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
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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
【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。
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
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)
- 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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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