JP4044997B2 - 屋外設置型通信機器用カードの冷却装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ヒートパイプを用いた冷却装置に関し、特に、屋外設置型の通信機器用のカードの冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、情報通信の分野においては、各種の情報が電子データ化され、この情報が無線または有線の方式により、相互の端末機同士や、端末機と交換機との間で通信されている。端末機や交換機などの通信機器にはコンピュータが内蔵されており、電子データがコンピュータにより処理される。
【０００３】
上記コンピュータには、情報処理電子機器ユニットとしてのカードが接続されており、このカードにより、コンピュータの保有する情報を電子データとして外部に出力する処理や、外部から送信された電子データをコンピュータに入力する処理が行われる。上記構成の通信機器においては、カードにより処理される情報容量の増大によりカードの発熱が生じた場合は、この熱を通信機器の外部に放熱することでカードの冷却が行われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、テレターミナルシステムや、衛星通信システムなどにおいては、通信機器が屋外に設置される場合がある。この場合は、通信機器を構成する部品が風雨に曝されることを防止するため、密閉構造の筐体の内部に部品を収納する構成が採用されている。しかしながら、密閉構造の筐体の内部にカードが収納されている場合は、カードの発熱を筐体の外部に放熱することが困難であるため、このような外部設置型通信機器用カードに対する有効な冷却装置の開発が望まれていた。
【０００５】
この発明は上記の事情を背景としてなされたもので、筐体の内部に配置されたカードを冷却することの可能な屋外設置型通信機器用カードの冷却装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段およびその作用】
上記の目的を達成するために請求項１の発明は、屋外に設置され、かつ、通信機器の情報処理を行うカードが収容された筐体と、前記筐体の内部に配置され、かつ、この筐体および前記カードに対して熱授受可能に構成されたヒートパイプとを備えた屋外設置型通信機器用カードの冷却装置において、前記筐体の開口部を開閉する扉と、前記筐体に固定され、かつ、熱伝導性に優れたコネクタとが設けられており、前記ヒートパイプが、第１のヒートパイプおよび第２のヒートパイプを有しており、前記第１のヒートパイプが、前記カードに対して熱授受可能に構成され、かつ、前記コネクタに接続されており、前記第２のヒートパイプが、前記コネクタに回転可能に取り付けられ、かつ、前記扉に対して熱授受可能に接続されることにより、前記第２のヒートパイプおよびコネクタが、前記筐体と前記扉とを開閉自在に接続するヒンジ機構を兼ねていることを特徴とする。
【０００７】
請求項１の発明によれば、通信機器が屋外に設置された状態において、筐体によりカードが保護される。一方、情報処理容量の増大によりカードが発熱した場合は、この熱がヒートパイプに伝達される。すると、ヒートパイプはその内部に温度差が生じることにより動作し、高温部で蒸発した作動流体が低温部に流動して放熱・凝縮することにより、作動流体の潜熱として熱輸送が行われ、この熱が筐体を介して外気中に放熱される。すなわち、筐体自体が通信機器のヒートシンクとして機能し、カードが冷却される。具体的に説明すると、カードの熱が第１のヒートパイプを経由してコネクタに伝達され、コネクタに伝達された熱は第２のヒートパイプに伝達される。そして、第２のヒートパイプがコネクタに接続された状態で回転すると、扉が動作して開口部が開閉される。扉を開いた状態では、第２のヒートパイプが筐体の外部に露出するため、第２のヒートパイプから直接外気への放熱がおこなわれる。また、第２のヒートパイプおよびコネクタがヒンジ機構を兼ねているため、扉と筐体との接続だけに機能する構成部品の点数が抑制される。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１の構成に加えて、前記第１のヒートパイプに、前記カードの熱を吸収する熱吸収板が取り付けられていることを特徴とするものである。
【０００９】
請求項２の発明によれば、請求項１と同様の作用を得られる他、熱吸収板により熱吸収面積が拡大され、熱伝達効率が向上する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
つぎにこの発明の実施例を図面を参照して説明する。図１は、参考例である屋外設置型通信機器用カードの冷却装置（以下、単に冷却装置と略記する）１を示す正面図、図２は、図１に示された冷却装置１の一部を破断した平面図、図３は冷却装置１の一部を破断した部分的な斜視図である。この冷却装置１は、例えば、テレターミナルシステムや衛星通信システムなどに適用される。冷却装置１は屋外に設置されるもので、金属板により構成された筐体２を備えている。筐体２の内部には通信機器の構成部品（図示せず）が収納されている。筐体２の構成材料としては、耐水性および耐腐食性に優れたステンレス鋼が例示される。この筐体２の一部には、他の部位から区画されたカードボックス３が形成されている。
【００１７】
このカードボックス３は、ほぼ水平に配置された底板４を備えている。この底板４の平面形状はほぼ方形に構成され、底板４の平行な２側縁には側板５がそれぞれ立設されている。また、各側板５の側縁および底板４の側縁を接続する背板６が立設されている。さらに、各側板５および背板６の上縁を接続する天板７がほぼ水平に設けられている。そして、カードボックス３の正面側に開口部８が形成されている。
【００１８】
一方、天板７の上面には、板形状の放熱フィン９が複数立設されている。各放熱フィン９は、カードボックス３の正面側から背面側に向けてほぼ直線状に、かつ、相互に平行に配置されている。これらの放熱フィン９は、天板７の放熱面積を拡大するための機構である。
【００１９】
前記カードボックス３の内部、つまり天板７の下面には板形状のブロック１０が固定されている。このブロック１０は熱伝導率の高い材料、例えばアルミニウムにより構成されている。すなわち、このブロック１０は、後述するヒートパイプと前記カードボックス３とを熱授受可能に接続するための機構である。そして、ブロック１０はほぼ水平に配置され、ブロック１０と天板７とが面接触した状態にある。また、図２に示すように、ブロック１０の平面形状はほぼ方形に構成され、ブロック１０により、カードボックス３の内部空間の背板６寄りのほぼ半分程度が占められている。
【００２０】
さらに、ブロック１０には、カードボックス３の開口部８側の端面に開口し、かつ、背板６側に向けて延びたほぼ直線状の取付孔１１が形成されている。この取付孔１１は所定間隔をおいて複数形成されており、各取付孔１１同士がほぼ平行に配置されている。つまり、各取付孔１１はほぼ水平に、かつ、２つの側板５とほぼ平行に配置されている。
【００２１】
また、カードボックス３の内部には、情報処理電子機器ユニットとしてのカード１２が複数枚収納されている。各カード１２の側面形状はほぼ方形に構成され、相互に平行にほぼ一定間隔で保持されている。なお、カードボックス３の内部には、各カード１２を保持するカードホルダー（図示せず）が設けられている。各カード１２は一方の側板５側から他方の側板５側に向けて配置されている。より具体的には、各カード１２は、前記取付孔１１同士の間の真下に配置されている。そして、各カード１２には、外部システムとの間で電子データの入力および出力を行うためのケーブル（図示せず）が接続されている。さらに、各カード１２は、筐体２の内部に配置されたコンピュータ（図示せず）に対してデータ通信可能に接続されている。
【００２２】
さらに、カードボックス３の内部には、各カード１２と交互に複数のヒートパイプ１３が配置されている。各ヒートパイプ１３は、密閉された金属パイプ等のコンテナの内部に、非凝縮性ガスを脱気した状態で水、アルコール、メタノール、アセトン、アンモニア、ヘリウム、ナトリウム、窒素などの凝縮性の流体（図示せず）を作動流体として封入した構成になっている。ヒートパイプ１３を構成するコンテナの材料としては、銅、アルミニウム、鋼、ステンレス鋼、ニッケル、チタン、インコネルなどが例示される。なお、ヒートパイプ１４には、必要に応じて作動流体の還流を促進するウィック（図示せず）がコンテナの内部に備えられる。
【００２３】
各ヒートパイプ１３は棒状に構成されたマイクロヒートパイプであり、かつ、各ヒートパイプ１３は水平部１４と垂直部１５とを備えている。つまり、各ヒートパイプ１３は側面形状がほぼＬ字形状に屈曲されている。そして、各ヒートパイプ１３の各水平部１４が、ブロック１０の各取付孔１１にそれぞれ挿入されている。すなわち、各ヒートパイプ１３がブロック１０により保持されることにより、各ヒートパイプ１３とカードボックス３とが熱授受可能に接続されている。なお、各ヒートパイプ１３とブロック１０とが着脱自在となるように、各ヒートパイプ１３の外径および各取付孔１１の内径が設定されている。
【００２４】
上記構成の各ヒートパイプ１３の垂直部１５には、それぞれ熱吸収板１６が立てられた状態で固定されている。つまり、各カード１２とヒートパイプ１３または熱吸収板１６とが、相互に接近して対向する位置に配置されている。各熱吸収板１６は、各カード１２の熱を吸収してヒートパイプ１３に伝達するめの機構であり、各熱吸収板１６はアルミニウムにより構成されている。各ヒートパイプ１３および各熱吸収板１６と各カード１２とは非接触の状態にある。このため、各カード１２の熱は、各ヒートパイプ１３および各熱吸収板１６に対して空気伝達される。ここで、各熱吸収板１６としては、アルミニウムの表面に黒色アルマイト処理を施したものを用いることも可能である。また、各熱吸収板１６の側面形状はほぼ方形に構成され、各熱吸収板１６と各カード１２とが平行に配置されている。なお、筐体２の正面側には開閉自在な扉（図示せず）が取り付けられており、この扉により開口部８が閉じられ、カードボックス３が液密に密閉される。
【００２６】
上記のように構成された冷却装置１においては、外部システムとカード１２との間でデータ通信が行われる。また、冷却装置１に内蔵されたコンピュータにより電子データが処理される。一方、冷却装置１が風雨に曝された場合でも、カードボックス３の密封機能により、外部から水や異物がカードボックス３の内部に侵入することを抑制できる。
【００２７】
そして、通信機器の動作中に、各カード１２により処理される情報容量が増大して各カード１２の発熱が生じた場合、各カード１２がカードボックス３の内部に収納されているため、各カード１２の熱を、空気を介してそのままカードボックス３（筐体２）の外部に放熱させることは困難である。
【００２８】
しかし、この冷却装置１では、カード１２の熱が空気を介して各熱吸収板１６により吸収されるとともに、各ヒートパイプ１３の垂直部１５に伝達される。すると、各ヒートパイプ１３は、その内部に温度差が生じることにより動作し、垂直部（高温部）１５で蒸発した作動流体が水平部（低温部）１４に流動して放熱・凝縮することにより、作動流体の潜熱として熱輸送が行われる。
【００２９】
ここで、各ヒートパイプ１３の見かけ上の熱伝導率は、銅やアルミ等の金属と比較して数十倍ないし数百倍程度優れている。ヒートパイプ１３により輸送された熱は、ブロック１０を介して筐体３の天板７に伝達され、天板７の外表面から外気中に放熱される。つまり、筐体３自体が通信機器のヒートシンクとして機能する。このようにして、各カード１２が冷却される、各カード１２の情報処理機能が良好に維持される。また、この冷却装置１では、放熱フィン９により天板７の放熱面積が拡大されており、放熱効率が一層向上する。
【００３０】
また、この冷却装置１では、カード１２をカードボックス３の内部から出し入れする場合は、各ヒートパイプ１３を開口部８側に移動させてブロック１０から取り外すことで、カードボックス３の内部における各カード１２の移動空間を広げることができる。したがって、各カード１２をカードボックス３の内部から出し入れする場合の作業性が向上する。
【００３１】
図４は、他の冷却装置１Ａを示す正面図、図５は、図４に示された冷却装置１Ａの一部を破断した平面図、図６は、図４および図５に示された冷却装置１Ａの一部を破断した部分的な斜視図である。
【００３２】
この冷却装置１Ａにおいては、カードボックス３の内部に平板形のヒートパイプ１７が複数設けられている。各ヒートパイプ１７は各カード１２と交互に配置され、各ヒートパイプ１７と各カード１２とが平行に配置されている。また、各ヒートパイプ１７と各カード１２とが相互に接近して対向し、かつ、非接触の状態にあり、各カード１２の熱が各ヒートパイプ１７に対して空気伝達される構成になっている。各ヒートパイプ１７はほぼ垂直に立てられており、各ヒートパイプ１７の上縁に形成された第１折曲片１８が、天板７の下面に対して熱授受可能に接続され、各ヒートパイプ１７の背板６側に形成された第２折曲片１９が、背板６に対して熱授受可能に接続されている。各ヒートパイプ１７の構成材料および内部構造は、冷却装置１のヒートパイプ１３と同様である。
【００３３】
また、冷却装置１Ａにおいては、冷却装置１のブロック１０に相当する構成が設けられていない点が相違する。なお、冷却装置１Ａにおいて、冷却装置１と同一の構成部分については同一の符号を付してその説明を省略する。さらに、冷却装置１Ａにおいても、筐体２の正面側に開閉自在の扉（図示せず）が設けられており、この扉によりカードボックス３の開口部８が閉じられる構成となっている。
【００３４】
冷却装置１Ａにおいて、各カード１２が発熱した場合は、この熱が空気を介して各ヒートパイプに１７に伝達され、冷却装置１と同様の作用により各カード１２の温度上昇が抑制される。また、冷却装置１Ａにおいては、ヒートパイプ１７に伝達された熱が、天板７および背板６を介して外気中に放熱される。つまり、冷却装置１に比べて冷却装置１Ａの方が、カードボックス３の放熱面積が広いため、各カード１２の冷却効率が一層向上する。冷却装置１Ａのその他の作用効果は、冷却装置１の作用効果と同様である。
【００３５】
図７は、この発明の冷却装置１Ｂを示す概念的な斜視図である。この実施例においては、カードボックス３Ａが筐体２Ａの内部に完全に収納されている点が、冷却装置１および冷却装置１Ａと相違する。すなわち、筐体２Ａとカードボックス３Ａとが二重構造となるように配置されている。このカードボックス３Ａは金属材料により構成され、カードボックス３Ａの正面側に開口部８Ａが形成されている。そして、カードボックス３Ａの内部には、カード１２が垂直に立てられた状態で保持されている。
【００３６】
一方、前記筐体２Ａはステンレスなどの金属材料により構成されている。この筐体２Ａの正面側には開口部２０が形成され、開口部２０を開閉するための扉２１がヒンジ機構２２を介して開閉自在に取り付けられている。また、このヒンジ機構２２は、カードボックス３Ａの内部の熱を扉２１に伝達する機能をも備えている。以下、このヒンジ機構２２の構成を、図８ないし図１０に基づいて説明する。図８は、ヒンジ機構２２の構成を示す部分的な斜視図、図９は、ヒンジ機構２２の一部を破断した平面図、図１０は、図９のＸ−Ｘ線における側面断面図である。なお、図８においては、便宜上カードボックス３Ａが省略されている。
【００３７】
すなわち、ヒンジ機構２２は、２本のヒートパイプ２３，２４と、これらのヒートパイプ２３，２４を接続するコネクタ２５とから構成されている。このコネクタ２５は、例えば熱伝導性に優れる銅やアルミニウム合金等の金属ブロックで構成され、このコネクタ２５が筐体２Ａの天板２６の下面に固定されている。このコネクタ２５には、径の等しい２つの円孔を水平方向に連通した状態で並列させた保持孔２７が形成されている。すなわち、この保持孔２７は、側面断面形状が８字形状に構成され、コネクタ２５の両側面に開口するように貫通している。
【００３８】
また、２本のヒートパイプ２３，２４は棒状に構成されたマイクロヒートパイプである。そして、一方のヒートパイプ２３は、保持孔２７内に回転可能に配置された回転部２８と、この回転部２８に対してほぼ直角に接続された揺動部２９とを備えている。この揺動部２９は放熱板３０を介して扉２１の内面に熱授受可能に接続されている。つまり、二重構造に配置された筐体２Ａおよびカードボックス３Ａのうち、最も外側に位置する筐体２Ａに対してヒートパイプ２３が熱授受可能に接続されている。
【００３９】
さらに、他方のヒートパイプ２４は、保持孔２７に保持された固定部３１と、固定部３１に対してほぼ直角に、かつ、カードボックス３Ａの内部側に向けてほぼ水平に接続された水平部３２と、この水平部３２の端部に接続され、かつ、カード１２の側方に向けてほぼ垂直に延ばされた垂直部３３とを備えている。
【００４０】
固定部３１は、例えば接着剤などによってコネクタ２５に固定されている。また、固定部３１には、その長さ方向に沿って延びた窪み部３４が形成されている。この窪み部３４は、回転部２８の半径方向の断面形状に合わせて湾曲した円弧状を備えている。つまり、窪み部３４の外周面の曲率半径は、回転部２８の外周面の曲率半径とほぼ等しく設定されている。このため、回転部２８と固定部３１とが相互に面接触した状態で相対回転可能である。
【００４１】
一方、垂直部３３には、熱吸収板１６が固定されている。この熱吸収板１６はカード１２とほぼ平行に配置されている。なお、ヒートパイプ２３，２４の構成材料および内部構造は、冷却装置１のヒートパイプ１３と同様である。
【００４２】
上記構成の冷却装置１Ｂにおいては、扉２１により筐体２Ａの開口部２０が閉じられ、筐体２Ａの内部が密閉される。そして、カード１２が発熱した場合でも、扉２１が閉じられている状態では、カード１２の筐体２Ａの内部にこもりやすい。しかし、この熱は空気を介して熱吸収板１６により吸収されるとともに、ヒートパイプ２４に伝達され、ついで、冷却装置１と同様の作用によりコネクタ２５に伝達され、カード１２の過熱が抑制される。したがって、カード１２の情報処理機能が良好に維持される。
【００４３】
そして、コネクタ２５に伝達された熱は、ヒートパイプ２３に伝達され、冷却装置１と同様の作用により放熱板３０を介して扉２１に伝達され、ついで外気中に放熱される。ところで、この実施例では、扉２１がヒートパイプ２３により保持されているため、ヒートパイプ２３が回転部２８を中心として回転することで、扉２１が動作して開口部２０が開閉される。そして、扉２１を開いた状態においては、ヒートパイプ２３が筐体２Ａの外部に露出するため、ヒートパイプ２３から直接外気への放熱が行われ、カバー１２の冷却効率が一層向上する。
【００４４】
また、この実施例においては、ヒートパイプ２３，２４およびコネクタ２５がヒンジ機構２２の構成部品を兼ねているため、筐体２Ａと扉２１とを接続することのみに機能する構成部品が減少し、冷却装置１Ｂの部品点数を抑制することが可能になる。したがって、通信機器の小型化および軽量化に寄与できる。
【００４５】
なお、この実施例においては、上記構成のヒンジ機構２２に加えて、周知のヒンジ機構（図示せず）により筐体２Ａと扉２１とを接続し、扉２１の重量がヒンジ機構２２のみに作用することを回避することも可能である。また、冷却装置１Ｂを、複数のカード１２および複数の熱吸収板１６が交互に配置されたカードボックスに対して適用することも可能である。さらに、筐体に対して取り付けられる扉の開閉方向は、上下方向または左右方向のいずれであってもよい。さらに、扉の開閉形式としては、観音開き形式を採用してもよい。
【００４６】
さらにまた、筐体が３重以上の構造である場合は、最も外側に配置されている部分（外壁）に対して、ヒートパイプを熱授受可能に接続する構成を採用すればよい。さらにまた、各冷却装置において、ヒートパイプまたは熱吸収板の配置構成としては、ヒートパイプまたは熱吸収板とカードとを密着させて配置することも可能である。さらにまた、各冷却装置において、ヒートパイプまたは熱吸収板と、カードを保持するカードホルダーとを密着させて配置することも可能である。この構成を採用した場合は、カードの熱がカードホルダーを介して熱吸収板またはヒートパイプに伝達される。また、ヒートパイプ２４が、この発明の第１のヒートパイプに相当し、ヒートパイプ２３が、この発明の第２のヒートパイプに相当する。
【００４７】
【発明の効果】
以上のように、請求項１の発明によれば、通信機器が屋外に設置された状態において、筐体によりカードが保護されて情報処理機能が維持され、かつ、カードの耐久性が向上する。一方、情報処理容量の増大によりカードが発熱した場合は、この熱がヒートパイプに伝達される。すると、ヒートパイプはその内部に温度差が生じることにより動作し、高温部で蒸発した作動流体が低温部に流動して放熱・凝縮することにより、作動流体の潜熱として熱輸送が行われる。ヒートパイプにより輸送された熱は、筐体を介して外気中に放熱される。すなわち、筐体自体が通信機器のヒートシンクとして機能し、カードが冷却されてその情報処理機能が良好に維持される。具体的に説明すると、カードの熱が第１のヒートパイプを経由してコネクタに伝達され、コネクタに伝達された熱は第２のヒートパイプに伝達される。そして、第２のヒートパイプがコネクタに接続された状態で回転すると、扉が動作して開口部が開閉される。扉を開いた状態では、第２のヒートパイプが筐体の外部に露出するため、第２のヒートパイプから直接外気への放熱がおこなわれる。また、第２のヒートパイプおよびコネクタがヒンジ機構を兼ねているため、扉と筐体との接続だけに機能する構成部品の点数が抑制される。
【００４８】
請求項２の発明によれば、請求項１と同様の効果を得られる他、熱吸収板により熱吸収面積が拡大されて熱伝達効率が向上する。したがって、カードの冷却機能が一層向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 屋外設置型通信機器用カードの冷却装置の参考例を示す正面図である。
【図２】 図１に示された屋外設置型通信機器用カードの冷却装置であり、その一部を破断した平面図である。
【図３】 図１に示された屋外設置型通信機器用カードの冷却装置であり、その一部を破断した部分的な斜視図である。
【図４】 屋外設置型通信機器用カードの冷却装置の参考例を示す正面図である。
【図５】 図４に示された屋外設置型通信機器用カードの冷却装置であり、その一部を破断した平面図である。
【図６】 図４に示された屋外設置型通信機器用カードの冷却装置であり、その一部を破断した部分的な斜視図である。
【図７】 この発明に係る屋外設置型通信機器用カードの冷却装置の実施例を示す概念的な斜視図である。
【図８】 図７に示す冷却装置に適用されるヒンジ機構を示し、その一部を破断した斜視図である。
【図９】 図７に示す冷却装置に適用されるヒンジ機構を示し、その一部を破断した平面図である。
【図１０】 図９のＸ−Ｘ線における側面断面図である。
【符号の説明】
２，２Ａ…筐体、 １０…ブロック、 １１…取付孔、 １２…カード、 １３，１７，２３，２４…ヒートパイプ、 １６…熱吸収板、 ２２…ヒンジ機構。

Claims (2)

1. 屋外に設置され、かつ、通信機器の情報処理を行うカードが収容された筐体と、前記筐体の内部に配置され、かつ、この筐体および前記カードに対して熱授受可能に構成されたヒートパイプとを備えた屋外設置型通信機器用カードの冷却装置において、
   前記筐体の開口部を開閉する扉と、前記筐体に固定され、かつ、熱伝導性に優れたコネクタとが設けられており、
   前記ヒートパイプが、第１のヒートパイプおよび第２のヒートパイプを有しており、前記第１のヒートパイプが、前記カードに対して熱授受可能に構成され、かつ、前記コネクタに接続されており、前記第２のヒートパイプが、前記コネクタに回転可能に取り付けられ、かつ、前記扉に対して熱授受可能に接続されることにより、前記第２のヒートパイプおよびコネクタが、前記筐体と前記扉とを開閉自在に接続するヒンジ機構を兼ねていることを特徴とする屋外設置型通信機器用カードの冷却装置。
2. 前記第１のヒートパイプに、前記カードの熱を吸収する熱吸収板が取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の屋外設置型通信機器用カードの冷却装置。

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