JPH02210898A - 電子機器の冷却システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概　要］ 多数の半導体集積回路素子を実装したしたプリント基板
を並列して具えた電子機器において、動作中に該素子か
ら発生する熱を強制冷却するシステムに関し、 電子機器全体の素子の発熱量に応じた妥当な冷却能力を
有し、配置位置に無関係に素子を均等に冷却可能な簡素
なシステムを提供することを目的とし、 多数の素子を表面に直列方向に搭載した複数のプリント
基板をシェルフ内に並列して構成された電子機器の上部
及び／又は下部にファンユニットを設け、隣接する前記
プリント基板間の空間を通って電子機器内を下方から上
方に向けて貫通する冷却気流を発生させ、前記プリント
基板間の空間に供給される冷却気流を゛複数の分割流に
分け、特定の分割流を特定の素子群又はプリント基板に
対してのみ接触させ、他の素子群又はプリント基板に対
しては接触させないように、分割流の入れ換え部を設け
るように構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、多数の半導体集積回路素子を実装したしたプ
リント基板を並列して具えた電子機器において、動作中
に該素子から発生する熱を強制冷却するシステムに関す
る。

〔従来の技術〕

電算機や通信装置等の電子機器は、高速処理の要望に応
えるためと経済効率を高める必要性から、益々高密度化
される傾向にある。これを実現する手段として、電子機
器内の主要部品として半導体集積回路素子が用いられ、
多数の素子をプリント基板上に配列して実装し、これを
シェルフ内の狭いスペース内に並列する設計が行われて
いる。

これらの半導体集積回路素子はその動作により発熱する
が、その熱が内部に蓄積されると素子の温度が上昇し、
その構造・機能が破壊される。特に集積度が増すにつれ
て単位体積当たりの発熱量が大きくなり、この傾向が助
長される。従って、電子機器の内部の効率的な冷却が目
下の急務となっている。

〔従来の技術〕

従来から行われている冷却システムとしては、第１６図
（ａ）、（ｂ）に示すように、電子機器１の上部及び／
又は下部にファンユニット２を設け、シェルフ３内に並
列、して収納されたプリント基板４同士の間隙を通って
冷風を下から上に向かって強制的に流通させ、プリント
基板上に実装された素子５を冷却する方式が一般的であ
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

この方式によれば、プリント基板上に素子が冷却気流の
流れの方向に対して直列に配置された場合、風下に配置
された素゛子は、風上に配置された素子を通過した後の
昇温した気流によって冷却作用を受けるため、冷却効率
が低下する傾向を有する。更に、風上に位置する素子が
通風を阻害するため、この傾向は益々増大する。同じよ
うなことは、多段にシェルフを積層した場合の各シェル
フ内のプリント基板のレベルでも云い得る。

従って、電子機器の冷却システムとしては、常に最も風
下に位置する素子又はプリント基板の冷却に留意する必
要があり、風下の素子が所望の温度に冷却されるだけの
冷却能力を持つようなシステムが適用される。このため
、風上に位置する素子は必然的に過度に冷却されること
となり、無駄なエネルギが消費される。換言すれば、風
下側の素子の冷却性の悪さのために、過剰な冷却設備を
設けているのが現状である。

本発明は、このような従来技術の問題点に鑑み、電子機
器全体の素子の発熱量に応じた妥当な冷却能力を有し、
配置位置に無関係に素子又はプリント基板を均等に冷却
可能な簡素なシステム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〕

この目的は、多数の素子を表面に直列方向に搭載した複
数のプリント基板をシェルフ内に並列して構成された電
子機器の上部及び／又は下部にファンユニットを設け、
隣接する前記プリント基板間の空間を通って電子機器内
を下方から上方に向けて貫通する冷却気流を発生させ、
前記プリント基板間の空間に供給される冷却気流を複数
の分割流に分け、特定の分割流を特定の素子群又はプリ
ント基板に対してのみ接触させ、他の素子群又はプリン
ト基板に対しては接触させないように、分割流の入れ換
え部を設けたことを特徴とする電子機器の冷却システム
によって達成される。

以下、図面に示す好適実施例に基づいて、本発明を更に
詳しく説明する。

〔第１実施例〕 先ず、１枚のプリント基板内に配置された各素子の位置
の差に基づく冷却効率の違いを解消することを目的とす
る第１実・施例について述べる。

先ずこの実施例の原理を説明する０例えば第１図に示す
ように、プリント基板４上に素子５ａと５ｂが直列方向
に二つの群を形成して配置されている場合、従来は風下
側の素子群５ｂは風上側の素子群５ａによって冷却気流
との接触を妨げられていた０本実施例においては、プリ
ント基板４の空間に導入される冷却気流６を位置Ａにお
いて上下二層に分割して分割流６ａと６ｂになす。

そして第２図に実線で示すように、分割流６ａは下側の
経路を通って素子群５ａに直接導かれてこれを冷却した
後、素子群５ｂの領域に入る前に上側の経路に導かれて
、これをバイパスする。−方、鎖線で示すように、分割
流６ｂの方は、最初の段階では上側の経路を通って素子
群５ａとは接触せず、素子群５ｂの位置で下側の経路に
導かれてこれと接触する。そして素子群５ｂを通過した
時点で両方の分割流６ａ、６ｂは合流して系外に排出さ
れる。

この構成により、上流側の素子群５ａには分割流６ａが
、又下流側の素子群５ｂには分割流６ｂが、それぞれ新
鮮な状態、即ち、他方の素子群の発熱によって暖められ
ていない状態で適用されるので、好適な冷却効果が得ら
れる。

この例ではプリント基板上に二層の素子群が並んで配置
されている場合について説明したが、素子群が三層以上
に配列されている場合には、その列数に応じて高さ方向
に複数の分割流を設定し、一つの素子群が冷却される都
度、高さ方向の経路を入れ換えて常に新鮮な分割流が未
冷却の素子群に接触するようにすればよい。

上に述べた原理を実現するための具体的構成を第３図に
示す。

プリント基板４の表面には素子群５ａと５ｂが直列方向
に配置され、冷却気流は下方からこれに供給される。冷
却流は、先ず、素子群５ａの上方にプリント基板４と平
行に設置された仕切り板７によって上下二層の分割流６
ａ、６ｂに分けられる。

素子群５ａと５ｂとの間の空間には、後述するダクト８
が設けられてい・る。

下層の分割流６ａは素子群ａに導入されてこれを冷却し
、温まった空気はダクトの壁９に沿って上昇し、素子群
５ｂの上方に設けられた第２０仕切り板１０の上側に開
いている多゛クトの開口１１を通って吹き出される。

一方、上層の分割流６ｂはダクトの壁１２に沿って下降
し、仕切り仮１０の下側に開いているダクトの開口１３
から吹き出して素子群５ｂを冷却する。

このように分割流の上下に入れ換える作用を行うダクト
８は、第４図に示すような形状をしている。即ち、大面
を壁で囲まれた中空状の直方体の表面側の壁面の上半分
と裏面側の下半分とにそれぞれ開口１１．１３を設けた
ユニットを、互いに逆向きに交互に並列して構成されて
いる。

前述の例は二つの素子群に対して二つに分割された分割
流をそれぞれ適用したが、素子群の数が増えた場合には
、分割流の数をこれに応じて増加すればよい０例えば、
第５図には８つの素子群に対する８分割された分割流の
流路の入れ換えの状態の一例が示されている。

又、第６図に示すように、ダクト８の流路面を曲面で構
成すれば空気抵抗が減少して更に効率的な冷却効果が得
られる。

ダクト８の設置個所に対応するプリント基板４上の領域
にも、発熱しない素子や発熱量の少ない素子ならば設置
することが可能である。

又、第７図に示すように、配置される素子のサイズに応
じて、ダクト８の位置を適宜にずらすことも可能である
。

〔第２実施例〕 次に、多段に積層された各シェルフ内のプリント基板を
シェルフの積層位置に関係なく、均等に冷却することを
目的とすした本発明の第２実施例について説明する。

第８図は、キャビネット２０内にシェルフ２１゜２２．
２３を三段に積層した電子機器を示している。キャビネ
ット２０の上下部には冷却用のファンユニット２４が収
納されている。各シェルフ２１．２２．２３には、・表
面に素子３１を実装された多数のプリント基Ｆｉ２５が
並列して収容されている。

従来の構成では、下層のシェルフ２１内のプリント基板
には新鮮な冷却気流が接触するので充分な冷却が可能で
あるが、上層のシェルフ２２゜２３に行（程、冷却効率
が悪化することは前記した通りである。

本発明においては、各シェルフ２１．２２゜２３同士の
間に後述する流路入れ換え器２６が設置され、更にシェ
ルフ内に収納されている各プリント基板２５の実装面側
に分流器２７が設けられていることを特徴とする。

分流器２７は、第１０図に示すように、シェルフ内に並
列して収納されたプリント基板２５の素子実装面２５ａ
に対面するように設けられ、隣接するプリント基板との
間の空間を、三種類の通風区画２８，２９．３０に区分
するように構成されている。区画２８はプリント基板２
５の全面にわたって素子３１に接触する分割流を流すた
めのものであり、区画２９と３０は、区画２８の背後に
交互に並んだ小区画として設けられている。

従って、シェルフ２１の下部から内部に導入された冷却
気流の一部は区画２８内を流れて、プリント基板２５に
実装されている素子３１を冷却し、流路入れ換え器２６
に導入される。

一方、区画２９．３０を流れる分割流は、素子３１に接
触することなくそのままシェルフ２１内を通過して上昇
し、流路入れ換え器２６に導入される。

流路入れ換え器２６は第１０図に示すようなダクトのユ
ニット３２を、第１１図のように多数並列し、これを更
に平面的に複数段並べて、第１２図に示すような、シェ
ルフ内の全分流器２７に対応するダクト集合体となした
ものである。

ここで、ダクト３２　ａ、　　３２　ｂ、　　３２　ｃ
の入口側はそれぞれ分流器２７の区画２Ｂ、２９．３０
の出口側と一致するように配置されている。ダクト３２
ａはその中を流れる分割流の方向を変えるように傾斜し
ており、下層のシェルフ２１の段階では区画２８を流れ
て素子３１を冷却して来た分割流を、中層のシェルフ２
２の段階では分流器２７０区画２９の中に導入する。ダ
クｌ−３２ｂはシェルフ２１の段階では区画２９を流れ
ていた分割流をシェルフ２２の段階では区画２８に流し
て、素子３１の冷却を行わせる。ダクト３２ｃはシェル
フ２１の段階では区画３０を流れていた分割流をシェル
フ２２の段階でも区画３０に導入する。

この操作によって、中層のシェルフ２−２内のプリント
基板２５に対して、シェルフ２１の段階で冷却に使用さ
れていなかった新鮮な分割流を適用でき、効果的な冷却
を行うことが可能となり、−方、既にシェルフ２１の段
階で冷却に使用された分割流はシェルフ２２の段階では
冷却に関与しない位置を流れる。

同じような操作が、中層のシェルフ２２と上層のシェル
フ２３との間でも行われ、シェルフ２２０段階で分流器
２７の区画２８を流れて温まった分割流は、シェルフ２
３の段階では区画３０に導入され、一方、シェルフ２２
０段階で区画３０を流れていた未使用の分割流はシェル
フ２３の段階で区画２８に導入されて素子を効果的に冷
却する。

上に説明した各分割流の流れの状態を第１３図〜第１５
図に示す。

以上の説明は、三段に積層されたシェルフからなる電子
機器の冷却について述べたが、更に積層段数が増した場
合には、分流器と流路入れ換え器の構成を変えて分割流
の数をこれに対応するものにすれば、同様の効果を挙げ
ることができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、冷却気流の方向に沿って配置された素
子群又はプリント基板群のそれぞれに対して、該冷却気
流を予め所定の数に分けた分割気流の一つを選択的に適
用し、−旦冷却に使用された分割流は冷却域から排除す
るようにしたので、各素子群又はプリント基板群に対し
て均等な冷却が可能となり、全体としての冷却効率が向
上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は素子群に対する従来の冷却気流の状態を示す側
面部、 第２図は本発明の第１実施例の冷却気流の状態を示す側
面図、 第３図は分割流の入れ換えに使用されるダクトの構成と
作用を示す斜視図、 第４図はダクトの斜視図、 第５図は８つの素子群に分割流を適用する場合の流路の
入れ換えを示す系統図、 第６図は別の形状のダクトの側面図、 第７図はダクトの設置位置の変化例の平面図、第８図は
本発明の第２実施例の冷却システムの概要を示す電子機
器の分解斜視図、 第９図は分流器の斜視図、 第１０図は流路入れ換え器のユニットを示す斜視図 第１１図は流路入れ換え機ユニットを一列に並べた状態
を示す斜視図、 第１２図は流路入れ換え器の全体を示す斜視図、第１３
図〜第１５図は第２実施例による各分割流の流れの状態
を示す側面図、 第１６図（ａ）、（ｂ）は従来の冷却システムの概要を
示す電子機器の斜視図と正面図である。 １・・・電子機器、 ２・・・ファンユニット、 ・・・シェルフ、 ・・・プリント基板５ ．５ａ、５ｂ・・・素子、 ・・・冷却気流、 ａ、５ｂ・・・分割流、 ・・・ダクト、 ０・・・キャビネット、 ］、２２．２３・・・シェルフ、 ｌ・・・素子、 ５・・・プリント基板、 ６・・・流路入れ換え器、 ７・・・分流器、 ８．２８．３０・・・通風区画。 ダクトの斜視図 第４図 第３区 亮 図 第 図 分嵐器の斜視図 第９図 、／３２ 流路入れ換え器のユニットを示す斜視図第１０口 各分割流の流れの 状態を示す側面図 第１５２ 従来の冷却システムの概要を示す電子機器の図帛１６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．多数の素子（５，３１）を表面に直列方向に搭載し
   た複数のプリント基板（４，２５）をシェルフ（３，２
   １，２２，２３）内に並列して構成された電子機器（１
   ）の上部及び／又は下部にファンユニット（２）を設け
   、隣接する前記プリント基板（４，２５）間の空間を通
   って電子機器（１）内を下方から上方に向けて貫通する
   冷却気流（６）を発生させ、前記プリント基板（４，２
   ５）間の空間に供給される冷却気流（６）を複数の分割
   流（６ａ，６ｂ）に分け、特定の分割流（６ａ又は６ｂ
   ）を特定の素子群（５ａ，５ｂ）又はプリント基板に対
   してのみ接触させ、他の素子群又はプリント基板に対し
   ては接触させないように、分割流の入れ換え部（８，２
   ６）を設けたことを特徴とする電子機器の冷却システム
   。