(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
使用中に発熱する無線機を収納する屋舎内を冷却する沸騰冷却装置であって、
前記屋舎内に収納され、前記屋舎内の高温内気と熱交換されて沸騰気化する冷媒が内部に収容された内気側熱交換器と、
この内気側熱交換器に内気流を生じさせる内気ファンと、
前記内気側熱交換器より上方に配置されるとともに前記屋舎外に配置され、前記内気側熱交換器で気化した蒸気冷媒を前記屋舎外の低温外気と熱交換して凝縮させる外気側熱交換器と、
この外気側熱交換器に外気流を生じさせる外気ファンと、
前記屋舎の壁を貫通配置され、前記内気側熱交換器で気化した蒸気冷媒を前記外気側熱交換器へ導く上昇配管と、
前記屋舎の壁を貫通配置され、前記外気側熱交換器で凝縮した凝縮冷媒を前記内気側熱交換器へ導く下降配管と、
を備え、
前記無線機と前記屋舎の横壁の間が、前記無線機から熱気が排出される空間で、この空間に前記内気側熱交換器を配置し、
前記上昇配管と前記下降配管は、前記屋舎の横壁に設けられた共通の貫通穴に貫通配置され、
前記貫通穴は、前記無線機の上面よりも上方に設けられ、
前記屋舎の内部には、前記屋舎内の内気を冷却して再び前記屋舎内に吹き出すエアコンが設けられ、
このエアコンの冷風の吹出方向は、前記無線機に設けられたエア導入口へ向けられ、
前記内気ファンの駆動モータは、ブラシレスの直流モータであり、
前記無線機は、前記屋舎の一方に偏って配置され、
前記エアコンは、冷凍サイクルを搭載して吹き出す空気を冷却するものであり、
前記エアコンは、前記屋舎内の前記無線機が偏って配置された側から見て対角の上方に取り付けられ、
前記内気ファンは、前記内気側熱交換器が配置された前記空間の上部に配置され、前記内気側熱交換器を通過した空気を吸引し、前記屋舎内に送り出すものであり、
前記エアコンの冷風の吹出方向は、上下にスイングし、該スイングするエアコン風によって前記内気ファンに吸引されて前記内気側熱交換器を通過し、冷却された空気を前記エア導入口へ向けることを特徴とする沸騰冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、使用中に発熱する無線機を収容する屋舎内を冷却する沸騰冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、電話基地局は、無線機を屋舎内に収納して使用する場合がある。この屋舎内に収容される無線機等は、所定温度範囲（例えば２０〜３０℃）に保つ必要があるため、従来では図５に示すように、複数のエアコンを用いて屋舎内を冷却している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
電話は２４時間対応なので、無線機は常時作動して発熱している。屋舎は断熱仕様となっているため、冬季など外気温度が低い時（例えば−２０℃）でも、屋舎内に熱がこもることとなり、エアコンは年中稼働することとなる。このため、屋舎内を所定温度範囲に保つためのランニングコストが高くなるとともに、エアコンの寿命対策が必要となる。
そこで、最大負荷（夏期）において室内を適温に保つ能力をもつエアコンを２台配置し、交互運転により長寿命化を図っている。また、エアコンの万一の故障に備えて、予備のエアコンを設置している。つまり、従来の電話基地局は、３台のエアコンを設置することとなり、屋舎内を冷却する設備費用が高くなってしまう。
また、無線機が主な発熱体であるため、屋舎内部の温度分布に偏りがみられ、エアコンのみでは低温空気をそのまま吸い込むショートサーキットの問題対応が困難であるため、屋舎を小型化することが困難となる。
【０００４】
上記の不具合を解決するべく、屋舎内の高温内気と熱交換されて蒸発する冷媒が収容された内気側熱交換器と、蒸発冷媒を低温外気と熱交換して凝縮する外気側熱交換器とを用いた沸騰冷却装置で、無線機が発生する熱を外部に排出し、エアコンの負担を軽くしたものがある。また、無線機の発熱をそのまま外部へ排出するため、屋舎内部の温度分布の偏りがなくなり、ショートサーキットの問題も解決できる。
しかし、従来の沸騰冷却装置は内気側熱交換器と外気側熱交換器の一体型であり、屋舎に設置する際に、屋舎に沸騰冷却装置を配置するための比較的大きな開口部を設ける必要があった。このような設置のしずらさによって、エアコンの負担を軽くする沸騰冷却装置の普及が妨げられていた。
【０００５】
【発明の目的】
本発明は、上記の事情に基づいて成されたもので、その目的は、屋舎内を所定温度範囲に保つためのランニングコストを抑えるとともに、 屋舎内を所定温度範囲に保つための設備コストを抑え、 また、機器発熱量の軽減および屋舎内の温度バランスを良好にして、屋舎の小型化および空調設計を容易にし、さらに屋舎への取り付けを容易に行えることのできる沸騰冷却装置の提供にある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
〔請求項１の手段〕
沸騰冷却装置を屋舎へ組付ける際、屋舎の壁に上昇、下降配管および外気ファンの通電コードを通す共通の貫通穴を設けておく。そして、内気側熱交換器を内気ファンとともに屋舎内に設置し、外気側熱交換器を外気ファンとともに屋舎外に設置し、内気側熱交換器と外気側熱交換器とを、上昇配管および下降配管で接続する。
このように、沸騰冷却装置を組付ける際、屋舎の壁には、上昇、下降配管およびファンの通電コードを通す比較的小さな貫通穴で済むため、従来に比較して沸騰冷却装置を屋舎へ組付ける施工性が向上する。
また、沸騰冷却装置は基本能力ｑに内外温度差Δｔを掛けて冷却能力が決まるため、年間を通すと比較的小さい基本能力ｑにて屋舎内を冷却でき、結果的に屋舎内を所定温度範囲に保つためのランニングコストを抑える。さらに、エアコンに比較して設備費用が少なくて済むため、屋舎内を所定温度範囲に保つための設備コストを抑えることができる。
【０００７】
貫通穴が無線機の上面よりも上方に設けられる。
【０００８】
沸騰冷却装置で効率の良い熱交換が行えるため、エアコンを屋舎内に設置する場合では、エアコンの稼働率を下げることができ、ランニングコストを抑えることができる。
また、エアコンによって冷却された冷気が無線機のエア導入口に向けられるため、無線機を効率的に冷すことができる。
【０００９】
内気側熱交換器が無線機の排熱側に配置されているため、室内ファンが無線機に接近する。そこで、内気ファンの駆動モータとして、ブラシレスの直流モータを用いることにより、ノイズの発生が抑えられるため、室内ファンの発生するノイズの影響が無線機に与えられるのを抑えることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を、実施例および変形例を用いて説明する。
（実施例）
図１および図２は本発明を実施した沸騰冷却装置が搭載された電話基地局の概略図である。
電話基地局は、密閉空間を形成する屋舎１の内部に電話基地局としての電気機器（受電盤２、整流装置３、バッテリ４、複数の無線機５等）を収納するものであり、屋舎１には内部を冷却するためのエアコン６と沸騰冷却装置７が装着されている。なお、電話基地局は、ビルの屋上や山頂など、電波の届きやすい所に設置され、さらに高さ５０ｍ位の鉄塔を立ててアンテナを付けている。従って、電話基地局は、落雷による被害を避けるため、図３および図４に示すように、商用の交流電源８に対して、耐電トランス９、ギャップアレスタ１０を介した整流器１１で交流を直流に変換して電力を使用している。
【００１１】
電話基地局には、使用中に発熱する複数の無線機５が配置されている。
各無線機５は、ケーシングの内部に送受信機やパワーアンプ等の電気機器を収納したもので、無線機５の中央のメンテナンス通路１２側には、屋舎１内の内気を無線機５内に導入するための導入口（エア導入口）が開口している。また、無線機５の壁側には、無線機５の内部の熱気を屋舎１内に排出する熱気吐出口が開口している。
【００１２】
エアコン６は、図示しない冷凍サイクルを搭載して吹き出す空気を冷却するもので、屋舎１内の温度が所定温度より高くなると作動するように設けられている。このエアコン６は、バッテリ４の上方に取り付けられ、その冷風の吹出方向は無線機５の導入口に向けられる。また、エアコン６の吹出方向は、吹出方向が上下にスイングするように設けられており、スイングするエアコン風によって沸騰冷却装置７で冷却された空気をメンテナンス通路１２側へ押し込むように設けられている。
【００１３】
沸騰冷却装置７は、屋舎１の外気によって内気を冷却するもので、この実施例では無線機５から排出された内気を冷却するように、無線機５の排気側に取り付けられている。
本実施例の沸騰冷却装置７は、沸騰冷却器１３、内外ケース１４、１５、内気ファン１６、外気ファン１７等より構成される。
沸騰冷却器１３は、受熱して沸騰気化する液冷媒が封入された内気側熱交換器１８と、この内気側熱交換器１８の上方に配置され、気化冷媒を凝縮して液化させる外気側熱交換器１９と、内気側熱交換器１８で沸騰気化した気化冷媒を外気側熱交換器１９の上部へ導く上昇配管２０と、外気側熱交換器１９で液化凝縮した液冷媒を内気側熱交換器１８の下部へ戻す下降配管２１とから構成される。なお、上昇配管２０および下降配管２１は、屋舎１の横壁を貫通して配置されるものである。
【００１４】
内気側熱交換器１８および外気側熱交換器１９は、それぞれ、上下方向へ伸びる複数本のチューブ、この各チューブの上下端を連通する上下タンク、各チューブ間に介在されたコルゲートフィンにより構成されるもので、内気側熱交換器１８の内部には冷媒（伝熱媒体に相当する）が封入されている。この冷媒は、高温内気によって沸騰し、低温外気によって液化するもので、ＨＦＣ−１３４ａ（化学式ＣＨ2 ＦＣＦ3 ）、低圧封入された水、エチレングリコール水溶液等が用いられている。
【００１５】
内外ケース１４、１５は、屋舎１の内部で内気側熱交換器１８を収納する内ケース１４と、屋舎１の外部で外気側熱交換器１９を収納する外ケース１５とからなり、この二つのケース１４、１５は屋舎１の壁で仕切られている。
内ケース１４は、底面に高温空気を取り込むために開口した内気取入口が設けられ、上面に冷却後の空気を屋舎１内に排出する内気排出口が設けられている。この内気排出口には、内気取入口から高温内気を吸引して内気側熱交換器１８に供給し、内気側熱交換器１８を通過した空気を屋舎１内に排出させる内気ファン１６が取り付けられている。
【００１６】
この内気ファン１６は、無線機５の近くに設置されるため、無線機５への電界ノイズを例えば約５Ｖ／ｍ以下等に低く抑える必要がある。そこで、内気ファン１６の駆動モータとして、ＤＣ電源による長寿命でノイズの発生の少ないブラシレスの直流モータを使用した。
【００１７】
外ケース１５は、下面に外気を取り込むための外気取入口が設けられ、上面に熱交換に使用された外気を外部に排出する外気排出口が設けられている。この外気排出口には、外気取入口から低温外気を吸引して外気側熱交換器１９に供給し、外気側熱交換器１９を通過した外気を排出させる外気ファン１７が設けられている。
【００１８】
この外気ファン１７は、屋舎１の外で無線機５から離れて設置されるため、無線機５への電界ノイズの影響が少なく、この実施例では外気ファン１７の駆動モータとして、ＡＣ電源による安価な交流インダクションモータを使用した。この交流インダクションモータは、整流器１１で整流された直流電流をインバータ２２で交流に変換して駆動される。このインバータ２２は、停電時に屋舎１内を冷却するために換気扇２３を駆動するために従来より設置されるもので、停電時は換気扇２３とともに沸騰冷却装置７も作動するものである。
なお、交流インダクションモータは、交流で時間が変動するために電界ノイズが大きく、例え１００Ｗ程度のモータでも無線機５の近く（約５００ｍｍ以内）では使用できない。つまり、交流インダクションモータは、内気ファン１６の駆動モータとしては不適切である。
【００１９】
（実施例の作動）
無線機５の稼働に伴い、無線機５から熱が発生する。この無線機５の稼働中、沸騰冷却装置７が作動し、無線機５によって加熱された高温空気が内気側熱交換器１８へ案内される。
内気側熱交換器１８は、通過する温風より熱を受けると内部の液冷媒が沸騰気化し、通過する空気は気化熱が奪われて冷却されて無線機５の上方へ吹き出される。沸騰によって発生した気化冷媒は上昇配管２０を介して上昇し、外気ファン１７の作動により低温外気に晒されて低温、低圧になっている外気側熱交換器１９内に導かれる。外気側熱交換器１９内に導かれた気化冷媒は、外気側熱交換器１９を通過する低温外気に熱を奪われて外気側熱交換器１９のチューブ内壁に液化凝縮し、自重により下部に滴下する。滴下した液冷媒は、下降配管２１を介して下降し、内気側熱交換器１８の下部に戻される。
【００２０】
エアコン６が作動し、エアコン６により無線機５の導入口へ２５℃の冷風が供給されているとする。内気ファン１６の作動により、無線機５の導入口から約２５℃の冷風が無線機５の内部に吸い込まれ、無線機５より３８℃の温風が排出されているとする。
ここで、屋舎１内をエアコン６のみで冷却しようとすれば（つまり、沸騰冷却装置７を使用しない場合）、無線機５の熱気吐出口より排出される３８℃の温風をエアコン６にて吸込み、２５℃まで冷却して吹き出すため、エアコン６にて１３℃の冷却を行う必要がある。
【００２１】
これに対し、沸騰冷却装置７の作動により、３８℃の温風の熱を直接内気側熱交換器１８の冷媒に導き、その冷媒の熱を外気に放出しているため、例えば外気温度が１６℃であれば、内気側熱交換器１８を通過した温風の温度を３１．５℃程度まで低減できる。つまり、エアコン６のみを稼働させた場合では、エアコン６の吸込温度が３８℃であったのに対し、沸騰冷却装置７を併用した場合には、エアコン６の吸込温度を３１．５℃まで低減できるため、エアコン６で２５℃の冷風を吹き出させるには、エアコン６の冷却温度を６．５℃とすることができる。この結果、エアコン６の稼働率が大幅に低減する。
【００２２】
（実施例の効果）
上昇配管２０および下降配管２１は、屋舎１の壁を貫通して配置されるものである。このため、沸騰冷却装置７の設置時に、屋舎１の内外の内気側熱交換器１８と外気側熱交換器１９を上昇配管２０および下降配管２１で接続すれば良く、外気ファン１７のモータ電源を含めて３本を繋げば施工できる。従って、沸騰冷却装置７の設置時、屋舎１の壁への加工は直径１００ｍｍ程度の加工穴（貫通穴）２４で済む。このように、屋舎１に大幅な設計変更の必要がなく、既存の電話基地局へも容易に沸騰冷却装置７を取り付けることができる。
また、沸騰冷却装置７が無線機５の排気側に設置されるため、沸騰冷却装置７で効率良く無線機５の熱を排出できる。
【００２３】
一方、沸騰冷却装置７は基本能力ｑに内外温度差Δｔを掛けて冷却能力が決まるため、年間を通すと比較的小さい基本能力ｑにて屋舎１内を冷却でき、結果的に屋舎１内を所定温度範囲に保つためのランニングコストを抑える。
具体的には、例えば無線機５の内部発熱が３〜１０ｋＷあり、その排気温度は吸気温度に対して１０〜２０℃ほど高くなる。一方、外気の年平均温度は、中部、関西、四国、九州の太平洋側の地区では、１３〜１７℃なので、内外温度差Δｔが大きくとれる。このため、沸騰冷却装置７の冷却能力が非常に大きくなり、エアコン６の稼働率を５０％以上低下させることができる。
【００２４】
さらに、この実施例では、エアコン６の数が１台で済む。エアコン６の設備費用は大変大きく、従来では３台設置していたため、大変大きな設備費用が必要であった。これに対して、沸騰冷却装置７は、安価で済むとともに、上述のように容易に設置できるため、エアコン６に比較して設備費用が大変少なくて済む。このため、この実施例に示したように、無線機毎に沸騰冷却装置７を設けた場合であっても、エアコン６を３台設置する場合に比較して、屋舎１内を所定温度範囲に保つための設備コストを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電話基地局の概略側面図である（実施例）。
【図２】電話基地局の概略上視図である（実施例）。
【図３】電話基地局の電気回路図である（実施例）。
【図４】電話基地局の電気回路のブロック図である（実施例）。
【図５】電話基地局の概略上視図である（従来例）。
【符号の説明】
１  屋舎
５  無線機
６  エアコン
７  沸騰冷却装置
１６  内気ファン
１７  外気ファン
１８  内気側熱交換器
１９  外気側熱交換器
２０  上昇配管
２１  下降配管
２４  加工穴（貫通穴）
【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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