JP2011003571A - 回路基板収納装置、それを備えた電子装置及び、冷却方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 電子部品の発熱量に応じて風量が調整できるようにする。
【解決手段】 電子回路基板８を収容する筐体３と、筐体３の１つの側板３ａに形成された複数の窓４と、窓４毎に設けられて、窓４を開閉するシャッタ５と、シャッタ５毎に設けられて、電子回路基板８に搭載された電子部品８ａの温度を検出する温度検出器６と、シャッタ５毎に設けられて、温度検出器６からの温度信号に基づき、シャッタ５を駆動するシャッタ開閉装置７とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、回路基板収納装置、それを備えた電子装置及び、冷却方法に関する。

集積度を高めたサーバ環境を実現するために、コンピュータとして必要な電子部品が実装された電子回路基板が複数枚装着できるようにしたブレードサーバが提案されている。このブレードサーバは共有の電源及び冷却ファン等を備え、共有電源により複数の電子回路基板に電源が供給され、また共有の冷却ファンにより各電子回路基板に搭載されている電子部品を冷却するようになっている。このように電源等を共有するのは、電子回路基板毎に電源等を設けることによる、サーバシステムの大型化を抑制するためである。

電源供給は、装着された電子回路基板に対してのみ行われる。即ち、装着された電子回路基板の枚数に応じた電力供給が行われる。しかし、冷却ファンは装着されている電子回路基板の枚数にかかわらず駆動されるため、電子回路基板の未装着領域に対しても冷却風を送風する。このように電子回路基板の未装着領域に対しても冷却風が送風されることは、冷却ファンの冷却能力が無駄に使われていることを意味する。

そこで、冷却ファンが共用であっても、装着された電子回路基板にのみ冷却風を送風することで、冷却能力を有効に活用する構成が考えられる。このような構成として、例えば特開昭６４−２５５９９号公報や特開平２−２５４７９７号公報には、シャッタを有する複数の風路を形成し、それぞれの風路に電子回路基板が装着できるようにした冷却方法が提案されている。そして、電子回路基板が装着された風路にのみ冷却風が送風するようにシャッタが制御される。従って、冷却ファンによる冷却風は、電子回路基板が装着されている風路のみを流動するので、冷却能力を有効に活用することが可能になる。

一方、特開２００８−２６９１９３号公報においては、風路に対して基板面が垂直になるように電子回路基板を配置し、かつ、このように配置された電子回路基板を風下側に向かって並べて配置する冷却方法が開示されている。即ち、１つの風路に複数の電子回路基板を配置して、この風路に冷却風を送風することで、複数の電子回路基板を冷却する。従って、冷却風は常に電子回路基板を冷却するので、冷却風の無駄は発生しない。

特開昭６４−２５５９９号公報 特開平２−２５４７９７号公報 特開２００８−２６９１９３号公報

しかしながら、電子回路基板には、中央処理装置（ＣＰＵ）、メモリ、ハードディスク等の発熱量の異なる電子部品が複数搭載されているにもかかわらず、上記各特許文献による冷却方法では、電子回路基板単位で冷却が行われるために、例えば発熱量の少ないメモリと発熱量の大きいＣＰＵとは、同じ風量の冷却風で冷却される。

このため、発熱量の大きいＣＰＵを冷却するために適切な風量は、発熱量の小さいメモリに対しては過大な風量となり、逆に発熱量の小さいメモリを冷却するために適切な風量は、発熱量の大きいＣＰＵに対しては過小な風量となる。この結果、電子部品単位で冷却能力が有効利用できない問題があった。

そこで、本発明は、電子部品単位で冷却能力が有効利用できるようにした回路基板収納装置、それを備えた電子装置及び、冷却方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明にかかる回路基板収納装置は、電子回路基板を収容する筐体と、筐体の１つの側板に形成された複数の窓と、窓毎に設けられて、窓を開閉するシャッタと、シャッタ毎に設けられて、電子回路基板に搭載された電子部品の温度を検出する温度検出器と、シャッタ毎に設けられて、温度検出器からの温度信号に基づき、シャッタを駆動するシャッタ開閉装置とを備えることを特徴とする。

また、電子装置は、複数の回路基板収納装置と、回路基板収納装置に隣接して設けられた複数の冷却装置とを備え、回路基板収納装置は、電子回路基板を収容する筐体と、筐体の１つの側板に形成された複数の窓と、窓毎に設けられて、窓を開閉するシャッタと、シャッタ毎に設けられて、電子回路基板に搭載された電子部品の温度を検出する温度検出器と、シャッタ毎に設けられて、温度検出器からの温度信号に基づき、シャッタを駆動するシャッタ開閉装置と、を備えることを特徴とする。

さらに、冷却方法は、複数の電子部品の温度を個別に検出する手順と、検出した温度に基づき、電子部品毎に吹き当てられ冷却風の風量を調整する手順とを含むことを特徴とする。

本発明によれば、電子部品単位で冷却能力が有効利用できるようになる。

本発明の第１の実施形態にかかる回路基板収納装置の斜視図である。 本発明の第２の実施形態にかかる電子装置の斜視図で、（ａ）は前側からの斜視図、（ｂ）は後側からの斜視図である。 第２の実施形態にかかる複数の冷却装置の段組構成が異なる他の電子装置の斜視図である。 第２の実施形態にかかる冷却装置の部分破断斜視図である。 第２の実施形態にかかる整流器を備えた他の冷却装置の断面図である。 第２の実施形態にかかる電子回路基板が装着された回路基板収納装置の部分破断斜視図である。 第２の実施形態にかかる温度検出器を備えた他の電子回路基板の上面図である。 第２の実施形態にかかる冷却方法の手順を示すフローチャートである。 本発明の第３の実施形態にかかる回路基板収納装置の斜視図である。 図９の回路基板収納装置のＡ−Ａ線に沿った矢視断面図である。

本発明の第１の実施形態を図を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施形態にかかる回路基板収納装置２の斜視図である。この回路基板収納装置２は、筐体３と、複数の窓４と、複数のシャッタ５と、複数の温度検出器６と、複数のシャッタ開閉装置７とを備える。

筐体３は電子回路基板８を収容する箱体で、その１つの側板３ａに、この側板３ａの長手方向に等間隔に窓４が設けられている。筐体３の側板３ａと対向する側部は開口３ｂとなっている。冷却風は、窓４から回路基板収納装置２内に流入し、開口３ｂから流出する。それぞれの窓４にはシャッタ５が設けられて、このシャッタ５が窓４を開閉する。温度検出器６は、シャッタ５に対応して設けられて、近接する電子回路基板８に搭載されている電子部品８ａの温度を検出する。シャッタ開閉装置７は、シャッタ５と連結して設けられて、温度検出器６からの温度信号に基づきシャッタ５を駆動する。シャッタ５が駆動されることにより、窓４の開度が調整される。

そして、温度検出器６は、電子部品８ａの温度に応じた温度信号をシャッタ開閉装置７に出力し、シャッタ開閉装置７は受信した温度信号に基づきシャッタ５を駆動する。シャッタ５の駆動により、窓４は電子部品８ａの温度に応じた開度で開かれる。これにより、冷却風が窓４から回路基板収納装置２内に流入し、電子回路基板８の電子部品８ａを冷却して、開口３ｂから流出する。窓４から流入する冷却風の風量は、電子部品８ａの温度に応じた風量であるので、発熱量の大きい電子部品には多くの風量の冷却風を吹当てることができると共に、発熱量の小さい電子部品には少ない風量の冷却風を吹当てることができる。従って、冷却能力の有効利用、即ち冷却風の有効利用が可能になる。

次に、本発明の第２の実施形態を説明する。図２は、本発明の第２の実施形態にかかるサーバシステム等の電子装置１０の斜視図で、図２（ａ）は前側からの斜視図、図２（ｂ）は後側からの斜視図である。電子装置１０は、電子回路基板が収納される複数の回路基板収納装置２０、冷却風を発生させる複数の冷却装置２２及び、これらを収納する主筐体１１を備える。なお、以下の説明では、電子装置１０における回路基板収納装置２０が配置されている側を前側と記載し、冷却装置２２が配置されている側を後側と記載する。複数の回路基板収納装置２０は、主筐体１１内に横並びに配置され、かつ、脱着自在に収容されている。

また、複数の冷却装置２２は、図２（ｂ）に示すように、上下左右に段積みして設けられている。無論、このような段組構成は例示であって、用いる電子装置１０の規模や回路基板収納装置２０の数により適宜設定することができる。例えば、図３に示すように、上下に４段、左右に２段の段組構成が可能である。図３は、このような冷却装置２２Ａの段組構成の異なる電子装置１０Ａの後側からの斜視図である。このように、１台の冷却装置で複数の回路基板収納装置内の電子回路基板が冷却できるため、必要とする冷却装置の数が少なくなり、電子装置の小型化が可能になる。

図４は、冷却装置２２の部分破断斜視図である。冷却装置２２は、吸気口２４、吐出口２３及び送風機２５を備えている。そして、送風機２５が駆動されることにより、外気が電子装置１０の前側から回路基板収納装置２０内に吸引される。吸引された外気は、回路基板収納装置２０内を通過し、吸気口２４に流入して吐出口２３から吐出される。この冷却装置２２により吸引された外気が冷却風となる。

図４に例示する送風機２５はプロペラファンであるが、本実施形態はこれに限定されず、シロッコファン等であってもよい。シロッコファンはプロペラファンに比べ、高コストであるが、整流が形成し易いので、後述するように、電子回路基板の部分冷却に適している。無論、図５に示すように、送風機２５がプロペラファンであっても、整流器２５ａを備えて整流が形成し易いようにした冷却装置２２Ａであってもよい。なお、図５は、このような冷却装置２２Ａの断面図である。

図６は、電子回路基板２６が装着された回路基板収納装置２０の部分破断斜視図である。回路基板収納装置２０は、アルミニュームやステンレスを含む材料により形成された筐体２８を備える。この筐体２８は、底板２８ａ、前側の前側板２８ｂ、上下の上下側板２８ｃを備えている。なお、前側板２８ｂに対向する後側には側板が設けられておらず、開口２８ｄとなっている。前側板２８ｂには、この前側板２８ｂの長手方向に沿って複数の窓３０が等間隔に設けられている。また、各窓３０には、この窓３０を開閉するシャッタ３４が設けられている。前側板２８ｂの近傍領域の底板２８ａには、複数のシャッタ開閉装置３８が設けられている。また、開口２８ｄの近傍領域の底板２８ａには、複数の温度検出器４０が設けられている。即ち、後述するように、温度検出器４０は冷却風の風下側の底板２８ａに設けられている。シャッタ３４は、概ね長方形の片開扉で、その回転軸３５ａに対向する扉辺が揺動端３５ｂをなしている。そして、シャッタ３４の揺動端３５ｂは、このシャッタ３４の回転軸３５ａより底板２８ａ側に位置するように設定されている。シャッタ３４は、リンク４１を介してシャッタ開閉装置３８と連結されている。なお、本実施形態はリンク４１に限定するものでなく、例えばサーボモータ等からなるアクチュエータであってもよい。そして、シャッタ開閉装置３８はリンク４１を介してシャッタ３４を駆動する。

電子回路基板２６は、底板２８ａの板面と平行に脱着自在に設けられている。このような電子回路基板２６には、発熱量の異なる電子部品が複数搭載されている。以下においては、図６に示す電子回路基板２６に搭載されている各種の電子部品を中央処理装置（ＣＰＵ）２６ａ、メモリ２６ｂ、ハードディスク２６ｃ、拡張スロット２６ｄのように例示して説明する。

温度検出器４０は、この温度検出器４０が設置されている領域近傍の底板２８ａの温度を検出する。その検出結果は、温度信号として信号線４２を介してシャッタ開閉装置３８に出力される。シャッタ開閉装置３８は、温度信号に応じて窓３０が開閉されるようにシャッタ３４を駆動する。即ち、シャッタ開閉装置３８は、予め設定された第１の温度より高い温度を示す温度信号を受信すると、窓３０を全開状態にし、第２の温度より低い温度を示す温度信号を受信すると、窓３０を全閉するように、シャッタ３４を駆動する。そして、第１の温度と第２の温度の間の温度を示す温度信号を受信すると、窓３０が信号強度に応じた開度になるようにシャッタ３４を駆動する。

底板２８ａは、電子部品２６ａ〜２６ｄの温度に応じた温度分布を持つ。即ち、底板２８ａは、電子部品２６ａ〜２６ｄが放出する熱によって温度上昇する。そこで、温度検出器４０で底板２８ａの温度を検出することにより、電子部品２６ａ〜２６ｄの温度が検出できる。

なお、電子部品２６ａ〜２６ｄの温度を正確に検出するためには、可能な限り電子部品２６ａ〜２６ｄに近い位置に温度検出器４０を設置する必要がある。冷却風がない場合には、底板２８ａの温度分布は電子部品２６ａ〜２６ｄを中心とする対称な温度分布を持つ。しかし、冷却風により、この対称の温度分布は水星のような形状の温度分布を持つようになる。そこで、水星の尻尾の方向に相当する風下側の位置に温度検出器４０を設けることにより、温度検出器４０が電子部品２６ａ〜２６ｄから離れた位置であっても、正確な温度検出ができるようにしている。

無論、図７に示すように、電子回路基板２６Ａに温度検出器４０Ａを設けて、温度検出器を電子部品の近く配置することは可能である。図７は、このような温度検出器４０Ａを備える電子回路基板２６Ａの上面図である。このように、温度検出器４０Ａを電子回路基板２６Ａに搭載することにより、温度検出器４０Ａと電子部品２６ｅ〜２６ｈとの距離が近くなるので、電子部品２６ｅ〜２６ｈの温度を正確に検出することが可能になる。

次に、このような電子装置１０における冷却動作を説明する。図８は、冷却方法を説明するフローチャートである。電子装置１０が起動すると、冷却装置２２が動作する。また、電子回路基板２６に電源が供給されて、電子部品２６ａ〜２６ｄは所定の演算等の処理を行なう。この結果、電子部品２６ａ〜２６ｄは、それぞれ異なる発熱量で発熱する（ステップＳ１）。電子部品２６ａ〜２６ｄの熱は、筐体２８に伝わる。温度検出器４０は、この筐体２８の温度を検出して、検出した温度に対応した温度信号をシャッタ開閉装置３８に出力する（ステップＳ２）。シャッタ開閉装置３８は、受信した温度信号に基づき、シャッタ３４を駆動する（ステップＳ３）。これらの手順は、全ての温度検出器６やシャッタ３４に対して行われる。そして、ステップＳ２及びステップＳ３はサイクルルーチンとして冷却装置２２が停止するまで継続する。

シャッタ３４が駆動されて窓３０が開閉すると、その開度に応じた冷却風が窓３０から回路基板収納装置２０に流入する。このとき、図２に示したように、１つの冷却装置２２は、複数の回路基板収納装置２０に対して設けられているので、回路基板収納装置２０内を流動する冷却風は略整流となって流れる。

図６において、太い実線矢印は回路基板収納装置２０に吸引される冷却風Ｆａを示し、細い矢印は回路基板収納装置２０内を流動する冷却風Ｆｂ１〜Ｆｂ３を示し、太い点線矢印は回路基板収納装置２０を通過した冷却風Ｆｃを示している。

このとき、図４に示す冷却装置２０の吸気口２４は、開口２８ｄの面積より大きく、また開口２８ｄの面積は窓３０の面積より大きい。このため、各窓３０から回路基板収納装置２０内に流入した冷却風Ｆｂ１〜Ｆｂ３は、徐々に隣接する冷却風Ｆｂ１〜Ｆｂ３と混じり合いながら開口２８ｄから流出する。

即ち、各窓３０から分流して回路基板収納装置２０内に流入した冷却風Ｆｂ１〜Ｆｂ３は、分流状態（整流状態）を保ちながら回路基板収納装置２０内を流動する。無論、隣接する冷却風Ｆｂ１〜Ｆｂ３の風量が異なるため、完全に整流状態を保つことは難しく、徐々に拡散して混じり合う。しかし、冷却風Ｆｂ１〜Ｆｂ３が徐々に混じり合う間に、各冷却風Ｆｂ１〜Ｆｂ３は電子部品２６ａ，２６ｃ，２６ｄを冷却する。また、電子部品２６ｂには余り冷却風は吹き当たらない。換言すれば、各電子部品２６ａ〜２６ｄは、対応する窓３０の開度に応じた風量の冷却風で冷却される。

また、シャッタ３４の揺動端３５ｂは回転軸３５ａより筐体２８の底板２８ａ側に設けられているので、窓３０から回路基板収納装置２０内に流入した各冷却風Ｆｂ１〜Ｆｂ３は、シャッタ３４の板面（回路基板収納装置２０の外側の板面）に吹当たり、底板２８ａ側に向うように風路が変えられる。

電子回路基板２６は、底板２８ａに平行に、かつ、近接して装着されているので、シャッタ３４により底板２８ａ側に風路が変えられた冷却風Ｆｂ１〜Ｆｂ３は、電子回路基板２６を舐めるように流れる。従って、冷却風Ｆｂ１〜Ｆｂ３は確実に電子部品２６ａ〜２６ｄを冷却することができる。

このように、それぞれの電子部品の発熱量に対応して複数のシャッタの開度が調整されるので、冷却装置の送風能力が一定（送風機の回転数が一定）であっても、十分な量の冷却風で電子部品の冷却が行えるようになる。即ち、小型の冷却装置であっても、またその冷却装置における送風機の回転数を上げなくても、必要とする冷却能力が得られ、かつ、有効に利用できるようになる。従って、電子装置の小型化が可能になる。

次に、本発明の第３の実施形態を説明する。なお、第２の実施形態と同一構成に関しては、同一符号を用いて説明を適宜省略する。第２の実施形態において、シャッタ開閉装置は筐体の底板に取り付けられた。これに対して、本実施形態にかかるシャッタ開閉装置は、底板に立設された支持板に取り付けている。

図９は、第３の実施形態にかかる回路基板収納装置２０Ａの斜視図である。この回路基板収納装置２０Ａにおけるシャッタ開閉装置４４は、上述したように底板２８ａに立設された支持板４６に取り付けられている。

図１０は、図９におけるＡ−Ａ線に沿った矢視断面図である。図１０において矢印は冷却風の流れを示している。回路基板収納装置２０Ａ内に吸引された冷却風は、シャッタ３４に吹き当たって風路を変える。そして、シャッタ３４の揺動端３５ｂは回転軸３５ａ側の端より筐体２８の底板２８ａ側に位置しているので、冷却風の風路はシャッタ３４により底板２８ａ側に向かう。底板２８ａには電子回路基板２６が配置されているので、冷却風は電子回路基板２６に向かって流動することになる。

また、支持板４６は隣接する各シャッタ３４を仕切るように、これらのシャッタ３４の間に設けられて、それぞれの窓３０から流入する冷却風が、支持板４６によって前側板２８ｂの長手方向（図１０においては、紙面に垂直な方向）に対して垂直方向に整流される。また、図１０に示すように、シャッタ開閉装置４４は、流動する冷却風に対してシャッタ３４の陰になる位置（シャッタ３４で隠れた風下位置）に配置されている。これにより、窓３０から流入した冷却風は、シャッタ開閉装置４４に吹き当たって風路が乱されることがない。よって、電子部品を効率よく冷却することが可能になる。

２ 回路基板収納装置
３，２８ 筐体
３ａ 側板
４，３０ 窓
５，３４ シャッタ
６，４０ 温度検出器
７，３８，４４ シャッタ開閉装置
８ａ，２６ａ〜２６ｄ，２６ｅ〜２６ｈ 電子部品
８，２６，２６Ａ 電子回路基板
１０，１０Ａ 電子装置
２０，２０Ａ 回路基板収納装置
２２，２２Ａ 冷却装置
２５ａ 整流器
２８ａ 底板
２８ｂ 前側板
３５ａ 回転軸
３５ｂ 揺動端
４６ 支持板

Claims (17)

1. 電子回路基板を収容する筐体と、
   前記筐体の１つの側板に形成された複数の窓と、
   前記窓毎に設けられて、前記窓を開閉するシャッタと、
   前記シャッタ毎に設けられて、前記電子回路基板に搭載された電子部品の温度を検出する温度検出器と、
   前記シャッタ毎に設けられて、前記温度検出器からの温度信号に基づき、前記シャッタを駆動するシャッタ開閉装置とを備えることを特徴とする回路基板収納装置。
2. 請求項１に記載の回路基板収納装置であって、
   前記温度検出器は、前記回路基板収納装置内を流動する冷却風に対して前記電子回路基板より風下側に配置されていることを特徴とする回路基板収納装置。
3. 請求項２に記載の回路基板収納装置であって、
   前記温度検出器は、前記筐体に固定されていることを特徴とする回路基板収納装置。
4. 請求項２に記載の回路基板収納装置であって、
   前記温度検出器が、前記電子回路基板に固定されていることを特徴とする回路基板収納装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の回路基板収納装置であって、
   前記シャッタは、一端が回転軸により筐体に回動自在に支持された片開扉で、その揺動端が前記回転軸より前記筐体の底板側に設けられていることを特徴とする回路基板収納装置。
6. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の回路基板収納装置であって、
   前記筐体の底板に支持板が立設されて、前記支持板に前記シャッタ開閉装置が取り付けられていることを特徴とする回路基板収納装置。
7. 請求項６に記載の回路基板収納装置であって、
   前記支持板は、隣接する前記シャッタの間に設けられていることを特徴とする回路基板収納装置。
8. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の回路基板収納装置であって、
   流動する冷却風に対して前記シャッタの陰になる位置に、前記シャッタ開閉装置を設けたことを特徴とする回路基板収納装置。
9. 複数の回路基板収納装置と、
   前記回路基板収納装置に隣接して設けられた複数の冷却装置とを備え、
   前記回路基板収納装置は、電子回路基板を収容する筐体と、前記筐体の１つの側板に形成された複数の窓と、前記窓毎に設けられて、前記窓を開閉するシャッタと、前記シャッタ毎に設けられて、前記電子回路基板に搭載された電子部品の温度を検出する温度検出器と、前記シャッタ毎に設けられて、前記温度検出器からの温度信号に基づき、前記シャッタを駆動するシャッタ開閉装置と、を備えることを特徴とする電子装置。
10. 請求項９に記載の電子装置であって、
    前記温度検出器は、前記回路基板収納装置内を流動する冷却風に対して前記電子回路基板より風下側に配置されていることを特徴とする電子装置。
11. 請求項１０に記載の電子装置であって、
    前記温度検出器は、前記筐体に固定されていることを特徴とする電子装置。
12. 請求項１０に記載の電子装置であって、
    前記温度検出器が、前記電子回路基板に固定されていることを特徴とする電子装置。
13. 請求項９乃至１２のいずれか１項に記載の電子装置であって、
    前記シャッタは、一端が回転軸により筐体に回動自在に支持された片開扉で、その揺動端が前記回転軸より前記筐体の底板側に設けられていることを特徴とする電子装置。
14. 請求項９乃至１３のいずれか１項に記載の電子装置であって、
    前記筐体の底板に支持板が立設されて、前記支持板に前記シャッタ開閉装置が取り付けられていることを特徴とする電子装置。
15. 請求項１４に記載の電子装置であって、
    前記支持板は、隣接する前記シャッタの間に設けられていることを特徴とする電子装置。
16. 請求項９乃至１５のいずれか１項に記載の電子装置であって、
    流動する冷却風に対して前記シャッタの陰になる位置に、前記シャッタ開閉装置を設けたことを特徴とする電子装置。
17. 複数の電子部品の温度を個別に検出する手順と、
    検出した温度に基づき、前記電子部品毎に吹き当てられ冷却風の風量を調整する手順とを含むことを特徴とする冷却方法。

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