(57)【要約】【課題】試験のための時期によらず、また自然環境や設置場所に起因する変動要素、内部発熱分布による変動要素を排除することができる筐体の放熱性能試験装置を提供する。【解決手段】筐体の外表面を含む外表面近傍に配置され、太陽日射を模擬して筐体の特定の外表面に全体的に且つ均一に入熱する外部模擬発熱体２と、筐体の内部に配置され筐体内部装置の発熱を模擬した発熱をする内部模擬発熱体１０と、外部模擬発熱体１０の発熱量を、筐体が実際に設置される場所の太陽日射による発熱量と同じとなるように制御する制御手段３と、筐体の温度を計測する複数の温度測定手段４ａ，４ｂ，４ｃと、温度測定手段４ａ，４ｂ，４ｃの出力を蓄積するデータ蓄積手段５とを備えている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
屋外設置される装置の筐体の放熱性能を試験する試験装置であり、
前記筐体の外表面を含む外表面近傍に配置され、太陽日射を模擬して該筐体の特定の外表面に全体的に且つ均一に入熱する外部模擬発熱体と、
前記筐体の内部に配置され筐体内部装置の発熱を模擬した発熱をする内部模擬発熱体と、
前記外部模擬発熱体の発熱量を、前記筐体が実際に設置される場所の太陽日射による発熱量と同じとなるように制御する制御手段と、
前記筐体の温度を計測する複数の温度測定手段と、
前記温度測定手段の出力を蓄積するデータ蓄積手段と
を備えた
ことを特徴とする筐体の放熱性能試験装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記外部模擬発熱体の発熱量を時間の経過に伴い変化させる
ことを特徴とする請求項１記載の筐体の放熱性能試験装置。
【請求項３】
前記外部模擬発熱体は、前記筐体の各外表面にそれぞれ設けられており、これらの外部模擬発熱体の発熱量の変化は、実際に設置される場所での前記筐体の各外表面の方位、及び各外表面への日射量の時刻による変化に基づき、各々異なる変化をする
ことを特徴とする請求項２記載の筐体の放熱性能試験装置。
【請求項４】
前記温度測定手段は複数個が設けられ、これにより前記筐体の表面、内部空間及び周囲空間の温度がそれぞれ計測される
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか記載の筐体の放熱性能試験装置。
【請求項５】
前記データ蓄積手段は、前記温度測定手段の出力を時系列として蓄積する
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか記載の筐体の放熱性能試験装置。
【請求項６】
前記筐体の内部に配置され、筐体内の空気の温度を均一にする空気撹拌手段をさらに備えた
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか記載の筐体の放熱性能試験装置。
【請求項７】
前記外部模擬発熱体が、平板状の発熱体である
ことを特徴とする請求項１から６のいずれか記載の筐体の放熱性能試験装置。
【請求項８】
前記平板状の発熱体は、前記筐体の外表面に貼り付け可能とされている
ことを特徴とする請求項７記載の筐体の放熱性能試験装置。
【請求項９】
前記内部模擬発熱体は、ワイヤ状のヒータを折り曲げたものである
ことを特徴とする請求項１から８のいずれか記載の筐体の放熱性能試験装置。
【請求項１０】
屋外設置される装置の筐体の放熱性能を評価する放熱性能評価方法であって、
太陽日射を模擬して該筐体の特定の外表面に全体的に且つ均一に入熱する外部模擬発熱体を、前記筐体の外表面を含む外表面近傍に配置し、
筐体内部装置の発熱を模擬した発熱をする内部模擬発熱体を、前記筐体の内部に配置し、
前記外部模擬発熱体の発熱量を、前記筐体が設置される実際の場所の太陽日射による発熱量と同じとなるように制御し、
所定の位置に配置された複数の温度測定手段によって、前記筐体の表面、内部及び外部の温度をそれぞれ計測し、
前記温度測定手段の計測した温度を時系列としてデータ蓄積手段に蓄積し、
前記データ蓄積手段に蓄積されたデータを分析して前記筐体の放熱性能を評価する
ことを特徴とする筐体の放熱性能評価方法。
【請求項１１】
前記外部模擬発熱体を前記筐体の各外表面にそれぞれ設け、この複数の外部模擬発熱体の発熱量を、実際に設置される場所での前記筐体の各外表面の方位、及び各外表面への日射量の時刻による変化に基づき、前記筐体の各面毎の日射量の時間変化を想定し、この日射量の時間変化と同じように変化させる
ことを特徴とする請求項１０記載の筐体の放熱性能評価方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電子機器、電気機器を収納し屋外に設置される筐体の放熱性能試験に関し、特に実際に設置される場所と異なる場所で事前に行われる放熱性能試験に用いる放熱性能試験装置及び放熱性能評価方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光ネットワークやＩＴＳ（Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ  Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）等で屋外に装置を設置するケースが増えてきている。このような装置は、太陽熱や湿度、塵芥等の悪環境にさらされ、一方、ネットワーク通信や画像処理等のための高速マイクロプロセッサやＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）が使われるため、内部機器の発熱も高いものとなる傾向にある。そして、装置に要求される性能や信頼性を確保するために、内部に実装される部品やデバイスの温度を許容値以下に収める熱設計がより重要になりつつある。
【０００３】
屋外に設置する筐体に関しては、日本で夏季には、約１ＫＷ／ｍ２の日射量があるため、その影響を考慮した評価を行う必要がある。そのため、従来の放熱性能試験は、内部に収納する機器を含め、筐体の試作品を製作し、実際に夏季に屋外に設置して動作させ、試験を実施していた。
【０００４】
そのため、試験対象の筐体試作品と、この筐体試作品の周囲に設置される測定器として、日射計、風速計、温度計等を準備し、測定条件として、日射量、自然風の風速、周囲空気温度を測定し、同時に筐体各部の温度上昇を測定し、これらを統合的に分析して放熱性能を評価していた。
【０００５】
また、上述のような方法では試験にかかる費用や時間が膨大となるので、これを解消するために、例えば、コンピュータ上で筐体の熱流実験モデルを作成し、シミュレーションによって放熱性能を評価することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−３８８６７号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の筐体試作品による放熱性能評価は、上述のように行われていたため、地域により最も太陽に日射量が大きくなる時期（北半球では夏）を選んで、試験を実施する必要があり、試験時期を制約されるという問題があった。
【０００８】
また、筐体の内部に実装される機器の発熱は一様でなく、温度センサの取付け位置により測定値にバラツキが出るため、多数の位置での測定を行う必要があった。
【０００９】
さらには、屋外では時々刻々変化する自然風や日射に対する雲量の影響、筐体を設置した路面からの照り返し、設置場所に隣接する建物からの反射等種々の要素が混在した試験となり、再現性のある試験データを取得することが困難であるという課題があった。
【００１０】
一方、コンピュータによる熱流実験モデルの放熱性能評価は、膨大なパラメータを各々設定しながらシミュレーションを行っても、実物の変化と同じものを得ることは容易ではなかった。
【００１１】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、試験のための時期によらず、また自然環境や設置場所に起因する変動要素、内部発熱分布による変動要素を排除することができる筐体の放熱性能試験装置及び放熱性能評価方法を提供することを目的とする。
さらに、筐体面の方位、時間による日射量の変化も正しく反映できる筐体の放熱性能試験装置及び放熱性能評価方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る筐体の放熱性能試験装置は、屋外設置される装置の筐体の放熱性能を試験する試験装置であり、筐体の外表面を含む外表面近傍に配置され、太陽日射を模擬して筐体の特定の外表面に全体的に且つ均一に入熱する外部模擬発熱体と、筐体の内部に配置され筐体内部装置の発熱を模擬した発熱をする内部模擬発熱体と、外部模擬発熱体の発熱量を、筐体が実際に設置される場所の太陽日射による発熱量と同じとなるように制御する制御手段と、筐体の温度を計測する複数の温度測定手段と、温度測定手段の出力を蓄積するデータ蓄積手段とを備えている。
【００１３】
この発明に係る筐体の放熱性能評価方法は、屋外設置される装置の筐体の放熱性能を評価する放熱性能評価方法であって、太陽日射を模擬して該筐体の特定の外表面に全体的に且つ均一に入熱する外部模擬発熱体を、筐体の外表面を含む外表面近傍に配置し、筐体内部装置の発熱を模擬した発熱をする内部模擬発熱体を、筐体の内部に配置し、外部模擬発熱体の発熱量を、筐体が設置される実際の場所の太陽日射による発熱量と同じとなるように制御し、所定の位置に配置された複数の温度測定手段によって、筐体の表面、内部及び外部の温度をそれぞれ計測し、温度測定手段の計測した温度を時系列としてデータ蓄積手段に蓄積し、データ蓄積手段に蓄積されたデータを分析して筐体の放熱性能を評価する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１の筐体の放熱性能試験装置を示す斜視図である。図１において、本実施の形態の放熱性能試験装置は、放熱性能が試験される概略直方体状の筐体１の外表面に貼り付けられた外部模擬発熱体２と、筐体１の内部に収納された図示しない内部模擬発熱体と、外部模擬発熱体２を制御する制御手段としての電力制御部３と、筐体１の表面、内部及び外部にそれぞれ配置された温度測定手段としての複数の温度センサ４ａ，４ｂ，４ｃと、この温度センサ４ａ，４ｂ，４ｃの出力を記録するデータ蓄積手段としてのデータ収集部５を有している。尚、概略直方体状の筐体１は、設置される実際の場所に、図１の方位矢印で示すように設置されるものとする。すなわち、図１の手前側の１主面が真南を向くように設置される。
【００１５】
外部模擬発熱体２は、薄い平板状を成し、さらに詳細には、発熱抵抗の回路パターンが形成されたフィルムが極薄の基板に貼着されたもので、矩形の基板に蛇行する発熱抵抗の回路パターンが形成されている。この外部模擬発熱体２は、直方体の外観を成す筐体１の所定の１面に対して全体を覆うように複数枚が貼り付けられている。各面に貼り付けられた複数枚の外部模擬発熱体２は、それぞれ電気的に接続され、各面の外部模擬発熱体２群が、それぞれ電力制御部３に接続されている。
【００１６】
電力制御部３は、各面の外部模擬発熱体２群と電気的に接続され、外部模擬発熱体２の発熱量が、筐体１が実際に設置される実際の場所の太陽日射による発熱量と同じとなるように電力量を制御する。
【００１７】
３個の温度センサのうち、筐体１の表面に配設された温度センサ４ａは、筐体１の表面の温度を測定する。筐体１の内部に配設された温度センサ４ｂと筐体１の外部に配設された温度センサ４ｃとは、それぞれの位置の空気の温度を測定する。すなわち、温度センサ４ａ，４ｂ，４ｃは、筐体表面の温度、筐体内部空気の温度、筐体周囲空気の温度を測定する。
【００１８】
データ収集部５は、温度センサ４ａ，４ｂ，４ｃに接続されて、それぞれのセンサが計測したデータを時系列として蓄積する。
筐体１の内部には、実際に収納する機器の発熱に相当する模擬発熱体が実装されている。
【００１９】
図２は本実施の形態の内部模擬発熱体１０を示す筐体１の横断面図である。また、図３は模擬発熱カード７の斜視図である。内部模擬発熱体１０は、２列に並べて各列に複数枚が並設された模擬発熱カード７を有している。模擬発熱カード７は、図３に示されるように、シート状のヒータ７ａを貼り付けたプリント基板であり、コネクタ７ｂを経由して電源ユニット８からヒータ７ａに電力を供給し、所望の発熱体を得ることができる。内部模擬発熱体１０の両側部には、筐体１内の空気の温度を均一にする空気撹拌手段としてのファンユニット６が設けられている。このファンユニット６によって、筐体１内の空気は矢印Ｗのように循環して撹拌される。
【００２０】
次に動作について説明する。薄い平板状の外部模擬発熱体２を筐体１の表面に貼りつけ、各外部模擬発熱体２に電力を供給する電力線を直列に接続する。本実施の形態では、図１に示されるように、日射の影響が大きいと思われる天井面と南面に外部模擬発熱体２を貼り付けている。
【００２１】
外部模擬発熱体２の表面には、実際の筐体と同じ塗料を塗布し、熱放射率が実際の筐体と同じ値をとるようにする。発熱量Ｑｓｕｎは、想定される日射量の最大値Ｉｓｕｎ、筐体１の表面積Ｓ、筐体１の塗料により決定できる日射吸収率αから次式で計算できる。
【００２２】
Ｑｓｕｎ＝Ｉｓｕｎ×Ｓ×α
【００２３】
Ｑｓｕｎに相当する電力を電力制御部３から供給することにより、筐体１の表面が加熱され日射の影響を模擬することができる。
【００２４】
一方、筐体１の内部は、内部模擬発熱体１０により、実際に機器を実装した際の発熱条件を模擬することができる。そしてさらに、内部模擬発熱体１０は内部空気を攪拌するファンユニット６を備えているため、内部空気をほぼ一様の温度にすることができ、温度センサ４ｂの設定位置による測定値のバラツキを抑制することができる。
【００２５】
このような構成で、筐体１内部の空気温度の周囲空気からの上昇値を測定することにより、この筐体の放熱性能を試験することができる。
【００２６】
以上のように本実施の形態の筐体の放熱性能試験装置は、屋外設置される装置の筐体１の放熱性能を試験する試験装置であって、筐体１の外表面に配置され、太陽日射を模擬して筐体の特定の外表面に全体的に且つ均一に入熱する外部模擬発熱体２と、筐体１の内部に配置され筐体内部装置の発熱を模擬した発熱をする内部模擬発熱体１０と、外部模擬発熱体２の発熱量を、筐体１が実際に設置される場所の太陽日射による発熱量と同じとなるように制御する制御手段３と、筐体１の温度を計測する複数の温度測定手段４ａ，４ｂ，４ｃと、温度測定手段４ａ，４ｂ，４ｃの出力を蓄積するデータ蓄積手段５とを備えているので、試験のための時期によらず、また自然環境や設置場所に起因する変動要素、内部発熱分布による変動要素を排除することができる。
【００２７】
また、複数個の温度測定手段４ａ，４ｂ，４ｃが設けられ、これにより筐体１の表面、内部空間及び周囲空間の温度がそれぞれ計測されるので、筐体１内部の空気温度や筐体１の表面の温度の周囲空気に対する上昇値を容易に測定することができる。
【００２８】
さらに、外部模擬発熱体２は、平板状の発熱体であるので、太陽日射を模擬して筐体１の特定の外表面に全体的に且つ均一に入熱する構成を、容易に且つ安価に実現できるとともに、試験に要するスペースを小さなものとすることができる。また、この平板状の発熱体は、筐体１の外表面に貼り付け可能とされているので、発熱体を支持する支持部材等が必要なく、容易にセッティングが可能であるとともに、さらにコストダウンを図ることができる。
【００２９】
尚、本実施の形態の外部模擬発熱体２は、矩形の薄型平板状を成し、内部に蛇行する発熱抵抗の回路パターンが形成されており、筐体１の表面に貼り付けるタイプのものであるが、外部模擬発熱体としては、これに限られるものではない。例えば、筐体１の表面に貼り付けることが困難な場合は、若干離れた位置から筐体１の表面に熱を加えるようなものでもよく、或いはさらに離れた位置から筐体１に輻射光を浴びせるようなものであってもよい。しかしながら、いずれの場合も太陽日射を模擬するように、対象となる筐体が、例えば本実施の形態のように直方体のものである場合に、所定の一面に全体に均一に入熱できるようなものである必要がある。
【００３０】
実施の形態２．
図４はこの発明の実施の形態２の筐体の放熱性能試験装置を示す斜視図である。本実施の形態の対象とする筐体１１は、各外表面に日除け板１１ａ，１１ｂ，１１ｃを有する筐体である。筐体１１の内部には、実施の形態１と同じように内部模擬発熱体１０が実装されている。なお、図４は筐体１１の前面の日除け板を外した状態を図示している。本実施の形態の温度センサ４ａは、日除け板１１ｃ表面の温度を測定するようにされている。尚、概略直方体状の筐体１は、設置される実際の場所に、図４の方位矢印で示すように設置されるものとする。すなわち、図４の手前側の１主面が真南を向くように設置される。
【００３１】
上述の実施の形態１では、筐体１の天井と、南面だけに外部模擬発熱体２を貼り付け、日射最大量を供給する場合について述べたが、図４に示すように、筐体１１の底面を除く全ての面に外部模擬発熱体２を貼り付け、各面の日射量の変化に対応した電力を供給することにより、より正確な放熱性能試験が可能となる。
【００３２】
図５は晴れた日の日射量の日内変動の一例を示すグラフ図である。縦軸は、日射量の大きさを横軸は時間の経過を表している。図中５本の曲線は、東西南北及び水平面太陽の日射量に大きさを示すグラフ図である。本実施の形態においては、電力制御部３から、図５に示すような各面の日射量の時間変化（日内変化）に相当する電力を、各外表面に配置されたそれぞれの外部模擬発熱体２に供給することにより、より精度の高い放熱特性試験が可能となる。日射量の時間変化は、一例として、図６に示すような、太陽と筐体の位置関係から、算出モデルを利用することにより、容易に求めることができる。
【００３３】
実施の形態３．
図７はこの発明の実施の形態３の筐体の放熱性能試験装置を説明する筐体の横断面図である。図８は模擬発熱パーツの斜視図である。上述の上記実施の形態１では、内部模擬発熱体１０として、図３に示すようなプリントカード状の模擬発熱カード７を複数枚並設して搭載するもの使用したが、本実施の形態の内部模擬発熱体１０は、図８に示すような模擬発熱パーツ９を複数枚並設して搭載するものである。
【００３４】
模擬発熱パーツ９は、矩形枠状の枠体９ｂの内部に、枠体９ｂを含む面内を蛇行するように折り曲げられたワイヤ状のヒータ９ａが設けられた構造を成す。そして、この並設された模擬発熱パーツ９に外部の電力制御部３より電力を供給して発熱させる。
【００３５】
内部模擬発熱体１０の両側部には、実施の形態１と同じように空気撹拌手段としてのファンユニット６が設けられているので、筐体１内の空気は矢印Ｗのように循環して撹拌される。このとき、模擬発熱パーツ９内には、図８の点線矢印のように空気が流通する。
【００３６】
このような構成の内部模擬発熱体１０においては、発熱体としてワイヤ状のヒータ９ａを折り曲げたものを使用するので、発熱体の構造を簡略化でき、コスト的にも安価な試験装置とすることができる。
【００３７】
【発明の効果】
この発明に係る筐体の放熱性能試験装置は、屋外設置される装置の筐体の放熱性能を試験する試験装置であり、筐体の外表面を含む外表面近傍に配置され、太陽日射を模擬して筐体の特定の外表面に全体的に且つ均一に入熱する外部模擬発熱体と、筐体の内部に配置され筐体内部装置の発熱を模擬した発熱をする内部模擬発熱体と、外部模擬発熱体の発熱量を、筐体が実際に設置される場所の太陽日射による発熱量と同じとなるように制御する制御手段と、筐体の温度を計測する複数の温度測定手段と、温度測定手段の出力を蓄積するデータ蓄積手段とを備えているので、屋外に設置する筐体の放熱特性試験が屋内でも実施でき、試験の時期によらず、また自然環境や設置場所に起因する変動要素、内部発熱分布による変動要素を排除した筐体の放熱性能試験装置とすることができる。
【００３８】
この発明に係る筐体の放熱性能評価方法は、屋外設置される装置の筐体の放熱性能を評価する放熱性能評価方法であって、太陽日射を模擬して筐体の特定の外表面に全体的に且つ均一に入熱する外部模擬発熱体を、筐体の外表面を含む外表面近傍に配置し、筐体内部装置の発熱を模擬した発熱をする内部模擬発熱体を、筐体の内部に配置し、外部模擬発熱体の発熱量を、筐体が設置される実際の場所の太陽日射による発熱量と同じとなるように制御し、所定の位置に配置された複数の温度測定手段によって、筐体の表面、内部及び外部の温度をそれぞれ計測し、温度測定手段の計測した温度を時系列としてデータ蓄積手段に蓄積し、データ蓄積手段に蓄積されたデータを分析して筐体の放熱性能を評価するので、試験のための時期によらず、また自然環境や設置場所に起因する変動要素、内部発熱分布による変動要素を排除して、筐体の放熱性能を評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１の筐体の放熱性能試験装置を示す斜視図である。
【図２】この発明の実施の形態１の内部模擬発熱体を示す筐体の横断面図である。
【図３】この発明の実施の形態１の内部模擬発熱体の構成要素の模擬発熱カードの斜視図である。
【図４】この発明の実施の形態２の筐体の放熱性能試験装置を示す斜視図である。
【図５】晴れた日の日射量の日内変動の一例を示すグラフ図である。
【図６】太陽と筐体の位置関係から日射量の時間変化を求める算出モデルの一例を説明する説明図である。
【図７】この発明の実施の形態３の筐体の放熱性能試験装置を説明する筐体の横断面図である。
【図８】この発明の実施の形態３の内部模擬発熱体の模擬発熱パーツの斜視図である。
【符号の説明】
１  筐体、２  外部模擬発熱体、３  電力制御部（制御手段）、４ａ，４ｂ，４ｃ  温度センサ（温度測定手段）、５  データ収集部（データ蓄積手段）、６ファンユニット（空気撹拌手段）、７  模擬発熱カード、７ｂ  コネクタ、７ａ  ヒータ、８  電源ユニット、９  模擬発熱パーツ、９ａ  ヒータ、９ｂ  枠体、１０  内部模擬発熱体、１１  筐体、１１ａ，１１ｂ，１１ｃ  日除け板。
【図１】
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【図２】
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【図３】
2004279180.tif 000005
【図４】
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【図５】
2004279180.tif 000007
【図６】
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【図７】
2004279180.tif 000009
【図８】
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