JP2005140464A - 冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 通信機器を結露水から保護しながら通信機器を冷却する
【解決手段】 室内熱交換器３の表面における相対湿度が所定値となるように、室内熱交換器３に供給する冷媒量を調節する。これにより、室内熱交換器３の表面で結露水（凝縮水）が発生してしまうことを未然に防止でき得る。したがって、仮に作業員が、携帯電話基地局１内に水分を持ち込んだとしても、結露水が通信機器２に滴下することを未然に防止できるので、室内熱交換器３の下方側に結露水を受けるドレンパン等を配置するといった手段を講じる必要がない。延いては、通信機器２で発生した熱、および通信機器２で加熱された空気が遮られることがないので、通信機器２で発生した熱を室内熱交換器３にて効率よく回収することができ、通信機器２を結露水から保護しながら通信機器２を冷却することができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、発熱体の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１は、携帯電話基地局内に収納された通信機器を冷却する冷却装置の概要を示すもので、この冷却装置は、発明者等が現在検討しているものである。

そして、図１に示す冷却装置では、携帯電話基地局内に通信機器にて加熱された空気から吸熱して冷媒（例えば、Ｒ１３４ａ）を沸騰させる吸熱器３を設置するとともに、吸熱器３より上方側に吸熱器３にて沸騰蒸発した気相冷媒と携帯電話基地局外の空気とを熱交換して気相冷媒を冷却凝縮させる放熱器４を設置している。

なお、この冷却装置は、吸熱器３にて液相冷媒が蒸発して気相冷媒となり、放熱器４では気相冷媒が凝縮して液相冷媒になることによる密度差を利用して、冷媒を吸熱器３と放熱器４との間で自然循環させる沸騰式の冷却装置である。

ところで、携帯電話基地局内の通信機器は、無人状態で連続稼動しており、基地局内の絶対湿度は、通常、低く保たれている。

しかし、ごく稀に基地局内に雨水等の水分が外部より浸入した場合、一時的に基地局内の絶対湿度が上昇してしまう。このような室内湿度の変化により基地局内機器、通信機器等への結露等が発生する可能性がある。

上記の冷却装置については、外気温度より下がることがないため、一般的な空調機と比較して結露が発生する可能性は極めて低いが、通信機器電源部および基板等の発熱源直近での直接的な冷却は行わず、通信機器周辺・近傍における間接的な冷却を行っている。

冷却装置の設置方法としては、通信機内部への組み込みなど発熱源への直接的な冷却が最も効率がよく、冷却装置そのものに結露防止機能が搭載され直接的な冷却が可能となれば、さらに効率のよい熱回収が可能となる。

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装置を提供し、第２には、通信機器等の発熱体を結露水から保護しながら発熱体を冷却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（２）にて加熱された雰囲気から吸熱する吸熱器（３）と、吸熱器（３）で吸熱された熱を放熱する放熱器（４）と、吸熱器（３）と放熱器（４）との間で循環する冷媒の循環路を構成する配管（５）と、配管（５）内を流れる冷媒量を調節する流量調節手段（６）と、流量調節手段（６）を制御する制御装置（７）とを有し、制御装置（７）は、吸熱器（３）の表面における相対湿度が所定値未満となるように流量調節手段（６）を制御することを特徴とする。

これにより、吸熱器（３）の表面で結露水（凝縮水）が発生してしまうことを未然に防止でき得るので、発熱体を結露水から保護しながら発熱体を冷却することができる。

したがって、発熱体（２）への直接的な冷却が可能となるので、発熱体（２）から効率よく熱回収をすることができる。

請求項２に記載の発明では、制御装置（７）は、少なくとも吸熱器（３）周りの雰囲気温度、放熱器（４）周りの雰囲気温度、および吸熱器（３）周りの雰囲気相対湿度に基づいて、吸熱器（３）の表面における相対湿度を推定す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、制御装置（７）は、吸熱器（３）の表面における相対湿度が約９５％未満となるように流量調節手段（６）を制御することを特徴とするものである。

請求項４に記載の発明では、吸熱器（３）は、発熱体（２）の上方側に設置されていることを特徴とするものである。

請求項５に記載の発明では、吸熱器（３）および発熱体（２）は、閉じられた空間内に設置されていることを特徴とするものである。

請求項６に記載の発明では、放熱器（４）は、吸熱器（３）より上方側の空間外に設置されていることを特徴とするものである。

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）
本実施形態は、携帯電話基地局内に収納された通信機器を冷却する冷却装置に本発明を適用したものであって、図１は冷却装置の設置状態を示す図であり、図２は冷却装置の概要を示す模式図である。

携帯電話基地局１内には、図１に示すように、商用電源等の電源から供給される電力を整流する整流器（図示せず。）、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等からなる無線機、およ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２が収容されている。

なお、整流器は、無線機や送信アンプ等の通信機器に直流電力を供給するものであり、携帯電話基地局１は、断熱性の高い略密閉空間を構成するもので、外部から携帯電話基地局１内に熱が進入することが抑制されている。

室内熱交換器３は、発熱体をなす通信機器２にて加熱された雰囲気から吸熱する吸熱器であり、この室内熱交換器３は、携帯電話基地局１内のうち通信機器２の内部上面および側面に設置されている。

室外熱交換器４は、室内熱交換器３で吸熱された熱を携帯電話基地局１外の空気中に放熱する放熱器であり、この室外熱交換器４は、室内熱交換器３より上方側の携帯電話基地局１外に設置されている。

そして、室内熱交換器３と室外熱交換器４とは冷媒配管５により接続されており、冷媒（本実施形態では、Ｒ１３４ａ）は、冷媒配管５を介して室内熱交換器３と室外熱交換器４との間を循環する。

また、冷媒配管５のうち室外熱交換器４から流出した冷媒を室内熱交換器３に戻す戻し用の冷媒配管５には、図２に示すように、この冷媒配管５の連通状態を制御する電磁式の開閉弁６が設けられており、この開閉弁６の開閉、つまり戻し用冷媒配管５の連通状態は、電子制御装置７によって制御される。

また、電子制御装置７には、室内熱交換器３周りの雰囲気温度、つまり携帯電話基地局１内空気の温度を検出する内気温センサ７ａの検出値、室外熱交換器４周りの雰囲気温度、つまり携帯電話基地局１外空気の温度を検出する外気温センサ７ｂの検出値、および室内熱交換器３周りの雰囲気相対湿度、つまり携帯電話基地局１内空気の相対湿度を検出する湿度センサ７ｃの検出値が入力されている。

そして、電子制御装置７は、内気温センサ７ａの検出温度値、外気温センサ７ｂの検出温度、および湿度センサ７ｃの検出湿度に基づいて室内熱交換器３の表面における相対湿度を推定し、この推定した室内熱交換器３の表面における相対湿度が所定湿度（本実施形態では、約９５％）以下となるように、室内熱交換器３に循環させる冷媒量、つまり戻し用冷媒配管５の連通状態を制御する。

なお、室内熱交換器３の表面における相対湿度は、以下のようにして推定する。

図３に示す湿り空気線図からも明らかなように、空気の相対湿度を示す曲線と空気の温度（乾球温度）を示す直線との交点が空気の湿り状態を示すこととなる。

したがって、携帯電話基地局１内空気の温度（乾球温度）、および携帯電話基地局１内空気の相対湿度から携帯電話基地局１内空気の絶対湿度が解る。

また、携帯電話基地局１内の空気の温度および携帯電話基地局１外空気の温度等から室内熱交換器３に供給される冷媒の温度が解る。

このとき、室内熱交換器３に供給される冷媒の温度は、室内熱交換器３の表面温度とみなすことができ、かつ、室内熱交換器３の表面における絶対湿度は、前述したように、携帯電話基地局１内空気の温度、および携帯電話基地局１内空気の相対湿度から求めることができるので、図３に示す湿り空気線図から室内熱交換器３の表面における相対湿度を求めることができる。

そこで、本実施形態では、電子制御装置７のＲＯＭ等の不揮発性記憶装置に湿り空気線図相当のデータを記憶させ、内気温センサ７ａの検出温度値（ｔｉ）、外気温センサ７ｂの検出温度（ｔｏ）、および湿度センサ７ｃの検出湿度（ａ）に基づいて室内熱交換器３の表面における相対湿度（ａｓ）を推定している。

因みに、本実施形態では、室内熱交換器３に供給される冷媒の温度（Ｔ）は、以下の数式で算出しているが、本実施形態は、これに限定されるものではない。

Ｔ＝ｔｉ−（ｔｉ−ｔｏ）／２……（１）
ところで、図１中、内気送風機３ａは、携帯電話基地局１内の空気を室内熱交換器３に送風するものであり、外気送風機４ａは携帯電話基地局１外の空気を室外熱交換器４に送風するものであり、両送風機３ａ、４ａの稼動状態は、電子制御装置７により制御される。

なお、室外熱交換器４および外気送風機４ａは、太陽光および雨水に直接晒されることが無いように、カバー４ｂにより覆われている。

次に、本実施形態の概略の作動を述べる。

室内熱交換器３では、通信機器２にて加熱された空気および通信機器２から発せられる熱を吸熱して液相冷媒が沸騰蒸発して気相冷媒となる。

一方、室外熱交換器４では、気相冷媒が携帯電話基地局１外の空気（冷却空気）にて冷却されて凝縮し、液相冷媒となる。

このとき、室外熱交換器４が室内熱交換器３より上方側に設置されていることから、気相冷媒と液相冷媒との密度差により、冷媒は、室内熱交換器３と室外熱交換器４との間で自然循環する。

そして、本実施形態では、室内熱交換器３の表面における相対湿度（ａｓ）が所定値（例えば、９５％）以上となったときには、開閉弁６を閉じて室内熱交換器３への冷媒供給を停止するとともに、両送風機３ａ、４ａを停止させる。

逆に、室内熱交換器３の表面における相対湿度（ａｓ）が所定値（例えば、９５％）未満となったときには、開閉弁６を開いて室内熱交換器３へ冷媒を供給するとともに、両送風機３ａ、４ａを稼動させる。

なお、上記数式（１）により算出される冷媒温度（Ｔ）は、開閉弁６が開いて冷媒が循環しているときには、ほぼ正確な温度となるものの、開閉弁６が閉じて冷媒が循環していないときには、室外熱交換器４での放熱量は、携帯電話基地局１内の空気温度と携帯電話基地局１外の空気温度との温度差の関数とならないので、必ずしも正確な温度とはならない。

しかし、開閉弁６が閉じて冷媒が循環していないときには、携帯電話基地局１内空気の温度（ｔｉ）が上昇するので、上記数式（１）により算出される冷媒温度（Ｔ）もこれに呼応して上昇する。

このため、電子制御装置７により推定される室内熱交換器３の表面における相対湿度（ａｓ）は、携帯電話基地局１内空気の温度（ｔｉ）の上昇とともに低下するので、開閉弁６が閉じている間も上記数式（１）にて冷媒温度（Ｔ）を算出しても実用上殆ど問題ない。

なお、図４は上記した作動を示す電子制御装置７の制御作動フロの一例を示すフローチャートであり、以下、図４に示すフローチャートの概略を説明する。

先ず、内気温センサ７ａの検出温度値（ｔｉ）、外気温センサ７ｂの検出温度（ｔｏ）、および湿度センサ７ｃの検出湿度（ａ）を読み込む（Ｓ１）。

次に、上記数式（１）にて室内熱交換器３に供給される冷媒の温度（Ｔ）を算出する（Ｓ２）。

そして、Ｓ２にて算出した冷媒温度（Ｔ）、内気温センサ７ａの検出温度値（ｔｉ）、および湿度センサ７ｃの検出湿度（ａ）に基づいて、前述した方法にて室内熱交換器３の表面における相対湿度（ａｓ）を推定するとともに、この推定した室内熱交換器３の表面における相対湿度（ａｓ）が９５％以上であるか否かを判定する（Ｓ３）。

そして、室内熱交換器３の表面における相対湿度（ａｓ）が９５％以上である場合には、開閉弁６を閉じて室内熱交換器３への冷媒供給を停止するとともに、両送風機３ａ、４ａを停止させる（Ｓ４）。なお、既に、開閉弁６が閉じ、かつ、両送風機３ａ、４ａが停止しているときは、その状態を維持する。

逆に、室内熱交換器３の表面における相対湿度（ａｓ）が９５％未満のときには、開閉弁６を開いて室内熱交換器３へ冷媒を供給するとともに、両送風機３ａ、４ａを稼動させる（Ｓ５）。なお、既に、開閉弁６が開き、かつ、両送風機３ａ、４ａが稼動しているときは、その状態を維持する。

次に、本実施形態の作用効果を述べる。

本実施形態では、室内熱交換器３の表面における相対湿度（ａｓ）が所定値（例えば、９５％）となるように、室内熱交換器３に供給する冷媒量を調節するので、室内熱交換器３の表面で結露水（凝縮水）が発生してしまうことを未然に防止でき得る。

したがって、仮に作業員が、携帯電話基地局１内に水分を持ち込んだとしても、結露水が通信機器２に滴下することを未然に防止できるので、室内熱交換器３の下方側に結露水を受けるドレンパン等を配置するといった手段を講じる必要がない。

延いては、通信機器２で発生した熱、および通信機器２で加熱された空気が遮られることがないので、通信機器２で発生した熱を室内熱交換器３にて効率よく回収することができ、通信機器２を結露水から保護しながら通信機器２を冷却することができる。

なお、前記所定値は、上述の説明からも明らかなように、１００％未満の所定相対湿度である。

また、室内熱交換器３の表面で結露水（凝縮水）が発生してしまうことを防止しながら、携帯電話基地局１内の空気を冷却するので、冷凍能力を水分の結露のために費やされることがなく、効率よく携帯電話基地局１内の空気を冷却することができる。

（第２実施形態）
第１実施形態では、開閉弁６を開閉することにより、冷媒を断続的に循環させて室内熱交換器３の表面における相対湿度（ａｓ）が所定値（例えば、９５％）となるようにしたが、本実施形態は、室内熱交換器３の表面における相対湿度（ａｓ）、または室内熱交換器３に供給される冷媒の温度に基づいて、室内熱交換器３に供給される冷媒の量を連続的に変化調整するものである。

具体的には、室内熱交換器３の表面における相対湿度（ａｓ）の上昇に応じて室内熱交換器３に供給される冷媒量を低下させる、または室内熱交換器３に供給される冷媒の温度の低下に応じて室内熱交換器３に供給される冷媒量を低下させ、逆に、室内熱交換器３の表面における相対湿度（ａｓ）の低下に応じて室内熱交換器３に供給される冷媒量を増大させる、または室内熱交換器３に供給される冷媒の温度の上昇に応じて室内熱交換器３に供給される冷媒量を増大させるものである。

（その他の実施形態）
上述の実施形態では、室内熱交換器３に供給される冷媒の温度を携帯電話基地局１の空気温度および携帯電話基地局１外の空気温度に基づいて間接的に検出していたが、本発明はこれに限定されるものではなく、冷媒温度センサ等の温度検出手段により直接に室内熱交換器３に供給される冷媒の温度を検出してもよい。

また、上述の実施形態では、室内熱交換器３への冷媒供給を停止した後、または室内熱交換器３に供給する冷媒量を低下させた後に、室内熱交換器３への冷媒供給を復帰させるタイミング、つまり戻し用冷媒配管５を全開とするタイミングとして、室内熱交換器３の表面における相対湿度（ａｓ）が所定値以下となったとき、または室内熱交換器３に供給される冷媒の温度が所定温度以上となったときを採用していたが、本発明はこれに限定されることなく、室内熱交換器３への冷媒供給を停止した後、または室内熱交換器３に供給する冷媒量を低下させた後、所定時間が経過したときに室内熱交換器３への冷媒供給を復帰させてもよい。

また、上述の実施形態では、戻し用の冷媒配管５に開閉弁６を設置したが、本発明はこれに限定されるものではない。

また、室内熱交換器３の表面における相対湿度（ａｓ）の推定方法は、上述の実施形態に示された方法に限定されるものではない。

また、室内熱交換器３の表面の結露を検出する結露センサにて室内熱交換器３の表面における相対湿度（ａｓ）を推定し、結露センサにて室内熱交換器３の表面に結露を検出したときに開閉弁６を閉じ、結露センサにて室内熱交換器３の表面に結露を検出していないときには、開閉弁６を閉じてもよい。

また、上述の実施形態では、液相冷媒と気相冷媒との密度差を利用して自然循環させたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばポンプにて強制的に循環させてもよい。

また、上述の実施形態では、バルブ６が流量調節手段に相当したが、ポンプにて強制的に循環させる場合には、室外熱交換器４を必ずしも室内熱交換器３の上方側に配置する必要がなく、開閉弁６を廃止してポンプの回転数により室内熱交換器３に供給する冷媒量を制御することができるので、ポンプが流量調節手段に相当することとなる。なお、ポンプは、電子制御装置７により制御される。

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。

本発明の実施形態に係る冷却装置の設置状態を示す図である。 本発明の実施形態に係る冷却装置の概要を示す模式図である。 湿り空気線図である。 本発明の第１実施形態に係る冷却装置の制御の一例を示すフローチャートである。

符号の説明

１…携帯電話基地局、２…通信機器、３…室内熱交換器、
４…室外熱交換器、５…冷媒配管、６…開閉弁、
７…電子制御装置、７ａ…内気温センサ、７ｂ…外気温センサ、
７ｃ…湿度センサ。

Claims (6)

1. 発熱体（２）にて加熱された雰囲気から吸熱する吸熱器（３）と、
   前記吸熱器（３）で吸熱された熱を放熱する放熱器（４）と、
   前記吸熱器（３）と前記放熱器（４）との間で循環する冷媒の循環路を構成する配管（５）と、
   前記配管（５）内を流れる冷媒量を調節する流量調節手段（６）と、
   前記流量調節手段（６）を制御する制御装置（７）とを有し、
   前記制御装置（７）は、前記吸熱器（３）の表面における相対湿度が所定値未満となるように前記流量調節手段（６）を制御することを特徴とする発熱体の冷却装置。
2. 前記制御装置（７）は、少なくとも前記吸熱器（３）周りの雰囲気温度、前記放熱器（４）周りの雰囲気温度、および前記吸熱器（３）周りの雰囲気相対湿度に基づいて、前記吸熱器（３）の表面における相対湿度を推定することを特徴とする請求項１に記載の発熱体の冷却装置。
3. 前記制御装置（７）は、前記吸熱器（３）の表面における相対湿度が約９５％未満となるように前記流量調節手段（６）を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の発熱体の冷却装置。
4. 前記吸熱器（３）は、前記発熱体（２）の上方側に設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つに記載の発熱体の冷却装置。
5. 前記吸熱器（３）および前記発熱体（２）は、閉じられた空間内に設置されていることを特徴とする請求項１ない４のいずれか１つに記載の発熱体の冷却装置。
6. 前記放熱器（４）は、前記吸熱器（３）より上方側の前記空間外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装置。

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