JP5897402B2 - 電子機器筐体構造 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、電子機器筐体構造に関する。

電子機器を収納する電子機器筺体は、耐環境対策（温度、湿度、振動、衝撃等）が収納品保護の面から必要である。特にＣＯＴＳ品は、動作温度範囲が狭いものが多く、さらに屋外で運用する機器は要求される温度範囲も広い。このようなＣＯＴＳ品などを収納する場合には温度対策が重要になる。

そこで筺体に市販の盤用クーラー等の冷却ユニットを付加して、筺体の内部温度を、収納する電子機器の動作温度内に制御し、電子機器が外気温の影響を受けずに運用できるようにしている。

特開平３−１９２７９９号公報

最近は電子機器筺体の小型軽量化の要望が強くなっている。しかしながら、従来の市販の盤用クーラー等の冷却ユニットは、熱交換器の形状寸法が大きいため、小型軽量化が困難である。また従来の冷却ユニットでは、ユニット内に熱交換用ファンも熱交換器とセットで設計製造されているので、冷却ユニット全体の形状寸法が大きくなっている。そのため、電子機器筺体のように内部スペースに多様な要求のある器材を収容する場合には電子機器筺体の限られた内部スペースに対して形状の融通性が小さく、電子機器筺体の限られた内部スペースに大型の冷却ユニットを装着することが難しい。

本実施形態は上記事情に着目し、電子機器筺体の小型軽量化の要望に応えることができる電子機器筐体構造を提供することにある。

実施形態によれば、ペルチェモジュールの片面側に放熱用ヒートシンク、他の片面側に吸熱用ヒートシンクがそれぞれ配設された冷却ユニットによって電子機器筺体の壁面パネルを形成する。前記吸熱用ヒートシンクが前記電子機器筺体の内部に配置され、前記放熱用ヒートシンクが前記電子機器筺体の外部に配置されている。前記電子機器筺体は、前記電子機器筺体の内部に吸熱用の空気の対流を発生させる対流発生手段と、前記電子機器筺体の外部に放熱用の送風を通風させるファンとを１つのファンで共用している。

第１の実施の形態の電子機器筐体の全体の概略構成を示す斜視図。 第１の実施の形態の電子機器筐体の内部構成を示す縦断面図。 第２の実施の形態の電子機器筐体の内部構成を示す縦断面図。 第３の実施の形態の電子機器筐体の内部構成を示す縦断面図。 第４の実施の形態の電子機器筐体の内部構成を示す縦断面図。 図５のＶＩ−ＶＩ線断面図。 第４の実施の形態の電子機器筐体のヒートシンクの変形例を示す要部の斜視図。 第５の実施の形態の電子機器筐体の平面図。 図８のＩＸ−ＩＸ線断面図。 第５の実施の形態の電子機器筐体の正面図。

［第１の実施の形態］
（構成）
図１および図２は、第１の実施の形態を示す。図１は、第１の実施の形態の電子機器筐体１の全体の概略構成を示す斜視図、図２は電子機器筐体１の内部構成を示す縦断面図である。図２に示すように本実施の形態の電子機器筐体１は、冷却対象である発熱体となる電子機器２を収納する箱型の筐体本体３の天井部３ａの壁面パネル４を薄型の冷却ユニット５によって形成したものである。

本実施の形態の冷却ユニット５は、平面上に複数のペルチェモジュール６が並設されたペルチェモジュール群７の片面側（図２中で上面側）に放熱用ヒートシンク９、他の片面側（図２中で下面側）に吸熱用ヒートシンク１０がそれぞれ配設されている。ここで、吸熱用ヒートシンク１０が電子機器筺体１の内部に配置され、放熱用ヒートシンク９が電子機器筺体１の外部に配置されている。なお、ペルチェモジュール群７に配置されるペルチェモジュール６の数は、電子機器筐体１の内部に組み込まれる冷却対象の電子機器２による発熱量に合わせて調整可能である。そして、ペルチェモジュール６の数に応じて冷却ユニット５の面積や、配置場所を調整する構成にしてもよい。

ここで、電子機器筺体１は、例えば複数のフィン構成体が並設されたフィンが壁面パネル４に一体成形されたフィン付きパネルによって放熱用ヒートシンク９が形成されている。なお、放熱用ヒートシンク９がフィン付きパネルで形成されている構成に代えて吸熱用ヒートシンク１０がフィン付きパネルによって形成されている構成にしてもよい。

また、電子機器筺体１の外部には、放熱用ヒートシンク９を覆う状態で外部カバー１１が装着されている。この外部カバー１１と電子機器筺体１との間には、放熱用ヒートシンク９に熱交換風を通風する外部ダクト１２が形成されている。さらに、電子機器筺体１の筐体本体３の一側部３ｂには外部ダクト１２の吸い込み口１２ａ、他側部３ｃには外部ダクト１２の排気口１２ｂがそれぞれ形成されている。外部ダクト１２の排気口１２ｂには複数、本実施の形態では３つの外部ファン１３が装着されている。これらの外部ファン１３の駆動により、図１、２中に矢印で示すように吸い込み口１２ａから吸い込んだ外気が外部ダクト１２の内部を放熱用ヒートシンク９に沿って流れ、排気口１２ｂから外部に排気される通風路が形成される。このとき、放熱用ヒートシンク９の放熱用のフィンを構成する複数のフィン構成体間に放熱用の送風が通風される。

電子機器筺体１の内部には、吸熱用ヒートシンク１０の一端側に内部ダクト１４が配設されている。この内部ダクト１４は、外部ダクト１２の吸い込み口１２ａ側と対応する位置に配置されている。内部ダクト１４の上端部は、吸熱用ヒートシンク１０の一端部に連結されている。内部ダクト１４の下端部には内部ファン１５が配設されている。そして、内部ファン１５の駆動により、図２中に矢印で示すように吸熱用ヒートシンク１０側から吸い込んだ電子機器筺体１の内部の空気が内部ダクト１４を通り、内部ファン１５から電子機器筺体１の下部に送風される通風路が形成される。

また、電子機器筺体１の底部には、内部ファン１５の下方位置に第１の風向案内板１６が配設され、この第１の風向案内板１６と反対側の端部に第２の風向案内板１７が配設されている。そして、内部ファン１５から下向きに送風される空気の流れは、第１の風向案内板１６によって電子機器筺体１の底面に沿って第２の風向案内板１７側に向けて流れる方向に案内されたのち、第２の風向案内板１７によって上向きに流れる方向に案内されるようになっている。これにより、電子機器筺体１の内部には、図２中に矢印で示すように吸熱用ヒートシンク１０に熱交換風を通風する熱交換風を対流させる通風路が形成される。本実施の形態では、上記内部ダクト１４、内部ファン１５、第１の風向案内板１６および第２の風向案内板１７によって電子機器筺体１の内部に空気の対流を発生させる対流発生手段が形成されている。

（作用）
次に、上記構成の作用について説明する。本実施の形態の電子機器筐体１の使用時には、電子機器筺体１の外部の外部ファン１３と、電子機器筺体１の内部の内部ファン１５とが駆動される。そして、内部ファン１５の駆動により、図２中に矢印で示すように吸熱用ヒートシンク１０側から吸い込んだ電子機器筺体１の内部の空気が内部ダクト１４を通り、内部ファン１５から電子機器筺体１の下部に送風され、続いて第１の風向案内板１６によって電子機器筺体１の底面に沿って第２の風向案内板１７側に向けて流れたのち、第２の風向案内板１７によって上向きに流れる。これにより、電子機器筺体１の内部に空気の対流が発生するので、電子機器２の熱はこの電子機器筺体１の内部空気の対流により、吸熱用ヒートシンク１０側に伝熱される。

このとき、外部ファン１３の駆動により、図１、２中に矢印で示すように吸い込み口１２ａから吸い込んだ外気が外部ダクト１２の内部を放熱用ヒートシンク９に沿って流れ、排気口１２ｂから外部に排気される。これにより、外部ダクト１２内の外部空気の流れにより、放熱用ヒートシンク９から外部に放熱される。

そして、吸熱用ヒートシンク１０側から吸熱した熱がペルチェモジュール群７を介して放熱用ヒートシンク９側に伝熱されて放熱されることで、電子機器筺体１の内部の電子機器２が冷却される。これにより、筺体１の内部温度を、収納する電子機器２の動作温度内に制御し、電子機器２が外気温の影響を受けずに運用できる。

（効果）
そこで、上記構成のものにあっては次の効果を奏する。すなわち、本実施の形態の電子機器筺体１では、薄型の冷却ユニット５を壁面パネル４に配置することで、薄型の冷却ユニット５を筺体１の壁面パネル４と兼用することができる。これにより、温度調整用の冷却ユニット５が薄型で、温度調整機能を備え、運用スペースを取らない、実装性の優れた電子機器筺体１が得られる。そのため、例えばＣＯＴＳ品等のような動作温度範囲の狭い電子機器２であっても、筺体１内に収納し、温度制御することで、幅広い環境温度で運用することが可能になる。また、冷却ユニット５を電子機器筺体１の壁面パネル４と共用可能なので、低コスト化を図ることができる。

さらに、ペルチェモジュール群７に配置されるペルチェモジュール６の数は、電子機器筐体１の内部に組み込まれる冷却対象の電子機器２による発熱量に合わせて調整可能である。そして、ペルチェモジュール６の数に応じて冷却ユニット５の面積や、配置場所を調整する構成にしてもよい。これにより、冷却能力の拡張性が容易になり、対応範囲が広がる。そのため、必要な分だけ制約のない電子機器筐体１の箇所へ冷却ユニット５を配置することで、運用スペースを考慮した最適な電子機器筺体１を提供することができる。なお、ペルチェモジュール６の枚数が増えても効率の高い領域で使えば、省電力で実現可能となる。

また、本実施の形態の薄型の冷却ユニット５は壁面パネル４の表面積分までは容易に拡張することが可能であり、冷却能力の拡張が容易である。

さらに、薄型冷却ユニット５にペルチェモジュール６を使用しているので、ペルチェモジュール６を電気的に制御することで冷却と暖房の両方を兼ね備えた電子機器筺体１とすることができる。

さらに、本実施の形態の薄型の冷却ユニット５は現状の電子機器筺体１の壁面パネル４の断熱パネルのスペースに設置可能なので、適用しやすい効果がある。

［第２の実施の形態］
（構成）
図３は、第２の実施の形態を示す。本実施の形態は、第１の実施の形態（図１および図２参照）の電子機器筐体１の構成を次の通り変更した変形例である。なお、図３中で、図１および図２と同一部分には同一の符号を付してその説明を省略する。

すなわち、本実施の形態の電子機器筐体２１は、電子機器筐体２１の内部に配設された冷却対象である発熱体となる電子機器２に予め組み込まれている内蔵ファン２２から吹き出される吹出し風を利用して電子機器筺体２１の内部に空気の対流を発生させる構成にしている。ここで、電子機器２の内蔵ファン２２からの吹出し口２３には、内部ダクト２４の一端が連結されている。この内部ダクト２４の他端は、吸熱用ヒートシンク１０の一端部に連結されている。

（作用）
次に、上記構成の作用について説明する。本実施の形態の電子機器筐体２１の使用時には、電子機器筺体２１の外部の外部ファン１３が駆動される。この外部ファン１３の駆動により、図３中に矢印で示すように吸い込み口１２ａから吸い込んだ外気が外部ダクト１２の内部を放熱用ヒートシンク９に沿って流れ、排気口１２ｂから外部に排気される。これにより、外部ダクト１２内の外部空気の流れにより、放熱用ヒートシンク９から外部に放熱される。

また、電子機器筐体２１の内部では、図３中に矢印で示すように電子機器２に予め組み込まれている内蔵ファン２２から吹き出される吹出し風が内部ダクト２４を通して吸熱用ヒートシンク１０に流れる。これにより、電子機器筺体２１の内部に空気の対流が発生するので、電子機器２の熱はこの電子機器筺体２１の内部空気の対流により、吸熱用ヒートシンク１０側に伝熱される。

そして、吸熱用ヒートシンク１０側から吸熱した熱がペルチェモジュール群７を介して放熱用ヒートシンク９側に伝熱されて放熱されることで、電子機器筺体２１の内部の電子機器２が冷却される。これにより、筺体２１の内部温度を、収納する電子機器２の動作温度内に制御し、電子機器２が外気温の影響を受けずに運用できる。

（効果）
そこで、本実施の形態では、電子機器２に予め組み込まれている内蔵ファン２２から吹き出される吹出し風を電子機器筺体２１の内部空気の対流に利用することができるので、電子機器筺体２１の内部ファンを省略することができる。そのため、第１実施形態の効果に加え、電子機器筺体２１の内部構成を一層、簡素化することができる。

［第３の実施の形態］
（構成）
図４は、第３の実施の形態を示す。本実施の形態は第１の実施の形態（図１および図２参照）の電子機器筐体１の変形例である。なお、図４中で、図１および図２と同一部分には同一の符号を付してその説明を省略する。

本実施の形態の電子機器筐体３１は、冷却ユニット５の吸熱用ヒートシンク１０の構成を次の通り変更したものである。すなわち、本実施の形態の吸熱用ヒートシンク１０は、複数のフィン構成体３２が並設されたフィン３３がペルチェモジュール群７の片面側（図４中で下面側）に配置された平面状のベースプレート３４に突設されている。フィン３３は、各フィン構成体３２の高さを電子機器筺体１の一端（図４中で右端）側を他端（図４中で左端）側に比べて高くなる状態に傾斜させたものである。そして、このフィン３３の各フィン構成体３２の形状により、吸熱用ヒートシンク１０のフィン３３の吸熱により電子機器筺体３１の内部に図４中に矢印で示すように空気の自然対流を発生させる対流発生手段３５が形成される。

（作用）
次に、上記構成の作用について説明する。本実施の形態の電子機器筐体３１の使用時には、電子機器筺体３１の外部の外部ファン１３が駆動される。この外部ファン１３の駆動により、図４中に矢印で示すように吸い込み口１２ａから吸い込んだ外気が外部ダクト１２の内部を放熱用ヒートシンク９に沿って流れ、排気口１２ｂから外部に排気される。これにより、外部ダクト１２内の外部空気の流れにより、放熱用ヒートシンク９から外部に放熱される。

また、電子機器筐体２１の内部では、図４中に矢印で示すように電子機器２の熱により加熱された高温の空気が対流効果で上方へ流れ、吸熱用ヒートシンク１０のフィン３３との熱交換（吸熱）により冷却された空気が下方へ移動する。このとき、フィン３３の各フィン構成体３２の高さを電子機器筺体１の一端（図４中で右端）側を他端（図４中で左端）側に比べて高くなる状態に傾斜させた傾斜形状により、電子機器筺体３１の内部に図４中に矢印で示すように空気の自然対流が発生される。

そして、吸熱用ヒートシンク１０側から吸熱した熱がペルチェモジュール群７を介して放熱用ヒートシンク９側に伝熱されて放熱されることで、電子機器筺体３１の内部の電子機器２が冷却される。

（効果）
そこで、本実施の形態では電子機器筐体３１の内部で発生される空気の自然対流によって電子機器筺体３１の内部の電子機器２を冷却させることができる。そのため、電子機器筺体３１の内部ファンを省略することができるので、第１実施形態の効果に加え、電子機器筺体２１の内部構成を一層、簡素化することができる。

［第４の実施の形態］
（構成）
図５および図６は、第４の実施の形態を示す。本実施の形態は第１の実施の形態（図１および図２参照）の電子機器筐体１の変形例である。なお、図５および図６中で、図１および図２と同一部分には同一の符号を付してその説明を省略する。

すなわち、本実施の形態の電子機器筐体４１は、吸熱用ヒートシンク１０の下面側に複数のブレード４２を並設させた整流板４３を設けたものである。整流板４３の各ブレード４２は、鉛直方向に対して斜めに傾斜させた状態で平行に並設されている。そして、この整流板４３により、吸熱用ヒートシンク１０の吸熱により電子機器筺体４１の内部に図５中に矢印で示すように空気の自然対流を発生させる対流発生手段４４が形成される。

（作用）
次に、上記構成の作用について説明する。本実施の形態の電子機器筐体４１の使用時には、電子機器筺体４１の外部の外部ファン１３が駆動される。この外部ファン１３の駆動により、図５中に矢印で示すように吸い込み口１２ａから吸い込んだ外気が外部ダクト１２の内部を放熱用ヒートシンク９に沿って流れ、排気口１２ｂから外部に排気される。これにより、外部ダクト１２内の外部空気の流れにより、放熱用ヒートシンク９から外部に放熱される。

また、電子機器筐体４１の内部では、図５中に矢印で示すように電子機器２の熱により加熱された高温の空気が対流効果で上方へ流れる。このとき、上方へ流れる空気が整流板４３の各ブレード４２間を流れることで、図５中に矢印で示すように各ブレード４２の傾斜方向に沿って流れる整流が発生する。これにより、吸熱用ヒートシンク１０のフィン３３との熱交換（吸熱）により冷却された空気が電子機器筺体１の一端（図５中で左端）側から下方へ移動する。このとき、電子機器筺体４１の内部に図５中に矢印で示すように空気の自然対流が発生される。

そして、吸熱用ヒートシンク１０側から吸熱した熱がペルチェモジュール群７を介して放熱用ヒートシンク９側に伝熱されて放熱されることで、電子機器筺体４１の内部の電子機器２が冷却される。

（効果）
そこで、上記構成のものにあっては電子機器筐体４１の内部で発生される空気の自然対流によって電子機器筺体４１の内部の電子機器２を冷却させることができる。そのため、本実施の形態でも電子機器筺体４１の内部ファンを省略することができるので、第１実施形態の効果に加え、電子機器筺体４１の内部構成を一層、簡素化することができる。

なお、本実施の形態の吸熱用ヒートシンク１０は図７に示す変形例のように吸熱用ヒートシンク１０の下面側に複数のブレード４２を並設させた整流板４３を一体成形した構成にしてもよい。

［第５の実施の形態］
（構成）
図８乃至図１０は、第５の実施の形態を示す。本実施の形態は、第１の実施の形態（図１および図２参照）の電子機器筐体１の変形例である。なお、図８乃至図１０中で、図１および図２と同一部分には同一の符号を付してその説明を省略する。

すなわち、本実施の形態の電子機器筐体５１は、第１の実施の形態の冷却ユニット５の外部ファン１３と内部ファン１５とを兼ねる共通のファン５２を設けたものである。ここで、ファン５２は、図８および図９に示すように冷却ユニット５の一端部に配置されている。このファンケース５３の下側は、電子機器筺体５１の内部空間に連通されている。また、ファンケース５３の上側は、外部カバー１１と電子機器筺体５１との間の外部ダクト１２に連通されている。

このファン５２の排気口側のファンケース５３には、電子機器筺体５１の内部空間との連通部と、外部ダクト１２との連通部との仕切り壁に図１０に示すように一端側が他端側よりも高い傾斜面からなる整流板５４が形成されている。ここで、ファンケース５３の仕切り壁の整流板５４の傾斜面は、ファン５２の回転方向と、排気の流れ方向とによって傾斜方向が決定される。これにより、外部ダクト１２を流れる外気の風路と、電子機器筺体５１の内部空間を流れる空気の風路とが混ざりにくいようにして電子機器筺体５１の内外の空気の混入を防止する空気混入防止手段５５が形成されている。

（作用）
次に、上記構成の作用について説明する。本実施の形態の電子機器筐体５１の使用時には、電子機器筺体５１のファン５２が駆動される。このファン５２の駆動により、図９中に矢印で示すように吸い込み口１２ａから吸い込んだ外気が外部ダクト１２の内部を放熱用ヒートシンク９に沿って流れ、排気口１２ｂから外部に排気される。これにより、外部ダクト１２内の外部空気の流れにより、放熱用ヒートシンク９から外部に放熱される。

また、電子機器筐体５１の内部では、ファン５２の駆動により、図９中に矢印で示すように空気の対流が発生する。このとき、電子機器２の熱により加熱された高温の空気が対流効果で上方へ流れ、吸熱用ヒートシンク１０側に伝熱される。そして、吸熱用ヒートシンク１０のフィン３３との熱交換（吸熱）により冷却された空気がファン５２から吹き出されて電子機器２に吹き付けられ、電子機器２を冷却する。

そして、吸熱用ヒートシンク１０側から吸熱した熱がペルチェモジュール群７を介して放熱用ヒートシンク９側に伝熱されて放熱されることで、電子機器筺体５１の内部の電子機器２が冷却される。

（効果）
そこで、上記構成のものにあっては電子機器筐体５１の内部と外部ダクト１２の内部とを共通のファン５２でそれぞれ送風させることができる。そのため、第１実施形態の効果に加え、電子機器筺体５１の内部構成を一層、簡素化することができる。

これらの実施形態によれば、電子機器筺体の小型軽量化の要望に応えることができる電子機器筐体構造を提供することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…電子機器筺体、４…壁面パネル、５…冷却ユニット、６…ペルチェモジュール、９…放熱用ヒートシンク、１０…吸熱用ヒートシンク。

Claims (3)

1. ペルチェモジュールの片面側に放熱用ヒートシンク、他の片面側に吸熱用ヒートシンクがそれぞれ配設された冷却ユニットによって電子機器筺体の壁面パネルを形成し、
   前記吸熱用ヒートシンクが前記電子機器筺体の内部に配置され、前記放熱用ヒートシンクが前記電子機器筺体の外部に配置され、
   前記電子機器筺体は、前記電子機器筺体の内部に吸熱用の空気の対流を発生させる対流発生手段と、前記電子機器筺体の外部に放熱用の送風を通風させるファンとを１つのファンで共用した
   ことを特徴とする電子機器筐体構造。
2. 前記電子機器筺体は、前記ファンの排気部に前記電子機器筺体の内外の空気の混入を防止する空気混入防止手段を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の電子機器筐体構造。
3. 前記空気混入防止手段は、前記ファンの排気部に前記ファンの回転方向と前記ファンの排気の流れ方向とによって傾斜の方向を設定した整流板を配置したものである
   ことを特徴とする請求項２に記載の電子機器筐体構造。

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