JP2005101042A - 電子機器用ラックの空冷装置及びそのような空冷装置を備えた電子機器用ラック - Google Patents

Abstract

【課題】 電子機器用ラックを強制的に冷却する空冷装置及びそのような空冷装置を備えた電子機器用ラックを提供する。
【解決手段】 前面ドア５と、少なくとも１対のマウントフレームと、を有する電子機器用ラック１に収納可能に構成した空冷装置３１であって、収納したときに当該前面ドア５と対向する前面パネルを有する箱状の筐体と、筐体をマウントフレームの各々に固定可能な両留め具と、筐体内に配した送風ファンと、前面パネルに開口した送風口から送風するエアーを上昇方向に偏向させる偏向ノズルと、により構成してある。送風ファンの回転により偏向ノズルから送られたエアーが、ラック内に収納した電子機器の表面に沿って流れたり内部を通過したりすることにより、強制的な冷却を行う。
【選択図】 図１

Description

この発明は、コンピューター、サーバー、通信機器、配電盤などの薄型電子機器を積み重ね状態で収納する電子機器用ラックに収納可能な空冷装置及びそのような空冷装置を備える電子機器用ラックに関するものである。

これまで知られている電子機器用ラックとして、特許文献１が開示するものがある（以下、この電子機器用ラックを「従来のラック」という）。従来のラックは、複数の薄型サーバーを重ねて配置可能としたラックであって、各サーバーを所定寸法づつ奥行き方向にずらして配置するとともに、ずらした部分に放熱用開口を形成してある点に特徴がある。
特開２００２−３６６２５８号（００１９、００２０、図４参照）

しかしながら、奥行き方向にずらしてサーバーを配置すると、その分だけラックの奥行き寸法を必要とする。すなわち、ラック全体が大型化してしまう。また、放熱用開口による放熱効果は、ある程度期待できるが、サーバーの高機能化に伴い発熱量も増大しており、単なる放熱用開口から温風を自然排出するという消極的な放熱だけでは充分でない場合があり得る。そこで、本発明は、電子機器用ラックを強制的に冷却する空冷装置及びそのような空冷装置を備えた電子機器用ラックの提供を目的とする。

上記目的を達成するために発明者は、収容する電子機器と同様に電子機器用ラック内に収納できる空冷装置及びそのような空冷装置を備える電子機器用ラックを開発した。その詳しい内容については、項を改めて説明する。なお、何れかの請求項に係る発明の説明にあたって行う用語の定義等は、その性質上可能な範囲において他の請求項に係る発明にも適用があるものとする。

（請求項１記載の発明の特徴）
請求項１記載の発明に係る空冷装置は、前面ドアと、少なくとも１対のマウントフレームと、を有する電子機器用ラックに収納可能に構成してある。すなわち、電子機器用ラックに収納する電子機器と同様に収納可能な大きさ、形状等に形成してある。この空冷装置は、収納したときに当該前面ドアと対向する前面パネルを有する箱状の筐体と、当該筐体を当該マウントフレームの各々に固定可能な両留め具と、当該筐体内に配した送風ファンと、当該前面パネルに開口した送風口から送風するエアーを上昇方向に偏向させる偏向ノズルと、を備えている。

請求項１の空冷装置によれば、電子機器用ラック内に、電子機器群と一緒に収納することができる。空冷装置は、両留め具を介してネジ等により両マウントフレームに固定する。エアーは、送風ファンの回転により送られる。電子機器用ラックの下方領域から、上方領域に向って送風されるエアーは、各電子機器が内部に備える通風路や各電子機器間の隙間を通過して電子機器群を冷却する。空冷装置は、これを電子機器間に設けてエアー循環による冷却も考えられるが、電子機器群の収容領域よりも下方の領域に設けることが好ましい。エアーは上昇方向に吹き上がるので、下方領域に設けるほうが偏向ノズルから排出されるエアーの上昇により下方にある電子機器から上方の電子機器にかけて満遍なく冷却することができるからである。

（請求項２記載の発明の特徴）
請求項２記載の発明に係る空冷装置は、請求項１の空冷装置であって、前記筐体が有する底板に吸引口を設けてある。

請求項２の空冷装置によれば、請求項１の空冷装置の作用効果に加え、エアーを底板の吸引口から吸引するように構成したので、電子機器用ラック内において最も冷たいエアーを吸引し冷却に活用することができる。すなわち、暖かいエアーは上昇し冷たいエアーは下降するので、できるだけ下方からエアーを吸引するほうが、それ以外の位置から吸引するより冷たいエアーを送風することができる。冷たいエアーは、効率的な冷却に貢献する。

（請求項３記載の発明の特徴）
請求項３記載の発明に係る空冷装置は、請求項１又は２の空冷装置であって、前記偏向ノズルが、前記前面パネルとの間に前記送風口よりも下位に位置する上方開放のポケット部を備えている。

請求項３の空冷装置によれば、請求項１又は２の空冷装置の作用効果に加え、ポケット部の働きにより、異物が送風口から筐体内部に入りこむのを有効に阻止することができる。すなわち、空冷装置を含めた電子機器を両マウントフレームに固定するには、ネジのような固定部材を用いるのが一般的であるが、このような固定部材やそれを締め付け等するための工具などは、取り付け取り外しする際に誤って落下させてしまうことがある。偏向ノズル内に落下した、たとえば、ネジは、ポケット部内に収まりそこで保持される。すなわち、送風口から筐体内部に滑りこむのが阻止される。

（請求項４記載の発明の特徴）
請求項４記載の発明に係る空冷装置は、請求項３の空冷装置であって、前記偏向ノズルが、前記前面パネルに対して着脱自在に構成してあり、収納したときに前記前面ドアに対する突出寸法の異なる複数の偏向ノズルを交換取付可能に構成してある。

請求項４の空冷装置によれば、請求項３の空冷装置の作用効果に加え、偏向ノズルを適宜取り換えることにより、突出寸法を変更することができる。既存の空冷装置の偏向ノズルを交換するために使用してもよいし、収納先である電子機器用ラックの奥行き寸法やマウントフレーム等の使用環境に合わせて選択使用してもよい。

（請求項５記載の発明の特徴）
請求項５記載の発明に係る空冷装置は、請求項１乃至４何れかの空冷装置であって、前記筐体の外形寸法を、ＥＩＡ又はＥＩＡＪのラック規格に準じて設定してある。

請求項５の空冷装置によれば、請求項１乃至４何れかの空冷装置の作用効果に加え、ＥＩＡ（米国電子工業会）又はＥＩＡＪ（日本電子機械工業会）のラック規格に順じたラックに、大掛かりな調整をせずにそのまま収納し固定することができる。ＥＩＡとＥＩＡＪの規格に限定する趣旨ではないが、これらの規格が、現在において一般的な規格であるため、これらの規格に順じた寸法設定を行うことにより、空冷装置をより汎用性の高いものとすることができる。

（請求項６記載の発明の特徴）
請求項６記載の発明に係る電子機器用ラックは、請求項１乃至５何れかの空冷装置が、電子機器群の収容領域よりも下方の領域に配してある。

請求項６の電子機器用ラックによれば、請求項１乃至５何れかの空冷装置の作用効果により、収納した電子機器群を強制的に冷却することができる。空冷装置を電子機器群よりも下に配してあるので、偏向ノズルから送風されたエアーは、上昇する際に各電子機器の前面をなめるようにして冷却する。また、各電子機器間の隙間に入りこんだエアーは、上方に位置する電子機器の底板側から、及び、下方に位置する電子機器の天板側から、それぞれ電子機器群を冷却する。さらに、通風路に入りこんだエアーは、電子機器の内部を通過しながら冷却する。

（請求項７記載の発明の特徴）
請求項７記載の発明に係る電子機器用ラックは、請求項６の電子機器用ラックであって、底板部に開口部を備え、天板部に排気ファンを備えている。

請求項７の電子機器用ラックによれば、請求項６の電子機器用ラックの作用効果に加え、空冷装置が底板部の開口部を介してエアーを吸引することになるが、この吸引するエアーは、電子機器用ラックが設置された床面に沿って流れるエアーである。このエアーは、床面に沿って流れるときに床に冷やされているので、電子機器群の冷却のために極めて都合よい。他方、電子機器用ラック内において、冷却に供したエアー、つまり、暖められたエアーは比重が軽くなるため上昇する。このため、電子機器用ラック内から強制排気するには、天板部に排気ファンを設けるのが最も効率がよい。冷たいエアーを下から吸引して暖められたエアーを上から排気することにより、電気機器用ラック内の電子機器群を効率的に冷却することができる。効率的な冷却は、電子機器の過熱による動作の不安定、いわゆる熱暴走を有効に防止して電子機器の安定動作を実現させる。

（請求項８記載の発明の特徴）
請求項８記載の発明に係る電子機器用ラックは、請求項６又は７の電子機器用ラックであって、ＥＩＡ規格又はＥＩＡＪ規格に基づいて寸法設定してある。

請求項８の電子機器用ラックによれば、請求項６又は７の電子機器用ラックの作用効果に加え、ＥＩＡ又はＥＩＡＪのラック規格に基づいて寸法設定してあるため、同規格に順じた電子機器であれば、大掛かりな調整をせずにそのまま収納し固定することができる。ＥＩＡとＥＩＡＪの規格に限定する趣旨ではないが、これらの規格に順じたラックであれば、市場調達が比較的容易であるため、空冷装置を組み込んだ電子機器用ラックの製造を効率よく、また、低価格で行うことができる。

本発明に係る空冷装置によれば、電子機器用ラックを強制的に冷却することができる。したがって、既存の電子機器用ラックに後発的に取り付ければ、取り付け前に比べて電子機器の温度的作動環境を改善することができる。また、空冷装置を備えた電子機器用ラックよれば、収納した電子機器を冷却することにより適切な温度的作動環境の中で作動させることができる。

次に、各図を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。図１は、電子機器用ラック（以下、単に「ラック」という）の斜視図である。図２は、電子機器用ラックの右側面図である。図３は、空冷装置の斜視図である。図４は、空冷装置の平面図である。図５は、空冷装置の正面図である。図６は、空冷装置の底面図である。図７は、空冷装置の背面図である。図８は、空冷装置の右側面図である。図９は、空冷装置の左側面図である。

（電子機器用ラックの全体構造）
図１及び２を参照しながら説明する。ラック１は、前面開放の箱状に形成したラック本体３と、ラック本体３にヒンジ結合した前面ドア５と、を備えており、コンピューター、サーバー、通信機器、配電盤などの薄型電子機器（以下、特に断らない限り「電子機器」という）を積み重ね状態で収容可能に構成してある。ラック１は、キャビネットや収納庫などとも呼ばれ、さらに、収納する電子機器に合わせて、たとえば、サーバーラックであるとか通信機キャビネットなどと言われることもある。ラック本体３は、全体をアルミニウムや鉄などの金属により構成してあり、３方を囲む側壁部７と、天板部９と、底板部１１と、を備えている。前面ドア５は、これを金属製とすることもできるが、ラック本体３内部が見られるように透明アクリル板を主素材として構成してある。内部を見られるように構成したのは、たとえば、電子機器が備えるパイロットランプの点灯を、前面ドア５を開放しなくても確認できるようにして、使用者の便宜を図るためである。天板部９には、ラック本体３内部のエアーを強制排気するための排気ファン１５を取り付けておくことが好ましい。さらに、底板部１１には、吸気用の開口部４７を形成してある（図２参照）。

図１、４及び５に示すようにラック１内には、上下に延びる１対の鉄製マウントフレーム１３，１３を横方向に並べて配してある。必要に応じて２対以上としてもよい。マウントフレーム１３，１３には、図５に示すように、縦方向に等ピッチの取付孔１４，１４，・・を貫通形成してある。マウントフレーム１３，１３は、図４に示すように、断面Ｌ字状に形成してあり、その取付孔１４，１４，・・を用いて電子機器を固定するための部材である。固定は、各取付孔１４の周囲にネジ溝を形成し、これにボルトをねじ込む方法や、ネジ溝を形成せずにゲージナット等をかませてボルト締めする方法等を適宜採用することができる。マウントフレーム１３，１３間の距離は、収納する電子機器の幅寸法に合わせて設定するものであるが、たとえば、米国のＥＩＡ（米国電子工業会）、日本のＥＩＡＪ（日本電子機械工業会）、ＪＩＳ（日本工業規格）等が設定した標準規格に合わせて設定しておくことが好ましい。より高い汎用性が望めるからである。

ちなみに、ＥＩＡ及びＥＩＡＪの規格には、電子機器（ユニットシャーシー）の幅寸法を４８２．６ｍｍ（１９インチ）としたものがある。ＥＩＡは、高さの単位として４４．４５ｍｍ（１．７５インチ）のことを１Ｕ（ワン・ユー）と規定している。２Ｕは８８．９０ｍｍ（３．５０インチ）であり、３Ｕは１３３．３５ｍｍ（５．２５インチ）である。このように、１Ｕを基本にして、それを自然数倍することにより、高さ寸法を表している。電子機器の典型例であるサーバーの高さ寸法は、この規格に合わせて１Ｕとか３Ｕとか表記されることが多い。さらに、ＥＩＡ及びＥＩＡＪは、マウントフレームの取付孔のピッチ幅について、ユニバーサルピッチとワイドピッチとを規定している。前者は、１５．８７５ｍｍ―１５．８７５ｍｍ―１２．７ｍｍを繰り返すピッチ幅であり、後者は、３１．７５ｍｍ―１２．７ｍｍを繰り返すピッチ幅である。

（空冷装置の基本構造）
図１乃至９に基づいて説明する。空冷装置３１は、ユニットシャーシーを構成する箱状の筐体３３と、筐体３３の前面（収納したときに前面ドア５に対向する面）に設けた前面パネル３５と、前面パネル３５に設けた偏向ノズル４１と、筐体３３をマウントフレーム１３，１３に取り付けるための留め具３９，３９と、から概ね構成してある。留め具３９，３９は、筐体３３に対して前面パネル３５と面一の状態（図４において実線で示す状態）又は同じく前方方向に対して突き出した状態（同じく想像線で示す状態）で固定できるように構成してある。すなわち、図４において想像線で示す留め具３９，３９は、筐体３３に対して前方（紙面の下方方向）に突き出した位置にあるが、この位置に固定可能とすれば、前面パネル３５と面一状態で固定した場合と比べて筐体３３の位置をマウントフレーム１３，１３よりも奥に配することができる。空冷装置３１の設置位置の選択幅を広げるためである。

筐体３３は、スチール板を板金加工して横長箱状に形成してある。筐体３３の幅寸法はほぼ４８２ｍｍに、高さ寸法は３Ｕすなわち１３３ｍｍ前後に、それぞれ設定してＥＩＡ規格を満足するように構成してある。ＥＩＡ規格を満足させたのは、ＥＩＡ規格に順じたラックに、何ら加工せずにそのまま収納できるようにするためである。奥行き寸法は、２５０ミリ前後に設定した。前面パネル３５は、筐体３３と一体に構成してもよいが、本実施形態では、別体に構成してある。筐体３３の底板には、エアー吸引用の開口部４７，・・を形成してあり、異物混入防止のために防護ネット４８を底部外壁にネジ止めしてある（図６参照）。筐体３３の内部には、送風ファン４５を配してあり、開口部４７，・・から吸引したエアーを送風するように構成してある。

前面パネル３５には、送風口３７を貫通形成してある。送風口３７は、送風ファン４５が送るエアーを吐き出すためのものである。吐き出すエアーを充分なものとするため、エアー吸引用の開口部４７，・・と、送風ファン４５と、送風口３７の、それぞれの大きさ（能力）や配置等を適切なものに設定する。特に、送風ファン４５の送風能力は、空冷装置３１が収納されるラックの内容積であるとか、想定される発熱量であるとかを総合的に勘案して決定することが好ましい。

偏向ノズル４１は、軽量化を図るために、全体として合成樹脂により構成してあり、前面パネル３５の送風口３７からほぼ水平方向に吐き出されたエアーを、上昇方向に偏向させる役割を担っている。偏向ノズル４１は、正面から見て送風口３７を覆うようにして前面パネル３５から離れる方向に傾斜する傾斜板部４１ａと、傾斜板部４１ａの両側と前面パネル３５との間を閉鎖する両側壁部４１ｂ，４１ｂと、傾斜板部４１ａの下端と前面パネル３５との間を閉鎖する底部４１ｃと、Ｕ字状に形成したフランジ部４１ｆ（図５参照）と、により構成してある。底部４１ｃは、送風口３７よりも１０ｍｍ前後下方に配してあり、これにより、偏向ノズル４１が、前面パネル３５との間に送風口３７よりも下位に位置する上方開放のポケット部４３を形成してある。ポケット部４３は、異物が送風口３７から筐体３３内に入りこまないようにするためのトラップ機能を有している。

すなわち、空冷装置３１を含めた電子機器１０１を両マウントフレーム１３，１３に固定するときに使用するネジなどを誤って落下させたときに、その落下させたネジなどを受け止めて送風口３７を通過させないようにする働きが、ポケット部４３にある（図３参照）。したがって、ポケット部４３を設けたことにより、異物混入により送風ファン４５に悪影響を与える等の不都合を未然に回避することができる。なお、本実施形態では採用しなかったが、送風口３７を覆う防護ネットを設けることにより、異物混入防止をさらに強化することもよい。

偏向ノズル４１は、フランジ部４１ｆを前面パネル３５にネジ固定するように構成してあるので、取り付けも簡単であり、取り外すことも簡単である。この利点を利用して本実施形態では、偏向ノズル４１の他に、図８に示すような偏向ノズル４１とは突き出し寸法が異なる複数の偏向ノズル４１´，４１´´を用意してある。すなわち、偏向ノズル４１´のほうが偏向ノズル４１よりも突き出し寸法を長く、さらに、前者よりも偏向ノズル４１´´のほうを長く形成してある。本実施形態では、偏向ノズル４１の突き出し寸法を５０ｍｍ、偏向ノズル４１´の突き出し寸法を７５ｍｍ及び偏向ノズル４１´´の突き出し寸法を１００ｍｍとしたが、これ以外の組み合わせとしてもよい。さらに、偏向ノズルの種類は３種類としたが、２種類でもよいし４種類以上でもよい。突き出し寸法を異ならせたのは、空冷装置３１と、それを収納したラック１の前面ドア５との間の距離に応じて突き出し寸法を調整できるようにすることにより、効率的な冷却を実現させるためである。他方で、送風ファン４５の送風量が同じであれば、突き出し寸法を短くする方が単位面積当りの送風量が大きくなる。すなわち、より強い送風を可能とする。目的に応じて、送風ファン４５の送風力を充分に確保した上で使い分けするとよい。

（本実施形態の作用効果）
図１乃至３を参照しながら、本実施形態の作用効果について説明する。ラック１に収納した空冷装置３１の電源スイッチ３８をオンすると、送風ファン４５が回転を始める。送風ファン４５の回転により床面に沿って流れるエアーがラック１の底板部１１の開口部１７を抜け、開口部４７，・・を介して筐体３３内に吸引される。吸引されたエアーは、送風口３７を抜けて筐体３３外へ水平方向に吐き出され、偏向ノズル４１により上昇方向に偏向される。このようにして上昇方向に向けられたエアーは、前面ドア５と各電子機器１０１との間の通路を上昇し、その一部が各電子機器１０１の前面パネルに沿って流れることにより、また、他の一部が各電子機器１０１内にある通風路を抜けて流れることにより、さらに、残った一部が各電子機器１０１，１０１間の隙間を流れることにより、それぞれ各電子機器を冷却する。冷却後のエアーは、各電子機器１０１の背後に抜けた後に上昇して、天板部９にある排気ファン１５の働きによりラック１外に排出される。

上記のラック１及び空冷装置３１によれば、床面に沿って流れるエアー、すなわち、ラックが設置された室内において最も冷たい部類に属するエアーを用いるとともに、送風ファン４５の送風力によりラック１内を強制的に冷却することができる。これに加え、排気ファン１５により冷却により暖められたエアーをラック１外に強制的に排気している。これらの相乗効果により、ラック１内にある電子機器１０１を効率的に冷却して、それらが熱暴走することを有効に防ぎ安定に動作させることができる。さらに、ラック１及び空冷装置３１がＥＩＡ及びＥＩＡＪの規格を満足しているため、極めて汎用性が高い。したがって、そのような規格を満足するラックであれば、既存のものに付加的に空冷装置を設置することができるし、空冷装置付きのラックを製造するに当って、ラック部分の市場調達を極めて簡単に行うことができる。すなわち、低価格で既存設備の空冷化を図ることができるし、新たに製造する空冷装置付きラックの価格を低く抑えることが可能になる。

電子機器用ラックの斜視図である。 電子機器用ラックの右側面図である。 空冷装置の斜視図である。 空冷装置の平面図である。 空冷装置の正面図である。 空冷装置の底面図である。 空冷装置の背面図である。 空冷装置の右側面図である。 空冷装置の左側面図である。

符号の説明

１ 電子機器用ラック
３ ラック本体
５ 前面ドア
７ 側壁部
９ 天板部
１１ 底板部
１３ マウントフレーム
１４ 取付孔
１５ 排気ファン
１７ 開口部
３１ 空冷装置
３３ 筐体
３５ 前面パネル
３７ 送風口
３８ 電源スイッチ
３９ 留め具
４１ 偏向ノズル
４１ａ 傾斜板部
４１ｂ 両側壁部
４１ｃ 底部
４１ｆ フランジ部
４３ ポケット部
４５ 送風ファン
４７ 開口部
４８ 防護ネット
１０１ 電子機器

Claims (8)

1. 前面ドアと、少なくとも１対のマウントフレームと、を有する電子機器用ラックに収納可能に構成してあり、
   収納したときに当該前面ドアと対向する前面パネルを有する箱状の筐体と、
   当該筐体を当該マウントフレームの各々に固定可能な両留め具と、
   当該筐体内に配した送風ファンと、
   当該前面パネルに開口した送風口から送風するエアーを上昇方向に偏向させる偏向ノズルと、を備える
   ことを特徴とする電子機器用ラックの空冷装置。
2. 前記筐体が有する底板に吸引口を設けてある
   ことを特徴とする請求項１記載の電子機器用ラックの空冷装置。
3. 前記偏向ノズルが、前記前面パネルとの間に前記送風口よりも下位に位置する上方開放のポケット部を備えている
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の電子機器用ラックの空冷装置。
4. 前記偏向ノズルが、前記前面パネルに対して着脱自在に構成してあり、
   収納したときに前記前面ドアに対する突出寸法の異なる複数の偏向ノズルを交換取付可能に構成してある
   ことを特徴とする請求項３記載の電子機器用ラックの空冷装置。
5. 前記筐体の外形寸法を、ＥＩＡ又はＥＩＡＪのラック規格に準じて設定してある
   ことを特徴とする請求項１乃至４何れか記載の電子機器用ラックの空冷装置。
6. 請求項１乃至５何れか記載の空冷装置が、電子機器群の収容領域よりも下方の領域に配してある
   ことを特徴とする電子機器用ラック。
7. 底板部に開口部を備え、
   天板部に排気ファンを備えている
   ことを特徴とする請求項６記載の電子機器用ラック。
8. ＥＩＡ規格又はＥＩＡＪ規格に基づいて寸法設定してある
   ことを特徴とする請求項６又は７記載の電子機器用ラック。

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