JP6890240B2 - 冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は、発熱体を収納した発熱体収納箱の冷却装置等に関するものである。

発熱体としては例えばパワーコンディショナー等がある。

パワーコンディショナーは、太陽光発電システム等で使用され、直流電流を交流電流に変換する変電設備である。

パワーコンディショナーは電子機器であることから、周辺環境から受ける影響を低減するために、コンテナ等の発熱体収納箱の内部に収納される。

発熱体収納箱の内部に収納されたパワーコンディショナーは、その発熱により、発熱体収納箱の内気の温度を上昇させるので、パワーコンディショナーの安定稼働のためにコンテナ等の内部を冷却する必要がある。

冷却のために使用される電力量を抑制する目的で、発熱体収納箱の内気と、冷却装置の内部に取り込んだ屋外の外気との間で熱交換を行うことで、発熱体収納箱の内部を冷却する冷却装置も提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−３３６８９５号公報

従来の冷却装置では、雨水が冷却装置の内部に入り、さらに冷却装置から発熱体収納箱の内部に浸入した場合に、電子機器としてのパワーコンディショナーに影響を及ぼす恐れがあった。

本発明はこのような課題を解決するものであり、冷却装置の内部に雨水が入ったとしても、冷却装置の外部に容易に排出されるようにすることで、信頼性が向上した冷却装置を提供することを目的とする。

そして、この目的を達成するために、本発明の一態様に係る冷却装置は、床面と天井面と壁面とにより囲まれた気密性を有する収納室の内周側空間に配置される発熱体収納箱の内部の空気である内気を前記収納室の外部の空気である外気との熱交換により冷却する冷却装置であって、前記冷却装置は、ケーシングと、内気吸込口と、内気吹出口と、外気吸込口と、外気吹出口と、前記内気吸込口から前記内気吹出口へ搬送される前記内気と、前記外気吸込口から前記外気吹出口へ搬送される前記外気との間で熱交換するための熱交換器と、を備え、前記ケーシングは、前記熱交換器を内包し、前記熱交換器は、前記外気吸込口から吸い込まれた前記外気を流入するための外気流入口と、前記外気流入口から流入した前記外気を流出するための外気流出口と、を備え、前記外気流入口から入った雨水が自重によって前記外気流出口へ移動するように、水平方向より下方に傾斜し、前記外気吸込口から前記外気流入口へ至る風路は、該風路の開口面積が前記外気吸込口から前記外気流入口に向けて徐々に小さくなるという構成を有するものであり、これにより所期の目的を達成するものである。

本発明によれば、熱交換器は、外気流入口から入った雨水が自重によって外気流出口へ移動するように、水平方向より下方に傾斜し、前記外気吸込口から前記外気流入口へ至る風路は、該風路の開口面積が前記外気吸込口から前記外気流入口に向けて徐々に小さくなるという構成を有するので、雨天時等に冷却装置を動作させた際、外気とともに冷却装置の内部の外気風路に入った雨水は、熱交換器の外気流出口から熱交換器の外部に排出される。

したがって、外気風路に雨水が滞留しにくくなり、雨水が発熱体収納箱の内部に浸入して電子機器としてのパワーコンディショナーに影響を及ぼす恐れを低減することができるので、信頼性が向上した冷却装置を得ることができる。

本発明の実施の形態１の発熱体収納箱と冷却装置とを設置した収納室の斜視図 同発熱体収納箱と冷却装置の斜視図 同発熱体収納箱と冷却装置の分解斜視図 （ａ）同冷却装置の左側面内部透視斜視図、（ｂ）同冷却装置の右側面内部透視斜視図 図４（ｂ）のＡ−Ａ’断面を示す構成図 同熱交換器の分解斜視図 同熱交換器の斜視図 同内気の流れおよび外気の流れを示す構成図

本発明の一態様に係る冷却装置は、発熱体収納箱の上部に設けられ、前記発熱体収納箱の内部の空気である内気を外気との熱交換により冷却する冷却装置であって、前記冷却装置は、熱交換器、内気吸込口、内気吹出口、外気吸込口、および外気吹出口を備え、前記熱交換器の内部に、外気風路と、内気風路とを備え、前記外気風路は前記外気吸込口と前記外気吹出口とそれぞれ連通しており、前記外気風路の下流側は、下流に向かうにつれて水平方向より下方に傾斜しているという構成を有する。

これにより、雨天時に冷却装置を動作させた際、外気とともに冷却装置の内部の外気風路に入った雨水は、外気風路の下流側が下流に向かうにつれて水平方向より下方に傾斜しているので、熱交換器の外気放出口から熱交換器の外部に排出される。

したがって、外気風路に雨水が滞留しにくくなり、雨水が発熱体収納箱の内部に浸入して電子機器としてのパワーコンディショナーに影響を及ぼす恐れを低減することができる。

また、前記内気吸込口と前記熱交換器の内気流入口を連通する内気通過孔ガイドを有し、前記内気通過孔ガイドにおいて、前記ケーシングの前記外気吹出口に近い側の前記内気通過孔ガイドの下端と前記熱交換器との距離よりも、前記ケーシングの内気吹出口に近い側の前記内気通過孔ガイドの下端と前記熱交換器との距離のほうが長いという構成にしてもよい。

これにより、熱交換器２４の内部において複数の内気風路の間で生じている圧力損失の差を緩和することができるものである。その結果、内気風路に接続されている内気送風機１８への流入気流の速度のばらつきを抑制することで、内気送風機１８を安定的に長期間稼働することができ、冷却装置の信頼性が向上するという効果を奏する。

また、熱交換器の上面は、ケーシングの内気吹出口に近い側よりもケーシングの外気吸込口に近い側が低いという構成にしてもよい。

これにより、雨天時に冷却装置を動作させた際、外気とともにケーシングの内部に入った雨滴が熱交換器の上面に落下して滞留水となったとしても、熱交換器の上面はケーシングの内気吹出口に近い側よりもケーシングの外気吸込口に近い側が低いので、ケーシングの外気吸込口から滞留水がケーシングの外部に排出される。

したがって、ケーシング内に雨水が滞留することが無いので、雨水が発熱体収納箱の内部に浸入して電子機器としてのパワーコンディショナーに影響を及ぼす恐れを低減することができる。

また、熱交換器の上面において、外気流入口の周縁部の少なくとも一辺に突出部を設けるという構成にしてもよい。

これにより、雨天時に冷却装置を動作させた際、外気とともにケーシングの内部に入った雨滴が熱交換器の上面に落下して滞留水となったとしても、熱交換器の上面において、外気流入口の周縁部の少なくとも一辺に突出部があることから、滞留水が外気流入口から熱交換器内部に浸入することが抑制される。

したがって、熱交換器内部に雨水が滞留することが無いので、雨水が発熱体収納箱の内部に浸入して電子機器としてのパワーコンディショナーに影響を及ぼす恐れを低減することができる。

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から図４に冷却装置の一実施形態を示す。

図１に示すように、冷却装置１は発熱体収納箱２の上部に設置されている。そして、冷却装置１および発熱体収納箱２は収納室３の内部に設置されている。発熱体収納箱２にはパワーコンディショナー等の発熱体（図示せず）が収納されている。

収納室３の内部は、床面と天井面と壁面とにより囲まれた気密性を有する空間である。収納室３の内部に設置された室内機４と、収納室３の外部に設置された室外機５により空調機６を構成している。

発熱体収納箱２の後面は収納室３の内壁面にほぼ平行に近接している。

発熱体収納箱２の前面に室内空気吸込口７が開口しており、収納室３の内部の空気を発熱体収納箱２の内部に吸込んでいる。

図２と図３に示すように、冷却装置１のケーシング１１はチャンバー部材８を介して発熱体収納箱２の上面に複数（本実施形態では左側に３個、右側に１個、合計４個）、発熱体収納箱２の前面より突出するように設けられている。チャンバー部材８にはケーシング１１の数量に応じた開口（本実施形態では左側に３個、右側に１個、合計４個）が内気通過孔９として設けられている。

図４に、冷却装置１の、（ａ）は内気送風機１８側から見て右斜め上から、（ｂ）は外気送風機１９側から見て左斜め上からの内部透視斜視図を示す。

図４に示すように、冷却装置１はケーシング１１の内部に熱交換器２４、内気送風機１８、および外気送風機１９を有している。

ケーシング１１の内部において、熱交換器２４と内気送風機１８の間に内気区画１６を、熱交換器２４と外気送風機１９の間に外気区画１７を備えている。

冷却装置１に内気送風機１８を設ける場合は、内気送風機仕切板１８ａで仕切られた内気送風機チャンバー１８ｂを構成してもよい。

外気送風機１９を設ける場合は、第一板部１９ｂおよび第二板部１９ｃからなる外気送風機仕切板１９ａで仕切られた外気送風機チャンバー１９ｄを構成してもよい。この場合、外気送風機仕切板１９ａはケーシング１１の一部となる。

外気送風機チャンバー１９ｄ内には２台の外気送風機１９を有し、外気風路仕切板２８で２台の外気送風機１９それぞれの風路を構成していてもよい。

ケーシング１１の後面の上側には外気吸込口１２が備えられ、外気送風機チャンバー１９ｄのケーシング１１後面の下側に外気吹出口１３が備えられている。

ケーシング１１の下面のうち、熱交換器２４の下部に相当する部分に内気吸込口３０が開口している。

発熱体収納箱２の前面より突出した、ケーシング１１の下面に、内気吹出口１４が開口している。

図５に、図４（ｂ）のＡ−Ａ’部分の断面を示す構成図を示す。

図５に示すように、ケーシング１１の内部には熱交換器２４が設けられている。熱交換器２４は、外気流入口５１、外気流出口５２、内気流入口５３、内気流出口５４を有している。

図６に示すように、熱交換器２４は、長方形状で合成樹脂製の第１の板体５５の表面上に、長方形状で合成樹脂製の第２の板体５６を、第２の板体５６の表面上に合成樹脂製の第３の板体５７を、第３の板体５７の表面上に合成樹脂製の第４の板体５８（（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で離した状態で図７のごとく重合させた構成としている。

図示しないが、この第１の板体５５、第２の板体５６、第３の板体５７、第４の板体５８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。第１の板体５５、第２の板体５６、第３の板体５７、第４の板体５８は左右方向を長くした長方形状となっている。第４の板体５８の表面において、整流壁は、外気流入口５１となる板体の一端から外気流出口５２となる他端側に向けて、途中で湾曲して伸延させている。第３の板体５７の表面では、整流壁は、内気流入口５３となる板体の一端から内気流出口５４となる他端側に向けて、途中で湾曲して伸延させている。このような整流壁を有する板体を積層することによって、板体上に略Ｌ字状の送風レーンが複数できることになる。このような熱交換器２４によれば、外気流入口５１と外気流出口５２を連通する外気風路と、内気流入口５３と内気流出口５４を連通する内気風路が、間に板体を介して交互に隣接している構成を得ることができる。図６において、外気風路は破線矢印で示し、内気風路は実線矢印で示す。

この様な構成により、熱交換器２４は、内気風路と外気風路が熱交換器２４の内部で板体を介して交互に隣接しているので、内気と外気は直接接触することなく、内気と外気の間で板体を介して熱交換を行うことができる。すなわち、熱交換器２４は、発熱体収納箱の内気と冷却装置の内部に取り込んだ屋外の外気との間で、空気の流通が無い状態で、発熱体収納箱の内気の熱を収納室の外部の屋外外気へ放熱する作用を示す積層型の顕熱交換器である。

そして、図７に示すように、複数の板体を重合させた熱交換器２４の上面側に、外気流入口５１が形成されており、外気吸込口１２を経由してケーシング１１内に吸引された外気は外気流入口５１から熱交換器２４内に流入する。熱交換器２４内に流入した空気は、図７の下部右側に示した外気流出口５２から外気区画１７内に流出する。なお、外気流出口５２は、外気区画１７および外気送風機１９を経由して外気吹出口１３と連通している。

図７に示すように、熱交換器２４の上面と外気流入口５１の周縁部の境界部分に突出部４２が設けられている。突出部４２は、熱交換器２４の上面において、板体の積層方向に長い板状部材の長辺の一端側をケーシング１１の上部方向に屈曲させた部材である。

上記構成において、図８を用いて冷却装置１の冷却作用を説明する。

発熱体収納箱２の内部において、図示しないパワーコンディショナー等の発熱体が作動すると発熱する。発熱により加熱された空気は、収納箱送風機７１または内気送風機１８の作用により、発熱体収納箱２の内気流出口１０からチャンバー部材８内へ流入する。収納箱送風機７１を設ける場合は、収納箱送風機７１は発熱体収納箱２の内気流出口１０に接続される。

チャンバー部材８内で水平方向に広がり整流された空気は内気通過孔９に挿入された内気通過孔ガイド４１からケーシング１１の熱交換器２４へ流入する。

熱交換器２４に流入した内気は、外気風路に隣接する内気風路を通過することにより、内気に比較して低温の外気により冷却される。冷却された内気は内気区画１６内を通過し、内気送風機１８に吸込まれ、９０度方向転換し、垂直下方向に吹出される。この内気の流れを図８の太実線矢印で示している。

このとき、発熱体収納箱２の室内空気吸込口７は発熱体収納箱２の前面下方に設けられているため、内気吹出口１４から発熱体収納箱２の前面に沿うように下向きに吹出された、冷却された空気を、室内空気吸込口７へ最短経路で供給できる。

すなわち、収納室３内の空気温度が少々高くても発熱体収納箱２には冷却装置１で冷却された空気をほぼ直接供給できるため、空調機６の設定温度を高くでき、省エネ効果を創出できる。

次に、図８に示すように、外気送風機１９の作用により外気吸込口１２に外気が吸い込まれる。吸い込まれた外気は図８に示す太破線矢印のように熱交換器２４を通過し、外気に比較して高温の内気により加熱される。加熱された外気は外気送風機１９に吸込まれ、９０度方向転換し、垂直下方向に吹出され、外気吹出口１３から収納室３の外に排出される。

すなわち、熱交換器２４は、内気風路と外気風路が熱交換器２４の内部で板体を介して交互に隣接していることで内気と外気の間で熱交換を行い、発熱体収納箱の内気の熱を収納室の外部の屋外外気へ放熱する作用を示す積層型の顕熱交換器である。

次に、図５から図８を用いて、本実施形態の特徴部分について説明する。

図６および図７において、外気は外気流入口５１から熱交換器２４の内部に入り、外気流出口５２から排出される。屋外の天候が雨天の場合には、雨水が外気とともに熱交換器２４の内部に入る可能性がある。本実施形態では、図８に示すように、外気風路の下流側は、下流に向かうにつれて水平方向より下方に向けて傾斜しているので、熱交換器２４の内部に入ってしまった雨水も、熱交換器２４の外気風路の内部で雨水の自重により外気流出口５２側に移動する。また、外気風路において、外気が外気流入口５１から外気流出口５２に流れていることから、その気流の作用により、熱交換器２４の内部に入った雨水が押し出される効果も得られる。

外気流出口５２から排出された雨水は、外気送風機１９の作用により外気とともに吸引されて、室外に排出される。または、外気流出口５２から排出された雨水を、外気区画１７の底部に一旦貯留しておき、図示しないドレンを開閉操作することにより室外に排出するようにしてもよい。

このような構成により、外気風路の内部に雨水が滞留しにくくなり、滞留した雨水が発熱体収納箱の内部に浸入して電子機器としてのパワーコンディショナー等に影響を及ぼす恐れを低減することができる。

発熱体収納箱の内気と、冷却装置の内部に取り込んだ屋外の外気との間で熱交換を行う冷却装置では、外気風路内に雨水を取り込む可能性を排除できないことから、本実施の形態で示すように、外気風路の内部に入った雨水を発熱体収納箱の内部に浸入させない構造は冷却装置の信頼性を向上するための高い効果を得ることができる。

また、図５および図８において、内気通過孔ガイド４１はその外周形状が内気通過孔９に相似の形状をしている。冷却装置１をチャンバー部材８の上部に設置する際に、内気通過孔ガイド４１は内気通過孔９に挿入され、熱交換器２４の内気流入口５３とチャンバー部材８の内部の空間を連通させるものである。内気通過孔ガイド４１の下端と熱交換器２４の距離は、ケーシング１１の外気吹出口１３に近い側の距離よりもケーシング１１の内気吹出口１４に近い側の距離のほうが長く、外気吹出口１３に近い側を内気が通過する際の圧力損失よりもケーシング１１の内気吹出口１４に近い側を通過する際の圧力損失のほうが大きい。

また、図６に示すように、第３の板体５７の表面には整流壁によりそれぞれが並列して配置された複数の内気風路が形成されている。複数の内気風路は、内気流入口５３における流入位置の違いにより風路の長さが異なっている。内気流入口５３において内気吹出口１４に近い側から流入した内気風路は、内気流入口５３において外気吹出口１３に近い側から流入した内気風路に比べてその風路の長さが短く、圧力損失も小さい。このような複数の内気風路の長さの違いは、第１の板体５５でも同様であり、複数の内気風路を形成する同形状の板体であれば同様に内気風路の長さには違いがある。

熱交換器２４の内部において、複数の内気風路の間でその長さに違いがあることから、複数の内気風路の間で圧力損失の差が生じている。

このような構成において、ケーシング１１の外気吹出口１３に近い側の内気通過孔ガイド４１の下端と熱交換器２４との距離よりも、ケーシング１１の内気吹出口１４に近い側の内気通過孔ガイド４１の下端と熱交換器２４との距離のほうが長い形状を有する内気通過孔ガイド４１を、熱交換器２４の内気流入口５３に装着することで、熱交換器２４の内部において複数の内気風路の間で生じている圧力損失の差を緩和することができる。

すなわち、内気流入口５３において内気吹出口１４に近い側から流入する内気風路は他の内気風路に比較して短いが、その上流において、ケーシング１１の内気吹出口１４に近い側の比較的長い内気通過孔ガイド４１を通過しており、一方、内気流入口５３において外気吹出口１３に近い側から流入する内気風路は他の内気風路に比較して長いが、その上流において、ケーシング１１の外気吹出口１３に近い側の比較的短い内気通過孔ガイド４１を通過している。

このように、内気通過孔ガイド４１において、内気通過孔ガイド４１の下端と熱交換器２４との距離を変化させることで、複数の内気風路の間で生じている圧力損失の差を緩和できるものである。

複数の内気風路間の圧力損失の差の緩和は、内気風路に接続されている内気送風機１８への流入気流の速度のばらつきを抑制することにつながり、その結果、内気送風機１８を安定的に稼働することができ、冷却装置の信頼性を向上することができる。

また、図５において、熱交換器２４の上面は、ケーシング１１の内気吹出口１４に近い側よりもケーシング１１の外気吸込口１２に近い側が低い。屋外の天候が雨天の場合に、熱交換器２４の上面に滴下された雨水は、熱交換器２４の上面が傾斜していることから雨水の自重により、外気吸込口１２側に移動するので、熱交換器２４の上面に滞留しにくくなる。

このような構成により、熱交換器２４の上面に雨水が滞留しにくくなり、滞留した雨水が発熱体収納箱の内部に浸入して電子機器としてのパワーコンディショナー等に影響を及ぼす恐れを低減することができる。

また、図７において、熱交換器２４の上面で外気流入口５１の境界部分に突出部４２を設けている。屋外の天候が雨天の場合に、熱交換器２４の上面に滴下されて滞留した雨水は、外気吸込口１２から外気流入口５１へ外気が流れていることから、その気流の作用により、熱交換器２４の上面を外気流入口５１側に移動する可能性がある。本実施の形態の構造であれば、突出部４２が熱交換器２４の上面からケーシング１１の上部方向に屈曲しているので、熱交換器２４の上面に滴下されて滞留した雨水が外気流入口５１から熱交換器２４の内部に浸入することを抑制することができる。

なお、本実施の形態では、冷却装置１のケーシング１１はチャンバー部材８を介して発熱体収納箱２の上面に設置されているとしたが、チャンバー部材８を介さずに、発熱体収納箱２の上面に冷却装置１を設置してもよく、発熱体収納箱２の内気が冷却装置１に吸引されるような設置方法であれば同様の効果を得ることができるものである。

また、本実施の形態では、突出部４２は板状部材熱を熱交換器２４の上面からケーシング１１の上部方向に屈曲させた部材であるとしたが、この形状に限ったものではなく、熱交換器の上面の滞留水が熱交換器内部に浸入することを抑制する作用を示す形状であれば、同様の効果を得ることができるものである。

また、本実施の形態では、突出部４２は熱交換器２４の上面で外気流入口５１の境界部分に相当する部分に設けるとしたが、この位置に限ったものではなく、外気流入口５１の周縁部の他の辺にも突出部４２を設けることで、雨水が外気流入口５１から熱交換器２４の内部に浸入することをさらに抑制することができる。

また、実施の形態で述べた構成は、一例を示したものであり、収納室３、空調機６、チャンバー部材８、内気送風機１８、外気送風機１９、収納箱送風機７１などは必須の構成ではない。

また、チャンバー部材８の内部上面に、チャンバー部材８を補強する補強部を有していてもよい。

また、図３に示すように、チャンバー部材８には、収納箱送風機７１の上方に相当する部分に取り外し可能なカバーが設けられているが、この構成に限ったものではない。収納箱送風機７１は、チャンバー部材８の内部ではなく、発熱体収納箱２の内部に設けてもよい。

また、実施の形態の発明は、発熱体収納箱２を冷却する冷却装置１に関するものであるため、発熱体収納箱２自体は冷却装置１の構成に含まれていなくてもよい。

本発明に係る冷却装置は、信頼性が向上した冷却装置等として有用である。

１ 冷却装置
２ 発熱体収納箱
３ 収納室
４ 室内機
５ 室外機
６ 空調機
７ 室内空気吸込口
８ チャンバー部材
９ 内気通過孔
１０ 内気流出口
１１ ケーシング
１２ 外気吸込口
１３ 外気吹出口
１４ 内気吹出口
１６ 内気区画
１７ 外気区画
１８ 内気送風機
１８ａ 内気送風機仕切板
１８ｂ 内気送風機チャンバー
１９ 外気送風機
１９ａ 外気送風機仕切板
１９ｂ 第一板部
１９ｃ 第二板部
１９ｄ 外気送風機チャンバー
２４ 熱交換器
２８ 外気風路仕切板
３０ 内気吸込口
４１ 内気通過孔ガイド
４２ 突出部
５１ 外気流入口
５２ 外気流出口
５３ 内気流入口
５４ 内気流出口
５５ 第１の板体
５６ 第２の板体
５７ 第３の板体
５８ 第４の板体
７１ 収納箱送風機

Claims (2)

1. 床面と天井面と壁面とにより囲まれた気密性を有する収納室の内周側空間に配置される発熱体収納箱の内部の空気である内気を前記収納室の外部の空気である外気との熱交換により冷却する冷却装置であって、
   前記冷却装置は、
   ケーシングと、
   内気吸込口と、
   内気吹出口と、
   外気吸込口と、
   外気吹出口と、
   前記内気吸込口から前記内気吹出口へ搬送される前記内気と、前記外気吸込口から前記外気吹出口へ搬送される前記外気との間で熱交換するための熱交換器と、
   を備え、
   前記ケーシングは、
   前記熱交換器を内包し、
   前記熱交換器は、
   前記外気吸込口から吸い込まれた前記外気を流入するための外気流入口と、
   前記外気流入口から流入した前記外気を流出するための外気流出口と、
   を備え、
   前記外気流入口から入った雨水が自重によって前記外気流出口へ移動するように、水平方向より下方に傾斜し、
   前記外気吸込口から前記外気流入口へ至る風路は、
   該風路の開口面積が前記外気吸込口から前記外気流入口に向けて徐々に小さくなることを特徴とする冷却装置。
2. 前記熱交換器において、前記外気流入口の周縁部の少なくとも一辺に突出部を設けたことを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
   

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