JP2004020171A - コンピューターを搭載した情報通信用キャビネットにおける冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コンピューターを搭載した情報通信用キャビネットにおいて、ＣＰＵなどの発熱量の高い回路部品の冷却効率を高めた冷却装置に関する。
【解決手段】六面が閉じられたキャビネットＡの下部と上部に吸気ユニット１４と排気ユニット１３をそれぞれ備え、吸気ユニット１４とキャビネットＡに搭載したコンピューター２０とをダクト１６，１７により連通し、このダクトの途中に、キャビネットＡに設けた熱交換素子１５の放熱フィン１５ａを収納した吸熱室８を設け、かつ、熱交換素子１５の放熱フィン１５ｂを収納してキャビネットＡに設けられた放熱室９を、ダクト１８を介して排気ユニット１３に連通して成る。
【選択図】　　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願は、データセンター等に設置されるコンピューターを搭載した情報通信用キャビネットにおける冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、データセンター等に設置されるコンピューターを搭載した情報通信用キャビネットは、六面が閉じられるト共に、耐震性を有する堅牢な縦長のボックスから成り、その内部には、コンピューターのほかに、ハードディスク、インターフェースやテープドライブなどのネットワーク用機器類が搭載され、ボックスの下面には、空気取入用の吸気孔を有し、また天井には、ボックス内の空気を換気するための排気用ファンが備えられている。
【０００３】
このように構成されたキャビネットに搭載されるコンピューターは、内部に、作動エネルギーによって発熱の生じるＣＰＵやチップセットのほかに、コンピューターとしての機能を備えるための回路部品などが備えられており、コンピューターの使用において、特に、発熱量の大きいＣＰＵやチップセットを冷却するために、従来は以下に述べる手段がとらえている。
【０００４】
すなわち、キャビネットを設置する例えばコンピュータールーム自体を低温の状態に空調すると共に、ボックスの天井に設けたファンを作動することにより、空調されたルーム内の冷却空気をボックス底面の吸気孔から取り入れ、これをボックス天井から排気することにより、キャビネット内を冷気状態とするか、或いは例えば、コンピュータールームを構成する床を、フリーアクセスフロワーに構成してフロワーと床下地との間に形成された空間部に、通気パイプを挿通して、これに、外部から冷却空気を供給することにより、キャビネット内を空冷状態としている。
【０００５】
他方、キャビネット内に搭載されるコンピューターは、通常六面が閉じられたケース内に、ＣＰＵとチップセットとを備えた基板、ＣＤ−ＲＯＭ装置、ハードディスクドライブ装置および電源装置などのコンピューターとしての機能を有するための回路部品が収納してあると共に、ケースの対角方向の両隅部には、吸気ファンと排気ファンとがそれぞれ設けてあり、さらに最も発熱量の高いＣＰＵとチップセットには、多数の放熱フィンを備えたヒートシンクおよびこのヒートシンクを強制空冷するための小型ファンが、それぞれ取り付けてある。
【０００６】
しかして、ケースに設けた吸気ファンと排気ファンとを作動すると、キャビネット内の冷気が、一方の隅部からケース内に導かれ、ケース内を空冷したのち、これと対向する他方の隅部から再びキャビネット内に排気される。一方ケース内においては、小型ファンの作動により、ヒートシンクを介してＣＰＵとチップセットが強制的に冷却される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記した従来の構成によれば、キャビネットを設置する大きな室自体を空冷するための空調設備やその維持管理に多大の費用を必要とすること、キャビネットの天井に設けたファンにより換気する構成であるので、キャビネット内における冷気の流動効率が悪いこと、また、キャビネットに搭載されるコンピューターにおいては、ケースの対角方向で、冷気の流れを形成する構成であるから、ケース内における冷気の流動による冷却効率が悪いこと、また、ＣＰＵおよびチップセットに使用する小型フィンとして、高速回路のものが使用される関係上、使用寿命が短く、かつ、その交換作業に、多くの時間とコストを要すること、さらにまた、多くのファンを使用するので、動作音が大きくなると共に、電力の消費量も多くなるなどの不都合があった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本願は、上記した従来のものの不都合を解消するために、六面が閉じられたキャビネットの、下部と上部とに、外気を吸入する吸気ユニットと、キャビネット内の空気を排気する排気ユニットをそれぞれ備え、前記吸気ユニットと、前記キャビネットに搭載したコンピューターとの間に、吸気ユニットから吸入した空気コンピューター内に導くダクトを設けると共に、このダクトの途中に、キャビネットの適所に設けた熱交換素子の吸熱フィンを収納した吸熱室を設けたことを特徴とするものである。
【０００９】
好ましくは、ダクトの一端に、コンピューターを構成するＣＰＵやチップセットなど動作エネルギーによって発熱の生じる回路部品に、直接または、該回路部品に設けたヒートシンクに対してダクト内の空気を供給する導管を設けて成る。
【００１０】
また、上記において、キャビネットの外面に、熱変換素子の放熱フィンを収納し、一部に排気部を有した放熱室を設けると共に、この放熱室と排気ユニットとを連通するダクトを設けて成り、また吸気ユニットの吸気孔部にフイルターを配置して成り、さらにまた、コンピューター内における吸気ユニットからの空気の吸入位置から離間した位置に、コンピューター内の空気をキャビネット内に放出する排気ファンを設けて成るものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下図面にもとづいて、本願の実施の形態を詳述する。図１は、キャビネットＡの総体斜視図を、図２は、キャビネットＡを縦断した側面図をそれぞれ示しており、キャビネットＡは、前面開口部を残して六面が閉じられると共に、耐震性を有する堅牢で、全体として縦長の立方体状のボックス１から成り、前面には、一部にガラス２ａとロックハンドル２ｂを備えた開閉扉２が、また、底面には吸気孔３と宛部４とが、さらには上面には、排気孔５がそれぞれ設けてある。
【００１２】
上記したボックス１の上面には、上方に膨出する密閉状の上部室６が、また、この上部室６の後面からボックス１の後面外方に沿って伸びる空室７がそれぞれ一体に設けてある。
【００１３】
また、前記ボックス１の後面下方位置には、内方に膨出する密閉状の吸熱室８と、これと対向して外方に膨出する密閉上の放熱室９とが、それぞれ一体に設けてある。
【００１４】
さらにまた、前記ボックス１の底面には、吸気孔３を閉じるように、フイルター１０が、また、このフイルター１０と下面開口部が対峙する箱状の下部室１１がそれぞれ設けてある。
【００１５】
前記キャビネットＡに搭載されるコンピューター２０は、内部にＣＰＵなどコンピューター２０を構成する回路部品を備えた立方体状のケース２１から成り、このケース２１は、ボックス１の左右側内面に対向して設けた縦方向に延びる取付レール１２に取り出し可能に装着されている。
さらに、前記ボックス１の空間部Ｐには、図示しないが、ハードディスク、インターフェース、テープドライブなどを備えたネットワーク機器やこれらを載置する棚板などが取付レール１２に対し装着される。
【００１６】
前記ボックス１に設けた上部室６内には、排気孔５を介してボックス内の空気を吸引する排気ユニット１３が、また、下部室１１内には、吸気孔３を介して外気（本願キャビネットＡを設置するコンピュータールーム内の空気）を吸引する吸気ユニット１４がそれぞれ設けてある。
【００１７】
また、前記ボックス１の後面位置には、ペルチェ素子などから成る熱変換素子１５が取り付けてあると共に、その吸熱用フィン１５ａが、前記吸熱室８内に、またその放熱用フィン１５ｂが、前記放熱室９内に配置されている。
【００１８】
さらにまた、前記ボックス１内には、吸気ユニット１４の排気口１４ａと吸熱室８とを連通する第１ダクト１６と、吸熱室８とコンピューター２０とを連通する第２ダクト１７と、空室７内に納められて排気ユニット１３の排気口１３ａと放熱室９とを連通する第３ダクト１８とがそれぞれ配置してある。
【００１９】
図３は、コンピューター２０の内部構成を示す平面図であって、本例では、六面が閉じられた扁平形状の小型ケース２１内に、ＣＰＵ２３とチップセット２４と、複数の副回路基板２５とをそれぞれ配置して成る主回路基板２２を収納した構成部品２６と、六面が閉じられ、内部に排気ファン２７と電源装置２８とを収納した扁平形状の構成部品２９と、ブロック状に構成されたＣＤ−ＲＯＭ装置３１と、ブロック上に形成されたハードディスクドライブ装置３２とを配設して成る場合を示しており、本願におけるコンピューター２０は、上記した構成に限定されるものではない。
【００２０】
そして、このように構成された、コンピューター２０において、排気ファン２７がケース２１の一つの隅部に設けられると共に、これと対角方向で位置する隅部に、前記第２ダクト１７に連通する給気室３３が設けてあり、この給気室３３には、冷気を前記ハードディスクドライブ装置３２に吹き付けるための導管３４と、冷気を前記小型部品２６内に導くための導管３５とが接続してある。
【００２１】
前記導管３５は、その先端が２股に分かれてあり、その一方３５ａが、ケース２１内のＣＰＵ２３の位置まで伸び、また他方３５ｂが、ケース２１内のチップセット２４の位置まで伸びている。
【００２２】
ＣＯＵ２３には、図４，５で示すように、多数の放熱フィン３６ａを有したヒートシンク３６が取り付けてあり、このヒートシンク３６は図示しないが、チップセット２４にも同様に取り付けてあり、この各ヒートシンク３６にこれを空冷するように、前記した導管３５の先端部３５ａ，３５ｂが取り付けてある。
【００２３】
なお、図中、２１ａはケース２１の天板を、２１ｂはケース２１の周面位置に設けた多数のスリット乃至小孔から成る排気部、２６ａはケース２６の天板を、２０ｂはケース２６の周面位置に設けた前記と同様の排気部を、２９ａはケース２９の天板を、２９ｂはケース２９の周面位置に設けた多数のスリット乃至小孔から成る排気部を、４０は電源スイッチを、４１は電源コードを、４２はコンセントをそれぞれ示している。
また図中４３は熱変換素子１５の温度制御ユニットを示している。
【００２４】
しかして、吸気ユニット１４および排気ユニット１３を作動すると、本願キャビネットＡを設置したコンピュータールーム内の空気は、ボックス１の底面の吸気孔３からフイルター１０を介して下部室１１内に流入し、該空気は、第１ダクト１６、吸熱室８および第２ダクト１７を介してコンピューター２０内に導かれ、その過程において、空気は、熱変換素子の吸熱フィン１５ａにより冷却されるので、その冷却空気はコンピューター２０内に流入する。
【００２５】
そして、コンピューター２０内に流入した冷気は、導管３４を介して、比較的発熱量の低いハードディスクドライブ装置３２に直接吹き付けられる。他方、発熱量の極めて高いＣＰＵ２３とチップセット２４に対しては、これに設けたヒートシンク３６に冷気を吹き付けることにより冷却効果を高め、このようにして動作エネルギーにより温度上昇をきたす電子回路部品に対し積極的に冷気を供給して冷却する。
【００２６】
このようにして、主としてＣＰＵ２３とチップセット２４を冷却した空気は、排気部２６ｂを介してコンピューター２０内に排気され、この空気は、ハードディスクドライブ装置３２内に吹き付けられた冷気と共に、吸気部２９ｂから構成部品２９内に流入し、次いで排気ファン２７により強制的に、ボックス１内に排気され、またコンピューター２０内の空気の一部も亦ケース２１に設けた排気部２１ｂを経てボックス１内に流出する。
【００２７】
吸気孔３から流入する空気の一部およびコンピューター２０から排出されたボックス１内の空気は、排気ユニット１３により吸引され、第３ダクト１８を介して放熱室９に導かれる。
すると、熱交換作用により高温化されている熱交換素子１５の放熱フィン１５ｂは、第３ダクト１８を介して放熱室９内に導かれたキャビネットＡ内の空気により冷却され、放熱フィン１５ｂとの間で熱交換された空気は、多数のスリット乃至小孔から成る排気部９ａから外部に放出される。
【００２８】
【発明の効果】
以上詳記したように、本願によれば、キャビネット自体に熱変換素子を設け、その吸熱フィンにより、冷却した空気を、ダクトを介してキャビネットに搭載したコンピューター内に導いて、作動エネルギーにより発熱するＣＰＵなどの回路部品を直接またはヒートシンクを介して積極的に冷却する構成であるから、冷却効率が極めて高く得られ、しかも従来必要としていたキャビネットを設置する室自体を空調するための空調設備やその維持管理費用或いはキャビネット内に冷気の供給をするための床構造や配管工事などに要する費用は全く省略でき、またキャビネットを所望の場合に任意に設置できるので、極めて経済的、かつ、実用的であるという利点を有する。
【００２９】
また、従来、発熱量の極めて高いＣＰＵやチップセットに対しては、ヒートシンクを一体に取り付けると共に、このヒートシンクに小型で高速回転可能を有する小型ファンを取り付け、これによって冷却を行っているが、小型ファンは使用寿命が短く、そのためその交換作業を多く行われ、しかも、キャビネットに搭載したコンピューターからＣＰＵやチップセットを取り出して小型ファンを交換する作業は極めて面倒であるばかりでなく、コンピューターの稼働効率も低下し、また小型ファンの作動騒動が生じるという不都合を有するが、本願においては、このような不都合を全く解消することができるという実用上の利点を有する。
【００３０】
特に、請求項３記載の発明によれば、高温状態に置かれる熱交換素子の放熱フィンを、キャビネットから排出する空気によって空冷する構成であるので、熱交換素子の熱交換効率を高めることができる。
【００３１】
また、請求項４記載の発明によれば、例えばコンピュータールーム内の空気が浄化された状態で、キャビネット内に流入するので、塵埃による回路部品の障害を防止することができる。
【００３２】
さらにまた、請求項５記載の発明によれば、コンピューター内の空気の流通を促進することができるという利点を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】キャビネットの総体斜視図
【図２】キャビネットを縦断して示した側面図
【図３】コンピューターの内部を示す平面図
【図４】ヒートシンクを備えたＣＰＵの平面図
【図５】ヒートシンクを備えたＣＰＵの側面図
【符号の説明】
Ａ　キャビネット
１　ボックス
３　吸気孔
５　排気孔
８　吸熱室
９　放熱室
１０　フイルター
１３　排気ユニット
１４　吸気ユニット
１５　熱変換素子
１５ａ　吸熱フィン
１５ｂ　放熱フィン
１６，１７，１８　ダクト
２０　コンビューター
２１　ケース
２３　ＣＰＵ
２４　チップセット
２７　排気ファン
２８　電源装置
３４，３５　導管
３６　ヒートシンク

Claims (5)

1. 六面が閉じられたキャビネットの下部と上部とに、外気を吸入する吸気ユニットと、キャビネット内の空気を排気する排気ユニットをそれぞれ備え、前記吸気ユニットと、前記キャビネットに搭載したコンピューターとの間に、吸気ユニットから吸入した空気をコンピューター内に導くダクトを設けると共に、このダクトの途中に、キャビネットの適所に設けた熱変換素子の吸熱フインを収納した吸熱室を設けたことを特徴するコンピューターを搭載した情報通信用キャビネットにおける冷却装置。
2. ダクトの一端に、コンピューターを構成するＣＰＵやチップセットなど動作エネルギーによって発熱の生じる回路部品に、直接または、該回路部品に設けたヒートシンクに対してダクト内の空気を供給する導管を設けて成る請求項１記載のコンピューターを搭載した情報通信用キャビネットにおける冷却装置。
3. キャピネットの外面に、熱変換素子の放熱フインを収納し、一部に排気部を有した放熱室を設けると共に、この放熱室と排気ユニットとを連通するダクトを設けて成る請求項１または２記載のコンピューターを搭載した情報通信用キャビネットにおける冷却装置。
4. 吸気ユニットの吸気孔部にフイルターを配置して成る請求項１，２または３記載のコンピューターを搭載した情報通信用キャビネットにおける冷却装置。
5. コンピューター内における吸気ユニットからの空気の吸入位置から離間した位置に、コンピューター内の空気をキャビネット内放出する排気ファンを設けて成る請求項１，２，３または４記載のコンピューターを搭載した情報通信用キャビネットにおける冷却装置。

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