JP5296595B2 - 熱管理用の装置および熱管理方法 - Google Patents

Description

本発明はコンピュータ・システムの熱管理に関し、特にコンピュータ筐体における空気の動きに関する。

個々のコンポーネントごとに物理的な支持および空気循環を提供するように筐体の内側にコンピュータ・システムが一般に設けられている。典型的な筐体はマザーボード、１個以上のデータ・ストレージ装置、電源および１個以上の筐体ファンを含む。マザーボードそれ自体は、例えばプロセッサ、メモリ、基本入出力システム（ＢＩＯＳ）および相互接続回路といった任意の数の標準の熱発生コンポーネントを含み得る。しかしマザーボードは更に、コンピュータ・システムを拡張することのできる能力や容量を許容するＰＣＩ（ペリフェラル・コンポーネント・インターフェース）コネクタなど、１個以上の拡張スロットを含み得る。

ハイパワー（高電力）拡張カードがマザーボード上に取付けられるとき、筐体ファンはその拡張カードの動作により引き起こされる局所の発熱量を処理するには十分でないかもしれない。従って、高性能のビデオ・カードなどの拡張カードは、その拡張カードを動作させるのに必要な専用の冷却量を提供するためにヒートシンクおよびファン（まとめて「アクティブ・ヒートシンク」と称する）を含むことがある。これらのアクティブなヒートシンクの幾つかはその筐体ファンと同じ方向に空気流を方向付けする。

しかし、拡張カードが筐体ファンの方向と反対向きに直接的な空気流を方向付けることもあり得る。例えば、前部に装着されたビデオ・カードはその筐体の前端にある空気の取入れ口を通じて冷気を引き込んでもよいし、またその空気の取入れ口の直ぐ近くの筐体の前端にある排気口を通じて熱気を排気してもよい。
本発明の目的は、拡張カードの空気取入れ口に拡張カードの排気口からの加熱された空気が再循環するのを実質的に防止する装置であって、空気取入れ口および排気口がともに筐体の前端にある装置を提供することにある。

本発明の一実施例は、拡張カードの空気取入れ口に拡張カードの排気口からの加熱された空気が再循環するのを実質的に防止する装置であって、空気取入れ口および排気口がともに筐体の前端にある装置を提供する。前記装置は、前端から後端まで筐体を通り抜ける第１の方向に空気を移動させるように方向付けされた少なくとも１個の筐体ファンを含む前記筐体と、前記筐体の内部に配設され、前記筐体の前記前端の近傍に拡張スロットを有するマザーボードと、前記拡張スロットに連結するエッジ・コネクタおよび前記筐体の前記前端に固着された装着用ブラケットを有する拡張カードとを含む。前記拡張カードは、また前記前端の空気取入れ口を介して冷気を移動させ、熱を取るために拡張カードの一部を横切るよう冷却空気を移動させ、前記の熱を取ることで加熱された空気を前記前端の排気口に方向付けるように構成されたカード・ファンを含む。更に、前記装置は前記排気口と直接連結するように固着された第１の端部を有するエアダクトを含む。そして前記エアダクトは前記加熱された空気を前記筐体の前記後端に向かって前記少なくとも１個の筐体ファンと連結するように開く前記エアダクトの第２の端部に向きを変える。また前記エアダクトは前記排気口から前記空気取入れ口に前記加熱された空気が再循環するのを実質的に防止し、前記加熱された空気が前記少なくとも１個の筐体ファンを介して排出されるようにする。

本発明の他の実施例は、筐体の前端から冷気を引き込み、かつ前記筐体の前記前端から熱気を排出させて、前記筐体中の拡張カードを冷却するためにカード・ファンを作動するステップと、前記拡張カードからの前記熱気が前記拡張カード中に再循環するのを防止するステップと、前記熱気を前記筐体の別個の通路の中に向きを変えるステップと、筐体ファンを作動して前記熱気を前記筐体の後端に移動させるステップとを含む方法を提供する。

本発明の一実施例は、拡張カードの空気取入れ口に拡張カードの排気口からの加熱された空気が再循環するのを実質的に防止する装置であって、空気取入れ口および排気口がともに筐体の前端にある装置を提供する。前記装置は、前端から後端まで筐体を通り抜ける第１の方向に空気を移動させるように方向付けされた少なくとも１個の筐体ファンを含む前記筐体と、前記筐体の内部に配設され、前記筐体の前記前端の近傍に拡張スロットを有するマザーボードと、前記拡張スロットに連結するエッジ・コネクタおよび前記筐体の前記前端に固着された装着用ブラケットを有する拡張カードとを含む。前記拡張カードは、また前記前端の空気取入れ口を介して冷気を移動させ、熱を取るために拡張カードの一部を横切るよう冷却空気を移動させ、かつ前記の熱を取ることで加熱された空気を前記前端の排気口に方向付けするように構成されたカード・ファンを含む。更に、前記装置は前記排気口と直接連結するように固着された第１の端部を有するエアダクトを含む。そして前記エアダクトは前記加熱された空気を前記筐体の前記後端に向かって前記少なくとも１個の筐体ファンと連結するように開く前記エアダクトの第２の端部に向きを変える。また前記エアダクトは前記排気口から前記空気取入れ口に前記加熱された空気が再循環するのを実質的に防止し、前記加熱された空気が前記少なくとも１個の筐体ファンを介して排出されるようにする。好適な実施例では、前記拡張スロットがＰＣＩ拡張スロットであり、かつ前記拡張カードがＰＣＩカードである。

他の実施例では、前記拡張カードへの空気取入れ口、前記拡張カードからの排気口、またはその両方が、前記拡張カードを前記筐体に固着する前記装着用ブラケットに形成される。そのような実施例のうちの限定しない実施例として、前記空気取入れ口が前記筐体の前記前端に形成され、かつ前記排気口が前記装着用ブラケットに形成される。前記筐体ファンもしくはファン・アセンブリが前記筐体を介して前方から後方へと第１の方向に空気を方向付けするが、そのような排気口は前記第１の方向とほぼ反対の第２の方向に前記加熱された空気を方向付けする。

更に他の実施例では、前記エアダクトが側方の（ラテラル）ダクト・セグメントおよび長手方向の（longitudinal）ダクト・セグメントを含む。好適な長手方向のダクト・セグメントは前記筐体の内側に形成された通路である。そして好適な側方のダクト・セグメントは、前記排気口からの前記加熱された空気を前記長手方向のダクト・セグメントに方向付けするように前記筐体の前記前端に選択的に取付け可能である。前記拡張カードへの前記空気取入れ口が前記拡張カードからの前記排気口に直接隣接してもよいが、前記側方のダクト・セグメントは、前記空気取入れ口の中に引き込まれている冷気と熱い排気が混合するのを防止する。前記長手方向のダクト・セグメントは前記側方のダクト・セグメントからの熱い空気を受取り、前記熱い空気を前記筐体の中に方向付けし、前記筐体ファン・アセンブリの動作により前記筐体の背後から外へ移動させる。前記マザーボードおよび前記拡張カードを固着するコンピュータ・モジュールに隣接するように前記長手方向のダクト・セグメントが拡張モジュールに形成され、かつ前記拡張モジュールおよび前記コンピュータ・モジュールの両方が前記筐体の内部に受容される。好適には、前記拡張カードを前記マザーボードに対しほぼ平行な向きに位置づけるよう前記拡張カードと前記拡張スロットとの間にライザーカードを介在させてもよい。

本発明の他の実施例は、筐体の前端から冷気を引き込み、かつ前記筐体の前記前端から加熱された空気すなわち熱気を排出するようにして、前記筐体中の拡張カードを冷却するためにカード・ファンを作動するステップと、前記拡張カードからの前記熱気が前記拡張カード中に再循環するのを防止するステップと、前記熱気を前記筐体の別個の通路の中に向きを変えるステップと、前記筐体ファンを作動して前記熱気を前記筐体の後端に移動させるステップとを含む方法を提供する。好適には、前記拡張カードが、マザーボード上で拡張スロットが受容するエッジ・コネクタを有する。また、前記熱気を前記筐体の中に向きを変えるステップが、前記筐体の前記前端に側方のダクト・セグメントを選択的に固着することを含むのが望ましい。

図１は、コンピュータの筐体１０をその前面に装着された拡張カード２０とともに図式的に示す側面図である。拡張カード２０は、筐体１０の前端１２にある空気取入れ口１６を介して冷気を引き込み、筐体１０の前端１２にある排気口１８を介して熱気を排出するファン２４およびヒートシンク２２を備える。図示のとおり、冷気は拡張カード２０の下を通り、ファン２４に入り、ヒートシンク２２のフィンを抜けてから熱気となって排気口１８から放出される。本発明の種々の実施例は、空気取入れ口や排気口といった空気の出入り口が筐体の同じ端部にあっても、排気口１８からの熱気が空気取入れ口１６に再循環する（矢印１７参照）のを実質的に防止することができる。更に、本発明の種々の実施例は筐体ファン１３の動作の結果として、排気口１８からの熱気が他の取入れ口１５を介して筐体に入る冷気と混ざるのを避けることができる。拡張カードの中への熱気が直接再循環すること、ならびに熱気を冷気と混合させることの両方が、拡張カードもしくは筐体の夫々の内部を高温にすることにつながる。その高温が今度は所望の動作範囲内にコンポーネントの温度を維持しようとしてその拡張可能カードのファン、すなわちその筐体ファンがもっと高速で稼動するようにする。これは過度な量の電気を消費し、望ましくないレベルのノイズを生じる。最終的に、ファンがそのコンポーネントを十分冷却させることができないなら、サーマルトリップが発生して、システムを遮断してしまう。

図では強調されていないが、拡張カード２０がマザーボード１１上の拡張カード・コネクタに結合される。この実施例では、拡張カード２０がライザー・カード（図示せず）を用いてマザーボード１１に対して平行に向きを合わされる。このような構成が筐体もしくは筐体内部の個々のモジュールの全高を少なくするために望ましい場合がある。

図２は、マザーボード１１に結合された拡張カード２０と排気口１８から生じる熱気の再循環を防ぐためのエアダクト３０とを備えたコンピュータ筐体１０の図式的な側面図である。エアダクト３０は筐体１０の中に戻すように熱気の流れの向きを変え、筐体ファン１３を介して排気される筐体１０の背面１４に向かいその熱気の通り道をつける。従って、熱気の望ましくない再循環（図１の矢印１７）や望ましくない混合（図１の矢印１９）が実質的に防止される。このエアダクト３０は熱気のダクトであって、筐体を介して冷気を分配するのに使用されるような冷気のダクトでないことを理解されたい。

図２の実施例では、エアダクト３０が２個のセグメント（区分）から構成される。第１のエアダクト・セグメント３２は筐体の前端１２に固着され、排気口１８と連結するように置かれる。第１のエアダクト・セグメント３２は拡張カード２０の取付け後に筐体に選択的に固着できるのが好ましい。しかし、もし拡張カード２０がカード・ファンの付いていないローパワー・カードであって、筐体ファン１３により生じる空気流を意図して設計されているものならば、第１のエアダクト・セグメント３２は取付けられないだろう。エアダクト３０の第２のエアダクト・セグメント３４は、筐体ファン１３に向かって熱気を方向付けしながら、一方でその筐体の他のコンポーネントを冷却するのに使用されている冷却空気と混合するのを防ぐ、長手方向すなわち左右向きの通路を提供する。好適には第２のエアダクト・セグメント３４は、筐体の中に後方に向かい、加熱された空気すなわち熱気による影響を受けそうな任意のコンポーネントの下流の位置に向かって延びている。本発明がセグメント化されたエアダクトに限定されないが、取外し可能かつ選択的に固着できるエアダクト・セグメント３２が拡張カードの便利な取付けを提供し、ローパワー拡張カードとの互換性を提供する。

図３は、排気口１８からの熱気を専用の通路であるエアダクト・セグメント３４の中に向きを変えるためにエアダクト・セグメント３２を固着するよう適用された前端１２を有するコンピュータ筐体１０の斜視図である。図１ないし２の斜視図と整合性をとって、拡張カード２０は空気取入れ口１６を介して冷気を引き込み、排気口１８を介して熱気を放出する。第１のエアダクト・セグメント３２が筐体に固着されると、第1のエアダクト・セグメント３２は排気口１８を覆い側面にそって、熱気を第２のエアダクト・セグメント３４の方に向きを変え、これによって熱気が拡張カードの空気取入れ口１６に再循環するのを実質的に防止する。第２のエアダクト・セグメント３４への入り口は、ここでは有孔金属板３６によって覆われているように示されているが、筐体の前端１２付近に形成されている。第２のエアダクト・セグメント３４という通路が筐体を抜けて長手方向に方向付けされ、筐体１０を介して引き込まれている他の冷却空気と混合するのを防止する。熱気がカード・ファン（図示せず）の高い出口圧の下でエアダクト・セグメント３２、３４を通して流れても良いが、熱気の流れが低い入口圧により出口端３８付近の筐体ファン１３へ向けられてもよい。

図４は、エアダクト・セグメント３２の斜視図である。エアダクト・セグメント３２は、頂壁４０、底壁４２、側壁４４および端壁４６を有する。端壁４６は１対のネジ（ペグ）４８を有する。それらのネジは排気口１８を固着する実際の構造に従って、筐体１０もしくはその筐体中のモジュール内の係合孔５０（図３参照）の中に挿入されることができる。エアダクト・セグメント３２の開放端のところでは、有孔金属板３６中の係合用のスロット５４（図３参照）の中に選択的に挿入できるよう、頂壁４０、底壁４２、側壁４４からタブ（ツメ）５２が側方（横方向）に延びている。

図５は拡張カード２０の熱気の排気口１８を覆って固着されるエアダクト・セグメント３２を有する、コンピュータの筐体１０の斜視図である。前面の排気口１８と長手方向に延びるエアダクト・セグメント３４との間を連結するようにエアダクト・セグメント３２が固着されているので、エアダクト３０は熱気が空気取入れ口１６に再循環すること、ならびに熱気が他の取入れ口１５を介して筐体１０に入る冷気と混合することとを実質的に防止することができる。

図６は、有孔金属板３６（図３参照）に選択的に固着可能なエアダクト・キャップ６０の斜視図である。エアダクト・キャップ６０は、側方のエアダクト・セグメント３２の取付けと同様に有孔金属板３６中のスロット５４にそのキャップを固着するためにその周辺に３個のタブ６４が設けられた簡単な平板６２を含む。このエアダクト・キャップ６０は、その側方のエアダクト・セグメントが使用されていないときは常にその長手方向のエアダクト・セグメント３４への入り口のところで有孔金属板３６に固着されることが好ましい。エアダクト・キャップ６０の取付けにより、エアダクト・セグメント（通路に相当)３４が切り離され、筐体の前面からの冷気が、冷却すべきコンポーネントのないエアダクト・セグメント３４を通り抜けるのを防止する。このキャップはここを迂回するのを防止し、もっと多くの空気が他の開口を通して筐体に送られるのを強制し、筐体ファンがより良く使用されるようにする。拡張カードが取り付けられないとき、もしくはその取り付けられた拡張カードが筐体ファンと同じ方向の空気流となるように設計されているときは、（側方のエアダクト・セグメントではなく）このキャップが取付けられているのが好ましいことに留意されたい。

ここで使用される用語は特定の実施例を説明するためだけのものであり、本発明を限定する意図はない。ここでは、他に明確な断り書きがない限り、単数形で使用する用語は複数形も含む。更に「含む」という用語はこの明細書で使用されるとき、述べられた特長、整数、ステップ、動作、エレメント、コンポーネント、および／もしくはグループの存在を特定するが、１個以上の他の特徴、整数、ステップ、動作、エレメント、コンポーネント、および／もしくはそのグループの存在もしくは追加を除外しないことを理解されたい。「好適には」、「好まれる」「好ましい」「選択的に」「してもよい」、あるいはその類似の用語は、言及される事項、状態、ステップが、本発明の選択的な（必須でない）特徴を示すのに使用される。

本発明の記述は説明のためのものであり、発明を全て網羅したり、開示した形態の発明に限定したりする意図はない。本発明の範囲および趣旨から外れない範囲で多くの修正例および変形例が当業者には明らかであろう。ここでの実施例は本発明の原理を最も良く説明するために選択され記述されたものであり、他の当業者が本発明を種々の実施例について、また特定の使用目的に合うような種々の変形例について容易に理解できるようにしたものである。

筐体の前の方に熱気を排出する、前方に装着される拡張カードを設けたコンピュータ筐体の図式的な側面図である。 熱気の再循環を防ぐために前方に装着された拡張カードとエアダクトを設けたコンピュータ筐体の図式的な側面図である。 熱気の排出を専用チャネル中に向きを変えるエアダクト・セグメントを固着するように適用されたコンピュータ筐体の斜視図である。 エアダクト・セグメントの斜視図である。 拡張カードの熱気の排気口の上に固着されるエアダクト・セグメントを設けたコンピュータ筐体の斜視図である。 固着可能なエアダクト・キャップの斜視図である。

１０ 筐体
１１ マザーボード
１２ 前端
１３ 筐体ファン
１４ 背面
１５ 他の取入れ口
１６ 空気取入れ口
１８ 排気口
２０ 拡張カード
２２ ヒートシンク
２４ （カード）ファン
３２ （第１の）エアダクト・セグメント
３４ （第２の）エアダクト・セグメント
３６ 有孔金属板
３８ 出口端
４０ 頂壁
４２ 底壁
４４ 側壁
４６ 端壁
４８ ペグ（ネジ）
５０ 係合孔
５２ タブ
５４ 係合スロット
６０ エアダクト・キャップ
６２ 平板
６４ タブ

Claims (15)

1. 前端を通り抜けて筐体内へ、後端を通り抜けて前記筐体外へと第１の方向に空気を動かすように方向付けされた少なくとも１個の筐体ファンを含む前記筐体と、
   前記筐体の内部に配設され、前記筐体の前記前端の近傍に拡張スロットを有するマザーボードと、
   前記拡張スロットに連結するエッジ・コネクタ、前記筐体の前記前端に固着された装着用ブラケット、およびカード・ファンを有する拡張カードであって、前記カード・ファンは、空気取入れ口を介して冷気を移動させ、前記拡張カードの一部を横切るように前記冷気を移動させて熱を取り、かつ前記熱を取ることで加熱された空気を前記筐体の前記前端の排気口に移動させるように構成される、前記拡張カードと、
   前記排気口と直接連結するように固着された第１の端部と、前記少なくとも１個の筐体ファンに連通するように開口する第２の端部とを有し、前記筐体の中を前記筐体のコンポーネントの下流の位置に向かって延びるエアダクトであって、前記加熱された空気を、前記筐体の前記後端へ方向付けし、前記エアダクトの前記第２の端部に向かわせ、前記排気口から前記空気取入れ口に前記加熱された空気が再循環するのを防止し、前記加熱された空気が、前記第１の方向に流れる空気とともに前記少なくとも１個の筐体ファンを介して排出されるようにする、前記エアダクトと
   を含む装置。
2. 前記エアダクトは、側方のダクト・セグメントおよび長手方向のダクト・セグメントを含み、前記長手方向のダクト・セグメントは、前記筐体の内側に形成された通路であり、前記側方のダクト・セグメントは、前記排気口からの前記加熱された空気を前記長手方向のダクト・セグメントに向けるものであり、前記筐体の前記前端に選択的に取付け可能である、請求項１に記載の装置。
3. 前記拡張スロットがＰＣＩ拡張スロットであり、かつ前記拡張カードがＰＣＩカードである、請求項１または２に記載の装置。
4. 前記拡張カードを前記マザーボードに対し略平行な向きに位置づけるよう前記拡張カードと前記拡張スロットとの間に介在させたライザーカードを更に含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置。
5. 前記空気取入れ口および前記排気口が前記装着用ブラケットに形成される、請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置。
6. 前記空気取入れ口が前記筐体の前記前端に形成され、かつ前記排気口が前記装着用ブラケットに形成される、請求項１〜５のいずれか１項に記載の装置。
7. 前記排気口が前記加熱された空気を前記第１の方向と略反対の第２の方向に方向付けする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の装置。
8. 前記拡張カードへの前記空気取入れ口が前記拡張カードからの前記排気口に直接隣接する、請求項２に記載の装置。
9. 前記排気口が前記空気取入れ口の上方に位置づけられる、請求項８に記載の装置。
10. 前記マザーボードおよび前記拡張カードを固着するコンピュータ・モジュールに隣接するように前記長手方向のダクト・セグメントが拡張モジュールに形成され、かつ前記拡張モジュールおよび前記コンピュータ・モジュールの両方が前記筐体の内部に受容される、請求項２に記載の装置。
11. 取り付けられるべき側方のダクト・セグメントがない場合、空気取入れ口を覆って前記長手方向のダクト・セグメントに選択的に固着可能なキャップを更に含む、請求項２に記載の装置。
12. 前記空気取入れ口を覆って前記長手方向のダクト・セグメントに前記キャップを固着することにより、前記冷気が前記長手方向のダクト・セグメントを通るのを防止する、請求項１１に記載の装置。
13. 前端を通り抜けて筐体内へ、後端を通り抜けて前記筐体外へと第１の方向に空気を動かすように方向付けされた少なくとも１個の筐体ファンと、前記筐体の内部に配設されたマザーボードが有する前記筐体の前記前端の近傍の拡張スロットに連結するエッジ・コネクタ、前記筐体の前記前端に固着された装着用ブラケット、およびカード・ファンを有する拡張カードとを含む前記筐体の熱管理方法であって、
    前記カード・ファンを動作させて、前記筐体の前記前端の空気取入れ口から冷気を引き込み、かつ前記筐体の前記前端の排気口から熱気を排出するようにして前記筐体中の拡張カードを冷却するステップと、
    前記排気口と直接連結するように固着された第１の端部と、前記少なくとも１個の筐体ファンに連通するように開口する第２の端部とを有し、前記筐体の中を前記筐体のコンポーネントの下流の位置に向かって延びるエアダクトを介して、前記排気口から排出された前記加熱された空気を、前記筐体の前記後端へ方向付けし、前記エアダクトの前記第２の端部に向かわせるステップと、
    前記少なくとも１個の筐体ファンを動作させて、前記エアダクトを通過した前記加熱された空気を、前記第１の方向に流れる空気とともに前記筐体外へと排出するステップと
    を含む方法。
14. 前記拡張カードが、マザーボード上の拡張スロット内に受容されるエッジ・コネクタを有する、請求項１３に記載の方法。
15. 前記エアダクトを構成する側方のダクト・セグメントを選択的に前記筐体の前記前端に固着するステップを含む、請求項１３または１４に記載の方法。

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