JP3141742U - 防塵防湿恒温箱 - Google Patents

Abstract

【課題】塵や挨、異物などが大量に存在する劣悪な環境下において電子機器が安定に稼働することを保証する防塵防湿恒温箱を提供する。
【解決手段】本考案の防塵防湿恒温箱１００は、電子機器を収納し、外界と完全に遮断するように電子機器収納部１と、電子機器収納部１の背面１ａに設けられる外部ヒートシンク板３−１，３−２，３−３とを備える。電子機器収納部１の前面は、内部の状況を確認できるガラス窓５が設けられ、電子機器収納部１は、非活性ガス又は空気ボンベを用いて内圧を高め、電子機器収納部１の一部に設けられる排気用バルブ４から内部の空気を排出するように構成される。また、電子機器収納部１の背面１ａに１つ以上のペルチェ素子が設けられ、該１つ以上のペルチェ素子を外部ヒートシンク板３とともに挟み込むように設けた内部ヒートシンク板と、内部の空気を還流させるために設けたファンにより、内部の温度を放熱する。
【選択図】図１

Description

本考案は、発熱する電子機器（以下、電子機器と称する）を収納して、塵鉄粉及び高い湿度から守り、電子機器の動作許容範囲を一定に保つ防塵・防湿の恒温箱に関し、特に、劣悪な環境下でも収納される電子機器の動作を保証し、メンテナンスを最小限にして、且つ省スペースで音の静かな防塵防湿恒温箱に関する。

電子機器（例えば、大型の液晶ディスプレイを含む）などの温度を発生する機器・装置は、電子機器の動作許容範囲を一定に保つために、一般的には放熱板を用いた自然放熱か、又は放熱板とファンとを組み合わせた強制空冷方式を採用することがよくある。

そこで、電子機器を密閉型の箱で密閉して収納することにより、空冷効果を高める技術もあり、この場合、密閉型の箱に吸気口及び換気口を設けるとともに、ファンを用いて強制的に空気の流れを実現し、高温部から空気へ熱伝導による排熱を実現している。

実用されている多くの密閉型の箱を構成する装置は、吸気口に防塵用のフィルタを設置し、塵や挨、異物などを取り除き、収納した電子機器の部品の短絡や、熱伝導率の低下を防ぐとともに、異物の混入による影響を最小限に押さえるように構成している。

しかしながら、従来から知られている密閉型の箱を構成する装置では、防塵用のフィルタは、塵や挨、異物などを取り除く設置目的を達成すればするほど、吸気能力が低下し、定期的にフィルタを交換しなければ、収納した電子機器に重大なダメージを与える。

従って、密閉型の箱を構成する装置は、その設置環境条件によって異なるが、ほとんどの場合、フィルタの定期的な交換が必携となっている。このような保守間隔は、設置環境条件が厳しいものでない場合（例えば、建築物内の空調設備の整った環境など）、比較的簡単な保守であることから実用上十分である。

しかし、塵や挨、異物などが多く存在し、かつ頻繁に保守できない状況下での稼働が要求される設置環境条件下（例えば、鉄道の駅構内など）では、これまでの方法を用いた収納箱では、実用的ではないという欠点があった。

更に、コンプレッサを用いた冷却を密閉型の箱を構成する装置に適用したとしても、コンプレッサのサイズに起因して大型化してしまい、設置条件、設置スペースに関して大きな欠点となる。具体的には、コンプレッサの設置場所、廃熱の処理のスペース、コンプレッサ自体の騒音、当該装置への収納の困難さなどの問題がある。また、コンプレッサは、動作音が大きいという問題もある。

この改善策として、電子機器を収納する密閉型の箱に、空気環流用のファンを設け、空気流入口にフィルタを設置して挨の入らない構造とすることがある。しかしながら、この場合においても、フィルタを定期的に交換する保守が必要となっている。

前述したように、例えば液晶ディスプレイなどの電子機器では、外部からの挨を完全に遮断しながら、あらゆる環境下においても安定して稼動させるという要求を満たすことが所望される。つまり、電子機器を収納する密閉型の箱に、空気環流用のファンを設け、空気流入口にフィルタを設置して挨の入らないようにした構造では、このような要求を満たすには改善の余地がある。具体的は、外部からの挨による換気能力の低下の故に著しく電子機器の信頼性を低下させ、更には防塵用フィルタを定期的に交換する必要性の故に、その稼働率が低下する問題がある。

そこで、本考案の目的は、上述の問題を改善し、塵や挨、異物などが大量に存在する劣悪な環境下において電子機器が安定に稼働することを保証する防塵防湿恒温箱を提供することにある。

本考案は、塵や挨、異物が存在する外界と完全に遮断して、混入を防止する機構、外界の湿度に影響されない機構、及び、遮断された空間内で温度を発熱する電子機器の稼働を維持して、熱移動量を制御する機構を備え、遮断された空間内の熱を移動して外部に放出し、環境条件が変化するような移動環境に適合させ、また熱の移動量を塵や挨、異物が存在する環境下においても放熱性能を低下させないようにし、設置環境に存在する鉄粉により発生する黄害をも軽減する構成とする。

即ち、本考案による防塵防湿恒温箱は、
電子機器を収容して外部環境から保護する防塵防湿恒温箱であって、
電子機器を収納し、外界と完全に遮断するように密閉構造を有する電子機器収納部と、
前記電子機器収納部の背面に設けられる外部ヒートシンク板とを備え、
前記電子機器収納部の前面は、内部の状況を確認できるガラス窓が設けられ、
前記電子機器収納部は、
非活性ガス又は空気ボンベを用いて内圧を高め、前記電子機器収納部の一部に設けられる排気用バルブから内部の空気を排出するように構成されるとともに、
前記電子機器収納部の背面に１つ以上のペルチェ素子が設けられ、該１つ以上のペルチェ素子を前記外部ヒートシンク板とともに挟み込むように設けた内部ヒートシンク板と、内部の空気を還流させるために設けたファンにより、内部の温度を前記外部ヒートシンク板から放熱するように構成したことを特徴とする。

また、本考案による防塵防湿恒温箱において、
前記外部ヒートシンク板は多層に構成されていることを特徴とする。

また、本考案による防塵防湿恒温箱において、
前記外部ヒートシンク板を一定の周期で振動させるための振動板を更に備えることを特徴とする。

また、本考案による防塵防湿恒温箱において、
前記ガラス窓の周辺における前記電子機器収納部の一部に、磁石が設けられていることを特徴とする。

本考案による、発熱する電子機器を収納する防塵防湿恒温箱は、設置環境の自由度を大幅に拡大し、設置の必要な場所に自由に設置することができるという利点がある。

本考案による、発熱する電子機器を収納する防塵防湿恒温箱は、収納される電子機器の大きさにより自由に設計することができ、発熱量の高により自由設計できる。廃熱面を背面、上部、側面など設置環境に合わせて設計できるため、設置条件を損なわずに実現することができる。

まず、本考案による実施例の防塵防湿恒温箱を説明する。

図１に、本考案による実施例の防塵防湿恒温箱の概略図を示す。実施例の防塵防湿恒温箱１００は、電子機器収納部１、及び、多層の外部ヒートシンク板３−１，３−２，３−３（包括的には、外部ヒートシンク板３と称する）から構成される。電子機器収納部１は、塵や挨、異物が存在する外界と完全に遮断するように密閉構造を有し、この電子機器収納部１に電子機器を収納する。また、外部ヒートシンク板３は、後述するように効果的に放熱効果を高めるために３層構造にしているが、１層で構成するか、又は更に多くの外部ヒートシンク板を設けることが可能である。

電子機器収納部１は、好適に金属を用いて構成することができ、その前面１ｂに設けた内部の状況を確認できるガラス窓５と、側面に設けた各種制御用のセンサ（例えば、比較圧力センサ６）と、側面上に設けた外部との信号、電力をやりとりする第１密閉型コネクタ７と、内部に設けられる制御基板３１への各種制御用センサの制御を外部から指示するための第２密閉型コネクタ２と、内部の環境をクリーンに保つ排気用バルブ４とを備える。ここで、第１密閉型コネクタ７及び第２密閉型コネクタ２は、様々な既知のコネクタを用途に応じて適用すればよく、コネクタ構造の詳細な説明は省略する。更に、排気用バルブ４は、既知の非活性ガス（又は空気）系配管と同様の構成とすることができ、その構造の詳細な説明は省略する。また、電子機器収納部１の背面、即ち外部ヒートシンク板３−１との接触面１ａは、実施例の防塵防湿恒温箱に特有の構造を有し、後述する。

図２は、電子機器収納部１のより詳細な構造を示す透視図である。電子機器収納部１は、塵や挨、異物の混入防止機構であり、特に外部から侵入しうる塵や埃、異物を防ぎ、完全な空気環境にするため、電子機器収納部１の内部の内圧を高めるための非活性ガス（又は空気）ボンベ３２が設けられている。このため、排気用バルブ４は、電子機器収納部１の内部の完全な空気環境に保つために内部から外部へと空気排出するように機能する。

即ち、電子機器収納部１は、その内部に電子機器を完全に密閉した状態で収納するため、設置当初に自然の大気で満たされている際に、内部に塵や挨又は異物が存在する可能性がある。そこで、まず、内部環境をクリーンにするために、排気用バルブ４を開口する。次に内部又は外部に設置する圧搾空気又は大気よりも重い炭酸ガスなどの所定のガスか、又は空気を排出する非活性ガス（又は空気）ボンベ３２を開口し、例えば電子機器収納部１内の底部から充満させ、排気用バルブ４から既存の大気を排出する。次に、電子機器収納部１に所定のガスが充満した段階で排気用バルブを閉口する。このようにして、電子機器収納部１の内部を完全な空気環境に保つ。

更に、電子機器収納部１は、内部に制御基板３１を備え、比較圧力センサ６により外部大気圧と電子機器収納部１内の気圧との差を検知して、その検知信号に応じて制御基板３１に設けられる中央演算処理装置（ＣＰＵ）により、内部の圧力が外部の圧力よりも高くなるように非活性ガス（又は空気）ボンベ３２のバルブの開閉を制御する。また、制御基板３１は、外部から第１密閉型コネクタ７を経て電力供給されるように配線が施され、更に、外部から第２密閉型コネクタ２を経て比較圧力センサ６からの検知信号に応じた制御を指示するための配線が施されている。

このようにして、電子機器収納部１の外部から、常に内部の圧力が外部よりも高くなるように設定し、制御することができる。尚、比較圧力センサ６は、外部と内部の個別に区切られた空間とを比較するように複数設けてもよい。また、このような電子機器収納部１の内部の完全な空気環境に保つ動作は、通常、設置時点で操作者によって行えばよいが、比較圧力センサ６により内部の圧力が外部よりも高くなるように常に監視し、非活性ガス（又は空気）ボンベ３２のバルブの開閉及び、排気用バルブ４の開閉を自動的に制御するように、制御基板３１を構成することができる。

従って、本考案による実施例の防塵防湿恒温箱であれば、外界の湿度に影響されないように構成することができ、従来に必要とされたフィルタを必要としない。更に、常に電子機器収納部１内の空気が非活性ガス（又は空気）ボンベ３２により放出されるガスによって充満させているので、外部の湿度環境にも左右されることはなく、定常的に安定した湿度環境を提供することができる。更に、コンプレッサ等のような大きな動作音を発生することがないので、静かである。

次に、内部の温度を外部に放出する機構について詳細に説明する。電子機器収納部１内に、さらに複数のペルチェ素子３４−１，３４−２，３４−１，３４−１，３４−１，３４−１，３４−７（包括的には、ペルチェ素子３４−ｎ（ｎはゼロを除く自然数）と称する）を設けた例を示している。このようなペルチェ素子は、電子機器収納部１の背面１ａに設けた開口部（図示せず）に、収納される電子機器のタイプに応じて適宜、任意の箇所に任意の数で設けることができる。

また、電子機器収納部１内には、内部の個々の空間における周辺温度を検知する複数の温度センサ３３−１，３３−２，３３−３（包括的には、温度センサ３３と称する）が設けられている。このような温度センサ３３は、内部に収納する電子機器に応じて適宜、任意の箇所に任意の数で設けることができる。そして、各ペルチェ素子３４−ｎと各温度センサ３３は、制御基板３１とリンクしており、外部から第２密閉型コネクタ２を経て各温度センサからの検知信号に応じた制御を指示することができる。尚、制御基板３４により、常に各温度センサ３３により温度を監視して、自動的に各ペルチェ素子３４−ｎにより熱移動量を制御することもできる。

このように、電子機器収納部１内に、１つ以上のペルチェ素子と温度センサを設けることにより、熱移動量を制御することができる。例えば、電子機器収納部１内の温度は、収納される電子機器の発熱量の変化と、外部の温度の変化により依存する。そこで、１つ以上のペルチェ素子と温度センサを設けることにより、電子機器収納部１内の温度を、収容される電子機器の稼働許容温度の範囲で一定に保つことができる。

即ち、排熱量を電子機器収納部１内の温度状況を温度センサ３３で測定しながら排熱量を制御するようにする。具体的には、制御基板３１は、排熱量の制御は電子機器の稼働許容温度の範囲で、一定に保つように個別化されたペルチェ効果を有する冷却用の半導体素子（ペルチェ素子３４）単位に通電量を切り替え、大量の排熱を必要とするときは、多くの各ペルチェ素子３４に通電し、排熱量が少なくてよい状況下では通電量を少しにして制御する。

上述した構成により、電子機器収納部１内の温度及び湿度を恒常的に一定に保つことができ、フィルタを使用することなく、電子機器収納部１内の内部空間をクリーンに保つことができ、メンテナンスフリーの防塵防湿恒温の箱を達成することができる。更に、コンプレッサ等のような大きな動作音を発生することがないので、静かである。

次に、電子機器収納部１内の温度をより効果的に保つために、電子機器収納部１の背面１ａに設けたペルチェ素子３４の熱移動効果をより高めるように外部及び内部ヒートシンク板を設けた例について説明する。

図３は、電子機器収納部１の背面１ａに設けたペルチェ素子３４−ｎの周辺を、電子機器収納部１の内部及び外部から外部及び内部ヒートシンク板３−１，４３により挟み込むように構成した、電子機器収納部１における遮断された空間内の温度を、発熱する電子機器の稼働環境で維持する構成例を示している。電子機器収納部１は、金属の筐体で構成され、背面１ａにおける金属両面は、断熱材１２によって覆うようにしてもよい。更に、内部ヒートシンク板４３には、内部の温度拡散用のファン１３が設けられている。

電子機器収納部１内を一定の温度（又は、一定以下の温度）に維持するためには、外部よりエネルギーを投入しなければエントロピー拡散の法則に反することになるため、外部よりエネルギーを投入する必要がある。この役割を担うのがペルチェ効果を有する冷却用の半導体（ペルチェ素子３４−ｎ）である。そこで、このペルチェ素子３４−ｎに電気を流すことで、電子機器収納部１内に設置された内部ヒートシンク板４３及びファン１３によって、電子機器収納部１内の熱エネルギーを、外部ヒートシンク板３−１を経て外部に移動させることができる。こうして、高温になったペルチェ素子の熱エネルギーが、電子機器収納部１外に設置した外部ヒートシンク板３の放熱部３−１ａにより大気へ放射される。

図４は、電子機器収納部１における遮断された空間内の温度を、発熱する電子機器の稼働環境で維持する別の構成例を示している。図４に示す機構例では、複数の外部ヒートシンク板３−１，３−２，３−３が設けられ、遮断された空間から熱を移動し外部に放出する機能及び熱の移動環境を向上させることができる。前述した図３に示した例は、外部に放熱する機構は高熱になったペルチェ素子３４−ｎに１つの外部ヒートンンク板３−１を取り付けた例であるが、電子機器収納部１内の恒温制御状況又は本実施例の防塵防湿恒温箱の用途によっては、熱設計上、背面１ａの面積に１枚の外部ヒートシンク板３−１を設置するだけでは十分に放熱できない状況が考えられる。

そこで、様々な本実施例の防塵防湿恒温箱の用途に対応可能とするために、ヒートパイプ４４，４５を用いて、多層の外部ヒートシンク板３−１，３−２，３−３を構成することも可能である。即ち、本実施例における防塵防湿恒温箱は、設置環境が悪くなれば、ヒートパイプ４４，４５を用いて外部ヒートシンク板を簡単に増設できる構造としている。また、ヒートパイプ４４，４５を振動させる機構を設けて（図示せず）、ヒートパイプ４４，４５の性能を向上させることもできる。このようにすれば、多層の外部ヒートシンク板が熱の拡散を均等化させ熱の移動環境を向上させることができる。

次に、異物が存在する環境下において、多層の外部ヒートシンク板の放熱性能を低下させない機構を設けた例を説明する。

例えば、塵や埃又は異物が多く存在する中に設置する自然放熱型の外部ヒートシンク板３−１は、挨や塵の付着により設置初期の放熱性能を低下させることがよくある。そこで、図５に示すように、例えば外部ヒートシンク板３−１に異物が存在する環境下においても放熱性能を低下させないように、外部ヒートシンク板３−１の振動に効果的な適宜定めた位置に振動板１８−１，１８−２，１８−３，１８−４（包括的には、振動板１８と称する）を設ける。例えば制御基板３１から背面１ａを経た配線を介して、定期的又は定常的に一定周期で振動させるための所定の制御信号を発振器（ＯＳＣ）４６から生じさせるようにする。

この発振器（ＯＳＣ）４６は、制御基板３１に設けられ、外部から第２密閉型コネクタ２を経て外部から制御してもよいし、自動的に周期的な振動を生じさせる該所定の制御信号を発生させるようにしてもよい。このようにして、外部ヒートシンク板３−１における塵や挨の付着を軽減させるように、外部ヒートシンク板３−１を一定の周期で振動させる機構を設けることが好適である。これにより、大気への放熱性能を低下させないように機能させることができる。尚、図５では、放熱フィンが水平方向に並ぶように示しているが、塵や埃又は異物を排除するのに垂直方向又は任意の角度で設置することができることは云うまでもない。また、この振動は、ヒートパイプ４４,４５の効率を向上させる効果も有している。

次に、設置環境に存在する鉄粉により発生する黄害を軽減する機構を設けた例を説明する。

例えば、実施例の防塵防湿恒温箱の設置環境が鉄道車両の近くである場合、当該環境下で発生しうる鉄粉が飛散し、周辺の構造物に付着し、酸化することにより黄害を発生させることがよくある。そこで、図６に示すように、電子機器収納部１の前面１ｂにおけるガラス窓５の上部又は下部に（即ち、発生した微粒子の鉄粉を付着して欲しくない領域に）磁石１９を設けるようにする。

例えば、ガラス窓５を保持する保持部材１ｄを電子機器収納部１に設け、シールド材４７により電子機器収納部１の密封性を保持する。更に電子機器収納部１における保持部材１ｄの下部に、磁石１９を保持するための磁石保持部１ｃを設けて磁石１９を固定する。ガラス窓５の上部及び下部の双方に磁石１９を設ける場合も同様に構成することができるが、上側磁石の窓側方向をＮ極とした場合には、下側磁石の窓側方向はＳ極にし（その逆にすることもできる）、強力な磁気回路を作り出すことによって鉄粉を磁石１９に集積して付着させることができる。このようにして、付着して欲しくない箇所の黄害を軽減させることができる。

上述の実施例については特定の形態を代表的な例として説明したが、本考案は、上述の実施例によって制限されるものと解するべきではなく、例えば、電子機器収納部１の内部に設けられる制御基板３１や非活性ガス（又は空気）ボンベ３２を任意の位置に配置することができる。また、制御基板３１や非活性ガス（又は空気）ボンベ３２は、電子機器収納部１の外部に設けるように構成してもよい。従って、本考案は、実用新案請求の範囲によってのみ制限される。

近年とみに拡大している屋外広告に使用される電子機器は、多くが限られたスペースに
設置され、且つ塵や挨、異物が存在するところへ設置することが要求される。このような環境においては、本考案の防塵防湿恒温箱は極めて有用である。

本考案による実施例の防塵防湿恒温箱の概略図である。 本考案による実施例の防塵防湿恒温箱における電子機器収納部の構造を示す透視図である。 本考案による一実施例の防塵防湿恒温箱における遮断された空間内の温度を発熱する電子機器の稼働環境で維持する構成例を示す図である。 本考案による一実施例の防塵防湿恒温箱における遮断された空間内の温度を発熱する電子機器の稼働環境で維持する別の構成例を示す図である。 本考案による一実施例の防塵防湿恒温箱における振動板を用いた一例を示す図である 本考案による一実施例の防塵防湿恒温箱における磁石を用いた一例を示す図である。

符号の説明

１ 電子機器収納部
１ａ 電子機器収納部の背面
１ｂ 電子機器収納部の前面
１ｃ 磁石保持部
１ｄ 保持部材
２ 第２密閉型コネクタ
３，３−１，３−２，３−３ 外部ヒートシンク板
４ 排気用バルブ
５ ガラス窓
６ 比較圧力センサ
７ 第１密閉型コネクタ
１２ 断熱材
１３ ファン
１８，１８−１，１８−２，１８−３，１８−４ 振動板
１９ 磁石
３１ 制御基板
３２ 非活性ガス（又は空気）ボンベ
３３，３３−１，３３−２，３３−３ 温度センサ
３４ ペルチェ素子
３４−１，３４−２，３４−３，３４−４ ペルチェ素子
３４−５，３４−６，３４−７，３４−ｎ ペルチェ素子
４３ 内部ヒートシンク板
４４，４５ ヒートパイプ
４６ 発振器（ＯＳＣ）
４７ シールド材
１００ 防塵防湿恒温箱

Claims (4)

1. 電子機器を収容して外部環境から保護する防塵防湿恒温箱であって、
   電子機器を収納し、外界と完全に遮断するように密閉構造を有する電子機器収納部と、
   前記電子機器収納部の背面に設けられる外部ヒートシンク板とを備え、
   前記電子機器収納部の前面は、内部の状況を確認できるガラス窓が設けられ、
   前記電子機器収納部は、
   非活性ガス又は空気ボンベを用いて内圧を高め、前記電子機器収納部の一部に設けられる排気用バルブから内部の空気を排出するように構成されるとともに、
   前記電子機器収納部の背面に１つ以上のペルチェ素子が設けられ、該１つ以上のペルチェ素子を前記外部ヒートシンク板とともに挟み込むように設けた内部ヒートシンク板と、内部の空気を還流させるために設けたファンにより、内部の温度を前記外部ヒートシンク板から放熱するように構成したことを特徴とする防塵防湿恒温箱。
2. 前記外部ヒートシンク板は多層に構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の防塵防湿恒温箱。
3. 前記外部ヒートシンク板を一定の周期で振動させるための振動板を更に備えることを特徴とする、請求項１に記載の防塵防湿恒温箱。
4. 前記ガラス窓の周辺における前記電子機器収納部の一部に、磁石が設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の防塵防湿恒温箱。

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