(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温空気流である第１流体と低温空気流である第２流体とを隣接して流し、前記第１流体と前記第２流体とを隔てる隔壁を介して、前記第１流体と前記第２流体との熱交換を行う熱交換器において、
前記隔壁は上下方向に延びる長方形状を有し、
発熱体が配された密閉空間内部と連通し、前記第１流体を流す第１流体通路、および前記密閉空間の外部と連通し、前記第２流体を流す第２流体通路は前記隔壁の長手方向に流体が流れる形状を呈し、
前記第１流体通路の内部、および前記第２流体通路の内部には、波状に多数曲折されたフィンが、略対角線方向に配置されて、それぞれのフィンを通過する流体の流れが互いに対向流となるように設けられ、
前記第１流体通路の流体入口と流体出口は、第１流体通路の短辺側の一方と長辺側の一方とに設けられ、
前記第２流体通路の流体入口と流体出口は、第２流体通路の短辺側の他方と長辺側の他方とに設けられ、
前記第１流体通路と前記第２流体通路とが交互に積層され、
前記第１、第２流体通路共に、前記流体出口が、前記流体入口から見て、前記フィンの反対側に設けられ、
前記第１、第２流体通路共に、流体の出入り口が設けられていない側の短辺と長辺は、その隣接する端部が直角の角部を成すように接合され、
前記第１、第２流体通路において前記流体出口が設けられる辺には、壁が設けられておらずに、前記流体出口が設けられる辺全体が前記流体出口として開放されており、
前記第１、第２流体通路において前記流体入口が設けられる辺には、前記流体入口の大きさを絞る壁が設けられており、
前記第２の流体通路の流体出口は前記第２の流体通路の流体入口よりも上方に位置し、
前記第２流体通路の内部において、前記フィンは風上側の通風面が下方となるように傾斜して配されていることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
請求項１の熱交換器において、前記フィンは、流体の入口側および
出口側のフィン長が、中央部のフィン長に比較して短く設けられたことを特徴とする熱交換器。
【請求項３】
請求項１または請求項２の熱交換器において、
前記流体通路の内部における前記フィンの存在しない部分には、流体の整流あるいは攪拌を行う内部材が設けられたことを特徴とする熱交換器。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかの熱交換器において、
前記フィンは、このフィンの出入口の端面に対し、流路方向が斜めに設けられたことを特徴とする熱交換器。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかの熱交換器において、
前記フィンは、短辺側の一方に偏って配置されたことを特徴とする熱交換器。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかの熱交換器において、
前記第１流体通路および前記第２流体通路には、前記フィンの位置決めを行う位置決突起が設けられたことを特徴とする熱交換器。
【請求項７】
請求項６の熱交換器において、
前記位置決突起は、前記フィンの外形周縁に接するように設けられたことを特徴とする熱交換器。
【請求項８】
請求項６の熱交換器において、
前記位置決突起は、前記フィンの溝に沿うように設けられたことを特徴とする熱交換器。
【請求項９】
請求項１ないし請求項８のいずれかの熱交換器において、
前記第１流体通路あるいは前記第２流体通路は、２枚のプレートを接合して設けられ、前記プレートは、中心線に対して左右対象に設けられたことを特徴とする熱交換器。
【請求項１０】
請求項１ないし請求項９のいずれかの熱交換器において、
前記フィンの両端の縁部は、流体通路の内壁に接して設けられたことを特徴とする熱交換器。
【請求項１１】
請求項１ないし請求項１０の熱交換器と、
発熱体を収納する密閉空間を備える筐体と、
前記密閉空間内の内気を前記第１流体通路に導くとともに、この第１流体通路を通過した内気を再び前記密閉空間内へ導く内気ファンと、
前記筐体の外部の外気を前記第２流体通路に導くとともに、この第２流体通路を通過した外気を再び前記筐体の外部へ導く外気ファンと、を備える筐体冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、第１流体と第２流体との熱交換を行う熱交換器、およびこの熱交換器によって発熱体を収納する密閉空間内の冷却を行う筐体冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、高温空気流と、低温空気流とを熱交換する熱交換器として、図１１に示す直交流式熱交換器Ｊ1 （高温空気流と低温空気流とが直交して流れて熱交換を行うタイプ）と、図１２に示す対向流式熱交換器Ｊ2 （高温空気流と低温空気流とが対向して流れて熱交換を行うタイプ）とが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記の直交流式熱交換器Ｊ1 は、対向流式に比較して効率が悪い。
また、対向流式熱交換器Ｊ2 は、図１２に示すように、各空気通路の断面積が小さくなってしまい、またその内部にコルゲートフィンＪ3 を挿入するため、圧力損失が大きくなってしまう。なお、圧力損失の増大によって、ファン等の大型化、高出力化を招いてしまう。
また、対向流式熱交換器Ｊ2 は、コルゲートフィンＪ3 の空気流入面積が小さいために、目詰まりを起こしやすい。
【０００４】
【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、低圧損で、高い熱交換能力を持つ熱交換器と、その熱交換器を用いた筐体冷却装置の提供にある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
〔請求項１の手段〕
請求項１記載の発明によれば、波状に多数曲折されたフィンが、長方形状を成す流体通路の略対角線方向に配置されるため、波状に多数曲折されたフィン部への流体流入面積が大きくなる。このため、フィンを流れる流体の流速が下がり、結果的にフィンが配置された流体通路内の圧力損失を小さく抑えることができる。これにより、熱交換器の高効率化を図ったり、あるいは流体駆動装置（ファン等）の小型化、低出力化を図ることができる。
また、フィンの流入面積が大きいことにより、目詰まりを起こしにくい。
【０００６】
第１流体通路の流体入口と流体出口は、第１流体通路の短辺側と長辺側に設けられ、第２流体通路の流体入口と流体出口も、第２流体通路の短辺側と長辺側に設けられるため、熱交換器の外形寸法を小さくすることができる。
【００１０】
〔請求項２の手段〕
流体の入口側および出口側のフィン長が、中央部のフィン長に比較して短く設けられたことにより、流体の入口側および出口側の流路面積（流体通路内でフィンの存在しない空間）が大きく、流体の流入抵抗および流出抵抗を低くでき、さらに流体通路内の圧力損失を低く抑えることができる。
【００１１】
〔請求項３の手段〕
フィンの存在しない流体通路の内部に、流体の整流あるいは攪拌を行う内部材を設けたことにより、熱交換器の高効率化を図ることができる。つまり、内部材が流体の整流を行う場合は、流体の層流化により流体通路内の圧力損失を小さく抑えることができ、内部材が流体の攪拌を行う場合は、流体の乱れによって熱交換効率を高めることができる。
【００１２】
〔請求項４の手段〕
フィンに流入する流体の出入口端面に対し、流路方向を斜めに設けたことにより、流体が熱交換器に流入してからフィンに流入する際の流れの曲がりが少なくなる。つまり、熱交換器内の流体の流れの曲がりが少なくなる。このため、熱交換器内の圧力損失が低く抑えられ、熱交換効率を高めることができる。
【００１３】
〔請求項５の手段〕
フィンが短辺側の一方に偏って配置されるものであっても良い。
【００１７】
〔請求項６の手段〕
流体通路にフィンの位置決突起が設けられたため、組付時が容易で、かつフィン位置がずれる不具合がない。
【００１８】
〔請求項７の手段〕
フィンの外形周縁に接する位置決突起によって、フィンの位置決めがなされる。
【００１９】
〔請求項８の手段〕
フィンの溝に沿う位置決突起によって、フィンの位置決めがなされる。
【００２０】
〔請求項９の手段〕
プレートが中心線に対して左右対称に設けられることにより、第１流体通路あるいは第２流体通路を構成する２枚のプレートが共通化できる。つまり、第１流体通路あるいは第２流体通路を１種類のプレートを組み合わせて設けることができるため、コストを抑えることができる。
【００２３】
〔請求項１０の手段〕
フィンの両端の縁部が流体通路の内壁に接するため、フィンと流体通路との間の隙間から流体が抜けるのを防ぐことができる。つまり、流体通路を流れる流体が確実にフィンの溝内に導かれる。
【００２４】
〔請求項１１の手段〕
本発明を採用した低圧損の熱交換器を用いることによって、密閉空間内の高温空気を効率的に放熱することができる。あるいは、内気ファンや外気ファンの小型化および低出力化を図ることができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を、複数の実施例を用いて説明する。
（第１実施例の構成）
図１ないし図３は第１実施例の熱交換器を示すもので、図１は第１流体が流れる第１流体通路と第２流体が流れる第２流体通路の概略図、図２は第１流体通路と第２流体通路の流体の流れ方向を示す説明図、図３は熱交換器の展開図である。
【００２７】
熱交換器１は、アルミニウムや黄銅など熱伝導性に優れた金属材によって形成されるもので、第１流体（例えば、高温の空気流）が流れる第１流体通路Ａ（図１のａ参照）と、第２流体（例えば、低温の空気流）が流れる第２流体通路Ｂ（図１のｂ参照）とが、隔壁２を介して交互に積層された積層タイプであり、長方形状の隔壁２と、薄板を多数波状に曲折したフィン３とを、交互に積層した構造を採用する。
具体的には、各第１流体通路Ａおよび各第２流体通路Ｂは、図１の（ａ）、（ｂ）に示すように、上下方向に長い立方形状の箱体によって構成されるもので、図３に示すように、隔壁２およびフィン３の他に、上下プレート２ａおよび前後プレート２ｂが取り付けられ、一体ろう付けされている。
【００２８】
第１流体通路Ａは、背面の上部が開口して設けられるとともに、下面も開口して設けられている。なお、背面上部の開口が第１流体の入口Ａi であり、下面の開口が第１流体の出口Ａo となる。
第２流体通路Ｂは、正面の下部が開口して設けられるとともに、上面も開口して設けられている。なお、正面下部の開口が第２流体の入口Ｂi であり、上面の開口が第２流体の出口Ｂo となる。
【００２９】
フィン３は、第１、第２流体通路Ａ、Ｂの奥行き方向に対して傾斜して配置される。具体的には、フィン３は、フィン長（流体が通過する幅）が、第１、第２流体通路Ａ、Ｂより狭い薄板で、長方形状を呈する第１、第２流体通路Ａ、Ｂの略対角線方向に配置されている。具体的には、第１、第２流体通路Ａ、Ｂの長手方向（上下上方）に対して同一方向に前傾した状態で配置される。このフィン３には、空気の流れ方向に対して直交する多数のルーバ３ａが形成されており、熱交換率の向上が図られている。
【００３０】
（第１実施例の作動）
第１流体通路Ａに第１流体が流れ、第２流体通路Ｂに第２流体が流れると、図２の（ａ）、（ｂ）に示すように、第１流体と第２流体は、フィン３の通過時において、互いに対向する対向流となり、フィン３および隔壁２を介して熱交換を行う。
【００３１】
（第１実施例の効果）
本実施例の熱交換器１は、上下方向に長い第１、第２流体通路Ａ、Ｂ内に配置されるフィン３が、共に前傾配置されるため、フィン３への流体流入面積が、従来の対向流式に比較して大変大きくなる。
つまり、第１、第２流体通路Ａ、Ｂ内に流入した流体は、流入面積の大きいフィン３に広がって流れるため、フィン３を通過する流体の流速が下がり、フィン３が配置された第１、第２流体通路Ａ、Ｂ内の圧力損失が小さく抑えられる。この低圧損下により、第１、第２流体の流量が増え、熱交換器１の高効率化が図られる。あるいは、第１、第２流体を駆動する流体駆動装置（ファン等）が小型化、低出力化できる。
【００３２】
また、第１、第２流体通路Ａ、Ｂ内においてフィン３を傾斜配置させたことで、圧力損失が小さく抑えられたため、本実施例に示されるように、多数のルーバ３ａが形成されたフィン３を採用しても、従来の対向流式でルーバ無しタイプよりも圧力損失を同等以下に抑えることができる。
さらに、フィン３の流入面積が、従来に比較して大変大きいため、従来に比較して、塵や埃等による目詰まりを起こしにくい。
【００３３】
（第２実施例の構成）
図４は上記第１実施例の熱交換器１を用いた筐体冷却装置４の概略図である（図４に図示されない符号は第１実施例参照）。
本実施例に示す筐体冷却装置４は、屋内配置など、風雨に晒されない場所に設置されるもので、作動によって発熱する発熱体５（例えば、通信機器用の送受信機や、この送受信機を駆動するパワーアンプ等の電気機器）を収納する密閉空間６ａを構成する筐体６と、密閉空間６ａ内を冷却する冷却装置７とによって構成される。
この冷却装置７は、筐体６の一側面に設けられるもので、冷却装置７のケース７ａは筐体６の一側面に沿った縦長の薄箱状に設けられている。なお、本実施例のケース７ａは、筐体６と共通化されたものであるが、冷却装置７のケース７ａを筐体６とは別体に設けて、筐体６の内側あるいは外側に取り付けても良い。
【００３４】
冷却装置７は、第１実施例で示した熱交換器１を用いて構成されるもので、冷却装置７と筐体６とを区画する仕切壁８の上部には、密閉空間６ａ内の高温空気（内気）を熱交換器１の第１流体通路Ａの入口Ａi に取り込むための内気取入口８i が設けられ、仕切壁８の下部には、第１流体通路Ａを通過した内気を再び密閉空間６ａに戻す内気排出口８o が設けられている。
冷却装置７の下側には、第１流体通路Ａ内に空気流を生じさせて、内気取入口８i から密閉空間６ａの上部の高温内気を吸引して第１流体通路Ａに導き、第１流体通路Ａを通過した空気を内気排出口８o から密閉空間６ａの下部に排出させる内気ファン９が設けられている。この内気ファン９による空気の流れを図４の矢印αに示す。
【００３５】
冷却装置７のフロントパネル１０（図４の左側）の下部には、室外の低温空気（外気）を熱交換器１の第２流体通路Ｂの入口Ｂi に取り込むための外気取入口１０i が設けられ、上部には第２流体通路Ｂを通過した外気を外部に排出する外気排出口１０o が設けられている。
冷却装置７の上側には、第２流体通路Ｂ内に空気流を生じさせて、外気取入口１０i から低温外気を吸引して第２流体通路Ｂに導き、第２流体通路Ｂを通過した空気を外気排出口１０o から外部に排出させる外気ファン１１が設けられている。この外気ファン１１による空気の流れを図４の矢印βに示す。
【００３６】
（第２実施例の作動）
発熱体５の作動中、内気ファン９および外気ファン１１が作動する。内気ファン９の作動により、密閉空間６ａの上部の高温内気が第１流体通路Ａを通過し、再び密閉空間６ａの下部に排出する。一方、外気ファン１１の作動により、低温外気が第２流体通路Ｂを通過し、再び外部に排出する。
熱交換器１では、第１流体通路Ａには高温内気が流れ、第２流体通路Ｂには低温外気が流れるため、高温内気と低温外気とは、フィン３の通過時に対向流となり、フィン３および隔壁２を介して熱交換を行う。この結果、密閉空間６ａ内の熱が外部に放出され、密閉空間６ａ内の温度上昇が抑えられる。
【００３７】
（第２実施例の効果）
筐体冷却装置４に圧力損失が低い熱交換器１を採用したことにより、内気ファン９や外気ファン１１の小型化および低出力化を図ることができる。また、熱交換器１の低圧損化により、高温内気および低温外気の通過量が増え、熱交換率が向上する。
【００４０】
（第３実施例）
図５は第１、第２流体通路Ａ、Ｂ内に配置されるフィン３の形状を示す熱交換器１の側面図である。
本実施例のフィン３は、流体の入口Ａi 、Ｂi 側および出口Ａo 、Ｂo 側のフィン長Ｆ1 、Ｆ2 が、中央部のフィン長Ｆ3 に比較して短く設けられたものである。
このように設けられたことにより、流体の入口Ａi 、Ｂi 側および出口Ａo 、Ｂo 側における第１、第２流体通路Ａ、Ｂ内でフィン３の存在しない空間が大きくなり、流体の流入抵抗および流出抵抗が低くなり、結果的に第１、第２流体通路Ａ、Ｂ内の圧力損失を上記の実施例より更に低く抑えることができる。
【００４４】
（第４実施例）
図６は第１、第２流体通路Ａ、Ｂの内部を示す概略図である。
第１、第２流体通路Ａ、Ｂの内部におけるフィン３の存在しない部分には、流体の整流を行う内部材１５が設けられている。
この内部材１５は、隔壁２に接合されるプレート、隔壁２に接合される突起、あるいは隔壁２にプレス加工等で形成されたディンプルによって成る。
【００４５】
このように、フィン３の存在しない第１、第２流体通路Ａ、Ｂの内部に、第１、第２流体の整流を行う内部材１５を設けたことにより、第１、第２流体が層流化し、第１、第２流体通路Ａ、Ｂ内の圧力損失が小さくなる。この低圧損化により、第１、第２流体の流量が増え、熱交換器１の高効率化が図られる。あるいは、第１、第２流体を駆動する流体駆動装置（ファン等）が小型化、低出力化できる。
【００４６】
この実施例では、内部材１５によって、流体の整流を行う例を示したが、流体を拡散するように設けても良い。
また、隣接する隔壁２どうしが、内部材１５を介して互いに接するように設けても良い。隣接する内部材１５が互いにろう付けによって接合されることにより、熱交換器１の機械的強度が向上する。
あるいは、フィン３の位置決めに内部材１５を用いても良い。内部材１５をフィン３の位置決めに用いることにより、組付け性が向上する。
【００４７】
（第５実施例）
図７の（ａ）、（ｂ）はフィン３の正面図および側面図、図８はフィン３を通過する流体の流れを示す説明図である。
この実施例のフィン３は、このフィン３の流体出入口端面３ｉ、３ｏに対し、流路方向Ｆ（フィン長方向）が流体の流れ方向に近づくように斜めに形成されたものである。
このように設けたことにより、流体（第１、第２流体の少なくとも一方の流体）が熱交換器１に流入してからフィン３に流入する際の流れの曲がりが少なくなる。熱交換器１内における圧力損失が低く抑えられ、熱交換効率を高めることができる。
もちろん、この実施例のフィン３を用いた熱交換器１を、上記の実施例で示した筐体冷却装置４に適用しても良い。
【００５２】
（第６実施例）
この第６実施例の熱交換器１は、フィン３の位置決めを行う位置決突起を設けたものである。
この第６実施例の位置決突起は、フィン３の外形周縁に接してフィン３のろう付け前の動きを規制するもので、複数の小さな突起によって設けられている。
このように、位置決突起によってフィン３の位置決めが成されるため、組付性が向上し、高い精度の熱交換器１を製造できる。
【００５３】
（第７実施例）
図９はフィン３の溝に沿う位置決突起２２を示す斜視図である。
この第７実施例の熱交換器１は、上記第６実施例で示したフィン３の外形周縁に接した位置決突起に加え、フィン３の溝に沿う位置決突起２２を設けたものである。この結果、より高い精度でフィン３の位置決めが成される。
【００５４】
（第８実施例）
この第８実施例の熱交換器１の第１流体通路Ａあるいは第２流体通路Ｂは、２枚のプレートを接合して設けられ、プレートが中心線に対して左右対称に設けられるものであり、プレートには上記第７実施例と同様、フィン３の外形周縁に接する位置決突起と、フィン３の溝に沿う位置決突起２２を設けたものである。プレートが１種類で済むため、熱交換器１の製造コストを抑えることができる。
【００６１】
（第９実施例）
図１０は流体通路内のフィン３の配置状態を示す概略図である。
この第９実施例のフィン３は、フィン３の両端の縁部Ｅが流体通路を構成するチューブ１２の内壁に接するように設けられたものである。このように設けることにより、フィン３とチューブ１２との間から流体が抜けるのを防ぐことができ、チューブ１２内を流れる流体を確実にフィン３の溝内に導くことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  第１、第２流体通路を示す概略斜視図である（第１実施例）。
【図２】  第１、第２流体の流れ方向を示す説明図である（第１実施例）。
【図３】  熱交換器の展開図である（第１実施例）。
【図４】  筐体冷却装置の概略図である（第２実施例）。
【図５】  フィン長を示す熱交換器の側面図である（第３実施例）。
【図６】  第１、第２流体通路内を示す概略図である（第４実施例）。
【図７】  フィンの正面図および側面図である（第５実施例）。
【図８】  フィンを通過する流体の流れ方向の説明図である（第５実施例）。
【図９】  フィンの溝に沿う位置決突起を示す斜視図である（第７実施例）。
【図１０】  流体通路内のフィンの配置状態を示す概略図である（第９実施例）。
【図１１】  直交流式熱交換器の要部斜視図である（従来例）。
【図１２】  対向流式熱交換器の要部斜視図である（従来例）。
【符号の説明】
Ａ    第１流体通路
Ｂ    第２流体通路
１    熱交換器
２    隔壁
３    フィン
４    筐体冷却装置
５    発熱体
６    筐体
６ａ  密閉空間
９    内気ファン
１１    外気ファン
１５    内部材
２２    位置決突起
【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】
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【図１２】
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