JP2019160281A - 電子装置、コンピューター装置及びそのケース - Google Patents

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Abstract

【課題】電子装置を冷却するための空気噴流が内蔵されるケースを提供する。【解決手段】ケースは、ケースの前端及び後端を定義する2つの側壁を含む。ケースは、電子素子を設けるための底板を含む。2つのエアダクトは、それぞれ2つの側壁によって支持され、且つそれぞれ前開口及び後開口を有する。2つのファンは、それぞれ2つのエアダクトの後開口に接続される。ノズルホルダーは、ケースの前端に位置し、且つ2つのエアダクトの前開口からの空気噴流を噴射する横方向のノズルバーを含む。【選択図】図3

Description

本発明は、電子装置を効果的に冷却するためのケースに関し、特に、電子装置を冷却するために空気噴流構造が内蔵されたケースに関する。
サーバのような電子装置は、電源に接続された電子素子を含む。サーバは、コントローラー、プロセッサ、メモリ等の内部電子素子の運行により、熱が大量に発生する。電子素子による熱を効率的に放散できないことで過熱になれば、電子装置の動作を停止又は妨害する可能性がある。従って、サーバは、電子素子による熱をその内部の気流によって排出するように設計されている。サーバは、通常、処理ユニット等の電子素子に接続され、一般的に熱伝導性材料で構成される多数の放熱器を含む。放熱器は、電子素子から熱を吸収して排出する。放熱器からの熱をサーバから排出しなければならず、この熱を排出するための気流は、通常、ファンシステムによって生成する。ファンシステムにより気流が電子素子及び放熱器を速く通るので、生じる気流は、電子素子及び放熱器から蓄積した熱を排出する。
サーバ等の装置では、システム電力は、電子素子を冷却するための放熱設計により制限される。そのため、過熱を回避するために電子素子が低速で動作しなければならない場合があるため、これらの装置は、動作速度が放熱設計によって制限される。エネルギー保存則によると、ファンで冷却する装置の電力制限は、装置を流れる空気の量に比例する。空気の量が多いほど、冷却に使用できる気流が多くなるので、システムの電力及び性能が向上することができる。高いシステム電力では、中央処理装置等の電子素子のより高い電力を可能にし、中央処理装置の動作がより効率的になり、計算速度が向上する。
図1は、従来のケース設計を有するハーフノードサーバ10を示す斜視図である。サーバ10は、ケース20内に置かれる2つのプロセッサ12と14を含む。プロセッサ12と14は、プロセッサ12と14による熱を伝導する放熱器(未図示)に設けられる。ケース20は、2つの側壁22と24を含み、前開口26及び後壁28を定義する。後壁28に2つのシステム冷却ファン30と32が設けられる。気流は、ケース20の前開口26から後壁28へ流れ、図1において、ファン30と32によって発生される。
ケース20の前側は、例えば、スロット(未図示)に挿入可能なPCIe互換カードのような異なるコンポーネントカードを設置するための空間40を含む。本範例において、プロセッサ12と14は、前後に側壁22と24との間に置かれる。ケース20は、プロセッサ12と14に近いメモリ42と44(例えば、ダブルデータレート同期ダイナミックランダムアクセスメモリ)を支持する。メモリ42と44は、その間に空気がケース20を流れるようにするギャップを有するように、スロットに挿入される。2つの大容量記憶装置46と48は、ファン30と32の付近に設けられる。本範例において、記憶装置46と48は、ハードディスク又はソリッドステートドライブであってよい。
プロセッサ12と14、メモリ42と44及び記憶装置46と48の動作により熱が発生し、ファン30と32による気流は、上記の電子素子を冷却することに用いられる。冷却効率は、ケース20を流れる空気量により決められる。図1に示す従来のケース設計において、冷却能力を高めるように空気量を増やす2つの方法がある。一方の方法は、ファン30と32との回転速度を増やして、気流量を増やすことである。別の方法は、ケース20内に支持される素子数を減少して、システムのフロー抵抗を低下させることである。しかしながら、ファンが記憶装置46と48等の素子の付近に設けられる場合、ファンの回転速度の増加は、無効である。ファンの前方の障害物によりファンの入口に近い部分により多くの渦巻が発生するので、ファンの回転速度が増加する場合、渦巻は、ファンの入口に近寄って、ファン効率を低下させる。また、電子素子(例えば、その中の1つの記憶装置46と48又はプロセッサ12と14)を除去すると、装置の性能が低下することがある。
従って、電子素子を冷却するための気流を最大化する電子装置のケースが望まれ、また、冷却を補助するように電子装置のケースの前端から高速気流を注入するためのノズル構造が望まれ、更に、空気噴流を発生させるように高圧ファン及びエアダクトの使用可能なケース設計が望まれている。
本開示の一実施例は、電子装置に用いられるケースである。ケースは、ケースの前端及び後端を定義する2つの側壁を含む。ケースは、電子素子を設けるための底板を含む。エアダクトは、2つの側壁の1つに位置し、且つ前開口及び後開口を有する。ファンは、エアダクトの後開口に接続される。ノズルホルダーは、ケースの前端に位置し、且つエアダクトの前開口に接続される。ノズルホルダーは、1つ又は複数のジェットポートを含み、前端からケースの後端へ少なくとも1つの空気噴流を噴射するように配置される。
本開示の別の実施例は、ケースを有する電子装置である。ケースは、ケースの前端及び後端を定義する2つの側壁を含む。エアダクトは、2つの側壁の1つに位置し、且つ前開口及び後開口を有する。ファンは、エアダクトの後開口に接続され、電子素子は、ケース内に設けられる。ノズルホルダーは、ケースの前端に位置し、且つエアダクトの前開口に接続される。ノズルホルダーは、1つ又は複数のジェットポートを含み、前端からケースの後端へ少なくとも1つの空気噴流を噴射するように配置される。
本開示の別の実施例は、ケースを有する電子装置である。ケースは、ケースの前端及び後端を定義する2つの側壁を有する。2つのエアダクトがそれぞれ2つの側壁によって支持され、且つそれぞれ前開口及び後開口を有する。電子素子は、2つのエアダクトの間に位置するように、ケース内に設けられる。ファンは、2つのエアダクトの後開口に接続される。ノズルホルダーは、ケースの前端に位置し、且つ2つの側ダクトを有する。2つの側ダクトは、それぞれ2つのエアダクトに接続され、且つそれぞれ2つのエアダクトによって気流を受けるように配置される。上ノズルバーは、2つの側ダクトの一端に接続され、且つ上空気噴流を噴射するが、下ノズルバーは、2つの側ダクトの他端に接続され、且つ下空気噴流を噴射する。
上記の発明内容は、本開示のすべての実施形態及び態様を表しようとするものではなく、逆に、本明細書に記載された新規な態様及び特徴のいくつかの例として単に提供される。本開示の上記の説明及び他の特徴及び利点は、本発明を実施するための代表的な実施形態及び態様の以下の詳細な説明を読み、添付の図面及び特許請求の範囲を参照することによって明確に理解することができる。
本開示は、添付図面に合わせて下記の例示的な実施形態についての説明を参照することで、より分かりやすくなる。
従来のケースを示す斜視図である。 ケースの断面図であり、図2A及び図2Bそれぞれ追加の噴流によって冷却能力を高める前後の気流流速分布を示す。 ケースの断面図であり、図2A及び図2Bそれぞれ追加の噴流によって冷却能力を高める前後の気流流速分布を示す。 冷却効率を高めるための空気噴流構造を含む例示的ケースを示す斜視図である。 図3に示す例示的ケースの背面図である。 図3に示す例示的ケースの側壁を示す斜視図である。 図3に示す例示的ケースのノズルホルダーの上ノズルバーを示す拡大断面図である。 本開示は、様々な修正及び代替形態を可能にする。いくつかの代表的な実施形態が図面に示されており、ここで詳細に説明する。しかしながら、本発明は、開示された特定の実施形態に限定されることを意図するものではないことを理解されたい。むしろ、添付の特許請求の範囲の精神及び範囲内に入るすべての修正、均等物及び代替物は、本開示に含まれる。
本発明は、多くの異なる実施形態で達成されることができる。代表的な実施形態については、添付図面に示し、且つ本文で詳しく説明する。本開示は、開示された発明の原理の範例又は説明として理解されるが、本開示の広範な態様を説明された実施形態に限定するためのものではない。それに対して、特許請求の範囲に明示的に記載されていないが、要約、発明の内容及び発明を実施するための形態に開示された素子や制限は、暗示、推論、又は別の形態によって別個に又は集合的に特許請求の範囲に組み込まれるべきではない。特記しない限り、詳しく説明するために、単数は複数を含み、逆も同様である。「含む」とは「含むが、これに限定されない」を意味する。また、「約」、「ほぼ」、「実質的に」、「近似する」等の同様の用語は、本明細書では、「〜付近」又は「3%〜5%以内」又は「許容される製造許容誤差内」、或いは任意の論理的組合せを示すことに用いられることができる。
空気の粘性を考慮すると、ケースの前開口の空気の流速を増加させることができる場合、より多くの外気がケースの前開口を通過し、ケース内の部材を冷却する能力を高める。図2A及び図2Bは、それぞれ空気噴流によって冷却能力を高める前後のケース内の気流の流速分布を示す。
図2Aは、従来の配置を有するケース200の断面図であり、且つケース200内の気流流速分布210が矢印で示され、矢印の長いものが速度の高いものを表す。気流流速分布210に示すように、ケース200内の壁に近いところは気流流速が遅く、壁に遠いところは気流流速が速い。従って、気流流速分布210は、ケース200を通る空気の体積を制限し、これは電子素子(例えば、上面が放熱器204に接続されるプロセッサ202)の冷却に対する考量にとって大切であるかもしれない。具体的に、気流流速分布210は、ケース200の可能な冷却能力を制限するため、回転速度がより高いファンを交換しても、高回転速度ファンのメリットは、ケース200に完全に生かすことができない。
この基本的な制限に鑑みて、本開示は、図2Bに示すように、気流流速分布の変更による冷却の改善方法を提出する。図2Bは、別の配置を有するケース250を提出し、ケース250において改善された気流流速分布260が矢印で示される。図2Aに示す気流流速分布210と比べると、本開示のケース250における気流流速分布260は、壁に近いところに高い流速を有するように配置される。このような気流流速が増加する場合(気流流速分布260に示すように)、ケース250(特に、プロセッサ202)を通る空気体積が効果的に増加することで、プロセッサ202を含む素子の冷却効率が向上する。以下、この空気体積増加を提供するための例示的配置を説明する。
図3は、冷却を強化するコンピューター装置の例示的ケース300を示す斜視図である。図4は、図3に示す例示的ケース300の背面図である。ケース300は、底板306に接続される2つの側壁302と304を有し、底板306に各種類の電子素子が設けられる。ケース300は、電子素子へ電力を供給するための電源供給ユニット(未図示)を含む。ケース300は、前端308及び後端310を有し、前端308がノズルホルダー312によって決められる。以下のように、ノズルホルダー312は、電子素子の冷却を補助するように、ケース300の頂部と底部で高速空気噴流を提供する。
ケース300に、前後に配列されるプロセッサ320と322が設けられる。本実施例において、コンピューター装置が2つのプロセッサを有するが、ケース300に任意数のプロセッサ及び他のコントローラーが設けられてもよいことは理解すべきである。プロセッサ320と322は、それぞれ放熱器324と326に接触する。放熱器324と326は、それぞれプロセッサ320と322の上に設けられ、且つそれぞれプロセッサ320と322による熱を伝導する。プロセッサ320と322は、メモリ328(例えば、ダブルデータレート同期ダイナミックランダムアクセスメモリ)に近い。メモリ328は、プロセッサ320と322とのそばの側壁302と304に近い平行スロットに設けられる。2組の大容量の記憶装置330と332は、ファン334と336のそばに設けられる。本実施例において、記憶装置330と332は、ハードディスク又はソリッドステートドライブであってよい。ファン334と336は、ケース300の前端308からケース300の後端310へ流れる気流を発生する。
側壁302と304は、それぞれ対応するエアダクト340と342を支持する。図3に示すように、エアダクト340と342は、プロセッサ322からケース300の前端308へ延伸する。エアダクト340と342は、それぞれプロセッサ322の後方に位置する対応する高静圧ファン350と352に接続される。高静圧ファン350と352は、高圧気流を発生し、エアダクト340と342によってノズルホルダー312にガイドする。ノズルホルダー312は、高静圧ファン350と352による高圧気流をガイドして、前端308から流れる空気噴流を発生する。空気噴流は、前端308からケース300の後端310へ流れる空気の速度を速める。図2Bの気流流速分布260における一番長い矢印は、ノズルホルダー312の頂部と底部の空気噴流を表す。
図3に示す実施形態において、高静圧ファン350と352は、気流を回収するために配置され、つまり、高静圧ファン350と352は、プロセッサ322と記憶装置330と332の間の空間から空気を吸収して、エアダクト340と342を通るようにガイドするように配置される。しかし、ある実施形態において、冷たい空気を必要とすれば、側壁302と304は、高静圧ファン350と352がケース300の外から冷たい空気を吸収する開口を有してよい。また、本開示では、同時にケース300内部及び外部から空気を吸収する実施形態も考えられる。ある実施形態において、高静圧ファン350と352は、ファンの軸方向から空気を吸収して径方向にエアダクト340と342に排出しやすくするために、例えば、遠心型のファンであってよいが、これに限定されない。
上記の高静圧ファン350と352で気流を回収する実施形態において、冷たい空気がノズルホルダー312から噴射されることを確保するように、戦略的に高静圧ファン350と352を設置してよい。具体的に、高静圧ファン350と352は、ケース300内の冷たい空気を含む可能性がある領域に設けられてよい。例として、プロセッサ320と322を通る空気は、メモリ328を通る空気よりも熱い可能性がある。従って、高静圧ファン350と352は、主にメモリ328を通る空気を吸収するように、ケース300に設けられてよい。しかしながら、本開示では、空気がケース300内のいかなる部分から吸収されてもよいことが仮定される。又は、高静圧ファン350と352を特定位置に設置せずに、高静圧ファン350と352の入口を冷たい空気を有する領域に接続するように、追加のエアダクト又は他の空気ガイド素子を加えてよい。
図3に示すように、ノズルホルダー312は、それぞれエアダクト340と342を流れる空気を受ける2つの中空の側ダクト360と362を含む。側ダクト360と362は、上ノズルバー364と下ノズルバー366に接続される。上ノズルバー364と下ノズルバー366は、それぞれケース300の前端308の頂部と底部で空気噴流を噴射する。
図5Aは、図3のエアダクト340の拡大斜視図であり、図3と同じ素子符号によって同じ素子を表す。エアダクト340は、後開口406と前開口408を定義する上管壁402と側管壁404を有する。後開口406は、高静圧ファン350による気流をガイドするように形成され、気流がこれで後開口406から上管壁402と側管壁404を通って前開口408にガイドされる。円錐状の管壁410は、ノズルホルダー312の側ダクト360に結合される小さな前開口408を形成する。高静圧ファン350は、気流を発生させるようにファンブレードを回転させるためのモーター420を含む。高静圧ファン350は、モーター420による気流をガイドするための出口422を有する。出口422は、長方状の形状を有し、且つエアダクト340の後開口406に一致する。
上ノズルバー364は、おおよそ側壁302と304(図3に示すように)の間に延伸し、且つケース300の前端308の頂部で高速空気噴流を噴射する横方向のジェットポート430を含む。下ノズルバー366は、おおよそ側壁302と304(図3に示すように)の間に延伸し、且つケース300の前端308の底部で高速空気噴流を噴射する横方向のジェットポート432を含む。
図5Bは、上ノズルバー364と側ダクト360を示す拡大断面図である。上ノズルバー364は、側ダクト360からの気流を受ける流路450を含む。流路450は、前壁452と後壁454からなる。後壁454は、空気をジェットポート430にガイドする湾曲部材456を支持するが、前壁452は、湾曲シート458を支持する。湾曲部材456と湾曲シート458とは、互いに分離され、且つジェットポート430を定義する。空気は、図3における側ダクト360と362から流路450に流れ、湾曲部材456を通ってジェットポート430を流れるように迫られる。空気噴流を提供するために、湾曲部材456と湾曲シート458との間の距離は、次第に小さくなってジェットポート430を形成する。図5Aの下ノズルバー366は、図5Bの上ノズルバー364に類似する構造を有するように配置され、且つ上ノズルバー364と下ノズルバー366とが互いに鏡面対称の構造であってよい。
図3、図4、図5A及び図5Bは、空気噴流が内蔵されるケース300を示し、ケース300における電子素子に流れる空気を増やす3つの特徴を含む。まず、ケース300は、2つの高静圧ファン350と352を含む。なお、ケース300は、上ノズルバー364と下ノズルバー366からなるノズル構造を有する、前端308に設けられるノズルホルダー312を含む。最後、エアダクト340と342は、空気が高静圧ファン350と352からノズルホルダー312へ流れるようにガイドする。高静圧ファン350と352がエアダクト340と342からノズルホルダー312へ流れるように空気をガイドする場合、ノズルホルダー312の断面積は、空気の流れ方向に沿って小さくなる。従って、空気がエアダクト340と342からノズルホルダー312によって形成されるノズル構造へ流れる場合、空気の流速が増える。図2Bの気流流速分布260に示すように、空気の粘度によりジェットポート430と432からの快速空気噴流がケース300の前端308からより多くの空気を移動させ、空気量の増加によってケース300の冷却能力を高める。
図3、図4、図5A及び図5Bは、空気噴流を提供するための特定の実施形態を示すが、これは説明しやすくするためのものだけである。本開示では、空気噴流を提供するための他の実施形態も考えられる。例として、ノズルホルダー312は、実際に側壁302と304の間に延伸するジェットポート430と432を有するが、他の実施形態において、ジェットポート430と432は、一連の開口、ノズル又は空気をケース内に注入するための他の素子であってよい。
また、図3、図4、図5A及び図5Bは、ファン、エアダクト及びノズルホルダーの特定の配置を示すが、本開示は他の可能な配置も考えられる。例として、ファンは、ケースにおける任意の位置に位置してよく、且つエアダクトは、必要に応じて、ケースを通ってノズルホルダーへ延伸するように配置されてよい。ある実施例において、エアダクトは、ファンの出口をノズルホルダーに接続するためのフレキシブルホース又は類似なものであってよい。別の実施形態において、例示的なノズルホルダーは、一体的に形成された部材として示されているが、他の配置では、ノズルホルダーは、1組の異なる部材から構成されてよい。さらに、例示的な配置は高静圧ファンを必要とするが、任意の他のタイプのファンを様々な実施形態で使用してよい。
本明細書で使用する「部材」、「モジュール」、「システム」等の用語は、一般的に、コンピュータ関連エンティティ、ハードウェア(例えば、回路)、ハードウェアとソフトウェアとの組み合わせ、ソフトウェア、又は1つ以上の特定の機能を有する操作機械のエンティティを指す。例えば、部材は、プロセッサーにおける処理プロセス(例えば、デジタル信号プロセッサー)、プロセッサー、オブジェクト、実行可能ファイル、実行スレッド、プログラム、及び/又はコンピュータであってもよいが、それらに限定されない。説明として、コントローラ上で動作するアプリケーション及びコントローラは、何れも素子であってもよい。1つ又は複数の素子は、プログラム及び/又は実行スレッド内に存在してもよく、素子は、1つのコンピュータに配置されてもよく、及び/又は2つ以上のコンピュータの間に分散されてもよい。また、「装置」は、特別に設計されたハードウェア、ハードウェアが特定の機能を実行するためのソフトウェアの実行によって特殊化される汎用ハードウェア、コンピュータ可読媒体に記憶されるソフトウェア、又はそれらの組み合わせのような形態であってよい。
本明細書で使用する用語は、特定の実施例を説明するためのものだけであり、本開示を限定するものではない。本明細書で使用されるように、単数形の「一つ」及び「前記」は、文脈上他に明確に指示されない限り、複数の指示対象を含む。更に、これらの詳細な説明及び/又は特許請求の範囲において「含む」、「有する」等の用語又はそれらの変形が使用される場合、「含む」と同じような意図をする。
別に定義されない限り、本明細書で使用される全ての用語(技術用語及び科学用語を含む)は、当業者によって一般的に理解されるのと同じ意味を有する。更に、一般的に使用される辞書に定義されているような用語は、関連技術の文脈において一貫した意味を有すると解釈されるべきであり、本明細書で明示的に定義されない限り、理想化された又は過度に正式な形で解釈されることはない。
本開示の様々な実施例について詳細に説明したが、それらは例示にすぎず、限定ではないことを理解されたい。本開示の精神又は範囲から逸脱しない限り、本明細書の開示に基づいて、開示された実施例に多くの修正を加えることができる。従って、本開示の幅及び範囲は、上記の実施例のいずれによっても制限されるべきではない。反対に、本開示の範囲は、添付の特許請求の範囲及びそれらの等価物によって定義されるべきである。
本発明は、1つ又は複数の実施形態に関して記載及び説明されているが、本明細書及び図面を読んで理解すると、同等の変更及び修正が当業者には想到し得ることである。また、本発明の特定の特徴がいくつかの実行中のうちの1つに関して開示されているが、この特徴は、任意の所与の適用又は特定の適用に望ましい又は有益であることのような他の実行中の1つ又は複数の他の特徴と組み合わせることができる。
10 サーバ
12、14、202、320、322 プロセッサ
20、200、250、300 ケース
22、24、302、304 側壁
26、408 前開口
28、454 後壁
30、32、334、336 ファン
40 空間
42、44、328 メモリ
46、48 記憶装置
204、324、326 放熱器
210、260 気流流速分布
306 底板
308 前端
310 後端
312 ノズルホルダー
330、332 記憶装置
340、342 エアダクト
350、352 高静圧ファン
360、362 側ダクト
364 上ノズルバー
366 下ノズルバー
402 上管壁
404 側管壁
406 後開口
410 円錐状の管壁
420 モーター
422 出口
430、432 ジェットポート
450 流路
452 前壁
456 湾曲部材
458 湾曲シート

Claims (10)

  1. 底板と、
    前記底板に接続され、且つケースの前端及び後端を定義する2つの側壁と、
    前記2つの側壁の1つに位置し、且つ前開口及び後開口を有するエアダクトと、
    前記エアダクトの前記後開口に接続されるファンと、
    前記ケースの前記前端に位置し、且つ前記エアダクトの前記前開口に接続され、1つ又は複数のジェットポートを含み、前記前端から前記後端へ少なくとも1つの空気噴流を噴射するように配置されるノズルホルダーと、
    を含むケース。
  2. 前記2つの側壁の別の1つに位置し、且つ前開口及び後開口を有する別のエアダクトと、
    前記別のエアダクトの前記後開口に接続される別のファンと、
    を更に含み、前記ノズルホルダーが前記別のエアダクトの前記前開口に接続される請求項1に記載のケース。
  3. 前記ノズルホルダーは、前記エアダクトの前記前開口に接続される側ダクトを含む請求項1又は2に記載のケース。
  4. 前記ノズルホルダーは、それぞれ前記1つ又は複数のジェットポートの少なくとも1つを含む上ノズルバー及び下ノズルバーを含む請求項1〜3の何れか1項に記載のケース。
  5. 前記上ノズルバーは、前記2つの側壁の頂部の間に横方向に設けられ、前記下ノズルバーは、前記2つの側壁の底部の間に横方向に設けられる請求項4に記載のケース。
  6. 前記ケースの前記後端に位置する冷却ファンを更に含む請求項1〜5の何れか1項に記載のケース。
  7. 前記1つ又は複数のジェットポートは、1つ又は複数の横方向の開口である請求項1〜6の何れか1項に記載のケース。
  8. 請求項1〜7の何れか1項に記載のケースと、
    前記ケース内に設けられる電子素子と、
    を含む電子装置。
  9. 前記電子素子は、プロセッサ又は記憶装置である請求項8に記載の電子装置。
  10. ケースの前端及び後端を定義する2つの側壁と、それぞれ前記2つの側壁に支持され、且つそれぞれ前開口及び後開口を有する2つのエアダクトと、を含むケースと、
    前記2つのエアダクトの間に位置するように、前記ケース内に設けられる電子素子と、
    前記2つのエアダクトの前記後開口に接続されるファンと、
    それぞれ前記2つのエアダクトに接続され、且つそれぞれ前記2つのエアダクトによって気流を受けるように配置される2つの側ダクトと、前記2つの側ダクトの一端に接続され、且つ上空気噴流を噴射する上ノズルバーと、前記2つの側ダクトの他端に接続され、且つ下空気噴流を噴射する下ノズルバーと、を含み、前記ケースの前記前端に位置するノズルホルダーと、
    を備えるコンピューター装置。
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