JP2012015391A - 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、過度の冷却を防止することを目的とする開閉弁からの冷媒漏れおよび弁の固着を防止するものである。
【解決手段】そしてこの目的を達成するために本発明は、蒸発器８と凝縮器９を冷媒通路により環状に連結した自然循環式サーモサイフォン１０を備え、凝縮器９から蒸発器８への冷媒通路（液管４１）に開閉弁１１を設け、この開閉弁１１は、周囲の空気温度を検知して形状記憶合金製の形状記憶バネ１３と通常のバネ１２により磁石１４を上下させるセンサー部１９と磁石１４と同期して動作するように配置された磁石１５を設けた軸駆動式の板状開閉弁体１６を設けた弁部１８設けた構成とした。
【選択図】図２

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（例えば下記特許文献１）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、機能動作部収納室内に通信機と第一の送風ファンを収納する。そして、本体ケース内の冷却部収納室内には第二の送風ファンを収納する。さらに、機能動作部収納室内には自然循環式ヒートパイプの蒸発器を配置し、冷却部収納室内には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。

特開昭６０−１１３４９８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ファンの運転を停止し、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、その結果として通信機の動作が不安定になることがある。

そのため、これまでは、凝縮器から蒸発器への冷媒通路に開閉弁等を設け、冷媒能力をコントロールする方法が用いられてきた。その開閉弁としては、自然循環冷却方式を採用した環境機器として非通電式が求められるため、弁とセンサー部が一体となった機械式のバルブを使用する。冷媒については、外気変化に対して冷媒温度及び管内圧力の変化の割合が微小であるため、冷媒温度や管内圧力を検知して開閉弁をコントロールすることは困難である。そのため、管外温度をセンシングして開閉弁の制御をすることが必要となる。従来、このような開閉弁は、図１１に示すように、形状記憶バネ１０１と通常バネ１０２を使用して弁体１０４の開閉を行う構成がとられていた。このようなバルブ機構では、センサー部１０３と弁体１０４が一体となり、弁体１０４が冷媒通路を貫通する。この貫通部１０５からの冷媒漏れおよび冷媒がセンサー部１０３に回り込むことによって、センサー部１０３では、腐食が発生し、開閉弁が閉の状態で固着して、結果として収容箱内部の温度が異常高温になることが懸念されていた。

そこで本発明は、冬季などにおける過度の冷却を防止するための冷媒開閉弁においてセンサー部と弁部が冷媒通路管内外に独立した構成とさせること及び、弁の固着等による冷媒循環の完全停止を防止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の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、周囲の空気温度を検知して形状を変化させる温度検知部と、この温度検知部の形状変化に対応して冷媒流路内部で冷媒流路の開閉を行う弁体部とで構成される冷却装置である。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、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の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、周囲の空気温度を検知して形状を変化させる温度検知部と、この温度検知部の形状変化に対応して冷媒流路内部で冷媒流路の開閉を行う弁体部とで構成されるものであるので、冬季などにおける過度の冷却を防止するための弁において、センサー部への冷媒の回り込みを防止し、弁の固着等による冷媒循環の完全停止を防止することができる。

本発明の第１の実施形態の概略構成図 第１の実施の形態における開閉弁の（ａ）高温時の側断面概略図、（ｂ）低温時の側断面概略図 第２の実施の形態における開閉弁の側断面概略図 第３の実施の形態における開閉弁の（ａ）高温時の側断面概略図、（ｂ）低温時の側断面概略図 第４の実施の形態における開閉弁の（ａ）低温時の側断面概略図、（ｂ）高温時の側断面概略図 第５の実施の形態における開閉弁の側断面概略図 第６の実施の形態における開閉弁の側断面概略図 第７の実施の形態における開閉弁の側断面概略図 第８の実施の形態における冷却装置の側断面概略図 第９の実施の形態における冷却装置の側断面概略図 従来の温度検知による開閉を行う開閉弁の概略図

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は本発明を、例えば、通信装置の基地局に採用したものを示し、基地局の本体ケース１は、下方の機能動作部収納室２と、上方の冷却部収納室３とで構成されている。機能動作部収納室２内には、機能動作部として通信機４と送風ファン５が収納され、さらに、冷却部収納室３内には送風ファン６が収納されている。

図２は、センサー部１９と弁部１８が冷媒管内と外で分離している開閉弁２０の側断面概略図を示すものである。センサー部１９は、温度変化により形状記憶バネ１３と通常のバネ１２で磁石１４を上下させる構成である。弁部１８は、磁石１４と同期して上下する磁石１５を取り付けた板状開閉弁体１６によって構成されている。

図１において、冷却装置７は、蒸発器８と凝縮器９を冷媒通路により環状に連結した複数の自然循環式サーモサイフォン１０となっている。すなわち、蒸発器８の上部と凝縮器９の下部とは液管４１で接続され、蒸発器８の下部と凝縮器９の上部とは蒸気管４２で接続されている。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。そして、液管４１には開閉弁１１を設けている。

この開閉弁１１は、液管４１の管外温度により開閉動作を行わせるものであり、図２に示すようにセンサー部１９と弁部１８が独立した構成となっている。センサー部１９においては、磁石１４の上部に通常のバネ１２、下部に高温時硬化する形状記憶バネ１３が配置されている。弁部１８においては、軸１７に固定された板状開閉弁体１６を設け、板状開閉弁体１６には、センサー部１９と弁部１８の壁２１を境に磁石１４と引き合うような向きに配置された磁石１５が設けられている。

以上の構成において、その動作を説明する。例えば夏季では、機能動作部収納室２内の送風ファン５と、冷却部収納室３内の送風ファン６をともに駆動することになる。すると、機能動作部収納室２内では送風ファン５による空気の循環が行われ、その風に通信機４の熱が奪われる。そして、この温度上昇した風は、蒸発器８を通過することで冷却され、再び機能動作部収納室２内に供給される。一方、蒸発器８内では、液化した冷媒が高温の空気と熱交換してガス化することになる。

次に、蒸発器８内でガス化した冷媒は、蒸気管４２を上昇し、凝縮器９に到達する。この凝縮器９では、送風ファン６により本体ケース１に設けた通気口（図示せず）から外気が導入され、これが凝縮器９に吹きつけられ、これによりガス状態の冷媒は冷却されて液化する。そしてこの液化した冷媒は、次に液管４１を下降して再び蒸発器８に到達するのである。このようにして、冷媒の自然循環が行われるようになっている。

このような場合、すなわち、機能動作部収納室２内の温度が所定値よりも高いときには、形状記憶バネ１３が硬化し、磁石１４を押し上げられ、これと同期して磁石１５が上昇し板状開閉弁体１６は全開状態となっている。

さて季節が変わり、例えば冬季になると、通信機４の冷却がほとんど不要なので、前記冷却部収納室３内に設けた送風ファン６の運転を停止し、その冷却能力を下げることになる。ただし、機能動作部収納室２内においては、通信機４の局所的な温度上昇を避けるために、送風ファン５は運転している。

しかしながら、このように冷却部収納室３内に設けた送風ファン６の運転を停止していても、本体ケース１の通気口から前記冷却部収納室３に強い風が吹き込むと、この風で冷却部収納室３内の凝縮器９の冷却が進む。その結果として、機能動作部収納室２内の通信機４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。

そこで本実施形態では、液管４１に開閉弁１１を設け、液管４１の管外温度により、この開閉弁１１を動作させ、液管４１を閉鎖させる。具体的には、機能動作部収納室２内の温度は、所定値よりも低くなっているので、形状記憶バネ１３が軟化し、通常のバネ１２の反発力により磁石１４が押し下がることで磁石１５が下降し板状開閉弁体１６を全閉状態となる。

このように、機能動作部収納室２内の温度が低いときには、自然循環式サーモサイフォン１０の冷媒の流れが遮断される。そして、通信機４が過度に冷却されることはなく、その結果として通信機は安定して動作することになる。さらに、センサー部１９と弁部１８が完全に独立しているため冷媒漏れや弁体の固着等のトラブルを回避することができる冷却装置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３に本実施の形態の開閉弁２２の側断面概略図を示す。

図３に示すように、開閉弁２２においては、板状開閉弁体１６の軸１７を板状開閉弁体１６の重心位置よりもセンサー部１９側に設ける。このような構成によれば、磁石１５が外れる等のトラブル時においても、板状開閉弁体１６が自重により開の状態となるため、冷媒は開閉弁２２内を流れることになる。すなわち、機能動作部収納室２内部の温度が異常高温になること回避する冷却装置を得ることができる。

（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４に本実施の形態の開閉弁２３の側断面概略図を示す。

本実施の形態における開閉弁２３は、断面が「く」の字型となったくの字形弁体２５と、開閉弁２３側面に取り付けられたバイメタル製の凹凸板２６とで構成されている。くの字形弁体２５は、曲部において軸２４に固定され、その一方の辺（図４における長い辺）が冷媒流路を開閉することになる。他方の辺は、凹凸板２６に当接するように設けられ、凹凸板２６の動作（ふくらむ、へこむ）によって、くの字形弁体２５が開閉動作することになる。凹凸板２６は、低温時に膨らみ、高温時にへこむようになっている。すなわち、機能動作部収納室２内が高温のときには、凹凸板２６が凹となり、逆に機能動作部収納室２内が低温のときには、凹凸板２６は凸となる。凹凸板２６がふくらんだとき、くの字形弁体２５は、冷媒流路を閉鎖し、逆に、凹凸板２６がへこんだとき、くの字形弁体２５は、冷媒流路を開放する。

以上の構成によれば、開閉弁２３には、外部と内部を貫通する部分がなく、冷媒の漏れを回避する冷却装置を得ることができる。

（実施の形態４）
本発明の実施の形態４は、実施の形態１、３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に本実施の形態の開閉弁２７の側断面概略図を示す。

本実施の形態における開閉弁２７は、実施の形態３と同じように、断面が「く」の字型となったくの字形弁体２５と、開閉弁２３側面に取り付けられたバイメタル製の凹凸板２６とを有し、凹凸板２６の対面に低温時にへこみ、高温時に膨らむバイメタル製の凹凸板２８とで構成されている。この凹凸板２８は、くの字形弁体２５が閉鎖状態の時にくの字形弁体２５の先端に接するように設けられている。また、温度が上昇すると、くの字形弁体２５の先端を押し出すように設けられている。

以上の構成において、温度上昇時に凹凸板２６がへこんだにもかかわらず、くの字形弁体２５が固着して冷媒流路が開放されないとき、凹凸板２８がくの字形弁体２５を押し出すことで開とするため、機能動作部収納室２内部の温度が異常高温になること回避する冷却装置を得ることができる。

なお、凹凸板２８がふくらむ動作温度は、凹凸板２６がへこむ動作温度よりも高くしておくと、凹凸板２６と凹凸板２８とでくの字形弁体２５を押し合うことがなくなる。

（実施の形態５）
本発明の実施の形態５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６に本実施の形態の開閉弁２９の側断面概略図を示す。

本実施の形態における開閉弁２９は、バイメタル製の開閉板３２を開閉弁２９内外にわたって設けたものである。開閉板３２は、温度変化によって形状の変化する弁体動作部３０と温度を検知する弁体温度検知部３１とで構成されている。弁体動作部３０は高温時に曲げが生じ弁体として開となり、低温時には元に戻り弁体として閉となる。動作部３０は、冷媒通路内に配置され、弁体温度検知部３１は、開閉弁２９の外側に弁体動作部３０よりも大きな面積となるように配置されている。このような構成によれば、開閉板３２の温度は、弁体温度検知部３１の温度が支配的になり動作部３０は主に開閉弁２９の外側の温度変化の影響を受けて動作することとなる。

そして、流路の開閉を行う駆動部分（弁体動作部３０）は、開閉弁２９内にあり、貫通部分には駆動する部分がない構造のため、冷媒の漏れを回避する冷却装置を得ることができる。

また、図７に示す開閉弁３３のように、弁体温度検知部３４を折り曲げた形状とすることによって、開閉弁３３のスペースを小さく抑え、送風ファン５の空気抵抗を低減した冷却装置を得ることができる。

（実施の形態６）
第６の実施の形態は、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。

本実施の形態のでは、図８に示すように、温度検知部として、温度変化により形状記憶バネ１３と通常のバネ１２で磁石１４を上下させるセンサー部１９を用い、磁石１４と同期して上下する磁石１５を取り付けた弁体板３６を用いた開閉弁３５によって説明する。そして、液管４１の流路軸３７は、センサー部１９を設けた側面から遠ざけるように配置してある。

このような構成によれば、冷媒通路（流路軸３７）とセンサー部１９との距離が遠くなるため、管外温度を精度よく検出できることになる。

（実施の形態７）
本発明の実施の形態７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９に本実施の形態の冷却装置の側断面概略図を示す。

本実施形態においては、凝縮器９から蒸発器８への冷媒通路に開閉弁１１を設け、また、冷媒通路より通路面積が小さい開閉弁１１のバイパス通路３８を設けた構成とした。

以上の構成において、開閉弁１１が何らかの影響で閉止の状態で固着したとしても、バイパス通路より冷媒が循環することにより所定の温度より高温ではあるが機能動作部収納室２内部の温度が異常高温になること回避する冷却装置を得ることができる。

また、凝縮器９から蒸発器８への冷媒通路に並列に複数個の開閉弁１１を設けた構成とした。

以上の構成において、開閉弁１１が何らかの影響で閉止の状態で固着したとしても、並列に設けられた別の回路より冷媒が循環するため機能動作部収納室２内部の温度が異常高温になること回避する冷却装置を得ることができる。

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の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、前記凝縮器から蒸発器への冷媒通路の温度により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防止することができる。

したがって、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
５，６ 送風ファン
７ 冷却装置
８ 蒸発器
９ 凝縮器
１０ 自然循環式サーモサイフォン
１１、２０、２２、２３、２７、２９、３３、３５ 開閉弁
１２ バネ
１３ 形状記憶バネ
１４、１５ 磁石
１６ 板状開閉弁体
１７、２４ 軸
１８ 弁部
１９ センサー部
２５ くの字形弁体
２６、２８ 凹凸板
３２ 開閉板
３７ 流路軸
３８ バイパス通路
４１ 液管
４２ 蒸気管

Claims (11)

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、周囲の空気温度を検知して形状を変化させる温度検知部と、
   この温度検知部の形状変化に対応して冷媒流路内部で冷媒流路の開閉を行う弁体部とで構成される冷却装置。
2. 前記温度検知部は、バネと形状記憶合金製のバネと磁石により構成され、
   前記弁体部は、その端部が前記磁石と同期して動作するように配置された磁石を設けた軸駆動式の板状開閉弁体とした請求項１記載の冷却装置。
3. 前記板状開閉弁体は、その重心位置よりも前記磁石側に軸を設けた請求項２記載の冷却装置。
4. 前記弁体部は、回転軸部分で折れ曲がるようにして設けられた軸駆動式のくの字形弁体であり、
   前記温度検知部は、前記開閉弁外郭に設けられ、温度変化で凹凸変化するバイメタルの板とし、
   前記温度検知部は、前記くの字形弁体の冷媒流路の開閉部側でない面と接するように設けた請求項１記載の冷却装置。
5. 前記温度検知部を設けた前記開閉弁の外郭の対向面側に、前記温度検知部とは逆動作となるバイメタル板の第二温度検知部を設けた請求項４記載の冷却装置。
6. 前記温度検知部と前記弁体部は、一体にバイメタル板で構成し、
   前記温度検知部となるバイメタル板の面積は、前記弁体部となるバイメタル板の面積よりも大きくなるようした請求項１記載の冷却装置。
7. 前記温度検知部は、前記開閉弁の外郭の外側で折り曲げた請求項６記載の冷却装置。
8. 前記液管の冷媒流路軸は、前記温度検知部を設けた側面から遠ざけるようにした請求項１〜７いずれか一つに記載の冷却装置。
9. 前記液管に前記開閉弁を迂回するようにバイパス通路を設けた請求項１〜７いずれか一つに記載の冷却装置。
10. 前記液管に分岐部を設けて複数の経路を設け、各経路に開閉弁を設けた請求項１〜７のいずれか一つに記載の冷却装置。
11. 機能動作部収納室と冷却部収納室を有する本体ケースと、
    前記機能動作部収納室内に機能動作部と第一の送風ファンとを収納し、
    前記冷却部収納室内に第二の送風ファンを備え、
    さらに、前記機能動作部収納室内に蒸発器が配置され、前記冷却部収納室内に凝縮器が配置されるように請求項１から１０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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