JP2009212517A - 電子差込モジュールを収容するためのハウジング - Google Patents

Abstract

【課題】できるだけ高い冷却出力を生成し、公知のハウジングに比べて最適化されている、電子差込モジュールを収容するためのハウジングを提供する。
【解決手段】電子差込モジュールを収容するためのハウジング１は、電子差込モジュール用であってハウジング１の前面に向かって開口している組付けスペース２と、カバープレート５および側方の空気出口７を有しているとともに、組付けスペース２の上方に配置されたファンルーム３と、を有している。ファンルーム３は、ファン上面８に空気吐出口１２を有する少なくとも１つの軸流ファン４を有している。軸流ファン４は、組付けスペース２から空気が吸引されるようにファンルーム３内に配置されている。ファン上面８とファンルーム３のカバープレート５との間には、ファンルーム３の空気出口７の方向に延びる空気案内板９が位置している。
【選択図】図１

Description

本発明は、差込モジュール用であってハウジングの前面に向かって開口している組付けスペースと、組付けスペースの上方に配置されているとともに側方の空気出口および軸流ファンを含むファンルームと、を有する、電子差込モジュールを収容するためのハウジングに関する。

電子差込モジュールを有するハウジングは、たいていスイッチキャビネットの中にまとめられる。ハウジングの設計高さは、スイッチキャビネットの中で利用できるスペースを最適に利用するために、かつ、スイッチキャビネットの設置面に関わるコストを引き下げるために、中に入る差込モジュールに対しできる限り小さくなければならない。

しかし電子差込モジュールの密度が高いために、加熱にともなう問題が生じる。差込モジュールのパッケージングの高密度化や高いサイクル周波数によって増大する、差込モジュールの排出されるべき損失出力は増える一方である。そのため、システムおよび特に差込モジュールを収容するハウジングに対しては、冷却に関していっそう高い要求が課せられるようになっている。

遠隔通信の分野では特に強力な冷却が求められる。これは、遠隔通信用途の分野における規格が１個の差込モジュールにつき２００ワットを超える損失出力を許容しているからである。ＰＩＣＭＧ（PCI Industrial Computing Manufacture Group）により作成されたＡＴＣＡ標準ハウジング（Advanced Telecom Computing Architecture）は、１４個から１６個の差込モジュールのためのスペースが互いに並んだ状態で提供されるのが通常である。したがって、全体の損失出力はおよそ３０００ワットとなる。差込モジュールの過熱や不具合を防ぐために、これだけの熱を効率的に排出しなくてはならない。

スイッチキャビネット内において利用することができるスペースを最適に活用するために、個々のハウジングは、冷却空気の通気のために比較的わずかな所要スペースしか有していない。こうした冷却空気を通すためのスペースの削減は、増える一方の廃熱や、冷却に関わる要求事項の高まりに逆行している。

従来技術では、複数の小型のファンが差込モジュールの組付けスペースの下方に配置されており、空気を差込モジュールに対して鉛直な方向に沿って上方へ押しあげる遠隔通信システムが公知である。そして冷却空気は、組付けスペースの上方においてハウジングから通常は裏面へと側方に流れ、再び外に出ていく。流入してくる冷たい空気がファンの周りを流れるのでファンの温度負荷は少なく、このことは、ファンの耐用寿命にプラスの影響を及ぼす。しかし、組付けスペースの上方での通気はあまり効率的ではない。

別のハウジングでは、差込モジュールの上方に軸流ファンが配置される。通気性を改善し、組付けスペース上方のスペースにおける空気の停滞を防ぐために、個々のファンを斜めに配置することで、排気流が他のファンの上を通って流れていくようにすることが知られている。しかしこのことは、ハウジングの所定の設計高さに基づき、実現できないことが多い。その一例が特許文献１に示されている。ハウジングを冷却するための軸流ファンの配置と利用法についての別の例は、特許文献２から公知である。

軸流ファンに代えて、特に遠隔通信用途のためのハウジングでは、設計上すでに空気流の９０°の偏向を含んでいるラジアルファンがよく用いられる。差込モジュールの組付けスペースの上方に配置されたラジアルファンは下から空気を吸い込み、ハウジングの空気出口を通して側方から空気を放出する。遠隔通信用途用のこのような種類のＡＴＣＡ標準ハウジングを効果的に冷却するための手段は、たとえば特許文献３から公知である。しかしラジアルファンの使用には比較的コストがかかってしまうため、これに代わる解決法が模索されている。

米国特許出願公開第２００３／０２１４７８５Ａ１号明細書 米国特許第６，０４２，４７４号明細書 欧州特許出願公開第１７０５９７７号明細書

そこで本発明は、できるだけ高い冷却出力を生成し、公知のハウジングに比べて最適化されている、電子差込モジュールを収容するためのハウジングを提案することを目的とする。

この目的は、請求項１の特徴を有するハウジングによって達成される。

電子差込モジュールを収容するための本発明のハウジングは、差込モジュール収容用であってハウジングの前面に向かって開口している組付けスペースを有している。組付けスペースの上方にはファンルームが配置されており、ファンルーム内には少なくとも１つの軸流ファンが配置されている。ファンルームは、その上方を遮断するカバープレートと、側方の空気出口と、を有している。側方の空気出口は、ハウジングの裏面に配置されているのが好ましい。

軸流ファンはファン上面に空気吐出口を有している。軸流ファンは、組付けスペースから空気が吸引されるようにファンルーム内に配置されている。したがって、吸引された空気は、ファンルームの側方の空気出口からハウジングの外へ流出する。本発明によれば、軸流ファンのファン上面とファンルームのカバープレートとの間には、ファンルームの空気出口の方向に延びる空気案内板が位置している。

本発明の範囲内では、軸流ファンの改良によって高い空気出力を生成するファンを利用できるようになることが判っている。これにより、９０°の偏向を行う空気案内がないことによる欠点が、ハウジングの換気に影響を及ぼさないように、あるいはごくわずかな影響しか及ぼさないようになる。差込モジュールの組付けスペース上方のファンルーム内において領域ごとに空気渦が個々に発生するにもかかわらず、換気出力は十分である。これは、特に、新たなファンの回転数が非常に高いことによる。

ただし、回転数の高い軸流ファンによって大量の空気流が生じるので、空気案内スペースのカバープレートに空気が衝突し、空気流に対して反対向きに軸流ファンの方向へ再び押し返されるという問題が生じる。その際、軸流ファンの羽根によって空気が部分的にハウジングの組付けスペースに再び流入することで、加熱された空気が組付けスペースを貫流し、反対方向を向いたこの「漏れ流れ」のために全体の空気流量が減ってしまう。

しかし本発明の範囲内では、冷却空気流に対して反対の方向を向く漏れ流れは、軸流ファンの吐出口の上方で気柱が形成されるときにしか発生しないことが見出されている。本発明の範囲内における実験で明らかになったところでは、軸流ファンの吐出口の上方に空気案内板を配置することで、このような気柱の発生を効果的かつ効率的に防ぐことができる。空気案内板は、軸流ファンの空気吐出口から吐出される空気流を２つの部分流に分断するため、逆向きの漏れ流れという問題が生じることはなくなる。

本発明では、ファンルームの空気出口の方向に延びる空気案内板が空気出力を最適化し、逆向きの漏れ流れの発生を最善に防止することが実験で示されている。

本発明によるハウジングの好適な態様では、分離板として構成された空気案内板はファンルーム内において鉛直に配置されている。通常は平坦である空気案内板は、その面法線がファン軸に対して鉛直に向くように配置された、すなわち軸流ファンのファン羽根車の回転軸に対して鉛直に向くように配置された空気案内板平坦面を有している。

組付けスペースの上方に配置されたファンルームという概念は、スペース内に軸流ファンが在るという意味に理解されるべきものである。このスペースは、ハウジングの一領域内に差し込まれる差込カセットによって構成されていても同様によい。組付けスペースの上方に複数の（互いに並んで配置された）ファンルームが設けられていることも、同じく可能である。このような種類の態様は、たとえば２つまたは３つの互いに並んで配置されたファンカセットを含んでいる。さらにファンカセットは、１つまたは複数のファンを有することができる。

１つの好適な態様では、ファンルーム内に、たとえば１つのファンカセット内に２つの軸流ファンが含まれている。両方の軸流ファンは、一方の軸流ファンがファンルームもしくはファンカセットの空気出口の近傍に配置されるように、かつ他方の軸流ファンがファンルームの空気出口に面する側壁の近傍に配置されるように、互いに並んで配置されているのが好ましい。

さらに、２つの軸流ファンを有するこの態様では、各々の軸流ファンに別個の空気案内スペースが付属しているのが好ましい。すなわち、ファンルームは２つの空気案内スペースを有している。両方の空気案内スペースは、少なくとも部分的な領域において重なり合って位置するように配置されているのが好ましい。ファンルームの空気出口に隣接する軸流ファンの空気案内スペースは、少なくとも部分的に、空気出口から離れて配置された軸流ファンの空気案内スペースの下方に配置されているのが好ましい。

ファンルームの空気出口が後ろ側のハウジング壁に設けられている場合、後ろ側のファンは、その鉛直方向の位置に関して前側のファンよりも下方に配置されており、このとき両方のファンは重なり合っていないのが好ましい。

１つの好適な態様では、空気案内板は、空気出口に隣接する軸流ファンが配置されている空気案内スペース内に位置している。換言すると、空気出口に隣接する空気案内スペースは、本発明による空気案内板を含んでいる。当然ながら、両方または複数の空気案内スペースが空気案内板を有するように構成されていてもよい。

次に、図面に示された好適な実施形態を参照しながら、本発明について詳しく説明する。図面に示されている特徴は、本発明の好適な実施形態を構成するために、単独で、または組み合わせて適用することができる。説明する実施形態は、特許請求の範囲に定義されている対象物の一般性を限定するものではない。

軸流ファンを有する本発明に係るハウジングを示す原理図である。 図１のハウジングを示す側面図である。 図１のハウジングを示す側面図である。 本発明に係るハウジングの別の実施形態を示す図である。 ハウジングのファンルーム内の空気案内板の動作形態に関するグラフである。 ハウジングのファンルーム内の空気案内板の動作形態に関するグラフである。

図１は、ここには図示しない差込モジュール用の組付けスペース２を有する本発明によるハウジング１の外観的な原理図を示しており、差込モジュールは組付けスペース２内に鉛直に配置されている。通常、差込モジュールは組付けスペース２の内部で案内レールに支持される。組付けスペース２の上方に、軸流ファン４を含むファンルーム３が配置されている。ファンルーム３は上方がカバープレート５で区切られており、下方が中間プレート６で区切られている。最適な中間プレート６は、組付けスペース２をファンルーム３から分離する。

図１は、ファンルーム３の空気出口７を視認できるハウジング裏面側からのハウジングを示している。空気出口７は、ハウジング側面１０の１つに配置されており、好ましくは裏面に配置されている。

軸流ファン４は組付けスペース２から空気を吸引し、この空気が実質的に鉛直方向に組付けスペース２を貫流するのが好ましい。この冷却空気は、組付けスペース２の下方に配置された空気供給スペースを通って、組付けスペース２内に流入するのが通常である。多くの実施形態において、空気供給スペースはハウジングの正面側に空気取込口を有している。

本発明によれば、カバープレート５と軸流ファン４のファン上面８との間に空気案内板９が配置されている。空気案内板９は、図１から図３に示すように、ファンルーム内において鉛直方向に配置されているのが好ましい。

１つの好適な実施形態では、空気案内板９は、空気出口７に面する側壁１０からファンルーム３の空気出口７の方向にファンルーム３内を延びている。

図１と図３を見るとわかるように、空気案内板９の一方の端部はハウジング壁上の空気出口７から間隔が置かれている。つまり、空気案内板９は、スペース全体（空気案内板９の方向におけるスペースの寸法）を必要とするものではない。

空気案内板９は、カバープレート５とファン上面８との間において、空気案内板平坦面９ａの面法線がファン軸１４に対して鉛直に向くように配置されている。ファン軸１４とは、ファンの羽根車が回るときの中心になる、軸流ファン４の回転軸を意味している。

軸流ファン４の回転数が高いので、空気案内板９を使用しなければ、軸流ファン４の上方に気柱が形成されることになる。気柱は軸流ファン４と同じ回転方向を有することになり、この気柱は矢印１１で図示されている。軸流ファン４のファン上面８に空気案内板９を配置することで、こうした気柱が形成されることがなくなる。これにより、空気渦が著しく低減される。

空気案内板９は、軸流ファン４の空気吐出口１２の上方を延びように、かつファン軸１４に対して定められた間隔を有するようにファンルーム３内に配置されているのが好ましい。本発明の範囲内では間隔１３は、空気案内板９に対して平行に形成される平面に対して鉛直である区間であって、空気案内板平坦面９ａの面法線の方向を向く区間として定義される。したがって、空気案内板９は、ハウジング１の側壁１０に対して平行に配置されているのが好ましい。

軸流ファン４のファン軸１４からの間隔１３が定義されている、空気案内板の配置が同じく好ましい。１つの好適な実施形態では、間隔１３は空気吐出口１２の半径の最大７０％に等しい。この間隔は、空気吐出口１２の半径の最大５０％であるのが特に好ましい。本発明の範囲内における実験が明らかにしたところでは、空気吐出口１２の半径の最大３０％の間隔１３のとき、空気案内および熱排出の効率に関して非常に優れた結果が得られている。間隔１３を空気吐出口１２の半径の最大１０％に制限しても、依然として優れた改善を示している。図２を見るとわかるように、ここで選択している間隔は空気吐出口１２の半径の約２０％である。

別の実験では、ファンルーム３の内部における空気案内板９の位置は、この空気案内板９とファンルーム３の側壁１０との距離にも左右されることが明らかになっている。

図１から図３に示すように、鉛直方向における空気案内板９の大きさは、空気案内板９がカバープレート５およびファン上面８のそれぞれと同一平面上で終わるように寸法決めされているのが好ましい。利用できるスペース全体（カバープレート５とファン上面８との間隔）が、空気案内板９で埋まるようになる。

これの代替として、空気案内板９がファン上面８とカバープレート５との間のスペース全体にわたって延びるのではなく、空気案内板９の上縁とカバープレート５との間に隙間ができていることも可能である。この間隙寸法は、最大で、ファン上面８とカバープレート５との間隔の半分であるのが好ましい。

１つの好適な実施形態では、空気案内板９の鉛直方向寸法は、ファンルーム３のカバープレート５とファン上面８との間隔の少なくとも４０％であり、好ましくは少なくとも７０％であり、特に好ましくは少なくとも９５％である。ファン上面８の上方に空いている部分の高さに対して、空気案内板９の鉛直方向寸法が大きいほど、発生する気柱がいっそう確実に防止されるとともに、逆流する漏れ流れが起こることがない。

図４は、本発明によるハウジング１の上記に代わる実施形態を示しており、ハウジング１内に２つの軸流ファン４ａ，４ｂが配置されている。組付けスペース２の下方には空気収容スペース１５が配置されており、空気収容スペース１５の空気入口１６を通って冷却空気がハウジング１内へ流入可能となっている。冷却空気が両方の軸流ファン４ａ，４ｂによって吸引されることにより、冷却空気は（ここには図示しない）差込モジュールの間で鉛直方向に組付けスペース２を貫流し、組付けスペース２を冷却する。ファンルーム３内には、ハウジング１の後ろ側の側壁１０（図４では右側の側壁）で終わる２つの空気案内スペース１７，１８が形成されている。組付けスペース２を通って流れる冷却空気は、空気案内スペース１７，１８を通って案内され、ハウジング１の空気出口７から流出する。両方の軸流ファン４ａ，４ｂはハウジング１の内部で異なる鉛直方向位置に配置されているため、空気案内スペース１７から区切られた空気案内スペース１８が、部分的に空気案内スペース１７の上方を延びるようになっている。

図４から見て取れるように、空気案内スペース１８の（鉛直方向）高さは、空気案内スペース１７の高さよりも大きい。したがって、漏れ流れの作用は、主として空気案内スペース１７内で現れる。これは、空気案内スペース１７のカバープレート５に衝突した空気が、流動方向に対して逆方向に再び押し返されるからである。したがって、空気案内板９は、鉛直方向高さが低い空気案内スペース１７にだけ組み付けられている。この空気案内板は上に説明したような方法で配置されており、空気案内板は空気案内スペース１７の幅全体にわたって延びてはいない。

これに代わる実施形態では、ハウジング１は、ファンルーム３と組付けスペース２との間に中間底面１９を有することができる。中間底面１９は開口部２０を有し、開口部２０の上方にはファン４ａの下面が中間底面１９と接するように軸流ファン４ａが配置されている。

図４では、中間底面１９は空気案内スペース１７と組付けスペース２との間に配置されている。軸流ファン４ａは開口部２０の上方に位置しており、開口部２０は軸流ファン４ａの空気吸込口と対応している。これにより、軸流ファン４ａを中間底面１９の上に組み付けることができる。

図５と図６には、空気案内板９の使用によって改善が図られた実験結果が示されている。両方の図面には、空気の体積流量Ｖに対して得られた圧力差Ｄが図示されている。ここで使用した軸流ファン４は、約２００から２７０ｍ³／ｈ（１時間あたり約２００から２７０ｍ³）の空気の体積流量Ｖが実現される動作範囲を有している。実現される圧力差が大きいほど、ハウジングの効率と換気は優れている。

図５において曲線Ｂは、空気案内板９を使用せずに用いた軸流ファン４の効率を示している。曲線Ａは、前掲の図面を参照して説明したような空気案内板９を使用したときの圧力差Ｄを表している。明らかにわかるように、他ならぬファン４の動作領域において、効率およびこれに伴うハウジング１の熱排出が明らかに向上している。

図６は、空気案内板の２通りの異なる配置のときにハウジング１内部で得られた圧力差を示している。曲線Ｃは、ファン軸１４の上方に空気案内板９を配置した場合を示している。曲線Ｄは、ファン軸１４から約１０ｍｍだけ離して空気案内板９を配置した場合の圧力差を示しており、空気案内板９とファン軸１４との間隔１３は、空気案内板９がハウジング１の側壁１０のうちの１つに対して平行に向くように定義される。ここで適用した１０ｍｍの間隔１３は、使用する軸流ファン４の半径のほぼ１０％に相当している。ここでも明らかにわかるように、使用するファン４の効率は、ファンルーム３内部での空気案内板９の配置の最適化によって改善することができる。特にファン４の動作領域では約５％の向上が実現される。

１ ハウジング
２ 組付けスペース
３ ファンルーム
４ 軸流ファン
４ａ 軸流ファン
４ｂ 軸流ファン
５ カバープレート
６ 中間プレート
７ 空気出口
８ ファン上面
９ 空気案内板
９ａ 空気案内板平坦面
１０ 側壁
１１ 矢印
１２ 空気吐出口
１３ 間隔
１４ ファン軸
１５ 空気収容スペース
１６ 空気入口
１７ 空気案内スペース
１８ 空気案内スペース
１９ 中間底面
２０ 開口部

Claims (11)

1. 電子差込モジュールを収容するためのハウジングであって、
   前記電子差込モジュール用であって前記ハウジング（１）の前面に向かって開口している組付けスペース（２）と、
   カバープレート（５）と、側方の空気出口（７）と、ファン上面（８）に空気吐出口（１２）を有する少なくとも１つの軸流ファン（４）と、を有しているとともに、前記組付けスペース（２）の上方に配置されたファンルーム（３）と、
   を有し、
   前記軸流ファン（４）は、前記組付けスペース（２）から空気が吸引されるように前記ファンルーム（３）内に配置されており、
   前記軸流ファン（４）の前記ファン上面（８）と前記ファンルーム（３）の前記カバープレート（５）との間には、前記ファンルーム（３）の前記空気出口（７）の方向に延びる空気案内板（９）が位置している、
   ハウジング。
2. 前記空気案内板（９）は、前記空気出口（７）に面する前記ファンルーム（３）の側壁（１０）から前記ファンルーム（３）の前記空気出口（７）の方向に延びている、請求項１に記載のハウジング。
3. 前記空気案内板（９）は前記ファンルーム（３）内において鉛直に配置されている、請求項１または２に記載のハウジング。
4. 前記空気案内板（９）は、前記軸流ファン（４）の前記空気吐出口（１２）の上方に延びるように、かつファン軸（１４）に対して定められた間隔（１３）を有するように前記ファンルーム（３）内に配置されている、請求項１から３のいずれか１項に記載のハウジング。
5. 前記空気案内板（９）と前記軸流ファン（４）の前記ファン軸（１４）との間の前記間隔（１３）は、前記軸流ファン（４）の前記空気吐出口（１２）の半径の最大７０％であり、好ましくは前記半径の最大５０％であり、非常に好ましくは前記半径の３０％であり、特に好ましくは前記半径の最大５％である、請求項４に記載のハウジング。
6. 前記ハウジング（１）は、前記ファンルーム（３）と前記組付けスペース（２）との間に開口部（２０）を有する中間底面（１９）を有し、
   前記ファン（４）は、前記ファン（４）の下面が前記中間底面（１９）と接するように前記中間底面（１９）の前記開口部（２０）の上方に配置されている、
   請求項１から５のいずれか１項に記載のハウジング。
7. 前記空気案内板（９）の鉛直方向寸法は、前記ファンルーム（３）の前記カバープレート（５）と前記ファン上面（８）との間隔の少なくとも４０％であり、好ましくは少なくとも７０％であり、特に好ましくは少なくとも９５％である、請求項１から６のいずれか１項に記載のハウジング。
8. 前記ファンルーム（３）は２つの軸方向ファン（４ａ，４ｂ）を含み、
   前記２つの軸方向ファン（４ａ，４ｂ）は、一方の軸方向ファン（４ａ）が前記ファンルーム（３）の前記空気出口（７）の近傍に配置されるように、かつ他方の軸流ファン（４ｂ）が前記ファンルーム（３）の前記空気出口（７）に面する前記側壁（１０）の近傍に配置されるように互いに並んで配置されている、
   請求項１から７のいずれか１項に記載のハウジング。
9. 前記２つの軸流ファン（４ａ，４ｂ）の各々は、別個の空気案内スペース（１７，１８）を有している、請求項８に記載のハウジング。
10. 前記空気案内スペース（１７，１８）は、少なくとも部分的に重なり合って配置されている、請求項９に記載のハウジング。
11. 前記空気案内板（９）は、前記空気出口（７）に隣接する前記軸流ファン（４ａ）の前記空気案内スペース（１７）内に配置されている、請求項１０に記載のハウジング。

Images