JP2007234792A - 電子機器冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】水冷熱交換器を介して電子機器の発熱を外部に放熱する横付け冷却装置を備えた電子機器冷却装置において、横付け冷却装置における送風の通路幅を極力小とし、かつ通風抵抗の低減を図る。
【解決手段】水冷熱交換器１０は、短辺と長辺を有する矩形状プレートフィンと水冷パイプとを有するプレートフィン＆チューブ形熱交換器とし、この熱交換器を横付け冷却装置９内に、冷却風の出入口部に設けた通風ガイド用の仕切り板１７ａ，１７ｂを介して、矩形状プレートフィンの長辺（ｌ）方向（Ｂ方向）と冷却風の流入方向（Ａ方向）とが微小の傾斜角度（β）を有して略同一方向となるように設置する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子機器の冷却装置に関し、特に、大規模集積回路や高性能ＣＰＵを備えるサーバシステムのような大きな発熱量を伴う大型電子機器の冷却装置に関する。

電子機器の冷却装置に関しては、その規模や発熱量に応じて種々の構成が提案されている（例えば、特許文献１および２参照）。

大型電子機器は、通常、電子機器が設置される部屋、例えばコンピュータ室を空調し、この専用の空調環境下で使用される。そして電子機器の発熱は設置環境に放熱され、この放熱量は専用の空調機で除熱するようにしている。

図８は、上記のような従来の電子機器冷却装置を説明する模式的斜視図、図７は図８の電子機器冷却装置の模式的上面図である。図７および８において、部番１は電子機器５が収納される筐体、２は側面カバー、３は前面カバー（通風口付）、４は背面カバー（通風口付）、６はイメージ的に示した電子機器の発熱体、７は冷却用のファン、８は台脚である。図７において冷却風の流通経路を矢印で示すが、この冷却風によって電子機器の発熱は、前面カバー３の通風口から設置環境に放熱される。

ところで近年、電子機器の発熱量は年々増大の一途をたどり、冷却用の空調機もそれに伴い大容量化して限界に達し、電子機器の大型化、増設等による発熱量増加に対応できない状況が生じている。これは、新たにコンピュータ室を増設したり、空調能力を上げるためには多額の設備投資が必要となるからである。

上記のような問題を解消するためには、図６に示すような電子機器の冷却装置の構成が考えられる。図６は、設置環境に放熱せずに、冷却水を介して外部へ排熱するために、筐体の側面に水冷熱交換器を有する横付け冷却装置を設けた電子機器冷却装置の模式的上面図である。図６において図７と同一部材には同一番号を付して、その詳細説明を省略する。

図６において、９は水冷熱交換器１０を有する横付け冷却装置、１１および１２は夫々筐体の前面および背面に設けたエアダクトである。図６において、冷却空気の循環は矢印で示すように、発熱体６→ファン７→エアダクト１１→横付け冷却装置９→エアダクト１２→電子機器５であり、冷却風の循環流通経路に沿って電子機器５の発熱が横付け冷却装置９に運ばれ、水冷熱交換器１０において除熱される。

図４は、図６の横付け冷却装置９の模式的拡大構成図、図５は水冷熱交換器１０の斜視図を示す。なお、図４における水冷熱交換器１０は、概ね、図５のＰの矢印方向から見た図を示す。以下にこれらの構成について詳述する。図４において、横付け冷却装置９に設けた水冷熱交換器１０は、短辺と長辺を有する矩形状プレートフィンと水冷パイプとを有するプレートフィン＆チューブ形熱交換器であり、図４および図５において、部番１３はフィン、１４は水冷コイルのマニホルド、１５はＵベンド、１６はエンドプレート、１７ａおよび１７ｂはそれぞれ冷却風入口および出口付近に設けた仕切り板である。

また、プレートフィンの短辺と長辺は、それぞれ、ｍ，ｌで示し、フィンの積層高さをｎで示す。さらに、冷却風の流通方向を矢印および符号Ｆで示す。冷却風は、符号Ｆで示すように、図４の右下側から流入し、フィンの短辺ｍ方向に沿って流れてフィン間を通過し、図４の左上側に流出する。図４においてＡ−０−Ｂのなす角度αは、プレートフィンの長辺方向（０−Ｂ）と冷却風の流入方向（Ａ−０）とのなす角度を示す。この角度αは図４においては、略９０度に近い。即ち、プレートフィンの主面が、冷却風の流入方向（Ａ−０）に対して略垂直方向であるため、プレートフィン部前後において急激に曲がった風路となる。そのため、横付け冷却装置９における通風抵抗が大きくなり、結果的に風量が低下して冷却能力が十分に発揮できない問題がある。
特開平５−２３５５７０号公報 特開２００２−３６６２５８号公報

ところで、前記図６に示した電子機器の冷却装置の場合、横付け冷却装置９は、コスト低減の観点から専用の循環ファンを備えず、送風は電子機器用のファン７に依存している。そのため、横付け冷却装置９における通風抵抗を極力小さくすることが望まれる。一方、横付け冷却装置９は、電子機器を収納する筐体１の側面に設けられるので、横付け冷却装置９における冷却風の流通幅方向の寸法は、できる限り小とすることが要請される。

この発明は、上記のような要請に鑑みてなされたもので、本発明の課題は、水冷熱交換器を介して電子機器の発熱を外部に放熱する横付け冷却装置を備えた電子機器冷却装置において、横付け冷却装置における送風の通路幅を極力小とし、かつ通風抵抗の低減を図ることにある。

上記課題は、以下により達成される。即ち、筐体内に収納した複数個の電子機器と、この電子機器冷却用のファンと、前記筐体の側面に設置され水冷熱交換器を有する横付け冷却装置とを備え、ファンによる冷却風を、筐体の前面および背面に設けたエアダクトを介して、前記電子機器と横付け冷却装置との間を循環させて、前記水冷熱交換器を介して電子機器の発熱を外部に放熱する構成を備えた電子機器冷却装置において、前記水冷熱交換器は、短辺と長辺を有する矩形状プレートフィンと水冷パイプとを有するプレートフィン＆チューブ形熱交換器とし、この熱交換器を前記横付け冷却装置内に、冷却風の出入口部に設けた通風ガイド用の仕切り板を介して、前記矩形状プレートフィンの長辺方向と冷却風の流入方向とが微小の傾斜角度を有して略同一方向となるように設置したことを特徴とする（請求項１の発明）。上記発明によれば、プレートフィンの長辺方向と冷却風の流入方向とを略同一方向となるように設置したので、冷却風の通路面積の拡大および風路の直線化が可能となり、横付け冷却装置の送風通路幅は従来と同等以下であっても、通風抵抗の低減を図ることができる。詳細は後述する。

また、前記請求項１に記載の電子機器冷却装置において、プレートフィン＆チューブ形熱交換器における矩形状プレートフィンは、その長辺方向に沿って３分割してなり、この３分割したプレートフィンの前記冷却風の流入方向の冷却風入口側および出口側のフィンピッチを、中央部のフィンピッチに比べて密にしたことを特徴とする（請求項２の発明）。前記発明によれば、プレートフィン内の通風抵抗の均一化が図られ、冷却能力の向上と小型化が図れる。詳細は後述する。

この発明によれば、水冷熱交換器を介して電子機器の発熱を外部に放熱する横付け冷却装置を備えた電子機器冷却装置において、横付け冷却装置における送風の通路幅を極力小とし、かつ通風抵抗の低減を図り、ひいては、冷却能力の増大や小型化を図った電子機器冷却装置が提供できる。

次に、この発明の実施形態に関して、図１ないし図３に基いて説明する。図１は本発明の実施形態に関わる横付け冷却装置９の模式的拡大構成図、図２は水冷熱交換器１０の斜視図を示す。なお、図１における水冷熱交換器１０は、概ね、図２のＰの矢印方向から見た図を示す。また、図１および図２において、図４および図５と同一機能部材には同一番号を付して、その詳細説明を省略する。さらに、プレートフィンの短辺と長辺およびフィンの積層高さや冷却風の流通方向についても、それぞれ同様に、ｍ，ｌ，ｎやＦで示す。

ところで、図４で示したプレートフィンの長辺方向（０−Ｂ）と冷却風の流入方向（Ａ−０）とのなす角度αは、図１においてはβで示す。このように、図１と図４との基本的な相違点は、角度αが図４においては、略９０度に近いのに対して、図１においては角度βが鋭角であって、０度に近い点である。即ち、図１の場合、矩形状プレートフィンの長辺ｌ方向（Ｂ方向）と冷却風の流入方向（Ａ方向）とが微小の傾斜角度βを有して略同一方向となるように略水平設置されている。

上記構成により、図１の場合、符号Ｆで示すように、プレートフィン間における風路の直線化が可能となり、図４において符号Ｆで示すようなプレートフィン部前後において急激に曲がった風路とはならない。また、図４の場合には、横付け冷却装置９における冷却風の入口幅が、仕切り板１７ａより下方の幅と比較的狭いが、図１の場合には、仕切り板１７ａが水冷熱交換器１０の上部の短寸法でよいので、横付け冷却装置９における冷却風の入口幅が比較的広くなる。上述のように、冷却風の風路面積の拡大や風路Ｆの直線化等により、図１の場合には、横付け冷却装置９内の通風抵抗の低減を図ることができる。

上記のような通風抵抗の低減により、電子機器のファン７による循環冷却風量が増大する。これにより冷却能力が増大し、ひいては、電子機器の容量増大や横付け冷却装置の小型化を図ることができる。

次に、図３について述べる。図３は、図２とは異なる本発明の実施態様に係る水冷熱交換器の斜視図であり、図２の水冷熱交換器の性能向上を図った実施態様である。図３の場合、プレートフィン＆チューブ形熱交換器における矩形状プレートフィン１３は、その長辺方向に沿って３分割されており、中央部のフィン１３ａのフィンピッチを粗に、その両側のフィン１３ｂ，１３ｃのフィンピッチを蜜としている。即ち、図１の横付け冷却装置９内に水冷熱交換器１０を取り付けた場合、３分割したプレートフィンの冷却風の流入方向の冷却風入口側および出口側のフィンピッチを、中央部のフィンピッチに比べて密にしている。

図１の横付け冷却装置９内の冷却風速のシミュレーション結果によれば、冷却風は中央部が比較的流れ難く、両側の方が流れ易いことが確認されている。従って、水冷熱交換器のフィン内の通風抵抗を均一化して熱伝達能を向上するためには、中央部のフィン１３ａのフィンピッチを粗にすることが有効である。上記現象は、中央部の冷却風の流路長さが両端部に比較して大となるためであると考えられる。

本発明の実施形態に関わる横付け冷却装置の模式的拡大構成図。 本発明に関わり図１の横付け冷却装置における水冷熱交換器の斜視図。 本発明に関わり図２とは異なる水冷熱交換器の斜視図。 従来の横付け冷却装置の模式的拡大構成図。 従来の図４の横付け冷却装置における水冷熱交換器の斜視図。 従来の横付け冷却装置を設けた電子機器冷却装置の模式的上面図。 従来の電子機器冷却装置の模式的上面図。 従来の電子機器冷却装置の模式的斜視図。

符号の説明

１：筐体、５：電子機器、６：発熱体、７：ファン、９：横付け冷却装置、１０：水冷熱交換器、１１，１２：エアダクト、１３，１３ａ，１３ｂ，１３ｃ：フィン、１４：マニホルド、１５：Ｕベンド、１６：エンドプレート、１７ａ，１７ｂ：仕切り板、Ｆ：冷却風の流通方向、ｌ：プレートフィンの長辺、ｍ：プレートフィンの短辺、ｎ：プレートフィンの積層高さ、α，β：プレートフィンの長辺方向と冷却風の流入方向とのなす角度。

Claims (2)

1. 筐体内に収納した複数個の電子機器と、この電子機器冷却用のファンと、前記筐体の側面に設置され水冷熱交換器を有する横付け冷却装置とを備え、ファンによる冷却風を、筐体の前面および背面に設けたエアダクトを介して、前記電子機器と横付け冷却装置との間を循環させて、前記水冷熱交換器を介して電子機器の発熱を外部に放熱する構成を備えた電子機器冷却装置において、
   前記水冷熱交換器は、短辺と長辺を有する矩形状プレートフィンと水冷パイプとを有するプレートフィン＆チューブ形熱交換器とし、この熱交換器を前記横付け冷却装置内に、冷却風の出入口部に設けた通風ガイド用の仕切り板を介して、前記矩形状プレートフィンの長辺方向と冷却風の流入方向とが微小の傾斜角度を有して略同一方向となるように設置したことを特徴とする電子機器冷却装置。
2. 前記プレートフィン＆チューブ形熱交換器における矩形状プレートフィンは、その長辺方向に沿って３分割してなり、この３分割したプレートフィンの前記冷却風の流入方向の冷却風入口側および出口側のフィンピッチを、中央部のフィンピッチに比べて密にしたことを特徴とする請求項１に記載の電子機器冷却装置。
   
   

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