JP3082669B2

JP3082669B2 - 冷却装置

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Publication number: JP3082669B2
Application number: JP08150872A
Authority: JP
Inventors: 幸司藤吉; 茂門田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1996-06-12
Filing date: 1996-06-12
Publication date: 2000-08-28
Anticipated expiration: 2016-06-12
Also published as: JPH102697A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子部品等の発熱
体を収容する箱体であって密閉された箱体の内部を冷却
するのに好適する冷却装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】埃、塵、水分等の付着による作動不良を
防止するために、半導体を用いた電子部品等を、密閉さ
れた箱体である例えばハウジング内に収容して使用する
場合がある。この場合、電子部品等は発熱体であるか
ら、ハウジング内を冷却する必要があるが、ハウジング
内に直接外気を送風して冷却することはできない。そこ
で、ヒートパイプ等からなる熱交換器を用いて、ハウジ
ング内の高温の空気とハウジング外の低温の空気（外
気）との間で熱交換を行うことにより、ハウジング内を
冷却するように構成した装置が考えられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような構成の冷却
装置は、熱交換器の受熱部に対してハウジング内の高温
空気を循環送風する内部送風装置を備えると共に、熱交
換器の放熱部に対して外気を送風する外部送風装置を備
え、更に、ハウジング内の高温空気の温度を検知する温
度センサを備えている。上記内部送風装置及び外部送風
装置は、それぞれファンとモータとから構成されてい
る。

【０００４】そして、上記冷却装置においては、通常
は、内部送風装置及び外部送風装置の各モータを通電駆
動し続けることにより、ハウジング内を冷却する構成と
なっている。尚、外気の温度が下がって、温度センサに
よる検知温度が０℃以下になったときには、外部送風装
置のモータを断電停止するように構成されている。これ
により、ハウジング内の温度を例えば０〜６５℃程度に
保持するように冷却している。

【０００５】しかし、上記構成の冷却装置では、通常、
内部送風装置及び外部送風装置のモータを通電し続ける
構成であるので、消費電力がかなり大きくなるという不
具合があり、省エネの面からも改善する必要があった。

【０００６】そこで、本発明の目的は、密閉されたハウ
ジング（例えば箱体）の内部を十分に冷却することがで
き、しかも、消費電力を低減することができる冷却装置
を提供するにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明において
は、密閉されたハウジング内の高温流体（例えば高温空
気）が第１の流体通路を流れると共に、ハウジングの外
部の低温流体（例えば外気）が第２の流体通路を流れる
ように構成される。そして、制御手段によって、高温流
体の検知温度に基づいて第１の流体発生手段の流体発生
出力及び第２の流体発生手段の流体発生出力が可変制御
されるようになっている。更に、制御手段によって、温
度検知手段により検知した検知温度が高くなったとき、
第１の流体発生手段及び第２の流体発生手段の各流体発
生出力が大きくなるように制御される。この構成の場
合、例えばハウジング内の高温流体の検知温度が低いと
きには、第１の流体発生手段の流体発生出力及び第２の
流体発生手段の流体発生出力を通常よりも低下させて
も、ハウジング内の高温流体の温度を設定温度範囲内に
保持することが可能である。従って、請求項１の冷却装
置によれば、密閉されたハウジング（例えば箱体）の内
部を十分に冷却することができ、しかも、各流体発生手
段の流体発生出力を適宜低くすることにより、消費電力
を低減することが可能となる。

【０００８】請求項２の発明によれば、第１の流体発生
手段及び第２の流体発生手段を独立して制御するように
構成したので、箱体内の高温空気（高温流体）の温度を
設定温度範囲内に保持しながら、第１の流体発生手段の
流体発生出力及び第２の流体発生手段の流体発生出力を
より一層低下させることが可能となる。このため、消費
電力をより一層低減することができる。

【０００９】請求項３の発明によれば、第１の流体発生
手段及び第２の流体発生手段を簡単な構成にて容易に実
現することができる。また、請求項４の発明によれば、
第１のモータの回転速度及び第２のモータの回転速度を
可変制御する構成であるので、第１及び第２の流体発生
手段の流体発生出力をそれぞれ容易に可変制御させるこ
とが可能となる。更に、請求項５の発明によれば、第１
のモータの回転速度及び第２のモータの回転速度を段階
的に可変制御する構成としたから、可変制御を実現する
ための構成が簡単になる。

【００１０】そして、請求項６の発明によれば、可変制
御用のしきい値を検知温度が上昇する場合と下降する場
合とで異ならせるように構成したので、第１のモータの
回転速度及び第２のモータの回転速度が頻繁に可変して
しまうことを防止できる。これにより、両モータの回転
速度の可変制御を安定的に実行することができる。

【００１１】請求項７の発明によれば、判別した運転異
常を表わす警報信号を外部へ送信する構成としたので、
外部例えば遠隔地において冷却装置の運転異常を簡単且
つ容易に認識することができる。これにより、保守作業
者が運転異常に対する対策を速やかに実行することが可
能となる。また、請求項８の発明によれば、温度検知手
段による検知温度が異常判定用最大温度を越えたとき、
または、制御手段自身が故障したときに、第１のモータ
及び第２のモータを定格出力で駆動するように構成した
ので、冷却装置の運転異常が発生した場合であっても、
密閉された箱体の内部を冷却することが可能である。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明を沸騰冷却装置に適
用した一実施例について図面を参照しながら説明する。
まず、図２は本実施例の沸騰冷却装置を組み込んだ電子
機器の概略全体構成を示す図である。この図２におい
て、電子機器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る。この電子機器１
は、密閉された箱体である例えばハウジング２と、この
ハウジング２内に収容された電子部品３、４と、上記ハ
ウジング２内の図２中左端部に組み込まれた沸騰冷却装
置５とから構成されている。

【００１３】上記ハウジング２は、内部を気密に保持す
る筐体から構成されている。上記電子部品３、４は、半
導体装置（例えばトランジスタ、サイリスタ、ＩＧＢＴ
等）を含んで構成された回路基板等であり、通電駆動さ
れると、熱を発生する発熱体である。

【００１４】さて、沸騰冷却装置５は、装置本体である
例えば箱状をなす金属製のケーシング６と、このケーシ
ング６の内部を第１の流体通路７と第２の流体通路８と
に仕切る流体隔離板９と、この流体隔離板９を貫通する
ように配設された熱交換器１０と、この熱交換器１０の
下方に配設された２個の内部ファン装置１１、１２（図
３も参照）と、これら内部ファン装置１１、１２の上方
に配設されたヒータ１３と、熱交換器１０の上方に配設
された２個の外部ファン装置１４、１５等とから構成さ
れている。

【００１５】そして、ケーシング６の後壁部１６の上部
側には、図３にも示すように、ハウジング２内の空気を
吸引するための吸引口１６ａが形成されており、この吸
引口１６ａは矩形状の開口部から構成されている。更
に、ケーシング６の後壁部１６の下部側には、第１の流
体通路７内の空気をハウジング２内へ空気を戻す（吹き
出す）ための２個の吹出口１６ｂ、１６ｃが形成されて
おり、これら吹出口１６ｂ、１６ｃはそれぞれ矩形上の
開口部から構成されている。また、内部ファン装置１
１、１２は、例えばシロッコファン（遠心形多翼ファ
ン）からなる内部ファン１１ａ、１２ａと、これら内部
ファン１１ａ、１２ａを回転駆動する例えば直流ブラシ
レスモータからなるモータ１１ｂ、１２ｂとから構成さ
れている。

【００１６】この構成の場合、モータ１１ｂ、１２ｂが
通電駆動されると、内部ファン１１ａ、１２ａが回転駆
動され、その送風作用により、ハウジング２内の空気
（即ち、高温空気であり、本発明の高温流体に相当して
いる）が吸引口１６ａから吸い込まれて第１の流体通路
７を通るようになる。そして、第１の流体通路７内の空
気は、ファンケーシング１７及びダクト１８により案内
された後、吹出口１６ｂ、１６ｃからハウジング２内へ
吹き出されるように構成されている。これにより、ハウ
ジング２内の空気は、第１の流体通路７内を通って循環
するようになっている。

【００１７】そして、上記空気循環経路（ハウジング２
及び第１の流体通路７）内部と外部とは気密に区画され
ている。この構成の場合、内部ファン装置１１、１２
が、第１の流体通路７に高温流体を流通させる第１の流
体発生手段を構成している。尚、ハウジング２内の高温
空気が第１の流体通路７内を通るとき、この空気は熱交
換器１０により詳しくは後述するようにして冷却され
る。

【００１８】一方、ケーシング６の前壁部１９の中間部
分には、図４にも示すように、外気を吸引するための吸
引口１９ａが形成されており、この吸引口１９ａは矩形
状の開口部にルーバー２０を装着して構成されている。
更に、ケーシング６の前壁部１９の上端部には、第２の
流体通路８内の空気を外部を吹き出すための吹出口１９
ｂが形成されており、この吹出口１９ｂは矩形上の開口
部にルーバー２１を装着して構成されている。尚、上記
ルーバー２０、２１は、雨滴等の浸入を防止するための
ものである。また、外部ファン装置１４、１５は、例え
ばシロッコファン（遠心形多翼ファン）からなる外部フ
ァン１４ａ、１５ａと、これら外部ファン１４ａ、１５
ａを回転駆動する例えば直流ブラシレスモータからなる
モータ１４ｂ、１５ｂとから構成されている。

【００１９】この構成の場合、モータ１４ｂ、１５ｂが
通電駆動されると、外部ファン１４ａ、１５ａが回転駆
動され、その送風作用により、外気（即ち、低温空気で
あり、本発明の低温流体に相当している）が吸引口１９
ａから吸い込まれて第２の流体通路８を通るようにな
る。そして、第２の流体通路８内の空気は、ファンケー
シング２２及びダクト２３により案内された後、吹出口
１９ｂから外部へ吹き出されるように構成されている。
これにより、外気が第２の流体通路８内を流通するよう
になっている。

【００２０】この構成の場合、外部ファン装置１４、１
５が、第２の流体通路８に低温流体を流通させる第２の
流体発生手段を構成している。尚、外気が第２の流体通
路８内を通るとき、この外気は熱交換器１０から熱を受
ける（即ち、熱交換器１０から放熱される）ように構成
されている（詳しくは後述する）。また、電子機器１の
ハウジング２の一部分を構成するドアに、沸騰冷却装置
５のケーシング６を取り付ける構成の場合には、上記ド
アにおける吸引口１９ａ及び吹出口１９ｂに対応して形
成された開口部の周縁部と、上記吸引口１９ａ及び吹出
口１９ｂの周縁部との間に、例えばネオプレンゴム製の
ガスケット（図示しない）を配設して空気漏れを防止す
るように構成している。

【００２１】また、ケーシング６内の下部（モータ１１
ｂの下方）には、図２及び図３に示すように、沸騰冷却
装置５の運転全般を制御するコントローラ２４が配設さ
れていると共に、モータ１１ｂ、１２ｂを通電制御する
ドライバ２５、２６が配設されている。更に、ケーシン
グ６内の上部（モータ１４ｂ、１５ｂの側方）には、モ
ータ１４ｂ、１５ｂを通電制御するドライバ２７、２８
が配設されている。これらコントローラ２４、ドライバ
２５〜２８については詳しくは後述する。

【００２２】更にまた、ケーシング６の後壁部１６にお
ける吸引口１６ａの開口縁部の下部には、温度検知手段
として例えばサーミスタ２９が配設されている。このサ
ーミスタ２９は、第１の流体通路７を流れる空気（高温
空気）の温度、即ち、ハウジング２内の温度を検知し
て、この温度検知信号を上記コントローラ２４へ与える
機能を有している。

【００２３】一方、熱交換器１０は、流体隔離板９を貫
通するように該流体隔離板９に取り付けられた多段式
（例えば３段式）の沸騰形熱交換器３０から構成されて
いる。上記流体隔離板９は、例えばアルミニウム等の熱
伝導性の良い金属板からなり、沸騰形熱交換器３０を貫
通支持するための貫通孔が複数形成されている。そし
て、流体隔離板９は、ケーシング６に例えばろう付によ
り接合されて取り付けられている。

【００２４】また、沸騰形熱交換器３０は、熱サイフォ
ン式の熱交換器であり、第１の流体通路７側に突出する
ように配置された受熱部３１と、第２の流体通路８側に
突出するように配置された放熱部３２と、これら受熱部
３１と放熱部３２とを連結して冷媒循環用の閉ループを
形成する第１の連結管３３及び第２の連結管３４とから
構成されている。上記沸騰形熱交換器３０の内部に封入
されている冷媒は、例えばＨＦＣ−１３４ａ（塩素基を
含まない代替フロン）である。

【００２５】上記受熱部３１は、図５及び図６に示すよ
うに、ほぼ平行に配列された複数本の吸熱管３５と、こ
れら吸熱管３５の下端部を連通接続する下部連通部３６
と、吸熱管３５の上端部を連通接続する上部連通部３７
とから構成されている。上記吸熱管３５は、熱伝導性の
良い金属材（例えばアルミニウムや銅）を断面形状が細
長い長方形または長円形をなすように形成した偏平管か
ら構成されている。この場合、受熱部３１内には、冷媒
の液面が吸熱管３５の上端部に位置する程度まで冷媒が
封入されている。そして、受熱部３１においては、吸熱
管３５が高温空気から熱を受けて内部の液冷媒が沸騰気
化するように構成されており、この受熱部３１が冷媒沸
騰部を構成している。

【００２６】一方、放熱部３２は、ほぼ平行に配列され
た複数本の放熱管３８と、これら放熱管３８の下端部を
連通接続する下部連通部３９と、放熱管３８の上端部を
連通接続する上部連通部４０とから構成されている。上
記放熱管３８は、熱伝導性の良い金属材（例えばアルミ
ニウムや銅）を断面形状が細長い長方形または長円形を
なすように形成した偏平管から構成されている。そし
て、放熱部３２においては、放熱管３８が低温空気に熱
を放出して内部の気体冷媒が凝縮液化するように構成さ
れており、この放熱管３８が冷媒凝縮部を構成してい
る。

【００２７】また、吸熱部３１の吸熱管３５の間には受
熱フィン４１が配設され、放熱部３２の放熱管３８の間
には放熱フィン４２が配設されている。この受熱フィン
４１及び放熱フィン４２は、熱伝導性の良い金属材（例
えばアルミニウムや銅）の薄い板を交互に折り返して波
形状に形成してなるコルゲートフィンである。各フィン
４１及び４２は、吸熱管３５及び放熱管３８の平坦な外
面に例えばろう付けにより接合されている。

【００２８】更に、第１の連結管３３は、断面ほぼ円形
のパイプであり、吸熱部３１の上部連通部３７と放熱部
３２の上部連通部４０とを連通するように接続してい
る。この第１の連結管３３は、吸熱部３１で沸騰気化し
た冷媒蒸気を放熱部３２内へ導く機能を有している。ま
た、第２の連結管３４は、断面ほぼ円形のパイプであ
り、放熱部３２の下部連通部３９と吸熱部３１の下部連
通部３６とを連通するように接続している。この第２の
連結管３４は、放熱部３２で凝縮液化した液冷媒を吸熱
部３１内へ導く機能を有している。

【００２９】従って、上記熱交換器１０においては、吸
熱部３１の吸熱管３５内の液冷媒は、第１の流体通路７
を流通する高温空気からの熱を受熱フィン４１を介して
受けて沸騰気化する。この気化した冷媒は、放熱部３２
の放熱管３８内へ至り、ここで凝縮液化し、その凝縮潜
熱は放熱フィン４２を介して第２の流体通路８を流通す
る低温空気に伝達（放熱）される。そして、液化した冷
媒は、吸熱部３１の下部連通部３６内へ滴下する。この
ような冷媒の沸騰液化の繰り返しにより、電子機器１の
ハウジング２内の高温空気（高温流体）と外気である低
温空気（低温流体）とが混合することなく、高温空気か
ら低温空気へ熱が効率良く移動されるように構成されて
いる。

【００３０】次に、沸騰冷却装置５の電気的構成並びに
電子機器１の電気的構成のうちの沸騰冷却装置５に関係
する部分について、図１に従って説明する。この図１に
おいて、電子機器１には、交流２２０Ｖを出力する交流
電源回路４３、直流２６Ｖを出力する直流電源回路４４
及び警報信号入力部４５が配設されている。交流電源回
路４３から導出された交流電源線４６、４７及びアース
線４８は、沸騰冷却装置５のコントローラ２４に端子部
４９ａ、４９ｂを介して接続されている。

【００３１】そして、上記コントローラ２４内にも配設
された交流電源線４６、４７及びアース線４８は、端子
部４９ｃ、４９ｄを介してヒータ１３に接続されてい
る。ここで、コントローラ２４内の交流電源線４６に
は、２０Ａのヒューズ５０、ヒータ用リレー接点５１及
びＣＴ等からなる電流センサ５２が設けられている。ま
た、交流電源線４６、４７間にはヒータ１３及び温度ヒ
ューズ５３が直列に接続され、アース線４８はヒータ１
３のアース端子１３ａに接続されている。尚、ヒータ１
３は、例えば１８６Ｖ〜２６４Ｖ、４７Ｈｚ〜６３Ｈｚ
の交流電源で作動するヒータであり、出力は例えば１．
５ｋＷである。

【００３２】上記ヒータ用リレー接点５１は、コントロ
ーラ２４内に設けられた制御部５４によりオンオフ制御
されるように構成されている。この場合、制御部５４は
ヒータ用リレーのリレーコイルを通断電することにより
ヒータ用リレー接点５１をオンオフする構成となってい
る。これにより、制御部５４は、ヒータ１３を通断電制
御する構成となっている。上記制御部５４は、論理素子
やコンパレータ等から構成された論理回路と、定電圧回
路５５と、運転異常を表示するためＬＥＤ回路５６等と
から構成されている。そして、制御部５４は、沸騰冷却
装置５の運転全般を制御する機能を有している。

【００３３】更に、制御部５４は、電流センサ５２によ
り検知された電流検知信号を受けるように構成されてい
る。これにより、制御部５４は、ヒータ１３に電流が流
れているか否か、即ち、ヒータ１３が故障しているか否
かを判断できる構成となっている。更に、制御部５４
は、前記サーミスタ２９により検知された温度検知信号
を端子部４９ｅ、４９ｆを介して受けるように構成され
ている。これにより、制御部５４は、第１の流体通路７
を流れる空気の温度、即ち、電子機器１のハウジング２
内の温度を検知可能な構成となっている。

【００３４】また、電子機器１の直流電源回路４４から
導出された正電源線５７、負電源線５８、アース線５９
は、端子部４９ｇ、４９ｈを介してコントローラ２４の
制御部５４の定電圧回路５５に接続されている。この定
電圧回路５５は、直流電圧２６Ｖを受けてこれを制御部
５４用の直流定電圧（例えば１２Ｖ）に変換し、この電
圧を制御部５４に与える回路である。尚、正電源線５７
における端子部４９ｈと定電圧回路５５との間の部分に
は、例えば２Ａのヒューズ６０が設けられている。

【００３５】更に、電子機器１の警報信号入力部４５か
ら導出された２本の通信線６１、６２は、端子部４９
ｉ、４９ｊを介してコントローラ２４内に設けられた警
報用リレー接点６３に接続されている。この警報用リレ
ー接点６３は、コントローラ２４の制御部５４によりオ
ンオフ制御されるように構成されている。この場合、制
御部５４は警報用リレーのリレーコイルを通断電するこ
とにより警報用リレー接点６３をオンオフする構成とな
っている。そして、電子機器１の警報信号入力部４５
は、通信線６１、６２を介して警報用リレー接点６３の
オンオフ状態を認識することが可能になっており、例え
ば警報用リレー接点６３がオン状態であるときが運転異
常であることを示し、オフ状態であるときが正常運転で
あることを示している。

【００３６】尚、警報用リレー接点６３は、通電される
とオフし、断電されるとオンする常閉形のリレーから構
成されている。従って、制御部５４は、正常運転中は警
報用リレーのリレーコイルを通電してその警報用リレー
接点６３をオフし、詳しくは後述するようにして運転異
常を判別したときはリレーコイルを断電してその警報用
リレー接点６３をオンするように構成されている。これ
により、何らかの原因で警報用リレーへの電源が切れる
と、リレーコイルが断電されて警報用リレー接点６３が
オンされて運転異常を表わすようになっている（即ち、
いわゆるフェールセーフの構成となっている）。

【００３７】また、電子機器１の直流電源回路４４から
導出された正電源線５７、負電源線５８、アース線５９
は、端子部４９ｇと端子部４９ｈとの間の部分で分岐
し、端子部４９ｋを介してドライバ２５（及び残りの３
個のドライバ２６、２７、２８）に接続されている。こ
の場合、図１には、ドライバ２５及びこのドライバ２５
により通電駆動される内部ファン装置１１のモータ１１
ｂだけを図示し、残りのドライバ２６、２７、２８及び
モータ１２ｂ、１４ｂ、１５ｂについては図示すること
を省略した。尚、図示しないドライバ２６、２７、２８
及びモータ１２ｂ、１４ｂ、１５ｂの各構成は、ドライ
バ２５及びモータ１１ｂの構成とほぼ同じ構成であり、
以下、ドライバ２５及びモータ１１ｂの構成について具
体的に説明する。

【００３８】まず、端子部４９ｋを介してドライバ２５
内に配設された正電源線５７と負電源線５８との間に
は、インバータ部６４が接続されている。このインバー
タ部６４は、周知のように、６個のスイッチング素子６
４ａをブリッジ接続して構成されており、３相（Ｕ相、
Ｖ相、Ｗ相）の出力線６５ａ、６５ｂ、６５ｃが導出さ
れている。これら３相の出力線６５ａ、６５ｂ、６５ｃ
は、端子部４９ｌ、モータ端子部６６を介してモータ１
１ｂの３相の巻線６７ａ、６７ｂ、６７ｃに接続されて
いる。この場合、モータ１１ｂは、定格２６ＶＤＣの３
相ＤＣブラシレスモータである。このモータ１１ｂに
は、ロータの回転角（回転位置）を検出する回転検出セ
ンサ６８が設けられている。この回転検出センサ６８
は、例えば３個のホール素子（ホールＩＣ）から構成さ
れており、回転角検出信号を出力するように構成されて
いる。尚、インバータ部６４の各スイッチング素子６４
ａには、フリーホイールダイオード（図示しない）がそ
れぞれ接続されている。

【００３９】また、上記インバータ部６４の各スイッチ
ング素子６４ａは、ドライバ２５内に設けられた制御部
６９によりオンオフ制御されるように構成されている。
この制御部６９は、論理素子やコンパレータ等から構成
された論理回路と、定電圧回路７０とから構成されてい
る。上記制御部６９は、端子部４９ｍ、４９ｎを介して
コントローラ２４の制御部５４に接続されており、この
制御部５４から回転速度指令信号を受けるように構成さ
れている。また、制御部６９は、端子部４９ｍ、モータ
端子部６６を介して回転検出センサ６８に接続されてお
り、この回転検出センサ６８から回転検出信号を受ける
ように構成されている。

【００４０】そして、制御部６９は、上記回転速度指令
信号と回転検出信号とに基づいてインバータ部６４の各
スイッチング素子６４ａをオンオフ制御するための制御
信号を生成し、この制御信号によって上記各スイッチン
グ素子６４ａをオンオフすることにより、モータ１１ｂ
の巻線６７ａ〜６７ｃを通電制御するように構成されて
いる。これにより、制御部６９は、コントローラ２４か
ら指令された回転速度でモータ１１ｂを回転させること
が可能な構成となっている。更に、制御部６９は、上記
回転検出信号に基づいてモータ１１ｂの回転速度を検知
すると共に、この検知速度が上記指令された回転速度よ
りも例えば２０％以上遅い速度であることを検知したと
きには、モータ異常（ファン故障）であると判断し、そ
の旨を表わすモータ異常信号を端子部４９ｍ、４９ｎ間
を接続する接続線を介してコントローラ２４の制御部５
４へ送信するように構成されている。

【００４１】また、ドライバ２５内に配設された負電源
線５８には、例えば抵抗からなる電流センサ７１が設け
られており、この電流センサ７１の両端子は制御部６９
に接続されている。これにより、制御部６９は、電流セ
ンサ７１の両端子間電圧を検知することにより、モータ
１１ｂに流れる負荷電流を検知可能な構成となってい
る。

【００４２】尚、制御部６９の定電圧回路７０は、ドラ
イバ２５内に配設された正電源線５７、負電源線５８、
アース線５９に接続されており、直流電圧２６Ｖを受け
てこれを制御部６９用の直流定電圧（例えば１２Ｖ）に
変換し、この電圧を制御部６９に与える回路である。ま
た、ドライバ２５内に配設された正電源線５７には、例
えば７Ａのヒューズ７２が設けられている。

【００４３】次に、上記構成の作用、特には、沸騰冷却
装置５の内部ファン装置１１、１２、外部ファン装置１
４、１５及びヒータ１３の運転動作を図７も参照して説
明する。尚、本実施例の沸騰冷却装置５は、次の環境条
件で作動するように構成されている。即ち、環境温度は
−４０℃〜＋４６℃である。環境湿度は、相対湿度が５
％〜９５％であり、但し、２７℃以上では相対湿度は乾
燥空気ポンド当たり０．０２４ポンドの水の飽和湿度に
対応するものに限られる。大気圧は、−２００フィート
〜１００００フィートの高度に対応するものである。直
流電源は、１９ＶＤＣ〜３０ＶＤＣ（定格２６ＶＤＣ）
である。交流電源は、１８６ＶＡＣ〜２６４ＶＡＣ、４
７Ｈｚ〜６３Ｈｚ（定格２２０ＶＡＣ）である。そし
て、上記沸騰冷却装置５は、電子機器１内の電子部品
３、４の発熱量がＭＡＸ２７００Ｗのもとで、ハウジン
グ２内の温度を０℃〜６５℃の温度範囲内に保持するこ
とが可能なように構成されている。

【００４４】まず、内部ファン装置１１、１２の運転動
作について図７（ａ）に従って説明する。コントローラ
２４の制御部５４は、サーミスタ２９からの温度検出信
号を受けて、第１の流体通路７内を流れる空気の温度、
即ち、ハウジング２内の温度を検知し、この検知温度が
Ｔ２（例えば４０℃）以上であれば、内部ファン装置１
１、１２のモータ１１ｂ、１２ｂを定格回転速度（即
ち、１００％）で回転させる回転速度指令信号をドライ
バ２５、２６の各制御部６９へ与える。これにより、ド
ライバ２５、２６は、モータ１１ｂ、１２ｂを定格回転
速度で回転させるように通電制御（フィードバック制
御）し、もって内部ファン装置１１、１２のモータ１１
ｂ、１２ｂが定格回転速度で回転される。

【００４５】この後、内部ファン装置１１、１２のモー
タ１１ｂ、１２ｂを定格回転速度で回転されている状態
で、ハウジング２内の温度がＴ１（例えば３５℃）まで
低下すると、コントローラ２４の制御部５４は、内部フ
ァン装置１１、１２のモータ１１ｂ、１２ｂを定格回転
速度の５０％で回転させる回転速度指令信号をドライバ
２５、２６の各制御部６９へ与える。これにより、ドラ
イバ２５、２６は、モータ１１ｂ、１２ｂを定格回転速
度の５０％で回転させるように通電制御し、もって内部
ファン装置１１、１２のモータ１１ｂ、１２ｂが定格回
転速度の５０％で回転されるようになる。

【００４６】以下、内部ファン装置１１、１２のモータ
１１ｂ、１２ｂが定格回転速度の５０％で回転されてい
る状態で、ハウジング２内の温度が上昇して、Ｔ２（４
０℃）に達すると、その時点で、モータ１１ｂ、１２ｂ
が定格回転速度で回転されるように回転速度切換が行わ
れる。そして、内部ファン装置１１、１２のモータ１１
ｂ、１２ｂが定格回転速度で回転されている状態で、ハ
ウジング２内の温度が低下して、Ｔ１（３５℃）に達す
ると、その時点で、モータ１１ｂ、１２ｂが定格回転速
度の５０％で回転されるように回転速度切換が行われ
る。以下、上述したようにして、ハウジング２内の温度
に応じた内部ファン装置１１、１２のモータ１１ｂ、１
２ｂの回転速度の切換制御が繰り返し実行されるように
構成されている。

【００４７】一方、外部ファン装置１４、１５の運転動
作は、図７（ｂ）に示すような制御態様で実行される。
具体的には、コントローラ２４の制御部５４は、サーミ
スタ２９からの温度検出信号を受けて、第１の流体通路
７内を流れる空気の温度、即ち、ハウジング２内の温度
を検知し、この検知温度がＴ４（例えば５５℃）以上で
あれば、外部ファン装置１４、１５のモータ１４ｂ、１
５ｂを定格回転速度（１００％）で回転させる回転速度
指令信号をドライバ２７、２８の各制御部６９へ与え
る。これにより、ドライバ２７、２８は、モータ１４
ｂ、１５ｂを定格回転速度で回転させるように通電制御
し、もって外部ファン装置１４、１５のモータ１４ｂ、
１５ｂが定格回転速度で回転される。

【００４８】この後、ハウジング２内の温度がＴ３（例
えば５０℃）まで低下すると、コントローラ２４の制御
部５４は、外部ファン装置１４、１５のモータ１４ｂ、
１５ｂを定格回転速度の５０％で回転させる回転速度指
令信号をドライバ２７、２８の各制御部６９へ与える。
これにより、ドライバ２７、２８は、モータ１４ｂ、１
５ｂを定格回転速度の５０％で回転させるように通電制
御し、もって外部ファン装置１４、１５のモータ１４
ｂ、１５ｂが定格回転速度の５０％で回転されるように
なる。

【００４９】更に、外部ファン装置１４、１５のモータ
１４ｂ、１５ｂが定格回転速度の５０％で回転されてい
る状態で、ハウジング２内の温度がＴ５（例えば３５
℃）まで低下すると、コントローラ２４の制御部５４
は、外部ファン装置１４、１５のモータ１４ｂ、１５ｂ
を停止（即ち、定格回転速度の０％）させる回転速度指
令信号をドライバ２７、２８の各制御部６９へ与える。
これにより、ドライバ２７、２８は、モータ１４ｂ、１
５ｂを断電停止し、もって外部ファン装置１４、１５が
停止される。

【００５０】一方、外部ファン装置１４、１５のモータ
１４ｂ、１５ｂが停止している状態で、ハウジング２内
の温度が上昇して、Ｔ６（例えば４０℃）に達すると、
その時点で、コントローラ２４の制御部５４は、外部フ
ァン装置１４、１５のモータ１４ｂ、１５ｂを定格回転
速度の５０％で回転させる回転速度指令信号をドライバ
２７、２８の各制御部６９へ与える。これにより、ドラ
イバ２７、２８は、モータ１４ｂ、１５ｂが定格回転速
度の５０％で回転するように回転速度切換を行う。そし
て、外部ファン装置１４、１５のモータ１４ｂ、１５ｂ
が定格回転速度の５０％で回転されている状態で、ハウ
ジング２内の温度が上昇して、Ｔ４（例えば５５℃）に
達すると、その時点で、コントローラ２４の制御部５４
は、外部ファン装置１４、１５のモータ１４ｂ、１５ｂ
を定格回転速度で回転させる回転速度指令信号をドライ
バ２７、２８の各制御部６９へ与える。これにより、ド
ライバ２７、２８は、モータ１４ｂ、１５ｂが定格回転
速度（１００％）で回転するように回転速度切換を行
う。以下、上述したようにして、ハウジング２内の温度
に応じた外部ファン装置１４、１５のモータ１４ｂ、１
５ｂの回転速度の切換制御が繰り返し実行されるように
構成されている。

【００５１】次に、ヒータ１３の運転動作について、図
７（ｃ）を参照して説明する。外部の環境温度が低い場
合には、ハウジング２の内部の温度も低くなる。そこ
で、ハウジング２の内部温度を０℃以上に保持するため
に、ヒータ１３を通電駆動して該ヒータ１３により第１
の流体通路７内を通る空気を加熱し、ハウジング２の内
部の温度が０℃よりも低下すること防止している。

【００５２】具体的には、図７（ｃ）に示すように、ハ
ウジング２内の温度が下降して、Ｔａ（例えば５℃）に
達すると、その時点で、コントローラ２４の制御部５４
は、ヒータ用リレー接点５１をオンしてヒータ１３を通
電駆動する。尚、ハウジング２内の温度がＴａ（５℃）
以下である限り、ヒータ１３はオンされている。そし
て、この後、ヒータ１３がオンされている状態で、ハウ
ジング２内の温度が上昇して、Ｔｂ（例えば１０℃）に
達すると、その時点で、コントローラ２４の制御部５４
は、ヒータ用リレー接点５１をオフしてヒータ１３を断
電する。尚、ハウジング２内の温度がＴｂ（１０℃）以
上である限り、ヒータ１３はオフされている。以下、上
述したようにして、ハウジング２内の温度に応じたヒー
タ１３の通断電制御が繰り返し実行されるように構成さ
れている。

【００５３】次に、沸騰冷却装置５に運転異常が発生し
た場合のコントローラ２４の制御内容について説明す
る。まず、何らかの原因で、ファン装置１１、１２、１
４、１５のモータ１１ｂ、１２ｂ、１４ｂ、１５ｂの回
転速度が指令された回転速度よりも例えば２０％以上遅
い速度になったときには、ドライバ２５〜２８の各制御
部６９が上記異常を検知してモータ異常（ファン故障）
であると判断し、その旨を表わすモータ異常信号をコン
トローラ２４の制御部５４へ送信する。すると、コント
ローラ２４の制御部５４は、警報用リレー接点６３をオ
フさせると共に、ＬＥＤ回路５６の内部に設けられたフ
ァン故障表示用のＬＥＤを点灯させるように構成されて
いる。このファン故障表示用のＬＥＤとしては、ファン
装置１１、１２、１４、１５のモータ１１ｂ、１２ｂ、
１４ｂ、１５ｂのいずれが故障したかがわかるように、
各モータ１１ｂ、１２ｂ、１４ｂ、１５ｂに対応して４
個のＬＥＤが設けられている。

【００５４】そして、上記警報用リレー接点６３がオフ
状態となることにより、電子機器１の警報信号入力部４
５は沸騰冷却装置５に運転異常が発生したことを認識す
るようになる。この場合、コントローラ２４の制御部５
４は、警報用リレー接点６３をオフすることにより、運
転異常を表わす異常信号を電子機器１に送信する構成と
なっている。そして、電子機器１は、上記運転異常を認
識すると、その旨を例えば遠隔地にいる保守作業者に送
信して知らせるように構成されている。これによって、
保守作業者は、運転異常を起こした沸騰冷却装置５を修
理することが可能になる。

【００５５】そして、このとき、保守作業者は、沸騰冷
却装置５のケーシング６の前面下部に設けられた点検口
（図示しない）から上記コントローラ２４のＬＥＤ回路
５６の何れのＬＥＤが点灯しているかを視認できるよう
に構成されている。これにより、ファン装置１１、１
２、１４、１５のモータ１１ｂ、１２ｂ、１４ｂ、１５
ｂのいずれが故障したかがわかるようになっている。

【００５６】次に、ヒータ１３が故障した場合について
述べる。コントローラ２４の制御部５４は、電流センサ
５２からの電流検知信号に基づいてヒータ電流が流れて
いるか否かがわかるから、ヒータ電流が流れていなけれ
ば、ヒータ故障（ヒータ断線）であると判断するように
構成されている。そして、ヒータ故障であると判断する
と、制御部５４は、警報用リレー接点６３をオフさせる
と共に、ＬＥＤ回路５６の内部に設けられたヒータ故障
表示用のＬＥＤを点灯させるように構成されている。

【００５７】また、電子機器１のハウジング２内の温度
が設定温度範囲の外にでるようになった場合、即ち、内
部温度異常となった場合の運転制御について説明する。
この場合、コントローラ２４の制御部５４がサーミスタ
２９からの温度検知信号に基づいてハウジング２内の温
度が例えば７０℃以上になったことを検知すると、上記
制御部５４は、警報用リレー接点６３をオフさせると共
に、ＬＥＤ回路５６の内部に設けられた高温異常表示用
のＬＥＤを点灯させるように構成されている。また、ウ
ジング２内の温度が例えば０℃以下になったことを検知
すると、上記制御部５４は、警報用リレー接点６３をオ
フさせると共に、ＬＥＤ回路５６の内部に設けられた低
温異常表示用のＬＥＤを点灯させるように構成されてい
る。

【００５８】そして、上記構成の場合、ＬＥＤ回路５６
には、上記各種の運転異常を各別に表示するＬＥＤが設
けられているため、保守作業者は、沸騰冷却装置５のケ
ーシング６の点検口から上記コントローラ２４のＬＥＤ
回路５６の何れのＬＥＤが点灯しているかを視認するこ
とにより、運転異常の種類を容易に認識することができ
る構成となっている。

【００５９】また、本実施例では、ハウジング２内の温
度が７０℃以上になった場合、並びに、コントローラ２
４が故障した場合には、内部ファン装置１１、１２及び
外部ファン装置１４、１５のモータ１１ｂ、１２ｂ、１
４ｂ、１５ｂは定格回転速度で回転駆動されるように構
成されている。この制御は、コントローラ２４の制御部
５４またはドライバ２５〜２８の各制御部６９により実
行制御されるように構成されている。これにより、ハウ
ジング２内の温度を極力低下させることが可能となり、
システムとしての信頼性及び安全性が高くなる。尚、上
記コントローラ２４が故障した場合としては、制御部５
４がモータ１１ｂ、１２ｂ、１４ｂ、１５ｂの回転速度
を指令する速度指令を出力しなくなった場合や、コント
ローラ２４の制御部５４とドライバ２５〜２８の制御部
６９とを接続する接続線等が断線した場合や、サーミス
タ２９とコントローラ２４の制御部５４とを接続する接
続線等が断線した場合である。

【００６０】このような構成の本実施例によれば、サー
ミスタ２９により検知したハウジング２内の温度に基づ
いて内部ファン装置１１、１２及び外部ファン装置１
４、１５のモータ１１ｂ、１２ｂ、１４ｂ、１５ｂの回
転速度を段階的に可変制御するように構成したので、ハ
ウジング２内の温度を設定温度範囲内に保持しながら、
モータ１１ｂ、１２ｂ、１４ｂ、１５ｂの回転速度（即
ち、出力）を極力低くすることができる。このため、従
来構成に比べて、消費電力を低減することができる。

【００６１】尚、上記実施例では、内部ファン装置１
１、１２のモータ１１ｂ、１２ｂの回転速度を２段階に
可変制御すると共に、外部ファン装置１４、１５のモー
タ１４ｂ、１５ｂの回転速度を３段階に可変制御する構
成としたが、これに限られるものではなく、内部ファン
装置１１、１２のモータ１１ｂ、１２ｂの回転速度を３
段階以上に可変制御したり、外部ファン装置１４、１５
のモータ１４ｂ、１５ｂの回転速度を２段階または４段
階以上に可変制御したり、或いは、各モータ１１ｂ、１
２ｂ、１４ｂ、１５ｂの回転速度を直線的に可変制御し
たりするように構成しても良い。

【００６２】また、上記実施例では、ドライバ２５〜２
８の各制御部６９は、電流センサ７１によりモータ１１
ｂ、１２ｂ、１４ｂ、１５ｂに流れる負荷電流を検知し
て監視する構成であるから、上記負荷電流の大きさが正
常運転時よりもある程度大きいことを検知した場合や、
ある程度小さいことを検知した場合には、それぞれ警報
用リレー接点をオフすると共に、各運転異常表示用のＬ
ＥＤを点灯するように構成しても良い。更に、上記実施
例では、モータ１１ｂ、１２ｂ、１４ｂ、１５ｂをＤＣ
ブラシレスモータにより構成したが、これに限られるも
のではなく、回転速度可変なモータであれば、他のモー
タにより構成しても良い。

【００６３】一方、上記実施例では、ハウジング２内及
び第１の流体通路７内を空気を流通させるように構成し
たが、これに代えて、油や水等の液体を流通させるよう
に構成しても良い。この場合には、内部ファン装置１
１、１２に代えて内部ポンプを設けるように構成するこ
とが好ましい。更に、外部及び第２の流体通路８内を空
気（外気）を流通させるように構成したが、これに代え
て、油や水等の液体を流通させるように構成しても良
い。この場合には、外部ファン装置１４、１５に代えて
外部ポンプを設けるように構成することが好ましい。

【００６４】また、上記実施例では、熱交換器１０とし
て沸騰形熱交換器３０を用いたが、これに代えて、いわ
ゆるヒートパイプを用いるように構成しても良い。更に
また、上記実施例では、警報用リレー接点６３をオンオ
フさせることにより、運転異常の発生を電子機器１（警
報信号入力部４５）に送信するように構成したが、これ
に代えて、運転異常の種類を区別（特定）する異常信号
を電子機器１（警報信号入力部４５）に送信するように
構成しても良い。このように構成すると、電子機器１側
で運転異常の種類がわかるから、電子機器１側において
も運転異常の種類に応じた対応をすることが可能にな
る。具体的には、ファン装置１１、１２、１４、１５が
故障したことが報知された場合には、電子機器１側にお
いて電子部品３、４の発熱量を少なくするように制御し
たり、或いは、電子部品３、４の動作を完全に停止させ
るように制御したりすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す電気的構成図

【図２】電子機器に沸騰冷却装置を組み込んだ構成の縦
断側面図

【図３】沸騰冷却装置の後面図

【図４】沸騰冷却装置の前面図

【図５】沸騰形熱交換器の正面図

【図６】沸騰形熱交換器の概略構成を示す縦断正面図

【図７】（ａ）は内部ファン装置のモータの回転速度と
ハウジング内の温度との関係を示す図、（ｂ）は外部フ
ァン装置のモータの回転速度とハウジング内の温度との
関係を示す図、（ｃ）はヒータのオンオフとハウジング
内の温度との関係を示す図

【符号の説明】

１は電子機器、２はハウジング、５は沸騰冷却装置、６
はケーシング（装置本体）、７は第１の流体通路、８は
第２の流体通路、９は流体隔離板、１０は熱交換器、１
１は内部ファン装置（第１の流体発生手段）、１１ｂは
モータ、１２は内部ファン装置（第１の流体発生手
段）、１２ｂはモータ、１３はヒータ、１４は外部ファ
ン装置（第２の流体発生手段）、１４ｂはモータ、１５
は外部ファン装置（第２の流体発生手段）、１５ｂはモ
ータ、１６ａは吸引口、１６ｂは吹出口、１６ｃは吹出
口、２０はルーバー、２１はルーバー、２４はコントロ
ーラ（制御手段）、２５、２６、２７、２８はドライ
バ、２９はサーミスタ（温度検知手段）、３０は沸騰形
熱交換器、３１は受熱部、３２は放熱部、３５は吸熱
管、３８は放熱管、４１は受熱フィン、４２は放熱フィ
ン、４５は警報信号入力部、５１はヒータ用リレー接
点、５４は制御部、５６はＬＥＤ回路、６３は警報用リ
レー接点、６４はインバータ部、６８は回転検出セン
サ、６９は制御部、７１は電流センサを示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F28F 27/00 511 F28D 15/02 H01L 23/46 H05K 7/20

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】内部が流体隔離板によって第１の流体通
路と第２の流体通路とに隔離された装置本体と、前記流体隔離板を貫通するように配設され、前記第１の
流体通路を流れる高温流体から受熱してこの熱を前記第
２の流体通路を流れる低温流体に放熱する熱交換器と、前記第１の流体通路に高温流体を流通させる第１の流体
発生手段と、前記第２の流体通路に低温流体を流通させる第２の流体
発生手段と、前記第１の流体通路を流れる高温流体の温度を検知する
温度検知手段と、この温度検知手段により検知した検知温度に基づいて前
記第１の流体発生手段の流体発生出力及び前記第２の流
体発生手段の流体発生出力を可変制御する制御手段と、内部に通電駆動されると熱を発生する発熱体を収容する
ものであって、実質的に密閉されたハウジングとを備
え、前記第１の流体通路は、その一端から前記ハウジング内
の高温流体を吸引すると共に、他端から前記ハウジング
内に高温流体を吐出するように構成され、前記第２の流体通路は、その一端から前記ハウジングの
外部の低温流体を吸引すると共に、他端から前記ハウジ
ングの外部に低温流体を吐出するように構成され、前記制御手段は、前記温度検知手段により検知した検知
温度が高くなったとき、前記第１の流体発生手段及び前
記第２の流体発生手段の各流体発生出力を大きくするよ
うに制御することを特徴とする冷却装置。
【請求項２】前記制御手段は、前記第１の流体発生手
段及び前記第２の流体発生手段を独立して制御するよう
に構成されていることを特徴とする請求項１記載の冷却
装置。
【請求項３】前記第１の流体発生手段は、第１のファ
ンとこの第１のファンを回転駆動する第１のモータとか
ら構成されていると共に、前記第２の流体発生手段は、第２のファンとこの第２の
ファンを回転駆動する第２のモータとから構成されてい
ることを特徴とする請求項１または２記載の冷却装置。
【請求項４】前記制御手段は、前記第１のモータの回
転速度及び前記第２のモータの回転速度を可変制御する
ように構成されていることを特徴とする請求項３記載の
冷却装置。
【請求項５】前記制御手段は、前記第１のモータの回
転速度及び前記第２のモータの回転速度を段階的に可変
制御するように構成されていることを特徴とする請求項
４記載の冷却装置。
【請求項６】前記制御手段は、前記温度検知手段によ
る検知温度に基づいて前記第１のモータの回転速度及び
前記第２のモータの回転速度を段階的に可変制御するに
際して、可変制御用のしきい値を検知温度が上昇する場
合と下降する場合とで異ならせていることを特徴とする
請求項５記載の冷却装置。
【請求項７】前記制御手段は、運転状態の異常を判別
する機能を有していると共に、判別した運転異常を表わ
す警報信号を外部へ送信する機能を有していることを特
徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の冷却装
置。
【請求項８】前記制御手段は、前記温度検知手段によ
る検知温度が異常判定用最大温度を越えたとき、また
は、前記制御手段自身が故障したときに、前記第１のモ
ータ及び前記第２のモータを定格出力で駆動するように
構成されていることを特徴とする請求項３ないし７のい
ずれかに記載の冷却装置。
【請求項９】前記第１の流体発生手段及び前記第２の
流体発生手段は、それぞれファン装置から構成されてい
ると共に、各ファン装置の回転速度が複数段に可変制御
されるように構成されており、更に、前記温度検知手段により検知した検知温度が上昇するほ
ど、前記第１の流体発生手段及び前記第２の流体発生手
段の各回転速度が増大するように構成されていることを
特徴とする請求項１記載の冷却装置。
【請求項１０】前記第１の流体発生手段の回転速度
は、定格回転速度の１００％または中間速度に可変制御
することが可能に構成され、前記第２の流体発生手段の回転速度は、定格回転速度の
１００％、中間速度または定格回転速度の０％に可変制
御することが可能に構成され、更に、前記温度検知手段により検知した検知温度が所定温度以
上になったときに、前記第１の流体発生手段の回転速度
が定格回転速度の１００％となると共に、前記第２の流
体発生手段の回転速度が中間速度となるように制御され
ることを特徴とする請求項９記載の冷却装置。
【請求項１１】内部が流体隔離板によって第１の流体
通路と第２の流体通路とに隔離された装置本体と、前記流体隔離板を貫通するように配設され、前記第１の
流体通路を流れる高温流体から受熱してこの熱を前記第
２の流体通路を流れる低温流体に放熱する熱交換器と、前記第１の流体通路に高温流体を流通させる第１の流体
発生手段と、前記第２の流体通路に低温流体を流通させる第２の流体
発生手段と、前記第１の流体通路を流れる高温流体の温度を検知する
温度検知手段と、この温度検知手段により検知した検知温度に基づいて前
記第１の流体発生手段の流体発生出力及び前記第２の流
体発生手段の流体発生出力を可変制御する制御手段とを
備え、前記制御手段は、前記第１の流体発生手段及び前記第２
の流体発生手段を独立して制御するように構成されてい
ることを特徴とする冷却装置。