JP4826564B2 - 屋外設置装置の冷却構造 - Google Patents

Description

本発明は、屋外設置装置の冷却構造に関する。

従来より、種々の電子部品をハウジング内部に収容する屋外設置型の装置では、内部環境を制御するための冷却構造を備えている。

例えば、特許文献１には、熱交換器を内蔵した屋外設置装置が開示されている。具体的には、この屋外設置装置では、密閉構造のハウジング内に隔壁を設けることにより、電子部品の収容室と熱交換器の収容室とを隔て、隔壁には内気排気口と内気吸気口を設けている。この場合、電子部品の熱により暖気化された内気を内気排気口を通して熱交換器に導入し、熱交換器を通過した内気を内気吸気口から再び電子部品側に戻して循環させる。また、熱交換器には、ハウジングに形成された外気吸気口から外気を導入し、また、熱交換を終えた外気はハウジング外に排出される。
特開平１１−１４５６６０号公報

しかしながら、ハウジングの構造や内気の循環経路に起因して、電子機器の冷却にともない熱せられた暖気が、ハウジング内の底部に留まってしまい、これにより、冷却性能が悪化してしまうという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ハウジングの底部に熱が溜まり難くすることにより、冷却性能の向上を図ることである。

かかる課題を解決するために、本発明は、内部に電子部品を収容するハウジングと、放熱対象部位と位置的に対応して電子部品の側面部に配設されるヒートシンクと、ヒートシンクに向けて冷却風を送風する第１のファンとを有する。ここで、ヒートシンクは、電子部品の側面部と面的に接触する受熱部と、それぞれが水平方向に延在する複数の板状フィンが受熱部の対向面に並列的に起立した放熱部とで構成される。また、第１のファンは、放熱部を構成する個々の板状フィンの起立方向に沿うように前記板状フィンに向けて冷却風を送風する。また、ハウジングの上部側には、ハウジングの内部の空気を外部へ排出する開口としての排気口が形成される。さらに、排気口は、ハウジング表面に露出しないように、ハウジングの内部方向へ入り込んだ位置に形成される。

また、本発明は、ハウジング内部の空気を外部へ排出する第２のファンをさらに有してもよい。この場合、第２のファンは、ハウジング内部の下方に設けられており、下方から上方への流れを形成することが好ましい。

また、本発明において、ハウジングは、板状フィンの延在方向において対向する側面部が、下方から上方にかけて外側に傾斜して構成されることが好ましい。

さらに、本発明において、電子部品は、熱源を冷却するための、ペルチェ素子を用いた冷却モジュールを側面部の内部に備えていることが望ましい。この場合、ヒートシンクは、冷却モジュールの放熱側と対向するように配設される。また、ハウジング内の排気口の下方には、水の進入を防止する防水板が配置されることが望ましい。

本発明によれば、ヒートシンクによって温められた空気が、下方へと流れ難くなり、上方へとぬけやすくなる。そのため、ハウジングの底部に熱が溜まりにくい構成となるため、冷却性能の向上を図ることができる。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の実施形態にかかるデータ収集装置３が適用される農作物育成支援システム１の全体構成を示すブロック図である。本実施形態にかかる農作物育成支援システム１は、農家の作業者側に設けられる農家側コンピュータ（以下「農家側ＰＣ」という）２と、農地に設けられるデータ収集装置３と、集計・解析者側に設けられるサーバ４とを主体に構成されている。この農作物育成支援システム１において、農家側ＰＣ２、データ収集装置３およびサーバ４は、インターネット等の電気通信回線５を介して相互に情報通信可能に構成されている。

農家側ＰＣ２は、パーソナルコンピュータ、携帯電話機、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）等の汎用の情報処理装置により構成されている。この農家側ＰＣ２は、電気通信回線５を介してデータ収集装置３またはサーバ４が保有する各種情報（具体的には、収集データ）を閲覧またはダウンロードしたり、電気通信回線５を介してデータ収集装置３を遠隔操作したりすることができる。

データ収集装置３は、農作物を育成する農地に設置されており、農作およびこの農地における農作物に関する情報を収集する。このデータ収集装置３は、図示しないアクセスポイントとの間で無線通信を行うことにより、電気通信回線５を介して農家側ＰＣ２またはサーバ４との間で情報通信を行うことができる。なお、データ収集装置３の詳細については後述する。

サーバ４は、ワークステーション等の汎用の情報処理装置により構成されている。このサーバは、データ収集装置３が検出した情報を受信したり、受信した情報を農家毎に所定の形式で集計したり、集計した情報を統計処理等の解析手法を利用して解析することにより農地及び農作物にとって最適な育成条件に関する情報を抽出したり、集計した情報または抽出された情報を農家側ＰＣ２に送信する機能を実現したりすることができる。

図２は、本実施形態にかかるデータ収集装置３の外観を模式的に示す斜視図である。データ収集装置３は、本体ユニット３０を主体に構成されており、この本体ユニット３０は、ハウジング３０ａと、脚部３０ｂとを有している。ハウジング３０ａは、略四角柱形状を有しており、その内部に情報収集に必要な複数の電子部品を収容する。脚部３０ｂは、ハウジング３０ａを支持する機能を担っており、その一部分が地中に埋設されている。この脚部３０ｂを介してハウジング３０ａ（本体ユニット３０そのもの）が農地に設置される。

このような構成の本体ユニット３０には、農地およびこの農地における農作物の情報を検出する検出手段が接続されている。検出手段としては、例えば、温湿度センサ３２およびカメラユニット４０が挙げられる。

温湿度センサ３２は、温度および湿度を検出するセンサであり、白金測温抵抗体型（温度）および静電容量式高分子ポリマー型（湿度）などを用いることができる。温湿度センサ３２は、本体ユニット３０とは独立して農地に配置される支柱３１に取り付けられており、農地における温度および湿度を検出する。

カメラユニット４０は、温湿度センサ３２と同様に支柱３１に取り付けられている。カメラユニット４０は、農地および農地における農作物を含む景色を撮像し、これを画像信号として出力する。このカメラユニット４０は、ソーラーパネル，１００Ｖ電源，１２Ｖバッテリ等の電源から電力の供給を受けることにより動作する。カメラユニット４０は、屋外に設置される装置である関係上、内部環境を制御するための冷却構造が採用されているが、その詳細については後述する。

図３は、データ収集装置３の構成を機能的に示すブロック図である。データ収集装置３（具体的には、本体ユニット３０）は、これを機能的に捉えた場合、データ制御部５１と、データ収集部５２と、データ演算部５３と、データ記憶部５４と、データ表示部５５と、無線通信制御部５６と、無線通信部５７と、センサインターフェース（センサＩ／Ｆ）部５８と、電源部５９とを有している。

データ制御部５１は、数値計算や情報処理、機器制御などを行い、データ収集装置３の動作を総合的に制御する。本実施形態との関係では、データ制御部５１は、データ演算部５３によって生成される情報をデータ記憶部５４に記憶させたり、データ表示部５５に表示させたりする。また、データ制御部５１は、データ記憶部５４に記憶されている情報を読み込み、これを無線通信制御部５６に対して出力したりする。

データ収集部５２は、センサＩ／Ｆ部５８を介して、温湿度センサ３２を含む各種センサからのセンサ信号およびカメラユニット４０からの画像信号を、予め設定された周期で自動的に収集する。データ収集部５２によって収集されたデータはデータ演算部５３に対して出力される。

データ演算部５３は、データ収集部５２から出力される各種の信号のそれぞれを対象として、センサ信号（電圧値など）を、利用者が理解することができる所定の形式（例えば、温度）に変換することにより、データ（以下「収集データ」という）を生成する。データ演算部５３において生成された収集データは、データ制御部５１に対して出力される。

データ記憶部５４は、収集データを記憶する機能を担っている。データ演算部５３からデータ制御部５１に対して出力された収集データは、データ制御部５１によってデータ記憶部５４に格納される。データ記憶部５４には、収集データ毎に、そのデータとともに、例えば、データを取得した時間や日付が対応付けて記憶される。

データ表示部５５は、データ制御部５１によって制御されて、データ演算部５３から出力される収集データを表示したり、現在の動作状況といった各種の情報を表示する。このデータ表示部５５により、農地において、収集データをリアルタイムで閲覧したり、その動作状況を把握することができる。

無線通信制御部５６は、所定時間毎に、データ制御部５１に対してデータ記憶部５４に記憶されている所定の量の収集データ（例えば、サーバ４に対して未送信分の収集データ）を要求する。無線通信制御部５６は、データ制御部５１から収集データを取得すると、この収集データを無線通信部５７を介して指定されたアクセスポイントへと送信することにより、サーバ４に対して収集データを送信する。また、無線通信制御部５６は、無線通信部５７を介して農家側ＰＣ２から収集データの送信要求を受信した場合には、送信要求において指定される所定期間分の収集データを、データ制御部５１に対して要求する。無線通信制御部５６は、データ制御部５１から収集データを取得すると、この収集データを無線通信部５７を介して指定されたアクセスポイントへと送信することにより、送信要求を送信した農家側ＰＣ２に対して収集データを送信する。

無線通信部５７は、無線通信を行うアンテナ機能を担っている。

センサＩ／Ｆ部５８は、温湿度センサ３２を含む各種センサからのセンサ信号およびカメラユニット４０からの画像信号、データ収集部５２へと伝送する。

電源部５９は、ソーラーパネル，１００Ｖ電源，１２Ｖバッテリ等の電源から電力の供給を受けることにより、各電子部品に電力を供給するとともに、電源状態を制御する機能を担っている。

つぎに、本実施形態の特徴の一つである屋外設置装置としてのカメラユニット４０の冷却構造について説明する。ここで、図４は、カメラユニット４０の外観を模式的に示す斜視図であり、図５は、カメラユニット４０の内部構造を横方向側面より模式的に示す側面図である。また、図６は、カメラユニット４０の内部構造を後方向側面より模式的に示す断面図である。カメラユニット４０は、ハウジング４１と、このハウジング４１の内部に収容されるカメラ部４２とを主体に構成されている。

ハウジング４１は、箱形の外観形状を有しているが、本実施家形態では、底面部が下方にラウンド形状となるように、また、上面部が上方にラウンド形状となるようにそれぞれ湾曲して形成されている。ハウジング４１の上部側において、互いに対向する一対の横方向側面部（横側面部）には、ハウジング４１の内部の空気を外部へ排出する開口としての排気口４１ａが形成されている。この排気口４１ａは、ハウジング４１内部への雨水の進入を抑制するといった観点から、開口部がハウジング４１表面に露出しないように、ハウジング４１の内部方向へと入り込んだ位置に形成されている。また、ハウジング４１の底部には、ハウジング４１内部に外気を取り入れる開口としての吸気口４１ｂが形成されている。さらに、ハウジング４１の前方の側面部（前側面部）には、開口４１ｃが形成されている。内部に収容されるカメラ部４２は、この開口４１ｃからその一部（具体的には、後述する窓部４２ｂ）を外部に露出させることが可能となっている。

カメラ部４２は、画像情報を得るための電子部品であり、レンズ等の光学系、ＣＣＤまたはＣＭＯＳセンサ等のイメージセンサ（図示せず）といった必要の部品をカメラケース４２ａに収容して構成されている。このカメラケース４２ａにおいて、前方側の側面部（前側面部）には、ドーム形状の窓部４２ｂが配置されている。この窓部４２ｂは、透明な樹脂などの材料により形成されており、その内部には、撮像用のレンズが外部に臨むように配置されている。また、カメラケース４２ａにおいて、後方の側面部（後側面部）の内側には、カメラケース４２ａの内部を冷却するための冷却モジュール４２ｃが取り付けられている。この冷却モジュール４２ｃは、ペルチェ素子によって構成されており、その冷却側をカメラケース４２ａの内部方向に臨ませるとともに、その放熱側をカメラケース４２ａの後側面部に接触させるように配置されている。

冷却モジュール４２ｃと対向するカメラケース４２ａの後側面部、すなわち、放熱対象部位と位置的に対応するカメラ部４２の側面部には、ヒートシンク４４が配設されている。このヒートシンク４４は、受熱部４４ａと、放熱部４４ｂとで構成されている。受熱部４４ａは、プレート形状を有しており、一方の面が、カメラケース４２ａの後側面部と接触されている。放熱部４４ｂは、複数の板状フィンを受熱部４４ａの他方の面（対向面）に並設して構成されている。本実施形態の特徴の一つとして、このヒートシンク４４は、放熱部４４ｂを構成する個々の板状フィンが水平方向に延在するように配置されている。

ハウジング４１には、ヒートシンク４４に向けて冷却風を送風する冷却ファン４５が配置されている。この冷却ファン４５は、ヒートシンク４４の放熱部４４ｂを構成する個々の板状フィンの起立方向と対応して、すなわち、図５において左側から右側にかけて冷却風を送風している。また、ハウジング４１の内部には、その下方に、具体的には、吸気口４１ｂの上方に、排気ファン４３が配置されている。この排気ファン４３は、排気口４１ａを介してハウジング４１内部の空気を外部へ排出する機能を担っており、本実施形態では、ハウジング４１の内部において下方から上方への流れを形成する。さらに、ハウジング４１には、排気口４１ａを介して内部に雨水が進入した場合に、これがカメラ部４２といった内部に収容される電子部品に直接的に飛散することを抑制するため、雨水の進路を塞ぐように、排気口４１ａの下方に防水板４６が配置されている。この防水板４６により、カメラ部４２に飛散する雨水等が抑制されるので、内部に収容されるカメラ部４２の動作不良等を抑制することができる。

このように本実施形態において、屋外設置装置であるカメラユニット４０の冷却構造は、放熱対象部位と位置的に対応して電子部品（本実施形態では、カメラ部４２）の側面部に配設されるヒートシンク４４と、ヒートシンク４４に向けて冷却風を送風する冷却ファン４５とを有している。ここで、ヒートシンク４４は、カメラ部４２の側面部と面的に接触する受熱部４４ａと、水平方向に延在する複数の板状フィンのそれぞれが受熱部４４ａの対向面に並列的に起立する放熱部４４ｂとで構成される。また、冷却ファン４５は、放熱部４４ｂを構成する個々の板状フィンの起立方向と対応して冷却風を送風している。

かかる構成によれば、冷却ファン４５によってヒートシンク４４に冷却風が送風されることにより、ヒートシンク４４の熱が冷却風に吸収されることにより、カメラ部４２の放熱を行うことができる。

ここで、ヒートシンクの放熱部を構成する個々の板状フィンが鉛直方向に延在しているケースを想定する。この場合、ヒートシンクに吹き付けられた冷却風は、板状フィンとの熱交換により熱を吸収しつつ、板状フィンの隙間をその延在方向、すなわち、鉛直上方向および鉛直下方向にそれぞれ進む。この場合、下方向へ進んだ暖気は、その一部が底部に留まる。また、残りの一部は、対流によってハウジングの上部へ向かうこととなるが、少なくとも一部が冷却ファンに吸入される。そのため、ヒートシンクへと再度送風され、温められた空気が循環してしまう。このため、ハウジングの底部に熱が溜まり易くなり、冷却性能が悪化するという虞がある。

この点、本実施形態によれば、ヒートシンク４４に吹き付けられた冷却風は、個々の板状フィンが水平方向に延在しているため、図６に示すように、熱を吸収しつつ水平方向（左右の横方向）に進み、そして、ヒートシンク４４を抜けると、温められた空気はハウジング４１内を上向きに進む。このため、下方へと流れる暖気を抑制することができるので、ハウジング４１の底部に熱が溜まりにくい構成となるため、冷却性能の向上を図ることができる。

また、本実施形態によれば、ハウジング４１内部の空気を外部へ排出する排気ファン４３をさらに有している。かかる構成によれば、暖気上昇による自然排出のみならず、強制的に風を送ることにより、より早く外部に暖気を排出することができる。特に本実施形態では、排気ファン４３は、ハウジング４１内部の下方に設けられており、下方から上方への流れを形成する。かかる構成によれば、空気の上昇と、排気ファン４３の送風とにより、より早く暖気を排出できるとともに、より確実にハウジング４１の下方に暖気が溜まらないようにすることができる。

なお、図７に示すように、排気ファン４３を設けない構成であっても、空気の上昇を利用することにより、ハウジング４１の底部に熱が溜まり難くなり、暖気をハウジング４１の外部に排出することができる。また、本実施形態では、カメラユニット４０に内蔵されたカメラ部４２は、冷却モジュール４２ｃによって熱源を冷却しており、ヒートシンク４４は、この冷却モジュール４２ｃの放熱側に対向して配置されている。ただし、本発明はかかる形態に限定されるものではなく、冷却モジュール４２ｃを必ずしも設ける必要ない。すなわち、ヒートシンク４４は、放熱対象部位と位置的に対応して電子部品（カメラ部４２）の側面部に配設されれば足りる。このような変形例は、後述する第２の実施形態に対しても適用可能である。

（第２の実施形態）
図８は、第２の実施形態にかかる屋外設置装置としてのカメラユニット４０の内部構造を後方向側面より示す模式図である。第２の実施形態にかかるカメラユニット４０が、第１の実施形態のそれと相違する点は、ハウジング４１の形状である。なお、第１の実施形態と共通する構成については、符号を引用して重複する説明は省略することとし、以下相違点を中心に説明を行う。

同図に示すように、ハウジング４１は、放熱部４４ｂを構成する個々の板状フィンの延在方向において対向する側面部、すなわち、横側面部が、下方から上方にかけて外側に傾斜して構成される。このため、ハウジング４１の垂直方向の断面積は、下方から上方にかけて徐々に増加するような形態となっている。

このように本実施形態によれば、ヒートシンク４４に吹き付けられた冷却風は、熱を吸収しつつ水平方向（横方向）に進み、そして、ヒートシンク４４を抜けると、ハウジング４１の横壁面当たる。この横側面は、下方から上方にかけて外側に傾斜しているため、横側面に当たった暖気は、その横側面との反射によって上向き方向への流れが自然と形成されやすくなる。そのため、下方へと流れる暖気を抑制することができ、ハウジング４１の底部に熱が溜まり難くなる。これにより、暖気をハウジング４１の外部に排出することができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲で上記実施形態に種々の改変を施すことができる。データ収集装置３は、無線通信以外にも有線で通信を行ってもよい。また、サーバ４の無いシステムでも、或いは、サーバ４と直接的に接続されたシステムでの本発明にかかるデータ収集装置３を用いることができる。

また、上述した各実施形態では、データ収集装置３は、農地およびこの農地における農作物に関する情報を収集するものであるが、本発明はこれに限定されず、広く一般的に屋外の環境情報を収集するデータ収集装置として適用することができる。

さらに、上述した各実施形態では、データ収集装置の一部として機能する検出手段であるカメラユニット４０を屋外設置装置として例示しているが、本発明はこれに限定されない。すなわち、屋外に設置されて使用される全ての装置を対象として、本発明の冷却構造を適用することができる。当然、上述したデータ収集装置３の本体ユニット３０に対して本発明の冷却構造を適用してもよい。

データ収集装置３が適用される農作物育成支援システム１の全体構成を示すブロック図 データ収集装置３の外観を模式的に示す斜視図 データ収集装置３の構成を機能的に示すブロック図 第１の実施形態にかかるカメラユニット４０の外観を模式的に示す斜視図 第１の実施形態にかかるカメラユニット４０の内部構造を横方向側面より示す模式図 第１の実施形態にかかるカメラユニット４０の内部構造を後方向側面より示す模式図 第１の実施形態の変形例としてのカメラユニット４０の内部構造を後方向側面より示す模式図 第２の実施形態にかかるカメラユニット４０の内部構造を後方向側面より示す模式図

符号の説明

１ 農作物育成支援システム
２ 農家側ＰＣ
３ データ収集装置
４ サーバ
５ 電気通信回線
３０ 本体ユニット
３０ａ ハウジング
３０ｂ 脚部
３１ 支柱
３２ 温湿度センサ
４０ カメラユニット
４１ ハウジング
４１ａ 排気口
４１ｂ 吸気口
４１ｃ 開口
４２ カメラ部
４２ａ カメラケース
４２ｂ 窓部
４２ｃ 冷却モジュール
４３ 排気ファン
４４ ヒートシンク
４４ａ 受熱部
４４ｂ 放熱部
４５ 冷却ファン
４６ 防水板
５１ データ制御部
５２ データ収集部
５３ データ演算部
５４ データ記憶部
５５ データ表示部
５６ 無線通信制御部
５７ 無線通信部
５８ センサＩ／Ｆ部
５９ 電源部

Claims (6)

1. 屋外設置装置の冷却構造において、
   内部に電子部品を収容するハウジングと、
   放熱対象部位と位置的に対応して前記電子部品の側面部に配設されるヒートシンクと、
   前記ヒートシンクに向けて冷却風を送風する第１のファンとを有し、
   前記ヒートシンクは、前記電子部品の側面部と面的に接触する受熱部と、それぞれが水平方向に延在する複数の板状フィンが前記受熱部の対向面に並列的に起立した放熱部とで構成され、
   前記第１のファンは、前記放熱部を構成する個々の板状フィンの起立方向に沿うように前記板状フィンに向けて冷却風を送風し、
   前記ハウジングの上部側には、前記ハウジングの内部の空気を外部へ排出する開口としての排気口が形成され、
   前記排気口は、前記ハウジング表面に露出しないように、前記ハウジングの内部方向へ入り込んだ位置に形成されることを特徴とする屋外設置装置の冷却構造。
2. 前記ハウジング内部の空気を外部へ排出する第２のファンをさらに有することを特徴とする請求項１に記載された屋外設置装置の冷却構造。
3. 前記第２のファンは、前記ハウジング内部の下方に設けられており、下方から上方への流れを形成することを特徴とする請求項２に記載された屋外設置装置の冷却構造。
4. 前記ハウジングは、前記板状フィンの延在方向において対向する側面部が、下方から上方にかけて外側に傾斜して構成されることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載された屋外設置装置の冷却構造。
5. 前記電子部品は、熱源を冷却するための、ペルチェ素子を用いた冷却モジュールを側面部の内部に備えており、
   前記ヒートシンクは、前記冷却モジュールの放熱側と対向するように配設されることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載された屋外設置装置の冷却構造。
6. 前記ハウジング内の前記排気口の下方には、水の進入を防止する防水板が配置されることを特徴とする請求項１から５の何れか一項に記載された屋外設置装置の冷却構造。

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