WO2014073166A1 - 冷却装置およびそれを搭載した発熱体収納装置 - Google Patents

Abstract

冷却装置は本体ケース（３ａ）と、外気ファン（１４）および内気ファン（１７）と、熱交換素子（１１）とを備えている。本体ケース（３ａ）の内部は、素子ケーシング（１０）により内気エリア（５１）と外気エリア（５２）とに２分されている。そして外気エリア（５２）には外気ファン（１４）が配置され、内気エリア（５１）には内気吸気口（６）に隣接した内気ファン（１７）と内気吐出口（７）に隣接した熱交換素子（１１）とが配置されている。

Description

冷却装置およびそれを搭載した発熱体収納装置

　本発明は、冷却装置およびそれを搭載した発熱体収納装置に関する。

　携帯電話の基地局は、発熱体となる送・受信機を収納した発熱体収納装置を有している。ここで送・受信機には、数十アンペア以上の電流が流れる。そのため、携帯電話の基地局において、発熱体収納装置の冷却は、送・受信機の動作の安定化のために極めて重要である。

　図１１は、従来の冷却装置の構成図である。図１１に示すように冷却装置１００は、本体ケース１１１と、本体ケース１１１内に設けられた外気用の第１送風機１１２および本体ケース１１１内の内気用の第２送風機１１３と、熱交換器１１４とを備えている。本体ケース１１１は、外気用の第１吸込口１０７と第１吐出口１０８、および内気用の第２吸込口１０９と第２吐出口１１０を有している。熱交換器１１４は、本体ケース１１１内において外気と内気との熱交換を行う（例えば特許文献１参照）。

特開２０００－１６１８７５号公報

　携帯電話の基地局は、冷却装置が発熱体収納装置の壁面に備えられている。従来の冷却装置は、本体ケース内に外気用の第１送風機と、内気用の第２送風機とを備えている。冷却装置は、これら２つの送風機に挟まれるようにして熱交換器を収納した構成となっているため、本体ケースが大きくなっている。そのため、この冷却装置を発熱体収納装置の壁面に備える携帯電話の基地局の設置面積も大きくなっている。しかし、携帯電話の基地局は、ビルの屋上、鉄塔・電柱への設置が求められ、より小さい設置面積が要求されている。

　そこで本発明の冷却装置は外気吸気口、外気吐出口、内気吸気口、および内気吐出口を設けた本体ケースと、本体ケースの内部に設けられた外気ファンおよび内気ファンと、本体ケースの内部において外気と内気との熱交換を行う熱交換素子とを備えている。熱交換素子は、複数の板体をそれぞれ所定間隔離して積層して形成されている。また熱交換素子は、本体ケースの内部に内気を吸込む内気エリアと、外気を吸込む外気エリアとに２分する素子ケーシングにより保持されている。外気吸気口は、外気エリアに設けられている。内気吸気口と内気吐出口とは、内気エリアにおける本体ケースの取付面に設けられている。外気エリアには、外気ファンが配置されている。内気エリアには、内気吸気口に隣接した内気ファンと、内気吐出口に隣接した熱交換素子とが配置されている。

　このような冷却装置は、外気エリアと内気エリアとの２つのエリアに分けられている。その結果外気ファンと、熱交換素子と、内気ファンとは１方向に並べて配置される必要がなくなるため、冷却装置の取付面が小さくなり、その冷却装置を搭載する発熱体収納装置の設置面積も小さくなる。

図１は、本発明の実施の形態の発熱体収納装置を示す斜視図である。 図２は、同発熱体収納装置のキャビネットドアを開放した時の斜視図である。 図３Ａは、同冷却装置の正面図である。 図３Ｂは、図３Ａの３Ｂ－３Ｂ線断面図である。 図４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５Ａは、同冷却装置の外気側本体ケース斜視図である。 図５Ｂは、同冷却装置の外気側内部構造図である。 図６は、同冷却装置のキャビネット側斜視図である。 図７は、図１を鉛直方向上方から見た透視図である。 図８は、本発明の実施の形態の発熱体収納装置において冷却装置を異なる位置に取付けた場合の鉛直方向上方から見た内部模式図である。 図９は、同冷却装置の外カバーを外した冷却装置本体の斜視図である。 図１０は、同発熱体収納装置において冷却装置をさらに異なる位置に取付けた場合の水平方向から見た内部模式図である。 図１１は、従来の冷却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を示す斜視図である。図１に示すように発熱体収納装置３０には、キャビネット１の２つの面に、それぞれ前面キャビネットドア２ａ、側面キャビネットドア２ｂがキャビネット１に対して開閉可能に設けられている。そして、側面キャビネットドア２ｂに冷却装置３が備えられている。

　図２は、本発明の実施の形態の発熱体収納装置のキャビネットドアを開放した時の斜視図である。キャビネット１内には、通信機４が備えられている。通信機４は、前面キャビネットドア２ａ側を前面にして、かつ、内部基板が閉鎖した前面キャビネットドア２ａと直交するように配置されている。すなわち、キャビネット１の前面側１ａに空気が送り込まれると、通信機４の内部基板に沿ってキャビネット１の背面側１ｂに空気が流れる。また、前面キャビネットドア２ａが開放されると、通信機４のメンテナンスなどが行なえる。

　図３Ａは本発明の実施の形態の冷却装置の正面図、図３Ｂは図３Ａの３Ｂ－３Ｂ線断面図である。図３Ａ、図３Ｂに示すように冷却装置３は、本体ケース３ａ、外気ファン１４、内気ファン１７、および熱交換素子１１を備えている。本体ケース３ａは、そのひとつの面がキャビネット１に固定されている。本体ケース３ａの内部は、素子ケーシング１０によってキャビネット１側の内気エリア５１と、外気２３側の外気エリア５２とに２分割されている。素子ケーシング１０は、熱交換素子１１を保持する。内気エリア５１では、本体ケース３ａの内部に内気２４が吸込まれる。また外気エリア５２では、本体ケース３ａの内部に外気２３が吸込まれる。

　また本体ケース３ａは、キャビネット１側に固定される取付面３ｂに、内気吸気口６と、内気吐出口７とが設けられている。そして、取付面３ｂの対向面には、外気吸気口８が設けられている。また外気吐出口９は、本体ケース３ａの底面に設けられている。素子ケーシング１０は、取付面３ｂとほぼ平行に取り付けられている。なお取付面３ｂは、内気エリア５１の構成面である。

　図４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４は、発熱体収納装置３０が電柱５３に据え付けられた場合である。冷却装置３には、下面を開口して外気吐出口９が設けられている。

　図３Ｂに示すように内気エリア５１には、内気吸気口６に隣接した内気ファン１７と、内気吐出口７に隣接した熱交換素子１１とが設けられている。内気ファン１７は、吸込み側を内気吸気口６に向けて固定された軸流型の羽根車を有している。そして内気ファン１７は、内気ファン回転軸１７ａと内気吸気口６における内気吸い込み方向６ａとが平行になるように配置されている。また外気エリア５２には、外気ファン１４と、外気吸気口８とが設けられている。

　熱交換素子１１は、本体ケース３ａの内部において外気２３と内気２４との熱交換を行う。また熱交換素子１１は、複数の板体２５がそれぞれ所定間隔離して積層して形成されている。板体２５は、平行四辺形状である。また板体２５は、合成樹脂製である。板体２５の表面には、その表面をレーン状に仕切る複数の整流壁がそれぞれ設けられている。整流壁は、流入口となる板体２５の一端から他端に向けて伸びている。整流壁は、板体２５の他端の手前において一方の長辺（流入口側の辺と鈍角にて隣り合った辺）側に湾曲する形状であり、流出口につながっている。

　このような整流壁によって、板体２５上に略Ｌ字状の複数の送風レーンができる。また熱交換素子１１では、内気２４については、キャビネット１側に短い送風レーンが設けられ、外気２３側に長い送風レーンが設けられる。一方、外気２３については、キャビネット１側に長い送風レーンが設けられ、外気２３側に短い送風レーンが設けられる。図３Ｂには、内気２４用の送風路を形成する整流壁が点線にて示されている。なお、外気２３用の送風路を形成する整流壁は、板体２５の対角線の交点を中心にして内気２４用の整流壁を１８０度回転させた形状である。

　このような熱交換素子１１は、１つの面を外気２３側の第１流入口１１ａ（外気用空気吸込口）とし、外気２３側の流出口は、外気チャンバー１２を介して外気吐出口９と接続されている。また熱交換素子１１は、第１流入口１１ａと対向する面が内気２４側の第２流入口１１ｂ（内気用空気吸込口）である。また内気２４側の流出口は、内気吐出口７と接続されている。熱交換素子１１は、素子ケーシング１０によって、取付面３ｂに押さえつけられている。

　図５Ａは本発明の実施の形態の冷却装置の外気側本体ケース斜視図、図５Ｂは、同冷却装置の外気側内部構造図である。図５Ａ、図５Ｂに示すように本体ケース３ａが取り外されと、素子ケーシング１０が露出する。素子ケーシング１０には、吸気側と吐出側とを２分する仕切板１３と、外気ファン１４とが固定されている。また素子ケーシング１０には、外気通風口１５、１６が開口されている。外気通風口１５は、外気ファン１４が吹き出す外気２３を、図３Ｂの熱交換素子１１の第１流入口１１ａへ導く。外気通風口１６は、図３Ｂの熱交換素子１１の外気流出口から流出する外気２３を外気チャンバー１２に導く。

　外気ファン１４には、ターボ型の遠心送風機が用いられている。外気ファン１４は、吸込口が外気吸気口８と一致するように固定され、外気ファン回転軸１４ａと外気吸気口８における外気吸い込み方向８ａとが平行になっている。

　図６は、本発明の実施の形態の冷却装置のキャビネット側斜視図である。図６は、冷却装置３をキャビネット１側から見た図である。キャビネット１側の本体ケース３ａには、内気吸気口６、内気吐出口７が開けられている。内気吸気口６の本体ケース３ａの内側には、内気ファン１７が固定されている。キャビネット１への取付面３ｂの周囲には、気密性を確保するため、パッキン１８が貼り付けられている。

　図７は、図１を鉛直方向上方から見た透視図である。図７に示す発熱体収納装置３０は、図６に示す内気吐出口７がキャビネット１の前面側１ａに配置され、内気吸気口６がキャビネット１の背面側１ｂに配置されている。図７を用いて、冷却装置３の動作について説明する。

　まず、外気２３の動きを説明する。外気ファン１４が動作すると、外気吸気口８から白矢印にて示す冷たい外気２３が吸い込まれる。外気２３は外気ファン１４により昇圧され、外気通風口１５を通って熱交換素子１１に流入する。熱交換素子１１を通過した黒矢印にて示す温かい外気２３は、外気通風口１６から外気チャンバー１２へと流入する。そして、図３Ａに示す冷却装置３の下面に設けた外気吐出口９から再び外気空間へ排出される。

　一方、キャビネット１内の黒矢印にて示す温かい内気２４は、内気ファン１７が動作すると、内気吸気口６から冷却装置３内に流入する。そして内気２４は、内気ファン１７により昇圧され、図３Ｂに示す熱交換素子１１の第２流入口１１ｂから熱交換素子１１内に流入する。熱交換素子１１を通過した白矢印にて示す冷たい内気２４は、熱交換素子１１から流出すると同時に、内気吐出口７から再びキャビネット１内へ排出される。

　ここで、図３Ｂに示す熱交換素子１１内では、薄い板体２５により仕切られ、黒矢印にて示す温かい内気２４と白矢印にて示す冷たい外気２３とが交互に通過する内気風路、外気風路が形成されているので、内気２４と外気２３との間において熱交換が行われる。すなわち、通信機４の発熱を受けた温かい内気２４と、冷たい外気２３との間において熱交換され、内気２４は冷却され、外気２３は温められる。

　冷却された内気２４は、キャビネット１の前面側１ａに吹き出される。通信機４は、前面キャビネットドア２ａと直交するように内部基板が配置されているので、キャビネット１内の内気２４は、前面側１ａから背面側１ｂへと流れる。キャビネット１の背面側１ｂには、通信機４を配置せず、内気２４のチャンバー空間となっている。そして、このチャンバー空間には、通信機４の発熱を受けた温かい内気２４が溜まる。冷却装置３の内気ファン１７は、このチャンバー空間に溜まった温かい内気２４を吸い込む。吸い込まれた温かい内気２４は、冷却装置３内において冷却される。

　このように冷却装置３は、キャビネット１の内部が素子ケーシング１０により鉛直方向に２分されている。キャビネット１側に内気ファン１７、熱交換素子１１が配置され、外気２３側に外気ファン１４が配置されるので、冷却装置３の取付面積は小さくなる。すなわち、熱交換素子１１と外気ファン１４とがキャビネット１側から見て重なるように配置されているので、冷却装置３のキャビネット１への取付面積が小さくなる。

　また、図３Ｂに示すように内気ファン回転軸１７ａと内気吸気口６における内気吸い込み方向６ａとが平行であるので、キャビネット１の固定面を基準として内気エリア５１が薄型になる。すなわち内気ファン１７は、径方向の長さより、軸方向の長さが小さいので、内気エリア５１が薄型になる。

　また図５Ａ、図５Ｂに示すように外気ファン回転軸１４ａと外気吸気口８における外気吸い込み方向８ａとが平行であるので、図３Ｂに示すキャビネット１の固定面を基準として外気エリア５２が薄型になる。すなわち、外気ファン１４は、径方向の長さより、軸方向の長さが小さいので、外気エリア５２が薄型になる。

　また、図７に示すように内気吐出口７がキャビネット１の前面側１ａ、内気吸気口６がキャビネット１の背面側１ｂに配置されているので、内気２４がスムーズに流れて効率よく冷却される。すなわち内気２４は、キャビネット１内では前面側１ａから背面側１ｂへと流れ、冷却装置３内では背面側から前面側へと流れる。すなわち、キャビネット１内と冷却装置３内とに流れる内気２４の向きは対向している。従って、内気２４の流れにより、単純なループ状の循環風路が形成されて、圧力損失が小さく抑えられて効率よく冷却される。

　なお図６に示すように、冷却装置３のキャビネット１側に、内気吐出口７と内気吸気口６との間を仕切る仕切板１９が設けられている。そのため、キャビネット１内において内気吐出口７と内気吸気口６との間における内気２４のショートカットが防がれる。

　図８は、本発明の実施の形態の発熱体収納装置において冷却装置を異なる位置に取付けた場合の鉛直方向上方から見た内部模式図である。図８に示す発熱体収納装置３０は、冷却装置３の取付面３ｂが前面キャビネットドア２ａになっている。またキャビネット１の内部に、背面側１ｂから前面側１ａへと内気２４を流すダクト２０が設けられている。ダクト２０は、上方から見た時、内気吸気口６側に設けられている。ダクト２０は、前面キャビネットドア２ａが閉じられたとき、前面側１ａにおいて冷却装置３の内気吸気口６に接続される。

　このような構成によれば、冷却装置３の内気吐出口７から吹き出した内気２４は、キャビネット１の前面側１ａから通信機４の発熱を奪いながら背面側１ｂへ流れる。キャビネット１の背面側１ｂの内気２４は、図３Ｂに示す内気ファン１７の運転によりダクト２０から吸い込まれ、内気吸気口６を介して冷却装置３内へ流れる。すなわち、内気２４の流れは、ダクト２０によって単純なループ状の循環風路が形成され、冷却された内気２４が通信機４にあたるように冷却装置３から吹き出すので、効率よく通信機４の冷却が行なわれる。

　なお、ダクト２０内に補助内気ファン２１が設けられることにより、ダクト２０の圧力損失増加に対応して、風量が確保され、効率よく通信機４の冷却が行なわれる。

　図９は、本発明の実施の形態の冷却装置の外カバーを外した冷却装置本体の斜視図である。図９に示すように外カバー２２は、外気吸気口８に対応する位置に吸気開口２２ａを備えている。図９には示していないが、外カバー２２は下面を開放していて、冷却装置３の外気吐出口９から吹き出す外気２３を外気空間へ排出する。また、外カバー２２は、天面を傾斜させている。そして冷却装置３は、図４に示すキャビネット１への固定面は略正方形である。

　このような構成によれば、冷却装置３はキャビネット１への固定面に隣接するどの面も天面として、外カバー２２を取り付けられる。すなわち、図９では冷却装置３の面Ａを天面としているが、９０度回転して面Ｂを天面としてもよい。この場合でも外カバー２２は、傾斜面を天面として取り付けられる。

　図１０は、本発明の実施の形態の発熱体収納装置において冷却装置をさらに異なる位置に取付けた場合の水平方向から見た内部模式図である。図１０に示す発熱体収納装置３０は、内気吸気口６がキャビネット１の天面側１ｄ、内気吐出口７がキャビネット１の底面側１ｃにして冷却装置３がキャビネット１の背面に取り付けられた場合である。図１０に示すように通信機４は、キャビネット１内の上部空間に設けられ、キャビネット１の下部は通風空間である。

　このような構成によれば、内気吐出口７から吹き出され冷却された内気２４は、キャビネット１の下部を通って前面側１ａへ流れていく。内気２４は、キャビネット１の前面側１ａ（前面キャビネットドア２ａ側）において上方へ折り返す。そして内気２４は、前面側１ａから背面側１ｂへ通信機４内を通過して、通信機４の冷却を行ない、内気２４は温められる。そして、キャビネット１の背面側１ｂに到達した温められた内気２４は、再び内気吸気口６から冷却装置３内に吸い込まれて冷却される。

　このように、キャビネット１内において、下部と上部とにおいて通風方向が対向するように形成されている。そのため、通風経路が簡易化され、効率よく内気２４が流れる。従って、効率よく通信機４の冷却が行なわれる。

　なお、冷却装置３のキャビネット１側には、図６に示すように内気吐出口７と内気吸気口６との間を仕切る仕切板１９が設けられている。そのため、冷却装置３内において内気吐出口７と内気吸気口６との間の内気２４のショートカットが防がれる。また図１０に示す仕切板２６は、キャビネット１内において内気吐出口７と内気吸気口６との間の内気２４のショートカットが防がれる。そして仕切板２６は、内気吐出口７から吹き出す内気２４をキャビネット１の下部空間へ導くガイドになっている。

　以上のように、本発明の冷却装置およびそれを搭載した発熱体収納装置は、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　　キャビネット
１ａ　　前面側
１ｂ　　背面側
１ｃ　　底面側
１ｄ　　天面側
２ａ　　前面キャビネットドア
２ｂ　　側面キャビネットドア
３　　冷却装置
３ａ　　本体ケース
３ｂ　　取付面
４　　通信機
６　　内気吸気口
６ａ　　内気吸い込み方向
７　　内気吐出口
８　　外気吸気口
８ａ　　外気吸い込み方向
９　　外気吐出口
１０　　素子ケーシング
１１　　熱交換素子
１１ａ　　第１流入口
１１ｂ　　第２流入口
１２　　外気チャンバー
１３　　仕切板
１４　　外気ファン
１４ａ　　外気ファン回転軸
１５，１６　　外気通風口
１７　　内気ファン
１７ａ　　内気ファン回転軸
１８　　パッキン
１９，２６　　仕切板
２０　　ダクト
２１　　補助内気ファン
２２　　外カバー
２２ａ　　吸気開口
２３　　外気
２４　　内気
２５　　板体
３０　　発熱体収納装置
５１　　内気エリア
５２　　外気エリア
５３　　電柱

Claims (7)

1. 外気吸気口、外気吐出口、内気吸気口、および内気吐出口を設けた本体ケースと、
   前記本体ケースの内部に設けられた外気ファンおよび内気ファンと、
   前記本体ケースの内部において外気と内気との熱交換を行う熱交換素子とを備え、
   前記熱交換素子は複数の板体をそれぞれ所定間隔離して積層して形成され、
   前記熱交換素子は前記本体ケースの内部に前記内気を吸込む内気エリアと前記外気を吸込む外気エリアとに２分する素子ケーシングにより保持され、
   前記外気吸気口は前記外気エリアに設けられ、
   前記内気吸気口と前記内気吐出口とは前記内気エリアにおける前記本体ケースの取付面に設けられ、
   前記外気エリアには前記外気ファンが配置され、
   前記内気エリアには前記内気吸気口に隣接した前記内気ファンと前記内気吐出口に隣接した前記熱交換素子とが配置されたことを特徴とする冷却装置。
2. 前記外気ファンはターボ型の遠心羽根車を有し、
   前記外気ファンの外気ファン回転軸は、前記外気吸気口の外気吸い込み方向と平行に配置されたことを特徴とする請求項１記載の冷却装置。
3. 前記内気ファンは軸流型の羽根車を有し、
   前記内気ファンの内気ファン回転軸は、前記内気吸気口の内気吸い込み方向と平行に配置されたことを特徴とする請求項１記載の冷却装置。
4. 請求項１記載の冷却装置が前記取付面によりキャビネットに取り付けられた発熱体収納装置であって、
   前記内気吐出口が前記キャビネットの前面側に配置され、前記内気吸気口が前記キャビネットの背面側に配置されたことを特徴とする発熱体収納装置。
5. 請求項１記載の冷却装置が前記取付面によりキャビネットに取り付けられた発熱体収納装置であって、
   前記取付面が前面キャビネットドアに取り付けられ、
   前記キャビネットの内部には、前記内気吸気口に接続されるダクトが設けられたことを特徴とする発熱体収納装置。
6. 補助内気ファンが前記ダクト内に設けられたことを特徴とする請求項５記載の発熱体収納装置。
7. 請求項１記載の冷却装置が前記取付面によりキャビネットに取り付けられた発熱体収納装置であって、前記内気吐出口が前記キャビネットの底面側に配置され、前記内気吸気口が前記キャビネットの天面側に配置されたことを特徴とする発熱体収納装置。

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