JP5740443B2 - 送信システム - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、例えば、テレビ放送用の送信機を水冷方式で冷却する送信システムに関する。

テレビ放送用の送信システムには、水冷方式と空冷方式があり、水冷方式は、空冷方式に比べて冷却効率が高く、スペースを抑えられることや、騒音を低減できる等の利点がある。

一般的な水冷テレビ送信機システムは、送信機、ポンプラック、熱交換器からなり、各機器は配管で接続されている。送信機とポンプラックは屋内に設置され、熱交換器は屋外に設置されている。機器内部には冷却水が循環し、冷却水はポンプラックから送信機に送水され送信機の発熱部を冷却し、そのあと冷却水は熱交換器により冷却されポンプラックに戻る。冷却水の循環は送信機の運転に連動しており、送信機の運転中は冷却水は常に循環するが、送信機が停止すると冷却水の循環も停止する。送信機の運転中の冷却水の水温は送信機の発熱により外気温度よりも高い温度となるが、熱交換器の動作制御により、ある一定の温度幅の水温を保持する。送信機の停止時の冷却水の水温は周囲空気により徐々に冷却され周囲空気と同等の温度まで水温は低下する。冬季など屋内の気温よりも屋外の気温の方が低い環境下では、送信機の停止時には屋外配管と屋内配管の冷却水の水温差が発生し、屋外配管内の水温の方が低くなる。その状態から送信機の運転を開始した場合、屋外配管の冷たい冷却水が屋内配管に流れ込むことになり、温度差、湿度条件によっては屋内の配管、機器に結露が発生することになる。または、急激な温度低下により基板部品にヒートショックが発生する可能性もある。

そこで、従来技術では、上記の結露防止のために屋内配管部に温度調整弁を設置している。温度調整弁は送信機の起動時に冷却水の水温が設定値以下の場合には、屋内配管のみで冷却水を循環させるように弁動作する。その後、水温が設定値まで上昇すると、少しずつ屋外配管の低温の冷却水を混入させ、水温が設定値一定になるように弁動作する。水温が温度調整弁の調整範囲以上になった場合は、温度調整弁は冷却水を屋外配管側に流れるように弁動作する。

特開平４−１８６０６１号公報

上述したように、従来技術では温度調整弁により屋外配管から屋内配管に流入する冷却水の量を自動調整することで、送信機起動時の水温低下を防ぐ手法を採用している。しかしながら、温度調整弁を設置すると配管系統が増えてしまい、機器の大型化およびコスト増大の問題がある。

本実施形態の目的は、省スペースかつ安価で、送信機起動時の水温低下を防ぐことができる送信システムを提供することにある。

本実施形態に係る送信システムは、運転中に発熱する発熱部を有する送信機と、上記送信機に冷却水を循環させるポンプ部と、上記ポンプ部を駆動し、上記送信機の運転中に上記冷却水を循環させ、上記送信機の停止時に上記冷却水の循環を停止させる制御部と、上記送信機を循環した冷却水を外部配管を介して収容し、上記ポンプ部へ供給するタンクと、上記タンクの表面に設けられ、上記タンクを介して上記冷却水に取り込まれた上記発熱部の廃熱を蓄熱し、上記タンク内の冷却水が所定の温度以下になると、相変化時に発生する潜熱により上記タンク内の冷却水を加熱する蓄熱材とを具備するものである。

第１実施形態に係る送信システムの全体構成を示すブロック図。 送信機起動時からの送信機流入水温の変化を示す図。 送信機起動時からの相対湿度の変化を示す図。 第２実施形態に係る送信システムの全体構成を示すブロック図。 第２実施形態に係る送信システムの全体構成を示すブロック図。 第３実施形態に係る送信システムの全体構成を示すブロック図。 第４実施形態に係る送信システムの全体構成を示すブロック図。

以下、図面を参照しながら本実施形態に係る送信システムを説明する。なお、以下の説明において、図面中の同一部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

（第１実施形態）
［構成］
図１は、第１実施形態に係る送信システムの全体構成を示すブロック図である。この送信システムは、送信機１１、ポンプラック１２、及び熱交換器１３を備える。送信機１１とポンプラック１２は屋内に設置され、熱交換器１３は屋外に設置されている。

送信機１１、ポンプラック１２、及び熱交換器１３は、配管１４で接続され、それぞれに冷却水１５が満たされている。送信機１１の内部には、制御ユニット２０が設けられ、送信機１１の運転中は熱交換器１３の駆動及びポンプラック１２による冷却水の循環を行い、送信機１１の停止時には熱交換器１３の駆動及びポンプラック１２による冷却水の循環を停止させる。

また、ポンプラック１２内には、屋外配管から供給される冷却水を蓄えるタンク１８が配置され、タンク１８の表面には蓄熱材１６が取り付けられ、蓄熱材１６の表面には断熱材１７が取り付けられている。蓄熱材１６は、固液相変化に伴い潜熱を放出する蓄熱材であり、例えば、無機水和物系の蓄熱材（酢酸ナトリウム水和物、硫酸ナトリウム水和物）、又はパラフィンなどの有機物系蓄熱材が用いられる。

［動作］
送信機１１を運転すると、冷却水１５が循環を開始する。冷却水１５はポンプラック１２から送水され送信機１１の発熱部を冷却し、そのあと冷却水１５は熱交換器１３に送水され、熱交換器１３により冷却されポンプラック１２のタンク１８に戻る。凍結による流路閉塞、配管破損を防ぐために冷却水１５には例えば不凍液を使用する。送信機１１の運転中の冷却水１５の水温は送信機１１の発熱により外気温度よりも高い温度となるが、熱交換器１３の動作制御により、ある一定の温度幅の水温を保持する。蓄熱材１６は、冷却水１５に取り込まれた送信機１１の発熱を、タンク１８を介して回収する。蓄熱材１６は予め設定された融点にて固体から液体になり、送信機１１の発熱を潜熱として蓄熱する。

冷却水１５の循環は送信機１１の運転に連動しており、冷却水１５は、送信機１１の運転中は常に循環するが、送信機１１が停止すると冷却水１５の循環は停止する。送信機停止時の冷却水１５の水温は周囲空気により徐々に冷却され周囲空気と同等の温度まで低下する。冬季など屋内の気温よりも屋外の気温の方が低い環境下では、送信機１１の停止時には屋外と屋内の冷却水の水温差が発生し、屋外の水温の方が低くなる。蓄熱材１６は過冷却状態により潜熱を保持したままとなる。

送信機１１が停止すると、蓄熱材１６は周囲空気により冷却され、徐々に蓄熱材１６の温度が低下する。蓄熱材１６の温度が設定された融点まで低下すると蓄熱材１６は過冷却状態が解除され液体から固体に相変化しながら潜熱を放熱する。蓄熱材１６から放熱された潜熱は、タンク１８を介して冷却水１５を保温し、タンク内の冷却水の水温低下を防ぐ。送信機１１を起動すると冷却水１５は循環を開始する。屋外配管の冷却水は屋外の外気温度により低温の状態で屋内配管に流入するが、蓄熱材１６により保温されたタンク内の冷却水と混ざることで水温の低下が緩和され、結露の発生およびヒートショックの発生を抑制することができる。

図２Ａ及び図２Ｂにシミュレーション結果を示す。図２Ａは、送信機の起動からの経過時間に対する送信機に流入する水温の変化を示すグラフである。図２Ｂは、送信機の起動からの経過時間に対する相対湿度変化を示すグラフである。起動時の条件は、容量２０リットルのタンク内の水温が２０℃（蓄熱材にて保温）で、−３０℃の屋外配管の冷却水が流入した場合である。図２Ａによれば、送信機流入水温は、送信機起動時は蓄熱材にて保温されたタンク内の冷却水が流入されるため一旦上昇し、その後−３０℃の屋外配管の冷却水がタンクに流入してもタンク内の冷却水と混合することにより約−２℃までの低下で止まっている。図２Ｂからわかるように、このシミュレーションでは、結露が発生する条件である相対湿度１００％を常に下回っており、結露を抑制できる結果となっている。

（第２実施形態）
［構成］
図３Ａ及び３Ｂは、第２実施形態に係る送信システムの全体構成を示すブロック図である。上記図１と異なる点は、タンク１８の内部に蓄熱材１６を収納していることにある。蓄熱材１６は、容器に内包され、例えば、図３Ａに示すようなボール状や、図３Ｂに示すようなシート状に形成することができる。

［動作］
送信機１１、ポンプラック１２、熱交換器１３、配管１４、及び冷却水１５の動作関係は第１実施形態と同様である。蓄熱材１６はタンク１８の内部に蓄えられた冷却水と直接接触し、冷却水１５に取り込まれた送信機１１の発熱を回収する。第１実施形態と同様に、蓄熱材１６は予め設定された融点にて固体から液体になり、送信機１１の発熱を潜熱として蓄熱する。

送信機１１を停止し、屋外と屋内の冷却水の水温差が発生した状態から送信機１１を起動すると、屋外配管の低温の冷却水１５がタンク１８に流入する。流入した冷却水１５により、蓄熱材１６の温度が設定された融点まで低下すると、蓄熱材１６は過冷却状態が解除され液体から固体に相変化しながら潜熱を放熱する。蓄熱材１６から放熱された潜熱は、冷却水１５を保温し、タンク１８内の冷却水の水温低下を防ぐ。屋外配管の冷却水１５は屋外の外気温度により低温の状態で屋内配管に流入するが、タンク１８内の蓄熱材１６により保温された冷却水と混ざることで水温の低下が緩和され、結露の発生およびヒートショックの発生を抑制することができる。

（第３実施形態）
［構成］
図４は、第３実施形態に係る送信システムの全体構成を示すブロック図である。上記図１と異なる点は、タンク１８を取り除いたことと、屋外の配管１４の表面に蓄熱材１６を取り付けたことにある。また、蓄熱材１６には、一対の電極が備えられており、制御ユニット２０は、この電極を介して蓄熱材１６に電圧を印加することができる。

［動作］
送信機１１、ポンプラック１２、熱交換器１３、配管１４、及び冷却水１５の動作関係は第１実施形態と同様である。屋外の配管１４に取り付けられた蓄熱材１６は、冷却水１５に取り込まれた送信機１１の発熱を、配管１４を経由して回収する。蓄熱材１６は予め設定された融点にて固体から液体になり、送信機１１の発熱を潜熱として蓄熱する。

冷却水１５の循環は送信機１１の運転に連動しており、送信機１１の運転中は冷却水１５は常に循環するが、送信機１１が停止すると冷却水１５の循環も停止する。送信機停止時の冷却水１５の水温は周囲空気により徐々に冷却され周囲空気と同等の温度まで低下する。冬季など屋内の気温よりも屋外の気温の方が低い環境下では、送信機１１の停止時には屋外と屋内の冷却水の水温差が発生し、屋外の水温の方が低くなる。蓄熱材１６は過冷却状態により潜熱を保持したままとなる。

送信機１１が停止し、蓄熱材１６に蓄熱された状態で、制御ユニット２０から蓄熱材１６に電圧を印加すると、蓄熱材１６は過冷却状態が解除され液体から固体に相変化しながら潜熱を放熱する。蓄熱材１６から放熱された潜熱は、配管１４を介して、冷却水１５を加熱し、屋外の冷却水水温を屋内冷却水水温と同等まで加熱する。そのあと送信機１１を起動すると冷却水１５は循環を開始するが、蓄熱材１６により屋外冷却水は加熱された状態のため、結露の発生およびヒートショックの発生を抑制することができる。

尚、本実施形態においては、送信機起動の際に制御ユニット２０により蓄熱材１６に電圧を印加させる方法を説明したが、屋外の配管１４に冷却水１５の水温を計測する温度センサ１９を設け、屋外冷却水が設定水温以下の場合にのみ電圧を印加させるようにしてもよい。

（第４実施形態）
［構成］
図５は、第４実施形態に係る送信システムの全体構成を示すブロック図である。上記図１と異なる点は、タンク１８を取り除いたことと、屋外の配管１４の表面に蓄熱材１６を取り付け、さらに蓄熱材１６の表面に断熱材１７を取り付けたことにある。

［動作］
送信機１１、ポンプラック１２、熱交換器１３、配管１４、冷却水１５の動作関係は第１実施形態と同様である。屋外の配管１４に取り付けられた蓄熱材１６は、冷却水１５に取り込まれた送信機１１の発熱を、配管１４を経由して回収する。蓄熱材１６は予め設定された融点にて固体から液体になり、送信機１１の発熱を潜熱として蓄熱する。

送信機１１が停止すると、蓄熱材１６は周囲空気により冷却され徐々に蓄熱材の温度が低下する。蓄熱材１６の温度が設定された融点まで低下すると蓄熱材１６は過冷却状態が解除され液体から固体に相変化しながら潜熱を放熱する。蓄熱材１６から放熱された潜熱は、配管１４を介して、冷却水１５を保温し、水温低下を防ぐ。送信機１１を起動すると冷却水１５は循環を開始するが、屋外冷却水は蓄熱材１６により保温された状態のため、結露の発生およびヒートショックの発生を抑制することができる。

なお、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１１…送信機、１２…ポンプラック、１３…熱交換器、１４…配管、１５…冷却水、１６…蓄熱材、１７…断熱材、１８…タンク、１９…温度センサ、２０…制御ユニット。

Claims (2)

1. 運転中に発熱する発熱部を有する送信機と、
   前記送信機に冷却水を循環させるポンプ部と、
   前記ポンプ部を駆動し、前記送信機の運転中に前記冷却水を循環させ、前記送信機の停止時に前記冷却水の循環を停止させる制御部と、
   前記送信機を循環した冷却水を前記ポンプ部へ供給する外部配管と、
   前記外部配管の表面に設けられ、前記外部配管を介して前記冷却水に取り込まれた前記発熱部の廃熱を蓄熱する蓄熱材と
   を具備し、
   前記制御部は、前記蓄熱材に電圧を印加し、前記蓄熱材の相変化時に発生する潜熱により前記外部配管内の冷却水を加熱することを特徴とする送信システム。
2. 前記蓄熱材は、固液相変化に伴い潜熱を放出する蓄熱材であって、無機水和物系の蓄熱材、又はパラフィンなどの有機物系蓄熱材が用いられることを特徴とする請求項１に記載の送信システム。