JP2007234792A - Electronic apparatus cooling device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電子機器の冷却装置に関し、特に、大規模集積回路や高性能CPUを備えるサーバシステムのような大きな発熱量を伴う大型電子機器の冷却装置に関する。 The present invention relates to a cooling device for an electronic device, and more particularly to a cooling device for a large electronic device with a large heat generation amount such as a server system including a large scale integrated circuit and a high performance CPU.
電子機器の冷却装置に関しては、その規模や発熱量に応じて種々の構成が提案されている(例えば、特許文献1および2参照)。
Regarding the cooling device for electronic devices, various configurations have been proposed according to the scale and the amount of heat generated (see, for example,
大型電子機器は、通常、電子機器が設置される部屋、例えばコンピュータ室を空調し、この専用の空調環境下で使用される。そして電子機器の発熱は設置環境に放熱され、この放熱量は専用の空調機で除熱するようにしている。 Large electronic devices are usually used in a dedicated air-conditioning environment by air-conditioning a room in which electronic devices are installed, for example, a computer room. The heat generated by the electronic device is dissipated to the installation environment, and this heat is removed by a dedicated air conditioner.
図8は、上記のような従来の電子機器冷却装置を説明する模式的斜視図、図7は図8の電子機器冷却装置の模式的上面図である。図7および8において、部番1は電子機器5が収納される筐体、2は側面カバー、3は前面カバー(通風口付)、4は背面カバー(通風口付)、6はイメージ的に示した電子機器の発熱体、7は冷却用のファン、8は台脚である。図7において冷却風の流通経路を矢印で示すが、この冷却風によって電子機器の発熱は、前面カバー3の通風口から設置環境に放熱される。
FIG. 8 is a schematic perspective view for explaining the conventional electronic device cooling apparatus as described above, and FIG. 7 is a schematic top view of the electronic device cooling apparatus of FIG. 7 and 8,
ところで近年、電子機器の発熱量は年々増大の一途をたどり、冷却用の空調機もそれに伴い大容量化して限界に達し、電子機器の大型化、増設等による発熱量増加に対応できない状況が生じている。これは、新たにコンピュータ室を増設したり、空調能力を上げるためには多額の設備投資が必要となるからである。 By the way, in recent years, the amount of heat generated by electronic devices has been increasing year by year, and the capacity of cooling air conditioners has reached the limit due to the increase in capacity. ing. This is because a large amount of capital investment is required to add a new computer room or increase the air conditioning capacity.
上記のような問題を解消するためには、図6に示すような電子機器の冷却装置の構成が考えられる。図6は、設置環境に放熱せずに、冷却水を介して外部へ排熱するために、筐体の側面に水冷熱交換器を有する横付け冷却装置を設けた電子機器冷却装置の模式的上面図である。図6において図7と同一部材には同一番号を付して、その詳細説明を省略する。 In order to solve the above problems, a configuration of a cooling device for an electronic device as shown in FIG. 6 can be considered. FIG. 6 is a schematic top view of an electronic device cooling device provided with a side-by-side cooling device having a water-cooled heat exchanger on the side surface of the housing in order to exhaust heat outside through the cooling water without radiating heat to the installation environment. FIG. In FIG. 6, the same members as those in FIG. 7 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
図6において、9は水冷熱交換器10を有する横付け冷却装置、11および12は夫々筐体の前面および背面に設けたエアダクトである。図6において、冷却空気の循環は矢印で示すように、発熱体6→ファン7→エアダクト11→横付け冷却装置9→エアダクト12→電子機器5であり、冷却風の循環流通経路に沿って電子機器5の発熱が横付け冷却装置9に運ばれ、水冷熱交換器10において除熱される。
In FIG. 6, 9 is a horizontal cooling device having a water-cooled
図4は、図6の横付け冷却装置9の模式的拡大構成図、図5は水冷熱交換器10の斜視図を示す。なお、図4における水冷熱交換器10は、概ね、図5のPの矢印方向から見た図を示す。以下にこれらの構成について詳述する。図4において、横付け冷却装置9に設けた水冷熱交換器10は、短辺と長辺を有する矩形状プレートフィンと水冷パイプとを有するプレートフィン&チューブ形熱交換器であり、図4および図5において、部番13はフィン、14は水冷コイルのマニホルド、15はUベンド、16はエンドプレート、17aおよび17bはそれぞれ冷却風入口および出口付近に設けた仕切り板である。
FIG. 4 is a schematic enlarged configuration diagram of the
また、プレートフィンの短辺と長辺は、それぞれ、m,lで示し、フィンの積層高さをnで示す。さらに、冷却風の流通方向を矢印および符号Fで示す。冷却風は、符号Fで示すように、図4の右下側から流入し、フィンの短辺m方向に沿って流れてフィン間を通過し、図4の左上側に流出する。図4においてA−0−Bのなす角度αは、プレートフィンの長辺方向(0−B)と冷却風の流入方向(A−0)とのなす角度を示す。この角度αは図4においては、略90度に近い。即ち、プレートフィンの主面が、冷却風の流入方向(A−0)に対して略垂直方向であるため、プレートフィン部前後において急激に曲がった風路となる。そのため、横付け冷却装置9における通風抵抗が大きくなり、結果的に風量が低下して冷却能力が十分に発揮できない問題がある。
ところで、前記図6に示した電子機器の冷却装置の場合、横付け冷却装置9は、コスト低減の観点から専用の循環ファンを備えず、送風は電子機器用のファン7に依存している。そのため、横付け冷却装置9における通風抵抗を極力小さくすることが望まれる。一方、横付け冷却装置9は、電子機器を収納する筐体1の側面に設けられるので、横付け冷却装置9における冷却風の流通幅方向の寸法は、できる限り小とすることが要請される。
By the way, in the case of the electronic apparatus cooling apparatus shown in FIG. 6, the
この発明は、上記のような要請に鑑みてなされたもので、本発明の課題は、水冷熱交換器を介して電子機器の発熱を外部に放熱する横付け冷却装置を備えた電子機器冷却装置において、横付け冷却装置における送風の通路幅を極力小とし、かつ通風抵抗の低減を図ることにある。 The present invention has been made in view of the above-described demand, and an object of the present invention is to provide an electronic device cooling apparatus including a side-by-side cooling apparatus that radiates heat generated by the electronic apparatus to the outside through a water-cooled heat exchanger. The purpose of the present invention is to reduce the ventilation passage width in the horizontal cooling device as much as possible and to reduce the ventilation resistance.
上記課題は、以下により達成される。即ち、筐体内に収納した複数個の電子機器と、この電子機器冷却用のファンと、前記筐体の側面に設置され水冷熱交換器を有する横付け冷却装置とを備え、ファンによる冷却風を、筐体の前面および背面に設けたエアダクトを介して、前記電子機器と横付け冷却装置との間を循環させて、前記水冷熱交換器を介して電子機器の発熱を外部に放熱する構成を備えた電子機器冷却装置において、前記水冷熱交換器は、短辺と長辺を有する矩形状プレートフィンと水冷パイプとを有するプレートフィン&チューブ形熱交換器とし、この熱交換器を前記横付け冷却装置内に、冷却風の出入口部に設けた通風ガイド用の仕切り板を介して、前記矩形状プレートフィンの長辺方向と冷却風の流入方向とが微小の傾斜角度を有して略同一方向となるように設置したことを特徴とする(請求項1の発明)。上記発明によれば、プレートフィンの長辺方向と冷却風の流入方向とを略同一方向となるように設置したので、冷却風の通路面積の拡大および風路の直線化が可能となり、横付け冷却装置の送風通路幅は従来と同等以下であっても、通風抵抗の低減を図ることができる。詳細は後述する。 The above-mentioned subject is achieved by the following. That is, a plurality of electronic devices housed in a housing, a fan for cooling the electronic devices, and a horizontal cooling device installed on the side surface of the housing and having a water-cooled heat exchanger, It was configured to circulate between the electronic device and the side-mounted cooling device through air ducts provided on the front and back surfaces of the housing, and to dissipate heat generated from the electronic device to the outside via the water-cooled heat exchanger. In the electronic apparatus cooling apparatus, the water-cooled heat exchanger is a plate fin & tube heat exchanger having a rectangular plate fin having a short side and a long side and a water-cooled pipe, and the heat exchanger is disposed in the side-by-side cooling apparatus. In addition, the long side direction of the rectangular plate fin and the inflow direction of the cooling air are in substantially the same direction with a minute inclination angle through the partition plate for the ventilation guide provided at the inlet / outlet portion of the cooling air. Set up as Characterized in that the (first aspect of the present invention). According to the above invention, since the long side direction of the plate fin and the inflow direction of the cooling air are installed so as to be substantially the same direction, the passage area of the cooling air can be enlarged and the air path can be straightened, and the side cooling Even if the blower passage width of the apparatus is equal to or less than that of the conventional one, it is possible to reduce the ventilation resistance. Details will be described later.
また、前記請求項1に記載の電子機器冷却装置において、プレートフィン&チューブ形熱交換器における矩形状プレートフィンは、その長辺方向に沿って3分割してなり、この3分割したプレートフィンの前記冷却風の流入方向の冷却風入口側および出口側のフィンピッチを、中央部のフィンピッチに比べて密にしたことを特徴とする(請求項2の発明)。前記発明によれば、プレートフィン内の通風抵抗の均一化が図られ、冷却能力の向上と小型化が図れる。詳細は後述する。
Further, in the electronic device cooling apparatus according to
この発明によれば、水冷熱交換器を介して電子機器の発熱を外部に放熱する横付け冷却装置を備えた電子機器冷却装置において、横付け冷却装置における送風の通路幅を極力小とし、かつ通風抵抗の低減を図り、ひいては、冷却能力の増大や小型化を図った電子機器冷却装置が提供できる。 According to the present invention, in the electronic device cooling apparatus including the horizontal cooling device that dissipates heat generated by the electronic device to the outside through the water-cooled heat exchanger, the ventilation passage width in the horizontal cooling device is minimized and the ventilation resistance Thus, it is possible to provide an electronic device cooling apparatus that achieves an increase in cooling capacity and a reduction in size.
次に、この発明の実施形態に関して、図1ないし図3に基いて説明する。図1は本発明の実施形態に関わる横付け冷却装置9の模式的拡大構成図、図2は水冷熱交換器10の斜視図を示す。なお、図1における水冷熱交換器10は、概ね、図2のPの矢印方向から見た図を示す。また、図1および図2において、図4および図5と同一機能部材には同一番号を付して、その詳細説明を省略する。さらに、プレートフィンの短辺と長辺およびフィンの積層高さや冷却風の流通方向についても、それぞれ同様に、m,l,nやFで示す。
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a schematic enlarged configuration diagram of a
ところで、図4で示したプレートフィンの長辺方向(0−B)と冷却風の流入方向(A−0)とのなす角度αは、図1においてはβで示す。このように、図1と図4との基本的な相違点は、角度αが図4においては、略90度に近いのに対して、図1においては角度βが鋭角であって、0度に近い点である。即ち、図1の場合、矩形状プレートフィンの長辺l方向(B方向)と冷却風の流入方向(A方向)とが微小の傾斜角度βを有して略同一方向となるように略水平設置されている。 By the way, the angle α formed by the long side direction (0-B) of the plate fin shown in FIG. 4 and the cooling air inflow direction (A-0) is indicated by β in FIG. Thus, the basic difference between FIG. 1 and FIG. 4 is that the angle α is nearly 90 degrees in FIG. 4 whereas the angle β is an acute angle in FIG. It is a point close to. That is, in the case of FIG. 1, the long side l direction (B direction) of the rectangular plate fin and the cooling air inflow direction (A direction) have a slight inclination angle β and are substantially in the same direction. is set up.
上記構成により、図1の場合、符号Fで示すように、プレートフィン間における風路の直線化が可能となり、図4において符号Fで示すようなプレートフィン部前後において急激に曲がった風路とはならない。また、図4の場合には、横付け冷却装置9における冷却風の入口幅が、仕切り板17aより下方の幅と比較的狭いが、図1の場合には、仕切り板17aが水冷熱交換器10の上部の短寸法でよいので、横付け冷却装置9における冷却風の入口幅が比較的広くなる。上述のように、冷却風の風路面積の拡大や風路Fの直線化等により、図1の場合には、横付け冷却装置9内の通風抵抗の低減を図ることができる。
1, the air path between the plate fins can be straightened as shown by reference numeral F in FIG. 1, and the air path bent sharply before and after the plate fin portion as shown by reference numeral F in FIG. Must not. In the case of FIG. 4, the inlet width of the cooling air in the
上記のような通風抵抗の低減により、電子機器のファン7による循環冷却風量が増大する。これにより冷却能力が増大し、ひいては、電子機器の容量増大や横付け冷却装置の小型化を図ることができる。
By reducing the ventilation resistance as described above, the amount of circulating cooling air by the
次に、図3について述べる。図3は、図2とは異なる本発明の実施態様に係る水冷熱交換器の斜視図であり、図2の水冷熱交換器の性能向上を図った実施態様である。図3の場合、プレートフィン&チューブ形熱交換器における矩形状プレートフィン13は、その長辺方向に沿って3分割されており、中央部のフィン13aのフィンピッチを粗に、その両側のフィン13b,13cのフィンピッチを蜜としている。即ち、図1の横付け冷却装置9内に水冷熱交換器10を取り付けた場合、3分割したプレートフィンの冷却風の流入方向の冷却風入口側および出口側のフィンピッチを、中央部のフィンピッチに比べて密にしている。
Next, FIG. 3 will be described. FIG. 3 is a perspective view of a water-cooled heat exchanger according to an embodiment of the present invention different from that in FIG. 2, and is an embodiment in which the performance of the water-cooled heat exchanger in FIG. 2 is improved. In the case of FIG. 3, the
図1の横付け冷却装置9内の冷却風速のシミュレーション結果によれば、冷却風は中央部が比較的流れ難く、両側の方が流れ易いことが確認されている。従って、水冷熱交換器のフィン内の通風抵抗を均一化して熱伝達能を向上するためには、中央部のフィン13aのフィンピッチを粗にすることが有効である。上記現象は、中央部の冷却風の流路長さが両端部に比較して大となるためであると考えられる。
According to the simulation result of the cooling air speed in the
1:筐体、5:電子機器、6:発熱体、7:ファン、9:横付け冷却装置、10:水冷熱交換器、11,12:エアダクト、13,13a,13b,13c:フィン、14:マニホルド、15:Uベンド、16:エンドプレート、17a,17b:仕切り板、F:冷却風の流通方向、l:プレートフィンの長辺、m:プレートフィンの短辺、n:プレートフィンの積層高さ、α,β:プレートフィンの長辺方向と冷却風の流入方向とのなす角度。
1: Housing, 5: Electronic equipment, 6: Heating element, 7: Fan, 9: Horizontal cooling device, 10: Water-cooled heat exchanger, 11, 12: Air duct, 13, 13a, 13b, 13c: Fin, 14: Manifold, 15: U bend, 16: End plate, 17a, 17b: Partition plate, F: Flow direction of cooling air, l: Long side of plate fin, m: Short side of plate fin, n: Stack height of plate fin Α, β: angles formed by the long side direction of the plate fin and the inflow direction of the cooling air.
Claims (2)
前記水冷熱交換器は、短辺と長辺を有する矩形状プレートフィンと水冷パイプとを有するプレートフィン&チューブ形熱交換器とし、この熱交換器を前記横付け冷却装置内に、冷却風の出入口部に設けた通風ガイド用の仕切り板を介して、前記矩形状プレートフィンの長辺方向と冷却風の流入方向とが微小の傾斜角度を有して略同一方向となるように設置したことを特徴とする電子機器冷却装置。 A plurality of electronic devices housed in a housing, a fan for cooling the electronic devices, and a side-by-side cooling device installed on a side surface of the housing and having a water-cooling heat exchanger, An electronic device having a configuration in which heat is radiated to the outside through the water-cooled heat exchanger by circulating between the electronic device and the horizontal cooling device through air ducts provided on the front and back surfaces In the cooling device,
The water-cooled heat exchanger is a plate fin & tube heat exchanger having a rectangular plate fin having a short side and a long side, and a water-cooled pipe. The long plate direction of the rectangular plate fin and the inflow direction of the cooling air are arranged so as to be in substantially the same direction with a minute inclination angle through the partition plate for the ventilation guide provided in the section. Electronic device cooling device characterized.
The rectangular plate fin in the plate fin & tube heat exchanger is divided into three along the long side direction, and the cooling air inlet side and the outlet side in the cooling air inflow direction of the three divided plate fins. The electronic device cooling device according to claim 1, wherein the fin pitch of the electronic device is made denser than the fin pitch of the central portion.
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