(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱機器（１１）を収納する筐体（１２）の内部に設けられ、前記筐体内の空気と内部を流れる冷媒との間で熱交換が行われる室内熱交換器（２０）と、
前記筐体の外部に設けられ、内部を流れる冷媒と外気との間で熱交換が行われる室外熱交換器（３０）と、
前記室内熱交換器で前記筐体内の空気と熱交換して沸騰した冷媒を、前記室外熱交換器へ導く蒸気流通管（４０）と、
前記室外熱交換器で前記外気と熱交換して凝縮した冷媒を、前記室内熱交換器へ導く液戻り管（５０）と、を備え、
前記冷媒は、前記室内熱交換器内において沸騰し前記室外熱交換器内で凝縮することによって前記室内熱交換器と前記室外熱交換器との間を循環し、前記室内熱交換器で吸熱し前記室外熱交換器で放熱して前記筐体内を冷却する冷却装置（１０）であって、
前記冷媒が循環する流路に設けられ、前記筐体内の気温に応じて前記冷媒が循環する冷媒流量を調節する流量調整手段（６０）を含み、
前記流量調整手段は、
動作流体（６７）と、
前記動作流体を内部に封止する封止体（６８）と、
前記封止体内の前記動作流体と前記筐体内の空気との間で熱交換が行われる熱交換部（７０）と、
前記熱交換部における熱交換によって前記動作流体が凝固するときの体積変化に応じて移動し、移動することによって前記冷媒が循環する流路の流路断面積を前記冷媒の循環を阻止するまで調節する作動部（６３）と、を備えることを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
前記封止体は、予め定める軸方向に延び、前記軸方向の一端が閉塞し、前記軸方向の他端が開放している有底筒状体であり、
前記熱交換部は、前記封止体における前記閉塞している閉塞部分（６８ｂ）であり、
前記作動部は、前記動作流体が封止された前記封止体の開放部分（６８ａ）を塞ぐように配置されることを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
【請求項３】
断熱性を有し、前記封止体における前記閉塞部分の外周面を除いた部分を覆うカバー体（６９）をさらに含むことを特徴とする請求項２に記載の冷却装置。
【請求項４】
前記動作流体は、水であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の冷却装置。
【請求項５】
前記動作流体は、油脂であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器等の発熱機器を収納する筐体内を冷却する冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、発熱する電子機器、たとえば通信機器を密閉化された筐体内に収容して使用する場合がある。筐体が密閉されているので、筐体内に直接外気を取り入れて、換気することによって通信機器を冷却することができない。
【０００３】
そこで特許文献１に記載の冷却装置では、筐体内に通信機器にて加熱された空気から吸熱して冷媒を沸騰させる吸熱器を設置するとともに、吸熱器より上方側に吸熱器にて沸騰蒸発した気相冷媒と筐体外の空気とを熱交換して気相冷媒を冷却凝縮させる放熱器を設置している。したがって吸熱器によって、筐体内を冷却することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１４０４６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の冷却装置では、外気が低温（たとえば氷点下）で強風の場合には、冷却装置によって筐体内の温度が下がりすぎて、通信機器が停止してしまうおそれがある。このような筐体内の低温下を防止するため、冷却装置あるいは筐体内にヒータを備えると、コストが増加するという問題がある。また問題を解決するために、特許文献１に記載の電磁式の開閉弁によって、循環する冷媒流量を制御して、外気低温の場合には冷却装置の動作を停止することも考えられる。しかしながら、特許文献１に記載の方法では、温度と湿度を検知するためのセンサ、検知データを判断し冷却装置を制御する信号を出すための回路、および電磁弁への動力供給源が局舎側に必要である。このため局舎側の構造が複雑になり、コストが増加する。また、停電時のバックアップ電源の容量に限界があり、所定の時間バックアップ運転させるために冷却装置の消費電力削減が求められている。したがって開閉弁を制御するための電力消費も低減することが望ましい。
【０００６】
そこで、本発明は前述の問題点を鑑みてなされたものであり、電力を消費することなく、かつ、局舎側からの制御無しで筐体内の温度を設定範囲に維持することができる冷却装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は前述の目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。
【０００８】
請求項１に記載の発明では、発熱機器（１１）を収納する筐体（１２）の内部に設けられ、筐体内の空気と内部を流れる冷媒との間で熱交換が行われる室内熱交換器（２０）と、
筐体の外部に設けられ、内部を流れる冷媒と外気との間で熱交換が行われる室外熱交換器（３０）と、
室内熱交換器で筐体内の空気と熱交換して沸騰した冷媒を、室外熱交換器へ導く蒸気流通管（４０）と、
室外熱交換器で外気と熱交換して凝縮した冷媒を、室内熱交換器へ導く液戻り管（５０）と、を備え、
冷媒は、室内熱交換器内において沸騰し室外熱交換器内で凝縮することによって室内熱交換器と室外熱交換器との間を循環し、室内熱交換器で吸熱し室外熱交換器で放熱して筐体内を冷却する冷却装置（１０）であって、
冷媒が循環する流路に設けられ、筐体内の気温に応じて冷媒が循環する冷媒流量を調節する流量調整手段（６０）を含み、
流量調整手段は、
動作流体（６７）と、
動作流体を内部に封止する封止体（６８）と、
封止体内の動作流体と筐体内の空気との間で熱交換が行われる熱交換部（７０）と、
熱交換部における熱交換によって動作流体が凝固するときの体積変化に応じて移動し、移動することによって冷媒が循環する流路の流路断面積を冷媒の循環を阻止するまで調節する作動部（６３）と、を備えることを特徴とする冷却装置である。
【０００９】
請求項１に記載の発明に従えば、冷媒が循環する流路には、流量調整手段が設けられる。流量調整手段は、筐体内の気温に応じて循環する冷媒流量を調節する。流量調整手段は、作動部を備える。作動部は、熱交換部における熱交換によって動作流体が凝固するときの体積変化に応じて移動し、移動することによって冷媒が循環する流路の流路断面積を冷媒の循環を阻止するまで調節する。したがって外気温が低くなり、筐体内の温度も低くなると、動作流体が凝固し、凝固することによって、冷媒の循環を阻止することができる。冷媒の循環が阻止されると、冷却装置は冷却機能を発揮しない。したがって外気低温に起因して、筐体内が冷却装置の冷却によって低温になりすぎることを防止することができ、発熱機器が停止することを防止することができる。また流量調整手段によって冷媒の循環が阻止されているときに、筐体内の気温が発熱機器によって上昇して動作流体が融解すると、冷媒の流れが許容される。これによって冷媒が循環するので冷却装置は冷却能力を発揮することができる。
【００１０】
このような流量調整手段は、動作流体が凝固するときの体積変化に応じて移動し、移動することによって冷媒が循環する流路の流路断面積を調節する作動部を備える。したがって流量調整手段は、電力をなんら消費することなく、動作流体の体積変化によって冷媒の流れを許容または阻止することができる。しかも筐体内の温度変化によって阻止するタイミングを決定することができるので、流量調整手段を制御するためのマイクロコンピュータなども不要である。したがって流量調整手段を制御するための電力も不要である。これによって冷却装置は、外部からの電気、信号および動力などの供給が無くても自律で冷媒流量を調整し、筐体内を適切な温度に維持することができる。
【００１１】
また請求項２に記載の発明では、封止体は、予め定める軸方向に延び、軸方向の一端が閉塞し、軸方向の他端が開放している有底筒状体であり、
熱交換部は、封止体における閉塞している閉塞部分（６８ｂ）であり、
作動部は、動作流体が封止された封止体の開放部分（６８ａ）を塞ぐように配置されることを特徴とする。
【００１２】
請求項２に記載の発明に従えば、熱交換部が封止体における閉塞部分であるので、動作流体が凝固するときは、閉塞部分から凝固が開始される。そして、順次、凝固部分が閉塞部分から開放部分に広がっていくことなる。作動部は、開放部分を塞ぐように配置されるので、動作流体の凝固量の増加につれて、動作流体の総体積が増加し、作動部を徐々に押し出すように移動させることができる。そして開放部分における動作流体が凝固したときには、封止体内の全ての動作流体が凝固しているので、作動部を所定の位置へ確実に移動させることができる。これによって作動部の動作の信頼性を向上することができる。また動作流体が、たとえば封止体の全外周面から徐々に凝固するような構成であると、先に凝固した動作流体によって後から凝固する部分の体積増加が妨げられ、封止体を変形させるおそれもあるが、本発明のように凝固する方向を制御することによって、封止体の変形を抑制するという効果も達成することができる。
【００１３】
さらに請求項３に記載の発明では、断熱性を有し、封止体における閉塞部分の外周面を除いた部分を覆うカバー体（６９）をさらに含むことを特徴とする。請求項３に記載の発明に従えば、断熱性を有し、封止体における閉塞部分の外周面を除いた部分（以下、「断熱部分」ということがある）を覆うカバー体をさらに含む。したがって断熱部分が筐体内の空気と動作流体とが熱交換することを妨げることができ、断熱部分の内方に位置する動作流体が、閉塞部分よりも先に凝固することを防止することができる。これによって閉塞部分から動作流体の凝固を確実に開始させることができる。したがって作動部の動作の信頼性をさらに向上することができる。
【００１４】
さらに請求項４に記載の発明では、動作流体は、水であることを特徴とする。請求項４に記載の発明に従えば、動作流体は水であるので、凝固による水の体積増加によって作動部を動作させることができる。このように安価で手に入りやすい水を動作流体に使用することによって、本発明の冷却装置を実現することができる。
【００１５】
さらに請求項５に記載の発明では、動作流体は、油脂であることを特徴とする。請求項５に記載の発明に従えば、動作流体は油脂であるので、凝固による油脂の体積減少によって作動部を動作させることができる。このように安価で手に入りやすい油脂動作流体に使用することによって、本発明の冷却装置を実現することができる。
【００１６】
なお、前述の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。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１実施形態の冷却装置１０が搭載された携帯電話基地局９０の構成図である。
【図２】流量調整弁６０を示す断面図である。
【図３】水の比容積を示すグラフである。
【図４】第２実施形態の流量調整弁６０Ａを示す断面図である。
【図５】ノルマルペンタデカンの比容積を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照しながら本発明を実施するための形態を、複数の形態について説明する。各実施形態で先行する実施形態で説明している事項に対応している部分には同一の参照符を付し、重複する説明を略する場合がある。また各実施形態にて構成の一部を説明している場合、構成の他の部分は、先行して説明している実施形態と同様とする。各実施形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施形態同士を部分的に組合せることも可能である。
【００１９】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に関して、図１〜図３を用いて説明する。図１は、第１実施形態の冷却装置１０が搭載された携帯電話基地局９０の概略構成図である。携帯電話基地局９０は、密閉空間を形成する筐体１２の内部に通信機器１１が収納されて構成される。本実施形態の冷却装置１０は、通信機器１１が設置される筐体１２内を冷却する。携帯電話基地局９０は、無線通信のエリアが広範囲になるように、屋外の高所、たとえばビルなどの建物の屋上の床面および建物の外壁に設置される。
【００２０】
通信機器１１は、内部に作動によって発熱する送受信機やパワーアンプ等の電気機器を備える。このような電気機器は、外部に向けて放熱する発熱機器である。筐体１２は、断熱性を有し、具体的には複数のアルミニウム板の間にウレタン発泡断熱材を介在させた部材によって形成された箱体である。また、筐体１２の側部には、ドア部１３が設けられる。ドア部１３は、メンテナンスのため開閉自在に筐体１２に設けられる。
【００２１】
冷却装置１０は、筐体１２内の空気（内気ともいう）から吸熱した冷媒によって熱を運び、この冷媒が筐体１２外の空気（外気ともいう）に対して放熱することにより、内気を冷却する装置である。冷却装置１０は、筐体１２内の空気と冷媒との間で熱交換する室内熱交換器２０と、冷媒と外気との間で熱交換する室外熱交換器３０とを備えている。室内熱交換器２０と室外熱交換器３０とは、蒸気流通管４０と液戻り管５０とによって接続され、内部を冷媒が流通して循環する循環流路中に設置されている。循環流路中の冷媒は、室内熱交換器２０と室外熱交換器３０との間を循環し、室内熱交換器２０で吸熱し室外熱交換器３０で放熱して筐体１２内の空気を冷却し、通信機器１１等の発熱機器を冷却する。室内熱交換器２０の内部に封入される冷媒は、例えばＨＦＣを用いる。ＨＦＣ以外には、低圧封入された水、エチレングリコール水溶液等を用いてもよい。
【００２２】
室内熱交換器２０は、鉛直方向に対して傾斜した姿勢で筐体１２の内部に設けられる。また室外熱交換器３０は、鉛直方向に対して傾斜した姿勢で筐体１２の外部に設けられる。鉛直方向は、本実施の形態では筐体１２が起立する方向と平行である。筐体１２が起立する方向は、筐体１２を形成する上下方向であり、各熱交換器２０，３０はこの上下方向側面に対して傾いた状態で設置されている。
【００２３】
室内熱交換器２０は、内部を流れる冷媒と筐体１２内の空気との間で熱交換が行われるコア部２１，２２を有し、本実施形態ではコア部２１，２２は空気流れの上流側に位置する上流側コア部２１と空気流れの下流側に位置する下流側コア部２２とで構成されている。上流側コア部２１と下流側コア部２２とは、筐体１２に対して傾斜する姿勢であり、かつコア部２１，２２を通過する空気の通過方向に対して重なって配置されている。室内熱交換器２０は、筐体１２の天井内面１２ａに装着された室内ケーシング部材１４に固定されて、通信機器１１上方の所定の設置空間に配置されている。室内熱交換器２０の横には、室内熱交換器２０のコア部２１，２２に対して筐体１２内の空気を送る室内ファン２３が設けられている。
【００２４】
室外熱交換器３０は、内部を流れる冷媒と筐体１２外の外気との間で熱交換が行われるコア部３１，３２を有し、本実施形態ではコア部３１，３２は空気流れの上流側に位置する上流側コア部３１と空気流れの下流側に位置する下流側コア部３２とで構成されている。上流側コア部３１と下流側コア部３２とは、筐体１２に対して傾斜する姿勢であって、さらにコア部３１，３２を通過する空気の通過方向に対して重なって配置されている。室外熱交換器３０は、筐体１２の天面１２ｂに装着された室外ケーシング部材１５に固定されて所定の設置空間に配置されている。室外熱交換器３０の横には、室外熱交換器３０のコア部３１，３２に対して外気を送る室外ファン３３が設けられている。
【００２５】
冷却装置１０は、室内熱交換器２０と室内熱交換器２０の上方に配置された室外熱交換器３０とが蒸気流通管４０と液戻り管５０とによって接続されることにより、冷媒が各熱交換器２０，３０の内部を流通し循環するように構成されている。
【００２６】
蒸気流通管４０は、室内熱交換器２０の上流側コア部２１および下流側コア部２２の各端部に設けられる上部側ヘッダタンク２４に接続されるとともに、室外熱交換器３０の上流側コア部３１および下流側コア部３２の各端部に設けられる上部側ヘッダタンク３４に接続されて、室内熱交換器２０と室外熱交換器３０とを連絡する管である。蒸気流通管４０は、室内熱交換器２０で内気と熱交換して沸騰気化した気化冷媒を室外熱交換器３０の上部へ導く管である。
【００２７】
液戻り管５０は、室外熱交換器３０の上流側コア部３１および下流側コア部３２の各端部に設けられる下部側ヘッダタンク３５に接続されるとともに、室内熱交換器２０の上流側コア部２１および下流側コア部２２の各端部に設けられる下部側ヘッダタンク２５に接続されて、室内熱交換器２０と室外熱交換器３０とを連絡する管である。液戻り管５０は、室外熱交換器３０で液化凝縮した液冷媒を室内熱交換器２０の下部へ戻す管である。
【００２８】
次に、各熱交換器２０，３０のヘッダタンク２４，２５，３４，３５に関して説明する。室外熱交換器３０の下部側ヘッダタンク３５は、プレス等で成形された２つの椀状板材を互いに最中合わせに組み立てて一体化した筒状部材で構成される。２つの椀状板材のうち他方の側面（コア部３１，３２側の側面）には、筒状部材の延びる長手方向に所定の間隔を設けて一列に開口され、コア部３１，３２を構成するチューブ（図示せず）が挿入可能な開口である複数の挿入穴（図示せず）が形成されている。複数の挿入穴は、コア部３１，３２に配列されるチューブの数量と同一の数量設けられている。
【００２９】
室外熱交換器３０の下部側ヘッダタンク３５には、長手方向の両端部が必要に応じて蓋部材等により塞がれて、液戻り管５０を接続するための穴やチューブの挿入穴等の開口部を除いて閉鎖した所定の空間が形成されている。そして複数の挿入穴に所定本数のチューブを挿入して設置すると、チューブの内部および下部側ヘッダタンク３５の内部が連通する通路が形成されるようになる。このように室外熱交換器３０の下部側ヘッダタンク３５が構成されている。
【００３０】
室外熱交換器３０の上部側ヘッダタンク３４は、蒸気流通管４０との接続部を備え、室外熱交換器３０の下部側ヘッダタンク３５と同様の構成の筒状部材である。室内熱交換器２０の上部側ヘッダタンク２４は、室外熱交換器３０の上部側ヘッダタンク３４と同様の構成の筒状部材である。室内熱交換器２０の下部側ヘッダタンク２５は、液戻り管５０との接続部を備え、蒸気流通管４０との接続部を備えない点を除いて室内熱交換器２０の上部側ヘッダタンク２４と同様の構成の筒状部材である。
【００３１】
次に、各熱交換器２０，３０のコア部２１，２２，３１，３２に関して説明する。各コア部２１，２２，３１，３２は、構成が互いに略等しいので、室外熱交換器３０の上流側コア部３１に関して説明し、室外熱交換器３０の下流側コア部３２、室内熱交換器２０の上流側コア部２１および下流側コア部２２に関しての説明を省略する。上流側コア部３１は、図示は省略するが、所定の間隔を設けて配列された複数本のチューブと、各チューブ間に介在されたコルゲートタイプのフィンとで構成されている。また、これらのチューブとフィンはコア部３１の両側からサイドプレートにより支持されて一体になり、ろう付け接合によって固定されている。
【００３２】
フィンが配置されている隣り合うチューブ間は、チューブ内を流れる冷媒と熱交換される空気が通過する通路を構成する。フィンの形状は、たとえば平面部には部分的にプレス加工で切り起こされた複数個の切り起こし部が形成されている。複数個の切り起こし部は、熱交換面積を増加し、伝熱性向上のために、空気通過方向に並ぶように形成されている。冷媒と熱交換される空気は、複数個の切り起こし部によってフィンの平面部に形成された部分を通ってフィンの両面側を蛇行するように流れるため、乱流が形成されて熱交換量が増加することになる。
【００３３】
また、室外熱交換器３０および室内熱交換器２０における上記各部材は、アルミニウム材からなり、表面に施されたろう材を介して上記各部材間をろう付けすることにより一体に接合されている。
【００３４】
次に、液戻り管５０に設けられる流量調整弁６０に関して図２を用いて説明する。図２は、流量調整弁６０を示す断面図である。流量調整弁６０は、液戻り管５０に設けられ、筐体１２内の温度（内気温ともいう）に応じて液戻り管５０内を流れる冷媒量を調節する。流量調整弁６０は、筐体１２内の気温に応じて液戻り管５０内の冷媒流量を調節し、筐体１２内の気温が低下すると、液戻り管５０内の冷媒の流れを阻止するように構成された流量調整手段である。
【００３５】
流量調整弁６０は、冷媒が流通する本体部６５、動作流体６７、動作流体６７が封止される封止体６８、動作流体６７の体積変化による応力が作用する弁体６３、弁体６３を押圧するスプリング６４、および封止体６８の外周面を覆うカバー体６９を含んで構成される。流量調整弁６０は、動作流体６７の凝固による体積変化を動力源として動作する。換言すると、流量調整弁６０は、電力を何ら消費することなく、動作流体６７の凝固による体積変化を動力源として動作する。
【００３６】
次に、流量調整弁６０の各構成要素に関して説明する。本体部６５は、冷媒が流通する冷媒流路６５ａが内部に形成される。冷媒流路６５ａは、図２の上下方向に延び、内壁の断面が円形状である。冷媒流路６５ａは、図１に示すように液戻り管５０内に連通する。冷媒流路６５ａの一端は室外熱交換器３０からの冷媒が流入する入口部６１であり、冷媒流路６５ａの他端は室内熱交換器２０へ冷媒を流出する出口部６２である。本体部６５の内壁には、左右方向に貫通する貫通孔６６が形成される。また本体部６５の貫通孔６６に対向する内壁には、スプリング６４が配置される凹部６５ｂが形成される。
【００３７】
封止体６８は、図２における左右方向を軸方向として延びるような断面円形状の筒状体である。封止体６８は、具体的には軸方向の一端（図２における右方側の端）が閉塞し、軸方向の他端（図２における左方の端）が開放している有底筒状体である。封止体６８は、熱伝導性に優れる材料、たとえば銅からなる。封止体６８の開放している一端である開放部分６８ａは、本体部６５の貫通孔６６と連通するように本体部６５に連結される。封止体６８の開放部分６８ａの開口形状および寸法と、貫通孔６６の形状および寸法は略等しくなるように、開放部分６８ａおよび貫通孔６６の形状が選択される。貫通孔６６の内壁と、開放部分６８ａの内壁とは面一となるように、封止体６８が本体部６５に固定される。動作流体６７は、封止体６８に封止される。動作流体６７は、本実施の形態では水（Ｈ２Ｏ）であり、凝固点は０℃である。
【００３８】
カバー体６９は、断熱性を有する材料、たとえば樹脂からなる。カバー体６９は、封止体６８の閉塞している一端である閉塞部分６８ｂの外周面を除いた部分を覆うように構成される。したがってカバー体６９は、筒状であって、有底筒状ではなく、カバー体６９の長さが封止体６８よりも短い。したがって封止体６８は、閉塞している閉塞部分６８ｂが内気に露出している。この閉塞部分６８ｂが、封止体６８内の動作流体６７と内気とが熱交換を行うための熱交換部７０となる。
【００３９】
弁体６３は、封止体６８の開放部分６８ａを塞ぐように配置される。また弁体６３は、貫通孔６６を挿通するように配置される。弁体６３は、円柱状であって、貫通孔６６の内壁および封止体６８の内壁に沿って左右方向にスライド可能に構成される。また弁体６３は、冷媒流路６５ａの内径よりも長くなるように構成される。弁体６３の左方の端部が、凹部６５ｂに収容されている図２に示す状態では、弁体６３によって冷媒の流れが阻止される。換言すると、弁体６３によって冷媒流路６５ａが塞がれている。
【００４０】
弁体６３の左方に位置する端部には、凹部６５ｂに配置されたスプリング６４の一端が当接し、スプリング６４が弁体６３を右方に押圧している。弁体６３の外周面には内方に環状に凹となる環状溝６３ａが形成される。環状溝６３ａには、Ｏリング７１が収容されて、封止体６８の内壁に密に当接する。これによって動作流体６７が、封止体６８の開放部分６８ａから漏出することを防止している。
【００４１】
次に、動作流体６７である水に関して説明する。図３は、水の比容積を示すグラフである。図３に示すように、水は、０℃で凝固し、凝固すると体積が９％増加する。弁体６３の変位幅（ストローク）は、少なくとも本体部６５の冷媒流路６５ａの内径以上である。たとえば冷媒流路６５ａの内径が１５ｍｍである場合に、弁体６３のストロークＴ１を１６ｍｍに設定する場合について説明する。１６ｍｍを体積増加の９％で除算することによって、液体の動作流体６７を封止する部分の長さＴ２が約１７７ｍｍと算出される。これによって１７７ｍｍに封止体６８の底面積を乗算することによって、動作流体６７として必要な水の体積が求められる。したがって単位底面積当たり１７７ｍｍの水が氷となって、凝固すると、単位面積当たり１６ｍｍ膨張することとなる。氷となったときの封止体６８が動作流体６７を封止している部分の長さＴ３は、約１９３ｍｍ（＝１７７＋１６）となる。
【００４２】
次に、弁体６３の動作に関して説明する。弁体６３の左方への移動は、動作流体６７である水が氷になるときの体積膨張が弁体６３に作用することによって開始される。筐体１２内の温度が０℃以下、または室内ファン２３によって閉塞部分６８ｂの外周面が０℃に近くなると、内気と水との熱交換によって封止体６８内の水が氷になる。水から氷になると体積が膨張するので、動作流体６７の体積膨張に伴って開放部分６８ａに位置する弁体６３が左方に変位しようとする。弁体６３は、スプリング６４によって右方へ向かって押圧されているが、体積膨張による弁体６３の左方への押圧力がスプリング６４の押圧力を上回り、弁体６３が左方へスライド変位する。弁体６３が左方へスライド変位すると、徐々に弁体６３が冷媒流路６５ａを塞ぎ、流路断面積を小さくする。そして図２に示すように、弁体６３の左方の端部が凹部６５ｂに収容された状態では、冷媒流路６５ａを完全に塞ぎ、流路断面積は０となる。これによって筐体１２内の温度が０℃以下になると、冷媒の流れが弁体６３によって阻止される。
【００４３】
また弁体６３の右方への移動は、動作流体６７である氷が水になり、体積が減少すると開始される。筐体１２内の温度が０℃よりも大きく、または室内ファン２３によって閉塞部分６８ｂの外周面が０℃よりも大きくなると、内気と氷との熱交換によって氷が水になる。氷から水になると体積が減少するので、弁体６３の右方を支えていた部分が徐々になくなり、動作流体６７の体積減少に伴って、スプリング６４の右方への押圧力によって右方へ変位する。弁体６３が右方へスライド変位すると、徐々に流路断面積が大きくなる。そして弁体６３の左方の端部が貫通孔６６内に完全に収容された状態では、流路断面積が最大となる。したがって筐体１２内の温度が０℃よりも大きくなると冷媒の流れが許容される。
【００４４】
次に、冷却装置１０の動作に関して説明する。冷媒の蒸発気化および凝縮液化が起こる状態では、冷媒は、室内熱交換器２０のチューブ→室内熱交換器２０の上部側ヘッダタンク２４→蒸気流通管４０→室外熱交換器３０の上部側ヘッダタンク３４→室外熱交換器３０のチューブ→室外熱交換器３０の下部側ヘッダタンク５５→液戻り管５０→流量調整弁６０→液戻り管５０→室内熱交換器２０の下部側ヘッダタンク２５→室内熱交換器２０のチューブの順に流れ、室内熱交換器２０と室外熱交換器３０との間を循環する。そして、室内熱交換器２０のチューブ内で沸騰気化し、室外熱交換器３０のチューブ内で凝縮することで、室内熱交換器２０が設けられた筐体１２内を冷却するようになる。
【００４５】
筐体１２内の温度が低く、動作流体６７の凝固点（０℃）よりも低くなると、動作流体６７が水から氷へと凝固して、体積が増加する。体積が増加するので、弁体６３が凹部６５ｂ側に押される。そして流路断面積が徐々に小さくなり、冷媒流量が低下し、冷却装置１０の冷却性能も低下する。そして、弁体６３が完全に冷媒流路６５ａを塞ぐと冷媒流量がゼロになり、冷媒が循環せずに、冷却装置１０はいわば動作停止状態となる。したがって冷却装置１０の過冷却による内気温の低下を防ぎ、通信機器１１の停止を防ぐことができる。
【００４６】
しかし通信機器１１は常に動作状態にあるので、通信機器１１は発熱している。冷却装置１０が動作停止状態であるので筐体１２の内気温は、通信機器１１によって上昇する。このような冷却装置１０の機能停止状態がしばらく続くと、筐体１２内の温度が上昇し、筐体１２の内気温が凝固点よりも大きくなると、熱交換部７０において内気と動作流体６７（氷）とが熱交換し、氷が徐々に融解して水になり、体積が減少する。すると弁体６３はスプリング６４によって右方に変位し、流路断面積が大きくなり、冷媒流量が増える。換言すると、筐体１２内の温度上昇によって動作流体６７の凝固点を超えると弁体６３が右方へ移動し、流路断面積が０から大きくなり冷媒が流れる。これによって冷却装置１０の動作が開始されるので、冷却機能を発揮し、内気温が下がる。このようにして通信機器１１の停止を招くような筐体１２内の温度の上昇を防ぐことができる。
【００４７】
したがって内気温が下がって凝固点以下になると再び流量調整弁６０が閉じ、冷媒流量がゼロになる。そして内気温度が上昇すると、流量調整弁６０が開き、冷媒が再び循環する。このように流量調整弁６０は、内気温に応じて、この挙動を繰り返すことにより、筐体１２内の温度を適切な範囲（たとえば摂氏０度以上２０度以下）に調整することができる。
【００４８】
以上説明したように本実施の形態の冷却装置１０は、凝縮した冷媒を室内熱交換器２０へ導く液戻り管５０には、流量調整弁６０が設けられる。流量調整弁６０は、筐体１２内の気温に応じて液戻り管５０内の冷媒流量を調節する。流量調整弁６０は、弁体６３を備える。弁体６３は、作動部として機能し、動作流体６７が凝固するときの体積変化に応じて移動し、移動することによって液戻り管５０内の流路断面積を阻止するまで調節する。したがって外気温が低くなり、筐体１２内の温度も低くなると、動作流体６７が凝固し、凝固することによって冷媒の循環が阻止することができる。冷媒の循環が阻止されると、冷却装置１０は冷却機能を発揮しない。したがって外気低温に起因して、筐体１２内が冷却装置１０の冷却によって低温になりすぎることを防止することができ、通信機器１１が停止することを防止することができる。また流量調整弁６０によって冷媒の循環が阻止されているときに、筐体１２内の気温が通信機器１１によって上昇して、動作流体６７が融解すると、冷媒の流れが許容される。これによって冷媒が循環するので冷却装置１０は冷却能力を発揮することができる。
【００４９】
したがって流量調整弁６０は、電力をなんら消費することなく、動作流体６７の体積変化によって冷媒の流れを許容または阻止することができる。しかも筐体１２内の温度変化によって冷媒流れを阻止するタイミングを決定することができるので、流量調整弁６０を制御するためのマイクロコンピュータなども不要である。したがって流量調整弁６０を制御するための電力も不要である。これによって冷却装置１０は、外部からの電気、信号および動力などの供給が無くても自律で冷媒流量を調整し、筐体１２内を適切な温度に維持することができる。
【００５０】
換言すると、携帯電話基地局９０側からの電源・信号・動力の供給無しで冷却性能を調整することができ、携帯電話基地局９０全体の製造コストを下げることができる。また流量調整弁６０が内気温に応じて開閉するため、センサーおよび制御装置等を使う必要がない。さらに流量調整弁６０の構造が簡単なため故障が少なく、信頼性が高い構造を得ることができる。
【００５１】
また本実施の形態では、熱交換部７０が封止体６８における閉塞部分６８ｂであるので、動作流体６７が凝固するときは、閉塞部分６８ｂから凝固が開始される。そして、順次、凝固部分が閉塞部分６８ｂから開放部分６８ａに広がっていくことなる。弁体６３は、開放部分６８ａを塞ぐように配置されるので、動作流体６７の凝固量の増加につれて、動作流体６７の総体積が増加し、弁体６３を徐々に押し出すように移動させることができる。そして開放部分６８ａにおける動作流体６７が凝固したときには、封止体６８内の全ての動作流体６７が凝固しているので、弁体６３を所定の位置へ確実に移動させることができる。これによって弁体６３の動作の信頼性を向上することができる。また動作流体６７が、たとえば全外周面から徐々に凝固するような構成であると、先に凝固した動作流体６７によって後から凝固する部分の体積増加が妨げられ、封止体６８を変形させるおそれもあるが、本実施の形態のように凝固する方向を制御することによって、封止体６８の変形を抑制するという効果も達成することができる。
【００５２】
また本実施の形態では、断熱性を有し、封止体６８における閉塞部分６８ｂの外周面を除いた部分を覆うカバー体６９をさらに含む。したがってカバー体６９に覆われた部分が筐体１２内の空気と動作流体６７とが熱交換することを妨げることができ、カバー体６９の内側に位置する動作流体６７が、閉塞部分６８ｂよりも先に凝固することを防止することができる。これによって閉塞部分６８ｂから動作流体６７の凝固を確実に開始させることができる。したがって弁体６３の動作の信頼性をさらに向上することができる。
【００５３】
また本実施の形態では、動作流体６７は水であるので、凝固による水の体積増加によって弁体６３を動作させることができる。このように安価で手に入りやすい水を動作流体６７に使用することによって、本実施の形態の冷却装置１０を実現することができる。
【００５４】
さらに本実施の形態では、冷却装置１０において冷媒は室内熱交換器２０内において沸騰気化し室外熱交換器３０内で凝縮することにより室内熱交換器２０と室外熱交換器３０との間を循環して、筐体１２内を冷却する構成である。この構成によれば、室内熱交換器２０および室外熱交換器３０を沸騰冷却式の冷却装置１０に適用することにより、限られた設置スペースの中で高い冷却能力を確保できる熱交換器を設置できるとともに、冷媒を強制的に循環するための駆動部品を不要にできるため、駆動部品を備える場合に比べてフリーメンテナンスの冷却装置１０が得られる。これにより、例えば寒冷地、山中等の環境条件の厳しい場所に設置される携帯電話基地局９０にとって有用な冷却装置１０を提供できる。
【００５５】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に関して、図４および図５を用いて説明する。図４は、第２実施形態の流量調整弁６０Ａを示す断面図である。本実施の形態では、前述の第１実施形態とは動作流体６７Ａが水ではなく、油脂であり、具体的にはノルマルペンタデカン（Ｃ１５Ｈ３２）である点に特徴を有する。
【００５６】
図５は、動作流体６７Ａであるノルマルペンタデカンの比容積を示すグラフである。図５に示すように、ノルマルペンタデカンは、９℃で凝固し、凝固すると体積が約３％減少する。水の場合は凝固すると体積が増加するが、ノルマルペンタデカンの場合は凝固すると体積が減少するので、弁体６３の変位する方向が第１実施形態における流量調整弁６０の弁体６３とは逆になる。
【００５７】
図４に示すように、弁体６３には上下方向に貫通する冷媒孔６３ｂが形成される。冷媒孔６３ｂは、ノルマルペンタデカンが液体の状態（図４に示す状態）では、冷媒流路６５ａと連通し、ノルマルペンタデカンが固体の状態では冷媒流路６５ａと連通しないように封止体６８内の位置に配置される。
【００５８】
弁体６３の変位幅（ストローク）は、少なくとも本体部６５の冷媒流路６５ａの内径以上である。たとえば冷媒流路６５ａの内径が１５ｍｍである場合に、弁体６３のストロークＴ１を１６ｍｍに設定する場合について説明する。１６ｍｍを体積減少の３％で除算することによって、液体の動作流体６７Ａを封止する部分の長さＴ２が約５３３ｍｍと算出される。これによって５３３ｍｍに封止体６８の底面積を乗算することによって、動作流体６７Ａとして必要な液体のノルマルペンタデカンの体積が求められる。したがって単位底面積当たり５３３ｍｍのノルマルペンタデカンが凝固すると、単位面積当たり１６ｍｍ膨張することとなる。したがって固体となったときの封止体６８が動作流体６７Ａを封止している部分の長さＴ３は、約５１７ｍｍ（＝５３３−１６）となる。
【００５９】
次に、弁体６３の動作に関して説明する。弁体６３の左方への移動は、動作流体６７Ａであるノルマルペンタデカンが液体になるときの体積膨張が弁体６３に作用することによって開始される。筐体１２内の温度が凝固点の９℃よりも大きく、または室内ファン２３によって閉塞部分６８ｂの外周面が９℃よりも大きくなると、内気とノルマルペンタデカンとの熱交換によって封止体６８内のノルマルペンタデカンが液化する。液化すると体積が膨張するので、動作流体６７Ａの体積膨張に伴って弁体６３が左方に変位しようとする。弁体６３は、スプリング６４によって右方へ向かって押圧されているが、体積膨張による弁体６３の左方への押圧力がスプリング６４の押圧力を上回り、弁体６３が左方へスライド変位する。弁体６３が左方へスライド変位すると、冷媒孔６３ｂと冷媒流路６５ａとの重なっている領域が徐々に大きくなり、弁体６３が冷媒流路６５ａと連通し、流路断面積を大きくする。そして弁体６３の冷媒孔６３ｂと冷媒流路６５ａとが完全に重なった図４に示す状態では、流路断面積が最大となる。したがって筐体１２内が９℃よりも大きくなると、冷媒の流れが許容される。
【００６０】
また弁体６３の右方への移動は、動作流体６７Ａであるノルマルペンタデカンが凝固し、体積が減少すると開始される。筐体１２内の温度が９℃よりも小さく、または室内ファン２３によって閉塞部分６８ｂの外周面が９℃よりも小さくなると、内気とノルマルペンタデカンとの熱交換によってノルマルペンタデカンが固体になる。固体になると体積が減少するので、弁体６３の右方を支えていた固体の部分が徐々になくなり、動作流体６７Ａの体積減少に伴って、スプリング６４の右方への押圧力によって右方へ変位する。弁体６３が右方へスライド変位すると、徐々に流路断面積が小さくなる。そして弁体６３の冷媒孔６３ｂが封止体６８内に収容された状態では、流路を完全に塞ぎ、流路断面積は０となる。これによって筐体１２内が９℃よりも小さくなると、冷媒の流れが弁体６３によって阻止される。
【００６１】
このように本実施の形態では、動作流体６７Ａがノルマルペンタデカンであっても、前述の第１実施形態と同様の作用および効果を達成することができる。また動作流体６７Ａがノルマルペンタデカンであるので、凝固点が９℃となり、動作流体６７Ａが水の場合と比べて高くすることができる。このように動作流体６７Ａを選択することによって、所定の温度範囲内となるように、冷却装置１０を構成することができる。
【００６２】
また本実施の形態では、油脂の一例としてノルマルペンタデカンを動作流体６７Ａとして用いているが、ノルマルペンタデカンに限るものではなく、他の油脂、たとえばノルマルヘキサデカンおよびノルマルヘプタタデカンなどであってもよい。
【００６３】
（その他の実施形態）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。
【００６４】
前述の第１実施形態では、発熱機器は通信機器１１であったが、通信機器１１に限るものではなく、他の電子機器であってもよい。また前述の第１実施形態では、室外熱交換器３０および室内熱交換器２０は、２個のコア部２１，２２，３１，３２を重ねるように配置した構成であったが、このような構成に限るものではなく、１個のコア部であってもよく、３個以上のコア部を重ねて配置してもよい。
【００６５】
また前述の第１実施形態および第２実施形態では、動作流体６７，６７Ａは水または油脂であったが、これらの材料に限るものではなく、他の材料を用いて動作流体としてもよい。動作流体の選択にあたっては、凝固点と体積変化量に基づいて、流量調整弁６０を設計することによって、所定の温度範囲内で動作する冷却装置１０を実現することができる。
【００６６】
また前述の第１実施形態の流量調整弁６０においては、たとえばスプリング６４に代えて、重りを用いて押圧するような構成であってもい。また流量調整弁６０は、動作流体６７が全て凝固すると、冷媒の流通を阻止する構成であるが、動作流体６７の全てが凝固したときに流通を阻止する構成に限るものではなく、動作流体６７の一部、たとえば半分が凝固したときに流通を阻止するように動作流体６７の量を調節してもよい。
【００６７】
また前述の第１実施形態では、液戻り管５０内に流量調整弁６０を設置しているが、このような場所に限るものではなく、冷媒の循環流路であればよく、たとえば同様の構造の機構を室内熱交換器２０に組み込み、熱交換部７０のみを筐体１２内に突き出させる形状でも同様の作用および効果を達成することができる。
【００６８】
また前述の第１実施形態では、封止体６８、本体部６５および弁体６３が一体に構成されるが、熱交換部７０と弁体６３とが一体にするように構成してもよい。
【符号の説明】
【００６９】
１０…冷却装置
１１…通信機器（発熱機器）
１２…筐体
２０…室内熱交換器
３０…室外熱交換器
４０…蒸気流通管
５０…液戻り管
６０…流量調整弁
６３…弁体（作動部）
６７，６７Ａ…動作流体
６８…封止体
６８ａ…開放部分
６８ｂ…閉塞部分
６９…カバー体
７０…熱交換部
【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】
0005321544.tif 000006