JP7372542B2

JP7372542B2 - ダクト装置

Info

Publication number: JP7372542B2
Application number: JP2020030718A
Authority: JP
Inventors: 高久吉住; 泰久金丸; 速水阿部; 聡松尾; 和範大森
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2020-02-26
Filing date: 2020-02-26
Publication date: 2023-11-01
Anticipated expiration: 2040-02-26
Also published as: JP2021136314A

Description

本発明は、ダクト装置に関する。

従来、水冷ユニットを備えた電子装置において、漏水や結露による水滴を受けるための受皿を備えた構成が知られている。（例えば、特許文献１、２参照）。

実開昭６２－１４７０４号公報特開昭６２－２０４５９８号公報

ところで、複数段に積層された電子装置を冷却する仕組みとして、各層間に傾斜板を配置することがある。傾斜板は、吸気側から排気側に向かって登り傾斜を形成している。傾斜板は、吸気側から導入された空気を直上に配置された電子装置に向かって流す。また、傾斜板は、直下に配置された電子装置を冷却した後の暖かい空気が直上に配置された電子装置側へ流れないようにして、直下に配置された電子装置の熱を直上に配置された電子装置へ伝えないようにする。傾斜板の吸気側から取り込まれる空気は、電子装置の冷却に寄与するため、吸気側からはできるだけ多くの空気が取り込まれることが望ましい。

このような傾斜板は、水冷ユニットを備えた電子装置とともに採用され、水冷ユニットを循環する冷媒となる液体の受皿としての機能が与えられることがある。傾斜板に受皿の機能を与える場合、下方に配置されている電子装置の被水を防止しつつ、吸気側からの空気の導入量を確保することが求められる。特許文献１や特許文献２は、傾斜板を備えた構造ではなく、電子装置の被水の防止と、吸気側からの空気の導入量の確保の両立を提案するものとはなっていない。

１つの側面では、本明細書開示の発明は、水冷ユニットからの電子装置への被水を防止しつつ、電子装置を冷却する空気の導入量を確保することを目的とする。

１つの態様では、ダクト装置は、第１面側から前記第１面と対向する第２面側に向かって登り傾斜を形成する傾斜板と、前記傾斜板の下側に配置され、前記傾斜板上を流れた液体を、前記第１面側から前記第２面側に向かって流す樋部材と、前記樋部材から流れ落ちる前記液体を集水する集水皿と、を備える。

本明細書開示の発明によれば、水冷ユニットからの電子装置への被水を防止しつつ、電子装置を冷却する空気の導入量を確保することができる。

図１は第１実施形態のダクト装置を備えたラック装置の概略構成を模式的に示す説明図である。図２は図１に示すラック装置における空気の流れを示す説明図である。図３は第１実施形態のダクト装置の斜視図である。図４は第１実施形態のダクト装置の平面図である。図５（Ａ）は図４におけるＡ－Ａ断面図であり、図５（Ｂ）は図５（Ａ）における断面部分のみを描いた切断部端面図である。図６は第２実施形態のダクト装置の斜視図である。図７は第３実施形態のダクト装置が備える傾斜板の吸気側（第１面側）端部周辺を拡大して示す説明図である。図８は第４実施形態のダクト装置の断面図である。図９は第５実施形態のダクト装置の断面図である。図１０は第６実施形態のダクト装置において、集水皿を取り外した状態を示す斜視図である。図１１は第６実施形態のダクト装置の断面図である。図１２は第６実施形態のダクト装置において、集水皿を取り外すとともに、蓋体を取り外した状態を示す斜視図である。図１３は第７実施形態のダクト装置の斜視図である。図１４は第７実施形態のダクト装置における傾斜板の傾斜面の傾きを模式的に示す説明図である。図１５は第８実施形態のダクト装置における傾斜板の傾斜面の傾きを模式的に示す説明図である。

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。ただし、図面中、各部の寸法、比率等は、実際のものと完全に一致するようには図示されていない場合がある。また、図面によっては、説明の都合上、実際には存在する構成要素が省略されていたり、寸法が実際よりも誇張されて描かれていたりする場合がある。

（第１実施形態）
まず、図１及び図２を参照して、第１実施形態のダクト装置１０を備えたラック装置１００の概略構成について説明する。図１は第１実施形態のダクト装置１０を備えたラック装置１００の概略構成を模式的に示す説明図であり、図２は図１に示すラック装置１００における空気の流れを示す説明図である。

ラック装置１００は、ラック本体１０１に上下方向に複数段設置された電子装置としての電子機器１０２を備えている。本実施形態では、電子機器１０２が三段に亘って設けられているが設置段数は、これに限定されるものではない。

各電子機器１０２は、複数のボード状の電子回路基板がラック装置１００の幅方向に沿って配置されている。各電子機器１０２には、水冷ユニット１０３が装備されている。水冷ユニット１０３は、図示しないＣＤＵ（Coolant Distribution Unit）に接続されている。

本実施形態のラック装置１００には、二台のダクト装置１０が装備されている。一台のダクト装置１０は、最上段の電子機器１０２と中段の電子機器１０２との間に設置されている。もう一台のダクト装置１０は、中段の電子機器１０２と最下段の電子機器１０２との間に設置されている。

各ダクト装置１０は、第１面側をラック装置１００の吸気側となる前面側に一致させ、第２面側をラック装置１００の排気側となる後面側に一致させてラック装置１００に設置されている。

各ダクト装置１０は、傾斜板１３と樋部材１５と集水皿１６を備えている。傾斜板１３は、第１面側から第１面と対向する第２面側に向かって登り傾斜を形成している。これにより、図２に矢示１で示すように、第１面側から導入された空気が、ダクト装置１０の直上に配置された電子機器１０２に向かって流れる。また、傾斜板１３は、直下に配置された電子機器１０２を冷却した後の暖かい空気が直上に配置された電子機器１０２側へ流れないようにしている。これにより、傾斜板１３は、直下に配置された電子機器１０２の熱を直上に配置された電子機器１０２へ伝えないようにしている。樋部材１５と集水皿１６は、水冷ユニット１０３からの漏水や結露による水滴を回収するものである。すなわち、ダクト装置１０は、ラック装置１００に設置された電子機器１０２を空冷するとともに、水冷ユニット１０３に起因する液体を回収、集水する機能を備えている。

以下、図３から図５（Ｂ）を参照して、ダクト装置１０について詳細に説明する。図３は第１実施形態のダクト装置１０の斜視図である。図４は第１実施形態のダクト装置１０の平面図である。図５（Ａ）は図４におけるＡ－Ａ断面図であり、図５（Ｂ）は図５（Ａ）における断面部分のみを描いた切断部端面図である。

ダクト装置１０が備える傾斜板１３は、開口部１３ａを有する板金部材であり、第１面側から第１面と対向する第２面側に向かって登り傾斜を形成するように、前側フレーム部材１１と後側フレーム部材１２とに架け渡されている。前側フレーム部材１１は、空気導入口１１ａを備え、後側フレーム部材１２は、空気排出口１２ａを備えている。前側フレーム部材１１には、前側カバー部材１７が装着されている。前側カバー部材１７は、幅方向に長い枠部材１７ａの内側に格子部材１７ｂが設けられ、枠部材１７ａ内を空気が流通できるようにされている。前側カバー部材１７は、前側フレーム部材１１に対する着脱時に操作される固定部材が設けられている。このため、冷却用の空気は、前側カバー部材１７や前側フレーム部材１１を通過し、傾斜板１３の上面側へ供給される。なお、本実施形態における開口部１３ａは、一つであり、傾斜板１３の幅方向の両端部から離れた位置に設けられている。

傾斜板１３の幅方向の両端部には、それぞれ側板１４が設けられている。傾斜板１３は、第１面側の端部（下流端部）に、上方に向かって折り返された折り返し部１３ｂを備えている。傾斜板１３は、折り返し部１３ｂと両側板１４とによってかこまれた空間を形成している。この空間は、上方の電子機器１０２に設けられた水冷ユニット１０３から滴下する水滴等を受けるドレンパンとして機能する。このため、傾斜板１３は、上方の電子機器１０２から滴下する液体を受けることができるように、電子機器１０２の幅方向の寸法と奥行方向（前後方向）の寸法に対応した寸法を備えている。

ここで、折り返し部１３ｂは、下流側で液体を受け止める壁部を形成する部分であり、この折り返し部１３ｂの高さを高く設定すると、空間の容積を拡大でき、傾斜板１３上における液体の貯留量を増すことができる。しかしながら、折り返し部１３ｂの高さを高く設定すると、ダクト装置１０内へ導入される空気の量が減少する。そこで、本実施形態では、傾斜板１３が受けた液体を、開口部１３ａを通じて樋部材１５へ流すようにしている。このため、傾斜板１３上に留めておくことが必要となる液体の量を少なくすることができ、折り返し部１３ｂの高さを必要最低限の高さに設定することができる。この結果、第１面側からダクト装置１０内へ導入される空気の量を確保することができる。

樋部材１５は、開口部１３ａを通じて傾斜板１３上に滴下し、傾斜板１３上を流れた液体を回収できるように設けられている。樋部材１５は、第１端部１５ａが第１面側に位置し、他端側の第２端部１５ｂが第２面側に位置するように設置されている。ここで、樋部材１５の流下面１５ｃは、第１端部１５ａから第２端部１５ｂに向かって下り傾斜を形成している。これにより、傾斜板１３から流れ込んだ液体を、第１面側から前記第２面側に向かって流す。

集水皿１６は、樋部材１５から流れ落ちる液体を集水する。集水皿１６の前方の端部は、樋部材１５の第２端部１５ｂよりも前方に位置している。すなわち、集水皿１６は、平面視において樋部材１５と重なるように設けられている。これにより、樋部材１５を流れ落ちた液体が集水皿１６内に流れ込む。集水皿１６は、着脱機構の一例であるフランジ部１６ａを備えており、このフランジ部１６ａを側板１４に対してねじ１６ａ１を用いて固定することができる。集水皿１６は、周壁部１６ｂを備えており、所定量の液体を貯留することができるが、集水皿１６に集水された液体は、漏水時に回収処理することが必要である。このような場合に、着脱可能な集水皿１６であると便利である。なお、本実施形態では、集水皿１６の固定先は、側板１４であるが、集水皿１６は、他の部分に着脱するようにしてもよい。例えば、ラック装置１００のラック本体１０１に対して着脱できるようにしてもよい。

集水皿１６は、ラック装置１００の後面側に位置しており、ラック装置１００から取り外す際も、電子機器１０２から遠ざかるようにラック装置１００の後面側へ引き抜く。これにより、液体の回収処理中に、液体がこぼれ、電子機器１０２が被水することを回避し易くなる。

ここで、このようなダクト装置１０の機能について整理する。まず、ダクト装置１０が備える傾斜板１３は、第１面側から導入される空気の整流を行う機能を発揮する。すなわち、傾斜板１３は、ダクト装置１０の第１面側から導入された空気を矢示１のように直上に配置された電子機器１０２に向かって流す。また、傾斜板１３は、直下に配置された電子機器１０２を冷却した後の暖かい空気を矢示２のように流し、第２面側へ排出し、直上に配置された電子機器１０２側へ流れないようにする。

また、ダクト装置１０は、空気の導入を妨げることなく、水冷ユニット１０３からの漏水や結露による水滴を傾斜板１３の上面で受けて、矢示３のように流す。そして、開口部１３ａを通じて樋部材１５へ流れ込んだ液体を矢示４のように流し、さらに、矢示５のように流下させて集水皿１６に集水させる。

このように、本実施形態によれば、水冷ユニット１０３からの電子機器１０２への被水を防止しつつ、電子機器１０２を冷却する空気の導入量を確保することができる。

（第２実施形態）
つぎに、図６を参照して、第２実施形態のダクト装置２０について説明する。図６は第２実施形態のダクト装置２０の斜視図である。第２実施形態のダクト装置２０は、第１実施形態のダクト装置１０の傾斜板１３に替えて傾斜板２３を備え、一つの樋部材１５に替えて二つの樋部材２５を備えている。その他の構成は、第１実施形態と異なるところがないため、第１実施形態と共通する構成要素については、図面中、同一の参照番号を付してその詳細な説明は省略する。

第１実施形態の傾斜板１３は、一つの開口部１３ａを備えており、その開口部１３ａは、傾斜板１３の幅方向の両端部から離れた位置に設けられており、樋部材１５もこれに合わせて配置されていた。これに対し、第２実施形態では、傾斜板２３は、二つの開口部２３ａを備え、これに合わせて二つの樋部材２５が設けられている。このように複数の開口部及び樋部材を設けることで、例えば、ダクト装置２０が何らかの理由によって水平に対して傾いた状態となったような場合に、傾斜板２３上の液体をいずれかの樋部材２５を通じて集水皿１６へ集水することができる。本実施形態では、二つの樋部材２５は、傾斜板２３の両側縁の近傍にそれぞれ設けられている。このため、ダクト装置２０が幅方向に傾いたときであっても、傾斜板２３上の液体は、いずれかの樋部材２５を通じて集水皿１６へ集水される。なお、本実施形態では、傾斜板の二か所に開口部を備え、二つの樋部材を備えているが、開口部と樋部材の数は、これに限定されるものではなく、三つ以上設けるようにしてもよい。

（第３実施形態）
つぎに、図７を参照して、第３実施形態のダクト装置３０について説明する。図７は第３実施形態のダクト装置３０が備える傾斜板３３の吸気側（第１面側）端部周辺を拡大して示す説明図である。第３実施形態のダクト装置３０は、第１実施形態のダクト装置１０が備える傾斜板１３に替えて傾斜板３３を備えている。

第１実施形態の傾斜板１３は、折り返し部１３ｂを備えていたが、第３実施形態の傾斜板３３は、折り返し部１３ｂに替えて第１面側の端部に上方に向かって立設された気液分離膜３３ｂを備えている。

第１実施形態において、折り返し部１３ｂは、下流側で液体を受け止める壁部を形成する部分と設けられており、その高さは、極力空気の導入を妨げることがないように設定されていた。これに対し、本実施形態では、気液分離膜３３ｂによって空気の導入を妨げることなく、傾斜板３３上を流れてきた液体を受け止める態様とされている。気液分離膜３３ｂは、気体を通すが水滴を通すことがない防水透湿性を有する膜である。

（第４実施形態）
つぎに、図８を参照して、第４実施形態のダクト装置４０について説明する。図８は第４実施形態のダクト装置４０の断面図である。ダクト装置４０は、第１実施形態のダクト装置１０が備える集水皿１６内に吸水部材４６を備えている。吸水部材４６は、吸水性を備えた多孔質（スポンジ状）の部材である。吸水部材４６は、集水皿１６に集水された液体を内部に留めることができる。なんらの措置も施されていない集水皿１６に集水された液体は、自然蒸発したり、回収処理されたりするが、集水皿１６に集水されている状態のときに、例えば、地震動等の影響で、逆流したり、こぼれ落ちたりすることが想定される。本実施形態によれば、集水皿１６に集水された液体が波打つこともなく、逆流したり、こぼれ落ちたりすることが回避される。これにより、電子機器１０２が被水することが抑制される。

（第５実施形態）
つぎに、図９を参照して、第５実施形態のダクト装置５０について説明する。図９は第５実施形態のダクト装置５０の断面図である。第５実施形態は、第１実施形態のダクト装置１０の傾斜板１３と集水皿１６との間に水分蒸発促進部材５７を設けた態様である。水分蒸発促進部材５７は、吸水性を備えた多孔質（スポンジ状）の部材である。水分蒸発促進部材５７は、下端部が集水皿１６内に配置されており、集水皿１６内の液体を吸い上げられるように配置されている。本実施形態の水分蒸発促進部材５７は、幅方向の一部に設けられているが、幅方向の全域に亘って設けた態様であってもよい。水分蒸発促進部材５７は、直下に配置された電子機器１０２を冷却した後の暖かい空気の矢示２で示す通路上に配置されている。これにより、水分蒸発促進部材５７に蓄えられている液体の蒸発が促進される。水分蒸発促進部材５７を通過する空気は、電子機器１０２を冷却水した後の暖かい空気であるため、液体を効果的に蒸発させることができる。液体が蒸発することで、熱移動される。また、液体が蒸発することで液体が減少し、地震動等により液体が逆流したり、こぼれ落ちたりすることが回避される。これにより、電子機器１０２の被水が抑制される。

（第６実施形態）
つぎに、図１０から図１２を参照して第６実施形態のダクト装置６０について説明する。図１０は第６実施形態のダクト装置６０において、集水皿１６を取り外した状態を示す斜視図である。図１１は第６実施形態のダクト装置６０の断面図である。図１２は第６実施形態のダクト装置６０において、集水皿１６を取り外すとともに、蓋体６８を取り外した状態を示す斜視図である。

第６実施形態のダクト装置６０は、第１実施形態のダクト装置１０が備える集水皿１６に蓋体６８を装着した形態である。蓋体６８を設けることで、集水皿１６内に貯留した液体がこぼれ出ることを抑制することができる。集水皿１６内に貯留した液体がこぼれ出ることを抑制するために集水皿１６を大型化すると、装置全体が大型化する。蓋体６８を設けることで、装置の大型化を回避しつつ、液体がこぼれ出ることを抑制することができる。

蓋体６８は、樋部材差込部６８ａのみが開口した構造とされており、液体がこぼれ出ることが効果的に抑制されている。

蓋体６８は、図１２に示すように集水皿１６に対して着脱可能とされている。蓋体６８は、ラック装置１００から取り外すまでは、集水皿１６に装着し、集水皿１６の開口部分を覆う状態としておく。これにより、電子機器１０２が被水することを回避することができる。蓋体６８は、例えば、液体の回収処理の作業時に取り外すようにすれば、集水皿１６から液体を排出し、回収する作業が容易となる。

（第７実施形態）
つぎに、図１３及び図１４を参照して第７実施形態のダクト装置７０について説明する。図１３は第７実施形態のダクト装置７０の斜視図である。図１４は第７実施形態のダクト装置７０における傾斜板７３の傾斜面の傾きを模式的に示す説明図である。

第７実施形態のダクト装置７０は、第１実施形態のダクト装置１０の傾斜板１３に替えて傾斜板７３を備えている。傾斜板７３が傾斜板１３と異なる点は、以下の点である。すなわち、傾斜板１３の傾斜面は、第１面側から第２面側に向かう登り傾斜であったのに対し、傾斜板７３の傾斜面は、このような第１面側から第２面側に向かう登り傾斜に加え、幅方向において樋部材７５に向かう下り傾斜も含んでいる。

本実施形態の樋部材７５は、傾斜板７３の幅方向の一端部に設けられており、傾斜板７３には、このような樋部材７５に合わせて開口部７３ａが設けられている。したがって、開口部７３ａは、第１面側の一つの角部の近傍に設けられている。ダクト装置７０における傾斜板７３では、このような開口部７３ａが設けられている角部の高さ位置が最も低い。

このため、傾斜板７３が受けた液体は、矢示６で示すように高さが低い位置に設けられている開口部７３ａに向かって流れ、樋部材７５へ流れ込む。このように、本実施形態によれば、液体を集め易い。

（第８実施形態）
つぎに、図１５を参照して第８実施形態のダクト装置８０について説明する。図１５は第８実施形態のダクト装置８０における傾斜板の傾斜面の傾きを模式的に示す説明図である。

第８実施形態のダクト装置８０は、第７実施形態の傾斜板７３に替えて傾斜板８３を備え、樋部材７５に替えて樋部材８５を備えている。第７実施形態では、樋部材７５が傾斜板７３の幅方向の一端側に位置し、傾斜板７３の傾斜面は、樋部材７５に向かう下り傾斜も含んでいた。これに対し、第８実施形態の樋部材８５は、傾斜板８３の幅方向のほぼ中央に設けられており、傾斜板８３は、矢示７や矢示８のように樋部材８５へ向かう下り傾斜を含んでいる。傾斜板８３は、樋部材８５の位置に合わせて第１面側の端部に図示しない開口部を備えており、傾斜板８３が受けた液体は、その開口部に向かって流れる。

なお、本実施形態では、樋部材は傾斜板の幅方向のほぼ中央部に設けられていたが、樋部材の設置位置に拘わらず、傾斜板の傾斜は、樋部材へ向かう傾斜を含むことができる。

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。

１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０ダクト装置
１３、２３、３３、７３、８３傾斜板
１５、２５、７５、８５樋部材
１６集水皿
３３ｂ気液分離膜
４６吸水部材
５７水分蒸発促進部材
６８蓋体

Claims

第１面側から前記第１面と対向する第２面側に向かって登り傾斜を形成する傾斜板と、
前記傾斜板の下側に配置され、前記傾斜板上を流れた液体を、前記第１面側から前記第２面側に向かって流す樋部材と、
前記樋部材から流れ落ちる前記液体を集水する集水皿と、
を備えたダクト装置。
前記集水皿の前記傾斜板に対する着脱機構を備えた請求項１に記載のダクト装置。
前記着脱機構は、前記傾斜板の側方に設けられた側板に対して着脱可能に設けられたフランジ部を含む請求項２に記載のダクト装置。
前記樋部材は、前記傾斜板の両側縁の近傍にそれぞれ設けられた請求項１から３のいずれか１項に記載のダクト装置。
前記傾斜板の前記第１面側の端部に上方に向かって立設された気液分離膜を備えた請求項１から４のいずれか１項に記載のダクト装置。
前記集水皿内に吸水部材を備えた請求項１から５のいずれか１項に記載のダクト装置。
前記傾斜板と前記集水皿との間に水分蒸発促進部を設けた請求項１から６のいずれか１項に記載のダクト装置。
前記集水皿は蓋体を備えた請求項１から７のいずれか１項に記載のダクト装置。
前記傾斜板は、幅方向において前記樋部材に向かって下り傾斜となる傾斜面を備えた請求項１から８のいずれか１項に記載のダクト装置。