JP5391957B2

JP5391957B2 - 熱交換装置とそれを用いた発熱体収納装置

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Publication number: JP5391957B2
Application number: JP2009213949A
Authority: JP
Inventors: 直之舟田; 隆博佐橋; 洋太曽我; 惠介辻; 洋柴田
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2009-05-12
Filing date: 2009-09-16
Publication date: 2014-01-15
Anticipated expiration: 2029-09-16
Also published as: JP2010286228A

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（図１１参照）。

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、キャビネットの開口部に装着された熱交換装置（１０１）とを備えた構成となっていた。そして、図１１に示すように、熱交換装置１０１の構造としては、外気用の第１吸込口１０７と第１吐出口１０８およびキャビネット内用の第２吸込口１０９および第２吐出口１１０を有する本体ケース１１１と、この本体ケース１１１内に設けられた外気用の第１送風機１１２およびキャビネット内用の第２送風機１１３と、前記本体ケース１１１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１１４とを備え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２０００−１６１８７５号公報）。

特開２０００−１６１８７５号公報

上記従来の熱交換装置においては、１つの本体ケース１１１内に２つの送風機、すなわち、外気用の第１送風機１１２とキャビネット内用の第２送風機１１３と、熱交換器１１４とを収納した構成となっているため、本体ケース１１１自体が大きくなっている。一方、携帯電話の基地局は小型化がすすみ、熱交換装置本体に対しても、小型化することが要求されている。

そこで、本発明は、熱交換装置を小型化す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、前面に第１環境用の第１吸気口と第１吐出口を設け、背面に第２環境用の第２吸気口および第２吐出口を設けた本体ケースと、この本体ケース内に設けられた第１環境用の送風ファンと、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、複数の板体を所定間隔離した状態で重合させた構成とし、積層方向に形成される対向する２面に第１環境用、第２環境用空気吸込口を設け、積層方向に形成される他の面のひとつに第１環境用空気吹出口を設け、この第１環境用空気吹出口を設けた面と対向する面に第２環境用空気吹出口を設けたものであって、前記第１環境用空気吸込口を設けた面を前記送風ファンに向け、さらに、前記第１環境用空気吹出口を本体ケースに設けた前記第１吐出口に、前記第２環境用空気吹出口を本体ケースに設けた前記第２吐出口に、それぞれ接するようにして設置し、前記第２吸気口と前記第２環境用空気吸込口との間にチャンバーが形成され、前記本体ケースは、背面側を開口した箱体と、この箱体の背面側に設けた背板とで構成され、前記熱交換器を形成する前記板体は、ほぼ平行四辺形の形状を有し、前記第１環境用空気吸込口を設けた面は、第１環境用空気吹出口を設けた面と第１の鈍角で隣り合い、かつ、前記第２環境用空気吸込口を設けた面は、第２環境用空気吹出口を設けた面と第２の鈍角で隣り合うものであり、これにより、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、前面に第１環境用の第１吸気口と第１吐出口を設け、背面に第２環境用の第２吸気口および第２吐出口を設けた本体ケースと、この本体ケース内に設けられた第１環境用の送風ファンと、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、複数の板体を所定間隔離した状態で重合させた構成とし、積層方向に形成される対向する２面に第１環境用、第２環境用空気吸込口を設け、積層方向に形成される他の面のひとつに第１環境用空気吹出口を設け、この第１環境用空気吹出口を設けた面と対向する面に第２環境用空気吹出口を設けたものであって、前記第１環境用空気吸込口を設けた面を前記送風ファンに向け、さらに、前記第１環境用空気吹出口を本体ケースに設けた前記第１吐出口に、前記第２環境用空気吹出口を本体ケースに設けた前記第２吐出口に、それぞれ接するようにして設置し、前記第２吸気口と前記第２環境用空気吸込口との間にチャンバーが形成され、前記本体ケースは、背面側を開口した箱体と、この箱体の背面側に設けた背板とで構成され、前記熱交換器を形成する前記板体は、ほぼ平行四辺形の形状を有し、前記第１環境用空気吸込口を設けた面は、第１環境用空気吹出口を設けた面と第１の鈍角で隣り合い、かつ、前記第２環境用空気吸込口を設けた面は、第２環境用空気吹出口を設けた面と第２の鈍角で隣り合うものであるので、熱交換装置を小型化するものである。

本発明の一実施形態の設置例を示す斜視図同熱交換装置の断面図同熱交換装置、発熱体収納装置の断面図本発明の第２の実施形態の熱交換装置の斜視図同熱交換装置の分解断面図同熱交換装置の熱交換器部分の拡大断面図本発明の第３の実施形態の熱交換装置の循環ファン部分の斜視図同熱交換装置の循環ファン部分のカット斜視図同熱交換装置の循環ファン部分の分解断面図同熱交換装置の循環ファン部分の分解斜視図従来の熱交換装置の構成図

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の前面開口部には、開閉自在のドア７を設け、このドア７に熱交換装置６が取り付けられている。

この熱交換装置６は、図２、図３に示すように、外気（第１環境）用の第１吸気口８と第１吐出口９およびキャビネット４内（第２環境、以降、内気と呼ぶ）用の第２吸気口１０および第２吐出口１１を有する本体ケース１２と、この本体ケース１２内に設けられた外気用の送風ファン１３と、前記本体ケース１２内において外気と内気との熱交換を行う熱交換器１４とを備えている。

熱交換器１４は、平行四辺形状で合成樹脂製の複数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ている。この板体の表面には、その表面をレーン状に仕切る複数の整流壁をそれぞれ設けている。板体は上下方向を長くした平行四辺形状となっており、前記整流壁は、流入口となる前記板体の一端から他端側に向けて伸延させている。この整流壁は、前記他端側の手前で一方の長辺（流入口側の辺と鈍角で隣り合った辺）側に湾曲させる形状とし、流出口につながっている。このような板体（整流壁）によって、板体上に略Ｌ字状の複数の送風レーンができることになる。このような熱交換器１４によれば、内気（第２環境用風路）については、キャビネット４側に短い送風レーンが設けられ、外気側に長い送風レーンが設けられる。一方、外気（第１環境用風路）については、キャビネット４側に長い送風レーンが設けられ、外気側に短い送風レーンが設けられる。

このような熱交換器１４は、底面を外気側の第１流入口１４ａ（第１環境用空気吸込口）とし、外気側の流出口は、それぞれ第１吐出口９と接続されている。また、熱交換器１４では、天面を内気側の第２流入口１４ｂ（第２環境用空気吸込口）とし、内気側の流出口は、それぞれ第２吐出口１１と接続されている。

また、外気用の送風ファン１３は、第１流入口１４ａに向けて空気を送り込むような位置に設けられている。キャビネット４内用の空気の第２流入口１４ｂ（第２環境用空気吸込口）においては、第２流入口１４ｂ自体が斜面となってキャビネット４内の空気の吸込口（第２吸気口１０）との間にチャンバー１６が形成されることになる。

次に、熱交換装置６の作用について説明する。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（内気）は、キャビネット４内に設けられた循環ファン１７によって熱交換装置６の第２吸気口１０からチャンバー１６内へと送り込まれる。一方、冷たい外気は、送風ファン１３の運転によって第１吸気口８から吸い込まれ、熱交換器１４の第１流入口１４ａへと送られる。熱交換器１４では、冷たい外気と高温の内気との間で熱交換が行われ、冷やされた内気は、第２吐出口１１からキャビネット４内に吹き出され、外気は、第１吐出口９より再び外気へと放出されることになる。

このような構成によれば、断面が平行四辺形となる熱交換器１４を用いることによって、キャビネット４内の循環ファン１７から送風空気は、チャンバー１６を通過して、第２吸気口１０側に向いた熱交換器１４の第２流入口１４ｂへと流入することになる。従って、キャビネット４内で熱くなった空気は、効率よく熱交換器１４へと流入することになる。また、熱交換器１４は、平行四辺形状の板体を用いているので、内部の送風レーンでは曲がる角度が小さく、圧力損失が小さく抑えられることになる。さらには、キャビネット４内に備えられた循環ファン１７を用いて内気側の送風を行うことになるので、本体ケース１２の大きさを小さく抑えることができる。

（実施の形態２）
次に、本発明の第２の実施の形態について図４〜６を用いて説明する。第１の実施の形態と同じ構成については、同一の符号をつけて詳細な説明を省略する。

図４、図５に示すように、第２の実施の形態において、本体ケース１２は、前後面が開口した枠体の背面側の背板１２ａと、その背板１２ａ側を開口とし、本体ケース１２の前面側（枠体の前面側とも表現できる）に設けられた箱体１２ｂとで構成されている。この箱体１２ｂは、送風ファン１３を覆う樹脂で成型されたスクロールケーシングと、熱交換器１４を覆う金属製の直方体のケースとで構成されている。箱体１２ｂの側面には、背面側を頂点にしたくさび形の窪みが設けられている。この窪みは、そのまま箱体１２ｂの内面側の膨らんでおり、くさび形突部を形成する。このくさび形突部の上辺は、熱交換器１４を下側で支える支持架台１８ａとなる。すなわち、この支持架台１８ａは、熱交換器１４の傾斜した下面に沿うように、背板１２ａ側（背面側）に向かって下がるように斜めに設けられた辺になっている。また、支持架台１８ａの前面側の端部同士をつなぐように支持架台１８ｂが設けられている。この支持架台１８ｂは、箱体１２ｂの内面側に突出するレール状のものであり、熱交換器１４の前面側を下側から支持するものである。

熱交換器１４は、第１の実施の形態と同様、ほぼ平行四辺形の板体を積層したものである。

また、熱交換装置６の前面側には、化粧板となるカバー１５を備えている。このカバー１５には、第１吸気口８に対向する部分に空気取り入れのためのルーバーと、第１吐出口９に対向する部分に空気吹出しのためのルーバーが設けられている。箱体１２ｂにおいて、熱交換器１４の外郭となる部分であって、第１吐出口９と下面（第１流入口１４ａ）との間には、箱体１２ｂの周囲に水平方向に仕切１９が設けられている。この仕切１９は、カバー１５の内面と接触して上部（第１吐出口９側）と下部（第１吸気口８側）とを区画している。

図５に示すように、背板１２ａは、熱交換器１４を前面側に押し付けるように、水平方向に熱交換器押さえ突起２１が設けられている。また、送風ファン１３のモータ取付部分は、外側に突出するようなモータ用窪み２２が設けられている。

図６に示すように、箱体１２ｂの天面と前面との境界部分、すなわち、天面の前面側の辺には、箱体１２ｂの内側に押し込むようにして設けられた天面隆起２３が設けられている。この天面隆起２３では、前面側の角部に熱交換器１４の頂部が当接され、箱体１２ｂの天面と熱交換器１４の第２流入口との間にチャンバー１６が形成されることになる。

このような構成によれば、送風ファン１３の外周をスクロールケーシングとしたことにより、効率的に第１流入口１４ａに向けて風を流すことができる。

また、仕切１９は、第１吸気口８と第１吐出口９との間を仕切るようにして設けられているので、吸い込み空気と吹き出し空気との間のショートカットを防ぐことになる。

また、天面隆起２３は、箱体１２ｂの天面と第２流入口１４ｂとの間に距離を確保したチャンバー１６を形成することになるので、第２吸気口１０から吸い込まれた空気が効率よく第２流入口１４ｂに流れていくことになる。

なお、送風ファン１３を駆動するための駆動基板は本体ケース１２の外部に取り付けることによって、駆動基板から発生する熱が熱交換器１４に流す空気に伝わりにくくなり、熱交換効率に与える影響を少なくすることができる。

（実施の形態３）
次に、循環ファン１７について、図７から図１０を用いて説明する。

図７、８に示すように、循環ファン１７は、底面に第１環境用吸込口２４を設けた箱型のケース３１に収められて循環ファンユニット３０を構成している。ケース３１の側面には、ファンユニット吐出口３７が設けられ、熱交換装置６の第２吸気口１０に接続される。ケース３１は、天面と側面で構成される箱体３８と、天面を構成する底板３９で構成される。箱体３８の側面のひとつは、ファンユニット吐出口３７となっている。また、図８に示すように、箱体３８の天面には、循環ファン１７のモータが取り付けられることになるが、ハウジングの取付位置には、外側に突出させたモータ取付部３２を設けている。また、モータの取付位置（モータ取付部３２）の周囲は、モータの取付具を固定するように外側に突出させた段部３３が設けられている。

図９は、循環ファンユニット３０を分解した時の垂直断面図である。循環ファン１７は、モータ固定金具２６に取り付けられた後、箱体３８に固定される。このモータ固定金具２６にあわせて段部３３が形成されている。モータ固定金具２６には、モータを駆動させるための回路を搭載した駆動基板２８が取り付けられる。底板３９には、駆動基板２８を設けたエリアと循環ファン１７を設けて送風空気が流れるエリアとを区画する底板仕切板３４が設けられている。（図１０でも示すように）底板３９の周囲は、箱体３８側に鋭角に折り曲げられた接合部３５が設けられている。対する箱体３８側には、内側に折り曲げるように、接合部３５と面接触する接合フランジ３６が設けられている。

このような構成によれば、循環ファンユニット３０の上部は、側面を設けた箱体３８によって、循環ファン１７の取付強度を確保することができる。また、メンテナンスの際は、底板３９側を上側にして、底板３９を取り外すことによって行うことができる。また、箱体３８には、モータ固定金具２６を取り付けるための段部３３、突部となったモータ取付部３２によって、天面の強度が確保されることになる。さらに、底板仕切板３４によって、発熱部分となる駆動基板２８と送風路となる循環ファン１７の区画とは、分けられているため循環風路内に熱が伝わりにくくなっている。

以上のように本発明は、前面に第１環境用の第１吸気口と第１吐出口を設け、背面に第２環境用の第２吸気口および第２吐出口を設けた本体ケースと、この本体ケース内に設けられた第１環境用の送風ファンと、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、複数の板体を所定間隔離した状態で重合させた構成とし、積層方向に形成される対向する２面に第１環境用、第２環境用空気吸込口を設け、積層方向に形成される他の面のひとつに第１環境用空気吹出口を設け、この第１環境用空気吹出口を設けた面と対向する面に第２環境用空気吹出口を設けたものであって、前記第１環境用空気吸込口を設けた面を前記送風ファンに向け、さらに、前記第１環境用空気吹出口を本体ケースに設けた前記第１吐出口に、前記第２環境用空気吹出口を本体ケースに設けた前記第２吐出口に、それぞれ接するようにして設置し、前記第２吸気口と前記第２環境用空気吸込口との間にチャンバーが形成され、前記本体ケースは、背面側を開口した箱体と、この箱体の背面側に設けた背板とで構成されたものであるので、熱交換装置を小型化するものである。従って、例えば、設置面積が限られる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
８第１吸気口
９第１吐出口
１０第２吸気口
１１第２吐出口
１２本体ケース
１２ａ背板
１２ｂ箱体
１３送風ファン
１４熱交換器
１４ａ第１流入口
１４ｂ第２流入口
１６チャンバー
１７循環ファン
１８ａ支持架台
１８ｂ支持架台
１９仕切
２１熱交換器押さえ突起
２２モータ用窪み
２３天面隆起
３０循環ファンユニット
３１ケース
３８箱体
３９底板

Claims

前面に第１環境用の第１吸気口と第１吐出口を設け、背面に第２環境用の第２吸気口および第２吐出口を設けた本体ケースと、この本体ケース内に設けられた第１環境用の送風ファンと、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、複数の板体を所定間隔離した状態で重合させた構成とし、積層方向に形成される対向する２面に第１環境用、第２環境用空気吸込口を設け、積層方向に形成される他の面のひとつに第１環境用空気吹出口を設け、この第１環境用空気吹出口を設けた面と対向する面に第２環境用空気吹出口を設けたものであって、前記第１環境用空気吸込口を設けた面を前記送風ファンに向け、さらに、前記第１環境用空気吹出口を本体ケースに設けた前記第１吐出口に、前記第２環境用空気吹出口を本体ケースに設けた前記第２吐出口に、それぞれ接するようにして設置し、前記第２吸気口と前記第２環境用空気吸込口との間にチャンバーが形成され、前記本体ケースは、背面側を開口した箱体と、この箱体の背面側に設けた背板とで構成され、
前記熱交換器を形成する前記板体は、ほぼ平行四辺形の形状を有し、前記第１環境用空気吸込口を設けた面は、第１環境用空気吹出口を設けた面と第１の鈍角で隣り合い、かつ、前記第２環境用空気吸込口を設けた面は、第２環境用空気吹出口を設けた面と第２の鈍角で隣り合うことを特徴とする熱交換装置。
前記箱体は、前記送風ファン部分を覆うスクロールケーシングを樹脂製とし、前記熱交換器を覆う直方体の箱体は金属製としたことを特徴とする請求項１記載の熱交換装置。
前記背板には、前記熱交換器を前面側に押し付けるようにして設けた突起を有する請求項１または２記載の熱交換装置。
請求項１〜３いずれかひとつに記載の熱交換装置と、発熱体を内部に設けた第２環境を形成するキャビネットと、このキャビネットの天面に備えられ、前記熱交換装置の第２環境用空気吸込口に前記キャビネット内の空気を搬送する循環用ファンとで構成され、前記循環用ファンを収めるファンケースは、枠体と天面を一体にした箱体と、前記キャビネット内の空気を吸い込む空気吸込口を設けた底面とで構成される発熱体収納装置。