JPH09250779A - 通信中継基地局用冷房システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 通信中継基地局パッケージの密閉ブースの冷
房に省エネルギーの自然循環ループを用いた場合におい
て、通信中継基地局パッケージの丈を抑制し運搬・設置
を容易とすることと、密閉ブース内部を均一に冷房する
こととを両立させることを課題とする。 【解決手段】 凝縮器を内蔵した室外ユニット１０をブ
ース４の上部に配置し、室内ユニット８をブース４の下
部に配置し、ブース４の丈を高凝縮器、蒸発器の高低差
として利用する。これにより、通信中継基地局パッケー
ジの全高をブース４の丈に抑制することができる。蒸発
器が低位置にあることによる冷気の滞留を防止するた
め、送風機１４を設け、ブース４内の空気を撹拌する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は通信中継基地局冷
房システムに関し、特に大きさに制約がある通信中継基
地局における自然循環ループを用いた効率的かつ省エネ
ルギーの冷房システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、自動車電話、携帯電話など移動体
通信の普及が目覚ましい。この普及の原動力はその便利
さにあり、これにサービスの低料金化が拍車をかけてい
る。便利さはそのサービスエリアの広さにも負うところ
が大きい。今後もサービスエリアを拡大するため、各所
に中継基地局が設置される予定である。さて、この中継
基地局は、低コスト、短工期で設置できることが望まし
い。そのため、最近は、小型の通信中継基地局用のブー
スを工場で予め組み立て、これをトラック等で輸送し、
ビルなどの高層建築物を利用しその屋上等に設置すると
いう方法が採られている。

【０００３】さて、このブースは通信中継用の電子機器
を収納する。電子機器はそれ自身が熱を発生する一方、
温度が上昇するとその正常な動作が保証されなくなる。
また湿気、塵埃なども電子機器に悪影響を及ぼす。そこ
で、ブースは断熱壁で密閉され、冷房装置を備えた構成
とされる。断熱壁は湿気、塵埃を防ぎ、また夏期など外
気温が高いとき、日射が強いときにおける外部からの熱
の流入を抑制する。併せて、冷房装置が電子機器の発生
する熱をブース内部から外部に汲み出す。この結果、電
子機器の動作環境は、年間を通じて良好に保たれる。こ
こで、ブースは断熱壁で構成されるので、電子機器が発
生した熱はブース内部にこもりやすい。そのためよほど
外界が低温でない限り、電子機器の熱を外部へ放熱する
ため冷房装置を運転しなければならない。すなわち、一
般には、冷房装置は四季、昼夜間等の外界の寒暖を問わ
ず年間運転、常時運転されることが求められると考える
べきである。

【０００４】従来、ブースには冷房装置として、冷蔵
庫、エアコンなど広く一般に利用されておいる蒸気圧縮
冷凍サイクルを用いたものが備え付けられていた。この
蒸気圧縮冷凍サイクルでは、圧縮機を用いており、大き
な冷房能力が得られる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述のように
ブースの冷房は年間を通じて必要であるので、圧縮機を
常に運転しなければならない。このため、圧縮機運転動
力の経費が高いという問題と、圧縮機の耐用年数といっ
た寿命が短くなるという問題とがあった。後者の寿命に
関しては、単に冷房装置の修理費用がかさむという問題
のみならず、冷房装置が故障した場合には被冷却物であ
る高価な電子機器が破損するという問題及び通信システ
ムがダウンすることによる社会的影響が大きいという問
題もあり、冷房装置の故障予防のためのメンテナンスに
格別の配慮が必要であるという点も問題であった。これ
らの諸問題を解決又は緩和し得る方法として、圧縮機の
不要な自然循環ループを採用した冷房装置を用いること
も考えられるが、それには、次の問題があった。冷房装
置ではブース内を均一に冷却するため、一般に、蒸発器
をブース内側上部に配置しなければならない。しかし自
然循環ループは凝縮器と蒸発器との高低差（２ｍ程度以
上）を利用して冷媒を循環させるので、蒸発器をブース
上部に配置すると、凝縮器はブースよりも高くなる。こ
のため、通信中継基地局がその本来の機能と無関係なと
ころで大型化し、工場からの運搬が困難になったり、設
置作業が困難になったり、設置場所が制約されるといっ
た問題点があった。

【０００６】本発明は、圧縮機の不要な自然循環ループ
を使用することにより省エネルギーで運転され収納され
た電子機器の安定な動作を確保する冷房システムであっ
て、しかも運搬・設置が容易な通信中継基地局を実現す
る冷房システムを提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係る冷房システ
ムは、密閉ブースの内側下部に取り付けられ冷媒液が冷
媒ガスとなる際の気化熱を前記密閉ブース内部から吸収
する蒸発器と、前記密閉ブースの外側上部に取り付けら
れ前記蒸発器にて発生した前記冷媒ガスを液化して前記
冷媒液とし前記蒸発器に戻す凝縮器と、前記密閉ブース
内の空気温度を均一にする送風機とを含み、前記密閉ブ
ースの丈を利用して駆動される自然循環ループを備えた
ことを特徴とする。また、本発明に係る冷房システムに
おいては、前記送風機は前記密閉ブースの内側上部に取
り付けられた撹拌ファンであることを特徴とする。

【０００８】本発明によれば、蒸発器では冷媒液の気化
により冷媒ガスが発生し、凝縮器では冷媒ガスを冷却し
冷媒液を生成する。よって、凝縮器の冷媒ガス圧は蒸発
器より低くなり、この圧力差により冷媒ガスは蒸発器か
ら凝縮器に上昇し、冷媒液は重力により凝縮器から蒸発
器に下降して、冷媒は自然循環する。蒸発器は密閉ブー
スの下部、凝縮器は上部に取り付けることにより、密閉
ブースの丈を凝縮器と蒸発器との高低差に利用する。す
なわち、凝縮器の配置高さは密閉ブースの上端以下であ
り、通信中継基地局の大型化が防止され、運搬・設置が
容易である。蒸発器が低い位置に配置されるため、冷気
は密閉ブース下部へ滞留しやすくなるが、送風機がこの
冷気を密閉ブース上部に上げ、逆に密閉ブース上部の暖
気を下部に下げるので、密閉ブース内の空気温度は均一
化される。

【０００９】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。

【００１０】図１は、本発明を適用した通信中継基地局
パッケージを側面から見た模式的な構成図である。断熱
壁２で密閉構成されたブース４の内部には、移動電話通
信中継用の電子機器６が収納されている。このブース４
内の温度は、電子機器６から発生する熱と断熱壁２を通
して外部から流入する熱により上昇する。電子機器６は
外気が高温となると、自己が発する熱を放熱することが
困難となり、動作が不安定となったり破壊されたりす
る。そのためブース４は冷房システムを備えている。本
通信中継基地局パッケージの冷房システムは、一般によ
く使用されている蒸気圧縮冷凍サイクルの冷房装置に自
然循環ループを併用したもの、すなわち自然循環併用式
冷房システムであり、これは室内ユニット８、室外ユニ
ット１０、及びこれらを接続するユニット接続パイプ１
２及び送風機１４から構成される。

【００１１】図２は、この冷房システムのうち、室内ユ
ニット８、室外ユニット１０、及びこれらを接続するユ
ニット接続パイプ１２からなる冷凍サイクル部分の構成
を示す模式図である。まず、蒸気圧縮冷凍サイクルの構
成を説明する。凝縮器２０と蒸気圧縮冷凍サイクルで用
いられる圧縮機２２とは室外ユニット１０に内蔵され
る。一方、蒸発器２４は室内ユニット８に内蔵される。

【００１２】圧縮機２２は、モーターによって駆動さ
れ、冷媒ガスを断熱的に圧縮して過熱状態の冷媒ガスと
する機能を担う。凝縮器２０は、蒸発器２４で生じた冷
媒ガスから大気への放熱を行い、冷媒ガスを液化して冷
媒液とする。凝縮器２０は空冷凝縮器でありファン２６
を備えている。このファン２６は冷媒容器２７の外表面
に送風し蒸発器２４で生じた冷媒ガスからこれより低温
の外部媒体である大気への放熱を促進する。凝縮器２０
で生じた冷媒液はユニット接続パイプ１２内の液配管２
８を通って室内ユニット８へ下降する。

【００１３】膨張弁３０は、蒸発器２４の入り口の直前
に設けられている。膨張弁３０は、高圧の冷媒液を絞り
膨張により減圧して気液混合状態の低温低圧の湿り蒸気
とするという機能を有する。蒸発器２４に導かれた湿り
蒸気はブース４内の空気から気化熱を吸収して冷媒ガス
となり、一方、ブース４内には冷気が供給される。蒸発
器２４と圧縮機２２の吸気側とはユニット接続パイプ１
２内のガス配管３２により接続されている。蒸発器２４
で生じた冷媒ガスは、圧縮機２２の吸気動作によりガス
配管３２を上昇する。圧縮機２２の入口にはサクション
アキュムレータ３４が設けられている。これは蒸発器２
４から出た冷媒ガスを一時的に蓄積し、運転の過渡的現
象や冷媒封入量過多などの場合に、緩衝の役割を果たす
器である。

【００１４】次に、自然循環ループを説明する。その大
半は以上述べた蒸気圧縮冷凍サイクルと共通である。自
然循環ループは、１つにはサクションアキュムレータ３
４と圧縮機２２とをバイパスする点、もう１つには膨張
弁３０をバイパスする点が蒸気圧縮冷凍サイクルと異な
る。自然循環ループはこれらのバイパスのためそれぞれ
バイパス管３６、３８を有している。これら流路の切り
換えは、切換弁４０、４２、４４、４６により行われ
る。すなわち、この冷凍サイクルを蒸気圧縮冷凍サイク
ルとして使用する場合（強制循環モードと称する）に
は、切換弁４０、４４を開き、切換弁４２、４６を閉じ
る。逆に、冷凍サイクルを自然循環ループとして使用す
る場合（自然循環モードと称する）には、切換弁４２、
４６を開き、切換弁４０、４４を閉じる。

【００１５】自然循環ループにおいては、圧縮機２２に
よる冷媒循環の駆動力は存在しない。この場合には、凝
縮器２０で生じた冷媒液は、重力により液配管２８を下
降し、これに蓄積される。つまり、この液配管２８に蓄
積された冷媒液に対し作用する重力が冷媒循環の駆動力
となる。冷媒液は重力により蒸発器２４に供給され、こ
こで冷媒ガスとなる。この冷媒ガスは、圧力の低いガス
配管３２側に導かれる。ガス配管３２の蒸発器２４側
は、冷媒ガスの発生源であり、一方、凝縮器２０側は冷
媒ガスの吸収源であるので、ガス配管３２には圧力勾配
が生じる。つまり、凝縮器２０側のガス圧は蒸発器２４
側より低いので、冷媒ガスはガス配管３２を上昇し、凝
縮器２０に到達する。

【００１６】以上が自然循環ループのメカニズムであ
る。よって、自然循環ループでは、重力による駆動力を
得、必要とする冷房能力を得るため、凝縮器２０は蒸発
器２４よりある程度以上高くなければならない。本冷房
システムの動作を確認するための試験的装置により、熱
負荷の発生するブース４内（正確には蒸発器２４の近
傍）の温度と外気温度の差が５℃以上ある場合には、自
然循環モード運転によるブース内熱負荷の外気への放出
が可能であること、また室内ユニット８と室外ユニット
１０とを、冷媒流路として通常の設計で用いられる導管
で接続し、液配管２８には冷媒液を凝縮器２０の出口付
近まで充満させた場合には、高低差ΔＨは２ｍ程度でよ
いこと、を確かめた。

【００１７】本通信中継基地局パッケージでは、上述の
ように冷房システムを自然循環併用式冷房システムとし
たことにより、冷房能力のさほど必要とされない場合、
例えば冬期などでは、自然循環モードで対応することが
できる。自然循環モードでは、既に述べたように圧縮機
２２を運転する必要がないので、消費する電力が少なく
て済み運転動力経費が節約される。また、外気温が低い
場合には自然循環モードとして、圧縮機２２を休止させ
ることができるので圧縮機２２の耐用年数が長くなり、
冷房システムの平均故障間隔（ＭＴＢＦ）が長くなる。
このように冷房システムの信頼性が高まることにより、
ブース４内の高価な電子機器の破損や通信システムのダ
ウンという可能性が低くなる。このように、自然循環ル
ープを併用することには大きな効用がある。

【００１８】なお、本通信中継基地局パッケージでは、
自然循環併用式冷房システムを採用したが、必ずしも、
併用式である必要はない。つまり、自然循環ループの冷
房能力では不足となるときがある場所でのみ併用式とす
ればよいのであり、寒冷地などにおいては自然循環ルー
プのみでもよいのである。

【００１９】ところで、既に述べたように、最近は通信
中継基地局パッケージは工場で組み立てられ、トラック
等により運搬され、現地に設置される。これは工場でま
とめて組み立てることにより低コスト化が図られ、また
設置工事の期間が短縮されるからである。このように事
前に組み立てたものを運搬・設置する場合、その大きさ
には制約がある。例えば、工場から現地までのトラック
輸送、ビルの屋上へのエレベータ、クレーン等による運
搬に係わる制約である。特に通信中継基地局パッケージ
の強度などは設置状態を主に想定して設計されるのが一
般である。よって損傷を避ける意味で、設置状態と同
様、立てて輸送するのが望ましいので、その高さが制限
される。

【００２０】本通信中継基地局パッケージでは、室外ユ
ニット１０をブース４の外側上部に配置し、室内ユニッ
ト８をブース４の内側の床面に配置して、この高低差Δ
Ｈを確保することとしたので、通信中継基地局パッケー
ジの全高は上記様々な制限に対し問題とならない２ｍ程
度に抑えることができた。

【００２１】さて、本通信中継基地局パッケージでは、
室内ユニット８が低い位置に配置されるため、それによ
り冷却された空気はブース４の下部へ滞留し、逆に暖気
は上部に滞留しやすくなる。本冷房システムの一部を成
す送風機１４はこれを解消するためのものである。送風
機１４はモーターにより回転する撹拌ファンであり、ブ
ース４の天井に設けられている。送風機１４はブース４
の上部の暖気を下方に送風し、ブース４内の気温を均一
化する。もし、この送風機１４がなければ、夏期の日中
などにおいては、例えばブース４の下部では気温が１５
℃、一方、上部では４０℃と、上下で大きな温度差を生
じる。このような温度では、自然循環ループはもとよ
り、蒸気圧縮冷凍サイクルであっても、効率的な冷房を
行うことができない。このように、送風機１４は、この
通信中継基地局パッケージの冷房システムにおいて極め
て重要な機能を担っている。なお、圧縮機２２は冷媒ガ
スに対して行う圧縮という大きな仕事に対し、送風機１
４が行う撹拌動作は消費するエネルギーがはるかに少な
い。

【００２２】送風機１４は、必ずブース４内部の天井に
設けられる必要はなく、ブース４内部の電子機器６、室
内ユニット８など配置に応じて、効率的な撹拌が行われ
る箇所に配置すればよい。また、構造も撹拌ファン以外
のものが可能である。例えば室内ユニット８のの前面か
ら空気を吸い込み冷却された空気をユニット上部から吹
き上げるようなものや、室内ユニット８からブース上部
付近の高さまで伸ばされたダクトとともに設けられた送
風機であって、このダクトを用いてブース４上部の暖気
を吸い込んで室内ユニット８に送風するものでもよい。
その他、空気が撹拌されるものであれば何でもよい。

【００２３】本冷房システムは、通信中継基地局以外に
も適用することができる。例えば、高さ制限が課せられ
る施設、車載されて移動可能な各種ブースや仮設される
各種ブースといったものへの応用が考えられる。

【００２４】

【発明の効果】本発明によれば、運搬・設置される通信
中継基地局パッケージの冷房システムにおいて、自然循
環ループを用い省エネルギーで、通信中継基地局パッケ
ージのブース内部を均一に冷房でき電子機器の安定な動
作を確保し、しかも通信中継基地局パッケージの高さを
抑制しその運搬・設置を容易とする冷房システムが得ら
れるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施形態である通信中継基地局パッ
ケージを側面から見た模式的な構成図。

【図２】 冷房システムの冷凍サイクル部分の構成を示
す模式図。

【符号の説明】

２ 断熱壁、４ ブース、６ 電子機器、８ 室内ユニ
ット、１０ 室外ユニット、１２ ユニット接続パイ
プ、１４ 送風機、２０ 凝縮器、２２ 圧縮機、２４
蒸発器。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 通信中継機器を収納する可搬な密閉ブー
   スの内部を冷却する冷房システムであって、前記密閉ブ
   ースに取り付けられて運搬される通信中継基地局用冷房
   システムにおいて、 前記密閉ブースの内側下部に取り付けられ、冷媒液が冷
   媒ガスとなる際の気化熱を前記密閉ブース内部から吸収
   する蒸発器と、 前記密閉ブースの外側上部に取り付けられ、前記蒸発器
   にて発生した前記冷媒ガスを液化して前記冷媒液とし前
   記蒸発器に戻す凝縮器と、 前記密閉ブース内の空気温度を均一にする送風機と、 を含み、前記密閉ブースの丈を利用して駆動される自然
   循環ループを備えたことを特徴とする冷房システム。
2. 【請求項２】 請求項１記載の通信中継基地局用冷房シ
   ステムにおいて、 前記送風機は、前記密閉ブースの内側上部に取り付けら
   れた撹拌ファンであることを特徴とする冷房システム。