JP2014154872A - 通信装備筐体用のハイブリッド冷却システム及びこれを用いた通信装備筐体の冷却方法 - Google Patents

Abstract

【課題】通信装備筐体の内部を冷却させるために使用するエネルギーを削減することができる新しいコンセプトの冷却システムを提供する。
【解決手段】前記冷却システムは、動作中に発熱する通信装備が設置されている通信装備筐体の内部空間を冷却するためのもので、前記通信装備筐体には、外部の空気を前記内部空間に流入させる吸気部と、流入した空気が前記内部空間を循環した後、前記通信装備筐体の外部に流出させる排気部が形成されており、前記吸気部には、前記内部空間に流入する空気を冷却する冷却モジュールを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、通信装備筐体に装着し、通信装備内部の温度を適正に維持するための冷却システムと、これを運用して通信装備筐体を冷却させる方法に関連する。

通信装備のための筐体の内部には、各種の電子装備が集約的に設置されている。これらの通信装備は、継続的なネットワークサービスの提供のために、一度設置されると、２４時間体制で連続的に作動するもので高い安定性が要求される。

また、電子装備は、電力を消費しながら作動し動作中の発熱が大きく発生するものである。通信装備の発熱は、各電子回路部品の寿命を短縮し、作動の安定性を損なう要因として作用するため、適切な冷却が必要である。

従来の技術による通信装備筐体の冷却方式は、一般的な冷却サイクルを利用する空調装置を用いた筐体の内部の空気の強制冷却である。内部に装着された通信装備の作動に基づいて発生した熱は、筐体の内部の空気に伝導され、この空気を筐体に装着された空調装置が冷却して循環させる構造である。

これによって、筐体の内部の密閉された空間に閉じ込められた空気を冷却循環させることにより、筐体に装着された通信設備の発熱を低減させることができる。また、閉じ込められた空間内の空気のみを使用するので、ほこり等の異物の侵入を防止することができる。

しかし、このような従来の技術は、通信設備によって温度が持続的に上昇する筐体の内部を継続的に冷却しなければならないので、エネルギー効率の面で非効率的である。

大韓民国登録実用新案第２０−０３６４１５５号（２００４．０９．３０．）

従って、本発明が解決しようとする課題は、通信装備筐体の内部を冷却させるために使用するエネルギーを削減することができる新しいコンセプトの冷却システムを提供することにある。

その他、本発明の詳細な目的は、以下に記載される具体的な内容を通じて、この技術分野の専門家や研究者が自明に把握、理解できる。

前記課題を解決するために、本発明は実施例として、動作中に発熱する通信装備が設置される通信装備筐体の内部空間を冷却するためのもので、前記通信装備筐体には、外部の空気を前記内部空間に流入させる吸気部と、流入した空気が前記内部空間を循環した後前記通信装備筐体の外部に流出させる排気部が形成されており、前記吸気部には、前記内部空間に流入する空気を冷却させる冷却モジュールを備えている通信装備筐体用のハイブリッド冷却システムを提案する。

ここで、前記通信装備筐体には、冷凍サイクルを利用した空調設備が備えられており、前記冷却モジュールは、前記空調設備の蒸発器であり、前記排気部には前記通信装備筐体を通り抜ける空気によって冷却される前記空調設備の凝縮器を配置してもよい。

また、前記吸気部と排気部は上下に配置されて一つのユニットを形成し、前記吸気部に流入した空気は、前記内部空間の底部に向けて排出してもよい。

さらに、前記吸気部に流入する空気から異物をフィルタリングするフィルターが装着されており、前記排気部のベントホールには、前記内部空間から排気される空気の流れを可能にしながら、外部の空気が前記ベントホールを通じて前記内部空間に流入することを防止する可撓性のエアカーテンが装着されていてもよい。

一方、通信装備筐体用のハイブリッド冷却システムを運用して通信装備筐体の内部空間を冷却する方法で、前記内部空間の温度が予め設定した基準温度以下の場合は、吸気部を作動させて、外部の空気を前記内部空間に流入させ、前記内部空間を換気することにより、前記内部空間を冷却させ、前記内部空間の温度が前記基準温度を超える場合には、前記吸気部の作動とともに、前記吸気部に備えられた冷却モジュールを作動させ、前記内部空間に流入する空気を冷却させることで前記内部空間を冷却させる通信装備筐体の冷却方法を提示する。
ここで、前記冷却モジュールの作動は、前記内部空間を測定した温度が前記基準温度よりも低く設定されている動作停止温度を下回る場合停止してもよい。

さらに、前記の吸気部は外部の空気を、前記通信装備筐体の内部に流入させ、吸入される空気の流量を多段制御することができる吸引ファンを含み、前記吸引ファンの作動は、前記冷却モジュールの作動時には、最大流量で空気を吸引するように制御し、前記冷却モジュールの非動作時には、前記内部空間の温度に応じて空気の吸入量を比例制御してもよい。

本発明の実施例による通信装備筐体用のハイブリッド冷却システムの概念図。 図１に図示された実施例による通信装備筐体用のハイブリッド冷却システムの側面図。 図２に図示された実施例の使用状態を示す側面図。 図２に図示された実施例に採用されたエアカーテンを示した斜視図。 図１に図示された実施例の運用方法に関するグラフ。

以下、添付した図面を参照しながら本発明に係る通信装備筐体用のハイブリッド冷却システムとそれを用いた冷却方法の構成、機能、作用を説明する。

添付の図面は、本発明の適用された実施例を示したもので、本発明の技術的思想を添付された図面によって限定解釈してはならない。この技術分野に属する専門家の見地から、図面に示された一部又はすべてが発明の実施のため、必然的に要求される形状、模様、順番ではないと解釈できれば、これは請求の範囲に記載された発明を限定しない。

図１には本発明の実施例による通信装備筐体用のハイブリッド冷却システムの主要な構成が示されている。

実施例による冷却システムは、通信装備筐体の内部空間を冷却するためのもので、吸気部と排気部を含む。さらに、吸気部は、空気を冷却することができる冷却モジュールを含む。

通信装備筐体は、内部に通信装備が設置されるハウジング又はケースである。通信装備は、電力を消費しながら作動するもので、動作中に発熱する電子装備である。通信装備筐体の内部空間には、複数の通信装備が積層されており、知られているように、通信装備筐体内部に設置される構造物によって通信装備の位置が固定される。

本発明に係る冷却システムは、このような通信装備筐体に付加的に結合される装置である。冷却システムは、図１に示したように、吸気部、排気部、空調設備及び制御モジュールを一つに集めてユニット化し、通信装備筐体に連結することができる。
具体的には、図２に示した実施例のように、通信装備筐体（２００）の一面にユニット化した冷却システム（１００）が結合される。又は冷却システムは、通信装備筐体とは別に設置した後、吸気部と排気部から延長された連通が通信装備筐体に連結するように構成してもよい。

このようにユニット化した冷却システムを提供することで、既に産業現場に設置され、運営されている他の通信装備筐体にこの冷却システムを容易に設置することができる。

吸気部は通信装備筐体の外側にある空気を吸引して通信装備筐体の内部空間に流入させる手段である。具体的に吸気部は空気を吸引するための吸引ファン、ブロアー等の既に公知の構成で成されてもよい。

排気部は通信装備筐体の内部の空気が外部に排出することができる通路である。この通路は、通信装備筐体の内部空間を形成する壁にベント用のホールで提供することができる。又は、このベント用のホールの内部の空気を強制的に吸引して外部に排気する送風ファンを設置することもできる。

また、冷却システムには、空調設備を含む。空調設備は、クーラーに広く使用され、蒸発、圧縮、凝縮及び拡張の行程を利用する冷凍サイクルを利用することができる。各行程を行うために空調設備は、適切な機械装置を持っている。
空調設備を構成する機械装置は、圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器等であり、これらの機械装置は、一般的に広く使用されている構成と同じであるため、ここでは、各機械装置の具体的な説明は省略する。

本発明に係る冷却システムにおいて、吸気部には、空調設備の冷却モジュールが連結されている。ここで冷却モジュールは、吸熱して周囲を冷却する低温の冷媒が流れる空調設備の機械装置を意味する。この冷却モジュールは、蒸発器であってもよい。又は冷却モジュールは、蒸発器、膨張弁を含むものであってもよい。

空調設備が作動すると、冷却モジュールは、周囲の空気の温度を下げる機能をする。この冷却モジュールは、吸気部により、通信装備筐体の内部に流入する空気の温度が下がる。つまり、空調設備の作動により、外部の温度よりも低い温度の空気が通信装備筐体の内部に流入することができる。

図２乃至図３は本発明の実施例による冷却システムの構成と作用に係る関係図である。図３のブロック矢印は、空気の流れ方向を示したものであり、ブロック矢印の濃いトーンは、温度が上昇した空気であることを意味する。

図２を参照すると、通信装備筐体（２００）の右側の壁面に冷却システム（１００）が結合されている。通信装備筐体（２００）の右側の壁の上部と下部には、それぞれホール（２１０）が形成されている。これらのホール（２１０）は、吸気部（１）によって流入される空気又は排気部（２）へ抜け出す空気の通路として使用される。

冷却システム（１００）の外形を成すケースの内部は、隔壁（１０１）によって上下両方の空間に区画されている。各領域は、前記ケースに形成されたホールによって外部と連通している。

上部の空間は、通信装備筐体の外壁の上部に形成されたホールに連通しており、排気部（２）を形成する。また、下部の空間は、筐体外壁の下部に形成されたホールに連通しており、吸気部（１）を形成する。

吸気部（１）を見ると、外部の空気を吸入する入口ホールの内側にほこりをフィルターリングするためのフィルター（１３）が設置されている。フィルター（１３）は交換式又は固定式であってもよい。フィルターの材質や構成は、公知のものと同様である。

フィルター（１３）を備えることによって吸入される外部の空気中のほこり等の異物をフィルターリングする。これにより、通信装備筐体（２００）の内部に装着された各種通信装備（３００）が異物によって汚染されたり破損されたりするのを防止することができる。

また、吸気部（１）は、冷却モジュール（３１）を備えている。本実施例では、冷却モジュール（３１）は、蒸発器である。フィルター（１３）を通過した空気は、蒸発器を通過しながら蒸発器と接触することができる。

冷却モジュール（３１）の下には、吸引ファン（１２）が設置されている。この吸引ファン（１２）は、外の空気を強制的に吸引し通信装備筐体（２００）の内部空間へ流動させる。

また、吸気部（１）の内部空間には、吸引ファン（１２）の作動と空調設備の作動を制御する制御モジュール（４）が設置されている。この制御モジュール（４）は、吸気部（１）又は排気部に配置されてもよい。
しかし、吸気部（１）の内部の温度が排気部（２）の温度より通常低い温度のため、電子装備の制御モジュール（４）は、吸気部（１）の内部に設置することが妥当である。

一方、排気部（２）の内部には、空調設備の熱を発生させる機械装置が配置されている。ここで、排気部の内部の機械装置は、凝縮器（３２）と圧縮機（３３）である。通常冷媒を圧縮又は凝縮し、多くの熱が発生するため、排気部（２）を通って流出される空気によって圧縮機（３３）と凝縮器（３２）を冷却することができる。この時、排気部には、凝縮器のみが設置されてもよい。

また、図示していないが、排気部には、圧縮機と凝縮器の両方を設置しなくてもよい。この場合は排気部はただ空いている空間である。圧縮機や凝縮器は、冷却システムの外部の別の場所に設置され、圧縮された冷媒は、移送パイプにより、吸気部内に設置された冷却モジュール、即ち、蒸発器や膨張弁に移送されるように構成することができる。

付加的な構成で、図４に示すように、ケース（１１０）に形成された排気部のベントホール（２１）には、通信装備筐体の内部空間を経由して外部に排気される空気は流出でき、外部の空気や異物はベントホール（２１）を通じて排気部や通信装備筐体の内部に流入することを防止するエアカーテン（２２）が備えられる。

具体的にはエアカーテン（２２）は、ビニールのような可撓性材料から成るシートを使用することができる。図面のエアカーテン（２２）の上端部は、ベントホール（２１）上部のケース（１１０）に固定されており、下端部が固定されていない。

重力によって垂れたエアカーテンは、ベントホール（２１）の内部から外部に向かって吹く風によって容易に変形し、この風が外に抜け出すことができる。しかし、吸引ファンの作動がない状態では、重力によってまっすぐに広がるので、ベントホール（２１）の前面を妨げ、外の空気や異物がベントホール（２１）の内部に入らないように防ぐ遮断壁として機能する。

このようなエアカーテン（２２）をさらに備えることにより冷却システムの内部が外部のほこりや水によって汚染されることを防止することができる。一度設置されると、特別な掃除管理せずに長い期間に渡って使用する通信装備筐体の特性上、ほこりや異物による汚染を防止する効果がある。

一方、吸気部（１）に流入した空気は、通信装備筐体（２００）の内部空間の底部に向かって排出することができる。このため、吸気部（１）を通過して通信装備筐体の内部に流入する空気の吐出方向を転換させるガイド（２２０）や案内ダクトを備えてもよい。

また、図示していないが、吸引ファンを斜めに設置し、吸引ファンから吐出される空気が通信装備筐体の内部空間の底に向かうようにしてもよい。

図２乃至図５を参照して、図２に示した本発明の実施例による通信装備筐体用のハイブリッド冷却システムの作用を説明する。

冷却システムの運用方法は、外気の温度に応じて冷却モジュールの作動なしに吸引ファン（１２）が作動する第１のモードと、吸引ファン（１２）と冷却モジュール（３１）が一緒に作動する第２モードに分けられる。

制御モジュール（４）は、ユーザーが予め設定した基準温度（Ｔｓ）に基づいて、第１モードと第２モードを選択する。一例として、基準温度（Ｔｓ）は、３３℃乃至３９℃の間で決定される温度値である。基準温度（Ｔｓ）は、通信装備筐体の内部に装着された通信装備の発熱の程度や温度上昇の程度等の通信装備の特性に応じて異なった形で設定することができる。

通信装備筐体（２００）の内部の温度は、公知の構成の温度センサー（図示しない）によって測定され、測定された温度値は、電気信号によって制御モジュールに送信される。

制御モジュール（４）は、前記温度センサーによって測定された通信装備筐体（２００）の内部空間の温度と基準温度（Ｔｓ）を比べ、測定された温度が基準温度以下であれば、第１モードを選択する。

通信装備筐体（２００）の内部の温度は、動作中の通信装備（３００）により、外部の空気の温度よりも高くなる。特に、冬期や春秋期には、外部の温度が通信装備筐体の内部の温度よりもはるかに低いため、外部の空気を通信装備筐体（２００）の内部に流入させるだけでも、効果的な冷却を期待することができる。

図３を参照する。吸引ファン（１２）の作動で外部の冷たい空気は、フィルター（１３）を通過し、通信装備筐体（２００）の内部に流入される。

吸気部（１）を通過しながら冷たい空気は、通信装備筐体（２００）の内部空間の底部に吐出され、前記内部空間の底と左内側面を経由しながら上昇する。冷たい空気が通信装備筐体（２００）の内部で流動する過程で通信装備（３００）と熱交換して加熱され、加熱された空気は流入した冷気に追い出され上昇する。結果、上昇した暖気は、排気部（２）を通って外部に流出する。
このように、冷気を通信装備筐体の底に向かって強制的に偏向させ、吐出させることにより、図３に示すような空気の循環が行われる。このため、通信装備筐体の内部に空気が停滞せずに全体的に均等な放熱の効果がある。

さらに、吸気部（１）を排気部（２）よりも低く配置するとともに冷たい空気を通信装備筐体（２００）の底に流入させることにより、通信装備（３００）と熱交換して温められた空気が上部に位置する排気部（２）に容易に抜け出すことができる。これにより、空気の循環がより自然に行われる利点がある。

このような第１モードの作動において、吸引ファン（１２）は、吸入する空気の流量を多段制御できてもよい。吸入される空気の流量の多段制御は、吸入ファンに装着された回転モータの回転数を制御することによって達成できる。又は、吸引ファンの入口面積を多段に調節することにより達成できる。このように、吸引ファンは、吸入される空気の流量を変更できる公知の構成のいずれか一つを採用してもよい。

多段制御できる吸引ファン（１２）の作動は、第１モードでは、通信装備筐体の内部空間の温度に応じて空気の吸入量が比例制御される。

一例として、吸引ファン（１２）に備えられた回転モータが低速回転する１段目と高速回転する２段目に分けられ作動可能なことを前提とした場合、制御モジュール（４）には、第１特定温度（Ｔｆ１）と第２特定温度（Ｔｆ２）を設定しておき、通信装備筐体（２００）の内部の温度がこの第１特定温度（Ｔｆ１）の未満の場合は、吸引ファン（１２）は作動しない。

以後の通信装備筐体（２００）の内部の温度が第１特定温度（Ｔｆ１）以上になる場合には、制御モジュール（４）は、吸引ファン（１２）を１段で動作させ、通信装備筐体の内部空間を冷却させる。
さらに、通信装備筐体（２００）の内部の温度がさらに上昇し、第２特定温度（Ｔｆ２）以上になると、制御モジュール（４）は、吸引ファン（１２）を２段で動作させ、通信装備筐体の内部空間をより一層迅速に冷却させる。

このように、吸引ファン（１２）の吸気流量を多段に制御できるように構成し、制御モジュール（４）が通信装備筐体の内部温度に比例して吸引ファン（１２）を作動制御することにより、冷却システム（１００）の運用に必要な電気エネルギーを節約することができる。

もしも、通信装備筐体の内部の温度があまり高くない状況でも、制御モジュールが常に同じレベルに吸引ファンを作動させると仮定すれば、前述した吸引ファンの比例制御の場合に比べて消費電力が大きくなる。

このような第１モードの作動にもかかわらず、通信装備（３００）の発熱が多く通信装備筐体（２００）の内部の温度が基準温度を越える場合には、制御モジュール（４）は、第２モードを選択する。つまり、制御モジュール（４）は、吸引ファンの作動と冷却モジュール（３１）、即ち、空調設備をともに作動させる。

吸引ファン（１２）の作動による通信装備筐体の内部の空気の循環は、前述と同じである。これに加えて、空調設備の作動により冷却モジュールが冷えるにつれて、吸気部（１）を経由して、通信装備筐体（２００）の内部に流入する空気が冷却される。

外部の空気の温度よりも低温になった空気が通信装備筐体の内部に流入することで通信装備筐体の内部の温度をさらに下げることができる。

もしも、吸引ファン（１２）が吸入される空気の流量を多段制御できるものであれば、第２モードでは、吸引ファン（１２）は、最大流量で空気を吸引するように制御される。つまり、空気の循環を最大化しながら冷却モジュールによって冷却された空気を通信装備筐体の内部に流入させることにより、迅速かつ効果的な冷却効果を得る。

一方、作動開始された冷凍モジュール、即ち、空調設備は、基準温度（Ｔｓ）よりも低く設定された作動停止温度（Ｔｉ）に基づいて作動が停止するように制御できる。

制御モジュール（４）には、基準温度（Ｔｓ）よりも低い温度値で動作停止温度（Ｔｉ）が設定されることができる。具体的に作動停止温度（Ｔｉ）は、基準温度（Ｔｓ）に比べて５℃乃至２０℃低い温度であることができる。これらの作動停止温度（Ｔｉ）と基準温度（Ｔｓ）の違いは、通信装備筐体の内部体積サイズや空調設備の冷房能力等により異なった形で決定することができる。
作動停止温度（Ｔｉ）と基準温度（Ｔｓ）の差が少なくとも１０℃以上の場合、頻繁な空調設備のオン／オフ作動による誤作動や空調設備の寿命の短縮を確実に防止することができる。

制御モジュール（４）は、通信装備筐体の内部温度が基準温度（Ｔｓ）を超えて、第２モードに入り一度空調設備が作動開始されると、前記内部温度が作動停止温度（Ｔｉ）以下になった時空調設備の作動を停止させる。つまり、第１モードに戻って、吸引ファン（１２）による外部吸気の循環のみで通信装備筐体の内部を冷却させる。

このように、基準温度（Ｔｓ）よりも低い温度の作動停止温度（Ｔｉ）を設定しておき、通信装備筐体（２００）の内部空間の温度が作動停止温度（Ｔｉ）よりも低くなるまで、空調設備を作動させることにより、空調設備の頻繁なオン／オフを防止することができる。このため、空調設備の頻繁なオンとオフに伴う様々な問題を解消することができる。

さらに、制御モジュール（４）は、通信装備筐体の内部温度が一定レベル以上に過熱される場合には、警告メッセージを発信することができる。この警告メッセージは、非常灯の点滅、警告音発生、又は電気信号の発信等、様々である。
特に、制御モジュール（４）が発信した前記電気的信号は、通信装備や通信装備筐体の運用状態を監視する運用監視装備や管理サーバー等が受信して、適切なフォローアップに入るためのデータとして使用することができる。

１ 吸気部
１００ 冷却システム
１０１ 隔壁
１１ フィルター
１１０ ケース
１２ 吸引ファン
２ 排気部
２００ 通信装備筐体
２１ ベントホール
２１０ ホール
２２ エアカーテン
２２０ ガイド
３００ 通信装備
３１ 冷却モジュール
３２ 凝縮器
３３ 圧縮機
４ 制御モジュール
Ｔｓ 基準温度
Ｔｉ 作動停止温度
Ｔｆ１ 第１特定温度
Ｔｆ２ 第２特定温度

Claims (6)

1. 動作中に発熱する通信装備が設置される通信装備筐体の内部空間を冷却するためのもので、
   前記通信装備筐体には、外部の空気を前記内部空間に流入させる吸気部と、
   流入した空気が前記内部空間を循環した後、前記通信装備筐体の外部に流出させる排気部が形成されており、
   前記の吸気部には、前記内部空間に流入する空気を冷却させる冷却モジュールを備えている事を特徴とする、
   通信装備筐体用のハイブリッド冷却システム。
2. 前記通信装備筐体には、冷凍サイクルを利用した空調設備が備えられており、前記冷却モジュールは、前記空調設備の蒸発器であり、前記排気部には、前記通信装備筐体を通り抜ける空気によって冷却される前記空調設備の凝縮器が配置されている事を特徴とする、請求項１に記載の通信装備筐体用のハイブリッド冷却システム。
3. 前記吸気部と前記排気部は上下に配置されて一つのユニットを形成し、前記吸気部に流入した空気は、前記内部空間の底部に向かって排出されるものである事を特徴とする、請求項１に記載の通信装備筐体用のハイブリッド冷却システム。
4. 前記吸気部には流入する空気から異物をフィルタリングするフィルターが装着されており、排気部のベントホールには、前記内部空間から排気される空気の流れを可能にしながら、外部の空気が前記ベントホールを通じて前記内部空間に流入することを防止する可撓性のエアカーテンが装着されている事を特徴とする、請求項１に記載の通信装備筐体用のハイブリッド冷却システム。
5. 請求項１の通信装備筐体用のハイブリッド冷却システムを運用して通信装備筐体の内部空間を冷却する方法で、
   前記内部空間の温度が予め設定した基準温度以下の場合は、吸気部を作動させて、外部の空気を前記内部空間に流入させ、前記内部空間を換気することにより、前記内部空間を冷却させ、
   前記内部空間の温度が前記基準温度を超える場合には、前記吸気部の作動とともに前記吸気部に備えられた冷却モジュールを作動させ、前記内部空間に流入する空気を冷却させることで前記内部空間を冷却させる事を特徴とする、
   通信装備筐体の冷却方法。
6. 前記吸気部は外部の空気を前記通信装備筐体の内部に流入させ、吸入される空気の流量を多段制御することができる吸引ファンを含み、前記吸引ファンの作動は、前記冷却モジュールの作動時には最大流量で空気を吸引するように制御し、前記冷却モジュールの非動作時には、前記内部空間の温度に応じて空気の吸入量を比例制御することを特徴とする、請求項５に記載の通信装備筐体の冷却方法。

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