(57)【要約】【課題】発熱量が大きく、かつ空間的配置が制限される電源部の部品の発熱が効果的に除去され、安定して運転できるものを得る。【解決手段】筐体１の内部を外気が流通する第１の空間３と密閉された防雨構造の第２の空間４とに区画し、圧縮機１１や膨張機１２を第１の空間３の風洞内部空間３ａに、また被冷却体を収納する真空容器１３や電源１５、増幅器１６等の電気関係部品を第２の空間４に収納するものにおいて、発熱の大きい増幅器１６の固定板１７Ａに受熱ブロック２０を熱的に連結するとともに、第１の空間に風洞５の壁面の一部を構成するように放熱ブロック２１を配置し、受熱ブロック２０と放熱ブロック２１との管に熱輸送体２２を組込む。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機と膨張機と被冷却体を収納する真空容器とを備える冷凍機と、これらを運転制御する電源部を同一筐体内に収納して構成される極低温冷却装置で、筐体内が、ファンにより外気が流通するよう構成された第１の空間と、密閉された防雨構造の第２の空間とに仕切り板によって区画され、第１の空間の内側に外気の流通方向に延伸する風洞が筐体の壁面から空隙を介して配設され、第１の空間の前記風洞の内部に前記の圧縮機と膨張機が収納され、第２の空間に前記の真空容器と電源部が収納される極低温冷却装置において、
電源部を構成する発熱要素に熱的に連結された受熱ブロックと、第１の空間に前記風洞の壁面の一部を形成するよう配設された放熱ブロックと、前記受熱ブロックと前記放熱ブロックとの間に前記仕切り板を水密に貫通して配設された少なくとも１本の熱輸送体とを備えたことを特徴とする極低温冷却装置。
【請求項２】
前記放熱ブロックの風洞の内壁側を形成する放熱面が、外気の流通方向に平行に伸びる複数の溝からなる凹凸面を備えていることを特徴とする請求項１に記載の極低温冷却装置。
【請求項３】
前記放熱ブロックの風洞の外壁側を形成する放熱面が、鉛直方向に平行に伸びる複数の溝からなる凹凸面を備え、かつ、前記筐体が、複数の溝の下端の下部に近接して外気導入口を備え、複数の溝の上端より上部に外気排出口を備えていることを特徴とする請求項１に記載の極低温冷却装置。
【請求項４】
圧縮機と膨張機と被冷却体を収納する真空容器とを備える冷凍機と、これらを運転制御する電源部を同一筐体内に収納して構成される極低温冷却装置で、筐体内が、ファンにより外気が流通するよう構成された第１の空間と、密閉された防雨構造の第２の空間とに仕切り板によって区画され、第１の空間の内側に外気の流通方向に延伸する風洞が筐体の壁面から空隙を介して配設され、第１の空間の前記風洞の内部に前記の圧縮機と膨張機が収納され、第２の空間に前記の真空容器と電源部が収納される極低温冷却装置において、
電源部を構成する発熱要素に熱的に連結された空冷式放熱器を備え、かつ、筐体の外部より外気を吸引するファンと、ファンにより吸引された外気を前記放熱器へ気密に導く吸気接続管と、放熱要素を冷却した後の空気を筐体の外部へ気密に導く排気接続管とを備えたことを特徴とする極低温冷却装置。
【請求項５】
前記の吸気接続管と排気接続管が、屈曲自在に成形された接続管よりなることを特徴とする請求項４に記載の極低温冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば極低温域で使用されるセンサーや移動体通信基地局用通信フィルター等を小型冷凍機により冷却して用いる極低温冷却装置、特に屋外据え付け用等の筐体に一体に組込んで用いる極低温冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
移動体通信基地局用通信フィルター等を小型冷凍機により冷却して用いる極低温冷却装置としては、例えば本願発明者らによる特願２００２−０５０７６９号に記載の極低温冷却装置がある。図１１〜１３は、この種の極低温冷却装置の構成図で、図１１は内部正面図、図１２は、図１１のＡ−Ａから見た断面図、図１３は、図１１のＢ−Ｂから見た断面図である。また、図１１は、図１２のＣ−Ｃより見た断面図に相当する。なお、これらの構成図においては、電源部の構成要素である増幅器の冷却構成が特に詳しく示されている。
【０００３】
図に見られるように、この種の極低温冷却装置は、構成要素を防雨構造の筐体１の内部に収納して屋外据え付けに耐えるよう構成されている。すなわち、筐体１の内部は仕切り板２によって、ファン７により外気が流通するよう構成された第１の空間３と密閉された防雨構造の第２の空間４とに区画され、さらに第１の空間３は、筐体の壁面から空隙を介して配設された風洞５によって、風洞内部空間３ａと風洞外部空間３ｂとに区画されている。移動体通信基地局用通信フィルター等を冷却する冷凍機の構成要素のうち多大な発熱を伴う圧縮機１１と膨張機１２は上記の第１の空間３の風洞内部空間３ａに配置されており、被冷却体を収納する真空容器１３と、電源１４、電子部品１５等の運転制御に用いられる電源部は防雨構造の第２の空間４の内部に収納され、気密に保持されている。
【０００４】
上記のごとく構成することによって、圧縮機１１と膨張機１２はファン７により風洞５の内部に導入される外気によって効果的に除熱され、また風洞５の設置により直射日光の輻射熱による圧縮機１１と膨張機１２の加熱が回避され、冷凍機が効率よく運転される。
また、防雨構造の第２の空間４の内部に収納された電源部に含まれる発熱要素においては、例示した増幅器１６のごとく、発熱を生じる増幅器１６を良熱伝導性材料からなる固定板１７に熱的に固定し、この固定板１７を図１３に見られるように筐体１の壁面に熱的に連結することによって、熱伝導により発熱を筐体１の外部へ取出すよう構成されている。
【０００５】
【特許文献１】
特願２００２−０５０７６９号
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のごとく、従来のこの種の極低温冷却装置においては、多大な発熱を伴う圧縮機１１と膨張機１２を風洞内部空間３ａに配置してファン７により冷却し、防雨構造の第２の空間４の内部に収納された電源部の発熱は発熱要素を熱的に連結した固定板を介しての熱伝導によって筐体１の外部へ除去することによって、各部の温度を規定温度に保持する方式が採られている。
しかしながら、第２の空間４に収納される電源部の発熱要素が前述の増幅器１６のごとく小型で発熱量の多い発熱要素の場合には、固定板１７を介しての熱伝導量を大きくしないと発熱要素の温度が局部的に規定温度以上に上昇する恐れがあるので断面積の大きい固定板１７を用いる必要がある。また、特にこの種の極低温冷却装置においては、上記の増幅器１６は保守部品であり、定期的な交換を容易にするために、図１２，１３に見られるごとく筐体１の前面の扉１ａに近接して配置する必要がある。このように空間的制約が加わると発熱要素から筐体１の放熱面までの距離が長くなり、所定の熱伝導量を得るには断面積の極めて大きな固定板１７が必要となる。しかしながら、このように長尺で太い固定板１７を配置することは空間的に限界があり、また重量も過大となる。したがって、この固定板１７の熱伝導による熱輸送量には限界があり、これらの発熱要素の温度を規定温度に抑えることが困難となるという問題点があった。
【０００７】
本発明の目的は、電源部に小型で発熱量が大きく、さらには空間的配置が制限される発熱要素が存在しても、その発熱が効果的に除去され、温度上昇が低く抑えられて安定して運転できる極低温冷却装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明においては、
圧縮機と膨張機と被冷却体を収納する真空容器とを備える冷凍機と、これらを運転制御する電源部を同一筐体内に収納して構成される極低温冷却装置で、筐体内が、ファンにより外気が流通するよう構成された第１の空間と、密閉された防雨構造の第２の空間とに仕切り板によって区画され、第１の空間の内側に外気の流通方向に延伸する風洞が筐体の壁面から空隙を介して配設され、第１の空間の風洞の内部に圧縮機と膨張機が収納され、第２の空間に真空容器と電源部が収納される極低温冷却装置において、
（１）電源部を構成する発熱要素に熱的に連結された受熱ブロックと、第１の空間に風洞の壁面の一部を形成するよう配設された放熱ブロックと、受熱ブロックと放熱ブロックとの間に仕切り板を水密に貫通して配設された少なくとも１本の熱輸送体を備えることとする。
【０００９】
（２）さらに、上記の放熱ブロックの風洞の内壁側を形成する放熱面に、外気の流通方向に平行に伸びる複数の溝からなる凹凸面を備えることとする。
（３）また、上記の放熱ブロックの風洞の外壁側を形成する放熱面に、鉛直方向に平行に伸びる複数の溝からなる凹凸面を備え、かつ、筐体に、複数の溝の下端の下部に近接して外気導入口を備え、複数の溝の上端より上部に外気排出口を備えることとする。
（４）あるいは、電源部を構成する発熱要素に熱的に連結された空冷式放熱器を備え、かつ、筐体の外部より外気を吸引するファンと、ファンにより吸引された外気を空冷式放熱器へ気密に導く吸気接続管と、放熱要素を冷却した後の空気を筐体の外部へ気密に導く排気接続管とを備えることとする。
【００１０】
（５）さらに、上記の吸気接続管と排気接続管を、屈曲自在に成形された接続管によって形成することとする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の極低温冷却装置の実施の形態を図面を用いて詳しく説明する。
＜実施例１＞
図１は、本発明の極低温冷却装置の第１の実施例の構成を示す側面図である。また、図２は本実施例の極低温冷却装置を図１のＤ−Ｄより見た断面図である。なお、これらの図においては、図１１〜１３に示した従来例の極低温冷却装置の構成要素と同一の機能を有する構成要素には同一符号が付されており、重複する説明は省略する。
【００１２】
本実施例の構成の特徴は、仕切り板２で区画された第２の空間４に収納された電源部のうちで特に発熱密度の高い増幅器１６の放熱構成にあり、従来例では、既に述べたように、増幅器１６を熱的に固定した固定板１７を筐体１の壁面に熱的に連結して熱伝導により発熱を筐体１の外部へ取出すよう構成されていたのに対して、本実施例の構成では、増幅器１６に熱的に連結された受熱ブロック２０と、第１の空間３に配された風洞５の壁面の一部を形成するよう配置された放熱ブロック２１と、これらを連結する熱輸送体２２とによって増幅器１６の発熱が除去されている。
【００１３】
すなわち、本実施例の構成では、増幅器１６を熱的に固定した小型の固定板１７Ａの裏面に熱伝導性グリース等の伝熱部材を介して受熱ブロック２０が連結されている。この受熱ブロック２０の挿入孔に一端を挿入、固定された熱輸送体２２は、鉛直方向に取り出され、仕切り板２を水密に貫通して第１の空間３に導かれ、放熱ブロック２１の挿入孔に他端を挿入、固定されている。放熱ブロック２１は風洞５の壁面の一部を形成するよう配置されており、風洞５の内壁面の一部を形成する放熱ブロック２１の第１の放熱面２３には、風洞５の内部を流れる外気の流通方向に平行に伸びる複数の溝からなる凹凸面が備えられている。
【００１４】
本構成では、増幅器１６で生じた発熱は、固定板１７Ａを介して受熱ブロック２０に伝熱され、さらに熱輸送体２２を介して放熱ブロック２１へと伝導されたのち、放熱ブロック２１の第１の放熱面２３から風洞５の内部を流れる外気へと伝熱される。したがって、第１の放熱面２３は強制空冷されるので放熱効率が高く、かつ図２に見られるように放熱面積を極めて広くとることができるので効果的に放熱される。特に本実施例の構成のごとく、第１の放熱面２３を外気の流通方向に平行に伸びる複数の溝からなる凹凸面として形成すれば一層高い放熱効率が得られることとなる。また、本構成では、熱輸送体２２は鉛直方向に延伸させればよいので、従来例に比べて短尺でよく、小型化が可能となる。
【００１５】
＜実施例２＞
図３は、本発明の極低温冷却装置の第２の実施例の構成を示す側面図である。また、図４は本実施例の極低温冷却装置を図３のＥ−Ｅより見た断面図である。なお、これらの図においても、図１、２、１１〜１３の極低温冷却装置の構成要素と同一の機能を有する構成要素には同一符号が付されている。
本実施例の第１の実施例との相違点は、風洞５の壁面の一部を形成するよう配置された放熱ブロック２１Ａの風洞５の外壁側に位置する第２の放熱面２４に、鉛直方向に伸びる複数の溝からなる凹凸面が備えられていること、さらに、筐体１のこれらの複数の溝の下端に近接する位置に外気導入口２６が備えられ、かつ筐体１のこれらの複数の溝の上端より上部に外気排出口２７が備えられていることにある。
【００１６】
上記のごとく放熱ブロック２１Ａの第２の放熱面２４を鉛直方向に伸びる複数の溝からなる凹凸面とし、筐体１に外気導入口２６と外気排出口２７を設けた構成においては、第２の放熱面２４の温度が上昇すると自然対流が生じて外気導入口２６から導入された外気に熱が輸送され、温度の上昇した外気は外気排出口２７より筐体１の外部へ排出される。したがって、第２の実施例の構成においては、増幅器１６で生じた発熱は、第１の実施例の構成の場合と同様に、固定板１７Ａ、受熱ブロック２０、熱輸送体２２を介して放熱ブロック２１へと伝導され、放熱ブロック２１の第１の放熱面２３から風洞５の内部を流れる外気へと伝熱されるばかりでなく、第２の放熱面２４より外気へと伝熱されることとなるので、第１の実施例の構成より一層高い放熱効率が得られる。
【００１７】
なお、直射日光が風洞５の上面に直接あたると内部の圧縮機１１や膨張機１２の運転状態が阻害されるので、上部に備える外気排出口２７は、例えば図３の構成のごとく上部にカバーがある構成がよい。
＜実施例３＞
図５は、本発明の極低温冷却装置の第３の実施例の構成を示す内部正面図である。また、図６は本実施例の極低温冷却装置を図５のＦ−Ｆより見た断面図、図７は本実施例の極低温冷却装置を図５のＧ−Ｇ、図６のＨ−Ｈより見た断面図である。これらの図においても、図１１〜１３の極低温冷却装置の構成要素と同一の機能を有する構成要素には同一符号が付されている。
【００１８】
本実施例の特徴は、第２の空間４に収納された電源部のうちで特に発熱密度の高い増幅器１６Ａ、１６Ｂの放熱構成、ならびに電源１４の放熱構成にある。図５〜７に見られるごとく、発熱を伴う増幅器１６Ａ、１６Ｂならびに電源１４には、それぞれ空冷式放熱器３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃが取付けられ、これらの吸気口に吸気接続管４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃが、また、排気口には排気接続管４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃが連結されている。吸気接続管４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃの他端は筐体１の底部に設けられた外部へと開口する吸気マニホールド５１へと連結され、排気接続管４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃの他端は同じく筐体１の底部に設けられた外部へと開口する排気マニホールド５２へと連結されており、排気マニホールド５２に近接して外気を導入するファン６０が設置されている。
【００１９】
図８は、本実施例の極低温冷却装置に組込まれている空冷式放熱器３０Ａ，３０Ｂの分解斜視図であり、図９の（ａ）はその側面断面図、（ｂ）はその正面断面図である。図８に見られるごとく、空冷式放熱器３０Ａ，３０Ｂは、発熱体固定面３１の裏面に備えたフィン構造の放熱面３２を放熱器風洞３３中に挿入、組込んで構成されている。本構成の空冷式放熱器においては、図９（ｂ）に見られるごとく、放熱器風洞３３の上部に備えた吸気口３４より吸引した外気を放熱面３２に導いて熱交換させ、下部に備えた排気口３５より排出することによって、発熱体固定面３１に固定した増幅器１６Ａ，１６Ｂの発熱が外部に排出され、増幅器１６Ａ，１６Ｂの温度が所定の動作温度に保持される。
【００２０】
図１０は、本実施例の極低温冷却装置の空冷式放熱器３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃの通気系統の構成を簡略化して示したブロック図である。冷凍機の電源が投入されると、ファン６０が作動して外部より吸気マニホールド５１へと外気が吸引される。吸引された外気は、分流して吸気接続管４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃを通流し、それぞれの吸気口より空冷式放熱器３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃに導入される。空冷式放熱器３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃにおいて、増幅器１６Ａ、１６Ｂ、あるいは電源１４からの熱を受けて温度上昇した外気は、各排気口より排気接続管４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃを通して排気マニホールド５２へと導かれ、一括して外部へと排出される。
【００２１】
本実施例の極低温冷却装置に組込まれている吸気接続管４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ、ならびに排気接続管４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃは、屈曲自在に形成された接続管であるため、これら接続管の空間配置の自由度が高く、小型化が必要なこの種の極低温冷却装置には特に有効である。なお、この実施例では、金属製のフレキシブルチューブを用いてこの屈曲自在な接続管を構成しているが、例えばビニールやシリコン等の樹脂から屈曲自在な接続管を構成してもよい。
また、外部からの雨水の侵入を避ける必要があるので、吸気マニホールド５１および排気マニホールド５２は本実施例のごとく底面に設置するのがよく、また、付着した水滴を吸引する危険性を回避するためには、本実施例のごとく底面より底上げして設置するのがよい。
【００２２】
なお、以上に示した実施例のうち、第１、第２の実施例では、それぞれ１個の増幅器の放熱構成を例示し、また第３の実施例では、２個の増幅器と１個の電源との放熱構成を例示したが、本発明において放熱の対象となる発熱体はこれらの増幅器や電源に限定されるものではなく、また個数も限定されるものではない。
【００２３】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、
圧縮機と膨張機と被冷却体を収納する真空容器とを備える冷凍機と、これらを運転制御する電源部を同一筐体内に収納して構成される極低温冷却装置で、筐体内が、ファンにより外気が流通するよう構成された第１の空間と、密閉された防雨構造の第２の空間とに仕切り板によって区画され、第１の空間の内側に外気の流通方向に延伸する風洞が筐体の壁面から空隙を介して配設され、第１の空間の風洞の内部に圧縮機と膨張機が収納され、第２の空間に真空容器と電源部が収納される極低温冷却装置を、
（１）請求項１に記載のごとく、さらには請求項２あるいは請求項３に記載のごとく構成することとしたので、小型で発熱量が大きく、さらには空間的配置が制限される発熱要素が電源部に存在するものにあっても、その発熱が効果的に除去され、温度上昇が低く抑えられて安定して運転できる極低温冷却装置が得られることとなった。
【００２４】
（２）また、請求項４に記載のごとく、さらには請求項５に記載のごとく構成することとすれば、発熱要素の発熱が極めて効果的に放熱されることとなるので、小型で発熱量が大きく、さらには空間的配置が制限される発熱要素が電源部に存在するものにあっても、その温度上昇が低く抑えられて安定して運転できる極低温冷却装置として好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の極低温冷却装置の第１の実施例の構成を示す側面図
【図２】第１の実施例の極低温冷却装置を図１のＤ−Ｄより見た断面図
【図３】本発明の極低温冷却装置の第２の実施例の構成を示す側面図
【図４】第２の実施例の極低温冷却装置を図３のＥ−Ｅより見た断面図
【図５】本発明の極低温冷却装置の第３の実施例の構成を示す内部正面図
【図６】第３の実施例の極低温冷却装置を図５のＦ−Ｆより見た断面図
【図７】第３の実施例の極低温冷却装置を図５のＧ−Ｇ、図６のＨ−Ｈより見た断面図
【図８】第３の実施例の極低温冷却装置に組込まれている空冷式放熱器の分解斜視図
【図９】第３の実施例の極低温冷却装置に組込まれている空冷式放熱器の構造図で、（ａ）は側面断面図、（ｂ）は正面断面図
【図１０】第３の実施例の極低温冷却装置の空冷式放熱器の通気系統の構成を簡略化して示したブロック図
【図１１】従来のこの種の極低温冷却装置の構成を示す内部正面図
【図１２】図１１の極低温冷却装置をＡ−Ａから見た断面図
【図１３】図１１の極低温冷却装置をＢ−Ｂから見た断面図
【符号の説明】
１    筐体
２    仕切り板
３    第１の空間
４    第２の空間
５    風洞
７    ファン
１１    圧縮機
１２    膨張機
１３    真空容器
１４    電源
１５    電子部品
１６，１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ    増幅器
１７Ａ    固定板
２０    受熱ブロック
２１    放熱ブロック
２２    熱輸送体
２３    第１の放熱面
２４    第２の放熱面
２６    外気導入口
２７    外気排出口
３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ    空冷式放熱器
４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ    吸気接続管
４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃ    排気接続管
５１    吸気マニホールド
５２    排気マニホールド
６０    ファン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2004251516.tif 000013
【図１２】
2004251516.tif 000014
【図１３】
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