JP3956418B2

JP3956418B2 - 筐体冷却装置

Info

Publication number: JP3956418B2
Application number: JP04871797A
Authority: JP
Inventors: 茂門田; 浩次樹下; 清司川口
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1997-03-04
Filing date: 1997-03-04
Publication date: 2007-08-08
Anticipated expiration: 2017-03-04
Also published as: JPH10247793A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、筐体内部に収容される発熱体を冷却する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冷却することができないため、例えばヒートパイプ（内部に冷媒が封入されている）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）。また、ハウジング内には、停電時の補助電源としてバッテリが収容されているため、バッテリから発生する可燃ガス（水素ガス等）を適宜ハウジング外部に放出する必要がある。そのため、ハウジングには、ハウジング内部を換気するための換気機能（換気口、換気扇、換気口を開閉するシャッタ等）が設けられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、ハウジングに換気機能を設けた場合には、ヒートパイプに送風するためのファン（室内ファンと室外ファン）とは別に換気用のファン（換気扇）を必要とするため、その分、コスト高となる。また、換気扇に接続される電源線より発生する電磁波を防止する必要があり、この分でもコスト高となる。なお、電磁波を防止するために屋外配線（電源線をハウジングの外側に配線する）を採用することもできるが、この場合、屋内配線（電源線をハウジングの内側に配線する）と比べて電源線の寿命が短くなる（劣化が早い）とともに、防水対策も必要となるため、屋内配線よりコスト高となる。
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、専用の換気扇を使用することなく換気機能を達成することでコストダウンを実現し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の手段によれば、筐体内部を換気する換気手段は、室内ファンまたは室外ファンを換気扇として使用することを特徴とする。これにより、室内ファン及び室外ファンの他に専用の換気扇を必要としないため、その分、コストダウンを図ることができる。また、専用の換気扇を持たないため、筐体内部に電源線を配線する必要がない。そのため、電源線より発生する電磁波の問題も無く、電磁波対策の費用も掛からない。
【０００５】
請求項２の手段によれば、熱交換器は、内部に伝熱媒体が封入されて、その一端側が内部連通室に配され、他端側が高温連通室に配された沸騰冷却器である。この沸騰冷却器は、内部連通室と外部連通室との温度差によって伝熱媒体が自然循環することにより高温流体の熱を低温流体へ移動させることができる。このため、熱交換器に掛かる消費電力が不要（但し、室内ファン及び室外ファンを駆動するための電力は必要）であり、冷凍サイクルを用いた冷却器と比較してコストが安く、且つシステムも小型化できる。
【０００６】
請求項３の手段によれば、換気手段は、換気口と、この換気口を開閉する開閉手段とを有する。この場合、筐体内部を換気する時のみ開閉手段によって換気口を開くことができるため、平常時は開閉手段によって換気口を閉じることで筐体内部を密閉化することができる。なお、換気口は、筐体内部に外気（低温流体）を取り入れるための吸気口と、筐体内部（内部連通室も含む）の内気（高温流体）を吐出するための吐出口とから成る。また、開閉手段は、吸気口を開閉する吸気口シャッタ（またはドア等）と、吐出口を開閉する吐出口シャッタ（またはドア等）とから成る。
【０００７】
請求項４の手段によれば、換気口は、室内ファンの吹き出し下流に設けられ、開閉手段が開くことで室内ファンの吹き出し流の一部が換気口より筐体の外部へ排出され、その他の吹き出し流が筐体内部へ送風される。これにより、筐体内のガスの淀みを防止できる。
【０００８】
請求項５の手段によれば、換気指令に基づいて開閉手段を作動させる開閉制御手段を具備している。これにより、筐体内部を換気する必要がある時のみ開閉制御手段に換気指令を出力して開閉手段を作動させることができる。
【０００９】
請求項６の手段によれば、換気指令に基づいて換気扇の回転数を可変する回転数制御手段を具備している。この場合、筐体内部を換気する時のみ換気扇（室内ファンまたは室外ファン）の回転数を可変する（例えば通常より回転数を上げる）ことにより、速やか（短時間）に換気を行うことが可能である。
【００１０】
請求項７の手段によれば、換気指令は、筐体内部と内部連通室とを循環する高温流体の温度を検知する温度検知手段の出力信号である。この場合、筐体内部の温度異常（例えば筐体内部の温度が所定温度以上に上昇した場合）を検知して筐体内部を換気することができるため、熱交換器の能力不足を補うことができる。
【００１１】
請求項８の手段によれば、内部連通室と外部連通室とを形成するケーシングを備え、室内ファン、室外ファン、及び熱交換器がケーシングに収容されて冷却ユニットを構成し、この冷却ユニットが筐体と組み合わされている。この場合、専用の換気扇を筐体側に取り付ける必要がないため、コストダウンできる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の筐体冷却装置を図面に基づいて説明する。
図１は筐体冷却装置１の全体模式図である。
本実施例の筐体冷却装置１は、内部に電子部品等の発熱体２を収容する筐体３と、この筐体３内部を冷却する冷却ユニット４（以下パネルクーラと呼ぶ）と、筐体３内部を換気するための換気手段（後述する）とから構成される。
筐体３は、例えばアルミニウム等の金属により箱状に形成され、パネルクーラ４の取付け面が略全面的に開放されている。筐体３の内部には、発熱体２と、停電時の補助電源として利用されるバッテリ（図示しない）が収容される。
【００１３】
パネルクーラ４は、ケーシング５と、このケーシング５に収容される室内ファン６、室外ファン７、熱交換器８、及びコントローラ９等より構成され、筐体３の取付け面（開放面）に組み付けられる。
ケーシング５は、仕切板１０を有し、この仕切板１０によってケーシング５内部が内部連通室１１と外部連通室１２とに仕切られている。なお、パネルクーラ４が取付けられる筐体３の取付け面（開放面）は、ケーシング５の背面板５ａによって閉塞される。
内部連通室１１は、ケーシング５内で仕切板１０の下側に形成されて、内気取入口１３と内気吐出口１４とを通じて筐体３の内部空間と連通し、その筐体３の内部空間とともに密閉化された空間を形成している。外部連通室１２は、ケーシング５内で仕切板１０の上側に形成されて、外気取入口１５と外気吐出口１６とを通じて外部（大気）と連通している。
【００１４】
内気取入口１３と内気吐出口１４は、ケーシング５の背面板５ａに設けられている。但し、内気取入口１３は背面板５ａの上部側に設けられ、内気吐出口１４は背面板５ａの下部側に設けられている。なお、仕切板１０は、内気取入口１３を出来るだけ背面板５ａの上部に設けるために、ケーシング５内で傾斜した状態に取り付けられている。具体的には、図１に示す様に、筐体３側（ケーシング５の背面板５ａ側）が高く、反筐体３側（ケーシング５の前面板５ｂ側）が低くなる様に取り付けられている。
外気取入口１５は、ケーシング５の前面板５ｂに設けられ、外気吐出口１６は、ケーシング５の上面板５ｃに設けられている。
【００１５】
室内ファン６は、内部連通室１１と筐体３の内部空間との間で室内空気（以下、内気と言う）を循環させるもので、内部連通室１１の下部に配され、内気吐出口１４と略対向して設置されている。この室内ファン６の回転により生じる空気（内気）の流れを図１に実線矢印Ａで示す。
室外ファン７は、外部連通室１２にケーシング５外部の室外空気（以下、外気と言う）を流通させるもので、外部連通室１２の上部に配され、外気吐出口１６と対向して設置されている。この室外ファン７の回転により生じる空気（外気）の流れを図１に実線矢印Ｂで示す。
【００１６】
熱交換器８は、内部に冷媒が封入されて相互に連通する冷媒槽８ａと放熱器８ｂとを具備する沸騰冷却器（以下、熱交換器８を沸騰冷却器８と言う）であり、図１に示す様に、冷媒槽８ａが内部連通室１１に配され、放熱器８ｂが外部連通室１２に配されている。この沸騰冷却器８は、発熱体２から発生した熱で内気温度が上昇すると、その温度上昇に応じて冷媒槽８ａに収容されている冷媒が沸騰気化して放熱器８ｂへ移動し、放熱器８ｂで外部連通室１２を流れる外気に放熱して凝縮する。凝縮した冷媒は、液滴となって再び冷媒槽８ａへ戻り、上記サイクルを繰り返す。
コントローラ９は、室内ファン６と室外ファン７、及び換気手段に含まれるシャッタ１７、１８の作動を制御するもので、ケーシング５の背面板５ａに取り付けられて、外部の影響を受けにくい筐体３内部側に配されている。
【００１７】
換気手段は、バッテリから発生する可燃ガス（水素ガス等）を筐体３外部へ放出するために筐体３内部を換気するもので、本実施例では室外ファン７を換気扇として利用している。
この換気手段は、筐体３外部から筐体３内部へ外気を取り入れるための換気口１９と、筐体３内部から筐体３外部へ内気を排出するための換気口２０、及びこの換気口１９、２０を開閉する上記のシャッタ１７、１８を具備している。換気口１９は、筐体３の後壁面３ａの下部に設けられ、換気口２０は、ケーシング５の背面板５ａの上部に設けられている。但し、換気口２０は、内気取入口１３より上方で、ケーシング５内の外部連通室１２に開口している。
シャッタ１７、１８は、換気口１９を開閉するシャッタ１７と、換気口２０を開閉するシャッタ１８であり、それぞれサーボモータ等のアクチュエータ（図示しない）によって開閉動作を行う。
【００１８】
次に、本実施例の作動を説明する。
発熱体２が収容された筐体３内部は、その発熱体２から発生する熱によって内気温度が上昇する。ここで、コントローラ９を通じて室内ファン６及び室外ファン７が通電されると、室内ファン６の回転によって筐体３内部と内部連通室１１とを図１の実線矢印Ａで示す様に内気が循環し、室外ファン７の回転によって図１の実線矢印Ｂで示す様に外部連通室１２に外気が流通する。これにより、内部連通室１１に配された冷媒槽８ａの冷媒が内気の熱を受けて沸騰し、気相冷媒となって放熱器８ｂへ移動する。放熱器８ｂを流れる気相冷媒は、外部連通室１２を流れる外気に放熱して放熱器８ｂの内壁面に凝縮し、液滴となって再び冷媒槽８ａへ戻る。この冷媒が沸騰と凝縮を繰り返して冷媒槽８ａと放熱器８ｂとを循環することにより発熱体２から発生した熱が順次外気へ放出され、その結果、密閉化された筐体３内部を冷却することができる。
【００１９】
その後、コントローラ９が換気指令を入力すると、コントローラ９より各アクチュエータに制御信号が出力され、各アクチュエータにより各シャッタ１７、１８が作動して換気口１９、２０を開く。これにより、筐体３内部と外部連通室１２とが換気口２０を通じて連通するため、室外ファン７を換気扇として利用することができる。即ち、室外ファン７の回転によって筐体３内部に図１の破線矢印Ｃで示す様な空気流が生じて筐体３内部を換気することができる。
なお、換気指令は、定期的に換気を行うことができる様に、予め設定された経過時間毎に出力されるタイマ信号でも良いし、高温流体（内気）の温度が所定温度以上であることを検出する温度センサ２１（本発明の温度検知手段）の出力信号でも良い。
【００２０】
（本実施例の効果）
本実施例によれば、室外ファン７を換気扇として使用するため、従来の様な専用の換気扇が不要であり、その分、コストダウンを図ることができる。また、専用の換気扇を持たないため、換気扇に電力を供給するための電源線を筐体３内部に配線する必要がない。そのため、電源線より発生する電磁波の問題が無く、電磁波対策の費用も掛からない。また、筐体３に換気扇を取り付ける場合には、取付け部の防水処理が必要であるが、本実施例ではその必要が無い。更に配線を取り回す必要がないため、信頼性を向上できるメリットもある。
【００２１】
本実施例のパネルクーラ４は、熱交換器として冷媒の自然循環によって熱伝達を行う沸騰冷却器８を使用するため、消費電力を小さくできる（室内ファン６及び室外ファン７を駆動するための電力だけで良い）。このため、冷却装置として冷凍サイクルを用いた場合と比較してコストが安く、且つシステムも小型化できる。なお、冷凍サイクルでは、コンプレッサの消費電力が大きく高コストであるとともに、停電時に対応するバックアップ電源も大きくなるため、システムも大型化する。
【００２２】
熱交換器として沸騰冷却器８を使用した場合、外気温が筐体３内部の温度上限に近くなると、体格を大きくしても冷却能力を増加させることができないと言った問題があるが、外気温が筐体３内部の温度上限に近くなることは極まれである（例えばフェーン現象等の異常気象時）。そこで、筐体３内部の温度が所定温度以上（例えば６５℃以上）に上昇した時は、換気機能を働かせることで沸騰冷却器８の能力不足を補うことができる。
【００２３】
（第２実施例）
図２は筐体冷却装置１の全体模式図である。
本実施例は、室内ファン６を換気扇として利用する一例を示すものである。
この場合、換気口１９は第１実施例と同じ筐体３の後壁面３ａに設けられるが、換気口２０は、例えばケーシング５の下面板５ｄで室内ファン６の下流側に設けられる。これにより、各シャッタ１７、１８が換気口１９、２０を開くと、室内ファン６の回転によって筐体３内部に図２の破線矢印Ｄで示す様な空気流が生じて筐体３内部を換気することができる。この場合、ケーシング５の背面板５ａの上方に内気取入口１３が形成されているため、効率良く筐体３内部を換気することができる。
【００２４】
（第３実施例）
図３は筐体冷却装置１の全体模式図である。
本実施例は、補助冷却手段としてエアコンを具備した一例を示すものである。エアコンは、コンプレッサ２２、コンデンサ２３、室内機２４（膨張弁、エバポレータ、ファン）等から冷凍サイクルを構成し、各機能部品（ファンを除く）が冷媒配管２５によって接続されている。
【００２５】
コンプレッサ２２は、冷媒を圧縮して吐出するもので、重量が大きいため、ケーシング５内の下部（内部連通室１１）に設置されている。コンデンサ２３は、コンプレッサ２２で圧縮された高温高圧の冷媒を冷却して凝縮液化するもので、室外ファン７の送風経路（外部連通室１２で沸騰冷却器８の放熱器８ｂより風下側）に配置されている。膨張弁（図示しない）は、コンデンサ２３で液化した冷媒を減圧してエバポレータに供給する。エバポレータ（図示しない）は、膨張弁で減圧された冷媒と筐体３内部の空気とを熱交換する。ファン（図示しない）は、筐体３内部の空気をエバポレータへ向けて送風するもので、膨張弁及びエバポレータとともに室内機２４として筐体３内部に配置されている。但し、室内機２４の空気取入口２４ａは空気吹出口２４ｂより上方に設けられ、且つ空気吹出口２４ｂは内気取入口１３より下部に開口している（図３参照）。
【００２６】
このエアコンは、発熱体２が異常発熱したり、異常気象時等の場合に作動して、沸騰冷却器８の能力不足を補うことができる。つまり、通常は沸騰冷却器８のみを使用するため、エアコンは、最低限の冷却能力を確保できれば良い。従って、エアコンを具備しても消費電力が大幅に増大することはない。また、エアコンの作動頻度が小さいため、エアコンのメンテナンス周期を長くできるメリットもある。
筐体３内部に設置した室内機２４は、空気取入口２４ａが空気吹出口２４ｂより上方に設けられ、且つ空気吹出口２４ｂが内気取入口１３より下部に開口している。これにより、エアコン作動時にエバポレータで冷却された冷却風を発熱体２へ送風することができる。即ち、発熱体２の熱を受け取る前の冷風をそのまま内気取入口１３より吸い込んだり、換気機能によって排出することを防止できる。
【００２７】
また、コンデンサ２３内の冷媒は、沸騰冷却器８の放熱器８ｂより高温になっているため、コンデンサ２３と放熱器８ｂとを同じ送風経路に直列に配置しても（但し、放熱器８ｂの空気下流側にコンデンサ２３が配置される）影響が小さい。従って、コンデンサ２３を放熱器８ｂより空気上流側に配置することは放熱器８ｂの能力ダウンとなる。勿論、コンデンサ２３と放熱器８ｂとを並列に配置しても良い。
【００２８】
（第４実施例）
図４は筐体冷却装置１の全体模式図である。
本実施例は、換気のための換気口１９（吸込口）と換気口２０（吐出口）の両方をパネルクーラ４に設けた一例を示すものである。この場合、ケーシング５の下面板５ｄに外気を取り入れるための換気口１９と、ケーシング５の背面板５ａに内気を排出するための換気口２０（ケーシング５内の外部連通室１２に開口する）とを設け、それぞれシャッタ１７、１８で開閉できる構成である。
各シャッタ１７、１８が換気口１９、２０を開くと、換気扇としての室外ファン７を回転させることにより、筐体３内部に図４の破線矢印Ｅで示す様な空気流が生じて筐体３内部を換気することができる。
【００２９】
（変形例）
上記の各実施例において、筐体３内部を換気する時には、換気扇として使用する室内ファン６または室外ファン７の回転数をコントローラ９を通じて可変しても良い。例えば、通常よりファン回転数を上げることにより、速やか（短時間）に換気を行うことが可能となる。
上記の第１、２、３の各実施例において、換気時も室内ファン６を連動して運転することにより、筐体３内のガスの淀みを防止できる。なお、第２実施例では、室内ファン６の空気下流側に換気口２０（吐出口）を設けているため、室内ファン６によって生じる空気流（吹出し流）の一部は換気口２０（吐出口）から筐体３外部へ排出され、その他は内気吐出口１４より筐体３内へ送風されるため、常に筐体３内のガスの淀みを防止できる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】筐体冷却装置の全体模式図である（第１実施例）。
【図２】筐体冷却装置の全体模式図である（第２実施例）。
【図３】筐体冷却装置の全体模式図である（第３実施例）。
【図４】筐体冷却装置の全体模式図である（第４実施例）。
【符号の説明】
１筐体冷却装置
２発熱体
３筐体
４パネルクーラ（冷却ユニット）
５ケーシング
６室内ファン（換気手段）
７室外ファン（換気手段）
８沸騰冷却器（熱交換器）
９コントローラ（開閉制御手段／回転数制御手段）
１１内部連通室
１２外部連通室
１７シャッタ（開閉手段）
１８シャッタ（開閉手段）
１９換気口（換気手段）
２０換気口（換気手段）
２１温度センサ（温度検知手段）

Claims

略密閉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、
この筐体の内部空間と連通する内部連通室と、
前記筐体の外部空間と連通する外部連通室と、
前記筐体内部と前記内部連通室との間で高温流体を循環させる室内ファンと、
前記外部連通室に前記筐体外部の低温流体を流通させる室外ファンと、
前記内部連通室と前記外部連通室との温度差によって伝熱媒体が自然循環することにより前記高温流体の熱を前記低温流体へ移動させる熱交換器と、
前記筐体内部を換気する換気手段とを備え、
この換気手段は、前記室内ファンまたは前記室外ファンを換気扇として使用することを特徴とする筐体冷却装置。
前記熱交換器は、内部に前記伝熱媒体が封入されて、その一端側が前記内部連通室に配され、他端側が前記外部連通室に配された沸騰冷却器であることを特徴とする請求項１に記載した筐体冷却装置。
前記換気手段は、換気口と、この換気口を開閉する開閉手段とを有することを特徴とする請求項１または２に記載した筐体冷却装置。
前記換気口は、前記室内ファンの吹き出し下流に設けられ、前記開閉手段が開くことで前記室内ファンの吹き出し流の一部が前記換気口より前記筐体の外部へ排出され、その他の吹き出し流が前記筐体内部へ送風されることを特徴とする請求項３に記載した筐体冷却装置。
換気指令に基づいて前記開閉手段を作動させる開閉制御手段を具備したことを特徴とする請求項３または４に記載した筐体冷却装置。
換気指令に基づいて前記換気扇の回転数を可変する回転数制御手段を具備したことを特徴とする請求項１〜５に記載した何れかの筐体冷却装置。
前記換気指令は、前記筐体内部と前記内部連通室とを循環する高温流体の温度が所定温度以上であることを検知する温度検知手段の出力信号であることを特徴とする請求項１〜６に記載した何れかの筐体冷却装置。
前記内部連通室と前記外部連通室とを形成するケーシングを備え、
前記室内ファン、前記室外ファン、及び前記熱交換器が前記ケーシングに収容されて冷却ユニットを構成し、この冷却ユニットが前記筐体と組み合わされていることを特徴とする請求項１〜７に記載した何れかの筐体冷却装置。