JP2012009646A - 冷却装置およびこれを用いた電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は冷却装置およびこれを用いた電子機器に関するもので、過度の冷却を防止し、高温時の性能を安定することを目的とするものである。
【解決手段】蒸発器８と凝縮器９を、蒸発器８の下部と凝縮器９の下部とを接続する液管１０と、蒸発器８の上部と凝縮器９の上部とを接続する蒸気管１１とにより環状に連結し、液管１０の経路に開閉弁１４を設け、この開閉弁１４は、蒸発器８を通過した空気の温度を検知して開閉動作を行うにより開閉動作を行う構成とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷却装置およびこれを用いた電子機器に関するものである。

電子機器、例えば、通信装置の基地局は、雨風から通信機を保護するために、この通信機を本体ケース内に収納させている。そして、この通信機の動作に伴う発熱によって、基地局の本体ケース内は高温になることが知られている。この基地局内を冷却する装置として、従来の冷却装置としては、例えば、コンプレッサを用いた強制循環式のヒートポンプを設け、その蒸発器で通信機の熱を吸収し、蒸発器により本体ケース外に熱を放出することで、通信機の冷却を行っていた。

しかしながら、強制循環式のヒートポンプではコンプレッサの運転に伴う電力消費が大きくなるので、そこに自然循環式ヒートパイプを用いることが検討されている。

つまり、本体ケースを機能動作部収納室と冷却部収納室に分離し、前記機能動作部収納室内に通信機と第一の送風機を収納させ、前記本体ケース内の前記冷却部収納室内には第二の送風機を収納させる。そして、その状態で、前記機能動作部収納室内に自然循環式ヒートパイプの蒸発器を配置し、前記冷却部収納室内に自然循環式ヒートパイプの凝縮器を配置するものである。（例えば、特許文献１）。

このような自然循環式ヒートパイプを用いた冷却装置は、前記機能動作部収納室内の第一の送風機を駆動させて通信機の発熱で高温になった空気（内気）を蒸発器に通じる。そして、蒸発器内では冷媒がガス化し、高温の内気を冷却する。蒸発した冷媒は、上昇して冷却部収納室内の凝縮器に到達する。この凝縮器には、第二の送風機から冷たい空気が送風され、凝縮機内の冷媒が冷却・液化される。このようにして、冷媒が自然循環式ヒートパイプ内を循環するものである。

特開平７−１２０１７８号公報

このような自然循環式ヒートパイプの冷却装置は、コンプレッサの運転が不要で、その分消費電力を下げることができる。しかし、このように消費電力が小さいことで評価されるものも、例えば冬季においては通信機を過度に冷却することが課題となっている。

その対策として、前記冷却部収納室内に設けた第二の送風機の運転を停止し、その冷却能力を下げることが行われているが、本体ケース外から入り込んでくる風によって冷却部収納室内の凝縮器の冷却が行われることになる。その結果、機能動作部収納室内の通信機が過度に冷却され、通信機の動作が不安定になることがある。

このような冷媒の不要循環に対して、これまでに自動車エンジンの排熱装置（例えば特許文献１）では冷媒循環回路の液管路側に開閉弁を設ける装置が開発されている。これは冷媒回路とは別に存在する冷却水流路内の温度を検知する温度センサーの信号により、電気的に開閉弁を接続し、冷却水の温度が所定温度以上になると、エンジンの排気ガスの熱を冷却水側に回収する排熱回収が停止されるといった構造を持つ。

しかし、このような構造においても室内における実際の温度と冷媒通路温度（圧力）の整合性を図ることが難しく、適正な弁の開閉が行われずに、そのため内部の異常な温度上昇によって電子機器を破損してしまう恐れがある。

そこで本発明は、例えば冬季などにおける過度の冷却を正確な温度検知により防止することで電子機器の性能を保証することを目的とするものである。

そして、この目的を達成するために本発明は、蒸発器と凝縮器を、前記蒸発器の下部と前記凝縮器の下部とを接続する液管と、前記蒸発器の上部と前記凝縮器の上部とを接続する蒸気管とにより環状に連結した自然循環式サーモサイフォン方式の冷却装置において、前記液管の経路に開閉弁を設け、この開閉弁は、前記蒸発器を通過した空気の温度を検知して開閉動作を行うものである。

以上のように本発明は、蒸発器と凝縮器を冷媒通路により環状に連結した自然循環式ループ型サーモサイフォンを備え、前記凝縮器から蒸発器への冷媒通路に開閉弁を設け、この開閉弁は、前記蒸発器の下流側の空気温度によって開閉動作を行わせる構成としたものであるので、例えば冬季などにおける過度の冷却を正確に防止することができる。

本発明の実施の形態１の冷却装置の概略構成図 同開閉弁を設けた側面図 同開閉弁温度検知器を設けた正面図 同オリフィスを設けた側面図 同整流板を設けた側面図

以下、本実施の形態について図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態を示す概略構成図である。図１では、電子機器の一例として、通信装置の基地局を示したものである。この基地局は、本体ケース１の内部に、下方の機能動作部収納室２と、上方の冷却部収納室３を備えたものである。

機能動作部収納室２内には、機能動作部として通信機４と室内送風機５が収納され、さらに、冷却部収納室３内には室外送風機６が収納されている。冷却装置７は、蒸発器８と凝縮器９を液管１０と蒸気管１１により環状に連結した自然循環式サーモサイフォン方式による冷媒回路１２を構成している。蒸発器８は機能動作部収納室２に配置され、凝縮器９は冷却部収納室３内に配置されている。室内送風機５は、機能動作部収納室２内で発生した高温の空気（室内循環空気１５）を蒸発器８を通して循環させている。凝縮器９から蒸発器８への液管１０にはそれぞれ開閉弁１４を設けている。室外送風機６は、冷たい外気（室外空気１６）を凝縮器に通すように送風する。そして、室内循環空気１５と室外空気１６は、冷却部収納室３と機能動作部収納室２とを仕切る中央の仕切り１３を挟んで対向する形で送風されている。

上記構成により、室内送風機５を運転したときの室内循環空気１５は、蒸発器８を通過後に最も低温状態となる。開閉弁１４は、蒸発器８から出てくる室内循環空気１５が冷やされすぎないように、蒸発器８を通過後の室内循環空気１５の温度を感知して開閉動作を行わせるもので、確実に過冷却を防止することが可能となる。開閉弁１４は、温度を検知して開閉動作をするものであれば、電機式でも機械式でもどちらでも構わない。

また、従来までの冷媒の温度や圧力差を利用した開閉制御の構造と比較しても、空気温度による開閉制御では、冷媒温度や圧力差などといった内部挙動による影響を受けないために、誤作動を起こしにくいという効果が得られる。

更に、冷却装置７に複数の冷媒回路１２を備えた場合でも、各冷媒回路１２ごとに蒸発器８の受熱温度によって冷媒の内部状態が異なるが、空気温度で開閉制御を行うことで、冷媒の状態に影響を受けず、同一設定の開閉弁１４を用いた冷却装置７を得ることができる。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２は実施の形態１と同一部分については同一符号を付し、詳細な説明は省略する。

図２に、本実施の形態２の開閉弁１４の設置位置を示した概略側面図を示す。

図２に示すように、複数のループ型サーモサイフォン方式の冷媒回路１２の凝縮器９から蒸発器８への冷媒通路にそれぞれ設置した開閉弁１４は、蒸発器８から出てくる空気の下流側に設けられた液管１０の蒸発器寄り（下方）に設ける。これにより開閉弁１４は、蒸発器８の下方を通過する風を温度検知することが可能となる。これは、凝縮器９で凝縮された低温冷媒が、まず蒸発器８の入口となる下部で熱交換を行うことから、蒸発器８の入口側、すなわち下部は機能動作部収納室２内で最も低温状態となる。そのため、蒸発器８の入口近辺を通過する室内循環空気１５を検知して開閉動作を制御することにより、通信機４の過冷却を抑制する効果が得られる。

また、蒸発器８の構成部品であるフィンが蒸発器８の傾斜設置によって上方を向いていることから、蒸発器８から室内送風機５間の風の流れは上部を通過しやすく、風速も早い傾向にあり、開閉弁１４が上方に備えられた場合はその存在が抵抗となり、内部風量の低下に繋がる恐れもあるため、開閉弁１４を下方に設置することでその通気抵抗を低減することが可能となる。

（実施の形態３）
本発明の実施の形態３は実施の形態１と同一部分については同一符号を付し、詳細な説明は省略する。

図３に、本実施の形態３の開閉弁１４の設置位置を示した概略正面図を示す。

図３に示すように、本体ケース１の機能動作部収納室２側に備えられた複数個の室内送風機５に対し、その吸込口となる送風機開口１７の中央付近に開閉弁１４の温度検知器１８を配置している。本体ケース１に備えられた室内送風機５の吸込み口中央で温度を感知することで、蒸発器８を通過した直後に存在する温度ムラが解消された空気温度による制御が可能となり、冷却性能の安定性を向上することができる。

（実施の形態４）
本発明の実施の形態４は実施の形態１と同一部分については同一符号を付し、詳細な説明は省略する。

図４に、本実施の形態４のオリフィス１９の設置位置を示した概略側面図を示す。

図４に示すように、本体ケース１の機能動作部収納室２側に備えられた複数個の室内送風機５に対し、その開口に合わせたオリフィス１９を冷却装置７の蒸発器８の空気出口側に配置する。オリフィス１９を冷却装置７側の開閉弁１４及び温度検知器１８の手前に設置することで、蒸発器８の空気出口側の空気を整流化し、オリフィス１９の開口と温度検知器１８の距離が近いことから、検知温度と通信機４に送り込まれる室内循環空気１５の温度がほとんど等しくなるため、より正確な制御が可能となり、冷却性能の安定性を向上することができる。

（実施の形態５）
本発明の実施の形態５について、図５を用いて説明する。実施の形態１と同一部分については同一符号を付し、詳細な説明は省略する。図５は、本実施の形態５の機能動作部収納室側に整流板２０を設置した際の概略側面図を示す。

図５に示すように、通信機４を通過して高温となった室内循環空気１５を流入させる蒸発器８の手前に、整流板２０を配置している。これは発熱体である通信機４から蒸発器８の入り口の間に整流板２０を配置することで、蒸発器８に流入する室内循環空気１５を整流し、局所的に生じる温度ムラを改善することが可能となり、冷却性能の安定化が図れる。

以上のように本発明は、蒸発器と凝縮器を、前記蒸発器の下部と前記凝縮器の下部とを接続する液管と、前記蒸発器の上部と前記凝縮器の上部とを接続する蒸気管とにより環状に連結し、前記液管の経路に開閉弁を設け、この開閉弁は、前記蒸発器を通過した空気の温度を検知して開閉動作を行うものであるので、例えば冬季や寒冷地などにおける過度の冷却を正確に防止することができるため、各種電子機器の冷却装置として広く活用が期待される。

１ 本体ケース
２ 機能動作部収納室
３ 冷却部収納室
４ 通信機
５ 室内送風機
６ 室外送風機
７ 冷却装置
８ 蒸発器
９ 凝縮器
１０ 液管
１１ 蒸気管
１２ 冷媒回路
１３ 仕切り
１４ 開閉弁
１５ 室内循環空気
１６ 室外空気
１７ 送風機開口
１８ 温度検知器
１９ オリフィス
２０ 整流板

Claims (6)

1. 蒸発器と凝縮器を、
   前記蒸発器の下部と前記凝縮器の下部とを接続する液管と、
   前記蒸発器の上部と前記凝縮器の上部とを接続する蒸気管とにより環状に連結した自然循環式サーモサイフォン方式の冷却装置において、
   前記液管の経路に開閉弁を設け、
   この開閉弁は、前記蒸発器を通過した空気の温度を検知して開閉動作を行う冷却装置。
2. 前記開閉弁は、前記液管の前記蒸発器側によせて設けた請求項１に記載の冷却装置。
3. 前記蒸発器は、発熱体を収納する機能動作部収納室に配置し、
   前記機能動作部収納室側に送風機を設け、
   前記開閉弁の温度感知器は、前記送風機の吸込口の中央付近に設けた請求項１または２に記載の冷却装置。
4. 前記送風機の吸込口には、その開口に合わせてオリフィスを設けた請求項３に記載の冷却装置。
5. 前記蒸発器には、その上流側に整流板を設けた請求項１〜４いずれか一つに記載の冷却装置。
6. 請求項１から５のいずれか一つに記載の冷却装置を備えた電子機器。

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