JP2009192094A - 熱交換装置およびこれを用いた発熱体収納装置 - Google Patents

Abstract

【課題】設置面積を小型にし、冷却能力の向上をした熱交換装置およびそれを用いた発熱体収納装置を提供する。
【解決手段】第１環境用の第１の吸気口２と第１吐出口３および第２環境用の第２の吸気口４と第２吐出口５を有する本体ケース６と、この本体ケース６内に設けられた第１の環境用の第１の送風ファン７および第２の環境用の第２の送風ファン８と、前記本体ケース６内において第１環境用の空気と第２環境用の空気流路を交差させて熱交換を行う熱交換器９とを備え、前記本体ケース６は、前記第１の吸気口から前記熱交換器９を介して第１の送風ファン７が吸い込んだ空気を水平方向に略直角に方向を変えて第１吐出口３から吹出す第１風路と前記第２の吸気口から前記熱交換器９を介して前記第２の送風ファン８が吸い込んだ空気を垂直方向に方向を変えて第２吐出口５から吹出す第２風路とを備えた熱交換装置。
【選択図】図１

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。すなわち、この種の発熱体収納装置は、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とを備えた構成となっていた。また、発熱体収納装置としての設置面積を小さくすることが要望され、キャビネットに対して、熱交換装置は、その扉部分に取り付けられることが多いことから薄型化が要望されていた（例えば、特許文献１参照）。

以下、その熱交換装置について図６を参照しながら説明する。

図に示すように、熱交換装置は、発熱体収納装置の壁面に取り付けるために例えば下記のような構成となっていた。すなわち、外気用の第１吸気口１０１と第１吐出口１０２および発熱体１１０を収納したキャビネット１０７内用の第２吸気口１０３および第２吐出口１０４を有する本体ケース１０５と、この本体ケース１０５内に設けられた外気用の第１の送風ファン１０６およびキャビネット１０７内用の第２の送風ファン１０８と、前記本体ケース１０５内において室外空気とキャビネット１０７内空気との熱交換を行う熱交換器１０９とを備えた構成となっていた。

また、前記第１の送風ファン１０６と第２の送風ファン１０８は、本体ケース１０５内中央部に配置した熱交換器１０９に対して互いに対抗する方向に配置し、第１吸気口１０１および第２吸気口１０３から吸い込んだ空気を熱交換器１０９へ吹き込むように構成していた。
特開２０００−１６１８７５号公報

このような従来の発熱体収納装置では、熱交換装置は、発熱体収納装置の側壁面に取り付けるために発熱体収納装置としての設置面積が大きくなってしまうという課題があった。

そこで本発明は、設置面積を小さくした熱交換装置およびそれを用いた発熱体収納装置を提供することを目的とする。

そして、この目的を達成するために、本発明の熱交換装置およびこれを用いた発熱体収納装置は、第１環境用の第１の吸気口と第１吐出口および第２環境用の第２の吸気口と第２吐出口を有する本体ケースと、この本体ケース内に設けられた第１の環境用の第１の送風ファンおよび第２の環境用の第２の送風ファンと、前記本体ケース内において第１環境用の空気と第２環境用の空気流路を交差させて熱交換を行う熱交換器とを備え、前記本体ケースは、前記第１の吸気口から前記熱交換器を介して第１の送風ファンが吸い込んだ空気を水平方向に略直角に方向を変えて第１吐出口から吹出す第１風路と前記第２の吸気口から前記熱交換器を介して前記第２の送風ファンが吸い込んだ空気を垂直方向に方向を変えて第２吐出口から吹出す第２風路とを備えたものである。

この手段により、第１の送風ファンと第２の送風ファンで熱交換器を介して吸い込んだ空気をそれぞれ第１吐出口と第２吐出口から吹出す構成としているので吹出した空気を遠くまで到達させることができ、ショートサーキットを防止して冷却能力を向上させることができるとともに、第２環境を垂直方向に空気を循環して冷却することができ、特に本熱交換装置は、発熱体収納装置の設置面積の上方に重ねた面積で設置することができ発熱収納装置としての設置面積を小型化して、かつ所望の冷却能力が得られるという効果のある熱交換装置およびこれを用いた発熱体収納装置が得られる。

また、他の手段は、請求項１または２記載の熱交換装置を上方に設置した箱体であって、第１環境に対して第２環境を区切る壁面を二重に構成したキャビネットを形成し、前記キャビネットの外側の壁板には第１環境と連通する第１開口を設け、内側の壁板には前記第１開口に連通させて設けた開口であってかつ前記第１開口に重ならないようにずらした位置に第１の吸気口に対応する第２開口を設け、また前記壁面とは別の壁面にあって前記キャビネットの外側の壁板に前記第１環境に連通する第３開口を設け、内側の壁板には前記第３の開口に連通させて設けた開口であってかつ前記第３開口に重ならないようにずらした位置に第１吐出口に対応する第４開口を設けたものである。

この手段により、本発明の構成では、発熱体収納装置の上方に配置した熱交換装置で、キャビネット内の第２環境の空気を冷却することができ、発熱体収納装置の扉を代表とする側壁部に熱交換装置を設置した従来の構成に比べて側壁部を薄くすることができ設置面積を小型にすることができ、かつ所望の冷却能力が得られるという効果のある熱交換装置およびこれを用いた発熱体収納装置が得られる。

また、他の手段は、キャビネットは、第２吐出口に対向した吹き込み口を有し、垂直方向に配置して前記キャビネットの下方に吹出開口を有するダクトを設けた発熱体収納装置である。

この手段により、熱交換装置をキャビネットの上方に設置して下方の第２環境内の空気をその第２の吸気口と第２吐出口との間でショートサーキットを起こすことなく効率よく空気を循環させることができ発熱体収納装置の設置面積を小さくしてかつ所望の冷却能力が得られるという効果のある熱交換装置およびこれを用いた発熱体収納装置が得られる。

また、垂直方向に異なる吹出開口を有するように複数のダクトを設けた請求項３記載の発熱体収容装置である。

この手段により、熱交換装置をキャビネットの上方に設置して下方の第２環境内の空気をその第２の吸気口と第２吐出口との間でショートサーキットを起こすことなく効率よく空気を循環させることができ発熱体収納装置の設置面積を小さくしてかつ所望の冷却能力が得られるという効果のある熱交換装置およびこれを用いた発熱体収納装置が得られる。

また、他の手段は、キャビネットの扉にダクトを設けた発熱体収納装置である。

この手段により、熱交換装置をキャビネットの上方に設置して熱交換装置下方の第２環境内の空気をその第２の吸気口と第２吐出口との間でショートサーキットを起こすことなく効率よく空気を循環させることができ発熱体収納装置の設置面積を小さくして、かつ所望の冷却能力が得られる。また、キャビネットの扉部分に設けたので、発熱体収納装置内部を点検する場合には、扉を開けるだけでダクトを取り除くことができるので、効率よく内部の点検ができるという効果のある熱交換装置およびこれを用いた発熱体収納装置が得られる。

本発明の熱交換装置およびこれを用いた発熱体収納装置によれば、第１環境用の第１の吸気口と第１吐出口および第２環境用の第２の吸気口と第２吐出口を有する本体ケースと、この本体ケース内に設けられた第１の環境用の第１の送風ファンおよび第２の環境用の第２の送風ファンと、前記本体ケース内において第１環境用の空気と第２環境用の空気流路を交差させて熱交換を行う熱交換器とを備え、前記本体ケースは、前記第１の吸気口から前記熱交換器を介して第１の送風ファンが吸い込んだ空気を水平方向に略直角に方向を変えて第１吐出口から吹出す第１風路と前記第２の吸気口から前記熱交換器を介して前記第２の送風ファンが吸い込んだ空気を垂直方向に方向を変えて第２吐出口から吹出す第２風路とを備えて、第１環境の空気は水平面方向に第１の吸気口から吸い込まれ熱交換器を通ってさらに第１の送風ファンから第１吐出口を通って再び第１環境へ吹出されることとなり、また第２環境の空気は、垂直方向に第２の吸気口から吸い込まれて熱交換器を通ってさらに第２の送風機から第２吐出口を通って再び第２環境へ吹出されることとなる。そして、第２環境で発生した熱は、垂直方向の循環気流によって熱交換器で熱交換され冷却されて再び第２環境へ吹出されることで、第１の送風ファンと第２の送風ファンで熱交換器を介して吸い込んだ空気をそれぞれ第１吐出口と第２吐出口から吹出す構成としているので吹出した空気を遠くまで到達させることができ、ショートサーキットを防止して冷却能力を向上させることができるとともに、第２環境を垂直方向に空気を循環して冷却することができ、本熱交換装置は、発熱体収納装置の設置面積の上方に重ねた面積で設置することができ発熱収納装置としての設置面積を小型化して、かつ所望の冷却能力が得られるという効果のある熱交換装置およびこれを用いた発熱体収納装置を提供することができる。

請求項１記載の発明は、第１環境用の第１の吸気口と第１吐出口および第２環境用の第２の吸気口と第２吐出口を有する本体ケースと、この本体ケース内に設けられた第１の環境用の第１の送風ファンおよび第２の環境用の第２の送風ファンと、前記本体ケース内において第１環境用の空気と第２環境用の空気流路を交差させて熱交換を行う熱交換器とを備え、前記本体ケースは、前記第１の吸気口から前記熱交換器を介して第１の送風ファンが吸い込んだ空気を水平方向に略直角に方向を変えて第１吐出口から吹出す第１風路と前記第２の吸気口から前記熱交換器を介して前記第２の送風ファンが吸い込んだ空気を垂直方向に方向を変えて第２吐出口から吹出す第２風路とを備えた熱交換装置であって、第１環境の空気は水平面方向に第１の吸気口から吸い込まれ熱交換器を通ってさらに第１の送風ファンから第１吐出口を通って再び第１環境へ吹出されることとなり、また第２環境の空気は、垂直方向に第２の吸気口から吸い込まれて熱交換器を通ってさらに第２の送風機から第２吐出口を通って再び第２環境へ吹出されることとなる。そして、第２環境で発生した熱は、垂直方向の循環気流によって熱交換器で熱交換され熱を排出して、その結果冷却されて再び第２環境へ吹出されるという作用を有する。

また、（請求項２記載の発明は、）熱交換装置を上方に設置した箱体であって、第１環境に対して第２環境を区切る壁面を二重に構成したキャビネットを形成し、前記キャビネットの外側の壁板には第１環境と連通する第１開口を設け、内側の壁板には前記第１開口に連通させて設けた開口であってかつ前記第１開口に重ならないようにずらした位置に第１の吸気口に対応する第２開口を設け、また前記壁面とは別の壁面にあって前記キャビネットの外側の壁板に前記第１環境に連通する第３開口を設け、内側の壁板には前記第３の開口に連通させて設けた開口であってかつ前記第３開口に重ならないようにずらした位置に第１吐出口に対応する第４開口を設けた発熱体収納装置であって、熱交換器の第１送風ファンの作用により第１環境の空気は第１開口を通って第２開口へ吸い込まれさらに第１の吸気口から熱交換装置へ吸い込まれ熱交換器を通り、第１の送風ファンにより第１吐出口から吹出され、第４開口、第３開口を通って再び第１環境へ吹出される。一方、第２送風ファンの作用によりキャビネット内の第２環境の空気は、第２の吸気口から吸い込まれ熱交換器を通り、第２の送風ファンにより第２吹出し口から第２環境へ再び吹出される。そして、第２環境から吸い込まれた空気の熱は、熱交換器を通ることで、第１環境から吸い込まれた空気の熱と熱交換されて、第２環境の熱を排出して冷却するという作用を有する。

また、（請求項３記載の発明は、） キャビネットは、第２吐出口に対向した吹き込み口を有し、垂直方向に配置して前記キャビネットの下方に吹出開口を有するダクトを設けた発熱体収納装置であって第２吐出口から吹出した空気は、ダクトに吹き込まれ垂直方向のキャビネット下方から吹出され、キャビネットの床面まで吹出し風を到達させてキャビネット内の熱を排出させることができるという作用を有する。

また、（請求項４記載の発明は、）垂直方向に異なる吹出開口を有するように複数のダクトを設けた請求項３記載の発熱体収容装置であって、第２吐出口から吹出した空気は、ダクトに吹き込まれ垂直方向の複数箇所から吹出されキャビネット内に行き渡り、特にキャビネットの床面まで吹出し風を到達させてキャビネット内の熱を排出させることができるという作用を有する。

また、（請求項５記載の発明は、）キャビネットの扉にダクトを設けた発熱体収納装置であって、第２吐出口から吹出した空気は、キャビネットの扉に設けたダクトに吹き込まれ垂直方向の吹出されキャビネット内に行き渡る、特にキャビネットの床面まで吹出し風を到達させてキャビネット内の熱を排出させることができるという作用を有する。

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から図３に示すように、熱交換装置１は、隣り合った側面に位置させて設けた第１環境（外気）用の第１の吸気口２と第１吐出口３および前記側面とは別の面であって同一面上に位置させて設けた第２環境（後記のキャビネット１２内）用の第２の吸気口４と第２吐出口５を有する箱体の本体ケース６と、この本体ケース内６に設けられた第１の環境用の第１の送風ファン７および第２の環境用の第２の送風ファン８と、本体ケース６内において第１環境用の空気と第２環境用の空気流路を交差させて熱交換を行う熱交換器９とを備えている。本体ケース６は、前記第１の吸気口２から前記熱交換器９を介して第１の送風ファン７が吸い込んだ空気を水平方向に略直角に方向を変えて第１吐出口３から吹出す第１風路１０と前記第２の吸気口４から吸い込んだ空気を略直角に一曲がりさせて前記熱交換器９を介して吸い込みさらに前記第２の送風ファン８が垂直方向に方向を変えて第２吐出口５から吹出す第２風路１１とを備えている。

熱交換器９は、図面中には符号を付していないが良く知られてように、第１の板体の表面上に、第２の板体、第２の板体の表面上に第３の板体をそれぞれ所定間隔を離した状態で重合させて略直方体に形成した構成とし、前記第１の板体の第２の板体側の表面には、第１の板体の表面をレーン状に仕切る複数の第１の整流壁、前記第２の板体の第３の板体側の表面には、第２の板体の表面をレーン状に仕切る複数の第２の整流壁をそれぞれ設けた構成となって、前記第１風路１０と第２風路１１を前記第２の板体を挟んで直角に交差させる構成としている。また、これら第１〜第３の板体は、熱交換器９内で交差させる風路数に一枚加えた枚数として多数を積層したものである。

そして、熱交換装置１は、第１環境である外気に対して第２環境である携帯電話機の送・受信機を収納する空間を区切る箱体のキャビネット１２の内側の上部に設置するものである。

キャビネット１２は、壁面１３と壁面１６を二重に形成し、外側の第１の壁板２５には第１環境と連通する第１開口１４を設け、内側の第１の壁板２６には第１開口１４に連通させて設けた開口であってかつ第１開口１４に重ならないようにずらした位置として第１開口１４の位置よりも上方に前記第１の吸気口２に対応する第２開口１５を設け、また外側の第２の壁板２７に前記第１環境に連通する第３開口１７を設け、内側の第２の壁板２８に前記第３の開口１７に連通させて設けた開口であってかつ前記第３開口１７に重ならないようにずらした位置として第３開口１７の位置よりも上方に前記第１吐出口３に対応する第４開口１８を設けたものであり発熱体収納装置１９の通風開口を構成する。

以上のように構成し、熱交換装置１は、キャビネット１２内の上部に設置し、その下部には送・受信機である発熱体２０を設置するものである。

上記構成により、熱交換装置１の第１の送風ファン７の作用により第１環境の空気は第１開口１４を通って第２開口１５へ吸い込まれさらに第１の吸気口２から熱交換装置１へ吸い込まれ熱交換器９を通り、第１の送風ファン７により第１吐出口３から吹出され、第４開口１８、第３開口１７を通って再び第１環境へ吹出される。一方、第２の送風ファン８の作用によりキャビネット１２内の第２環境の空気は、第２の吸気口４から吸い込まれ熱交換器９を通り、第２の送風ファン８により第２吐出口５から第２環境へ再び吹出される。

そして、第２環境から吸い込まれた空気の熱は、熱交換器９を通ることで、第１環境から吸い込まれた空気の熱と熱交換されることで、第２環境の熱を排出して冷却することとなる。つまり、発熱体収納装置１９内の上方に配置した熱交換装置１で、キャビネット１２内の第２環境の空気を冷却することができる。また、本実施の形態の熱交換装置１は、発熱体収納装置１９自体の設置面に重ね合せて上方に設置した形とすることができ、したがって従来の発熱体収納装置の扉を代表とする側壁部に熱交換装置を設置した構成に比べて側壁部に設置する熱交換装置の厚さに相当する厚みを薄くすることができ、設置面積を小型にすることができる。

また、熱交換装置１は、第１環境の空気は水平面方向に第１の吸気口２から吸い込まれ熱交換器９を通ってさらに第１の送風ファン７から第１吐出口３を通って再び第１環境へ吹出されることとなり、本体ケース６内での風路の曲がり数を第１の送風ファン７部分の曲がりだけとすることで、第１風路１０では曲がりによる圧力損失を極力減らすことができる。このため、発熱体収納装置１９内に設置したときに第１開口１４と第２開口１５および第３開口と第４開口１８部分での連通する開口の高さ方向の位置関係による圧力損失の影響があっても所望の冷却能力を確保することができる。これにより、室外の第１環境に直接開口する第１開口１４や第３開口１７から雨水が侵入してもそれぞれ連通する第２開口１５や第４開口１８はこれら開口よりも高い位置に設けているので、熱交換装置１内へ雨水を吸い込んでしまうこともなくなり、所望の冷却能力を長期にわたり維持することもできる。

また、キャビネット１２内の第２環境の空気は、第２の吸気口４と第２吐出口５を同一面に位置させるように第２吸気口２を通過した空気は、略直角に向きを換えて、熱交換器９に吸い込まれ、熱交換器９を通ってさらに第２の送風ファン８から第２吐出口５を通って再び第２環境へ吹出されることとなる。そして、第２環境で発生した熱は、垂直方向の循環気流によって熱交換器９で熱交換され冷却されて再び第２環境へ吹出されることとなり、熱交換装置１をキャビネット１２の上部に配置して、下方に配置した発熱体２０から発生する熱を排出することができる。

また、第１の送風ファン７と第２の送風ファン８で熱交換器９を介して吸い込んだ空気をそれぞれ第１吐出口３と第２吐出口５から吹出す構成としているので吹出した空気を遠くまで到達させることができ、吐出空気がすぐに吸い込まれてしまうショートサーキットを防止して冷却能力を確保することができる。

すなわち、第２環境を垂直方向に空気を循環して冷却することができ、熱交換装置１は、発熱体収納装置１９の設置面積と重ねて上方に設置することができ発熱収納装置としての設置面積を小型化して、かつ所望の冷却能力が得られる。

（実施の形態２）
本実施の形態は、実施の形態１に対して、後述するダクト２１を設けたところに特徴がある。実施の形態１と同一の構成要件については、同一の符号をつけて詳細な説明は省略する。

図４に示すように、ダクト２１は、第２の送風ファン８吹出し口側にあって、第２吐出口５に対向した吹き込み口２２を有し、キャビネット１２内の垂直方向に配置して複数の箇所に吹出開口２３を設けた構成する。特に、キャビネット１２内の下方に吹出開口２９を設けてダクト３０を構成する。

上記構成により、第２吐出口５から吹出した空気は、ダクトに吹き込まれ垂直方向の複数箇所から吹出され、キャビネット１２内で高さの異なる位置から吹出されることとなり、キャビネット１２内に行き渡ることとなる。特に、ダクト３０によりキャビネット１２の床面まで吹出し風を到達させてキャビネット１２内の熱を効率よく排出させることができる。

そして、熱交換装置１をキャビネット１２の上方に設置して熱交換装置１の下方の第２環境内の空気をその第２の吸気口４と第２吐出口５との間でショートサーキットを起こすことなく効率よく空気を循環させることができ発熱体収納装置の設置面積を小さくしてかつ冷却能力を向上することができる。

（実施の形態３）
図５に示すように、実施の形態２のダクト２１をキャビネット１２の扉２４に設けた構成とする。

上記構成により、第２吐出口５から吹出した空気は、キャビネット１２の扉に設けたダクト２１に吹き込まれ垂直方向の複数箇所から吹出されキャビネット１２内に行き渡る、とくにキャビネットの床面まで吹出し風を到達させてキャビネット１２内の熱を排気させることができることとなる。

そして、熱交換装置１をキャビネット１２の上方に設置して熱交換装置１の下方の第２環境内の空気をその第２の吸気口４と第２吐出口５との間でショートサーキットを起こすことなく効率よく循環させることができるとともに、発熱体収納装置１９の設置面積を小さくしてかつ冷却能力を向上することができる。

特に、キャビネット１２の扉２４部分に設けたので、発熱体収納装置１９の内部を点検する場合には、扉を開けるだけでダクトを取り除くことができるので、効率よく内部の点検ができる。

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。

本発明の実施の形態１の熱交換装置を示す透視図 同発熱体収納装置の透視図 同発熱体収納装置の上部平面透視図 同実施の形態２の発熱体収納装置の内部側面透視図 同実施の形態３の発熱体収納装置の概略図 従来の熱交換装置の構造を示す図

符号の説明

１ 熱交換装置
２ 第１の吸気口
３ 第１吐出口
４ 第２の吸気口
５ 第２吐出口
７ 第１の送風ファン
８ 第２の送風ファン
９ 熱交換器
１０ 第１風路
１１ 第２風路
１２ キャビネット
１４ 第１開口
１５ 第２開口
１７ 第３開口
１８ 第４開口
１９ 発熱体収納装置
２１ ダクト
２３ 吹出開口
２５、２６ 第１の壁板
２７、２８ 第２の壁板
２９ 吹出開口
３０ ダクト

Claims (5)

1. 第１環境用の第１の吸気口と第１吐出口および第２環境用の第２の吸気口と第２吐出口を有する本体ケースと、この本体ケース内に設けられた第１の環境用の第１の送風ファンおよび第２の環境用の第２の送風ファンと、前記本体ケース内において第１環境用の空気と第２環境用の空気流路を交差させて熱交換を行う熱交換器とを備え、前記本体ケースは、前記第１の吸気口から前記熱交換器を介して第１の送風ファンが吸い込んだ空気を水平方向に略直角に方向を変えて第１吐出口から吹出す第１風路と前記第２の吸気口から前記熱交換器を介して前記第２の送風ファンが吸い込んだ空気を垂直方向に方向を変えて第２吐出口から吹出す第２風路とを備えた熱交換装置。
2. 請求項１記載の熱交換装置を上方に設置した箱体であって、第１環境に対して第２環境を区切る壁面を二重に構成したキャビネットを形成し、前記キャビネットの外側の第１の壁板には第１環境と連通する第１開口を設け、内側の第１の壁板には前記第１開口に連通させて設けた開口であってかつ前記第１開口に重ならないようにずらした位置に第１の吸気口に対応する第２開口を設け、前記キャビネットの外側の第２の壁板に前記第１環境に連通する第３開口を設け、内側の第２の壁板には前記第３の開口に連通させて設けた開口であってかつ前記第３開口に重ならないようにずらした位置に第１吐出口に対応する第４開口を設けた発熱体収納装置。
3. キャビネットは、第２吐出口に対向した吹き込み口を有し、垂直方向に配置して前記キャビネットの下方に吹出開口を有するダクトを設けた請求項２記載の発熱体収納装置。
4. 垂直方向に異なる吹出開口を有するように複数のダクトを設けた請求項３記載の発熱体収容装置。
5. キャビネットの扉にダクトを設けた請求項３または４記載の発熱体収納装置。

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