JP5277647B2 - 熱交換装置とそれを用いた発熱体収納装置 - Google Patents

Description

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ものである。

例えば、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、ある点では発熱体とも表現される。つまり、冷却をすることがその動作を安定化させるためには極めて重要なものとなる。このような携帯電話の基地局はその冷却を行う為に次のような構成をとっている（図８参照）。

すなわち、発熱体となる送・受信機を収納したキャビネットと、このキャビネットの開口部に装着された熱交換装置１０１とを備えた構成となっていた。そして、熱交換装置１０１の構造としては、外気用の第１吸気口１０７と第１吐出口１０８およびキャビネット内用の第２吸気口１０９および第２吐出口１１０を有する本体ケース１１１と、この本体ケース１１１内に設けられた外気用の第１送風機１１２およびキャビネット内用の第２送風機１１３と、前記本体ケース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熱交換器１１４とを備えた構成となっていた。第１送風機１１２および第２送風機１１３は回転軸方向に第１、第２吸気口１０７、１０９が位置するように配置されていた。つまり、送風機の吸込口と第１、第２の吸気口１０７、１０９が正対するようになっていた（なお、これに類似する先行文献としては特開２０００−１６１８７５号公報）。
特開２０００−１６１８７５号公報

上記従来の熱交換装置においては、送風機から吹き出す空気は、送風機の回転する周り全周に向かって拡散して吹きだすことになる。この全周にわたって吹き出した空気は図の上方（あるいは下方）へその向きを変えて移動する。このとき、送風機の置かれた部屋のでは吹き溜まりが生じやすく、送風効率が低かった。

そこで、本発明は、送風効率を向上させることを目的とするものである。

そして、この目的を達成する為に本発明は、スクロールケーシングを備えた遠心送風機と、この遠心送風機の風路下流に連絡した熱交換器とを備えた熱交換装置であって、前記熱交換器は、表面にレーン状に仕切る複数の整流壁を設けた複数の板体をそれぞれ所定間隔を離した状態で重合し、かつ、前記レーンは、一端側のレーンから他端側のレーンに向かってその長さが長くなるように配列された構成であり、前記遠心送風機は、この遠心送風機の回転軸方向と熱交換器の板体の積層方向とが平行になるように、かつ、前記熱交換器の流入口に対して長いレーン側の端部と前記スクロールケーシングの吐出口の反舌部側とが略接合するように配置され、前記スクロールケーシングと前記熱交換器を内部に収め、外気が吸引される吸気口と吐出口を設けた本体ケースを有し、前記吸気口は、前記遠心送風機と対峙し、前記本体ケースの側面に設けられた矩形の開口であり、前記遠心送風機の音を遮るように前記開口の上辺が前記遠心送風機の回転軸よりも下になるように設け、前記吸気口から前記遠心送風機に流入する気流は、前記遠心送風機の接線方向から回転方向に沿ってスムーズに流入するものであり、これにより、所期の目的を達成するものである。

以上のように本発明は、スクロールケーシングを備えた遠心送風機と、この遠心送風機の風路下流に連絡した熱交換器とを備えた熱交換装置であって、前記熱交換器は、表面にレーン状に仕切る複数の整流壁を設けた複数の板体をそれぞれ所定間隔を離した状態で重合し、かつ、前記レーンは、一端側のレーンから他端側のレーンに向かってその長さが長くなるように配列された構成であり、前記遠心送風機は、この遠心送風機の回転軸方向と熱交換器の板体の積層方向とが平行になるように、かつ、前記熱交換器の流入口に対して長いレーン側の端部と前記スクロールケーシングの吐出口の反舌部側とが略接合するように配置され、前記スクロールケーシングと前記熱交換器を内部に収め、外気が吸引される吸気口と吐出口を設けた本体ケースを有し、前記吸気口は、前記遠心送風機と対峙し、前記本体ケースの側面に設けられた矩形の開口であり、前記遠心送風機の音を遮るように前記開口の上辺が前記遠心送風機の回転軸よりも下になるように設け、前記吸気口から前記遠心送風機に流入する気流は、前記遠心送風機の接線方向から回転方向に沿ってスムーズに流入するものであるので、遠心送風機の発する音が遮られるという遮音効果を有するとともに、吸気口から遠心送風機に流入する気流は、スムーズに流入することになるので、送風効率が向上することになる。また、本発明においては、遠心送風機を内蔵したスクロールケーシングの吐出口の舌部側では、反舌部側よりも低い圧力で空気が吹き出されるので、反舌部側から吹き出された空気が熱交換器の長い側のレーンを通過させ、舌部側から吹き出された空気が熱交換器の短い側のレーンを通過させることによって、熱交換器内を通過する風速を均一化し、送風効率の改善を行うと共に、熱交換効率をも向上させることができる。また、スクロールケーシングを備えた遠心送風機と、この遠心送風機の風路下流に連絡した熱交換器とを備えた熱交換装置であって、前記熱交換器は、表面にレーン状に仕切る複数の整流壁を設けた複数の板体をそれぞれ所定間隔を離した状態で重合し、かつ、前記レーンは、一端側のレーンから他端側のレーンに向かってその長さが長くなるように配列された構成であり、前記遠心送風機は、この遠心送風機の回転軸方向と熱交換器の板体の積層方向とが平行になるように、かつ、前記熱交換器の流入口に対して長いレーン側の端部と前記スクロールケーシングの吐出口の反舌部側とが略接合するように配置され、前記熱交換器の第１端側に第１環境用のスクロールケーシングを備えた第１の遠心送風機を設け、前記熱交換器の第２端側に第２環境用のスクロールケーシングを備えた第２の遠心送風機を設け、前記第１遠心送風機により第１吸気口から吸引され前記熱交換器に流入し第１環境に流出する第１環境の空気と前記第２遠心送風機により第２吸気口から吸引され前記熱交換器に流入し第２環境に供給される第２環境の空気との熱交換を前記熱交換器により行い、前記第２の遠心送風機のスクロールケーシングの舌部と本体ケースの第２環境側壁面との間に熱交換装置の制御ボックスを配置し、この制御ボックスを配置した第２環境側壁面に通気口を設け、前記第２遠心送風機により前記通気口から吸い込まれた第２環境の空気は、前記制御ボックスを冷却した後前記第２吸気口から吸い込まれた第２環境の空気と合流し、前記熱交換器により第１環境の空気との熱交換を行った後第２環境に供給され、前記第１吸気口は、前記第１遠心送風機と対峙し、前記本体ケースの側面に設けられた矩形の開口であり、前記第１遠心送風機の音を遮るように前記開口の上辺が前記第１遠心送風機の回転軸よりも下になるように設け、前記第１吸気口から前記第１遠心送風機に流入する気流は、前記第１遠心送風機の接線方向から回転方向に沿ってスムーズに流入することを特徴とする熱交換装置、としたことにより、制御ボックスの冷却を効率的に行うことができる。

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１）
図１において、１はビルディングを示し、その屋上２には携帯電話の基地局３が設けられている。基地局３は箱状のキャビネット４とこのキャビネット４内に設けた送・受信機５と前記キャビネット４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６とにより構成されている。

図２において、前記熱交換装置６は、外気（第１環境）用の第１吸気口７と第１吐出口８およびキャビネット４内（第２環境）用の第２吸気口９および第２吐出口１０を有する本体ケース１１と、この本体ケース１１内に設けられた外気（第１環境）用の第１送風機１２およびキャビネット４内（第２環境）用の第２送風機１３と、前記本体ケース１１内において外気（第１環境）の空気とキャビネット４内（第２環境）の空気との熱交換を行う熱交換器１４とを備えている。

前記熱交換器１４は、図３、図４に示すごとく、長方形状で合成樹脂製の第１の板体１５の表面上に、長方形状で合成樹脂製の第２の板体１６、第２の板体１６の表面上に合成樹脂製の第３の板体１７（以降、同じように複数個の板体が用いられる。）をそれぞれ所定間隔を離した状態で図４のごとく重合させた構成としている。

そして、このように重合させた熱交換器１４の図４における上面が、キャビネット４内の空気が第２吸気口９を介して流入する流入口１８となっており、この流入口１８から熱交換器１４内に流入した空気は、次に図４の下部右側に設けた流出口１９からキャビネット４内に流出させられることとなる。

また、キャビネット４外の外気は、図４における下面に設けた流入口２０から流入し、上部左側に設けた流出口２１からキャビネット４外へ流出させられることになる。

このような通気については、あとでさらに詳しく説明するが、この熱交換器１４により送・受信機５の冷却を行うことになる。すなわち、送・受信機５は数十アンペア以上の電流が流れており、それに伴って高温化するものとなる。このような送・受信機５の高温化を放置するとその特性が不安定になるので本実施形態においては、上述したごとく、熱交換器１４によって外気との熱交換によりキャビネット４内の冷却を行い、これにより、送・受信機５の不安定化を防止する構造となっている。

以上のような熱交換器１４は、図５に示した長方形状で合成樹脂製の第１の板体１５の表面上に、長方形状で合成樹脂製の第２の板体１６、第２の板体１６の表面上に合成樹脂製の第３の板体１７を重合して作るものである。

さらに詳しくは、前記第１の板体１５の第２の板体１６側の表面には、第１の板体１５の表面をレーン状に仕切る複数の第１の整流壁２２、前記第２の板体１６の第３の板体１７側の表面には、第２の板体１６の表面をレーン状に仕切る複数の第２の整流壁２３（第３の板体１７は図５における右側の板体に対する整流壁を備えている。）をそれぞれ設けている。

第１から第３の板体１５、１６、１７は上下方向に長い長方形状となっており、第１の板体１５はその下端（一端）から上端（他端）側に向けて第１の整流壁２２を伸延させている。また、この第１の整流壁２２は、上端側の手前で図５における左側の長辺（第１の長辺）側に湾曲させる形状とし、この左側の長辺部分が上記流出口２１となっている。

次に、第２の板体１６はその上端（他端）から下端（一端）側に向けて第２の整流壁２３を伸延させ、その下端側の手前で図５における右側の長辺（第２の長辺）側に湾曲させる形状とし、この右側の長辺部分が上記吐出口１９となっている。（ここでは、これ以上の説明は簡略化するが、以降同じように第１の板体１５、第２の板体１６が交互に重合させられることになる。ただし、この実施形態においては、請求項との整合性を取る為に１７を第３の板体と表現したが、この第３の板体１７と第１の板体１５は同じものである。）このような熱交換器１４では、１つの板体（第１の板体１５、第２の板体１６）上に長さの異なる風路（レーン）ができることとなる。その風路の長さは最も短い風路を端にして順次長くなるようになっている。

一方、第１送風機１２、第２送風機１３は、それぞれスクロールケーシング１２ａ、１３ａを備えた遠心送風機である。これらの第１送風機１２、第２送風機１３は、その回転軸が熱交換器１４の積層方向と平行になるように配置されている。また、その吹出口１２ｂ、１３ｂは、その舌部１２ｃ、１３ｃ側の辺が熱交換器１４の短風路（短いレーン）側に、反舌部側の辺が熱交換器１４の長風路（長いレーン）側になるように配置される。

さて、以上のような構成によれば、キャビネット４内で送・受信機５によって高温となった空気は、熱交換装置６の第２吸気口９から第２送風機１３に吸引され、流入口１８から熱交換器１４内に流入し、第２の板体１６と第３の板体１７の間をとおり冷気となって、流出口１９・第２吐出口１０を介してキャビネット４内に戻され、これにより送・受信機５の冷却を行うことになる。一方、外気は、第１吸気口７から第１送風機１２に吸引され、流入口２０から熱交換器１４内に流入し、第１の板体１５と第２の板体１６の間を通り、流出口２１・第１吐出口８を介してキャビネット４外へと流出させられる。

ここで、上述したような第１と第２の板体１５、１６間を通る外気、および、第２、第３の板体１６、１７間を通るキャビナット４内空気は、それぞれ第１、第２の板体１５、１６に設けた第１、第２の整流壁２２、２３により板体ほぼ全面に均一に分散され、よって広い面積で外気とキャビネット内空気との熱交換が行われる。

送風機から吹き出す空気について、第１送風機１２の場合を例にして説明する。第１送風機１２は、スクロールケーシング１２ａを備えたものである。遠心送風機の全周にわたって吹き出す空気は、スクロールケーシング１２ａによって矯正されてその吹出口１２ｂ方向へ流れる。その吹出口１２ｂでは、舌部１２ｃ側からは反舌部側よりも低い圧力で空気が吹き出される。この低い圧力の空気は、熱交換器１４の（第１の板体１５上に設けられた）短風路（短いレーン）側に送出される。一方、吹出口１２ｂの反舌部側から吹き出される空気は、熱交換器１４の長風路（長いレーン）側に送出される。

このように熱交換が行なわれる場合、圧力の高い空気が長風路、すなわち圧力損失の大きい風路に送り込まれ、圧力の低い空気が短風路、すなわち圧力損失の小さい風路の送り込まれることになり、結果として熱交換器１４内を流れる空気が均一化され、送風効率の改善と共に熱交換効率の改善を図ることができる。

また、外気（第１環境）用の第１吸気口７は、本体ケース１１の正面側の側面、すなわち、第１吐出口８と同じ面で、第１送風機１２と対峙する位置に設けられた矩形の開口である。そして、上辺が第１送風機１２の回転軸よりも下、すなわち熱交換器１４と反対側になるように設けられる。

このような構成によれば、第１送風機１２によって送られる空気の流れは、第１吸気口７〜第１送風機１２〜流入口２０〜流出口２１と経由して第１吐出口から排出される図２の破線のようになる。第１送風機１２と対峙し、第１吸気口７を設けた面は、第１送風機１２の回転軸よりも下まで設けられているため、第１送風機１２の発する音が遮られるという遮音効果を有することになる。また、第１吸気口７から第１遠心送風機１２に流入する気流は、第１遠心送風機１２の接線方向から回転方向に沿ってスムーズに流入することになるので、送風効率が向上するという効果がある（空気の流れを図２中に破線で示す。）。

なお、図５に示すように、第１吸気口７は、本体ケース１１の底面に設けても良い。

また、図６に第１送風機１２の配置例を示す。この図は、第１吸気口７側から第１送風機１２をみた図となっている。この図に示すように、横方向にはスペースの許す限り複数の羽根車を配置することが可能である。モータ３３の位置は羽根車の中間でなくても良い。さらに、各羽根車ごとにモータ３３を設けても良い。このように複数の羽根車を用いることにより送風機配置スペースの高さｈを小さくすることが可能となる。

さらに、第２送風機１３についても回転軸の方向が熱交換器１４の積層方向と平行になるように、熱交換器１４の上側に配置する。舌部１３ｃはキャビネット４側に配置される。この舌部１３ｃ部分と本体ケース１１との間に熱交換装置６を駆動する制御ボックス３１を設ける。また、制御ボックス３１を取り付けたキャビネット４側の壁面には通気口３２を設ける。この制御ボックス３１には、図７に示すような発熱を伴う回路が内部に収められている。

このような構成によれば、第２送風機１３を運転すると、第２吸気口９および通気口３２からキャビネット４内で温まった空気を吸込む。通気口３２から吸い込まれた空気は制御ボックス３１を冷却した後、第２吸気口９から吸い込まれた空気と合流し、熱交換器１４の第２の板体１６上に設けられた風路を通過して外気（第１環境）との熱交換をした後、第２吐出口１０から再びキャビネット４内に供給される。従って、制御ボックス３１の冷却を効率的に行うことができる。なお、本実施の形態では制御ボックス３１としたが、必ずしも箱に収める必要はない。

以上のように本発明は、スクロールケーシングを備えた遠心送風機と、この遠心送風機の風路下流に連絡した熱交換器とを備えた熱交換装置であって、前記熱交換器は、表面にレーン状に仕切る複数の整流壁を設けた複数の板体をそれぞれ所定間隔を離した状態で重合し、かつ、前記レーンは、端のレーンから他端のレーンに向かってその長さが長くなるように配列された構成であり、前記遠心送風機は、前記遠心送風機の回転軸と熱交換器の板体の積層方向とが平行になるように、かつ、前記熱交換器の流入口に対して長いレーン側の端部と前記スクロールケーシングの吐出口の反舌部側とが略接合するように配置されたものであるので、熱交換効率を向上させることができる。すなわち、本発明においては、遠心送風機から吹き出す風をスクロールケーシングで矯正し、さらに、吹き出す位置によって異なる送風空気の圧力に応じた圧力損失で熱交換器を通過させるので、板体全体で熱交換を行うことができる。従って、例えば、通信機器の基地局や、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なものとなる。

本発明の一実施形態の設置例を示す斜視図 本発明の一実施形態の熱交換装置の断面図 本発明の一実施形態の熱交換器の分解斜視図 本発明の一実施形態の熱交換器の斜視図 本発明の一実施形態の熱交換装置の断面図 本発明の一実施形態の送風機設置状態を示す断面図 本発明の一実施形態の制御回路を示す図 従来の熱交換装置の断面図

符号の説明

１ ビルディング
２ 屋上
３ 基地局
４ キャビネット
５ 送・受信機
６ 熱交換装置
７ 第１吸気口
８ 第１吐出口
９ 第２吸気口
１０ 第２吐出口
１１ 本体ケース
１２ 第１送風機
１２ａ スクロールケーシング
１２ｂ 吹出口
１２ｃ 舌部
１３ 第２送風機
１３ａ スクロールケーシング
１３ｂ 吹出口
１３ｃ 舌部
１４ 熱交換器
１５ 第１の板体
１６ 第２の板体
１７ 第３の板体
１８ 流入口
１９ 流出口
２０ 流入口
２１ 流出口
２２ 第１の整流壁
２３ 第２の整流壁
３１ 制御ボックス
３２ 通気口

Claims (3)

1. スクロールケーシングを備えた遠心送風機と、この遠心送風機の風路下流に連絡した熱交換器とを備えた熱交換装置であって、前記熱交換器は、表面にレーン状に仕切る複数の整流壁を設けた複数の板体をそれぞれ所定間隔を離した状態で重合し、かつ、前記レーンは、一端側のレーンから他端側のレーンに向かってその長さが長くなるように配列された構成であり、前記遠心送風機は、この遠心送風機の回転軸方向と熱交換器の板体の積層方向とが平行になるように、かつ、前記熱交換器の流入口に対して長いレーン側の端部と前記スクロールケーシングの吐出口の反舌部側とが略接合するように配置され、前記スクロールケーシングと前記熱交換器を内部に収め、外気が吸引される吸気口と吐出口を設けた本体ケースを有し、前記吸気口は、前記遠心送風機と対峙し、前記本体ケースの側面に設けられた矩形の開口であり、前記遠心送風機の音を遮るように前記開口の上辺が前記遠心送風機の回転軸よりも下になるように設け、
   前記吸気口から前記遠心送風機に流入する気流は、前記遠心送風機の接線方向から回転方向に沿ってスムーズに流入することを特徴とする熱交換装置。
2. スクロールケーシングを備えた遠心送風機と、この遠心送風機の風路下流に連絡した熱交換器とを備えた熱交換装置であって、前記熱交換器は、表面にレーン状に仕切る複数の整流壁を設けた複数の板体をそれぞれ所定間隔を離した状態で重合し、かつ、前記レーンは、一端側のレーンから他端側のレーンに向かってその長さが長くなるように配列された構成であり、前記遠心送風機は、この遠心送風機の回転軸方向と熱交換器の板体の積層方向とが平行になるように、かつ、前記熱交換器の流入口に対して長いレーン側の端部と前記スクロールケーシングの吐出口の反舌部側とが略接合するように配置され、前記熱交換器の第１端側に第１環境用のスクロールケーシングを備えた第１の遠心送風機を設け、前記熱交換器の第２端側に第２環境用のスクロールケーシングを備えた第２の遠心送風機を設け、前記第１遠心送風機により第１吸気口から吸引され前記熱交換器に流入し第１環境に流出する第１環境の空気と前記第２遠心送風機により第２吸気口から吸引され前記熱交換器に流入し第２環境に供給される第２環境の空気との熱交換を前記熱交換器により行い、前記第２の遠心送風機のスクロールケーシングの舌部と本体ケースの第２環境側壁面との間に熱交換装置の制御ボックスを配置し、この制御ボックスを配置した第２環境側壁面に通気口を設け、前記第２遠心送風機により前記通気口から吸い込まれた第２環境の空気は、前記制御ボックスを冷却した後前記第２吸気口から吸い込まれた第２環境の空気と合流し、前記熱交換器により第１環境の空気との熱交換を行った後第２環境に供給され、
   前記第１吸気口は、前記第１遠心送風機と対峙し、前記本体ケースの側面に設けられた矩形の開口であり、前記第１遠心送風機の音を遮るように前記開口の上辺が前記第１遠心送風機の回転軸よりも下になるように設け、
   前記第１吸気口から前記第１遠心送風機に流入する気流は、前記第１遠心送風機の接線方向から回転方向に沿ってスムーズに流入することを特徴とする熱交換装置。
3. 発熱体を収納したキャビネットと、このキャビネットの開口部に装着された請求項１または２に記載の熱交換装置とを備えた発熱体収納装置。

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