JP2013065913A - 発熱体収納装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、発熱体収納装置に関するもので、冷却能力を向上させ、小型化することを目的とするものである。
【解決手段】内部を仕切板１６によって放熱部１７と発熱部１８の区画に区分し、この２発熱部１８は発熱体素子２２を設け、放熱部１７は、発熱体素子２２から発生した熱を熱移動手段２５で集めて放出する放熱板２４を設け、仕切板１６には、発熱部１８と放熱部１７とを連通する開口１９を設け、熱移動手段２５は、仕切板１６を貫通して発熱体素子２２と放熱板２４を連絡し、空気取入口１０ａから取り入れた空気が、発熱部１８、開口１９の順で通過し、放熱部１７で吸熱した後に空気排出口９ａから外部に送出されるものであるので、冷却能力を向上させ、小型化することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、熱交換装置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１３参照）。

すなわち、図示しないが、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冷却装置である熱交換装置（１０１）とを備えた構成となっていた。そして、図９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。（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

上記従来の冷却装置においては、キャビネット内に配置された発熱体素子（例えば、半導体）自体の周囲温度を所定の温度以下に保つために、大きな風量の冷却空気を流さなくてはならなかった。すなわち、高温環境を嫌う発熱体素子がキャビネット内で分散して配置されているので、小さな風量では、配置された場所によっては冷却空気が発熱体の発熱によって高温になってしまい、冷却できない発熱体素子ができてしまうことになる。従って、キャビネット内のどの場所でも所定の温度以下に保つために、従来は冷却装置の風量を大きくすることで冷却を行っていた。そのため、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は大きな能力を有する送風機を用いることとなり、結果として冷却装置の大型化をまねいていた。

そこで、本発明は、キャビネット内で熱移動をさせて冷却すべき場所を集中させることで、発熱体素子が他の発熱体に及ぼす影響を小さくし、キャビネットの排出空気を従来に比べ高温とし、冷却装置の冷却能力を向上することで、冷却装置を小型化し、結果とし て、発熱体収納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、空気取入口と空気排出口を有し、内部を仕切板によって２つの区画に区分したキャビネットと、この２つの区画の一方の区画は、電子回路を搭載した発熱体を設けた発熱部とし、他方の区画には、放熱板を設け、前記発熱体から発生した熱を集めて放出する放熱部とし、前記空気取入口は、前記発熱部の外壁に設け、前記仕切板には、前記発熱部と前記放熱部とを連通する開口を設け、前記発熱体には、発生する熱を吸収して移動させる熱移動手段を設け、この熱移動手段は、前記仕切板を貫通して前記発熱体と前記放熱板を連絡した構成の発熱体収納装置であって、前記空気取入口から取入れた空気が、前記発熱部、前記開口の順で通過し、前記放熱部で吸熱した後に前記空気排出口から外部に送出されるものであり、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、空気取入口と空気排出口を有し、内部を仕切板によって２つの区画に区分したキャビネットと、この２つの区画の一方の区画は、電子回路を搭載した発熱体を設けた発熱部とし、他方の区画には、放熱板を設け、前記発熱体から発生した熱を集めて放出する放熱部とし、前記空気取入口は、前記発熱部の外壁に設け、前記仕切板には、前記発熱部と前記放熱部とを連通する開口を設け、前記発熱体には、発生する熱を吸収して移動させる熱移動手段を設け、この熱移動手段は、前記仕切板を貫通して前記発熱体と前記放熱板を連絡した構成の発熱体収納装置であって、前記空気取入口から取入れた空気が、前記発熱部、前記開口の順で通過し、前記放熱部で吸熱した後に前記空気排出口から外部に送出されるものであるので、前記排出口からの吹出し空気温度を従来に比べ高くするこができ、冷却能力を向上させることができる。すなわち、本発明においては、熱移動手段によって、上流に位置する発熱体素子の影響で下流に位置する発熱体素子の周囲温度が上がることを抑制することができるため、キャビネットの排出空気を従来に比べ高温とすることができ、冷却装置の冷却能力を向上することができるため、冷却装置を小型化することができ、結果として、発熱体収納装置を小型化することを目的とするものである。

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発熱体収納装置の分解斜視図 本発明の一実施形態の発熱体収納装置（キャビネット側）の断面図 本発明の一実施形態の発熱体収納装置に用いる基板の斜視図 本発明の一実施形態の発熱体収納装置に用いる基板の取付図 本発明の一実施形態の発熱体収納装置の放熱部の斜視図 本発明の一実施形態の発熱体収納装置に用いる基板の斜視図 本発明の一実施形態の発熱体収納装置に用いる基板のフランジ部の斜視図 本発明の一実施形態の発熱体収納装置に用いる基板のフランジ部の斜視図 本発明の第２の実施形態の発熱体収納装置の分解斜視図 本発明の第２の実施形態の発熱体収納装置（キャビネット側）の断面図 本発明の第２の実施形態の発熱体収納装置の放熱部の斜視図 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２には、携帯電話の基地局となる発熱体収納装置３が設けられている。発熱体収納装置３は箱状のキャビネット４とこのキャビネット４内に設けた送・受信機５と前記キャビネット４の前面開口部にドアのごとく開閉自在に設けた冷却装置６とにより構成されている。

図２は、発熱体収納装置３の内部構成を説明するための分解図である。冷却装置６は、図２に示すように、外気（第１環境）用の第１吸気口７と第１吐出口８およびキャビネット４内（第２環境、以降、内気と呼ぶ）用の第２吸気口９および第２吐出口１０を有する本体ケース１１と、この本体ケース１１内に設けられた外気用の第１送風ファン１２、およびキャビネット４内、すなわち内気用の第２送風ファン１３と、前記本体ケース１１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。第１送風ファン１２、熱交換器１４、第２送風ファン１３は、この順で下からほぼ一列に並んで配置されている。

詳細には図示しないが、熱交換器１４は、長方形状で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。この重合された板体の間に、第１環境の空気（外気）、第２環境の空気（内気）とを交互に流し、冷たい外気と温かい内気の間で熱交換を行うものである。

さて、以上のような冷却装置６によれば、キャビネット４内で送・受信機５によって高温となった空気（内気）は、冷却装置６の第２吸気口９から第２送風ファン１３に吸引される。第２送風ファン１３から吹き出された空気は、熱交換器１４へと送られる。一方、冷たい外気は，第１送風ファン１２の運転によって第１吸気口７から吸い込まれ、さらに、熱交換器１４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、第２吐出口１０からキャビネット４内に吹き出され、外気は、第１吐出口８より再び外気へと放出されることになる。

次に、キャビネット４内の構成について説明する。図３に示すように、キャビネット４内には、基板上に設けられた送・受信機５が、基板面を縦にして冷却装置６側（ドア側）から差し込むようにして設けられ、複数の基板が略平行に並んでいる。キャビネット４の冷却装置６側には、冷却装置６の第２吸気口９と連通する空気排出口９ａと、冷却装置６の第２吐出口１０と連通する空気取入口１０ａが設けられている。キャビネット４内は、キャビネット４の背面１５側、すなわち、冷却装置６とは対面となる側（放熱部１７）と、送・受信機５を設けた部分（発熱部１８）を区画する仕切板１６を設ける。仕切板１６は、放熱部１７と発熱部１８を完全に区画するものではなく、その下部に放熱部１７と発熱部１８とを連通する開口１９を設ける。放熱部１７の上部には、キャビネット４内の空気を循環させる第１の循環ファン２０が設けられており、空気排出口９ａ（冷却装置６の第２吸気口９）へと連絡している。一方、発熱部１８の上部にもキャビネット４内の空気を循環するため、第２の循環ファン２１が設けられ、空気排出口９ａ（冷却装置６の第２吸気口９）へと連絡している。

送・受信機５が設けられた基板２８は、図４に示すように、高温となる発熱体素子２２が設けられた基板本体２３と、放熱板２４と、発熱体素子２２から発生する熱を受け取って放熱板２４へと導く熱移動手段２５とで構成されている。熱移動手段２５には、例としてヒートパイプが用いられる。熱移動手段２５には、断熱処理を施し、発熱部１８内に熱を逃がさないようにする。基板２８は、図５に示すように、放熱板２４側を奥側にしてキャビネット４の開口側から挿入する。仕切板１６には、基板挿入孔２６が設けられ、この基板挿入孔２６に放熱板２４を貫通させる。こうして、放熱部１７に放熱板２４が配置され、発熱部１８に基板本体２３が配置されるようになる。放熱板２４は、図６に示すように、上下方向に平行になるように、放熱部１７に突き出して設けられる。

上記構成において、キャビネット４内の空気の流れを説明する。冷却装置６において冷却された空気はキャビネット４の空気取入口１０ａ（第２吐出口１０）からキャビネット４内の発熱部１８に送り込まれる。発熱部１８では、第２の循環ファン２１によって、この冷却空気の一部が上昇し、そのまま発熱部１８内の冷却を行い、空気排出口９ａ（冷却装置６の第２吸気口９）へと送られることになる（第１の送風経路）。一方、発熱部１８に流入した空気の残りは、第１の循環ファン２０の運転によって、仕切板１６の下に設けられた開口１９から放熱部１７へと吸い込まれる。この冷却空気は、放熱部１７を上昇し、第１の循環ファン２０から空気排出口９ａ（冷却装置６の第２吸気口９）へと送られることになる（第２の送風経路）。一方で、熱移動手段２５は、発熱体素子２２から発生した熱を放熱板２４へと移動して、放熱部１７は高温となっている。この高温となった放熱部１７に吸い込まれた冷却空気が通過することによってキャビネット４内の冷却を行うものである。

このように、キャビネット４内で送・受信機５の発熱体素子２２から発生する熱の大部分は、熱移動手段２５によって放熱部１７に集められ、その放熱部１７において冷却空気により冷却されるため、上流に位置する発熱体素子２２の影響による下流に位置する発熱体素子２２の周囲温度上昇を抑制することができるとともに、放熱部１７の下流に発熱体素子２２が存在しないため放熱部１７の下流における温度は従来のキャビネットに比べ高温とすることができ、空気排出口９ａから冷却装置６に供給されるキャビネット４内空気を従来に比べ高温とすることができる。よって、冷却装置６において、内気と外気の温度差が大きくなることで、冷却能力が向上し、冷却装置６を小型化することができ、結果として、発熱体収納装置３を小型化することができる。

また、図７では、送・受信機５が設けられた基板本体２９が、熱移動機能を備えたものになっている。基板本体２９上の発熱体素子２２は、伝熱しやすいよう基板本体２９と密着している。基板本体２９には、その先端に放熱板２４が設けられている。このような構成によれば、基板本体２９全体に熱を受けることができるため、放熱効果が高くなる効果がある。

また、図８に示すように、放熱板２４と基板２８との間には、フランジ２７が設けられ、基板挿入孔２６と接合するようにする。フランジ２７の周囲には、パッキンを設けて基板挿入孔２６と密着嵌合させ、放熱部１７と発熱部１８との間を仕切っても良い。

また、図９に示すように、フランジ２７の外周と基板挿入孔２６の内周とが勘合するようにしても良い。さらには、フランジ２７の外周側は、放熱部１７側を小さくしたテーパー型としてもよい。このテーパーは、基板２８を押し込むことによって、フランジ２７が基板挿入孔２６に密着して嵌合することになる。また、このテーパーを設けたフランジ２７は、金属製とするとよい。金属製のフランジ２７は、発熱部１８、放熱部１７の温度上昇によって膨張し、基板挿入孔２６との嵌合密度がより強固になる。

本実施の形態では、放熱部１７側に設けられた第１の循環ファン２０と、発熱部１８側に設けられた第２の循環ファン２１を別に設けることとしたが、放熱部１７と発熱部１８の風路が合流した後の空気排出口９ａ（第２吸気口９）近傍に、循環ファンを設けても良い。

（実施の形態２）
図１０〜１２を用いて、本発明の第２の実施の形態について説明する。

図１０は、第２の実施の形態による発熱体収納装置３の分解図である。冷却装置６の構成は第１の実施の形態と同じであるので、その説明は省略する。

図１０〜１２に示すように、キャビネット４内には、第１の実施の形態と同様、基板上に設けられた送・受信機５が、基板面を縦にして冷却装置６側（ドア側）から差し込むようにして設けられ、複数の基板が略平行に並んでいる。キャビネット４の冷却装置６側には、冷却装置６の第２吸気口９と連通する空気排出口９ａと、冷却装置６の第２吐出口１０と連通する空気取入口１０ａが設けられている。キャビネット４内は、キャビネット４の背面１５側、すなわち、冷却装置６とは対面となる側（放熱部１７）と、送・受信機５を設けた部分（発熱部１８）を区画する仕切板１６を設ける。仕切板１６は、放熱部１７と発熱部１８を完全に区画している。放熱部１７の下側のキャビネット４の壁面には、外部から空気を吸い込む放熱部吸込口３０が設けられている。放熱部１７の上側のキャビネット４の壁面には、外部へ空気を排出する放熱部排出口３１が設けられている。さらに、放熱部排出口３１の上流側には、放熱部ファン３２が設けられている。

上記構成によれば、送・受信機５から発生した熱は、熱移動手段（図１０〜１２では図示せず）によって放熱部１７に集められる。すなわち、送・受信機５を備えた発熱部１８は、外部と完全に隔離された状態になり、塵埃等が浸入しない状態となる。熱が集められた放熱部１７には、放熱部ファン３２の運転により、放熱部吸込口３０から外部の冷たい空気が吸い込まれる。この冷たい空気は放熱板２４から熱を奪うことによって放熱部１７の冷却が行われる。放熱部１７を通過した空気は放熱部排出口３１から再び外部へと放出される。

仕切板１６には、第１の実施の形態同様、基板挿入孔２６が設けられており、この基板挿入孔２６に基板２８（放熱板２４）を通し、フランジで仕切板１６と接合している。

本発明は、空気取入口と空気排出口を有し、内部を仕切板によって２つの区画に区分したキャビネットと、この２つの区画の一方の区画は、電子回路を搭載した発熱体を設けた発熱部とし、他方の区画には、放熱板を設け、前記発熱体から発生した熱を集めて放出する放熱部とし、前記空気取入口は、前記発熱部の外壁に設け、前記仕切板には、前記発熱部と前記放熱部とを連通する開口を設け、前記発熱体には、発生する熱を吸収して移動させる熱移動手段を設け、この熱移動手段は、前記仕切板を貫通して前記発熱体と前記放熱板を連絡し、前記空気取入口から発熱部を通過し、前記空気排出口へと送る第１の送風経路と、前記空気取入口から前記開口を通過し、前記放熱部で吸熱した後に前記空気排出口から外部に送出される第２の送風経路を有するものであるので、熱交換効率を向上させることができる。すなわち、本発明においては、熱移動手段によって、キャビネット内で高温となる部分を放熱部に集中して設けることになるので、内部に発熱する機器を設けたキャビネット、部屋などの冷却に有用である。

１ ビルディング
２ 屋上
３ 発熱体収納装置
４ キャビネット
５ 送・受信機
６ 冷却装置
７ 第１吸気口
８ 第１吐出口
９ 第２吸気口
９ａ 空気排出口
１０ 第２吐出口
１０ａ 空気取入口
１１ 本体ケース
１２ 第１送風ファン
１３ 第２送風ファン
１４ 熱交換器
１５ 背面
１６ 仕切板
１７ 放熱部
１８ 発熱部
１９ 開口
２０ 第１の循環ファン
２１ 第２の循環ファン
２２ 発熱体素子
２３ 基板本体
２４ 放熱板
２５ 熱移動手段
２６ 基板挿入孔
２７ フランジ
２８ 基板
２９ 基板本体
３０ 放熱部吸込口
３１ 放熱部排出口
３２ 放熱部ファン

Claims (13)

1. 空気取入口と空気排出口を有し、内部を仕切板によって２つの区画に区分したキャビネットと、この２つの区画の一方の区画は、電子回路を搭載した発熱体を設けた発熱部とし、他方の区画には、放熱板を設け、前記発熱体から発生した熱を集めて放出する放熱部とし、前記空気取入口は、前記発熱部の外壁に設け、前記仕切板には、前記発熱部と前記放熱部とを連通する開口を設け、前記発熱体には、発生する熱を吸収して移動させる熱移動手段を設け、この熱移動手段は、前記仕切板を貫通して前記発熱体と前記放熱板を連絡した構成の発熱体収納装置であって、前記空気取入口から取入れた空気が、前記発熱部、前記開口の順で通過し、前記放熱部で吸熱した後に前記空気排出口から外部に送出される発熱体収納装置。
2. 前記キャビネットに併設し、前記空気排出口から吹き出した空気を冷却した後に前記空気取入口に送り込む冷却装置を設けた請求項１に記載の発熱体収納装置。
3. 前記発熱体は、電子部品を搭載した回路基板であって、前記熱移動手段は、一方をこの回路基板上の高発熱部品に接触させ、他方を前記放熱板に接触させた請求項１または２に記載の発熱体収納装置。
4. 前記熱移動手段は、ヒートパイプであることを特徴とする請求項１〜３いずれかひとつに記載の発熱体収納装置。
5. 前記発熱部における前記熱移動手段に断熱処理を施した請求項１〜４いずれかひとつに記載の発熱体収納装置。
6. 前記発熱体は、前記熱移動手段と前記放熱板とを一体にして構成され、前記仕切板には放熱板貫通孔を設け、前記発熱体は、前記放熱板貫通孔に前記発熱部側から貫通して設置する請求項１〜５いずれかひとつに記載の発熱体収納装置。
7. 前記発熱体に、前記放熱板貫通孔を塞ぐようにフランジ接合する仕切板接合板を設け、前記仕切板に密着して接合する請求項６記載の発熱体収納装置。
8. 前記仕切板接合板と前記仕切板との接合面にパッキンを設けた請求項７記載の発熱体収納装置。
9. 前記発熱体に、仕切板嵌合板を設け、この仕切板嵌合板が前記放熱板貫通孔に嵌合して固定される請求項６記載の発熱体収納装置。
10. 前記仕切板嵌合板の周囲にパッキンを設けた請求項９記載の発熱体収納装置。
11. 前記仕切板嵌合板は金属である請求項９または１０記載の発熱体収納装置。
12. 前記発熱体は、基板上に電子回路を搭載したものであって、鉛直方向に平行かつ前記空気取入口に直交するように配置したことを特徴とする請求項１〜１１いずれかひとつに記載の発熱体収納装置。
13. 前記仕切板に設けた前記開口は、前記キャビネット下部に設けた請求項１〜１２いずれかひとつに記載の発熱体収納装置。

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