JP2006336895A - 熱交換機 - Google Patents

Abstract

【課題】内気および外気を導入・排出することで、内外気の熱交換を行わせる熱交換機において、内気の流量を十分なものとする。
【解決手段】熱交換機３が、熱交換機３内へ内気を導入するための入口側内気ファン３３と、熱交換機３から内気を排出するための出口側内気ファン３４とを有する。また、入口側内気ファン３３と、内気を排出するための開口部４２とは、互いに熱交換機本体３１の水平方向中心線の反対側にある。
【選択図】 図１

Description

本発明は、第１の流体を、筐体によって囲まれた第１の空間から導入して前記第１の空間に排出し、かつ、第２の流体を、前記筐体の外部にある第２の空間から導入して前記第２の空間に排出することで、前記第１の流体と前記第２の流体との間の熱交換を実現させる熱交換機に関する。

従来、第１の流体を、第１の空間から導入して第１の空間に排出し、かつ、第２の流体を、第１の空間から仕切られた第２の空間から導入して第２の空間に排出することで、第１の流体と第２の流体との間の熱交換を実現させる熱交換機において、第１の流体および第２の流体の流れを主に促進するためのファンがそれぞれ設けられているものがあった。

そのような熱交換機の一例として、携帯電話通信基地局舎内の発熱体の熱を外部に放出するための空気空気型熱交換機を、図１１に示す。この図に示す携帯電話通信基地局舎には、局舎筐体１０１内の発熱体１０２、および局舎筐体１０１に取り付けられた熱交換機１０３を有しており、熱交換機１０３は、発熱体１０２によって熱せられた局舎筐体１０１内の空気（すなわち内気）と局舎筐体１０１外の空気（すなわち外気）との熱交換を行わせる熱交換機本体１３１と、外気を吸い込んで熱交換機本体１３１に吹き出すと共に熱交換機本体１３１内の外気を局舎筐体１０１外に押し出す遠心型の外気ファン１３２と、内気を吸い込んで熱交換機本体１３１に吹き出す遠心型の内気ファン１３３と、を有している。

しかし、上記のような熱交換機においては、第１の流体にしても第２の流体にしても、その流体を導入するためのファンのみ、またはその流体を排出するためのファンのみでは、その流体の流量が不十分になってしまう場合がある。

例えば、先に例示した携帯電話通信基地局用の空気空気型熱交換機の場合、局舎５１内に設けられた電子機器等による圧損が妨げとなって、導入側のファンのみでは内気の流量が不十分となってしまい、十分な冷却性能が発揮されなくなる恐れがある。かといって、局舎５１の寸法に制約がある場合は、内気側の導入口に複数のファンや単独の大きいファンを配置することもできない。

本発明は上記点に鑑み、第１の流体を、第１の空間から導入して第１の空間に排出し、かつ、第２の流体を、第１の空間から仕切られた第２の空間から導入して第２の空間に排出することで、第１の流体と第２の流体との間の熱交換を実現させる熱交換機において、第１の流体の流量を十分なものとすることの一助となる新規な方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための請求項１に記載の発明は、第１の流体を、第１の空間から導入して前記第１の空間に排出し、かつ、第２の流体を、前記第１の空間から仕切られた第２の空間から導入して前記第２の空間に排出することで、前記第１の流体と前記第２の流体との間の熱交換を実現させる熱交換機であって、前記１の空間から前記第１の流体を導入するための導入用開口部（４１）および前記第１の空間に前記第１の流体を排出するための排出用開口部（４２）を有するケーシング（４０）と、前記第１の空間から前記導入用開口部を経由して前記ケーシング内に入る前記第１の流体の流れを主に促進する導入ファン（３３）と、前記ケーシング内から前記排出用開口部を経由して前記第１の空間へ出る前記第１の流体の流れを主に促進する排出ファン（３４）と、を備えた熱交換機である。

このような、導入用開口部のための導入ファンと、排出用開口部のための排出ファンを有する構成により、この熱交換機は、それらファンのどちらか一方のみの構成を有する場合に比べ、第１の流体の流量をより多くすることができる。

また、請求項２に記載の発明は、第１の流体を、筐体（１）によって囲まれた第１の空間から導入して前記第１の空間に排出し、かつ、第２の流体を、前記筐体の外部にある第２の空間から導入して前記第２の空間に排出することで、前記第１の流体と前記第２の流体との間の熱交換を実現させる熱交換機であって、前記１の空間から前記第１の流体を導入するための導入用開口部（４１）および前記第１の空間に前記第１の流体を排出するための排出用開口部（４２）を有するケーシング（４０）と、前記第１の空間から前記導入用開口部を経由して前記ケーシング内に入る前記第１の流体の流れを主に促進する導入ファン（３３）と、前記ケーシング内から前記排出用開口部を経由して前記第１の空間へ出る前記第１の流体の流れを主に促進する排出ファン（３４）と、を備えた熱交換機である。

このように、第１の流体が筐体の内部から導入されて当該筐体の外部に排出されるような、筐体内部の障害物による圧損によって第１の流体の流量が不十分になりがちな場合において、この構成はより好適である。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の熱交換機において、前記ケーシング内に、前記第１の流体と前記第２の流体とを熱交換させる直方体の熱交換機本体（３１）を備え、前記導入ファンおよび前記排出用開口部は、前記熱交換機本体の近傍に、かつ、前記直方体の長手方向に関する前記熱交換機本体の中央から見て互いに反対側に、設けられていることを特徴とする。

このようになっていることで、そうでない場合に比べ、熱交換機本体内の第１の流体の流量の偏りがより低減される。

なお、上記特許請求の範囲における括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的構成要素等との対応関係を示すものである。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について説明する。図１に、本実施形態に係る携帯電話通信基地局舎の構成および配置を、透過的に示す。携帯電話通信基地局舎は、局舎筐体１と、局舎筐体１内に含まれる通信装置、制御回路等の発熱体２と、局舎筐体１に取り付けられる熱交換機３と、を有している。

熱交換機３は、熱交換機本体３１、外気ファン部３２、入口側内気ファン３３、出口側内気ファン３４、これらファン３２〜３４の作動を（例えば局舎筐体１内温度に基づいて）制御する制御装置３５、およびこれらを囲むケーシング４０を有している。熱交換機３は、このような構成により、以下示す通り、発熱体２によって熱せられた局舎筐体１内の空間（第１の空間の一例に相当する）の空気（すなわち内気；第１の流体の一例に相当する）を吸入すると共に局舎筐体１内に排出し、局舎筐体１外の空間（第２の空間の一例に相当する）の空気（すなわち外気；第２の流体の一例に相当する）を吸入すると共に外部空間に排出することで、内気と外気との間の熱交換を実現させるようになっている。

熱交換機本体３１は、その底部がケーシング４０によって覆われている。ただし、その底部のケーシング４０の一部には、排出用開口部４２が設けられている。

熱交換機本体３１の外観を図２に斜視図として示す。なお図中、矢印３７の方向が、図１の奥行方向に相当し、矢印３８の方向（矢印３７と直交する）が、図１の右方向に相当し、矢印３９の方向（矢印３７および矢印３８と直交する）が、図１の上方向に相当する。熱交換機本体３１は、内気と外気とを熱交換させる熱交換コア５０と、内気および外気を熱交換コア５０に導入するとともに内気および外気を熱交換コア５０から排出する第１カバー６０および第２カバー７０を有している。

図３に、熱交換コア５０単体の斜視図を示す。アルミニウム等の熱伝導性に優れた金属材料より構成される熱交換機コア５０は、複数の平行に配置された長方形のコアプレート５１と、これらコアプレート５１間に区画形成された扁平な通路内に配置されたコルゲート型のフィン５４とを有する。これにより、隣接するコアプレート５１間に、内気が流れる内気通路５２と、外気が流れる外気通路５３が、積層方向に沿って交互に形成されることになる。

図４に、第１カバー６０および第２カバー７０の斜視図を示す。第１カバー６０は、複数のほぼ直角３角形の第１カバー隔壁６１を所定間隔ずつ離して保持して構成されている。それぞれの第１カバー隔壁６１は、コアプレート５１の積層方向に対して直交する方向に当該第１カバー隔壁６１の面が延びるようにして、コアプレート５１の積層方向に沿って複数配置、保持されている。また、第１カバー隔壁６１は、その斜辺に、上記コアプレート５１の一方の長辺に対向する形状を備える。

第２カバー７０は、複数のほぼ直角３角形の第１カバー隔壁７１を、第１カバー隔壁６１と同じ間隔ずつ離して、対応する第１カバー隔壁６１と同一面上に並ぶように保持して構成されている。また、第２カバー隔壁７１は、その斜辺に、上記コアプレート５１の他方の長辺に対向する形状を備える。

また、コアプレート５１の積層方向のｎ枚目とｎ＋１枚目（ただしｎは奇数）の第１カバー隔壁６１における、図１中右方向の縁部同士が第１カバー縦板６２によって繋がれている。そして、コアプレート５１の積層方向のｍ枚目とｍ＋１枚目（ただしｍは偶数）の第１カバー隔壁６１における、図１中上方向の縁部同士が第１カバー天板６３によって繋がれている。

また、コアプレート５１の積層方向のｎ枚目とｎ＋１枚目（ただしｎは奇数）の第２カバー隔壁７１における、図１中下方向の縁部同士が第２カバー底板７２によって繋がれている。そして、コアプレート５１の積層方向のｍ枚目とｍ＋１枚目（ただしｍは偶数）の第２カバー隔壁７１における、図１中右方向の縁部同士が第２カバー縦板７３によって繋がれている。

図５に、コアプレート５１の積層方向に垂直で、積層方向のｎ枚目とｎ＋１枚目（ただしｎは奇数）の第１カバー隔壁６１および第２カバー隔壁７１の間にある面で、熱交換機本体３１を切った断面図を示す。この図に示す通り、この断面は、第１カバー縦板６２および第２カバー底板７２を通っている。このようになっていることで、この断面を挟む第１カバー隔壁６１および第２カバー隔壁７１、ならびに第１カバー縦板６２および第２カバー底板７２によって囲まれた空間は、図１および図５の右方向の外部と、図１および図５の上方向の外部との空間を、熱交換コア５０を介して連通させる通路７４となる。

図６に、コアプレート５１の積層方向に垂直で、積層方向のｍ枚目とｍ＋１枚目（ただしｍは偶数）の第１カバー隔壁６１および第２カバー隔壁７１の間にある面で、熱交換機本体３１を切った断面図を示す。この図に示す通り、この断面は、第１カバー天板６３および第２カバー縦板７３を通っている。このようになっていることで、この断面を挟む第１カバー隔壁６１および第２カバー隔壁７１、ならびに第１カバー天板６３および第２カバー縦板７３によって囲まれた空間は、図１および図５の左方向の外部と、図１および図５の下方向の外部との空間を、熱交換コア５０を介して連通させる通路７５となる。

熱交換機本体３１がこのような構成となっていることで、熱交換機本体３１の右側から流入した空気（外気に相当することを後述する）を、通路７４を通して上方に排出すると共に、熱交換機本体３１の左側から流入した空気（内気に相当することを後述する）を、通路７５を通して下方に排出することで、熱交換コア５０を介してそれぞれの空気間の熱交換を実現させることができる。

外気ファン部３２は、熱交換機本体３１の右隣に配置されている。図７に、この外気ファン部３２の側面図を示す。外気ファン部３２は、上部、下部、および右側部（図７中手前に相当する）がケーシング４０によって囲まれた、互いに対向する２つの遠心式の外気ファン３３１、３３２から成る。ただし、上述した互いに対向する外気ファン３３１および３３２の吸い込み口は、それぞれケーシング４０の背面および前面において、局舎の外部にむき出しになっている。このようになっていることで、外気ファン部３２は、当該２つの吸い込み口から外気を吸入し（図１の矢印８０参照）、その吸入した外気を熱交換機本体３１の右側に吹き付ける。このようにして熱交換機本体３１の右側から熱交換機本体３１に入った空気は、さらに外気ファン部３２からの風圧に押されることで、上述した通り熱交換コア５０を通過して上方、すなわち局舎外部に抜ける（矢印８１参照）。

入口側内気ファン３３は、熱交換機本体３１の左隣に配置されており、その上部、下部、左側部、前部、および背面部が、ケーシング４０によって囲まれている。ただし、ケーシング４０の下部には、導入用開口部４１があり、その導入用開口部４１から入口側内気ファン３３の吸入口が局舎筐体１内部の空間に露出するようになっている。このようになっていることで、入口側内気ファン３３は、発熱体２によって熱せられた内気を吸入し（矢印８２参照）、その吸入した内気を熱交換機本体３１の左側に吹き付ける。このようにして熱交換機本体３１の左側から熱交換機本体３１に入った空気は、上述した通り熱交換コア５０を通過して、下方の排出用開口部４２に排出される（矢印８３参照）。

出口側内気ファン３４は、この排出用開口部４２の直下に吸い込み口が位置するように配置されており、その左側部、前面、背面、底部がケーシング４０によって覆われている。そして、出口側内気ファン３４の右側は、局舎筐体１内部に連通している。このようになっていることで、出口側内気ファン３４は、熱交換機本体３１内の内気を吸い出して局舎筐体１内部に吹き出す（矢印８４参照）。

なお、熱交換機３のサイズは、例えば全長（図１の紙面左右方向）１２５０ミリメートル、全幅（図１の紙面奥行方向）３２０ミリメートル、全高（図１の紙面上下方向）３５０〜４００ミリメートルとなっていてもよい。

以上のように、局舎筐体１によって囲まれた発熱体２を含む空間から導入して第１の空間に内気を排出し、かつ、外部から外気を導入して外部に排出することで、内外気の熱交換を実現させる熱交換機３が、局舎筐体１から熱交換機本体３１に内気を導入するための導入用開口部４１、熱交換機本体３１から局舎筐体１に内気を排出するための排出用開口部４２、局舎筐体１から導入用開口部４１を経由して熱交換機本体３１内に入る内気の流れを主に促進する、導入用開口部４１に近い入口側内気ファン３３、および熱交換機本体３１から内気を吸い出すことで熱交換機本体３１内から排出用開口部４２を経由して局舎筐体１内へ出る内気の流れを主に促進する、排出用開口部４２に近い出口側内気ファン３４を備えている。

このように、内気が局舎筐体１の内部から導入されて当該局舎筐体１の外部に排出されるような、局舎筐体１の電子機器等の障害物による圧損によって内気の流量が不十分になりがちな場合において、この熱交換機３は、それら出口側内気ファン３３、３４のどちらか一方のみの構成を有する場合に比べ、熱交換機本体３１内における内気の流量をより多くすることができる。このような熱交換機３の構成は、局舎の寸法に制約がある場合等、内気側のコア入り口に複数のファンや単独の大きいファンを配置できず、必要な風量と冷却性能が確保できない場合に特に有効である。また、このように内気用のファンを熱交換機本体３１の入口と出口とに設けることは、熱交換機３のみの変更で実現可能なので、局舎側に改造や構造変更などの負担がかかることがない。そして、局舎と一体になるように熱交換機３を設計して局舎に取り付けるようにすれば、熱交換機３に対する特別な配線工事が不要となり、熱交換機３の取り付け後のメンテナンスも容易となる。

また、図８の熱交換機３単体の図に示す通り、出口側内気ファン３４を、熱交換機本体３１の水平方向中心線９０よりも外気ファン部３２に近い側（すなわち水平方向中心線９０よりも入口側内気ファン３３または導入用開口部４１から遠い側）に出口側内気ファンを設置することで、そうでない場合に比べ、矢印８５〜８７に示すように、熱交換機本体３１内の内気の流速がより均一化し、それにより、熱交換機３の熱交換性能が向上する。

なお、この図８のような配置は、入口側内気ファン３３および排出用開口部４２が、熱交換機本体３１の近傍に、かつ、その熱交換機本体３１が成す直方体の長手方向に関する熱交換機本体３１の中央９０から見て互いに反対側に、設けられていると捉えることもできる。さらにこの図８のような配置は、導入用開口部４１（または入口側内気ファン３３）から排出用開口部４２までの長さは、熱交換機本体３１の最大長さの半分以上であると捉えることもできる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図９に、本実施形態に係る熱交換機３’を、図８と同じ形式で示す。本実施形態の熱交換機３’が第１実施形態の熱交換機３と異なるのは、排出用開口部４２および出口側内気ファン３４の配置である。すなわち、出口側内気ファン３４は、熱交換機本体３１の水平方向中心線９０よりも外気ファン部３２から遠い側（すなわち水平方向中心線９０よりも入口側内気ファン３３または導入用開口部４１に近い側）に設けられている。このような場合は、図９の矢印９１〜９３の太さで内気の流速を示す通り、熱交換機本体３１内で、入口側内気ファン３３に近い位置ほど流速が大きくなる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態の熱交換機が第１実施形態の熱交換機３と異なるのは、図１０に示すように、出口側内気ファン３４、外気ファン３３１および外気ファン３３２のうち少なくとも１つ（望ましくは全部）の吹き出し口の周囲が吸音材から成るスクロール９５によって囲まれていることである。

局舎の寸法制限と局舎内圧力損失に対抗するために当該ファンの回転数を上げて風量を確保する場合、騒音が問題となることがある。そのとき、このようなスクロール９５を取り付けることで、当該ファンの周囲に吹き出される空気の流れを整流し、風量や消費電力、冷却性能を悪化させずに騒音を低減することができる。

（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の範囲は、上記実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の各発明特定事項の機能を実現し得る種々の形態を包含するものである。

例えば、本発明に係る熱交換機３の適用対象としては、携帯電話基地局でなくともよく、例えば内部に発熱体を有する筐体を冷却するためのもの一般に適用できる。さらに、本発明は、２つの流体の熱交換を行うもの一般に適用可能である。

また、熱交換機本体３１における外気の入口と出口に、それぞれ外気の導入と排出を主に促進するファンを取り付けてもよい。

本発明の実施形態に係る無線基地局舎内における構成を透過的に示す図である。 熱交換機本体３１の斜視図である。 熱交換コア５０の斜視図である。 第１カバー６０および第２カバー７０の斜視図である。 熱交換機本体３１の断面図である。 熱交換機本体３１の断面図である。 外気ファン部３２の側面図である。 熱交換機３における内気の流れを示す図である。 熱交換機３’における内気の流れを示す図である。 スクロール９５が周囲に取り付けられた出口側内気ファン３４、外気ファン３３１、または３３２を示す図である。 従来の無線基地局舎における構成を透過的に示す図である。

符号の説明

１…局舎筐体、２…発熱体、３、３’…熱交換機、３１…熱交換機本体、
３２…外気ファン部、３３…入口側内気ファン、３４…出口側内気ファン、
３５…制御装置、４０…ケーシング、４１…導入用開口部、４２…排出用開口部、
５０…熱交換コア、５１…コアプレート、５２…内気通路、５３…外気通路、
５４…フィン、６０…第１カバー、６１…第１カバー隔壁、６２…第１カバー縦板、
６３…第１カバー天板、７０…第２カバー、７１…第２カバー隔壁、
７２…第２カバー底板、７３…第２カバー縦板、９０…水平方向中心線、
９５…スクロール、１０１…局舎筐体、１０２…発熱体、１０３…熱交換機、
１３１…熱交換機本体、１３２…外気ファン、１３３…内気ファン、
１３４…制御装置、３３１、３３２…外気ファン。

Claims (3)

1. 第１の流体を、第１の空間から導入して前記第１の空間に排出し、かつ、第２の流体を、前記第１の空間から仕切られた第２の空間から導入して前記第２の空間に排出することで、前記第１の流体と前記第２の流体との間の熱交換を実現させる熱交換機であって、
   前記１の空間から前記第１の流体を導入するための導入用開口部（４１）および前記第１の空間に前記第１の流体を排出するための排出用開口部（４２）を有するケーシング（４０）と、
   前記第１の空間から前記導入用開口部を経由して前記ケーシング内に入る前記第１の流体の流れを主に促進する導入ファン（３３）と、
   前記ケーシング内から前記排出用開口部を経由して前記第１の空間へ出る前記第１の流体の流れを主に促進する排出ファン（３４）と、を備えた熱交換機。
2. 第１の流体を、筐体（１）によって囲まれた第１の空間から導入して前記第１の空間に排出し、かつ、第２の流体を、前記筐体の外部にある第２の空間から導入して前記第２の空間に排出することで、前記第１の流体と前記第２の流体との間の熱交換を実現させる熱交換機であって、
   前記１の空間から前記第１の流体を導入するための導入用開口部（４１）および前記第１の空間に前記第１の流体を排出するための排出用開口部（４２）を有するケーシング（４０）と、
   前記第１の空間から前記導入用開口部を経由して前記ケーシング内に入る前記第１の流体の流れを主に促進する導入ファン（３３）と、
   前記ケーシング内から前記排出用開口部を経由して前記第１の空間へ出る前記第１の流体の流れを主に促進する排出ファン（３４）と、を備えた熱交換機。
3. 前記ケーシング内に、前記第１の流体と前記第２の流体とを熱交換させる直方体の熱交換機本体（３１）を備え、
   前記導入ファンおよび前記排出用開口部は、前記熱交換機本体の近傍に、かつ、前記直方体の長手方向に関する前記熱交換機本体の中央から見て互いに反対側に、設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の熱交換機。
   
   

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