JP3861361B2

JP3861361B2 - 冷却装置及びこの冷却装置を備えた筐体冷却装置

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Publication number: JP3861361B2
Application number: JP06672897A
Authority: JP
Inventors: 茂門田; 浩次樹下; 清司川口
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1997-03-19
Filing date: 1997-03-19
Publication date: 2006-12-20
Anticipated expiration: 2017-03-19
Also published as: JPH10261888A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高温側流体と低温側流体との間で熱交換を行う熱交換装置、及びその熱交換装置を備えた筐体冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、電子部品等の発熱体を密閉化されたハウジングに収容して使用する場合がある。この場合、発熱体を冷却する方法としてハウジング内部に直接外気を取り入れて換気することができないため、例えばヒートパイプ（内部に作動液が封入されている）を使用してハウジング内部の空気とハウジング外部の空気との間で熱交換を行う方法がある（特公平２−３３２０号公報参照）。
このヒートパイプは、高温領域であるハウジング内部に加熱部が配置され、低温領域であるハウジング外部に放熱部が配置されて、加熱部で内部送風機により送風された高温空気より蒸発潜熱を奪って蒸発した作動液が放熱部へ移動し、放熱部で外部送風機により送風された外部空気により冷却されて放熱し、凝縮液化して再び加熱部へ戻る。この作動液の蒸発と凝縮の繰り返しにより、密閉化されたハウジング内部を冷却することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記のヒートパイプを用いた冷却装置では、図８に示す様に、ヒートパイプ１００を多段に配列した場合に、低温空気と高温空気とを並流（低温空気と高温空気の流れ方向が同一方向）で送風すると、対向流の時と比べて温度効率が低下する。このため、対向流で送風した場合と同程度の放熱性能を確保するためには、熱交換部のコア面積を増大する必要があり、装置の体格が大きくなってしまう問題があった。なお、図９に示す様に、多段に配列した各ヒートパイプ１００をクロス配管することで対向流と同じ効果を得ることもできるが、ヒートパイプ１００を曲げ加工することは極めてコストが高くつき、しかもヒートパイプ１００の曲げ部がかさばるため、実用的ではない。
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、高温側熱交換器に対する高温側流体の流れ方向と低温側熱交換器に対する低温側流体の流れ方向とが同一方向（並流）となる様に構成された冷却装置において、装置の体格を大きくすることなく対向流と同等の放熱性能を得ることのできる冷却装置、及びこの冷却装置を備えた筐体冷却装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
（請求項１の手段）
熱交換装置が複数設けられて、各熱交換装置の高温側熱交換器と低温側熱交換器とがそれぞれ多段に配列されるとともに、高温側熱交換器に対する高温側流体の流れ方向と低温側熱交換器に対する低温側流体の流れ方向とが同一方向となる様に構成され、
且つ、各熱交換装置は、高温側熱交換器と低温側熱交換との配列方向が対向して設けられている。即ち、一番左の高温側熱交換器と一番右の低温側熱交換器、左から二番目の高温側熱交換器と右から二番目の低温側熱交換器という様に、それぞれ配列順が対向する高温側熱交換器と低温側熱交換器とが連結管によって連結されている。
【０００５】
この場合、高温側流体と低温側流体の流れ方向が同一方向でも、各高温側熱交換器と各低温側熱交換器との配列方向が対向しているため、高温側流体と低温側流体の流れ方向を対向流とした場合と同じ温度効率が得られる。その結果、各高温側熱交換器及び各低温側熱交換器の体格を大きくすることなく、対向流の場合と同じ放熱性能を確保できる。
また、高温側熱交換器と低温側熱交換器とを対向して配列できる様に連結管を取り回すだけで良い。つまり、従来技術で説明した様にヒートパイプを多段に配列して、且つ対向流の効果を得ようとすれば、全てのヒートパイプを曲げ加工しなければならないため、極めてコストが高く、更に配管スペースが大きくなるが、本発明では、高温側熱交換器と低温側熱交換器とを連結する連結管だけを適宜曲げ加工すれば良いため、製造が容易でコストも低く抑えることができる。
【０００６】
（請求項２の手段）
高温側送風機と低温側送風機は、熱交換装置に対して同一側に配置されている。即ち、高温側熱交換器に対する高温側送風機と、低温側熱交換器に対する低温側送風機とが同一側に配置されている。この場合、高温側送風機と低温側送風機とを熱交換装置に対して互いに反対側に配置した場合と比較して装置全体を薄型化できる。
【０００７】
（請求項３の手段）
高温側送風機と低温側送風機のうち、少なくとも何方か一方の送風機は、吸込口が熱交換器に対向して配設されている（つまり吸い込み式送風機である）。この場合、送風機の吐出口を熱交換器に対向して配設した場合（押し込み式送風機）と比較すると、押し込み式の場合は、送風機から吐出された旋回成分の大きな流れが熱交換器にぶつかるため圧力損失が大きいのに対して、吸い込み式の場合は、熱交換器を通過してから送風機に吸い込まれるため圧力損失が小さくなる。これにより、送風機の消費電力を小さくできるとともに、騒音の低減、及び送風機の小型化等が図れる。
また、吸い込み式送風機では、熱交換器を通過して整流された流体を吸い込むため、押し込み式送風機よりファン効率が良く、且つ低騒音である。これにより、熱交換器と送風機との設置間隔を狭めることができるるため、その分、冷却装置の薄型化を図ることができる。
【０００８】
更に、送風機として軸流式ファンを用いた場合には、遠心力によって流体の流れがボス側から外周側へ流れてしまうため、ファンの前後（上流側と下流側）で半径方向の速度分布が異なり、ファン下流側の方が半径方向の速度分布が不均一となる（半径方向の内側から外側へ向かって流体速度が大きくなる）。このため、軸流式ファンの吐出側に熱交換器を配置した場合（つまり押し込み式）には、半径方向の速度分布が大きい流体の流れが熱交換器に送風されるため、速度分布が均一な流れを送風する場合と比較して熱交換器の性能が低下する。これに対し、軸流式ファンの吸い込み側に熱交換器を配置した場合（つまり吸い込み式）には、半径方向の速度分布が小さい流体の流れが熱交換器に送風されるため、押し込み式の場合より熱交換器の性能を向上できる。
更に、吸い込み式の場合は、吸込口が熱交換器に対向しているため、熱交換器が吸込口の防護ネットとして機能し、吸込口より異物が混入するのを防止できる効果もある。
【０００９】
（請求項４の手段）
請求項３に記載した冷却装置において、吸込口が熱交換器に対向して配設された送風機は、遠心送風式である。この場合、吸込口より吸い込んだ流体を直角方向に吐出できる（つまり送風機の内部で流体の流れを変えることができる）ため、狭い冷却装置の内部で効率よく送風経路を構成することができる。これに対し、軸流式ファンでは、流体の流れ方向が直線的（熱交換器に対して垂直方向）であるため、垂直方向だけで送風経路を構成することが困難な冷却装置においては、軸流式ファンより吐出された流体の流れ方向を壁面に当てるか配管等により強制的に曲げる必要が生じる。このため、流路抵抗が大きくなって騒音が増大する。
【００１０】
（請求項５の手段）
請求項１〜４に記載した何れかの冷却装置により筐体の内部空間を冷却する筐体冷却装置であって、
仕切板によって気密に隔てられた高温側伝熱空間と低温側伝熱空間とを有し、高温側伝熱空間が筐体の内部空間と連通して設けられ、低温側伝熱空間が筐体の外部空間と連通して設けられて、高温側熱交換器と高温側送風機とが高温側伝熱空間に収容され、低温側熱交換器と低温側送風機とが低温側伝熱空間に収容されて冷却ユニットを構成している。
この様に、冷却装置を筐体と組み合わせた場合、筐体内部に発熱体が収容されることから、出来るだけ冷却装置を薄型化することが望まれる。この様な条件下では送風経路を自由に構成することが困難であり、低温側熱交換器及び高温側熱交換器に対して低温側流体と高温側流体とを並流で送風する必要性が生じる場合がある。そこで、本発明の冷却装置を筐体と組み合わせることにより、冷却装置の効果（並流でも対向流と同等の放熱性能が得られる）を生かして筐体内部を冷却することができる。
【００１１】
（請求項６の手段）
請求項５に記載した筐体冷却装置において、
冷却ユニットは、高温側送風機の作動により高温側伝熱空間に高温側流体を取り入れる内気取入口と、高温側伝熱空間より高温側流体を排出する内気排出口とを有するとともに、低温側送風機の作動により低温側伝熱空間に低温側流体を取り入れる外気取入口と、低温側伝熱空間より低温側流体を排出する外気排出口とを有し、内気取入口より内気排出口の方が低い位置に設けられ、且つ外気取入口より外気排出口の方が高い位置に設けられている。
この場合、高温側送風機の作動によって高温側伝熱空間を流れる高温側流体は、高温側熱交換器を通過する際に伝熱媒体に放熱して冷却されるため、高温側伝熱空間に流入する高温側流体より高温側伝熱空間から吐出される高温側流体の方が低温である。そのため、内気排出口を内気取入口より低い位置に設けることにより、高温側流体の浮力を利用して筐体内の循環を良好にでき、効率良く筐体内部を冷却することができる。
【００１２】
また、低温側送風機の作動によって低温側伝熱空間を流れる低温側流体は、低温側熱交換器を通過する際に伝熱媒体より受熱して加熱されるため、低温側伝熱空間に流入する低温側流体より低温側伝熱空間から吐出される低温側流体の方が高温である。そのため、外気取入口を外気排出口より低い位置に設けることにより低温側流体の浮力を利用できるため、低温側送風機の負荷を軽減できるメリットがある。逆に上方より吸い込んで下方から排出すると、熱交換後の加熱された流体を吸い込んでしまう可能性があり、ショートサーキットを生じて冷却能力の低下を起こす恐れがある。
【００１３】
（請求項７の手段）
請求項５または６に記載した筐体冷却装置において、
冷却ユニットは、高温側送風機と低温側送風機が、熱交換装置に対して外側に配置されている。この場合、冷却ユニットの外側から熱交換装置に邪魔されることなく、高温側送風機及び低温側送風機のメンテナンスや交換作業を容易に行うことが可能である。
【００１４】
（請求項８の手段）
請求項５または６に記載した筐体冷却装置において、
冷却ユニットは、筐体に対して一辺を軸として回動自在に取り付けられ、且つ高温側送風機と低温側送風機が熱交換装置に対して内側に配置されている。この場合、筐体から冷却ユニットを取り外すことなく、筐体に対して冷却ユニットを開くことにより、冷却ユニットの内側から熱交換装置に邪魔されることなく、高温側送風機及び低温側送風機のメンテナンスや交換作業を容易に行うことが可能である。
【００１５】
（請求項９の手段）
熱交換装置は、内部に伝熱媒体である冷媒が封入され、その冷媒が高温側熱交換器で高温側流体から受熱して沸騰し、連結管を通って低温側熱交換器へ移動した後、その低温側熱交換器で低温側流体に放熱することにより高温側流体の熱を低温側流体へ移動する沸騰冷却装置である。
この沸騰冷却装置では、高温側流体の熱を冷媒の沸騰と凝縮との繰り返しによって低温側流体へ移動するため、熱交換器に掛かる消費電力が不要（但し、高温側送風機と低温側送風機とを駆動するための電力は必要）であり、コストを低く抑えることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
（第１実施例）
図１は筐体冷却装置１の断面図、図２は筐体冷却装置１の正面図である。
本実施例の筐体冷却装置１は、例えば携帯電話や自動車電話等の移動無線電話の無線基地局装置であり、内部に電子部品２（発熱体）を収容するハウジング３（筐体）と、このハウジング３内に組み込まれて、ハウジング３内部を冷却する冷却ユニット４（以下パネルクーラ４と呼ぶ）から構成される。
【００１７】
電子部品２は、電気が流れると所定の動作を行うとともに発熱する発熱体（例えば、送受信器に組み込まれる高周波スイッチング回路を構成する半導体スイッチング素子、またはパワーアンプに組み込まれるパワートランジスタ等の半導体増幅素子）から構成されている。
ハウジング３は、例えばアルミニウム等の金属板により箱状に形成され、前面板３ａ（図１の左面）に開口部（符号なし）が設けられ、この開口部にパネルクーラ４が気密に組み込まれることにより、ハウジング３の内部空間３Ａが密閉化される。
【００１８】
パネルクーラ４は、ケーシング５と、このケーシング５内に収容される沸騰冷却装置６（図３参照／本発明の熱交換装置）、低温側送風機７、高温側送風機８、及びコントローラ９等より構成され、ハウジング３の開口部に気密に組み込まれてビスやボルト１０等により開口周縁部に固定されている（図２参照）。
ケーシング５は、仕切板１１によって隔てられた低温側伝熱空間１２と高温側伝熱空間１３とを形成するとともに、低温側伝熱空間１２とハウジング３の外部空間（大気）とを連通する外気取入口１４と外気排出口１５、及び高温側伝熱空間１３とハウジング３の内部空間３Ａとを連通する内気取入口１６と内気排出口１７が形成されている。
また、ケーシング５の前面には、低温側送風機７及び高温側送風機８のメンテナンス用ハッチ１８、１９が着脱可能に取り付けられている。
【００１９】
外気取入口１４と外気排出口１５は、それぞれケーシング５の前面に開口して、その開口面に異物の侵入を防止するためのルーバ１４ａ、１５ａが設けられている（図２参照）。なお、外気取入口１４は仕切板１１の位置より上部に開口し、外気排出口１５は外気取入口１４より上部に形成されている。
内気取入口１６は、ケーシング５の背面上部に開口し、内気排出口１７は、ケーシング５の底面に開口している。なお、ケーシング５の背面は、低温側伝熱空間１２の後面より更に後方（図１の右側）に位置し、ケーシング５の後面と背面との間に上下方向に伸びるダクト状の内気導入路２０が形成されている。
【００２０】
沸騰冷却装置６は、高温側伝熱空間１３に略直立した姿勢で配される冷媒槽２１、低温側伝熱空間１２に略直立した姿勢で配される放熱器２２、及び冷媒槽２１と放熱器２２とを連結する連結管２３より構成され、図示しない封入チューブを通じて装置内部に所定量の冷媒が封入されている。この冷媒は、ＨＦＣ−１３４ａ（化学式：ＣＨ₂ＦＣＦ₃）や水等が用いられ、その液面が非作動時に仕切板１１の位置に略一致する程度まで封入されている。
なお、本実施例の冷却ユニット４は、２組の沸騰冷却装置６を具備している。
【００２１】
冷媒槽２１は、図３に示す様に、並列に配された複数の受熱管２１ａ（本発明の伝熱管）、各受熱管２１ａの両端に接続されて各受熱管２１ａを連通する一組のタンク（上部タンク２１ｂと下部タンク２１ｃ）、及び隣合う各受熱管２１ａの間に介在された受熱用フィン２１ｄから構成され、一体ろう付けにより製造されている。
受熱管２１ａは、伝熱性に優れた金属材（例えばアルミニウムや銅）により断面形状が偏平な長円形状または細長い長方形に形成されている。
タンク２１ｂ、２１ｃは、受熱管２１ａと同じ金属材により両端が閉じた筒形状（断面形状は円形でなくても図３に示す様に方形でも良い）に形成され、長手方向に一定の間隔をおいて各受熱管２１ａの端部が挿入されている。
受熱用フィン２１ｄは、伝熱性に優れたアルミニウム等の薄い金属板を交互に折り曲げて波形状に成形したコルゲートフィンであり、各折り曲げ部で受熱管２１ａの壁面に接合されている。
【００２２】
放熱器２２は、図３に示す様に、並列に配された複数の放熱管２２ａ（本発明の伝熱管）、各放熱管２２ａの両端に接続されて各放熱管２２ａを連通する一組のタンク（上部タンク２２ｂと下部タンク２２ｃ）、及び隣合う各放熱管２２ａの間に介在された放熱用フィン２２ｄから構成され、一体ろう付けにより製造されている。
放熱管２２ａは、伝熱性に優れた金属材（例えばアルミニウムや銅）により断面形状が偏平な長円形状または細長い長方形に形成されている。
タンク２２ｂ、２２ｃは、放熱管２２ａと同じ金属材により両端が閉じた筒形状（断面形状は円形でなくても図３に示す様に方形でも良い）に形成され、長手方向に一定の間隔をおいて各放熱管２２ａの端部が挿入されている。
放熱用フィン２２ｄは、伝熱性に優れたアルミニウム等の薄い金属板を交互に折り曲げて波形状に成形したコルゲートフィンであり、各折り曲げ部で放熱管２２ａの壁面に接合されている。
【００２３】
連結管２３は、冷媒槽２１及び放熱器２２とともに一体ろう付けできる金属材（例えばアルミニウムや銅）により形成されたもので、冷媒槽２１で沸騰した冷媒蒸気を放熱器２２へ導くための第１の連結管２３ａと、放熱器２２で凝縮液化した凝縮液を冷媒槽２１へ戻すための第２の連結管２３ｂとから成り、両連結管２３ａ、２３ｂとも仕切板１１を気密に通り抜けて冷媒槽２１と放熱器２２とを連結している。
第１の連結管２３ａは、図３に示す様に、一端が冷媒槽２１の上部タンク２１ｂ内に差し込まれて上部タンク２１ｂ内部に開口し、他端がジョイント管２４に接続されて、そのジョイント管２４が放熱器２２の上部タンク２２ｂに接続されている。
第２の連結管２３ｂは、図３に示す様に、一端が放熱器２２の下部タンク２２ｃ内に差し込まれて下部タンク２２ｃ内部に開口し、他端がジョイント管２５に接続されて、そのジョイント管２５が冷媒槽２１の下部タンク２１ｃに接続されている。
なお、冷媒蒸気が流れる第１の連結管２３ａの方が、凝縮液が流れる第２の連結管２３ｂより管径を大きく設定しても良い。また、冷媒槽２１の上部タンク２１ｂと第１の連結管２３ａとの接続、及び放熱器２２の下部タンク２２ｃと第２の連結管２３ｂとの接続をジョイント管によって行っても良い。
【００２４】
２組の沸騰冷却装置６は、図１及び図３に示す様に、互いの冷媒槽２１と放熱器２２とが交差した位置関係に配置されて、その冷媒槽２１と放熱器２２とを連結する第１の連結管２３ａ及び第２の連結管２３ｂが相互にクロス配管されている。なお、本実施例では、２組であるが、３組以上の沸騰冷却装置６を使用する場合にも同様に構成される。即ち、一番左の冷媒槽２１と一番右の放熱器２２、左から二番目の冷媒槽２１と右から二番目の放熱器２２、……、一番右の冷媒槽２１と一番左の放熱器２２という様に、冷媒槽２１と放熱器２２との配列方向が対向する様に構成される。
【００２５】
低温側送風機７は、低温側伝熱空間１２にて沸騰冷却装置６の放熱器２２より外側（ケーシング５の前面側）に配置され、外気取入口１４と外気排出口１５とを通じて低温側伝熱空間１２にハウジング３外部の低温空気（以下、外気と言う）を流通させる。この低温側送風機７は、図１に示す様に、遠心式ファンの一種であるターボファン７ａ、このターボファン７ａを回転駆動する電動モータ７ｂ、及び送風通路を形成するファンケーシング７ｃ等を具備し、このファンケーシング７ｃに設けられた吸込口（ベルマウス）７ｄから吸い込んだ外気を直角方向に曲げて吐出する遠心送風式で、その吸込口７ｄが沸騰冷却装置６の放熱器２２に対向して配置されている。
低温側伝熱空間１２に形成される送風経路は、外気取入口１４から仕切板１１の上側で第１の連結管２３ａと第２の連結管２３ｂとが配された配管スペースを通り抜けて一旦放熱器２２の後方側へ至り、その後方側で折り返してから放熱器２２を通過した後、低温側送風機７のファンケーシング７ｃ内を通って外気排出口１５へ至る。この送風経路を流れる外気の流れを図１に実線矢印Ａで示す。なお、上記送風経路のうち、連結管２３の配管スペースを通る部分を送風通路２６として説明する。
【００２６】
高温側送風機８は、高温側伝熱空間１３にて沸騰冷却装置６の冷媒槽２１より外側（ケーシング５の前面側）に配置され、内気取入口１６と内気排出口１７とを通じて高温側伝熱空間１３とハウジング３の内部空間３Ａとの間で高温空気（以下、内気と言う）を循環させる。この高温側送風機８は、図１に示す様に、遠心式ファンの一種であるターボファン８ａ、このターボファン８ａを回転駆動する電動モータ８ｂ、及び送風通路を形成するファンケーシング８ｃ等を具備し、このファンケーシング８ｃに設けられた吸込口（ベルマウス）８ｄから吸い込んだ内気を直角方向に曲げて吐出する遠心送風式で、その吸込口８ｄが沸騰冷却装置６の冷媒槽２１に対向して配置されている。
高温側伝熱空間１３に形成される送風経路は、内気取入口１６から内気導入路２０を通り、冷媒槽２１を通過した後、高温側送風機８のファンケーシング８ｃ内を通って内気排出口１７に至る。この高温側送風機８の作動により生じる内気の流れを図１に実線矢印Ｂで示す。
【００２７】
コントローラ９は、例えばサーミスタ等の温度センサ２７により検出したハウジング３内部の温度に基づいて、低温側送風機７の電動モータ７ｂ、高温側送風機８の電動モータ８ｂ、及び電気ヒータ（図示しない）等の電気機器を通電制御する。
温度センサ２７は、図１に示す様に、内気取入口１６の内側（内気導入路２０側）に設けられて、内気取入口１６より内気導入路２０へ流入する内気の温度を検出する。
電気ヒータは、ハウジング３内部の温度低下に伴う電子部品２の性能低下及び結露を防止するために、ハウジング３の内部温度が予め設定された下限温度（例えば０℃）より低い時に通電されて、ハウジング３内部を下限温度以上に保つ働きをする。
【００２８】
次に、本実施例の作動を説明する。
電子部品２から発生する熱によってハウジング３の内部温度が上昇し、コントローラ９を通じて高温側送風機８の電動モータ８ｂと低温側送風機７の電動モータ７ｂとが通電されると、ターボファン８ａの回転によってハウジング３の内部空間３Ａと高温側伝熱空間１３とを図１の実線矢印Ｂで示す様に内気が循環し、ターボファン７ａの回転によって、図１の実線矢印Ａで示す様に低温側伝熱空間１２に外気が流通する。これにより、高温側伝熱空間１３に配された冷媒槽２１では、各受熱管２１ａに満たされた冷媒（液冷媒）が高温の内気から受熱して沸騰し、蒸気冷媒となって各受熱管２１ａを上昇した後、上部タンク２１ｂから第１の連結管２３ａを通って放熱器２２へ移動する。
【００２９】
放熱器２２の上部タンク２２ｂに流入した蒸気冷媒は、上部タンク２２ｂから各放熱管２２ａへ分配され、放熱管２２ａを流れる際に放熱管２２ａの内壁面に凝縮して液化し、液滴となった後、自重により放熱管２２ａの内壁面を伝って下部タンク２２ｃへ落下する。下部タンク２２ｃに集められた凝縮液は、第２の連結管２３ｂを通って冷媒槽２１の下部タンク２１ｃへ流入し、下部タンク２１ｃから再び各受熱管２１ａへ供給され、上記サイクルを繰り返す。
【００３０】
高温側送風機８の作動によって高温側伝熱空間１３を流れる内気は、冷媒槽２１を通過する際に冷媒槽２１の受熱管２１ａに満たされた冷媒との間で熱交換（冷媒に蒸発潜熱を奪われる）されて冷やされ、内気排出口１７よりハウジング３の内部空間３Ａへ吐出されて電子部品２を冷却する。
また、低温側送風機７の作動によって低温側伝熱空間１２を流れる外気は、放熱器２２を通過する際に放熱器２２の放熱管２２ａを流れる蒸気冷媒との間で熱交換（冷媒から凝縮潜熱を奪う）されて加熱され、外気排出口１５よりハウジング３の外部空間へ吐出される。
以上の様に、冷媒が沸騰と凝縮とを繰り返して冷媒槽２１と放熱器２２とを循環することにより、電子部品２から発生した熱が順次外気へ放出されて、ハウジング３に収容された電子部品２を冷却することができる。
【００３１】
（本実施例の効果）
本実施例では、冷媒槽２１に対する高温側送風機８の送風方向と放熱器２２に対する低温側送風機７の送風方向（内気と外気の流れ方向）とが同一となる様に構成されている。また、２組の沸騰冷却装置６を備え、各装置６の冷媒槽２１と放熱器２２とを交差した位置関係に配置して、その冷媒槽２１と放熱器２２とを連結する第１の連結管２３ａ及び第２の連結管２３ｂがクロス配管されている。これにより、冷媒槽２１と放熱器２２とを多段（本実施例では二段）に配列した効果を損なうことなく、十分な放熱性能を得ることができる。
また、各装置６の冷媒槽２１と放熱器２２とを交差した位置関係に配置するために、各装置６の第１の連結管２３ａと第２の連結管２３ｂ（合計４本の連結管２３）とをクロス配管させるだけで良い。従って、製造が容易であり、低コストで対応できる。
【００３２】
本実施例では、各装置６の冷媒槽２１と放熱器２２とを交差した位置関係に配置したことにより、沸騰冷却装置６に対して低温側送風機７と高温側送風機８とを同一側に配置して内気と外気とを並流で送風することができる。このため、沸騰冷却装置６の両側に送風機７、８を配置する必要がある場合と比べてパネルクーラ４を薄型化することができる。
低温側送風機７と高温側送風機８は、吸込口７ｄ、８ｄが放熱器２２と冷媒槽２１とに対向して配設されている（つまり吸い込み式送風機である）。この場合、送風機７、８の吐出口を放熱器２２と冷媒槽２１に対向して配設した場合（押し込み式送風機）と比べて圧力損失が小さくなるため、送風機７、８の消費電力を小さくできるとともに、騒音の低減、及び送風機７、８の小型化等が図れる。
【００３３】
また、吸い込み式送風機では、熱交換器（冷媒槽２１、放熱器２２）を通過して整流された流体を吸い込むため、押し込み式送風機よりファン効率が良く、且つ低騒音である。このため、各送風機７、８と沸騰冷却装置６との設置間隔を狭めることができるるため、その分パネルクーラ４の薄型化を図ることができる。
更に、各送風機７、８は、吸込口７ｄ、８ｄが熱交換器（放熱器２２、冷媒槽２１）に対向しているため、放熱器２２と冷媒槽２１が各送風機７、８の吸込口７ｄ、８ｄの防護ネットとして機能する。このため、吸込口７ｄ、８ｄより異物が混入するのを防止でき、送風機７、８の故障原因を少なくできる。
本実施例の低温側送風機７と高温側送風機８は遠心送風式である。この場合、吸込口７ｄ、８ｄより吸い込んだ空気を直角方向に吐出できる（つまり送風機７、８の内部で空気の流れを変えることができる）ため、狭いパネルクーラ４の内部で効率よく送風経路を構成することができる。また、軸流式ファンを使用して直角に曲がった送風経路を構成した場合と比較すると、流路抵抗が小さく圧損を低減できるため、所要の風量を得るための消費電力を少なくできる。
【００３４】
本実施例では、低温側伝熱空間１２において、沸騰冷却装置６の冷媒槽２１と放熱器２２とを連結する連結管２３の配管スペースに送風通路２６を設けて、この送風通路２６を通って外気取入口１４から放熱器２２の後方側へ外気を導くことができる。このため、放熱器２２の上方側に別途送風経路を設ける必要がないため、その分、パネルクーラ４の小型化を図ることができる。なお、送風通路２６内を通る第１の連結管２３ａ及び第２の連結管２３ｂは、それぞれ送風通路２６を流れる外気との間で熱的な影響を遮断するために、断熱材等を巻き付けても良い。この場合、特に蒸気冷媒が流れる第１の連結管２３ａのみを断熱処理しても良い。
また、ハウジング３外部の空気は、外気取入口１４から送風通路２６を通って一旦放熱器２２の後方側へ流れた後（つまり、放熱器２２の下側を通り抜ける）、その放熱器２２の後方側を上昇しながら放熱器２２を通過して低温側送風機７に吸い込まれる。これにより、砂等の重いゴミが外気取入口１４から外気とともに流入しても、放熱器２２の後方側を空気が上昇する際に自重により落下するため、放熱器２２にゴミが付着しにくくなる。
【００３５】
本実施例では、ハウジング３内部の内気を高温側伝熱空間１３に取り入れる内気取入口１６がケーシング５の背面の上部に開口し、冷媒槽２１を通過して冷却された空気が排出される内気排出口１７がケーシング５の下面に開口している。これにより、高温の空気を上側から取り入れて低温の空気を下側から排出できるため、ハウジング３内での外気の循環が良好に行われて、効率良く電子部品２を冷却することができる。
また、ハウジング３外部の外気を低温側伝熱空間１２に取り入れる外気取入口１４より、放熱器２２を通過して加熱された空気が排出される外気排出口１５の方が高い位置に開口しているため、低温の空気を下側から取り入れて、高温の空気を上側から排出できる。この場合、外気の浮力を利用できるため、低温側送風機７の負荷を軽減できるメリットがある。逆に上方より吸い込んで下方から排出すると、熱交換後の加熱された流体を吸い込んでしまう可能性があり、ショートサーキットを生じて冷却能力の低下を起こす恐れがある。
【００３６】
本実施例では、低温側送風機７及び高温側送風機８がパネルクーラ４の外側（冷媒槽２１及び放熱器２２に対して外側）に配置されているため、電動モータ７ｂ、８ｂで発生した熱を電動モータ７ｂ、８ｂを取り付けているモータステー等に放熱でき、モータステーから更にハウジング３の外部を流れる外気に放熱することができる。これにより、低温側送風機７及び高温側送風機８をパネルクーラ４の内側に配置した場合と比べると、沸騰冷却装置６の放熱能力（冷却能力）が同じでも、ハウジング３内部の電子部品２の発熱量を増やすことができる。また、ハウジング３内部より低温の外気に放熱することにより、電動モータ７ｂ、８ｂをより低い環境温度で使用できるため、電動モータ７ｂ、８ｂの寿命が向上する。
更に、低温側送風機７及び高温側送風機８が沸騰冷却装置６の外側に配置されているため、メンテナンス用ハッチ１８、１９を開くことにより、沸騰冷却装置６に妨げられることなく、容易に低温側送風機７及び高温側送風機８のメンテナンス及び交換作業等を行うことができる。
【００３７】
（第２実施例）
図４は筐体冷却装置１の断面図である。
本実施例は、パネルクーラ４がハウジング３に対して一辺を支持軸（図示しない）として開閉可能に組付けられている。また、本実施例では、沸騰冷却装置６に対して低温側送風機７及び高温側送風機８が内側（ハウジング３側）に配置されている。
この場合、仕切板１１の下側に連結管２３の配管スペースを設けて、その配管スペースを利用して内気側の送風通路２８を設けることができる。
また、ハウジング３に対してパネルクーラ４全体を支持軸を中心として回転させて開くことにより、低温側送風機７及び高温側送風機８のメンテナンス及び交換等を行うことができるため、電動モータ７ｂ、８ｂ等の重要部品を外側に配置しなくても良い。なお、ケーシング５の背面にヒンジ２９等を設けて、ヒンジ２９より上部を可動式とすることにより、低温側送風機７のメンテナンス及び交換等の作業性を向上できる。
【００３８】
（第３実施例）
図５は筐体冷却装置１の断面図である。
本実施例は、低温側送風機７として軸流式ファン７（同一符号で示す）を用いた一例である。
この場合、軸流式ファン７の前面に外気排出口１５が形成され、その外気排出口１５の下側に外気取入口１４が形成されている。従って、軸流式ファン７の作動によって生じる外気の流れは、図５に実線矢印Ａで示す様に、外気取入口１４より低温側伝熱空間１２に流入した後、連結管２３の配管スペースに設けられた送風通路２６を通って放熱器２２の後ろ側へ入り込み、放熱器２２を通過して軸流式ファン７に吸い込まれ、そのまま前方に開口する外気排出口１５より排出される。この様に、低温側伝熱空間１２では、軸流式ファン７を外気排出口１５に対向して配置できるため、軸流式ファン７から吹き出された空気流を曲げて排出する必要がなく、圧損による性能低下を招くことなく軸流式ファン７を使用することができる。
【００３９】
また、軸流式ファン７を用いた場合、遠心力によって空気の流れがボス側から外周側へ流れてしまうため、軸流式ファン７の前後（上流側と下流側）で半径方向の速度分布が異なり、軸流式ファン７下流側の方が半径方向の速度分布が不均一となる（半径方向の内側から外側へ向かって空気速度が大きくなる）。このため、軸流式ファン７の吐出側に放熱器２２を配置した場合（つまり押し込み式）には、半径方向の速度分布が大きい空気の流れが放熱器２２に送風されるため、速度分布が均一な流れを送風する場合と比較して放熱器２２の性能が低下する。これに対し、本実施例の様に、軸流式ファン７の吸い込み側に放熱器２２を配置した場合には、半径方向の速度分布が小さい空気の流れが放熱器２２に送風されるため、押し込み式の場合より放熱器２２の性能が向上する。
更に、軸流式ファン７では、ターボファン等の遠心送風式と比較して吸込口の有効面積を大きく取れるため、放熱面積を大きくしたい場合等に効果的である。
【００４０】
（第４実施例）
図６は筐体冷却装置１の断面図である。
本実施例は、低温側送風機７と高温側送風機８の両方を軸流式ファン７、８とした一例である。この場合、密閉空間の一部である高温側伝熱空間１３の前面がメンテナンス用ハッチ１８により閉塞されているため、軸流式ファン８からの吐出空気を直角方向に曲げる必要がある。従って、極力圧損を小さくするためには軸流式ファン８とメンテナンス用ハッチ１８との間隔を出来る限り大きく取った方が良い。ところが、軸流式ファン８とメンテナンス用ハッチ１８との間隔を大きく取ると、パネルクーラ４の幅（図６の左右方向の寸法）が増大してしまう。そこで、本実施例では、沸騰冷却装置６の冷媒槽２１を放熱器２２に対して後方（ケーシング５の背面側）へオフセット配置して構成している。これにより、冷媒槽２１を後方へずれて配置した分だけ、軸流式ファン８の吐出側スペースを大きく取ることができる。
また、本実施例の場合、図７に示す様に、２組の沸騰冷却装置６のうち、一方の装置は、冷媒槽２１の上方に放熱器２２を配置して、両者を連結する第１の連結管２３ａ及び第２の連結管２３ｂを上下方向に真っ直ぐ配管できるため、低コストで対応できるメリットがある。
【図面の簡単な説明】
【図１】筐体冷却装置の断面図（第１実施例）。
【図２】筐体冷却装置の正面図である（第１実施例）。
【図３】沸騰冷却装置の斜視図である。
【図４】筐体冷却装置の断面図（第２実施例）。
【図５】筐体冷却装置の断面図（第３実施例）。
【図６】筐体冷却装置の断面図（第４実施例）。
【図７】沸騰冷却装置の斜視図である（第４実施例）。
【図８】ヒートパイプを使用した冷却装置の側面図である（従来技術）。
【図９】ヒートパイプを使用した冷却装置の側面図である（従来技術）。
【符号の説明】
１筐体冷却装置
２電子部品（発熱体）
３ハウジング（筐体）
３Ａ内部空間（高温領域）
４パネルクーラ（冷却ユニット／冷却装置）
５ケーシング
６沸騰冷却装置（熱交換装置）
７低温側送風機
７ｄ低温側送風機の吸込口
８高温側送風機
８ｄ高温側送風機の吸込口
１１仕切板
１２低温側伝熱空間（低温領域）
１３高温側伝熱空間（高温領域）
１４外気取入口
１５外気排出口
１６内気取入口
１７内気排出口
２１冷媒槽（高温側熱交換器）
２１ａ受熱管（伝熱管）
２１ｂ冷媒槽の上部タンク
２１ｃ冷媒槽の下部タンク
２２放熱器（低温側熱交換器）
２２ａ放熱管（伝熱管）
２２ｂ放熱器の上部タンク
２２ｃ放熱器の下部タンク
２３ａ第１の連結管（連結管）
２３ｂ第２の連結管（連結管）

Claims

高温領域に配されて、内部を流れる伝熱媒体と外部の高温側流体との間で熱交換を行う高温側熱交換器、低温領域に配されて、内部を流れる伝熱媒体と外部の低温側流体との間で熱交換を行う低温側熱交換器、及び前記高温側熱交換器と前記低温側熱交換器とを連結する連結管より構成され、前記高温側熱交換器と前記低温側熱交換器は、それぞれ伝熱媒体が流通する複数本の伝熱管と各伝熱管を連通するタンクとを具備し、前記高温側熱交換器のタンクと前記低温側熱交換器のタンクとが前記連結管により連結して構成された熱交換装置と、
前記高温領域で前記高温側熱交換器に高温側流体を送風する高温側送風機と、
前記低温領域で前記低温側熱交換器に低温側流体を送風する低温側送風機と
を備え、
前記熱交換装置が複数設けられて、各熱交換装置の前記高温側熱交換器と前記低温側熱交換器とがそれぞれ多段に配列されるとともに、前記高温側熱交換器に対する高温側流体の流れ方向と前記低温側熱交換器に対する低温側流体の流れ方向とが同一方向となる様に構成され、
且つ、各熱交換装置は、前記高温側熱交換器と前記低温側熱交換器との配列方向が対向して設けられていることを特徴とする冷却装置。
請求項１に記載した冷却装置において、
前記高温側送風機と前記低温側送風機は、前記熱交換装置に対して同一側に配置されていることを特徴とする冷却装置。
請求項１または２に記載した冷却装置において、
前記高温側送風機と前記低温側送風機のうち、少なくとも何方か一方の送風機は、吸込口が前記高温側熱交換器または前記低温側熱交換器に対向して配設されていることを特徴とする冷却装置。
請求項３に記載した冷却装置において、
前記吸込口が前記熱交換器に対向して配設された送風機は、遠心送風式であることを特徴とする冷却装置。
請求項１〜４に記載した何れかの冷却装置と、
密閉化された内部空間を形成し、その内部空間に発熱体を収容する筐体と
を備え、
前記冷却装置により前記筐体の内部空間を冷却する筐体冷却装置であって、
仕切板によって気密に隔てられた高温側伝熱空間と低温側伝熱空間とを有し、前記高温側伝熱空間が前記筐体の内部空間と連通して設けられ、前記低温側伝熱空間が前記筐体の外部空間と連通して設けられて、
前記高温側熱交換器と前記高温側送風機とが前記高温側伝熱空間に収容され、前記低温側熱交換器と前記低温側送風機とが前記低温側伝熱空間に収容されて冷却ユニットを構成していることを特徴とする筐体冷却装置。
請求項５に記載した筐体冷却装置において、
前記冷却ユニットは、前記高温側送風機の作動により前記高温側伝熱空間に高温側流体を取り入れる内気取入口と、前記高温側伝熱空間より高温側流体を排出する内気排出口とを有するとともに、前記低温側送風機の作動により前記低温側伝熱空間に低温側流体を取り入れる外気取入口と、前記低温側伝熱空間より低温側流体を排出する外気排出口とを有し、
前記内気取入口より前記内気排出口の方が低い位置に設けられ、且つ前記外気取入口より前記外気排出口の方が高い位置に設けられていることを特徴とする筐体冷却装置。
請求項５または６に記載した筐体冷却装置において、
前記冷却ユニットは、前記高温側送風機と前記低温側送風機が、前記熱交換装置に対して外側に配置されていることを特徴とする筐体冷却装置。
請求項５または６に記載した筐体冷却装置において、
前記冷却ユニットは、前記筐体に対して一辺を軸として回動自在に取り付けられ、且つ前記高温側送風機と前記低温側送風機が前記熱交換装置に対して内側に配置されていることを特徴とする筐体冷却装置。
請求項１〜８に記載した何れかの冷却装置において、
前記熱交換装置は、内部に伝熱媒体である冷媒が封入され、その冷媒が前記高温側熱交換器で高温側流体から受熱して沸騰し、前記連結管を通って前記低温側熱交換器へ移動した後、その低温側熱交換器で低温側流体に放熱することにより高温側流体の熱を低温側流体へ移動する沸騰冷却装置であることを特徴とする冷却装置。