JPS603148B2 - 無線中継基地用冷却システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、無線中継基地用冷却システムに係り、特に例
えば１日を通じて最高気温と最低気温の温度差の大なる
地域に敷設される無線中継基地のための冷却システムで
あり、冷却装置と蓄熱体とにより夜間外気温度が低下し
ている間に蓄熱体に蓄冷しておき、昼間外気温度が上昇
した時に蓄熱体に蓄熱した冷熱により通信機器類を冷却
するシステムに関する。

最近世界各地において広域での無線通信網を整備拡充す
ることが活発に行なわれている。

ところで遠路雛に電波を送信する際、電波が減衰するた
め１０〜５０物毎に中継基地を設備し電波を増幅する必
要がある。ところで第１図Ａ，Ｂに図示する従来の無線
中継基地は、パラボラアンテナ用鉄塔２０と通信機器類
２を収納するシェルター３′とより成り、通信機器類２
′の消費電力量が大（約ＩＫｗ）であったため、燃料タ
ンク２１の燃料を燃焼してディーゼル発電機２２などで
大容量の発電を行い、この電力で整流器２３、蓄電池２
４を介して通信機器類２′を稼動させ、一方電動機を備
えた圧縮機を使用する冷却装置４′を稼動して通信機器
類２′からの発熱やシェルター３′外部からの侵入熱を
冷却していたものであり、燃料補給や点検修理のため定
期的（一週間に一度程度）に保守管理が必要であった。

ところが最近に至り、半導体などの利用により中継基地
で使用される通信機器類の消費電力量が５０〜１５肌（
４３〜１２９ｋｃａｌ／ｈｒ）と従釆の約１′２０〜１
／６と非常に減少したので、通信機器類用としてはＴＥ
Ｇ（サーモエレクトリツクジエネレータ）、ターボジェ
ネレータ「太陽電池、風車発電、バッテリーなどの４・
容量の燃料補給が不要力若しくは少く、かつ保守管理が
殆んど必要のない発電装置で賄い保つようになった。

そこで、前記電動機を使用する圧縮機方式の冷却装置の
消費電力（約０．７歌ｗ）の比重が大きくなり過ぎるた
め、無動力でしかも保守管理の必要でない冷却装置の開
発が強く要請されるに至ったものである。

本発明は、か）る現況に鑑みてなされたもので、一般に
昼夜で外気温度に温度差のあることを利用して、冷煤を
自然循環させる冷却装置と、夜間に蓄冷され、昼間に冷
却作用をする蓄熱体とを用いることにより、無動力でか
つ無人化とし、保守管理も少くて済み「 また通信機器
類の発熱量も減少（消費電力の殆んどが熱となる）した
ことにより、本システムの如く冷却能力の小なるもので
も十分冷却を賄い得るようになったものであって、この
システムにはアフリカや中近東の如く、一日を通じて最
高気温（５０ｑｏ以上）と最低気温（３５℃程度）との
温度差の大なる地域に無人中継基地として使用して特に
効果的である。

本発明は、所定距離毎に無線中継基地を設置し、該無線
中継基地内に設けた通信機器類を組込んだシェルターに
無動力の冷却装置と蓄熱体とを設け、夜間、外気温度低
下時に蓄熱体に蓄冷し、昼間の外気温度が上昇した時蓄
熱体に蓄熱した冷熱によりシェルター内の通信機器類の
発熱およびシェルター外からの侵入熱を冷却し、通信機
器類を作動に適正な温度以下に保持する無線中継基地用
冷却システムを提供するものである。

以下本発明について、第２図および第３図Ａ，Ｂを参照
しつつ詳細に説明する。

無線などの中継基地１は第２図の如くパラボラアンテナ
用鉄塔２８と逓信増幅のための通信機器類２を収納する
シェルター３からなっている。該シェルター３には、第
３図Ａの如くウレタンフオームなどの断熱材８を使用し
「その内外表面は鉄板に塩ビラミネートコート（白色）
をほどこし、屋根にはサンシェード９を設けて低い熱貫
流率とした断熱構造とし、熱反射率を高くし地上に設置
される。前記中継基地１に使用される冷却装置４は、第
３図Ａの如くシェルター３の屋上に設けた架台ＩＱ上に
凝縮器として轍ら〈室外熱交換器６を、これよりも低位
層のシヱルタ−３内に蒸発器として轍ら〈室内熱交換器
７をそれぞれ配設し、室外熱交換器６と室内熱交換器７
との間を冷煤配管で接続して凝縮性ガス冷煤を封入し、
自然循環するように密閉循環回路を形成している。

しかして室外熱交換器６の袷煤液出口側に設けた下部へ
ッダー６ｂが下方になる如く、また室内熱交換器７は譲
裏熱交換器？の冷煤ガス出口側に設けた上部へッダ−７
ａが上方になる如くそれぞれ額斜して配置され、両熱交
換器６，７間は室外熱交換器６の下部へッダーＳｂと室
内熱交換器７の上部へッダー７ａとを単一の冷煤配管】
１で接続する。

さらに、蓄熱体５は室外熱交換器６より下方位置で、か
つ室内熱交換器？より上方位贋となる両熱交換器６，７
の中間位置に水平に配置される。

該蓄熱体６は、例えば第３図Ａ，Ｂに図示する如く共に
両端を封止した内管１２と外管１３とからなる二重管構
造であり、かかる二重管を複数個水平方向に並設して構
成するものであり「内管蔓２の外表面に複数のフィン１
４，１４・…・・を所定の間隔をおいて多数鉄挿し、内
管１２と外管１３との空間部に蓄熱剤１５を封入する。
しかして各内管１２，１２・・・・・・の一端の上、下
面にそれぞれガス管１６，１６…・・・、液管１７，１
７・・・…を設け、各ガス管液管は前記室内熱交換器７
の上部へッダー７ａ内のガス側となる上方、液側となる
下方にそれぞれ分岐接続され、密閉分岐回路が形成され
る。

斯くて密閉分岐回路は、前記密閉循環回路と接続され、
篭熱体５は気温の変化に応じて、室外熱交換器６または
室内熱交換器７との間でそれぞれ自然循環回路が形成さ
れ、蓄熱体６はそれぞれ蒸発器としてまたは凝縮器とし
て作用する如くなっている。また、前記両回路内には、
所定の温度変化に対し気液相変化をする凝縮性ガス伶煤
が充填封入される。

前記の如く蓄熱体５は蒸発器、凝縮器の両機能をもたす
必要上、封入量は、内管１２・・・・・・における冷煤
液面が内管１２のほぼ中間レベル程度に達する量が所定
圧力下で封入され、各内管１２内の袷媒の蒸発または凝
縮作用に応じて、内、外管１２，１３空間内の蓄熱剤１
５と熱交換し、蓄熱剤１５を冷却して蓄冷したりまたは
加熱されたりするようになっている。

前記凝縮性ガス袷嬢としては、潜熱が大で、飽和圧力が
大なるものが良く、例えば弗素系冷嬢のＲ−２２，Ｒ−
１２，Ｒ−１１の如きものが良く、本発明システムが利
用される高温度地帯、例えば外気温が３ｙｏ〜５０午０
程度のときは、高温で飽和圧力の高いＲ−２２が熱効率
上は好適である。

一方、蓄熱体５に封入する蓄熱剤１５としては、比熱が
大で、融点がシェルター３内の温度に近くかつ液体と固
体との相変化の時の温度がほぼ一定で、凝固時の過冷却
が少く、腐食性および裏性が少く安価なものが好適であ
る。この好適なものとしては、脂肪酸〜特に室内の温度
に近い融点をもつ、カプリル酸（Ｃ７日，５ＣＯＯ日融
点１６００ ）、カ プリ ン 酸（Ｃ虹，９ＣＯＯ日
融点３１．５００）、ゥンデシル酸（Ｃ，。

日２，ＣＯＯ日融点２８．６００）〜 ラ ウリン酸（
Ｃ，．日２３ＣＯＯ日融点４４℃）「 ミリスチン酸（
Ｃ，９日２７ＣＯＯ日融点５８ｑＣ）、パルミチン酸（
Ｃ，迅３・融点６３〜６４ｑｏ）および固形パラフィン
のうち３７．８。○〜６４．５℃の葛虫点をもつものま
たはジクロルベンゼン（Ｐ−Ｃ汎４ＣＩ２融点５２〜Ｍ
ＯＯ）などのうちシェルター３内の設定温度に応じて適
当なものを選択して使用するものである。上記の如き蓄
熱剤１５を液体の状態で内管１２と外管１３との間の容
積の９５％まで封入し、残部にＮ２ガスを４Ｘ９′あの
圧力になるまで充填するものである。かくするときは蓄
熱剤１５が冷却されて凝固して収縮しても、内外管１２
，１３の空間部はほぼ大気圧となるので、外管１３の気
密性が十分でないときでも外気の侵入を防止できるもの
である。また、前記した室外熱交換器６、室内熱交換器
７は対空気熱交換形のクロスフィンコイルに形成され、
空気との熱交換を良好としてファンを使用せず空気の自
然対流で十分熱交換できる如くなっている。

なお動力に余裕あるときは、これらの機器にファンを付
設して強制通風を行なわせて熱交換を行なわせてもよい
。本発明冷却システムは、叙上の如く構成されるが、そ
の作用について述べると、本システムは夜間外気温度が
低下した時には「室内、外熱交換器６，７間の通常の自
然循環方式でシェルター３内を冷却するとともに、室外
熱交換器６と蓄熱体５間の自然循環で蓄熱剤１５に蓄冷
し、昼間の外気温上昇時、外気温が非常に高い時は、室
外熱交換器６は殆んど凝縮器として働かないので、蓄熱
体５の蓄熱剤１５の蓄冷を利用してこれを凝縮器として
働かせ、冷媒を蓄熱体５と室内熱交換器７間で自然循環
させシェルター３内を冷却するものである。

さらに詳しく述べると、外気温度が４０ｑ○以下となる
夜間の低温時には、第３図Ａに示すように、室外熱交換
器６で外気と熱交換を行って凝縮熱を放出して液化した
冷煤液は「下部へツダー６ｂに集合し、実線矢示方向に
配管１１内の外壁を伝って流下し、室内熱交換器７の上
部へッダー７ａを経て室内熱交換器７へ、また一部は液
管１７を経て蓄熱体５の内管１２へそれぞれ分流して流
れこみ、室内熱交換器７ではシェルター３内の高温の空
気と熱交換し蒸発潜熱によりシェルター３内空気を冷却
するとともに〜冷媒液自体は蒸発気化する。

一方篭熱体５では、内管１２内の冷媒液は、内外管１２
，１３間に封入した蓄熱剤１５と熱交し、蒸発潜熱によ
り蓄熱剤１５を冷却して凝固させるとともに冷煤液自体
は蒸発気化する。

室内熱交換器７および蓄熱体５で蒸発気化した袷媒ガス
は、室内熱交換器７の上部へッダ−７ａで集合して配管
１１内の中央部を通り、室外熱交換器６に至る。

このとき配管１１内は上昇する袷媒ガスと下降する冷煤
液が同時に流通するが、通信機器類２の発熱量が少ない
ときには冷嬢ガスも少〈上昇流速が遅いため「液は管墜
に沿って、ガスは管中央を通るので１本の配管亀亀であ
っても支障がない。このように冷煤が気４液相変化を伴
う自然循環流を行う間に、シェルター３内空気は冷却さ
れ蓄熱体５の蓄熱剤１５に蓄冷される。

次に、外気温度が例えば５０ｏＣとなる昼間高温時には
「室内熱交換器Ｔでシェルター３内空気を冷却し、蒸発
気化した袷煤ガスは外気温度が高いため、室外熱交換器
６で凝縮作用が行なわれない。

従って袷煤ガスは配管軍亀内を上昇することなく、上部
へッダー７ａよりガス管１６を経て蓄熱体５の内管竃２
内に流入し「 ここで蓄冷された蓄熱剤１５と熱交換し
て凝縮液化した後液管翼７を経て再び室内熱交換器７に
送られる。この袷煤循環を行う間に、蓄熱体５の保有す
る冷却熱は袷嬢を媒体としてシェルター３内空気を冷却
し「通信機器類２を作動に適正な温度約５０ｑｏ以下に
保持する。このとき内管１２内の外表面に隊挿したフィ
ン１４，１４……はも冷煤と蓄熱剤亀室との熱交換を良
好にするものである。

一方室外熱交換器６および室内熱交換器７と空気との熱
交換は、ファンによる強制通風ではなく自然対流によっ
て行うものである。また蓄熱体５が高位層の室外熱交換
器６より下方位置で、かつ低位層の室内熱交換器７より
上方位置に配設されるためも外気温度が低い夜間は室外
熱交換器６で凝縮した袷媒液が下方位置の蓄熱体５およ
び室内熱交換器７１こ重力で流下し、一方室内熱交換器
青および蓄熱体６で蒸発した冷嬢ガスが上方位置の室外
熱交換器６へ上昇しやすく「冷煤の自然循環が容易に行
なわれる。

また外気温度が高い昼間は、凝縮器として作用する蓄熱
体５が、蒸発器として作用する室内熱交換器７より上方
位置にあるので「冷煤の自然循環が何等の動力も必要な
く行なわれるものである。

さらに蓄熱体５は前記の如く「夜間は蒸発器としＬ昼間
は凝縮器として作動させる必要があるが、篭熱体５が水
平に配置され、しかも冷媒液の充填を内管１２の中間レ
ベルまでとしているため、蒸発器として作用する夜間は
内管１２の上部を蒸発したガス冷嬢が流通し易く「凝縮
器として作用する昼間は内管１２の上部にガス袷嬢が流
入して液化し易く、昼間を通じてこの空間を介して効率
よく熱交換が行なわれる。次に本発明冷却システムの試
験例について説明する。

本試験例では、現実に合致するようにシェルター３の大
きさ「断熱構造およびシェルター３内の機器類の発熱量
を実際の装置にほぼ等しく、シェルター３を試験室内に
入れｔ外気温度も昼夜の外気温度差の大なるアフリカな
どの場所を想定し「実際の気温状態を試験室内で設定し
、冷却装置としては第３図Ａ，Ｂの如き装置で、シェル
ター３内の冷却状況および蓄熱体５の作用状況を測定し
た。

測定した結果は第４図の如くである。即ち「シェルター
としては、幅２．３肌、奥行２．３のおよび高さが３６
１肌の直方体とし、シェルターの熱貫流率を低くするた
め、１５０の〆肌のウレタンフオームの断熱材８を使用
」その内外表面は、１．６の′肌の鉄板に０．２の′机
の塩ビラミネートコート（白色）をほどこして断熱構造
として熱貫流率Ｋ＝０．２Ｋｃａｌメカ。

ｈ℃程度と低くし「 かつ表面反射率〜 ６＝０．６以
上と熱反射率も高くしたものを使用した。シェルター３
内には実際の通信機器類２の発熱量を想定してその設置
位置に白熱電球などを１５岬分取付けた。外気温度を変
化設定する装置としては、前記シェルター３を設置する
試験室内のシェルター３上部に電気ヒータ０．球ｗと循
環ファンを設置して両者に通電し、試験室内の温度をシ
ェルター３の設置場所であるアフリカなどの外気温度と
ほぼ等しくなる如く「 １期時〜２餌時‘こ４５００「
２１時〜２紬寿‘こ４０℃、２独特〜７時に３５００
「 ８時〜１筋曲こ４０℃、１１時〜１湖蹄こ４５ｑ０
、１斑時〜１観音‘こ５０午０と、３５ｑＣ〜５０ｑ○
間で第４図の如く変化させた。

冷却装置４としては室外熱交換器６および室内熱交換器
７はいずれもクロスフィン式熱交換器とし、冷媒はＲ−
２２を使用し、篭熱体５は本並談して使用し、蓄熱剤と
して脂肪酸を使用した。

以上の条件で試験した結果は第４図の如くで、先ずシェ
ルター３内温度は最高外気温度の昼間でも５０℃以下に
保持された。また蓄熱体５は夜間２１時から翌朝５時ま
で（外気温度４０ｑｏ〜３５午０）の間に凝固し、７時
まで（外気温度３５ｏｏ）過冷却され、外気温度の上昇
につれ１０時頃（外気温度４５『０）から昼間（外気温
度５０℃）を経て２０時（外気温度４５ｑ０）まで融解
して、シェルター３内の空気冷却に寄与していることが
分った。

以上の実施例の冷却システムは、通信機器類の発熱量が
１５肌程度と割合小さいときに使用されるが、通信機器
類の発熱量がさらに大なるときには、蒸発器として使用
する室内熱交換器７および蓄熱体５より蒸発する冷媒ガ
スの量も多く、従って冷煤ガスの流速も大となる。

この場合には室外熱交換器６の下部へツダー６ｂと室内
熱交換器７の上部へッダー７ａとを接続する冷煤配管を
ガス管および液管（ともに図示せず）の２本で構成した
り、さらに室外熱交換器６に上部へッダーを、室内熱交
換器７に下部へッダーを（ともに図示せず）それぞれ設
けて室外熱交換器６の上部へッダ−と室内熱交換器７の
上部へッダー７ａとをガス管で、また室外熱交換器６の
下部へッダー６ｂと室内熱交換器の下部へッダ−とを液
管でそれぞれループ状に接続して密閉循環回路を形成す
れば、冷媒の自然循環が円滑に行なわれるものである。

また以上の実施例においては、前記蓄熱体５は室外熱交
換器６と室内熱交換器７との中間位置に配設し、両熱交
換器６，７と冷煤配管で接続し、冷煤を自然循環させて
蓄熱体５に蓄冷するものについて説明したが、蓄熱体５
と冷却装置４とを冷煤配管で接続せず、冷却装置４の室
内熱交換器７でシェルター３内の空気を冷却し、該冷却
空気によって蓄熱体５の蓄熱剤１５を冷却しても良いも
のである。また第５図の如く、シェルター３をパラボラ
アンテナ鉄塔２０内の空中に設置しても良く、第６図の
如くシェルター３の下半分を地中に埋設したり、また第
７図の如くシェルター３全体を地中に埋設し、シェルタ
ー３埋設部分の壁体を熱の良導体例えば鉄またはステン
レスなどで構成して、壁外の土壌を蓄熱体としても良く
、また別に蓄熱体５′をシェルター３に設置して、蓄熱
体として土壌と蓄熱体５′とを併用しても良い（第７図
）ことは勿論であり、この場合にはシェルター３内の蓄
熱体５′は小容量でよい。

さらに第８図の如く、冷却装置４を両端にフィンを設け
、ウィツクを省略したヒートパイプ１８で構成し、室外
熱交換器６′を上方位置のシェルター３上部に、また室
内熱交換器７′を室外熱交換器６′より下方位置のシェ
ルター３内にそれぞれ設け、蓄熱体５を室内熱交換器７
′を函競し、かつ室内熱交換器７′に密接して構成し、
ヒートパイプ１８内に凝縮性ガス冷煤を封入し、夜間室
外熱交換器６′で外気により冷却される凝縮し、重力よ
り降下する液袷煤を室内熱交換器７′に導き、この冷煤
により蓄熱体５に蓄冷し、昼間蓄熱体５に蓄冷した冷熱
によりシェルター３内を冷却し通信機器類２を冷却して
も良く、前記と同様な効果を奏することは勿論である以
上詳述した如く、本発明の無線中継基地用冷却システム
は、無動力の自然循環式冷却装置と夜間蓄冷され、昼間
冷却作用する蓄熱体とにより通信機器類は効果的に冷却
され、該基地の保守管理は袷んどなくなり無人化が可能
となるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ，Ｂは従来の無線中継基地のレイアウトであり
、第２図乃至第８図は本発明無線中継基地の冷却システ
ムで、第２図は地上に設置された中継基地の一部を断面
図示した立面図、第３図Ａ，Ｂは第２図のシェルター内
の冷却装置、蓄熱体の詳細図で、第３図Ａは正面図、第
３図Ｂは側面図、第４図は本発明冷却システムの試験例
説明図、第５図乃至８図は本発明冷却システムの他の実
施例であり、冷却システムの主体となるシェルターがそ
れぞれ第５図は空中設置型、第６図は半埋設型、第７図
は全埋設型であり、第８図はごうに他の実施例に係る冷
却システムである。 １・・・・・・無線中継基地、２・・・・・・通信機器
類、３・・・・・・シェルター、４・・…・冷却装置、
５・・・・・・蓄熱体、６・…・・室外熱交換器、７…
・・・室内熱交換器、８・・・…断熱材、９・…・・サ
ンシェード、１０・・・・・・架台、１５・・・・・・
蓄熱剤、２０・・・・・・パラボラアンテナ用鉄塔。 髪’函Ａ 髪′図Ｂ 髪ｚ図 髪３図Ａ 髪３図Ｂ 孝ム図 髪タ図 髪６図 第７図 菱８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 所定距離毎に無線中継基地１を設置し、該無線中継
   基地１内に設けた通信機器類２を組込んだシエルター３
   に無動力の冷却装置４と蓄熱体５とを設け、夜間の外気
   温度低下時に前記蓄熱体５に蓄冷し、昼間の外気温度上
   昇時に前記蓄熱体５に蓄熱した冷熱によりシエルター３
   内の通信機器類２の発熱およびシエルター３外からの侵
   入熱を冷却し、通信機器類２を作動に適正な温度以下に
   保持する如くしたことを特徴とする無線中継基地用冷却
   システム。 ２ 前記冷却装置４をシエルター３の外部に配設した室
   外熱交換器６と、室外熱交換器より下方位置でかつシエ
   ルター３の内部に配設した室内熱交換器７とにより構成
   し、冷却装置４の冷媒回路内に凝縮性ガス冷媒を封入し
   て自然循環により室外熱交換器６で凝縮した冷媒を室内
   熱交換器７で蒸発させることにより無動力で通信機器類
   ２を冷却する如くしたことを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の無線中継基地用冷却システム。 ３ 前記冷却装置４でシエルター３内の空気を冷却し、
   前記蓄熱体５の蓄冷を前記冷却した冷風によって行う如
   くしたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の無
   線中継基地用冷却システム。 ４ 前記シエルター３の一部または全部を地中に埋設し
   、シエルター３の埋設部分の壁体を熱の良導体で構成し
   、壁外の土壊を蓄熱体５またはその一部とする如くした
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の無線中継
   基地用冷却システム。 ５ 所定距離毎に無線中継基地１を設置し、該無線中継
   基地１内に設けた通信機器類２を組込んだシエルター３
   に無動力の冷却装置４と蓄熱体５とを設け、前記冷却装
   置４をシエルター３の上部に配置した室外熱交換器６と
   、室外熱交換器６より下方位置でかつシエルター３の内
   部に配設した室内熱交換器７とにより構成し、冷却装置
   ４の冷媒回路内に凝縮性ガス冷媒を封入して自然循環式
   冷却装置４となし、一方前記蓄熱体５を室外熱交換器６
   および室内熱交換器７の中間位置に分岐配設して、夜間
   は室外熱交換器６で凝縮した冷媒を室内熱交換器７と蓄
   熱体５とに自然循環させ室内熱交換器７でシエルター３
   内を冷却するとともに、蓄熱体５に蓄冷し、昼間は蓄熱
   体５と室内熱交換器７との間で冷媒を自然循環させ、蓄
   熱体５に蓄熱した冷熱で冷媒を冷却し、該冷媒を室内熱
   交換器７に流通して無動力で通信機器類２を冷却する如
   くしたことを特徴とする無線中継基地用冷却システム。