JPWO2004006640A1 - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

熱交換機能を備えた単位モジュール（２０）を複数並列に配置して熱交換部（１６）を形成している。単位モジュール（２０）は、波状に形成したヒートレーン（２１）の間に伝熱フィン（２２）を備えている。単位ジュール（２０）のヒートレーン（２１）の間に伝熱フィン（２２）を設けないで空間（２５）を形成し、該空間（２５）に防水性及び弾性を備えた鞘部材（３０）を介して板部材（４０）を挿入することで、単位モジュール（２０）を放熱側と吸熱側に区切っている。

Description

本発明は、筐体内の熱を外部に放出する熱交換器に関する。特に、多量の熱を発生させる通信装置等の情報処理電子機器ユニットが格納されるキャビネットに好適に採用できる熱交換器に関する。

例えば、近年、次世代の移動基地局を設置することが急務となっており、その普及と呼応して屋外型の基地局設備に関する需要が国内外で高まっている。このような移動基地局設備では、キャビネット内に高性能な通信装置等の情報処理電子機器ユニットが格納されている。このようなキャビネットは屋外に設置されるので本来、密閉状態であることが好ましい。
しかし、通信装置等から多量の熱が発生するので、これを外部に放散（排出）することが必要である。よって、熱交換率が高く、かつ降雨時等に水が侵入することがない防水性にも優れた熱交換器を備えたキャビネットが必要となる。
図１は、通信装置等を格納する従来のキャビネットの構成例を示した図である。キャビネット１００は図示せぬ通信装置等を格納しており、多量の熱を発生させる。そのため、前面側のドアの一部に熱交換器１１０が設けられている。
上記熱交換器１１０は、外気ＦＡを吸気するファン１１１、熱交換部１２０、通信装置により温められた内部高温空気ＩＨＡを熱交換部１２０に向けて送り込むファン１１２等を備えている。
上記外気ＦＡは、熱交換部１２０のヒートパイプ１２１及びフィン１２２に接触することで、吸熱して高温の排気ＨＡとなりキャビネット外に排出される。一方、内部高温空気ＩＨＡはヒートパイプ１２１及びフィン１２２に接触することで吸熱され内部低温空気ＩＣＡとなり、再び通信装置の冷却に供される。よって、熱交換器１１０によりキャビネット１００内が過度に高温となることを抑制できる。
また、上記キャビネット１００は、野外に設置され、風や雨にさらされる。特に、雨（水）がキャビネット１００の内部まで侵入してしまうと、通信装置等の故障の原因となる。そこで、例えば熱交換部１２０の略中央に防水性の仕切板１２５を設ける共に、その周部で水が侵入しそうな目地部にはコーキング等でシール処理が施されている。
ところで、近年、特に上記キャビネットが設置される床面積は低減されており、高密度化した通信装置等を狭スペース化されたキャビネット内に収容することが必要となっている。これに伴い、熱交換器を配設するためのスペース確保が困難となるので、より熱交換効率の高い熱交換器が望まれるようになっている。
しかしながら、前述した従来の熱交換器では波状に折り曲げた長いヒートパイプ内に冷媒を流通させる構成であるので熱交換効率が低い。もちろん、複数の熱交換器をキャビネットに設置すれば、熱交換機能を高めることは可能である。しかし、前述したように設置スペースを確保することが困難であるばかりか、コストの上昇、重量の増加による可搬性の低下という問題も発生してしまう。
また、従来の熱交換器構造は長いヒートパイプに多数のフィンを備えた構造であるので、シール処理等の防水処理を施すのが困難であり、高いコストを要していた。さらに、シール処理の作業洩れを検証することが難しく、例え不良箇所が発見できたとしてもこれを修理することが容易でないという問題もあった。
なお、図１で示した以外にも、板状の発熱ユニットと吸熱ユニットを交互に複数貼り合せて熱交換部を有するタイプの熱交換器も知られている。しかし、このタイプの熱交換器の場合には、各ユニット間の接続部分を全てコーキング等でシール処理を施す必要があるので、さらにコストが上昇するという問題が発生する。

本発明は、上述した従来技術の問題を解決する、改良された熱交換器を提供することを総括的な目的とする。
本発明のより詳細な目的は、熱交換効率の高い熱交換器を提供することであり、さらには優れた防水機能も備えた熱交換器を提供することである。
上記目的は、熱交換機能を備えた単位モジュールを複数並列に配置した熱交換器により達成される。
また、前記単位モジュールについて、この単位モジュールは、波状に形成したヒートレーンの間に伝熱フィンを備えている構成を採用することができる。
これにより、単位モジュールが独立した熱交換機能を備えており、これを複数並列に配設しているので全体として熱交換効率が高い熱交換器となる。よって、熱交換器の小型化を図ることができ、狭スペース化への要請に対応することができる。
また、前記単位モジュールについて、この単位モジュールは、該単位モジュールを放熱側と吸熱側とに区切る区切り機構を備えた構成とすることができる。
これにより、区切り機構で単位モジュールを放熱側と吸熱側とに区切ることができる。
また、前記区切り機構の部材について、この区切り機構は、前記ヒートレーン間に前記伝熱フィンを設けないことにより形成した空間と、該空間に挿入される防水性及び弾性を備えた鞘部材と、該鞘部材に挿入される板状部材とを含んでいる構成とすることができる。
これにより、簡易な構成で単位モジュールを放熱側と吸熱側とに区切る区切り機構を構成することができ、この区切り機構には防水性も付与することもできる。このような区切り機構は、従来のようにコーキング作業を必要とせず作業工数を低減することができる。また、所定の部材を順次挿入するという単純な作業でよいので、本発明の熱交換器はベテランの作業員でなくても組立て作業を行うことができる。
また、前記板状部材について、この板状部材は、前記鞘部材に挿入された状態で後端部が突出する形状に形成され、前記鞘部材は前端側に前記板状部材の後端部を受け入れる連結部を備える構成とすることができる。
これにより、鞘部材に挿入された状態の板状部材の後端部に隣接する鞘部材の連結部に受け入れることで、前後する単位モジュールの位置を容易に定めることができる。
また、単位モジュールが熱交換器内で確実に保持されるという観点から、この単位モジュールを並列状態にして保持する保持部材がさらに配設され、該保持部材には前記単位モジュールを固定するための固定機構を備えた構成とすることができる。
これにより、位置決め機能を備えた複数の単位モジュールを熱交換器内で確実に保持することができる。
また、前述したように優れた熱交換器を外壁の一部に備えているキャビネットであれば、小型化、防水性に優れているので、通信装置等の情報処理電子機器ユニットを格納するのに最適なものを提供することができる。

本発明の他の目的、特徴及び利点は添付の図面を参照しながら、以下の説明を読むことにより、一層明瞭となるであろう。
図１は、通信装置を格納するキャビネットの従来構成例を示した図である。
図２は、実施例に係る熱交換器を備えたキャビネットの側部構成を示した図である。
図３は、実施例の熱交換器を取出して示した図である。
図４は、熱交換部を構成する単位モジュール及びこれらを配列した様子を示した図である。
図５は、実施例のプレートを拡大して示した図である。
図６は、実施例のプレートを受け入れる鞘部材を拡大して示した図である。
図７は、２つの単位モジュールを連結した状態を上面から示した図である。
図８は、複数の単位モジュールで構成された熱交換部を組付ける様子を示した図である。
図９は、第１の固定機構を説明するための図である。
図１０は、第１の固定機構の固定用ロッドを拡大して示した図である。
図１１は、第１の固定機構を組付ける様子を示した図である。
図１２は、第１の固定機構を組付ける様子を示した図である。
図１３は、第１の固定機構の組付けが完了した様子を示した図である。
図１４は、第２の固定機構を説明するための図である。
図１５は、第２の固定機構を組付ける様子を示した図である。
図１６は、第２の固定機構を組付ける様子を示した図である。
図１７は、第２の固定機構の組付けが完了した様子を示した図である。
なお、上記図において用いられている主要な参照符合を以下に説明する。
１はキャビネット、１０は熱交換器、１５は仕切り部、１６は熱交換部、１７は筐体、２０は単位モジュール、２１はヒートレーン、２２は伝熱フィン、２５は空間、３０は鞘部材、３２は連結部、４０はプレート（板状部材）、４２は後端部である。

以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明する。図２は実施例に係る熱交換器を備えたキャビネットの側部概要構成を示した図である。
図２でキャビネット１の内部には、図示せぬ通信装置等の情報処理電子機器ユニットが格納されるようになっている。このキャビネット１の前面扉２はその一部として熱交換器１０を備えている。
熱交換器１０は筐体１７の内部に、吸気口１３を介して外気ＦＡを吸気するファン１１、外気ＦＡとキャビネット内の空気との熱交換を行なう熱交換部１６、通信装置等により温められた内部高温空気ＩＨＡを熱交換部１６に向けて送り込むファン１２等を備えている。
本実施例の熱交換部１６は、単体で熱交換機能を備えた単位モジュール２０を複数並列に配置して構成されている。この単位モジュール２０の詳細な構成については後述するが、熱交換部１６は中央で仕切り部１５により内側（放熱側）と外側（吸熱側）とに仕切られており、外気と内気とが接触することなく熱交換できるようになっている。
すなわち、外気ＦＡは上記熱交換部１６を通過することで吸熱し、高温の排気ＨＡとなって再び排気口１４から排出される。その逆に、内部高温空気ＩＨＡは熱交換部１６を通過することで放熱し内部低温空気ＩＣＡとなって再び通信装置側の冷却に供される。よって、キャビネット１内に格納された通信装置等から放出された熱を外部に排出できる。
図３は、上記熱交換器１０を取出して示した図である。図３の上段では前記熱交換器１０を寝かせ前面側のカバー１７ＣＯＶを外した状態を示し、下段はカバー１７ＣＯＶをセットした状態の熱交換器１０の外観を示している。
筺体１７は筐体基部１７ＬＣＡ、カバー１７ＣＯＶ及びここでは図示されていない下側のベース１７ＢＡＳで構成されている。カバー１７ＣＯＶには前述した吸気口１３と排気口１４とが形成されている。
筐体基部１７ＬＣＡの中央部に熱交換部１６が位置している。この熱交換部１６は前述したように複数の単位モジュール２０が並列配置されて構成されている。なお、図３では吸気用のファン１１のみが確認できるが、内部側のファン１２はファン１１の対称位置に存在しており筐体基部１７ＬＣＡの下に隠れている。
さらに、図４は熱交換部１６を構成する上記単位モジュール２０及びこれらを配列した様子を示した図である。
図４の上段は１つの単位モジュール２０を拡大して示している。同図に示すように、１つの単位モジュール２０はヒートレーン２１を波状（コルゲート状）に折り曲げて形成されている。図示は省略するが、ヒートレーン２１には細いヒートパイプが複数並列に埋設されている。波状に折り曲げられたヒートレーン２１の間には複数の伝熱性のフィン２２がロウ付けされている。これらのヒートレーン２１及び伝熱フィン２２は熱伝導性の高い部材、例えばアルミ、銅等で形成されている。ヒートレーン２１内の細いヒートパイプには図示せぬ冷媒、例えば冷却用のガスが循環している。この循環は各単位モジュール２０で独立している。よって、単位モジュール２０のそれぞれが独立の熱交換機能を備えている。
また、上記ヒートレーン２１の間の高さ方向での中央位置ＬＶには、上記伝熱フィン２２を形成しないことにより空間２５が形成されている。この空間２５が形成される位置ＬＶは熱交換部１６のほぼ中間であり、図２で示した仕切り部１５の位置に相当している。
本実施例の熱交換部１６は防水性を担保しながら、外気側とキャビネット内部側とを区切る区切り機構を備えている。この点について以下詳細に説明する。
上記のようにヒートレーン２１の間には同じ高さ位置に複数の空間２５が形成されている。この空間２５には扁平で管状に形成された鞘部材３０が挿入される。この鞘部材３０は例えばネオプレンゴム、シリコン系ゴム等のように弾性及び防水性を備えた部材で形成されている。上記空間２５の全てに上記鞘部材３０を挿入した状態を図４の中段に示している。
図４の中段の状態から、鞘部材３０を挿入したのとは反対側からプレート（板状部材）４０を鞘部材３０内にさらに挿入する。このプレート４０は例えばアルミ材で形成されている。プレート４０を全ての鞘部材３０に挿入することで仕切構造が実現できる。
特に、上記構成ではパッキンの原理を応用している。即ち、弾性及び防水性を備えた鞘部材３０を空間２５内に挿入し、この鞘部材３０に板状のプレート４０を押込むことで防水性が付与される。
そして、図４の下段に示したように、各々形成した各単位モジュール２０を複数並列にセットすることで熱交換部１６が形成される。
上記の説明から理解できるように、本実施例では上記空間２５、これに挿入される鞘部材３０、さらにこの鞘部材３０に挿入されるプレート４０により区切り機構が構成されている。この区切り機構で単位モジュール２０の各々がキャビネットの内側と外側（図４では上下）とに区切られ、しかも防水性を付与した構造となっている。
図５は上記プレート４０を拡大して示した図である。図５（Ａ）はプレート４０の平面図、同（Ｂ）その側面図である。図５に示されるように、プレート４０は挿入側の幅Ｗ１より、後側の幅Ｗ２が広くなるように成形されている。
また、図６は上記プレート４０を受け入れる鞘部材３０を拡大して示した図である。図６で（Ａ）は、鞘部材３０の空間２５に挿入する側から見た図であり、図６（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ断面図、図６（Ｃ）は（Ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
図６から確認できるように、鞘部材３０は内部にプレート４０を受け入れる空間を有した管路３１となっている。この管路３１はプレート４０の挿入時に楔効果が生じるように、前端側（図６（Ｃ）で左側）の幅が狭く形成されている。そして、その左端側は段状に拡大した連結部３２が形成されている。
上記連結部３２は後述するように隣接するプレート４０の後端部を受け入れて、前後に位置する単位モジュール２０間の相互位置を規定するために形成されている。この単位モジュール２０の位置決め機構に関して、図７を参照してさらに説明する。
図７は、２つの単位モジュール２０Ａ、２０Ｂを連結した状態を上面から示した図である。図７では、２つの単位モジュール２０Ａ、２０Ｂの空間２５全てに、鞘部材３０が挿入され、さらにこの鞘部材３０にプレート４０が挿入された状態が示されている。
ここで、ハッチングした下から２列目を例に説明すると、単位モジュール２０Ａに属する鞘部３０Ａにプレート４０Ａが挿入されている。このプレート４０Ａは鞘部３０Ａに十分に挿入された状態で楔効果を生じさせ、鞘部３０Ａをヒートレーン２０の内壁に押しつけるので十分な防水性を担保している。
そして、上記のようなプレート４０Ａの状態で、その後端部４２Ａが鞘部３０Ａの後端から突出している。この後端部４２Ａは、後側で隣接する他の単位モジュール２０Ｂに属する鞘部３０Ｂの前端に形成された連結部３２Ｂに収容されている。
上記のように前側の単位モジュール２０Ａに属するプレート４０Ａの後端部４２Ａを、後側の単位モジュール２０Ｂに属する鞘部３０Ｂの連結部３２Ｂに収容するように押込むことで、前後に位置するモジュール２０間の位置決めを簡易かつ確実に実現できる。図７では、２つの単位モジュール２０Ａ、Ｂの関係を示したが、並接する複数の単位モジュール２０が同様に位置決めされている。
図８は、上記のように複数の単位モジュール２０で構成された熱交換部１６を熱交換器１０の筐体基部１７ＬＣＡに組付ける様子を示した図である。本実施例の場合には、８個（２０Ａ〜２０Ｈ）の単位モジュール２０を前述したように接続して第１熱交換ユニット２０１としている。さらに、これと同じ構成の第２熱交換ユニット２０２を形成して、本実施例の熱交換部１６は２つの熱交換ユニット２０１、２０２で構成されている。
前述したように、各単位モジュール２０はそれぞれ独立した冷却機能を有しており、従来のように長く形成したヒートパイプに冷媒を循環させる構成ではない。よって、この熱交換部１６は熱交換効率が高く、従来の場合と比較して熱交換効率が１．５倍程度に向上することを本願発明者は確認している。従って、熱交換部１６を小型化できるので、熱交換器１０を全体として小型化図できる。
上記のように複数の単位モジュール２０を併設した熱交換部１６は筐体基部１７ＬＣＡに形成された空間１８内に嵌め込まれて固定される。熱交換部１６の高さ方向での中央位置ＬＶが前記仕切り部１５に相当するように組立てられる。
その後、ファン１１、ファン１２を組付けることで、図３で示したような熱交換器１０が完成する。なお、この図８では下側のベース１７ＢＡＳを示したが上側のカバー１７ＣＯＶの図示は省略している。
ところで、本実施例の熱交換器１０は、筐体基部１７ＬＣＡに形成した空間１８内に精度良く熱交換部１６を固定するための好ましい固定機構を備えている。図９から図１３は好適に採用できる第１の固定機構例について示している。
図９は、図８で示した片側の第１熱交換ユニット２０１を保持部材に固定する様子を示した図である。熱交換部１６の単位モジュール２０は前述したような位置決め機構を備えているので、前後に隣接する単位モジュール２０を確実に位置決めできる。この状態を長期に保持できるようにしたのが、以下で説明する第１の固定機構である。
図９で、各単位モジュール２０は下側での一対の下保持部材５１と、上側での一対の上保持部材５３とにより保持されるようになっている。下保持部材５１は単位モジュール２０の底面を支持する鍔部５４を備えている。また、下保持部材５１及び上保持部材５３は、最初に保持される単位モジュール２０Ａの一端を位置決めするため爪状のストッパ部５１ＳＴ、５３ＳＴを端部に備えている。
また、上記下保持部材５１及び上保持部材５３には、後述するツマミ７０を挿入するための開孔５２、５４が単位モジュール２０の幅に対応した位置に形成されている。
図９では最初の単位モジュール２０Ａを上記下保持部材５１及び上保持部材５３に固定する様子を示している。単位モジュール２０Ａがストッパ部５１ＳＴ、５３ＳＴに当接した後、一対の下保持部材５１間及び一対の上保持部材５３間に固定用ロッド６０を配置する。その際、上の固定用ロッド６０を開孔５４の間、下の固定用ロッド６０を開孔５２の間に配置し、外側からツマミ７０を挿入してこの固定用ロッド６０を回転させる。なお、図９では、参照符号Ａで示す領域を拡大して示している。
上記固定用ロッド６０はツマミ７０により回転させられることで、単位モジュール２０Ａの背部をストッパ部５１ＳＴ、５３ＳＴ側に押し付けるように作用させることができる。この点について図１０を用いて説明する。
図１０は、固定用ロッド６０を拡大して示した図である。同図の左には、端部側から見た固定用ロッド６０を示している。図１０で確認できるように、固定用ロッド６０の両端には上記ツマミ７０を受ける挿入部６５が形成されている。固定用ロッド６０は略円柱状であり、その両端には中心からαオフセットさせた位置に上記挿入部６５が形成されている。よって、ツマミ７０をこの挿入部６５に挿入してから固定用ロッド６０を回転させると、単位モジュール２０Ａの背部から長さα分の押込みを行なうことができる。この様子を示したのが図１１である。
なお、この図１１でも、参照符号Ｂ、Ｃで示す領域を拡大して示している。これらの図から明らかなように、ツマミ７０を介して上下の固定用ロッド６０を回すことにより、単位モジュール２０Ａをストッパ部５１ＳＴ、５３ＳＴ側に確実に押し付けて固定することができる。
最初の単位モジュール２０Ａを固定した後は、図１１及び図１２に示すように、順次２０Ｂ〜２０Ｈについても同様に固定すればよい。そして、図１３に示すように、最終的に保持部材５１、５３に固定された第１熱交換ユニット２０１を形成できる。
上記のように各単位モジュール２０を順に固定する際には、前述した位置決め機構が有効に機能するので第１熱交換ユニット２０１を精度良く形成でき、固定用ロッド６０を用いた固定機構によりその状態を保持できる。第２熱交換ユニット２０２も同様に形成できる。
さらに、図１４から図１７では第１の固定機構と同様に好適に採用できる第２の固定機構例について示している。この第２の固定機構例の説明は、先の第１の固定機構と比較して特徴部分を中心に説明する。
図１４は、先に示した図９と同様に、第１熱交換ユニット２０１を保持部材に固定する様子を示した図である。本第２の固定機構では１対の側板８１が保持部材となっている。この側板８１には、ツマミ７０が挿入される開孔８２が形成されている。この開孔８２は、第１の固定機構で開孔５２、５４を形成した場合と同様に、単位モジュール２０の幅に対応した位置に形成されている。さらに、側板８１を支持する支持部材８５が配設されている。
本第２の固定機構では、参照符号Ｄで示す領域を拡大して示すように、小判型のカム９０が前述した固定用ロッド６０の代わりに機能している。
そして、図１４及び図１５で示すように、各開孔８２を間にしてカム９０とツマミ７０とが対で配設されている。よって、ツマミ７０を回すことにより、カム９０が回転して単位モジュール２０Ａの背部を支持部材８５側に押し付けるように作用させることができる。本第２の固定機構の場合は、４箇所のツマミ７０を回して１つの単位モジュール２０が固定されることになる。なお、この図１５でも、参照符号Ｅ、Ｆで示す領域を拡大して示している。
最初の単位モジュール２０Ａを固定した後は、図１５及び図１６に示すように、順次２０Ｂ〜２０Ｈについても同様に固定すればよい。そして、図１６に示すように補強部材８７を支持部材８５に固定して側板８１を背面から固定すると、最終的に保持部材８１に固定された第１熱交換ユニット２０１を形成できる。
本固定機構を採用した場合にも、各単位モジュール２０を順に固定する際には、前述した位置決め機構が有効に機能するので第１熱交換ユニット２０１を精度良く形成でき、カム９０を用いた固定機構によりその状態を保持できる。第２熱交換ユニット２０２も同様に形成できる。
以上説明したように、本実施例の熱交換器１０は独立した熱交換機能を有する単位モジュールを複数並列に配置しているので、従来の熱交換器と比較して機能が向上している。よって、小型化が可能であり、小スペース化に対応できる。
また、熱交換器１０の熱交換部１６は、ヒートレーン２１に設けた空間２５に鞘部材３０を挿入し、さらにこの鞘部材３０にプレート４０を挿入するという簡易な作業により防水機能も備えた区切り構造を形成できる。よって、従来のようにコーキング等で処理する必要がないので、組付け工程を簡素化できる。
さらに、プレート４０の後端部に鞘部材３０前端の連結部３２を挿入するという簡単な工夫で単位モジュール２０間の相互位置を正確に設定することもできる。
さらに、前述した第１或いは第２の固定機構を採用することで、熱交換部１６の状態を長期安定に維持することができる。
なお、前述した実施例では、キャビネットの扉の一部として熱交換器を設ける例を示したが、これに限らずキャビネットの側壁等の外壁の一部として熱交換器を設けてもよいことは言うまでもない。
本発明は、具体的に開示された実施例に限定されるものではなく、特許請求した本発明の範囲から逸脱することなく、種々の変形例や実施例が考えられる。

Claims (7)

1. 熱交換機能を備えた単位モジュールを複数並列に配置した、ことを特徴とする熱交換器。
2. 請求１項記載の熱交換器において、
   前記単位モジュールは、波状に形成したヒートレーンの間に伝熱フィンを備えている、ことを特徴とする熱交換器。
3. 請求項１又は２に記載の熱交換器において、
   前記単位モジュールは、該単位モジュールを放熱側と吸熱側とに区切る区切り機構を備えている、ことを特徴とする熱交換器。
4. 請求項３に記載の熱交換器において、
   前記区切り機構は、前記ヒートレーン間に前記伝熱フィンを設けないことにより形成した空間と、該空間に挿入される防水性及び弾性を備えた鞘部材と、該鞘部材に挿入される板状部材とを含んでいる、ことを特徴とする熱交換器。
5. 請求項４に記載の熱交換器において、
   前記板状部材は前記鞘部材に挿入された状態で後端部が突出する形状に形成され、前記鞘部材は前端側に前記板状部材の後端部を受け入れる連結部を備えている、ことを特徴とする熱交換器。
6. 請求項１から５のいずれかに記載の熱交換器において、
   前記単位モジュールを並列状態にして保持する保持部材がさらに配設され、該保持部材には前記単位モジュールを固定するための固定機構を備えている、ことを特徴とする熱交換器。
7. 請求項１から６のいずれかに記載の熱交換器を外壁の一部に備えていることを特徴とするキャビネット。

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