JP2596682B2

JP2596682B2 - 電子機器冷却装置

Info

Publication number: JP2596682B2
Application number: JP4239561A
Authority: JP
Inventors: 松島　　均; 利広小松; 義広近藤; 敏夫畑田; 進岩井; 哲朗本間
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1992-09-08
Filing date: 1992-09-08
Publication date: 1997-04-02
Anticipated expiration: 2012-04-02
Also published as: JPH0690092A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電子機器の筐体内に搭載
される電子回路基板の冷却に好適な電子機器用冷却構造
に関し、特に、局所冷却に好適な改良された電子機器冷
却用噴流ダクト及びそれを用いた電子機器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の電子機器の冷却においては、例え
ば特開昭61-85899号公報などに見られる様に、発熱体で
ある電子回路基板を多数有する筐体内において、当該電
子部品群の前後方ないしは上下に冷却ファンを設置し、
該ファンにより筐体内の電子回路基板全体を一括して冷
却することが行われていた。

【０００３】また、例えば特開昭64-28896公報により知
られるように、発熱量の異なる素子が混在する場合に、
前述の冷却ファンによる共通空冷手段とは別に集中空冷
手段を用いることが考えられている。なお、このような
集中空冷手段においては、電子回路基板の上部に前記基
板のほぼ全域をカバーするようにダクトを設置し、ダク
トに設けた噴出口から空気を冷却したい半導体素子に直
接当てるのが一般的である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来技術による冷却装置では、特に前者の特開昭61-858
99号公報に見られる全体一括冷却方式によるものにおい
ては、冷却風のうち冷却に有効に作用しないものがあ
り、冷却の効率が悪いという課題があった。また、この
従来技術では、局所的に発熱量の大きな素子がある場合
においても、その冷却のためには筐体全体の風量を増加
させる必要があり、この場合、冷却風の流量が大変大き
なものとなり、これでは、冷却ファンやダクトでの騒音
が無視できなくなる問題があった。

【０００５】一方、上記後者の従来技術においては、そ
の集中空冷手段を実現するためのダクト及び風路が大き
くかつ複雑になるという欠点があり、複数の電子回路基
板を同時に集中冷却するという用途には適さなかった。

【０００６】そこで、本発明の目的は、上記の従来技術
における問題点に鑑みて、具体的には、簡易かつスペー
スをとらない構造により冷却効率が高く、かつ、局所的
に発熱量の大きな半導体素子を有する複数の電子回路基
板の集中冷却をも可能とする電子機器冷却用噴流ダクト
及びそれを用いた電子機器を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記に述べた目的を達成
するために、本発明によれば、まず、発熱体である半導
体素子を搭載した複数枚の電子回路基板を所定の間隔で
多重積層して配置し、これら複数枚積層配置された前記
電子回路基板に冷却空気流を供給する電子機器冷却用噴
流ダクトであって、内部に略偏平な立方空間を形成する
ダクト本体を形成する壁面の少なくとも１つの壁面に送
風ファンを取り付け、前記送風ファンが対向する他の壁
面には、複数のスリットを平行に形成した電子機器冷却
用噴流ダクトが提供されている。

【０００８】また、上記の電子機器冷却用噴流ダクトを
使用した電子機器として、筐体内に発熱体である半導体
素子を搭載した複数枚の電子回路基板を所定の間隔で多
重積層して配置し、これら複数枚の積層配置された前記
電子回路基板に冷却空気流を形成する冷却手段を当該電
子回路基板に隣接して配置し、もって、発熱体の冷却を
行う電子機器であって、前記冷却手段として電子機器冷
却用噴流ダクトを用いたものが提供されている。

【０００９】さらに、上記の本発明の目的を達成する他
の手段として、筐体内に発熱体である半導体素子を搭載
した複数枚の電子回路基板を所定の間隔で多重積層して
配置し、これら複数枚の積層配置された前記電子回路基
板の側端面に、その基板配列方向に平行な複数のスリッ
ト状の開口を形成した噴流ダクトを介して送風手段が配
置されている電子機器が提供されている。

【００１０】

【作用】すなわち、上記の本発明になる電子機器冷却用
噴流ダクト及びそれを用いた電子機器ダクトによれば、
冷却空気を発生する送風機の噴出口となるスリットを噴
流ダクト正面壁面に形成し、この噴流ダクトを、複数積
層して配置した電子回路基板の上方ではなく、その側方
に設置することにより、ダクトを大巾にコンパクト化す
ることができる。また、その噴出口の形状をスリット状
とすることにより電子回路基板間の流れをスムーズにす
ることができる。また、スリットの寸法を制御すること
により、冷却したい半導体素子に集中的に冷却すること
も可能となる。さらに、噴流ダクト内にリブを設けるこ
とにより、ダクト内の圧力分布の一様化を促進し、これ
によって、ダクトの容積を大きくすることなく、噴出流
の速度を一様化することが可能となる。

【０００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例について、添付の図面
を参照しながら詳細に説明する。まず、添付の図１に
は、本発明になる噴流ダクトを冷却装置とした電子装置
の側断面が示されており、図において、この電子装置
は、その両面に複数の電子回路素子を搭載したボード
（回路基板）５、５…を平行に多重積層（本実施例では
４層に積層）した構造を採用している。なお、このボー
ド５の表面上に搭載される電子回路素子の一例が、図１
の装置をＭ−Ｍ面から見た図２に示されており、例えば
このボード５上には、複数のメモリ６や、これらメモリ
に取り囲まれるように冷却フィン８を備えた中央演算装
置（ＣＰＵ）７等が配列されて搭載されている。また、
図１の側断面から明らかとなるように、これらボード５
には、その表面側だけではなく、裏面側にも電子回路素
子が複数配列されている。

【００１２】これら多重積層されたボード５、５…の側
面（図では右側）には、本発明になる噴流ダクト１が配
置されている。この噴流ダクト１は、図にも明らかなよ
うに、比較的平坦な立方形状をしたダクト本体の側面
に、いわゆる軸流ファン３を取り付け、その取付側とは
反対側（図の左側）の側壁面には複数の長方形状のスリ
ット２、２…２’を形成してなる。また、図中の符号４
は、この噴流ダクト１の内部に設けられたリブを示して
いる。

【００１３】次に、図３により、上記本発明になる噴流
ダクト１の詳細な構造を説明する。図３の（ａ）は、噴
流ダクト１のスリット２、２…２’の形状等を示す正面
図であり、図３の（ｂ）はそのＡ−Ａ断面を示す。これ
らの図から明らかなように、噴流ダクト１の正面の壁面
には、特に本実施例では５つのスリット２、２…２’が
等間隔で設けられている。また、中央のスリット２’の
上下両側の位置には、ダクトの内壁側に突出して、２枚
のリブ４、４が、スリット２’からの距離が等しくなる
ような位置に設けられている。さらに、噴流ダクト１の
スリット２、２…２’が設けられているのとは反対側の
側壁面には、軸流ファン３が、その中心が中央のスリッ
ト２’の中心と一致する様に設置されている。

【００１４】ここで、本発明の原理の理解のため、上記
の軸流ファン３による風速分布について説明する。ま
ず、添付の図４には、ダクトの出口に何も工夫しない場
合の、風の出口における風速分布を、横方向に５点、縦
方向に３点、総計１５点において測定し、その測定結果
をその位置に対応して記述したものである。この図に示
すように、ダクトの出口に何等の工夫もしない場合に
は、その風速分布には場所に対応して大きなばらつきが
生じている。なお、この図に示す測定結果は、大きさ８
０ｍｍ角、厚さ２５ｍｍの軸流ファンを、大きさ１３０
ｍｍ×８５ｍｍのボードに装着し、定格電圧である１２
Ｖにて駆動し、空気を開放大気中に排出させた場合の風
速分布である。

【００１５】これに対し、本発明によれば、噴流ダクト
１における各スリット２、２’の働き及びリブ４の働き
によって、ダクトの厚さＬを大きくすることなく、その
出口における流速分布を一様に均一化することが出来
る。このことを示したのが、添付の図５である。すなわ
ち、図５の（ａ）は、図３に示した噴流ダクト１を用い
た場合の各スリット２、２…２’の出口での流速分布
状態を示している。この場合に用いた軸流ファン３は、
図４の測定結果で用いたものと同一のものを用い、やは
り定格電圧１２Ｖにて回転させた。なお、この噴流ダク
ト１の寸法は、内のり寸法で厚さ２５ｍｍ、縦１３０ｍ
ｍ、横８５ｍｍである。また、スリット２は、巾５ｍ
ｍ、長さ６５ｍｍである。さらに、リブ４については、
高さ８ｍｍである。なお、これらの各部の寸法は一例に
過ぎず、本発明はこれらの寸法に限られることはない。
例えば、スリット２の巾について、これを５ｍｍから７
ｍｍに変更しても図示とほぼ同様の速度分布を得ること
ができる。また、リブ４の高さについても、これを５ｍ
ｍあるいは１０ｍｍにしても同様である。

【００１６】すなわち、本発明の噴流ダクト１によれ
ば、その冷却空気流の流速分布は、噴流ダクトを設けて
いない軸流ファン３だけの流速分布（図４を参照）に比
べ、その一様性が大巾に改善されていることが明かであ
る。なお、このようなスリットを形成した噴流ダクトの
構成では、その両端の２つのスリット２、２を塞いだ場
合にも、図５の（ｂ）に示すように、やはり、均一で良
好な出口流速分布が得られている。

【００１７】図６及び図７は、上記図３の実施例に比
べ、そのスリット２の数を減らし、その分、ダクト長さ
Ｗを短くした構成を示すものであり、かかる場合におけ
るスリット出口での流速分布の状態が図８の（ａ）及び
（ｂ）に示されている。なお、具体的には、図６におい
て、Ｗ＝１１０ｍｍであり、図７におけるＷ＝８９ｍｍ
になっている。その他は、図６及び図７の場合とも同一
の寸法仕様である。本発明によれば、このようなスリッ
ト２を変形した噴流ダクトの場合にも、図８の（ａ）及
び（ｂ）に示すように、ほぼ一様な出口流速分布を得る
ことが出来る。

【００１８】ここで、再び図１及び図２に戻り、上記に
説明したスリット出口での冷却空気流の流速分布が均一
な本発明になる噴流ダクト１を採用した電子装置につい
て、特に、複数のボード５、５…を複数積層した構造に
おける冷却効果について説明する。まず、ボード５を側
面から見た図１から明らかなように、噴流ダクト１の正
面側壁面に形成された複数のスリット２、２…２’は、
各ボード５、５…の間に配置されており、また、図２に
示すように、スリット２、２…２’は、その巾及び配置
が、冷却の必要なメモリ６及びＣＰＵ７をほぼカバーす
る様な巾及び位置に設定されており、これにより、冷却
が必要なところのみに冷却空気流を集中させることが可
能になる。

【００１９】なお、この場合、素子の発熱量は、例えば
メモリ６が各０．５Ｗ、ＣＰＵ７が２０Ｗ程度であり、
ボード全体としては３０Ｗ以上になっているが、上記の
様な噴流ダクト１のスリット２、２…２’を適宜調整し
て冷却空気流を適切に強発熱体であるＣＰＵ７に集中さ
せることにより十分な冷却効果を得ることが出来る。な
お、ボード５の両面にメモリ６やＣＰＵ７が実装されて
いる場合には、噴出ダクト１の各スリット２の間にボー
ド５が来るように設置するのが良く、一方、ボード５の
片面にのみメモリ６やＣＰＵ７が実装される場合には、
各ボード５の実装面上方にスリット２が来るように設置
するのが良い。

【００２０】また、本発明の噴出ダクト１の構造によれ
ば、軸流ファン３によって発生される冷却空気流はスリ
ット２により絞られて加速されるため、少ない流量でも
高い伝熱性能を得ることができる。このため、上記図１
や図２に示す実施例においては、ボード間の全域にわた
り冷却風を流す従来の冷却方式に比べて約1/4〜1/5の流
量で同等以上の冷却性能を得ることが可能である。な
お、本実施例では、噴流ダクト１は、積層された複数の
ボード５、５…の側方に設けるだけで良く、ダクトを引
き回す必要もないため、ダクトをボードの上方に設ける
従来方法と比べても、その実装方法が著しく簡単とな
り、ボードの配置も従来の冷却風が基板全域を流れる平
行流方式とは何ら変わらないという実用上の利点があ
る。

【００２１】図９は、本発明の他の実施例になる噴流ダ
クトの構造が示されている。本実施例の噴流ダクトにお
いては、ダクト１の内壁側にリブ４、４が設けられてい
ない。また、図には示していないが、図９に示したダク
ト１の壁面に形成された複数のスリットのうち、その外
側両端のスリット２、２を形成しない変形例も可能であ
る。このように内壁面にリブ４、４がない場合の流速分
布は、その変形例をも含め、添付の図１０に示すように
なる。この図の流速分布状態から明かなように、軸流フ
ァン３の中心軸上にあるスリット２’における流速値が
若干低下するものの、それ以外の部分では、ほぼ一様な
流速が得られている。なお、この図１０の流速分布が得
られた図９の噴流ダクトの寸法は、リブ４、４がない以
外は、上記図５で述べたものと同一である。すなわち、
この他の実施例においては、ダクト内にリブ４、４がな
いため、噴流ダクト１の構造が簡略化されるという利点
がある。

【００２２】図１１には、本発明のさらに他の実施例で
ある噴流ダクトが示されている。この実施例において
は、図からも明かなように、リブ４、４の長さが噴流ダ
クト１の長さよりも短くなっている。このような構成で
も、ほぼ一様な噴出口での速度分布を得ることができ
る。

【００２３】図１２には、本発明のさらに他の実施例が
示されており、この実施例では、リブ４、４の長手方向
の長さがスリット２’の長さと等しくなっており、か
つ、これらリブ４、４はそれぞれ両側に開いている。こ
の実施例におけるリブ４、４は、例えば噴流ダクト１の
本体を板金で作成する場合、スリット２、２…２’の打
ち抜きと同時に、その一部を折り曲げて形成することが
出来るため、その加工が容易となる利点を有している。

【００２４】以上に説明した実施例においては、噴流ダ
クト１の正面側壁面に複数形成したスリット２、２…
２’の大きさ及び間隔が一定の場合について示したが、
しかしながら、本発明はそのような構造に限られるもの
ではない。例えば、図１３には、冷却するボード５、５
…上の素子の配置により、形成するスリット２、２…
２’の長さをそれぞれ変化させ、あるいは、複数に分離
したものであり、また、図１４はボード５、５…間に発
熱量の違いがある場合に対応し、各ボードに対して冷却
空気流を形成するスリット２、２…の巾をそれぞれに変
化させて流量を制御するようにしたものである。図１５
は、スリット２の横方向の形状が、ＣＰＵの如き発熱量
の大きい部位用を２Ａの如く広くし、メモリの如き発熱
量の小さい部位用を２Ｂの如く狭くした実施例である。

【００２５】続いて、添付の図１６には、上記噴流ダク
ト１のダクト本体の変形例を示している。すなわち、図
１６の（ａ）には、噴流ダクト１の前後の壁面のうち、
軸流ファン３が取り付けられる後方壁面（図の右側の壁
面）の形状を漏斗状に形成し、その中央部のダクト厚さ
を大きくしたものであり、また、同図の（ｂ）には、上
記とは反対に、噴流ダクト１の前方壁面を前方に突出さ
せて中央部の厚さを大きくしたものである。なお、これ
らの実施例においては、噴流ダクト１の内部にはリブ４
は設けられておらず、正面側壁面に形成されるスリット
２、２…は３カ所となっている。しかしながら、噴流ダ
クト１の内部に、上記スリットの形成方向に平行にリブ
を設けること、さらには、スリット２、２…の形成数を
さらに増やすことも可能であり、その場合にも、冷却空
気流の一様な流量分布を得ることが可能なことは上記の
実施例と同様である。

【００２６】さらに、以上に述べた種々の実施例におい
ては、上記噴流ダクト１に冷却空気流を供給するファン
３としては、いわゆる軸流ファンを用いたものについて
のみ示したが、本発明はこれだけに限られることなく、
例えば図１７に例示したように、このファン３として
は、一般的に横流ファンと呼ばれるファン（いわゆる環
流ファン）を用いることも可能である。なお、この図１
７の実施例では、環流ファン３’のケーシングと噴流ダ
クト１のケーシングとは一体となっており、環流ファン
３’の空気吐出部にスリット２が設けられている。な
お、この環流ファン３’を使用した実施例では、上記の
軸流ファン３を使用したものに比較して、ダクト１の正
面に複数形成された各スリット２、２…の間での風量分
配の一様性がより良好になるという効果がある。

【００２７】

【発明の効果】以上、上述の本発明の詳細な説明からも
明らかなように、本発明の電子機器冷却用噴流ダクト及
びそれを用いた電子機器によれば、ほぼ一様な速度分布
の冷却空気の噴流をスリット状に、冷却の必要な電子回
路基板の発熱量等に対応しながら適宜制御することが可
能となることから、比較的少ない流量でも良好な冷却効
率を得ることが出来、冷却装置をコンパクトに実現する
ことが可能となり、そのため、従来の電子機器の筐体構
成をほとんど変えることなしに、簡易かつ省スペースを
実現し、かつ、発熱量の大きい半導体素子を搭載した電
子回路基板の集中冷却も可能となるという極めて優れた
効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例になる電子機器冷却用噴流ダ
クトを用いた電子機器の構造を示す側断面図である。

【図２】上記電子機器冷却用噴流ダクトを用いた電子機
器の構造を示すＭ−Ｍ断面図である。

【図３】上記電子機器に用いられる電子機器冷却用噴流
ダクトの内部構造を示すための正面及び断面図である。

【図４】本発明の動作原理を比較により説明するため、
スリットを形成しないダクト出口の種々の位置における
風速分布の実測定値を示す図である。

【図５】本発明の噴流ダクトにおける空気流の均一化を
説明するため、各スリット位置における風速分布の実測
定値を示す図である。

【図６】上記図３に示した本発明の電子機器冷却用噴流
ダクトの変形例を示す正面及び断面図である。

【図７】上記図３に示した本発明の電子機器冷却用噴流
ダクトの他の変形例を示す正面及び断面図である。

【図８】上記図６及び図７に示した電子機器冷却用噴流
ダクトの変形例において、その各スリット位置における
風速分布の実測定値を示す図である。

【図９】本発明の他の実施例になる電子機器冷却用噴流
ダクトの詳細内部構造を示す正面及び断面図である。

【図１０】上記本発明の他の実施例及びその変形例にお
ける各スリット位置での風速分布の実測定値を示す図で
ある。

【図１１】本発明のさらに他の実施例になる電子機器冷
却用噴流ダクトの詳細内部構造を示す正面及び断面図で
ある。

【図１２】更に、本発明の他の実施例になる電子機器冷
却用噴流ダクトの詳細内部構造を示す正面及び断面図で
ある。

【図１３】本発明の電子機器冷却用噴流ダクトにおける
スリット長を変化させた変形例の構造を示す正面及び断
面図である。

【図１４】本発明の電子機器冷却用噴流ダクトにおける
スリット巾を変化させた変形例の構造を示す正面及び断
面図である。

【図１５】本発明の電子機器冷却用噴流ダクトにおける
スリットの形状を変化させた変形例の構造を示す正面図
である。

【図１６】本発明の電子機器冷却用噴流ダクトにおける
ダクト本体の変形例を示す断面図である。

【図１７】本発明の電子機器冷却用噴流ダクトにおいて
環流ファンを使用した他の実施例を示す斜視図である。

【符号の説明】

１ダクト２スリット３ファン４リブ５ボード６メモリ７ＣＰＵ８フィン９モータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者畑田敏夫茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内 (72)発明者岩井進神奈川県秦野市堀山下１番地株式会社日立製作所神奈川工場内 (72)発明者本間哲朗神奈川県秦野市堀山下１番地株式会社日立製作所神奈川工場内 (56)参考文献実開平３−81696（ＪＰ，Ｕ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】発熱体である半導体素子を構成した複数
枚の電子回路基板を積層配置した電子機器を冷却する電
子機器冷却装置において、該積層配置した電子回路基板に冷却空気流を供給する冷
却用噴流ダクトと、該ダクトに冷却空気流を送り込む送風源と、より成ると共に、上記ダクトは、電子回路基板に面した
側面に複数のスリットを持ち、且つこの側面内側には、
送風源方向にその一部が立設したリブを設けたことを特
徴とする電子機器冷却装置。
【請求項２】発熱体である半導体素子を構成した複数
枚の電子回路基板を積層配置した電子機器を冷却する電
子機器冷却装置において、該積層配置した電子回路基板に冷却空気流を供給する冷
却用噴流ダクトと、該ダクトに冷却空気流を送り込む送風源と、より成ると共に、上記ダクトは、電子回路基板に面した
側面に複数のスリットを持ち、且つ上記送風源の中心軸
に対応するスリットの内側位置の両側に、送風源方向に
その一部が立設したリブを設けたことを特徴とする電子
機器冷却装置。