき等には、電子冷凍機20を作動させて室外器8から吸着器5へ向かう熱媒体から吸熱して、その吸熱した熱を第1発熱体2から吸着器5へ向かう熱媒体に与える。
【0044】
これにより、冷凍機4を稼動させる熱エネルギを補いながら、吸着工程にある吸着剤を冷却することにより吸着剤の吸着能力を増大させて冷凍機4の冷凍作用を補助する。
【0045】
次に、本実施形態の作用効果を述べる。
【0046】
本実施形態では、補助装置をなす電子冷凍機20は、冷凍機4の冷凍作用を補助する際に吸熱した熱を稼動用の熱エネルギとして冷凍機4に与えるのに対して、特許文献1に記載の発明は、蒸気圧縮式冷凍機やヒータ等の補助装置にて稼動用の熱エネルギのみを冷凍機4に与える、又は蒸気圧縮式冷凍機で発生した冷凍能力にて第2発熱体3を冷却するものである。
【0047】
したがって、本実施形態に係る冷却システムでは、特許文献1に記載の発明に比べて補助装置である電子冷凍機20を効率良く利用することができるので、冷却システムの消費動力を更に低下させることができる。
【0048】
因みに、吸着式冷凍機では、稼動用の熱エネルギとして投入された熱の最大約70%程度の吸熱能力しか得られないが、本実施形態では、補助装置、つまり電子冷凍機20にて稼動用の熱エネルギ及び冷凍作用を補うので、第1発熱体2で発生する廃熱量及び温度が低いときであっても、十分な冷却能力を得ることができる。
【0049】
(第2実施形態)
第1実施形態では、室外器8から吸着器5へ向かう熱媒体、つまり冷凍機4の高温部から吸熱(冷却)して、その吸熱した熱を第1発熱体2から吸着器5へ向かう熱媒体に与えたが、本実施形態は、図4に示すように、冷凍機4(吸着器5)から第2発熱体3に向かう熱媒体、つまり冷凍機4の高温部から吸熱(冷却)して、その吸熱した熱を第1発熱体2から吸着器5へ向かう熱媒体に与えることにより、冷凍機4の冷凍作用を補助する際に吸熱した熱を稼動用の熱エネルギとして冷凍機4に与えるものである。
【0050】
したがって、本実施形態に係る冷却システムにおいても、特許文献1に記載の発明に比べて補助装置である電子冷凍機20を効率良く利用することができるので、冷却システムの消費動力を更に低下させることができる。
【0051】
(第3実施形態)
上述の実施形態では、電子冷凍機20にて補助装置を構成したが、本実施形態は、図5に示すように、蒸気圧縮式冷凍機にて補助装置を構成したものである。
【0052】
因みに、蒸気圧縮式冷凍機30は、圧縮機31、圧縮機31にて加熱された冷媒を放冷する高温側熱交換器32、高温側熱交換器32から流出した冷媒を減圧する減圧器33、及び減圧された低圧冷媒を蒸発させる低温側熱交換器34等から構成されたものである。
【0053】
なお、図5では、高温側熱交換器32にて第1発熱体2から吸着器5へ向かう熱媒体を加熱し、低温側熱交換器34にて室外器8から吸着器5へ向かう熱媒体を冷却しているが、本実施形態はこれに限定されるものではなく、高温側熱交換器32にて第1発熱体2から吸着器5へ向かう熱媒体を加熱し、低温側熱交換器34にて冷凍機4(吸着器5)から第2発熱体3に向かう熱媒体を冷却してもよい。
【0054】
また、本実施形態では冷媒をフロンとしているが、本実施形態はこれに限定されるものではなく、二酸化炭素や窒素等の自然冷媒を用いてもよい。
【0055】
(その他の実施形態)
上述の実施形態では、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、動物(人間を含む。)等の冷却に適用することができる。
【0056】
また、空間は密閉された空間に限定されるものではなく、開空間であってもよい。
【0057】
また、冷却システムの放熱先(放熱対象、冷凍機4、11外)は外気(大気)に限定されるものではなく、河川、地下水、土壌、海水、宇宙空間等であってもよい。
【0058】
また、冷媒は水に限定されるものではなく、アルコール等のその他のものであってもよい。
【0059】
また、上述の実施形態では吸着剤(吸着媒体)として固体吸着剤を用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、臭化リチウムやアンモニア等の吸収液を含浸させたハイニカム構造状の吸収体を用いてもよい。
【0060】
また、上述の実施形態では、第1発熱体2は水冷であり、第2発熱体3は強制空冷であったが、本発明はこれに限定されるものではない。
【0061】
また、上述の実施形態では、補助装置として電子冷凍機20又は蒸気圧縮式冷凍機30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実施形態に係る第1基本作動モードにおける熱媒体流れを示す模式図である。
【図3】本発明の第1実施形態に係る第2基本作動モードにおける熱媒体流れを示す模式図である。
【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。
【図5】本発明の第3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、6…吸着コア、
7…蒸発/凝縮コア、8…室外器、
10a〜10c…ポンプ、20…電子冷凍機、21…ペルチェ素子。
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a cooling system that cools a heating element disposed in a closed space, and is effective for use in cooling electronic devices, electric devices, electric converters, batteries, and the like in a mobile phone base station, for example. .
[0002]
[Prior art]
The conventional cooling system circulates cooling water, which collects waste heat from heating elements such as electric equipment installed in the mobile phone base station, by a pump, supplies it to the adsorption refrigerator, and generates it by the adsorption refrigerator. The other heating elements are cooled by the generated cold heat (for example, see Patent Document 1).
[0003]
By the way, in the invention described in Patent Document 1, since the second heating element is cooled by the adsorption-type refrigerator operated by using the waste heat generated by the first heating element as operating energy, the outside air temperature is high and the heat radiation capability is reduced. If the amount of waste heat generated by the first heating element and the temperature become low, the adsorption refrigerator cannot exhibit sufficient refrigerating capacity, and the cooling capacity of the cooling system decreases. There are issues.
[0004]
In order to solve this problem, the invention described in Patent Document 1 heats a heat medium having recovered waste heat in a heater or a high-temperature heat exchanger of a vapor compression refrigerator, or heats a heat medium of a low temperature side of the vapor compression refrigerator. The cooling capacity of the cooling system is supplemented by supplementing the cooling capacity with a heat exchanger.
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-2002-100891
[Problems to be solved by the invention]
However, in the invention described in Patent Literature 1, it is hard to say that auxiliary devices such as a vapor compression refrigerator and a heater are efficiently used for the reasons described below.
[0007]
In view of the above points, the present invention firstly provides a new cooling system different from the conventional one, and secondly, further reduces the power consumption of the cooling system by efficiently using the auxiliary device. Aim.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, heat is absorbed from a first heating element (2) existing in a closed space (1), and the absorbed heat is used for operation. A cooling system provided with a refrigerator (4) for cooling a second heating element (3) existing in a closed space (1) as energy of the cooling device, wherein heat is applied to the refrigerator (4); Auxiliary devices (20, 30) for assisting the refrigerating operation of the refrigerator (4). The auxiliary devices (20, 30) reject the heat absorbed when assisting the refrigerating operation of the refrigerator (4). (4).
[0009]
Thereby, the auxiliary device (20, 30) of the present invention gives the heat absorbed when assisting the refrigerating action of the refrigerator (4) to the refrigerator (4) as heat energy for operation, The invention described in Patent Literature 1 provides only heat energy for operation to a refrigerator (4) by an auxiliary device such as a vapor compression refrigerator or a heater, or uses a refrigerating capacity generated by the vapor compression refrigerator. The second heating element (3) is cooled.
[0010]
Therefore, in the cooling system according to the present invention, the auxiliary devices (20, 30) can be used more efficiently than in the invention described in Patent Document 1, so that the power consumption of the cooling system can be further reduced.
[0011]
In the invention described in claim 2, the auxiliary device (20, 30) assists the refrigerating operation of the refrigerator (4) by cooling a high-temperature portion of the refrigerator (4). .
[0012]
In the invention described in claim 3, the auxiliary device (20, 30) assists the refrigerating operation of the refrigerator (4) by cooling a low-temperature portion of the refrigerator (4). .
[0013]
According to a fourth aspect of the present invention, the auxiliary device has a Peltier element.
[0014]
The invention according to claim 5 is characterized in that the auxiliary device is constituted by a vapor compression refrigerator.
[0015]
In the invention described in claim 6, the refrigerator (4) has an adsorbent that adsorbs the evaporated gas-phase refrigerant and desorbs the adsorbed refrigerant when heated. It is characterized by being an adsorption type refrigerator.
[0016]
According to a seventh aspect of the present invention, the first and second heating elements (2, 3) are electrical devices installed in a mobile phone base station which is a closed space (1). is there.
[0017]
Incidentally, reference numerals in parentheses of the above-mentioned units are examples showing the correspondence with specific units described in the embodiments described later.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(1st Embodiment)
FIG. 1 is a schematic diagram showing a cooling system according to the present embodiment. In the present embodiment, a cooling system for a heating element according to the present invention is applied to cooling of electronic devices in a mobile phone base station 1.
[0019]
In the mobile phone base station 1 having a relatively high heat insulating property and constituting a closed space, a radio-frequency output amplifier, a radio-frequency output control panel, a rectifier, and an electronic device that generate a relatively large amount of heat and have a high temperature , A first heat generating element 2 composed of an electric device, an electric converter, etc., a circuit control panel which needs to be cooled at a lower temperature than the first heat generating element 2, a second heat generating device, a battery, an electronic device, an electric device, an electric converter, etc. A communication device rack on which the body 3 is mounted, and a refrigerator 4 (portion surrounded by a chain line) for cooling the heating elements 2 and 3 are housed.
[0020]
The heating elements 2 and 3 do not operate independently (independently), but operate in conjunction with each other.
[0021]
The first heating element 2 has a higher heat-resistant temperature than the second heating element 3, and the first heating element 2 is circulated with cooling water and cooled by water cooling. On the other hand, the second heating element 3 is forcibly air-cooled by blowing air in the mobile phone base station 1, that is, inside air, because the mounting density of electronic devices or electric devices is high and it is difficult to circulate cooling water. .
[0022]
The refrigerator 4 is an adsorption type refrigerator that operates by absorbing heat from the first heating element 2 and heating the adsorbent by the absorbed heat. Hereinafter, the refrigerator 4 will be described.
[0023]
The adsorber 5 is a container in which a refrigerant is sealed in a state where the inside of the adsorber is kept substantially in a vacuum, and a first heat exchanger (adsorption core) for exchanging heat between the adsorbent and the heat medium is provided in the adsorber 5. 6 and a second heat exchanger (evaporation / condensation core) 7 for exchanging heat between the heat medium and the refrigerant sealed in the adsorber 5 are housed.
[0024]
In the present embodiment, the adsorber 5 includes a plurality of (two) adsorbers 5a and 5b, and the right adsorber 5a (hereinafter, referred to as a first adsorber 5a) and the left adsorber 5b on the paper. (Hereinafter referred to as a second adsorber 5b.) Since they have the same configuration, they will be referred to as the adsorber 5 when they are collectively referred to. The suffix a of the heat exchangers 6 and 7 indicates that it is the heat exchanger in the first adsorber 5a, and the suffix b of the heat exchangers 6 and 7 is the heat exchanger in the second adsorber 5b. It is shown that.
[0025]
Incidentally, the adsorbent adsorbs a refrigerant (in the present embodiment, water) and desorbs the adsorbed refrigerant by being heated. In the present embodiment, a solid adsorbent such as silica gel or zeolite is used. In this embodiment, water mixed with an ethylene glycol-based antifreeze is used as the heat medium.
[0026]
The outdoor unit 8 is an outdoor heat exchanger that is disposed outside the building of the base station 1 and exchanges heat between a heat medium and outdoor air serving as a heat radiating object. The outdoor unit 8 blows a radiator 8a and cooling air. And a fan 8c.
[0027]
The heat collector 2a is a heat exchanger that collects heat generated in the first heating element 2 and exchanges heat with the collected heat and a heat medium. The indoor heat exchanger 3a is a heat medium cooled by the adsorber 5. And a heat exchanger for exchanging heat with the air blown to the second heating element 3. The fan 3b is a blower that blows indoor air for cooling to the indoor heat exchanger 3a.
[0028]
The valves 9a to 9d are rotary valves for switching the heat medium flow, and the pumps 10a to 10c are pump means for circulating the heat medium.
[0029]
The electronic refrigerator 20 is an auxiliary device using the Peltier effect. The electronic refrigerator 20 includes a Peltier element 21, a heating heat exchanger 22 forming a heat radiating section, a cooling heat exchanger 23 forming a heat absorbing section, and the like. The heating heat exchanger 22 heats the heat medium traveling from the first heating element 2 to the adsorber 5, and the cooling heat exchanger 23 cools the heat medium traveling from the outdoor unit 8 to the adsorber 5.
[0030]
That is, the electronic refrigerator 20 absorbs heat from the heat medium traveling from the outdoor unit 8 to the adsorber 5 and applies the absorbed heat to the heat medium traveling from the first heating element 2 to the adsorber 5, whereby the refrigerator 4 While supplementing the heat energy for operating the chiller 4, the chiller 4, that is, the adsorbent in an adsorption step described later is cooled to assist the refrigeration action of the chiller 4.
[0031]
Next, the characteristic operation of the cooling system according to the present embodiment and the effects thereof will be described.
[0032]
1. Basic operation mode of the refrigerator 4 In this mode, the first and second basic operation modes described below are switched every predetermined time. Incidentally, the predetermined time is appropriately selected based on the time required to desorb the refrigerant adsorbed by the adsorbent.
[0033]
In the present embodiment, a heat medium is supplied to the heat collector 2a such that the temperature of the first heating element 2 is equal to or lower than 120 ° C., and the second heating element 3 is heated to the outside air temperature + 20 ° C. (specifically, Is cooled to about 55 ° C. to 60 ° C.) or less, and various specifications are determined so that the refrigerator 4 exhibits a predetermined refrigerating capacity at 70 ° C. or more and 100 ° C. or less.
[0034]
Further, as is apparent from the following description of operation, in order to stably operate the refrigerator 4, the calorific value of the second heating element 3 needs to be always less than or equal to the calorific value of the first heating element 2.
[0035]
1.1 First basic operation mode (see Fig. 2)
In this mode, by circulating the heat medium between the indoor heat exchanger 3a and the second heat exchanger 7b of the second adsorber 5b, the refrigerant in the second adsorber 5b is evaporated to cool the heat medium. Then, by supplying the cooled heat medium to the indoor heat exchanger 3a, the air blown to the second heating element 3 is cooled to cool the second heating element 3 and evaporate in the second adsorber 5b. The gas-phase refrigerant (steam) is adsorbed by the adsorbent in the second adsorber 5b.
[0036]
At this time, the adsorbent generates heat corresponding to the heat of condensation, and if the temperature of the adsorbent increases, the adsorbing ability decreases. Therefore, the heat medium cooled in the outdoor unit 8 is supplied to the second adsorber 5b by the second adsorber 5b. (1) The adsorbent is cooled by supplying it to the heat exchanger 6b.
[0037]
On the other hand, the first heat exchanger 6a of the first adsorber 5a supplies the heat absorbed by the heat medium in the heat collector 2a to the adsorbent of the first adsorber 5a via the heat medium. The adsorbent is heated, the refrigerant adsorbed by the adsorbent is desorbed, and the heat medium cooled by the outdoor unit 8 is supplied to the second heat exchanger 7a of the first adsorber 5a, and the desorption is performed. The vapor-phase refrigerant (steam) is cooled and condensed in the second heat exchanger 7a.
[0038]
Hereinafter, the adsorber 5 in a state where the refrigerant is evaporated to exhibit the refrigerating ability and the evaporated gas-phase refrigerant is adsorbed by the adsorbent is referred to as “adsorber 5 in the adsorption step”. The adsorber 5 that is in a state where the adsorbent is heated to desorb the adsorbed refrigerant while the desorbed refrigerant is being cooled and condensed is referred to as “adsorber 5 in the desorption step”. Call.
[0039]
1.2 Second basic operation mode (see Fig. 3)
In this mode, as opposed to the first basic operation mode, the first adsorber 5a is used as an adsorption step and the second adsorber 5b is used as a desorption step.
[0040]
Specifically, by circulating the heat medium between the indoor heat exchanger 3a and the second heat exchanger 7a of the first adsorber 5a, the refrigerant in the first adsorber 5a is evaporated, and the heat medium is evaporated. By cooling and supplying the cooled heat medium to the indoor heat exchanger 3a, the air blown to the second heating element 3 is cooled to cool the second heating element 3 and evaporate in the first adsorber 5a. The vapor-phase refrigerant (steam) is adsorbed by the adsorbent in the first adsorber 5a.
[0041]
At this time, the heat medium cooled in the outdoor unit 8 is supplied to the first heat exchanger 6a of the first adsorber 5a to cool the adsorbent.
[0042]
On the other hand, in the first heat exchanger 6b of the second adsorber 5b, the heat absorbed by the heat medium in the heat collector 2a is supplied to the adsorbent of the second adsorber 5b through the heat medium. The adsorbent is heated, the refrigerant adsorbed by the adsorbent is desorbed, and the heat medium cooled by the outdoor unit 8 is supplied to the second heat exchanger 7b of the second adsorber 5b to be desorbed. The vapor-phase refrigerant (steam) is cooled and condensed in the second heat exchanger 7b.
[0043]
2. Refrigerator auxiliary mode When the refrigerator 4 is operated in the basic operation mode, for example, when the outside air temperature becomes equal to or higher than a predetermined temperature and the heat radiation capability of the outdoor unit 8 is reduced, or when the first heating element 2 generates. For example, when the amount of waste heat and the temperature become equal to or lower than predetermined values, the electronic refrigerator 20 is operated to absorb heat from the heat medium flowing from the outdoor unit 8 to the adsorber 5, and the absorbed heat is transferred to the first heating element. The heat is supplied to the heat medium flowing from 2 to the adsorber 5.
[0044]
Thus, the adsorbent in the adsorption step is cooled while the heat energy for operating the refrigerator 4 is supplemented, thereby increasing the adsorption capacity of the adsorbent and assisting the refrigerating operation of the refrigerator 4.
[0045]
Next, the operation and effect of the present embodiment will be described.
[0046]
In the present embodiment, the electronic refrigerator 20 serving as an auxiliary device gives the heat absorbed to the refrigerator 4 as heat energy for operation to assist the refrigerator 4 in the refrigerator operation. The described invention provides only heat energy for operation to the refrigerator 4 by an auxiliary device such as a vapor compression refrigerator or a heater, or generates the second heating element 3 by the refrigerating capacity generated by the vapor compression refrigerator. It cools down.
[0047]
Therefore, in the cooling system according to the present embodiment, since the electronic refrigerator 20 as the auxiliary device can be used more efficiently than the invention described in Patent Document 1, the power consumption of the cooling system can be further reduced. it can.
[0048]
Incidentally, in the adsorption type refrigerator, only a maximum of about 70% of the heat input as heat energy for operation can be obtained, but in the present embodiment, the auxiliary device, that is, the electronic refrigerator 20 is used for operation. Therefore, a sufficient cooling capacity can be obtained even when the amount of waste heat and the temperature generated in the first heating element 2 are low.
[0049]
(2nd Embodiment)
In the first embodiment, heat is absorbed (cooled) from the heat medium flowing from the outdoor unit 8 to the adsorber 5, that is, from the high-temperature portion of the refrigerator 4, and the absorbed heat is transferred from the first heating element 2 to the adsorber 5. As shown in FIG. 4, this embodiment absorbs heat (cools) from the heat medium flowing from the refrigerator 4 (adsorber 5) to the second heating element 3, that is, the high temperature portion of the refrigerator 4, as shown in FIG. By applying the absorbed heat to the heat medium traveling from the first heating element 2 to the adsorber 5, the heat absorbed when assisting the refrigerating action of the refrigerator 4 is supplied to the refrigerator 4 as heat energy for operation. Is to give.
[0050]
Therefore, also in the cooling system according to the present embodiment, since the electronic refrigerator 20 as the auxiliary device can be used more efficiently than the invention described in Patent Document 1, the power consumption of the cooling system can be further reduced. Can be.
[0051]
(Third embodiment)
In the above embodiment, the auxiliary device is configured by the electronic refrigerator 20. However, in the present embodiment, as illustrated in FIG. 5, the auxiliary device is configured by a vapor compression refrigerator.
[0052]
Incidentally, the vapor compression refrigerator 30 includes a compressor 31, a high-temperature side heat exchanger 32 for allowing the refrigerant heated by the compressor 31 to cool, and a decompressor 33 for reducing the pressure of the refrigerant flowing out of the high-temperature side heat exchanger 32. , And a low-temperature side heat exchanger 34 for evaporating the depressurized low-pressure refrigerant.
[0053]
In FIG. 5, the heat medium traveling from the first heating element 2 to the adsorber 5 is heated by the high-temperature heat exchanger 32, and the heat medium traveling from the outdoor unit 8 to the adsorber 5 is heated by the low-temperature heat exchanger 34. However, the present embodiment is not limited to this. The high-temperature side heat exchanger 32 heats the heat medium flowing from the first heating element 2 to the adsorber 5 and cools the low-temperature side heat exchanger. At 34, the heat medium from the refrigerator 4 (adsorber 5) to the second heating element 3 may be cooled.
[0054]
In the present embodiment, the refrigerant is chlorofluorocarbon, but the present embodiment is not limited to this, and a natural refrigerant such as carbon dioxide or nitrogen may be used.
[0055]
(Other embodiments)
In the above-described embodiment, the present invention has been described by taking a base station as an example. However, the present invention is not limited to this, and is disposed in a space such as a building, a basement, a factory, a warehouse, a house, a garage, and a vehicle. For cooling a plurality of different types of heating elements (for example, gas turbine engines, gas engines, diesel engines, gasoline engines, fuel cells, electronic devices, electrical devices, electric converters, storage batteries, animals (including humans), etc.). can do.
[0056]
Further, the space is not limited to a closed space, and may be an open space.
[0057]
The heat radiation destination of the cooling system (the heat radiation target, outside the refrigerators 4 and 11) is not limited to the outside air (atmosphere), but may be a river, groundwater, soil, seawater, outer space, or the like.
[0058]
Further, the refrigerant is not limited to water, and may be other refrigerant such as alcohol.
[0059]
In the above-described embodiment, the solid adsorbent is used as the adsorbent (adsorption medium). However, the present invention is not limited to this, and the honeycomb structure impregnated with an absorption liquid such as lithium bromide or ammonia is used. May be used.
[0060]
In the above-described embodiment, the first heating element 2 is water-cooled, and the second heating element 3 is forced air-cooled. However, the present invention is not limited to this.
[0061]
Further, in the above embodiment, the electronic refrigerator 20 or the vapor compression refrigerator 30 is used as the auxiliary device, but the present invention is not limited to this.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram of a cooling system according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram showing a heat medium flow in a first basic operation mode according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a heat medium flow in a second basic operation mode according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a schematic diagram of a cooling system according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a schematic diagram of a cooling system according to a third embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 ... mobile phone base station, 2 ... first heating element, 3 ... second heating element,
4 ... Adsorption refrigerator, 5 ... Adsorber, 6 ... Adsorption core,
7 ... Evaporation / condensation core, 8 ... Outdoor unit,
10a to 10c: pump, 20: electronic refrigerator, 21: Peltier element.

Claims (7)

閉じられた空間(1)内に存在する第1発熱体(2)から吸熱し、その吸熱した熱を稼動用のエネルギとして、閉じられた空間(1)内に存在する第2発熱体(3)を冷却する冷凍機(4)を備える冷却システムであって、
前記冷凍機(4)に熱を与え、かつ、前記冷凍機(4)の冷凍作用を補助する補助装置(20、30)を有し、
前記補助装置(20、30)は、前記冷凍機(4)の冷凍作用を補助する際に吸熱した熱を前記冷凍機(4)に与えることを特徴とする冷却システム。
Heat is absorbed from the first heating element (2) existing in the closed space (1), and the absorbed heat is used as energy for operation and the second heating element (3) existing in the closed space (1). A cooling system comprising a refrigerator (4) for cooling
An auxiliary device (20, 30) for applying heat to the refrigerator (4) and for assisting a refrigerating operation of the refrigerator (4);
The cooling system, characterized in that the auxiliary devices (20, 30) give the absorbed heat to the refrigerator (4) when assisting the refrigerating operation of the refrigerator (4).
前記補助装置(20、30)は、前記冷凍機(4)の高温部を冷却することにより前記冷凍機(4)の冷凍作用を補助することを特徴とする請求項1に記載の冷却システム。The cooling system according to claim 1, wherein the auxiliary device (20, 30) assists a refrigerating operation of the refrigerator (4) by cooling a high-temperature portion of the refrigerator (4). 前記補助装置(20、30)は、前記冷凍機(4)の低温部を冷却することにより前記冷凍機(4)の冷凍作用を補助することを特徴とする請求項1に記載の冷却システム。The cooling system according to claim 1, wherein the auxiliary device (20, 30) assists a refrigerating operation of the refrigerator (4) by cooling a low-temperature part of the refrigerator (4). 前記補助装置は、ペルチェ素子を有して構成されたものであることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1つに記載の冷却システム。4. The cooling system according to claim 1, wherein the auxiliary device includes a Peltier device. 5. 前記補助装置は、蒸気圧縮式冷凍機にて構成されたものであることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1つに記載の冷却システム。The cooling system according to any one of claims 1 to 3, wherein the auxiliary device is configured by a vapor compression refrigerator. 前記冷凍機(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5のいずれか1つに記載の冷却システム。The refrigerator (4) is an adsorption refrigerator configured to have an adsorbent that adsorbs the evaporated gas-phase refrigerant and desorbs the adsorbed refrigerant when heated. A cooling system according to any one of claims 1 to 5, characterized in that: 前記第1、2発熱体(2、3)は、閉じられた空間(1)である携帯電話基地局内に設置された電気機器であることを特徴とする請求項1ないし6のいずれか1つに記載の冷却システム。7. The device according to claim 1, wherein the first and second heating elements are electrical devices installed in a mobile phone base station, which is a closed space. A cooling system according to claim 1.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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