JP2005044857A

JP2005044857A - 冷却機構

Info

Publication number: JP2005044857A
Application number: JP2003200576A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Nanbu; 康夫南部
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2003-07-23
Filing date: 2003-07-23
Publication date: 2005-02-17

Abstract

【課題】屋外通信基地局等の筐体内に設ける熱交換器の小型化を図りつつ、効率的に筐体内を冷却する。
【解決手段】筐体２０内の冷却対象とする基板２４の上方にファン２８が配置される。ファン２８は、基板２４で暖められた暖気を吸い上げ、上方へ送風する。ファン２８の上方に配置されたエアダクト３０は、ファン２８が送風する暖気を分流する。すなわちファン２８は当該暖気の一部を第１の分流として熱交換器４０へ導く。エアダクト３０は、第１の分流が熱交換器４０の能力に応じた量となるように配置され、熱交換器４０の能力を超える分が第２の分流とされる。第２の分流は筐体２０の内壁面に向けて吹き当てられ、さらに筐体２０の側面に沿って下降される。第２の分流が筐体２０を介して外部へ放熱を行うことにより、ファン２８の送風する暖気を全て熱交換器４０に導く場合に比べて、総合的に大きな放熱量を得ることが可能となる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、屋外通信基地局等の筐体内部を低消費電力で簡易に冷却する冷却機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
移動体通信の中継電子機器を格納する屋外通信基地局では、筐体は基本的に、雨風の影響等を避ける目的で密閉構造とされる。そのため、筐体内部で電子機器等が発生する熱が外部へ散逸しにくい。そこで、屋外通信基地局では、筐体内部の温度上昇を抑制して、電子機器の安定した動作を確保するために冷却機構を備えている。
【０００３】
一方で、屋外通信基地局では、電子機器は常時運転されることに応じて、内部からの熱の排出も常時要求され得ることから、冷却機構は低消費電力であることが望まれる。さらに、屋外通信基地局の小型化の要請から、冷却機構もできるだけ省スペースのものが望ましい。この観点からは従来より用いられている冷却機構のうち、熱交換器が好適である。熱交換器は、外気と筐体内の空気との間に熱伝導性の高い部材が配され、この高熱伝導性部材を介して筐体内から外部への放熱を行うものである。この熱交換器で冷却を行う構成では、蒸気圧縮式冷凍サイクルで必要とされるような圧縮機を要せず、その分、消費電力が抑えられる。また省スペースも実現される。
【０００４】
図４は従来の屋外通信基地局の概略の構成を示す模式的な断面図である。この従来の屋外通信基地局では、複数の電子回路基板２が立設され、その基板２の上部に配置されたファン４が基板２側から空気を吸い上げ、この吸い上げられた空気は、エアダクト６で集められ、熱交換器８の上部に設けられた吸気口１０へ送られる。熱交換器８にて冷却された筐体内の空気は、下部に設けられた送風口１２から、基板２の下方へ送出される。この冷却された空気が基板２の間を上方へ流通することにより、基板２上の電子部品等が冷却される。
【０００５】
なお、下記特許文献１に示される構成は、内壁の外側に高熱伝導部材の外壁を設け、内壁と外壁との間の空間を熱交換器として構成したものであり、この空間にファンで空気を流通させて、外壁を介して外部への放熱が行われる。
【０００６】
【特許文献１】
特開平７−２２１４７８号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
屋外通信基地局の小型化を図る場合、熱交換器の占有スペースも制約されることになる。小さな熱交換器で大きな熱交換能力を確保するには、流通する空気と熱伝導部材との接触面積を大きくすればよいが、そうすると、流通路のコンダクタンスが低下して空気が流れにくくなる。従来のようにファンが送出する空気を全てエアダクト等により集めて、熱交換器に送り込む構成としても、ファンの送風能力に対し熱交換器の流通量が比較的低くなるという問題があった。このように熱交換器から送り出される冷却空気の風量を十分に確保できない結果、筐体内に熱溜まりが生じやすくなる。
【０００８】
一方、流通量を上げるためにファンを強力にしても、そのモータの発熱量が増大するため、筐体内の冷却に対し効率的ではなく、また基地局の消費電力や騒音が増大するという問題も生じる。
【０００９】
本発明は上述の問題点を解決するためになされたものであり、屋外通信基地局等の筐体内に設ける熱交換器の小型化を図りつつ、効率的に筐体内を冷却することが可能な冷却機構を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る冷却機構は、筐体内の内部気体を冷却対象機器側から吸い込み、前記筐体の内壁面に向けて吹き出す送風機と、吸気口から取り込んだ前記内部気体と外気との間で熱交換を行う熱交換器と、前記送風機から吹き出す前記内部気体のうち前記熱交換器の能力に応じた量を、当該熱交換器の前記吸気口へ導く分流器とを有する。
【００１１】
上記送風機は、冷却対象機器にて暖められた内部気体を吸い込み、筐体の内壁面に向けて吹き出すことにより、内部気体に対し筐体内を循環する駆動力を与える。ここで送風機の送風能力は当該筐体内の装置により消費を許容される電力や発熱量を考慮して定めることができる。そのため、熱交換器の能力を超える送風能力を得ることが可能であり、本発明では送風機から送出された一部の内部気体が分流器を介して熱交換器に送り込まれる。その熱交換器に送り込まれる量は、流通能力や冷却能力といった熱交換器の能力に応じて定められる。一方、本発明では熱交換器の能力を超える残りの送風量を内壁面に吹き当てることにより、筐体の壁面を介して外部への放熱が図られる。
【００１２】
本発明の好適な態様は、前記筐体内の前記分流器の吸気口及び前記熱交換器の送風口が互いに、前記冷却対象機器を挟むように配置される冷却機構である。
【００１３】
本発明の他の好適な態様は、前記筐体の内壁面が、前記送風機から前記内壁面に向けて吹き出された前記内部気体を、前記送風機側から前記冷却対象機器側へ導く筋状の凹凸を有する冷却機構である。
【００１４】
他の本発明に係る冷却機構は、さらに前記筐体内の温度を検知する温度センサと、前記送風機から吹き出す前記内部気体のうち前記分流器を介して前記熱交換器に導かれる熱交換器側分流量及び前記内壁面に吹き付けられる壁面側分流量を制御する分流制御手段とを有し、前記分流制御手段は、前記温度センサの出力に応じて、前記熱交換器側分流量と前記壁面側分流量との割合を変化させる。
【００１５】
熱交換器による外部への放熱及び筐体壁面を介しての外部への放熱効率はそれぞれ筐体内の温度、又はそれと外気温若しくは筐体外壁温度との差に応じて変化し得ると共に、互いに異なり得る。本発明によれば、筐体内の温度を温度センサにより検知し、検知された内部温度を利用して、熱交換器へ送り込まれる内部気体量と、内壁面に吹き当てられる内部気体量との割合が調節され、所望の放熱量を得るような制御が図られる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
［実施形態１］
以下、本発明の実施の形態（以下実施形態という）について、図面に基づいて説明する。
【００１７】
図１は本発明の実施形態である屋外通信基地局の概略の構成を示す模式的な断面図である。この屋外通信基地局は筐体２０内に、例えば携帯電話等の移動体通信の中継装置を格納する。この通信の中継処理を行う電子回路はマザーボード２２に立設された複数の基板２４上に構成される。各基板２４はそれぞれの基板面が垂直方向に沿うようにして並列に配置される。この基板２４で構成される電子回路部分は、ＥＭＩ（ＥＬＥＣＴＲＯＭＡＧＮＥＴＩＣＩＮＴＥＲＦＥＲＥＮＣＥ）シールド２６で囲われる。このＥＭＩシールド２６には通気により放熱を図るために多数の穴が開けられている。基板２４の上方には、ＥＭＩシールド２６を間に挟んでファン２８が配置される。このファン２８は、冷却対象機器である電子回路部分側からＥＭＩシールド２６の通気孔を介して空気を吸い上げ、さらに上方へ送出する送風機として働く。ファン２８は、例えばＥＭＩシールド２６の上面をカバーするような大きな開口のものを１つだけ配置してもよいが、ここでは、小型のものを複数個、例えばアレイ状に配列する例を図示している。
【００１８】
ファン２８の上方には、エアダクト３０が設けられる。エアダクト３０は吸気口をファン２８に向けて配置される。その吸気口はＥＭＩシールド２６の上面の一部のみをカバーする。その結果、ファン２８によって発生される、筐体２０の天井面へ向けての空気流は、エアダクト３０により２つに分流される。第１の分流は、エアダクト３０によって後述する熱交換器へ導かれるものである。また、第２の分流は、ファン２８から送風される空気のうちエアダクト３０に取り込まれない残りであり、これは筐体２０の天井部や上側部の内壁面に吹き当てられることになる。
【００１９】
筐体２０内には一部側面に熱交換器４０が設けられる。筐体２０の当該側面には、外気を取り込む外気取込口４２が下部に設けられ、その外気を排出する外気排出口４４が上部に設けられる。熱交換器４０は、これら外気取込口４２と外気排出口４４との間を結び外気を流通させる外気流通路４６と、この外気流通路４６に隣接して設けられ内気を流通させる内気流通路４８を有する。内気流通路４８は上端部にエアダクト３０により上記第１の分流として導かれた空気を取り込む吸気口５０を有し、下端部にその空気を筐体内へ送り出す送風口５２を有する。外気流通路４６と内気流通路４８とは、チューブ状又はプレート状の高熱伝導部材を用いて互いに接するように形成され、この接触部を介して内気流通路４８を流通する空気から外気流通路４６を流通する外気への放熱が可能となる。なお、外気取込口４２、吸気口５０にはそれぞれ外気流通路４６、内気流通路４８へ効率的に空気を取り込むためのファン５４，５６が設けられている。このように、分流器の役目をするエアダクト３０と、熱交換器４０の送風口５２とは冷却対象である電子回路部分を挟むように配置されている。
【００２０】
さらに、上述のように熱交換器４０が第１の分流が流通する内気流通路４８側から外気流通路４６側への放熱を行う結果、吸気口５０から取り込まれる電子回路部分で暖められた空気は、熱交換器４０で冷却されて送風口５２から送り出される。この冷却された空気がＥＭＩシールド２６の下部の通気孔を通過し、さらに基板２４の間を上方へ流通することにより、基板２４上の電子部品等が冷却される。
【００２１】
一方、電子回路部分からファン２８により吸い上げられた暖気のうち上記第２の分流は、筐体２０の天井部や上側部の内壁面に吹き当てられることにより、筐体２０を介して外気への放熱を行い得る。
【００２２】
また、ファン２８の動作は筐体２０下部の気圧を下げるように作用する結果、第２の分流は天井部や上側部に吹き当てられた後、下降する。この下降気流は、ファン２８が上昇気流を生じさせる部分を避けるように、すなわちファン２８から横方向にずれた部分に発生する。例えば、図１に示されるところでは、基板２４が取り付けられたマザーボード２２の裏側を筐体２０の内壁面に沿って流れる下降気流が形成される。また、図１には示されていない手前や奥の筐体側面と基板２４群との間にも隙間があり、この隙間にも筐体２０の内壁面に沿って流れる下降気流が形成される。
【００２３】
上部に吹き当てられた後の第２の分流はこのように筐体２０の内壁面に沿って下降し、その間に筐体２０を介して外気へのさらなる放熱が行われる。これにより、第２の分流は、分流直後に比べて冷却されて筐体２０の下部、すなわち基板２４の下方に到達する。そして第２の分流は熱交換器４０の送風口５２から送り出された第１の分流と合流し、基板２４の間を上方へ流通しつつ基板２４上の電子部品等を冷却する。
【００２４】
筐体２０の壁面の或る面積を介した第２の分流からの放熱量は、放熱を直接の目的として構成された熱交換器４０を当該面積の壁面に設ける場合に比べれば、必ずしも大きいとは言えない。しかし、熱交換器４０により占有されない筐体２０の内壁面の面積は、通常、熱交換器４０の占有面積に比べて大きい。すなわち、筐体２０の壁面の大半の面積を上述の第２の分流の放熱に利用することができるので、その第２の分流を筐体２０の壁面に吹き当て、またそれに沿って流すことにより、総合的には相当量の放熱が可能となる。よって、上述の第２の分流による冷却は、熱交換器４０による冷却を有効に補助することができる。
【００２５】
ちなみに、基板２４上に配置される部品等の発熱や耐熱温度は必ずしも一様ではなく、そのため、基板２４の一部の領域を冷却目標部位として重点的に冷却したい場合がある。この場合、例えば、熱交換器４０により冷却された空気が筐体２０の壁面で冷却された空気（第２の分流）より冷たければ、熱交換器４０が発生する冷気を当該冷却目標部位の冷却に用い、冷却された第２の分流はもっぱらその他の部位の冷却に用いることにより、電子回路部分全体を冷却するために２種類の冷気が有効に利用される。
【００２６】
例えば、図１に示す基板２４上には、当該基地局の通信周波数に応じて高速の信号処理を行うＡＤＣやアンプなどが配置され特に発熱する冷却目標部位６０が存在する。この冷却目標部位６０を熱交換器４０が発生する冷気で重点的に冷却するために、熱交換器４０の送風口５２とエアダクト３０の吸気口とが冷却目標部位６０を挟むように配置されている。基本的には、送風口５２から送り出された冷気は、ほぼ送風口５２とエアダクト３０の吸気口とを結ぶ直線に沿って流れるので、上記配置により冷却目標部位６０を送風口５２からの冷気の流れの中に置くことが可能となり、冷却目標部位６０が効率的に冷却される。一方、第２の分流は基板２４の間をほぼ一様に流れ、基板２４の全体を冷却する。これら熱交換器４０の冷気と第２の分流の冷気とにより、冷却目標部位６０を重点的に冷却しつつ基板２４全体を冷却することができる。また、送風口５２とエアダクト３０の吸気口を冷却目標部位６０を挟んで直線的に対向する位置に配置してもよい。
【００２７】
また、ＥＭＩシールド２６の上下の通気孔は一般的には均一に開けられるが、この通気孔の大きさを場所に応じて変えることによって、ＥＭＩシールド２６内の気流を制御することができる。これにより、基板２４上の所定の温度分布を考慮した気流をＥＭＩシールド２６内に生じせしめ、所望の冷却の実現を図ることもできる。例えば、図１に示す冷却目標部位６０を重点的に冷却するために、冷却目標部位６０の直下と直上の通気孔を他の部分より相対的に大きくし、冷却目標部位６０を下から上へ通過する冷気の流量を他の部分より多くすることができる。さらに同様の目的を、複数配置されるファン２８の能力を異ならせることによって達成することも可能である。
【００２８】
筐体２０の内壁面には、第２の分流を上から下へ導きやすくするために筋状の凹凸（溝）を形成することができる。この凹凸は、例えば内壁面に垂直方向に延びる仕切板を所定間隔で並列に立設することで形成される。このような仕切板で挟まれた溝を流通させることにより、内壁面に沿って下降する第２の分流の乱れが抑制され、円滑に筐体２０の下部に到達し得る。また、凹凸を設けることで第２の分流との接触面積が増加し、筐体２０を介した放熱の効率の向上が図られる。
【００２９】
［実施形態２］
上記第１の実施形態では、エアダクト３０は固定とされ、第１の分流と第２の分流との比率は一定であった。これに対し、本実施形態はその比率を変化させる構成である。この実施形態も上記第１の実施形態と同様、屋外通信基地局であり、構成は図１と共通する部分が多いので、同図を援用しつつ以下、説明する。
【００３０】
本構成ではエアダクト３０の吸気口が可動部を用いて構成され、その面積を可変とされる。また筐体２０内に温度センサと、その検知温度に基づいてエアダクト３０の吸気口面積を制御する制御部とを備える。温度センサは関心部位、例えば冷却目標部位６０の温度を測定する。制御部は、例えば、検知温度と関心部位の許容温度との差に対する前記可動部の制御量を予めテーブルに格納しておき、検知温度に応じて可動部を動かすように構成することができる。また、制御部は、可動部の位置を変更して、検知温度が許容温度以下に近づくようなフィードバック制御を行うように構成することもできる。
【００３１】
図２は、本実施形態のエアダクト３０部分の模式的な断面図である。このエアダクト３０は先端部に角度調節可能なフラップ１００を備える。例えば、フラップ１００を図２にて実線で示す位置から点線で示す位置に向きを変えると、エアダクト３０の吸気口を拡大することができ、第２の分流に対する第１の分流の比率を増加させることができる。
【００３２】
図３は、本実施形態に係る他のエアダクト３０部分の模式的な断面図である。このエアダクト３０は先端部１１０が横方向にスライド可能に構成される。例えば、先端部１１０を図３にて実線で示す位置から点線で示す位置にスライドさせると、エアダクト３０の吸気口を拡大することができ、第２の分流に対する第１の分流の比率を増加させることができる。
【００３３】
また、ファン２８を複数配置する場合には、検知温度に応じて制御部がファン２８の回転／停止、又は送風量の調節を個別に行って、エアダクト３０に送風される風量と、筐体２０の内壁面に沿って流れる風量との比率を変えるように構成することもできる。さらに、温度センサを複数設け、測定部の温度と各ファンの送風量の関係を記憶部にテーブルとして記憶しておき、このテーブルに基づいて各ファンの制御をすることとしてもよい。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、送風機が送出する内部気体のうち、熱交換器が十分な冷却効率を発揮し得る量が分流器により熱交換器に送り込まれる一方、熱交換器の能力を超える残りの量は筐体の壁面を介して外部への放熱を図ることで、送風機の送風能力を有効に利用した筐体内の冷却が可能となる。そして、これにより、熱交換器の小型化、ひいては筐体の小型化が図られる効果や、送風機の消費電力が抑制される効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態である屋外通信基地局の概略の構成を示す模式的な断面図である。
【図２】本実施形態のエアダクト３０部分の一例の模式的な断面図である。
【図３】本実施形態のエアダクト３０部分の他の例の模式的な断面図である。
【図４】従来の屋外通信基地局の概略の構成を示す模式的な断面図である。
【符号の説明】
２０筐体、２２マザーボード、２４基板、２６ＥＭＩシールド、２８ファン、３０エアダクト、４０熱交換器、４２外気取込口、４４外気排出口、４６外気流通路、４８内気流通路、５０吸気口、５２送風口、６０冷却目標部位、１００フラップ、１１０先端部。

Claims

筐体内に冷却対象機器と共に設けられる冷却機構において、
前記筐体内の内部気体を前記冷却対象機器側から吸い込み、前記筐体の内壁面に向けて吹き出す送風機と、
吸気口から取り込んだ前記内部気体と外気との間で熱交換を行う熱交換器と、
前記送風機から吹き出す前記内部気体のうち前記熱交換器の能力に応じた量を、当該熱交換器の前記吸気口へ導く分流器と、
を有することを特徴とする冷却機構。
請求項１に記載の冷却機構において、
前記筐体内の前記分流器の吸気口及び前記熱交換器の送風口は互いに、前記冷却対象機器を挟むように配置されること、
を特徴とする冷却機構。
請求項１又は請求項２に記載の冷却機構において、
前記筐体の内壁面は、前記送風機から前記内壁面に向けて吹き出された前記内部気体を、前記送風機側から前記冷却対象機器側へ導く筋状の凹凸を有すること、
を特徴とする冷却機構。
請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の冷却機構において、
前記筐体内の温度を検知する温度センサと、
前記送風機から吹き出す前記内部気体のうち前記分流器を介して前記熱交換器に導かれる熱交換器側分流量と、前記内壁面に吹き付けられる壁面側分流量とを制御する分流制御手段と、
を有し、
前記分流制御手段は、前記温度センサの出力に応じて、前記熱交換器側分流量と前記壁面側分流量との割合を変化させること、
を特徴とする冷却機構。