KR20080034013A

KR20080034013A - 열교환형 냉각 장치

Info

Publication number: KR20080034013A
Application number: KR1020087005000A
Authority: KR
Inventors: 나오유키 후나다; 유지 나카노; 케이스케 하지모토; 토시카즈 야마구치; 무츠히코 마츠모토; 카즈키 사이슈; 히로시 시바타
Original assignee: 마쯔시다덴기산교 가부시키가이샤
Priority date: 2005-09-21
Filing date: 2006-09-12
Publication date: 2008-04-17
Also published as: KR100969691B1; WO2007034705A1; JP4609260B2; CN101268727A; EP1906720A1; JP2007088126A; EP1906720A4; US20090101304A1; CN101268727B

Abstract

열교환형 냉각 장치는, 상자체와, 상자체의 내부의 내기를 흡입하고 흐르게 하여 내부로 되돌리는 내기 풍로와, 상자체의 외부의 외기를 흡입하고 흐르게 하여 외부로 되돌리는 외기 풍로와, 내기 풍로로 내기를 보내는 내기 송풍기와, 외기 풍로로 외기를 보내는 외기 송풍기와, 외기 풍로를 흐르는 외기의 현열(顯熱)과 내기 풍로를 흐르는 내기의 현열을 교환하는 열교환 소자와, 내기 풍로에 설치되어 내기를 가열하는 가열부를 구비한다. 외기 풍로는 내기 풍로로부터 독립하고 있다. 가열부는 열교환 소자의 상류에 설치되어 있다. 이 열교환형 냉각 장치는 상자체 내에 먼지, 수분 등의 침입을 방지하고, 상자체 내를 가열 및 냉각할 수 있다.

냉각 장치, 송풍기, 열교환

Description

열교환형 냉각 장치{HEAT EXCHANGE TYPE COOLING DEVICE}

본 발명은 상자체 내를 냉각하는 열교환형 냉각 장치에 관한 것이다.

도 7은 특개 2001-156478호 공보에 개시되어 있는 종래의 열교환형의 냉각 장치(5001)의 구성도이다. 냉각 장치(5001)는 상자체 구조물(101)에 설치되어 있다. 냉각 장치(5001)는, 내기 풍로(105)와, 외기 풍로(109)와, 칸막이판(110)과, 송풍기(103A, 103B)와, 열교환 소자(104)를 구비한다. 내기 풍로(105)는, 발열체를 수용하고 있는 상자체(201)의 내부(201A)의 내기를 흡입하여 상자체(201)의 내부(201A)로 되돌린다. 외기 풍로(109)는 상자체(201)의 외부(201B)의 외기를 흡입하고, 그 외기를 상자체(201)의 외부(201B)로 배출한다. 칸막이판(110)은 내기 풍로(105)와 외기 풍로(109)를 서로 독립시킨다. 송풍기(103B)는 외기 풍로(109) 내의 외기를 반송한다. 송풍기(103A)는 내기 풍로(105) 내의 내기를 반송한다. 열교환 소자(104)는, 내기 풍로(105)와 외기 풍로(109)의 교점에 배치되어, 외기와 내기의 현열(顯熱)을 교환한다. 냉각 장치(5001)는 상자체(201)에 설치되어, 상자체(201)의 내부(201A)를 냉각하고 있다.

냉각 장치(5001)는, 상자체(201)의 외부(201B)의 외기의 온도가 낮은 경우, 또는 상자체(201)의 내부(201A)가 차가워져 있는 경우에는, 상자체(201)의 내 부(201A)를 따뜻하게 할 수는 없다. 상자체(201)의 내부(201A)에는, 소정의 주위 온도 이상에서 기동시키는 것이 필요한 기기가 수납되는 경우가 있다. 이 경우, 내부(201A)의 온도에 따라 그 기기를 기동할 수 없을 가능성이 있다.

이 기기를 기동시키기 위하여, 내기나 외기의 온도가, 기기가 기동하는 소정의 온도보다 낮은 경우에는, 기동시에 일시적으로 상자체(201)의 내부(201A)를 가열시키는 것이 필요하다.

도 8은, 일본특허공개 제2001-156478호 공보에 개시되어 있는 종래의 열교환형 환기 장치(5002)의 구성도이다. 상자체(501)의 내부(501A) 내의 내기는 배기(503)로서 상자체(501)의 외부(501B)로 배기구(503A)를 통해 배출된다. 상자체(501)의 외부(501B)의 외기는 급기(502)로서 상자체(501)의 내부(501A)로 급기구(502A)를 통해 도입된다. 열교환 소자(120)는 배기(503)와 급기(502)의 열을 교환한다. 급기 팬(122)은 열교환 소자(120)로 외기를 보낸다. 배기 팬(123)은, 열교환 소자(120)를 통해 내기를 외부(501B)로 배출한다. 외부(501B)에는 빗물의 배기구(503A)와 급기구(502A)로의 침입을 방지하는 후드(hood;121)가 설치되어 있다. 급기팬(122)의 풍상(風上)측에 히터(129)가 설치되어 있다. 히터(129)는, 급기구(502A)로부터 흡입한 외기를 가열하여 열교환 소자(120)로 보내고, 한냉지에서의 열교환 소자(120) 내의 결로 발생을 방지하고 있다.

환기 장치(5002)는, 외기를 상자체(501)의 내부(501A)에 직접 도입시키므로, 상자체(501)의 내부(501A)로 급기(502)와 함께 먼지나 수분이 침입하여 상자체(501)의 내부(501A)에 수용하고 있는 기기에 악영향을 미치는 경우가 있다.

또한 히터(129)에서 가열된 급기(502)가 열교환 소자(120)로 보내진다. 내기의 온도가 외기의 온도보다도 낮은 경우에는, 히터(129)에 의해 데워진 급기(502;외기)가 열교환 소자(120)를 통과할 때 배기(503;내기)로 냉각되어, 고효율로 상자체(501)의 내부(501A)를 가열할 수 없다.

열교환형 냉각 장치는, 상자체와, 상자체의 내부의 내기를 흡입하고 흐르게 하여 내부로 되돌리는 내기 풍로와, 상자체의 외부의 외기를 흡입하고 흐르게 하여 외부로 되돌리는 외기 풍로와, 내기 풍로로 내기를 보내는 내기 송풍기와, 외기 풍로로 외기를 보내는 외기 송풍기와, 외기 풍로를 흐르는 외기의 현열과 내기 풍로를 흐르는 내기의 현열을 교환하는 열교환 소자와, 내기 풍로에 설치되어 내기를 가열하는 가열부를 구비한다. 외기 풍로는 내기 풍로로부터 독립하고 있다. 가열부는 열교환 소자의 상류에 설치되어 있다.

이 열교환형 냉각 장치는 상자체 내에 먼지, 수분 등의 침입을 방지하고, 상자체 내를 가열 및 냉각할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에서의 열교환형 냉각 장치를 구비한 상자체의 사시도.

도 2는 실시예에서의 열교환형 냉각 장치의 구성도.

도 3은 실시예에서의 냉각 장치의 주요부의 사시도.

도 4는 실시예에서의 냉각 장치의 구성도.

도 5는 실시예에서의 냉각 장치의 가열부의 사시도.

도 6A는 실시예에서의 가열부의 발열체의 사시도, 6B는 6A에 도시한 발열체의 선 6B-6B에서의 단면도.

도 7은 종래의 열교환형 냉각 장치의 구성도.

도 8은 종래의 열교환형 환기 장치의 구성도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

2 내기 송풍기 3 열교환 소자

5 내기 풍로 8 외기 풍로

9 외기 송풍기 10 가열부

21 발열체(제1 발열체) 21A 통풍면(제1 통풍면)

22 발열체(제2 발열체) 22A 통풍면(제2 통풍면)

24 송풍 방향 26 발열 요소

27 유지 부재(제1 유지 부재, 제2 유지 부재)

33 온도 퓨즈 36 온도라벨

601 상자체 601A 내부

601B 외부 1001 냉각 장치

도 1은 본 발명의 실시예에서의 열교환형 냉각 장치(1001)를 구비한 상자체(601)의 사시도이다. 도 2는 냉각 장치(1001)의 구성도이다. 상자체(601)의 도어(1601)에는 2대의 냉각 장치(1001)가 설치되어 있다. 도 1에서, 냉각 장치(1001)는 도어(1601)에 내장되어 있다. 냉각 장치(1001)는, 도어(1601)의 내면이나 외면, 또는 벽(2601)의 내부 또는 외면이나 내면에 설치되어도 무방하다. 상자체(601)의 내부(601A)에는 기기(701)가 수용되어 있다.

상자체(601)는 내부(601A)와 외부(601B)를 구분하고 있다. 상자체(601)의 내부(601A)의 내기는 내기 흡입구(1)로부터 내기 송풍기(2)로 흡입된 후, 열교환 소자(3)를 통과하여 흐르고, 내기 취출구(4)로부터 상자체(601)의 내부(601A)로 되돌아가, 내기 풍로(5)를 형성한다. 제어 박스(11)는, 내기 흡입구(1)와 열교환 소자(3)의 사이에서 내기 풍로(5)에 접하여 배치되어 있다. 제어 박스(11)의 측면에는 내기를 가열하는 가열부(10)가 배치되어 있다. 내기 흡입구(1)로부터 내기 송풍기(2)로 흡입된 내기는 가열부(10)를 통과하여 열교환 소자(3)로 보내진다. 즉, 가열부(10)는 내기 풍로(5)에서 열교환 소자(3)의 상류에 설치되고, 또한 내기 송풍기(2)는 내기 풍로(5)에서 가열부(10)의 상류에 설치되어 있다. 내기 송풍기(2)에 흡입된 내기의 일부는 가열부(10)를 통과한 후, 제어 박스(11)의 측면에 설치된 흡입구(12)로부터 제어 박스(11) 내로 도입된다. 제어 박스(11) 내로 도입된 내기의 일부는 열교환 소자(3)에는 보내지지 않고, 제어 박스(11)의 전면(前面)에 설치된 취출구(13)로부터 상자체(601)의 내부(601A)로 되돌아가, 제어 박스 풍로(風路 )(14)를 형성한다.

상자체(601)의 외부(601B)의 외기는, 내기 흡입구(1)의 반대측에 설치된 외기 흡입구(6)로부터 외기 송풍기(9)에 흡입된다. 외기 송풍기(9)에 흡입된 외기는, 열교환 소자(3)를 통과하여 흐르고, 외기 취출구(7)로부터 다시 외부로 배출되어, 외기 풍로(8)를 형성한다.

도 2에서는 외기 송풍기(9)가 상자체(601)의 내부(601A)에 접하고 있는 것처럼 도시되어 있으나, 도 1에 도시한 바와 같이 외기 송풍기(9)는 차단판(1001A)으로 내부(601A)로부터 차단되어 있어, 내부(601A)에 연통하고 있지 않다. 도 2에 도시한 바와 같이, 2대의 냉각 장치(1001)의 외기 송풍기(9)의 사이에는 칸막이판(17)이 설치되어 있고, 2개의 외기 송풍기(9)를 서로 연통시키지 않도록 차단하고 있다.

이와 같이 내기 풍로(5), 제어 박스 풍로(14), 및 외기 풍로(8)는 서로 독립하여 설치되어 있다. 열교환 소자(3)는 외기 풍로(8)와 내기 풍로(5)의 교점에 배치되어, 외기와 내기의 현열을 교환한다.

제어 박스(11)에는 내기의 온도를 검출하는 온도 센서(15)가 설치되어 있다. 칸막이판(17)의 측면에는 외기의 온도를 검출하는 온도 센서(16)가 설치되어 있다.

내기 송풍기(2) 및 외기 송풍기(9)는 변속 기능을 가져도 좋다. 온도 센서(15)에서 내기의 온도가 소정치를 상회했을 때에 내기 송풍기(2) 및 외기 송풍기(9)의 회전수를 높여 상자체(601)의 내부(601A) 온도의 변동에 대응할 수 있다.

실시예에 따른 열교환형 냉각 장치(1001)는, 온도 센서(16)에서 검출된 외기 의 온도가 내기의 온도보다 낮을 때에 외기 송풍기(9)를 동작시켜 외기를 외기 흡입구(6)로부터 흡입한다. 열교환 소자(3)는 상자체(601)의 내부(601A)의 따뜻한 내기의 열과 흡입된 외기의 열을 교환하여, 외기를 따뜻하게 하고 내기를 냉각한다. 데워진 외기는 외기 취출구(7)로부터 상자체(601)의 외부(601B)로 배기된다. 냉각된 내기는 내기 취출구(4)로부터 상자체(601)의 내부(601A)로 보내져, 상자체(601)의 내부(601A)에 수용된 기기(701)를 냉각한다.

온도 센서(15, 16)에서 각각 검출된 내기, 외기의 온도가 서로 낮을 때에, 냉각 장치(1001)에서는 열교환 소자(3)를 동작시키지 않고, 내기 송풍기(2)와 가열부(10)에 의해 내기를 가열하고 내부(601A)로 되돌린다. 이에 따라, 기기(701)를 기동시키기 위하여 내부(601A)의 온도를 소정의 온도로 할 수 있다.

실시예에 따른 열교환형 냉각 장치에서는, 외기 풍로(8)와 제어 박스 풍로(14)가 서로 독립하고, 또한 외기 풍로(8)와 내기 풍로(5)가 서로 독립하여 차단되어 있다. 이에 따라 외기와 내기는 혼합하지 않으므로, 외기에 포함되는 수분, 먼지가 상자체(601)의 내부(601A)에 칩입하지 않아, 기기(701)에 영향을 미치지 않는다.

가열부(10)로서, 히터, 정(正)온도 계수 발열체, 면형상 발열체, 간접 저항 발열체를 이용할 수 있다.

정온도 계수 발열체로 이루어지는 가열부(10)는 자기 온도 제어 기능을 가지고 있다. 따라서, 내기 송풍기(2)가 고장으로 정지하여 가열부(10)만 운전하고 있는 경우에도, 가열부(10)의 온도는 소정의 온도 이상이 되지 않아 안전하다. 정온 도 계수 발열체는 통전을 개시하고 나서 단시간에 소정의 온도까지 상승하므로, 내기를 신속하게 승온시킬 수 있다. 이에 따라, 기기(701)의 주위 온도를 안전하고 신속하게 높게 할 수 있어, 기기(701)를 기동시킬 수 있다.

도 3은 가열부(10)와 제어 박스(11)의 사시도이다. 도 4는 냉각 장치(1001)의 구성도이다. 도 4에 도시한 바와 같이, 내기 송풍기(2)는 회전축(23)에서 회전하여 송풍 방향(24)으로 내기를 보낸다. 가열부(10)는 발열체(21,22)로 이루어진다. 발열체(21, 22)는 통풍면(21A, 22A)을 각각 가진다. 통풍면(21A, 22A)을 통과하는 공기의 빠르기가 클수록, 발열체(21, 22)는 큰 양의 열을 방출하여 가열 성능이 커진다. 통풍면(21A, 22A)은 내기 송풍기(2)의 회전축(23)과 평행하고, 또한 송풍 방향(24)과 수직으로 배치되어 있다. 이 배치에 의해, 통풍면(21A, 22A)을 통과하는 내기의 빠르기가 가장 커져, 발열체(21, 22)로 이루어지는 발열부(10)는 고효율로 내기를 가열할 수 있다.

발열체(21, 22)는 서로 다른 가열 능력, 가열 속도 등의 특성을 가지고 있어도 무방하다. 예를 들면, 돌입 전류의 피크값에 이르기까지의 시간이 서로 다른 경우에는, 기동시에 발열체(21, 22)에 각각 유입하는 전류의 타이밍이 어긋나므로, 발열체(21, 22)에 유입하는 돌입 전류의 합을 낮게 억제할 수 있다. 따라서 발열체(21, 22)의 높은 가열 능력을 확보하면서 기동시의 가열부(10)로서의 합계의 돌입 전류를 낮게 억제할 수 있게 된다. 구체적으로는, 발열체(21)가 AC 275V 인가시에 가열 능력 460W, 퀴리 온도(curie temperature) 220℃의 정온도 계수 발열체이고, 발열체(22)가 AC 275V 인가시에 가열 능력 515W, 퀴리 온도 245℃의 정온도 계 수 발열체인 조합의 경우, 발열체(21, 22)로의 합계의 기동시의 돌입 전류는 주위 온도 10℃에서 12A가 되었다. 발열체(21, 22)가 모두 가열 능력 500W, 퀴리 온도 220℃의 정온도 계수 발열체인 조합의 경우에는, 발열체(21, 22)의 합계의 기동시의 돌입 전류가 16A였다. 따라서 가열 능력이 동등해도, 전자의 발열체의 조합은 후자의 조합보다 돌입 전류를 25% 저감할 수 있었다.

또한 가열부(10)는 발열체(21, 22) 중 어느 하나를 구비하지 않아도 무방하다.

도 5는 발열체(21, 22)를 가지는 가열부(10)의 사시도이다. 발열체(21, 22)는, 발열 요소(26)와, 발열 요소(26)의 양단을 각각 유지하는 2개의 절연성을 가지는 유지 부재(27)와, 유지 부재(27)가 설치된 고정 금구(28)를 가진다. 2개의 유지 부재(27)는 동일 구조를 가진다. 유지 부재(27)에는, 발열 요소(26)의 전원을 인가하는 전원 단자(26A)를 통과시키는 홀(27A)이 형성되어 있다. 유지 부재(27)는 세라믹계 소성품으로 이루어지는데, 내열 수지 성형품으로 형성되어 있어도 무방하다.

이 구조에 의해, 발열체(21, 22)에서 유지 부재(27) 및 고정 금구(28)를 공용화할 수 있어, 제조시의 관리나 교환용 부품의 재고를 경감할 수 있다.

가열부(10)는, 발열체(21, 22)의 전원 단자(26A)에 접속된 배선(30)과, 배선(30)에 전원을 공급하는 커넥터(32)를 가진다. 배선(30)은 커넥터(32)에 접속된 배선(30B)과, 배선(30B)으로부터 배선 접속자(31)에서 분기하여 발열체(21, 22)의 전원 단자(26A)에 각각 접속된 배선(30A)을 가진다. 가열부(10)에서, 발열체(21, 22)는 서로 병렬로 커넥터(32)에 접속되어 있다.

이 구성에 의해, 발열체(21, 22)는 동일한 구조의 부품을 이용할 수 있으므로 교환용 부품을 1종류로 할 수 있게 되어, 부품 교환시에 설치 잘못이 발생하지 않아, 제조시의 관리나 교환용 부품의 재고를 경감할 수 있다.

도 6A는 발열체(21, 22)의 사시도이다. 도 6B는 도 6A에 도시한 발열체(21, 22)의 선 6B-6B에서의 단면도이다. 배선(30,30A)에는 온도 퓨즈(33)가 삽입되어 있다. 배선(30,30A)은 고정 부재(34)를 이용하여 온도 퓨즈(33)와 함께 고정 금구(28)에 설치되어 있다. 온도 퓨즈(33)는 발열 요소(26)의 수평 방향의 중앙(26B), 또한 발열 요소(26)의 단부(26C)로부터 7mm 정도의 거리 D1 이상 떨어져서 통풍면(21A, 22A)의 근방에 위치하고 있다. 온도 퓨즈(33)는 통풍면(21A, 22A)에 대향하지 않고, 또한 통풍로(35)로 들어가지 않도록 고정 금구(28)에 설치되어 있다.

이 구성에 의해, 온도 퓨즈(33)는 발열 요소(26)의 온도가 과도하게 상승하여 소정의 온도가 된 이상(異常) 시에는 신속하게 배선(30A)을 절단할 수 있다.

발열 요소(26)에는 온도라벨(36)이 부착되어 있다. 온도라벨(36)은 소정의 온도를 넘었을 때에 변화하는 색 등의 외관을 가진다. 냉각 장치(1001)의 가열부(10)는 복수의 발열체(21, 22), 즉 복수의 발열 요소(26)를 가진다. 온도라벨(36)의 외관, 예를 들면 색이 변화함으로써, 사용자는 발열 요소(26)의 온도를 측정하지 않고, 기능하고 있지 않은 발열 요소(26)를 특정할 수 있다.

또한 냉각 장치(1001)를 정지하고 나서 발열 요소(26)의 표면이 안전한 온도 가 되기까지 수시간이 걸리는 경우가 있다. 그 경우, 사용자는 온도라벨(36)의 외관을 눈으로 인식함으로써, 발열 요소(26)에 손으로 닿아도 안전한지를 판단할 수 있다.

실시예에 따른 열교환형의 냉각 장치(1001)에서는, 상자체(601)의 내부(601A)의 내기를 외부(601B)의 외기로부터 차단할 수 있어, 내부(601A)에 외기의 먼지나 수분이 들어오지 않도록 한다. 따라서 상자체(601) 내에 기기(701)로서, 먼지나 수분에 약하고, 또한 동작 가능 분위기 온도의 범위가 좁은 정밀 기기를 수용할 수 있어, 휴대 전화 기지국과 같이 옥외에 설치되는 상자체의 내부의 냉각 및 가열을 행할 수 있다.

본 발명에 따른 열교환형의 냉각 장치는, 상자체 내에 먼지, 수분 등의 침입을 방지하여 상자체 내를 가열 및 냉각할 수 있으므로, 먼지나 수분에 약하고, 또한 동작 가능 분위기 온도의 범위가 좁은 정밀 기기를 수용할 수 있어, 휴대 전화 기지국과 같이 옥외에 설치되는 상자체 구조물에 유용하다.

Claims

내부와 외부를 구분하는 상자체와,

상기 상자체의 상기 내부의 내기를 흡입하고 흐르게 하여 상기 내부로 되돌리는 내기 풍로와,

상기 상자체의 상기 외부의 외기를 흡입하고 흐르게 하여 상기 외부로 되돌리고, 또한 상기 내기 풍로로부터 독립한 외기 풍로와,

상기 내기 풍로로 상기 내기를 보내는 내기 송풍기와,

상기 외기 풍로로 상기 외기를 보내는 외기 송풍기와,

상기 외기 풍로를 흐르는 상기 외기의 열과 상기 내기 풍로를 흐르는 상기 내기의 열을 교환하는 열교환 소자와,

상기 내기 풍로에서 상기 열교환 소자의 상류에 설치되어 상기 내기를 가열하는 가열부를 구비한 열교환형 냉각 장치.
제1 항에 있어서,

상기 내기 송풍기는 송풍 방향으로 상기 내기를 송풍하고,

상기 가열부는 상기 송풍 방향과 수직으로 배치된 통풍면을 가지는 열교환형 냉각 장치.
제1 항에 있어서,

상기 가열부는, 서로 다른 특성을 가지는 제1 발열체와 제2 발열체를 포함하는 열교환형 냉각 장치.
제3 항에 있어서,

상기 내기 송풍기는 송풍 방향으로 상기 내기를 송풍하고,

상기 제1 발열체와 상기 제2 발열체는 상기 송풍 방향과 수직으로 배치된 통풍면을 각각 가지는 열교환형 냉각 장치.
제3 항에 있어서,

상기 제1 발열체는,

제1 발열 요소와,

상기 제1 발열 요소를 유지하는 제1 유지 부재를 포함하고,

상기 제2 발열체는,

제2 발열 요소와,

상기 제2 발열 요소를 유지하는 제2 유지 부재를 포함하는 열교환형 냉각 장치.
제5 항에 있어서,

상기 제2 유지 부재는 상기 제1 유지 부재와 동일 구조를 가지는 열교환형 냉각 장치.
제5 항에 있어서,

상기 제2 발열체는, 상기 제1 발열체와 동일 구조를 가지는 열교환형 냉각 장치.
제1 항에 있어서,

상기 가열부는,

발열체와,

상기 발열체의 온도에 의해 동작하는 온도 퓨즈를 포함하는 열교환형 냉각 장치.
제8 항에 있어서,

상기 발열체는 통풍면을 가지고,

상기 온도 퓨즈는 상기 통풍면의 근방에 위치하는 열교환형 냉각 장치.
제1 항에 있어서,

상기 가열부의 온도에 의해 변화하는 외관을 가지는 온도라벨을 추가로 구비한 열교환형 냉각 장치.