JP4158225B2 - 熱交換器および筐体冷却装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、第1流体と第2流体との熱交換を行う熱交換器、およびこの熱交換器によって発熱体を収納する密閉空間内の冷却を行う筐体冷却装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
例えば、高温空気流と、低温空気流とを熱交換する熱交換器として、図11に示す直交流式熱交換器J1 (高温空気流と低温空気流とが直交して流れて熱交換を行うタイプ)と、図12に示す対向流式熱交換器J2 (高温空気流と低温空気流とが対向して流れて熱交換を行うタイプ)とが知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上記の直交流式熱交換器J1 は、対向流式に比較して効率が悪い。
また、対向流式熱交換器J2 は、図12に示すように、各空気通路の断面積が小さくなってしまい、またその内部にコルゲートフィンJ3 を挿入するため、圧力損失が大きくなってしまう。なお、圧力損失の増大によって、ファン等の大型化、高出力化を招いてしまう。
また、対向流式熱交換器J2 は、コルゲートフィンJ3 の空気流入面積が小さいために、目詰まりを起こしやすい。
【0004】
【発明の目的】
本発明は、上記の事情に基づいて成されたもので、その目的は、低圧損で、高い熱交換能力を持つ熱交換器と、その熱交換器を用いた筐体冷却装置の提供にある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
〔請求項1の手段〕
請求項1記載の発明によれば、波状に多数曲折されたフィンが、長方形状を成す流体通路の略対角線方向に配置されるため、波状に多数曲折されたフィン部への流体流入面積が大きくなる。このため、フィンを流れる流体の流速が下がり、結果的にフィンが配置された流体通路内の圧力損失を小さく抑えることができる。これにより、熱交換器の高効率化を図ったり、あるいは流体駆動装置(ファン等)の小型化、低出力化を図ることができる。
また、フィンの流入面積が大きいことにより、目詰まりを起こしにくい。
【0006】
第1流体通路の流体入口と流体出口は、第1流体通路の短辺側と長辺側に設けられ、第2流体通路の流体入口と流体出口も、第2流体通路の短辺側と長辺側に設けられるため、熱交換器の外形寸法を小さくすることができる。
【0010】
〔請求項2の手段〕
流体の入口側および出口側のフィン長が、中央部のフィン長に比較して短く設けられたことにより、流体の入口側および出口側の流路面積(流体通路内でフィンの存在しない空間)が大きく、流体の流入抵抗および流出抵抗を低くでき、さらに流体通路内の圧力損失を低く抑えることができる。
【0011】
〔請求項3の手段〕
フィンの存在しない流体通路の内部に、流体の整流あるいは攪拌を行う内部材を設けたことにより、熱交換器の高効率化を図ることができる。つまり、内部材が流体の整流を行う場合は、流体の層流化により流体通路内の圧力損失を小さく抑えることができ、内部材が流体の攪拌を行う場合は、流体の乱れによって熱交換効率を高めることができる。
【0012】
〔請求項4の手段〕
フィンに流入する流体の出入口端面に対し、流路方向を斜めに設けたことにより、流体が熱交換器に流入してからフィンに流入する際の流れの曲がりが少なくなる。つまり、熱交換器内の流体の流れの曲がりが少なくなる。このため、熱交換器内の圧力損失が低く抑えられ、熱交換効率を高めることができる。
【0013】
〔請求項5の手段〕
フィンが短辺側の一方に偏って配置されるものであっても良い。
【0017】
〔請求項6の手段〕
流体通路にフィンの位置決突起が設けられたため、組付時が容易で、かつフィン位置がずれる不具合がない。
【0018】
〔請求項7の手段〕
フィンの外形周縁に接する位置決突起によって、フィンの位置決めがなされる。
【0019】
〔請求項8の手段〕
フィンの溝に沿う位置決突起によって、フィンの位置決めがなされる。
【0020】
〔請求項9の手段〕
プレートが中心線に対して左右対称に設けられることにより、第1流体通路あるいは第2流体通路を構成する2枚のプレートが共通化できる。つまり、第1流体通路あるいは第2流体通路を1種類のプレートを組み合わせて設けることができるため、コストを抑えることができる。
【0023】
〔請求項10の手段〕
フィンの両端の縁部が流体通路の内壁に接するため、フィンと流体通路との間の隙間から流体が抜けるのを防ぐことができる。つまり、流体通路を流れる流体が確実にフィンの溝内に導かれる。
【0024】
〔請求項11の手段〕
本発明を採用した低圧損の熱交換器を用いることによって、密閉空間内の高温空気を効率的に放熱することができる。あるいは、内気ファンや外気ファンの小型化および低出力化を図ることができる。
【0026】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を、複数の実施例を用いて説明する。
(第1実施例の構成)
図1ないし図3は第1実施例の熱交換器を示すもので、図1は第1流体が流れる第1流体通路と第2流体が流れる第2流体通路の概略図、図2は第1流体通路と第2流体通路の流体の流れ方向を示す説明図、図3は熱交換器の展開図である。
【0027】
熱交換器1は、アルミニウムや黄銅など熱伝導性に優れた金属材によって形成されるもので、第1流体(例えば、高温の空気流)が流れる第1流体通路A(図1のa参照)と、第2流体(例えば、低温の空気流)が流れる第2流体通路B(図1のb参照)とが、隔壁2を介して交互に積層された積層タイプであり、長方形状の隔壁2と、薄板を多数波状に曲折したフィン3とを、交互に積層した構造を採用する。
具体的には、各第1流体通路Aおよび各第2流体通路Bは、図1の(a)、(b)に示すように、上下方向に長い立方形状の箱体によって構成されるもので、図3に示すように、隔壁2およびフィン3の他に、上下プレート2aおよび前後プレート2bが取り付けられ、一体ろう付けされている。
【0028】
第1流体通路Aは、背面の上部が開口して設けられるとともに、下面も開口して設けられている。なお、背面上部の開口が第1流体の入口Ai であり、下面の開口が第1流体の出口Ao となる。
第2流体通路Bは、正面の下部が開口して設けられるとともに、上面も開口して設けられている。なお、正面下部の開口が第2流体の入口Bi であり、上面の開口が第2流体の出口Bo となる。
【0029】
フィン3は、第1、第2流体通路A、Bの奥行き方向に対して傾斜して配置される。具体的には、フィン3は、フィン長(流体が通過する幅)が、第1、第2流体通路A、Bより狭い薄板で、長方形状を呈する第1、第2流体通路A、Bの略対角線方向に配置されている。具体的には、第1、第2流体通路A、Bの長手方向(上下上方)に対して同一方向に前傾した状態で配置される。このフィン3には、空気の流れ方向に対して直交する多数のルーバ3aが形成されており、熱交換率の向上が図られている。
【0030】
(第1実施例の作動)
第1流体通路Aに第1流体が流れ、第2流体通路Bに第2流体が流れると、図2の(a)、(b)に示すように、第1流体と第2流体は、フィン3の通過時において、互いに対向する対向流となり、フィン3および隔壁2を介して熱交換を行う。
【0031】
(第1実施例の効果)
本実施例の熱交換器1は、上下方向に長い第1、第2流体通路A、B内に配置されるフィン3が、共に前傾配置されるため、フィン3への流体流入面積が、従来の対向流式に比較して大変大きくなる。
つまり、第1、第2流体通路A、B内に流入した流体は、流入面積の大きいフィン3に広がって流れるため、フィン3を通過する流体の流速が下がり、フィン3が配置された第1、第2流体通路A、B内の圧力損失が小さく抑えられる。この低圧損下により、第1、第2流体の流量が増え、熱交換器1の高効率化が図られる。あるいは、第1、第2流体を駆動する流体駆動装置(ファン等)が小型化、低出力化できる。
【0032】
また、第1、第2流体通路A、B内においてフィン3を傾斜配置させたことで、圧力損失が小さく抑えられたため、本実施例に示されるように、多数のルーバ3aが形成されたフィン3を採用しても、従来の対向流式でルーバ無しタイプよりも圧力損失を同等以下に抑えることができる。
さらに、フィン3の流入面積が、従来に比較して大変大きいため、従来に比較して、塵や埃等による目詰まりを起こしにくい。
【0033】
(第2実施例の構成)
図4は上記第1実施例の熱交換器1を用いた筐体冷却装置4の概略図である(図4に図示されない符号は第1実施例参照)。
本実施例に示す筐体冷却装置4は、屋内配置など、風雨に晒されない場所に設置されるもので、作動によって発熱する発熱体5(例えば、通信機器用の送受信機や、この送受信機を駆動するパワーアンプ等の電気機器)を収納する密閉空間6aを構成する筐体6と、密閉空間6a内を冷却する冷却装置7とによって構成される。
この冷却装置7は、筐体6の一側面に設けられるもので、冷却装置7のケース7aは筐体6の一側面に沿った縦長の薄箱状に設けられている。なお、本実施例のケース7aは、筐体6と共通化されたものであるが、冷却装置7のケース7aを筐体6とは別体に設けて、筐体6の内側あるいは外側に取り付けても良い。
【0034】
冷却装置7は、第1実施例で示した熱交換器1を用いて構成されるもので、冷却装置7と筐体6とを区画する仕切壁8の上部には、密閉空間6a内の高温空気(内気)を熱交換器1の第1流体通路Aの入口Ai に取り込むための内気取入口8i が設けられ、仕切壁8の下部には、第1流体通路Aを通過した内気を再び密閉空間6aに戻す内気排出口8o が設けられている。
冷却装置7の下側には、第1流体通路A内に空気流を生じさせて、内気取入口8i から密閉空間6aの上部の高温内気を吸引して第1流体通路Aに導き、第1流体通路Aを通過した空気を内気排出口8o から密閉空間6aの下部に排出させる内気ファン9が設けられている。この内気ファン9による空気の流れを図4の矢印αに示す。
【0035】
冷却装置7のフロントパネル10(図4の左側)の下部には、室外の低温空気(外気)を熱交換器1の第2流体通路Bの入口Bi に取り込むための外気取入口10i が設けられ、上部には第2流体通路Bを通過した外気を外部に排出する外気排出口10o が設けられている。
冷却装置7の上側には、第2流体通路B内に空気流を生じさせて、外気取入口10i から低温外気を吸引して第2流体通路Bに導き、第2流体通路Bを通過した空気を外気排出口10o から外部に排出させる外気ファン11が設けられている。この外気ファン11による空気の流れを図4の矢印βに示す。
【0036】
(第2実施例の作動)
発熱体5の作動中、内気ファン9および外気ファン11が作動する。内気ファン9の作動により、密閉空間6aの上部の高温内気が第1流体通路Aを通過し、再び密閉空間6aの下部に排出する。一方、外気ファン11の作動により、低温外気が第2流体通路Bを通過し、再び外部に排出する。
熱交換器1では、第1流体通路Aには高温内気が流れ、第2流体通路Bには低温外気が流れるため、高温内気と低温外気とは、フィン3の通過時に対向流となり、フィン3および隔壁2を介して熱交換を行う。この結果、密閉空間6a内の熱が外部に放出され、密閉空間6a内の温度上昇が抑えられる。
【0037】
(第2実施例の効果)
筐体冷却装置4に圧力損失が低い熱交換器1を採用したことにより、内気ファン9や外気ファン11の小型化および低出力化を図ることができる。また、熱交換器1の低圧損化により、高温内気および低温外気の通過量が増え、熱交換率が向上する。
【0040】
(第3実施例)
図5は第1、第2流体通路A、B内に配置されるフィン3の形状を示す熱交換器1の側面図である。
本実施例のフィン3は、流体の入口Ai 、Bi 側および出口Ao 、Bo 側のフィン長F1 、F2 が、中央部のフィン長F3 に比較して短く設けられたものである。
このように設けられたことにより、流体の入口Ai 、Bi 側および出口Ao 、Bo 側における第1、第2流体通路A、B内でフィン3の存在しない空間が大きくなり、流体の流入抵抗および流出抵抗が低くなり、結果的に第1、第2流体通路A、B内の圧力損失を上記の実施例より更に低く抑えることができる。
【0044】
(第4実施例)
図6は第1、第2流体通路A、Bの内部を示す概略図である。
第1、第2流体通路A、Bの内部におけるフィン3の存在しない部分には、流体の整流を行う内部材15が設けられている。
この内部材15は、隔壁2に接合されるプレート、隔壁2に接合される突起、あるいは隔壁2にプレス加工等で形成されたディンプルによって成る。
【0045】
このように、フィン3の存在しない第1、第2流体通路A、Bの内部に、第1、第2流体の整流を行う内部材15を設けたことにより、第1、第2流体が層流化し、第1、第2流体通路A、B内の圧力損失が小さくなる。この低圧損化により、第1、第2流体の流量が増え、熱交換器1の高効率化が図られる。あるいは、第1、第2流体を駆動する流体駆動装置(ファン等)が小型化、低出力化できる。
【0046】
この実施例では、内部材15によって、流体の整流を行う例を示したが、流体を拡散するように設けても良い。
また、隣接する隔壁2どうしが、内部材15を介して互いに接するように設けても良い。隣接する内部材15が互いにろう付けによって接合されることにより、熱交換器1の機械的強度が向上する。
あるいは、フィン3の位置決めに内部材15を用いても良い。内部材15をフィン3の位置決めに用いることにより、組付け性が向上する。
【0047】
(第5実施例)
図7の(a)、(b)はフィン3の正面図および側面図、図8はフィン3を通過する流体の流れを示す説明図である。
この実施例のフィン3は、このフィン3の流体出入口端面3i、3oに対し、流路方向F(フィン長方向)が流体の流れ方向に近づくように斜めに形成されたものである。
このように設けたことにより、流体(第1、第2流体の少なくとも一方の流体)が熱交換器1に流入してからフィン3に流入する際の流れの曲がりが少なくなる。熱交換器1内における圧力損失が低く抑えられ、熱交換効率を高めることができる。
もちろん、この実施例のフィン3を用いた熱交換器1を、上記の実施例で示した筐体冷却装置4に適用しても良い。
【0052】
(第6実施例)
この第6実施例の熱交換器1は、フィン3の位置決めを行う位置決突起を設けたものである。
この第6実施例の位置決突起は、フィン3の外形周縁に接してフィン3のろう付け前の動きを規制するもので、複数の小さな突起によって設けられている。
このように、位置決突起によってフィン3の位置決めが成されるため、組付性が向上し、高い精度の熱交換器1を製造できる。
【0053】
(第7実施例)
図9はフィン3の溝に沿う位置決突起22を示す斜視図である。
この第7実施例の熱交換器1は、上記第6実施例で示したフィン3の外形周縁に接した位置決突起に加え、フィン3の溝に沿う位置決突起22を設けたものである。この結果、より高い精度でフィン3の位置決めが成される。
【0054】
(第8実施例)
この第8実施例の熱交換器1の第1流体通路Aあるいは第2流体通路Bは、2枚のプレートを接合して設けられ、プレートが中心線に対して左右対称に設けられるものであり、プレートには上記第7実施例と同様、フィン3の外形周縁に接する位置決突起と、フィン3の溝に沿う位置決突起22を設けたものである。プレートが1種類で済むため、熱交換器1の製造コストを抑えることができる。
【0061】
(第9実施例)
図10は流体通路内のフィン3の配置状態を示す概略図である。
この第9実施例のフィン3は、フィン3の両端の縁部Eが流体通路を構成するチューブ12の内壁に接するように設けられたものである。このように設けることにより、フィン3とチューブ12との間から流体が抜けるのを防ぐことができ、チューブ12内を流れる流体を確実にフィン3の溝内に導くことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 第1、第2流体通路を示す概略斜視図である(第1実施例)。
【図2】 第1、第2流体の流れ方向を示す説明図である(第1実施例)。
【図3】 熱交換器の展開図である(第1実施例)。
【図4】 筐体冷却装置の概略図である(第2実施例)。
【図5】 フィン長を示す熱交換器の側面図である(第3実施例)。
【図6】 第1、第2流体通路内を示す概略図である(第4実施例)。
【図7】 フィンの正面図および側面図である(第5実施例)。
【図8】 フィンを通過する流体の流れ方向の説明図である(第5実施例)。
【図9】 フィンの溝に沿う位置決突起を示す斜視図である(第7実施例)。
【図10】 流体通路内のフィンの配置状態を示す概略図である(第9実施例)。
【図11】 直交流式熱交換器の要部斜視図である(従来例)。
【図12】 対向流式熱交換器の要部斜視図である(従来例)。
【符号の説明】
A 第1流体通路
B 第2流体通路
1 熱交換器
2 隔壁
3 フィン
4 筐体冷却装置
5 発熱体
6 筐体
6a 密閉空間
9 内気ファン
11 外気ファン
15 内部材
22 位置決突起
Claims (11)
- 高温空気流である第1流体と低温空気流である第2流体とを隣接して流し、前記第1流体と前記第2流体とを隔てる隔壁を介して、前記第1流体と前記第2流体との熱交換を行う熱交換器において、
前記隔壁は上下方向に延びる長方形状を有し、
発熱体が配された密閉空間内部と連通し、前記第1流体を流す第1流体通路、および前記密閉空間の外部と連通し、前記第2流体を流す第2流体通路は前記隔壁の長手方向に流体が流れる形状を呈し、
前記第1流体通路の内部、および前記第2流体通路の内部には、波状に多数曲折されたフィンが、略対角線方向に配置されて、それぞれのフィンを通過する流体の流れが互いに対向流となるように設けられ、
前記第1流体通路の流体入口と流体出口は、第1流体通路の短辺側の一方と長辺側の一方とに設けられ、
前記第2流体通路の流体入口と流体出口は、第2流体通路の短辺側の他方と長辺側の他方とに設けられ、
前記第1流体通路と前記第2流体通路とが交互に積層され、
前記第1、第2流体通路共に、前記流体出口が、前記流体入口から見て、前記フィンの反対側に設けられ、
前記第1、第2流体通路共に、流体の出入り口が設けられていない側の短辺と長辺は、その隣接する端部が直角の角部を成すように接合され、
前記第1、第2流体通路において前記流体出口が設けられる辺には、壁が設けられておらずに、前記流体出口が設けられる辺全体が前記流体出口として開放されており、
前記第1、第2流体通路において前記流体入口が設けられる辺には、前記流体入口の大きさを絞る壁が設けられており、
前記第2の流体通路の流体出口は前記第2の流体通路の流体入口よりも上方に位置し、
前記第2流体通路の内部において、前記フィンは風上側の通風面が下方となるように傾斜して配されていることを特徴とする熱交換器。 - 請求項1の熱交換器において、前記フィンは、流体の入口側および
出口側のフィン長が、中央部のフィン長に比較して短く設けられたことを特徴とする熱交換器。 - 請求項1または請求項2の熱交換器において、
前記流体通路の内部における前記フィンの存在しない部分には、流体の整流あるいは攪拌を行う内部材が設けられたことを特徴とする熱交換器。 - 請求項1ないし請求項3のいずれかの熱交換器において、
前記フィンは、このフィンの出入口の端面に対し、流路方向が斜めに設けられたことを特徴とする熱交換器。 - 請求項1ないし請求項4のいずれかの熱交換器において、
前記フィンは、短辺側の一方に偏って配置されたことを特徴とする熱交換器。 - 請求項1ないし請求項5のいずれかの熱交換器において、
前記第1流体通路および前記第2流体通路には、前記フィンの位置決めを行う位置決突起が設けられたことを特徴とする熱交換器。 - 請求項6の熱交換器において、
前記位置決突起は、前記フィンの外形周縁に接するように設けられたことを特徴とする熱交換器。 - 請求項6の熱交換器において、
前記位置決突起は、前記フィンの溝に沿うように設けられたことを特徴とする熱交換器。 - 請求項1ないし請求項8のいずれかの熱交換器において、
前記第1流体通路あるいは前記第2流体通路は、2枚のプレートを接合して設けられ、前記プレートは、中心線に対して左右対象に設けられたことを特徴とする熱交換器。 - 請求項1ないし請求項9のいずれかの熱交換器において、
前記フィンの両端の縁部は、流体通路の内壁に接して設けられたことを特徴とする熱交換器。 - 請求項1ないし請求項10の熱交換器と、
発熱体を収納する密閉空間を備える筐体と、
前記密閉空間内の内気を前記第1流体通路に導くとともに、この第1流体通路を通過した内気を再び前記密閉空間内へ導く内気ファンと、
前記筐体の外部の外気を前記第2流体通路に導くとともに、この第2流体通路を通過した外気を再び前記筐体の外部へ導く外気ファンと、を備える筐体冷却装置。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP09592398A JP4158225B2 (ja) | 1997-07-25 | 1998-04-08 | 熱交換器および筐体冷却装置 |
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Applications Claiming Priority (3)
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JP09592398A JP4158225B2 (ja) | 1997-07-25 | 1998-04-08 | 熱交換器および筐体冷却装置 |
Publications (2)
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JPH1194477A JPH1194477A (ja) | 1999-04-09 |
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