JPH10261888A - 冷却装置及びこの冷却装置を備えた筐体冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 冷媒槽２１に対する高温空気の流れ方向と放
熱器２２に対する低温空気の流れ方向とが同一方向とな
る様に構成されたパネルクーラ４において、体格を大き
くすることなく対向流と同等の放熱性能を得ること。 【解決手段】 パネルクーラ４は、２組みの沸騰冷却装
置６、低温側送風機７、高温側送風機８を備える。２組
の沸騰冷却装置６は、互いの冷媒槽２１と放熱器２２と
が交差した位置関係に配置され、その冷媒槽２１と放熱
器２２とを連結する互いの連結管２３がクロス配管され
ている。低温側伝熱空間１２で放熱器２２の外側に配置
された低温側送風機７は、吸込口７ｄから吸い込んだ空
気を直角方向に曲げて吐出する遠心送風式で、その吸込
口７ｄが冷媒槽２１に対向して配置されている。高温側
伝熱空間１３で冷媒槽２１の外側に配置された高温側送
風機８は、低温側送風機７と同様の遠心送風式で、吸込
口８ｄが冷媒槽２１に対向して配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高温側流体と低温
側流体との間で熱交換を行う熱交換装置、及びその熱交
換装置を備えた筐体冷却装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、電子部品等の発熱体を密閉化
されたハウジングに収容して使用する場合がある。この
場合、発熱体を冷却する方法としてハウジング内部に直
接外気を取り入れて換気することができないため、例え
ばヒートパイプ（内部に作動液が封入されている）を使
用してハウジング内部の空気とハウジング外部の空気と
の間で熱交換を行う方法がある（特公平２−３３２０号
公報参照）。このヒートパイプは、高温領域であるハウ
ジング内部に加熱部が配置され、低温領域であるハウジ
ング外部に放熱部が配置されて、加熱部で内部送風機に
より送風された高温空気より蒸発潜熱を奪って蒸発した
作動液が放熱部へ移動し、放熱部で外部送風機により送
風された外部空気により冷却されて放熱し、凝縮液化し
て再び加熱部へ戻る。この作動液の蒸発と凝縮の繰り返
しにより、密閉化されたハウジング内部を冷却すること
ができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のヒー
トパイプを用いた冷却装置では、図８に示す様に、ヒー
トパイプ１００を多段に配列した場合に、低温空気と高
温空気とを並流（低温空気と高温空気の流れ方向が同一
方向）で送風すると、対向流の時と比べて温度効率が低
下する。このため、対向流で送風した場合と同程度の放
熱性能を確保するためには、熱交換部のコア面積を増大
する必要があり、装置の体格が大きくなってしまう問題
があった。なお、図９に示す様に、多段に配列した各ヒ
ートパイプ１００をクロス配管することで対向流と同じ
効果を得ることもできるが、ヒートパイプ１００を曲げ
加工することは極めてコストが高くつき、しかもヒート
パイプ１００の曲げ部がかさばるため、実用的ではな
い。本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、そ
の目的は、高温側熱交換器に対する高温側流体の流れ方
向と低温側熱交換器に対する低温側流体の流れ方向とが
同一方向（並流）となる様に構成された冷却装置におい
て、装置の体格を大きくすることなく対向流と同等の放
熱性能を得ることのできる冷却装置、及びこの冷却装置
を備えた筐体冷却装置を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】

（請求項１の手段）熱交換装置が複数設けられて、各熱
交換装置の高温側熱交換器と低温側熱交換器とがそれぞ
れ多段に配列されるとともに、高温側熱交換器に対する
高温側流体の流れ方向と低温側熱交換器に対する低温側
流体の流れ方向とが同一方向となる様に構成され、且
つ、各熱交換装置は、高温側熱交換器と低温側熱交換と
の配列方向が対向して設けられている。即ち、一番左の
高温側熱交換器と一番右の低温側熱交換器、左から二番
目の高温側熱交換器と右から二番目の低温側熱交換器と
いう様に、それぞれ配列順が対向する高温側熱交換器と
低温側熱交換器とが連結管によって連結されている。

【０００５】この場合、高温側流体と低温側流体の流れ
方向が同一方向でも、各高温側熱交換器と各低温側熱交
換器との配列方向が対向しているため、高温側流体と低
温側流体の流れ方向を対向流とした場合と同じ温度効率
が得られる。その結果、各高温側熱交換器及び各低温側
熱交換器の体格を大きくすることなく、対向流の場合と
同じ放熱性能を確保できる。また、高温側熱交換器と低
温側熱交換器とを対向して配列できる様に連結管を取り
回すだけで良い。つまり、従来技術で説明した様にヒー
トパイプを多段に配列して、且つ対向流の効果を得よう
とすれば、全てのヒートパイプを曲げ加工しなければな
らないため、極めてコストが高く、更に配管スペースが
大きくなるが、本発明では、高温側熱交換器と低温側熱
交換器とを連結する連結管だけを適宜曲げ加工すれば良
いため、製造が容易でコストも低く抑えることができ
る。

【０００６】（請求項２の手段）高温側送風機と低温側
送風機は、熱交換装置に対して同一側に配置されてい
る。即ち、高温側熱交換器に対する高温側送風機と、低
温側熱交換器に対する低温側送風機とが同一側に配置さ
れている。この場合、高温側送風機と低温側送風機とを
熱交換装置に対して互いに反対側に配置した場合と比較
して装置全体を薄型化できる。

【０００７】（請求項３の手段）高温側送風機と低温側
送風機のうち、少なくとも何方か一方の送風機は、吸込
口が熱交換器に対向して配設されている（つまり吸い込
み式送風機である）。この場合、送風機の吐出口を熱交
換器に対向して配設した場合（押し込み式送風機）と比
較すると、押し込み式の場合は、送風機から吐出された
旋回成分の大きな流れが熱交換器にぶつかるため圧力損
失が大きいのに対して、吸い込み式の場合は、熱交換器
を通過してから送風機に吸い込まれるため圧力損失が小
さくなる。これにより、送風機の消費電力を小さくでき
るとともに、騒音の低減、及び送風機の小型化等が図れ
る。また、吸い込み式送風機では、熱交換器を通過して
整流された流体を吸い込むため、押し込み式送風機より
ファン効率が良く、且つ低騒音である。これにより、熱
交換器と送風機との設置間隔を狭めることができるるた
め、その分、冷却装置の薄型化を図ることができる。

【０００８】更に、送風機として軸流式ファンを用いた
場合には、遠心力によって流体の流れがボス側から外周
側へ流れてしまうため、ファンの前後（上流側と下流
側）で半径方向の速度分布が異なり、ファン下流側の方
が半径方向の速度分布が不均一となる（半径方向の内側
から外側へ向かって流体速度が大きくなる）。このた
め、軸流式ファンの吐出側に熱交換器を配置した場合
（つまり押し込み式）には、半径方向の速度分布が大き
い流体の流れが熱交換器に送風されるため、速度分布が
均一な流れを送風する場合と比較して熱交換器の性能が
低下する。これに対し、軸流式ファンの吸い込み側に熱
交換器を配置した場合（つまり吸い込み式）には、半径
方向の速度分布が小さい流体の流れが熱交換器に送風さ
れるため、押し込み式の場合より熱交換器の性能を向上
できる。更に、吸い込み式の場合は、吸込口が熱交換器
に対向しているため、熱交換器が吸込口の防護ネットと
して機能し、吸込口より異物が混入するのを防止できる
効果もある。

【０００９】（請求項４の手段）請求項３に記載した冷
却装置において、吸込口が熱交換器に対向して配設され
た送風機は、遠心送風式である。この場合、吸込口より
吸い込んだ流体を直角方向に吐出できる（つまり送風機
の内部で流体の流れを変えることができる）ため、狭い
冷却装置の内部で効率よく送風経路を構成することがで
きる。これに対し、軸流式ファンでは、流体の流れ方向
が直線的（熱交換器に対して垂直方向）であるため、垂
直方向だけで送風経路を構成することが困難な冷却装置
においては、軸流式ファンより吐出された流体の流れ方
向を壁面に当てるか配管等により強制的に曲げる必要が
生じる。このため、流路抵抗が大きくなって騒音が増大
する。

【００１０】（請求項５の手段）請求項１〜４に記載し
た何れかの冷却装置により筐体の内部空間を冷却する筐
体冷却装置であって、仕切板によって気密に隔てられた
高温側伝熱空間と低温側伝熱空間とを有し、高温側伝熱
空間が筐体の内部空間と連通して設けられ、低温側伝熱
空間が筐体の外部空間と連通して設けられて、高温側熱
交換器と高温側送風機とが高温側伝熱空間に収容され、
低温側熱交換器と低温側送風機とが低温側伝熱空間に収
容されて冷却ユニットを構成している。この様に、冷却
装置を筐体と組み合わせた場合、筐体内部に発熱体が収
容されることから、出来るだけ冷却装置を薄型化するこ
とが望まれる。この様な条件下では送風経路を自由に構
成することが困難であり、低温側熱交換器及び高温側熱
交換器に対して低温側流体と高温側流体とを並流で送風
する必要性が生じる場合がある。そこで、本発明の冷却
装置を筐体と組み合わせることにより、冷却装置の効果
（並流でも対向流と同等の放熱性能が得られる）を生か
して筐体内部を冷却することができる。

【００１１】（請求項６の手段）請求項５に記載した筐
体冷却装置において、冷却ユニットは、高温側送風機の
作動により高温側伝熱空間に高温側流体を取り入れる内
気取入口と、高温側伝熱空間より高温側流体を排出する
内気排出口とを有するとともに、低温側送風機の作動に
より低温側伝熱空間に低温側流体を取り入れる外気取入
口と、低温側伝熱空間より低温側流体を排出する外気排
出口とを有し、内気取入口より内気排出口の方が低い位
置に設けられ、且つ外気取入口より外気排出口の方が高
い位置に設けられている。この場合、高温側送風機の作
動によって高温側伝熱空間を流れる高温側流体は、高温
側熱交換器を通過する際に伝熱媒体に放熱して冷却され
るため、高温側伝熱空間に流入する高温側流体より高温
側伝熱空間から吐出される高温側流体の方が低温であ
る。そのため、内気排出口を内気取入口より低い位置に
設けることにより、高温側流体の浮力を利用して筐体内
の循環を良好にでき、効率良く筐体内部を冷却すること
ができる。

【００１２】また、低温側送風機の作動によって低温側
伝熱空間を流れる低温側流体は、低温側熱交換器を通過
する際に伝熱媒体より受熱して加熱されるため、低温側
伝熱空間に流入する低温側流体より低温側伝熱空間から
吐出される低温側流体の方が高温である。そのため、外
気取入口を外気排出口より低い位置に設けることにより
低温側流体の浮力を利用できるため、低温側送風機の負
荷を軽減できるメリットがある。逆に上方より吸い込ん
で下方から排出すると、熱交換後の加熱された流体を吸
い込んでしまう可能性があり、ショートサーキットを生
じて冷却能力の低下を起こす恐れがある。

【００１３】（請求項７の手段）請求項５または６に記
載した筐体冷却装置において、冷却ユニットは、高温側
送風機と低温側送風機が、熱交換装置に対して外側に配
置されている。この場合、冷却ユニットの外側から熱交
換装置に邪魔されることなく、高温側送風機及び低温側
送風機のメンテナンスや交換作業を容易に行うことが可
能である。

【００１４】（請求項８の手段）請求項５または６に記
載した筐体冷却装置において、冷却ユニットは、筐体に
対して一辺を軸として回動自在に取り付けられ、且つ高
温側送風機と低温側送風機が熱交換装置に対して内側に
配置されている。この場合、筐体から冷却ユニットを取
り外すことなく、筐体に対して冷却ユニットを開くこと
により、冷却ユニットの内側から熱交換装置に邪魔され
ることなく、高温側送風機及び低温側送風機のメンテナ
ンスや交換作業を容易に行うことが可能である。

【００１５】（請求項９の手段）熱交換装置は、内部に
伝熱媒体である冷媒が封入され、その冷媒が高温側熱交
換器で高温側流体から受熱して沸騰し、連結管を通って
低温側熱交換器へ移動した後、その低温側熱交換器で低
温側流体に放熱することにより高温側流体の熱を低温側
流体へ移動する沸騰冷却装置である。この沸騰冷却装置
では、高温側流体の熱を冷媒の沸騰と凝縮との繰り返し
によって低温側流体へ移動するため、熱交換器に掛かる
消費電力が不要（但し、高温側送風機と低温側送風機と
を駆動するための電力は必要）であり、コストを低く抑
えることができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施例を図面に基
づいて説明する。 （第１実施例）図１は筐体冷却装置１の断面図、図２は
筐体冷却装置１の正面図である。本実施例の筐体冷却装
置１は、例えば携帯電話や自動車電話等の移動無線電話
の無線基地局装置であり、内部に電子部品２（発熱体）
を収容するハウジング３（筐体）と、このハウジング３
内に組み込まれて、ハウジング３内部を冷却する冷却ユ
ニット４（以下パネルクーラ４と呼ぶ）から構成され
る。

【００１７】電子部品２は、電気が流れると所定の動作
を行うとともに発熱する発熱体（例えば、送受信器に組
み込まれる高周波スイッチング回路を構成する半導体ス
イッチング素子、またはパワーアンプに組み込まれるパ
ワートランジスタ等の半導体増幅素子）から構成されて
いる。ハウジング３は、例えばアルミニウム等の金属板
により箱状に形成され、前面板３ａ（図１の左面）に開
口部（符号なし）が設けられ、この開口部にパネルクー
ラ４が気密に組み込まれることにより、ハウジング３の
内部空間３Ａが密閉化される。

【００１８】パネルクーラ４は、ケーシング５と、この
ケーシング５内に収容される沸騰冷却装置６（図３参照
／本発明の熱交換装置）、低温側送風機７、高温側送風
機８、及びコントローラ９等より構成され、ハウジング
３の開口部に気密に組み込まれてビスやボルト１０等に
より開口周縁部に固定されている（図２参照）。ケーシ
ング５は、仕切板１１によって隔てられた低温側伝熱空
間１２と高温側伝熱空間１３とを形成するとともに、低
温側伝熱空間１２とハウジング３の外部空間（大気）と
を連通する外気取入口１４と外気排出口１５、及び高温
側伝熱空間１３とハウジング３の内部空間３Ａとを連通
する内気取入口１６と内気排出口１７が形成されてい
る。また、ケーシング５の前面には、低温側送風機７及
び高温側送風機８のメンテナンス用ハッチ１８、１９が
着脱可能に取り付けられている。

【００１９】外気取入口１４と外気排出口１５は、それ
ぞれケーシング５の前面に開口して、その開口面に異物
の侵入を防止するためのルーバ１４ａ、１５ａが設けら
れている（図２参照）。なお、外気取入口１４は仕切板
１１の位置より上部に開口し、外気排出口１５は外気取
入口１４より上部に形成されている。内気取入口１６
は、ケーシング５の背面上部に開口し、内気排出口１７
は、ケーシング５の底面に開口している。なお、ケーシ
ング５の背面は、低温側伝熱空間１２の後面より更に後
方（図１の右側）に位置し、ケーシング５の後面と背面
との間に上下方向に伸びるダクト状の内気導入路２０が
形成されている。

【００２０】沸騰冷却装置６は、高温側伝熱空間１３に
略直立した姿勢で配される冷媒槽２１、低温側伝熱空間
１２に略直立した姿勢で配される放熱器２２、及び冷媒
槽２１と放熱器２２とを連結する連結管２３より構成さ
れ、図示しない封入チューブを通じて装置内部に所定量
の冷媒が封入されている。この冷媒は、ＨＦＣ−１３４
ａ（化学式：ＣＨ₂ ＦＣＦ₃ ）や水等が用いられ、その
液面が非作動時に仕切板１１の位置に略一致する程度ま
で封入されている。なお、本実施例の冷却ユニット４
は、２組の沸騰冷却装置６を具備している。

【００２１】冷媒槽２１は、図３に示す様に、並列に配
された複数の受熱管２１ａ（本発明の伝熱管）、各受熱
管２１ａの両端に接続されて各受熱管２１ａを連通する
一組のタンク（上部タンク２１ｂと下部タンク２１
ｃ）、及び隣合う各受熱管２１ａの間に介在された受熱
用フィン２１ｄから構成され、一体ろう付けにより製造
されている。受熱管２１ａは、伝熱性に優れた金属材
（例えばアルミニウムや銅）により断面形状が偏平な長
円形状または細長い長方形に形成されている。タンク２
１ｂ、２１ｃは、受熱管２１ａと同じ金属材により両端
が閉じた筒形状（断面形状は円形でなくても図３に示す
様に方形でも良い）に形成され、長手方向に一定の間隔
をおいて各受熱管２１ａの端部が挿入されている。受熱
用フィン２１ｄは、伝熱性に優れたアルミニウム等の薄
い金属板を交互に折り曲げて波形状に成形したコルゲー
トフィンであり、各折り曲げ部で受熱管２１ａの壁面に
接合されている。

【００２２】放熱器２２は、図３に示す様に、並列に配
された複数の放熱管２２ａ（本発明の伝熱管）、各放熱
管２２ａの両端に接続されて各放熱管２２ａを連通する
一組のタンク（上部タンク２２ｂと下部タンク２２
ｃ）、及び隣合う各放熱管２２ａの間に介在された放熱
用フィン２２ｄから構成され、一体ろう付けにより製造
されている。放熱管２２ａは、伝熱性に優れた金属材
（例えばアルミニウムや銅）により断面形状が偏平な長
円形状または細長い長方形に形成されている。タンク２
２ｂ、２２ｃは、放熱管２２ａと同じ金属材により両端
が閉じた筒形状（断面形状は円形でなくても図３に示す
様に方形でも良い）に形成され、長手方向に一定の間隔
をおいて各放熱管２２ａの端部が挿入されている。放熱
用フィン２２ｄは、伝熱性に優れたアルミニウム等の薄
い金属板を交互に折り曲げて波形状に成形したコルゲー
トフィンであり、各折り曲げ部で放熱管２２ａの壁面に
接合されている。

【００２３】連結管２３は、冷媒槽２１及び放熱器２２
とともに一体ろう付けできる金属材（例えばアルミニウ
ムや銅）により形成されたもので、冷媒槽２１で沸騰し
た冷媒蒸気を放熱器２２へ導くための第１の連結管２３
ａと、放熱器２２で凝縮液化した凝縮液を冷媒槽２１へ
戻すための第２の連結管２３ｂとから成り、両連結管２
３ａ、２３ｂとも仕切板１１を気密に通り抜けて冷媒槽
２１と放熱器２２とを連結している。第１の連結管２３
ａは、図３に示す様に、一端が冷媒槽２１の上部タンク
２１ｂ内に差し込まれて上部タンク２１ｂ内部に開口
し、他端がジョイント管２４に接続されて、そのジョイ
ント管２４が放熱器２２の上部タンク２２ｂに接続され
ている。第２の連結管２３ｂは、図３に示す様に、一端
が放熱器２２の下部タンク２２ｃ内に差し込まれて下部
タンク２２ｃ内部に開口し、他端がジョイント管２５に
接続されて、そのジョイント管２５が冷媒槽２１の下部
タンク２１ｃに接続されている。なお、冷媒蒸気が流れ
る第１の連結管２３ａの方が、凝縮液が流れる第２の連
結管２３ｂより管径を大きく設定しても良い。また、冷
媒槽２１の上部タンク２１ｂと第１の連結管２３ａとの
接続、及び放熱器２２の下部タンク２２ｃと第２の連結
管２３ｂとの接続をジョイント管によって行っても良
い。

【００２４】２組の沸騰冷却装置６は、図１及び図３に
示す様に、互いの冷媒槽２１と放熱器２２とが交差した
位置関係に配置されて、その冷媒槽２１と放熱器２２と
を連結する第１の連結管２３ａ及び第２の連結管２３ｂ
が相互にクロス配管されている。なお、本実施例では、
２組であるが、３組以上の沸騰冷却装置６を使用する場
合にも同様に構成される。即ち、一番左の冷媒槽２１と
一番右の放熱器２２、左から二番目の冷媒槽２１と右か
ら二番目の放熱器２２、……、一番右の冷媒槽２１と一
番左の放熱器２２という様に、冷媒槽２１と放熱器２２
との配列方向が対向する様に構成される。

【００２５】低温側送風機７は、低温側伝熱空間１２に
て沸騰冷却装置６の放熱器２２より外側（ケーシング５
の前面側）に配置され、外気取入口１４と外気排出口１
５とを通じて低温側伝熱空間１２にハウジング３外部の
低温空気（以下、外気と言う）を流通させる。この低温
側送風機７は、図１に示す様に、遠心式ファンの一種で
あるターボファン７ａ、このターボファン７ａを回転駆
動する電動モータ７ｂ、及び送風通路を形成するファン
ケーシング７ｃ等を具備し、このファンケーシング７ｃ
に設けられた吸込口（ベルマウス）７ｄから吸い込んだ
外気を直角方向に曲げて吐出する遠心送風式で、その吸
込口７ｄが沸騰冷却装置６の放熱器２２に対向して配置
されている。低温側伝熱空間１２に形成される送風経路
は、外気取入口１４から仕切板１１の上側で第１の連結
管２３ａと第２の連結管２３ｂとが配された配管スペー
スを通り抜けて一旦放熱器２２の後方側へ至り、その後
方側で折り返してから放熱器２２を通過した後、低温側
送風機７のファンケーシング７ｃ内を通って外気排出口
１５へ至る。この送風経路を流れる外気の流れを図１に
実線矢印Ａで示す。なお、上記送風経路のうち、連結管
２３の配管スペースを通る部分を送風通路２６として説
明する。

【００２６】高温側送風機８は、高温側伝熱空間１３に
て沸騰冷却装置６の冷媒槽２１より外側（ケーシング５
の前面側）に配置され、内気取入口１６と内気排出口１
７とを通じて高温側伝熱空間１３とハウジング３の内部
空間３Ａとの間で高温空気（以下、内気と言う）を循環
させる。この高温側送風機８は、図１に示す様に、遠心
式ファンの一種であるターボファン８ａ、このターボフ
ァン８ａを回転駆動する電動モータ８ｂ、及び送風通路
を形成するファンケーシング８ｃ等を具備し、このファ
ンケーシング８ｃに設けられた吸込口（ベルマウス）８
ｄから吸い込んだ内気を直角方向に曲げて吐出する遠心
送風式で、その吸込口８ｄが沸騰冷却装置６の冷媒槽２
１に対向して配置されている。高温側伝熱空間１３に形
成される送風経路は、内気取入口１６から内気導入路２
０を通り、冷媒槽２１を通過した後、高温側送風機８の
ファンケーシング８ｃ内を通って内気排出口１７に至
る。この高温側送風機８の作動により生じる内気の流れ
を図１に実線矢印Ｂで示す。

【００２７】コントローラ９は、例えばサーミスタ等の
温度センサ２７により検出したハウジング３内部の温度
に基づいて、低温側送風機７の電動モータ７ｂ、高温側
送風機８の電動モータ８ｂ、及び電気ヒータ（図示しな
い）等の電気機器を通電制御する。温度センサ２７は、
図１に示す様に、内気取入口１６の内側（内気導入路２
０側）に設けられて、内気取入口１６より内気導入路２
０へ流入する内気の温度を検出する。電気ヒータは、ハ
ウジング３内部の温度低下に伴う電子部品２の性能低下
及び結露を防止するために、ハウジング３の内部温度が
予め設定された下限温度（例えば０℃）より低い時に通
電されて、ハウジング３内部を下限温度以上に保つ働き
をする。

【００２８】次に、本実施例の作動を説明する。電子部
品２から発生する熱によってハウジング３の内部温度が
上昇し、コントローラ９を通じて高温側送風機８の電動
モータ８ｂと低温側送風機７の電動モータ７ｂとが通電
されると、ターボファン８ａの回転によってハウジング
３の内部空間３Ａと高温側伝熱空間１３とを図１の実線
矢印Ｂで示す様に内気が循環し、ターボファン７ａの回
転によって、図１の実線矢印Ａで示す様に低温側伝熱空
間１２に外気が流通する。これにより、高温側伝熱空間
１３に配された冷媒槽２１では、各受熱管２１ａに満た
された冷媒（液冷媒）が高温の内気から受熱して沸騰
し、蒸気冷媒となって各受熱管２１ａを上昇した後、上
部タンク２１ｂから第１の連結管２３ａを通って放熱器
２２へ移動する。

【００２９】放熱器２２の上部タンク２２ｂに流入した
蒸気冷媒は、上部タンク２２ｂから各放熱管２２ａへ分
配され、放熱管２２ａを流れる際に放熱管２２ａの内壁
面に凝縮して液化し、液滴となった後、自重により放熱
管２２ａの内壁面を伝って下部タンク２２ｃへ落下す
る。下部タンク２２ｃに集められた凝縮液は、第２の連
結管２３ｂを通って冷媒槽２１の下部タンク２１ｃへ流
入し、下部タンク２１ｃから再び各受熱管２１ａへ供給
され、上記サイクルを繰り返す。

【００３０】高温側送風機８の作動によって高温側伝熱
空間１３を流れる内気は、冷媒槽２１を通過する際に冷
媒槽２１の受熱管２１ａに満たされた冷媒との間で熱交
換（冷媒に蒸発潜熱を奪われる）されて冷やされ、内気
排出口１７よりハウジング３の内部空間３Ａへ吐出され
て電子部品２を冷却する。また、低温側送風機７の作動
によって低温側伝熱空間１２を流れる外気は、放熱器２
２を通過する際に放熱器２２の放熱管２２ａを流れる蒸
気冷媒との間で熱交換（冷媒から凝縮潜熱を奪う）され
て加熱され、外気排出口１５よりハウジング３の外部空
間へ吐出される。以上の様に、冷媒が沸騰と凝縮とを繰
り返して冷媒槽２１と放熱器２２とを循環することによ
り、電子部品２から発生した熱が順次外気へ放出され
て、ハウジング３に収容された電子部品２を冷却するこ
とができる。

【００３１】（本実施例の効果）本実施例では、冷媒槽
２１に対する高温側送風機８の送風方向と放熱器２２に
対する低温側送風機７の送風方向（内気と外気の流れ方
向）とが同一となる様に構成されている。また、２組の
沸騰冷却装置６を備え、各装置６の冷媒槽２１と放熱器
２２とを交差した位置関係に配置して、その冷媒槽２１
と放熱器２２とを連結する第１の連結管２３ａ及び第２
の連結管２３ｂがクロス配管されている。これにより、
冷媒槽２１と放熱器２２とを多段（本実施例では二段）
に配列した効果を損なうことなく、十分な放熱性能を得
ることができる。また、各装置６の冷媒槽２１と放熱器
２２とを交差した位置関係に配置するために、各装置６
の第１の連結管２３ａと第２の連結管２３ｂ（合計４本
の連結管２３）とをクロス配管させるだけで良い。従っ
て、製造が容易であり、低コストで対応できる。

【００３２】本実施例では、各装置６の冷媒槽２１と放
熱器２２とを交差した位置関係に配置したことにより、
沸騰冷却装置６に対して低温側送風機７と高温側送風機
８とを同一側に配置して内気と外気とを並流で送風する
ことができる。このため、沸騰冷却装置６の両側に送風
機７、８を配置する必要がある場合と比べてパネルクー
ラ４を薄型化することができる。低温側送風機７と高温
側送風機８は、吸込口７ｄ、８ｄが放熱器２２と冷媒槽
２１とに対向して配設されている（つまり吸い込み式送
風機である）。この場合、送風機７、８の吐出口を放熱
器２２と冷媒槽２１に対向して配設した場合（押し込み
式送風機）と比べて圧力損失が小さくなるため、送風機
７、８の消費電力を小さくできるとともに、騒音の低
減、及び送風機７、８の小型化等が図れる。

【００３３】また、吸い込み式送風機では、熱交換器
（冷媒槽２１、放熱器２２）を通過して整流された流体
を吸い込むため、押し込み式送風機よりファン効率が良
く、且つ低騒音である。このため、各送風機７、８と沸
騰冷却装置６との設置間隔を狭めることができるるた
め、その分パネルクーラ４の薄型化を図ることができ
る。更に、各送風機７、８は、吸込口７ｄ、８ｄが熱交
換器（放熱器２２、冷媒槽２１）に対向しているため、
放熱器２２と冷媒槽２１が各送風機７、８の吸込口７
ｄ、８ｄの防護ネットとして機能する。このため、吸込
口７ｄ、８ｄより異物が混入するのを防止でき、送風機
７、８の故障原因を少なくできる。本実施例の低温側送
風機７と高温側送風機８は遠心送風式である。この場
合、吸込口７ｄ、８ｄより吸い込んだ空気を直角方向に
吐出できる（つまり送風機７、８の内部で空気の流れを
変えることができる）ため、狭いパネルクーラ４の内部
で効率よく送風経路を構成することができる。また、軸
流式ファンを使用して直角に曲がった送風経路を構成し
た場合と比較すると、流路抵抗が小さく圧損を低減でき
るため、所要の風量を得るための消費電力を少なくでき
る。

【００３４】本実施例では、低温側伝熱空間１２におい
て、沸騰冷却装置６の冷媒槽２１と放熱器２２とを連結
する連結管２３の配管スペースに送風通路２６を設け
て、この送風通路２６を通って外気取入口１４から放熱
器２２の後方側へ外気を導くことができる。このため、
放熱器２２の上方側に別途送風経路を設ける必要がない
ため、その分、パネルクーラ４の小型化を図ることがで
きる。なお、送風通路２６内を通る第１の連結管２３ａ
及び第２の連結管２３ｂは、それぞれ送風通路２６を流
れる外気との間で熱的な影響を遮断するために、断熱材
等を巻き付けても良い。この場合、特に蒸気冷媒が流れ
る第１の連結管２３ａのみを断熱処理しても良い。ま
た、ハウジング３外部の空気は、外気取入口１４から送
風通路２６を通って一旦放熱器２２の後方側へ流れた後
（つまり、放熱器２２の下側を通り抜ける）、その放熱
器２２の後方側を上昇しながら放熱器２２を通過して低
温側送風機７に吸い込まれる。これにより、砂等の重い
ゴミが外気取入口１４から外気とともに流入しても、放
熱器２２の後方側を空気が上昇する際に自重により落下
するため、放熱器２２にゴミが付着しにくくなる。

【００３５】本実施例では、ハウジング３内部の内気を
高温側伝熱空間１３に取り入れる内気取入口１６がケー
シング５の背面の上部に開口し、冷媒槽２１を通過して
冷却された空気が排出される内気排出口１７がケーシン
グ５の下面に開口している。これにより、高温の空気を
上側から取り入れて低温の空気を下側から排出できるた
め、ハウジング３内での外気の循環が良好に行われて、
効率良く電子部品２を冷却することができる。また、ハ
ウジング３外部の外気を低温側伝熱空間１２に取り入れ
る外気取入口１４より、放熱器２２を通過して加熱され
た空気が排出される外気排出口１５の方が高い位置に開
口しているため、低温の空気を下側から取り入れて、高
温の空気を上側から排出できる。この場合、外気の浮力
を利用できるため、低温側送風機７の負荷を軽減できる
メリットがある。逆に上方より吸い込んで下方から排出
すると、熱交換後の加熱された流体を吸い込んでしまう
可能性があり、ショートサーキットを生じて冷却能力の
低下を起こす恐れがある。

【００３６】本実施例では、低温側送風機７及び高温側
送風機８がパネルクーラ４の外側（冷媒槽２１及び放熱
器２２に対して外側）に配置されているため、電動モー
タ７ｂ、８ｂで発生した熱を電動モータ７ｂ、８ｂを取
り付けているモータステー等に放熱でき、モータステー
から更にハウジング３の外部を流れる外気に放熱するこ
とができる。これにより、低温側送風機７及び高温側送
風機８をパネルクーラ４の内側に配置した場合と比べる
と、沸騰冷却装置６の放熱能力（冷却能力）が同じで
も、ハウジング３内部の電子部品２の発熱量を増やすこ
とができる。また、ハウジング３内部より低温の外気に
放熱することにより、電動モータ７ｂ、８ｂをより低い
環境温度で使用できるため、電動モータ７ｂ、８ｂの寿
命が向上する。更に、低温側送風機７及び高温側送風機
８が沸騰冷却装置６の外側に配置されているため、メン
テナンス用ハッチ１８、１９を開くことにより、沸騰冷
却装置６に妨げられることなく、容易に低温側送風機７
及び高温側送風機８のメンテナンス及び交換作業等を行
うことができる。

【００３７】（第２実施例）図４は筐体冷却装置１の断
面図である。本実施例は、パネルクーラ４がハウジング
３に対して一辺を支持軸（図示しない）として開閉可能
に組付けられている。また、本実施例では、沸騰冷却装
置６に対して低温側送風機７及び高温側送風機８が内側
（ハウジング３側）に配置されている。この場合、仕切
板１１の下側に連結管２３の配管スペースを設けて、そ
の配管スペースを利用して内気側の送風通路２８を設け
ることができる。また、ハウジング３に対してパネルク
ーラ４全体を支持軸を中心として回転させて開くことに
より、低温側送風機７及び高温側送風機８のメンテナン
ス及び交換等を行うことができるため、電動モータ７
ｂ、８ｂ等の重要部品を外側に配置しなくても良い。な
お、ケーシング５の背面にヒンジ２９等を設けて、ヒン
ジ２９より上部を可動式とすることにより、低温側送風
機７のメンテナンス及び交換等の作業性を向上できる。

【００３８】（第３実施例）図５は筐体冷却装置１の断
面図である。本実施例は、低温側送風機７として軸流式
ファン７（同一符号で示す）を用いた一例である。この
場合、軸流式ファン７の前面に外気排出口１５が形成さ
れ、その外気排出口１５の下側に外気取入口１４が形成
されている。従って、軸流式ファン７の作動によって生
じる外気の流れは、図５に実線矢印Ａで示す様に、外気
取入口１４より低温側伝熱空間１２に流入した後、連結
管２３の配管スペースに設けられた送風通路２６を通っ
て放熱器２２の後ろ側へ入り込み、放熱器２２を通過し
て軸流式ファン７に吸い込まれ、そのまま前方に開口す
る外気排出口１５より排出される。この様に、低温側伝
熱空間１２では、軸流式ファン７を外気排出口１５に対
向して配置できるため、軸流式ファン７から吹き出され
た空気流を曲げて排出する必要がなく、圧損による性能
低下を招くことなく軸流式ファン７を使用することがで
きる。

【００３９】また、軸流式ファン７を用いた場合、遠心
力によって空気の流れがボス側から外周側へ流れてしま
うため、軸流式ファン７の前後（上流側と下流側）で半
径方向の速度分布が異なり、軸流式ファン７下流側の方
が半径方向の速度分布が不均一となる（半径方向の内側
から外側へ向かって空気速度が大きくなる）。このた
め、軸流式ファン７の吐出側に放熱器２２を配置した場
合（つまり押し込み式）には、半径方向の速度分布が大
きい空気の流れが放熱器２２に送風されるため、速度分
布が均一な流れを送風する場合と比較して放熱器２２の
性能が低下する。これに対し、本実施例の様に、軸流式
ファン７の吸い込み側に放熱器２２を配置した場合に
は、半径方向の速度分布が小さい空気の流れが放熱器２
２に送風されるため、押し込み式の場合より放熱器２２
の性能が向上する。更に、軸流式ファン７では、ターボ
ファン等の遠心送風式と比較して吸込口の有効面積を大
きく取れるため、放熱面積を大きくしたい場合等に効果
的である。

【００４０】（第４実施例）図６は筐体冷却装置１の断
面図である。本実施例は、低温側送風機７と高温側送風
機８の両方を軸流式ファン７、８とした一例である。こ
の場合、密閉空間の一部である高温側伝熱空間１３の前
面がメンテナンス用ハッチ１８により閉塞されているた
め、軸流式ファン８からの吐出空気を直角方向に曲げる
必要がある。従って、極力圧損を小さくするためには軸
流式ファン８とメンテナンス用ハッチ１８との間隔を出
来る限り大きく取った方が良い。ところが、軸流式ファ
ン８とメンテナンス用ハッチ１８との間隔を大きく取る
と、パネルクーラ４の幅（図６の左右方向の寸法）が増
大してしまう。そこで、本実施例では、沸騰冷却装置６
の冷媒槽２１を放熱器２２に対して後方（ケーシング５
の背面側）へオフセット配置して構成している。これに
より、冷媒槽２１を後方へずれて配置した分だけ、軸流
式ファン８の吐出側スペースを大きく取ることができ
る。また、本実施例の場合、図７に示す様に、２組の沸
騰冷却装置６のうち、一方の装置は、冷媒槽２１の上方
に放熱器２２を配置して、両者を連結する第１の連結管
２３ａ及び第２の連結管２３ｂを上下方向に真っ直ぐ配
管できるため、低コストで対応できるメリットがある。

【図面の簡単な説明】

【図１】筐体冷却装置の断面図（第１実施例）。

【図２】筐体冷却装置の正面図である（第１実施例）。

【図３】沸騰冷却装置の斜視図である。

【図４】筐体冷却装置の断面図（第２実施例）。

【図５】筐体冷却装置の断面図（第３実施例）。

【図６】筐体冷却装置の断面図（第４実施例）。

【図７】沸騰冷却装置の斜視図である（第４実施例）。

【図８】ヒートパイプを使用した冷却装置の側面図であ
る（従来技術）。

【図９】ヒートパイプを使用した冷却装置の側面図であ
る（従来技術）。

【符号の説明】

１ 筐体冷却装置 ２ 電子部品（発熱体） ３ ハウジング（筐体） ３Ａ 内部空間（高温領域） ４ パネルクーラ（冷却ユニット／冷却装置） ５ ケーシング ６ 沸騰冷却装置（熱交換装置） ７ 低温側送風機 ７ｄ 低温側送風機の吸込口 ８ 高温側送風機 ８ｄ 高温側送風機の吸込口 １１ 仕切板 １２ 低温側伝熱空間（低温領域） １３ 高温側伝熱空間（高温領域） １４ 外気取入口 １５ 外気排出口 １６ 内気取入口 １７ 内気排出口 ２１ 冷媒槽（高温側熱交換器） ２１ａ 受熱管（伝熱管） ２１ｂ 冷媒槽の上部タンク ２１ｃ 冷媒槽の下部タンク ２２ 放熱器（低温側熱交換器） ２２ａ 放熱管（伝熱管） ２２ｂ 放熱器の上部タンク ２２ｃ 放熱器の下部タンク ２３ａ 第１の連結管（連結管） ２３ｂ 第２の連結管（連結管）

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】高温領域に配されて、内部を流れる伝熱媒
   体と外部の高温側流体との間で熱交換を行う高温側熱交
   換器、低温領域に配されて、内部を流れる伝熱媒体と外
   部の低温側流体との間で熱交換を行う低温側熱交換器、
   及び前記高温側熱交換器と前記低温側熱交換器とを連結
   する連結管より構成され、前記高温側熱交換器と前記低
   温側熱交換器は、それぞれ伝熱媒体が流通する複数本の
   伝熱管と各伝熱管を連通するタンクとを具備し、前記高
   温側熱交換器のタンクと前記低温側熱交換器のタンクと
   が前記連結管により連結して構成された熱交換装置と、 前記高温領域で前記高温側熱交換器に高温側流体を送風
   する高温側送風機と、 前記低温領域で前記低温側熱交換器に低温側流体を送風
   する低温側送風機とを備え、 前記熱交換装置が複数設けられて、各熱交換装置の前記
   高温側熱交換器と前記低温側熱交換器とがそれぞれ多段
   に配列されるとともに、前記高温側熱交換器に対する高
   温側流体の流れ方向と前記低温側熱交換器に対する低温
   側流体の流れ方向とが同一方向となる様に構成され、 且つ、各熱交換装置は、前記高温側熱交換器と前記低温
   側熱交換器との配列方向が対向して設けられていること
   を特徴とする冷却装置。
2. 【請求項２】請求項１に記載した冷却装置において、 前記高温側送風機と前記低温側送風機は、前記熱交換装
   置に対して同一側に配置されていることを特徴とする冷
   却装置。
3. 【請求項３】請求項１または２に記載した冷却装置にお
   いて、 前記高温側送風機と前記低温側送風機のうち、少なくと
   も何方か一方の送風機は、吸込口が前記高温側熱交換器
   または前記低温側熱交換器に対向して配設されているこ
   とを特徴とする冷却装置。
4. 【請求項４】請求項３に記載した冷却装置において、 前記吸込口が前記熱交換器に対向して配設された送風機
   は、遠心送風式であることを特徴とする冷却装置。
5. 【請求項５】請求項１〜４に記載した何れかの冷却装置
   と、 密閉化された内部空間を形成し、その内部空間に発熱体
   を収容する筐体とを備え、 前記冷却装置により前記筐体の内部空間を冷却する筐体
   冷却装置であって、 仕切板によって気密に隔てられた高温側伝熱空間と低温
   側伝熱空間とを有し、前記高温側伝熱空間が前記筐体の
   内部空間と連通して設けられ、前記低温側伝熱空間が前
   記筐体の外部空間と連通して設けられて、 前記高温側熱交換器と前記高温側送風機とが前記高温側
   伝熱空間に収容され、前記低温側熱交換器と前記低温側
   送風機とが前記低温側伝熱空間に収容されて冷却ユニッ
   トを構成していることを特徴とする筐体冷却装置。
6. 【請求項６】請求項５に記載した筐体冷却装置におい
   て、 前記冷却ユニットは、前記高温側送風機の作動により前
   記高温側伝熱空間に高温側流体を取り入れる内気取入口
   と、前記高温側伝熱空間より高温側流体を排出する内気
   排出口とを有するとともに、前記低温側送風機の作動に
   より前記低温側伝熱空間に低温側流体を取り入れる外気
   取入口と、前記低温側伝熱空間より低温側流体を排出す
   る外気排出口とを有し、 前記内気取入口より前記内気排出口の方が低い位置に設
   けられ、且つ前記外気取入口より前記外気排出口の方が
   高い位置に設けられていることを特徴とする筐体冷却装
   置。
7. 【請求項７】請求項５または６に記載した筐体冷却装置
   において、 前記冷却ユニットは、前記高温側送風機と前記低温側送
   風機が、前記熱交換装置に対して外側に配置されている
   ことを特徴とする筐体冷却装置。
8. 【請求項８】請求項５または６に記載した筐体冷却装置
   において、 前記冷却ユニットは、前記筐体に対して一辺を軸として
   回動自在に取り付けられ、且つ前記高温側送風機と前記
   低温側送風機が前記熱交換装置に対して内側に配置され
   ていることを特徴とする筐体冷却装置。
9. 【請求項９】請求項１〜８に記載した何れかの冷却装置
   において、 前記熱交換装置は、内部に伝熱媒体である冷媒が封入さ
   れ、その冷媒が前記高温側熱交換器で高温側流体から受
   熱して沸騰し、前記連結管を通って前記低温側熱交換器
   へ移動した後、その低温側熱交換器で低温側流体に放熱
   することにより高温側流体の熱を低温側流体へ移動する
   沸騰冷却装置であることを特徴とする冷却装置。