JP3757097B2

JP3757097B2 - 屋外設置電子機器用筐体の放熱構造

Info

Publication number: JP3757097B2
Application number: JP2000097636A
Authority: JP
Inventors: 定明松本; 和幸明石
Original assignee: NEC Engineering Ltd
Current assignee: NEC Engineering Ltd
Priority date: 2000-03-31
Filing date: 2000-03-31
Publication date: 2006-03-22
Anticipated expiration: 2020-03-31
Also published as: JP2001284864A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、通信機のような発熱性を有する電子機器を収容するための屋外設置電子機器用筐体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
屋外設置電子機器の筐体は、日射や降雨、降雪、塵埃などの自然環境や動植物から電子機器を護るために、内筺体と外筺体からなる二重構造に構成されている。
この種の二重構造の筺体では、内筐体に内蔵された電子機器から発生する熱を外部に放熱するための放熱構造が必要となる。
【０００３】
従来技術の放熱構造は、例えば特開平８−３３０７６８号公報に記載されているように、外筐体と内筐体との間の空間（中間室）に設けたファンにより空気を攪拌循環させ、内筐体内の電子機器から発生する熱を外気に伝達することにより放熱させるようになっている。中間室と外気と間の通風の制御は、外筐体に設けた弁を開閉することにより行われる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術の二重筺体の放熱構造の第１の問題点は、筐体が大きくなり、用途や設置場所の選択範囲が制限されるということである。
筐体が大きくなるのは、外筐体と内筐体の間の空間にファンを設けているからであり、ファン設置のための空間が筐体内に必要であるからである。また、ファンにより対流を発生させるので、ファンの性能を落とさないためにファンへの空気の流入空間およびファンからの空気の排出空間の確保が必要になり、これがまた筐体が大きくなる原因ともなる。
【０００５】
第２の問題点は、複雑な筐体形状に対応することができず、適用可能な装置の範囲が狭まるということである。
その理由は、外筐体と内筐体の間の空間の排気にファンによる空気の流れを使用していることにある。筐体形状が複雑になり、外筐体と内筐体の間の空間が入り組んでくると、ファンによる空気の流れが届かなかったり、空気流が停滞する箇所が発生し易くなり、放熱効果が小さくなる原因となる。
【０００６】
第３の問題点は、外筐体と内筐体の間の中間室への外気導入、および、中間室から外気への排気ができなくなる場合が起こり得るということである。中間室への外気導入、および、中間室から外気への排気ができなくなると、内筐体内の電子機器からの放熱効率が低下し、電子機器の温度上昇が大きくなり、電子機器に悪影響を与える。
このように中間室への外気導入、および、中間室から外気への排気が停止することがあるのは、中間室と外気と間の通風の制御に弁を利用していることによる。即ち、弁が開閉不能になると、通気が停止するからである。また、外筐体と内筐体の間の中間室にファンの風によっては排出することができない異物が混入し堆積すると、中間室の空気の流れを阻害することも原因となる。
【０００７】
第４の問題点は、騒音が大きいということである。騒音が大きくなると、電子機器の用途や設置場所の選択範囲が狭まるという不便がある。
騒音が大きいのは、ファンを用いており、空気の対流を発生させるために回転羽根を使用することにある。回転羽根は風きり音を発生し、騒音の原因となる。
【０００８】
本発明の目的は、小型でコンパクトな屋外設置電子機器用筐体を提供することにある。
本発明の他の目的は、複雑な筐体形状を実現することの可能な屋外設置電子機器用筐体を提供することにある。
本発明の他の目的は、筐体内と外気との通風が滞ることのない屋外設置電子機器用筐体を提供することにある。
本発明の他の目的は、騒音の小さな屋外設置電子機器用筐体を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の屋外設置電子機器用筐体は、発熱性の電子機器を搭載する基板と、前記基板に設置され前記機器を囲繞する内筐体と、前記内筐体を囲繞する外筐体と、前記内筐体を囲繞するべく前記内筐体と外筐体との間に配置され前記内筐体と外筐体との間の中間空気室の空気を攪拌するエンドレスベルトと、前記ベルトを回転させる回転駆動手段とを具備することを特徴とする。
【００１０】
本発明の屋外設置電子機器用筐体では、電子機器の放熱に必要な空気の撹拌循環は、内筐体を囲繞するベルトを回転させることにより発生される。ベルトが回転すると、空気の粘性によりベルトの両側の空気はベルトに引きずられ、内筐体と外筐体との間の中間空気室の空気は撹拌される。このように中間空気室の空気が撹拌されるので、電子機器に発生し内筐体に伝達された熱が先ずベルトに伝達され、ベルトから空気を介して更に外筐体に伝達されるのが促進される。
従って、本発明の屋外設置電子機器用筐体では、筐体内に対流用のファンを設ける必要がない。また、ベルトは内筐体を囲繞する所望の任意の進路に沿って走行するべく配置することができるので、複雑な筐体形状にも対応することができる。
【００１１】
好ましい実施態様においては、外筐体には外気と中間空気室との間の自然通風を可能にする開口を設ける。
このようにすれば、中間空気室のうちベルトよりも外側に位置する領域を通じて発生する空気の対流により、このベルト外側領域に開口を介して外気が導入されると共に、この領域内の暖まった空気は開口を介して外部に排出され、放熱が促進される。
【００１２】
好ましい実施態様においては、ベルトにはそこから内側に延長する複数の内向きフィンを設ける。
これらの内向きフィンは中間空気室のうちベルトよりも内側に位置する領域の空気を撹拌するので、このベルト内側領域内の空気の温度勾配が均一化され、熱の伝達と機器の放熱が促進される。
【００１３】
ベルトには、更に、外側に延長する複数の外向きフィンを設けることができる。
これらの外向きフィンは中間空気室のうちベルトよりも外側に位置する領域の空気を撹拌するので、このベルト外側領域における空気の対流が促進され、放熱が促進される。
【００１４】
好ましくは、ベルトの外向きフィンはベルトの停止時に外筐体の前記開口を閉鎖するべく構成されかつ配置される。
このように構成すれば、ベルトの停止時には外筐体の開口は外向きフィンによって閉鎖されるので、小動物、塵埃その他の異物が筺体内に進入するのが防止される。
【００１５】
好ましい実施態様においては、周囲環境や筐体内の状況に応じてベルトの回転速度や停止位置を制御する。このため、外気の温度および流速、前記中間空気室内の空気の温度および流速、前記内筐体内の空気の温度および流速、又は電子機器への供給電力を検知する検知手段を設け、これらのパラメータに基づいてベルトの回転速度および停止位置を制御する制御手段を設ける。このようにすれば効率的なベルトの回転が行えるので、消費電力を節約することができる。
本発明の上記特徴や効果並びに他の特徴や効果は以下の実施例の記載につれて更に明らかにする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１から図３を参照しながら、本発明の屋外設置電子機器用筐体の第１実施例を説明する。
図１から図３を参照するに、電子機器用筐体１０は、電子機器１２を搭載する基板１４を備え、内筐体１６と外筐体１８の２重筐体構造に構成されている。内筐体１６の中には、発熱する電子機器１２が収蔵されている。図示した実施例では、電子機器用筐体１０の外形は円柱形であるが、他の形状であっても良い。
【００１７】
外筐体１８と内筐体１６との間に形成された中間空気室２０には、内筐体１６を囲繞する形でエンドレスベルト２２が配置されている。ベルト２２は可撓性材料で形成され、適当な腰の強さを有する。
ベルト２２の下端は基板１４に形成された潤滑性のある環状の案内溝２４に係合してあり、この案内溝２４によって内筐体１６を囲繞する環状の進路に沿って走行するべく案内されている。
ベルト２２には、基板１４に取付けた枢軸２５に回転可能に装着された例えば４つの弾力性のあるローラー２６および外筐体１８の天板の下面に装着された例えば４つのローラー２８が内接係合しており、ローラー２６の１つはモータ３０によって回転されベルト２２を駆動するようになっている。ベルト２２に内接するローラー２６を駆動するモータ３０は少なくとも１つあれば良い。また、ローラー２６は、筐体１０の形状によっては、ベルト２２の外側に配置しても良い。
【００１８】
外筐体１８には、その外部と中間空気室２０との間の自然通風を可能にする開口３２が設けてある。これらの開口３２は例えば円周方向等間隔に４カ所に設けてあると共に、上下方向に離間してある。
【００１９】
ベルト２２には、内筐体１６に向かって半径方向内向きに延長する例えば４枚の空気撹拌用の内向きフィン３４と、外筐体１８に向かって半径方向外向きに延長する例えば４枚の空気撹拌用外向きフィン３６が取付けてある。
外向きフィン３６は、また、外筐体１８の開口３２の横幅に等しい横幅を有し、外向きフィン３６が開口３２に整合する位置にベルト２２を停止させた時に開口３２を閉鎖する機能も備えている。
【００２０】
内筐体１６および外筐体１８には、外気の温度および流速、中間空気室２０内の空気の温度および流速、内筐体１６内の空気の温度および流速、および電子機器１２への供給電力を検知する複数のセンサー３８が適宜箇所に設けてある。
これらのセンサー３８によって検出されたデータは制御装置４０に送られる。制御装置４０は、これらのデータに基づいて電子機器に必要な放熱効果を発生させるためのベルト２２の回転速度を演算すると共に、ベルト２２の停止位置を演算し、モータ３０を制御する。
【００２１】
次に、この実施例に係る電子機器用筐体１０の動作と使用の態様を説明するに、筐体１０に電源が投入され、電子機器１２、モータ３０、制御装置４０、検知手段３８に電力が供給されると、それらが稼動し始める。
電子機器１２は作動に伴い熱を発生し、内筐体１６内の雰囲気温度および内筐体１６自体の温度を上昇させ始める。これに伴い、内筐体１６内の空気に自然対流が起こる。
内筐体１６自体の温度が上昇すると、外筐体１８と内筐体１６の間の中間空気室２０の温度も上昇し始め、中間空気室２０内でも自然対流が発生し始める。
【００２２】
センサー３８は筐体１０の外側の外気の温度および流速、外筐体１８と内筐体１６との間の中間空気室２０内の雰囲気の温度および流速、内筐体１６内の空気の温度および流速、および電子機器１２への供給電力、およびベルト２２の回転状況を検知し、検出データを制御装置４０に随時伝送する。
【００２３】
制御装置４０は、センサー３８から随時伝送されてくる情報に基づいて、内筐体１６内の電子機器１２の周囲の空気、および、外筐体１８と内筐体１６との間の中間空気室２０内の空気に電子機器１２の放熱に必要な撹拌循環を発生させるに要するベルト２２の回転速度を随時演算し、モータ３０へ制御信号を伝送する。
【００２４】
制御装置４０からの制御信号によりモータ３０が回転し、ベルト２２が図３の矢印４２の方向に回転すると、ベルト２２の内側および外側に取り付けられたフィン３４および３６はベルト２２と共に回転し、外筐体１８と内筐体１６との間の中間空気室２０内の空気を矢印４２の方向に循環させながら撹拌する。
中間空気室２０のうちベルト２２よりも外側に位置する領域２０Ａ（図３参照）内へは冷たくかつ重い外気が下側の開口３２を介して矢印４４で示したように導入される。また、暖められ外気より軽くなった領域２０Ａ内の空気は上側の開口３２を介して矢印４６で示したように外部に排出される。
外向きフィン３６は、また、ベルトの回転方向４２に回転しながら、外筐体１８と内筐体１６との間の空間２０に混入した異物や進入した小動物などを開口３２から筐体０１の外へ掻き出す。
ベルト２２に取付けた内向きフィン３４は中間空気室２０のうちベルト２２よりも内側に位置する領域２０Ｂ内の空気を撹拌し、内筐体１６の放熱を促進する。
【００２５】
この実施例では、電子機器の放熱に必要な空気の対流をベルト２２を回転させることにより発生させているので、筐体内へファンのような特別な強制空冷装置を付加したり、ファンの吸排気に必要な対流スペースを確保する必要がない。このため、筐体を小さくすることができるし、ファンの騒音がないので、携帯用の小型装置にも適用することができる。
また、筐体を２重化し２重筐体間に回転ベルトを配置することにより空冷のための筐体内の空気の撹拌に必要な空気の対流を発生させるので、筐体形状が複雑になり、外筐体と内筐体の間の空間が入り組んだ構造になった場合でも、ベルト回転機構を適当な位置に配置することで内筐体外周をベルトで囲むことができ、空気の流れが届かなかったり停滞したりする箇所が発生するのを防止することができ、放熱効果を確保することができる。このため、複雑な筐体形状に対応することができ、装置への適用範囲を広げることができる。
【００２６】
また、この実施例では、モータ３０に連結した弾力性のあるローラー２６をベルト２２に内接（外接でもよい）させることによりベルト２２を駆動し、ベルト下端を潤滑性のある溝２４内で案内するようにしたので、ベルトの滑らかな回転が実現される。このため、ベルトの始動、停止時の衝撃、および、回転中の振動などが電子機器筐体に与える影響を小さくすることができ、精密な装置にも適用することができる。
【００２７】
電子機器１２への電力供給が停止し、電子機器１２の発熱が終ると、制御装置４０は外向きフィン３６が外筐体１８の開口３２を閉鎖する位置にベルト２２を停止させるべくモータ３０に制御信号を出力する。このように開口３２がフィン３６によって閉鎖された状態では、筐体１０外の外気の影響が内筐体１６内の電子機器１２へ及ぶことがないと共に、外部から外筐体１８の開口３２を介して外筐体１８と内筐体１６の間の中間空気室２０へ異物が混入堆積したり、小動物が進入したりするのが防止される。
【００２８】
このように外筐体１８の開口３２がフィン３６によって塞がれるので、開口３２の開閉をするための弁やその開閉機構を設ける必要がない。このため、開閉機構の故障により弁の開閉ができなくなり、外筐体と内筐体の間の中間空気室２０への外気導入、および、中間空気室２０から外気への排気ができなくなるおそれがない。また、作動時には、ベルト２２と共にフィン３６が外筐体と内筐体との間の空間を回転しており、外筐体と内筐体との間の空間に混入した異物や進入した小動物などを開口３２から掻き出すので、異物の堆積や小動物の進入により中間空気室２０内の空気の流れが阻害されることがない。さらに、センサー３８で検出した情報に基づいてベルト２２の回転を制御するので、消費電力を節約することができる。
【００２９】
図４は本発明の第２実施例に係る電子機器用筐体を示す。図４においては図１から図３に示した第１実施例の構成要素と共通する構成要素は同じ参照番号で示し、重複する説明は省略する。
相違点のみ説明するに、この第２実施例では、フィン３６は開口３２から外筐体１８と内筐体１６との間の中間空気室２０に流れ込む風を受けるために軽量化し大型化されており、ベルト２２の下端部を案内するための案内溝２４はフィン３６が受けた風力によりベルト２２が回転し得る程度に潤滑性が高められており、基板１４には制御装置４０の制御に応じてベルト２２の内壁に押し付けられることでベルト２２の回転と停止位置を直接制御するパッド４８が設けてある。
【００３０】
この第２実施例の動作を説明するに、電子機器筐体１０の外に吹いている風が開口３２を介して外筐体１８と内筐体１６との間の空気室２０に流れ込むと、ベルト２２の外側に設けられたフィン３６がその風を受け、受けた風力がベルト２２に伝えられる。ベルト２２が受けた風力はベルトの下端部に伝えられ、下端部が溝２４に嵌合した状態で滑り出すことでベルトが回転を始める。ベルト２２の回転と停止位置は、制御装置４０によりパッド４８がベルト２２に押し付けられることで制御される。
【００３１】
この第２実施例では、ベルト２２の回転の動力源として開口３２から流入する風の風力を利用しているので、ベルトを回転させるための特別な駆動装置が不要となる。このため、駆動装置分の消費電力を削減することができるので、電子機器自体の発熱が小さく、風力によるベルトの回転で十分な放熱効果が得られる装置の場合には、消費電力の小さな経済的な省電力装置を実現することができる。
【００３２】
図５は本発明の第３実施例に係る電子機器用筐体を示す。図５においては前述した第１実施例の構成要素と共通する構成要素は同じ参照番号で示す。重複する説明は省略し、相違点のみ説明する。
電子機器１２の発熱量が大きくなると、所要の放熱を行うためには、外筐体１８と内筐体１６との間の中間空気室２０と外筐体１８との間においてより多くの熱交換を行うことが必要となる。そのためにはベルト２２の回転数を上げ、高回転を維持する必要があるが、そうすればモータ３０の負荷が大きくなるという問題がある。
そこで、この第３実施例は、図５に示したように、外筐体１８の内壁と内筐体１６の外壁にもフィン５０および５２を夫々設けたものである。
【００３３】
このように、この第３実施例では、フィン５０および５２を外筐体１８の内壁および内筐体１６の外壁にも設置したので、ベルト２２の回転に応じてフィン３４および３６により引き起こされた中間空気室２０内の空気流は、外筐体１８の内壁と内筐体１６の外壁に設置されたフィン５０および５２に衝突する。これにより、中間空気室２０内の空気の撹拌循環が促進され、中間空気室２０と外筐体１８との間の熱交換効率が向上するので、ベルト２２の回転数を抑えることができ、モータへの負荷を減らすことができる。従って、この実施例は、第１実施例の効果に加えて、モータの負担を減らし装置寿命を延すことができ、消費電力を低減することができるという効果も有する。
【００３４】
図６は本発明の第４実施例に係る電子機器用筐体を示す。図６においては前述した実施例の構成要素と共通する構成要素は同じ参照番号で示し、重複する説明は省略し、相違点のみ説明する。
電子機器１２の発熱量が大きくなると、所要の放熱を行うためには、外筐体１８と内筐体１６との間の中間空気室２０と外筐体１８との間においてより多くの熱交換を行うことが必要となる。そのためには表面積を増加させる目的でフィン３４および３６の枚数を増やす必要があるが、枚数が増えすぎると中間空気室２０がフィン毎に小さな空間に区切られ、熱の伝達能力が低下し、熱交換効率が低下するという問題がある。
そこで、図６に示したように、この第４実施例では、第１実施例のフィン３４および３６の代わりに、外筐体１８の内壁と内筐体１６の外壁にベルトの回転方向に平行なフィン５４および５６が設けてあると共に、ベルト２２の外側および内側にも同様なフィン５８および６０が設けてあり、フィン５４と５８並びにフィン６０と５６が互い違いに嵌合しかつ両者の間に一定の隙間を形成するように配置されている。
【００３５】
この実施例では、フィン３４および３６の代わりに、外筐体１８の内壁と内筐体１６の外壁およびベルト２２の内外側にフィン５４、５６、５８、６０を設け、それらを互い違いに配置したので、ベルト２２の内側および外側の各々で中間空気室２０は連続性を保つことができ、内筐体１６と外筐体１８の熱交換面積が増加し、熱交換距離が短縮され、ベルト２２の停止時にもある程度の熱交換を行うことができるので、さらに高い熱交換性を実現することができる。従って、この第４実施例は、第１実施例の効果に加えて、さらに高い熱交換性を実現できるという効果も有する。
【００３６】
図７は本発明の第５実施例に係る電子機器用筐体を示す。前述した実施例の構成要素と機能の共通する構成要素は同じ参照番号で示し、相違点のみ説明するに、この実施例は電子機器１２の三角形の外形に合わせて、内筐体１６および外筐体１８の断面形状ならびにベルト２２の走行路を三角形にしたものである。
筺体に種々の形状の電子機器を搭載する場合、内筐体１６および外筐体１８の形状の自由度がないと筺体１０の内部に無駄な空間が形成され、筺体の小型化が困難になるという問題があるが、この第５実施例では、電子機器１２の三角形の外形に合わせて、内筐体１６、外筐体１８の断面形状およびベルト２２の進路を三角形にしたので、無駄な空間を減らすことができ、筺体の小型化を実現することができる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明の第１の効果は、筐体内にファンを設ける必要がないので、筐体を小型化することができ、用途や設置場所の選択範囲を広げることができるということである。
その理由は、筐体を二重にし、二重筐体間に設置したベルトを回転させることで、空冷のための筐体内の空気の撹拌に必要な空気の対流を発生させるからである。
【００３８】
本発明の第２の効果は、複雑な形状の電子機器に対応することができ、筺体の適用範囲が広がるということである。
その理由は、筐体を二重にし、二重筐体間に設置したベルトを回転させることで空気の対流を発生させるようにしたので、筐体形状が複雑になり、外筐体と内筐体の間の空間が入り組んだ構造となっても、ベルトを適当な進路に沿って案内することで内筐体外周をベルトで囲繞することができ、空気の流れが届かなかったり停滞したりする箇所が発生するのを防止し、放熱効果を確保することができるからである。
【００３９】
本発明の第３の効果は、筐体内への外気の導入を安定させ、電子機器の雰囲気温度上昇を適当に保つことができ、装置寿命の延長および信頼性の向上を図ることができるということである。
その理由は、ベルトの外側に取り付けられたフィンがベルトと共に回転するので、外筐体と内筐体との間の空間に開口から進入した異物などがフィンにより掻き出されるので、外筐体に設けられた通風用開口が塞がれることがないからである。
【００４０】
本発明の第４の効果は、騒音を小さくすることができ、設置場所の選択範囲を広げることができるということである。
その理由は、空冷のための筐体内の空気の撹拌循環に必要な空気の対流を、２重筐体間に設置したベルトを回転させることで発生させるので、ファンの回転羽根が回転するときに発生する騒音の原因となる風きり音が発生しないからである。
【００４１】
外気の温度および流速その他の条件をセンサーで検出し、得られた情報に基づいてベルトの回転速度を制御する実施態様においては、適正な放熱効果を経済的に維持することができ、装置の省電力化を図り、バッテリーなどでの駆動時間を延長させ、装置の適用範囲を広げることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係る電子機器用筐体の分解斜視図である。
【図２】図１に示した筺体の中央断面図である。
【図３】図２のIII−III線に沿った断面図である。
【図４】本発明の第２実施例に係る電子機器用筐体の分解斜視図である。
【図５】図３と同様の断面図で、本発明の第３実施例に係る電子機器用筐体を示す。
【図６】本発明の第４実施例に係る電子機器用筐体の中央断面図である。
【図７】図３と同様の断面図で、本発明の第５実施例に係る電子機器用筐体を示す。
【符号の説明】
１０：電子機器用筐体
１２：電子機器
１４：筺体基板
１６：内筐体
１８：外筐体
２０：中間空気室
２２：エンドレスベルト
２８／３０：回転駆動手段
３２：外筐体の開口
３４、３６：フィン
３８：センサー
４０：制御装置
５０、５２：フィン

Claims

発熱性の電子機器を搭載する基板と、前記基板に設置され前記機器を囲繞する内筐体と、前記内筐体を囲繞する外筐体と、前記内筐体を囲繞するべく前記内筐体と外筐体との間に配置され前記内筐体と外筐体との間の中間空気室の空気を攪拌するエンドレスベルトと、前記ベルトを回転させる回転駆動手段とを具備することを特徴とする屋外設置電子機器用筐体。
前記外筐体には外気と前記中間空気室との間の自然通風を可能にする開口を設けたことを特徴とする請求項１に基づく屋外設置電子機器用筐体。
前記ベルトには当該ベルトから内向きに延長する複数の内向きフィンおよび外向きに延長する複数の外向きフィンを設けたことを特徴とする請求項２に基づく屋外設置電子機器用筐体。
前記外向きフィンはベルトの停止時に外筐体の前記開口を閉鎖するべく構成され配置されていることを特徴とする請求項３に基づく屋外設置電子機器用筐体。
前記外筐体には内向きに延長する複数のフィンを設け、前記内筐体には外向きに延長する複数のフィンを設けたことを特徴とする請求項３又は４に基づく屋外設置電子機器用筐体。
外気の温度および流速、前記中間空気室内の空気の温度および流速、前記内筐体内の空気の温度および流速、又は電子機器への供給電力に基づいて前記ベルトの回転速度および停止位置を制御する手段を具備することを特徴とする請求項１から５のいずれかに基づく屋外設置電子機器用筐体。