JPH01200193A - 筐体内部温度安定化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 イ９発明の目的 〔産業上の利用分野〕 本発明はヒートパイプを熱交換手段とした機器筐体の内
部温度安定化装置に関するものであり、特に屋外設置型
機器筐体の内部温度を四季を通して所望の温度範囲に安
定化せしめる冷却及び保温装置の構造に関する。

〔従来の技術〕

屋外設置型の機器は厳しい環境に暴露される上に保守点
検が屋内設置型に比較して困難な場合が多い。従って高
い信顛性が要求されるものであり、その内部温度の上昇
を防止する筐体冷却器についても同様である。即ち電動
ファンを用いる強制冷却型冷却器はファンの故障による
信転性低下が嫌われ、一般に自然対流による冷却が要求
される。

第１０図はその様な従来型のヒートパイプ式筐体冷却器
の一部断面の正面略図であって、筺体１の内部に配設さ
れてあるパワートランジスタ等の発熱体３の発生熱量は
金属ブロック２を介してヒートパイプ２５に吸収され、
隔壁２７を貫通して、放熱室２４内に導入されヒートパ
イプの放熱部に設けられたフィン群２６−１により放熱
室内に放熱される。又フィン群２６−２は筐体内雰囲気
熱量を吸収して放熱室内側フィン群２６−１により放熱
室内に放熱する。一般にこの様な放熱器は図の如（多数
併設され、それ等の放熱は放熱室の煙突効果により自然
対流２８を生ぜしめ、この自然対流により放熱フィン群
２６の放熱性能が助長される様構成されてある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述の如き従来の自然対流によるヒートパイプ式筐体冷
却装置には次の如き問題点があった。

（ａ）　　自然対流を良好ならしめる為にはフィン群６
の各フィンは垂直に保持される必要があり、従って総て
のヒートパイプは横方向に保持する必要があり、その為
に筐体側面に放熱室２４を設ける必要があった。これは
筐体の大型化の原因となっていた。

山）　自然対流を良好ならしめる為にはフィン間隔を大
きくする必要がある。フィン間隔は強制対流の場合２〜
３鶴であるのに対し自然対流では８〜１０龍にする必要
があった。これはヒートパイプの放熱部を長尺化せしめ
る必要を生ぜしめ、放熱室を大型化せしめる要因となっ
ていた。

（Ｃ）　　自然対流は熱伝達率が小さく、強制対流の熱
伝達率が少なく共２０　ｋｃａｌ／ｍｈ’ｃ以上である
のに対し４〜６　ｋｃａ　ｌ　／ｍｈ’Ｃ位に過ぎない
。従ってそれを補う為に各フィンの面積を大きくするか
、その枚数を増加せしめる必要があり、これは放熱部の
容積を大型化せしめるもので、この点も放熱室大型化の
原因になっていた。

（ｄ）　　放熱室を出来るだけ小さくする為には純水作
動液を使用することが多いが、冬期における一時休止時
には作動液が凍結したり、筐体内が適冷状態になり、再
起動時に長時間を要したり、機器によっては作動不安定
になったりする例が多かった。

本発明は上述の如き各問題点の総てを解決する。

ロ０発明の構成 〔問題点解決の為の手段〕 本発明者は昭和６２年６月２３日提出の特許願「ループ
型細管ヒートパイプ」を提案している。

該ヒートパイプは所定の手段によりループ内を作動液が
所定の方向に強力に循環しつつ作動するヒートパイプで
あり、作動液はその間に蒸発と凝縮を繰返しながら熱量
を輸送するものであった。この様なヒートパイプはトッ
プヒート状態であっても良好な熱量輸送性能を有し、且
つ自在に屈曲せしめて使用することが出来るものであっ
た。更にフレオンの如き低温作動性の作動液を用いても
純水作動液に勝る熱輸送能力を発揮し、且つ純水の氷点
以下の温度においても極めて良好な性能を示すものであ
った。本発明は必ずしも（昭和６２年６月２３日提出の
特許願「ループ型細管ヒートパイプ」）に限定はしない
が同様に構成された蛇行ループ型細管ヒートパイプのこ
の様な特性を問題点解決の為の手段とする。即ち該ヒー
トパイプは多数の作動液流れ方向転換部と多数の並列直
管部との集合体として構成されてあって、直管部群の所
定の端部側は受熱部群（時には放熱部群）として、他の
端部側は放熱部群（時には受熱部群）として構成されて
あり、その前者は筐体内に展開して配置されてあり、且
つその所定の直管部は筐体内に配設されてある発熱体に
所定の手段により熱的に連結せしめられてあり、後者は
筐体底壁面を貫通して筐体設置部の地下に配置されて、
土壌中に展開埋設されてあるか、地下水中に浸漬して展
開埋設されてあることを特徴としている。

「作　用」 上述の如き蛇行ループ型細管ヒートパイプを上述の如く
配設して作動せしめると作動液は筐体内と筐体外の地下
土壌中（又は地下水中）との間を高速で往復を繰返し、
その間高温側で蒸発し、低温側で凝縮して、筐体内と地
下の間で熱交換が行なわれる。この熱交換は第１０図例
示の従来構造の筐体冷却器に比べて極めて効果的である
。これは蛇行ループ型細管ヒートパイプがトップヒート
で良好に作動する性質によるものであって、従来のヒー
トパイプではトップヒートで殆んど作動することが出来
ないので本発明の如く地下冷温を汲み揚げることは全く
不可能なものであった。又土壌中の熱伝達率は空気中の
自然対流熱伝達率に比較して１０倍も良好であり、特に
地下水が利用出来る場合は１００倍も良好であって、何
れもフィンによる表面積拡大は全く必要としない。又ル
ープ型細管ヒートパイプは自在に屈曲せしめることが出
来るので筐体内において所望の形状に屈曲展開せしめて
発熱体に密着させることが出来ると共に筐体外において
は地中に広く展開せしめて地中の冷温を有効に利用する
ことが可能である。この様であるから前述の問題点（ａ
ｌ　（ｂ）　（Ｃ１項は完全に解決され、放熱室を全く
必要とせず、地上における筐体の容積を大幅に小型化せ
しめることが出来る。

又本手段は筐体内部温度と地中冷温との熱交換であるか
ら冬期厳寒時において機器を停止せしめた場合において
は筐体内直管部群は放熱部となり、地中直管部群は受熱
部として作用して、氷点下に下ることのない地下冷温に
より筐体内を氷点以上に保温せしめ筐体内各種部品を極
寒による凍結から保護する。この場合純水作動液であっ
ても凍結の恐れはないが、純水作動液は１０℃以下では
性能が大幅に低下するので厳寒時には上述の筐体内温度
を保温する能力が不足することが考えられる。

この様な場合はフレオン作動液を使用することが望まし
い。ループ型細管ヒートパイプは１５０℃以下において
純水作動液よりフレオン作動液が高性能である特性を有
しており、特に４０℃以下においてはフレオン作動液は
純水作動液より大幅に秀れた熱輸送能力を有する。この
様にして本発明における問題点解決手段は前述の問題点
ｄ項をも完全に解決する。

〔実施例〕

第１実施例 第１図及び第２図は本発明に係る筐体内部温度安定化装
置の第１実施例を示す断面略図及びその主要構成要素で
ある蛇行ループ型細管ヒートバイブを示す。図面におい
ては各実施例図とも細管コンテナは総て一本の線図で示
しである。第２図ル−プ型細管ヒートパイプは多数の作
動液の流れ方向転換部５−１と多数の細管コンテナの並
列直管部５−２の集合体として構成されてあり図におい
ては集合管５−３を貫通して所定の位置で円筒形に集合
されてある。集合状態は必ずしも図の如く限定されるも
のではなく平型並列集合体であっても良い。又必ずしも
管体内に集合される必要はなく所定の部分において直管
部のコンテナ相互を接着集合されてあっても良い。該集
合部において細管コンテナ相互間及び集合管内壁と細管
コンテナ相互間のあらゆる間隙は接着材か充填材で気密
に充填されてある。蛇行ループ型細管ヒートパイプが（
昭和６２年６月２３日提出の特許側「ループ型細管ヒー
トパイプ」）に係る構成である場合、図において一本の
線で示されてある細管コンテナ内のループ型作動液流路
内には複数の作動液の流れ方向規制手段が設けられてあ
り、受熱部に発生する蒸気圧との相互作用により作動液
はループ内を所定の方向に強力に循環する。本発明に係
る蛇行ループ型細管ヒートパイプは（昭和６２年６月２
３日提出の特許側［ループ型細管ヒートパイプ」）に係
る構成に限定されるものではなく所定の手段により所定
の方向に強力に循環しながら作動する様構成されてあれ
ば作動液循環の為の手段は如何なる手段であってもよい
。例えばループの途中に強力な流体ポンプが併設された
構造であっても良い。又更に第２図の如く構成される蛇
行ループ型細管ヒートパイプは一条の細管コンテナで構
成することが可能ではあるが複数条で構成されてあって
も良い。第１図の第１実施例においては上述の如く構成
されてあるループ型細管コンテナの一端側が屋外設置型
機器の密閉された筺体１の内部に展開されて受熱部とし
て配置されてあり、他端側は筐体設置部の地下に展開埋
設されて放熱部として配置されてある。筐体内に展開さ
れてある流れ方向転換部５−１、直管部５−２、の群中
の所定のものは筐体内の雰囲気内の所定の位置に展開配
置され、自然対流により雰囲気と熱交換する様になって
いる。又それ等の所定のものは筐体内の発熱体３に直接
又は受熱ブロック２を介して、接着、挟持、挿入等の手
段にて密着せしめられて発生熱量を吸収する。集合管５
−３、フランジ５−４からなる集合部分は筺体１の底部
を貫通して蛇行ループ型細管ヒートパイプと筐体１との
装着手段となっており、筐体内に対する水分其の他の汚
染雰囲気の侵入を防止する。筐体設置部の地下に展開埋
設されてある側の直管部５−２の群は土壌６中に出来る
だけ広く転量されて広域の土壌中に放熱する様配設され
てある。又該地下に水脈が存在する場合は可能な限り直
管部５−２、流れ方向転換部５−１は地下水流７に浸漬
される様展開埋設されてある。

以上の如（構成された本実施例はトップヒート状態でも
良好に作動するループ型細管ヒートパイプの特性により
筐体内における発熱量を吸収し、地下の土壌又は地下水
中に、何等の機械的手段の助けなしに、放出することが
出来る。又一般に地中温度は氷点下に低下することがな
いので、厳寒時に、機器の作動を停止せしめた場合は、
地中埋設部は受熱部として作用し、筐体内展開部は放熱
部として作用して、筐体の凍結を防止し、筐体上の積雪
を融解し、再稼動を容易ならしめ又各種部品を凍結によ
る故障から防護する。

第２実施例 第３図（（）　（ｏ）に例示の第２実施例においては筐
体内雰囲気中に展開されてある直管部５−２の夫々は（
イ）図の如く螺旋状に形成されてあるか（０）図の如く
蛇行状に形成されてある。それ等の形成は流れ方向転換
部を含む並列細管毎に実施されてあっても良く、各単一
細管毎に実施されてあっても良い。螺旋形状及び蛇行形
状は熱交換の為の表面積を拡大せしめ、従来型ヒートパ
イプにおけるフィン群形成と同様な効果を与えることが
出来る。

この様な形状の形成は作動液が強力に循環し且つコンテ
ナが細管であるループ型細管ヒートバイブにおいて可能
となるものであり、従来型のヒートパイプにおいてはコ
ンテナが螺旋形状や蛇行形状の場合は管内の流体抵抗増
加によりヒートパイプとしての性能は殆ど失なわれるも
のであった。

第３実施例 屋外設置型の機器筐体は夏季、又は長時間直射日光を受
ける場合筐体外壁自身が受熱板として作用し、管体内部
温度を上昇せしめる。そして受熱量はＭ当り数１００Ｗ
に達する場合があり、筐体内温度が１００℃以上に達す
る場合も考えられる。

第４図の断面略図に例示の第３実施例はこの様な筐体内
部温度上昇を防止する為の実施例である。

図においては筐体内に展開して配置されてある直管部５
−２の群中の所定のものは筐体１の内壁に密着して配設
されてある。その配設状態は多数並列配設であってもよ
く、蛇行配設であっても良い。

この様に配設された筐体内部温度安定化装置は筐体壁面
の吸収熱量を直接地下土壌又は地下水中に放熱するから
筐体内部温度は直射日光により急上昇することを防止し
、他の直管部の筐体内部温度安定化作用を補助する。本
実施例を更に効果的ならしめる為には筐体内の発熱体か
らの受熱量を地下に放熱する本発明に係る筐体内部温度
安定化装置とは分離された別個の筐体内部温度安定化装
置として両者を併設して実施しても良い。

第４実施例 第２実施例と同様に地下土壌中に展開配置されてある直
管部も第５図に示された断面略図の如く蛇行形状に形成
することにより放熱性能を向上せしめることが出来る。

この場合は自然対流の場合と異なり螺旋形状は効果が生
じない。この場合も流れ方向転換部を含む一対の並列細
管毎に形成された蛇行であっても、単一細管毎に形成さ
れた蛇行であっても良い。

第５実施例 地下埋設される直管部において地下水中に埋設される場
合は螺旋形状に形成されてあっても螺旋内に熱がこもる
ことがないので表面積拡大効果を発揮せしめることが出
来る。この様な第５実施例を第６図断面略図に示す。

第６実施例 地下土壌温度の浅い部分は地表面からの水分蒸発時の潜
熱により冷却され、その水分゛は地下水や雨水により供
給される。又地下水量は季節や気候により変動する。従
って本発明に係る筐体内部温度安定化装置は筐体内発熱
量が大きい場合、季節や気候により安定化能力が変動す
る。第６実施例以下はその様な安定化能力の変動に対応
する実施例である。

第６実施例は第７図断面略図に例示の如く土壌中か地下
水中に展開配置されてある直管部５−２の群の展開部の
直下の所定の深度に上部開放型の地下水備蓄水槽９が配
設されてある。該水槽は地下水が豊富な間は上部から地
下水が流入するか、水槽壁に設けられである微細な毛細
管を通じて流入し常時は地下水が備蓄されてあり、地下
水位が低下した場合は砂礫や土壌の毛管作用により直管
部群の放熱部に水分を補給し、又土壌表面からの蒸発水
分を補給して筐体内部温度安定化装置の性能を維持せし
める。

第７実施例 第７実施例は第６実施例の備蓄水槽に対する緊急時の冷
却水供給手段が予め併設されてあることを特徴としてい
る。第７図１０はその様な水管を示している。該水管は
筐体内温度の異状な上昇時に自動的に冷却水を供給する
様構成されてあることが無人化筐体内部温度安定化装置
としては望ましい。

第８実施例 第８実施例は筐体設置箇所附近の土壌が乾燥質で、地下
水脈も無く、本発明に係る筐体内部温度安定化装置が所
望の放熱能力を長時間維持することが困難な場合の実施
例である。又設置箇所の地下水位の変動が激しかったり
、季節的に地下水が枯渇する恐れある場合に実施される
。本実施例は第８間断面図に例示の如く土壌中に埋設さ
れる直管部５−２の群中の所定のものは筐体設置箇所地
下附近に配管されてある水管１１の外周に巻回して密着
せしめられてある。該水管は水道管であっても良く、地
下水の豊富な箇所から導入された冷却水１２が貫流する
水管であっても良い。

第９実施例 第８実施例における筐体内と水管との熱交換を確実なら
しめる為には直管部５−２の巻付は部分の水管を螺旋状
フィンが一体化して設けられたフィンチューブを使用す
ることにより、熱交換効率を上昇せしめることが出来る
。図示は省略されてあるがこの場合は細管コンテナの外
径とフィンチューブのフィン間隙を同等のものを用いて
圧入し、更に接触熱抵抗を小さくする為には半田接着等
の手段が取られる。

第１０実施例 屋外設置型機器の設置箇所は必ずしも地上のみとは限ら
ず河川の水上、岸辺等の場合もあり、又湖水の水上、岸
辺の場合も想定される。これ等の場合は第９図に例示の
如く筐体外の直管部５−２の群は流水又は湖水の水中に
展開配置して浸漬される。図において１３は設置床であ
る。１４が流水である場合は強制対流となり筐体１の内
部との熱交換能力は極めて強力となる。この様な流水、
湖水も直管部５−２の展開配置位置を充分に深くするこ
とにより、厳寒時にも凍結することなく、筐体内を０℃
以上に保温せしめることが可能である。

ハ９発明の効果 以上の如く構成された本発明に係る筐体内部温度安定化
装置は次の如き効果がある。

ａ、従来型の筐体冷却器が大容積の放熱室を必要として
いたのに対し、それが不要となるので筐体が大幅に小型
化される。

ｂ、従来型の筐体冷却器は夏季において周囲空気温度が
上昇するにつれて冷却能力が低下して筐体内温度は上昇
を免かれなかった。本発明の場合は夏季と難も地中温度
はほぼ一定であるから冷却能力は変らず従って筐体内温
度は安定である。

Ｃ６従来型の筐体冷却器は冬期に周囲温度が低下すると
筐体内は必要以上に冷却され、厳寒時における作動停止
時には地域によっては筐体内部品も氷点下数１０℃に低
下する。これは部品によっては信頼性低下の原因となる
場合がある。又積雪地帯においては筐体は雪に埋れるこ
ともあった。

本発明は冬期、厳寒時にも又機器停止中にも筐体温度を
氷点以上に保持し、又融雪効果も発揮し雪に埋れること
がない。

ｄ９本発明に係る細管ヒートバイブは直管部をも含んで
容易に屈曲せしめることが可能で、又細径であるから熱
伝達率が大きいことによりフィン群を必要としない。従
って装着が容易で、且つ軽量安価である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る筐体内温度安定化装置の第１実施
例を示す断面略図である。 第２図は本発明に係る筐体内温度安定化装置の主要構成
要素となる蛇行ループ型細管ヒートバイブの構成を示す
略図である。 第３図〜第９図は夫々に他の実施例を示す断面略図であ
る。 第１０図は従来型のヒートバイブ式筐体冷却器を示す一
部断面略図である。 １・・・密閉筐体、２・・・受熱ブロック、３・・・発
熱体、４・・・架台、５−１・・・作動液流れ方向転換
部、５−２・・・直管部、５−３・・・集合管、５−５
・・・フランジ、６・・・土壌、７・・・地下水流、８
・・・砂礫、９・・・地下水備蓄水槽、１０・・・冷却
水供給管、１１・・・水管、１２・・・冷却水、１３・
・・設置床、１４・・・流水（又は湖水）。 特許出願人　アクトロニクス株式会社 はか１名 第　１　図 第２図 第３ｘ 第４図　　　第５図 第６図 胃　７　図 第８図 手続補正書（方式） ％式％ ３・補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住　所　　　　　神奈川県伊勢原市沼目４丁目１番１０
号４・補正命令の日付　　自発 ５・補正の対象　（１）明細書の発明の詳細な説明の欄
（２）図面の第１図、第４図、第７、第９図６・祁匪の
内容　（１）明細書の第７頁第３行「昭和−・・・特許
願１を次のように判証する。Ｆ特願昭６２−１５５７４
７号において」。 （２）同頁第１５行〜１７行の「（昭和−・・セードバ
イブ」）、Ｊｌを次のように判証する。「特願昭６（４
）同頁第２０行から第１２頁第２行までのＩＦ（昭和−
・・七−トバイブＪ）Ｊｌを次のように補正する。「特
願昭６２−１５５７４７号ｊ。 （５）図面の第１図、第４図、第７図、第９図、を別紙
（図面）の通り補正する。 ７・添付書類の目録　　（１）ｙ３＠（図面）　　　　
　１通第　１　図 第４図　　　第５図 第６図 前　７　】 第８図 第９ｒＭ 手続補正書く方式） 昭和６３年　１月２６日

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. （１）屋外設置型の機器の密閉された筐体内部と筐体外
   部との間でヒートパイプにより相互に熱交換を行なわし
   め筺体内部温度を所定の温度範囲内に安定保持せしめる
   筐体内部温度安定化装置であって、ヒートパイプとして
   所定の手段によりループ内を作動液が所定の方向に強力
   に循環しつつ作動する蛇行ループ型細管ヒートパイプが
   用いられてあり、該ヒートパイプは多数の作動液流れ方
   向転換部と、多数の並列直管部の集合体として構成され
   てあって、直管部群の所定の端部側は受熱部群として、
   他の端部側は放熱部群として構成されてあり、その前者
   は筐体内に展開して配置されてあり、且つその所定の受
   熱部は筐体内に配設されてある発熱体に所定の手段によ
   り熱的に連結されてあり、後者は筺体底壁面を貫通して
   筐体設置部直下の地中又は水中に展開配置して埋設又は
   浸漬されてあることを特徴とする筐体内部温度安定化装
   置。
2. （２）筺体内の雰囲気中に展開せしめられてある直管部
   群の所定の部分は螺旋状に形成されてあるか、蛇行状に
   形成されてあることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   に記載の筐体内部温度安定化装置。
3. （３）筐体内に展開して配置されてある直管部群中の所
   定のものは筺体内壁に密着して配設されてあることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項に記載の筐体内部温度安
   定化装置。
4. （４）土壌中に展開して埋設されてある直管部群は蛇行
   形状に形成されてあることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項に記載の筺体内部温度安定化装置。
5. （５）地下水中に浸漬して埋設されてある直管部群は螺
   旋形状に形成されてあることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項に記載の筺体内部温度安定化装置。
6. （６）土壌中か又は地下水中に展開して埋設されてある
   直管部群の直下の所定の深度に上部開放型の地下水備蓄
   水槽が配設されてあることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項に記載の筺体内部温度安定化装置。
7. （７）地下水備蓄水槽には冷却水供給手段が併設されて
   あることを特徴とする特許請求の範囲第６項に記載の筺
   体内部温度安定化装置。
8. （８）土壌中に展開して埋設されてある直管部群の所定
   のものは、地中に布設されてあり且つ冷却水が貫流する
   水管の外周に巻回されて密着せしめられてあることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項に記載の筺体内部温度安
   定化装置。
9. （９）水管は外周に螺旋状フィンが一体となって形成さ
   れてあるフィンチューブであることを特徴とする特許請
   求の範囲第７項に記載の筺体内部温度安定化装置。
10. （１０）機器筺体の設置箇所の直下附近は流水又は湖水
    であり、筺体外側の直管部群はそれ等の水中に展開配置
    され浸漬されてあることを特徴とする特許請求の範囲第
    １項に記載の筺体内部温度安定化装置。