JP5966340B2 - 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、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、図８に示すように、熱交換装置１０１の構造としては、外気用の第１吸込口１０７と第１吐出口１０８およびキャビネット内用の第２吸込口１０９および第２吐出口１１０を有する本体ケース６１と、この本体ケース６１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６１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。（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１０１においては、第１送風機１１２、第２送風機１１３は、図８からわかるように遠心型の送風機をもちいており、熱交換器１１４の流入口に対して、回転軸を平行に設けている。ここで、遠心型の送風機においては、厳密には吹き出す空気は放射状になるのではなく、回転方向に渦状になる。すなわち、特許文献１に示されたような構成によれば、熱交換器１１４の流入口では、空気の流れの向きが不均一となり、結果的に熱交換器１１４内を流れる空気の風速は、不均一になるという課題がある。

その結果、熱交換器１１４の熱交換効率を下げることになっていた。

そこで、本発明は、熱交換効率を向上す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に係る熱交換装置は、
前面または下面に第１環境用の第１吸気口を設け、
前面に第１環境用の第１吐出口を設け、
背面に第２環境用の第２吸気口および第２吐出口を設けた本体ケースと、
この本体ケース内には、第１環境用送風装置を備えた第１環境空気導入室と第２環境用送風装置を備えた第２環境空気導入室を設けるとともに、
第１環境の空気と第２環境の空気との熱交換を行う熱交換器とを備え、
前記熱交換器は、
複数の板体を所定間隔離した状態で重合させた構成とし、
積層方向に形成される対向する２面に第１環境用、第２環境用空気吸込口を設け、
積層方向に形成される他の面のひとつに第１環境用空気吹出口を設け、
この第１環境用空気吹出口を設けた面と対向する面に第２環境用空気吹出口を設けたものであって、
前記第２環境用送風装置は、回転軸を前記熱交換器の第２環境用空気吸込口にほぼ垂直に配置した遠心型の送風機とし、
前記第２環境空気導入室の側面に制御基板を内蔵した制御部を備え、
この制御部の前記第２環境用送風装置に面した側面において、上に循環風流出口、下に循環風流入口を設けたものであり、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、第２環境用送風装置は、回転軸を熱交換器の第２環境用空気吸込口にほぼ垂直に配置した遠心型の送風機とし、第２環境空気導入室の側面に制御基板を内蔵した制御部を備え、この制御部の第２環境用送風装置に面した側面に、上下に開口部を設けたので、熱交換器の熱交換効率を向上させるものである。

すなわち、第２環境用送風装置から、熱交換器の空気吸込口面に平行に空気が吹き出し、そして、第２環境空気導入室の側面に制御部を設けて、第２環境空気導入室の側面部に形成される空気溜まり部分から制御部内へ空気を流すことによって、熱交換器の空気吸込口へ流れ込む空気を均一化する。そしてその結果として、熱交換器内を均一な風速で流れることになり、結果として熱交換器の熱交換効率が向上することになる。

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を示す（ａ）前面斜視図、（ｂ）背面斜視図 本発明の一実施形態の熱交換装置の側面断面図 本発明の一実施形態の熱交換装置の熱交換器の分解斜視図 本発明の一実施形態の熱交換装置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前面分解斜視図 本発明の一実施形態の熱交換装置の第２環境用送風装置（内気送風装置）の（ａ）全体斜視図、（ｂ）要部斜視図 従来の熱交換装置の構成図

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、その屋上には携帯電話の基地局２が設けられている。基地局２は箱状のキャビネット３とこのキャビネット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。

この熱交換装置５は、図２、図３に示すように、本体ケース６の下面に、外気（第１環境）用の第１吸気口（以降、外気吸気口７）、前面に第１吐出口（以降、外気吐出口８）を備え、背面に、キャビネット３内（第２環境、以降、内気と呼ぶ）用の第２吸気口（以降、内気吸気口９）および第２吐出口（以降、内気吐出口１０）を備えている。この本体ケース６内には、外気用の第１環境用送風装置（以降、外気送風装置１２）と、内気用の第２環境用送風装置（以降、内気送風装置１３）と、本体ケース６内において外気と内気との熱交換を行う熱交換器１４とを備えている。本体ケース６の内部は、上部に設けた内気導入室５１と下部に設けた外気導入室５０の間に熱交換器１４が配置された構成である。

図４、５に示すように、熱交換器１４は、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離した状態で図５のごとく重合させた構成としている。

図示しないが、この板体１５、１６、１７の表面には、その表面をレーン状に仕切る複数の整流壁をそれぞれ設けている。板体１５、１６、１７は上下方向を長くした長方形状となっており、整流壁は、流入口となる板体の一端から他端側に向けて伸延させている。この整流壁は、前記他端側の手前で一方の長辺側に湾曲させる形状とし、流出口につながっている。このような板体（整流壁）によって、板体上に略Ｌ字状の複数の送風レーンができることになる。このような熱交換器１４によれば、内気の風路については、キャビネット３側（背面側）に短い送風レーンが設けられ、外気側（前面側）に長い送風レーンが設けられる。一方、外気の風路については、キャビネット３側（背面側）に長い送風レーンが設けられ、外気側（前面側）に短い送風レーンが設けられる。

そして、このように重合させた熱交換器１４の図５における上面が、キャビネット３内の空気が内気吸気口９を介して流入する第２流入口１４ｂとなっており、この第２流入口１４ｂから熱交換器１４内に流入した空気は、次に図５の下部右側に設けた第２流出口１４ｃからキャビネット３内に流出させられることとなる。なお、第２流出口１４ｃは、内気吐出口１０と接続されている。

また、キャビネット３外の外気は、図５における下面に設けた第１流入口１４ａから流入し、上部左側に設けた第１流出口１４ｄからキャビネット３外へ流出させられることになる。なお、第１流出口１４ｄは、外気吐出口８と接続されている。

また、外気送風装置１２は、外気導入室５０内で第１流入口１４ａに向けて空気を送り込むような位置に設けられ、内気送風装置１３は、内気導入室５１内で第２流入口１４ｂに向けて空気を送り込むように設けられている。本実施の形態では、外気送風装置１２、内気送風装置１３は、それぞれ２台の遠心型の送風機で構成されている。

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６に示すように内気送風装置１３は、１枚の送風機固定板１８に２つの遠心型の送風機１３ａ，１３ｂが同じ面に固定されている。送風機固定板１８には、送風機１３ａ，１３ｂの吸込み口となる円形の孔が２つ設けられている。送風機１３ａ，１３ｂのファン軸は、送風機固定板１８に対し、鉛直となるように固定される。また、送風機固定板１８には、送風機１３ａ、１３ｂの間を二分するように仕切板１９が設けられている。このような内気送風装置１３は、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る。すなわち、熱交換器１４の第２流入口１４
ｂの面積を有効に活用できるよう、ファン軸を第２流入口１４ｂ面に鉛直にとってあるのである。また、仕切板１９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の面とは隙間を空けて取り付けられる。この仕切板１９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１８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内で送・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、冷たい外気は、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、冷たい外気と高温の内気との間で熱交換が行われ、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、外気は、外気吐出口８より再び外気へと放出されることになる。

そして、ここで、本実施の形態の最も特徴的な部分について説明する。

図２、３、６で示すように、外気吐出口８には、その下流側に開口部と対向するようにして吹出ガイド２０が設けられている。この吹出ガイド２０は、上部を開口し、この開口と外気吐出口８とが連通するように他の４面（外気吐出口８と対向する面、外気吐出口８と隣接した側面と底面）で囲んだものである。

このような構成による外気の流れについて説明する。

外気送風装置１２を運転すると、外気は、外気吸気口７から外気導入室５０に吸い込まれる。そして、外気送風装置１２によって昇圧されて第１流入口１４ａから熱交換器１４内へと送り込まれる。熱交換器１４内では、前述した送風レーンを通過して第１流出口１４ｄ、外気吐出口８を経て外気空間へと放出される。しかし、外気空間へ放出される前に、吹出ガイド２０内を通過する。このとき、熱交換器１４内で短い送風レーンを通過した空気は、外気吐出口８の下部から吹き出すことになる。このした短い送風レーンを通過した空気は、吹出ガイド２０の底部で上方にその向きを変えられる。そして、吹出ガイド２０内を通って吹出ガイド２０の上部開口から外気空間へと放出されるのである。一方、熱交換器１４内で長い送風レーンを通過した空気は、外気吐出口８上部から吹き出すことになる。この長い送風レーンを通過した空気は、吹出ガイド２０の上部に吹き出して、そのまま吹出ガイド２０の上部開口から外気空間へと放出されるのである。

このように、熱交換器１４内で短い送風レーンを通過した空気は、吹出ガイド２０内で長い経路を通過し、一方の熱交換器１４内で長い送風レーンを通過した空気は、吹出ガイド２０内で短い経路を通過する。すなわち、外気送風装置１２によって送られる空気が通る経路について、熱交換器１４内のどの送風レーンを通過しても、第１流入口１４ａから吹出ガイド２０の上部開口に至るまでに通過する経路の差は、小さく抑えることができる。従って、熱交換器１４内を通過する空気の速さが均一化されるので、板体（第１の板体１５、第２の板体１６、第３の板体１７）全体で熱交換効率が均一化されることになる。すなわち、板体全体を効率よく利用して熱交換することになるので、全体として熱交換効率が向上するのである。

なお、本実施の形態において、吹出ガイド２０の前面壁（外気吐出口８と対向した面）は、本体ケース６の前面壁と平行に設けられているが、上方に向かうにつれて本体ケース６の前面壁との距離が大きくなるようにするとよい。このような構成にすれば、外気吐出口８上方における圧力損失が小さくなり、第１流入口１４ａから吹出ガイド２０の上部開
口に至るまでに通過する経路の差は、より小さく抑えることができる。

次に、図７に示すように、内気導入室５１には、本体ケース６の側面に沿って制御部２２が設けられている。制御部２２と内気導入室５１は、制御部仕切板２１によって仕切られている。制御部仕切板２１には、送風機固定板１８よりも下方に循環風流入口２１ａが設けられ、送風機固定板１８よりも上方に循環風流出口２１ｂが設けられている。

このような構成による内気の流れについて説明する。

内気送風装置１３を運転すると、内気は、内気吸気口９から内気導入室５１に吸い込まれる。そして、内気送風装置１３によって昇圧されて第２流入口１４ｂから熱交換器１４内へと送り込まれる。熱交換器１４内では、前述した送風レーンを通過して第２流出口１４ｃ、内気吐出口１０を経て再びキャビネット３内へと放出される。

ここで、内気送風装置１３によって昇圧された空気の一部は、制御部仕切板２１に設けた循環風流入口２１ａから制御部２２内へ流入する。この流入した空気は、制御部２２で発生した熱を受けて循環風流出口２１ｂから再び内気導入室５１へ流れ込んでいく。すなわち、循環風流入口２１ａから流入する空気によって制御部２２が冷却されて、制御部２２の動作を安定化させるのである。

内気送風装置１３は、遠心型の送風機の回転軸を第２流入口１４ｂの面に対してほぼ垂直にして設けられたものである。この内気送風装置１３を運転すると、まず水平方向（回転軸に直交する方向）に吹き出した後、本体ケース６の内壁面などによってその流れる方向を変えられて第２流入口１４ｂに流入する。しかし、制御部仕切板２１と送風機固定板１８の接続部付近では、流れる方向を急激に変化させるため、空気の流れによどみが生じることになる。このよどみが生じる部分に循環風流入口２１ａを設けて上流側（負圧側）に連通させているので、熱交換器１４に流入する空気の流れをスムーズにするという効果がある。また、よどんでいる箇所から制御部２２内へ循環する空気を作っているので、熱交換器１４へ流れ込む風量を減少させることなく、制御部２２の冷却が行われることになる。

以上のように本発明は、制御部の第２環境用送風装置に面した側面に、上下に開口部を設けたので、熱交換器の熱交換効率を向上させるものである。従って、例えば、設置面積が限られる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。

１ ビルディング
２ 基地局
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
１３ 内気送風装置
１４ 熱交換器
１８ 送風機固定板
１９ 仕切板
２０ 吹出ガイド
２１ 制御部仕切板
２１ａ 循環風流入口
２１ｂ 循環風流出口
２２ 制御部

Claims (5)

1. 前面または下面に第１環境用の第１吸気口を設け、
   前面に第１環境用の第１吐出口を設け、
   背面に第２環境用の第２吸気口および第２吐出口を設けた本体ケースと、
   この本体ケース内には、第１環境用送風装置を備えた第１環境空気導入室と第２環境用送風装置を備えた第２環境空気導入室を設けるとともに、
   第１環境の空気と第２環境の空気との熱交換を行う熱交換器とを備え、
   前記熱交換器は、
   複数の板体を所定間隔離した状態で重合させた構成とし、
   積層方向に形成される対向する２面に第１環境用、第２環境用空気吸込口を設け、
   積層方向に形成される他の面のひとつに第１環境用空気吹出口を設け、
   この第１環境用空気吹出口を設けた面と対向する面に第２環境用空気吹出口を設けたものであって、
   前記第２環境用送風装置は、回転軸を前記熱交換器の第２環境用空気吸込口にほぼ垂直に配置した遠心型の送風機とし、
   前記第２環境空気導入室の側面に制御基板を内蔵した制御部を備え、
   この制御部の前記第２環境用送風装置に面した側面において、上に循環風流出口、下に循環風流入口を設けた熱交換装置。
2. 前記第２環境用送風装置は、前記第２環境空気導入室を上下に二分する送風機固定板に取り付けた請求項１記載の熱交換装置。
3. 前記制御部の側面に設けた前記循環風流出口および前記循環風流入口は、前記送風機固定板の上下にあたる位置に設けた請求項２記載の熱交換装置。
4. 前記制御部の側面下部に設けた前記循環風流入口は、前記第２環境用送風装置の羽根車からの吹出し側面に対向して設けた請求項３記載の熱交換装置。
5. 請求項１〜４いずれかひとつに記載の熱交換装置を用いた発熱体収納装置。
   

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