(57)【要約】【課題】冷却システムの製造原価上昇を抑制しながら、第１発熱体の発熱量が低下した際に第２発熱体を十分に冷却する。【解決手段】正常稼働時には室外熱交換器８にて外気で冷却された熱媒体を補助冷却器１７に循環させて第２発熱体３の冷却を補助する。冷凍機４に異常が発生したときには、バルブ１４ｂ、１４ｄを作動させて、第１集熱器２ａにて加熱された熱媒体をバイパス回路１６を経由して直接に室外熱交換器８に導き、第１発熱体２の冷却を行う。これにより、新たな冷却手段を設けることなく、第１発熱体２の発熱量が低下して冷凍機４で発生する冷凍能力が低下した場合であっても、塵埃を多量に含む外気中に第２発熱体３を直接に晒すことなく第２発熱体３を冷却することができる。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１発熱体（２）から吸熱し、その吸熱した熱により稼働する第１冷却手段（４）によって第２発熱体（３）を冷却するとともに、前記第１冷却手段（４）が故障したときに、前記第１発熱体（２）を冷却する第２冷却手段（８、１４ｂ、１４ｄ、１６）を有する発熱体の冷却システムにおいて、
前記第１冷却手段（４）が正常稼動している場合に、前記第２冷却手段（８、１４ｂ、１４ｄ、１６）にて前記第２発熱体（３）を冷却することができるように構成されていることを特徴とする発熱体の冷却システム。
【請求項２】
第１発熱体（２）から吸熱し、その吸熱した熱により稼働する第１冷却手段（４）によって第２発熱体（３）を冷却する発熱体の冷却システムにおいて、
第３発熱体（１９）を冷却する第２冷却手段（８、１４ｂ、１４ｄ、１６）を有し、
前記第１冷却手段（４）が故障したときに、前記第１発熱体（２）を前記第２冷却手段（８、１４ｂ、１４ｄ、１６）にて冷却することを特徴とする発熱体の冷却システム。
【請求項３】
前記第２冷却手段（８、１４ｂ、１４ｄ、１６）は、吸熱した熱を熱媒体を介して前記第１、２発熱体（２、３）が収納された空間外に放出することを特徴とする請求項１又は２に記載の発熱体の冷却システム。
【請求項４】
前記第１冷却手段（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り、
さらに、前記吸着剤が封入された吸着器（５）は、前記空間内に収納されていることを特徴とする請求項３に記載の発熱体の冷却システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の発熱体を有するシステムにおいて、これら複数の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】
従来の発熱体の冷却システムは、第１発熱体から吸熱し、その吸熱した熱により稼働する吸着式冷凍機によって第２発熱体を冷却している（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−１００８９１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、第１発熱体の発熱量が低下すると、吸着式冷凍機で発生する冷凍能力が低下するため、上記発明において、第１発熱体の発熱量が低下すると、第２発熱体を十分に冷却することができなくなるおそれがある。
【０００５】
これに対しては、例えば外気を導入することにより直接に外気にて第２発熱体を冷却する手段が考えられるが、一般的に、電子機器や電気機器等の発熱体は耐塵埃性が低いので、塵埃を多量に含む外気中に電子機器や電気機器等を直接に晒すことは行うべきでない。
【０００６】
しかし、第１発熱体の発熱量低下に備えた専用の冷却手段を別途設けると、冷却システムの製造原価上昇を招いてしまう。
【０００７】
また、第１、２発熱体と耐熱温度が異なる第３発熱体が存在する場合において、第３発熱体を冷却するためだけの冷却手段を別途設けると、冷却システムの製造原価上昇を招いてしまう。
【０００８】
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、冷却システムの製造原価上昇を抑制しながら、第１発熱体の発熱量が低下した際に第２発熱体を十分に冷却し、第３には、冷却システムの製造原価上昇を抑制しながら、第３発熱体を冷却することを目的とする。
【０００９】
【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、第１発熱体（２）から吸熱し、その吸熱した熱により稼働する第１冷却手段（４）によって第２発熱体（３）を冷却するとともに、第１冷却手段（４）が故障したときに、第１発熱体（２）を冷却する第２冷却手段（８、１４ｂ、１４ｄ、１６）を有する発熱体の冷却システムにおいて、第１冷却手段（４）が正常稼動している場合に、第２冷却手段（８、１４ｂ、１４ｄ、１６）にて第２発熱体（３）を冷却することができるように構成されていることを特徴とする。
【００１０】
これにより、新たな冷却手段を設けることなく、第１発熱体（２）の発熱量が低下して第１冷却手段（４）で発生する冷凍能力が低下した場合であっても、塵埃を多量に含む外気中に第２発熱体（３）を直接に晒すことなく第２発熱体（３）を冷却することができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明では、第１発熱体（２）から吸熱し、その吸熱した熱により稼働する第１冷却手段（４）によって第２発熱体（３）を冷却する発熱体の冷却システムにおいて、第３発熱体（１９）を冷却する第２冷却手段（８、１４ｂ、１４ｄ、１６）を有し、第１冷却手段（４）が故障したときに、第１発熱体（２）を第２冷却手段（８、１４ｂ、１４ｄ、１６）にて冷却することを特徴とする。
【００１２】
これにより、冷却システムの信頼性を高めつつ、新たな冷却手段を設けることなく、第３発熱体（１９）を冷却することができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明では、第２冷却手段（８、１４ｂ、１４ｄ、１６）は、吸熱した熱を熱媒体を介して第１、２発熱体（２、３）が収納された空間外に放出することを特徴とするものである。
【００１４】
請求項４に記載の発明では、第１冷却手段（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り、さらに、吸着剤が封入された吸着器（５）は、空間内に収納されていることを特徴とするものである。
【００１５】
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。
【００１６】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
本実施形態は、本発明に係る冷却システムを携帯電話基地局（以下、基地局と略す。）１内の電子機器の冷却に適用したものである。
【００１７】
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と、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、電気変換器及びモデム等からなる第２発熱体３と、両発熱体２、３を冷却する冷凍機４（一点鎖線で囲まれた部分）とが設けられている。なお、両発熱体２、３は単独で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。
【００１８】
ここで、第１冷却手段をなす冷凍機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、吸着式冷凍機（冷凍機４）について述べる。
【００１９】
なお、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ている。
【００２０】
また、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７とが収納されている。
【００２１】
因みに、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。
【００２２】
なお、本実施形態に係る冷凍機４は、複数個の吸着器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。
【００２３】
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、ｂは第２吸着器５ｂ内の熱交換器であることを示し、紙面右側の吸着器５ａを以下、第１吸着器５ａと呼び、紙面左側の吸着器５ｂを以下、第２吸着器５ｂと呼ぶ。
【００２４】
室外熱交換器８は携帯電話基地局１の建物外に配設されて熱媒体と室外空気（放熱対象）とを熱交換するものであり、この室外熱交換器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、第１放熱器８ａは第２放熱器８ｂより冷却風流れ上流側に設けられている。
【００２５】
また、第１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ものであり、第２集熱器、つまり冷却器３ａは冷凍機４にて冷却された熱媒体と第２発熱体３に吹き付けられる冷却風とを熱交換してこの冷却風を冷却する熱交換器である。
【００２６】
バルブ９ａ〜９ｅは熱媒体流れを切り替えるロータリ式バルブであり、ポンプ１０ａ〜１０ｄは熱媒体を循環させるものである。
【００２７】
また、バイパス回路１６は、冷凍機４が故障したときに、第１集熱器２ａにて加熱された熱媒体をバルブ９ａ〜９ｄを迂回して直接に室外熱交換器８に導く熱媒体通路であり、バルブ１４ｂ、１４ｄはバイパス回路１６に熱媒体を循環させる場合と循環させない場合とを切替制御する三方バルブであり、リザーブタンク１５は、冷却システム内を熱媒体量を補給又は余剰熱媒体を蓄える熱媒体タンクである。
【００２８】
補助冷却器１７は媒体回路１７ａを介してバイパス回路１６に接続された熱交換器であり、本実施形態では、冷凍機４に故障が発生していない正常稼働時には、室外熱交換器８にて外気で冷却された熱媒体を補助冷却器１７に導いて第２発熱体３の冷却を補助するものである。
【００２９】
具体的には、図２に示すように、第２発熱体３の下方側に冷却器３ａを配置し、第２発熱体３の上方側に補助冷却器１７及び送風機１８を配置するとともに、第２発熱体３を通過した直後の高温空気を補助冷却器１７にて冷却し、補助冷却器１７にて冷却された空気を冷却器３ａにて更に冷却して第２発熱体３に供給することにより、第２発熱体３の冷却を補助するものである。
【００３０】
なお、本実施形態では、冷却器３ａ、補助冷却器１７及び第２発熱体３を覆うような壁部材を構成するラック３ｂにより冷却風が第２発熱体３を迂回して流れることを防止して第２発熱体３を確実に冷却するようにしている。
【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】
なお、本実施形態に係る冷却システムの基本的作動は、特開２００２−１００８９１号公報に記載の発明と同様であるので、基本的作動の説明は省略する。
【００３３】
１．正常稼働時
室外熱交換器８にて外気で冷却された熱媒体を補助冷却器１７に循環させて第２発熱体３の冷却を補助する。
【００３４】
これにより、新たな冷却手段を設けることなく、第１発熱体２の発熱量が低下して冷凍機４で発生する冷凍能力が低下した場合であっても、塵埃を多量に含む外気中に第２発熱体３を直接に晒すことなく第２発熱体３を冷却することができる。
【００３５】
２．冷凍機４に異常が発生したとき
何らかの理由によりバルブ９ａ〜９ｅに作動不良が発生する等して冷凍機４に異常が発生したときには、バルブ１４ｂ、１４ｄを作動させて、第１集熱器２ａにて加熱された熱媒体をバイパス回路１６を経由して直接に室外熱交換器８に導き、第１発熱体２の冷却を行う。
【００３６】
なお、この作動説明から明らかなように、本実施形態では、バイパス回路１６、室外熱交換器８及びバルブ１４ｂ、１４ｄにより「特許請求の範囲」に記載された第２冷却手段が構成されている。
【００３７】
因みに、冷却システム内の機器に作動不良が発生したときには、電話回線等の通信手段により冷却システムを管理する管理会社等に作動不良が発生した旨が自動的に伝達されるように構成されており、作動不良が発生したときには、サービス員がその作動不良が発生した冷却システムの修理を行う。
【００３８】
これにより、冷凍機４に作動不良が発生した際に第１発熱体２を冷却することができるので、冷却システムの信頼性を高めることができる。
【００３９】
なお、本実施形態では、冷凍機４に異常が発生したときには、第１集熱器２ａと室外熱交換器８との間のみで熱媒体を循環させたが、第１集熱器２ａ及び補助冷却器１７と室外熱交換器８との間で熱媒体を循環させてもよいことは言うまでもない。
【００４０】
（第２実施形態）
第１実施形態では、第２冷却手段をなすバイパス回路１６及び室外熱交換器８等にて第２発熱体３の冷却を補助していたが、本実施形態は、図３に示すように、正常稼働時には、バイパス回路１６及び室外熱交換器８等からなる第２冷却手段にて第３発熱体１９を冷却し、冷凍機４に異常が発生したときには、第１集熱器２ａにて加熱された熱媒体をバイパス回路１６を経由して直接に室外熱交換器８に導き、第１発熱体２の冷却を行うものである。
【００４１】
なお、第３発熱体１９は、第２発熱体３より耐熱温度が高く、かつ、第１発熱体２より発熱量が小さいものであり、具体的には、第１発熱体２はパワートランジスタ等のパワー素子であり、第３発熱体１９はＤＣ−ＤＣコンバータや電解コンデンサ等のパワートランジスタに比べて耐熱温度が低い電子機器である。
【００４２】
因みに、図４は第１発熱体２及び第３発熱体１９用の集熱器を示す図であり、アルミニウム又は銅等の熱伝導率が高い金属製の集熱ブロック２０は、第１発熱体２及び第３発熱体１９で発生した熱を速やかに伝達するシリコングリース等の熱伝導グリースを介して第１発熱体２及び第３発熱体１９に圧着しているとともに、熱媒体が循環する通路が内部に形成されている。
【００４３】
また、集熱ブロック２０のうち第１発熱体２が圧着された部位と第３発熱体１９が圧着された部位との間には、熱伝導断面積を縮小させる空隙をなす溝部２０ａ及び穴部２０ｂが設けられている。
【００４４】
なお、図５に示すように本実施形態においても、ラック３ｂを設けて冷却風が第２発熱体３を迂回して流れることを防止している。
【００４５】
したがって、本実施形態では、冷却システムの信頼性を高めつつ、新たな冷却手段を設けることなく、第３発熱体１９を冷却することができる。
【００４６】
なお、本実施形態では、冷凍機４に異常が発生したときには、第１集熱器２ａと室外熱交換器８との間のみで熱媒体を循環させたが、第１集熱器２ａ及び第３発熱体１９と室外熱交換器８との間で熱媒体を循環させてもよいことは言うまでもない。
【００４７】
（第３実施形態）
上述の実施形態では、冷凍機４と発熱体２、３等とが異なる空間内に配置されていたが、本実施形態は、図６、７に示すように、冷凍機４（室外熱交換器８は除く。）と発熱体２、３等とを同一の空間、つまり基地局内に配置したものである。
【００４８】
これにより、熱媒体用の配管を短縮することが可能となるので、熱ロス低減により冷却能力の向上及び製造原価低減を図ることができる。
【００４９】
因みに、図６は第１実施形態に対して本実施形態を実施した例であり、図７は第２実施形態に対して本実施形態を実施した例である。
【００５０】
（その他の実施形態）
上述の実施形態では上方側に送風機１８を配置したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば下方側に送風機１８を配置してもよい。
【００５１】
また、上述の実施形態ではラック３ｂを設けたが、本発明はこれに限定されるものではなく、ラック３ｂを廃止してもよい。
【００５２】
また、上述の実施形態では、冷凍機４として吸着式（吸収式）冷凍機を用いたが本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、廃熱にて過熱蒸気を生成し、この過熱蒸気にてエジェクタポンプを稼動させて冷媒を蒸発させる冷凍機であってもよい。
【００５３】
また、熱媒体は上述の実施形態に示されたもののみ限定されるものではなく、例えば水やアンモニア等の自然冷媒や、フロリナート等のフッ化炭素系冷媒、ＨＣＦＣ１２３、ＨＦＣ１３４ａ等のフロン系冷媒、メタノール、エタノール等のアルコール系冷媒、アセトン等のケトン系冷媒等が考えられる。
【００５４】
また、上述の実施形態では、携帯電話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、蓄電池等）の冷却に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の本発明の第１実施形態に係る冷却システムの模式図である。
【図２】本発明の本発明の第１実施形態に係る冷却システムの拡大図である。
【図３】本発明の本発明の第２実施形態に係る冷却システムの模式図である。
【図４】本発明の本発明の第２実施形態に係る集熱器の二面図である。
【図５】本発明の本発明の第２実施形態に係る冷却システムの拡大図である。
【図６】本発明の本発明のその他の実施形態に係る冷却システムの拡大図である。
【図７】本発明の本発明のその他の実施形態に係る冷却システムの拡大図である。
【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、８…室外熱交換器、
１６…バイパス回路、１７…補助冷却器。
【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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