JP2005303195A - 制御盤等の発熱体の防水構造 - Google Patents

Abstract

【課題】
屋外等の浸水のおそれのある場所に設置される制御盤等の発熱体の防水と浸水防止を図った上で、カバー体内の放熱性を高めることである。
【解決手段】
地表面Ｆに設置された脚部２の上面に設けられる台板３に立設された機器取付板４に、電気機器類１が取付けられた制御盤Ｂを、略半球状の天井部を有し、下面部のみが開放された略円筒状のカバー体Ｃで覆い、前記カバー体Ｃの下面部が前記台板３の下方に配置されるように収容し、前記カバー体Ｃに封入された空気の圧力Ｐで、前記カバー体Ｃ内に浸入した水の浸水高さΔＨが、台板３の部分を超えないようにすると共に、電気機器類１の発熱によって加熱され、カバー体Ｃの天井部に形成された放熱用空間部Ｑ₁ に停留する加熱空気を、カバー体Ｃを介して外気と熱交換して冷却し、前記カバー体Ｃ内に形成された対流用空間部Ｑ₂ で加熱空気と冷却空気とを対流させて、カバー体Ｃ内の温度上昇を防止する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、制御盤等の発熱体の周囲をカバー体で覆って防水する構造に関するものである。

交差点や公園等の屋外に、信号機や噴水の作動を制御するための制御装置が設置されている。制御装置に内装された電気機器類は、雨水によって濡れたり、浸水したりするおそれがあるため、防水構造を施す必要がある。

制御装置の防水構造として、特許文献１に開示される技術がある。この技術では、カバー体の内部に収容された電気機器類の防水を図るために、前記カバー体は密閉構造となっている。このため、電気機器類から発生した熱が外部に放散されにくく、カバー体内の温度が上昇し、前記電気機器類を損傷するおそれがある。また、制御装置の浸水防止構造として、特許文献２に開示される技術が公知である。この技術は、下面部のみが開放されたカバー体で電気機器類を覆い、浸水時に、カバー体に封入された空気の圧力で水位の上昇を阻止するものである。この技術では、カバー体の下面部が開放されているため、当該部分から放熱がされるものの、電気機器類とカバー体の周壁部との間が狭く、カバー体の天井部に上昇した加熱空気が移動しにくくなり、カバー体内の温度上昇を防止することは困難である。
実開平５−３３０９７号公報 特開平９−１６５８１６号公報

本発明は、上記した不具合に鑑み、屋外等に設置される制御盤等の発熱体の防水と浸水防止を図った上で、カバー体内部の放熱性を高めることを課題としている。

上記課題を解決するための請求項１の発明は、制御盤等の発熱体の周囲をカバー体で覆って防水する構造であって、前記カバー体は、全周壁部と略半球状の天井部とが閉塞されて下面部のみが開放された略筒状を成し、前記発熱体と前記カバー体の周壁部との間であって、天井部の放熱用空間部から下面開口に至る間には、該下面開口を通して大気に通じる対流用空間部が形成されていることを特徴としている。

カバー体の天井部が略半球状となって閉塞されているため、内部の発熱体が防水保護されると共に、カバー体の全体が水没された場合であっても、カバー体内部に密閉封入された空気の圧縮によって、カバー体の下面開口から内部への浸水量を少なくできて、内部の発熱体を浸水から保護できる。発熱体からの発熱により温度が上がったカバー体内の空気は、そのまま上昇して天井部の放熱用空間部に達し、カバー体を介して外気と熱交換して冷却される。前記カバー体の天井部は略半球状であって、カバー体の横断面積に対する表面積の割合が高いために、放熱効率が高い。天井部の放熱用空間部で放熱されて温度が下がった空気は、温度の高い別の空気により、放熱用空間部から下方の対流用空間部に押しやられてカバー体の周壁部に沿って下降し、下降中においてもカバー体の周壁部に接して放熱される。天井部を略半球状とすることで、天井部での放熱を効果的に行うと共に、空気の流れを中央から周囲にスムーズに流れるようにして、空気の対流を促進している。このように、温度が上がった空気は、天井部の放熱用空間部及び対流用空間部を通る間に放熱されて、カバー体の下部に達した後に、再度発熱体により温度が高められて上昇することにより、外気と熱交換しながら循環する。なお、カバー体内を下降する空気の流速が早い場合には、その一部がカバー体の下面開口から外部に流出し、その後に流出した分だけ外気がカバー体内に取り込まれる。この作用によっても、カバー体内の空気の温度は下がる。よって、屋外等に設置される制御盤等の発熱体の防水と放熱とを同時に達成できる。

請求項２の発明は、請求項１の発明を前提として、前記カバー体は円筒状であって、前記発熱体はカバー体の断面視におけるほぼ中央部に配置されていることを特徴としている。この発明では、円筒状のカバー体の横断面視におけるほぼ中央部に発熱体を配置すると、対流用空間部は、横断面視において略リング形状となって、周方向のどの位置においても対流状態がほぼ均一となる。換言すると、放熱用空間部で放熱されて温度が低下した空気が下方に流れて対流用空間部に入り込む際に、周方向の特定位置において空気流の抵抗となる部分が存在しなくなって流入しにくい部分が存在しなくなる。従って、対流用空間部を下方に流れる空気の流れが一層スムーズとなって、カバー体内の放熱性が一層高まる。また、この場合であっても、天井部が略半球状なので、天井部での放熱が効果的に行われると共に、空気の流れがスムーズになって空気の対流が促進される。

本発明は、制御盤等の発熱体の周囲をカバー体で覆って防水する構造であって、前記カバー体は、全周壁部と略半球状の天井部とが閉塞されて下面部のみが開放された略筒状を成し、前記発熱体と前記カバー体の周壁部との間であって、天井部の放熱用空間部から下面開口に至る間には、該下面開口を通して大気に通じる対流用空間部が形成されていることを特徴としている。カバー体の全体が水没されても、天井部と全周壁部とが閉塞されているため、カバー体内部に密閉封入された空気の圧縮によって、カバー体の下面開口から内部への浸水量を少なくできて、内部の発熱体を浸水から保護できる。また、発熱体によって加熱された空気の熱は、放熱用空間部で放熱された後、対流用空間部においても放熱されるため、前記発熱体が熱によって損傷することが防止される。よって、屋外等に設置される制御盤等の発熱体の防水と放熱とを同時に達成できる。

以下、本発明の最良実施例を挙げて、本発明を更に詳細に説明する。図１は本発明の実施例の制御装置Ｓの正面断面図、図２は同じく平面断面図、図３は浸水時における制御装置Ｓの正面断面図である。

本明細書では、発熱体が、地表面Ｆに設置された噴水や信号機等の制御装置Ｓを構成する制御盤Ｂに取付けられた電気機器類１である場合について説明する。図１に示されるように、本発明の実施例の制御装置Ｓは、各種の制御基板や電気機器（以降、両者をまとめて「電気機器類１」と記載する）が取付けられた制御盤Ｂと、該制御盤Ｂを上方から覆って収容するカバー体Ｃとから構成されている。

最初に、制御盤Ｂについて説明する。図１及び図２に示されるように、制御盤Ｂは、地表面Ｆに立設される脚部２と、該脚部２の上面に取付けられた円板上の台板３と、平面視における前記台板３のほぼ中央部に立設された機器取付板４とから構成されている。前記機器取付板４は厚板状の直方体ブロックで、その中心は台板３の中心と合致しており、前後の各側部に電気機器類１が装着されている。前記電気機器類１は、平面視において、前記台板３の外周縁から外側に張り出さないようにして装着されている。

次に、カバー体Ｃについて説明する。図１及び図２に示されるように、カバー体Ｃは、金属等の熱伝導率の良好な材質より成り、全周と天井部が閉塞されて下面部のみが開放された略円筒状である。前記天井部は、略半球状にわん曲されて、ドーム状となっている。カバー体Ｃの内径は台板３の外径よりも少し大きく、カバー体Ｃの高さは制御盤Ｂにおける機器取付板４の高さよりも少し高い。また、カバー体Ｃの下部の内周面には、４本のストッパ部材５が、平面視において直交する形態で、カバー体Ｃの中心に向かって突設されている。カバー体Ｃが上方から制御盤Ｂを覆った状態で、前記制御盤Ｂにおける台板３と機器取付板４との全体、及び脚部２の上部が収容される。このとき、カバー体Ｃは、各ストッパ部材５の先端部が台板３の周縁部に支持され、図示しない固定手段によって固定されることによって保持される。この結果、前記カバー体Ｃの内周面と台板３の外周縁との間には隙間６が形成される。前記隙間６には、冷却された空気の流れを確保しつつ、小動物や虫の侵入を防止するため、金網等のガード（図示せず）が取付けられる。

図１及び図２に示されるように、制御盤Ｂとカバー体Ｃの各中心線ＣＬ₁,ＣＬ₂ を合致させた状態で、前記カバー体Ｃが前記制御盤Ｂを覆って収容すると、機器取付板４の上面とカバー体Ｃの天井部との間には、放熱用空間部Ｑ₁ が形成される。また、前記機器取付板４とカバー体Ｃの周壁部との間には、横断面視において略リング状の対流用空間部Ｑ₂ が形成される。前記カバー体Ｃは略円筒状であるため、前記対流用空間部Ｑ₂ の大きさは、カバー体Ｃの内周面に亘ってほぼ一定である。

本実施例のカバー体Ｃの内外周面には、放熱効果を高めるための表面処理が施される。例えば、本実施例のカバー体Ｃの場合、内周面に全周に亘って吸熱塗料Ｒ₁ が塗布されていて、外周面に全周に亘って放熱塗料Ｒ₂ が塗布されている。電気機器類１からの発熱で加熱されたカバー体Ｃ内の空気は、上方に押し上げられ、略球面状にわん曲されたカバー体Ｃの天井部（放熱用空間部Ｑ₁ ）に停留する。前記カバー体Ｃは金属より成り、その熱伝導率は空気の熱伝導率よりも遥かに大きい。このため、加熱空気の熱がカバー体Ｃに奪われ、該空気は冷却される。カバー体Ｃの天井部は略半球状となっているため、カバー体Ｃの横断面積に対する表面積の割合が高く、放熱用空間部Ｑ₁ の全面に亘って効率的に熱交換がされる。しかも、前記カバー体Ｃの内周面には吸熱塗料Ｒ₁ が塗布されているため、前記加熱空気の熱が一層カバー体Ｃに奪われ易い。本実施例は、カバー体Ｃに吸熱塗料Ｒ₁ 及び放熱塗料Ｒ₂ を塗布して、熱交換を促進させたものであるが、各塗料Ｒ₁,Ｒ₂ を塗布することなく、例えば、カバー体Ｃの内周面を梨地仕上げとし、外周面を光沢仕上げとすることによって熱交換を促進させてもよい。

放熱用空間部Ｑ₁ において加熱空気から奪われた熱は、カバー体Ｃ内を伝導し、該カバー体Ｃの外周面で外気と熱交換して放散される。前記カバー体Ｃの外周面には放熱塗料Ｒ₂ が塗布されているため、前記熱の放散効率が良好である。

また、放熱用空間部Ｑ₁ においてカバー体Ｃに熱を奪われた空気は、加熱されて上昇する別の空気により下方の対流用空間部Ｑ₂ に押しやられて、前記カバー体Ｃの周壁部の内周面に沿って下降する。前記空気は、このときにも上記と同様にしてカバー体Ｃに熱を奪われる。これにより、カバー体Ｃ内の空気は、対流用空間部Ｑ₂ において、外気と熱交換しながら循環する。

本発明に係る制御装置Ｓの作用について説明する。図１及び図２に示されるように、屋外、或いは地下室、トンネル等の浸水のおそれのある場所の地表面Ｆに設置された制御盤Ｂに、上方からカバー体Ｃが取付けられる。このとき、制御盤Ｂの中心線ＣＬ₁ とカバー体Ｃの中心線ＣＬ₂ とが合致されて取付けられる。カバー体Ｃの内周面に突設された各ストッパ部材５が、制御盤Ｂの台板３の周縁部に当接し、台板３の下方から挿入された図示しない固定手段によって両者が固定される。通常時において、電気機器類１によって加熱されたカバー体Ｃ内の空気（加熱空気）は、カバー体Ｃの上方（放熱用空間部Ｑ₁ ）に押し上げられる。そして、前記カバー体Ｃを介して、加熱空気と外気との間で熱交換が行われるため、前記加熱空気の熱が奪われる。カバー体Ｃの内周面に吸熱塗料Ｒ₁ が塗布されているため、前記熱交換が一層促進される。これによって熱を奪われた加熱空気は、カバー体Ｃの周壁部の内周面に沿って対流用空間部Ｑ₂ を下降する。このときにも前記加熱空気は、外気との間で熱交換され、更に冷却される。この場合であっても、カバー体Ｃの外周面に放熱塗料Ｒ₂ が塗布されているため、前記熱交換が一層促進される。

前記加熱空気は、カバー体Ｃの下部に達した後に、再度発熱体により温度が高められて上昇することにより、対流用空間部Ｑ₂ において外気と熱交換しながら循環する。なお、カバー体Ｃ内を下降する空気の流速が早い場合には、その一部がカバー体Ｃの隙間６から外部に流出し、その後に流出した分だけ外気がカバー体Ｃ内に取り込まれる。その状態を、図１において、破線の矢印で示す。この作用によっても、カバー体内の空気の温度は下がる。なお、外気の取り込みを容易にするため、脚部２や台板３の中央部の近傍に空気取入口（図示せず）を設けることにより、空気の流通を一層良好にすることもできる。

前記カバー体Ｃの中心線ＣＬ₁ と前記機器取付板４の中心線ＣＬ₂ とがほぼ合致しているため、対流用空間部Ｑ₂ における空気の対流状態は、周方向のどの位置においてもほぼ均一となる。換言すると、放熱用空間部Ｑ₁ で放熱されて温度が低下した空気が下方に流れて対流用空間部Ｑ₂ に入り込む際に、周方向の特定位置において空気流の抵抗となる部分が存在しなくなって流入しにくい部分が存在しなくなる。従って、対流用空間部Ｑ₂ を下方に流れる空気の流れが一層スムーズとなり、カバー体Ｃ内の放熱性が一層高まってカバー体Ｃ内の温度上昇が防止される。

浸水時における作用について説明する。図３に示されるように、浸水時において雨水等の水位が、カバー体Ｃの下面部を超えて上昇すると、カバー体Ｃ内にも水が浸入する。しかし、前記カバー体Ｃは、下面部を除いて閉塞されていて、内部に封入された空気の圧力Ｐが作用するため、カバー体Ｃ内に浸入した水の浸水高さΔＨが、制御盤Ｂの台板３を超えて上昇することはない。

浸水時において、カバー体Ｃ内に浸入する水の量を計算する。通常状態（非浸水状態）におけるカバー体Ｃ内の圧力（大気圧）をＰ₁ 、カバー体Ｃの容積をＶ₁ 、絶対温度をＴ₁ とし、浸水状態におけるカバー体Ｃ内の圧力をＰ₂ 、カバー体Ｃの容積をＶ₂ 、絶対温度をＴ₂ 、カバー体Ｃ内に浸入した水との水位差をＨ、カバー体Ｃに浸入した水の浸水高さをΔＨとし、カバー体Ｃの下面部の開口面積をＡとする。浸水前後においては、（式１）が成立する。
（Ｐ₁ ×Ｖ₁ ）／Ｔ₁ ＝（Ｐ₂ ×Ｖ₂ ）／Ｔ₂ （式１）
浸水前後において、温度変化が殆どない（Ｔ₁ ≒Ｔ₂ ）とすると、（式２）が成立する。
Ｐ₁ ×Ｖ₁ ＝Ｐ₂ ×Ｖ₂ （式２）

ここで、浸水状態におけるカバー体Ｃ内の圧力Ｐ₂ は（式３）で表される。
Ｐ₂ ＝Ｐ₁ ＋γ×Ｈ （式３）
γは、水の比重量である。（式２）と（式３）より、（式４）が成立する。
Ｐ₁ ×Ｖ₁ ＝（Ｐ₁ ＋γ×Ｈ）×Ｖ₂ （式４）
これより、Ｖ₂ を求める。
Ｖ₂ ＝Ｐ₁ ×Ｖ₁ ／（Ｐ₁ ＋γ×Ｈ） （式５）
ΔＨ＝（Ｖ₁ −Ｖ₂ ）／Ａであるから、これと（式５）からＶ₂ を消去すると、（式６）が求められる。
ΔＨ＝｛Ｖ₁ −［Ｐ₁ ×Ｖ₁ ／（Ｐ₁ ＋γ×Ｈ）］｝／Ａ
＝［γ×Ｈ／（Ｐ₁ ＋γ×Ｈ）］×（Ｖ₁ ／Ａ） （式６）
である。カバー体Ｃの内側高さを１ｍ、下面部の開口の内径を０．４ｍ、台板３の上面からカバー体Ｃの下面部までの高さｈを０．２ｍとすると、（式６）よりＨは約３ｍとなる。即ち、この制御装置Ｓの場合、カバー体Ｃの下面部からの水位が約３ｍまでであれば電気機器類１が浸水するおそれはなく、水に濡れて損傷することが防止される。

上記した結果、屋外等で浸水のおそれのある場所に設置される制御装置Ｓの防水と放熱とを同時に達成できる。

本実施例の制御装置Ｓでは、制御盤Ｂにおける機器取付板４の部分は、下面部のみが開放され、全周と天井部が閉塞されたカバー体Ｃに覆われて収容される。このため、前記機器取付板４に取付けられた電気機器類１に、雨水等が直接かかることはない。

本発明の実施例の制御装置Ｓの正面断面図である。 同じく平面断面図である。 浸水時における制御装置Ｓの正面断面図である。

符号の説明

Ｂ：制御盤
Ｃ：カバー体
ＣＬ₁,ＣＬ₂ ：中心線（中央部）
Ｑ₁ ：放熱用空間部
Ｑ₂ ：対流用空間部
１：電気機器類（発熱体）
６：隙間（下面開口）

Claims (2)

1. 制御盤等の発熱体の周囲をカバー体で覆って防水する構造であって、
   前記カバー体は、全周壁部と略半球状の天井部とが閉塞されて下面部のみが開放された略筒状を成し、
   前記発熱体と前記カバー体の周壁部との間であって、天井部の放熱用空間部から下面開口に至る間には、該下面開口を通して大気に通じる対流用空間部が形成されていることを特徴とする制御盤等の発熱体の防水構造。
2. 前記カバー体は円筒状であって、前記発熱体はカバー体の断面視におけるほぼ中央部に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の制御盤等の発熱体の防水構造。

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