JP4484994B2 - 発熱体収納箱冷却装置およびその制御方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、屋外に設置される箱体構造物で、内部に発熱体を有し、その発熱量が多く冬季においても冷却を要し、また、温度により性能、寿命に大きく影響を受けるような精密な機器を有する箱に関し、特にその冷却装置と制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子部品の高性能化と制御基板に対する電子部品の高密度化が進み、制御基板からの発熱量は飛躍的に増加している。これに伴い、箱内の温度は上昇する傾向にあり、制御基板上にある電子部品の動作保証、製品寿命は箱内の温度に大きな影響を受ける。このため、箱内の温度を一定以下に冷却しなければ信頼性の確保が出来なくなってきている。
【０００３】
従来、この種の箱を冷却する場合には、室内機を箱内に設置して、冷媒配管で箱外の室外機につなぐという方法があり、図１１に示したものなどが一般的であった。
【０００４】
以下、その発熱体収納箱冷却装置について図１１を参照しながら説明する。
【０００５】
図に示すように、箱１０１の内部には、熱負荷を発生する制御基板１０２と、室内機１０３と、箱１０１の内部の空気温度を検知し室内機１０３に信号を送る温度センサー１０４と、電源１０５が設置されている。
【０００６】
箱１０１の外部には、室外機１０６が設置され、冷媒配管１０７で室内機１０３とつながっている。
【０００７】
上記構成において、制御基板１０２を運転させると、その発熱のため、箱１０１の内部の温度は徐々に上昇してくる。
【０００８】
そこで温度センサー１０４の検知した温度が設定してある温度を超えると運転信号が発生し室内機１０３が運転を開始し、箱１０１の内部の温度が低下するとともに、温度センサー１０４の検知した温度が設定してある温度以下になると停止信号が発生し室内機１０３が停止する。
【０００９】
以上の動作を繰り返しながら箱１０１の内部の温度はある一定範囲を保持するようになっていた。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の発熱体収納箱冷却装置では、周囲を断熱材で密閉している関係上、放熱がないため、冬季など外気温度が低い場合でも、必ず冷却装置を運転させねばならず、大量の冷却エネルギーを消費している。
【００１１】
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、箱内温度が外気温度よりもあらかじめ設定した温度差以上の時には、空気熱交換により冷却する空気熱交換型空気調和機を運転し、箱内の空気を冷却することから、冷媒を用いる冷媒型空気調和機の運転時間が減少する。空気熱交換型空気調和機は、冷媒を圧縮する必要がないため、冷媒型空気調和機に比較して、冷却に要するエネルギー消費量が減少し、省エネルギーとなる。
【００１２】
本発明は、このような省エネルギーな発熱体収納箱冷却装置を提供することを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明における発熱体収納箱冷却装置の一つの手段は、発熱体収納箱内の温度を計測する箱内温度センサーと、外気温度を計測する外気温度センサーと、冷風を箱内に吹き出す送風機と、箱内の空気と外気との間での空気−空気熱交換を用いて発熱体収納箱を冷却する空気熱交換型空気調和機と、冷媒を用いて発熱体収納箱を冷却する冷媒型空気調和機を備えた発熱体収納箱冷却装置であって、前記箱内温度センサーと前記外気温度センサーで計測された温度によって空気熱交換型空気調和機、冷媒型空気調和機を運転する判断手段を備え、この判断手段は、箱内温度が外気温度よりあらかじめ設定した温度差ΔＴ１以上高い時は前記空気熱交換型空気調和機を運転し、前記箱内温度があらかじめ設定した温度Ｔ２よりも高い時は前記冷媒型空気調和機を運転する判断を行う発熱体収納箱冷却装置の制御方法である。
【００１４】
そして本発明によれば上記手段により、空気熱交換型空気調和機を運転することにより、外気と発熱体収納箱内の空気との間で熱交換を行い、箱内の空気の温度を下げることで、冷房負荷が減少し、冷媒型空気調和機の運転時間は減少することになり、従来に比較して冷却に要するエネルギー消費量を減少させることが可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、発熱体収納箱内の温度を計測する箱内温度センサーと、外気温度を計測する外気温度センサーと、冷風を箱内に吹き出す送風機と、箱内の空気と外気との間での空気−空気熱交換を用いて発熱体収納箱を冷却する空気熱交換型空気調和機と、冷媒を用いて発熱体収納箱を冷却する冷媒型空気調和機を備えた発熱体収納箱冷却装置であって、前記箱内温度センサーと前記外気温度センサーで計測された温度によって空気熱交換型空気調和機、冷媒型空気調和機を運転する判断手段を備え、この判断手段は、箱内温度が外気温度よりあらかじめ設定した温度差ΔＴ１以上高い時は前記空気熱交換型空気調和機を運転し、前記箱内温度があらかじめ設定した温度Ｔ２よりも高い時は前記冷媒型空気調和機を運転する判断を行う発熱体収納箱冷却装置の制御方法であり、冷媒型空気調和機に比較して冷却に要するエネルギー消費量が少ない空気熱交換型空気調和機が運転することによって、冷媒型空気調和機の運転時間が減少し、省エネルギーになるという作用を有する。
【００１６】
本発明の請求項２に記載の発明は、箱内温度検知手段と外気温度検知手段により得られた箱内の冷房負荷に応じて、段階運転指令手段が発熱体収納箱冷却装置の運転台数を変更するようにした請求項１に記載の発熱体収納箱冷却装置の制御方法であり、冷房負荷に最低限必要な数の発熱体収納箱冷却装置を運転することで、余分なエネルギー消費を抑えるという作用を有する。
【００１７】
本発明の請求項３に記載の発明は、あらかじめ設定した箱内上限温度よりも箱内温度が高くなり、箱内の機器が損傷する危険性を生じた場合、発熱体収納箱冷却装置の送風機の回転数を急速に上げて、風量を増加させる緊急モード運転をすることによって冷房能力を増加させ、発熱体収納箱内の温度を安全温度域まで下げることを可能とした請求項１および２に記載の発熱体収納箱冷却装置の制御方法であり、発熱体収納箱内の機器を高温による損傷から回避できるという作用を有する。
【００１８】
本発明の請求項４に記載の発明は、発熱体収納箱冷却装置が緊急モード運転したことを通知する異常通報手段を備えた請求項１および３に記載の発熱体収納箱冷却装置であり、緊急時に対応できるという作用を有する。
【００１９】
本発明の請求項５に記載の発明は、発熱体収納箱に太陽電池を設置し、その発電を発熱体収納箱冷却装置の運転に利用する請求項１および４に記載の発熱体収納箱冷却装置であり、発熱体収納箱冷却装置の運転に要するエネルギーの一部を負担することにより省エネルギーになるという作用を有する。
【００２０】
本発明の請求項６に記載の発明は、ペルチェ効果により発熱体収納箱を冷却する電子冷却装置を備えた請求項１および５に記載の発熱体収納箱冷却装置であり、発熱体収納箱を冷却することから、発熱体収納箱の冷房負荷を軽減できるという作用を有する。
【００２１】
【実施例】
以下、本発明の実施例について添付図面を参照しながら説明する。
【００２２】
（実施例１）
図１は実施例１における温度と空気調和機運転の相関図、図２は構成図、図３は制御フローを示したものである。
【００２３】
これらの図において、箱内温度センサー１は、発熱体収納箱内の空気温度を計測し、外気温度センサー２は、外気温度を計測し、送風機３は、箱内温度に応じて、風量を増減する。
【００２４】
空気熱交換型空気調和機４は、発熱体収納箱内の空気と外気との間で、空気−空気熱交換を行うことによって、発熱体収納箱を冷却する。冷媒型空気調和機５は、冷媒を用いて、発熱体収納箱を冷却する。空気熱交換型空気調和機４は、冷媒型空気調和機５に比較して、冷媒を圧縮する必要がないために、冷却に要するエネルギー消費量が少ないという利点がある。
【００２５】
箱内温度と外気温度に応じて、空気熱交換型空気調和機４と冷媒型空気調和機５を使い分けることにより、従来のように冷媒型空気調和機のみの冷房運転に比較して、冷却に要するエネルギー消費量を減少して、発熱体収納箱を冷却することができる。
【００２６】
なお、冷媒型空気調和機５の代わりに、液体を用いて冷却する空気調和機を用いた場合も、その作用、効果について差異はない。
【００２７】
箱内温度検知手段６は箱内温度センサー１が測定した箱内温度を、外気温度検知手段７は外気温度センサー２が計測した外気温度を機器発停判断手段８に通知する。機器発停判断手段８は、外気温度が箱内温度に比較して、あらかじめ設定した温度差ΔＴ１よりも低く、箱内温度があらかじめ設定した温度Ｔ２よりも低い場合には空気熱交換型空気調和機４を運転し、冷媒型空気調和機５を停止する。
【００２８】
外気温度が箱内温度に比較して、あらかじめ設定した温度差ΔＴ１よりも高く、箱内温度があらかじめ設定した温度Ｔ２よりも高い場合には空気熱交換型空気調和機４を停止し、冷媒型空気調和機５を運転する。
【００２９】
また、外気温度が箱内温度に比較して、あらかじめ設定した温度差ΔＴ１よりも低く、箱内温度が温度Ｔ２よりも高い場合には空気熱交換型空気調和機４と冷媒型空気調和機５を両方とも運転する。
【００３０】
冷房負荷の小さい低温域では運転エネルギーの消費量が大きい冷媒型空気調和機５を停止することができ、冷房負荷の大きい高温域では外気温度が高くなることによって箱内温度との温度差が小さくなり熱交換による冷却ができなくなるので空気熱交換型空気調和機４を停止する。中温域では空気熱交換型空気調和機４が運転することにより、箱内の冷房負荷を軽減させ、冷媒型空気調和機５の運転時間を減少させる。このような制御により、冷却に要するエネルギー消費量を減少して、発熱体収納箱を冷却することができる。
【００３１】
（実施例２）
図４は実施例２の制御フロー、図５は発熱体収納箱冷却装置の設置状態を示したものである。
【００３２】
図に示したように、発熱体収納箱冷却装置は、発熱体収納箱に複数設置している。
【００３３】
次に制御フローについて説明を加える。
【００３４】
箱内温度検知手段６は箱内温度センサー１が計測した箱内温度を、外気温度検知手段７は外気温度センサー２が計測した外気温度を段階運転指令手段９に通知する。箱内温度と外気温度の差が、あらかじめ設定した温度差ΔＴ１以上の場合、段階運転指令手段９は、停止している発熱体収納箱冷却装置の中から１台を運転する。
【００３５】
つぎに、段階運転指令手段９が、再度、温度差ΔＴ１以上を検出した場合、段階運転指令手段９は、停止している発熱体収納箱冷却装置の中から更に１台運転する。
【００３６】
以上のような制御を段階運転指令手段９が、温度差ΔＴ１以下を検出するまで繰り返す。
【００３７】
また、停止の場合も段階運転指令手段９が、通知された箱内温度と外気温度との差があらかじめ設定した温度差ΔＴ１‘以下を検出すると、運転している発熱体収納箱冷却装置の中から１台を停止する。
【００３８】
段階運転指令手段９が、再度、温度差ΔＴ１‘以下を検出した場合、運転している発熱体収納箱冷却装置の中から更にもう１台停止する。
【００３９】
以上のような制御を段階運転指令手段９が、温度差ΔＴ１‘以上を検出するまで繰り返す。
【００４０】
これらの制御により、発熱体収納箱の内部の温度を設定された温度範囲で維持するために必要なだけの発熱体収納箱冷却装置を運転することができ、余分なエネルギーを消費することがない。
【００４１】
また、温度差ΔＴ１と温度差ΔＴ１‘に温度差を設けることにより、発熱体収納箱冷却装置が、短時間に発停を繰り返すような運転をすることを避けることができる。
【００４２】
（実施例３）
図６は実施例３における温度と風量の相関図、図７は制御フローを示したものである。
【００４３】
図に示すように、箱内温度検知手段６は、箱内温度センサー１が計測した箱内温度を風量設定手段１０に通知する。風量設定手段１０は、箱内温度があらかじめ設定した箱内上限温度Ｔ３よりも高くなり、箱内の機器が損傷する危険性を生じた場合には、送風機３の回転数を急速に上げ、風量を増加し、緊急モード運転する。
【００４４】
これにともない発熱体収納箱冷却装置の冷却能力が大きくなり、箱内温度が低下する。風量設定手段１０は、箱内温度検知手段６が通知した箱内温度があらかじめ設定した温度Ｔ４よりも低く安全温度域になった時に送風機３の回転数を下げ、風量を定常時に戻し、定常モード運転する。
【００４５】
また、温度Ｔ３と温度Ｔ４に温度差を設けることにより、発熱体収納箱冷却装置が、短時間に風量の増減を繰り返すような運転をすることを避けることができる。
【００４６】
このような制御をおこなうことにより、箱内の温度をあらかじめ設定した温度以下に保ち、熱による箱内の機器の損傷を回避することができる。
【００４７】
（実施例４）
図８は実施例４の制御フローを示したものである。
【００４８】
図に示すように風量設定手段１０は、緊急モード運転した時に異常通報手段１１に通知する。
【００４９】
異常通報手段１１は、ブザー、ランプ、７セグのように設備管理者に直接通報するものと、通信手段を用い監視装置に通報するものをさす。
【００５０】
これにより緊急時に設備管理者は対応することが可能となる。
【００５１】
（実施例５）
図９は実施例５を示したものである。
【００５２】
図に示すように発熱体収納箱Ｂに太陽電池１２を設置し、その発電を発熱体収納箱冷却装置Ａの運転に利用する。
【００５３】
これにより、発熱体収納箱冷却装置Ａが冷却に要するエネルギー消費量の一部を負担することができ、省エネルギーになる。
【００５４】
（実施例６）
図１０は実施例６を示したものである。
【００５５】
図に示すように発熱体収納箱にペルチェ効果により冷却を行う電子冷却手段１３を設置する。
これにより発熱体収納箱Ｂは冷却され、発熱体収納箱冷却装置Ａが負担する冷房負荷が減少する。このため、発熱体収納箱冷却装置Ａの運転時間が減少し、省エネルギーになる。
【００５６】
なお、本実施例では太陽電池１２を併用したものを示したが、むろん、電子冷却手段１３のみを利用可能なことはいうまでもない。
【００５７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、外気温度が箱内温度に比較して十分に低い時に冷媒型空気調和機を停止して、発熱体収納箱冷却装置を運転し、外気温度が高い時は空気熱交換型空気調和機を停止して、冷媒型空気調和機を運転する制御により、不要な冷媒型空気調和機の運転をしないことで、省エネルギーを実現することができる。
【００５８】
また、空気熱交換型空気調和機の運転台数を冷房負荷に最低限必要な数にすることにより、不要なエネルギー消費を抑えることができる。
【００５９】
また、あらかじめ設定された温度よりも箱内温度が高くなった場合、発熱体収納箱冷却装置の送風機の風量を増加させることにより、緊急時に発熱体収納箱内の温度を下げることができ、発熱体収納箱内の機器を高温による損傷から回避できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例１による発熱体収納箱冷却装置の制御パターンを示した図
【図２】 同実施例１の発熱体収納箱冷却装置を示した図
【図３】 同実施例１の発熱体収納箱冷却装置の制御方法を示したフローチャート
【図４】 同実施例２の発熱体収納箱冷却装置の制御方法を示したフローチャート
【図５】 同実施例２の発熱体収納箱冷却装置の設置状態を示した図
【図６】 同実施例３の発熱体収納箱冷却装置の制御パターンを示した図
【図７】 同実施例３の発熱体収納箱冷却装置の制御方法を示したフローチャート
【図８】 同実施例４の発熱体収納箱冷却装置の制御方法を示したフローチャート
【図９】 同実施例５の発熱体収納箱冷却装置を示した図
【図１０】 同実施例６の発熱体収納箱冷却装置を示した図
【図１１】 従来の発熱体収納箱冷却装置の構造を示す概略断面図
【符号の説明】
１ 箱内温度センサー
２ 外気温度センサー
３ 送風機
４ 空気熱交換型空気調和機
５ 冷媒型空気調和機
６ 箱内温度検知手段
７ 外気温度検知手段
８ 機器発停判断手段
９ 段階運転指令手段
１０ 風量設定手段
１１ 異常通報手段
１２ 太陽電池
１３ 電子冷却手段
Claims (6)
- 発熱体収納箱内の温度を計測する箱内温度センサーと、外気温度を計測する外気温度センサーと、冷風を箱内に吹き出す送風機と、箱内の空気と外気との間での空気−空気熱交換を用いて発熱体収納箱を冷却する空気熱交換型空気調和機と、冷媒を用いて発熱体収納箱を冷却する冷媒型空気調和機を備えた発熱体収納箱冷却装置であって、
前記箱内温度センサーと前記外気温度センサーで計測された温度によって空気熱交換型空気調和機、冷媒型空気調和機を運転する判断手段を備え、
この判断手段は、前記箱内温度センサーで計測された箱内温度が前記外気温度センサーで計測された外気温度よりあらかじめ設定した温度差ΔＴ１以上高い時は前記空気熱交換型空気調和機を運転し、
前記箱内温度があらかじめ設定した温度Ｔ２よりも高い時は前記冷媒型空気調和機を運転する判断を行う発熱体収納箱冷却装置の制御方法。 - 箱内温度検知手段と外気温度検知手段により得られた箱内の冷房負荷に応じて、段階運転指令手段が発熱体収納箱冷却装置の運転台数を変更するようにした請求項１に記載の発熱体収納箱冷却装置の制御方法。
- あらかじめ設定した箱内上限温度よりも箱内温度が高くなり、箱内の機器が損傷する危険性を生じた場合、発熱体収納箱冷却装置の送風機の回転数を急速に上げて、風量を増加させる緊急モード運転をすることによって冷房能力を増加させ、発熱体収納箱内の温度を安全温度域まで下げるよう構成した請求項１または２に記載の発熱体収納箱冷却装置の制御方法。
- 発熱体収納箱冷却装置が緊急モード運転したことを通知する異常通報手段を備えた請求項１から３のいずれかに記載の発熱体収納箱冷却装置の制御方法。
- 発熱体収納箱に太陽電池を設置し、その発電を発熱体収納箱冷却装置の運転に利用する請求項１から４のいずれかに記載の発熱体収納箱冷却装置の制御方法。
- ペルチェ効果により発熱体収納箱を冷却する電子冷却装置を備えた請求項１から５のいずれかに記載の発熱体収納箱冷却装置の制御方法。
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