JP2005093793A - 冷却装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 小型化が進んだ携帯電話基地局等においても設置可能な冷却装置を提供する。
【解決手段】 筐体2を構成する壁部材2aを筐体2内の空気が流れる内気通路2bおよび筐体2外の空気が流れる外気通路2cとからなる二重壁構造として、この二重壁構造部分で筐体2内の空気と筐体2外の空気とを熱交換して筐体2内の熱、つまり通信機器1で発生した熱を筐体2外に放熱する。これにより、後付方式のユニット型冷却装置に比べて、冷却装置を小型にすることができる。したがって、小型化が進んだ携帯電話基地局等においても容易に対応することができる冷却装置を得ることができる。
【選択図】 図3

Description

本発明は、筐体に収納された発熱体を冷却する冷却装置に関するもので、電子計算機用の集積回路、携帯電話と最寄りの交換局等との間で送受信される信号を処理する送受信モデム、及び携帯電話へ発信する電波を増幅させる送信アンプ等の電気機器を冷却する冷却装置に適用して有効である。
図7は、従来の携帯電話基地局用冷却装置の概略を示す図である。
そして、従来は、携帯電話基地局内の空気と携帯電話基地局外の空気とを熱交換するヒートパイプ式の熱交換器10、この熱交換器10に携帯電話基地局内の空気を送風する室内空気用送風機11、および熱交換器に携帯電話基地局外の空気を送風する室外空気用送風機12等を備える冷却ユニットを筐体を構成する携帯電話基地局内に、携帯電話基地局が完成したとき、または完成間際のときに後付けしていた。
ところで、近年、携帯電話基地局内の電気機器の小型化に伴い携帯電話基地局自体も小型になってきており、従来型の冷却ユニット、つまり携帯電話基地局内の空気と携帯電話基地局外の空気とを熱交換するヒートパイプ式の熱交換器、この熱交換器に携帯電話基地局内の空気を送風する室内空気用送風機、および熱交換器に携帯電話基地局外の空気を送風する室外空気用送風機等が1つのケーシングに収納された後付方式のユニット型冷却装置では、小型化に進んだ携帯電話基地局に設置することが困難である場合が増加してきている。
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装置を提供し、第2には、小型化が進んだ携帯電話基地局等においても設置可能な冷却装置を提供することを目的とする。
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(1)を収納する筐体(2)を有し、筐体(2)を構成する壁部材(2a)は、筐体(2)内の空気が流れる内気通路(2b)および筐体(2)外の空気が流れる外気通路(2c)が設けられた二重壁構造であり、さらに、内気通路(2b)と外気通路(2c)とを仕切る仕切部材(2d)は、内気通路(2b)を流れる空気と外気通路(2c)を流れる空気との間で熱交換可能な材質により構成されていることを特徴とする。
これにより、この二重壁構造部分で筐体(2)内の空気と筐体(2)外の空気とが熱交換して筐体(2)内の熱、つまり発熱体(1)で発生した熱が筐体(2)外に放熱されるので、従来型の冷却ユニット、つまり携帯電話基地局内の空気と携帯電話基地局外の空気とを熱交換するヒートパイプ式の熱交換器、この熱交換器に携帯電話基地局内の空気を送風する室内空気用送風機、および熱交換器に携帯電話基地局外の空気を送風する室外空気用送風機等が1つのケーシングに収納された後付方式のユニット型冷却装置に比べて、冷却装置を小型にすることができる。
請求項2に記載の発明では、仕切部材(2d)は、アルミニウムを主成分とする金属製であることを特徴とするものである。
請求項3に記載の発明では、内気通路(2b)を流れる空気と外気通路(2c)を流れる空気とが対向流れとなるように構成されていることを特徴とする。
これにより、内気通路(2b)を流れる空気と外気通路(2c)を流れる空気とを効率よく熱交換することができる。
請求項4に記載の発明では、内気通路(2b)および外気通路(2c)に空気を送風する送風機(3、4)と、内気通路(2b)内および外気通路(2c)内のうち少なくとも一方に設けられ、熱交換を促進するフィン(2g、2h)とを有し、フィン(2g、2h)は、送風機(3、4)より空気流れ下流側に配置されていることを特徴とする。
これにより、フィン(2g、2h)が送風空気の流れを整える整流手段として機能するので、送風量の増大に対して内気通路(2b)および外気通路(2c)における通風抵抗が過度に大きくなってしまうことを抑制できる。したがって、十分な量の送風量を確保できるので、冷却装置、つまり二重壁構造部分での熱交換量を増大させることができる。
請求項5に記載の発明では、送風機(3、4)は、遠心力で空気を外径方向に吹き出す遠心式送風機であることを特徴とする。
これにより、送風機(3、4)を収納する筐体(2)を小型にしながら、高い送風能力(送風圧力)を得ることができ得る。
請求項6に記載の発明では、筐体(2)内の温度上昇に応じて送風機(3、4)の送風量を増大させる制御手段を備えることを特徴とする。
これにより、送風機(3、4)の消費動力が不必要に増大すること、および送風騒音が増大することを抑制できる。
請求項7に記載の発明では、フィン(2g、2h)は、多数個の湾曲部とこの湾曲部間を繋ぐ繋ぎ部を有すように波状に形成されおり、内気通路(2b)に配置されたフィン(2h)の湾曲部と外気通路(2c)に配置されたフィン(2g)の湾曲部とは、仕切部材(2d)を挟んで同位置にて仕切部材(2d)に接合されていることを特徴とする。
これにより、内気通路(2b)に配置されたフィン(2h)から外気通路(2c)に配置されたフィン(2g)に至る伝熱経路は、内気通路(2b)に配置されたフィン(2h)の湾曲部と外気通路(2c)に配置されたフィン(2g)の湾曲部とが仕切部材(2d)を挟んでずれている場合に比べて短くなる。
したがって、内気通路(2b)に配置されたフィン(2h)から外気通路(2c)に配置されたフィン(2g)に至る熱抵抗が小さくなるので、冷却装置、つまり二重壁構造部分での熱交換量を増大させることができる。
請求項8に記載の発明では、内気通路(2b)に配置されたフィン(2h)と外気通路(2c)に配置されたフィン(2g)とは、同一のピッチ寸法を有するコルゲートフィンであることを特徴とするものである。
請求項9に記載の発明では、内気通路(2b)に設けられたフィン(2h)および外気通路(2c)に設けられたフィン(2g)のうち少なくとも一方は、空気の流通方向において、千鳥状に点在していることを特徴とする。
これにより、空気の通路の通路断面積を増大させることなく、空気の流通方向において、フィン(2g、2h)の総表面積を増大させながら、フィン(2g、2h)の増大に伴う圧力損失の増大を抑制できる。
請求項10に記載の発明では、発熱体(1)を出し入れする開口部(2j)から直接的に目視可能な位置に送風機(3、4)が収納されていることを特徴とする。
これにより、送風機(3、4)を容易に修理または保守点検することができ得る。
請求項11に記載の発明では、仕切部材(2d)は、略矩形波状に形成されていることを特徴とする。
これにより、仕切部材(2d)の表面積、つまり内気通路(2b)と外気通路(2c)とが交互に存在することとなるので、筐体(2)内の空気と筐体(2)外の空気との熱交換面積が増大する。
したがって、筐体(2)が大型化することを抑制しつつ、筐体(2)内の空気と筐体(2)外の空気との熱交換量を増大させることができる。
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。
(第1実施形態)
携帯電話と最寄りの交換局等との間で送受信される信号を処理する送受信モデム、及び携帯電話へ発信する電波を増幅させる送信アンプ等の通信機器等の発熱体を冷却する携帯電話基地局用冷却装置に本発明に係る冷却装置を適用したものである。
なお、図1は本実施形態に係る冷却装置の外観斜視図であり、図2は本実施形態に係る冷却装置の透視斜視図であり、図3は本実施形態に係る冷却装置の模式図である。
発熱体をなす通信機器1は、図1、図2および図3に示すように、六面体状の筐体2内に収納されており、この筐体2を構成する壁部材2aは、図3に示すように、筐体2内の空気が流れる内気通路2bおよび筐体2外の空気が流れる外気通路2cが設けられた二重壁構造となっている
そして、少なくとも内気通路2bと外気通路2cとを仕切る仕切部材2dは、内気通路2bを流れる筐体2内の空気と外気通路2cを流れる筐体2外の空気との間で熱交換可能な材質により構成されている。
なお、本実施形態では、アルミニウムを主成分とする合金または銅を主成分とする合金等の非鉄金属にて仕切部材2dを構成している。
因みに、本実施形態では、外気通路2cと筐体2外を仕切る外板2e、および内気通路2bと筐体2内をとを仕切る内板2fも仕切部材2dと同質の材質にて構成しているが、少なくとも外板2eは、断熱性が高く、かつ、太陽からの日射を吸収し難い材質および塗装を施したものを採用することが望ましい。
また、内気通路2bを流れる筐体2内の空気と外気通路2cを流れる筐体2外の空気とが対向流れとなるように、本実施形態では、筐体2外の空気を下方側から上方側に向けて循環させ、筐体2内の空気を上方側から下方側に向けて循環させている。
このため、本実施形態では、筐体2、つまり通信機器1の下方側に筐体2外の空気を取り込む外気取込口3a、および筐体2外の空気送風用の外気送風機3を設けるとともに、筐体2、つまり通信機器1の上方側に筐体2内の空気を取り込む内気取込口4a、および筐体2内の空気送風用の内気送風機4を設けている。
因みに、内気送風機4の送風量および外気送風機3の送風量は、筐体2内の空気の温度を検出する内気温度センサ(図示せず。)の検出温度に基づいて電子制御装置(図示せず。)にて制御されており、この制御手段をなす電子制御装置は、筐体2内の空気の温度が上昇すると、その上昇量に応じて線形的に内気送風機4の送風量および外気送風機3の送風量を増大させ、逆に、筐体2内の空気の温度が低下すると、その低下量に応じて線形的に内気送風機4の送風量および外気送風機3の送風量を低下させる。
また、筐体2内の空気と熱交換を終えた筐体2外の空気を筐体2外、つまり外気通路2c外に排出する外気排出口3bは、筐体2、つまり通信機器1の上方側に設けられ、筐体2外の空気と熱交換を終えた筐体2内の空気を通信機器1側に戻す内気排出口4bは、筐体2、つまり通信機器1の下方側にに設けられている。
なお、本実施形態では、内気送風機4および外気送風機3として、遠心力により空気を外径方向に吹き出す遠心ファン(JIS B 0132番号1004等参照)を採用しており、羽根車の回転軸方向から吸引された空気は、遠心力により羽根車の外径側に吹き出される。
また、内気通路2b内のうち内気送風機4より空気流れ下流側、および外気通路2c内のうち外気送風機3より空気流れ下流側には、空気との接触面積(伝熱面積)を増大させて筐体2内の空気と筐体2外の空気との熱交換を促進するフィン2g、2hが設けられており、内気通路2bおよび外気通路2cのうちフィン2g、2hが設けられた部位が、筐体2内の空気と筐体2外の空気とを熱交換する熱交換部を構成する。
そして、両フィン2g、2hは、図4に示すように、空気の流通方向、つまり本実施形態では上下方向から見て、多数個の湾曲部とこの湾曲部間を繋ぐ繋ぎ部を有すように波状に形成されているとともに、繋ぎ部には、繋ぎ部の一部を鎧窓状に切り起こしたルーバ(図示せず。)が形成されている。
なお、ルーバとは、空気流れを蛇行させるように乱して温度境界層が成長することを抑制して熱伝達率を向上させるもので、車両用空調装置のコンデンサや車両用ラジエータに採用されているものと同様なものである。
また、フィン2g、2hは、内気通路2bに配置されたフィン2hの湾曲部と外気通路2cに配置されたフィン2gの湾曲部とが仕切部材2dを挟んで同位置となるように仕切部材2dに接合されている。
このとき、本実施形態では、内気通路2bに配置されたフィン2hのフィンピッチと外気通路2cに配置されたフィン2gのフィンピッチとを等しくしているので、内気通路2bに配置されたフィン2hと外気通路2cに配置されたフィン2gとは、仕切部材2dを挟んで線対称となっている。
因みに、本実施形態では、フィン2g、2hと仕切部材2dとは、ろう接にて接合されている。ここで、「ろう接」とは、例えば「接続・接合技術」(東京電機大学出版局)に記載されているように、ろう材やはんだを用いて母材を溶融させないように接合する技術を言い、融点が450℃以上の溶加材を用いて接合するときをろう付けと言い、その際の溶加材をろう材と呼び、融点が450℃以下の溶加材を用いて接合するときをはんだ付けと言い、その際の溶加材をはんだと呼ぶ。
また、筐体2の前面側には、図1に示すように、通信機器1を出し入れするための開口部2jが設けられているとともに、この開口部2jは、取り外し可能なパネル(蓋)2kにて閉塞されている。
そして、内気送風機4および外気送風機3は、筐体2内のうち開口部2jから直接的に目視可能な位置に収納されている。
次に、本実施形態に係る冷却装置の概略作動を述べる。
筐体2内の空気の温度上昇に応じて内気送風機4の送風量および外気送風機3の送風量を増大させ、逆に、筐体2内の空気の温度低下に応じて内気送風機4の送風量および外気送風機3の送風量を低下させる。
これにより、内気通路2bを流れる筐体2内の空気と外気通路2cを流れる筐体2外の空気とが、仕切部材2dを挟んで熱交換される。
なお、筐体2内の空気と筐体2外の空気との熱交換の大部分は、内気通路2bおよび外気通路2cのうちフィン2g、2hが配設された部位に行われる。
次に、本実施形態の特徴を述べる。
本実施形態では、筐体2を構成する壁部材2aを筐体2内の空気が流れる内気通路2bおよび筐体2外の空気が流れる外気通路2cとからなる二重壁構造として、この二重壁構造部分で筐体2内の空気と筐体2外の空気とを熱交換して筐体2内の熱、つまり通信機器1で発生した熱を筐体2外に放熱するので、従来型の冷却ユニット、つまり携帯電話基地局内の空気と携帯電話基地局外の空気とを熱交換するヒートパイプ式の熱交換器、この熱交換器に携帯電話基地局内の空気を送風する室内空気用送風機、および熱交換器に携帯電話基地局外の空気を送風する室外空気用送風機等が1つのケーシングに収納された後付方式のユニット型冷却装置に比べて、冷却装置を小型にすることができる。
したがって、小型化が進んだ携帯電話基地局等においても容易に対応することができる冷却装置を得ることができる。
また、本実施形態では、筐体2内の空気と筐体2外の空気とを対向流れとしているので、空気流れ略全域で筐体2内の空気と筐体2外の空気との温度差を大きく維持でき、筐体2内の空気と筐体2外の空気とを効率良く熱交換することができる。
また、フィン2g、2hが、内気送風機4および外気送風機3の空気流れ下流側に設けられているので、フィン2g、2hが送風空気の流れを整える整流手段として機能する。
したがって、送風量の増大に対して内気通路2bおよび外気通路2cにおける通風抵抗が過度に大きくなってしまうことを抑制できるので、十分な量の送風量を確保でき、冷却装置、つまり二重壁構造部分での熱交換量を増大させることができる。
また、フィン2g、2hとして、高い熱伝達率を得ることができるコルゲートフィン、つまり波状のフィンを採用しているので、冷却装置、つまり二重壁構造部分での熱交換量を増大させることができる。
また、内気送風機4および外気送風機3として、遠心ファン(遠心式送風機)を採用しているので、内気送風機4および外気送風機3を収納する筐体2を小型にしながら、高い送風能力(送風圧力)を得ることができる。
ところで、内気通路2bおよび外気通路2cにおいて、フィン2g、2hが設けられた部位においては、筐体2内の空気の熱は、フィン2hを介して仕切部材2dに伝達され、仕切部材2dに伝達された筐体2内の空気の熱は、フィン2gを介して筐体2外の空気に伝達される。
このとき、本実施形態では、内気通路2bに配置されたフィン2hの湾曲部と外気通路2cに配置されたフィン2gの湾曲部とは、仕切部材2dを挟んで同位置にて仕切部材2dに接合されているので、内気通路2bに配置されたフィン2hから外気通路2cに配置されたフィン2gに至る伝熱経路は、内気通路2bに配置されたフィン2hの湾曲部と外気通路2cに配置されたフィン2gの湾曲部とが仕切部材2dを挟んでずれている場合に比べて短くなる。
したがって、内気通路2bに配置されたフィン2hから外気通路2cに配置されたフィン2gに至る熱抵抗が小さくなるので、冷却装置、つまり二重壁構造部分での熱交換量を増大させることができる。
また、筐体2の前面側には、通信機器1を出し入れするための開口部2jが設けられているとともに、内気送風機4および外気送風機3は、筐体2内のうち開口部2jから直接的に目視可能な位置に収納されているので、内気送風機4および外気送風機3を容易に修理または保守点検することができ得る。
また、開口部2j、外気取込口3aおよび外気排出口3bを塞がない範囲であれば、筐体2(冷却装置)の設置方向は規制されないので、筐体2(冷却装置)の設置性を向上させることができる。
また、筐体2内の温度上昇に応じて内気送風機4および外気送風機3の送風量を増大させるので、内気送風機4および外気送風機3の消費動力(消費電力)が不必要に増大すること、および送風騒音が増大することを抑制できる。
また、外気取込口3aが筐体2の下方側に向けて開口しているので、筐体2外の空気と共に雨水等が外気通路2cに進入してしまうことを未然に防止できる。
(第2実施形態)
第1実施形態では、仕切部材2dは単純な平板状であったが、本実施形態は、図5に示すように、仕切部材2dを略矩形波状に形成したものである。
これにより、内気通路2bと外気通路2cとが交互に存在することとなるので、仕切部材2dの表面積、つまり筐体2内の空気と筐体2外の空気との熱交換面積が増大する。
したがって、筐体2が大型化することを抑制しつつ、筐体2内の空気と筐体2外の空気との熱交換量を増大させることができる。
(第3実施形態)
上述の実施形態では、空気の流通方向からフィン2g、2hを見たとき、フィン2hは内気通路2bを塞ぐように内気通路2bの断面全域に配置され、フィン2gは外気通路2cを塞ぐように外気通路2cの断面全域に配置されていたが、本実施形態は、図6に示すように、フィン2g、2hを空気の流通方向において千鳥状に点在させたものである。
これにより、空気の通路、つまり内気通路2bおよび外気通路2cの通路断面積を増大させることなく、空気の流通方向において、フィン2g、2hの総表面積を増大させながら、フィン2g、2hの増大に伴う圧力損失の増大を抑制できる。
つまり、内気通路2bおよび外気通路2cの通路断面積を増大させることなく、フィン2g、2hの総表面積を増大させるには、フィン2g、2hが設けられている領域を空気の流通方向に拡大すればよいが、フィン2g、2hが設けられている領域を空気の流通方向に単純に拡大すると、内気通路2bおよび外気通路2cにおける通風抵抗が増大してしまう。
しかし、本実施形態では、フィン2g、2hを空気の流通方向において千鳥状に点在させているので、内気通路2bおよび外気通路2cの通路断面積略全体がフィン2g、2hにより塞がれることなく、フィン2g、2hが存在しない領域が空気の流通方向において千鳥状に点在することとなる。
したがって、空気の流通方向において、フィン2g、2hの総表面積を増大させながら、フィン2g、2hの増大に伴う圧力損失の増大を抑制できる。
なお、本実施形態では、フィン2g、2hが存在しない領域の断面積が、フィン2g、2hが存在する領域における総空気通路断面積に略等しくなるように選定されている。
(その他の実施形態)
上述の実施形態では、内気通路2bに配置されたフィン2hのフィンピッチと外気通路2cに配置されたフィン2gのフィンピッチとを等しくして、内気通路2bに配置されたフィン2hと外気通路2cに配置されたフィン2gとを仕切部材2dを挟んで線対称としたが、本発明はこれに限定されるもものではなく、例えば、内気通路2bに配置されたフィン2hのフィンピッチを外気通路2cに配置されたフィン2gのフィンピッチの整数倍として、両フィン2g、2hの湾曲部が仕切部材2dを挟んで同位置に配置されるようにする、または両フィン2g、2hの湾曲部が仕切部材2dを挟んでずれるようにする等してもよい。
また、上述の実施形態では、フィン2g、2hとして、コルゲートフィンを採用したが、本発明はこれに限定されるものではない。
また、上述の実施形態では、内気送風機4を筐体2の上部に配置し、外気送風機3を筐体2の下部に配置したが、本発明はこれに限定されるものではなく、内気送風機4および外気送風機3を筐体2の上部または下方に集中配置してもよい。
また、1つの電動モータにて内気送風機4および外気送風機3を稼動させてもよい。
また、本発明は、特許請求の範囲に記載された発明の趣旨に合致するものではればよく、上述の実施形態に限定されるものではない。
本発明の第1実施形態に係る冷却装置の外観斜視図である。 本発明の第1実施形態に係る冷却装置の透視斜視図である。 本発明の第1実施形態に係る冷却装置の模式図である。 本発明の第1実施形態に係る冷却装置の熱交換部分の断面図である。 本発明の第2実施形態に係る冷却装置の要部を示す図である。 本発明の第3実施形態に係る冷却装置の要部を示す図である。 従来の技術に係る冷却装置の模式図である。
符号の説明
1…通信機器、2…筐体、2a…壁部材、2b…内気通路、2c…外気通路、
2d…仕切部材、3…外気送風機、4…内気送風機、

Claims (11)

  1. 発熱体(1)を収納する筐体(2)を有し、
    前記筐体(2)を構成する壁部材(2a)は、前記筐体(2)内の空気が流れる内気通路(2b)および前記筐体(2)外の空気が流れる外気通路(2c)が設けられた二重壁構造であり、
    さらに、前記内気通路(2b)と前記外気通路(2c)とを仕切る仕切部材(2d)は、前記内気通路(2b)を流れる空気と前記外気通路(2c)を流れる空気との間で熱交換可能な材質により構成されていることを特徴とする冷却装置。
  2. 前記仕切部材(2d)は、アルミニウムを主成分とする金属製であることを特徴とする請求項1に記載の冷却装置。
  3. 前記内気通路(2b)を流れる空気と前記外気通路(2c)を流れる空気とが対向流れとなるように構成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の冷却装置。
  4. 前記内気通路(2b)および前記外気通路(2c)に空気を送風する送風機(3、4)と、
    前記内気通路(2b)内および前記外気通路(2c)内のうち少なくとも一方に設けられ、熱交換を促進するフィン(2g、2h)とを有し、
    前記フィン(2g、2h)は、前記送風機(3、4)より空気流れ下流側に配置されていることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1つに記載の冷却装置。
  5. 前記送風機(3、4)は、遠心力で空気を外径方向に吹き出す遠心式送風機であることを特徴とする請求項4に記載の冷却装置。
  6. 前記筐体(2)内の温度上昇に応じて前記送風機(3、4)の送風量を増大させる制御手段を備えることを特徴とする請求項4または5に記載の冷却装置。
  7. 前記フィン(2g、2h)は、多数個の湾曲部とこの湾曲部間を繋ぐ繋ぎ部を有すように波状に形成されおり、
    前記内気通路(2b)に配置された前記フィン(2h)の前記湾曲部と前記外気通路(2c)に配置された前記フィン(2g)の前記湾曲部とは、前記仕切部材(2d)を挟んで同位置にて前記仕切部材(2d)に接合されていることを特徴とする請求項4ないし6のいずれか1つに記載の冷却装置。
  8. 前記内気通路(2b)に配置された前記フィン(2h)と前記外気通路(2c)に配置された前記フィン(2g)とは、同一のピッチ寸法を有するコルゲートフィンであることを特徴とする請求項7に記載の冷却装置。
  9. 前記内気通路(2b)に設けられた前記フィン(2h)および前記外気通路(2c)に設けられた前記フィン(2h)のうち少なくとも一方は、空気の流通方向において、千鳥状に点在していることを特徴とする請求項4ないし8のいずれか1つに記載の冷却装置。
  10. 前記発熱体(1)を出し入れする開口部(2j)から直接的に目視可能な位置に前記送風機(3、4)が収納されていることを特徴とする請求項4ないし9のいずれか1つに記載の冷却装置。
  11. 前記仕切部材(2d)は、略矩形波状に形成されていることを特徴とする請求項1ないし10のいずれか1つに記載の冷却装置。
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