JP2013182581A - 電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構造ながら、電源装置に対する冷却効果が大きい電子機器を提供する。
【解決手段】筐体４１と、筐体４１の内部に配置されて筐体４１の前面側から背面側へ冷却空気を送る冷却ファン４２と、筐体４１の内部における冷却ファン４２の下流側に配置された発熱する電子部品４３と、筐体４１の内部に配置され、いずれか一つだけでも電子機器４０を作動させることができる複数の電源装置４４と、を有し、複数の電源装置４４は、電子部品４３の下流側であって、冷却空気の流れ方向に重ならない位置に、冷却空気の流れの幅方向に相互に間隔をあけて配置されている。
【選択図】図５

Description

本発明は、電子機器に関し、特に冷却構造に係るものである。

発熱する電子部品と電源ユニット（Power Supply Unit）を備える電子機器では、電子部品及び電源ユニットを冷却するために、冷却ファンを備える場合がある。
また、発熱する複数の電子部品と複数の電源ユニットと冷却ファンとを備える電子機器では、効率的に冷却を行うことが重要である。

例えば、電子機器としてのサーバは、発熱する電子部品として中央演算処理装置（Central Processing Unit）を備えている。図６はサーバ１００の一例を示す平面配置図であり、このサーバ１００のように、マザーボード（Motherboard）１０１に二つの中央演算処理装置１０２を搭載する場合には、筐体１０３の所定位置に複数の冷却ファン１０４を筐体１０３の幅方向に配列し、その下流側に二つの中央演算処理装置１０２を互いに筐体１０３の幅方向に間隔をあけて配置している。このように、二つの中央演算処理装置１０２を冷却空気の流れに対して並列的に配置することで、各中央演算処理装置１０２を効率的に冷却する。
ところで、二つの中央演算処理装置１０２に対して並列的に電力を供給する二つの電源ユニット１０５（いわゆる冗長電源）を設置する場合に、中央演算処理装置１０２よりも冷却空気の流れの下流に二つの電源ユニット１０５を互いに隣接させて配置することが考えられる。

また、関連する技術として、特許文献１には、筐体内を、冷却空気が流通する複数の冷却空気通路に区画し、央演算処理装置を設置した冷却空気通路と、電源ユニットを設置した冷却空気通路とを、完全に分離し、これら冷却空気通路に冷却空気を並列的に流すことで、中央演算処理装置及び電源ユニットをそれぞれ冷却する電子装置が開示されている。なお、特許文献１に記載の電子装置では、中央演算処理装置と電源ユニットが一対一の関係にある。

特許文献２には、筐体の中央に二つの電源ユニットを上下に重ねて設置し、重ねた二つの電源ユニットの水平方向両側にサーバを配置することで、全てのサーバをできるだけ電源ユニットの近くに配置し、これにより電力損失や給電の最適化を図った装置が開示されている。なお、特許文献２に記載の装置では、サーバの上流側に冷却ファンを設置している。

特開２０００−１７４４６５号公報 米国特許第７８３９６２４号明細書

しかしながら、図６に示したサーバでは、一方の中央演算処理装置１０２と一方の電源ユニット１０５とを冷却空気の流れ方向に重なるように配置しているため、中央演算処理装置１０２との熱交換によって暖められた冷却空気が電源ユニット１０５に流入するようになり、電源ユニット１０５に対する冷却効果が悪くなる。
また、発熱する二つの電源ユニット１０５を隣接して配置しているため、一方の電源ユニット１０５の発熱によって他方の電源ユニット１０５が加熱される場合があり、電源ユニット１０５に対する冷却効果が悪くなる。

そのため、図６に示すように配置した場合には、電源ユニット１０５を十分に冷却するために、冷却ファンや電源ユニット１０５に内蔵のファンの回転数を高速にして風量を大きくしたり、ファンの個数を増やしたり、高性能なファンを搭載しなければならなくなり、原価アップとなってしまう。あるいは、電源ユニット１０５の発熱量が大きくならないようにサーバ全体の構成を制限しなければならないという課題がある。

また、特許文献１に開示された電子装置では、筐体内に、央演算処理装置を冷却するための冷却空気通路と、電源ユニットを冷却するための冷却空気通路とを、それぞれ分離して形成するため、筐体の構造が複雑になり、筐体の重量が増大して、電子装置の重量も増大するという課題がある。

特許文献２に開示されたサーバでは、二つの電源ユニットを上下に重ねて配置しているので、一方の電源ユニットの発熱によって他方の電源ユニットが加熱される場合があり、電源ユニットに対する冷却効果が悪いという課題がある。
本発明の目的は、簡単な構造ながら、電源装置に対する冷却効果が大きい電子機器を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明では以下の手段を採用する。
本発明の電子機器は、筐体と、前記筐体の内部に配置されて前記筐体の前面側から背面側へ冷却空気を送る冷却ファンと、前記筐体の内部における前記冷却ファンの下流側に配置された発熱する電子部品と、前記筐体の内部に配置され、いずれか一つだけでも当該電子機器を作動させることができる複数の電源装置と、を有し、前記複数の電源装置は、前記電子部品の下流側であって、前記冷却空気の流れ方向に重ならない位置に、前記冷却空気の流れの幅方向に相互に間隔をあけて配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、複数ある電源ユニットのそれぞれに対する冷却性能を向上させることができる。

本発明の実施形態に係る電子機器の平面配置図である。 本発明の前記実施形態に係る電子機器の背面図である。 本発明の前記実施形態に係る電子機器の筐体の背面側の一部を示す斜視図である。 本発明の前記実施形態に係る電子機器をラックマウントに搭載されたラックサーバに適用した場合の一例を示す背面図である。 本発明の他の実施形態に係る電子機器の平面配置図である。 発熱する電子部品と電源装置とを冷却空気の流れ方向に重ねて配置した比較例の電子機器における平面配置図である。

以下、本発明の実施形態に係る電子機器を図１から図５の図面を参照して説明する。
図１は実施形態に係る電子機器としてサーバの平面配置図であり、図２は同背面図である。
サーバ１は、筐体２と、五つの冷却ファン３と、二つの発熱する電子部品としての中央演算処理装置（Central Processing Unit）４と、各中央演算処理装置４の両側に一セットずつ配置された合計四つの主記憶装置としてのメモリ（Memory）５と、二つの電源装置としての電源ユニット（Power Supply Unit）６と、マザーボード（Motherboard）７と、スイッチ装置８と、補助記憶装置としてのハードディスクドライブ（Hard Disk Drive）装置９、を備えている。
なお、以下の説明では、図１において図中上側をサーバ１の前面Ｆ、図中下側をサーバ１の背面Ｂとする。

図２に示すように、筐体２は、底板１１の両側部から側板１２，１３を起立させた本体部１４と、本体部１４の上側の開口を塞ぐ取り外し可能な蓋体１５とを備え、前面側と背面側を開口させた四角筒状をなしている。
本体部１４の背面側の両側部には、電源ユニット６を収容するための電源ボックス１６が固定されている。図３に示すように、電源ボックス１６は、天板部１６ａと、天板部１６ａの両側部から下方に延出する側板部１６ｂ，１６ｃを備え、電源ボックス１６の一方の側板部を本体部１４の一方の側板部に接触させて設置されている。電源ボックス１６の背面側の端部は、本体部１４の背面側の端部と面一になっている。なお、図１は、蓋体１５を取り外した状態を示しており、また、電源ボックス１６を省略して示している。

中央演算処理装置４とメモリ５はマザーボード７の上に搭載されており、冷却ファン３と電源ユニット６とマザーボード７とスイッチ装置８とハードディスク装置９は、本体部１４の底板１１の上に設置されている。
スイッチ装置８とハードディスク装置９は、サーバ１の前面Ｆ側から操作ができるように、本体部１４の前面に沿って本体部１４の幅方向に並んで配置されている。つまり、このサーバ１は、前面Ｆが操作面となっている。
冷却ファン３は、スイッチ装置８及びハードディスク装置９よりも背面側において、本体部１４の幅方向に一列に並んで設置されている。いずれの冷却ファン３も、筐体２内において前面側から背面側へ空気の流れを発生させることができるように設置されている。

マザーボード７は、冷却ファン３よりも背面側配置されている。マザーボード７は平面視略Ｔ字形をなし、電源ボックス１６を避けるように配置されていて、マザーボード７の背面側の端部は、本体部１４の背面側の端部とほぼ面一になっている。
中央演算処理装置４とメモリ５は、マザーボード７上における前面側に本体部１４の幅方向に一列に並んで配置されている。中央演算処理装置４とメモリ５は交互に配置されており、メモリ５は本体部１４の幅方向の両側と中央に配置され、メモリ５とメモリ５との間に中央演算処理装置４が配置されている。なお、中央演算処理装置４はその上部にヒートシンク１７を有している。

前述した電源ボックス１６は、本体部１４の幅方向の両側に設置されたメモリ５の背面側に配置されており、左右の電源ボックス１６内にそれぞれ電源ユニット６が一つずつ収容されている。つまり、二つの電源ユニット６は互いに離間して配置されている。そして、各電源ユニット６は、筐体２の幅方向及び前後方向のいずれの方向においても中央演算処理装置４と重ならないように配置されている。
各電源ユニット６はその前端部に雄コネクタ６ａを備えている。そして、各雄コネクタ６ａの前面側のマザーボード７の上に、各雄コネクタ６ａが接続される雌コネクタ１８が設置されている。

電源ボックス１６は、電源ユニット６をほぼ隙間無く収容するとともに、電源ユニット６を前後方向に移動させることができる大きさに形成されている。電源ユニット６を電源ボックス１６内に収容した状態において、電源ユニット６の雄コネクタ６ａと雌コネクタ１８とが係合して電気的に接続され、このとき電源ユニット６の背面は筐体２の背面とほぼ面一となる。

各電源ユニット６は、サーバ１の背面Ｂ側から外方へ引き出し可能となっている。雄コネクタ６ａと雌コネクタ１８とが接続された前記状態から、電源ユニット６を背面側へ引っ張ると、雄コネクタ６ａと雌コネクタ１８の係合が解除されるとともに電気的に非接続状態となり、電源ユニット６を背面側に引き出して筐体２から取り外すことができる。
各電源ユニット６は、このサーバ１を作動するのに必要な電力を供給することができるだけの出力を有している。つまり、いずれか一方の電源ユニット６だけでもサーバ１を作動することができるようになっている。ただし、二つの電源ユニット６が正常な場合には、二つの電源ユニット６から並列的にサーバ１に電力を供給している。

このように構成されたサーバ１において、冷却ファン３を作動すると、冷却ファン３は前方の空気を背面側へ送り出し、図１において矢印で示すように、筐体２内において前面側から背面側へと冷却空気の流れが発生する。
ここで、冷却空気の流れに視点を置いて考えると、二つの電源ユニット６はいずれも、中央演算処理装置４の下流側に配置されているが、冷却空気の流れ方向（この実施形態の場合には筐体２の前後方向と同じ）で中央演算処理装置４と重なっていない。また、二つの電源ユニット６は、冷却空気の流れの幅方向（この実施形態の場合には筐体２の幅方向と同じ）に相互に間隔をあけて配置されている。

このサーバ１においては、発熱量の一番大きいのは中央演算処理装置４であり、次に発熱量が大きいのが電源ユニット６である。
冷却ファン３によって発生させた冷却空気は、中央演算処理装置４及びメモリ５を通過した後、さらに下流へと流れていく。ここで、中央演算処理装置４と電源ユニット６は冷却空気の流れ方向に重なっていないので、中央演算処理装置４を冷却した冷却空気は、そのまま直進して二つの電源ユニット６の間を通って筐体２の背面側から筐体２の外へ流出する。したがって、中央演算処理装置４を冷却して暖められた冷却空気が電源ユニット６に流れ込むことがない。

電源ユニット６には、メモリ５を通過した冷却空気が流れてくる。この冷却空気の温度は十分に低いので、電源ユニット６に流入する冷却空気の温度（即ち、吸入温度）を低くすることができる。したがって、電源ユニット６を十分に冷却することができる。
また、二つの電源ユニット６は、冷却空気の流れの幅方向に相互に間隔をあけて配置されているので、一方の電源ユニット６の発熱によって、他方の電源ユニット６が加熱されるのを回避することができる。

このように、このサーバ１においては、中央演算処理装置４と電源ユニット６を冷却空気の流れ方向に重ならないように配置し、且つ、二つの電源ユニット６を冷却空気の流れの幅方向に相互に間隔をあけて配置しているので、電源ユニット６に対する冷却効果が極めて大きい。その結果、電源ユニット６を冷却するための風量を少なくすることができるので、冷却ファン３や電源ユニット６に内蔵の内部ファンの回転数を低減することができ、これらファンの低電力化、および低騒音化を実現することができる。もしくは従来搭載方法に比べ、電源ユニットを冷却するためのファンの個数を削減することが可能であり、装置の原価低減に貢献可能である。
また、電源ユニット６の温度上昇を抑制することができるので、電源ユニット６の故障率が低減し、耐久性が向上して、寿命を延ばすことができる。

また、電源ユニット６に対する冷却効果が大きいので、出力当たりの体積が小さい高密度の電源ユニット６を採用することが可能となる。そして、この高密度の電源ユニット６を採用することにより、筐体２の大きさを小さくしたり、あるいは、筐体２の大きさを同じとしたときにはマザーボード７が占有する面積を広くすることができる。

また、一方の電源ユニット６が故障したときには、他方の電源ユニット６だけでサーバ１を作動することができるので、正常な電源ユニット６から電力を供給してサーバ１を作動させながら、故障した電源ユニット６を筐体２から取り外してメンテナンスを行うことができる。
さらに、冷却ファン３、中央演算処理装置４、メモリ５、電源ユニット６、スイッチ装置８、ハードディスク装置９を、全て平面的に配置しているので、サーバ１の高さを低くすることができるとともに、装置構造が簡単になる。

また、図４に示すラックサーバ３０のように、多数のサーバ１をラック３１に上下方向に配列する場合であって、ラック３１の両側部にケーブル配線部３２が設けられているときには、前述した実施形態のように筐体２の両側板１２，１３に接近して電源ユニット６を配置しておくと、電源ケーブルの配線が容易にできるというメリットもある。

次に、図５を参照して、本発明の他の実施形態を説明する。
電子機器４０は、筐体４１と、筐体４１の内部に配置されて筐体４１の前面Ｆ側から背面Ｂ側へ冷却空気を送る冷却ファン４２と、筐体４１の内部における冷却ファン４２の下流側に配置された発熱する電子部品４３と、筐体４１の内部に配置され、いずれか一つだけでもこの電子機器４０を作動させることができる複数の電源装置４４と、を有している。複数の電源装置４４は、電子部品４３の下流側であって、冷却空気の流れ方向に重ならない位置に、冷却空気の流れの幅方向に相互に間隔をあけて配置されている。
この実施形態の電子機器４０によれば、電子部品４３で暖められた冷却空気が電源装置４４に流入しないので、各電源装置４４に対する冷却性能を向上させることができる。

なお、本発明は前述した実施形態に限られるものではない。
例えば、電源装置としての電源ユニット６の数は二つに限るものではなく、三つ以上であってもよい。また、電子部品としての中央演算処理装置４の数も二つに限るものではなく、一つであってもよいし、三つ以上であってもよい。さらに、冷却ファンの数も特に限定はない。
電源装置は必ずしも筐体の幅方向の両側に接近して配置しなくてもよく、前記両側から離して配置してもよい。要するに、電源装置と発熱する電子部品とを冷却空気の流れ方向に重ならないように配置し、且つ、複数の電源装置を冷却空気の流れの幅方向に相互に間隔をあけて配置してあれば、本発明は成立する。
前述した実施形態では、発熱する電子部品として中央演算処理装置４を例として説明したが、電子部品は中央演算処理装置４に限るものではない。さらに、電子機器はサーバ１に限るものでもない。

（付記１）
筐体と、
前記筐体の内部に配置されて前記筐体の前面側から背面側へ冷却空気を送る冷却ファンと、
前記筐体の内部における前記冷却ファンの下流側に配置された発熱する電子部品と、
前記筐体の内部に配置され、いずれか一つだけでも当該電子機器を作動させることができる複数の電源装置と、
を有し、
前記複数の電源装置は、前記電子部品の下流側であって、前記冷却空気の流れ方向に重ならない位置に、前記冷却空気の流れの幅方向に相互に間隔をあけて配置されていることを特徴とする電子機器。

（付記２）
前記複数の電源装置はそれぞれ、前記筐体に対し該筐体の背面から引き出し可能に取り付けられていることを特徴とする付記１に記載の電子機器。

（付記３）
前記複数の電源装置は、前記筐体の幅方向の両側に接近して配置されていることを特徴とする付記１または付記２に記載の電子機器。

（付記４）
前記電子部品は、中央演算処理装置であることを特徴とする付記１から付記３のいずれか１つに記載の電子機器。

１ 電子機器
２ 筐体
３ 冷却ファン
４ 電子部品
６ 電源装置
４０ 電子機器
４１ 筐体
４２ 冷却ファン
４３ 電子部品
４４ 電源装置

Claims (4)

1. 筐体と、
   前記筐体の内部に配置されて前記筐体の前面側から背面側へ冷却空気を送る冷却ファンと、
   前記筐体の内部における前記冷却ファンの下流側に配置された発熱する電子部品と、
   前記筐体の内部に配置され、いずれか一つだけでも当該電子機器を作動させることができる複数の電源装置と、
   を有し、
   前記複数の電源装置は、前記電子部品の下流側であって、前記冷却空気の流れ方向に重ならない位置に、前記冷却空気の流れの幅方向に相互に間隔をあけて配置されていることを特徴とする電子機器。
2. 前記複数の電源装置はそれぞれ、前記筐体に対し該筐体の背面から引き出し可能に取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
3. 前記複数の電源装置は、前記筐体の幅方向の両側に接近して配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電子機器。
4. 前記電子部品は、中央演算処理装置であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電子機器。

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