JP4239328B2 - 筐体内冷却システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空調機（エアコン）と、熱交換器によって内気を冷却する補助冷却装置とを併用して、筐体内を冷却する筐体内冷却システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、電話基地局等の様に、電子機器やその他の発熱体を筐体内に格納して使用する場合がある。この筐体内を冷却する技術として、空調機と補助冷却装置とを併用させると、空調機の負荷が減るため、空調機の長寿命化を図ることができるとともに、筐体内冷却システム全体としてもエネルギー消費量を減らせることができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、空調機が発熱体によって温められた空気を直接吸い込んで冷却する場合では、空調機の負荷が大きく、空調機の稼働率が低減しなくなる。すると、空調機の長寿命化が図れなくなるとともに、エネルギー消費量の低減化も図れなくなってしまう。
本発明は、上記の事情に基づいて成されたものであり、その目的は、空調機と補助冷却装置とを併用する場合において、空調機の負荷を小さくし、空調機の長寿命化を図るとともに、エネルギー消費量の低減化も図ることができる筐体内冷却システムの提供にある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
請求項１〜４の発明では、補助冷却装置で冷却された内気が空調機の内気吸込口に導かれるため、空調機の負荷が小さくなる。これによって、空調機の稼働率が下がり、空調機の長寿命化を図ることができるとともに、エネルギー消費量の低減化も図ることができる。
【０００５】
なお、請求項２の発明のごとく、補助冷却装置の内気吹出口に、吹き出される内気を空調機の内気吸込口に向ける冷気風向手段（ルーバやダクト等）を設けても良い。
【０００６】
また、請求項３、４の発明のごとく、補助冷却装置は、内気と外気とを隔壁を隔てて熱交換する気対気熱交換器を用いても良いし、内気と伝熱媒体とを熱交換して内部の液熱媒を沸騰させる内気側熱交換器と、外気と蒸気熱媒とを熱交換して蒸気熱媒を液化する外気側熱交換器とからなる沸騰冷却器またはヒートパイプを用いても良い。
【０００７】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
図１は筐体内冷却システムのレイアウトを示す電話基地局１の概略面図である。電話基地局１は、密閉空間を形成する筐体２の床上に、送受信機やパワーアンプ等の電子機器などよりなる発熱体を格納する電子機器ラック３を配置したものであり、筐体内冷却システムは筐体２内の密閉空間を冷却するもので、空調機４と補助冷却装置５とからなる。
【０００８】
空調機４は、図示しない冷凍サイクルを搭載して吹き出す空気を冷却するもので、筐体２内の温度が所定の空調起動温度より高くなると作動するように設けられている。この空調機４は、筐体２の天井下面に取り付けられる天井設置タイプであり、その空調吸込口４ａ（内気吸込口に相当する）は側面に設けられている。また、空調機４の空調吹出口４ｂは、図１に示すように、下方に向けられるとともに、電子機器ラック３のラック吸込口３ａの上方に設置されて、空調吹出口４ｂから吹き出される空調冷風を効率良くラック吸込口３ａに導くようにレイアウトされている。
【０００９】
電子機器ラック３は、上述のように、図示左側面下部にラック吸込口３ａが設けられ、そこから空調冷風を吸い込むようになっている。また、電子機器ラック３は、図示右側面上部にラック吹出口３ｂが設けられ、そこから電子機器ラック３の内部の熱気を筐体２内に排出するように設けられている。
なお、ラック吸込口３ａには、上向きに開口するラック吸込ルーバ６が取り付けられており、このラック吸込ルーバ６によって空調機４から吹き出された空調冷風の導入をスムーズにしている。また、ラック吹出口３ｂには、下向きに開口するラック吹出ルーバ７およびガイド板８が取り付けられており、このラック吹出ルーバ７とガイド板８によって電子機器ラック３から流出する熱風を補助冷却装置５の補助吸込口５ａに向くように設けられている。
【００１０】
補助冷却装置５は、図２に示すように、筐体２外の外気と筐体２内の内気とを熱交換して、内気を冷却する気対気熱交換器９（エア・ツゥ・エア熱交換器）を搭載するものであって、補助冷却装置５は、熱交換器９の他に、内気を熱交換器９に供給する内気ファン１０、および外気を熱交換器９に供給する外気ファン１１を備えるものである。
この気対気熱交換器９は、主に熱伝導性に優れた金属材料（例えば、アルミニウムや黄銅など）によって形成されるものであり、図３に示すように、外気が流れる外気通路Ａと、内気が流れる内気通路Ｂとが、隔壁９ａを介して交互に多数配置されたものである。
【００１１】
この補助冷却装置５は、図１に示すように、電子機器ラック３のラック吹出口３ｂに対向した位置に取り付けられるものであり、図示左側面下部には、電子機器ラック３のラック吹出口３ｂから吹き出された熱風を吸い込むための補助吸込口５ａが設けられている。また、補助冷却装置５の図示左側面上部には、熱交換器９を通過して冷却された冷風（以下、補助冷風）を吹き出すための補助吹出口５ｂ（内気吹出口に相当する）が設けられている。
【００１２】
なお、補助吸込口５ａには、上向きに開口する補助吸込ルーバ１２が取り付けられており、この補助吸込ルーバ１２によって電子機器ラック３のラック吹出口３ｂから吹き出された熱風の導入をスムーズにしている。また、補助吹出口５ｂにも、上向きに開口する補助吹出ルーバ１３（冷気風向手段に相当する）が取り付けられており、この補助吹出ルーバ１３によって補助冷却装置５から吹き出される補助冷風を空調機４の空調吸込口４ａに向くように設けられている。
【００１３】
このように、空調機４は、補助冷却装置５から吹き出される内気の下流側に配置されるものであり、言い換えると空調機４の空調吸込口４ａの上流に、補助冷却装置５の補助吹出口５ｂ（内気吹出口に相当する）を設置したものであり、補助冷却装置５で冷却された補助冷風を空調機４が吸い込むように設けられている。
【００１４】
次に、本実施形態に係る筐体内冷却システムの特徴的作動を述べる。
電子機器ラック３内に搭載された電子機器類の稼働に伴い、電子機器ラック３内の空気が加熱され、その熱風がラック吹出口３ｂから吹き出される。その熱風は、ラック吹出ルーバ７とガイド板８によって、補助冷却装置５の補助吸込口５ａに向けて吹き出される。
【００１５】
ラック吹出口３ｂから補助吸込口５ａに向けて吹き出された熱風は、補助吸込口５ａに取り付けられた補助吸込ルーバ１２によって、効率良く補助冷却装置５内に吸い込まれる。そして、補助冷却装置５内の熱交換器９で冷却された補助冷風は、補助吹出口５ｂから吹き出される。その補助冷風は、補助吹出ルーバ１３によって、空調機４の空調吸込口４ａに向けて吹き出される。
【００１６】
補助吹出口５ｂから空調吸込口４ａに向けて補助冷風が吹き出されたことにより、補助冷風が効率良く空調機４に吸い込まれる。空調機４に吸い込まれる補助冷風の温度が空調起動温度以上の場合は、空調機４が起動し、補助冷風を更に冷却して空調吹出口４ｂから吹き出される。そして、空調吹出口４ｂから吹き出された空調冷風は、電子機器ラック３のラック吸込口３ａに向かい、ラック吸込口３ａのラック吸込ルーバ６によって空調冷風がスムーズに電子機器ラック３内に吸い込まれ、電子機器ラック３内の温度上昇を防ぐ。
【００１７】
次に、本実施形態の特徴を述べる。
上記の作動で示したように、電子機器ラック３内で発生した熱気が効率良く補助冷却装置５に導かれて冷却されるため、補助冷却装置５で効率の良い熱交換が行えるとともに、その補助冷却装置５で冷却された補助冷風が効率良く空調機４の空調吸込口４ａに導かれるため、空調機４の負荷が低減し、空調機４の稼働率を下げることができる。これによって、空調機４の長寿命化を図ることができるとともに、筐体内冷却システム全体としてのエネルギー消費量を低くすることができ、ランニングコストを抑えることができる。
【００１９】
（第２実施形態）
上記の第１実施形態では、補助冷却装置５に気対気熱交換器９（エア・ツゥ・エア熱交換器）を用いた例を示したが、図４に示すように、内気と伝熱媒体とを熱交換して内部の液熱媒を沸騰させる内気側熱交換器１４と、外気と蒸気熱媒とを熱交換して蒸気熱媒を液化する外気側熱交換器１５とからなる沸騰冷却器１６（あるいはヒートパイプ）を用いても良い。
【００２１】
この沸騰冷却器１６は、図５に示すものであり、内気側熱交換器１４および外気側熱交換器１５の他に、内気側熱交換器１４で沸騰気化した気化冷媒を外気側熱交換器１５の上部へ導く蒸発側パイプ１７と、外気側熱交換器１５で液化凝縮した液冷媒を内気側熱交換器１４の下部へ戻す凝縮側パイプ１８とを備える。
【００２２】
内気側熱交換器１４および外気側熱交換器１５の構造は、図５に示されるものであり、それぞれが複数本のチューブと、各チューブの端を連通する上下タンクと、各チューブ間に介在されたコルゲートフィンとにより構成されるもので、内部には冷媒（伝熱媒体に相当する）が封入されている。この冷媒は、高温内気によって沸騰し、低温外気によって液化するもので、ＨＦＣ−１３４ａ（化学式ＣＨ₂ ＦＣＦ₃ ）、低圧封入された水、エチレングリコール水溶液等が用いられている。
【００２３】
沸騰冷却器１６の作動を説明する。内気側熱交換器１４は、内気ファン１０の作動によって通過する熱風より熱を受けると内部の液冷媒が沸騰気化する。この時通過する空気は気化熱が奪われて冷却されて空調機４の空調吸込口４ａに向けて吹き出される。沸騰によって発生した気化冷媒は上昇し、外気ファン１１の作動により低温外気に晒されて低温、低圧になっている外気側熱交換器１５内に導かれる。外気側熱交換器１５内に導かれた気化冷媒は、外気側熱交換器１５を通過する低温外気に熱を奪われて外気側熱交換器１５のチューブ内壁に液化凝縮し、自重により下部に滴下する。滴下した液冷媒は、内気側熱交換器１４の下部に戻される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 筐体内冷却システムのレイアウト図である（第１実施形態）。
【図２】 補助冷却装置の断面図である（第１実施形態）。
【図３】 熱交換器の概略図である（第１実施形態）。
【図４】 補助冷却装置の概略図である（第２実施形態）。
【図５】 沸騰冷却器の断面図である（第２実施形態）。
【符号の説明】
２ 筐体
３ 電子機器ラック
４ 空調機
５ 補助冷却装置
４ａ 空調吸込口（空調機の内気吸込口）
４ｂ 空調吹出口
５ｂ 補助吹出口（補助冷却装置の内気吹出口）
９ 気対気熱交換器
９ａ 隔壁
１３ 補助吹出ルーバ（冷気風向手段）
１４ 内気側熱交換器
１５ 外気側熱交換器
１６ 沸騰冷却器

Claims (4)

1. 発熱体を収納する筐体内を冷却する筐体内冷却システムであって、
   前記筐体内の内気を冷却して再び前記筐体内に吹き出す空調機と、
   前記筐体外の外気によって前記筐体内の内気を冷却する補助冷却装置とを備え、
   前記空調機の内気吸込口の上流に、前記補助冷却装置の内気吹出口を設置し、
   前記空調機は、前記筐体内で、前記発熱体よりも高い位置に設置され、
   前記空調機の内気吸込口は、前記筐体内の上部で、側方から前記筐体内の空気を吸い込むように設けられ、
   前記空調機の空調吹出口は、冷風を下方に向けて吹き出すとともに、前記発熱体に対してオフセット配置され、
   前記補助冷却装置は、前記空調機に対して前記発熱体を間に挟んだ位置に配されることを特徴とする筐体内冷却システム。
2. 請求項１の筐体内冷却システムにおいて、
   前記補助冷却装置の内気吹出口には、吹き出される内気を前記空調機の内気吸込口に向ける冷気風向手段が設けられたことを特徴とする筐体内冷却システム。
3. 請求項１または請求項２の筐体内冷却システムにおいて、
   前記補助冷却装置は、内気と外気とを隔壁を隔てて熱交換する気対気熱交換器を搭載することを特徴とする筐体内冷却システム。
4. 請求項１または請求項２の筐体内冷却システムにおいて、
   前記補助冷却装置は、内気と伝熱媒体とを熱交換して内部の液熱媒を沸騰させる内気側熱交換器と、外気と蒸気熱媒とを熱交換して蒸気熱媒を液化する外気側熱交換器とからなる沸騰冷却器またはヒートパイプを搭載することを特徴とする筐体内冷却システム。

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