JPS59107192A - 対向流冷却装置 - 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】 〔技術分野〕 本発明は例えば電子回路用の冷却装置（て関するもので
あシ、更に具体的に言えば改善された冷却性能を有する
効率的な冷却装置に関する。本発明によりブロワ（ファ
ン）の寸法を増すことなく冷却が改善され且つ相対的に
一様な冷却が達成される。

〔背景技術〕

電子回路等のこれまでの冷却装置は、本発明のような対
向流（カウンターフロラ）通風装置ではなく水平又は垂
直の十字（クロス）通風装置によって冷却を行なってき
た。冷媒として空気及び液体が使用された。そのような
冷却装置の例は米国特許第２８４３８０６号、第３５４
９９４９号、第３８５８０９０号に示されている。冷却
の目的で装置を通して対向する２方向に導かれた空気を
使用する例が米国特許第３５２８４９２号に示されてい
る。例えばその第１２図には、マイクロウェーブ装置の
モジュールを冷却するため１つおきの冷却流体ダクトを
通して反対方向に導かれた周囲空気のような冷却流体を
用いることが示されている。その装置は、夫々それ自身
の入口、出口及びダクトを持ち１つおきに反対方向に導
かれ（少なくとも下流が）事実上独立した冷却用流体流
通路？用いている。

米国特許第３４１１０４１号の例えば第７図及び第８図
はセル４４全通して反対方向に冷媒の流れを確立するた
めにセパレータ５５のついた通路３８及びスロット４２
を備えている。

〔本発明〕

本発明の冷却装置は、例えば回路カードなどの電子装置
のため対向流冷却態様を採用している。

この装置は所与の流体冷媒システムの能力に対して改善
された一層均一な熱的性能を達成する。

本発明を実施すると、各電子カードに沿う改善された境
界層状態に起因して、少ない空気流で増大した熱的性能
が得られる。

第１の実施例の冷却装置は、電子回路カード・モジュー
ル、空気案内層板又はバッフル素子、及び共動するプレ
ナム（外部の大気圧より高い圧力状態を作る閉空間）素
子と一体的に組立てられる。

空気は下向き方向に流れ、且つ複数の回路カードを並行
して通った後、すべての回路カードの下を経由してカー
ドの反対側を冷却するように上向き方向に流れ、然る後
、共通の出口開口部によって排出される。他の実施例で
は更に空気流を制御するためパンフル素子及びプレナム
素子が変形されている。

本発明は将に下記の点で特徴付けられる。

（１）　　同じ取入空気が回路カードの両側に（例えば
直列的に）流れて対向流を生じる。

（２）一様でない空気速度。

（３）一様でない境界層。

（４）低温度冷媒の低速空気流、及び高温度冷媒の高速
空気流。

〔略記号〕

下記の略記号が使用される。

略記号　　　　　　　　　定義 ΔＰ　　　圧力降下（インチで表わした水柱。ブロワ用
） ｃ　／　Ｗ　　　摂氏温度／ワット（熱抵抗の尺度）Ｒ
ｅｑ　　　　等価熱抵抗（ＱＣ／Ｗ）Ｒｅ　ｘ　ｔ　　
　外部熱抵抗（ＯＣ／Ｗ）−Ｒｍａｘ　　　最高熱抵抗 Ｒｍｉｎ　　　最低熱抵抗 二　　　　近似値 〔本発明の実施例〕 本発明の冷却装置は（１）　　ブロワの寸法を増すこと
なく、それによってノイズレベルの増大を回避した電子
実装体用の改善された冷却を与え、（２）回路カード上
のモジュール位置に関係なく比較的一様な冷却を与える
。対向空気流は個々の回路カードの両側面に与えられ、
空気の速度は回路カードの動作に起因して空気が温たま
るにつれて速くなる。

対向空気流冷却装置は第１図及び第５図乃至第７図に示
され、従来装置は第２図に示される。第１図に於て斜線
の付された領域はコンピュータに設けられているような
「マザー・ボード」を有する電子組立体の正面及び頂上
の閉塞された又は包囲された領域を表わす。かくて形成
された閉塞領域及び開放通路より成る領域が１．２．６
、・・・・１６．１４．１５で示される。箱４１は底面
と背面と側面が閉じた表面を有し溝Ａ乃至Ｑ中に挿入さ
れたカード４２のような実質的に同じ形をした回路カー
ドを保持する。モジュール４８は領域１６及び１４に示
される。領域１．６．５等にある正面隔板又はバッフル
は例えば発泡又はプラスチック端部接続体で形成され、
それらは回路カードの前端の定位置にスナップ止めされ
る。これは偶数番号の入口通路２．４．６等を限定する
。領域２．４．６等の頂上の隔板又はバッフルは例えば
１枚の薄い板金４５で形成される。薄い板金４５は奇数
番号の位置１．３．５等に出口通路を限定する。

冷媒として働く空気は組立体の正面４６から入り、ファ
ン４９によって組立体中へ引込まれる。

偶数番の欄２．４．６等の空気■は下降し、奇数番のｇ
Ａｌ、３．５等の空気■は上昇する。組立体の下部にあ
る正面隔板４６は入口プレナムとして働き、そこで偶数
番の欄からの空気は向きを変えて奇数番の欄へ上昇する
。入口プレナム４３及び少なくとも箱４１の底部の閉じ
だ表面は入口空気流バッフル４４及び出口空気流バッフ
ル４５間の空気の流れのだめの共通の通路を限定する。

カード４２のような熱い論理カードと納めるカード溝は
正面で上昇する新鮮な空気ばかりか下降する新鮮な空気
を取入れるので余分の冷却を与える。すべてΩ奇数番の
欄からの空気はファン４９によって組立体の頂上で引抜
かれる。かくて冷却剤としての空気は領域１．６．５等
にある正面入口バッフルによって限定された正面入口通
路２．４．６等を介して装置中へ導かれ、領域２．４．
６等１である頂上用ロバンフルによって限定された頂上
出口通路１．３．５等を介して装置の外へ排出される。

対向空気流によって、空気はすべての回路カードの２つ
の面に与えられる。それに加えてこの装置は回路カード
上の任意の位置にある熱い電子モジュール（そのような
熱は高い電力消費によって通常発生される）の冷却を改
善することができる。

〔従来の冷却装置〕

従来の代表的な冷却形態を第２図に示す。そこには回路
カード２２ａのような回路カードをよぎって底部から頂
部へ流れる空気を制御するように形成された薄い金属板
を有する電子組立体４１ａが含まれる。個々の回路カー
ドの両面に対する空気流はすべて並行である。回路板の
両面上の境界Ｉ響５０は底部で始まる。境界層５０は底
部で薄く、頂部で厚い。そればかシか、底部の空気は比
較的冷たく、頂部の空気は比較的熱い。かくて同一の空
気速度に於ける最低熱抵抗対最高熱抵抗の比率（冷却効
率の尺度）は６よシも大である。

〔対向流装置と従来装置の比較〕

空気流インピータンスの関係を表わす第６図を参照する
。それに加えて個々の回路カードの２つの面上を反対方
向に流れる対向空気流の状態を図解した第４ａ図と、回
路カードの両面を同じ方向に流れる従来空気流を図解し
た第一４　ｂ図とを参照する。

第４ｂ図ではＲｍ　ｉ　ｎ　”’　６℃／ＷＯＲｍａＸ
＝２０℃／ＷＯＲ＝−−３，２゜ １　ｎ 図示されたような多重カード装置に於ける所与の論理カ
ードの両側に対向空気流を与えることによシ、従来装置
と較べて勝れたカード冷却が本発明で得られる。こうす
ることにより、電子組立体当９の合計体積流量（ｍ３／
分）が低下したとしても下記の利点が生じる。

（１）各回路カードを通過する空気速、度が６０％増加
する。これは２つの回路カード欄が直列状態になるため
である。合計体積流量が８Ｑ係に低下したとしても並列
空気通路は半分に低下し、かくて多回路カード欄を通る
流量が０．１９ｍ”７分から０．３１ｍ３７分へと６０
係増加する。

（ａ）従来装置の体積流量／カード欄は−Ｌ！−＝　０
．１９　（ｍ”　７分）４ （ｂ）　　本発明の対向空気流装置の体積流量／カード
欄は ２．７Ｘ且且　−０，３１（ｍ３／分）（２）偶数欄の
新鮮な空気は下方へ進み、速度が低いけれども空気は一
層冷却されかくて各カードの１側を良好に冷却する。奇
数欄の空気（今や温度が上った）は上昇し、よシ高い空
気速度を持つのでカードの他側を良好に冷却する。

（３）対向空気流態様は新鮮な空気がカード（Ｑ溝中に
ある回路カードなど）の両側に触れるようにする。

（４）空気の対向流は個々のカードの側面に一様な外部
抵抗を与えるような付加的な望ましい効果を有する。空
気は下向きに進み（偶数欄）、熱境界層５０ａは頂上か
ら始ま９下へ向うほど厚くなる。

境界層５０ａが厚くなれ（ばなるほど外部熱抵抗は高く
なる。今や熱せられた空気が上昇するカード他側では、
熱境界層５０ｂが底から始、まって上に行くほど厚くな
る。このことはカード全体を一様に冷却させる効果があ
る。頂上に於ては、空気が下向きに流れているカニドの
側面の熱抵抗は相対的に低く、空気が上向きに流れてい
る他面の熱抵抗は相対的に高い。カードの底に於ては、
空気が下向きに流れている側の熱抵抗は相対的に高いが
、空気が上向きに流れている側の熱抵抗は相対的に低い
。かくて個々のカードの全体に亘って一様な熱抵抗が与
えられる。最悪の熱抵抗対最善の熱抵抗の比率はおよそ
１．２である。

〔効果〕

対向空気流冷却態様は次のような利点を有する。

（１）対向空気流冷却は最高／最低の熱低抗比をおよそ
土２に低下させる。

（２）空気速度の６０％程度の増産と境界層の減少に起
因して、最高熱抵抗が改善される。

（３）Ｑ溝のような相対的に温度の高い回路カード溝に
対して余分の冷却が与えられる。

（４）装置全体に流れる空気流が減少される事実に起因
してノイズ・レベルが低下スル。

〔他の実＃ｉ態様〕

第５図乃至第７図について説明する。第５図は。

第１図の装置の右側断面図であって、予定の高さの正面
グリル１０及び隔板即ちバッフル６と共に示す。第６図
及び第７図は代案のパンフル及びプレナムの構成の断面
を示す。ある状況下では、空気が下向きに進む偶数番領
域の空気流は第５図の領域２０のようなカードの頂上付
近に余シ空気流を受取らない領域を生じさせることがあ
シうる。

第５図は例えば偶数番領域にある回路カードの側面図で
あって、カードの側面に沿って流れる大部分の空気流を
実線矢印２１で、且つ１部の空気流を破線矢印２２で示
し、矢印２６は例えば奇数番領域にある他面へ流れる戻
シ気流を示す。

若しも望むならば、組立体４１ａの正面隔板即ちバッフ
ル４３を４３ａで示すように頂上近くまで延長して中間
プレナムとして働かせるようにすることにより空気流の
状態を修正することができる。こうすると空気流は回路
カードの中央より下からカード欄へ入る代りに回路カー
ドの頂上から入り、かくて余シ空気が流れない領域を第
６図の２０ａで示すように減少する。結果として生じる
空気流が矢印２１ａ、２２ａ、及び２３ａで示される。

第７図に示す他の態様が効果的な空気流を与える。この
組立体４１ｂは装置の筐体ろ６の上部に空気取入領域又
はグリル６５を設けることにより変形されて、各電子回
路カードの上部に於ける空気の流れを改善している。

【図面の簡単な説明】

第１図は冷媒として空気を使用し電子回路カード組立体
と一体的に構成された対向流冷却装置の第１の実施例を
示す図、第２図は電子回路カード及び本質的に直進する
空気流を有する従来の冷却装置を示す図、第６図は第１
図の対向流装置及び第２図の従来装置の空気流インピー
ダンスの関係を示す図、第４ａ図及び第４ｂ図は夫々第
１図及び第２図の装置に於ける空気流と熱抵抗の関係を
方向を示す図、第６図及び第７図は第１図及び第５図の
装置の空気流を修正するだめのバッファ及びプレナム構
造の代案を示す図である。 １．３．５〜１５・・・・閉塞された奇数番領域、２．
４．６〜１４・・・・開放された偶数番領域、４１・・
・・箱、４２・・・・回路カード、４３・・・・正面板
、４４・・・・入口空気流バッフル、４５・・・・出口
空気流パンフル、４８・・・・モジュール、４９・・・
・ファン。 出願人　インターナショナノいビジネス・マシーンズ・
コ−ｔｌｙ−７Ｅン復代理人　弁理士　　篠　　　１）
　　文　　　雄流量 第３図 第５図 第６図 第７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 複数の冷却されるべき板状体を相互に離して保持する保
   持手段と、 選ばれた上記板状体間に冷却流体が通過するのを阻止す
   るように配置されそれによって阻止されない上記板状体
   間に１組の流体入口通路を限定する第１の組の流体制御
   バッフル（４４）、上記第１の組の流体制御バッフルに
   よって阻止されない板状体間に上記冷却流体が通過する
   のを阻止するように配置された第２の組の流体制御バッ
   フルであってそれによって阻止されない板状体間に１組
   の流体出口通路を限定する該第２の組の流体制御バッフ
   ル（４５Ｌ冷却装置への流体入口領域を限定するため配
   置された入口手段、上記第１の組の流体制御バッフル及
   び第２の組の流体制御バッフルの何れからも実質的に離
   れた位置に配置され第１の組の流体制御バッフルによっ
   て限定された上記入口通路を第２の組の流体制御バッフ
   ルによって限定された上記出口通路と連通させるだめの
   共通通路を含む対向流案内装置と、 上記入口領域、入口通路、共通通路、及び出口通路へ冷
   却流体を送ることによ乞該冷却流体が入口領域から共通
   通路へ進むとき上記板状体のすべてに対して実質的に１
   方向に流れ且つ該共通通路から出口領域へ進むとき該板
   状体のすべてに対して実質的に反対方向に流れるように
   供給する冷却流体供給手段と、 を含む対向流冷却装置。