JP5003875B2 - 冷却機構 - Google Patents

Description

本発明は、例えばコンピュータにおけるＣＰＵ等の電子部品の冷却機構に関する。

コンピュータの動作時においてＣＰＵから発生する熱量は大きく、従ってＣＰＵには常に冷却用の空気が吹き付けられるようになっている。このような冷却機構としては、ＣＰＵに対して、単に、１個のファンが設けられているに過ぎない。

ところで、１個のファンしかない場合、この１個のファンが損傷すると、ＣＰＵは忽ちの中に熱損傷に遭い、動作停止となってしまう。

このようなことから、放熱鰭、及び少なくとも二個以上のファンを備える中央処理装置用の冷却装置であって、少なくとも二個以上備えられているファンは直列に接続され、前記二個以上のファンの間に数個の連結コラムによって隙間が設けられ、前記放熱鰭が前記中央処理装置の高温を吸収する場合は、直列式のダブルファンで圧力を増大することにより大量の風を吸収可能であり、冷却の効果および速度を高めることが可能となり、前記直列式のダブルファンの構造で、その中のファンの一つが壊れたら、もう一つのファンがすぐ代わりに使用可能となることを特徴とする中央処理装置用の冷却装置が提案（実用新案登録第３０８０４７０号）されている。

この提案の技術によれば、ファンが２個以上設けられているから、一個のファンが壊れても、残りのファンによって冷却用空気が中央処理装置（ＣＰＵ）に供給され、従ってＣＰＵが損傷し難いものとなると謳われている。

又、電子部品を冷却する為の冷却機構とは全く異なるものではあるが、図４に示される如く、低圧シャフト３０に駆動係合状態で結合されたエンジンファン３５の軸方向に間隔を置いて配置された第１及び第２段ファン３１，３３と、前記第２段ファン３３を囲むファンバイパスダクト４０と、前記第１及び第２段ファン３１，３３の軸方向間に配置された、前記ファンバイパスダクト４０への第１のバイパス入口４２と、前記第２段ファン３３と環状のコアエンジン入口４７との軸方向間に配置された、前記ファンバイパスダクト４０への第２のバイパス入口４６と、前記第１のファンダクト１３１に亘る軸方向位置に配置された、前記第１段ファン３１の第１段ファンブレード３２と、第２段ファンダクト１３２に亘る軸方向位置に半径方向に配置された第２段ファンブレード３６とを含み、前記第２のファンダクト１３２が、前記第１のバイパス入口４２の軸方向後方に設置され、かつ、前記ファンバイパスダクト４０の半径方向内側に配置され、ファンシュラウド１０８が、前記第２段ファンブレード３６を各々半径方向内側ファンハブ３７と半径方向外側先端セクション３９とに分割し、前記先端セクション３９が、環状のダクト壁５０を含むファン先端ダクト１４６内に半径方向に配置され、前記環状のダクト壁５０が、前記回転可能ファンシュラウド１０８の前方に隣接する回転不能前方ダクト壁部分９０を有し、軸方向並進式デフレクタ４４が、該デフレクタが前記第１のバイバス入口４２を開くと前記ファン先端ダクト１４６を閉じ、かつ、前記第１のバイパス入口４２を閉じると前記ファン先端ダクト１４６を開くように位置決め配置されている多重バイパス式ターボファン・ガスタービンエンジン１０が提案（特開２００５−１１３９１９）されている。
実用新案登録第３０８０４７０号 特開２００５−１１３９１９

さて、特許文献１の技術によれば、１個のファンが損傷しても、未だ、少なくとも１個のファンを持っているから、冷却機能が奏されると謳われている。

しかしながら、この特許文献１の技術では、冷却機能が十分に奏され難い。

すなわち、特許文献１の技術は、例えばＣＰＵ側から遠い位置の第１のファンとＣＰＵ側に近い位置の第２のファンとが単に直列して配置されているに過ぎないから、第１のファンの能力が第２のファンの能力より大きいと、ＣＰＵの冷却はＣＰＵに近い側の第２のファンの能力によって決まってしまい、大能力の第１のファンの能力が大きく発揮されない。つまり、（第１のファンの風量−第２のファンの風量）、即ち、余分な風量は、横に外れてしまい、ＣＰＵには当らないから、無駄なものとなる。ここで、第１のファンと第２のファンとを一つのダクトの入口側と出口側とに設けたならば、第１のファンで吸引された空気はダクトを介して必ず第２のファンで吹き出される。しかしながら、この場合でも、第１のファンの能力が第２のファンの能力より大きな場合、第２のファンが能力以上に動作しないと、無駄になる。或いは、第２のファンには過負荷が掛かる。逆に、第２のファンの能力が第１のファンの能力より大きいと、第２のファンによって排出される空気は第１のファンの能力によって決まってしまい、これ、また、第１のファンには過負荷が掛かるか、無駄になってしまう。

このように、特許文献１の技術では、ファンを、折角、複数個設けていても、その能力が十分に発揮できるまで工夫が施されていない。

又、ＣＰＵの冷却機構とは全く異なる航空機用ガスタービンの技術を持って来ても、やはり、冷却機能が十分には奏されない。

従って、本発明が解決しようとする課題は、例えばＣＰＵ等の電子部品を効果的に冷却でき、電子部品が熱損傷を受け難く、耐久性が高まる技術を提供することである。

前記の課題は、電子部品を冷却する為の冷却機構であって、
前記電子部品に冷却用の流体を導く為に前記電子部品に出口側が対向するように設けら
れ、小口径部と大口径部とが繋がった断面略凸形状の管で構成される第１のダクトと、
前記第１のダクトにおける大口径部の管の中に設けられ、該大口径部より口径が小さな第２のダクトと、
前記第１のダクトの小口径部の入口側に対応して設けられた第１のファンと、
前記第２のダクトの出口側に対応して設けられた第２のファンと、
前記第１のダクトの小口径部の出口側であって、前記第２のダクトの入口側に対応して設けられた第３のファンと、
前記第１のファンによって第１のダクトの小口径部の入口側から供給されて来た冷却用の流体の一部が、第２のダクトの外側であって、かつ、第１のダクトの大口径部の内側を介して排出可能に構成され、冷却用の流体の一部を前記電子部品に導くバイパス流路
とを具備することを特徴とする冷却機構によって解決される。

本発明によれば、ファンが複数個設けられているから、一つのファンが損傷しても、残りのファンによって冷却用流体が供給される。従って、例えばＣＰＵの冷却がより確実に行なわれる。

さて、冷却の確実性が高いと言うのみならず、ファンによる冷却効率（能力）が高い。すなわち、第１のファン、第２のファン及び第３のファンの能力の如何に拘らず、冷却が無駄になることは無い。つまり、第１のファンの能力が第２のファンの能力より大きくても、無駄になることが無い。

更には、ファンに過負荷が掛かり難く、損傷が起き難い。

又、冷却流体の指向性が高く、冷却能率に優れている。

本発明になる冷却機構は、目的物を冷却する為の冷却機構である。特に、ＣＰＵ等の電子部品を冷却する為の冷却機構である。そして、前記目的物（ＣＰＵ等の電子部品）に冷却用の流体を導く為に目的物（ＣＰＵ等の電子部品）に出口側が対向するように設けられた第１のダクトを有する。更に、第１のダクトの中に設けられた口径が小さな第２のダクトを有する。そして、第１のダクトの入口側に対応して第１のファンが設けられている。又、第２のダクトの出口側に対応して第２のファンが設けられている。更に、第２のダクトの入口側に対応して第３のファンが設けられている。尚、第２のダクトと同様な第３のダクト（必要に応じて、第４のダクト、第５のダクト、……）が第１のダクト内に更に設けられていても良い。勿論、この場合、第３のファンと同様に、第４のファン、第５のファン、第５のファン……が設けられる。そして、第１のダクトと第２のダクト（第３のダクト、第４のダクト、第５のダクト、……）とは、両者の間に間隙が有るように設けられている。すなわち、第１のファンによって第１のダクトの入口側から供給されて来た冷却用の流体が、前記間隙を介して、排出可能に構成されている。例えば、第１のダクトは小口径部と大口径部とが繋がった断面略凸形状の管で構成されており、第１のダクトにおける大口径部の管の中に該大口径部より口径が小さな管からなる第２のダクトが配置されているものである。

以下、本発明について更に詳しく説明する。
図１〜図３は本発明になる冷却機構の実施形態を説明するもので、図１は冷却機構の概略説明図、図２（１），（２），（３）は本発明の冷却機構の特徴を本発明外の冷却機構と対比して説明するものであり、図３は本発明の冷却機構の特長を説明するグラフである。

各図中、１は第１ダクトである。この第１ダクト１は、口径ａの小口径からなる菅１ａと、口径ｂ（ａ＜ｂ）の大口径からなる菅１ｂとが、断面略凸状に繋がった多段（二段）パイプからなる。

２は第２ダクトである。この第２ダクト２は、口径がａの菅で出来たパイプである。そして、この第２ダクトは、第１ダクト１の大口径菅１ｂ内に軸芯が同一であるように配置されている。特に、第２ダクト２は、第１ダクト１の出口側（流体排出側）に配置されたものである。しかも、第２ダクト２は第１ダクト１に繋がっていない。すなわち、第２ダクト２は、それ自体に入口および出口を持つように設けられている。つまり、第１ダクト１の入口部から吸い込まれて来た流体の一部が第２ダクト２の外側に流れ出て行くことが可能に構成されている。尚、第２ダクト２の出口部に対向して、即ち、図１中、第１ダクト１（第２ダクト２）の右側に電子部品（ＣＰＵ）が設けられている。

３は第３ダクトである。この第３ダクト３は、口径がａの菅で出来たパイプである。そして、この第３ダクト３は、第１ダクト１の大口径菅１ｂ内において、第２ダクト２と軸芯が同一直線上に在るように配置されている。特に、第３ダクト３は、第２ダクト２と第１ダクトの菅１ａとの間に配置されている。更には、第２ダクト２の入口部から吸い込まれて来た流体の一部が第３ダクト３の外側に流れ出て行くことが可能に構成されている。かつ、第１ダクト１の入口部から吸い込まれて来た流体の一部が第３ダクト３の外側に流れ出て行くことが可能に構成されている。

４は第１ファン（吸気用ファン）である。この第１ファン４は、第１ダクト１（小口径ａの菅１ａ）の一端部（第１ダクトの入口側）に設けられたものである。

５は第２ファン（排気用ファン）である。この第２ファン５は、第２ダクト２の出口側（流体排出側）に配置されたものである。

６は第３ファンである。この第３ファン６は、第１ダクト１の小口径ａの菅１ａの他端部に設けられたものである。すなわち、第３ファン６は、第３ダクト３の入口側に対向して設けられたものである。

７は第４ファンである。この第４ファン７は、第３ダクト３の出口側に、即ち、第２ダクト２の入口側に対向して設けられたものである。

次に、上記のように構成させた本発明の特徴について図２，３を基にして説明する。
図２（１）は、一つのパイプの両端部（入口側と出口側）にファンを設けたものである。図２（３）が三つ以上のファンを設けた本発明になるものである。図２（２）は本発明の場合と同じ数のファンを設けたものの、菅が一つの口径になるもので、本発明の如く、流路にバイパス経路を持たないものである。

さて、図２（１）に示されるタイプの冷却機構において、入口側のファンの吸気能力が出口側のファンの排気能力以上である場合、この冷却機構によって冷却される能力は出口側に設けられたファンによって決まることは言うまでも無い。従って、この場合は、入口側に設けられたファンは過剰能力のファンを設けたことになり、無駄である。又、出口側に設けられたファンには過負荷が掛かる問題も有る

又、図２（２）に示されるタイプの冷却機構においても、上記した場合と同様の問題が起きる。更には、内側に設けたファンが通風抵抗となる恐れが大きく、益々、問題が多い。

これに対して、図１（図２（３））に示される本発明の冷却機構にあっては、第１ファン（吸気用ファン）４の吸気能力が第２ファン（排気用ファン）５の排気能力より大きくても、問題は起きない。すなわち、排気能力以上に吸い込まれた流体は、第２ダクト２と第１ダクト１との間から排気されるからである。かつ、第３ファンや第４ファンが大きな圧力損失として作用することも皆無である。更には、局所的に指向性の強い風を得ることが出来、冷却能力が向上する。

図３は、ファンの風量・静圧特性とシステムインピーダンスとの関係を示したグラフである。横軸が風量、縦軸が静圧である。ファンが２個の場合（図２（１）の場合）の特性は、図３中、（１）で示される。ファンが６個であるけれども本発明外のものである場合（図２（２）の場合）の特性は、図３中、（２）で示される。ファンが６個で本発明のものである場合（図２（３）の場合）の特性は、図３中、（３）で示される。

図２（１）の冷却機構は、図３の（１）で示される通り、ファンは２個であることから、静圧は小さい。よって、風量Ｑ１も少ない。

これに対して、図２（２），（３）の冷却機構は、図３の（２），（３）で示される通り、ファンは６個（直列に６個）であることから、ファンの最大静圧は上がる。

しかしながら、（２）の場合は内側のファン通風路の抵抗になってしまう為、システムインピーダンス曲線も急なカーブを描き、それに伴って風量Ｑ２は少なくなる。

これに対して、（３）の本発明になる場合は、バイパス流路が構成されている為、流路全体の通風抵抗は下がり、インピーダンス曲線は緩やかなカーブになる。よって、風量Ｑ３が増大する。

本発明の冷却機構の概略説明図 本発明の特徴を示す概略説明図 本発明の特長を示すグラフ 従来の多重バイパス式ターボファン・ガスタービンエンジンの説明図

符号の説明

１ 第１ダクト
１ａ 小口径からなる菅
１ｂ 大口径からなる菅
２ 第２ダクト
３ 第３ダクト
４ 第１ファン（吸気用ファン）
５ 第２ファン（排気用ファン）
６ 第３ファン
７ 第４ファン

特許出願人 日本電気株式会社
代 理 人 宇 高 克 己

Claims (1)

1. 電子部品を冷却する為の冷却機構であって、
   前記電子部品に冷却用の流体を導く為に前記電子部品に出口側が対向するように設けられ、小口径部と大口径部とが繋がった断面略凸形状の管で構成される第１のダクトと、
   前記第１のダクトにおける大口径部の管の中に設けられ、該大口径部より口径が小さな第２のダクトと、
   前記第１のダクトの小口径部の入口側に対応して設けられた第１のファンと、
   前記第２のダクトの出口側に対応して設けられた第２のファンと、
   前記第１のダクトの小口径部の出口側であって、前記第２のダクトの入口側に対応して設けられた第３のファンと、
   前記第１のファンによって第１のダクトの小口径部の入口側から供給されて来た冷却用の流体の一部が、第２のダクトの外側であって、かつ、第１のダクトの大口径部の内側を介して排出可能に構成され、冷却用の流体の一部を前記電子部品に導くバイパス流路
   とを具備することを特徴とする冷却機構。

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