JP4486133B2 - 通信装置用冷房装置及びその冷房制御方法 - Google Patents

通信装置用冷房装置及びその冷房制御方法 Download PDF

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Description

本発明は、冷房装置に関し、更に詳しくは、各種通信装置が設置された基地局、ブースなどの室内空間に配置されて熱の発生により誤動作が発生し得る通信装置を冷却させてその作動の安全性を図れる通信装置用冷房装置及びその冷房制御方法に関する。
一般に、冷房装置(air conditioner)は冷媒が蒸発する際に周囲から熱を奪う蒸発熱を用いるもので、冷媒としては通常、低温でも蒸発し易いアンモニア、フレオン、共沸混合冷媒、クロロメチルなどのような液体を用いる。
このような通常の冷房装置は、圧縮器で高圧に圧縮された気体状態の冷媒が凝縮器を経て、外気との熱交換により高圧の液体状態の冷媒に凝縮された後、膨脹弁または毛細管などを介して低圧の液体状態の冷媒に変換される。次に、低圧の液体状態の冷媒は蒸発器に流入して内気との熱交換により蒸発した後、再び圧縮器に流入して前述した過程のサイクルが循環する。このとき、蒸発器で発生した冷媒の蒸発熱により冷却した空気は送風ファンにより冷房しようとする所定の空間または所定の対象体に送風されて冷房を行う。
すなわち、このような一般の冷房装置は液化及び蒸発などのような相変化が容易な冷媒を用いて冷房しようとする所定の空間や所定の対象体を冷却させる。
特に、通信基地局または通信車両などの場合、その内部に多数の有無線通信装置が設置され、このような通信装置は頻繁な熱の発生により接触不良及び機器の故障などのような各種の誤動作を誘発する恐れがあるので、四季を通じて常に冷房させなければ通信装置内で発生する熱による誤動作を最小化できなくなる。
特開2002‐158478号公報
しかしながら、従来の通信装置用冷房装置は、外部の温度に応じた自然状態の冷気を適切に利用できず、単に外部電力により駆動される方式を採用するため、電力の浪費が非常に深刻であるという短所があった。
また、従来の通信装置用冷房装置に用いられる各種冷媒は価格が非常に高いうえ、環境に悪影響を及ぼすという短所があった。
そのため、本出願人は前述した諸問題を改善するために、韓国特許出願第10−2002−41905号(名称:多用途冷房装置及びその冷房制御方法)を開示している。
しかしながら、このタイプの冷房装置においては、何れか一方の構成部品に故障が発生する場合に故障中には室内空間の冷房状態を維持できなくなるという短所があった。
上記目的を達成するための本発明に係る通信装置用冷房装置は、通信装置が設置された基地局の室内に配置され、冷却水が貯蔵されている貯蔵タンクと、貯蔵タンクの吐出口から延びた冷却水配管上に設置されて貯蔵タンク内の冷却水を循環させるように貯蔵タンク側に並列に接続されている一対の循環ポンプと、循環ポンプの吐出口から延びた配管を介して連通された室内熱交換器と、このような室内熱交換器に近接して配置された室内送風器からなる室内器モジュールと、基地局の室外に配置され、室内熱交換器の吐出口側から延びた冷却水配管を介して連通された室外熱交換器と、このような室外熱交換器に近接して配置された室外送風器と、室外熱交換器の吐出口側から延びた冷却水配管に直列に接続されている一対の冷却器からなる室外器モジュールとを含み、室外器モジュールの各冷却器は冷却器用冷媒を圧縮させる圧縮器と、圧縮器に冷媒配管を介して連通された凝縮器と、凝縮器に冷媒配管を介して連通されたレシーバドライヤと、内部に熱交換用チューブが内蔵され、この熱交換用チューブに冷却水配管が連通される熱交換器と、レシーバドライヤ及び熱交換器の間の冷媒配管上に設置された膨脹弁とからなる。
好ましくは、本発明の通信装置用冷房装置は、基地局の室内に室内温度感知センサが設置され、基地局の室外に室外温度感知センサが設置され、冷却水配管の室外器側に引き込まれる部分に冷却水温度感知センサが設置されることを特徴とする。
また、本発明の通信装置用冷房装置の冷房制御方法は、室内熱交換器及び冷却器の制御方法、及び室外熱交換器の制御方法からなり、室内熱交換器及び冷却器の制御方法は、室内温度感知センサにより室内温度を測定する第1段階と、室内温度が第1設定値より小さいかを比較及び判断して、室内温度が第1設定値よりも小さければ冷房装置全体をオフさせ、室内温度が第1設定値よりも大きければ室内熱交換器の作動をオンさせる第2段階と、室内温度が第1設定値以上であり、第2設定値よりも小さいかを比較判断して室内温度が第1設定値及び第2設定値の間の範囲内にあれば前記第1段階にリターンさせ、室内温度が第2設定値より大きければ第1及び第2冷却器の何れかの冷却器と室内熱交換器の作動をオンさせる第3段階と、室内温度が第2設定値より大きく、第3設定値より小さいかを比較及び判断して室内温度が第2設定値及び第3設定値の間の範囲内にあれば前記第1段階にリターンさせる第4段階と、室内温度が第3設定値よりも大きければ第1及び第2冷却器の両方と室内熱交換器の作動をオンさせる第5段階と、室内温度が第3設定値より小さいかを比較判断して、室内温度が第3設定値よりも小さければ前記第1段階にリターンさせ、前記室内温度が第3設定値よりも大きければ前記第5段階にリターンさせる第6段階とからなり、室外熱交換器の制御方法は、室外温度感知センサ及び冷却水温度感知センサにより基地局の室外温度及び冷却水温度を個別に測定する第1a段階と、室外温度が冷却水温度より小さいかを比較及び判断する第2a段階と、室外温度が冷却水温度よりも小さければ室外熱交換器をオンさせる第3a段階と、室外温度が冷却水温度よりも大きければ室外熱交換器をオフさせる第4a段階からなる。
好ましくは、室外熱交換器の制御方法の第2a段階後に冷却水温度が5℃より小さいかを比較判断して冷却水温度が5℃よりも小さければ室外熱交換器をオフさせ、冷却水温度が5℃よりも大きければ室外熱交換器をオンさせる段階を更に含む。
本発明によれば、外部温度に応じた自然状態の冷気を適切に用いることで、電力の浪費を最小化できるほか、冷房効率を最大化し、相対的に安価な冷媒を用いて維持コストを最小化できるという効果を奏する。
また、本発明は2重の冷却水循環構造及び2重の室外熱交換構造を採用することで、常に一定に通信装置の冷房状態を維持できるという長所がある。
以下、添付する図面を参照しつつ、本発明の好ましい実施例について詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施例に係る通信装置用冷房装置を示す。
図示のように、本発明の通信装置用冷房装置は、基地局100の室内空間に配置された室内器モジュール10及び基地局100の室外空間に配置された室外器モジュール20を含む。
室内器モジュール10は冷却水が貯蔵されている貯蔵タンク11と、貯蔵タンク11の吐出口から延びた冷却水配管を介して連通された循環ポンプ12と、循環ポンプ12の吐出口から延びた配管を介して連通された室内熱交換器13と、室内熱交換器13に近接して配置された室内送風器14とからなる。
貯蔵タンク11には、その内部に本発明の冷房装置で冷媒としての機能を行う物質が貯蔵され、このような物質は相変化が不要な液体状態の冷却水であることが好ましい。
また、このような貯蔵タンク11の内、外表面は外部に熱を放出したり、外部から熱を吸収したりしないように断熱材からなることが好ましい。
一方、前述したように、本発明の冷媒として作用する冷却水は相変化を起こす必要がなく、周辺から容易に入手できるため、経済性及び非常に環境に優しいという特徴がある。
一対の循環ポンプ12は、貯蔵タンク11の内部に貯蔵されている冷却水を循環させるように貯蔵タンク11の吐出口側に並列に連通される。
各循環ポンプ12はその流入口及び流出口側に第1及び第2調節弁12a、12bが個別に設置されて、貯蔵タンク11に流入する冷却水の流量及び貯蔵タンク11から流出される冷却水の流量を適切に調節するように構成される。
このように本発明は一対の循環ポンプ12を並列に設置した2重の冷却水循環構造を採用することで、何れか一側の循環ポンプ12に故障が発生しても他側の循環ポンプ12を作動させることができるので、常に一定に基地局100内の通信装置の冷房を維持できるという特徴がある。
室内熱交換器13は、循環ポンプ12の吐出口から延びた冷却水配管15に連通される。
室内送風器14は、室内熱交換器13の熱交換が行われる伝熱面上に近接して配置されて、室内熱交換器13の熱交換作用により形成された冷気を通信装置50側に送風するように構成される。
また、室内送風器14は室内熱交換器13と室内の空気との接触及び熱交換効率を増大させる役割を果たす。
一方、このような室内器モジュール10は、図1に示すように、モジュールケース17内に一体に備えられる形態で形成され得る。
また、室内熱交換器13は、基地局またはブース100の室内空間で通信装置50側に近接して配置される一方、前述した貯蔵タンク11及び循環ポンプ12は基地局またはブース100のサイズ及び内部の冷房を要する機器の配置など基地局100の現場の条件や設置条件などを考慮して基地局またはブース100の内部または外部の何れに設置しても構わない。
室外器モジュール20は、基地局100の室外に配置された室外熱交換器21と、この室外熱交換器21に近接して配置された室外送風器22と、室外熱交換器21の吐出口側から延びた冷却水配管15に直列に接続されている一対の冷却器30とからなる。
室外熱交換器21は、室内熱交換器13の吐出口側から延びた冷却水配管15を介して連通される。
室外送風器22は、室外熱交換器21の熱交換が発生する伝熱面に近接して配置され、室外熱交換器21と外部空気の接触及び熱交換効率を増大させるように構成される。
第1及び第2冷却器30、40は、室外熱交換器21の吐出口から延びた冷却水配管15上に直列に接続されて設置され、冷却器用冷媒を圧縮させる圧縮器31、41と、圧縮器31、41に冷媒配管35、45を介して連通された凝縮器32、42と、凝縮器32、42に冷媒配管35、45を介して連通されたレシーバドライヤ33、43と、内部に熱交換用チューブ34b、44bが内蔵された熱交換器34、44と、レシーバドライヤ33、43及び熱交換器34、44の間の冷媒配管35、45上に設置された膨脹弁36、46とからなる。このような冷却器30、40に用いられる冷媒は、フレオン、アンモニア、クロロメチル、共沸混合冷媒などのような通常の冷媒である。
圧縮器31、41は、気化した冷媒を高圧に圧縮する通常の圧縮器である。
凝縮器32、42は、圧縮器31、41から吐出された高圧の冷媒を凝縮して液化させる熱交換器の一種である。
レシーバドライヤ33、43は、凝縮器32、42から吐出された液化した高圧の冷媒を臨時的に貯蔵し、水分や埃などを除去する。
熱交換器34、44は、ケース34a、44a及び熱交換用チューブ34b、44bからなる。このような第1及び第2冷却器30、40の熱交換用チューブ34b、44bは冷却水配管15上に直列に連通される。各ケース34a、44aはその一側に圧縮器31、41側に連通された冷媒配管35、45が連通され、その他側にレシーバドライヤ33、43側に連通された冷媒配管35、45が連通されて冷媒がケース34a、44aに流入及び流出されるように構成される。
膨脹弁36、46は、レシーバドライヤ33、43から吐出された高圧の液状冷媒を急激に膨脹させて高温、低圧の霧状態の冷媒に変化させる。
このような冷却器30、40の構成により、冷却器30、40の冷媒配管35、45に沿って循環する冷媒は圧縮器31、41で高圧に圧縮されて凝縮器32、42で凝縮された後、熱交換器34、44のケース34a、44a内に流入して熱交換器34、44の熱交換用チューブ34b、44bに流入する冷却水と熱交換を行う。このような熱交換作用により冷媒が蒸発すると同時に、冷却水は所定温度に冷却される。
このように本発明の室外器モジュール20は、冷却水配管15の室外側に一対の冷却器30、40を直列に配置する2重の室外熱交換構造を採用することで、何れか一側の冷却器30に故障が発生しても他側の冷却器40を作動させることができるので、冷却水の冷却を常に一定に維持できるという特徴がある。
一方、室外器モジュール20は、図1に示すように、モジュールケース27内に一体に備えられる形態で形成され得る。
好ましくは、本発明の多用途冷房装置は、その冷房作用を効率よく制御するために、基地局100の室内側には室内温度感知センサ51が設置され、基地局100の室外側に室外温度感知センサ52が設置され、冷却水配管15の室外熱交換器21に流入する部分の上に冷却水温度感知センサ53が設けられることもできる。
このような室内温度感知センサ、室外温度感知センサ、冷却水温度感知センサ51、52、53のそれぞれ感知された温度を比較判断することで、室内熱交換器13、室外熱交換器21及び冷却器30を選択的に駆動させて基地局100の内部を冷房させる。
図2及び図3は、本発明の冷房制御方法を示す順序図である。
図2は、本発明の冷房装置の室内熱交換器13及び冷却器30、40の制御方法を示す。
まず、室内温度感知センサ51により室内温度Tinを測定する(S1)。
このように測定された室内温度Tinが第1設定値Tr1より小さいかを比較及び判断して(S2)、室内温度Tinが第1設定値Tr1よりも小さければ本発明の冷房装置全体をオフさせる(S3)。
その次に、室内温度Tinが第1設定値Tr1以上であり、第2設定値Tr2より小さいかを比較判断して(S4)室内温度Tinが第1設定値及び第2設定値Tr1、Tr2の間の範囲内にあれば室内熱交換器13の作動をオンさせる(S5)。
次に、室内温度Tinが第2設定値Tr2より大きく、第3設定値Tr3より小さいかを比較及び判断して(S6)室内温度Tinが第2設定値及び第3設定値Tr2、Tr3の間の範囲内であれば第1及び第2冷却器30、40の何れかの冷却器と室内熱交換器13の作動をオンさせ(S7)、室内温度Tinが第3設定値Tr3よりも大きければ第1及び第2冷却器30、40の両方と室内熱交換器13の作動をオンさせる(S8)。
その後、室内温度Tinが第3設定値Tr3より小さいかを比較判断して、室内温度Tinが第3設定値Tr3よりも小さければ前述したS1段階にリターンさせ、室内温度Tinが第3設定値Tr3よりも大きければ前述したS8段階にリターンさせる(S9)。
一方、前述したS3、S5、S7、S9段階は室内温度Tinの条件に応じてS1段階にリターンさせて、その前の段階を繰り返すことで本発明の冷房装置の作動に応じて変化する基地局100内の室内温度にリアルタイムで対応させることができるという特徴がある。
図3は、本冷房装置の室外熱交換器21の制御方法を示す順序図である。
一方、室内熱交換器13及び冷却器30、40の制御方法は、室内温度Tinが変数になって行われるのに対し、室外熱交換器21の制御方法は室外温度及び冷却水温度Tout、Tが変数になって行われる。すなわち、室外熱交換器21の制御方法は、前述した室内熱交換器13及び冷却器30、40の制御方法に対して独立して行われる。
まず、室外温度感知センサ52及び冷却水温度感知センサ53により、基地局100の室外温度Tout、Tを個別に測定する(S20)。
その後、室外温度Toutが冷却水温度Tより小さいかを比較及び判断して(S21)、室外温度Toutが冷却水温度Tよりも小さければ室外熱交換器21をオンさせ(S23)、室外温度Toutが冷却水温度Tよりも大きければ室外熱交換器21をオフさせる(S24)。
一方、S23及びS24段階は再びS20段階に戻り、その前の段階を連続的に繰り返すことで、基地局100の室外温度の変化にリアルタイムで対応させることができる。
好ましくは、S21段階後に冷却水温度Tが5℃より小さいかを比較判断して冷却水温度Tが5℃よりも小さければ室外熱交換器21をオフさせ、冷却水温度Tが5℃よりも大きければ室外熱交換器21をオンさせる段階(S22)を更に含む。
このようなS22段階は冷却水温度Tが5℃より小さい場合には、無条件に室外熱交換器21の作動をオフさせるが、これは冬季の低い室外温度により冷却水が急激に冷却されて冷却水配管15が凍破するのを防止するためである。
あるいはまた、S21段階後には、図4に示すように、冷却水温度Tが5℃より小さいかを比較判断して冷却水温度Tが5℃よりも小さければ室外熱交換器21をオフさせる段階(S22)と、冷却水温度Tが5℃以上であり、10℃よりも小さければ前述したS20段階にリターンさせ、冷却水温度Tcが10℃以上であれば室外熱交換器21をオンさせる段階(S25)を更に含む。
このようなS25段階は、室外熱交換器21の頻繁なオン・オフ作動時に室外熱交換器21の送風器22側に過負荷、振動または各種騷音などが発生することを防止するためである。
ここで、基地局100の室内の第1〜第3設定値Tr1、Tr2、Tr3は略25℃、26.5℃、27.5℃に設定され得るが、本発明はこれに限定されるのではなく、基地局100の室内に設置された各種通信装置によって多様に変更可能である。
以下、上記のように構成される本発明の多用途冷房装置の作用について詳細に説明する。
まず、室内温度感知センサ51により感知された室内温度Tinに応じて、図2に示すように、本発明の冷房装置の作動が制御された後、対象体100の内部に冷房が必要な場合、貯蔵タンク11内に貯蔵されている冷却水は循環ポンプ12により室内熱交換器13側に流入してから熱交換されて、基地局100内部の温度を所定温度に冷房する。
次に、室内熱交換器13で熱交換されて基地局100内部の熱を吸収した冷却水は室外熱交換器21を通過する。このとき、室外温度感知センサ52及び冷却水温度感知センサ53により感知された室外温度Toutと冷却水温度Tを比較及び判断することで、図3に示すように、室外熱交換器21の作動有無が決定され、これにより冷却水は室外熱交換器21で自然の冷気と熱交換されずに所定の温度に冷却されるか、室外熱交換器21で熱交換されることなく、第1及び第2冷却器30、40側にバイパスされる。
このようにバイパスされた冷却水は冷却器30、40の熱交換器34、44を経て、図2に示すように、室内温度Tinに応じて各冷却器30、40の作動有無が決定され、これにより冷却水は冷却器30、40の熱交換器34、44で熱交換されて所定温度に冷却されるか、冷却器30、40で熱交換されずに貯蔵タンク10にバイパスされ得る。
冷却器30、40を通過した冷却水は、再び貯蔵タンク11内に貯蔵され、再び循環ポンプ12により室内熱交換器13に供給されて室内熱交換器13で基地局100の室内空気と熱交換しながら、基地局100の内部を所定温度に冷房させる。
従って、本発明の通信装置用冷房装置及びその冷房制御方法は、室内熱交換器13により基地局100の室内空間の熱を吸収した冷却水を所望の温度以下に冷却させるために、室内・外温度及び冷却水温度に応じて室内熱交換器13、室外熱交換器21、及び一対の冷却器30、40を選択的に作動させる。これにより、自然の冷気を積極的に用いるとともに、冷却器30、40の使用を最小化することで冷媒及び電力の浪費を防ぐという特徴がある。
また、本発明は、一対の循環ポンプ12を並列に設置した2重の冷却水循環構造及び冷却水配管15の室外側に一対の冷却器30、40を直列に配置する2重の室外熱交換構造を採用することで、常に一定に通信装置の冷房状態を維持できるという特徴がある。
以上、本発明の最も好ましい実施例について説明した。しかし、本発明は、上記記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載から把握される技術的範囲において種々の実施形態に変更可能である。
本発明の一実施例に係る通信装置用冷房装置を示す概略構成図である。 本発明に係る通信装置用冷房装置の室内熱交換器及び冷却器の制御方法を示す順序図である。 本発明に係る通信装置用冷房装置の室外熱交換器の制御方法を示す順序図である。 本発明の通信装置用冷房装置の室外熱交換器の他の実施例に係る制御方法を示す順序図である。

Claims (5)

  1. 通信装置が設置された基地局の室内に配置され、冷却水が貯蔵されている貯蔵タンクと、貯蔵タンクの吐出口から延びた冷却水配管上に設置されて貯蔵タンク内の冷却水を循環させるように貯蔵タンク側に並列に接続されている一対の循環ポンプと、循環ポンプの吐出口から延びた配管を介して連通された室内熱交換器と、このような室内熱交換器に近接して配置された室内送風器からなる室内器モジュールと、
    前記基地局の室外に配置され、前記室内熱交換器の吐出口側から延びた冷却水配管を介して連通された室外熱交換器と、このような室外熱交換器に近接して配置された室外送風器と、室外熱交換器の吐出口側から延びた冷却水配管に直列に接続されている一対の冷却器からなる室外器モジュールとを含み、
    前記室外器モジュールの各冷却器は冷却器用冷媒を圧縮させる圧縮器と、圧縮器に冷媒配管を介して連通された凝縮器と、凝縮器に冷媒配管を介して連通されたレシーバドライヤと、内部に熱交換用チューブが内蔵され、この熱交換用チューブに冷却水配管が連通される熱交換器と、レシーバドライヤ及び熱交換器の間の冷媒配管上に設置された膨脹弁とからなることを特徴とする通信装置用冷房装置。
  2. 前記基地局の室内に室内温度感知センサが設置され、前記基地局の室外に室外温度感知センサが設置され、前記冷却水配管の室外器側に引き込まれる部分に冷却水温度感知センサが設置されることを特徴とする請求項1に記載の通信装置用冷房装置。
  3. 請求項1又は請求項2による通信装置用冷房装置の冷房制御方法であって、
    室内熱交換器及び冷却器の制御方法、及び室外熱交換器の制御方法からなり、
    前記室内熱交換器及び冷却器の制御方法は、
    前記室内温度感知センサにより室内温度を測定する第1段階と、
    前記室内温度が第1設定値より小さいかを比較及び判断して、室内温度が第1設定値よりも小さければ冷房装置全体をオフさせ、室内温度が第1設定値よりも大きければ室内熱交換器の作動をオンさせる第2段階と、
    前記室内温度が第1設定値以上であり、第2設定値よりも小さいかを比較判断して室内温度が第1設定値及び第2設定値の間の範囲内にあれば前記第1段階にリターンさせ、室内温度が第2設定値よりも大きければ第1及び第2冷却器の何れかの冷却器と室内熱交換器の作動をオンさせる第3段階と、
    前記室内温度が第2設定値より大きく、第3設定値より小さいかを比較及び判断して室内温度が第2設定値及び第3設定値の間の範囲内にあれば前記第1段階にリターンさせる第4段階と、
    前記室内温度が第3設定値よりも大きければ第1及び第2冷却器の両方と室内熱交換器の作動をオンさせる第5段階と、
    前記室内温度が第3設定値より小さいかを比較判断して、室内温度が第3設定値よりも小さければ前記第1段階にリターンさせ、前記室内温度が第3設定値よりも大きければ前記第5段階にリターンさせる第6段階とからなり、
    前記室外熱交換器の制御方法は、
    前記室外温度感知センサ及び冷却水温度感知センサにより基地局の室外温度及び冷却水温度を個別に測定する第1a段階と、前記室外温度が冷却水温度より小さいかを比較及び判断する第2a段階と、室外温度が冷却水温度よりも小さければ室外熱交換器をオンさせる第3a段階と、室外温度が冷却水温度よりも大きければ室外熱交換器をオフさせる第4a段階とからなることを特徴とする通信装置用冷房装置の冷房制御方法。
  4. 前記室外熱交換器制御方法の第2a段階後に冷却水温度が5℃より小さいかを比較判断して冷却水温度が5℃よりも小さければ室外熱交換器をオフさせ、冷却水温度が5℃よりも大きければ室外熱交換器をオンさせる段階を更に含むことを特徴とする請求項3に記載の通信装置用冷房装置の冷房制御方法。
  5. 前記室外熱交換器の制御方法の第2a段階後に冷却水温度が5℃より小さいかを比較判断して冷却水温度が5℃よりも小さければ室外熱交換器をオフさせ、冷却水温度が5℃以上であり、10℃よりも小さければ第1a段階にリターンさせ、冷却水温度が10℃以上であれば室外熱交換器をオンさせる段階を更に含むことを特徴とする請求項3に記載の通信装置用冷房装置の冷房制御方法。
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