JP4912359B2 - 電波送受信装置の冷却方式 - Google Patents

Description

この発明は、高速移動体例えば航空機等の外装品（ポッド）に実装される電波送受信装置を、外装品の壁面を使用して冷却する冷却方式に関するものである。

従来の航空機に搭載される電装品の冷却方式（装置）については、例えば特許文献１〜３に示された技術がある。
特許文献１は、気化したフロンを液化するＶＣＳ（Vapor Cycle System）冷却方式を採用し、代替フロンを冷媒としており、熱交換器入り口では高温高圧のガス（気体）でヒートシンク１２を持っている。又、電子機器を通過（冷却）する際も高圧ガスである。
特許文献２は、航行体に取り付ける冷却機能を持ったポッドで、独特の筒状形状のものの中に、冷却、整流を兼ねたフィンが構成されている。又、主として「ちくわ状の肉の部分」に電装品を搭載するようになされている。
特許文献３は、航空機に搭載される（又は搭載可能な）燃料用ポッドを冷却に必要な冷媒（冷却ガス）の供給源とするものである。
この他、一般的な冷却手法としては、外気を取り込み、内装した冷却器で冷却する方式及び搭載母体(航空機)等から冷却空気を送り込む方式などがある。

特開２００１−９７２８５号公報 特開２００８−７００９号公報 特開平１０−１０９６９５号公報

特許文献１は、上記のごとくコンプレッサを有するＶＣＳ方式であり、コンプレッサを動作させるために複雑な制御システムが必要となり、装置規模及び所要電源容量が増大する。又、冷却系の発熱も大きくなりその分の冷却能力（容量）も必要となる。
特許文献２は、独特の筒状形状（既存ポッドなどの形状を生かしたものでない）のポッドの中に、冷却・整流を兼ねたフィンが構成され、主として「ちくわ状の肉の部分」に電装品を搭載するようになされているので、搭載品の空間的制約が大きく電装品の搭載空間が非効率的である。
又、低温の外気を使って冷却するものではあるが、外気温度が極低温の場合でも装置を過冷却しないような仕組みがなく、その逆に空力過熱で高温の外気に曝された場合の対応がなされていないなどの課題がある。
特許文献３は、燃料用ポッドを冷却に必要な冷媒（冷却ガス）の供給源とするものであるが、所望の機能・性能を発揮する装備品の他に冷媒用に外装品が必要となり、特に十分な搭載場所を持たない航空機等に適用する場合、運用に制限をきたす等の課題が生じる。
又、一般的な冷却手法として、外気を取り込み内装した冷却器で冷却する方式及び搭載母体(航空機)等から冷却空気を送り込む方式などがあるが、外装品の形状が航空機等の飛行運動性能に影響を与えるため、外装品の外形状に制約が生じる。又、外気を取り込む際に異物が混入し、所望の冷却性能を得ることができなくなる等の課題がある。
この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたものである。

この発明に係わる電波送受信装置の冷却方式は、高速移動体の外壁面に装備したポッド内に実装された電波送受信装置の冷却方式において、上記ポッド外壁面の一部に形成され外気と接触する熱交換部を有する熱交換器、この熱交換器で冷却された媒体を循環させ上記電波送受信装置を冷却する循環ポンプ、上記媒体が過冷却され上記電波送受信装置の正常動作許容温度以下に低下した時、この過冷媒体を温める加温部、ポッドの外壁面が空力加熱されることにより上記媒体の温度が上昇した時、この温度上昇した媒体を冷却する沸騰冷却型又は蓄熱冷却型の冷却部、及び上記高速移動体の運行開始時に上記電波送受信装置の周囲温度が電波送受信装置の正常動作許容温度以下である場合、上記媒体を加温するヒーターを備え、上記熱交換器、上記循環ポンプ、上記加温部、上記冷却部、上記ヒーターによって閉媒体循環路を構成したものである。

この発明によれば、循環ポンプで媒体を循環させるだけの単純な構成であり、循環ポンプの発熱のみに対応すればよいので構成が簡素となり、ＶＣＳ等の複雑な機能、構成を有する冷却方式に比較して小型かつ低消費電力で効果を発揮することが期待でき、冷却効率のよい装置を提供できるものである。
又、電波送受信装置などの電装品以外の外装品を設けず、外装品（ポッド）は他の搭載実績品(例えば燃料増槽用のタンク)と同一形状のものを採用しているので、装置の運用に際し新たに航空機等の運動性能の検証を必要とせず、空力加熱により冷却冷媒より外気温が高くなるような条件下でも、あるいは外気温が低い状態で過度に装置が冷却される条件下でも、その機能を十分に発揮できるものである。

以下、図面に基づいて、この発明の各実施の形態を説明する。
なお、各図間において、同一符号は同一あるいは相当部分を示す。
第１図（ａ）（ｂ）（ｃ）は、この発明にかかる電波送受信装置の冷却方式を採用した冷却装置の基本構成を示す構成図である。
すなわち、この冷却装置は、第１図に示すように高速移動体、例えば航空機（図示せず）の胴体外壁面に装備され内部に電波送受信装置２を実装したポッド１、このポッド１の外壁面の一部１ａに形成され外気Ａと接触（電波送受信装置２から冷媒が奪った熱を外部に排熱）する熱交換部４を有する熱交換器４０、この熱交換器４０で冷却された媒体Ｂを圧力で循環させ電波送受信装置２を冷却する循環ポンプ３、及び少なくともこの循環ポンプ３と熱交換器４０とにより構成された閉媒体循環路１００を基本構成としている。なお、閉媒体循環路１００を循環する媒体Ｂとしては、エチレングリコール水溶液又はオイル類を使用するものである。
以下、各実施の形態に基づき、この発明にかかる冷却方式を採用した冷却装置を説明する。

実施の形態１．
図２は、実施の形態１である冷却装置の要部を示す説明図である。
この実施の形態１では、電波送受信装置２が、その装置に要求される性能によっては過度に冷却することが許容されない場合に対応して、図２に示すように、第１図（ａ）の基本構成の閉媒体循環路１００に、媒体Ｂの温度を制御する機能、すなわち過冷媒体を温める加温部を付加したものである。
この加温部は、バイパスバルブ機能（図示せず）を持った温度制御部５と温度検出部６とで構成され、温度制御部５は、媒体Ｂの温度を制御して過剰に電波送受信装置２を冷却しないようにする。又，温度検出部６は、電波送受信装置２へ流入する媒体Ｂの温度を検出し、温度制御部５にその情報を伝える。温度制御部５は、媒体Ｂが電波送受信装置２にとって適切な温度となるようバイパスバルブ（図示せず）を制御し電波送受信装置２で温められた媒体の一部Ｂａを熱交換器４０の流出側循環路へ分流する。なお、図２中の矢印５６は、温度検出部６から温度制御部５への温度情報の伝達を示し、その他の構成間の矢印は、媒体Ｂの流れを図示している。
このようにして、媒体Ｂが電波送受信装置２の正常動作許容温度以下に低下した時，この低下温度を検知し電波送受信装置２で温められた媒体Ｂによって電波送受信装置２が過冷却されるのを防止する。

実施の形態２．
図３は、実施の形態２である冷却装置を示す説明図で、実施の形態１(図２)に沸騰冷却型冷却部７（以下「沸騰冷却部」という）を付加したものである。
第３図（ａ）は、冷却装置の構成図、（ｂ）は、沸騰冷却部の説明図である。
航空機等は、高速で飛行するため、空力加熱により外気温が媒体Ｂ（冷媒）より高温になる条件で飛行する可能性がある。このような環境下で、図１に示した基本構成のみの方式で冷却を実施すると、外気温が媒体Ｂより高温となるため媒体が温められ、所望の冷却性能を得られなくなる。
このような状態を回避するため、循環ポンプ３の部分に沸騰冷却部７を付加し、外気からの熱を電波送受信装置２に伝えないようにする。
沸騰冷却部７は、第３図（ｂ）のような構成とし、沸騰冷却冷媒７１の中に分流路１０１を貫通させ、この分流路を流れる媒体Ｂａを沸騰冷却冷媒７１で冷却する。
このように、ポッド１の外周面１ａが空力加熱によって温められ、媒体Ｂの温度が上昇した時、沸騰冷却部７によって、温められた媒体Ｂの冷却が行われる。

第４図は、実施の形態２の変形例を示し、上記沸騰冷却部７の代わりに蓄熱冷却型冷却部８（以下「蓄熱冷却部」という）を採用した場合である。
図３の説明と同様に、航空機等は高速で飛行するため、空力過熱により外気温が冷媒Ｂより高温になる条件で飛行する可能性がある。このような環境下で、図１に示した基本構成のみの方式で冷却を実施すると、外気温が媒体Ｂより高温となり媒体が温められ、所望の冷却性能を得られなくなる。
このような状態を回避するため、蓄熱冷却部８を付加し、外気からの熱を電波送受信装置２に伝えないようにする。
蓄熱冷却部８は、保温機能を持つ冷却部で、冷媒を注入しておき、図３の（ｂ）で示したのと同様に蓄熱冷媒の中に分流路（１０１に相当、図示せず）を貫通させ、この分流路を流れる媒体Ｂａを熱蓄熱冷却冷媒で冷却する。

実施の形態３．
実施の形態３にかかる冷却装置は、実施の形態１（図２）と実施の形態２（図３又は図４）を同時に採用した場合である。
実施の形態２の方式で冷却する電波送受信装置２が、実施の形態１で説明した場合と同様に、過度に冷却することが許容されない場合があるが、実施の形態３は、このような場合に対処するため実施の形態２と実施の形態１とを同時に採用したものである。
すなわち、実施の形態２に、実施の形態１の加温部（温度制御部５、温度検出部６）を付加し、媒体Ｂ(冷媒)の温度を制御して過剰に電波送受信装置２を冷却しないようにする。
図５は、沸騰冷却部７を備えた実施の形態２(図３)に、実施の形態１（図２）を同時に採用した場合である。
第６図は、実施の形態３の変形例を示し、沸騰冷却部７の代わりに、図４の蓄熱冷却部８を採用した場合である。その他の構成は、図５と同じのため、説明を省略する。

実施の形態４．
実施の形態４にかかる冷却装置は、実施の形態１〜３の何れかに、新たにヒータ９を付加した場合である。
第７図は、実施の形態３（図５）にヒータ９を付加した場合である。
第８図は、実施の形態３の変形例（図６）にヒータ９を付加した場合である。
この実施の形態４にかかる冷却装置は、外気温が低い状態で装置を立ち上げる場合、電波送受信装置２を過度に冷却した状態で立ち上げることを防ぐため、ヒータ９を追加して媒体Ｂ（冷媒）を適当な温度に制御するものである。その他の構成は、実施の形態３と同じのため、説明を省略する。
なお、実施の形態１又は実施の形態２に、ヒータを付加した場合の説明は、省略する。

この発明にかかる電波送受信装置の冷却方式を採用した冷却装置の基本構成を示す説明図で、（ａ）は基本構成図、（ｂ）はポッドの内部を示す斜視図、（ｃ）は、熱交換器部分の分解斜視図である。 実施の形態１である冷却装置の構成図である。 実施の形態２である冷却装置の説明図で、（ａ）は冷却装置の構成図、（ｂ）は、沸騰冷却部の説明図である。 実施の形態２の変形例を示す冷却装置の構成図である。 実施の形態３である冷却装置の構成図である。 実施の形態３の変形例を示す冷却装置の構成図である。 実施の形態４である冷却装置の構成図である。 実施の形態４の変形例を示す冷却装置の構成図である。

符号の説明

１ ポッド １ａ ポッド１の外壁面の一部
２ 電波送受信装置 ３ 循環ポンプ
４ 熱交換部 ４０ 熱交換器
５ 温度制御部 ６ 温度検出部
７ 沸騰冷却型冷却部（沸騰冷却部） ７１ 沸騰冷却冷媒
８ 蓄熱冷却型冷却部（蓄熱冷却部） ９ ヒータ
１００ 閉媒体循環路 １０１ 分流路
Ａ 外気
Ｂ 媒体（冷媒） Ｂａ 媒体の一部。

Claims (1)

1. 高速移動体の外壁面に装備したポッド内に実装された電波送受信装置の冷却方式において、上記ポッド外壁面の一部に形成され外気と接触する熱交換部を有する熱交換器、この熱交換器で冷却された媒体を循環させ上記電波送受信装置を冷却する循環ポンプ、上記媒体が過冷却され上記電波送受信装置の正常動作許容温度以下に低下した時、この過冷媒体を温める加温部、ポッドの外壁面が空力加熱されることにより上記媒体の温度が上昇した時、この温度上昇した媒体を冷却する沸騰冷却型又は蓄熱冷却型の冷却部、及び上記高速移動体の運行開始時に上記電波送受信装置の周囲温度が電波送受信装置の正常動作許容温度以下である場合、上記媒体を加温するヒーターを備え、上記熱交換器、上記循環ポンプ、上記加温部、上記冷却部、上記ヒーターによって閉媒体循環路を構成したことを特徴とする電波送受信装置の冷却方式。

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