JP6904243B2 - 移動体用アンテナ装置 - Google Patents

Description

本発明は、移動体に搭載される移動体用アンテナ装置の冷却に関する。

サテライトからの信号を航空機で受信するためのアンテナ装置として、航空機の外部に装着されたアクティブアレイ型のフェーズドアレイアンテナがある。特許文献１には、そのようなアンテナ装置として航空機の外板にアダプタプレートで装着された構造のものが示されている。このアンテナ装置は、複数のアンテナ導波管と、その複数のアンテナ導波管のそれぞれに対応した位置に送受信の信号を増幅する電子モジュールと、を有する。

また、特許文献２には、航空機などの移動体の表面に設置される面型アクティブフェーズドアレイアンテナ装置が示されている。このアンテナ装置は、基板の一面側に配列した複数のアンテナ素子と、基板を挟んで複数のアンテナ素子と重ならない位置で基板の他面側に配置された複数の電子モジュールと、アンテナ素子を収容する部分に孔を有して基板の一面側と密着する外装板と、を備えた構造を有する。この構造によれば、電子モジュールの熱は基板と外装板とに伝わり、移動体の移動に伴って外装板の一面を流れる気流によって放熱される。

特表２０００−５０２５３０号公報 特開２００８−１６７０２０号公報

近年、飛行機や鉄道といった移動体内でも衛星回線等を用いたインターネットサービスが利用可能になっている。しかし、通信回線の容量が少ないこともあり画像などのコンテンツを快適に扱うのは困難な状況である。アンテナの設置スペースが限られるなかで十分な回線速度を得るためには、信号の高周波数化やアンテナ素子の高集積化が必要になる。しかし高周波数化、高集積化に伴って発熱密度が著しく増加するため、素子の信頼性を確保する上で冷却が重要になる。

特許文献１または特許文献２のような構造では、移動体が移動している場合は、気流によるアンテナ装置の冷却は比較的容易である。しかしながら、移動体が停止している場合には風による冷却ができず、または、外気が高温である場合も十分な放熱ができないという問題があった。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、移動体が停止している状態でも安定した冷却ができ、かつ、移動している状態でも効率的な冷却を行えることを目的としている。

本発明の移動体用アンテナ装置は、
移動体の外板より外部に設置されるアンテナモジュールと、
前記アンテナモジュールの外側を覆うレドームと
前記アンテナモジュールに接して前記アンテナモジュールが発生する熱を受ける受熱部と、
前記受熱部の熱を前記レドームの外に導いて前記移動体の外部に放熱させる外部放熱部と
、
受熱部の熱を流体によって移動体の前記外板より内部に運び、移動体の内部で放熱させる内部放熱部と、
を備え、
前記内部放熱部は、
前記外板に開けられた穴を通る配管または接続部品を含み、前記流体を前記移動体の内部と外部との間で循環するための内外循環管路と、
前記内外循環管路を流れる前記流体の熱を前記移動体の内部で放熱させる内部放熱器と、
前記内部放熱部における前記流体の流れを変化させる制御器と、
を有し、
前記制御器で前記流体の流れを変化させることにより前記受熱部の熱を前記移動体の外部で放熱する外部放熱と内部への放熱する内部放熱との割合を可変とする。

本発明の移動体用アンテナ装置は制御器により前記流体の流れを変化させることにより、前記受熱部の熱を前記移動体の外部に放熱する割合と内部に放熱する割合とを可変とするので、移動体が停止している状態でも安定した冷却ができ、かつ、移動している状態でも効率的な冷却を行える。

本発明の実施の形態１に係る移動体用アンテナ装置１００の構造を模式的に示した断面図である。 本発明の実施の形態１に係る移動体用アンテナ装置のアンテナモジュール１の模式図である。 本発明の実施の形態１に係る移動体用アンテナ装置の熱交換器６の構造例を示した斜視図である。 本発明の実施の形態２に係る移動体用アンテナ装置の構造を模式的に示した断面図である。 本発明の実施の形態２に係る移動体用アンテナ装置の内部構造を示す断面図である。 本発明の実施の形態２に係る移動体用アンテナ装置のアンテナアダプタ１１の一例を示す組立図である。 本発明の実施の形態２に係る移動体用アンテナ装置の使用状態を示す断面図である。 本発明の実施の形態２に係る移動体用アンテナ装置の使用状態を示す断面図である。 本発明の実施の形態３に係る移動体用アンテナ装置１０２を示す断面図である。 本発明の実施の形態３に係る移動体用アンテナ装置１０２の制御に使用される各検出手段と各電磁弁の電気配線図である。

以下の実施の形態では、本発明に係る気液分離器について図面を参照して説明する。異なる実施の形態において同一または相当の要素は同一符号で説明し、詳細な説明をくり返さないものとする。

＜実施の形態１＞
図１は本発明の実施の形態１に係る移動体用アンテナ装置の構造を模式的に示した断面図である。実施の形態１の移動体用アンテナ装置１００は、移動体の外部に設置されるアンテナモジュール１と、アンテナモジュール１の外側を覆うレドーム９と、アンテナモジュール１の冷却装置と、を含む。

移動体８の外板７の外側表面には、アンテナアダプタ１１が固定されて、アンテナモジュール１、レドーム９はアンテナアダプタ１１の上に固定される。移動体８が航空機であれば外板７は曲面になった薄い軽金属、繊維強化樹脂などの材料からなる。アンテナアダプタ１１は、そのような外板７の曲面の表面形状に、アンテナモジュール１を利用に適した向きに配置させ、かつ、移動体用アンテナ装置１００全体を薄い外板７に搭載するための基材である。アンテナモジュール１は、格子状、板状の金属材などで形成される。アンテナモジュール１はレドーム９とアンテナアダプタ１１との間に挟まれた空間内に設置され、外部から保護される。アンテナアダプタ１１は移動体８の外板７にボルトなどによって脱着可能な状態で固定され、移動体用アンテナ装置１００が故障した場合などは容易に取り外せるようにされる。また、移動体用アンテナ装置１００は外板７に直接固定されずに、移動体の外部に露出する他の機材の上に固定されるようにしても良い。

レドーム９はアンテナモジュール１を覆って保護するものであり、航空機などの高速の移動体８で生じる風圧に耐え、かつ、電波を透過しやすい材料、強化された樹脂材料などが使用できる。なお、無線電波が通過する必要が無い部位には金属などを使用しても良い。また、レドーム９は移動体８で生じる気流に対して空気抵抗が小さくなる形状とするとよい。

図２は本発明の実施の形態１に係る移動体用アンテナ装置のアンテナモジュール１の模式図であり、アンテナモジュール１が面型アクティブフェーズドアレイアンテナである場合の構成例を示す。アンテナモジュール１は、送信モジュール１２および受信モジュール１３で構成される。送信モジュール１２および受信モジュール１３は、それぞれ移動体８の外板７に設けられた接続端子１７を介して、移動体内部に設置された電源１４およびモデム１５と電気的に接続される。

面型アクティブフェーズドアレイアンテナでは、送信モジュール１２および受信モジュール１３はそれぞれ通信用ＩＣ１８、配線基板などで構成される。送信モジュール１２および受信モジュール１３は、それらの面上にアンテナ開口２として格子状に配置されたアンテナ素子１９を有している。アンテナ素子１９から送信される無線電波、またはアンテナ素子１９で受信する無線電波は、レドーム９を介してサテライト、基地局などの通信対象との間で送受信される。

アンテナモジュール１の熱、特に通信用ＩＣ１８からの熱を冷却するため、アンテナモジュール１を冷却する冷却装置が設けられる。冷却装置はアンテナモジュール１の熱を移動体８の外部に放出する外部放熱部と、移動体８の内部に放出する内部放熱部とで構成される。図１に示すように、アンテナモジュール１に隣接して熱を受ける受熱部５を設け、外部放熱部、内部放熱部はそれぞれ受熱部５の熱を放熱するように接続される。受熱部５は、高熱伝導材料、たとえば、銅、アルミニウム、セラミックス、などで構成された、板、ブロックなどである。

外部放熱部は、移動体８の外部にあって、レドーム９の外に露出する外部放熱器と受熱部５から放熱部まで熱を伝える熱伝導部材とを有する。本実施の形態１のアンテナアダプタ１１はアルミニウムなどの高熱伝導材料で構成され、かつ、レドーム９の周囲の外まで延在する。すなわち、レドーム９の周囲の外にはみ出て外部に露出した部位が外部放熱器であり、受熱部５から露出部位まで繋がる部位が熱伝導部材として機能する。受熱部５は熱伝導率の高い金属で構成されているアンテナアダプタ１１と接続されているため、移動体表面の外板７、レドーム９に熱を効率よく伝熱させることも可能である。

アンテナモジュール１は受熱部５の一面に熱伝導シート等を介して載せられ、受熱部５はアンテナモジュール１と反対の他面側をアンテナアダプタ１１に固定されている。アンテナモジュール１で最も発熱量の多い通信用ＩＣ１８はアンテナ開口２と対向する面を放熱面とし、受熱部５と熱的に接続される。

このような構成により、受熱部５からの熱を外部放熱器から外気に放熱することができる。レドーム９の内部でも受熱部５等からの放熱が生じるが、一般にレドーム９は熱伝導の悪い材料であり、レドーム９を介して放熱することは困難である。従って、本実施の形態１のようにレドーム９の外側の外部放熱器まで高熱伝導材料を延在させて放熱させる構成が好ましい。

なお、本実施の形態１では外部放熱部を一体のアンテナアダプタ１１で構成したが、複数の高熱伝導材料を接続する構成としても良く、また、受熱部５とアンテナアダプタ１１とを一体の部材で構成しても良い。また、外部放熱器はアンテナ素子１９から通信対象との間で行き交う無線電波を遮らない位置であれば、任意の位置、形状に変更可能である。外板７が良熱伝導の金属材料であれば、レドーム９の外側の外板７を外部放熱器の一部として利用しても良い。たとえば、レドーム９の内部の熱を伝える部材を外板７よりも熱伝導の良い材料、または断面積の大きい熱伝導材料を用いて、レドーム９およびアンテナアダプタ１１の外側の外板７に熱が伝わるようにして、外板７から放熱するようにしても良い。

次に、内部放熱部について説明する。内部放熱部は、受熱部５の熱を流体によって移動体８の内部に運び、移動体８の内部で放熱させる装置である。内部放熱部は、流体を移動体８の内部と外部との間で循環するための内外循環管路Ｐと、内外循環管路Ｐを流れる流体の熱を移動体８の内部で放熱させる内部放熱器と、を有する。内部放熱部は、さらに、流体の流れを変化させる制御器を有する。

図１に示された典型的な構成例において、内部放熱部の内部放熱器は移動体８内の空気と熱交換することで流体の熱を放熱する熱交換器６である。熱交換器６はアルミニウム、銅、セラミックスなどの良熱伝導材料で形成される。この熱交換器６、また、受熱部５は内部に流体が通過する内部流路１６が形成され、内部流路１６を流れる流体から、良熱伝導材料に伝わった熱を外側表面の空気に伝えることで放熱する。また、熱交換器６、受熱部５の内部または表面に配管が接合されることによって熱交換するようにしても良く、熱交換器６は配管にフィンを付けた構造のものであってもよい。また、内部放熱器として、単純な熱交換器６のかわりに、さらに別の流体が循環する、たとえば冷媒回路などを用いても良い。

内部放熱部の内外循環管路Ｐは、移動体８の外部にあって受熱部５から熱交換器６に向かって流体が流れる第一の配管３ａ、熱交換器６から受熱部５に向かって流体が流れる第二の配管３ｂ、移動体８の内部にあって熱交換器６に流体を導く内部配管３ｃ等を接続して構成される。内外循環管路Ｐは、これらの配管の途中または接続部に、流体の移動を促進させるポンプ４、バルブなどが組み込まれて、流体が循環するようにされる。内外循環管路Ｐは外板７に開けられた小径の穴を通る配管または接続部品で構成されるので、外板７に大きな開口を形成することを不要とする。

内部放熱部の制御器は流体の移動を促進させるポンプ４、流れの抵抗、方向等を変化させるバルブ、たとえば開閉弁１０ａ、１０ｂなど、であり、それらの１つまたは複数を組み合わせて構成される。これらの制御器は、たとえば電力の供給の変化によって流体の流れを変化させることができるものである。また、制御器は移動体８に設置した制御装置５０によって動作が制御される。制御装置５０は移動体内外のセンサー、装置の信号、作業者によるスイッチの操作等に基づいて制御器を動作させる。

受熱部５から熱交換器６に向かう配管、熱交換器６から受熱部５に向かう配管は、移動体８の外部と内部とで分割可能とされる。本実施の形態１では外板７に設けた穴に開閉弁１０ａ、１０ｂを固定して、開閉弁１０ａ、１０ｂを介して内外の配管を接続する。開閉弁１０ａ、１０ｂは継ぎ手構造を有して、内外の配管が着脱可能に接続される。

受熱部５の内部に形成されている内部流路１６は、受熱部５の外部に面して２箇所の開口を設けてあり、それぞれ第一の配管３ａおよび第二の配管３ｂと接続される。第一の配管３ａの一端は、移動体表面の外板７に固定された第一の開閉弁１０ａに接続される。第二の配管３ｂは途中でポンプ４を介して、一端が外板７に固定された第二の開閉弁１０ｂに接続される。ポンプ４は流体を第二の配管３ｂから受熱部５を経て第一の配管３ａへ流れるような動力を供給する。なお、ポンプ４は外板７の外部、内部のいずれに設置しても良い。図１のように、ポンプ４を外部に設置すると、移動体８の外部からの交換作業が容易となる。また、ポンプ４は第一の配管３ａに設置されても良い。第一の配管３ａおよび第二の配管３ｂは金属などの外圧による変形が生じない材料で形成された堅牢なものを用いると良く、機体の変形に対応できる伸縮機能を有することが望ましい。

第一の配管３ａと第一の開閉弁１０ａと、また、第二の配管３ｂと第二の開閉弁１０ｂとは、それぞれ脱着が可能である。アンテナアダプタ１１を外板７から取り外す際は、第一の配管３ａと第一の開閉弁１０ａおよび第二の配管３ｂと第二の開閉弁１０ｂをそれぞれ切り離す。

移動体８の内部には、熱交換器６および内部配管３ｃが配置されている。熱交換器６には流体の流入出口が２箇所設けられており、内部配管３ｃによって、１つの熱交換器６の流入出口は第一の開閉弁１０ａと接続され、もう１つの流入出口は第二の開閉弁１０ｂと接続されている。

図３は本発明の実施の形態１に係る移動体用アンテナ装置の熱交換器６の構造例を示した斜視図である。図の熱交換器６は銅、アルミなどの高熱伝導材料で成り、基材と基材の一面に形成されたフィンで構成される。内部流路１６は基材の内部を蛇行しながら貫通する。図中の破線２０は流体が熱交換器６の内部を蛇行して流れる様子を示す。フィンは移動体８内部の空気との伝熱面積を大きくして放熱効果を高める。フィンの形状は移動体の内部８の空気と効率よく熱交換が出来るのならば図の形状に限ったものではない。また、熱交換器６にファン等を設けてフィンに冷却風を流すようにしても良い。

ポンプ４、第一の開閉弁１０ａ、第二の開閉弁１０ｂのいずれかは、その動作によって内部放熱部の流体の流れを変化させることができる。すなわち、これらのいずれか、または全てが流体の流れを変化させる制御器である。第一の開閉弁１０ａ、第二の開閉弁１０ｂは流れを完全に止めることができる遮断弁であっても良い。なお、第一の開閉弁１０ａ、第二の開閉弁１０ｂのいずれかが遮断されて流体が循環できない状態ではポンプ４が停止されるようにされるとよい。ポンプ４はオン、オフの動作だけでなく、駆動部分の周波数を変化させて流量を連続的、または複数のステップで段階的に変化できるものであっても良い。

また、制御器として弁の開度を連続的、または多段に変化可能な流量調整弁を内外循環管路Ｐの途中に設けても良い。制御器はその開閉、運転等を、移動体８の移動状況、移動体８の内外の温度の違い、装置の異常信号などの条件、または手動による信号によって、変化させることができる。

また、内外循環管路Ｐを、途中に枝分かれを設けることで複数の循環管路を含むように構成し、特定の循環管路にのみ流体が流れるようにしたり、複数の循環管路を流れる流量比を変化させるようにしたりしても良い。たとえば、流体が複数の内外循環管路のいずれに循環するかを切り替える切替弁を枝分かれの箇所に制御器として設置してもよい。

流体は、ポンプ４が停止して受熱部５が高温の状態となっても沸騰、分解せず液体状態で保たれる材料であることが望ましい。また、移動体８の表面の温度が低い場合でも、例えば移動体８が航空機であれば、飛行中の航空機の表面温度、または寒冷地を通行する移動体８の表面温度でも凝固、凍結せず、液体状態で保たれる材料が望ましい。さらに、不燃性の材料、温暖化係数の小さい材料であれば、さらに良い。流体の一部に気体が含まれた状態で循環するようにしても良い。

通信用ＩＣ１８などの半導体素子は耐久性を確保するためには高負荷動作時もジャンクション温度を１００℃程度に維持させることが求められる。従って、内部放熱部を停止した、外部放熱器だけを用いる場合には受熱部５が８０℃近くに上昇する可能性がある。そこで、例えば、移動体８が航空機であれば、凝固点が−３０℃以下、かつ、沸点が８０℃以上、不燃性の液体を用いることが望ましい。さらに、凝固点が−５０℃以下、かつ、沸点が１００℃以上であれば、凝固、沸騰する可能性が低下するのでさらに良い。また、冷却液の材料として、例えば、ハイドロフルオロカーボン、パーフルオロカーボン、パーフルオロポリエーテル、ハイドロフルオロエーテル等の材料を使用することができる。なお、移動体８の使用される条件等によって、他の流体を用いてもよい。

次に、本発明の実施の形態１に係る移動体用アンテナ装置の動作について説明する。移動体用アンテナ装置１００は移動体８とサテライトまたは基地局との間で送受信すべき信号を通信用ＩＣ１８で増幅し、無線電波としてアンテナ素子１９から放出する。アレイ状に配列された複数のアンテナ素子１９の位相を制御することで、送受信する無線電波の指向方位を変化させる。信号の増幅時に通信用ＩＣは発熱する。受熱部５は通信用ＩＣ１８に隣接して、通信用ＩＣ１８で発生した熱を受ける。受熱部５が受けた熱は、受熱部５が接するアンテナアダプタ１１に伝わって、レドーム９の外部まで伝わって放熱される。また、受熱部５が受けた熱はポンプ４の駆動によって内外循環管路Ｐに流れる流体に伝わる。流体は外板７の穴を貫通する内外循環管路Ｐの中を流れて移動体８内部に入る。移動体８内部で内部配管３ｃを流れた流体は熱交換器６の内部流路１６に入って、熱交換器６の基材に熱を伝える。基材に伝わった熱はフィンに伝わった後、フィンの表面で移動体８の内部の空気に伝わる。移動体８の内部の空気が流体よりも低温の場合、受熱部５で暖められた流体は、熱交換器６を経て温度が下がり、再び移動体８外部に出て受熱部５に戻る。このようにして、移動体用アンテナ装置１００ないで発生した熱は、移動体８の外部および内部で放熱することができる。

熱交換器６が移動体８の内部に配置されているため、移動体８の外側に必要以上に機器を設置することがなく、流体による高い熱伝導性によりアンテナアダプタ１１の高さを薄くすることも可能であり、高速で移動する移動体８などでも空力圧損が増えることがない。

移動体用アンテナ装置では、通信用ＩＣ１８などの半導体素子は耐久性を確保するために高負荷動作時もジャンクション温度を１００℃程度に維持させることが求められることがある。レドーム９内の発熱が数百Ｗ程度の発熱であるならば、放熱経路の熱抵抗を減らすことで、夏場の外気との少ない温度差（たとえば５０℃程度）でも外部放熱器のみでアンテナアダプタ１１を介して放熱させることが可能かもしれない。しかしながら、キロＷ級の発熱がある場合は、一般的には自然対流のみで通信用ＩＣの温度を規定値以下に維持させるのは困難である。

ところで、航空機や鉄道といった旅客用の移動体８の内部は乗客が快適でいられるように空調が行われていることが多い。そのため外気温度が相対的に高くなる夏季などは、移動体８の内部温度が外気温よりも低く設定されることになる。例えば外気温度が５０℃に対して移動体８の内部温度が２０℃に維持されているとする。このとき、仮に発熱体からの放熱経路を外気から移動体８の内に変更することが出来れば、ジャンクション部と外気との許容温度勾配は１．６倍になる。つまり、流体を用いて受熱部５と移動体８内に設置された熱交換器６をつなぐことで、放熱経路の熱抵抗を低く抑えることが可能であり、通信用ＩＣ１８のジャンクション温度を低くすることが可能になる。このように、本実施の形態１の移動体用アンテナ装置１００は、内部放熱部を備えているため、外気の温度が高い、または、移動体８が停止している状態でも安定した冷却ができる。

一方、外気温度が低い場合や、移動体８が移動することでレドーム９付近に速い流速の走行風を得られる場合には、ポンプ４の電力を使い流体を循環させなくても十分な冷却性能が得られる場合がある。そのような場合には、ポンプ４を停止することにより、電力消費を低減でき、また、ポンプ４の寿命を長くすることもできる。従って、本実施の形態１の移動体用アンテナ装置１００は移動している状態でも効率的な冷却を行える。

たとえば、制御器（ポンプ４）は移動体８の外部の外気温度または移動体８の表面の温度が、移動体８の内部の温度よりも低い場合に内外循環管路Ｐの流体の流れを止め、移動体８の外部の外気温度または移動体８の表面の温度が、移動体８の内部の温度よりも高い場合に流体の流れを許容するように様にされていると良い。たとえば、温度センサーが測定した外気温度または移動体８の表面の温度と移動体８の内部の温度センサーが測定した温度とを比較して、制御器（ポンプ４）の動作が制御されるように構成されると良い。

または、制御器（ポンプ４）は移動体８の移動時に内外循環管路Ｐの流体の流れを止め、移動体８の停止時に流体の流れを許容する様にされていると良い。制御器（ポンプ４）の動作が移動体８の移動、停止の信号を受けて、制御されるように構成されるとよい。

また上記の内外の温度、移動体８の移動状態など複数の条件を組み合わせても良く、外部放熱器のみで冷却能力を確保できる条件で制御器（ポンプ４）を停止し、外部放熱器のみで冷却能力を確保できない条件では制御器（ポンプ４）を動作するようにすると良い。また、上記で述べた移動体８の表面の温度と、移動体８の移動など、複数の条件をもとに流れを制御する場合には、どちらの条件を優先するか等、あらかじめ設定しておくと良い。

以上のように、本実施の形態１の移動体用アンテナ装置１００は制御器で流体の流れを変化させることにより、受熱部５の熱を移動体８の外部に放熱する外部放熱と、移動体８の内部への放熱する内部放熱との割合を可変とすることができる。ポンプ４がオンオフのみ、バルブが開閉のみの動作であれば、外部放熱のみ、または外部放熱と内部放熱とを併用するように切り替えることができる。また、ポンプ４の回転数、バルブの開度、などが連続的に変化で切るものを用いれば、割合を連続的に変化させることもできる。

本実施の形態１の移動体用アンテナ装置１００では、さらに内外循環管路に、移動体８の外部から内部への流れを遮断可能な第一の開閉弁１０ａ、および移動体８の内部から外部への流れを遮断可能な第二の開閉弁１０ｂを有し、第一の開閉弁１０ａと第二の開閉弁１０ｂとが移動体８の外部と内部とを仕切る外板７に固定される。このため、内外循環管路が破損するなどした場合でも、第一の開閉弁１０ａと第二の開閉弁１０ｂとを閉じることによって流体の流出を低減することができる。

移動体８が航空機の場合、移動体用アンテナは移動体８の外部に配置されているため、バードストライク、落雷などの外的要因にて破損することがある。航空機では、上空１００００メートルを超える低圧環境でも乗客が快適で居られるように、客室内は与圧されている。また、移動体８が鉄道である場合も、トンネル通過時の耳の気圧障害対策として、移動体８内部の気密性を高めている場合がある。このような気密構造を有する移動体８の場合に、内外循環管路Ｐの室内外の配管に同時に不具合が発生してしまった場合には、移動体８の内外が貫通してしまう可能性がある。

これに対して、本実施の形態１では、設置機器に問題が生じた場合にも、第一の開閉弁１０ａと第二の開閉弁１０ｂとを閉めることによって、移動体８の内外が貫通するリスクを大幅に低減させることが可能になる。

第一の開閉弁１０ａと第二の開閉弁１０ｂとは電気的駆動弁として、遠隔操作が可能とすると良い。移動体８の運転者の判断に基づき弁の開閉を運転席等から遠隔操作によって開閉操作できるようにすると良い。また、移動体８の他機器が出力する情報をもとに、直接に自動的に弁の開閉が行われるようにしてもよい。

移動体用アンテナ装置１００では外板７に固定した第一の開閉弁１０ａおよび第二の開閉弁１０ｂを介して移動体８内外で配管が引き廻されている。第一の開閉弁１０ａは第一の配管３ａと、第二の開閉弁１０ｂは第二の配管３ｂとそれぞれ切り離しが可能な構造であるので、移動体８の外部の装置一式を取り外し、容易に交換することが可能である。

また、移動体８の内部配管３ｃと第一の開閉弁１０ａおよび第二の開閉弁１０ｂは固定してあるため、脱着に起因する接合部の不具合が発生しにくく、移動体８の内部に流体が漏れ出すことがない。

なお、第一の開閉弁１０ａおよび第二の開閉弁１０ｂの一方または両方を、電気的駆動弁のかわりに、圧力差で開閉する弁、差圧動作弁、逆止弁、等としても良い。たとえば、移動体８の内部が外部より圧力が高い条件で使われることが多い航空機などでは、第一の開閉弁１０ａの替わりに移動体８の外部から内部への流れを許容し、逆方向の流れを閉じる逆止弁を用いても良い。また、移動体８の内外が貫通するリスクが重大でなければ、第一の開閉弁１０ａおよび第二の開閉弁１０ｂの一方または両方を省略しても良い。

＜実施の形態２＞
図４は本発明の実施の形態２に係る移動体用アンテナ装置の構造を模式的に示した断面図である。図５は本発明の実施の形態２に係る移動体用アンテナ装置の内部構造を示す断面図であり、図４のＡ−Ａ’断面を示す。本実施の形態２の移動体用アンテナ装置１０１は実施の形態１の移動体用アンテナ装置の構成に加えて、流体が移動体８の外部のみを循環するための外部循環管路Ｑを備えている。この外部循環管路Ｑは外部放熱部に含まれる。

外部循環管路は、レドーム周囲を巡るように配置された第三の配管３ｄと、受熱部５に隣接または貫通して受熱部５からの熱を流体に移す部分とを含む。本実施の形態２では受熱部５からの熱を流体に移す部分は、実施の形態１で示した移動体８の内外で熱を循環させる内外循環管路Ｐと共用として、受熱部５からの熱を移動する前後の部分で第三の配管３ｄと移動体８の内部に出入りする管路とを分岐するようにした。このため、外部循環管路Ｑを流体が循環する動力源として、内外循環管路Ｐのポンプ４を共用することができ、構成が簡単となる。ポンプ４は外部循環管路Ｑと内外循環管路Ｐとが共用する受熱部５の管路に設置される。

なお、外部循環管路Ｑは内外循環管路Ｐと独立し、ポンプ４とは別のポンプを備えていても良い。その場合、それぞれの流体の循環は独立して制御できるので、利用状況に合わせて多彩な制御が可能となる。また、内外での冷却特性に合わせて異なる流体を用いることも可能となる。

また、本実施の形態２では外部循環管路Ｑと内外循環管路Ｐとの分岐部に流路切替弁２１を設けた。流路切替弁２１は、受熱部５からの熱を受けた流体が移動体８の内部に出入りするか、外部循環管路Ｑを循環するか、を切り替える。本実施の形態２ではポンプ４と流路切替弁２１とが、流体の流れ方を変化させる制御器である。流路切替弁２１、第一の開閉弁１０ａおよび第二の開閉弁１０ｂは流路の開閉を遠隔操作できるものとするとよい。

また、流路切替弁２１を設けずに、流体が内外循環管路Ｐと外部循環管路Ｑとに循環可能とした上で、第一の開閉弁１０ａおよび第二の開閉弁１０ｂの一方または両方を閉じることで内外循環管路Ｐへの循環を停止可能としても良い。その場合、ポンプ４と第一の開閉弁１０ａ、第二の開閉弁１０ｂが、流体の流れ方を変化させる制御器である。制御器として外部循環管路Ｑに開閉弁、流量調整弁を設けて流れに変化を生じさせても良い。

第三の配管３ｄはレドーム９の外周に接するように敷設された配管であり、第一の配管３ａおよび第二の配管３ｂを介して受熱部５とつながっている。図の例では第三の配管３ｄが外気に露出しており、すなわち第三の配管３ｄが外部放熱部の放熱器となっている。第三の配管３ｄが、アンテナモジュールの外側に接していれば良く、例えばアンテナアダプタ１１の外周に接するように敷設してもよい。または、第三の配管３ｄが直接外部に露出せずに、金属製の放熱部に覆われていてもよく、すなわち放熱器まで熱を伝える熱伝導部材となっていても良い。

流路切替弁２１は、第一の配管３ａと第三の配管３ｄの接合箇所および第二の配管３ｂと第三の配管３ｄの接合箇所に配置されている。流路切替弁２１は、受熱部５から流出した流体の流れる方向を、第三の配管３ｄに流通する方向か、または熱交換器６に流通する方向か、のいずれかに切り替える。

図６は本発明の実施の形態２に係る移動体用アンテナ装置のアンテナアダプタ１１の一例を示す組立図である。アンテナアダプタ１１は内部の一部がくり貫かれて軽量化された格子状の構造を有する。アンテナアダプタ１１は、その格子に設けた孔２５と移動体８の外板７上に設けた支持具２４とをボルトなどで締結することにより移動体８に固定される。アンテナアダプタ１１には第一の配管３ａおよび第二の配管３ｂが接続された受熱部５が載せられる。外板７の上に固定された第一の開閉弁１０ａ、第二の開閉弁１０ｂは、それぞれ第一の配管３ａ、第二の配管３ｂと切り離し可能とされ、アンテナアダプタ１１を外板７から取り外し容易とされている。

このように、アンテナアダプタ１１を格子状の骨組みにて構成することで、高い機械的強度と軽量化の両立が期待できる。しかし、このような構造のアンテナアダプタ１１は、熱伝導の断面積が減少するため、上面に固定される受熱部５と外板７または受熱部５とアンテナアダプタ１１の外周部との間で熱抵抗が高くなる。これに対し、本実施の形態２では、流体を用いて外部放熱部の放熱器まで熱を伝えるので、熱の移動が効率的に行え、放熱性能を向上することができる。

図７および図８は本発明の実施の形態２に係る移動体用アンテナ装置の使用状態を示す断面図である。図７は流体が外部循環管路Ｑのみを循環し、図８は流体が内外循環管路Ｐのみを循環する様子を示す。

図７において、流路切替弁２１は受熱部５と第三の配管３ｄとを結ぶように流路を形成し、第一の開閉弁１０ａおよび第二の開閉弁１０ｂは閉じている。ポンプ４による動力で、受熱部５で加熱された流体は、第三の配管３ｄに運ばれ、レドーム９、アンテナアダプタ１１の周辺に放熱する。

図８において、流路切替弁２１は受熱部５と熱交換器６とを結ぶように流路を形成し、第一の開閉弁１０ａおよび第二の開閉弁１０ｂは開いてある。ポンプ４による動力で、受熱部５で加熱された流体は、熱交換器６に運ばれ、移動体８の内部で放熱が行われる。

移動体８が移動している場合、または移動体８の移動状態にかかわらず移動体８の外部の温度が内部よりもある程度低い場合など、内部で放熱するよりも外部で放熱した方が効率的な場合は、図７のように流体が外部循環管路のみを循環すると良い。移動体８の移動速度によって生じる風は、自然対流と比べて物体表面から空気へ熱伝達量を著しく増加する。また、移動体用アンテナ装置内の熱移動に流体を用いることで、金属の伝熱による熱移動よりも受熱部５と外気との熱抵抗を低くすることができ、結果としてアンテナモジュール１の温度をより低く抑えることが可能になる。

また、第一の開閉弁１０ａおよび第二の開閉弁１０ｂは閉じることにより、移動体８の内部で内部配管３ｃまたは熱交換器６の流体経路に不具合が発生しても、移動体８内部の気密性は保持される。

一方、移動体８が停止している場合、または移動体８の移動状態にかかわらず移動体８の外部の温度が内部よりも高い場合など、外部で放熱するよりも内部で放熱した方が効率的な場合は、図８のように流体が内外循環管路のみを循環すると良い。移動体８が停止している場合は、レドーム９、アンテナアダプタ１１から外気への放熱は外気の自然対流および輻射による熱移動が支配的になる。しかし、外気温度が高い場合はこれらの放熱手段では十分な放熱性能が得られない。一般に旅客用の移動体８の内部は乗客が快適でいられるように空調が行われ、夏季などは移動体８内温度が外気温よりも低く設定されている。そのため、移動体８が停止して風による冷却が十分得られない状態では、受熱部５で加熱された流体を移動体８の内部に配置された熱交換器６に移動させ、移動体８の内部の空気に放熱を行うことで、外気に放熱する場合と比べてアンテナモジュール１の温度を低く抑えることが可能になる。

また、移動体８が停止しているときは、移動体８の内部と外気で気圧差が無いことが多い。移動体８の内部と外気で気圧差が無い場合、仮に移動体８の内部で移動体８内部配管３ｃ、熱交換器６にて不具合が発生しても移動体８の内部の気圧が急激に変化するなどの問題が発生することはない。

また、仮に乗降用扉が閉められ移動体８内部が気密状態に保たれていたとしても、停止状態では移動体８内部は外部圧力と大きな差が無いため、内部配管３ｃや熱交換器６にて流体経路に不具合が発生しても大きな問題になることはない。

移動体８が移動しているか停止しているかの判定は、移動体８がもつ速度検出手段と連動させても良いが、運転士等の移動体８を制御する人の判断に依ってもよく、第一の開閉弁１０ａおよび第二の開閉弁１０ｂが閉じていない場合には、移動体８が移動できないような安全装置を組み込んでも良い。

本実施の形態２における外部放熱は、実施の形態１で述べたアンテナアダプタ１１による外部放熱と外部循環管路Ｑによる外部放熱とを併用しても良いし、専ら外部循環管路Ｑのみで外部放熱を行うようにしても良い。併用する場合は外部循環管路Ｑに不具合が生じた場合でも、ある程度の外部放熱が可能ある。外部循環管路Ｑのみとする場合は、たとえば、内部放熱を行っている際に外部循環管路Ｑの流れを止めれば、移動体８の内部に外部から入る熱を非常に少なくできる。これらのいずれの場合においても、実施の形態１に比べて、移動体の外部で放熱する外部放熱と内部への放熱する内部放熱との割合を外部循環管路Ｑに流れる流体の流れを変化させることで外部放熱の量を大きく変えることが可能である。

＜実施の形態３＞
図９は本発明の実施の形態３に係る移動体用アンテナ装置１０２を示す断面図である。本実施の形態３の移動体用アンテナ装置１０２は、図４に示す実施の形態２による移動体用アンテナ装置１０１の構成に加えて、さらに温度検出手段２２、流量検出手段２３を有する。

温度検出手段２２は外板７上に、アンテナアダプタ１１から離れて配置されており、移動体８の外部温度を測定するデバイス（温度センサーなど）である。また、流量検出手段２３は第一の配管３ａに配置されており、配管内を流れる流体の流量を計測する流量センサーなどである。

図１０は本発明の実施の形態３に係る移動体用アンテナ装置１０２の制御に使用される各検出手段と各電磁弁の電気配線図である。温度検出手段２２および流量検出手段２３はそれぞれ、制御装置５０に接続されている。制御装置５０は例えば移動体８内部に設置され、第一の開閉弁１０ａ、第二の開閉弁１０ｂ、流路切替弁２１およびポンプ４と接続されている。制御装置５０は図示しない移動体速度検出手段から供される移動速度情報Ｓと、温度検出手段２２および流量検出手段２３の検出結果をもとに、第一の開閉弁１０ａ、第二の開閉弁１０ｂ、流路切替弁２１およびポンプ４を制御する。

具体的には、移動速度情報Ｓにより移動体８が移動していると判断される場合、制御装置５０は第一の開閉弁１０ａおよび第二の開閉弁１０ｂを閉じるように制御信号を出力する。また第一の流路切替弁２１ａに対して第一の配管３ａと第三の配管３ｄを結ぶように、第二の流路切替弁２１ｂに対して第二の配管３ｂと第三の配管３ｄを結ぶように制御信号を出力する。

制御装置５０は、移動速度情報Ｓにより移動体８が停止していると判断した場合、温度検出手段２２から得られる外気温が予め定めた値よりも低いとき、第一の開閉弁１０ａおよび第二の開閉弁１０ｂに対して、弁を閉じるように制御信号を出力する。また、第一の流路切替弁２１ａに対して、第一の配管３ａと第三の配管３ｄを結ぶように制御信号を出力する。また、第二の流路切替弁２１ｂに対して第二の配管３ｂと第三の配管３ｄを結ぶように制御信号を出力する。

一方で、制御装置５０は移動速度情報Ｓにより移動体８が停止していると判断した場合でも、温度検出手段２２から得られる外気温が予め定めた値よりも高いとき、第一の開閉弁１０ａおよび第二の開閉弁１０ｂに対して弁を開くように制御信号を出力する。また、第一の流路切替弁２１ａに対し、第一の配管３ａと内部配管３ｃを結ぶように制御信号を出力する。さらに第二の流路切替弁２１ｂに対し、第二の配管３ｂと内部配管３ｃとを結ぶように制御信号を出力する。

なお、制御装置５０はポンプ４が駆動している状態で、流体の流れる状態が異常と判断される場合に、ポンプ４に対して動作を停止させる制御信号を出力するとともに、第一の開閉弁１０ａおよび第二の開閉弁１０ｂに対して弁を閉じるように制御信号を出力する。このような流体の流れの状態を知るための流体状態検出器として流量検出手段２３が設けられる。ポンプ４が駆動している時に流量検出手段２３の検出値が所定の範囲外、たとえば予め決められた値よりも少なくなった場合に異常状態と判定して、流体の流れを止める。流体状態検出器として流量以外に、温度、圧力の変化から流体の流れの状態を判断しても良い。従って、流量、温度、圧力のいずれかによって流体状態を検出する流体状態検出器を設置すると良い。また、ポンプ４の自体に動作の異常を検出する手段があれば、必ずしも流体状態検出器を備えていなくても良い。流体状態検出器を備えていれば、ポンプ４の回転数から判断するよりも直接に流量の変化を捉えることができるため、流体状態検出器が検出した流量等の変化に基づいて内外の放熱量の割合の調整を行っても良い。

本実施の形態３における移動体用アンテナ装置１０２の構成によれば、移動体８の移動速度情報Ｓと、温度検出手段２２による外気温測定結果に基づき放熱経路を制御し、移動体８が停止している場合においても、外気温に応じて放熱経路を変更するため、移動体８内の空調機の負荷が増えることを抑制できる。また、移動体８内の空調機が一定出力の空調機であった場合にも、移動体８内の温度が上昇することはない。

本発明の移動体用アンテナ装置は、効率的な冷却を行うことができる。

１ アンテナモジュール、３ａ 第一の配管、３ｂ 第二の配管、３ｄ 第三の配管、４ ポンプ、５ 受熱部、６ 熱交換器（内部放熱器）、８ 移動体、９ レドーム、１０ａ 第一の開閉弁、１０ｂ 第二の開閉弁、１１ アンテナアダプタ、１２ 送信モジュール、１３ 受信モジュール、２１ａ 第一の流路切替弁、２１ｂ 第二の流路切替弁、２２ 温度検出手段、２３ 流量検出手段（流体状態検出器）、５０ 制御装置、P 内外循環管路、Q 外部循環管路、１００，１０１，１０２ 移動体用アンテナ装置。

Claims (11)

1. 移動体（８）の外板（７）より外部に設置されるアンテナモジュール（１）と、
   前記アンテナモジュール（１）の外側を覆うレドーム（９）と
   前記アンテナモジュール（１）に接して前記アンテナモジュール（１）が発生する熱を受ける受熱部（５）と、
   前記受熱部（５）の熱を前記レドーム（９）の外に導いて前記移動体（８）の外部に放熱させる外部放熱部と、
   前記受熱部（５）の熱を流体によって前記移動体（８）の前記外板（７）より内部に運び、前記移動体（８）の内部で放熱させる内部放熱部と、
   を備え、
   前記内部放熱部は、
   前記外板（７）に開けられた穴を通る配管または接続部品を含み、前記流体を前記移動体（８）の内部と外部との間で循環するための内外循環管路（Ｐ）と、
   前記内外循環管路（Ｐ）を流れる前記流体の熱を前記移動体（８）の内部で放熱させる内部放熱器（６）と、
   前記内部放熱部における前記流体の流れを変化させる制御器（４、１０ａ、１０ｂ、２１ａ、２１ｂ）と、
   を有し、
   前記制御器で前記流体の流れを変化させることにより前記受熱部（５）の熱を前記移動体（８）の外部で放熱する外部放熱と内部への放熱する内部放熱との割合を可変とする、
   移動体用アンテナ装置。
2. 前記制御器（４、１０ａ、１０ｂ、２１ａ、２１ｂ）は
   前記移動体の外部の外気温度または前記移動体の表面の温度が、前記移動体の内部の温度よりも低い場合に前記内外循環管路（Ｐ）の前記流体の流れを止め、
   前記移動体の外部の外気温度または前記移動体の表面の温度が、前記移動体の内部の温度よりも高い場合に前記内外循環管路（Ｐ）の前記流体の流れを許容する、
   請求項１に記載の移動体用アンテナ装置。
3. 前記制御器（４、１０ａ、１０ｂ、２１ａ、２１ｂ）は
   前記移動体の移動時に前記内外循環管路（Ｐ）の前記流体の流れを止め、
   前記移動体の停止時に前記内外循環管路（Ｐ）の前記流体の流れを許容する、
   請求項１または２に記載の移動体用アンテナ装置。
4. 前記内部放熱部は、前記内部放熱器（６）として前記移動体の内部に設置される熱交換器と、
   前記内外循環管路の途中にあって前記流体を循環させるポンプ（４）と、
   を備える、
   請求項１から３のいずれか一項に記載の移動体用アンテナ装置。
5. 前記ポンプ（４）が前記制御器であり、前記ポンプ（４）の動作状態を変化させることにより、前記内外循環管路（Ｐ）の前記流体の流れを変化させる、請求項４に記載の移動体用アンテナ装置。
6. 前記内外循環管路（Ｐ）の途中にバルブ（１０ａ、１０ｂ）を有し、前記バルブが前記制御器であり、前記バルブ（１０ａ、１０ｂ）の開閉により前記流体の流れを変化させる、請求項４に記載の移動体用アンテナ装置。
7. 前記バルブ（１０ａ、１０ｂ）は、前記内外循環管路（Ｐ）に前記移動体（８）の内部から外部、および前記移動体（８）の外部から内部への流れを遮断可能な遮断弁であり、前記バルブ（１０ａ、１０ｂ）が前記移動体の前記外板に固定される、
   請求項６に記載の移動体用アンテナ装置。
8. 前記内外循環管路（Ｐ）に前記流体の流量、温度、圧力のいずれかによって前記流体の流れを検出する流体状態検出器（２３）が設置され、前記流体状態検出器（２３）の値が所定の範囲外になると、前記バルブ（１０ａ、１０ｂ）を閉じる、
   請求項７に記載の移動体用アンテナ装置。
9. 前記アンテナモジュール（１）を前記移動体（８）の外部に固定する金属製のアンテナアダプタ（１１）を有し、前記外部放熱部が前記アンテナアダプタ（１１）を含む、
   請求項１から８のいずれか一項に記載の移動体用アンテナ装置。
10. 前記移動体（８）の外部で前記流体または前記流体とは別の流体が循環する外部循環管路（Q）を有し、前記外部放熱部が前記外部循環管路（Q）を含む、
    請求項１から９のいずれか一項に記載の移動体用アンテナ装置。
11. 前記流体は沸点が１００℃より高く、かつ、凝固点が−３０℃よりも低い不燃性の液体である、
    請求項１から１０のいずれか一項に記載の移動体用アンテナ装置。

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