JP5745671B1 - 制御盤の冷却システム - Google Patents

Abstract

【課題】制御盤及び制御盤が設置された機械室の冷却に係るコストを削減する。
【解決手段】制御盤１の冷却システム３は、内部に開口した冷風吹出口５４及び吸込口５７を有する制御盤１の筐体４と、機械室３１内に筐体４と隣接して設置された室内機７１及び機械室３１外に設置された室外機７５を有し、吸込口５７から制御盤１内の気体を取り込んで冷却し、冷却した気体を冷風吹出口５４から制御盤１内へ供給する空調装置７を備える。筐体４には、冷風吹出口５４及び吸込口５７が開口しており冷却ガスが収容された冷却ガス室６と、冷却ガス室６と連通された少なくとも１つの吸気口４５及び少なくとも１つの排気口４２が開口しており機器９が収容された格納室４９とが形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、屋内に配置されるキャビネット形制御盤を冷却するシステムに関する。

従来、発熱を伴う電子機器を収容したキャビネット形制御盤には、庫内の温度を電子機器が正常に動作するために適切な所定の温度範囲に保持するための冷却システムが備えられている。

例えば、特許文献１に記載されているように、キャビネットの天井に設置された排風ファンを備えた制御盤が知られている。このような制御盤では、排風ファンの稼動により、キャビネットの前面カバーの吸気口から庫内に冷却ガス（空気）が取り込まれ、この冷却ガスが電子機器の周囲及び内部を通過して電子機器を冷却する。電子機器を冷却することによって温められた冷却ガスは、排風ファンを経て庫外へ放出される。

また、例えば、特許文献２に記載されているように、密閉型キャビネットの天井又は前面に制御盤専用クーラーを備えた制御盤が知られている。一般的な制御盤専用クーラーは、凝縮器、蒸発器、及び圧縮機を含む冷媒の循環路と放熱ファンとが１つの筐体に内装されて成る。このような制御盤では、制御盤専用クーラーが庫内吸込口から庫内の空気を吸い込んで冷却し、冷却された気体（冷却ガス）を庫内吹出口から吹き出す。この冷却ガスが電子機器の周囲及び内部を通過することにより電子機器が冷却される。電子機器を冷却することによって温められた冷却ガスは、再び制御盤専用クーラーに吸い込まれて循環する。

特開２００７−７４８６５号公報 特開２００４−２２６５４号公報

上記特許文献１のように、排風ファンが設けられた制御盤においては、機械室に放出された制御盤の排熱によって、機械室の温度が上昇する。特に、インバータなどの発熱量の多い機器を収容した制御盤の排熱量は大きくなる。このように温度上昇した空気が冷却ガスとして制御盤の庫内へ取り込まれると、制御盤が十分に冷却されないおそれがある。そこで、設備用空調装置（空気調和装置）を用いて、機械室内の温度を適切な温度範囲に維持する対処が採られることがある。しかし、機械室内は制御盤の庫内と比較して容積が著しく大きいことから、機械室内の温度を適切な範囲に維持するためには大量の室内換気が必要とされる。そのため、機械室の空調装置は冷房能力の高いものが要求される。

一方、上記特許文献２のように、キャビネットに制御盤専用クーラーが設けられた制御盤においても、機械室に放出された制御盤の排熱によって、機械室の温度が上昇する。そのため、機械室の温度を所定の温度範囲内に維持するためには大量の室内換気を行わねばならず、機械室の換気装置は送風量の大きいものが要求される。

上記のような冷房能力の高い空調装置や送風量の大きい換気装置は、導入コストが嵩むだけでなく、運転コストも嵩む。そこで、発明者らは、制御盤及び制御盤が設置された機械室の冷却に係るコストを削減するために、室外機と室内機とに分かれたセパレート型の設備用空調装置で制御盤からの排気を冷却するとともに、空調装置で冷却された気体を冷却ガスとして制御盤へ導入することを考案した。

本発明に係る制御盤の冷却システムは、
機械室内に設置された制御盤の冷却システムであって、
内部に開口した冷風吹出口及び吸込口を有する前記制御盤の筐体と、
前記機械室内に前記筐体と隣接して設置された室内機及び前記機械室外に設置された室外機を有し、前記吸込口から前記制御盤内の気体を取り込んで冷却し、冷却した気体を前記冷風吹出口から前記制御盤内へ供給する空調装置を備えることを特徴としている。

上記構成の制御盤の冷却システムによれば、制御盤の排熱は機械室外に設置された室外機から大気へ放出されるので、機械室の温度上昇が抑制される。これにより、制御盤に制御盤専用クーラー又は排風ファンを設けた従来の制御盤の冷却システムと比較して、機械室を所定の温度範囲に保持するための熱負荷が抑制される。また、空調装置の冷房能力は、制御盤の排熱を機械室外へ放出できる能力で足りる。よって、制御盤及び制御盤が設置された機械室の冷却に係る設備の導入コストや運転コストを削減することができる。

上記制御盤の冷却システムにおいて、前記筐体に、前記冷風吹出口及び前記吸込口が開口しており冷却ガスが収容された冷却ガス室と、前記冷却ガス室と連通された少なくとも１つの吸気口及び少なくとも１つの排気口が開口しており機器が収容された格納室とが形成されていることが望ましい。

冷却ガス室には空調装置からの冷風に加えて格納室からの排気（温風）が流入する。これにより、空調装置からの冷風の送風量よりも多い冷却ガスを格納室へ導入することができる。言い換えれば、空調装置の送風能力ではなく、制御盤の発熱量と内部機器の総括熱伝達係数に応じた量の冷却ガスを格納室へ導入することが可能となる。よって、空調装置が送風する冷風の風量を低減することができ、空調装置の消費電力を低減することができる。また、制御盤における機器の高密度実装が可能となる。

上記制御盤の冷却システムにおいて、前記筐体が、前記冷風吹出口から吹き出した冷風の流れと当たるように前記冷却ガス室に温風を吹き出す温風吹出口と、前記温風吹出口と前記少なくとも１つの排気口とを接続する流路を有することが望ましい。この場合、前記冷風吹出口からの気体吹出方向と前記温風吹出口からの気体吹出方向とが４５°以上１３５°以下の角度を成すように、前記冷風吹出口と前記温風吹出口とが配置されていてよい。

上記構成によれば、空調装置から送られた冷風の流れと格納室からの排気（温風）の流れが衝突するので、これらの混合が促進される。また、冷風と温風との混合により温度分布の偏りの小さくなった気体が室内機に取り込まれるので、室内機に著しく低温又は格納室に著しく高温の気体が取り込まれることを防止できる。

上記制御盤の冷却システムにおいて、前記冷却ガス室の少なくとも一部分が円筒形であって、前記冷風吹出口から吹き出した冷風によって前記冷却ガス室の前記円筒形部分に旋回流が形成されるように、前記冷風吹出口が配置されていてよい。

上記構成によれば、冷却ガス室に吹き出した冷風により冷却ガス室に旋回流が形成されるので、冷風と温風（制御盤の排気）との混合が促進される。

上記制御盤の冷却システムにおいて、前記筐体が、前記冷風吹出口及び前記少なくとも１つの排気口が開口した第１領域と、前記吸込口及び前記少なくとも1つの吸気口が開口した第２領域とに前記冷却ガス室内を仕切り、前記第１領域と前記第２領域とを連通する連通口が設けられた隔壁を有することが望ましい。

上記構成によれば、第１領域で冷風と温風（格納室の排気）とが混合され、連通口を通じて第２領域へ流入する。第２領域では、連通口の流体絞りとしての作用により、冷風と温風の混合が更に進み、第２領域の温度分布がより均一となる。

上記制御盤の冷却システムにおいて、前記第１領域と前記第２領域とが上下に配置されており、平面視において前記冷風吹出口から吹き出す気体の流れが前記連通口上を通過しないように、前記冷風吹出口と前記連通口とが配置されていることが望ましい。

上記構成によれば、冷風吹出口から吹き出した冷風が直接に連通口に流れ込まないので、第１領域での冷風の滞留時間を長くすることができる。これにより、第１領域における冷風と温風（格納室の排気）との混合を促進することができる。

上記制御盤の冷却システムにおいて、前記制御盤が、その制御対象である前記機械室内に設置された動力負荷と隣接しているものであってよい。また、上記制御盤の冷却システムにおいて、前記動力負荷が送風機であってよい。

上記制御盤の冷却システムにおいて、前記空調装置が設備用エアコンディショナであってよい。これにより、空調装置の導入コストを削減することができる。

本発明によれば、制御盤の排熱は機械室外に設置された室外機から大気へ放出されるので、機械室の温度上昇が抑制される。これにより、制御盤に制御盤専用クーラー又は排風ファンを設けた従来の制御盤の冷却システムと比較して、機械室を所定の温度範囲に保持するための熱負荷が抑制される。また、空調装置の冷房能力は、制御盤の排熱を機械室外へ放出できる能力で足りる。よって、制御盤及び制御盤が設置された機械室の冷却に係るコストを削減することができる。

本発明の一実施形態に係る冷却システムを備えた制御盤の概略構成を示す平面図である。 冷却システムを備えた制御盤の斜め前方斜視図である。 図１におけるIII−III線の展開図である。 第１領域での冷風と温風の流れを説明する平面図である。 機器を筐体から出し入れする際の制御盤の様子を示す平面断面図である。 制御盤の冷却システムの変形例１を示す図である。 制御盤の冷却システムの変形例２を示す図である。 制御盤の冷却システムの変形例３を示す図である。

次に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。ここでは、本発明に係る制御盤の冷却システムの一実施形態として、送風機本体に電力を供給する動力制御盤の冷却システムを例に挙げて説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る冷却システム３を備えた制御盤１の概略構成を示す平面図であり、図２は冷却システム３を備えた制御盤１の斜め前方斜視図であり、図３は図１におけるIII−III線の展開図である。図１と図３では、冷風Ｃと、温風Ｈと、冷風Ｃ及び温風Ｈが混合されて成る冷却ガスＭとの流れが矢印で示されている。以下では、説明の便宜を図って、図１において紙面下方を前方とする。

図１〜３に示すように、本実施形態に係る制御盤１は、動力負荷である送風機本体２とともに機械室３１に設置されている。制御盤１は、送風機本体２と隣接しており、送風機本体２を運転させるための機器９が内装されている。送風機本体２は、例えば、ロータ９６ａ及びステータ９６ｂから成る電動機９６、ロータ９６ａと一体的に形成された回転軸９７を支持する磁気軸受９８、回転軸９７に固定された羽根車９９などを備えている。送風機本体２には機械室３１外から空気を吸い込む吸込管と、機械室３１外に設置された生物反応槽へ空気を送風する送風管とが接続されている（いずれも図示せず）。

制御盤１は、筐体４と、筐体４内に収められた少なくとも１つの機器９とを備えている。筐体４に収容される機器９には、例えば、入出力フィルタ９１、インバータ９２、コンバータ９３、及び磁気軸受コントローラ９４などが含まれる。インバータ９２は、ロータ９６ａの回転速度を制御するため、送風機本体２へ供給する電源の周波数と電圧とを変化させる。コンバータ９３は、インバータ９２へ供給される電源を交流から直流へ変換する。入出力フィルタ９１は、インバータ９２で発生する高周波（高次高調波）を抑制する。磁気軸受コントローラ９４は、磁気軸受９８の制御を行う。

上記構成の制御盤１には、制御盤１の内部を冷却して、機器の周囲の温度を所定範囲内に維持するための冷却システム３が設けられている。冷却システム３は、主に、制御盤１の筐体４と、空調装置７とにより構成されている。空調装置７は、筐体４に隣接して配置された室内機７１と、機械室３１の外（屋外）に配置された室外機７５と、室内機７１と室外機７５とを接続する冷媒配管７４とから構成された、セパレート式の設備用空調装置である。以下、冷却システム３の構成について詳細に説明する。

筐体４内には、冷却ガスが収容された冷却ガス室６と、少なくとも１つの格納室４９とが設けられている。本実施形態においては、格納室４９はキャビネット４ａ内に形成されており、冷却ガス室６はキャビネット４ａの前面に接続された冷却ガス室形成ボックス４ｂ内に形成されている。

キャビネット４ａは、直方体状の外形形状をなし、その内部が仕切板４８によって複数の格納室４９に区切られている。各格納室４９に少なくとも１つの機器９が設置されている。各格納室４９には、冷却ガス室６と連通された少なくとも１つの吸気口４５が開口している。吸気口４５は、キャビネット４ａの前面４０において、キャビネット扉４４又はその周囲に設けられている。

また、各格納室４９には、少なくとも１つの排気口４２が開口している。但し、複数の格納室４９に対し１つの排気口４２が設けられていてもよい。排気口４２は、キャビネット４ａの天井４１に設けられている。この排気口４２の近傍には、格納室４９内の気体を排気口４２を通じて排気するための少なくとも１つの排風ファン４３が設けられている。排風ファン４３は各格納室４９に設けられてもよいし、１つの排風ファン４３が複数の格納室４９に跨って設けられていてもよい。排風ファン４３は、例えば、機器９の発熱量と総括熱伝達係数に応じた所定の排風量、又は、機器９の周囲の温度に応じた排風量で運転される。

冷却ガス室形成ボックス４ｂ（冷却ガス室形成体）は、キャビネット４ａの全ての吸気口４５を覆うように、キャビネット４ａの前に隣接して設けられた中空体である。本実施形態に係る冷却ガス室形成ボックス４ｂは、キャビネット４ａの前面の全領域を覆っているが、キャビネット４ａの前面を部分的に覆っている態様であってもよい。

冷却ガス室形成ボックス４ｂ内には、空調装置７からの冷風Ｃとキャビネット４ａの各格納室４９からの温風Ｈ（排気）とを混合するとともに、混合した気体（冷却ガスＭ）を貯溜するための、冷却ガス室６が形成されている。この冷却ガス室６は、隔壁５１によって上方の第１領域６１と下方の第２領域６２とに分けられている。隔壁５１には、第１領域６１と第２領域６２とを連通する連通口５２が設けられている。

第１領域６１には、冷風が吹き出す冷風吹出口５４と、格納室４９の排気である温風を吹き出す温風吹出口５５とが開口している。冷風吹出口５４はダクト７０を介して空調装置７の室内機７１と接続されており、室内機７１から冷風吹出口５４へ冷風が供給される。また、温風吹出口５５とキャビネット４ａの排気口４２とは、キャビネット４ａの上方を覆うフード４６により形成された流路で接続されている。フード４６の内部において排気口４２の周囲には、フード４６の出口である温風吹出口５５へキャビネット４ａからの排気を案内するガイド４７が設けられている。このようにして、排気口４２から出た格納室４９の排気は、フード４６内を通じて温風吹出口５５へ供給される。

図４は第１領域６１での冷風Ｃと温風Ｈの流れを説明する平面図である。図４にも示すように、冷風吹出口５４からの冷風Ｃの吹出方向と、温風吹出口５５からの温風Ｈの吹出方向とは、平面視において直交している。これにより、第１領域６１内では冷風Ｃの流れと温風Ｈの流れとが平面視において略直交方向に衝突し、冷風Ｃと温風Ｈとが効果的に混合（撹拌）される。但し、冷風吹出口５４からの冷風Ｃの吹出方向と温風吹出口５５からの温風Ｈの吹出方向は、冷風Ｃと温風Ｈとが衝突して混合が促進されるような関係であれば、上記に限定されない。具体的には、冷風吹出口５４からの冷風Ｃの吹出方向と温風吹出口５５からの温風Ｈの吹出方向とが４５°以上１３５°以下の角度を成すように、冷却ガス室６の内周形状に応じて冷風吹出口５４と温風吹出口５５との位置及び角度が定められる。

隔壁５１の連通口５２は、平面視において第１領域６１で冷風Ｃと温風Ｈとが衝突する領域を避けて設けられている。具体的には、平面視において冷風吹出口５４から吹き出す気体の流れが連通口５２上を直接的に通過しないように、冷風吹出口５４と連通口５２が位置決めされている。さらに、連通口５２は、隔壁５１上で温風吹出口５５から最も離れた領域に設けられている。このような連通口５２の配置により、冷風吹出口５４から吹き出した冷風Ｃ及び温風吹出口５５から吹き出した温風Ｈが直接的に連通口５２へ流れることを防止して、冷風Ｃ及び温風Ｈがより長く第１領域６１内に留まるようにしている。

上記のように第１領域６１で冷風Ｃと温風Ｈとが混合されて成る冷却ガスＭは、連通口５２より第２領域６２へ吹き出す。第２領域６２には、格納室４９と連通された吸気口４５と、室内機７１の吸込口５７とが開口している。第２領域６２の冷却ガスＭは、吸気口４５を通じて制御盤１へ導入される。また、第２領域６２の冷却ガスＭは、吸込口５７を通じて室内機７１へ取り込まれ、室内機７１で冷却される。

図５は機器９を筐体４から出し入れする際の制御盤１の様子を示す平面断面図である。図５にも示すように、冷却ガス室形成ボックス４ｂの前面には外側に向かって開く冷却ガス室扉５９が設けられている。また、キャビネット４ａの前面には外側に向かって開くキャビネット扉４４が設けられている。キャビネット扉４４と冷却ガス室扉５９とは、平面視において平行に配置されている。そのため、これらの扉４４，５９を共に開放すれば、キャビネット４ａの格納室４９に収容された機器９を直線的に移動させることにより、筐体４の庫外へ搬出することができる。このような扉４４，５９の配置を実現するために、室内機７１が冷却ガス室形成ボックス４ｂの前面を除く側面に隣接して設置されることが望ましい。

次に、空調装置７について説明する。空調装置７の室内機７１には、減圧器７８、蒸発器７２、及び送風ファン７３が設けられている。また、空調装置７の室外機７５には、圧縮機７６、凝縮器７７、及び冷却ファン７９が設けられている。そして、蒸発器７２、圧縮機７６、凝縮器７７及び減圧器７８の順に冷媒が循環する循環路が冷媒配管７４により形成されている。

上記構成の空調装置７では、冷媒を用いたヒートポンプによる熱移動が行われる。即ち、圧縮機７６で冷媒を圧縮し、凝縮器７７で冷却ファン７９からの送風により冷媒を冷却し、減圧器７８で冷媒の圧力を下げて気体になりやすい状態とし、蒸発器７２で冷媒を蒸発させる。室内機７１では、送風ファン７３の稼働により、冷却ガス室形成ボックス４ｂから吸込口５７を通じて取り入れられた空気が冷媒の気化熱で冷却され、冷えた空気が冷風吹出口５４を通じて冷却ガス室形成ボックス４ｂへ吹き出される。空調装置７では、冷風吹出口５４から吹き出す冷風の温度が所定温度（例えば、２０℃）又は吸込口５７に取り込まれる冷却ガスＭの温度が所定温度（例えば、２５℃）となるように、圧縮機７６の回転数が図示しないインバータにより制御されている。なお、インバータは、圧縮機７６へ供給する電力の電圧又は周波数を変化させることにより、圧縮機７６のモータの回転数を変化させることができる。

ここで、上記構成の制御盤１の冷却システム３における、冷風Ｃ、温風Ｈ、及び冷却ガスＭの流れについて説明する。

空調装置７の稼働により、第２領域６２の冷却ガスＭが吸込口５７を通じて室内機７１へ吸い込まれ、吸い込まれた冷却ガスＭが室内機７１で冷媒と熱交換することにより冷却され、冷却された気体が冷風吹出口５４へ供給される。このようにして、室内機７１で冷却された気体が冷風Ｃとして冷風吹出口５４から第１領域６１へ吹き出す。なお、室内機７１へ吸い込まれた気体の持つ熱エネルギー（即ち、制御盤１からの排熱）は、室内機７１で冷媒に吸収され、冷媒に乗って室外機７５へ移動し、室外機７５から大気へ放出される。

一方、排風ファン４３の稼働により、第２領域６２の冷却ガスＭが吸気口４５から格納室４９へ吸い込まれる。格納室４９に吸い込まれた冷却ガスＭは、機器９を冷却しながら機器９の周囲や機器の内部を通過したのち、排気口４２からフード４６内へ排出される。排気口４２から排出された排気（温かい冷却ガス）は、ガイド４７に案内されて温風吹出口５５へ流れ、温風吹出口５５から温風Ｈとして第１領域６１へ吹き出す。

上記のように第１領域６１に吹き出した冷風Ｃと温風Ｈは、第１領域６１で混合される。前述の通り、冷風Ｃの流れと温風Ｈの流れとが衝突するため、冷風Ｃと温風Ｈがより良く混合される。冷風Ｃと温風Ｈが混合されて成る冷却ガスＭは、連通口５２から第２領域６２へ吹き出す。ここで、連通口５２は流体絞りとして機能するため、冷却ガスＭの流速が連通口５２を通過するときに増加し、冷却ガスＭは連通口５２を通過した後で膨張する。このような流体絞りの作用により、第２領域６２では冷却ガスＭの混合が更に促進される。よって、第２領域６２の冷却ガスＭは冷風Ｃと温風Ｈとがより均一に混合された状態となっており、第２領域６２の温度分布の偏りがより小さくなっている。

以上説明したように、本実施形態に係る制御盤１の冷却システム３では、空調装置７の室外機７５が機械室３１の外（即ち、屋外）に設置されているため、制御盤１の排熱は空調装置７の冷媒を介して屋外へ放出される。換言すれば、制御盤１の排熱が機械室３１内に放出されない。このように、制御盤１が屋外排熱されるので、機械室３１の温度上昇が抑制される。よって、キャビネットに制御盤専用クーラー又は冷却ファンを設けた従来の制御盤と比較して、機械室３１を所定の温度範囲に保持するための熱負荷が抑制される。これにより、機械室３１に設けられた換気装置３２（又は空調設備）の換気量を低減することができるので、換気装置３２（又は空調設備）の導入コスト及び運転コストを削減することができる。特に、本実施形態に係る送風機本体２のように、制御盤１の制御対象である動力負荷が制御盤１と同じ機械室３１内に設置されている場合には、動力負荷の発熱により機械室３１を所定の温度範囲に保持するための熱負荷が上昇するが、本実施形態に係る制御盤１の冷却システム３によれば機械室３１の熱負荷は動力負荷由来の熱エネルギーに限られるので、機械室３１の換気装置３２（又は空調設備）の換気量の増加を抑えることができる。

また、本実施形態に係る制御盤１の冷却システム３では、冷風Ｃが吹き出す冷風吹出口５４と、機器９が収容された格納室４９へ冷却ガスＭを導入する吸気口４５との間に、冷却ガスＭのバッファとなる冷却ガス室６が設けられているため、冷風Ｃの送風量よりも多い冷却ガスＭを格納室４９へ導入することができる。よって、空調装置７の送風能力ではなく、機器９の発熱量と総括熱伝達係数に応じて格納室４９へ冷却ガスＭを導入することが可能である。これにより、機器９を確実に冷却して機器９の周囲の温度を所定の温度範囲内に保持することができ、また、機器９の高密度実装を実現することができる。

そして、空調装置７に要求される冷房能力は制御盤１の排熱を屋外放出できる程度で足り、機械室３１全体を冷却する能力まで要求されない。加えて、空調装置７に膨大な送風能力が要求されないため、空調装置７として設備用エアコンディショナを採用することができる。よって、空調装置７の導入コスト及び運転コストを削減することができる。なお、上記において設備用エアコンディショナとは、工場や商業施設などの業務用の建物の室内空間の空調に利用されるパッケージエアコンディショナ（即ち、圧縮機、室内熱交換器、室外熱交換器、送風機などを１又は２以上のキャビネットに収納したもの）として量産されたものであり、通常は機械機器の冷却のためには使用されない。設備用エアコンディショナの定格冷房能力は特に限定されないが、例えば56KW以下である。本実施形態では、空調装置７としてセパレート形の設備用エアコンディショナであって、床置き箱形の室内機を有するものを採用している。

更に、本実施形態に係る制御盤１の冷却システム３では、冷却ガス室６が空調装置７からの冷風Ｃと制御盤１からの排気（温風Ｈ）とを混合する混合室として機能する。加えて、冷却ガス室６が、冷風Ｃと温風Ｈを予備的に混合する予備混合室としての第１領域６１と、制御盤１の格納室４９へ供給される冷却ガスＭが蓄えられた供給室としての第２領域６２とに仕切られており、これらの領域６１，６２を連通する連通口５２が流体絞りとして機能する。このような冷却ガス室６の構成により、冷風Ｃと温風Ｈとの均一混合が促進されるので、第２領域６２での温度分布の偏りを小さくすることができる。換言すれば、第２領域６２の温度分布をより均一とすることができる。よって、冷却ガス室６内で局所的に高温となった気体が格納室４９へ流入したり、冷風吹出口５４から出た冷たいままの気体が室内機７１へ吸い込まれたりすることを防止できる。なお、冷却ガス室６内で局所的に高温となった気体が格納室４９へ流入すると機器９で使用している電子部品が短期間で破損したり、冷風吹出口５４から出た冷たいままの気体が室内機７１へ吸い込まれると冷媒凍結や湿り冷媒吸込みにより圧縮機７６が故障したりする危惧があるが、本実施形態に係る制御盤１ではこのような危惧が解消されている。

また、上記冷却システム３では、空調装置７が制御盤１から排出された気体を取り込んで冷却し、空調装置７で冷却された気体が制御盤１内へ供給される。つまり、制御盤１及び冷却システム３内の冷却ガスＭは循環している。このように、本実施形態に係る制御盤１の冷却システム３は冷却ガス循環型であるので、機械室３１内の雰囲気に電子機器を劣化させるような腐食性ガスが含まれている場合に特に有効である。

更に、上記冷却システム３では、空調装置７からの冷風Ｃを直接的に制御盤１内へ導入する場合と比較して、上記実施形態のように空調装置７からの冷風Ｃと制御盤１からの温風Ｈ（排風）とを混合させることにより送風量を増大させた冷却ガスＭを制御盤１内へ導入することにより、より効果的に制御盤１を冷却することができる。以下、その根拠を説明する。

制御盤１内の機器９の冷却形態を平板熱伝達モデルとして考えると、機器９から制御盤１に導入された冷却ガスＭに伝わる熱伝達量Ｑは次に示す［式１］で求めることができる。
［式１］Ｑ＝α×Ａ×ΔＴm
上記式１において、Ｑは熱伝達量［W］、αは熱伝達率［W/℃m²］、ΔＴmは対数平均温度差［℃］、Ａは伝熱面積［m²］とする。
＜演算例１＞
演算例１として、空調装置７から送風量Ｖm³/minの冷風Ｃが直接的に制御盤１内へ導入される場合の、機器９（例えば、入出力フィルタ９１）の熱伝達量を演算する。ここで、空調装置７と制御盤１周りの熱バランスにより、冷風Ｃの温度を２０℃、温風Ｈ（制御盤１の排風）の温度を２８度、機器９の代表温度はその熱容量の大きさから１００℃の一定温度でバランスすると仮定すると、対数平均温度差ΔＴm≒７６℃と算出される。
＜演算例２＞
演算例２として、空調装置７からの送風量Ｖm³/minの冷風Ｃと制御盤１からの送風量0.5Ｖm³/minの温風Ｈとが冷却ガス室６で混合されて成る冷却ガスＭが制御盤１内へ導入される場合の、機器９（例えば、入出力フィルタ９１）の熱伝達量を演算する。ここで、空調装置７と制御盤１周りの熱バランスにより、冷風Ｃの温度を２０℃、温風Ｈ（制御盤１の排風）の温度を３３度、冷却ガスＭの温度を２８℃、機器９の代表温度はその熱容量の大きさから１００℃の一定温度でバランスすると仮定すると、対数平均温度差ΔＴm≒７０℃と算出される。

演算例２では、同一流路に対して演算例１へ導入されるガスの風量が演算例１の風量の1.5倍になっているため、ガスの平均速度も演算例１の平均速度の1.5倍となる。熱伝達率は、無次元数であるヌセルト数Nuの一般式を適用できると仮定すると、次の［式２］で表すことができる。
［式２］Nu＝0.332×Re^1/2×Pr^1/3
上記式２において、プラントル数Prは流体ごとに一定とすると、レイノルズ数Reは流体の平均速度の関数であるから、演算例２の熱伝達率は演算例１の熱伝達係数の√1.5倍となる。以上を踏まえて、演算例１の熱伝達量Ｑ₁と演算例２の熱伝達量Ｑ₂と演算すると、熱伝達量Ｑ₁と熱伝達量Ｑ₂との関係は次式３のようになる。
［式３］Ｑ₂＝1.13×Ｑ₁
式３に示されるように、機器９の代表温度が同一であれば、演算例２の熱伝達量Ｑ₂は、演算例１の熱伝達量Ｑ₁よりも13％程度大きい。なお、演算例１と演算例２で熱伝達量を同一とすると、演算例１の対数平均温度差ΔＴmが演算例２の場合の1.13倍になるまで機器９の温度が上昇する。以上より、演算例２の方が演算例１よりも効果的に機器９を冷却することが可能である。つまり、制御盤１内の機器９を冷却する際には、制御盤１に導入される冷却ガスの温度を低くすることよりも、冷却ガスの風量を増大させることの方が効果的である。

以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。

上記実施形態において、制御盤１の動力負荷は送風機本体２であるが、制御盤１の動力負荷はこれに限定されない。制御盤１は、広く、動力負荷に電気を供給するための動力回路と、動力回路の動作を制御する制御回路とが、筐体４内に収められた装置をいい、動力回路と制御回路の構成は本実施形態には限定されない。

また、例えば、上記実施形態において、冷却ガス室６は第１領域６１と第２領域６２とに仕切られている。このような冷却ガス室６の構成は、冷風Ｃと温風Ｈの均一混合をより小容積で実現する点で有利であるが、冷却ガス室６は流体絞りが存在しない一つの連続する空間として構成されていてもよい。

上記の場合、例えば、図６に示すように、冷却ガス室形成ボックス４ｂ内に少なくとも上部が円筒形の冷却ガス室６が形成され、冷風吹出口５４から吹き出した冷風Ｃによって冷却ガス室６の円筒形部分に旋回流が形成されるように冷風吹出口５４が設けられる。例えば、冷却ガス室６の頂部から冷却ガス室６の円筒形部分の接線方向に冷風Ｃを吹き出すように、冷風吹出口５４が冷却ガス室形成ボックス４ｂに設けられる。これにより、冷却ガス室６の頂部から冷却ガス室６に吹き込まれた冷風Ｃにより、冷却ガス室６に旋回流が形成される。さらに、格納室４９からの排気（温風Ｈ）の流れを旋回流に当てるために、冷却ガス室６の側部から温風Ｈが吹き出すように温風吹出口５５が冷却ガス室形成ボックス４ｂに設けられる。この構成によれば旋回する冷風Ｃにより冷却ガス室６内が撹拌されて、冷風Ｃと温風Ｈとの混合が促進される。

また、例えば、上記実施形態において、空調装置７は主に冷房機能を利用するため、空調装置７は冷房専用の空調装置（即ち、クーラー）であってもよい。また、空調装置７は、室内機７１が蒸発器７２を備え、室外機７５が圧縮機７６と凝縮器７７を備える、いわゆる、リモートコンデンシングユニット型の空調装置である。但し、空調装置７は、室内機７１が圧縮機７６と蒸発器７２を備え、室外機７５が凝縮器７７を備える、いわゆる、リモートコンデンサ型の空調装置であってもよい。つまり、空調装置７は、熱エネルギーを放出する凝縮器７７を室外機７５に備えたセパレート型の空調装置又はクーラーであればよい。

また、例えば、上記実施形態において、格納室４９の排気口４２と冷却ガス室６の温風吹出口５５とを接続する流路はフード４６により形成されているが、フード４６に代えて配管で接続されていてもよい。

また、例えば、上記実施形態において、冷却ガス室形成ボックス４ｂは制御盤１のキャビネット４ａの前面に取り付けられているが、キャビネット４ａと冷却ガス室形成ボックス４ｂとが一体的な筐体として形成されてもよい。この場合、例えば、図７に示すように、吸気口４５を有する間仕切壁５０によって、内部が冷却ガス室６と格納室４９とに仕切られた筐体４Ａが制御盤１に備えられる。

また、例えば、制御盤１の発熱量が小さいために冷却ガスの必要導入量が空調装置７の送風能力を下回る場合には、冷却ガス室６の容積を十分に小さくして、制御盤１のキャビネット４ａにほぼ直接的に空調装置７からの冷風が供給されるように、冷却システム３が構成されてもよい。この場合、例えば、図８に示すように、格納室４９の吸気口４５と冷風吹出口５４が接続され、格納室４９の排気口４２と空調装置７への吸込口５７とが接続される。この構成に係る冷却システム３では、空調装置７が、実質的に、制御盤１内の気体を直接的に取り込んで冷却し、冷却した気体を直接的に制御盤１内へ供給する。

１ 制御盤
２ 送風機本体
３ 冷却システム
４，４Ａ 筐体
４ａ キャビネット
４ｂ 冷却ガス室形成ボックス（冷却ガス室形成体）
６ 冷却ガス室
６１ 第１領域
６２ 第２領域
７ 空調装置
７１ 室内機
７５ 室外機
９ 機器
３１ 機械室
４２ 排気口
４５ 吸気口
４６ フード（流路形成体）
５１ 隔壁
５２ 連通口
５４ 冷風吹出口
５５ 温風吹出口
５７ 吸込口

Claims (9)

1. 機械室内に設置された制御盤の冷却システムであって、
   冷却ガス室と機器が収容された格納室とが内部に形成され、前記格納室内の気体を排気する少なくとも１つの排風ファンが設けられた前記制御盤の筐体と、
   前記機械室内に前記筐体と隣接して設置された室内機及び前記機械室外に設置された室外機を有し、前記筐体内の気体を取り込んで冷却し、冷却した気体を前記筐体内へ供給する空調装置とを備え、
   前記冷却ガス室に、前記空調装置で冷却された冷風を前記冷却ガス室へ吹き出す冷風吹出口、前記格納室からの排気である温風を前記冷却ガス室へ吹き出す温風吹出口、前記空調装置へ取り込まれる前記冷風と前記温風とが混合されて成る冷却ガスを吸い込む吸込口、及び、前記格納室へ導入される前記冷却ガスを吸い込む吸気口が開口しており、前記吸込口及び前記吸気口が前記冷風吹出口及び前記温風吹出口より下方に設けられている、制御盤の冷却システム。
2. 前記格納室に少なくとも１つの排気口が設けられており、
   前記筐体が、前記冷風吹出口から吹き出した冷風の流れと当たるように前記冷却ガス室に温風を吹き出すように配設された前記温風吹出口と前記少なくとも１つの排気口とを接続する流路を有する、請求項１に記載の制御盤の冷却システム。
3. 前記冷風吹出口からの冷風吹出方向と前記温風吹出口からの温風吹出方向とが４５°以上１３５°以下の角度を成すように、前記冷風吹出口と前記温風吹出口とが配置されている、請求項２に記載の制御盤の冷却システム。
4. 前記冷却ガス室の少なくとも一部分が円筒形であって、
   前記冷風吹出口から吹き出した冷風によって前記冷却ガス室の前記円筒形部分に旋回流が形成されるように、前記冷風吹出口が配置されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の制御盤の冷却システム。
5. 前記筐体が、前記冷風吹出口及び前記温風吹出口が開口した第１領域と、前記吸込口及び前記吸気口が開口した第２領域とに前記冷却ガス室内を仕切り、前記第１領域と前記第２領域とを連通する連通口が設けられた隔壁を有する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の制御盤の冷却システム。
6. 平面視において前記冷風吹出口から吹き出す気体の流れが前記連通口上を通過しないように、前記冷風吹出口と前記連通口とが配置されている、請求項５に記載の制御盤の冷却システム。
7. 前記制御盤が、その制御対象である前記機械室内に設置された動力負荷と隣接している、請求項１〜６のいずれか一項に記載の制御盤の冷却システム。
8. 前記動力負荷が送風機である、請求項７に記載の制御盤の冷却システム。
9. 前記空調装置が設備用エアコンディショナである、請求項１〜８のいずれか一項に記載の制御盤の冷却システム。

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