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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024158588
(43)【公開日】2024-11-08
(54)【発明の名称】筐体の冷却構造
(51)【国際特許分類】
H05K 7/20 20060101AFI20241031BHJP
【ＦＩ】
H05K7/20 H
【審査請求】未請求
【請求項の数】3
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023073906
(22)【出願日】2023-04-28
(71)【出願人】
【識別番号】000006013
【氏名又は名称】三菱電機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100109612
【弁理士】
【氏名又は名称】倉谷 泰孝
(74)【代理人】
【識別番号】100116643
【弁理士】
【氏名又は名称】伊達 研郎
(74)【代理人】
【識別番号】100184022
【弁理士】
【氏名又は名称】前田 美保
(72)【発明者】
【氏名】浅沼 祐輝
【テーマコード（参考）】
5E322
【Ｆターム（参考）】
5E322AA11
5E322BA01
5E322BA03
5E322BA05
5E322BB03
5E322EA05
(57)【要約】
【課題】冷却ファンによる空気を複数並列に配置されたプラグインユニットへと均一に分配し、効率よく強制空冷する冷却構造を提供する。
【解決手段】冷却ファンとプラグインユニットの間に空気誘導部材を設ける。ファンからの冷却空気は空気誘導部材が有する仕切りによって分配され各プラグインユニットに誘導される。ファン側を放射状に、プラグインユニット側を矩形に仕切り、各流路を連続的に繋げることで羽根外周部から噴き出した高風速域の冷却空気を各プラグインユニットに均等に分配する。
【選択図】図１
【解決手段】冷却ファンとプラグインユニットの間に空気誘導部材を設ける。ファンからの冷却空気は空気誘導部材が有する仕切りによって分配され各プラグインユニットに誘導される。ファン側を放射状に、プラグインユニット側を矩形に仕切り、各流路を連続的に繋げることで羽根外周部から噴き出した高風速域の冷却空気を各プラグインユニットに均等に分配する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
電子機器が搭載されるプラグインユニットが複数並んで実装される筐体内へ空気を送出し、前記電子機器を冷却する筐体の冷却構造であって、
空気の流れを発する軸流ファンと、
一方の面が前記軸流ファンに固定され、他方の面が前記筐体に固定される空気誘導部材を備え、
前記空気誘導部材は、前記一方の面から前記他方の面へ向けて仕切りで区分けされた複数の流路を備え、
前記一方の面には複数の扇型の開口が放射状に設けられ、前記他方の面には複数の矩形開口が設けられ、
前記軸流ファンにより流れが生じた空気は、前記扇型の開口から前記流路を流れ、前記矩形の開口より前記筐体内へ送出されることを特徴とする筐体の冷却構造。
空気の流れを発する軸流ファンと、
一方の面が前記軸流ファンに固定され、他方の面が前記筐体に固定される空気誘導部材を備え、
前記空気誘導部材は、前記一方の面から前記他方の面へ向けて仕切りで区分けされた複数の流路を備え、
前記一方の面には複数の扇型の開口が放射状に設けられ、前記他方の面には複数の矩形開口が設けられ、
前記軸流ファンにより流れが生じた空気は、前記扇型の開口から前記流路を流れ、前記矩形の開口より前記筐体内へ送出されることを特徴とする筐体の冷却構造。
【請求項2】
前記矩形の開口は、並んで実装される前記プラグインユニットの間に設置され、
前記軸流ファンにより送出された空気は前記矩形の開口から前記プラグインユニットの間を流れて、前記電子機器を冷却することを特徴とする請求項１記載の筐体の冷却構造。
前記軸流ファンにより送出された空気は前記矩形の開口から前記プラグインユニットの間を流れて、前記電子機器を冷却することを特徴とする請求項１記載の筐体の冷却構造。
【請求項3】
前記軸流ファンにより送出された空気は、前記流路により偏向されたのち、前記矩形の開口から前記筐体内へ送出されることを特徴とする請求項２記載の筐体の冷却構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、プラグインユニット型の電子機器が複数並んで実装してあるサブラック構造の筐体の冷却構造に関する。
【背景技術】
【0002】
一般に、プラグインユニット型の電子機器は、筐体に取り付けられるサブラック内に複数並んで実装される。プラグインユニット型の電子機器は、筐体に固定された軸流ファンにより吹き付けられた冷却空気により冷却される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１９-１６１１９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
図７は、従来のサブラック構造の筐体において、ファン９ａが発する風の風量の状態を表す図である。プラグインユニット７はファン９ａが発する風の風下に配置され、ファン９ａから矢印で示される流れ方向へ風が流れる。この構成では軸流ファン９ａの特性上、ファンの羽根外周部の高風速域のプラグインユニットに供給される風量が多くなる一方で、高風速域外のプラグインユニットに供給される風量は少なくなる傾向がある。
そのため、サブラック内に並んで実装してあるプラグインユニット７を均一に冷却できないという課題があった。冷却風量が不足したプラグインユニット７では電子部品が高温になりやすく、故障等の原因となっていた。
ここで、ファンからの冷却空気を各プラグインユニットに均等に分配するには流体を整流するためのダクト（風路）をファン９ａとプラグインユニット７の間に設ける必要があり、装置の構造が大型化しやすい傾向があった。
あるいは、高風速域外のプラグインユニット７に対して風量を確保するため、ファンを大電力タイプに変更することで冷却風量を補うことがあるが、電力および冷却構造のコストが増加する傾向があった。
そのため、サブラック内に並んで実装してあるプラグインユニット７を均一に冷却できないという課題があった。冷却風量が不足したプラグインユニット７では電子部品が高温になりやすく、故障等の原因となっていた。
ここで、ファンからの冷却空気を各プラグインユニットに均等に分配するには流体を整流するためのダクト（風路）をファン９ａとプラグインユニット７の間に設ける必要があり、装置の構造が大型化しやすい傾向があった。
あるいは、高風速域外のプラグインユニット７に対して風量を確保するため、ファンを大電力タイプに変更することで冷却風量を補うことがあるが、電力および冷却構造のコストが増加する傾向があった。
【課題を解決するための手段】
【0005】
この発明は係る筐体の冷却構造は、
電子機器が搭載されるプラグインユニットが複数並んで実装される筐体内へ空気を送出し、前記電子機器を冷却する筐体の冷却構造であって、
空気の流れを発する軸流ファンと、
一方の面が前記軸流ファンに固定され、他方の面が前記筐体に固定される空気誘導部材を備え、
前記空気誘導部材は、前記一方の面から前記他方の面へ向けて仕切りで区分けされた複数の流路を備え、
前記一方の面には複数の扇型の開口が放射状に設けられ、前記他方の面には複数の矩形開口が設けられ、
前記軸流ファンにより流れが生じた空気は、前記扇型の開口から前記流路を流れ、前記矩形の開口より前記筐体内へ送出される。
電子機器が搭載されるプラグインユニットが複数並んで実装される筐体内へ空気を送出し、前記電子機器を冷却する筐体の冷却構造であって、
空気の流れを発する軸流ファンと、
一方の面が前記軸流ファンに固定され、他方の面が前記筐体に固定される空気誘導部材を備え、
前記空気誘導部材は、前記一方の面から前記他方の面へ向けて仕切りで区分けされた複数の流路を備え、
前記一方の面には複数の扇型の開口が放射状に設けられ、前記他方の面には複数の矩形開口が設けられ、
前記軸流ファンにより流れが生じた空気は、前記扇型の開口から前記流路を流れ、前記矩形の開口より前記筐体内へ送出される。
【発明の効果】
【0006】
この発明によれば、装置を大型化することなく、低コストで、ファンの羽根外周部から噴き出した高風速域の冷却空気を各プラグインユニットに均等に分配することができ、各プラグインユニットに搭載された電子機器を均一に冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】本発明の実施の形態１に係る、プラグインユニット型の電子機器が筐体内に複数並んで実装してある筐体の冷却構造を説明する図である。
【図2】本発明の実施の形態１に係るプラグインユニットを示す斜視図である。
【図3】本発明の実施の形態１に係る筐体の冷却構造における空気誘導部材の斜視図である。
【図4】本発明の実施の形態１に係る筐体の冷却構造における空気誘導部材を排気口から見た斜視図である。
【図5】本発明の実施の形態１に係る筐体の冷却構造における空気誘導部材の複数の断面図である。
【図6】本発明の実施の形態１に係る筐体の冷却構造における風量状態を表した模式図である。
【図7】従来の筐体の冷却構造における風量状態を表した模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0008】
実施の形態１．
図１は実施の形態１における筐体の外観を示すものであり、電子機器を搭載するプラグインユニット７が複数並んで実装してあるサブラック構造の筐体１を示す斜視図である。
図２は、筐体１内に実装された状態から引き出されたプラグインユニット７の斜視図である。
図１は実施の形態１における筐体の外観を示すものであり、電子機器を搭載するプラグインユニット７が複数並んで実装してあるサブラック構造の筐体１を示す斜視図である。
図２は、筐体１内に実装された状態から引き出されたプラグインユニット７の斜視図である。
【0009】
図１において、筐体１は、バックプレート２、トップカバー３、ボトムカバー４、サイドカバー５、リアパネル６およびプラグインユニット７を支持するガイドレール８を有する。軸流ファン９ａ（以下、ファン９ａという）は空気誘導部材１０の一方の面に固定される。空気誘導部材１０の他方の面はボトムカバー４に固定される。後述するように、ファン９ａにより吸引された筐体１外部の空気は空気誘導部材１０に設けられた流路を経由して筐体１の内側に取り込まれる。
リアパネル６には、ファン９ｂが固定される。
リアパネル６には、ファン９ｂが固定される。
【0010】
図２に示すようにプラグインユニット７はプリント基板１１とフロントパネル１２を有し、プラグインユニット７を装着するスロットに設けられたガイドレール８に沿って筐体１に挿入され、バックプレート２に固定される。
図１で示した筐体１は６スロット構成であり、６つのプラグインユニット７が各ガイドレール８に沿って挿入され筐体１に固定される。
図１で示した筐体１は６スロット構成であり、６つのプラグインユニット７が各ガイドレール８に沿って挿入され筐体１に固定される。
【0011】
ファン９ａにより、空気誘導部材１０を介して筐体１内に取り込まれた冷却空気は、プラグインユニット７間を通過し、リアパネル６に固定されたファン９ｂにより筐体１の外に排出される。
ここで隣接するスロットのガイドレール８間には、冷却空気が通る矩形の開口が設けられている。ここで矩形の開口は、空気誘導部材１０の一方の面に形成された矩形の形状をした流路であり、ガイドレール８間に、この矩形の形状をした流路がちょうど位置するように空気誘導部材１０はボトムカバー４に固定される。
この矩形形状の流路から吹き上がる空気流によって、プリント基板上に実装された電子部品が強制空冷される。
ここで隣接するスロットのガイドレール８間には、冷却空気が通る矩形の開口が設けられている。ここで矩形の開口は、空気誘導部材１０の一方の面に形成された矩形の形状をした流路であり、ガイドレール８間に、この矩形の形状をした流路がちょうど位置するように空気誘導部材１０はボトムカバー４に固定される。
この矩形形状の流路から吹き上がる空気流によって、プリント基板上に実装された電子部品が強制空冷される。
【0012】
図３は、空気誘導部材１０の斜視図であり、ファン９ａが固定される面の方向からみたときの斜視図である。手前側に見えている面は、ファン９ａが取り付けられ冷却空気の吸気側となる面であり、吸気面１０ａとする。吸気面１０ａの反対側の面は冷却空気の排気側の面となる面であり、排気面１０ｂとする。
【0013】
【0014】
図３のように、吸気面１０ａには扇型の開口が放射状に設けられている。各々の開口は放射状に仕切られた形状となっている。具体的には、吸気面１０ａには、１２個の開口（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、・・・、１３ｌ）が設けられており、各開口は放射状であって内側が狭く外側が広い扇型の形状となっている。各開口の間には仕切りが設けられ、各開口同士は区分けがされている。
【0015】
一方、排気面１０ｂには６列２段の計１２個の開口が設けられている。ただし、排気面１０ｂに設けられた開口は、図４のように矩形であり、各開口の間には仕切りが設けられ、各開口同士は区分けがされている。具体的には、排気面１０ｂには、１２個の開口（１４ａ_1、１４ａ_2、１４ｂ_1、１４ｂ_2、１４ｃ_1、１４ｃ_2、・・・、１４ｆ_1、１４ｆ_2）の開口が設けられている。
【0016】
１４ａ_1と１４ａ_2とで１列２段の２個の開口を成し、１４ａ_1と１４ａ_2の開口が、筐体１において説明した隣接するスロットのガイドレール８間に設けられた矩形の開口に該当する。
同様に、１４ｂ_1と１４ｂ_2とで２個の開口を成し、１４ｃ_1と１４ｃ_2、・・・、１４ｆ_1と１４ｆ_2とで１列２段の２個の開口を成し、各々のガイドレール８間に設置される。
同様に、１４ｂ_1と１４ｂ_2とで２個の開口を成し、１４ｃ_1と１４ｃ_2、・・・、１４ｆ_1と１４ｆ_2とで１列２段の２個の開口を成し、各々のガイドレール８間に設置される。
【0017】
吸気面１０ａに設けられた開口と、排気面１０ｂに設けられた開口とは対応関係があり、対応する開口同士は連続的な形状でなめらかに繋げられている。
例えば、吸気面１０ａの開口１３ａと開口１３ｆは、排気面１０ｂの矩形の開口１４ｃ_1と１４ｃ_2と対応関係があって、これらの開口は空気誘導部材１０の内部で連続的な形状でなめらかに繋げられている。すなわち、吸気面１０ａの開口１３ａと開口１３ｆと、排気面１０ｂの矩形の開口１４ｃ_1と１４ｃ_2とは空気誘導部材１０の内部で繋がっており、空気が通る流路となっている。排気面１０ｂの開口１４ｃ_1と１４ｃ_2の矩形の形状は、プラグインユニットが挿入される際のガイドレール８間の隙間形状に合わせられている。
吸気面１０ａの開口１３ａと開口１３ｆと、排気面１０ｂの矩形の開口１４ｃ_1と１４ｃ_2は、ファン９ａの動作によって流れる空気の流路を形成することからの流路区画と呼ぶこともできる。
例えば、吸気面１０ａの開口１３ａと開口１３ｆは、排気面１０ｂの矩形の開口１４ｃ_1と１４ｃ_2と対応関係があって、これらの開口は空気誘導部材１０の内部で連続的な形状でなめらかに繋げられている。すなわち、吸気面１０ａの開口１３ａと開口１３ｆと、排気面１０ｂの矩形の開口１４ｃ_1と１４ｃ_2とは空気誘導部材１０の内部で繋がっており、空気が通る流路となっている。排気面１０ｂの開口１４ｃ_1と１４ｃ_2の矩形の形状は、プラグインユニットが挿入される際のガイドレール８間の隙間形状に合わせられている。
吸気面１０ａの開口１３ａと開口１３ｆと、排気面１０ｂの矩形の開口１４ｃ_1と１４ｃ_2は、ファン９ａの動作によって流れる空気の流路を形成することからの流路区画と呼ぶこともできる。
【0018】
同様に、吸気面１０ａの開口１３ｂと１３ｅは空気誘導部材１０の内部で排気面１０ｂの矩形の開口１４ｂ_1と１４ｂ_2と連続的な形状でなめらかに繋げられている。吸気面１０ａの開口１３ｂと１３ｅは、空気誘導部材１０の内部で合流し、ガイドレール８間の隙間形状に合わせた排気面１０ｂの矩形の開口１４ｂ_1と１４ｂ_2を形成する。
開口１３ｃと１３ｄは空気誘導部材１０の内部で排気面１０ｂの矩形の開口１４ａ_1と１４ａ_2と連続的な形状でなめらかに繋げられている。吸気面１０ａの開口１３ｃと１３ｄは、空気誘導部材１０の内部で合流し、ガイドレール８間の隙間形状に合わせた排気面１０ｂの矩形の開口１４ａ_1と１４ａ_2を形成する。
開口１３ｃと１３ｄは空気誘導部材１０の内部で排気面１０ｂの矩形の開口１４ａ_1と１４ａ_2と連続的な形状でなめらかに繋げられている。吸気面１０ａの開口１３ｃと１３ｄは、空気誘導部材１０の内部で合流し、ガイドレール８間の隙間形状に合わせた排気面１０ｂの矩形の開口１４ａ_1と１４ａ_2を形成する。
【0019】
吸気面１０ａの放射状の開口１３ｌ、１３ｇと、排気面１０ｂの矩形の開口１４ｄ_1と１４ｄ_2が対応する開口である。
吸気面１０ａの放射状の開口１３ｋ、１３ｈと、排気面１０ｂの矩形の開口１４ｅ_1と１４ｅ_2が対応する開口である。
吸気面１０ａの放射状の開口１３ｊ、１３ｉと、排気面１０ｂの矩形の開口１４ｆ_1と１４ｆ_2が対応する開口である。
吸気面１０ａの放射状の開口１３ｋ、１３ｈと、排気面１０ｂの矩形の開口１４ｅ_1と１４ｅ_2が対応する開口である。
吸気面１０ａの放射状の開口１３ｊ、１３ｉと、排気面１０ｂの矩形の開口１４ｆ_1と１４ｆ_2が対応する開口である。
【0020】
吸気口１０ａから流入する冷却空気の流路は放射状に仕切られた開口１３ａ、１３ｂ、１３ｃ, １３ｄ, １３ｅ, １３ｆ, １３ｇ, １３ｈ, １３ｉ, １３ｊ, １３ｋ, １３ｌの１２区画に分割される。
分配された冷却空気はその後、対応する排気面１０ｂの矩形の開口から吹き出されて筐体１内に取り込まれ、プラグインユニット７間を通過し、リアパネル６に固定されたファン９ｂにより筐体１の外に排出される。
このようにして、ファン９ａの羽根外周部から吹き出した冷却空気はサブラック内に複数並んで実装されるプラグインユニット７間に分配され、筐体１から排出される。
分配された冷却空気はその後、対応する排気面１０ｂの矩形の開口から吹き出されて筐体１内に取り込まれ、プラグインユニット７間を通過し、リアパネル６に固定されたファン９ｂにより筐体１の外に排出される。
このようにして、ファン９ａの羽根外周部から吹き出した冷却空気はサブラック内に複数並んで実装されるプラグインユニット７間に分配され、筐体１から排出される。
【0021】
次に、空気誘導部材１０の断面を示す。
図５は、空気誘導部材１０を、ファン９ａが固定される吸気面１０ａと平行となる面で切断したときの断面図であり、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）の順に切断の位置を吸気面１０ａ側から排気面１０ｂ側に移動させたものである。
ファン側の吸気面１０ａの放射状に仕切られた扇状の形状をした空気の流路は、排気面１０ｂ側に進むにつれて矩形の形状に変化する。
空気誘導部材１０はファン９ａから吐き出された冷却空気を仕切りによって偏向し、偏向によって、ファン９ａの羽根外周部から噴き出した高風速域の冷却空気と、高風速域外の冷却空気とが混合して風量が均一化される。
図５は、空気誘導部材１０を、ファン９ａが固定される吸気面１０ａと平行となる面で切断したときの断面図であり、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）の順に切断の位置を吸気面１０ａ側から排気面１０ｂ側に移動させたものである。
ファン側の吸気面１０ａの放射状に仕切られた扇状の形状をした空気の流路は、排気面１０ｂ側に進むにつれて矩形の形状に変化する。
空気誘導部材１０はファン９ａから吐き出された冷却空気を仕切りによって偏向し、偏向によって、ファン９ａの羽根外周部から噴き出した高風速域の冷却空気と、高風速域外の冷却空気とが混合して風量が均一化される。
【0022】
図６は、実施の形態１に係る筐体の冷却構造におけるプラグインユニット間を流れる風量状態を説明する模式図であり、本実施の形態においてはファン９ａとプラグインユニット７の間に、空気誘導部材１０が配置される。
図７で説明したように、従来の筐体においては、軸流ファンの特性上、ファンの羽根外周部の高風速域に位置するプラグインユニットに対して供給される風量が多くなる一方で、高風速域外のプラグインユニットに供給される風量は少なくなる傾向があった。一方、本実施の形態に係る筐体においては、ファンの羽根外周部の高風速域の冷却空気は、空気誘導部材１０の吸気面１０ａに設けられた扇形の開口に流入し、流路の形状の変化に伴って排気面１０ｂ側では、矩形の開口から吹き出される。
図６に示すように空気誘導部材１０を通過した冷却空気は各スロットに等分配され、筐体１内に並んで実装してあるプラグインユニット７を均一に冷却する。
図７で説明したように、従来の筐体においては、軸流ファンの特性上、ファンの羽根外周部の高風速域に位置するプラグインユニットに対して供給される風量が多くなる一方で、高風速域外のプラグインユニットに供給される風量は少なくなる傾向があった。一方、本実施の形態に係る筐体においては、ファンの羽根外周部の高風速域の冷却空気は、空気誘導部材１０の吸気面１０ａに設けられた扇形の開口に流入し、流路の形状の変化に伴って排気面１０ｂ側では、矩形の開口から吹き出される。
図６に示すように空気誘導部材１０を通過した冷却空気は各スロットに等分配され、筐体１内に並んで実装してあるプラグインユニット７を均一に冷却する。
【0023】
このようにして、空気誘導部材１０は、ファン９ａの羽根外周部から吹き出した高風速域の冷却空気を均等に分配することで、本実施の形態に係る筐体においては、各プラグインユニットに搭載された電子機器を均一に冷却することができる。
【0024】
なお、実施の形態１では６スロット分配では流路を１２分岐としたが、５スロットの場合には１０分岐とし、また７スロットの場合には１４分岐とすれば同様にして応用可能である。
【0025】
空気誘導部材の形状は３Ｄプリンタで造形することにより実現可能であり、連続的な流路で分配することで、通風抵抗によるファンの風量ロスの低減が期待できる。
【符号の説明】
【0026】
１ 筐体、２ バックプレート、３ トップカバー、４ ボトムカバー、５ サイドカバー、６ リアパネル、７ プラグインユニット、８ ガイドレール、９a ファン、９b ファン、１０ 空気誘導部材、１０a 空気誘導部材の吸気面、１０b 空気誘導部材の排気面、１１ プリント基板、１２ フロントパネル、１３ａ 開口（流路区画_Ａ）、１３ｂ 開口（流路区画_Ｂ）、１３ｃ 開口（流路区画_Ｃ）、１３ｄ 開口（流路区画_Ｄ）、１３e 開口（流路区画_Ｅ）、１３ｆ 開口（流路区画_Ｆ）、１３ｇ 開口（流路区画_Ｇ）、１３ｈ 開口（流路区画_Ｈ）、１３ｉ 開口（流路区画_Ｉ）、１３ｊ 開口（流路区画_Ｊ）、１３ｋ 開口（流路区画_Ｋ）、１３ｌ 開口（流路区画_Ｌ）、１４ａ 開口（流路区画_Ａ）、１４ｂ 開口（流路区画_Ｂ）、１４ｃ 開口（流路区画_Ｃ）、１４ｄ 開口（流路区画_Ｄ）、１４ｅ 開口（流路区画_Ｅ）、１４ｆ 開口（流路区画_Ｆ）。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】