(57)【要約】【課題】補助装置を効率良く利用して、冷却システムの消費動力を更に低下させる【解決手段】補助装置をなす電子冷凍機２０にて、冷凍機４の冷凍作用を補助する際に吸熱した熱を稼動用の熱エネルギとして冷凍機４に与える。これにより、蒸気圧縮式冷凍機やヒータ等の補助装置にて稼動用の熱エネルギのみを冷凍機４に与える、又は蒸気圧縮式冷凍機で発生した冷凍能力にて第２発熱体３を冷却する従来に比べて、補助装置である電子冷凍機２０を効率良く利用することができるので、冷却システムの消費動力を更に低下させることができる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
閉じられた空間（１）内に存在する第１発熱体（２）から吸熱し、その吸熱した熱を稼動用のエネルギとして、閉じられた空間（１）内に存在する第２発熱体（３）を冷却する冷凍機（４）を備える冷却システムであって、
前記冷凍機（４）に熱を与え、かつ、前記冷凍機（４）の冷凍作用を補助する補助装置（２０、３０）を有し、
前記補助装置（２０、３０）は、前記冷凍機（４）の冷凍作用を補助する際に吸熱した熱を前記冷凍機（４）に与えることを特徴とする冷却システム。
【請求項２】
前記補助装置（２０、３０）は、前記冷凍機（４）の高温部を冷却することにより前記冷凍機（４）の冷凍作用を補助することを特徴とする請求項１に記載の冷却システム。
【請求項３】
前記補助装置（２０、３０）は、前記冷凍機（４）の低温部を冷却することにより前記冷凍機（４）の冷凍作用を補助することを特徴とする請求項１に記載の冷却システム。
【請求項４】
前記補助装置は、ペルチェ素子を有して構成されたものであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の冷却システム。
【請求項５】
前記補助装置は、蒸気圧縮式冷凍機にて構成されたものであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の冷却システム。
【請求項６】
前記冷凍機（４）は、蒸発した気相冷媒を吸着するとともに、加熱されることによりその吸着していた冷媒を脱離する吸着剤を有して構成された吸着式冷凍機であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の冷却システム。
【請求項７】
前記第１、２発熱体（２、３）は、閉じられた空間（１）である携帯電話基地局内に設置された電気機器であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の冷却システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、閉じられた空間内に配置された発熱体を冷却する冷却システムに関するもので、例えば携帯電話基地局内の電子機器、電気機器、電気変換器、バッテリ等の冷却に用いて有効である。
【０００２】
【従来の技術】
従来の冷却システムは、携帯電話基地局内に設置された電気機器等の発熱体から廃熱を回収した冷却水をポンプにて循環させて吸着式冷凍機に供給し、吸着式冷凍機にて生成された冷熱にてその他の発熱体を冷却している（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ところで、特許文献１に記載の発明は、第１発熱体で発生する廃熱を稼動用エネルギとして稼動する吸着式冷凍機にて第２発熱体を冷却するので、外気温度が高く放熱能力が低下する場合や第１発熱体で発生する廃熱量及び温度が低くなるような場合には、吸着式冷凍機にて十分な冷凍能力を発揮させることができず、冷却システムの冷却能力が低下するという課題がある。
【０００４】
この問題に対して、特許文献１に記載の発明では、ヒータや蒸気圧縮式冷凍機の高温側熱交換器にて廃熱を回収した熱媒体を加熱する、又は蒸気圧縮式冷凍機の低温側熱交換器にて冷却能力を補助する等して冷却システムの冷却能力低下を補完している。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−１００８９１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献１に記載の発明では、後述する理由により、蒸気圧縮式冷凍機やヒータ等の補助装置を効率良く利用しているとは言い難い。
【０００７】
本発明は、上記点に鑑み、第１には、従来と異なる新規な冷却システムを提供し、第２には、補助装置を効率良く利用して、冷却システムの消費動力を更に低下させることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、閉じられた空間（１）内に存在する第１発熱体（２）から吸熱し、その吸熱した熱を稼動用のエネルギとして、閉じられた空間（１）内に存在する第２発熱体（３）を冷却する冷凍機（４）を備える冷却システムであって、冷凍機（４）に熱を与え、かつ、冷凍機（４）の冷凍作用を補助する補助装置（２０、３０）を有し、補助装置（２０、３０）は、冷凍機（４）の冷凍作用を補助する際に吸熱した熱を冷凍機（４）に与えることを特徴とする。
【０００９】
これにより、本発明の補助装置（２０、３０）は、冷凍機（４）の冷凍作用を補助する際に吸熱した熱を稼動用の熱エネルギとして冷凍機（４）に与えるのに対して、特許文献１に記載の発明は、蒸気圧縮式冷凍機やヒータ等の補助装置にて稼動用の熱エネルギのみを冷凍機（４）に与える、又は蒸気圧縮式冷凍機で発生した冷凍能力にて第２発熱体（３）を冷却するものである。
【００１０】
したがって、本発明に係る冷却システムでは、特許文献１に記載の発明に比べて補助装置（２０、３０）を効率良く利用することができるので、冷却システムの消費動力を更に低下させることができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明では、補助装置（２０、３０）は、冷凍機（４）の高温部を冷却することにより冷凍機（４）の冷凍作用を補助することを特徴とするものである。
【００１２】
請求項３に記載の発明では、補助装置（２０、３０）は、冷凍機（４）の低温部を冷却することにより冷凍機（４）の冷凍作用を補助することを特徴とするものである。
【００１３】
請求項４に記載の発明では、補助装置は、ペルチェ素子を有して構成されたものであることを特徴とするものである。
【００１４】
請求項５に記載の発明では、補助装置は、蒸気圧縮式冷凍機にて構成されたものであることを特徴とするものである。
【００１５】
請求項６に記載の発明では、冷凍機（４）は、蒸発した気相冷媒を吸着するとともに、加熱されることによりその吸着していた冷媒を脱離する吸着剤を有して構成された吸着式冷凍機であることを特徴とするものである。
【００１６】
請求項７に記載の発明では、第１、２発熱体（２、３）は、閉じられた空間（１）である携帯電話基地局内に設置された電気機器であることを特徴とするものである。
【００１７】
因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
図１は本実施形態に係る冷却システムを示す模式図であり、本実施形態は、本発明に係る発熱体の冷却システムを携帯電話基地局１内の電子機器の冷却に適用したものである。
【００１９】
比較的に高い断熱性を有して密閉空間を構成する携帯電話基地局１内には、比較的発熱量が多く、かつ、高温となる電波出力用アンプ、電波出力制御盤、整流器、電子機器、電気機器及び電気変換器等からなる第１発熱体２、第１発熱体２より低温で冷却する必要がある回路制御盤、バッテリ、電子機器、電気機器及び電気変換器等からなる第２発熱体３が搭載された通信機器ラック、並びに両発熱体２、３を冷却する冷凍機４（一転鎖線で囲まれた部分）とが収納されている。
【００２０】
なお、両発熱体２、３は単独で（独立して）稼動するものではなく、両者２、３が連動して稼動するものである。
【００２１】
また、第１発熱体２は、第２発熱体３に比べて高い耐熱温度を有するものであり、第１発熱体２は冷却水が循環させられて水冷にて冷却される。一方、第２発熱体３は、電子機器又は電気機器の実装密度が高く、冷却水を循環させることが難しいため、携帯電話基地局１内の空気、つまり内気が吹き付けられることにより強制空冷される。
【００２２】
また、冷凍機４は、第１発熱体２から吸熱し、その吸熱した熱により吸着剤を加熱することにより稼働する吸着式冷凍機であり、以下、冷凍機４について述べる。
【００２３】
吸着器５は内部が略真空に保たれた状態で冷媒が封入された容器であり、この吸着器５内には、吸着剤と熱媒体とを熱交換する第１熱交換器（吸着コア）６と、熱媒体と吸着器５内に封入された冷媒とを熱交換する第２熱交換器（蒸発／凝縮コア）７とが収納されている。
【００２４】
なお、本実施形態では、複数個（２個）の吸着器５ａ、５ｂから構成されており、紙面右側の吸着器５ａ（以下、第１吸着器５ａと呼ぶ。）と紙面左側の吸着器５ｂ（以下、第２吸着器５ｂと呼ぶ。）とは、同じ構成であるので、両者を総称して呼ぶときは、吸着器５と表記する。また、熱交換器６、７の添え字ａは第１吸着器５ａ内の熱交換器であることを示し、熱交換器６、７の添え字ｂは第２吸着器５ｂ内の熱交換器であることを示す。
【００２５】
因みに、吸着剤は、冷媒（本実施形態では、水）を吸着するとともに、加熱されることにより吸着していた冷媒を脱離するもので、本実施形態では、シリカゲルやゼオライト等の固体吸着剤を採用し、熱媒体として、本実施形態では、エチレングリコール系の不凍液が混入された水を採用している。
【００２６】
室外器８は基地局１の建物外に配設されて熱媒体と放熱対象をなす室外空気とを熱交換する室外熱交換器であり、この室外器８は、放熱器８ａ及び冷却風を送風するファン８ｃからなるものである。
【００２７】
集熱器２ａは第１発熱体２で発生する熱を集めてその集めた熱と熱媒体と熱交換させる熱交換器であり、室内熱交換器３ａは、吸着器５で冷却された熱媒体と第２発熱体３に吹き付けられる空気とを熱交換させる熱交換器である。なお、ファン３ｂは室内熱交換器３ａに冷却用の室内空気を送風する送風機である。
【００２８】
また、バルブ９ａ〜９ｄは熱媒体流れを切り替えるロータリ式の弁であり、ポンプ１０ａ〜１０ｃは熱媒体を循環させるポンプ手段である。
【００２９】
電子冷凍機２０はペルチェ効果を利用した補助装置であり、この電子冷凍機２０は、ペルチェ素子２１、放熱部をなす加熱熱交換器２２及び吸熱部をなす冷却熱交換器２３等からなるもので、加熱熱交換器２２は第１発熱体２から吸着器５へ向かう熱媒体を加熱し、冷却熱交換器２３は室外器８から吸着器５へ向かう熱媒体を冷却する。
【００３０】
つまり、電子冷凍機２０は、室外器８から吸着器５へ向かう熱媒体から吸熱して、その吸熱した熱を第１発熱体２から吸着器５へ向かう熱媒体に与えることにより、冷凍機４を稼動させる熱エネルギを補いながら、冷凍機４、つまり後述する吸着工程にある吸着剤を冷却して冷凍機４の冷凍作用を補助する。
【００３１】
次に、本実施形態に係る冷却システムの特徴的作動及びその効果を述べる。
【００３２】
１．冷凍機４の基本作動モード
このモードは、以下に述べる第１、２基本作動モードを所定時間毎に切換運転するものである。因みに、所定時間は、吸着剤に吸着されていた冷媒を脱離させるに必要な時間に基づいて適宜選定されるものである。
【００３３】
なお、本実施形態では、集熱器２ａには第１発熱体２の温度が１２０℃以下となるように熱媒体が供給されており、第２発熱体３は外気温度＋２０℃（具体的には、５５℃〜６０℃）以下程度となるように冷却され、冷凍機４は７０℃以上、１００℃以下で所定の冷凍能力が発揮するように各種諸元が決定されている。
【００３４】
また、以下の作動説明からも明らかなように、冷凍機４を安定稼動させるためには、第２発熱体３の発熱量が常に第１発熱体２の発熱量以下となる必要がある。
【００３５】
１．１  第１基本作動モード（図２参照）
このモードでは、室内熱交換器３ａと第２吸着器５ｂの第２熱交換器７ｂとの間で熱媒体を循環させることにより、第２吸着器５ｂ内の冷媒を蒸発させて熱媒体を冷却し、室内熱交換器３ａに冷却された熱媒体を供給することによって第２発熱体３に吹き付けられる空気を冷却して第２発熱体３を冷却するとともに、第２吸着器５ｂ内で蒸発した気相冷媒（水蒸気）を第２吸着器５ｂ内の吸着剤にて吸着する。
【００３６】
このとき、吸着剤は凝縮熱に相当する熱量を発熱し、かつ、吸着剤の温度が上昇すると吸着能力が低下するので、室外器８にて冷却された熱媒体を第２吸着器５ｂの第１熱交換器６ｂに供給することにより吸着剤を冷却する。
【００３７】
一方、第１吸着器５ａの第１熱交換器６ａには、集熱器２ａにて熱媒体に吸熱された熱を、熱媒体を介して第１吸着器５ａの吸着剤に供給することより吸着剤を加熱し、吸着剤に吸着していた冷媒を脱離させるとともに、第１吸着器５ａの第２熱交換器７ａに室外器８にて冷却された熱媒体を供給し、その脱離した気相冷媒（水蒸気）を第２熱交換器７ａにて冷却して凝縮させる。
【００３８】
以下、冷媒を蒸発させて冷凍能力を発揮しつつ、その蒸発した気相冷媒を吸着剤にて吸着させている状態にある吸着器５のことを、「吸着工程にある吸着器５」と呼び、吸着剤を加熱して吸着していた冷媒を脱離させつつ、その脱離した冷媒を冷却凝縮させている状態にある吸着器５のことを、「脱離工程にある吸着器５」と呼ぶ。
【００３９】
１．２  第２基本作動モード（図３参照）
このモードは、第１基本作動モードとは逆に、第１吸着器５ａを吸着工程とし、第２吸着器５ｂを脱離工程とするものである。
【００４０】
具体的には、室内熱交換器３ａと第１吸着器５ａの第２熱交換器７ａとの間で熱媒体を循環させることにより、第１吸着器５ａ内の冷媒を蒸発させて熱媒体を冷却し、室内熱交換器３ａに冷却された熱媒体を供給することによって第２発熱体３に吹き付けられる空気を冷却して第２発熱体３を冷却するとともに、第１吸着器５ａ内で蒸発した気相冷媒（水蒸気）を第１吸着器５ａ内の吸着剤にて吸着する。
【００４１】
このとき、室外器８にて冷却された熱媒体を第１吸着器５ａの第１熱交換器６ａに供給することにより吸着剤を冷却する。
【００４２】
一方、第２吸着器５ｂの第１熱交換器６ｂには、集熱器２ａにて熱媒体に吸熱された熱を、熱媒体を介して第２吸着器５ｂの吸着剤に供給することより吸着剤を加熱し、吸着剤に吸着していた冷媒を脱離させるとともに、第２吸着器５ｂの第２熱交換器７ｂに室外器８にて冷却された熱媒体を供給し、その脱離した気相冷媒（水蒸気）を第２熱交換器７ｂにて冷却して凝縮させる。
【００４３】
２．冷凍機補助モード
冷凍機４を基本作動モードにて稼動させているときに、例えば外気温度が所定温度以上となって室外器８の放熱能力が低下したとき、又は、第１発熱体２で発生する廃熱量及び温度が所定値以下となったとき等には、電子冷凍機２０を作動させて室外器８から吸着器５へ向かう熱媒体から吸熱して、その吸熱した熱を第１発熱体２から吸着器５へ向かう熱媒体に与える。
【００４４】
これにより、冷凍機４を稼動させる熱エネルギを補いながら、吸着工程にある吸着剤を冷却することにより吸着剤の吸着能力を増大させて冷凍機４の冷凍作用を補助する。
【００４５】
次に、本実施形態の作用効果を述べる。
【００４６】
本実施形態では、補助装置をなす電子冷凍機２０は、冷凍機４の冷凍作用を補助する際に吸熱した熱を稼動用の熱エネルギとして冷凍機４に与えるのに対して、特許文献１に記載の発明は、蒸気圧縮式冷凍機やヒータ等の補助装置にて稼動用の熱エネルギのみを冷凍機４に与える、又は蒸気圧縮式冷凍機で発生した冷凍能力にて第２発熱体３を冷却するものである。
【００４７】
したがって、本実施形態に係る冷却システムでは、特許文献１に記載の発明に比べて補助装置である電子冷凍機２０を効率良く利用することができるので、冷却システムの消費動力を更に低下させることができる。
【００４８】
因みに、吸着式冷凍機では、稼動用の熱エネルギとして投入された熱の最大約７０％程度の吸熱能力しか得られないが、本実施形態では、補助装置、つまり電子冷凍機２０にて稼動用の熱エネルギ及び冷凍作用を補うので、第１発熱体２で発生する廃熱量及び温度が低いときであっても、十分な冷却能力を得ることができる。
【００４９】
（第２実施形態）
第１実施形態では、室外器８から吸着器５へ向かう熱媒体、つまり冷凍機４の高温部から吸熱（冷却）して、その吸熱した熱を第１発熱体２から吸着器５へ向かう熱媒体に与えたが、本実施形態は、図４に示すように、冷凍機４（吸着器５）から第２発熱体３に向かう熱媒体、つまり冷凍機４の高温部から吸熱（冷却）して、その吸熱した熱を第１発熱体２から吸着器５へ向かう熱媒体に与えることにより、冷凍機４の冷凍作用を補助する際に吸熱した熱を稼動用の熱エネルギとして冷凍機４に与えるものである。
【００５０】
したがって、本実施形態に係る冷却システムにおいても、特許文献１に記載の発明に比べて補助装置である電子冷凍機２０を効率良く利用することができるので、冷却システムの消費動力を更に低下させることができる。
【００５１】
（第３実施形態）
上述の実施形態では、電子冷凍機２０にて補助装置を構成したが、本実施形態は、図５に示すように、蒸気圧縮式冷凍機にて補助装置を構成したものである。
【００５２】
因みに、蒸気圧縮式冷凍機３０は、圧縮機３１、圧縮機３１にて加熱された冷媒を放冷する高温側熱交換器３２、高温側熱交換器３２から流出した冷媒を減圧する減圧器３３、及び減圧された低圧冷媒を蒸発させる低温側熱交換器３４等から構成されたものである。
【００５３】
なお、図５では、高温側熱交換器３２にて第１発熱体２から吸着器５へ向かう熱媒体を加熱し、低温側熱交換器３４にて室外器８から吸着器５へ向かう熱媒体を冷却しているが、本実施形態はこれに限定されるものではなく、高温側熱交換器３２にて第１発熱体２から吸着器５へ向かう熱媒体を加熱し、低温側熱交換器３４にて冷凍機４（吸着器５）から第２発熱体３に向かう熱媒体を冷却してもよい。
【００５４】
また、本実施形態では冷媒をフロンとしているが、本実施形態はこれに限定されるものではなく、二酸化炭素や窒素等の自然冷媒を用いてもよい。
【００５５】
（その他の実施形態）
上述の実施形態では、基地局を例に本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ビル、地下室、工場、倉庫、住宅、車庫及び車両等の空間内に配設された複数種類の発熱体（例えば、ガスタービンエンジン、ガスエンジン、ディーゼルエンジン、ガソリンエンジン、燃料電池、電子機器、電気機器、電気変換器、蓄電池、動物（人間を含む。）等の冷却に適用することができる。
【００５６】
また、空間は密閉された空間に限定されるものではなく、開空間であってもよい。
【００５７】
また、冷却システムの放熱先（放熱対象、冷凍機４、１１外）は外気（大気）に限定されるものではなく、河川、地下水、土壌、海水、宇宙空間等であってもよい。
【００５８】
また、冷媒は水に限定されるものではなく、アルコール等のその他のものであってもよい。
【００５９】
また、上述の実施形態では吸着剤（吸着媒体）として固体吸着剤を用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、臭化リチウムやアンモニア等の吸収液を含浸させたハイニカム構造状の吸収体を用いてもよい。
【００６０】
また、上述の実施形態では、第１発熱体２は水冷であり、第２発熱体３は強制空冷であったが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００６１】
また、上述の実施形態では、補助装置として電子冷凍機２０又は蒸気圧縮式冷凍機３０を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る冷却システムの模式図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る第１基本作動モードにおける熱媒体流れを示す模式図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る第２基本作動モードにおける熱媒体流れを示す模式図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る冷却システムの模式図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係る冷却システムの模式図である。
【符号の説明】
１…携帯電話基地局、２…第１発熱体、３…第２発熱体、
４…吸着式冷凍機、５…吸着器、６…吸着コア、
７…蒸発／凝縮コア、８…室外器、
１０ａ〜１０ｃ…ポンプ、２０…電子冷凍機、２１…ペルチェ素子。
【図１】
2004271078.tif 000003
【図２】
2004271078.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004271078.tif 000006
【図５】
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