JP4484994B2 - 発熱体収納箱冷却装置およびその制御方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、屋外に設置される箱体構造物で、内部に発熱体を有し、その発熱量が多く冬季においても冷却を要し、また、温度により性能、寿命に大きく影響を受けるような精密な機器を有する箱に関し、特にその冷却装置と制御方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、電子部品の高性能化と制御基板に対する電子部品の高密度化が進み、制御基板からの発熱量は飛躍的に増加している。これに伴い、箱内の温度は上昇する傾向にあり、制御基板上にある電子部品の動作保証、製品寿命は箱内の温度に大きな影響を受ける。このため、箱内の温度を一定以下に冷却しなければ信頼性の確保が出来なくなってきている。
【0003】
従来、この種の箱を冷却する場合には、室内機を箱内に設置して、冷媒配管で箱外の室外機につなぐという方法があり、図11に示したものなどが一般的であった。
【0004】
以下、その発熱体収納箱冷却装置について図11を参照しながら説明する。
【0005】
図に示すように、箱101の内部には、熱負荷を発生する制御基板102と、室内機103と、箱101の内部の空気温度を検知し室内機103に信号を送る温度センサー104と、電源105が設置されている。
【0006】
箱101の外部には、室外機106が設置され、冷媒配管107で室内機103とつながっている。
【0007】
上記構成において、制御基板102を運転させると、その発熱のため、箱101の内部の温度は徐々に上昇してくる。
【0008】
そこで温度センサー104の検知した温度が設定してある温度を超えると運転信号が発生し室内機103が運転を開始し、箱101の内部の温度が低下するとともに、温度センサー104の検知した温度が設定してある温度以下になると停止信号が発生し室内機103が停止する。
【0009】
以上の動作を繰り返しながら箱101の内部の温度はある一定範囲を保持するようになっていた。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の発熱体収納箱冷却装置では、周囲を断熱材で密閉している関係上、放熱がないため、冬季など外気温度が低い場合でも、必ず冷却装置を運転させねばならず、大量の冷却エネルギーを消費している。
【0011】
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、箱内温度が外気温度よりもあらかじめ設定した温度差以上の時には、空気熱交換により冷却する空気熱交換型空気調和機を運転し、箱内の空気を冷却することから、冷媒を用いる冷媒型空気調和機の運転時間が減少する。空気熱交換型空気調和機は、冷媒を圧縮する必要がないため、冷媒型空気調和機に比較して、冷却に要するエネルギー消費量が減少し、省エネルギーとなる。
【0012】
本発明は、このような省エネルギーな発熱体収納箱冷却装置を提供することを目的としている。
【0013】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明における発熱体収納箱冷却装置の一つの手段は、発熱体収納箱内の温度を計測する箱内温度センサーと、外気温度を計測する外気温度センサーと、冷風を箱内に吹き出す送風機と、箱内の空気と外気との間での空気−空気熱交換を用いて発熱体収納箱を冷却する空気熱交換型空気調和機と、冷媒を用いて発熱体収納箱を冷却する冷媒型空気調和機を備えた発熱体収納箱冷却装置であって、前記箱内温度センサーと前記外気温度センサーで計測された温度によって空気熱交換型空気調和機、冷媒型空気調和機を運転する判断手段を備え、この判断手段は、箱内温度が外気温度よりあらかじめ設定した温度差ΔT1以上高い時は前記空気熱交換型空気調和機を運転し、前記箱内温度があらかじめ設定した温度T2よりも高い時は前記冷媒型空気調和機を運転する判断を行う発熱体収納箱冷却装置の制御方法である。
【0014】
そして本発明によれば上記手段により、空気熱交換型空気調和機を運転することにより、外気と発熱体収納箱内の空気との間で熱交換を行い、箱内の空気の温度を下げることで、冷房負荷が減少し、冷媒型空気調和機の運転時間は減少することになり、従来に比較して冷却に要するエネルギー消費量を減少させることが可能となる。
【0015】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項1に記載の発明は、発熱体収納箱内の温度を計測する箱内温度センサーと、外気温度を計測する外気温度センサーと、冷風を箱内に吹き出す送風機と、箱内の空気と外気との間での空気−空気熱交換を用いて発熱体収納箱を冷却する空気熱交換型空気調和機と、冷媒を用いて発熱体収納箱を冷却する冷媒型空気調和機を備えた発熱体収納箱冷却装置であって、前記箱内温度センサーと前記外気温度センサーで計測された温度によって空気熱交換型空気調和機、冷媒型空気調和機を運転する判断手段を備え、この判断手段は、箱内温度が外気温度よりあらかじめ設定した温度差ΔT1以上高い時は前記空気熱交換型空気調和機を運転し、前記箱内温度があらかじめ設定した温度T2よりも高い時は前記冷媒型空気調和機を運転する判断を行う発熱体収納箱冷却装置の制御方法であり、冷媒型空気調和機に比較して冷却に要するエネルギー消費量が少ない空気熱交換型空気調和機が運転することによって、冷媒型空気調和機の運転時間が減少し、省エネルギーになるという作用を有する。
【0016】
本発明の請求項2に記載の発明は、箱内温度検知手段と外気温度検知手段により得られた箱内の冷房負荷に応じて、段階運転指令手段が発熱体収納箱冷却装置の運転台数を変更するようにした請求項1に記載の発熱体収納箱冷却装置の制御方法であり、冷房負荷に最低限必要な数の発熱体収納箱冷却装置を運転することで、余分なエネルギー消費を抑えるという作用を有する。
【0017】
本発明の請求項3に記載の発明は、あらかじめ設定した箱内上限温度よりも箱内温度が高くなり、箱内の機器が損傷する危険性を生じた場合、発熱体収納箱冷却装置の送風機の回転数を急速に上げて、風量を増加させる緊急モード運転をすることによって冷房能力を増加させ、発熱体収納箱内の温度を安全温度域まで下げることを可能とした請求項1および2に記載の発熱体収納箱冷却装置の制御方法であり、発熱体収納箱内の機器を高温による損傷から回避できるという作用を有する。
【0018】
本発明の請求項4に記載の発明は、発熱体収納箱冷却装置が緊急モード運転したことを通知する異常通報手段を備えた請求項1および3に記載の発熱体収納箱冷却装置であり、緊急時に対応できるという作用を有する。
【0019】
本発明の請求項5に記載の発明は、発熱体収納箱に太陽電池を設置し、その発電を発熱体収納箱冷却装置の運転に利用する請求項1および4に記載の発熱体収納箱冷却装置であり、発熱体収納箱冷却装置の運転に要するエネルギーの一部を負担することにより省エネルギーになるという作用を有する。
【0020】
本発明の請求項6に記載の発明は、ペルチェ効果により発熱体収納箱を冷却する電子冷却装置を備えた請求項1および5に記載の発熱体収納箱冷却装置であり、発熱体収納箱を冷却することから、発熱体収納箱の冷房負荷を軽減できるという作用を有する。
【0021】
【実施例】
以下、本発明の実施例について添付図面を参照しながら説明する。
【0022】
(実施例1)
図1は実施例1における温度と空気調和機運転の相関図、図2は構成図、図3は制御フローを示したものである。
【0023】
これらの図において、箱内温度センサー1は、発熱体収納箱内の空気温度を計測し、外気温度センサー2は、外気温度を計測し、送風機3は、箱内温度に応じて、風量を増減する。
【0024】
空気熱交換型空気調和機4は、発熱体収納箱内の空気と外気との間で、空気−空気熱交換を行うことによって、発熱体収納箱を冷却する。冷媒型空気調和機5は、冷媒を用いて、発熱体収納箱を冷却する。空気熱交換型空気調和機4は、冷媒型空気調和機5に比較して、冷媒を圧縮する必要がないために、冷却に要するエネルギー消費量が少ないという利点がある。
【0025】
箱内温度と外気温度に応じて、空気熱交換型空気調和機4と冷媒型空気調和機5を使い分けることにより、従来のように冷媒型空気調和機のみの冷房運転に比較して、冷却に要するエネルギー消費量を減少して、発熱体収納箱を冷却することができる。
【0026】
なお、冷媒型空気調和機5の代わりに、液体を用いて冷却する空気調和機を用いた場合も、その作用、効果について差異はない。
【0027】
箱内温度検知手段6は箱内温度センサー1が測定した箱内温度を、外気温度検知手段7は外気温度センサー2が計測した外気温度を機器発停判断手段8に通知する。機器発停判断手段8は、外気温度が箱内温度に比較して、あらかじめ設定した温度差ΔT1よりも低く、箱内温度があらかじめ設定した温度T2よりも低い場合には空気熱交換型空気調和機4を運転し、冷媒型空気調和機5を停止する。
【0028】
外気温度が箱内温度に比較して、あらかじめ設定した温度差ΔT1よりも高く、箱内温度があらかじめ設定した温度T2よりも高い場合には空気熱交換型空気調和機4を停止し、冷媒型空気調和機5を運転する。
【0029】
また、外気温度が箱内温度に比較して、あらかじめ設定した温度差ΔT1よりも低く、箱内温度が温度T2よりも高い場合には空気熱交換型空気調和機4と冷媒型空気調和機5を両方とも運転する。
【0030】
冷房負荷の小さい低温域では運転エネルギーの消費量が大きい冷媒型空気調和機5を停止することができ、冷房負荷の大きい高温域では外気温度が高くなることによって箱内温度との温度差が小さくなり熱交換による冷却ができなくなるので空気熱交換型空気調和機4を停止する。中温域では空気熱交換型空気調和機4が運転することにより、箱内の冷房負荷を軽減させ、冷媒型空気調和機5の運転時間を減少させる。このような制御により、冷却に要するエネルギー消費量を減少して、発熱体収納箱を冷却することができる。
【0031】
(実施例2)
図4は実施例2の制御フロー、図5は発熱体収納箱冷却装置の設置状態を示したものである。
【0032】
図に示したように、発熱体収納箱冷却装置は、発熱体収納箱に複数設置している。
【0033】
次に制御フローについて説明を加える。
【0034】
箱内温度検知手段6は箱内温度センサー1が計測した箱内温度を、外気温度検知手段7は外気温度センサー2が計測した外気温度を段階運転指令手段9に通知する。箱内温度と外気温度の差が、あらかじめ設定した温度差ΔT1以上の場合、段階運転指令手段9は、停止している発熱体収納箱冷却装置の中から1台を運転する。
【0035】
つぎに、段階運転指令手段9が、再度、温度差ΔT1以上を検出した場合、段階運転指令手段9は、停止している発熱体収納箱冷却装置の中から更に1台運転する。
【0036】
以上のような制御を段階運転指令手段9が、温度差ΔT1以下を検出するまで繰り返す。
【0037】
また、停止の場合も段階運転指令手段9が、通知された箱内温度と外気温度との差があらかじめ設定した温度差ΔT1‘以下を検出すると、運転している発熱体収納箱冷却装置の中から1台を停止する。
【0038】
段階運転指令手段9が、再度、温度差ΔT1‘以下を検出した場合、運転している発熱体収納箱冷却装置の中から更にもう1台停止する。
【0039】
以上のような制御を段階運転指令手段9が、温度差ΔT1‘以上を検出するまで繰り返す。
【0040】
これらの制御により、発熱体収納箱の内部の温度を設定された温度範囲で維持するために必要なだけの発熱体収納箱冷却装置を運転することができ、余分なエネルギーを消費することがない。
【0041】
また、温度差ΔT1と温度差ΔT1‘に温度差を設けることにより、発熱体収納箱冷却装置が、短時間に発停を繰り返すような運転をすることを避けることができる。
【0042】
(実施例3)
図6は実施例3における温度と風量の相関図、図7は制御フローを示したものである。
【0043】
図に示すように、箱内温度検知手段6は、箱内温度センサー1が計測した箱内温度を風量設定手段10に通知する。風量設定手段10は、箱内温度があらかじめ設定した箱内上限温度T3よりも高くなり、箱内の機器が損傷する危険性を生じた場合には、送風機3の回転数を急速に上げ、風量を増加し、緊急モード運転する。
【0044】
これにともない発熱体収納箱冷却装置の冷却能力が大きくなり、箱内温度が低下する。風量設定手段10は、箱内温度検知手段6が通知した箱内温度があらかじめ設定した温度T4よりも低く安全温度域になった時に送風機3の回転数を下げ、風量を定常時に戻し、定常モード運転する。
【0045】
また、温度T3と温度T4に温度差を設けることにより、発熱体収納箱冷却装置が、短時間に風量の増減を繰り返すような運転をすることを避けることができる。
【0046】
このような制御をおこなうことにより、箱内の温度をあらかじめ設定した温度以下に保ち、熱による箱内の機器の損傷を回避することができる。
【0047】
(実施例4)
図8は実施例4の制御フローを示したものである。
【0048】
図に示すように風量設定手段10は、緊急モード運転した時に異常通報手段11に通知する。
【0049】
異常通報手段11は、ブザー、ランプ、7セグのように設備管理者に直接通報するものと、通信手段を用い監視装置に通報するものをさす。
【0050】
これにより緊急時に設備管理者は対応することが可能となる。
【0051】
(実施例5)
図9は実施例5を示したものである。
【0052】
図に示すように発熱体収納箱Bに太陽電池12を設置し、その発電を発熱体収納箱冷却装置Aの運転に利用する。
【0053】
これにより、発熱体収納箱冷却装置Aが冷却に要するエネルギー消費量の一部を負担することができ、省エネルギーになる。
【0054】
(実施例6)
図10は実施例6を示したものである。
【0055】
図に示すように発熱体収納箱にペルチェ効果により冷却を行う電子冷却手段13を設置する。
これにより発熱体収納箱Bは冷却され、発熱体収納箱冷却装置Aが負担する冷房負荷が減少する。このため、発熱体収納箱冷却装置Aの運転時間が減少し、省エネルギーになる。
【0056】
なお、本実施例では太陽電池12を併用したものを示したが、むろん、電子冷却手段13のみを利用可能なことはいうまでもない。
【0057】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、外気温度が箱内温度に比較して十分に低い時に冷媒型空気調和機を停止して、発熱体収納箱冷却装置を運転し、外気温度が高い時は空気熱交換型空気調和機を停止して、冷媒型空気調和機を運転する制御により、不要な冷媒型空気調和機の運転をしないことで、省エネルギーを実現することができる。
【0058】
また、空気熱交換型空気調和機の運転台数を冷房負荷に最低限必要な数にすることにより、不要なエネルギー消費を抑えることができる。
【0059】
また、あらかじめ設定された温度よりも箱内温度が高くなった場合、発熱体収納箱冷却装置の送風機の風量を増加させることにより、緊急時に発熱体収納箱内の温度を下げることができ、発熱体収納箱内の機器を高温による損傷から回避できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施例1による発熱体収納箱冷却装置の制御パターンを示した図
【図2】 同実施例1の発熱体収納箱冷却装置を示した図
【図3】 同実施例1の発熱体収納箱冷却装置の制御方法を示したフローチャート
【図4】 同実施例2の発熱体収納箱冷却装置の制御方法を示したフローチャート
【図5】 同実施例2の発熱体収納箱冷却装置の設置状態を示した図
【図6】 同実施例3の発熱体収納箱冷却装置の制御パターンを示した図
【図7】 同実施例3の発熱体収納箱冷却装置の制御方法を示したフローチャート
【図8】 同実施例4の発熱体収納箱冷却装置の制御方法を示したフローチャート
【図9】 同実施例5の発熱体収納箱冷却装置を示した図
【図10】 同実施例6の発熱体収納箱冷却装置を示した図
【図11】 従来の発熱体収納箱冷却装置の構造を示す概略断面図
【符号の説明】
1 箱内温度センサー
2 外気温度センサー
3 送風機
4 空気熱交換型空気調和機
5 冷媒型空気調和機
6 箱内温度検知手段
7 外気温度検知手段
8 機器発停判断手段
9 段階運転指令手段
10 風量設定手段
11 異常通報手段
12 太陽電池
13 電子冷却手段
Claims (6)
- 発熱体収納箱内の温度を計測する箱内温度センサーと、外気温度を計測する外気温度センサーと、冷風を箱内に吹き出す送風機と、箱内の空気と外気との間での空気−空気熱交換を用いて発熱体収納箱を冷却する空気熱交換型空気調和機と、冷媒を用いて発熱体収納箱を冷却する冷媒型空気調和機を備えた発熱体収納箱冷却装置であって、
前記箱内温度センサーと前記外気温度センサーで計測された温度によって空気熱交換型空気調和機、冷媒型空気調和機を運転する判断手段を備え、
この判断手段は、前記箱内温度センサーで計測された箱内温度が前記外気温度センサーで計測された外気温度よりあらかじめ設定した温度差ΔT1以上高い時は前記空気熱交換型空気調和機を運転し、
前記箱内温度があらかじめ設定した温度T2よりも高い時は前記冷媒型空気調和機を運転する判断を行う発熱体収納箱冷却装置の制御方法。 - 箱内温度検知手段と外気温度検知手段により得られた箱内の冷房負荷に応じて、段階運転指令手段が発熱体収納箱冷却装置の運転台数を変更するようにした請求項1に記載の発熱体収納箱冷却装置の制御方法。
- あらかじめ設定した箱内上限温度よりも箱内温度が高くなり、箱内の機器が損傷する危険性を生じた場合、発熱体収納箱冷却装置の送風機の回転数を急速に上げて、風量を増加させる緊急モード運転をすることによって冷房能力を増加させ、発熱体収納箱内の温度を安全温度域まで下げるよう構成した請求項1または2に記載の発熱体収納箱冷却装置の制御方法。
- 発熱体収納箱冷却装置が緊急モード運転したことを通知する異常通報手段を備えた請求項1から3のいずれかに記載の発熱体収納箱冷却装置の制御方法。
- 発熱体収納箱に太陽電池を設置し、その発電を発熱体収納箱冷却装置の運転に利用する請求項1から4のいずれかに記載の発熱体収納箱冷却装置の制御方法。
- ペルチェ効果により発熱体収納箱を冷却する電子冷却装置を備えた請求項1から5のいずれかに記載の発熱体収納箱冷却装置の制御方法。
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