JP2006284129A - 密閉型装置の冷却システム - Google Patents

Abstract

【課題】 密閉型装置の内部の温度偏差を軽減し、外気が高温であっても装置内部の温度上昇を抑え、外部から装置内部の温度状況等を監視可能な冷却システムを提供する。
【解決手段】 密閉型装置の内部又は／及び外部に配置された温度センサ４、１５、１２と、密閉型装置の筐体１の表面に設けられた放熱フィン３と、放熱フィンを強制空冷する外部ファン２と、放熱フィンを強制水冷する水冷手段７、８と、前記温度センサからの温度情報に基づいて、外部ファン及び水冷手段を制御する制御手段１０とを備える冷却システム。密閉型装置の内部にファン１１を設け、常時運転し、温度偏差を軽減する。前記温度センサからの温度情報に基づいて、外部ファンの回転数、冷却水の流量を制御することができる。内気温度情報等に異常がある場合には、表示手段１６に表示し、外部に警報を発することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、密閉型装置の冷却システムに関し、特に、屋外等に設置された携帯電話の基地局等の密閉型装置を冷却するシステムに関する。

従来、上述のような密閉型装置を冷却するには、フィン等の放熱性物体を装置筐体に取り付け、放熱フィンを自然空冷することにより装置を冷却する方法が一般的に採用されている。

また、密閉型装置を対象とするものではないが、外気と冷却水とを利用した冷媒凝縮器を併設する技術として、特許文献１には、経済面で優れた冷房システムを提供するため、外気温度計の測定値に基づき、開閉弁、ファン、冷却水供給源及びポンプを制御し、冷媒の凝縮に使用する凝縮器を選択する技術が開示されている。

さらに、特許文献２には、従来の強制空冷で問題となっていた外気温度の上昇時におけるＣＰＵの温度上昇に左右されることなく、安定した冷却力をＣＰＵに提供することにより、静かで安定した性能のコンピュータを提供するため、空冷方式と水冷方式を併設したノート型パーソナルコンピュータの中央処理装置の冷却方法が記載されている。

特開平１１−３５１６８５号公報 特開２００３−５０６４５号公報

従来の冷却方法では、密閉型装置は、運用時における電子部品からの発熱により、装置内部が外気温度より低くなることはなく、装置内は、電子部品の放熱による局所的な温度上昇等によって温度偏差が生じ、一般的に装置下部に比べて上部の方が高温になる。

さらに、外気が高温の場合には、装置内部の発熱量に対して放熱フィンの放熱性が低下し、装置内部の温度上昇は止まることがなく、電子部品はさらに高温に晒される。このような状態が長期間続くと、電子部品が劣化して故障率が高くなり、装置の寿命が短くなるという問題が生じる。

また、密閉型装置では、外部から装置内部の温度状況を監視するのは容易ではないという問題もあった。

そこで、本発明は、上記従来の密閉型装置の冷却システムにおける問題点に鑑みてなされたものであって、密閉型装置の内部の温度偏差を軽減し、外気が高温であっても装置内部の温度上昇を抑えることができ、外部から装置内部の温度状況を監視することのできる密閉型装置の冷却システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、密閉型装置の内部又は／及び外部に配置された温度センサと、該密閉型装置の筐体の表面に設けられた放熱フィンと、該放熱フィンを強制空冷するための外部ファンと、該放熱フィンを強制水冷するための水冷手段と、前記密閉型装置の内部又は／及び外部に配置された温度センサからの温度情報に基づいて、前記外部ファン及び水冷手段を制御する制御手段とを備えることを特徴とする。

そして、本発明によれば、密閉型装置の内部又は／及び外部に配置された温度センサからの温度情報に基づいて、放熱フィンを強制空冷する外部ファン、及び放熱フィンを強制水冷するための水冷手段を制御手段によって制御するため、放熱フィンからの放熱を促進することができ、外気が高温であっても装置内部の温度上昇を抑えることができる。その結果、密閉型装置の内部の温度上昇を所定の温度以下に抑えることが可能となり、密閉型の携帯電話基地局装置等の内部に配置された電子部品の劣化及び故障率を軽減し、密閉型基地局装置等の安定運転を確保することができる。

前記密閉型装置の冷却システムにおいて、前記密閉型装置の内部に配置され、常時運転されるファンを備えることができる。これによって、局所的な温度上昇等、密閉型装置の内部の温度偏差を軽減することができる。

また、前記密閉型装置の冷却システムにおいて、前記密閉型装置の内部又は／及び外部に配置された温度センサからの温度情報に基づいて、前記外部ファンの回転数を制御することができる。

さらに、前記密閉型装置の内部又は／及び外部に配置された温度センサからの温度情報に基づいて、前記水冷手段によって前記放熱フィンに供給される冷却水の流量を制御することができる。

前記密閉型装置の冷却システムにおいて、前記密閉型装置の内気温度情報、前記水冷手段によって供給される冷却水の流量、又は該冷却水の温度の少なくとも一つを監視し、監視対象に異常がある場合には、その旨表示する表示手段を備えることができる。これによって、冷却システムに異常が発生したことを容易かつ迅速に把握することができる。

さらに、前記密閉型装置の冷却システムにおいて、前記密閉型装置の内気温度情報、前記水冷手段によって供給される冷却水の流量、又は該冷却水の温度の少なくとも一つを監視し、監視対象に異常がある場合には、該密閉型装置の外部に警報を発する警報送出手段を備えることができる。これによって、外部から装置内部の温度状況を監視することができるとともに、冷却システムに異常が発生したことを外部でも容易かつ迅速に把握することができ、装置の故障の検出及び保守を容易に行うことができる。

以上のように、本発明によれば、密閉型装置の内部の温度偏差を軽減し、外気が高温であっても装置内部の温度上昇を抑え、外部から装置内部の温度状況を監視することのできる密閉型装置の冷却システムを提供することができる。

図１は、本発明にかかる密閉型装置の冷却システムの一実施の形態を示し、この冷却システムは、密閉型筐体１の表面に設けられた放熱フィン３と、放熱フィン３を強制空冷するための外部ファン２と、放熱フィン３を強制水冷するための水冷手段を構成する冷却水のパイプ８及び開閉弁７等と、常時運転される内部ファン１１と、外気温度センサ４、冷却水用温度センサ５及び内気温度センサ１２からの温度情報に基づいて、外部ファン２及び開閉弁７を制御する制御手段としての監視制御部１０等で構成される。

密閉型筐体１は、内部に図示しない電子部品と、電子部品の発熱により温められた筐体内部を冷却するため、内部ファン１１、内気温度センサ１２、監視制御部１０及びアラーム表示器１６等を備え、表面には放熱フィン３が設けられる。

放熱フィン３は、密閉型筐体１に収納された電子部品の発熱により温められた密閉型筐体１の内部の熱を、密閉型筐体１の外部に伝導によって放熱するために備えられる。

内部ファン１１は、密閉型筐体１に収納された電子部品の個々の電子部品の発熱量が異なることによって生ずる局所的な温度上昇等の温度偏差を軽減するため、常時運転され、密閉型筐体１の内部の空気を循環させる。

外部ファン２は、放熱フィン３を強制空冷するために備えられ、監視制御部１０によって運転停止及び回転数が制御される。

パイプ８は、図２に示すように、密閉型筐体１の表面に取り付けられた放熱フィン３の内部に埋め込まれている。開閉弁７が開き、パイプ８に冷却水が流れることにより、放熱フィン３全体が強制水冷され、その結果、密閉型筐体１の内部の熱が効果的に放熱される。冷却水の流量及び温度を監視するため、水流計６及び冷却水用温度センサ５が設けられ、開閉弁７の開閉が監視制御部１０によって制御される。

図１の密閉型筐体１の内部に設置された内気温度センサ１２は、密閉型筐体１の内気温度を測定し、温度情報としてのアナログ信号Ｔａ１は、Ａ／Ｄ変換器１３に入力され、デジタル信号の温度情報Ｔｄ１に変換された後、監視制御部１０に入力される。

同様に、外気温度センサ４及び冷却水用温度センサ５から得られる温度情報としてのアナログ信号Ｔａ２及びＴａ３は、Ａ／Ｄ変換器１４及び１５により変換され、デジタル信号Ｔｄ２及びＴｄ３となり、監視制御部１０に入力される。さらに、冷却水を流すパイプ８の内部に設置された水流計６により、水冷時にその流量を計測し、監視制御部１０に対して流量データＡ１が通知される。

監視制御部１０は、各々の温度センサ１２、５、４から得られた温度情報Ｔｄ１／Ｔｄ２／Ｔｄ３を基に、密閉型筐体１の内気温度が高くなった場合に、外部ファン２を制御信号Ｄ２により駆動させるとともに、外部ファン２の回転数を制御する。また、外気温度センサ４によって測定される外気温度が高くなった場合に、制御信号Ｄ３により水冷用の開閉弁７を動作させ、パイプ８への冷却水の流れを制御する。

監視制御部１０は、また、外部ファン２及び冷却水を供給するための開閉弁７を制御している状態において、所定時間Ｔが経過した後も内気温度Ｔｄ１が低下しない場合や、冷却水が高温の場合、又は冷却水の流量が不十分な場合に、異常状態と判定し、その旨アラーム表示器１６に表示させるとともに、遠隔監視装置等に通知する。

アラーム表示器１６は、上述のように、監視制御部１０からの指令により異常状態を表示する。

次に、上記構成を有する密閉型装置の冷却システムの動作について、図１及び図３を参照しながら説明する。

まず、内部ファン１１を常時動作させ、密閉型筐体１の内部の空気を循環させることにより、密閉型筐体１の内部の温度偏差を軽減する。内気温度センサ１２は、密閉型筐体１の内気温度を測定し、アナログ信号Ｔａ１を出力する。アナログ信号Ｔａ１は、Ａ／Ｄ変換器１３によりデジタル信号Ｔｄ１に変換され、監視制御部１０に入力される。

監視制御部１０は、ステップＳ１において、内気温度Ｔｄ１と、内気閾値温度ＴＭＰ１とを比較する。その結果、内気温度Ｔｄ１が内気閾値温度ＴＭＰ１未満の場合には、外部ファン２及び水冷用の開閉弁７への制御を行わず、放熱フィン３による自然空冷のみを行う。一方、ステップＳ１において、密閉型筐体１の内気温度Ｔｄ１が内気閾値温度ＴＭＰ１以上になると、ステップＳ２において、密閉型筐体１の内部を冷却するため、外部ファン２を駆動し、回転数制御を行う。

次に、監視制御部１０は、ステップＳ３において、外気温度Ｔｄ２と、外気閾値温度ＴＭＰ３とを比較し、外気温度Ｔｄ２が、外気閾値温度ＴＭＰ３未満の場合には、水冷用の開閉弁７は制御せず、閉じたままとする。外部ファン２は、外気を吸気し、温められた放熱フィン３を強制空冷することにより密閉型筐体１の内部の温度を下げるように働く。そして、監視制御部１０は、ステップＳ１０において、内気温度Ｔｄ１と、内気閾値温度ＴＭＰ２とを比較し、内気温度Ｔｄ１が内気閾値温度ＴＭＰ２未満（Ｔｄ１＜ＴＭＰ２）になると、ステップＳ７において、外部ファン２を停止する。尚、この場合、アラームは発せられていないとともに、水冷用の開閉弁７が閉じたままであるため、ステップＳ９及びステップＳ８は実施されない。

一方、ステップＳ３において、外気温度Ｔｄ２と、外気閾値温度ＴＭＰ３とを比較し、外気温度Ｔｄ２が外気閾値温度ＴＭＰ３以上の場合には、ステップＳ４において、開閉弁７を開き、強制水冷によって放熱フィン３を冷却し、密閉型筐体１の内気温度を低下させる。

監視制御部１０は、ステップＳ５において、冷却水の状態が正常か否かを監視し、すなわち、冷却水用温度情報Ｔｄ３及び流量データＡ１を監視し、これらの少なくともいずれか一方が異常の場合には、ステップＳ６においてアラームを出力する。一方、これらが正常の場合には、ステップＳ１０に移行する。

ステップＳ６を経由してステップＳ１０に移行した場合であって、ステップＳ１０において、内気温度Ｔｄ１が内気閾値温度ＴＭＰ２未満（Ｔｄ１＜ＴＭＰ２）になると、ステップＳ９においてアラームを解除し、ステップＳ８において開閉弁７を閉め、ステップＳ７において、外部ファン２を停止する。一方、ステップＳ６を経由せずに、すなわち冷却水の状態が正常の場合に、ステップＳ１０に移行した場合であって、ステップＳ１０において、内気温度Ｔｄ１が内気閾値温度ＴＭＰ２未満（Ｔｄ１＜ＴＭＰ２）になった場合には、ステップＳ８において開閉弁を閉め、ステップＳ７において、外部ファン２を停止する。尚、この場合、アラームは出ていないため、ステップＳ９は実施されない。

ステップＳ１０において、内気温度Ｔｄ１が内気閾値温度ＴＭＰ２以上（Ｔｄ１≧ＴＭＰ２）の場合には、監視制御部１０は、ステップＳ１１において所定の時間Ｔを経過したか否かを判定し、所定時間Ｔが経過しても内気温度Ｔｄ１が内気閾値温度ＴＭＰ２以上（Ｔｄ１≧ＴＭＰ２）の場合には、ステップＳ１２においてアラームを出力する。一方、所定時間Ｔが経過する前に内気温度Ｔｄ１が内気閾値温度ＴＭＰ２未満（Ｔｄ１＜ＴＭＰ２）になると、ステップＳ２に移行し、開閉弁７を閉じて外部ファン２による冷却のみに切り替える。

次に、上記構成を有する密閉型装置の冷却システムの動作例について、図１及び図４を参照しながら説明する。

内部ファン１１を常時動作させ、密閉型筐体１の内部の空気を循環させる。内気温度Ｔｄ１が内気閾値温度ＴＭＰ１未満の場合には、外部ファン２は停止し、水冷用の開閉弁７は閉じている。すなわち、放熱フィン３による自然空冷のみが行われる。

図４のＡ点に示すように、密閉型筐体１の内気温度Ｔｄ１が内気閾値温度ＴＭＰ１以上になると、外部ファン２を駆動し、内気温度Ｔｄ１に応じて外部ファン２の回転数を制御する。そして、所定時間Ｔの経過前に、内気温度Ｔｄ１が内気閾値温度ＴＭＰ２未満（ＴＭＰ１＞ＴＭＰ２）になると（図４のＢ点）、外部ファン２を停止する。

外部ファン２が駆動し、かつ水冷用の開閉弁７が閉じている状態（図４のＣ点）において、その後外気温度Ｔｄ２が上昇し続け、外気閾値温度ＴＭＰ３以上となった場合（図４のＤ点）には、開閉弁７を開放する。これにより、パイプ８に冷却水が流れ、放熱フィン３を強制水冷する。外部ファン２を運転し、強制水冷を行っているにも拘わらず、密閉型筐体１の内気温度Ｔｄ１が所定時間Ｔ経過後も内気閾値温度ＴＭＰ２未満とならない場合（図４のＥ点）には、アラーム表示器１６により外部へ異常状態を表示し、かつ遠隔監視装置等へアラーム信号Ａ２を出力する。

そして、強制水冷により内気閾値温度ＴＭＰ２未満になった場合（図４のＦ点）には、外部ファン２を停止し、開閉弁７を閉じて冷却水を止める。

尚、本発明にかかる密閉型装置の冷却システムは、背景技術の欄で例示した携帯電話基地局の他、アンテナの周辺に設置され、密閉型筐体を使用した低雑音増幅器等の屋外装置等に適用することができる。

本発明にかかる密閉型装置の冷却システムの一実施の形態を示すブロック図である。 図１の密閉型装置の冷却システムの水冷部を示す図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面断面図である。 図１の密閉型装置の冷却システムの動作を示すフローチャートである。 本発明にかかる密閉型装置の冷却システムのタイミングチャートである。

符号の説明

１ 密閉型筐体
２ 外部ファン
３ 放熱フィン
４ 外気温度センサ
５ 冷却水用温度センサ
６ 水流計
７ 開閉弁
８ パイプ
１０ 監視制御部
１１ 内部ファン
１２ 内気温度センサ
１３ Ａ／Ｄ変換器（内気温度用）
１４ Ａ／Ｄ変換器（外気温度用）
１５ Ａ／Ｄ変換器（冷却水温度用）
１６ アラーム表示器

Claims (6)

1. 密閉型装置の内部又は／及び外部に配置された温度センサと、
   該密閉型装置の筐体の表面に設けられた放熱フィンと、
   該放熱フィンを強制空冷するための外部ファンと、
   該放熱フィンを強制水冷するための水冷手段と、
   前記密閉型装置の内部又は／及び外部に配置された温度センサからの温度情報に基づいて、前記外部ファン及び水冷手段を制御する制御手段とを備えることを特徴とする密閉型装置の冷却システム。
2. 前記密閉型装置の内部に配置され、常時運転されるファンを備えることを特徴とする請求項１に記載の密閉型装置の冷却システム。
3. 前記密閉型装置の内部又は／及び外部に配置された温度センサからの温度情報に基づいて、前記外部ファンの回転数を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の密閉型装置の冷却システム。
4. 前記密閉型装置の内部又は／及び外部に配置された温度センサからの温度情報に基づいて、前記水冷手段によって前記放熱フィンに供給される冷却水の流量を制御することを特徴とする請求項１、２又は３に記載の密閉型装置の冷却システム。
5. 前記密閉型装置の内気温度情報、前記水冷手段によって供給される冷却水の流量、又は該冷却水の温度の少なくとも一つを監視し、監視対象に異常がある場合には、その旨表示する表示手段を備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の密閉型装置の冷却システム。
6. 前記密閉型装置の内気温度情報、前記水冷手段によって供給される冷却水の流量、又は該冷却水の温度の少なくとも一つを監視し、監視対象に異常がある場合には、該密閉型装置の外部に警報を発する警報送出手段を備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の密閉型装置の冷却システム。

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