JP2013083414A

JP2013083414A - 冷却装置

Info

Publication number: JP2013083414A
Application number: JP2011224988A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Suzuki; 康弘鈴木
Original assignee: Craft Engi Kk
Current assignee: Craft Engi Kk
Priority date: 2011-10-12
Filing date: 2011-10-12
Publication date: 2013-05-09

Abstract

【課題】簡単な構成で、効率的に空間の冷却を行うことができ、しかも、冷却したい空間に埃等が混入するおそれがない冷却装置を提供する。
【解決手段】熱源が配される内部空間１２と外部空間１３との隔壁部に、外部空間１３と内部空間１２とを仕切る態様で、山部４と谷部５を複数連続的に折り返して板面１６が波形形状を呈したコルゲート状のフィン６を設け、谷部４に対して両側の山部５を形成する板面１６が開角する態様となるように板面１６を斜めに形成する。フィン６の山部４と谷部５とによって囲まれた空間通路１４，１５を風の流通通路とし、内部空間１２内の気体をＺ方向から空間通路１４に導入して板面１６ａに沿ってＹ方向に通風させ、外部空間１３の気体をＺ方向から空間通路１５に導入してフィン６の内部気体通風側の板面１６ａとは反対側の板面１６ｂに沿ってＹ方向に通風させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、筐体内や室内等の、熱源が配される空間を冷却するための冷却装置に関するものである。

近年、電子部品を回路基板上に高密度に配設した電子機器が広く用いられるようになっており、電子機器の発熱量が増大している。そこで、電子機器を収容する筐体にファンを設け、電子機器の発熱によって暖められた筐体内部の空気をファンの駆動により筐体の通気孔から外部に放出する等して、筐体内の熱を外部に放出することが行われている。また、電子機器等が収容されている室内には、エアコン等が設けられ、室内温度を低くすることが行われている。

特開平９−４９６９４号公報

ところで、電子機器を収容する筐体内に、埃などのゴミが混入することは好ましくないため、通気孔等を通じて筐体と外部とを流通させること無く、熱のみを放出できる方が好ましいが、通気孔等を設けずに筐体内と外部とを仕切ると、筐体内の冷却を十分に効率的に行うことが難しいといった問題があった。また、最近では、特に省電力化が望まれており、エアコン等の負荷をできるだけ少なくして省電力で冷却可能な冷却装置の開発も望まれている。

本発明は、前記課題を解決するために成されたものであり、その目的は、簡単な構成で効率的に空間の冷却を行うことができ、しかも、省電力化が可能で、冷却したい空間に埃等が混入するおそれがない冷却装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は次のような構成をもって課題を解決するための手段としている。すなわち、第１の発明は、熱源が配される内部空間と外部空間との隔壁部に該外部空間と前記内部空間とを仕切る態様で、山部と谷部を複数連続的に折り返して板面が波形形状を呈したコルゲート状のフィンが設けられ、前記内部空間内の気体を前記フィンの前記山部と前記谷部とによって囲まれた空間通路を風の流通通路として前記折り返しの伸長方向であるＸ方向に対して直交する方向であって前記フィンの板面に沿ったＹ方向に通風させる内部気体流通用ファンと、前記外部空間の気体を前記フィンの前記内部気体通風側の板面とは反対側の板面に沿って前記フィンの前記山部と前記谷部とによって囲まれた空間通路を風の流通通路として前記Ｘ方向に対して直交する前記Ｙ方向に通風させる外部気体流通用ファンとを有しており、前記フィンは前記谷部に対して両側の山部を形成する板面が開角する態様で板面が斜めに形成されており、前記内部空間内の気体と前記外部空間内の気体の少なくとも一方がＸ方向とＹ方向とに直交するＺ方向から対応する前記空気通路に導入されて前記Ｙ方向に流通するように、前記対応する前記空気通路への気体の導入部が形成されていることを特徴とする。

さらに、第２の発明は、前記第１の発明の構成に加え、前記フィンの板面には凹凸が形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、山部と谷部を複数連続的に折り返して板面が波形形状を呈したコルゲート状のフィンを、谷部に対して両側の山部を形成する板面が開角する態様の斜面となるようにして、熱源が配される内部空間と外部空間との隔壁部に設けて該外部空間と前記内部空間とを仕切り、内部気体流通用ファンによるフィンに沿った内部気体の流通と外部気体流通用ファンによるフィンに沿った外部気体の流通とによる、フィンを介しての熱交換によって、内部気体を効率的に冷却することができる。

つまり、本発明においては、前記フィンの前記山部と前記谷部とによって囲まれた空間通路を風（空気等の気体の流れ）の流通通路とし、前記内部空間内の空気等の気体を前記折り返しの伸長方向であるＸ方向に対して直交するＹ方向に前記フィンの板面に沿って通風させ、前記外部空間の気体を前記フィンの前記内部気体通風側の板面とは反対側の板面に沿って、前記フィンの前記山部と前記谷部とによって囲まれた空間通路を風の流通通路として前記Ｘ方向に対して直交する前記Ｙ方向に通風させるが、前記コルゲート状のフィンを、前記谷部に対して両側の山部を形成する板面が開角する態様で板面を斜めにし、かつ、前記内部空間内の気体と前記外部空間内の気体の少なくとも一方は、Ｘ方向とＹ方向とに直交するＺ方向から対応する前記空気通路に導入されるようにすることで、フィンの板面に沿った空気等の気体の流れの速度が空間通路の奥側に向かうほど大きくなるようにすることができる。

したがって、フィンの板面に強い風を当てることができるため、フィンの表面に温度境界層が成長形成されることを抑えることができる。なお、本出願において、温度境界層とは、フィンの近傍領域にできる、フィンの表面温度の９９％の温度を有する層のことをいうものであり、この温度境界層はフィンに当たる風が弱いと成長するものであることから、本発明は、前記の如く、強い風をフィンの板面に当てて温度境界層の形成を抑制することによってフィンの熱伝達率を向上させることができ、内部空間の冷却を効率的に行うことができる。また、たとえフィンの板面表面に結露が生じたとしても、その結露を強い風によって風の流れの下流側に集めることができるので、例えば空気等の気体をフィンに沿って下側に向けて流し、下側に結露受け部を設ければ、結露受け部に結露を集め、フィンに結露が留まることにより熱交換効率が低下すること等の問題を防ぐことができる。

さらに、本発明は、内部空間と外部空間との間で気体を流通させずに冷却を行うことから、例えば内部空間に外部空間の埃が混入することを防げるし、内部空間内に、外部空間に漏れては困るもの（例えば細菌や強いにおいを発するもの等）がある場合でも、そのものやにおい等が外部空間に漏れることも防ぐことができる。

さらに、本発明は、ファンによる気体の流れのみで冷却できるので、エアコンのように積極的に冷風を形成する場合のような大きな電力を必要とせず、少ない電力で冷却動作が可能な冷却装置とすることができる。

また、フィンの板面に凹凸を形成する（エンボス加工する）ことにより、フィンの表面積を大きくできるため、電熱面積を大きくして熱伝達率を向上させることができるために、熱交換性能をより高めることができ、内部空間の冷却をより効率的に行うことができる。

本発明に係る冷却装置の一実施例を示す斜視図（ａ）と冷却装置に適用されているフィンの形状を説明するための平面図（ｂ）である。実施例の冷却装置に適用されているフィンを示す模式的な斜視図である。実施例の冷却装置を適用して形成した筐体内冷却装置の構成および気体の流れを模式的に示す断面説明図である。実施例の冷却装置における効果を説明するための模式的な断面説明図である。実施例の冷却装置においてフィンにより形成される空間通路を通る風の動作を説明するための模式的な説明図である。実施例の冷却装置を適用して形成される室内冷却装置の例の構成および冷却動作（ａ）と、エアコンを用いた従来の単独冷却方式の構成（ｂ）とを示す模式的な説明図である。従来のコルゲートフィンを示す模式的な斜視図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。

図１（ａ）には、本発明に係る冷却装置の一実施例が模式的に示されている。同図に示されるように、冷却装置１は、ベース板２に、図１（ｂ）および図２（ａ）、（ｂ）に示すような山部４と谷部５を複数連続的に折り返して板面１６が波形形状を呈したコルゲート状のフィン６を設け、図１（ａ）に示すように、カバー部材３で覆って形成されている。なお、同図において、カバー部材３は、その上面３ａを一部省略して示されている。フィン６は、例えばアルミニウムや鉄、メッキ鋼鈑等の金属を用い、同一矩形状のプレス加工等により成型加工した板を基本エレメントとして複数組み合わせて連続したコルゲート状に形成される。また、１枚の金属板を折り曲げてフィン６を形成してもよい。なお、本願の明細書において、図１等に示されるように、フィン６の折り返しの伸長方向をＸ方向とし、このＸ方向に直交する方向をＹ方向とＺ方向として説明する。

ベース板２には、上部側に貫通の空気導入部２７が設けられて、該空気導入部２７に内部気体流通用ファン７が取り付けられており、ベース板２の下部側には貫通の空気導出部１７が形成されている。また、カバー部材３には、下部側に貫通の空気導入部２８が設けられて、該空気導入部２８に外部気体流通用ファン８が取り付けられており、カバー部材３の上部側には貫通の空気導出部１８が形成されている。

冷却装置１は、例えば図３に示すように、筐体９の壁１０に取り付けられ、筐体内冷却装置を形成する。壁１０には貫通の嵌合穴１９が形成され、嵌合穴１９の形成縁部に形成されたネジ孔（図示せず）と冷却装置１のベース板２のネジ孔２０（図１（ａ）、参照）とに設けられるネジ（図示せず）により、ベース板２が筐体９の壁１０に取り付けられる。この取り付け構成において、冷却装置１のフィン６は、熱源１１が配される内部空間１２と外部空間１３との隔壁部に、外部空間１３と内部空間１２とを仕切る態様で設けられ、フィン６が筐体９の壁１０の一部を兼ねる構成と成している。なお、図１（ｂ）に示すように、外部空間１３側から見た山部４は内部空間１２側から見ると谷部となり、外部空間１３側から見た谷部５は内部空間１２側から見ると山部となるが、本明細書において、外部空間側から見た場合の名称に統一して説明している。

前記内部気体流通用ファン７は、図１（ｂ）に示すようなフィン６の山部４と谷部５とによって囲まれた空間通路１４（内部空間１２側の通路）を風の流通通路として、内部空間１２内の気体（ここでは空気）を、図５（ｂ）に示すように、気体導入部２７を通してＺ方向から導入する。そして、フィン６の板面１６ａに沿ってＹ方向（フィン６の長手方向）に下側に向けて通風させ、気体導出部１７から導出する。このように、気体を空間通路１４の開口に対してほぼ直角なＺ方向から導入した後、板面１６ａに沿った（平行な）Ｙ方向の流れとし、空間通路１４の開口に対してほぼ直角なＺ方向から導出するようにすることで、流れる気体の圧力損失を小さくできる。

一方、前記外部気体流通用ファン８は、図１（ｂ）に示すようなフィン６の山部４と谷部５とによって囲まれた空間通路１５（外部空間１３側の通路）を風の流通通路として、外部空間１３内の気体（ここでは空気）を、図５（ａ）に示すように、気体導入部２８を通し、空間通路１５の開口に対してほぼ直角なＺ方向から導入する。そして、フィン６の板面１６ｂに沿ってＹ方向に上側に向けて通風させ、気体導出部１８を通してＺ方向から導出する。このようにすることで、前記内部空間１２内の気体の流れと同様に、気体の圧力損失を小さくできる。

また、本実施例では、コルゲート状のフィン６を、谷部５に対して両側の山部４を形成する板面１６が開角する態様となるように板面１６を斜めに形成しているので、図４に示すように、空気を空間通路１４，１５に導入するときに、フィン６の伝熱面である板面１６に対して斜めに風が当たるようにすることができる。それにより、空間通路１４，１５をフィン６のそれぞれの板面１６ａ，１６ｂに沿って流れる風の速度を、空間通路１４，１５の奥側（空間通路１４においては図４の左側であり、空間通路１５においては図４の右側）に向かうほど大きくなるようにすることができ、風を速い速度でＹ方向に流すことができる。

つまり、前記特許文献１に記載されているように、一般的なコルゲート状のフィンは、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、フィン２６の板面３６が互いに平行に形成されているので、風は、図７（ｃ）の矢印に示すように、フィン２６の板面３６に沿って平行に流れるのに対し、本実施例では、板面１６を斜めに形成することによって板面１６に沿って流れる風の速度を速くし、温度境界層の形成を抑制することができ、フィンの熱伝達率を高めて内部空間の冷却を効率的に行うことができる。なお、本発明者は、本実施例の冷却装置１においては、フィン６の熱伝達率を、図７に示す態様のフィン２６に比べて約２０％も向上できることを実験で確認している。

さらに、本実施例では、気体通路１４を通る気体の流れ方向と気体通路１５を通る気体の流れ方向を逆にすることにより、フィン６を介して熱交換される気体の流れを対向させることができ、より一層熱交換効率を向上できる。

さらに、本実施例では、内部空間１２側の気体通路１４を通る気体（ここでは空気）の流れを上側から下側に向かう流れとすることにより、たとえフィン６の板面１６に結露が生じても、その結露を気体の流れによって下側に落としやすくすることができ、フィン６の下部側に結露水の受け部を設けることにより、結露の除去を行いやすくすることができる。

したがって、図３に示したように、熱源１１が配される筐体９の壁１０に、本実施例の冷却装置１のコルゲート状のフィン６を、筐体９の壁１０の一部として嵌合するための貫通の嵌合穴１９を形成し、該嵌合穴１９にフィン６を取り付けて該フィン６が筐体９の壁１０を兼ねる構成とすることにより、簡単な構成で筐体９内を効率的に冷却でき、たとえフィン６の板面１６に結露が生じてもその結露の除去を行いやすい、優れた筐体冷却装置を構成することができる。なお、筐体の壁とは、筐体の上面や底面も含むものであり、筐体の上面や底面に本実施例のような冷却装置１を設けて筐体内冷却装置を形成することもできる。

なお、本発明は前記実施例に限定されることなく、様々な実施の形態を採り得る。例えば、コルゲート状のフィン６の板面１６に凹凸を形成してもよい。また、例えばフィン６の内部空間１２に接する側の板面１６の表面に結露が生じやすい条件で使用する可能性がある冷却装置１においては、フィン６の板面１６の表面にフッ素樹脂を塗布する等の加工を施して結露がつきにくくなるようにしてもよい。

さらに、図３には、前記実施例の冷却装置１を、熱源１１を備えた筐体９の壁１０に設けた例を示したが、図６（ａ）に示すように、熱源１１を備えた室２２の壁２３に冷却装置１を設けて室内冷却装置を形成してもよい。この場合、冷却装置１のコルゲート状のフィン６を室２２の壁２３の一部として嵌合するための貫通の嵌合穴２４を形成し、嵌合穴２４にフィン６を取り付けて該フィン６が室２２の壁を兼ねる構成とする。このようにすることで、簡単な構成で室内を効率的に冷却できる室内冷却装置を構成することができる。なお、室２２としては、例えば電話局、携帯電話基地局、電子機器を設けたクリーンルーム等が適用される。

また、図６（ａ）に示す例は、エアコン２５によって室２２内を冷却することに加えて、冷却装置１を設けて冷却するハイブリットタイプの室内冷却装置としており、このようにすると、図６（ｂ）に示すようなエアコン２５のみによる冷却を行う場合には例えば半導体製造において電力消費量の約４０％を占めるほどのエアコン２５の負荷を少なくして、省エネルギ化を図ることができる。なお、冷却装置１は、天井の壁に設けてもよいし、床下に風の通路を形成すれば、床に設けてもよい。

さらに、前記実施例では、気体通路１４を通る気体の流れ方向と気体通路１５を通る気体の流れ方向を逆にすることにより、フィン６を介して熱交換される気体の流れを対向させるようにしたが、気体通路１４を通る気体の流れ方向と気体通路１５を通る気体の流れ方向を同じ（例えば共に下向き）にしてもよい。

さらに、前記実施例では、内部気体流通用ファン７と外部気体流通用ファン８は、いずれも空気等の気体をフィン６側（気体通路１４，１５側）に向けて送るタイプのファンとしたが、内部気体流通用ファン７と外部気体流通用ファン８を、フィン６側（気体通路１４，１５側）から気体を吸い込んで導出するタイプのファンとしてもよい。この場合、好ましくは、内部気体流通用ファン７をフィン６の下部側の位置（前記実施例における気体導出部１７の形成位置）に設け、外部気体流通用ファン８は、フィン６の上部側の位置（前記実施例における気体導出部１８の形成位置）に設けるとよい。

さらに、前記実施例では、内部空間１２内の空気と外部空間１３内の空気を、いずれもフィン６にＺ方向から導入してＹ方向に通風させた後、Ｚ方向から導出するようにしたが、内部空間１２内の空気と外部空間１３内の空気のいずれか一方は、風がフィン６に対してＹ方向から導入される態様となるように、気体導入部を形成してもよい。また、風の導出方向は、Ｙ方向としてもよい。

さらに、内部空間１２や外部空間１３内に設けられて流通する気体は、空気であるとは限らず、用途によっては不活性ガス等の他の気体としてもよい。

さらに、内部気体流通用ファン７や外部空気流通用ファン８によりフィン６に沿って通風させる風の強さによっては（風をフィン６に沿って、図１のＹ方向に通風できれば）、ベース板２やカバー部材３を省略してもよい。

本発明の冷却装置は、簡単な構成で、効率的に空間の冷却を行うことができ、しかも、冷却したい空間に埃等が混入するおそれがない冷却装置であるため、熱源が配される内部空間を有する筐体や室の冷却用として利用できる。そして、筐体内冷却装置を形成すれば、電子部品等の収容筐体や冷蔵庫等として利用でき、室内冷却装置を形成すれば、電子部品等が配される室内の冷却装置として利用できる。

１冷却装置
２ベース板
３カバー部材
４山部
５谷部
６フィン
７内部気体流通用ファン
８外部気体流通用ファン
９筐体
１０，２３壁
１２内部空間
１３外部空間
１４，１５空間通路
１７，１８気体導出部
２２室
２７，２８空気導入部

Claims

熱源が配される内部空間と外部空間との隔壁部に該外部空間と前記内部空間とを仕切る態様で、山部と谷部を複数連続的に折り返して板面が波形形状を呈したコルゲート状のフィンが設けられ、前記内部空間内の気体を前記フィンの前記山部と前記谷部とによって囲まれた空間通路を風の流通通路として前記折り返しの伸長方向であるＸ方向に対して直交する方向であって前記フィンの板面に沿ったＹ方向に通風させる内部気体流通用ファンと、前記外部空間の気体を前記フィンの前記内部気体通風側の板面とは反対側の板面に沿って前記フィンの前記山部と前記谷部とによって囲まれた空間通路を風の流通通路として前記Ｘ方向に対して直交する前記Ｙ方向に通風させる外部気体流通用ファンとを有しており、前記フィンは前記谷部に対して両側の山部を形成する板面が開角する態様で板面が斜めに形成されており、前記内部空間内の気体と前記外部空間内の気体の少なくとも一方がＸ方向とＹ方向とに直交するＺ方向から対応する前記空気通路に導入されて前記Ｙ方向に流通するように、前記対応する前記空気通路への気体の導入部が形成されていることを特徴とする冷却装置。
フィンの板面には凹凸が形成されていることを特徴とする請求項１記載の冷却装置。