JP2019200537A - 伝送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却風による冷却効率を向上する。【解決手段】伝送装置は、筐体内の空間を上下に区画して、第１の発熱部品が配置される空間と第１の発熱部品よりも発熱量が大きい第２の発熱部品が配置される空間とを形成する仕切部材と、第１の発熱部品に設けられた第１のヒートシンクと、第２の発熱部品に設けられ、筐体内の空間に流入する冷却風の流れ方向に直交する方向の幅が第１のヒートシンクの幅よりも大きい第２のヒートシンクと、筐体内の空間に流入する冷却風を分岐させて、第１の流量の冷却風を第１の発熱部品が配置される空間へ案内し、且つ第１の流量よりも大きい第２の流量の冷却風を第２の発熱部品が配置される空間へ案内する分岐部材と、を有する。【選択図】図３

Description

本発明は、伝送装置に関する。

従来、ブレード型のサーバ装置等の伝送装置では、筐体内の空間に動作時に発熱する複数の電子部品が配置されている。各電子部品から発せられる熱は、各電子部品の動作異常を引き起こす要因となる。このため、伝送装置では、筐体内の空間に冷却風を流入させることによって、発熱体である複数の電子部品を冷却することが行われている。また、伝送装置では、冷却風による放熱を促進するためのヒートシンクを各電子部品に設けることが行われている。

国際公開第２０１０／０６４２９９号 特開２０１３−７４２１９号公報 特開２０１６−１５７２３７号公報

ところで、伝送装置では、各電子部品の大容量化に伴って、各電子部品の発熱量が増加する傾向にある。各電子部品の発熱量が増加するほど、各電子部品に設けられるヒートシンクが大型化する。特に、相対的に発熱量が大きい電子部品（以下、「高発熱部品」と呼ぶ）に設けられるヒートシンクが大型化すると、ヒートシンクが高発熱部品の周辺に位置する他の電子部品に干渉してしまう虞がある。このため、高発熱部品に設けられるヒートシンクの大型化には限界がある。そこで、発熱体である複数の電子部品を冷却風により効率的に冷却することが期待されている。

開示の技術は、上記に鑑みてなされたものであって、冷却風による冷却効率を向上することができる伝送装置を提供することを目的とする。

本願の開示する伝送装置は、一つの態様において、筐体と、前記筐体内の空間を上下に区画して、第１の発熱部品が配置される空間と前記第１の発熱部品よりも発熱量が大きい第２の発熱部品が配置される空間とを形成する仕切部材と、前記第１の発熱部品に設けられた第１のヒートシンクと、前記第２の発熱部品に設けられ、前記筐体内の空間に流入する冷却風の流れ方向に直交する方向の幅が前記第１のヒートシンクの幅よりも大きい第２のヒートシンクと、前記筐体内の空間に流入する冷却風を分岐させて、第１の流量の冷却風を前記第１の発熱部品が配置される空間へ案内し、且つ前記第１の流量よりも大きい第２の流量の冷却風を前記第２の発熱部品が配置される空間へ案内する分岐部材と、を有する。

本願の開示する伝送装置の一つの態様によれば、冷却風による冷却効率を向上することができるという効果を奏する。

図１は、実施例１に係る伝送装置の外観を示す斜視図である。 図２は、実施例１に係る伝送装置の内部構成を示す斜視図である。 図３は、実施例１に係る伝送装置の内部構成を示す側断面図である。 図４は、分岐部材の斜視図である。 図５は、第２のヒートシンクの幅と、電子部品の温度との関係の一例を示すシミュレーション結果である。 図６は、第２のヒートシンクの幅の一例を示す図である。 図７は、第２のヒートシンクの幅の一例を示す図である。 図８は、評価例において測定された電子部品の温度分布の一例を示すシミュレーション結果である。 図９は、比較例において測定された電子部品の温度分布の一例を示すシミュレーション結果である。 図１０は、実施例２に係る伝送装置の内部構成を示す側断面図である。 図１１は、整流部材の斜視図である。

以下に、本願の開示する伝送装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例により開示技術が限定されるものではない。

［伝送装置の構成］
図１は、実施例１に係る伝送装置１の外観を示す斜視図である。図１に示す伝送装置１は、例えば、図示しないラックに着脱自在に取り付けられるブレード型のサーバ装置等である。伝送装置１は、筐体１０を有する。筐体１０は、底板、底板に対向する天板、互いに対向する一対の側壁、前面及び背面を有する箱体である。以下では、筐体１０の底板及び天板は、ｘｙ平面に平行であり、筐体１０の一対の側壁は、ｙｚ平面に平行であり、筐体１０の前面及び背面は、ｘｚ平面に平行であるものとする。また、ｘ方向を筐体１０の幅方向と呼び、ｙ方向を筐体１０の奥行方向と呼び、ｚ方向を筐体１０の高さ方向と呼ぶ。また、ｚ軸の矢印が指す方向を上方向と呼び、ｚ軸の矢印が指す方向とは反対の方向を下方向と呼ぶ。また、ｙ軸の矢印が指す方向を後側と呼び、ｙ軸の矢印が指す方向とは反対の方向を前側と呼ぶ。また、筐体１０の前側の面を筐体１０の前面とし、筐体１０の後側の面を筐体１０の背面とする。

図１に示すように、筐体１０の前面には、後述するプラグインユニット（ＰＩＵ：Plug-In Unit）２０を差し込むための複数のスロット１０ａが形成されている。図１に示す例では、４つのスロット１０ａが形成されている。また、筐体１０の前面には、伝送装置１を図示しないラックに固定するための固定部材１１が設けられている。

図２は、実施例１に係る伝送装置１の内部構成を示す斜視図である。図３は、実施例１に係る伝送装置１の内部構成を示す側断面図である。なお、図２では、筐体１０の天板が省略されている。また、図２では、ＰＩＵ２０等の幾つかの部品が省略されている。

図２及び図３に示すように、筐体１０の前面側（つまり、スロット１０ａ）には、ＰＩＵ２０が差し込まれ、筐体１０の背面側には、ファンユニット３０が設けられている。ＰＩＵ２０は、基板２１と、基板２１上に設けられ光信号を送受信する光モジュール２２と、基板２１上に設けられＰＩＵ２０と伝送装置１とを電気的に接続するためのコネクタ２３とをＰＩＵ２０の筐体内に有する。また、ＰＩＵ２０の筐体の前面及び後面には、複数の通気孔２４が形成されている。

ファンユニット３０は、１つ又は複数のファン３０ａを有する。図２の例では、３つのファン３０ａが示されている。ファンユニット３０は、筐体１０の前面から筐体１０の背面へ向かう方向に、ＰＩＵ２０の通気孔２４を通過する冷却風を発生させる。

ＰＩＵ２０とファンユニット３０との間には、空間が形成されている。以下では、ＰＩＵ２０とファンユニット３０との間に形成される空間を「筐体１０内の空間」と適宜呼ぶものとする。ＰＩＵ２０の通気孔２４を通過した冷却風は、筐体１０内の空間に流入する。筐体１０内の空間の少なくとも一部は、仕切部材４０により下部空間５１と上部空間５２とに区画されている。仕切部材４０は、筐体１０の底板の上方に支柱４１ａで支持された基板４１と、基板４１の上方に支柱４２ａで支持された基板４２とを有する。基板４１と基板４２とは、例えばコネクタにより電気的に接続されている。

下部空間５１には、電子部品６１が配置され、上部空間５２には、電子部品６２が配置されている。下部空間５１には、複数の電子部品６１が配置されてもよく、上部空間５２には、複数の電子部品６２が配置されてもよい。電子部品６１は、仕切部材４０の基板４１の下面にハンダにより固定され、電子部品６２は、仕切部材４０の基板４２の上面にハンダにより固定されている。電子部品６１及び電子部品６２は、動作時に発熱する。電子部品６２は、電子部品６１よりも発熱量が大きい。電子部品６１は、「第１の発熱部品」の一例に相当し、電子部品６２は、「第２の発熱部品」の一例に相当する。

電子部品６１及び電子部品６２は、筐体１０の高さ方向から見た場合に、筐体１０の中央領域に配置されている。筐体１０の中央領域とは、筐体１０の前面に沿う線分とファンユニット３０の前面に沿う線分を上底及び下底とする台形が占有する領域である。

電子部品６１には、電子部品６１の放熱を促進するための第１のヒートシンク７１が設けられ、電子部品６２には、電子部品６２の放熱を促進するための第２のヒートシンク７２が設けられている。第２のヒートシンク７２は、電子部品６２に固定されるベース板７２１と、ベース板７２１の電子部品６２とは反対側の面から立ち上がるフィン７２２とを有する。ベース板７２１及びフィン７２２は、同一の材料、例えば、アルミニウム等により形成されている。ベース板７２１は、フィン７２２の材料よりも熱伝導率が高い材料、例えば、銅等により形成されてもよい。また、ベース板７２１は、チャンバ内の液体の蒸発を利用して熱伝達を行うベーパチャンバ（Vapor Chamber）であってもよい。

また、第２のヒートシンク７２の、筐体１０内の空間に流入する冷却風の流れ方向に直交する方向（つまり、筐体１０の幅方向）の幅は、第１のヒートシンク７１の幅よりも大きい。ここで、電子部品６２は、電子部品６１よりも発熱量が大きいため、電子部品６２に設けられた第２のヒートシンク７２は大型化する傾向にある。例えば、第２のヒートシンク７２の幅は大型化する傾向にある。電子部品６２の周辺に電子部品６１等の他の電子部品が位置する場合、第２のヒートシンク７２が大型化すると、第２のヒートシンク７２が他の電子部品に干渉してしまう虞がある。この点、本実施例では、電子部品６１が下部空間５１に配置され、電子部品６２が上部空間５２に配置されているため、電子部品６２の周辺に電子部品６１等の他の電子部品が位置していない。したがって、第２のヒートシンク７２の、筐体１０内の空間に流入する冷却風の流れ方向に直交する方向（つまり、筐体１０の幅方向）の幅が第１のヒートシンク７１の幅よりも大きい場合であっても、第２のヒートシンク７２の他の電子部品への干渉が回避される。

ＰＩＵ２０と仕切部材４０との間には、分岐部材８０が設けられている。分岐部材８０は、ＰＩＵ２０の通気孔２４を通過して筐体１０内の空間に流入する冷却風を分岐させる。すなわち、分岐部材８０は、筐体１０内の空間に流入する冷却風を分岐させて、流量Ｑ１の冷却風を電子部品６１が配置される下部空間５１へ案内し、且つ流量Ｑ１よりも大きい流量Ｑ２の冷却風を電子部品６２が配置される上部空間５２へ案内する。これにより、分岐部材８０は、相対的に発熱量が大きい電子部品６２に設けられた第２のヒートシンク７２に対して冷却風を集約することができるので、第２のヒートシンク７２に電子部品６２からの放熱を効率的に行わせることができる。その結果として、伝送装置１において、冷却風による冷却効率を向上させることができる。

図４は、分岐部材８０の斜視図である。図３及び図４に示すように、分岐部材８０は、本体部８１と、延伸部８２とを有する。

本体部８１は、筐体１０の底板から筐体１０の天板に到達しない長さで立ち上がるように設けられている。本体部８１は、略Ｕ字形状を有している。すなわち、本体部８１は、筐体１０の底板に固定される２つの脚部を有し、２つの脚部の間には切欠き８１１が形成されている。切欠き８１１は、筐体１０内の空間に流入する冷却風が分岐されて得られる流量Ｑ１の冷却風を電子部品６１が配置される下部空間５１へ通過させる。また、本体部８１の中央部には、ＰＩＵ２０と伝送装置１とを電気的に接続するためのコネクタ８３が固定される固定孔８１２が形成されている。コネクタ８３は、図示しないケーブルを介して仕切部材４０の基板４２に接続されている。そして、コネクタ８３とＰＩＵ２０のコネクタ２３とが接続されることにより、ＰＩＵ２０が、基板４２にプリントされた回路と電気的に接続される。

延伸部８２は、本体部８１から第２のヒートシンク７２のフィン７２２へ向けて延伸するように設けられている。例えば、延伸部８２は、本体部８１から第２のヒートシンク７２のフィン７２２へ向けて延伸し、第２のヒートシンク７２のベース板７２１に接している。そして、延伸部８２は、筐体１０内の空間に流入する冷却風が分岐されて得られる流量Ｑ２（＞Ｑ１）の冷却風をフィン７２２へ案内する。これにより、分岐部材８０は、第２のヒートシンク７２の伝熱面積を拡張させるフィン７２２に対して冷却風を集約することができるので、第２のヒートシンク７２に電子部品６２からの放熱を効率的に行わせることができる。その結果として、伝送装置１において、冷却風による冷却効率をより向上させることができる。

［第２のヒートシンク７２の幅と、電子部品６２の温度との関係］
ところで、伝送装置１では、第２のヒートシンク７２の、筐体１０内の空間に流入する冷却風の流れ方向に直交する方向（つまり、筐体１０の幅方向）の幅は、第２のヒートシンク７２の伝熱面積を拡張する観点から、できるだけ大きいことが好ましい。そのため、第２のヒートシンク７２の幅は、ファンユニット３０の幅よりも大きいことが好ましい。また、第２のヒートシンク７２の幅は、筐体１０内の空間を挟んで対向する筐体１０の一対の側壁間の幅と一致することがより好ましい。また、上部空間５２に複数の電子部品６２が配置される場合、各電子部品６２に設けられた第２のヒートシンク７２の幅の合計が筐体１０内の空間を挟んで対向する筐体１０の一対の側壁間の幅と一致することが好ましい。

図５は、第２のヒートシンク７２の幅と、電子部品６２の温度との関係の一例を示すシミュレーション結果である。図５において、横軸は、第２のヒートシンク７２の、筐体１０内の空間に流入する冷却風の流れ方向に直交する方向（つまり、筐体１０の幅方向）の幅［％］を示し、縦軸は、電子部品６２の温度［℃］を示している。図５には、第２のヒートシンク７２のベース板７２１の種別ごとに、第２のヒートシンク７２の幅に対する電子部品６２の温度の変化が示されている。第２のヒートシンク７２の幅は、ファンユニット３０の幅に対する比率により示されている。図６及び図７は、第２のヒートシンク７２の幅の一例を示す図である。第２のヒートシンク７２の幅が１００％である場合、図６に示すように、第２のヒートシンク７２の幅とファンユニット３０の幅とが一致するものとする。また、第２のヒートシンク７２の幅が１７５％である場合、図７に示すように、第２のヒートシンク７２の幅と、筐体１０内の空間を挟んで対向する筐体１０の一対の側壁間の幅とが一致するものとする。

図５に示すように、第２のヒートシンク７２のベース板７２１の種別に関わらず、第２のヒートシンク７２の幅が大きくなるほど、電子部品６２の温度が低くなる。特に、第２のヒートシンク７２の幅が１００％よりも大きい場合、すなわち、第２のヒートシンク７２の幅がファンユニット３０の幅よりも大きい場合、電子部品６２の温度が予め定められた許容温度（例えば、１２５℃）よりも低くなる。また、第２のヒートシンク７２の幅が１７５％である場合、すなわち、第２のヒートシンク７２の幅が筐体１０内の空間を挟んで対向する筐体１０の一対の側壁間の幅と一致する場合、電子部品６２の温度が最小となる。

［評価シミュレーション］
次に、冷却風による冷却効率を評価するために行った評価シミュレーションについて説明する。評価例では、本実施例の伝送装置１に冷却風を適用した場合の電子部品６２の温度をシミュレーションした。伝送装置１では、上述した通り、筐体１０内の空間が仕切部材４０により下部空間５１と上部空間５２に区画され、冷却風が分岐部材８０により分岐されて流量Ｑ１の冷却風が下部空間５１に流量Ｑ２（＞Ｑ１）の冷却風が上部空間５２に案内される。また、伝送装置１では、上部空間５２に２つの電子部品６２が配置され、各電子部品６２に設けられた第２のヒートシンク７２の幅の合計は、筐体１０内の空間を挟んで対向する筐体１０の一対の側壁間の幅と一致している。

これに対して、比較例では、他の伝送装置に冷却風を適用した場合の電子部品６２の温度をシミュレーションした。他の伝送装置では、筐体１０内の空間が１つの空間であり、冷却風が分岐されない。また、他の伝送装置では、筐体１０内の空間に２つの電子部品６２が配置され、各電子部品６２に設けられたヒートシンクの幅の合計が筐体１０内の空間を挟んで対向する筐体１０の一対の側壁間の幅よりも十分に小さい。

図８は、評価例において測定された電子部品６２の温度分布の一例を示すシミュレーション結果である。図９は、比較例において測定された電子部品６２の温度分布の一例を示すシミュレーション結果である。図８及び図９に示すように、筐体１０内の空間が１つの空間である他の伝送装置と比較して、筐体１０内の空間が下部空間５１と上部空間５２とに区画された伝送装置１では、電子部品６２の温度が約３０度低くなった。すなわち、筐体１０内の空間を上下に区画し、冷却風を分岐して、相対的に流量が大きい冷却風を相対的に発熱量が大きい電子部品６２が配置された上部空間５２へ案内することにより、冷却風の冷却効率を向上させることができることが確認された。

以上のように、本実施例に係る伝送装置１は、筐体１０と、仕切部材４０と、第１のヒートシンク７１と、第２のヒートシンク７２と、分岐部材８０とを有する。仕切部材４０は、筐体１０内の空間を上下に区画して、電子部品６１が配置される下部空間５１と電子部品６１よりも発熱量が大きい電子部品６２が配置される上部空間５２とを形成する。第１のヒートシンク７１は、電子部品６１に設けられる。第２のヒートシンク７２は、電子部品６２に設けられ、筐体１０内の空間に流入する冷却風の流れ方向に直交する方向の幅が第１のヒートシンク７１の幅よりも大きい。分岐部材８０は、筐体１０内の空間に流入する冷却風を分岐させて、流量Ｑ１の冷却風を電子部品６１が配置される下部空間５１へ案内し、且つ流量Ｑ１よりも大きい流量Ｑ２の冷却風を電子部品６２が配置される空間へ案内する。

この伝送装置１の構成により、相対的に発熱量が大きい電子部品６２に設けられた第２のヒートシンク７２に対して分岐部材８０により冷却風を集約することができるので、第２のヒートシンク７２に電子部品６２からの放熱を効率的に行わせることができる。その結果として、冷却風による冷却効率を向上させることができる。また、電子部品６２の周辺に他の電子部品を位置させることなく第２のヒートシンク７２の幅を拡張して第２のヒートシンク７２の伝熱面積を拡張することができるので、冷却風による冷却効率をより向上させることができる。

実施例２の伝送装置１は、ＰＩＵ２０の通気孔２４を通過して筐体１０内の空間に流入する冷却風を整流する整流部材を有する点が実施例１の伝送装置１とは異なる。

図１０は、実施例２に係る伝送装置１の内部構成を示す側断面図である。

図１０に示すように、ＰＩＵ２０には、整流部材９０が着脱自在に設けられている。整流部材９０は、ＰＩＵ２０の通気孔２４を通過して筐体１０内の空間に流入する冷却風を整流する。

図１１は、整流部材９０の斜視図である。整流部材９０は、ベース部９１と、本体部９２と、第１の延伸部９３と、第２の延伸部９４とを有する。ベース部９１は、筐体１０の底板に接している。本体部９２は、ベース部９１から筐体１０の高さ方向に立ち上がるように設けられている。本体部９２の中央部には、ＰＩＵ２０のコネクタ２３が嵌合される嵌合孔９２１が形成されている。また、本体部９２において嵌合孔９２１を囲む領域には、ＰＩＵ２０の通気孔２４を通過した冷却風を筐体１０内の空間へ通過させる開口９２２が形成されている。

第１の延伸部９３は、本体部９２から分岐部材８０の切欠き８１１へ向けて延伸するように設けられている。第１の延伸部９３は、ＰＩＵ２０の通気孔２４を通過し開口９２２を通過し筐体１０内の空間へ流入し且つ分岐部材８０の切欠き８１１へ向かう冷却風を整流する。

第２の延伸部９４は、本体部９２から分岐部材８０の延伸部８２へ向けて延伸するように設けられている。第２の延伸部９４は、ＰＩＵ２０の通気孔２４を通過し筐体１０内の空間へ流入し且つ分岐部材８０の延伸部８２へ向かう冷却風を整流する。

以上のように、本実施例に係る伝送装置１は、整流部材９０を有する。整流部材９０は、ＰＩＵ２０に着脱自在に設けられ、ＰＩＵ２０の通気孔２４を通過して筐体１０内の空間に流入する冷却風を整流する。

この伝送装置１の構成により、整流された冷却風が筐体１０内の空間に流入するので、冷却風による冷却効率をより向上させることができる。

なお、第１の延伸部９３は、本体部９２に対して可動自在に設けられても良い。第１の延伸部９３が本体部９２に対して可動することにより、分岐部材８０の切欠き８１１へ向かう冷却風の流量と、分岐部材８０の延伸部８２へ向かう冷却風の流量とが適宜調整されることとなる。これにより、分岐部材８０は、相対的に発熱量が大きい電子部品６２に設けられた第２のヒートシンク７２に対して冷却風を効率的に集約することができる。

１ 伝送装置
１０ 筐体
２０ ＰＩＵ
２４ 通気孔
３０ ファンユニット
４０ 仕切部材
５１ 下部空間
５２ 上部空間
６１、６２ 電子部品
７１ 第１のヒートシンク
７２ 第２のヒートシンク
８０ 分岐部材
８１ 本体部
８２ 延伸部
９０ 整流部材
７２１ ベース板
７２２ フィン
８１１ 切欠き

Claims (8)

1. 筐体と、
   前記筐体内の空間を上下に区画して、第１の発熱部品が配置される空間と前記第１の発熱部品よりも発熱量が大きい第２の発熱部品が配置される空間とを形成する仕切部材と、
   前記第１の発熱部品に設けられた第１のヒートシンクと、
   前記第２の発熱部品に設けられ、前記筐体内の空間に流入する冷却風の流れ方向に直交する方向の幅が前記第１のヒートシンクの幅よりも大きい第２のヒートシンクと、
   前記筐体内の空間に流入する冷却風を分岐させて、第１の流量の冷却風を前記第１の発熱部品が配置される空間へ案内し、且つ前記第１の流量よりも大きい第２の流量の冷却風を前記第２の発熱部品が配置される空間へ案内する分岐部材と、
   を有することを特徴とする伝送装置。
2. 前記筐体の前面側に差し込まれ、通気孔が形成されたプラグインユニットと、
   前記筐体の背面側に設けられ、前記プラグインユニットの通気孔を通過する冷却風を発生させるファンユニットと、
   をさらに有し、
   前記筐体内の空間は、前記プラグインユニットと前記ファンユニットとの間に形成され、
   前記分岐部材は、前記プラグインユニットの通気孔を通過して前記筐体内の空間に流入する冷却風を分岐させることを特徴とする請求項１に記載の伝送装置。
3. 前記第２のヒートシンクの、前記筐体内の空間に流入する冷却風の流れ方向に直交する方向の幅は、前記ファンユニットの幅よりも大きいことを特徴とする請求項２に記載の伝送装置。
4. 前記第２のヒートシンクの、前記筐体内の空間に流入する冷却風の流れ方向に直交する方向の幅は、前記筐体内の空間を挟んで対向する前記筐体の一対の側壁間の幅と一致することを特徴とする請求項２又は３に記載の伝送装置。
5. 前記第２のヒートシンクは、
   前記第２の発熱部品に固定されるベース板と、
   前記ベース板の前記第２の発熱部品とは反対側の面から立ち上がるフィンと、
   を有し、
   前記分岐部材は、
   前記筐体の底板から前記筐体の天板に到達しない長さで立ち上がり、前記第１の流量の冷却風を前記第１の発熱部品が配置される空間へ通過させる切欠きを有する本体部と、
   前記本体部から前記フィンへ向けて延伸し、前記第２の流量の冷却風を前記フィンへ案内する延伸部と、
   を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の伝送装置。
6. 前記ベース板は、前記フィンの材料よりも熱伝導率が高い材料により形成されることを特徴とする請求項５に記載の伝送装置。
7. 前記ベース板は、チャンバ内の液体の蒸発を利用して熱伝達を行うベーパチャンバであることを特徴とする請求項５に記載の伝送装置。
8. 前記プラグインユニットに着脱自在に設けられ、前記プラグインユニットの通気孔を通過して前記筐体内の空間に流入する冷却風を整流する整流部材をさらに有することを特徴とする請求項２〜４のいずれか一つに記載の伝送装置。

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