JP2006052874A

JP2006052874A - 冷却装置

Info

Publication number: JP2006052874A
Application number: JP2004233509A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Sasaki; 雅彦佐々木; Tsukasa Takayama; 司高山
Original assignee: Toshiba Carrier Corp
Current assignee: Carrier Japan Corp
Priority date: 2004-08-10
Filing date: 2004-08-10
Publication date: 2006-02-23

Abstract

【課題】総伝熱面積が大きな積層形熱交換器を配置することができ、内外通風路の仕切り構成が単純となり、熱交換率が高く、高能力を発揮でき、組立、製造性がよく、気密性の確保も容易な発熱体収納箱冷却装置を提供する。
【解決手段】本発熱体収容箱冷却装置は、発熱体が設置された収容箱内の空気を吸込んだ後に再び収容箱内へ吹出し、収容箱内の空気を循環させる内気通風路と、収容箱外の外気を吸込んだ後再び外気へ排出する外気通風路と、これら両通風路が独立するように設置された仕切板と、収容箱内空気および外気を送気する送風機と、内気通風路と外気通風路との交点に配置され外気と収容箱内空気の熱を交換する積層形熱交換器とを備えた発熱体収容箱冷却装置において、両送風機の回転軸と積層形熱交換器の積層方向とが直交するように配置する。
【選択図】図２

Description

本発明は冷却装置に係り、特に内部に収容された電子部品等の発熱体が収容された室内の空気を冷却し構造が改良された冷却装置に関する。

一般に電子部品の高性能化、高密度化に伴い、制御基板からの発熱量が飛躍的に増加し、電子部品、制御基板を収容する室内の温度が上昇するため、冷却装置を壁に取り付け、室内の温度を一定以下に冷却して、電子部品等の動作を保証し、製品寿命を延ばすことが行われている（特許文献１）。

図８に示すように、特許文献１に記載の冷却装置５１は、室内の空気を冷却装置本体５２に設けられた内気吸込口５３より吸込んだ後に内気吹出口５４より再び室内へ吹出し、室内空気を循環させる内気通風路５５と、外気吸込口５６より吸込んだ外気を、外気吹出口５７より再び外気へ排出する外気通風路５８と、これら両通風路５５、５８が独立するように設置され、開口部が穿設された大面積および小面積の複数の仕切板５９と、内気通風路５５と外気通風路５８との交点に配置され外気と室内空気の熱を交換する積層形熱交換器６０と、室内空気、外気をそれぞれ送気する送風機６１、６２を備えており、熱交換器６０の積層方向は、送風機６１、６２の回転軸６３と平行でありかつ、室内空気吹出方向と直交するように配置されている。

しかしながら、このような特許文献１に記載の冷却装置５１は、通風路形状が複雑であるため通風抵抗が高く、必要風量の確保が困難であり、さらに、組立、製造性も悪く、気密性の確保も困難である。また、通常用いられる波形正方形板を積層した構造の熱交換器を配置する場合、冷却装置５１はその奥行きと横幅の寸法が制約されることが多く、積層形熱交換器５９の総伝熱面積を大きくできない問題がある。
特開２００１−１５６４７８号公報

本発明は上記事情に鑑み、総伝熱面積が大きな積層形熱交換器を配置することができ、内外通風路の仕切り構成が単純となり、熱交換率が高く、高能力を発揮でき、組立、製造性がよく、気密性の確保も容易な冷却装置を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するため、本発明に係る冷却装置は、室内空気を吸込んだ後に再び室内へ吹出し、室内空気を循環させる内気通風路と、室外の外気を吸込んだ後再び外気へ排出する外気通風路と、これら両通風路が独立するように設置された仕切板と、室内空気および外気を送気する送風機と、内気通風路と外気通風路との交点に配置され外気と室内空気の熱を交換する積層形熱交換器とを備えた冷却装置において、前記両送風機の回転軸と前記積層形熱交換器の積層方向とを直交するように配置したことを特徴とする。

本発明に係る冷却装置によれば、総伝熱面積が大きな積層形熱交換器を配置することができ、室内空気と外通風路の仕切り構成が単純となり、熱交換率が高く、高能力を発揮でき、組立、製造性がよく、気密性の確保も容易な冷却装置を提供することができる。

以下、本発明に係る冷却装置の第１実施形態を図面を参照して説明する。

図１は本発明の第１実施形態に係る冷却装置の使用状態を示す概念図、図２は本第１実施形態に係る冷却装置の概念図である。

図１に示すように、本第１実施形態に係る冷却装置１は、例えば空気調和機Ａにより空調され、電子部品や制御基板等の発熱体Ｂが収容された収容体Ｃに取り付けられて用いられ、室内の空気（以下、単に内気という。）を吸込んだ後、冷却熱源となる室外の外気と熱交換して冷却され、再び室内へ吹出し、内気を循環させるものである。

図１および図２に示すように、本第１実施形態に係る冷却装置１は、横幅が広く、奥行きが小さい扁平直方形状の冷却装置本体２を有し、この冷却装置本体２の一側幅広平面には、内気を吸込む内気吸込口３１と、再び室内へ吹出す内気吹出口３２が設けられ、これら両口３１、３２間には、この両口３１、３２を連通し、内気を循環させる内気通風路３が設けられている。一方、冷却装置本体２の他側幅広平面には、外気を吸込む外気吸込口４１と、再び外気を吹出す外気吹出口４２が設けられ、両口４１、４２間には、この両口４１、４２を連通し、外気を循環させる外気通風路４が設けられている。

また、冷却装置本体２内には、内気通風路３と外気通風路４を独立して分離し、ほぼ気密状態に仕切るための複数の仕切板５が配設されており、内気通風路３には内気通風用の内気送風機３３が配設されており、外気通風路４には外気通風用の外気送風機４３が配設されている。内気通風路３および外気通風路４は、冷却装置本体２の壁面と、仕切板５および後述の積層形熱交換器６で画成されており、両通風路３、４の仕切り構成が単純となり、気密性の確保も容易である。また、全ての仕切板５は、開口部が穿設されておらず、奥行きの小さな冷却装置本体２と同様の小さな奥行（幅）と長さが短く、面積の小さな板材からなっているので、組立、製造性も良い。

さらに、内気通風路３と外気通風路４との交点には、外気と内気の熱を交換する積層形熱交換器６が配設されている。

上記内気送風機３３および外気送風機４３は、いずれも例えば軸方向から吸い込んだ空気を径方向に吹出すシロッコファン３３ａ、４３ａが用いられ、これらのシロッコファン３３ａ、４３ａは、冷却装置本体２の長手方向に延びる回転軸７の両端に取り付けられ、回転軸７の中央に取り付けられた１個の駆動モータ８によって回転されるようになっている。

また、図３に示すように、積層形熱交換器６は例えば波形プレートフィン熱交換器で、正方形状をなし、いずれも正方形状で内気が沿って流れる波形のプレート６ａと外気が沿って流れる波形プレート６ｂが、その波形が直交するように、分離板６ｃを介して積層して形成されている。

図２に示すように、内気通風路３と外気通風路４との交点に配設された積層形熱交換器６は、その積層方向すなわち波形プレート６ａ、６ｂの積層方向は、両送風機３３、４３の回転軸７と直交するようになっており、正方形の頂角を上方にし、図中白矢印で示すように、その頂角から傾斜する一辺側から内気が流入し、その対向辺側から流出し、一方、黒矢印で示すように、その頂角から傾斜する他辺側から外気が流入し、その対向辺側から流出するようになっている。積層形熱交換器６の積層方向が回転軸７と直交するように配設、すなわち、波形プレート６ａ、６ｂの平面が扁平直方形状の冷却装置本体２の幅広平面と平行になり、長手方向に延ばすことが可能となり、波形プレート６ａ、６ｂの表面積を大きくすることができ、この結果、扁平直方形状の冷却装置本体により表面積を大きくすることに制約を受ける従来の冷却装置の熱交換器に比べて、熱交換器の総伝熱面積を大きくすることが可能になる。

図１および図２に示すように、上記のような構造を有する本第１実施形態の冷却装置によれば、外気が内気温度より所定温度低い場合、発熱体Ｂが設置された室内の高温の内気を内気吸込口３１から吸い込み、内気通風路３を介して積層形熱交換器６に達し、一方、外気吸込口４１から吸い込まれた比較的低温の外気は、外気通風路４を介して積層形熱交換器６に達し、内気と外気は熱交換し、高温の内気は低温の外気に熱を奪われて低温になり、再び内気吹出口３２、内気通風路３、内気送風機３３を介して室内に吹出され、室内の空気温度を下げる。一方、高温の内気から熱を奪って高温になった外気は、外気通風路４、外気吹出口４２、外気送風機４３を介して再び外気中に吹出される。

このような内気と外気の熱交換過程において、積層形熱交換器６の総伝熱面積が大きいので、熱交換率が高くなり、高能力を発揮できる。

上記のように本第１実施形態の冷却装置によれば、総伝熱面積が大きな積層形熱交換器を配置することができ、内外通風路の仕切り構成が単純となり、熱交換率が高く、高能力を発揮でき、組立、製造性がよく、気密性の確保も容易になる。

次に本発明に係る冷却装置の第２実施形態を説明する。

上記第１実施形態が積層形熱交換器において外気と内気が熱交換する通常運転であるのに対して、本第２実施形態は通常運転と、外気導入口から導入した外気と積層形熱交換器を通過した内気とを混合して室内に供給する給気運転との切り換えを可能にした。

例えば、図４および図５に示すように、第２実施形態の冷却装置１１は、冷却装置本体２の一側幅狭広平面に設けられた外気吸込口４１と、この外気吸込口４１の近傍に設けられ内気通風路４に直接外気を導入するようにこの内気通風路３の途中に設けられた外気導入口１０と、この外気導入口１０と外気吸込口４１を選択的に開閉する切り換えダンパ１２を備えており、さらに、内気送風機３３および外気送風機４３の駆動制御を行う送風機制御装置１３と、内気通風路３内に設けられ内気温度を検知する内気温度検知手段３４および外気温度を検知する外気温度検知手段４４を備えており、送風機制御装置１２と外気温度検知手段４４は、外気通風路４内の外気吸込口４１と積層形熱交換器６の間に設置されている。また、外気吹出口４２は冷却装置本体２の底部に設けられ、さらに、内気通風路３と外気通風路４は、冷却装置本体２の壁面と、面積の小さな１枚の仕切板５および積層形熱交換器６で画成されており、仕切り構成が単純となり、気密性の確保も容易であり、組立、製造性も良い。

従って、冷却装置１１が外気と内気が熱交換する通常運転状態（図４の状態）で、内気温度検知手段３４により検知した内気温度が予め設定した温度以上でありかつ、外気温度が内気温度に対して所定温度以上低い場合に、切り換えダンパ１２により、外気導入口１０を開放し、外気吸込口４１を閉塞して、外気導入口１０から導入した外気と積層形熱交換器６を通過した内気とを混合して室内に供給する給気運転に切り換る（図５に状態）。

これにより、室内の温度が異常な高温になった場合の給気運転および通常運転の切り換えが可能となる。また、給気運転時に室外吸込口を閉じて外気の送風量を抑えることにより、室外吸込口を開放したまま給気運転する場合に比べて送風機の消費電力が低減でき、省エネルギーとなる。他の構成は図２に示す冷却装置と異ならないので、同一符号を付して説明は省略する。

また、本発明に係る冷却装置の第３実施形態を説明する。

上記第２実施形態が給気運転時、切り換えダンパにより外気吸込口を完全に閉塞するのに対して、本第３実施形態は外気吸込口をわずかに開放して送風機制御装置および前記外気温度検知手段に外気を当てる。

例えば、図６に示すように、本第３実施形態の冷却装置２１は、通常運転時、切り換えダンパ１２が外気導入口１０を閉塞し、外気吸込口４１を完全に開放する。また、給気運転時には、図７に示すように、切り換えダンパ１２により、外気導入口１０を開放すると同時に外気吸込口４１を一部開放（大部分閉塞して小面積開放）し送風機制御装置１３および外気温度検知手段４４に外気が当たるように通風可能にする。これにより、給気運転時、送風機制御装置の制御基板温度上昇を抑制し、信頼性を確保でき、また、外気温度検知手段にも外気が通風するため、常時、外気温度を正確に検出できる。

本発明の第１実施形態に係る冷却装置の使用状態を示す概念図。本発明の第１実施形態に係る冷却装置の概念図。本発明の第１実施形態に係る冷却装置に用いられる積層形熱交換器の斜視図。本発明の第２実施形態に係る冷却装置の概念図。本発明の第２実施形態に係る冷却装置の概念図。本発明の第３実施形態に係る冷却装置の概念図。本発明の第３実施形態に係る冷却装置の概念図。従来の冷却装置の概念図。

符号の説明

１…冷却装置、２…冷却装置本体、３…内気通風路、３１…内気吸込口、３２…内気吹出口、３３…内気送風機、４…外気通風路、４１…外気吸込口、４２…外気吹出口、４３…外気送風機、５…仕切板、６…積層形熱交換器、７…回転軸、８…駆動モータ。

Claims

室内空気を吸込んだ後に再び室内へ吹出し、室内空気を循環させる内気通風路と、室外の外気を吸込んだ後再び外気へ排出する外気通風路と、これら両通風路が独立するように設置された仕切板と、室内空気および外気を送気する送風機と、内気通風路と外気通風路との交点に配置され外気と室内空気の熱を交換する積層形熱交換器とを備えた冷却装置において、前記両送風機の回転軸と前記積層形熱交換器の積層方向とを直交するように配置したことを特徴とする冷却装置。
前記送風機の駆動制御を行う送風機制御装置と、室内空気温度を検知する内気温度検知手段および外気温度を検知する外気温度検知手段と、前記内気通風路に直接外気を導入するように内気通風路の途中でかつ前記外気吸込口近傍に設けられた外気導入口と、この外気導入口と前記外気吸込口を選択的に開閉する切り換えダンパを備え、前記外気導入口を閉塞し、前記外気吸込口を開放して前記積層形熱交換器において外気と室内空気が熱交換する通常運転と、前記温度検知手段により検知した室内空気が予め設定した温度以上でありかつ、外気温度が室内空気温度に対して所定温度以上低い場合に、前記外気導入口を開放し前記外気吸込口を閉塞して、前記外気導入口から導入した外気と前記積層形熱交換器を通過した室内空気を混合して室内に供給する給気運転との切り換えを可能にしたことを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
前記送風機制御装置と前記外気温度検知手段は、前記外気通風路内の前記外気吸込口と前記積層形熱交換器との間に設置され、給気運転時に前記切り換えダンパにより、外気導入口を開放すると同時に前記外気吸込口を一部開放し、前記送風機制御装置および前記外気温度検知手段に外気が通風するようにしたことを特徴とする請求項２に記載の冷却装置。