JP2009266852A - 制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
サーバラックに段積み実装するラックマウント型産業用ＰＣにおいて、複数のファンを用いて電子機器を十分冷却でき、高寿命な冷却実装構造を備えた制御装置を提供する。
【解決手段】
制御装置の中央付近に装置正面に対して平行に設置した複数のファンを備えるファンユニット４と、ＣＰＵ２９などの発熱体の上流側又は下流側に設置した複数のファンと、その冷却風を集約し拡散，乱流，逆流を防止するために設置した整流板及び整流ダクトにより、発熱量の大きい電子機器を効率的に冷却し、熱を装置の外へ排出して冷却するとともに、装置側面及び背面に吸排気のための孔を設け、正面からの吸気面積を抑え塵埃に対する性能も向上させた。
【選択図】図１

Description

本発明は、サーバラックに段積み実装されるラックマウント型の制御装置に係り、複数の強制冷却ファンを用いて、装置外側から空気を循環，排出して、装置内の電子機器及び発熱体を効率よく冷却させる制御装置に関する。

近年、電子部品の微細化，高密度化が進み、制御装置の分野においても小型化，高機能化が進んでいる。特にラックマウント型の産業用コンピュータ（以下、産業用ＰＣという）は、サーバとして使用されることが多く、膨大な情報を高速で処理するため、ハードディスクやＣＰＵには大きな負荷がかかることになる。産業用ＰＣの発熱量は、年々増加傾向にあり、ラックマウント型の産業用ＰＣでは、幅及び高さが規格化されたラックに収納されるので、正面からの吸気、及び背面での排気のための面積が非常に狭くなっている。

これらの制御装置においては、限られた吸気面積から外気を取り入れ、装置内を効率よく循環，排気させ、冷却性能を確保する冷却実装構造の実現が課題となっている。

従来の冷却方法として、複数のファンを用いる方法はよく知られているが、冷却性能を確保するため静圧，風量の大きい高速ファンを多数実装するのが一般的である。このような静圧，風量の大きい高速ファンは、騒音の増大，装置内に入り込む塵埃などの増加、さらに高速ファンによるファン寿命の低下，コストの増加などの問題があった。

〔特許文献１〕には、筐体内に配置され筐体内に空気流を発生させる冷却用ファンと、冷却用ファンの下流側の空気流路内に設けられた高発熱部品と、高発熱部品より下流側の筐体壁に設けられた排気口と、冷却用ファンの上流側の空気流路内に設けられた電子部品と、電子部品の上流側の筐体壁に設けられた吸気口を有するコンピュータが記載されている。

〔特許文献２〕には、一側に吸込み口を有し他側に排出口を有する筐体と、筐体内の一側に配置されたディスクドライブ群と、筐体内の他側に配置された複数の基板回路からなるコントローラユニットと、複数の冷却ファンは筐体内でディスクドライブ群とコントローラユニットとの間に配置され、ディスクドライブ群側から冷却空気を吸込んでコントローラユニット側に吹き出すように１列に並べて設けられ、冷却ファンの間からディスクドライブ側又はコントローラユニット側に突き出して冷却ファンの吸込み側又は吹き出し側の空間を仕切るように延びる逆流防止部材を設けたディスクアレイ装置が記載されている。

特開平６−３３２５７４号公報 特開２００７−１３３７１２号公報

従来の技術では、高速ファンが多数実装されコストが高くなり、騒音も大きくなるという問題があった。また、高速ファンを使用するため、寿命の低下などの問題もあった。

また、冷却風が逆流等しないよう筐体形状に適合した大きさのファンを実装するという方法もあるが、ラックマウント型の産業用ＰＣは規格化された大きさのラックに実装して使用されるため、ファンは特別な仕様の特注品となり、ファンの実装数が増えるなどして、コストが増大してしまうという問題がある。

〔特許文献１〕に記載の従来の技術は、吸気された空気が、冷却用ファンの下流側の空気流路内での逆流が発生してしまい、十分な冷却風量が得られないという問題がある。

〔特許文献２〕に記載の従来の技術は、ファンユニットの側面側に冷却ファンの間からディスクドライブ側又はコントローラユニット側に突き出して冷却ファンの吸込み側又は吹き出し側の空間を仕切るように延びる逆流防止部材を設けたもので、ファンユニットの下流側が回路基板，電源が単純に並列されているような形状であり、個別に十分な冷却が行えないという問題がある。

本発明の目的は、低コストで効率的な冷却構造を実現して十分に冷却ができる制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、制御装置の中央付近に装置正面に対して平行に設置した複数のファンを備えるファンユニットと、発熱体近傍に設置した複数のファンと、その冷却風を集約し拡散，乱流，逆流を発生させないように設置した整流板及び整流ダクトにより、発熱量の大きい電子機器を効率的に冷却し、熱を装置の外へ排出するものである。

本発明によれば、ファンの冷却風により効率よく電子機器を冷却できる構造となっているので、ファンは静圧及び風力が少ない高寿命型のファンでも十分な冷却性能が得られ、コスト及び騒音レベルを抑えることができる。また、上記に加え、筐体側面及び背面に多くの入排気のための孔を設けることで、前面フロントパネルからの入気面積を可能な限り小さくし、防塵に対する性能を向上させている。

本発明の一実施例を図１から図１０を用いて説明する。図１は、本実施例の制御装置であるラックマウント型の産業用ＰＣの内部実装構成を示す斜視図である。図２は、図１に示す産業用ＰＣを分解した斜視図である。

図１に示す産業用ＰＣは、ＪＩＳやＥＩＡによって規格化された１９インチ幅のラックに収納され、高さが２Ｕサイズと言われる約８９mmの平たい形状の制御装置本体の筐体９（フレーム９ともいう）内に、各装置のデータやプログラムの計算処理を行うＣＰＵ２９やＩＣ２０を実装したマザーボード１４と、装置を稼動させる電源装置５と、電源を冷却するファン１５と、プログラムやデータを記憶，書き込みする複数のハードディスク１１と、ハードディスク１１に給電や信号の送受信する中継バックボード１３と、ＤＶＤドライブ２と、フロッピー（登録商標）ディスクドライブ１２と、ドライブ装置や電子機器を冷却するファン２２〜２４を備えたファンユニット４と、ＣＰＵ２９を冷却するＣＰＵファン１８と、マザーボード１４に機能を追加するＩ／Ｏボード８を複数備えたＩ／Ｏユニット７と、Ｉ／Ｏユニット７を冷却するＩ／Ｏユニット用のファン２１と、フロントパネル１と、本体フレーム９を覆う外装カバーを備えた構成となっている。

フロントパネル１には、図３に示すように、複数のハードディスク１１，フロッピーディスクドライブ１２と、ＤＶＤドライブ２がそれぞれ取り付けられている。データの記憶，書き込みが行われるハードディスク１１は、定期的な交換が必要なため、取り出しが可能なように正面側に実装され、同様にＤＶＤドライブ２，フロッピーディスクドライブ１２は、各種メディアの挿入，取り出しが必要なことから前面に実装されている。

複数のハードディスク１１，フロッピーディスクドライブ１２と、ＤＶＤドライブ２を保持しているフロントパネル１には格子状の孔及び隙間が設けられ、図５に示すようにフレーム９に一列に設けられた複数の吸気孔１７により、装置外部から吸気するようになっている。

ハードディスク１１，フロッピーディスクドライブ１２，ＤＶＤドライブ２の後部には給電及び信号送受信用の中継バックボード１３が実装されており、ハードディスク１１，フロッピーディスクドライブ１２，ＤＶＤドライブ２の信号線等が中継バックボード１３に接続されている。中継バックボード１３には複数の孔が設けられている。この複数の孔は、ハードディスク１１が取り付けられている位置に対応して設けられている。

中継バックボード１３の後部側には、複数列のファン２２〜２４が取り付けられたファンユニット４が設置されている。ファンユニット４には、後述するように整流板３が取り付けられ、整流板１０が取り付けられるようになっている。

ファンユニット４の後部には、図７〜図９に示すように、マザーボード１４上に取り付けられたＩ／Ｏボード８，Ｉ／Ｏユニット７及び整流板２７と並列にＣＰＵ２９が配置され、ＣＰＵ２９と並列に電源装置５が配置されている。Ｉ／Ｏボード８及びＩ／Ｏユニット７とＣＰＵ２９との間には、ＩＣ２０が取り付けられたＩ／Ｏボード１９が設けられ、Ｉ／Ｏボード８の上流側にはファン２１が設けられている。ファン２１の側面には整流ダクト２６が配置され、ファン２１の上流側には整流板２７が設置されている。ＣＰＵ２９の上部には、整流ダクト６が取り付けられ、整流ダクト６内の後流側にはファン１８が設置されている。電源装置５の後流側にはファン１５が設けられている。

制御装置本体の筐体９の背面パネルには、図４に示すように、Ｉ／Ｏボード８及びＩ／Ｏユニット７の後流側に排気口１６が、ＣＰＵ２９の後流側に排気口３４が、ファン１５の後流側に排気口３３が設けられている。

このように構成された制御装置は、次のように動作する。それぞれのファンが動作すると、制御装置の前面のハードディスク１１を保持するケースに設けられた格子状の孔と、フロントパネルの隙間と、筐体９の側面に設けた吸気孔１７を吸気口として、装置外側から空気を吸込み、筐体背面の複数の格子状の排気口１６などを排気口として、筐体内部の発熱部品を冷却する。

前述したように、ハードディスク用の中継バックボード１３には複数の孔が設けられているので、ファンにより吸込む風量が確保でき、装置の正面から背面への冷却風の流路が確保できる。また、図１に示す例では、上下各３列，合計６台実装され、発熱量の大きいハードディスク１１の各列の背面に合わせて孔を設けているので、ハードディスクの熱輸送を効率的に行うことができる。

ファンユニット４には、ファン２２〜２４が実装されており、ファン２２〜２４により、装置後部に実装されている電子機器に冷却風を送風する。

図６は、ファンユニット４に整流板及び整流ダクトを取り付けない場合の筐体内部の冷却風の流れを示しているが、図６に示すように、ファンユニット４と筐体９との間に隙間が存在すると、冷却風がその隙間を符号３０で示すように逆流してしまい、冷却に必要な十分な風量が得られない。

そこで、本実施例では、図７に示すように、ファンユニット４に整流板及び整流ダクトを取り付けている。図７に示す例では、電源装置５側には、ファンユニット４の端部と筐体９の側面との間に整流板３を設置し、逆流を防いでいる。整流板３は、ファンユニット４から筐体側面、及び筐体上面から筐体底面までを塞ぐ大きさで形成され、逆流の発生を防止するため、隙間がないように設けられる。

図８は、本実施例のＩ／Ｏユニット部の斜視図である。Ｉ／Ｏユニット７側では、Ｉ／Ｏボード１９に設けられた発熱量の大きいＩＣ２０への冷却風は、ファン２４だけでは不十分であることから、Ｉ／Ｏユニット７の金具にはＩ／Ｏユニット７を冷却するためのファン２１が設置されている。

又、図７に示すように、ファン２４の冷却風をファン２１に送るための整流板１０を、ファンユニット４のファン２４の端部とファン２１端部を結ぶように設置し、冷却風がＩ／Ｏユニット７より外側に漏れることを防いでいる。このため、図６に示すような乱流３１，逆流３０が発生しないので、ファン２１により十分な吸気が行える。整流板１０は、筐体９の上面から底面までを塞ぐ形状であって、隙間がないように設置される。

ＩＣ２０への冷却効果を高めるために、図８に示すように、Ｉ／Ｏユニット７の上面及びＩＣ２０側を塞がないように、ファン２１にＬ字型形状の整流ダクト２６を設置し、冷却風の風量がＩＣ２０のところで局所的に大きくなるようにしている。整流ダクト２６には、ファン２１と同サイズの四角形状の開口部が装置正面側及び背面側に設けられており、冷却風の拡散及び風量の低下を防止している。

電源装置５側の整流板３と同様に、ファン２１の冷却風を装置正面側に逆流させないよう、ファン２１と筐体９の側面との間に整流板２７を設けている。整流板２７は、ファンユニット４から筐体側面及び筐体上面から底面までを塞ぐ形状であって、装置正面側への逆流が発生する隙間はないように形成されている。

ファンユニット４の背面側には、装置内で最も発熱量が大きいＣＰＵ２９やＩＣ２０が実装されたマザーボード１４が装置内の底面部に実装されている。ＣＰＵ２９に対して、ファンユニット４による冷却風だけでは十分な風量が確保できないため、ＣＰＵ２９の後部にファン１８を設置し、ファン１８の吸気により、より大きな風量によりＣＰＵ２９を冷却するようにしている。

図９に示すように、ＣＰＵ２９を覆うようにコの字型の整流ダクト６をマザーボード１４上に設置している。このように構成しているので、ファンユニット４の冷却風が、ＣＰＵ２９付近で拡散するのを防止でき、ＣＰＵファン１８の吸気に十分な風量を得ることができ、ＣＰＵ２９冷却に十分な風量が得られる。

又、ＣＰＵ２９への風量を大きくするため、図１０に示すように、整流ダクト６は、ファンユニット４の排気風を受ける側の四角形状の開口部の開口面積を小さくし、ＣＰＵファン１８側の四角形状の開口部の開口面積を大きくすることで、ファンユニット４からの冷却風を集約しＣＰＵ２９への風量を局所的に大きくしている。整流ダクト６の各側面には電源装置５及びＩ／Ｏユニット７との隙間を塞ぐため、筐体上面から底面にかけて遮蔽板３２が設けられ、整流ダクト６以外から背面側に漏れる風量を抑制している。

電源装置５の後部には、ファン１５が実装されており、ファン１５により熱の排気を行っている。

本実施例によれば、静圧及び風量が高いファンを多数使用しなくとも、十分な冷却性能を達成することができる。すなわち、静圧及び風量が低い高寿命型ファンにより十分な冷却が行えるので、コスト及び騒音を抑えることができる。また、装置正面の吸気口の面積も従来より小さく抑えることができ、防塵に対する効果もある。

このように、ファンによる冷却風を効率よく循環，排気し、電子機器への冷却性能を確保することができ、装置内に各々設置した整流板及び整流ダクトは部品点数も少なく、コストを上げることなく実現できる。

装置に取り付けた整流板及び整流ダクトによりコスト，騒音を抑えながら長寿命化を図れたため、長期使用，連続運転を必要とする製造工場等に適用できる。

本発明の一実施例であるラックマウント型の産業用ＰＣの構成を示す斜視図である。 図１に示す産業用ＰＣを分解した斜視図である。 本実施例の産業用ＰＣの正面図である。 本実施例の産業用ＰＣの背面図である。 本実施例の産業用ＰＣの右側側面図である。 産業用ＰＣの筐体内部の冷却風の流れを説明する図である。 整流板及び整流ダクトを取り付けた筐体内部の冷却風通路を示す図である。 本実施例の産業用ＰＣのＩ／Ｏユニット部の斜視図である。 本実施例の産業用ＰＣのＣＰＵ部を示す分解斜視図である。 本実施例の産業用ＰＣのＣＰＵ部の整流ダクト回りの冷却風の流れを示す図である。

符号の説明

１ フロントパネル
２ ＤＶＤドライブ
３，１０，２７ 整流板
４ ファンユニット
５ 電源装置
６，２６ 整流ダクト
７ Ｉ／Ｏユニット
８，１９ Ｉ／Ｏボード
９ 筐体
１１ ハードディスク
１２ フロッピーディスクドライブ
１３ 中継バックボード
１４ マザーボード
１５，１８，２１，２２〜２４ ファン
１６ 排気口
１７ 吸気孔
２０ ＩＣ
２５ 拡散風
２９ ＣＰＵ
３２ 遮蔽板

Claims (6)

1. サーバラックなどに段積み実装され、複数の長寿命型ファンによって発熱量の大きい発熱体である電子機器や電子部品を冷却するラックマウント型の制御装置であって、該制御装置の中央付近に装置正面に対して平行に設置した複数のファンを備えるファンユニットと、複数の発熱体のそれぞれに設置した複数のファンと、前記ファンユニットから前記複数の各ファンに冷却風を導くための整流板及び整流ダクトを冷却風を集約し拡散，乱流，逆流を発生させないように設置した制御装置。
2. 前記制御装置の筐体の側面及び背面に複数の孔を設けた請求項１に記載の制御装置。
3. 前記ファンユニットの端部と制御装置の筐体の側面との間に整流板を設けた請求項１に記載の制御装置。
4. 前記発熱体が電源装置であって、該電源装置の下流側に設置された前記ファンと前記筐体との間に整流板を設けた請求項１に記載の制御装置。
5. 前記発熱体がＩＣであって、該ＩＣの上流側に設置された前記ファンの冷却風を送るために前記ＩＣ側を塞がないようにＬ字型の整流ダクトを設けた請求項１に記載の制御装置。
6. 前記発熱体がＣＰＵであって、該ＣＰＵの上流側に設置された前記ファンからの冷却風を導くための前記ＣＰＵを覆うようにコの字型の整流ダクトを設けた請求項１に記載の制御装置。

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