JP5496015B2 - 電子装置用冷却装置及び冷却装置の冷却液温度制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、現用と予備と二つ以上の電子システムが並列に配置された電子装置において、電子装置内の電子回路に使用される半導体デバイス、ＣＰＵ、ＦＥＴ、電力増幅器などの電子部品を冷却液によって個々に冷やす冷却装置に関するものであり、更に上記冷却装置の冷却液を省電力で所定温度範囲に温度制御する方法、及び上記冷却装置の結露・凍結を省電力で防止する方法に関するものである。

電子計算機や放送システムなどの電子装置のハウジング内には、多数の回路基板が高密度に搭載され、各回路基板上には、半導体デバイス、ＣＰＵ、ＦＥＴ、電力増幅器などの高温を発する電子部品が実装されているので、電子装置を冷却する冷却装置が必要となる。しかし、半導体デバイス、ＣＰＵ、ＦＥＴ、電力増幅器などの電子部品は、その有効動作温度範囲が狭いので、所定の温度範囲に制御する必要がある。

更に、電子装置用冷却装置は、電子部品の周囲温度と湿度との関係で冷却液の温度を下げ過ぎると、冷却管や被冷却電子部品の周囲に結露が発生する場合がある。結露が起きると、絶縁不良や電子部品の劣化、或は、電子部品を繋ぐコネクタの接触不良などが生じる原因となる。また、寒冷時などでは、電子装置の外周温度、例えば、大気温度が低くなり過ぎると、熱交換器を介して外周と熱交換している冷却液は凍結し、冷却管の破裂や電子部品の性能低下が起きる。即ち、各電子部品を所定の有効動作温度範囲で効率良く動作させるには、冷却装置の温度管理をすることが非常に重要である。

特開平６−１６４１７８号 特開平５−７５２８４号 特許第２６５６５８１号 特許第２５０８６４０号 特開平９−２９８３７７号 特開２００４−３７０４０号 特許第３９１９６２１号公報

特許文献１（特開平６−１６４１７８号）は、電子装置内の電子部品のまわりの環境温度と湿度を検出し、結露を防止できる冷却液の供給温度を演算し、冷却装置によりこの供給温度を制御する冷却装置を提案している。

特許文献２（特開平５−７５２８４号）は、電子部品の非動作時に冷媒と電子装置内気体温度との差が所定値となった時に冷却液と電子装置内の気体との間で熱交換を行うように電子装置の運転開始時の結露を防止する冷却装置を提案している。

特許文献３（特許第２６５６５８１号）は、電子装置内の気温ならびに冷却液体の温度を測定し、かつ冷却装置の冷却管のまわりに生ずる結露を結露センサーで検出し、冷却管の周囲の結露を確実に防止する冷却装置を開示している。

また、特許文献４（特許第２５０８６４０号）は、冷却液の供給側温度と戻り側温度との差により、冷却能力の異なる複数の熱交換ユニットのオンーオフ動作を制御して効率良く冷却を行う冷却装置を開示している。

以上のように、冷却液を用いた冷却装置では、電子装置内の半導体デバイス、ＦＥＴ、ＣＰＵ及び電力増幅器などの電子部品が効率良く動作する温度範囲になるように熱交換ユニットの能力を設定している。しかし、熱交換ユニットは外気を導入して冷却液を冷却しているので、外気の温度が低下した場合、冷却液の温度が必要以上に低下してしまう恐れがある。そこで、電子装置用冷却装置は、電力を過剰に消費して冷却液の温度低下を防いでいる。

更に、無人の放送システムなどでは、信頼性を高めるために複数の電子システムは並列に配置され、一つは現用機として常時動作させ、残りは予備機として待機状態に置き、現用機が異常になった場合は、直ちに予備機を動作させる複数系統システムが一般的に用いられている。また、複数の電子システムが個々独立に動作する電子装置もあり、一つの電子システムの動作時は、他の電子システムは休止状態となる構成もある。このような装置では、個々の電子システムにそれぞれ冷却システムが設けられ、ある電子システムが休止している場合は、その対応冷却システムも休止する。このため、休止側の電子システムでは、冷却液が停滞しているので、外気温度が低くなった場合、冷却液が凍結しないようにする必要がある。そこで、一般的に冷却液は不凍液が採用される。しかし、不凍液を採用すると、冷却パイプやタンクなどが不凍液に接する部分に腐食が発生し易い課題が生じる。また、不凍液は環境に十分配慮しなければならない課題もある。更に、休止システムが急に起動し、低温の冷却液が高温状態にある電子システム内に流れ込むと、低温の冷却液で冷やされた部分に結露が発生する。このため、冷却液の温度は露点温度以上に保つ必要があるので、休止システムの冷却液は常時ヒータなどで暖めたリ、或は、電子システムを全て稼動させて置く必要がある。その結果、これら電子装置用冷却装置は、かなりの電力を要することになる。

特許文献５（特開平９−２９８３７７号）は、電子回路を収容する複数のハウジングにそれぞれ熱交換ユニットを設けて冷却を行っており、第１のハウジング内の気体をダクトで第２のハウジングの熱交換ユニットに導き、第２ハウジング内の電子回路を冷却するようにして、全体としての風量を低減する冷却装置を開示している。

また、それぞれの冷却システムのタンク内にヒータが設けられ、非稼動の電子システム、即ち待機側の電子システムの冷却液を暖めることで凍結や結露を防止している。しかしながら、このようにタンク内のヒータを動作させることは、消費電力の増大を招くことになる。

特許文献６（特開２００４−３７０４０号）は、システム内に排熱回収盤を設けることで、現用側固体化送信機の電力増幅器の排熱で温度上昇した冷却水を排熱回収盤に送り、現用側とは独立して設けられた待機側の温度の低い冷却水に上記排熱回収盤を介して熱伝導によって熱を伝え、待機側固体化送信機の冷却水の温度を上昇させている。このように、待機側固体化送信機冷却システムにおける冷却水の凍結を防止する方法が開示されている。しかし、上記排熱回収盤を介して熱伝導によって熱を伝える方法だけでは、待機側固体化送信機の冷却水の温度を上昇させるのに限度がある。
特許文献７（特許第３９１９６２１号公報）は、稼動状態にある第１系統の液体冷却システムと非稼動状態にある第２系統の液体冷却システムを有する電子装置において、２系統の電子システムのそれぞれの冷却システムの液体冷媒タンクを共有することにより非稼動状態にある電子システムの冷却システムの結露凍結を防止することを開示している。しかし、この電子装置の冷却システムは稼働側および非稼働側の熱交換器の対面配置や、またこれら熱交換器のファン以外に換気扇も装備されていない。更に、この電子装置を省電力化して冷却液の温度を制御する方法について開示されていない。

本発明は、上記の従来技術に係わる問題を解決すべくなされたものであり、本発明の第一の目的は、現用と予備と二つ以上の電子システムが並列に配置された電子装置において、現用機（稼動）側の電子装置を省電力で冷却するための電子装置用冷却装置を提供すると共に、その電子装置用冷却装置を省電力化して冷却液温度を制御する方法を提供することである。

本発明の第二の目的は、現用と予備と二つ以上の電子システムが並列に配置された電子装置において、予備機（待機）側の電子装置、及びその冷却装置がたとえ停止状態に置かれても、結露や凍結などを防止することが出来、待機側の電子システムを速やかに動作させ、かつ省電力化が図れる電子装置用冷却装置を提供すると共に、その冷却装置を省電力化して結露や凍結などを防止する冷却液温度を制御する方法を提供することである。

本発明の第三の目的は、現用と予備と二つ以上の電子システムが並列に配置された電子装置において、現用と予備の電子装置を冷却する冷却装置が外気の気象条件、例えば、降雪、強風、降雨、火山灰や塵埃等の降り被りなどに対して信頼性が高められる電子装置用冷却装置を提供することである。

本発明の第一の様態による冷却装置は、電子装置内の発熱体を冷却する際に前記発熱体から奪った熱を排除する現用熱交換ユニットと予備の熱交換ユニットを屋外に設置したキュービクル室に、或は屋内に収納する熱交換ユニットと、前記熱交換ユニットが低温の外気を吸い込むように前記熱交換ユニットの吸気側近傍に設置した外気取入れ口と、前記熱交換ユニットの上部に現用熱交換ユニットから出た温排風を前記キュービクル室から、或は屋内から外気に排出する換気扇と、前記発熱体を冷却するための冷却液を循環させるポンプと、前記冷却液を貯蔵するタンクと、前記熱交換ユニットの冷却液出入口間に冷却液循環流量を調整するバイパス弁と、前記熱交換ユニットのファン回転数制御と前記バイパス弁の開閉制御を指示するために前記熱交換ユニットの冷却液出口配管内に設置した液温センサーと、前記換気扇の動作を制御するために前記熱交換ユニットのファン風出口あるいは前記熱交換ユニットの上部に設置した排風温度センサーと、前記タンク、ポンプ、熱交換ユニット、電子装置とを順に接続する配管とを有し、前記冷却液が前記機器を循環して前記発熱体を冷やす冷却装置である。

更に、前記現用側冷却装置は、前記冷却液を外気の温度変動に応じて下記する制御方法で省電力に所定の温度範囲に調節するものである。それは、外気温度の高低に応じて、熱交換ユニットの冷却液出口温度や熱交換ユニットの排風温度が相対応する高低温度関係にあることを利用し、現用熱交換ユニットの冷却液出口液温に応じて現用熱交換ユニットのバイパス弁を開閉したり、現用熱交換ユニットのファンの稼動と停止、及び回転数制御を行ったり、更に、現用熱交換ユニットの排風温度に応じて現用側換気扇の稼動と停止の制御を行うものである。このように、現用熱交換ユニットの冷却能力を制御することで、現用側電子装置が発熱を続け、外気温度が大きく変化しても、現用熱交換ユニットの冷却液の温度を省電力に所定の温度範囲に収められるものである。

また、屋外にキュービクル室を設置し、その中に前記熱交換ユニットを収容し、かつ、現用と予備の前記熱交換ユニットから出る温排風が互いにぶつかり合うように現用と予備の前記熱交換ユニットを対面配置とし、更に、現用と予備の前記熱交換ユニットの吸気口と向き合う前記屋外キュービクル室の側壁に前記外気取入れ口と前記換気扇を設置する。一方、前記熱交換ユニットを屋内に設置する場合は、現用と予備の前記熱交換ユニットを建屋壁際に設け、前記外気取入れ口と前記換気扇を前記建屋壁に設置する。このように前記熱交換ユニットを設置することで、外気の気象条件、例えば、降雪、強風、降雨、火山灰や塵埃等の降り被り等に対して冷却装置の信頼性が高められるものである。

本発明の第二の様態による冷却装置は、電子装置内の発熱体を冷却する際に前記発熱体から奪った熱を排除する現用熱交換ユニットと予備熱交換ユニットとを屋外に設置したキュービクル室に、或は屋内に収納し、現用熱交換ユニットの温排風が予備熱交換ユニットにぶつかるように互いに対面配置とした熱交換ユニットと、前記熱交換ユニットが低温の外気を吸い込むように前記熱交換ユニットの吸気側近傍に設置した外気取入れ口と、前記熱交換ユニットの上部に現用熱交換ユニットから出た温排風を前記キュービクル室から、或は屋内から外気に排出する換気扇と、前記発熱体を冷却するための冷却液を循環させるポンプと、前記冷却液を貯蔵するタンクと、前記熱交換ユニットの冷却液出口配管内に設置した液温センサーと、前記換気扇の動作を制御するように前記熱交換ユニットのファン風出口あるいは前記熱交換ユニットの上部に設置した排風温度センサーと、前記タンク、ポンプ、熱交換ユニット、電子装置と接続する配管とを有し、前記冷却液が前記機器を循環して前記発熱体を冷却する現用と予備の二系統を有する冷却装置であって、前記タンクが現用と予備の前記二系統の冷却液で共有化したタンクであり、前記共有化したタンク内の冷却液を停止している予備側冷却装置に間欠的に流すことで、予備側冷却装置の冷却液の温度を高め、予備側機器の結露や凍結を防止する冷却装置である。

更に、前記二系統の冷却液循環系のうち、現用側電子装置が稼動し、発熱をしているが、予備側電子装置は停止し発熱していない。即ち、予備側電子装置は全ての機器が停止し、冷却液循環系であるポンプ及び熱交換ユニット、換気扇などが停止している。このような場合、停止している予備側電子装置側では外気温度が低下すると、冷却液は凍結する恐れがある。また、停滞し低温になった冷却液を急に循環させると、温度の高い環境に置かれた予備側電子装置は結露する恐れがある。そこで、本発明は、現用と予備の前記熱交換ユニットが互いに対面配置とし、稼動している現用側の前記熱交換ユニットの温排風を停止している予備側の前記熱交換ユニットにぶつけ、予備側の前記熱交換ユニットの温度低下を防ぐとともに、タンク内冷却液が現用と予備の前記二系統で共有化して常時流動することで、共有タンク内冷却液は温度が高い状態になり、前記共有タンク内冷却液を停止している予備側冷却装置に間欠的に流すことで、予備側冷却装置の温度が高められる。この様に、ヒータなどの一切外部加熱を使わず稼動側の発熱を利用して省電力に、かつ外気の気象条件、例えば、降雪、強風、降雨、火山灰や塵埃等の降り被り等に対する影響も受けずに、停止している予備側機器の結露や凍結を防止する制御方法を提供するものである。

以上説明したように、本発明によれば、現用と予備の冷却装置を屋外のキュービクル室に収納する、或は室内に配置するなどしても、現用側電子装置を冷却する冷却装置の冷却能力を確保することが出来、さらに、外気温度の大きな変動に対しても現用機（稼動）側の電子装置の冷却液の温度をきめ細かく制御し、現用機（稼動）側の電子装置を冷却する前記冷却液の温度を省電力に所定の温度範囲に収めることが出来る。

また、予備機（待機）側の電子装置、及びその冷却装置がたとえ停止状態に置かれても、結露や凍結などを発生させず、待機側の電子システムを速やかに稼動開始し、また、停止状態に置かれた待機側冷却装置が結露や凍結などを発生させず、常に省電力状態に保持して置くことが出来る。

更に、現用と予備の冷却装置を屋外のキュービクル室に収納したり、或は室内に配置しても、現用と予備の電子装置を冷却する冷却装置の冷却能力を確保し、所定の冷却条件を満足させながら、外気の気象条件、例えば、降雪、強風、降雨、火山灰や塵埃等の降り被り等に対して保護し、高い信頼性を確保することが出来る。

本発明の他の目的、特徴及び利点は添付図面に関する以下の本発明の実施例の記載から明らかになるであろう。

本発明の一実施例の電子装置用冷却装置の構成図である。 図１の現用熱交換ユニットの冷却液出口液温によって制御する現用熱交換ユニットのファンの駆動電圧比特性を説明する制御図である。 図１の現用熱交換ユニットの冷却液出口液温によって制御する現用熱交換ユニットのバイパス弁の動作を説明する制御図である。 図１の現用熱交換ユニットの出口排風温度によって制御する現用側の換気扇の動作を説明する制御図である。 図１の現用熱交換ユニットの冷却液出口液温が外気温度によって制御される状況を説明する制御図である。 図１の予備熱交換ユニットの冷却液出口液温によって制御される予備側ポンプの動作を説明する制御図である。 本発明の一実施例の電子装置用冷却装置の稼動している現用熱交換ユニットが夏季条件で動作する状態を熱流動シミュレーションで説明する図である。 本発明の一実施例の電子装置用冷却装置の停止している予備熱交換ユニットが冬季条件で動作する状態を熱流動シミュレーションで説明する図である。 本発明の第２実施例による電子装置用冷却装置の構成を説明する図である。

以下、本発明について添付図を参照して実施例の形で具体的に詳細に説明する。
図１は、本発明の第一実施例の冷却装置の構成図を示す。二つの冷却システムである現用系統（運転中のシステム、以下、現用とも、稼動とも称す）と予備系統（休止中のシステム、以下、予備とも、待機とも称す）とは、発熱体を有する電子装置１１０ａ、１１０ｂと、熱交換ユニット１２０ａ、１２０ｂと、ポンプ１３０ａ、１３０ｂとをそれぞれ有すると共に、タンク１４０を共有しており、信頼性を確保するために、現用と予備の二重系を構成している。これら二系統と、これらの系統を制御するための制御器１５０とで、本発明の冷却装置は大まかに構成されている。ここで、参照番号の最後の符号ａは、現用側の機器であることを示し、符号ｂは、予備側の機器であることを示す。また、太い実線は冷却配管を、細い実線は信号線を示す。

更に、本発明の主な特徴である冷却装置の構成について詳述する。熱交換ユニット１２０ａ、１２０ｂは、屋外に置かれたキュービクル室１８０の中に収容され、かつ、現用熱交換ユニット１２０ａのファン１２１ａから排出する温排風が予備熱交換ユニット１２０ｂのファン風排出面１２２ｂにぶつかる様に、ファン風排出面１２２ａ、１２２ｂ同士が互いに向き合う形の対面配置している。そして、屋外キュービクル室１８０の側壁には、現用と予備の熱交換ユニット１２０ａ、１２０ｂの外気吸入面１２３ａ、１２３ｂと対向する位置に外気取入れ口１９０ａ、１９０ｂが設けられ、更に、現用と予備の熱交換ユニット１２０ａ、１２０ｂの上部には換気扇１６０ａ、１６０ｂが設置されている。これら現用側の換気扇１６０ａと予備側の換気扇１６０ｂとは、現用と予備の熱交換ユニット１２０ａ、１２０ｂに対して対角の位置で動作するように配置されている。それは、例えば、稼動している現用熱交換ユニット１２０ａの温排風が停止している予備熱交換ユニット１２０ｂにぶつかった後、屋外キュービクル室１８０の屋内より換気扇１６０ａで屋外に排出し易い様にしているためである。このような構成は、熱交換ユニット１２０ａ、１２０ｂをキュービクル室１８０に入れて、外気の気象条件、例えば、降雪、強風、降雨、火山灰や塵埃等の降り被り等に対して保護し、高い信頼性を確保するが、外気が高い夏場には換気扇１６０ａを稼動させ、外気が低い冬場には換気扇１６０ａを停止させ、省電力化し、熱交換ユニット１２０ａの冷却能力を調整するためである。

更に、冷却装置の冷却液の循環系には、現用と予備の熱交換ユニット１２０ａ、１２０ｂに流れる冷却液の流量を調節するため、現用と予備の熱交換ユニット１２０ａ、１２０ｂの出入口間にバイパス弁１７０ａ、１７０ｂが設けられている。また現用と予備の熱交換ユニット１２０ａ、１２０ｂが停止したとき、熱交換ユニット１２０ａ、１２０ｂに入っている冷却液が落下することを防止するため、現用と予備の熱交換ユニット１２０ａ、１２０ｂの出入口配管に落液防止弁１７１ａ、１７２ａ、１７１ｂ、１７２ｂが各々設置されている。

現用と予備の熱交換ユニット１２０ａ、１２０ｂの冷却液出口配管内には、冷却液出口液温センサー１２４ａ、１２４ｂが設置されており、前記熱交換ユニットのファン風排出面１２２ａ、１２２ｂには、出口排風温度センサー１２５ａ、１２５ｂが設置されている。これらセンサーの信号線は、制御器１５０に入り、そして、制御器１５０は、現用と予備の熱交換ユニット１２０ａ、１２０ｂのファン１２１ａ、１２１ｂの動作と停止、及び回転数の制御や、バイパス弁１７０ａ、１７０ｂの開閉の制御、換気扇１６０ａ、１６０ｂの動作の制御、ポンプ１３０ａ、１３０ｂの動作の制御などを行う。

次に、図２は現用熱交換ユニット１２０ａの冷却液出口液温と現用側のファン１２１ａへの駆動電圧比との制御関係を、図３は現用熱交換ユニット１２０ａの冷却液出口液温とバイパス弁の稼動と停止の制御関係を、図４は現用側のファン１２１ａの出口排風温度と現用側の換気扇１６０ａの稼動と停止の制御関係を示し、図５は上記制御によって得られる外気温度と現用熱交換ユニット１２０ａの冷却液出口液温との調節関係を示し、以下、本発明の冷却液温度制御方法について説明する。

図２はファン１２１ａの動作を示す。即ち、外気温度が高くなると、冷却液出口液温センサー１２４ａの温度がＴｗ１，Ｔｗ３，Ｔｗ５と順に高くなるが、冷却液出口液温がＴｗ３を超えると、ファン１２１ａが最低回転数で起動を開始する。その後、冷却液出口液温がＴｗ５を超えるまで、ファン１２１ａは冷却液出口液温に比例した回転数制御領域に入り、Ｔｗ５を超えると最高回転数で一定回転となる。しかし、外気温度が次第に低くなり、最低回転数領域に入り、冷却液出口液温がＴｗ１以下になると、ファンは停止する。

図３はバイパス弁１７０ａの動作を示す。即ち、外気温度が高くなると、冷却液出口液温センサー１２４ａの温度がＴｗ２，Ｔｗ４と順に高くなり、冷却液出口液温がＴｗ４を超えると、バイパス弁１７０ａが開から閉に切り替わる。その後、温度が高くなってもこの状態は保持される。一方、冷却液出口液温がＴｗ２以下になると、バイパス弁１７０ａが閉から開に切り替わる。その後、温度が低くなってもこの状態は保持される。

図４は換気扇１６０ａの動作を示す。即ち、外気温度が高くなると、現用側のファン１２１ａの出口排風温度センサー１２５ａの温度がＴｆａ１，Ｔｆａ２と順に高くなる。出口排風温度センサー１２５ａの温度がＴｆａ２を超え、かつ、バイパス弁１７０ａが閉になっていれば、現用側の換気扇１６０ａが稼動し始める。その後、温度がＴｆ２より高くなっても、この状態は保持される。一方、温度がＴｆａ１以下になると、現用側の換気扇１６０ａが停止する。その後、温度が低くなっても、この状態は保持される。

以上の温度制御の結果、外気温度と冷却液出口液温との関係は図５に示す特性となる。先ほど説明した冷却液出口液温Ｔｗ１〜Ｔｗ５に対応して外気温度をＴａ１〜Ｔａ５と表示する。この図５を用いて具体的な動作状態を説明する。

現用側の電子装置１１０ａが起動を開始すると、内部の機器は発熱し始める。そこで、現用側のポンプ１３０ａが起動を開始し、冷却が始まる。なお、現用側ポンプ１３０ａの起動時は、バイパス弁１７０ａは必ず開放状態とする。

最初に、現用熱交換ユニット１２０ａの冷却液出口液温がＴｗ３に達すると、ファン１２１ａは起動を開始する。その際、外気温度がＴａ３より低ければ、ファン１２１ａは最低回転数で動作する。その後、外気温度がＴａ１より下がれば、ファン１２１ａは停止する。その場合、冷却液出口液温はＴｗ１となる。しかし、現用側の電子装置は動作しているので、発熱が続いているので、再び冷却液出口液温は上昇し、冷却液出口液温がＴｗ３に達する。その後、上記動作を繰り返すことで、冷却液出口液温が必要以上に低下することを防いでいる。

次に、現用側のポンプ１３０ａが起動した後、冷却液出口液温がＴｗ４を超えると、バイパス弁１７０ａは開から閉に切り替わり、現用熱交換ユニット１２０ａの冷却能力が高まり、現用熱交換ユニット１２０ａの冷却液出口液温が低下する。その時、外気温度はＴａ４であり、ファン１２１ａは最低回転数で動作している。しかし、外気温度がファン１２１ａの最低回転数動作の終了の外気温度Ｔａ６を超え、外気温度Ｔａ５に達するまで、ファン１２１ａは回転数制御領域に入る。その間、冷却液出口液温はＴｗ５以下の温度になる。引き続き外気温度が高くなり、外気温度Ｔａ５を超えると、ファン１２１ａは最高回転数で一定動作に入り、冷却液出口液温はＴｗ５を超えるが、冷却装置設計上、出来るだけこの温度Ｔｗ５を超えないようにしている。

更に、外気温度が高くなると、現用熱交換ユニット１２０ａの出口排風温度センサー１２５ａの温度がＴｆａ２を超えると、現用熱交換ユニット１２０ａの冷却能力を高めるため、キュービクル室或は屋内の暖まった空気を屋外に排出して、冷たい外気を吸気するように、現用側の換気扇１６０ａが動作を開始する。なお、その動作は、バイパス弁１７０ａが必ず開から閉の状態になって現用熱交換ユニット１２０ａの冷却能力が高められた状態で行われる。それは、バイパス弁１７０ａが開の状態で、換気扇１６０ａが動作すると、なかなかバイパス弁１７０ａが閉じる状態になりにくいためである。その後、外気温度が下がり、出口排風温度センサー１２５ａの温度がＴｆａ１以下になれば、換気扇１６０ａは停止し、冷却液出口液温が必要以上に低下しないように抑えられる。

以上説明したように、外気の気象条件、例えば、降雪、強風、降雨、火山灰や塵埃等の降り被り等に対して保護し、高い信頼性を確保するため、現用と予備の冷却装置を屋外のキュービクル室に収納しても、現用電子装置を冷却する冷却装置の冷却能力を確保することが出来、外気温度の大きな変動に対しても現用機（稼動）側の電子装置の冷却液の温度をきめ細かく制御し、現用機（稼動）側の電子装置を冷却する前記冷却液の温度を省電力に所定の温度範囲に収めることが出来る。

次に、本発明の主な特徴である現用と予備の二系統を有する冷却装置であって、停止している予備側の電子装置の冷却装置の結露や凍結を防止する装置構成とその制御方法について詳述する。

停止している予備側の電子装置の冷却装置は、稼動している現用側の電子装置の冷却装置と同じ構成になっているが、冷却液貯蔵タンク１４０は予備と現用の二つの系統で共有化されている。この関係を、図１を用いて詳細に説明する。共有のタンク１４０に出入りする冷却液の配管が予備側と現用側と共に同じように設置されている。これら配管の境には予備と現用側を区切る仕切り壁１４１が設けられている。しかし、冷却液は仕切り壁１４１の上部を越え、かつ、タンク１４０内上部に空間を残すほどの高さまでタンク１４０内に貯蔵されているので、現用側の配管から冷却液がタンク１４０内に流入すると、タンク１４０内の液面１４２が仕切り壁１４１の上部を乗り越えて、現用側の暖められた冷却液がタンク１４０内の全体の冷却液を掻き回すことが出来る。更に、現用側の冷却液を流す順序は、現用側のポンプ１３０ａによってタンク１４０から冷却液を吸い出した後、最初に現用熱交換ユニット１２０ａで冷却液を低い温度に冷却してから現用側電子装置１１０ａに流し、再びタンク１４０に戻る循環流とする。それは、現用側電子装置１１０ａの発熱で高温度になった冷却液が常に共有のタンク１４０に貯められるからである。従って、現用側が常に稼動し、発熱している限り、予備側に貯められた冷却液の温度は常に高い状態にすることが出来る。このように暖められた共有化したタンク１４０内の冷却液を停止している予備側冷却装置に間欠的に流せば、予備側冷却装置の冷却液の温度が高くなり、予備側機器の結露や凍結を防止することができる。

一方、熱交換ユニット１２０ａ、１２０ｂは、屋外に置かれたキュービクル室１８０の中に収容され、かつ、現用熱交換ユニット１２０ａのファン１２１ａから排出する温排風が停止している予備熱交換ユニット１２０ｂのファン風排出面１２２ｂにぶつかる様に、ファン風排出面１２２ａ、１２２ｂ同士が互いに向き合う形の対面配置となっているので、予備熱交換ユニット１２０ｂの温度が低下しないように防止出来る。更に、外気の気象条件、例えば、降雪、強風、降雨、火山灰や塵埃等の降り被り等に対して保護し、高い信頼性を確保するため、熱交換ユニット１２０ａ、１２０ｂがキュービクル室１８０内に収容されても、外気温度が低い冬場では、全ての換気扇１６０ａ、１６０ｂを停止させることで、停止している予備熱交換ユニット１２０ｂの温度低下を一段と防止することが出来る。この様に、現用と予備の熱交換ユニット１２０ａ，１２０ｂの対面配置と、換気扇１６０ａ、１６０ｂの制御と、共有化したタンク１４０内の冷却液の間欠的循環する冷却装置が構成されているので、予備側機器の結露や凍結を防止することが出来る。

次に、予備側機器の結露や凍結を防止する制御方法について詳述する。外気温度が大きく下がれば、図２に従えば、現用熱交換ユニット１２０ａのファン１２１ａは最低回転数で動作している。また、図３では、バイパス弁は開放されている。現用側換気扇１６０ａは現用熱交換ユニット１２０ａの出口排風温度が低いので、停止状態になる。一方、予備側換気扇１６０ｂは予備熱交換ユニット１２０ｂが停止しているので、出口排風温度も低いので、停止状態である。この場合、予備熱交換ユニット１２０ｂの冷却液出口液温センサー１２４ｂの冷却液出口液温が図６に示すように、Ｔｗ１１以下になると、予備側ポンプ１３０ｂが起動を開始する。その後、共有化したタンク１４０内の暖められた冷却液が停止している予備側冷却装置に流れ始める。しばらくすると、予備熱交換ユニット１２０ｂの冷却液出口液温センサー１２４ｂの冷却液出口液温が上昇し、Ｔｗ１２以上になる。すると、予備側ポンプ１３０は停止する。この様に、予備熱交換ユニット１２０ｂの冷却液出口液温センサー１２４ｂの冷却液出口液温によって予備側ポンプ１３０は間欠運転を繰り返し行う。なお、温度Ｔｗ１１，ＴＷ１２は、冷却液が凍結する凝固点温度Ｔｗ０以上で、また、ファン１２１ａが停止する温度Ｔｗ１より低い温度に設定される。以上、説明したように、ヒータなどの一切外部加熱を使わずに稼動側の発熱を利用して省電力に、かつ外気の気象条件、例えば、降雪、強風、降雨、火山灰や塵埃等の降り被り等に対する影響も受けずに、停止している予備側機器の結露や凍結を防止する制御方法を行うことが出来る。

以上説明して来た温度制御が実際どのような状態になるか、熱流動シミュレーションによって予測した。図７は外気温度が高くなる夏季条件で行った結果を、図８は外気温度が低くなる冬季条件で行った結果を各々示す。その結果、図７は、現用熱交換ユニット１２０ａのファン１２１ａが最高回転数で稼動し、予備側換気扇１６０ｂは停止しているが、キュービクル室１８０の現用側換気扇１６０ａが稼動し、更にバイパス弁１７０ａが閉鎖状態になっていれば、現用熱交換ユニット１２０ａの外気吸入面１２３ａの温度が外気温度から１．０℃から２．０℃程度しか上昇せず、現用熱交換ユニット１２０ａを充分確実に冷却し得ることを示す。

一方、図８は、現用熱交換ユニット１２０ａのファン１２１ａは最低回転数で稼動し、キュービクル室１８０の現用側換気扇１６０ａと予備側換気扇１６０ｂが停止し、更にバイパス弁１７０ｂは開放状態になっていれば、停止している予備熱交換ユニット１２０ｂの外気吸入面１２３ｂの温度は外気温度から１６．０℃から２２．０℃程度上昇するので、確実に予備熱交換ユニット１２０ｂの温度低下を防ぐ効果が有ることが分かる。この状態でさらに外気温度が下がれば、予備側ポンプ１３０が間欠運転を繰り返すことで、一層、停止している予備側機器の結露や凍結を防止することが出来る。

本発明の第２実施例である電子装置の冷却装置について、以下の図面を参照して説明する。図９は、本発明の第２の実施例を実施する装置構成図である。

図９において、電子装置内の発熱体を冷却する際に前記発熱体から奪った熱を排除する現用熱交換ユニット１２０ａと予備熱交換ユニット１２０ｂとを屋内の壁際に設置し、熱交換ユニット１２０ａ、１２０ｂが低温の外気を吸い込むように熱交換ユニット１２０ａ、１２０ｂの吸気側１２３ａ、１２３ｂ近傍に設置した外気取入れ口１９１ａ、１９１ｂと、熱交換ユニットの上部に現用熱交換ユニットから出た温排風を屋内から外気に排出する換気扇１６１ａ、１６１ｂとを、前記屋内の壁に設置したものである。それ以外は、本発明の第１の実施例と同じなので、同じ番号を付け説明を省略する。

建屋２００の屋内壁際に設置する熱交換ユニットは、本発明の第１の実施例と同じように現用熱交換ユニット１２０ａのファン１２１ａから排出する温排風が予備熱交換ユニット１２０ｂのファン風排出面１２２ｂにぶつかる様に、ファン風排出面１２２ａ、１２２ｂ同士が互いに向き合う形の対面配置とする。そして、建屋２００の側壁には、現用と予備の熱交換ユニット１２０ａ、１２０ｂの外気吸入面１２３ａ、１２３ｂと隣接する位置に外気取入れ口１９１ａ、１９１ｂが設けられている。また、現用と予備の熱交換ユニット１２０ａ、１２０ｂの上部には換気扇１６１ａ、１６１ｂが設置され、そして、換気扇１６１ａ、１６１ｂの周囲を覆う換気扇カバー２１０が設けられている。それは、現用熱交換ユニット１２０ａの温排風が予備熱交換ユニット１２０ｂのファン風排出面１２２ｂにぶつかった後、確実に換気扇１６１ａ、１６１ｂによって屋外に排出されるためである。換気扇カバー２１０が無いと、外気取り入れ口１９１ａ、１９１ｂから直接換気扇１６１ａ、１６１ｂに冷却に寄与しないまま短絡して流れ出てしまう流れが発生する。

このような構成にすれば、熱交換ユニット１２０ａ、１２０ｂをキュービクル室１８０に収容したように、外気の気象条件、例えば、降雪、強風、降雨、火山灰や塵埃等の降り被り等に対して保護し、高い信頼性を確保し、外気が高い夏場には換気扇１６１ａを稼動させ、外気が低い冬場には換気扇１６１ａを停止させ、省電力化し、熱交換ユニット１２０ａの冷却能力を調整することが出来る。また、現用と予備の熱交換ユニット１２０ａ、１２０ｂの対面配置による停止予備熱交換ユニットを暖める動作と、換気扇１６１ａ、１６１ｂの停止制御と、共有化したタンク１４０内の高温度の冷却液を間欠的に循環させることで、停止している予備側機器の結露や凍結を確実に防止することが出来る。

上記記載は実施例についてなされたが、本発明はそれに限らず、本発明の精神と添付の請求の範囲の範囲内で種々の変更および修正をすることができることは当業者に明らかである。

１１０ 電子装置
１２０ 熱交換ユニット
１２１ ファン
１２２ ファン風排出面
１２３ 外気吸入面
１２４ 冷却液出口液温センサー
１２５ 出口排風温度センサー
１３０ ポンプ
１４０ タンク
１４１ 仕切り壁
１４２ 液面
１５０ 制御器
１６０、１６１ 換気扇
１７０ バイパス弁
１７１、１７２ 落液防止弁
１８０ キュービクル室
１９０、１９１ 外気取り入れ口
２００ 建屋
２１０ 換気扇カバー

Claims (6)

1. 現用と予備と二つ以上の電子装置が並列に配置された電子装置用冷却装置において、
   電子装置内の発熱体を冷却する際に前記発熱体から奪った熱を排除する現用熱交換ユニットと現用電子装置が故障した場合に直ちに切替える予備熱交換ユニットとを屋外に設置したキュービクル室に、或は屋内に収納する熱交換ユニットと、
   前記熱交換ユニットが低温の外気を吸い込むように前記熱交換ユニットの吸気側近傍に設置した外気取入れ口と、
   前記熱交換ユニットから出た温排風を前記キュービクル室から、或は屋内から外気に排出する換気扇と、
   前記発熱体を冷却するための冷却液を循環させるポンプと、
   前記冷却液を貯蔵するタンクと、前記熱交換ユニットの冷却液出入口間に冷却液循環流量を調整するバイパス弁と、
   前記熱交換ユニットのファン回転数制御と前記バイパス弁の開閉制御を指示するために前記熱交換ユニットの冷却液出口配管内に設置した液温センサーと、
   前記換気扇の動作を制御するために前記熱交換ユニットのファン風出口、或は前記熱交換ユニットの上部に設置した排風温度センサーと、
   前記タンク、前記ポンプ、前記熱交換ユニット、前記電子装置とを順に接続する配管とを有し、
   前記冷却液が前記電子装置内を循環して前記発熱体を冷却するとともに、前記現用熱交換ユニットの温排風が前記予備熱交換ユニットにぶつかるように互いに対面配置とするように構成したことを特徴とする電子装置用冷却装置。
2. 請求項１記載の電子装置用冷却装置の冷却液温度制御方法において、
   前記現用熱交換ユニットの冷却液出口液温に応じて前記現用熱交換ユニットの前記バイパス弁を開閉し、前記現用熱交換ユニットの前記ファンの稼動と停止、及び回転数制御を行い、更に、前記現用熱交換ユニットの排風温度に応じて前記現用側換気扇の稼動と停止の制御を行うことで、外気温度の変動に応じて前記現用熱交換ユニットの冷却液出口液温を所定の温度範囲に収めることを特徴とする電子装置用冷却装置の冷却液温度制御方法。
3. 請求項１記載の電子装置用冷却装置において、
   前記タンクが現用と予備の前記二系統の冷却装置で共有化したタンクであることを特徴とする電子装置用冷却装置。
4. 請求項３記載の電子装置用冷却装置の冷却液温度制御方法において、
   外気温度が低下した場合、前記換気扇をすべて停止し、現用側の前記熱交換ユニットの温排風を停止している予備側の前記熱交換ユニットにぶつけて予備側の前記熱交換ユニットの温度低下を防ぎ、前記タンク内冷却液が現用と予備の二系統で共有化して常時流動して前記共有タンク内の冷却液温度を高い状態にし、前記予備熱交換ユニットの冷却液出口液温に応じて予備側の前記ポンプの起動停止を制御し、前記共有タンク内冷却液を停止している前記予備側の冷却装置に間欠的に流すことを特徴とする電子装置用冷却装置の冷却液温度制御方法。
5. 請求項１又は請求項３記載の電子装置用冷却装置において、
   前記現用熱交換ユニットの対角の位置に現用換気扇と、前記予備熱交換ユニットの対角の位置に予備換気扇を備え、
   前記現用熱交換ユニットが稼動している場合には現用換気扇を動作させ、前記予備熱交換ユニットが稼動している場合には予備換気扇を動作させることを特徴とする電子装置用冷却装置。
6. 前記電子装置用冷却装置は、放送システムの電子機器であることを特徴とする請求項１又は請求項３記載の電子装置用冷却装置。