JPH08316673A

JPH08316673A - 冷却構造

Info

Publication number: JPH08316673A
Application number: JP11858695A
Authority: JP
Inventors: Motohito Takemae; 元仁竹前; Shinichiro Kono; 信一郎河野; Hideki Kimura; 英樹木村; Kyoko Matsukawa; 恭子松川; Hideki Maeda; 秀樹前田
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1995-05-17
Filing date: 1995-05-17
Publication date: 1996-11-29

Abstract

(57)【要約】【目的】ボルテックスチューブによって発生させた低
温空気を用いて発熱体を冷却する冷却構造に関し、冷却
効率の向上を目的とする。【構成】発熱体１に低温空気αを噴射する低温空気発
生手段（ボルテックスチューブ５）と、発熱体１の温度
を検出するセンサ20と、該センサ20によって得られた発
熱体１の温度情報対応にボルテックスチューブ５に圧縮
空気Σを供給する高圧ボンベ50のバルブ51を開閉する噴
射タイミング制御部30を装備し、前記センサ20によって
得られた発熱体１の温度情報に対応して前記高圧ボンベ
50から前記ボルテックスチューブ５に圧縮空気Σが供給
されるように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、強制空冷によって発熱
体の冷却を行う冷却構造に係り、特にボルテックスチュ
ーブによって発生させた低温空気を用いて冷却を行う冷
却構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】図10はボルテックスチューブを用いて冷
却を行う従来の冷却構造の一例を示す図であって、１は
電子ユニット11内に配置されている発熱体、13は発熱体
１に密接する形で配置されたヒートシンク、５は圧縮空
気Σを送入することによって低温空気αと高温空気βを
発生させるボルテックスチューブ、８はボルテックスチ
ューブ５によって発生させた低温空気αをヒートシンク
13に向かって噴射する複数の噴射孔8aを備えた噴出ダク
ト、25はボルテックスチューブ５によって発生させた高
温空気βを外部へ放出する排気ダクト、60は矢印方向に
吸入した空気を圧縮して圧縮空気Σを発生させる圧縮フ
ァン65を内蔵した空気圧縮機、７は空気圧縮機60とボル
テックスチューブ５間を接続する導圧管、をそれぞれ示
す。

【０００３】図10に示すように、この従来の冷却構造
は、ボルテックスチューブ５によって発生させた低温空
気αを噴出ダクト８を介してヒートシンク13側へ噴射す
ることによって発熱体１を冷却するというものである。

【０００４】以下図11(a) と(b) (c) に基づいて前記ボ
ルテックスチューブの構造と作用について説明する。図
11(a) と(b) に示すように、ボルテックスチューブ５
は、円筒部5aと、この円筒部5aの一方の端部側に設けら
れた低温吹き出し口5cと、該低温吹き出し口5cの反対側
の端部に設けられた高温吹き出し口5dと、円筒部5aの中
に圧縮空気Σを吹き込むための圧縮空気取り入れ口5bと
を備えている。

【０００５】このボルテックスチューブ５は、圧縮空気
取り入れ口5bから圧縮空気Σを送入すると、この圧縮空
気Σは円筒部5aの内周面に沿って毎分20〜30万回程度の
超高速の渦を生じる。このため、渦の中心部と外周部と
の間には大きな圧力差を生じて円筒部5aの中心部に向か
って空気の移動が起こり、そのときの膨張によって温度
が下がる。そして中心部に発生した冷たい空気（低温空
気α）は低温吹き出し口5cから放出され、外周部に発生
した熱い空気（高温空気β）は高温吹き出し口5dから放
出される。

【０００６】このボルテックスチューブ５は、圧縮空気
取り入れ口5bから供給される圧縮空気Σの圧力を制御す
ることによって低温吹き出し口5cから送出される低温空
気αの温度を図11(c) に示すように制御することができ
る。図11(c) は圧縮空気取り入れ口5bから供給される圧
縮空気Σの圧力と低温吹き出し口5cから送出される低温
空気αの温度の関係を示す図であって、この図11(c) は
15℃の圧縮空気Σを供給した場合を示す。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の冷却構造は、図
10を用いて説明したように、ボルテックスチューブ５か
ら送出された低温空気αを噴出ダクト８を介してヒート
シンク13に吹き付けることで発熱体１を冷却するという
ものであって、発熱体１の発熱状態に応じて低温空気α
の噴射タイミングを制御する、或いは低温空気αの温度
を制御する、といった配慮がなされていない。このた
め、発熱体１が過冷却気味になるとか或いは逆に冷却不
足気味になるといった不都合が生じる。なお、従来の冷
却構造は圧縮空気Σを有効利用するための工夫がなされ
ていないことから、高価な圧縮空気Σを用いて冷却を行
う場合は経済的負担が大きくなるといった問題点があっ
た。

【０００８】本発明は、圧縮空気を有効活用する手段を
ボルテックスチューブに付加することによって冷却効率
を高めた冷却構造を提供するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明による冷却構造
は、図１に示すように、発熱体１に低温空気αを噴射す
る低温空気発生手段（ボルテックスチューブ５）と、前
記発熱体１の温度を検出するセンサ20と、該センサ20に
よって得られた発熱体１の温度情報対応に前記ボルテッ
クスチューブ５に空気（圧縮空気Σ）を供給する高圧ボ
ンベ50のバルブ51を開閉する噴射タイミング制御部30を
装備し、前記センサ20によって得られた発熱体１の温度
情報に対応して高圧ボンベ50からボルテックスチューブ
５に圧縮空気Σが供給されるように構成する。

【００１０】

【作用】センサ20は、発熱体１の温度を検出してこれを
発熱体１の温度情報として噴射タイミング制御部30に入
力する。

【００１１】噴射タイミング制御部30は、センサ20から
入力される発熱体１の温度情報が上限値を超えたときは
バルブ51を開放して高圧ボンベ50から圧縮空気Σがボル
テックスチューブ５に供給されるようにし、ボルテック
スチューブ５から噴射される低温空気αによって発熱体
１の温度が下限値以下になったときはバルブ51を閉鎖し
て圧縮空気Σがボルテックスチューブ５に供給されない
ようにする。

【００１２】この冷却構造は、発熱体１の温度が上限値
を超えるとボルテックスチューブ５が作動し、発熱体１
の温度が下限値以下になるとボルテックスチューブ５が
作動しなくなることから発熱体１が過冷却される危険性
が無い。また、この冷却構造は発熱体１の温度が下限値
以下になるとボルテックスチューブ５が作動しなくなる
ことから、圧縮空気Σの使用量が少なくて済むので経済
的である。

【００１３】

【実施例】以下実施例図に基づいて本発明を詳細に説明
する。図１は本発明の基本構成（その１）を示す図であ
って、１は発熱体、３は発熱体１が実装されている基
板、５はボルテックスチューブ、７は圧縮空気Σが流通
する導圧管、20は発熱体１の温度を検出するセンサ、50
は圧縮空気Σを貯蔵する高圧ボンベ、51は導圧管７を開
閉するバルブ、30はセンサ20から出力される発熱体１の
温度情報対応にバルブ51を開閉させる噴射タイミング制
御部、をそれぞれ示す。

【００１４】図１に示すように、本発明によるこの冷却
構造は、発熱体１の温度を検出するセンサ20と、発熱体
１に向かって低温空気αを噴射するボルテックスチュー
ブ５と、センサ20によって得られた発熱体１の温度情報
対応にボルテックスチューブ５に圧縮空気Σを供給する
高圧ボンベ50のバルブ51を開閉させる噴射タイミング制
御部30とを装備している。

【００１５】この冷却構造（その１）は、基板３上に実
装されている発熱体１の温度が上限値を超えたことがセ
ンサ20によって検出されると噴射タイミング制御部30が
バルブ51を開放して高圧ボンベ50内の圧縮空気Σをボル
テックスチューブ５に供給する。そして、ボルテックス
チューブ５から噴射される低温空気αによって発熱体１
の温度が下限値以下になったことがセンサ20によって検
出されると噴射タイミング制御部30がバルブ51を閉じて
高圧ボンベ50からボルテックスチューブ５に圧縮空気Σ
が供給されないようにして発熱体１の過冷却を防止す
る。なお、ボルテックスチューブ５から放出される高温
空気βは図示しない排気ダクト等を介して外部へ放出さ
れる。

【００１６】この冷却構造は、発熱体１の温度が上限値
を超えるとボルテックスチューブ５が作動し、発熱体１
の温度が下限値以下になるとボルテックスチューブ５が
作動しない構造になっていることから、圧縮空気Σの使
用量が少なくて済むという利点がある。

【００１７】以下図２に基づいて噴射タイミング制御部
の構成を説明する。なお、前記図１と同一部分にはそれ
ぞれ同一符号を付している。図２に示すように、この噴
射タイミング制御部30は、センサ20によって検出された
発熱体１の温度情報信号を増幅する信号増幅部31と、発
熱体１の温度情報対応に高圧ボンベ50とボルテックスチ
ューブ５との間に配置されている電磁バルブ51（以下バ
ルブ51と呼ぶ）を開閉させる温度制御部32と、によって
構成されている。

【００１８】この噴射タイミング制御部30は、発熱体１
の温度が上限値を超えたときはバルブ51を開放して圧縮
空気Σが高圧ボンベ50からボルテックスチューブ５に供
給されるようにし、発熱体１の温度が下限値以下になっ
たときはバルブ51を閉鎖して圧縮空気Σが高圧ボンベ50
からボルテックスチューブ５に供給されないようにする
温度制御部32を内蔵していることから、発熱体１が適温
を維持しているときは圧縮空気Σがボルテックスチュー
ブ５に供給されることはない。

【００１９】図３は本発明の基本構成（その２）を示す
図であって、１は発熱体、３は発熱体１が実装されてい
る基板、５はボルテックスチューブ、７は圧縮空気Σを
流通させる導圧管、20は発熱体１の温度を検出するセン
サ、60は吸入口61から吸い込んだ空気を圧縮空気Σにし
て送出口62から送出する空気圧縮機、65は空気圧縮用の
圧縮ファン、40はセンサ20によって得られた発熱体１の
温度情報対応に空気圧縮機60を動作状態にしたり非動作
状態にしたりする空気圧制御部、をそれぞれ示す。

【００２０】この冷却構造（その２）は、発熱体１の温
度対応に空気圧縮機60の圧縮ファン65の回転速度を制御
してボルテックスチューブ５に供給される圧縮空気Σの
圧力を制御する空気圧制御部40を備えていることから、
ボルテックスチューブ５から噴射される低温空気αの温
度を自在に変化させることができる〔ボルテックスチュ
ーブ５に供給する圧縮空気Σの圧力とボルテックスチュ
ーブ５から送出される低温空気αの温度の関係は図11
(c) 参照〕。このため、この冷却構造を適用すれば容易
に発熱体１を所望の温度に冷却することができる。

【００２１】この冷却構造は、ボルテックスチューブ５
に供給する圧縮空気Σの圧力を変化させることによって
ボルテックスチューブ５から送出される低温空気αの温
度を自在に変化させることができるので負荷によって温
度が変化する発熱体１を冷却するとき等は特に有利であ
る。

【００２２】以下図４に基づいて空気圧制御部の構成を
説明する。図４に示すように、この空気圧制御部40は、
センサ20によって検出された発熱体１の温度情報信号を
増幅する信号増幅部31と、信号増幅部31から出力された
発熱体１の温度情報対応に空気圧縮機60の圧縮ファン65
の回転速度を変化させてボルテックスチューブ５に供給
される圧縮空気Σの圧力を調整する圧力制御部36とによ
って構成されている。なお、ボルテックスチューブ５に
供給する圧縮空気Σの圧力を変化させることによってボ
ルテックスチューブ５から排出される低温空気αの温度
が変化することは図11(c) で説明したとおりである。

【００２３】図５は本発明の第一実施例を示す図であっ
て、90は発熱体１を装備した複数の基板３が実装された
シェルフ、93はシェルフ90の天井部分に設けられた排気
孔、88は低温空気αの対流を助長するためのファンをそ
れぞれ示す。なお、図５中、前記図１〜図４と同一部分
にはそれぞれ同一符号を付している。

【００２４】この第一実施例に開示した冷却構造は、シ
ェルフ90内の下方部分に配置されているボルテックスチ
ューブ５から噴射される低温空気αのみによってシェル
フ90内の基板３に実装されている発熱体１を冷却するこ
とを特徴とするもので、詳しくは、基板３の上方部分に
配置したセンサ20から出力される発熱体１の温度情報対
応に空気圧制御部40が空気圧縮機60の圧縮ファン65の回
転速度を制御してシェルフ90の下方部分に配置されてい
るボルテックスチューブ５から噴射される低温空気αの
温度を変化させて発熱体１を適温に冷却するというもの
である。

【００２５】この第一実施例は、ボルテックスチューブ
５に供給する圧縮空気Σの圧力を変化させて該ボルテッ
クスチューブ５から送出される低温空気αの温度を調整
する空気圧制御方式（図３参照）を採用しているが、図
１で説明した噴射タイミング制御方式の場合もほぼ同様
の効果が得られることはいうまでもない。

【００２６】図６は本発明の第二実施例を示す図であ
る。この第二実施例に開示した冷却構造は、シェルフ90
内の下方にボルテックスチューブ５によって発生させた
低温空気αを噴射するノズル６を配置し、該ノズル６か
ら噴射される低温空気αと前記シェルフ90の底部に設け
た吸気孔91から取り入れた外気δとによって当該シェル
フ90内に配置されている発熱体１を冷却するように構成
されている。

【００２７】この冷却構造は、シェルフ90の下方に配置
したノズル６にボルテックスチューブ５を接続し、ノズ
ル６から上方に向かって噴射される低温空気αによって
シェルフ90の底部に設けられた吸気孔91から侵入してく
る外気δを巻き込み、低温空気αと外気δとの混合空気
によって発熱体１を冷却する。

【００２８】この第二実施例の冷却構造を採用すると、
ノズル６からの吹き出し効果により外気δを巻き込んで
風量をアップさせることが可能であり、さらに空気の流
れに乱れが生じるために熱伝達が促進されて冷却効率が
向上する。

【００２９】この第二実施例も、ボルテックスチューブ
５に供給する圧縮空気Σの圧力を変化させて該ボルテッ
クスチューブ５から送出される低温空気αの温度を調整
する空気圧制御方式（図３参照）を採用しているが、こ
れを図１で説明した噴射タイミング制御方式に代えても
同様の効果が得られる。

【００３０】図７は本発明の第三実施例を示す図であ
る。この第三実施例に開示した冷却構造は、シェルフ90
内の中程にボルテックスチューブ５によって発生させた
低温空気αを噴射するノズル６を配置し、該ノズル６か
ら噴射される低温空気αと前記シェルフ90の底部に設け
た吸気孔91から取り入れた外気δとによってシェルフ90
内に配置されている発熱体１を冷却するように構成した
ことを特徴とするものである。

【００３１】この冷却構造は、吸気孔91から入ってくる
外気δによって基板３の下方部分に実装されている発熱
体１を冷却し、ボルテックスチューブ５に接続されたノ
ズル６から噴射される低温空気αと吸気孔91から入って
くる外気δとによって基板３の上方に実装されている発
熱体１を冷却するというものである。

【００３２】この冷却構造を適用すると、基板３の上方
に配置されている発熱体１がノズル６から噴射される低
温空気αと吸気孔91から取り入れた外気δとをミックス
した混合空気によって冷却されることになるので基板３
の上方部分に発熱度の高い発熱体１が配置されている場
合は有利である。

【００３３】以下図８(a) と(b) に基づいて本発明の第
一応用例を説明する。この冷却構造は、図８(a) と(b)
に示すように、発熱体１の放熱フィン２と対向する位置
にボルテックスチューブ５によって発生させた低温空気
αを噴射するノズル６Ａを配置し、該ノズル６Ａの噴射
孔6nから放熱フィン２に向かって噴射される低温空気α
によって前記発熱体１を特定的に冷却するというもので
あることから、ボルテックスチューブ５によって発生さ
せた低温空気αを噴射する複数の噴射孔6nを前記発熱体
１の放熱フィン２側に向ける形でノズル６Ａを配置した
ことを構成上の特徴とするものである。

【００３４】この第一応用例に開示した冷却構造は、ノ
ズル６Ａの噴射孔6nから噴射された低温空気αが発熱体
１側に設けられている放熱フィン２に対して特定的に吹
き付けられることから、この冷却構造を適用すると特定
の発熱体１を効率的に冷却することができる。

【００３５】図９(a) と(b) は本発明の第二応用例を示
す図である。この第二応用例は、圧縮空気Σの供給源で
ある空気圧縮機60とボルテックスチューブ５とを外周面
にラジエータフィン82を装備した熱交換パイプ80で接続
したものを冷却モジュール95の中に配置した構成を特徴
とする。

【００３６】この冷却構造は、図９(a) と(b) に示すよ
うに、発熱体１の上方に噴射孔6nを下方に向けた形でノ
ズル６Ｂを配置し、さらにこのノズル６Ｂの上方に熱交
換パイプ80を配置した形になっている。このため、ノズ
ル６の噴射孔6nから発熱体１に向かって噴射された低温
空気αは発熱体１と接触することによって方向を転換し
て熱交換パイプ80のラジエータフィン82に接触してこれ
を冷却する。ラジエータフィン82が冷却されると熱交換
パイプ80内を流通している圧縮空気Σも当然冷却され、
ボルテックスチューブ５には空気圧縮機60から送出され
た圧縮空気Σよりもさらに温度の低い圧縮空気Σが供給
されることになる。

【００３７】なお、この冷却構造には図９(b) に示すよ
うに、冷却モジュール95内に配置された熱交換パイプ80
の上方にファン88を設けているが、このファン88は冷却
モジュール95内を減圧状態にするために設けられたもの
で、これによってボルテックスチューブ５から送出され
る低温空気αの圧力が相対的にアップして冷却効率が上
昇する。

【００３８】この冷却構造は、ボルテックスチューブ５
に供給される圧縮空気Σの温度が熱交換パイプ80の作用
によってさらに低下することから、発熱度の大きい発熱
体１を冷却する場合等にこの応用例を適用すると極めて
効果的である。

【００３９】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
による冷却構造は、ボルテックスチューブから送出され
る低温空気の噴射タイミングを制御する，或いはボルテ
ックスチューブに供給する圧縮空気の圧力を制御してボ
ルテックスチューブから送出される低温空気の温度を変
化させる，といったことが可能な装置構成になっている
ことから、発熱体を極めて効率的且つ経済的に冷却する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本構成（その１）を示す図、

【図２】噴射タイミング制御部の一構成例を示す図、

【図３】本発明の基本構成（その２）を示す図、

【図４】空気圧制御部の一構成例を示す図、

【図５】本発明の第一実施例を示す図、

【図６】本発明の第二実施例を示す図、

【図７】本発明の第三実施例を示す図、

【図８】本発明の第一応用例を示す図、

【図９】本発明の第二応用例を示す図、

【図10】ボルテックスチューブを用いて冷却を行う従
来の冷却構造の一例を示す図、

【図11】ボルテックスチューブの構造と作用を説明す
るための図、

【符号の説明】

１発熱体２放熱フィン３基板５ボルテックスチューブ 5a 円筒部 5b 圧縮空気取り入れ口 5c 低温吹き出し口 5d 高温吹き出し口６，６Ａ，６Ｂノズル 6n，8a 噴射孔７導圧管８噴出ダクト 11 電子ユニット 13 ヒートシンク 20 センサ 25 排気ダクト 30 噴射タイミング制御部 31 信号増幅部 32 温度制御部 36 圧力制御部 40 空気圧制御部 50 高圧ボンベ 51 バルブ 60 空気圧縮機 61 吸入口 62 送出口 65 圧縮ファン 80 熱交換パイプ 82 ラジエータフィン 88 ファン 90 シェルフ 91 吸気孔 93 排気孔 95 冷却モジュール α 低温空気 β 高温空気 δ 外気 Σ 圧縮空気

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者木村英樹神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地富士通株式会社内 (72)発明者松川恭子神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地富士通株式会社内 (72)発明者前田秀樹神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地富士通株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発熱体に低温空気を噴射する低温空気発
生手段と、発熱体の温度を検出するセンサと、噴射タイ
ミング制御部とを有し、前記噴射タイミング制御部は、前記センサによって得ら
れた発熱体の温度情報に対応して、前記低温空気発生手
段に空気を供給するバルブを開閉するものであることを
特徴とする冷却構造。
【請求項２】発熱体に低温空気を噴射する低温空気発
生手段と、発熱体の温度を検出するセンサと、空気圧制
御部を有し、前記空気圧制御部は、前記センサによって得られた発熱
体の温度情報に対応して、前記低温空気発生手段に供給
される空気の空気圧を調節するものであることを特徴と
する冷却構造。
【請求項３】前記発熱体が、前記低温空気発生手段に
よって発生し、かつシェルフ内の下方に配置されたノズ
ルから噴射される低温空気のみによって冷却される請求
項１または２記載の冷却構造。
【請求項４】シェルフ内の下方に配置したノズルから
噴射される低温空気と、シェルフの底部に設けた吸気孔
から取り入れた外気とによって前記発熱体が冷却される
請求項２または３記載の冷却構造。
【請求項５】前記ノズルがシェルフ内の中程に配置さ
れていることを特徴とする請求項４記載の冷却構造。
【請求項６】前記発熱体が放熱フィンを有する請求項
１または２記載の冷却構造。
【請求項７】低温空気発生手段と、該低温空気発生手
段に空気を供給する空気供給源との間が、外周面にラジ
エータフィンが覆設された熱交換パイプで接続されてな
る請求項６記載の冷却構造。
【請求項８】前記低温空気発生手段が、ボルテックス
チューブであることを特徴とする請求項１乃至７記載の
冷却構造。