JP5320748B2 - 熱交換装置とそれを用いた発熱体収納装置 - Google Patents

Description

本発明は、熱交換装置とそれを用いた発熱体収納装置に関するものである。

例えば、携帯電話の基地局は、数十アンペア以上の電流が流れることから、ある点では発熱体とも表現される。つまり、冷却をすることがその動作を安定化させるためには極めて重要なものとなる。このような携帯電話の基地局はその冷却を行う為に次のような構成をとっている。

すなわち、発熱体となる送・受信機を収納したキャビネットと、このキャビネットの開口部に装着された熱交換装置とを備えた構成となっていた。そして、熱交換装置の構造としては、例えば下記のような構成となっていた。

すなわち、外気用の第１吸気口と第１吐出口およびキャビネット内用の第２吸気口および第２吐出口を有する本体ケースと、この本体ケース内に設けられた外気用の第１の送風ファンおよびキャビネット内用の第２の送風ファンと、前記本体ケース内において室外空気とキャビネット内空気との熱交換を行う熱交換器とを備えた構成となっていた。また、前記熱交換器は、第１の板体の表面上に、第２の板体、第２の板体の表面上に第３の板体をそれぞれ所定間隔を離した状態で重合させた構成とし、前記第１の板体の第２の板体側の表面には、第１の板体の表面をレーン状に仕切る複数の第１の整流壁、前記第２の板体の第３の板体側の表面には、第２の板体の表面をレーン状に仕切る複数の第２の整流壁をそれぞれ設けた構成となっていた（なお、これに類似する先行文献としては特開平１０−１７０１７６号公報）。

特開平１０−１７０１７６号公報

上記従来の熱交換器においては第１、第２の板体表面上に整流壁を設けることで広い面に均一に外気およびキャビネット内空気が流れ、これにより熱交換効率を高くすることができる。

このような熱交換器を作ろうとする場合、第１の板体、第２の板体を合成樹脂で形成すれば、整流壁も一気に形成することができるので非常に生産性を高めることができる。

しかしながら、上記基地局は屋外に設置される場合が多いので、外気温が高いとキャビネット内の温度は非常に高くなり、そのような場合には、上記熱交換器を合成樹脂で作っ
た場合に第１、第２の板体の熱膨張により整流壁間にその膨張壁が垂れ下がる、または、突入した状態となり、このようになると通気抵抗が高くなって、結論として熱交換効率が低くなってしまうことがある。

そこで、本発明は、熱交換効率を向上させることを目的とするものである。

そして、この目的を達成する為に本発明は、第１環境用の第１吸気口と第１吐出口および第２環境用の第２吸気口および第２吐出口を有する本体ケースと、この本体ケース内に設けられた第１の環境用の第１の送風ファンおよび第２の環境用の第２の送風ファンと、前記本体ケース内において第１環境の空気と第２環境の空気との熱交換を行う熱交換器とを備え、前記熱交換器は、合成樹脂製の第１の板体の表面上に、合成樹脂製の第２の板体、第２の板体の表面上に合成樹脂製の第３の板体をそれぞれ所定間隔を離した状態で重合させた構成とし、前記第１から第３の板体は長方形状とし、前記第１の板体の第２の板体側の表面には、第１の板体の表面をレーン状に仕切る複数の第１の整流壁、前記第２の板体の第３の板体側の表面には、第２の板体の表面をレーン状に仕切る複数の第２の整流壁をそれぞれ設けると共に、前記第１の板体の第２の板体側の表面における複数の第１の整流壁間には第２の板体に向けて突出する第１の突起を設け、前記第２の板体の第３の板体側の表面における複数の第２の整流壁間には第３の板体に向けて突出する第２の突起を設け、前記第１の整流壁は、前記第１の板体の一端から他端側に向けて伸延し、他端側の手前で第１の長辺側に湾曲し、前記第１の突起は、前記第１の整流壁に略並行に設けられ、前記第２の整流壁は、前記第２の板体の他端から一端側に向けて伸延し、一端側の手前で第２の長辺側に湾曲し、前記第２の突起は、前記第２の整流壁に略並行に設けられ、前記第１の板体における第１の長辺側への湾曲部と、前記第２の板体における第２の長辺側への湾曲部の少なくとも一方においては、第１または第２の突起の不形成部とし、第１の板体または第２の板体における第１または第２の突起の不形成部には、第１または第２の突起の不形成部における第１または第２の整流壁とは実質的に直交する湾曲面を設けたことによって、所期の目的を達成するものである。

以上のように本発明は、第１環境用の第１吸気口と第１吐出口および第２環境用の第２吸気口および第２吐出口を有する本体ケースと、この本体ケース内に設けられた第１の環境用の第１の送風ファンおよび第２の環境用の第２の送風ファンと、前記本体ケース内において第１環境の空気と第２環境の空気との熱交換を行う熱交換器とを備え、前記熱交換器は、合成樹脂製の第１の板体の表面上に、合成樹脂製の第２の板体、第２の板体の表面上に合成樹脂製の第３の板体をそれぞれ所定間隔を離した状態で重合させた構成とし、前記第１から第３の板体は長方形状とし、前記第１の板体の第２の板体側の表面には、第１の板体の表面をレーン状に仕切る複数の第１の整流壁、前記第２の板体の第３の板体側の表面には、第２の板体の表面をレーン状に仕切る複数の第２の整流壁をそれぞれ設けると共に、前記第１の板体の第２の板体側の表面における複数の第１の整流壁間には第２の板体に向けて突出する第１の突起を設け、前記第２の板体の第３の板体側の表面における複数の第２の整流壁間には第３の板体に向けて突出する第２の突起を設け、前記第１の整流壁は、前記第１の板体の一端から他端側に向けて伸延し、他端側の手前で第１の長辺側に湾曲し、前記第１の突起は、前記第１の整流壁に略並行に設けられ、前記第２の整流壁は、前記第２の板体の他端から一端側に向けて伸延し、一端側の手前で第２の長辺側に湾曲し、前記第２の突起は、前記第２の整流壁に略並行に設けられ、前記第１の板体における第１の長辺側への湾曲部と、前記第２の板体における第２の長辺側への湾曲部の少なくとも一方においては、第１または第２の突起の不形成部とし、第１の板体または第２の板体における第１または第２の突起の不形成部には、第１または第２の突起の不形成部における第１または第２の整流壁とは実質的に直交する湾曲面を設けたことによって、熱交換効
率を向上させることができる。すなわち、第１、第２の板体の表面に於いては第１、第２の整流壁によってほぼ前面に渡って均一な空気流を作ることができ、しかも、このように均一に流れている空気流部分に於いて第１、第２の突起、および第１または第２の整流壁とは実質的に直交する湾曲面を設けているので、例え気温上昇などの事態が発生したとしても通路が狭くなったりふさがれてしまったりすることがなく、この結果として熱交換効率を向上させることができるのである。

本発明の一実施形態の設置例を示す斜視図 本発明の一実施形態の熱交換装置の断面図 本発明の一実施形態の熱交換装置の分解斜視図 本発明の一実施形態の熱交換装置の斜視図 本発明の一実施形態の熱交換装置の熱交換器の分解斜視図 本発明の一実施形態の熱交換装置の熱交換器の斜視図 本発明の一実施形態の熱交換装置の熱交換器の要部斜視図 本発明の一実施形態の熱交換装置の熱交換器の要部斜視図

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１において、１はビルディングを示し、その屋上２には携帯電話の基地局３が設けられている。基地局３は箱状のキャビネット４とこのキャビネット４内に設けた送・受信機５と前記キャビネット４の前面開口部にドアのごとく開閉自在に設けた熱交換装置６とにより構成されている。

前記熱交換装置６は、外気（第１環境）用の第１吸気口７と第１吐出口８およびキャビネット４内（第２環境）用の第２吸気口９および第２吐出口１０を有する本体ケース１１と、この本体ケース１１内に設けられた外気（第１環境）用の第１送風ファン１２およびキャビネット４内（第２環境）用の第２送風ファン１３と、前記本体ケース１１内において外気（第１環境）の空気とキャビネット４内（第２環境）の空気との熱交換を行う熱交換器１４とを備えている。

前記熱交換器１４は、図５、図６に示すごとく、長方形状で合成樹脂製の第１の板体１５の表面上に、長方形状で合成樹脂製の第２の板体１６、第２の板体１６の表面上に合成樹脂製の第３の板体１７（以降、同じように複数個の板体が用いられる。）をそれぞれ所定間隔を離した状態で図６のごとく重合させた構成としている。

そして、このように重合させた熱交換器１４の図６における上面が、キャビネット４内の空気が第２吸気口９を介して流入する流入口１８となっており、この流入口１８から熱交換器１４内に流入した空気は、次に図６の下部右側に設けた流出口１９からキャビネット４内に流出させられることとなる。

また、キャビネット４外の外気は、図６における下面に設けた流入口２０から流入し、上部左側に設けた流出口２１からキャビネット４外へ流出させられることになる。

このような通気については、あとでさらに詳しく説明するが、この熱交換器１４により送・受信機５の冷却を行うことになる。すなわち、送・受信機５は数十アンペア以上の電流が流れており、それに伴って高温化するものとなる。このような送・受信機５の高温化を放置するとその特性が不安定になるので本実施形態においては、上述したごとく、熱交
換器１４によって外気との熱交換によりキャビネット４内の冷却を行い、これにより、送・受信機５の不安定化を防止する構造となっている。

以上のような熱交換器１４は、図５に示した長方形状で合成樹脂製の第１の板体１５の表面上に、長方形状で合成樹脂製の第２の板体１６、第２の板体１６の表面上に合成樹脂製の第３の板体１７を重合して作るものである。

さらに詳しくは、前記第１の板体１５の第２の板体１６側の表面には、第１の板体１５の表面をレーン状に仕切る複数の第１の整流壁２２、前記第２の板体１６の第３の板体１７側の表面には、第２の板体１６の表面をレーン状に仕切る複数の第２の整流壁２３（第３の板体１７は図５における右側の板体に対する整流壁を備えている。）をそれぞれ設けている。また、図７にも示しているが、前記第１の板体１５の第２の板体１６側の表面における複数の第１の整流壁２２間には第２の板体１６に向けて突出する第１の突起２４を設け、前記第２の板体１６の第３の板体１７側の表面における複数の第２の整流壁２３間には第３の板体１７に向けて突出する第２の突起２５を設けている。

第１から第３の板体１５、１６、１７は上下方向に長い長方形状となっており、第１の板体１５はその下端（一端）から上端（他端）側に向けて第１の整流壁２２を伸延させている。また、この第１の整流壁２２は、上端側の手前で図５における左側の長辺（第１の長辺）側に湾曲させる形状とし、この左側の長辺部分が上記吐出口２１となっている。

次に、第２の板体１６はその上端（他端）から下端（一端）側に向けて第２の整流壁２３を伸延させ、その下端側の手前で図５における右側の長辺（第２の長辺）側に湾曲させる形状とし、この右側の長辺部分が上記吐出口１９となっている（ここでは、これ以上の説明は簡略化するが、以降同じように第１の板体１５、第２の板体１６が交互に重合させられることになる。ただし、この実施形態においては、請求項との整合性を取る為に１７を第３の板体と表現したが、この第３の板体１７と第１の板体１５は同じものである。）。

さらに、図８にも示したが、第１の板体１５における上記第１の長辺側への湾曲部２６と、第２の板体１６における上記第２の長辺側への湾曲部２７は、第１または第２の突起２４、２５の不形成部としている。また、この第１の板体１５または第２の板体１６における第１または第２の突起２４、２５の不形成部には、図８に示したように、第１または第２の整流壁２２、２３とは実質的に直交する湾曲面２８を設けている。

さて、以上のような構成によれば、キャビネット４内で送・受信機５によって高温となった空気は、熱交換装置６の第２吸気口９から第２送風ファン１３に吸引され、流入口１８から熱交換器１４内に流入し、第２の板体１６と第３の板体１７の間をとおり冷気となって、流出口１９・第２吐出口１０を介してキャビネット４内に戻され、これにより送・受信機５の冷却を行うことになる。一方、外気は、第１吸気口７から第１送風ファン１２に吸引され、流入口２０から熱交換器１４内に流入し、第１の板体１５と第２の板体１６の間を通り、流出口２１・第１吐出口８を介してキャビネット４外へと流出させられる。

ここで、上述したような第１と第２の板体１５、１６間を通る外気、および、第２、第３の板体１６、１７間を通るキャビナット４内空気は、それぞれ第１、第２の板体１５、１６に設けた第１、第２の整流壁２２、２３により板体ほぼ前面に均一に分散され、よって広い面積で外気とキャビネット内空気との熱交換が行われる。

さて、このように熱交換が行なわれる場合、外気温が非常に高い場合等においてはキャビネット４内の温度が非常に高くなり、その結果として第１、第２、第３の板体１５、１
６、１７が熱膨張し、第１の整流壁２２間部分、あるいは第２の整流壁２３間部分がそれに隣接する板体（たとえば、第１、第２、第３の板体１５、１６、１７）側に突入し、それによって通路が狭くなったりふさがれてしまう恐れがある。しかし、本実施形態においては、上述したごとく、第１の整流壁２２間あるいは第２の整流壁２３間に第１、第２の突起２４、２５を設けているので、例え上述したような高温状態が発生したとしても第１の整流壁２２間部分、あるいは第２の整流壁２３間部分がそれに隣接する板体（たとえば、第１、第２、第３の板体１５、１６、１７）側に突入し、それによって通路が狭くなったりふさがれてしまうことがなく、よって熱交換効率の高い状態が維持できる。

なお、上述したように、この第１の板体１５または第２の板体１６における第１または第２の突起２４、２５の不形成部には、図８に示したように、第１または第２の整流壁２２、２３とは実質的に直交する湾曲面２８を設けたのは、少しでも通気抵抗が大きくなるのを防ぐ為である。すなわち、この第１の板体１５または第２の板体１６における第１または第２の突起２４、２５の不形成部にも突起２４、２５を設けると少なからず通気抵抗の上昇を生じてしまう。ところで、第２の板体１６の不形成部に注目した場合、理解されるように、この不形成部に隣接する第１の板体１５と第３の板体１７部分には突起２４が形成されているので、敢えてこの第２の板体１６の不形成部に突起２５を設けなくても熱膨張によって隣接壁面の突入などは発生しない。ただし、念のため、この不形成部には上述したように湾曲面２８を設けることが好ましい。

以上のように本発明は、第１環境用の第１吸気口と第１吐出口および第２環境用の第２吸気口および第２吐出口を有する本体ケースと、この本体ケース内に設けられた第１の環境用の第１の送風ファンおよび第２の環境用の第２の送風ファンと、前記本体ケース内において第１環境の空気と第２環境の空気との熱交換を行う熱交換器とを備え、前記熱交換器は、合成樹脂製の第１の板体の表面上に、合成樹脂製の第２の板体、第２の板体の表面上に合成樹脂製の第３の板体をそれぞれ所定間隔を離した状態で重合させた構成とし、前記第１の板体の第２の板体側の表面には、第１の板体の表面をレーン状に仕切る複数の第１の整流壁、前記第２の板体の第３の板体側の表面には、第２の板体の表面をレーン状に仕切る複数の第２の整流壁をそれぞれ設けると共に、前記第１の板体の第２の板体側の表面における複数の第１の整流壁間には第２の板体に向けて突出する第１の突起を設け、前記第２の板体の第３の板体側の表面における複数の第２の整流壁間には第３の板体に向けて突出する第２の突起を設け、前記第１の突起は、前記第１の整流壁に略並行に設けられ、前記第２の突起は、前記第２の整流壁に略並行に設けられることによって、熱交換効率を向上させることができる。すなわち、本発明においては、前記第１の板体の第２の板体側の表面には、第１の板体の表面をレーン状に仕切る複数の第１の整流壁、前記第２の板体の第３の板体側の表面には、第２の板体の表面をレーン状に仕切る複数の第２の整流壁をそれぞれ設けると共に、前記第１の板体の第２の板体側の表面における複数の第１の整流壁間には第２の板体に向けて突出する第１の突起を設け、前記第２の板体の第３の板体側の表面における複数の第２の整流壁間には第３の板体に向けて突出する第２の突起を設けたものであるので、第１、第２の板体の表面に於いては第１、第２の整流壁によってほぼ前面に渡って均一な空気流を作ることができ、しかも、このように均一に流れている空気流部分に於いて第１、第２の突起を設けているので、例え気温上昇などの事態が発生したとしても通路が狭くなったりふさがれてしまったりすることがなく、この結果として熱交換効率を向上させることができるのである。従って、例えば、通信機器の基地局や、その他屋外設置機器における冷却設備としてきわめて有用なものとなる。

１ ビルディング
２ 屋上
３ 基地局
４ キャビネット
５ 送・受信機
６ 熱交換装置
７ 第１吸気口
８ 第１吐出口
９ 第２吸気口
１０ 第２吐出口
１１ 本体ケース
１２ 第１送風ファン
１３ 第２送風ファン
１４ 熱交換器
１５ 第１の板体
１６ 第２の板体
１７ 第３の板体
１８ 流入口
１９ 流出口
２０ 流入口
２１ 流出口
２２ 第１の整流壁
２３ 第２の整流壁
２４ 第１の突起
２５ 第２の突起
２６ 湾曲部
２７ 湾曲部
２８ 湾曲面

Claims (2)

1. 第１環境用の第１吸気口と第１吐出口および第２環境用の第２吸気口および第２吐出口を有する本体ケースと、
   この本体ケース内に設けられた第１の環境用の第１の送風ファンおよび第２の環境用の第２の送風ファンと、
   前記本体ケース内において第１環境の空気と第２環境の空気との熱交換を行う熱交換器とを備え、
   前記熱交換器は、合成樹脂製の第１の板体の表面上に、合成樹脂製の第２の板体、第２の板体の表面上に合成樹脂製の第３の板体をそれぞれ所定間隔を離した状態で重合させた構成とし、
   前記第１から第３の板体は長方形状とし、
   前記第１の板体の第２の板体側の表面には、第１の板体の表面をレーン状に仕切る複数の第１の整流壁、
   前記第２の板体の第３の板体側の表面には、第２の板体の表面をレーン状に仕切る複数の第２の整流壁をそれぞれ設けると共に、
   前記第１の板体の第２の板体側の表面における複数の第１の整流壁間には第２の板体に向けて突出する第１の突起を設け、
   前記第２の板体の第３の板体側の表面における複数の第２の整流壁間には第３の板体に向けて突出する第２の突起を設け、
   前記第１の整流壁は、前記第１の板体の一端から他端側に向けて伸延し、他端側の手前で第１の長辺側に湾曲し、
   前記第１の突起は、前記第１の整流壁に略並行に設けられ、
   前記第２の整流壁は、前記第２の板体の他端から一端側に向けて伸延し、一端側の手前で第２の長辺側に湾曲し、
   前記第２の突起は、前記第２の整流壁に略並行に設けられ、
   前記第１の板体における第１の長辺側への湾曲部と、前記第２の板体における第２の長辺側への湾曲部の少なくとも一方においては、第１または第２の突起の不形成部とし、
   第１の板体または第２の板体における第１または第２の突起の不形成部には、第１または第２の突起の不形成部における第１または第２の整流壁とは実質的に直交する湾曲面を設けた熱交換装置。
2. 発熱体を収納したキャビネットと、このキャビネットの開口部に装着された請求項１記載の熱交換装置とを備えた発熱体収納装置。
   

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