JP5519589B2 - 冷却機構体 - Google Patents

Description

本発明は、冷却機構体に関し、より詳細には、同一モジュールの内部に配置されそれぞれ異なる発熱量を有す少なくとも２つの発熱体（熱源）を冷却する冷却機構体に関する。

モジュール内部に配置された発熱体の冷却機構については、ヒートシンク形状、ヒートシンクのフィン表面への加工、フィンのピッチ間隔の最適化手法が知られている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。また、除熱流体の流速制御を可能にしたダクトを備えた冷却機構も知られている（例えば、特許文献３参照）。

特開２００６−２２８８８８号公報 特開２００７−０１３０５２号公報 特開２００２−２９９８７１号公報

上記の特許文献１には、異なる発熱領域に対しての素子冷却用ヒートシンクが記載されている。素子冷却用ヒートシンクでは、異なる発熱領域ごとに、ヒートシンクフィン表面に異なる凹凸加工、あるいは貫通穴加工を施している。さらに、特に後段の圧力損失低減のために、フィンピッチの調整を含めて言及している。しかしながら、前記素子冷却用ヒートシンクが適用可能なのは、フィンの面積が広い場合に限られており、冷却対象となる構造物が小さく熱密度が高い場合は、フィンそのものの物理的な加工が困難となってしまう。

上記の特許文献２には、貫流型強制空冷ヒートシンクが記載されている。貫流型強制空冷ヒートシンクは、複数のフィン形状を備える。貫流型強制空冷ヒートシンクの冷却対象となる部品は１種類である。この特定の部品の冷却に三角柱のヒートシンクが使用されているが、その他のフィンは冷却用空気（除熱流体）の最適流路の確保を主な目的としている。よって、それぞれ異なる発熱量を有す複数の部品を最適に冷却することについては、一切言及されていない。

ゆえに、小型、薄型であり、かつ、それぞれ異なる発熱量を有す複数の部品を内部に備えるモジュールの冷却については、衝突噴流冷却と層流あるいは乱流冷却の最適な組み合わせ、さらに、それぞれの冷却で使用される除熱流体の流速の相互作用による最適化が望ましく、その手法が求められている。

上記の特許文献３には、所望の複数の貫通孔を備えた板金をヒートシンクのフィンとして用い、貫通孔に冷却風の気流（除熱流体）を通すことで冷却を可能にした噴流上流式手法を用いたヒートシンク装置が記載されている。しかしながら、前記ヒートシンク装置では、ヒートシンクのフィンは、冷却風を生成する送風装置（ファン）を取り囲む柵形状に配置するのが好適であり、外部から一方向に冷却風が流れる場合では制限が加わる。よって、送風装置を発熱体上部に備えることが困難である場合は、ヒートシンクを発熱体上部に備えることも同時に困難となる。

典型的な従来例による冷却機構体と、部品温度および筐体天板温度について図９（ａ），（ｂ），（ｃ）を参照して説明する。従来例の冷却機構体は、図９（ａ），（ｂ）に示すように、発熱量の大きい部品２０１と発熱量の小さい部品２０２とを同一モジュール２０３の内部に備え、モジュール２０３の筐体天板２０３ａに板状ヒートシンク２１０を設けた構成となっている。部品２０１，２０２としては、例えば、電気・電子部品や光部品などが挙げられる。板状ヒートシンク２１０は、所定のピッチで隣接して配置される複数の板フィン２１１で構成される。モジュール２０３はプリント基板２０４に実装される。モジュール２０３を実装したプリント基板２０４はケース２０５で覆われる。ケース２０５には、除熱流体の流入側および排出側のそれぞれにグリル２０６，２０７が取り付けられる。なお、発熱量の大きい部品２０１は、発熱量の小さい部品２０２よりも除熱流体の流通方向上流側に配置される。

外部から流入する除熱流体１０１は、一方のグリル２０６を通じてケース２０５内に流入する。ケース２０５内の除熱流体１３１，１３２，１３３が板状ヒートシンク２１０の板フィン２１１に沿って流通する。板フィン２１１の外側に流通した除熱流体１３４は、他方のグリル２０７へ流通する。そして、他方のグリル２０７の外側へ流通した除熱流体１０２は外部へ排出される。このように、除熱流体によって冷却を行っている。

上述した構成の冷却機構体において、外部から流入する除熱流体の流速を毎秒１．５ｍとし、部品２０１、部品２０２の発熱量をそれぞれ５０Ｗ、１０Ｗとした。図９（ｃ）に示すように、温度特性グラフでは、右下がりの特性を示しており、発熱量の大きい部品２０１が効率よく冷却されておらず、モジュール２０３の筐体天板２０３ａの温度も１００℃に近くなり、実際の使用に適していないことが分かった。これは、板状ヒートシンク２１０を構成する板フィン２１１の表面近傍に出現する速度境界層によって、冷却が妨げられているのが主な要因であると考えられる。

以上のことから、本発明は上述したような課題を解決するために為されたものであって、小型、薄型であり、かつ、それぞれ異なる発熱量を有す少なくとも２つの発熱体が同一モジュールに搭載されているにも関わらず、除熱流体による冷却を効果的に行うことができる冷却機構体を提供することを目的としている。

前述した課題を解決する本発明に係る冷却機構体は、それぞれ異なる発熱量を有す少なくとも２つの発熱体を備えるモジュールを除熱流体により冷却する冷却機構体であって、前記２つの発熱体における大きい発熱量を有す一方の前記発熱体と熱的に接続される柱状ヒートシンクと、前記２つの発熱体における小さい発熱量を有す他方の前記発熱体と熱的に接続される板状ヒートシンクとを備え、前記柱状ヒートシンクおよび前記板状ヒートシンクは、それぞれ前記除熱流体の流通方向上流側および下流側に相対的に配置され、前記除熱流体に前記柱状ヒートシンクの高さ方向に対し傾斜する速度ベクトルを付与した状態で当該除熱流体を前記柱状ヒートシンクに案内して、前記柱状ヒートシンクを衝突噴流冷却する第一のダクトと、前記除熱流体に前記板状ヒートシンクの長手方向と該平行の速度ベクトルを付与した状態で当該除熱流体を前記板状ヒートシンクに案内して、前記板状ヒートシンクを層流あるいは乱流冷却する第二のダクトとをさらに備え、前記第一のダクトと前記第二のダクトを連結して、前記第一のダクトから排出された前記除熱流体を、前記層流あるいは乱流冷却する前記除熱流体へと引き込み合流させた冷却機構体において、前記モジュールは、自らのフットプリントよりも大きなプリント基板の表面に配置され、前記プリント基板は外部から供給される前記除熱流体の流入口、排出口をそれぞれ両端に具備するケースの内部に配置され、前記ケースの前記除熱流体の流入口側には、前記第一のダクト、前記第二のダクトそれぞれの除熱流体の流入口が配置され、前記第一のダクトの除熱流体の排出口が前記第二のダクトの途中に接続されることを特徴とする。

また、前述した課題を解決する本発明に係る冷却機構体は、上述した冷却機構体において、前記第一のダクト、前記第二のダクトそれぞれの除熱流体の流入口は、前記プリント基板上にて隣接して配置されることを特徴とする。

また、前述した課題を解決する本発明に係る冷却機構体は、上述した冷却機構体において、前記第一のダクトの除熱流体の流入口の上部に前記第二のダクトの除熱流体の流入口が配置されることを特徴とする。

本発明に係る冷却機構体によれば、それぞれ異なる発熱量を有す少なくとも２つ以上の発熱体となる電気・電子部品や光部品が内部に配置されたモジュールにおいて、発熱量が異なる発熱体毎に異なる手法によって除熱流体による熱輸送を行う冷却機構を提供することができる。これにより、小型、薄型であり、かつ、それぞれ異なる発熱量を有す少なくとも２つの発熱体が同一モジュールに搭載されているにも関わらず、除熱流体による冷却を効果的に行うことができる。

本発明の第１，第２の実施例に係る冷却機構体を説明するための図であって、図１（ａ）にそのモジュールの平面を示し、図１（ｂ）にその概略側面を示す。 本発明の第１の実施例に係る冷却機構体が具備する衝突噴流冷却ダクトを説明するための図であって、図２（ａ）にケースを除いた平面を示し、図２（ｂ）にその概略側面を示す。 本発明の第１の実施例に係る冷却機構体が具備する層流・乱流ダクトを説明するための図であって、図３（ａ）にケースを除いた平面を示し、図３（ｂ）にその概略側面を示す。 本発明の第１の実施例に係る冷却機構体の上方から見た斜視図である。 本発明の第１の実施例に係る冷却機構体の下方から見た斜視図である。 本発明の第１の実施例に係る冷却機構体を説明するための図であって、図６（ａ）にその概略側面を示し、図６（ｂ）にその温度分布を示す。 本発明の第２の実施例に係る冷却機構体が具備する衝突噴流冷却ダクトを説明するための図であって、図７（ａ）にケースを除いた平面を示し、図７（ｂ）にその概略側面を示す。 本発明の第２の実施例に係る冷却機構体が具備する層流・乱流ダクトを説明するための図であって、図８（ａ）にケースを除いた平面を示し、図８（ｂ）にその概略側面を示す。 従来例による冷却機構体を説明するための図であって、図９（ａ）にケースを除いた平面を示し、図９（ｂ）にその概略側面を示し、図９（ｃ）にその温度分布を示す。

本発明に係る冷却機構体を実施するための形態について、各実施例にて具体的に説明する。

本発明の第１の実施例に係る冷却機構体について、図１〜図６を参照して具体的に説明する。本実施例は、例えば、ラインカードのプリント基板の面積が比較的広く、ラインカードの厚みが薄い場合などを想定したものである。

本実施例に係る冷却機構体は、図１〜図４に示すように、それぞれ異なる発熱量を有す２つの部品、すなわち、発熱量の大きい部品２０１と発熱量の小さい部品２０２とを内部に備えたモジュール２０３に適用される。モジュール２０３の筐体天板２０３ａにおける部品２０１および部品２０２に対向する箇所には、アルミニウム製の柱状ヒートシンク１およびアルミニウム製の板状ヒートシンク３がそれぞれ接着、あるいは一体成型されている。つまり、発熱量の大きい部品２０１は、モジュール２０３の筐体天板２０３ａを介して、柱状ヒートシンク１と熱的に接続されている。発熱量の小さい部品２０２は、モジュール２０３の筐体天板２０３ａを介して、板状ヒートシンク３と熱的に接続されている。なお、柱状ヒートシンク１は、所定のピッチで配置される複数の四角柱フィン２で構成される。板状ヒートシンク３は、モジュール２０３の幅方向にて所定のピッチで配置される複数の平板フィン４で構成される。部品２０１は、部品２０２よりも後述する除熱流体の流通方向上流側に配置される。

モジュール２０３は、自らのフットプリントよりも十分大きなプリント基板２０４の表面上に実装される。プリント基板２０４はケース２０５で覆われる。ケース２０５はモジュール２０３の幅方向外側に配置される２枚の側壁板（図示省略）を備える。ケース２０５には、除熱流体の流入口および排出口の機能を備えたグリル板２０６，２０７が取り付けられる。これらによって、プリント基板２０４自体の機械的強度が確保されたうえで、底面をプリント基板２０４とすると共に、上面をケース２０５とし、２枚のグリル板２０６，２０７、前記２枚の側壁板によって、内部にモジュール２０３を備えた閉空間を構成している。閉空間の外部から供給される除熱流体１０１は、一方のグリル板２０６で構成される流入口を通り内部に流れ込み、他方のグリル板２０７で構成される排出口を通じて排出される。内部から排出された除熱流体１０２は、外部へ排出される。

さらに、本実施例に係る冷却機構体は、グリル２０６近傍の除熱流体１０１を柱状ヒートシンク１に案内する第一のダクト（衝突噴流冷却ダクト）１０と、グリル２０６近傍の除熱流体１０１を板状ヒートシンク３に案内する第二のダクト（層流・乱流ダクト）２０とを備える。第一のダクト１０および第二のダクト２０としては、例えば、それぞれ樹脂製のものが挙げられる。

第一のダクト１０は、図２（ａ），（ｂ）、図４、および図５に示すように、筒状であって、両端に除熱流体の流入口１０ａおよび排出口１０ｂを備える。第一のダクト１０は、天井板１１、天井板１１の側部に接続する側板１２，１３、側板１２，１３の下端部に接続する底板１４を備える。天井板１１は、平面部１１ａと、平面部１１ａの後端部に接続する傾斜部１１ｂとを備える。平面部１１ａと傾斜部１１ｂとの接続箇所が屈曲部１１ｃをなしている。底板１４は、第一の傾斜部１４ａと、第一の傾斜部１４ａの後端部に接続する第二の傾斜部１４ｂとを備える。第一の傾斜部１４ａと第二の傾斜部１４ｂとの接続箇所が屈曲部１４ｃをなしている。第一のダクト１０を所定の位置、すなわち、底板１４の第二の傾斜部１４ｂの後端部をモジュール２０３の筐体天板２０３ａの前端部２０３ｂ付近に取り付けると共に、天井板１１の平面部１１ａを略水平に配置したときに、傾斜部１１ｂは平面部１１ａの延在方向に対し傾斜しモジュール２０３の筐体天板２０３ａ側へ延在する。第一の傾斜部１４ａは第一のダクト１０の長さ方向に対し傾斜し天井板１１の平面部１１ａ側へ向けて延在し、第二の傾斜部１１ｂは第一のダクト１０の長さ方向に対し傾斜しモジュール２０３の筐体天板２０３ａ側へ延在する。また、天井板１１の傾斜部１１ｂは、柱状ヒートシンク１の四角柱フィン２の上方を覆うことになる。

天井板１１の屈曲部１１ｃと底板１４の屈曲部１４ｃとの間の領域は、前記領域以外の箇所、例えば流入口１０ａおよび排出口１０ｂと比べて小径であってウエスト部１５をなしている。

このように第一のダクト１０がウエスト部１５を備え、第一のダクト１０の排出口１０ｂ側の天井板１１に傾斜部１１ｂを設けたことにより、除熱流体には、四角柱フィン２の長手方向に対して傾斜する方向へ流通する速度ベクトルが付与されることになる。つまり、除熱流体の速度ベクトルが第一のダクト１０により変化することになる。よって、四角柱フィン２を冷却する除熱流体は、四角柱フィン２の長手方向に対し角度を有す速度ベクトル１０４，１０５を有すことになり、第一のダクト１０内に流通した除熱流体１０３が四角柱フィン２の長手方向に対して傾斜角を有して衝突することになる。前記傾斜角としては、例えば、１０度以上であれば良い。これにより、第一のダクト１０内に流入した除熱流体１０３はそれぞれの四角柱フィン２に対し衝突噴流することになる。この傾斜角が１０度よりも小さいと、第一のダクト１０に流入した除熱流体１０３がそれぞれの四角柱フィン２と衝突噴流しないことが起こり得るためである。よって、第一のダクト１０を設けたことにより、衝突噴流冷却を実現し、高効率な冷却を実現している。

第二のダクト２０は、図３（ａ），（ｂ）、図４、および図５に示すように、筒状であって、グリル２０６近傍の除熱流体１０１が流入する２つの流入口２０ａ，２０ｂと、第一のダクト１０から排出された除熱流体１０６が流入する流入口（開口部）２０ｃと、内部を流通した除熱流体を排出する排出口２０ｄとを備える。第二のダクト２０は、第一の通路２１と、第二の通路２６と、第一のダクト１０、第一，第二の通路２１，２６の後端部に接続する連結部３１と、連結部３１の後端部に接続する第三の通路４０とを備える。第一の通路２１および第二の通路２６は、それぞれ第一のダクト１０の側方側に隣接して配置される。第一の通路２１および第二の通路２６は、第二のダクト２０の長さ方向にてほぼ直線状に延在する。

第一の通路２１は、天井板２２、天井板２２の側部に接続する側板２３，２４、側板２３，２４の下端部に接続する底板２５を備える。天井板２２は、平面部２２ａと、平面部２２ａの後端部に接続する傾斜部２２ｂとを備える。底板２５は、平面部２５ａと、平面部２５ａの後端部に接続する傾斜部２５ｂとを備える。第二の通路２６は、第一の通路２１と同形状であって、天井板２７、天井板２７の側部に接続する側板２８，２９、側板２８，２９の下端部に接続する底板３０を備える。天井板２７は、平面部２７ａと、平面部２７ａの後端部に接続する傾斜部２７ｂとを備える。底板３０は、平面部３０ａと、平面部３０ａの後端部に接続する傾斜部３０ｂとを備える。

連結部３１は、天井板３２、天井板３２の側部に接続する側板３４，３５、側板３４，３５のそれぞれの下端部に接続する底板３７，３８、天井板３２の前端部に接続する前縦板３３を備える。天井板３２は、第一の通路２１の天井板２２の後端部および第二の通路２６の天井板２７の後端部に接続している。第一の通路２１の天井板２２は、平面部２２ａと、平面部２２ａの後端部に接続する傾斜部２２ｂを備える。第二の通路２６の天井板２７も、平面部２７ａと、平面部２７ａの後端部に接続する傾斜部２７ｂを備える。側板３４および側板３５は、それぞれ第一の通路２１の側板２３および第二の通路２６の側板２８に接続している。側板３４は、第二のダクト２０の幅方向中心部に向けて延在する傾斜部３４ａと、傾斜部３４ａの後端部に接続し第二のダクト２０の幅方向に延在する平面部３４ｂとを備える。側板３５も、第二のダクト２０の幅方向中心部に向けて延在する傾斜部３５ａと、傾斜部３５ａの後端部に接続し第二のダクト２０の幅方向に延在する平面部３５ｂとを備える。前縦板３３は、第一のダクト１０の天井板１１の後端部、第一の通路２１の側板２４、第二の通路２６の側板２９に接続している。連結部３１において、第一のダクト１０、第一の通路２１、第二の通路２６に連結すると共に、後述する第三の通路４０に連結する箇所が、流体加速流入口３９をなしている。これにより、第一のダクト１０内で柱状ヒートシンク１を冷却した後の除熱流体１０６は、第二のダクト２０の下流で合流し、加速されることになる。

第三の通路４０は、連結部３１の天井板３２の後端部に接続する天井板４１、連結部３１の側板３４，３５の後端部に接続すると共に、天井板４１の側部に接続する側板４２，４３を備える。つまり、第三の通路４０により、板状ヒートシンク３の上方および側方が覆われることになる。これにより、第三の通路４０内に流入した除熱流体１２１，１２２，１２３に板状ヒートシンク３の平板フィン４の長手方向と該平行の速度ベクトルが付与した状態で当該除熱流体を板状ヒートシンク３に案内して、前記除熱流体により板状ヒートシンク３を層流あるいは乱流冷却することになる。

上述したように、第二のダクト２０はその両端に除熱流体の流入口２０ａ，２０ｂと排出口２０ｄを備え、さらに、本体の長手方向の途中にウエスト構造を備えると同時に、流体加速流入口３９を備え、前記流体加速流入口３９が第一のダクト１０の排出口１０ｂと物理的に接続されることから、第一のダクト１０の排出口１０ｂから排出される除熱流体１０６は第二のダクト２０の第一，第二の通路２１，２６を通過する除熱流体１０８の引き込みを加速させ、除熱流体の流速加速が行われた上で、平板フィン４を冷却する除熱流体１２１，１２２，１２３を形成する。つまり、除熱流体の引き込み合流が行われる。このように除熱流体１２１，１２２，１２３の流速が増したことにより、平板フィン４表面近傍に出現する速度境界層の低減が行われ、発熱量の小さい部品２０２を高効率に冷却する。

なお、第１の実施例では、第二のダクト２０の流入口２０ａ，２０ｂは第一のダクト１０の流入口１０ａとプリント基板２０４表面の同一面に配置される。

ここで、上述した構成の冷却機構体を用い、部品温度および筐体天板温度を測定した結果について、図６（ａ），（ｂ）を参照して説明する。なお、外部から流入する除熱流体の流速は毎秒１．５ｍ、発熱量の大きい部品２０１、小さい部品２０２の発熱量はそれぞれ５０Ｗ、１０Ｗとし、先の従来例での図９に示したパラメータと同一条件とした。図６（ｂ）に示されるように、モジュール２０３の筐体天板２０３ａの温度は右上がりの特性を示すが、発熱量の大きい部品２０１が約８０℃に収まることが明らかとなった。これは、第一のダクト１０による除熱流体の衝突噴流によって四角柱フィン２表面に速度境界層が原理的に形成されず、除熱流体が効率よく冷却していることの現れである。さらに、発熱量の小さな部品２０２も良好に冷却されており、平板フィン４間を流れる除熱流体が本冷却機構体によって加速されていることの現れである。

したがって、本実施例に係る冷却機構体によれば、除熱流体の引き込み合流によって、衝突噴流に用いる除熱流体の排気抵抗を低下させると共に、層流あるいは乱流冷却に用いる除熱流体の流速を増加させ、板状ヒートシンク３表面に出現する除熱流体の速度境界層を薄くすることができ、柱状ヒートシンク１と板状ヒートシンク３の双方の冷却効率を向上させることが可能である。よって、架内のラインカードの品種ごとに最適な除熱流体（冷却風）取り入れ口となるようにすることが可能である。これにより、小型、薄型であり、かつ、それぞれ異なる発熱量を有す少なくとも２つの発熱体が同一モジュールに搭載されているにも関わらず、除熱流体による冷却を効果的に行うことができる。

本発明の第２の実施例に係る冷却機構体について、図１および図７ならびに図８を参照して説明する。本実施例は、例えば、プリント基板の面積が比較的狭く、ラインカードの厚みが厚い場合などを想定したものである。本実施例は、上述した第１の実施例に係る冷却機構体と同様、それぞれ異なる発熱量を有す２つの部品、すなわち、発熱量の大きい部品と発熱量の小さい部品とを内部に備えたモジュールに適用される。また、モジュールの筐体天板には、発熱量の大きい部品と熱的に接続して柱状ヒートシンクが設けられると共に、発熱量の小さい部品と熱的に接続して板状ヒートシンクが設けられる。本実施例では、上述した第１の実施例に係る冷却機構体と同じ部品には同一の符号を付記しその説明を省略する。

本実施例に係る冷却機構体は、図１、図７、図８に示すように、グリル２０６近傍の除熱流体１０１を複数の四角柱フィン２で構成される柱状ヒートシンクに案内する第一のダクト（衝突噴流冷却ダクト）５０と、グリル２０６近傍の除熱流体１０１を複数の平板フィン４で構成される板状ヒートシンクに案内する第二のダクト（層流・乱流ダクト）６０とを備える。第一のダクト５０および第二のダクト６０をケース２０５内の所定の位置に配置したときに、第一のダクト５０の除熱流体の流入口５０ａと、第二のダクト６０の除熱流体の流入口６０ａが上下方向にて隣接する。

第一のダクト５０は、図７に示すように、筒状であって、両端に除熱流体の流入口５０ａおよび排出口５０ｂを備える。第一のダクト５０は、天井板５１と、天井板５１の側部に接続する側板５２，５３と、側板５２，５３の下端部に接続する底板５４とを備える。天井板５１は、第一の傾斜部５１ａと、第一の傾斜部５１ａの後端部に接続する第二の傾斜部５１ｂとを備える。第一の傾斜部５１ａと第二の傾斜部５１ｂとの接続箇所が屈曲部５１ｃをなしている。底板５４は、第一の傾斜部５４ａと、第一の傾斜部５４ａの後端部に接続する第二の傾斜部５４ｂとを備える。第一の傾斜部５４ａと第二の傾斜部５４ｂとの接続箇所が屈曲部５４ｃをなしている。第一のダクト５０を所定の位置、底板５４の第二の傾斜部５４ｂの後端部をモジュール２０３の筐体天板２０３ａの前端部２０３ｂ付近に取り付けたときに、第一の傾斜部５１ａは第一のダクト５０の長さ方向に対し傾斜しケース２０５側へ延在し、第二の傾斜部５１ｂは第一のダクト５０の長さ方向に対し傾斜しモジュール２０３の筐体天板２０３ａ側へ延在する。第一の傾斜部５４ａは第一のダクト５０の長さ方向に対し傾斜し天井板５１の第二の傾斜部５１ｂ側へ向けて延在し、第二の傾斜部５４ｂは第一のダクト５０の長さ方向に対し傾斜しモジュール２０３の筐体天板２０３ａ側へ延在する。また、天井板５１の第二の傾斜部５１ｂは、柱状ヒートシンク１の四角柱フィン２の上方を覆うことになる。

天井板５１の屈曲部５１ｃと底板５４の屈曲部５４ｃとの間の領域は、前記領域以外の箇所、例えば流入口５０ａおよび排出口５０ｂと比べて小径であってウエスト部５５をなしている。

このように第一のダクト５０がウエスト部５５を備え、第一のダクト５０の排出口５０ｂ側の天井板５１に第二の傾斜部５１ｂを設けたことにより、除熱流体には、四角柱フィン２の長手方向に対して傾斜する方向へ流通する速度ベクトルが付与されることになる。つまり、除熱流体の速度ベクトルが第一のダクト５０により変化することになる。よって、四角柱フィン２を冷却する除熱流体は、四角柱フィン２の長手方向に対し角度を有す速度ベクトル１１２を有することになり、第一のダクト５０内に流通した除熱流体１１１が四角柱フィン２の長手方向に対して傾斜角を有して衝突することになる。前記傾斜角としては、例えば１０度以上であれば良い。これにより、第一のダクト５０内に流入した除熱流体１１１がそれぞれの四角柱フィン２に対し衝突噴流することになる。この傾斜角が１０度よりも小さいと、第一のダクト５０に流入した除熱流体１１１がそれぞれの四角柱フィン２と衝突噴流しないことが起こり得るためである。よって、第一のダクト５０を設けたことにより、衝突噴流冷却を実現し、高効率な冷却を実現している。

第二のダクト６０は、図８に示すように、筒状であって、グリル２０６近傍の除熱流体１０１が流入する１つの流入口６０ａと、第一のダクト５０から排出された除熱流体１１３が流入する流入口（開口部）６０ｂと、内部を流通した除熱流体を排出する排出口６０ｃとを備える。第二のダクト６０は、第一の通路６１と、第一のダクト５０、第一の通路の後端部に接続する連結部７０と、連結部７０の後端部に接続する第二の通路７５とを備える。第一の通路６１は、第一のダクト５０の上方側に配置される。第一の通路６１は、第二のダクト６０の長さ方向にてほぼ直線状に延在する。

第一の通路６１は、天井板６２、天井板６２の側部に接続する側板６３，６４、側板６３，６４の下端部に接続する底板６５を備える。底板６５は、第一の傾斜部６５ａと、第一の傾斜部６５ａの後端部に接続する第二の傾斜部６５ｂとを備える。第一の傾斜部６５ａと第二の傾斜部６５ｂの接続箇所が屈曲部６５ｃをなしている。第二のダクト６０を所定の位置に配置したときに、第一の傾斜部６５ａは、第二のダクト６０の長さ方向に対し傾斜し第二のダクト６０の天井板６２側へ向けて延在し、第二の傾斜部６５ｂは第二のダクト６０の長さ方向に対し傾斜しモジュール２０３の筐体天井板２０３ａ側へ延在する。第二の傾斜部６５ｂの後端部が第一のダクト５０の天井板５１ｂの後端部に接続している。第一の通路６１の側板６３，６４が第一のダクト５０の側板５２，５３と接続している。

連結部７０は、第一の通路６１の天井板６２の後端部に接続する天井板７１と、天井板７１の側部に接続する側板７２，７３とを備える。天井板７１は、第二のダクト６０の長さ方向に対して傾斜しモジュール２０３の筐体天板２０３ａ側に延在する。天井板７１の後端部は、後述する第二の通路７５の天井板７６の前端部に接続している。これにより、第一のダクト５０内で柱状ヒートシンク１を冷却した後の除熱流体１１３は、第二のダクト６０の下流で合流し、加速されることになる。

第二の通路７５は、連結部７０の天井板７１の後端部に接続する天井板７６と、連結部７０の側板７２，７３に接続すると共に、天井板７６の側部に接続する側板７７，７８を備える。つまり、第二の通路７５により、板状ヒートシンク３の上方および側方が覆われることになる。これにより、第二の通路７５内に流入した除熱流体１２４，１２５に板状ヒートシンク３の平板フィン４の長手方向と該平行の速度ベクトルが付与した状態で当該除熱流体を板状ヒートシンク３に案内して、前記除熱流体により板状ヒートシンク３を層流あるいは乱流冷却することになる。

上述したように、第二のダクト６０はその両端に除熱流体の流入口６０ａと排出口６０ｃを備え、さらに、本体の長手方向の途中にウエスト構造を備えると同時に、流体加速流入口をなす開口部６０ｂを備え、前記開口部６０ｂが第一のダクト５０の排出口５０ｂと物理的に接続されることから、第一のダクト５０の排出口５０ｂから排出される除熱流体１１３は第二のダクト６０を通過する除熱流体１１４，１１５，１１６の引き込みを加速させ、除熱流体の流速加速が行われた上で、平板フィン４を冷却する除熱流体１２４，１２５，１２６を形成する。つまり、除熱流体の引き込み合流が行われる。このように除熱流体１２４，１２５，１２６の流速が増したことにより、平板フィン４表面近傍に出現する速度境界層の低減が行われ、発熱量の小さい部品２０２を高効率に冷却する。

なお、第２の実施例では、第二のダクトの流入口６０ａは第一のダクト５０の流入口５０ａとプリント基板２０４表面の上部に配置される。

したがって、本実施例に係る冷却機構体によれば、第１の実施例に係る冷却機構体と同様、除熱流体の引き込み合流によって、衝突噴流に用いる除熱流体の排気抵抗を低下させると共に、層流あるいは乱流冷却に用いる除熱流体の流速を増加させ、板状ヒートシンク３表面に出現する除熱流体の速度境界層を薄くすることができ、柱状ヒートシンク１と板状ヒートシンク３の双方の冷却効率を向上させることが可能である。よって、架内のラインカードの品種ごとに最適な除熱流体（冷却風）取り入れ口となるようにすることが可能である。これにより、小型、薄型であり、かつ、それぞれ異なる発熱量を有す少なくとも２つの発熱体が同一モジュールに搭載されているにも関わらず、除熱流体による冷却を効果的に行うことができる。

なお、上記実施例では、ヒートシンク１，３をアルミヒートシンク、ダクト１０，２０，５０，６０を樹脂ダクトとした冷却機構体について説明したが、それぞれの材料をこれに限ることなく、銅ヒートシンクと銅板金ダクト、アルミヒートシンクとＳＵＳ板金ダクトなどの組み合わせで適用した冷却機構体とすることも可能である。このような冷却機構体であっても、上記実施例と同様な作用効果を奏する。

さらに、上記では、柱状ヒートシンク１を四角柱とし、板状ヒートシンク３を平板とした冷却機構体について説明したが、柱状ヒートシンクを三角柱や円柱とし、板状ヒートシンクを波板とした冷却機構体とすることも可能である。このような冷却機構体であっても、上記実施例と同様な作用効果を奏する。

また、上記では、冷却対象となるモジュール内部に備える発熱体の数を２個とした冷却機構体について説明したが、３個以上の発熱体とした場合であっても、高発熱、低発熱のグループに分割整理し、高発熱のグループに対し柱状ヒートシンクを熱的に接続して設けると共に、第一のダクト（衝突噴流冷却ダクト）を設ける一方、低発熱のグループに対し板状ヒートシンクを熱的に接続して設けると共に、第二のダクト（層流・乱流ダクト）を設けた冷却機構体とすることも可能である。このような冷却機構体であっても、上記実施例と同様な作用効果を奏する。

本発明に係る冷却装置は、小型、薄型であり、かつ、それぞれ発熱量の異なる少なくとも２つの部品が同一モジュールに搭載されているにも関わらず、除熱流体による冷却を効果的に行うことができるため、電子機器を製造する各種産業において、極めて有益に利用することができる。

１ 柱状ヒートシンク
２ 四角柱フィン
３ 板状ヒートシンク
４ 平板フィン
１０ 第一のダクト（衝突噴流冷却ダクト）
１０ａ 流入口
１０ｂ 排出口
１１ 天井板
１２，１３ 側板
１４ 底板
１５ ウエスト部
２０ 第二のダクト（層流・乱流ダクト）
２１ 第一の通路
２６ 第二の通路
３１ 連結部
４０ 第三の通路
３９ 流体加速流入口
５０ 第一のダクト（衝突噴流冷却ダクト）
５５ ウエスト部
６０ 第二のダクト（層流・乱流ダクト）
６０ｂ 開口部（流体加速流入口）
１０１，１０２ 除熱流体
１０３〜１０８ 除熱流体
１１１〜１１６ 除熱流体
１２１〜１２６ 除熱流体
２０１ 発熱量の大きい部品
２０２ 発熱量の小さい部品
２０３ モジュール
２０３ａ 筐体天板
２０４ プリント基板
２０５ ケース
２０６，２０７ グリル板

Claims (3)

1. それぞれ異なる発熱量を有す少なくとも２つの発熱体を備えるモジュールを除熱流体により冷却する冷却機構体であって、
   前記２つの発熱体における大きい発熱量を有す一方の前記発熱体と熱的に接続される柱状ヒートシンクと、
   前記２つの発熱体における小さい発熱量を有す他方の前記発熱体と熱的に接続される板状ヒートシンクとを備え、
   前記柱状ヒートシンクおよび前記板状ヒートシンクは、それぞれ前記除熱流体の流通方向上流側および下流側に相対的に配置され、
   前記除熱流体に前記柱状ヒートシンクの高さ方向に対し傾斜する速度ベクトルを付与した状態で当該除熱流体を前記柱状ヒートシンクに案内して、前記柱状ヒートシンクを衝突噴流冷却する第一のダクトと、
   前記除熱流体に前記板状ヒートシンクの長手方向と該平行の速度ベクトルを付与した状態で当該除熱流体を前記板状ヒートシンクに案内して、前記板状ヒートシンクを層流あるいは乱流冷却する第二のダクトとをさらに備え、
   前記第一のダクトと前記第二のダクトを連結して、前記第一のダクトから排出された前記除熱流体を、前記層流あるいは乱流冷却する前記除熱流体へと引き込み合流させた冷却機構体において、
   前記モジュールは、自らのフットプリントよりも大きなプリント基板の表面に配置され、
   前記プリント基板は外部から供給される前記除熱流体の流入口、排出口をそれぞれ両端に具備するケースの内部に配置され、
   前記ケースの前記除熱流体の流入口側には、前記第一のダクト、前記第二のダクトそれぞれの除熱流体の流入口が配置され、
   前記第一のダクトの除熱流体の排出口が前記第二のダクトの途中に接続される
   ことを特徴とする冷却機構体。
2. 請求項１に記載の冷却機構体において、
   前記第一のダクト、前記第二のダクトそれぞれの除熱流体の流入口は、前記プリント基板上にて隣接して配置される
   ことを特徴とする冷却機構体。
3. 請求項１に記載の冷却機構体において、
   前記第一のダクトの除熱流体の流入口の上部に前記第二のダクトの除熱流体の流入口が配置される
   ことを特徴とする冷却機構体。

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