JP2012009648A - 熱交換装置とそれを用いた発熱体収納装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、熱交換装置とそれを用いた発熱体収納装置に関するもので、装置の小型化を目的とする。
【解決手段】前面に第１環境用の第１吸気口（外気吸気口７）と第１吐出口（外気吐出口８）を設け、背面に第２環境用の第２吸気口（内気吸気口９）および第２吐出口（内気吐出口１０）を設けた本体ケース６と、この本体ケース６内に設けられ、２つの送風機を有する第１環境用送風装置（外気送風装置１２）および第２環境用送風装置（内気送風装置１３）と、本体ケース６内において第１環境の空気と第２環境の空気との熱交換を行う熱交換器１４とを備え、外気送風装置１２または内気送風装置１３は、２つの送風機の回転軸を熱交換器１４の流入面に対して斜めになるように配置し、外気吸気口７と内気吸気口９の開口面積を広く確保したものであるので、機体内部の圧力損失を低下させながら熱交換装置を小型化するものである。
【選択図】図３

Description

本発明は、熱交換装置とそれを用いた発熱体収納装置に関するものである。

例えば、携帯電話の基地局は、数十アンペア以上の電流が流れることから、ある点では発熱体とも表現される。つまり、冷却をすることがその動作を安定化させるためには極めて重要なものとなる。このような携帯電話の基地局はその冷却を行う為に次のような構成をとっている。（図１５参照）。

すなわち、発熱体となる送・受信機を収納したキャビネットと、キャビネットの開口部に装着された熱交換装置（１０１）とを備えた構成となっていた。そして、図１５に示すように、熱交換装置１０１の構造としては、外気用の第１吸込口１０７と第１吐出口１０８およびキャビネット内用の第２吸込口１０９および第２吐出口１１０を有する本体ケース１１１と、この本体ケース１１１内に設けられた外気用の第１送風機１１２およびキャビネット内用の第２送風機１１３と、前記本体ケース１１１内において室外空気とキャビネット内空気との熱交換を行う熱交換器１１４とを備えた構成となっていた。第１送風機１１２は、第１吸込口１０７と送風機自身の吸込口とが重なるように、ファン軸を第１吸込口１０７に向けて配置されている。第２送風機１１３についても同様にファン軸を第２吸込口１０９に向けて配置されている。（なお、これに類似する先行文献としては特開２０００−１６１８７５号公報）。

特開２０００−１６１８７５号公報

上記従来の熱交換装置においては、第１送風機１１２（第２送風機１１３）のファン軸を吸込口（第１吸込口１０７、第２吸込口１０９）に向けて配置されているため、送風機の外形、すなわち、直径により、図１５における高さ方向の寸法が決定され、本体ケース１１１の高さ方向の大きさが大きくなっている。また、携帯電話の基地局は小型化がすすみ、熱交換装置本体に対しても、小型化することが要求されている。

そこで、本発明は、熱交換効率を維持しつつ、機体内部の圧力損失を低下させながら熱交換装置を小型化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為に本発明は、前面に第１環境用の第１吸気口と第１吐出口を設け、背面に第２環境用の第２吸気口および第２吐出口を設けた本体ケースと、この本体ケース内に設けられた第１環境用送風装置および第２環境用送風装置と、前記本体ケース内において第１環境の空気と第２環境の空気との熱交換を行う熱交換器とを備え、前記熱交換器は、複数の板体を所定間隔離した状態で重合させた構成とし、積層方向に形成される対向する２面に第１環境用、第２環境用空気吸込口を設け、積層方向に形成される他の面の一つに第１環境用空気吹出口を設け、この第１環境用空気吹出口を設けた面と対向する面に第２環境用空気吹出口を設けたものであって、前記第１環境用送風装置または前記第２環境用送風装置は、２つの送風機の回転軸を前記熱交換器の流入面に対して斜めになるように配置し、前記第１環境用の第１吸気口と前記第２環境用の第２吸気口の開口面積を広く確保したものであり、これにより、所期の目的を達成するものである。

以上のように本発明は、第１環境用送風装置または第２環境用送風装置は、２つの送風機の回転軸を熱交換器の流入面に対して斜めになるように配置し、前記第１環境用の第１吸気口と前記第２環境用の第２吸気口の開口面積を２つの送風機の回転軸を前記熱交換器の流入面に対して垂直に配置した場合に比べて広く確保したものであるので、機体内部の圧力損失を低下させながら熱交換装置を小型化するものである。

本発明の一実施形態の設置例を示す斜視図 本発明の一実施形態の熱交換装置を示す（ａ）前面斜視図、（ｂ）背面斜視図 本発明の一実施形態の熱交換装置の側面断面図 本発明の二実施形態の熱交換装置の前面断面図 本発明の一実施形態の熱交換装置の送風装置斜視図 本発明の一実施形態の熱交換装置の送風装置（ａ）側面図、（ｂ）下面図 本発明の一実施形態の熱交換装置の内部を示す前面斜視図 本発明の一実施形態の熱交換装置の送風装置分解図 本発明の一実施形態の熱交換装置の整流板構造を示す前面斜視図 本発明の三実施形態の風向板と吸い込みガイドを示す前面斜視図 本発明の四実施形態の本体側面吸込口を示す前面斜視図 本発明の四実施形態の熱交換装置を示す（ａ）前面断面図、（ｂ）側面図 本発明の五実施形態の熱交換装置の側面断面図 従来の熱交換装置の構成図

以下、本発明の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において、１はビルディングを示し、その屋上には携帯電話の基地局２が設けられている。基地局２は箱状のキャビネット３とこのキャビネット３内に設けた送・受信機４とキャビネット３の前面開口部にドアのごとく開閉自在に設けた熱交換装置５とにより構成されている。

この熱交換装置５は、図２、図３に示すように、前面側に外気（第１環境）用の外気吸気口７（第１吸気口）と外気吐出口８（第１吐出口）を設け、背面側にキャビネット３内（第２環境、以降、内気と呼ぶ）用の内気吸気口９（第２吸気口）および内気吐出口１０（第２吐出口）を有する本体ケース６と、この本体ケース６内に設けられた外気用の外気送風装置１２と、内気用の内気送風装置１３と、本体ケース６内において外気と内気との熱交換を行う熱交換器１４とを備えている。

熱交換器１４は、略長方形の合成樹脂製の複数の板体をそれぞれ所定間隔を離した状態で重合させた構成としている。この板体の表面には、その表面をレーン状に仕切る複数の整流壁をそれぞれ設けている。板体は上下方向を長くした長方形状となっており、整流壁は、流入口となる板体の一端から他端側に向けて伸延させている。この整流壁は、前記他端側の手前で一方の長辺（流入口側の辺と鈍角で隣り合った辺）側に湾曲させる形状とし、流出口につながっている。このような板体（整流壁）によって、板体上に略Ｌ字状の複数の送風レーンができることになる。このような熱交換器１４によれば、内気（第２環境用風路）については、キャビネット３側に短い送風レーンが設けられ、外気側に長い送風レーンが設けられる。一方、外気（第１環境用風路）については、キャビネット３側に長い送風レーンが設けられ、外気側に短い送風レーンが設けられる。

このような熱交換器１４は、底面を外気側の流入口（第１流入口１４ａ）とし、外気側の流出口は、それぞれ外気吐出口８と接続されている。また、熱交換器１４では、天面を内気側の流入口（第２流入口１４ｂ）とし、内気側の流出口は、それぞれ内気吐出口１０と接続されている。

また、外気送風装置１２は、第１流入口１４ａに向けて空気を送り込むような位置に設けられ、内気送風装置１３は、第２流入口１４ｂに向けて空気を送り込むように設けられている。図４に示すように、外気送風装置１２、内気送風装置１３は、それぞれ２つの遠心型の送風機（外気送風機１２ａ、１２ｂ、および内気送風機１３ａ、１３ｂ）によって構成されている。外気送風装置１２、内気送風装置１３の詳細について、内気送風装置１３を例にして説明する。

図５、６に示すように内気送風装置１３は、１枚の送風機固定板１５Ａに２つの遠心型の内気送風機１３ａ，１３ｂが同じ面に固定されている。送風機固定板１５Ａには、内気送風機１３ａ，１３ｂの吸込み口となる円形の孔が２つ設けられている。内気送風機１３ａ，１３ｂのファン軸は、送風機固定板１５Ａに対し、鉛直となるように固定される。また、送風機固定板１５Ａには、内気送風機１３ａ、１３ｂの間を二分するように仕切板１６Ａが設けられている。このような内気送風装置１３は、図３、図４に示すように、本体ケース６内に、熱交換器１４の第２流入口１４ｂに吹出し側を向けて取り付けられる。この際、送風機固定板１５Ａに固定された２つの内気送風機１３ａ、１３ｂの回転軸が熱交換器１４の流入面に対して斜めになるように内気送風装置１３を本体ケース６内に固定する。また、内気吸気口９と送風機固定板１５Ａとの間には、空間（内気チャンバー１９）が設けられることになる。（このような構成は、外気送風装置１２についても同様である。）。

次に、熱交換装置５の作用について説明する。キャビネット３内で送・受信機４によって高温となった空気（内気）は、内気送風装置１３によって熱交換装置５の内気吸気口９から本体ケース６内へと送り込まれる。一方、冷たい外気は、外気送風装置１２の運転によって外気吸気口７から吸い込まれ、熱交換器１４の第１流入口１４ａへと送られる。熱交換器１４では、冷たい外気と高温の内気との間で熱交換が行われ、冷やされた内気は、内気吐出口１０からキャビネット３内に吐き出され、外気は、外気吐出口８より再び外気へと放出されることになる。

このような構成によれば、送風機固定板１５Ａは、本体ケース６の内気吸気口９へ向かって下り勾配を有することになる。すなわち、内気吸気口９の開口面積は、２つの内気送風機１３ａ、１３ｂの回転軸を熱交換器１４の流入面に対して垂直に配置した場合に比べて広く確保される。また、内気送風機１３ａ、１３ｂの吸込み口となる円形の孔が内気吸気口９へ向くことにより、内気吸気口９から入った内気がスムーズに内気送風機１３ａ、１３ｂへ吸い込まれることとなり圧力損失を低減させることが可能となる。

なお、本実施の形態では、内気送風装置１３について説明したが、外気送風装置１２についても同様の構成であって、同じ作用・効果を有する。さらに、外気送風装置１２側については、送風機固定板１５Ｂが外気吸気口７に向かって下がり勾配の傾斜を有することにより、外気吸気口７から本体ケース６内に外気とともに雨などの水分を吸い込んだ場合に、外気送風機１２ａ、１２ｂから吐き出された水分が送風機固定板１５Ｂからスムーズに本体ケース６底面へ流れ落ちる。また、本体ケース６底面に設けた排水穴（図示せず）から本体ケース６外へ容易に排水することが可能となる。また、外気送風装置１２あるいは内気送風装置１３については、どちらかの送風装置を別の形態の送風機（送風装置）を用いても良い。

次に、外気送風装置１２、内気送風装置１３の取付について、内気送風装置１３を例にして説明する。まず、図７に示すように、２つの内気送風機１３ａ、１３ｂが固定された送風機固定板１５Ａは、本体ケース６内の両側面に設けたガイドレール２０Ａに沿って本体ケース６内に設置される構成となっている。

このような構成によれば、内気送風装置１３の送風機固定板１５Ａは、ガイドレール２０Ａに沿って移動する。そのため、本体組立時およびメンテナンス時において、内気送風装置１３は、本体ケース６から容易に、かつ確実に着脱でき、組立性およびメンテナンス性を向上させることが可能となる。なお、本実施の形態では、内気送風装置１３について説明したが、外気送風装置１２についても同様の構成であって、同じ作用・効果を有する。

図８に示すように、送風機固定板１５Ａの内気送風機１３ａ、１３ｂ取付部にオリフィス形状の開口（オリフィス部２３Ａ）を設けた構成となっている。

このような構成によれば、送風機固定板１５Ａとオリフィス部２３Ａとを一体にして部品点数を削減し、コストダウンを図ることが可能となる。また、部品点数の削減に伴い、送風機の分解にかかる時間も短縮されるため、結果的にメンテナンス性の向上にもつながる。本実施の形態では、内気送風装置１３について説明したが、外気送風装置１２についても同様の構成であって、同じ作用・効果を有する。

図９に示すように、内気送風装置１３と熱交換器１４の間に送風機固定板１５Ａ用のガイドレールと一体となった複数個の穴が開いた多孔状の整流板２２Ａが設置される構成となっている。

このような構成によれば、本体ケース６内の両側面に設けた送風機固定板１５Ａを固定する角度は、ガイドレールによって決まる。整流板２２Ａは、ガイドレールと一体になっているため、このガイドレール取付角度を変えた場合に、常に整流板２２Ａは内気送風機１３ａ、１３ｂの回転軸と直角となる。すなわち、内気送風機１３ａ、１３ｂと整流板２２Ａとの距離が均一に維持されることにより、内気送風機１３ａ、１３ｂから吐き出た内気が整流板２２Ａ全体に広がり、圧力損失を最低限に抑えることが可能となる。本実施の形態では、内気送風装置１３について説明したが、外気送風装置１２についても同様の構成であって、同じ作用・効果を有する。

図４に示すように、内気送風機１３ａ、１３ｂのそれぞれ近傍に温度センサー２３を設け、それらにより検知した内気の温度に応じて内気送風機１３ａ、１３ｂおよび外気送風機１２ａ、１２ｂの回転数をそれぞれ制御することを可能とした構成とする。

このような構成によれば、キャビネット３内において例えば部分的に内気送風機１３ａ近傍の温度センサー２３が基準より高い温度を検知した場合に、内気送風機１３ａおよびそれと熱交換器１４を境にして上下で対となる外気送風機１２ａの回転数を上昇させて風量、つまり熱交換量を増やし、キャビネット３内のこの部分の温度を基準以下まで低下させる。そしてその後、再び回転数を下げることにより、省エネ性を考慮した効率の良い運転が可能となる。本実施の形態では、内気送風機１３ａおよび外気送風機１２ａについて説明したが、内気送風機１３ｂおよび外気送風機１２ｂについても同様の構成であって、同じ作用・効果を有する。

（実施の形態２）
第２の実施の形態は、図１０に示すように、本体ケース６の内気吐出口１０に対して、取り付け位置と角度を自由に調整できる風向板１７を設けたものである。また、内気吸気口９にキャビネット３内の空気導入ガイド２４を設けた構成とする。

このような構成によれば、内気吸気口９から吸込まれたキャビネット３内の高温の内気が熱交換器１４内で外気と熱交換をおこない、冷やされて内気吐出口１０からキャビネット３内に吐き出される際に、風向板１７によって、一部あるいはすべての風を集中的にキャビネット３内に設けた特に温度の高い送・受信機４に向かって当てることが可能となる。さらに、風向板１７の位置、大きさ、角度によって温度の高い送・受信機４へ向かって送る風の量や強さを自在に調整することも可能である。

一方、内気吸気口９に空気導入ガイド２４を設けることにより、キャビネット３内で最も発熱が多く、温度が高くなっている部分の内気を集中的に内気吸気口９から熱交換装置５へ取り込み、効率よくキャビネット３内の冷却を行うことが可能となる。

さらに、本体ケース６内には、第１の実施の形態同様、複数の内気送風機、外気送風機が納められている。この複数の内気送風機（あるいは、外気送風機）それぞれの風量を変えて運転することにより、発熱量の多い側にたくさんの風量を供給し、発熱量の少ない側には風量を押えた運転が可能である。

また、図１１に示すように、本体ケース６の外気側の面およびキャビネット３内側の面に加え、それらの面と隣り合う２つの側面にも外気吸気口７と内気吸気口９を設けた構成とする。

このような構成によると、外気吸気口７および内気吸気口９の開口面積がトータルとして広く確保されるため、外気、内気のそれぞれの風路における圧力損失が低下する。結果的に熱交換装置５の風量が増加することになって、効率的にキャビネット３内の冷却を行うことが可能となる。また、内気吸気口９側については側面も含めて広くキャビネット３内の内気を吸込むことが可能となるため、キャビネット３内の熱たまりを防止することも可能となる。

また、図１２に示す熱交換装置５は、本体ケース６の側面側に外気吸気口７を設け、２つの外気送風機１２ａ、１２ｂが固定された送風機固定板１５Ｂは２つの送風機の間をＶ字形状に曲げた構成となっている。

このような構成は、送・受信機４の配置とキャビネット３のドアの都合により、本体ケース６の外気側の面およびキャビネット３内側の面に十分な外気吸気口７と内気吸気口９を確保できないときに用いられることになる。この場合は、送風機固定板１５ＢをＶ字に曲げることによって、外気吸気口７の開口面積を広く確保することが可能となる。そして、外気送風機１２ａ、１２ｂの吸込み口となる円形の孔がそれぞれ本体ケース６の両側面の外気吸気口７へ向くことになる。従って、外気吸気口７から入った外気がスムーズに外気送風機１２ａ、１２ｂへ吸い込まれることとなり圧力損失を低減させることが可能となる。内気吸気口９を側面に設けた場合については、送風機固定板１５Ａを逆Ｖ字に曲げて、内気吸気口９の開口面積を確保することが可能になる。

さらに、外気吸気口７から本体ケース６内に外気とともに雨などの水分を吸い込んだ場合に、外気送風機１２ａ、１２ｂから吐き出された水分を送風機固定板１５Ｂの２つの送風機の間のＶ字形状の谷間へ集めることが可能となる。この構成は、例えば谷間部分に小さな排水用の穴を設けた場合に、Ｖ字の谷間から本体ケース６底面へ流れ落ち、本体ケース６に設けた排水穴から本体ケース６外へ容易に排水することが可能となる。

（実施の形態３）
次に第３の実施の形態について、図１３を用いて説明する。図１３に示すように、第３の実施の形態の熱交換装置５は、本体ケース６の底面に外気吸気口７を設け、また、本体ケース６の天面に内気吸気口９を設けた構成とする。

このような構成によると、本体ケース６の底面に外気吸気口７を設けたので、外気吐出口８に至るまでに風路は１回曲がるだけとなる。従って、風路の圧力損失を低減させることが可能となる。また、外気吸気口７の吸込み方向と外気送風装置１２の吸込み方向とがほぼ一致し、外気送風装置１２の吸込み口における風の吸込みがスムーズとなる。そのため、風路の圧力損失を低減させ、かつ、外気送風装置１２を本体ケース６の底面側へ近接させることができる。逆に、熱交換器１４と外気送風装置１２との距離を広く取ることが可能になる。従って、熱交換器１４の第１流入口１４ａにおける流れの分布が均一化され、この部分での圧力損失を低減し、同時に冷却能力を向上させることも可能となる。

ここでは、外気側について説明したが、内気吸気口９を本体ケース６の天面に設けても同様の効果が得られることになる。

さらには、外気吸気口７では、外気とともに吸い込まれた雨などの水分も本体ケース６の底面の外気吸気口７からそのまま本体ケース６外へ排出することができるため、別途排水用のドレンパンを設ける必要がなくなる。

以上のように本発明は、前面に第１環境用の第１吸気口と第１吐出口を設け、背面に第２環境用の第２吸気口および第２吐出口を設けた本体ケースと、この本体ケース内に設けられた第１環境用送風装置および第２環境用送風装置と、前記本体ケース内において第１環境の空気と第２環境の空気との熱交換を行う熱交換器とを備え、前記熱交換器は、複数の板体を所定間隔離した状態で重合させた構成とし、積層方向に形成される対向する２面に第１環境用、第２環境用空気吸込口を設け、積層方向に形成される他の面の一つに第１環境用空気吹出口を設け、この第１環境用空気吹出口を設けた面と対向する面に第２環境用空気吹出口を設けたものであって、前記第１環境用送風装置または前記第２環境用送風装置は、２つの送風機の回転軸を前記熱交換器の流入面に対して斜めになるように配置し、前記第１環境用の第１吸気口と前記第２環境用の第２吸気口の開口面積を広く確保したものであるので、機体内部の圧力損失を低下させながら熱交換装置を小型化することを目的とするものである。従って、例えば、設置面積が限られる通信機器の基地局や、その他屋外設置機器における冷却設備としてきわめて有用なものとなる。

１ ビルディング
２ 基地局
３ キャビネット
４ 送・受信機
５ 熱交換装置
６ 本体ケース
７ 外気吸気口
８ 外気吐出口
９ 内気吸気口
１０ 内気吐出口
１２ 外気送風装置
１２ａ 外気送風機
１２ｂ 外気送風機
１３ 内気送風装置
１３ａ 内気送風機
１３ｂ 内気送風機
１４ 熱交換器
１５Ａ 送風機固定板
１５Ｂ 送風機固定板
１６Ａ 仕切板
１６Ｂ 仕切板
１７ 風向板
１８ 外気チャンバー
１９ 内気チャンバー
２０Ａ ガイドレール
２０Ｂ ガイドレール
２２Ａ 整流板
２２Ｂ 整流板
２３Ａ オリフィス部
２４ 空気導入ガイド

Claims (14)

1. 前面に第１環境用の第１吸気口と第１吐出口を設け、背面に第２環境用の第２吸気口および第２吐出口を設けた本体ケースと、
   この本体ケース内に設けられた第１環境用送風装置および第２環境用送風装置と、
   前記本体ケース内において第１環境の空気と第２環境の空気との熱交換を行う熱交換器とを備え、
   前記熱交換器は、複数の板体を所定間隔離した状態で重合させた構成とし、
   積層方向に形成される対向する２面に第１環境用、第２環境用空気吸込口を設け、
   積層方向に形成される他の面の一つに第１環境用空気吹出口を設け、
   この第１環境用空気吹出口を設けた面と対向する面に第２環境用空気吹出口を設けたものであって、
   前記第１環境用送風装置または前記第２環境用送風装置は、２つの送風機の回転軸を前記熱交換器の流入面に対して斜めになるように配置し、
   前記第１環境用の第１吸気口と前記第２環境用の第２吸気口の開口面積を２つの送風機の回転軸を前記熱交換器の流入面に対して垂直になるように配置した場合に比べて広く確保した熱交換装置。
2. 前記第１環境用送風装置または前記第２環境用送風装置のそれぞれ２つの送風機を１つの送風機固定板に固定し、前記本体ケース内に設けたガイドレールに沿って前記送風機固定板を前記本体ケース内に配置した請求項１記載の熱交換装置。
3. 前記第１環境用送風装置または前記第２環境用送風装置と前記熱交換器の間に配置した複数個の穴が開いた多孔状の整流板を前記ガイドレールと一体構造とした請求項２記載の熱交換装置。
4. 前記送風機固定板の送風機取付部にオリフィス形状の開口を設けた請求項１〜３いずれか一つに記載の熱交換装置。
5. 前記第１環境用送風装置および前記第２環境用送風装置の回転数をそれぞれ制御することを可能とした請求項１〜４いずれか一つに記載の熱交換装置。
6. 前記第２環境は、内部に発熱体を有した発熱体収納装置であり、前記第２吐出口から吐き出される風の向きを調整するための風向板を前記第２吐出口に配置した請求項１〜５いずれか一つに記載の熱交換装置。
7. 前記風向板は、取り付け位置と角度の調整を可能とした請求項６記載の熱交換装置。
8. 前記第２吸気口に自由に吸い込む空気の方向を選択できる空気導入ガイドを配置した請求項６または７記載の熱交換装置。
9. 前記第１吸気口を前記本体ケース６の前記第１環境側の面と隣り合う２つの側面に配置した請求項１記載の熱交換装置。
10. 前記第２吸気口を前記本体ケース６の前記第２環境側の面と隣り合う２つの側面に配置した請求項１記載の熱交換装置。
11. 前記送風機固定板は、２つの前記送風機の間をＶ字形状に曲げた請求項２記載の熱交換装置。
12. 前記第１吸気口を前記本体ケース底面に配置した請求項１記載の熱交換装置。
13. 前記第２吸気口を前記本体ケース天面に配置した請求項１記載の熱交換装置。
14. 請求項１〜１３いずれか一つに記載の熱交換装置を用いた発熱体収納装置。

Images