WO2011036857A1

WO2011036857A1 - 熱交換装置とそれを用いた発熱体収納装置

Info

Publication number: WO2011036857A1
Application number: PCT/JP2010/005646
Authority: WO
Inventors: 智之樋口; 将吾前田; 忍織戸
Original assignee: パナソニック株式会社
Priority date: 2009-09-24
Filing date: 2010-09-16
Publication date: 2011-03-31
Also published as: JP5391961B2; JP2011069505A

Abstract

熱交換装置は、本体ケースと、制御ボックスと、外気送風装置、および内気送風装置と、熱交換器とを備え、熱交換器には、第１流入口、第２流入口が取り付けられ、外気送風装置および内気送風装置はそれぞれ複数の外気送風機および複数の内気送風機から構成され、外気送風機および内気送風機の回転軸はそれぞれ第１流入口、第２流入口に対し垂直になるように配置し、複数の外気送風機および複数の内気送風機の間をそれぞれ仕切る仕切板を設け、第１流入口、第２流入口と仕切板の先端との間に隙間を設けている。

Description

熱交換装置とそれを用いた発熱体収納装置

　本発明は、熱交換装置とそれを用いた発熱体収納装置に関する。

　携帯電話の基地局は、数十アンペア以上の電流が流れることから、発熱体とも表現される。つまり、基地局を冷却することは、基地局の動作を安定化させるために極めて重要である。このような携帯電話の基地局は、その冷却を行う為に図９に示す熱交換装置を備えている。図９は、従来の熱交換装置の構成図である。

　すなわち基地局は、発熱体となる送・受信機を収納したキャビネットと、キャビネットの開口部に装着された熱交換装置とを備えている。そして図９に示すように熱交換装置は、本体ケース１１１と、第１送風機１１２および第２送風機１１３と、熱交換器１１４とを備えた構成となっている。ここで本体ケース１１１は、外気用の第１吸込口１０７と第１吐出口１０８、キャビネット内用の第２吸込口１０９と第２吐出口１１０を有する。外気用の第１送風機１１２は、本体ケース１１１内に設けられている。第２送風機１１３は、キャビネット内の空気を循環させる。熱交換器１１４は本体ケース１１１内において、室外空気とキャビネット内空気との熱交換を行う。

　第１送風機１１２は、第１吸込口１０７と送風機自身の吸込口とが重なるように、ファン軸を第１吸込口１０７に向けて配置されている。第２送風機１１３についても同様に、ファン軸を第２吸込口１０９に向けて配置されている（特許文献参照）。

　上記従来の熱交換装置において、第１送風機１１２（第２送風機１１３）のファン軸は、吸込口（第１吸込口１０７、第２吸込口１０９）に向けて配置されている。そのため送風機の外形、すなわち送風機の直径により、図９における高さ方向の寸法が決定され、本体ケース１１１の高さ方向の大きさが大きくなっていた。しかし、携帯電話の基地局は小型化がすすみ、熱交換装置本体に対しても、小型化が要求されていた。

特開２０００－１６１８７５号公報

　本発明の熱交換装置は、キャビネット内に設けられた本体ケースと、制御ボックスと、本体ケース内に設けられ外気を吸い込み、吸い込んだ外気を吐出させる外気送風装置、およびキャビネット内の空気を吸い込み、吸い込んだ空気を吐出させる内気送風装置と、本体ケース内において外気とキャビネット内の空気との熱交換を行う熱交換器とを備え、本体ケースの前面には外気を吸い込む外気吸気口および本体ケース内の空気を外気へ吐出する外気吐出口を設け本体ケースの背面にはキャビネット内の空気を吸い込む内気吸気口および本体ケース内の空気をキャビネット内へ吐出する内気吐出口を設け、熱交換器は、複数の長方形状の板体の長辺を鉛直方向にして所定間隔離して重ね合せ、長辺の一端側に外気吸気口に接続される外気側の流入口である第１流入口および内気吐出口が取り付けられ、長辺の他端側に外気吐出口および内気吸気口に接続されるキャビネット内の空気側の流入口である第２流入口が取り付けられ、外気送風装置および内気送風装置はそれぞれ複数の外気送風機および複数の内気送風機から構成されるとともに、外気送風機および内気送風機の回転軸はそれぞれ第１流入口、第２流入口に対し垂直になるように配置し、複数の外気送風機および複数の内気送風機の間をそれぞれ仕切る仕切板を設け、第１流入口、第２流入口と仕切板の先端との間に隙間を設けている。

　外気送風機および内気送風機はそれぞれ、その回転軸を第１流入口、第２流入口に垂直にするため、熱交換装置の鉛直方向の大きさは送風機の外径の影響を受けなくなる。そのため、熱交換装置は小型化できる。

図１は、本発明の実施の形態の発熱体収納装置の設置例を示す斜視図である。図２Ａは、同熱交換装置の前面斜視図である。図２Ｂは、同熱交換装置の背面斜視図である。図３は、同熱交換装置の側面断面図である。図４は、同熱交換装置の熱交換器の斜視図である。図５は、同熱交換装置の熱交換器を構成する板体の斜視図である。図６は、同熱交換装置の前面断面図である。図７は、同熱交換装置の送風装置斜視図である。図８Ａは、同熱交換装置の送風装置の側面図である。図８Ｂは、同熱交換装置の送風装置の下面図である。図９は、従来の熱交換装置の構成図である。

　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）
　図１は、本発明の実施の形態の発熱体収納装置の設置例を示す斜視図である。ビルディング１の屋上には、携帯電話の基地局（発熱体収納装置）２が設けられている。基地局２は、箱状のキャビネット３と、キャビネット３内に設けた送・受信機４と、キャビネット３の前面開口部にドアのごとく開閉自在に設けた熱交換装置５とにより構成されている。なお本発明の実施の形態において、前面側とは熱交換装置５が取り付けられたキャビネット３の面をキャビネット３の外部から正視する側であり、背面側とは送・受信機４が取り付けられたキャビネット３の面をキャビネット３の外部から正視する側である。

　また図２Ａは本発明の実施の形態の熱交換装置の前面斜視図、図２Ｂは同熱交換装置の背面斜視図、図３は同熱交換装置の側面断面図である。熱交換装置５は、キャビネット３内に設けられた本体ケース６と、制御ボックス１７と、外気送風装置１２と、内気送風装置１３と、熱交換器１４とを備えている。ここで本体ケース６前面には、外気を吸い込む外気吸気口７、および本体ケース６内の空気を外気へ吐出する外気吐出口８が設けられている。本体ケース６の背面には、キャビネット３内の空気である内気を吸い込む内気吸気口９、および本体ケース６内の空気をキャビネット３内へ吐出する内気吐出口１０を有する。外気送風装置１２は、本体ケース６内に設けられ外気を吸い込み、吸い込んだ外気を吐出させる。内気送風装置１３は、本体ケース６内に設けられ、キャビネット３内の空気を吸い込み、吸い込んだ空気を吐出させる。熱交換器１４は、本体ケース６内において外気と、キャビネット３内の空気との熱交換を行う。

　図４は本発明の実施の形態の熱交換装置の熱交換器の斜視図、図５は同熱交換装置の熱交換器を構成する板体の斜視図である。熱交換器１４は、略長方形状の合成樹脂製の複数の板体５０の長辺５０ａを鉛直方向にして、それぞれ板体５０を所定間隔離して重ね合させて形成されている。板体５０の表面には、その表面をレーン状に仕切る複数の整流壁５１が設けられている。図５に示すように、それぞれの板体５０の一方の面には第１の整流壁パターン５２が形成され、他方の面には第２の整流壁パターン５３が形成されている。整流壁５１は、外気または内気の流入口となる板体５０の一端側５０ｂから他端側５０ｃ、または他端側５０ｃから一端側５０ｂに向けて伸びている。整流壁５１は、他端側５０ｃまたは一端側５０ｂの手前において一方の長辺５０ａ側に湾曲させる形状とし、外気または内気の流出口につながっている。このような整流壁５１によって、板体５０上に略Ｌ字状の複数の送風レーン５４ができる。熱交換器１４において、キャビネット３内の空気用風路については、キャビネット３側に短い送風レーン５４が設けられ、外気側に長い送風レーン５４が設けられる。一方、外気用風路については、キャビネット３側に長い送風レーン５４が設けられ、外気側に短い送風レーン５４が設けられる。

　このような熱交換器１４は、底面を外気側の流入口（第１流入口１４ａ）とし、外気側の流出口は、外気吐出口８に接続されている。また、熱交換器１４では、天面をキャビネット３内の空気側の流入口（第２流入口１４ｂ）とし、キャビネット３内の空気側の流出口は、内気吐出口１０と接続されている。

　また、外気送風装置１２は第１流入口１４ａに向けて空気を送り込む位置に設けられ、内気送風装置１３は第２流入口１４ｂに向けて空気を送り込む位置に設けられている。

　すなわち板体５０の長辺５０ａの一端側５０ｂに、第１流入口１４ａ、および内気吐出口１０が取り付けられている。また長辺５０ａの他端側５０ｃに、外気吐出口８および内気吸気口９に接続されるキャビネット３内の空気側の流入口となる第２流入口１４ｂが取り付けられている。ここで第１流入口１４ａは、外気吸気口７に接続され、外気側の流入口となる。

　図６は、本発明の実施の形態の熱交換装置の前面断面図である。外気送風装置１２は、２つの遠心型の送風機である外気送風機１２ａ、１２ｂによって構成されている。また内気送風装置１３は、２つの遠心型の送風機である内気送風機１３ａ、１３ｂによって構成されている。ここで外気送風装置１２および内気送風装置１３は、２個に限らずそれぞれ複数の外気送風機および複数の内気送風機から構成されればよい。また内気チャンバー１９は内気を吸い込むチャンバー、外気チャンバー１８は外気を吸い込むチャンバーである。外気送風装置１２、内気送風装置１３の詳細について、内気送風装置１３を例にして説明する。

　図７は本発明の実施の形態の熱交換装置の送風装置斜視図、図８Ａは同熱交換装置の送風装置の側面図、図８Ｂは同熱交換装置の送風装置の下面図である。内気送風装置１３は、１枚の送風機固定板１５の同じ面に２つの遠心型の内気送風機１３ａ、１３ｂが固定されている。送風機固定板１５には、内気送風機１３ａ、１３ｂの吸込み口となる円形の孔２０ａ、２０ｂが設けられている。内気送風機１３ａ、１３ｂの回転軸２１ａ、２１ｂは、送風機固定板１５に対し、垂直となるように固定されている。

　また、送風機固定板１５には、内気送風機１３ａ、１３ｂの間を二分するように仕切板１６が設けられている。このような内気送風装置１３は、図３、図６に示すように本体ケース６内に、熱交換器１４の第２流入口１４ｂに吹出し側を向けて取り付けられている。すなわち、熱交換器１４の第２流入口１４ｂの面積を有効に活用できるよう、回転軸２１ａ、２１ｂは第２流入口１４ｂ面に対し、垂直にしている。

　また図３に示すように、仕切板１６の固定されていない側の先端と、熱交換器１４の第２流入口１４ｂの面とは、隙間２２を設けて取り付けられる。仕切板１６は、本体ケース６の前面側、背面側に接触するように設けられる。内気吸気口９と、送風機固定板１５との間には、空間（内気チャンバー１９）が設けられることになる。（このような構成は、外気送風装置１２についても同様である）。

　次に、熱交換装置５の作用について説明する。キャビネット３内において送・受信機４によって高温となった空気（内気）は、内気送風装置１３によって熱交換装置５の内気吸気口９から本体ケース６内へと送り込まれる。一方、内気より温度の低い外気は、外気送風装置１２の運転によって外気吸気口７から吸い込まれ、熱交換器１４の第１流入口１４ａへと送られる。熱交換器１４では、内気より温度の低い外気と高温の内気との熱交換が行われる。冷やされた内気は、内気吐出口１０からキャビネット３内に吹き出され、温められた外気は、外気吐出口８より再び外気へと放出される。

　このような構成によれば、内気送風機１３ａ、１３ｂは、回転軸２１ａ、２１ｂを第２流入口１４ｂ面に対して垂直にしている。そのため熱交換装置５の鉛直方向の大きさは、内気送風機１３ａ、１３ｂの外径の影響を受けなくなる。さらに内気送風機１３ａ、１３ｂに取り付けるモータのシャフトを短くしてモータと内気送風機１３ａ、１３ｂとを接近させることにより、熱交換装置５は小型化される。

　また、内気送風機１３ａ、１３ｂの間に設けた仕切板１６は、内気送風機１３ａ、１３ｂそれぞれから吹き出された空気が互いに干渉することにより発生するエネルギー損失、および騒音を防止する。

　また、内気送風機１３ａ、１３ｂと、第２流入口１４ｂ面との間の空間においては、内気送風機１３ａ、１３ｂのそれぞれの直下は空気が流れにくい。そのため、内気送風機１３ａから吹き出た空気は、仕切板１６によって反射し内気送風機１３ａの直下へ流れ込む。同様に内気送風機１３ｂから吹き出た空気は、仕切板１６によって反射し内気送風機１３ｂの直下へ流れ込む。その結果、熱交換器１４に対して均一に空気が送り込まれる。

　また、熱交換器１４の第２流入口１４ｂ面と、仕切板１６の先端との間に設けた隙間２２により、内気送風機１３ａから吹き出た空気が隙間２２を通って内気送風機１３ｂの直下へ導かれる。同様に内気送風機１３ｂから吹き出た空気は、隙間２２を通って内気送風機１３ａの直下へ導かれる。その結果、熱交換器１４に対して均一に空気が送り込まれ、熱交換器１４における熱交換効率を向上させる。

　なお、本実施の形態では、内気送風装置１３について説明したが、外気送風装置１２についても内気送風装置１３と同様の構成であって、同じ作用、効果を有する。

　このように複数の外気送風機１２ａ、１２ｂ、および複数の内気送風機１３ａ、１３ｂの間をそれぞれ仕切る仕切板１６を設けている。また第１流入口１４ａ、および第２流入口１４ｂと仕切板１６の先端との間に隙間２２が設けられている。

　また図２Ａ、図２Ｂ、図３に示すように、制御ボックス１７は、本体ケース６の背面側であって、内気吸気口９と内気吐出口１０との間に設けられている。このような構成によれば、制御ボックス１７を本体ケース６の外部に設けることによって、本体ケース６の大きさは小さくできる。また外気チャンバー１８、内気チャンバー１９の大きさが確保でき、効率の良い送風を行うことができる。

　さらに、内気吸気口９と内気吐出口１０との間に制御ボックス１７を設けることによって、内気吐出口１０から出た空気がそのまま内気吸気口９に吸い込まれる、いわゆる「ショートカット」の防止につながる。また、制御ボックス１７自身の冷却は、熱交換後の冷えた空気を送り込むことによっておこなわれるため、少ない空気の量でも効率的に冷却される。

　本発明の熱交換装置とそれを用いた発熱体収納装置は、例えば、設置面積が限られる通信機器の基地局、その他屋外設置機器における冷却設備としてきわめて有用である。

１　　ビルディング
２　　基地局（発熱体収納装置）
３　　キャビネット
４　　送・受信機
５　　熱交換装置
６　　本体ケース
７　　外気吸気口
８　　外気吐出口
９　　内気吸気口
１０　　内気吐出口
１２　　外気送風装置
１２ａ，１２ｂ　　外気送風機
１３　　内気送風装置
１３ａ，１３ｂ　　内気送風機
１４　　熱交換器
１４ａ　　第１流入口
１４ｂ　　第２流入口
１５　　送風機固定板
１６　　仕切板
１７　　制御ボックス
１８　　外気チャンバー
１９　　内気チャンバー
２０ａ，２０ｂ　　孔
２１ａ，２１ｂ　　回転軸
２２　　隙間
５０　　板体
５０ａ　　長辺
５０ｂ　　一端側
５０ｃ　　他端側
５１　　整流壁
５２　　第１の整流壁パターン
５３　　第２の整流壁パターン
５４　　送風レーン

Claims

キャビネット内に設けられた本体ケースと、
制御ボックスと、
前記本体ケース内に設けられ外気を吸い込み、吸い込んだ前記外気を吐出させる外気送風装置、および前記キャビネット内の空気を吸い込み、吸い込んだ前記空気を吐出させる内気送風装置と、
前記本体ケース内において前記外気と前記キャビネット内の空気との熱交換を行う熱交換器とを備え、
前記本体ケースの前面には前記外気を吸い込む外気吸気口および前記本体ケース内の空気を前記外気へ吐出する外気吐出口を設け前記本体ケースの背面には前記キャビネット内の空気を吸い込む内気吸気口および前記本体ケース内の空気を前記キャビネット内へ吐出する内気吐出口を設け、
前記熱交換器は、複数の長方形状の板体の長辺を鉛直方向にして所定間隔離して重ね合せ、前記長辺の一端側に前記外気吸気口に接続される外気側の流入口である第１流入口および前記内気吐出口が取り付けられ、前記長辺の他端側に前記外気吐出口および前記内気吸気口に接続される前記キャビネット内の空気側の流入口である第２流入口が取り付けられ、
前記外気送風装置および前記内気送風装置はそれぞれ複数の外気送風機および複数の内気送風機から構成されるとともに、前記外気送風機および前記内気送風機の回転軸はそれぞれ前記第１流入口、前記第２流入口に対し垂直になるように配置し、複数の前記外気送風機および複数の前記内気送風機の間をそれぞれ仕切る仕切板を設け、前記第１流入口、前記第２流入口と前記仕切板の先端との間に隙間を設けたことを特徴とする熱交換装置。
前記制御ボックスは前記本体ケースの背面側の前記内気吸気口と前記内気吐出口との間に配置されたことを特徴とする請求項１記載の熱交換装置。
前記キャビネットと、前記キャビネット内に設けた送・受信機と、請求項１または２のどちらか一項に記載の熱交換装置と、を備えたことを特徴とする発熱体収納装置。