(57)【要約】      （修正有）【課題】冷却風を分岐・合流させる共通ヘッダーの寸法を小さく抑えながら、電子装置の各段の冷却流路に冷却流体を均一に分配し、各段の電子装置の温度上昇を同等にして、全体の装置の小型化と冷却効率向上とを同時に達成する多段積電子装置の冷却装置を提供する。【解決手段】多段積電子装置の冷却装置は、電子装置１の並列実装ピッチ当りの分岐ヘッダー４ａの流路断面積の減少率を分岐ヘッダー４ａの上流部で大きく、かつ、分岐ヘッダー４ａの下流部で小さくなるよう傾斜角を途中で変更した二段屈曲傾斜板４０を分岐ヘッダー４ａ内に装着する。【選択図】図１
2020035859.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
収納筐体内に複数の電子装置が多段積されている多段積電子装置の冷却装置であって、
分岐導入流路を装着した分岐ヘッダーと、
合流導入流路を装着した合流ヘッダーとを備え、
冷却流体が前記分岐ヘッダーの下部から流入して、並列に設けられた前記電子装置の冷却流路を流れ、前記合流ヘッダーの上部から流出するものであり、
前記電子装置の並列実装ピッチ当りの前記分岐ヘッダーの流路断面積の減少率を前記分岐ヘッダーの上流部で大きく、前記分岐ヘッダーの下流部で小さくする傾斜板を前記分岐ヘッダー内に装着したことを特徴とする多段積電子装置の冷却装置。
【請求項２】
傾斜板を途中で少なくとも２箇所以上屈曲させたことを特徴とする請求項１記載の多段積電子装置の冷却装置。
【請求項３】
収納筐体内に複数の電子装置が多段積されている多段積電子装置の冷却装置であって、
分岐導入流路を装着した分岐ヘッダーと、
合流導入流路を装着した合流ヘッダーとを備え、
冷却流体が前記分岐ヘッダーの下部から流入して、並列に設けられた前記電子装置の冷却流路を流れ、前記合流ヘッダーの上部から流出するものであり、
前記電子装置の並列実装ピッチ当りの前記分岐ヘッダーの流路断面積の減少率を前記分岐ヘッダーの上流部で大きく、前記分岐ヘッダーの下流部で小さくする流路壁を前記分岐ヘッダーの側壁としたことを特徴とする多段積電子装置の冷却装置。
【請求項４】
流路壁を途中で少なくとも２箇所以上屈曲させたことを特徴とする請求項３記載の多段積電子装置の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多段積電子装置の冷却装置に係り、特に、送風機によって流入させた冷却風を多段積の電子装置の各段にほぼ等しく分配し、小型でしかも効率的に冷却できる多段積電子装置の冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
［従来の技術］
電子計算機や放送システムなどの電子装置は、性能向上と大出力を得るため、半導体デバイス、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、電力増幅器など高温を発する電子部品を回路基板に高密度に実装した電子装置が収納筐体の高さ方向に多段状に積層される形で実装されている。これが、多段積電子装置である。
【０００３】
下記の特許文献１に示す、多段積電子装置の収納筐体のように、従来の空冷方式の電子装置は、送風機から送られた冷却空気流が次々分岐しながら多段状に積層された電子装置の各段に流入し、電子装置を冷却した後、冷却空気流が次々合流しながら排出される構造となっている。
【０００４】
特許文献１における収納筐体では、電子装置が４段に積層された図が示されているが、地上デジタルテレビ送信機では、大電力の送信出力を得るため、出力電力が小さい送信機を多数合成出力することで送信出力を高め、積層段数が１０段以上のものが出現している。
【０００５】
このように多数積層した電子装置は、各電子装置の冷却流路を分岐ヘッダーと合流ヘッダーに並列状につなぎ、冷却流体を分岐と合流によって電子装置の冷却流路各段に導いて冷却している。
【０００６】
しかし、電子装置の積層段数が多くなるほど、各段の冷却流量が均一にならず、温度の一様化は困難だと言われている。たとえ電子装置の発熱量が同じでも、また各段の流入冷却流温度が同一であっても、冷却流量が電子装置各段に均一に流れないと、多数積層した電子装置の温度は一様（一定）にならない。
【０００７】
例えば、日本機械学会編  技術資料「管路・ダクトの流体抵抗」１９７９年１月丸善発行  第４章９９頁、図４・１２２及び図４・１２３（非特許文献１）を参照すると、特許文献１記載のように同じサイズの支管を多数の並列に並べてＺ字型状の流れを行う場合に、下流の支管に行くほど、支管流路の出入口の圧力差が大きくなり、下流の支管流路に流れる流量が多くなることが示されている。
【０００８】
この現象をもっと物理的に説明すると、分岐ヘッダーを流れる流体は、各段の支管の流路に次々流入して行くことで、分岐ヘッダー内を流れる流量が減少するので、流体流速は低下し、分岐ヘッダー内の冷却流体圧力は増大して行く。更に、流量減少のため、分岐ヘッダー内の流体圧力損失も下流に行くほど低下するので、分岐ヘッダーの総入口から各段の支管の流路流入口までの分岐ヘッダー内流体圧力損失はわずかしか増大しない。
【０００９】
一方、各段の支管を流入した流体が合流ヘッダーに流出して行く際、上流の支管流路から流出する流体は、下流の支管並列流路から流出する流体を次々押しのけ、かつ流出流体の増加による合流ヘッダー内の流体流速が次々増加して行く中を合流ヘッダーの総排出口まで流れて行かなければならない。
【００１０】
従って、合流ヘッダー内の冷却流体の圧力は上流程高く、総排出口に近づく下流ほど低下する。そして、分岐ヘッダーの総入口から各段の支管流路流出口から合流ヘッダーの総出口までの合流ヘッダー内流体圧力損失は上流程大きく、総排出口に近づく下流ほど急激に減少して行く。
【００１１】
よって、上記分岐ヘッダー内の冷却流体の圧力増大と合流ヘッダー内の冷却流体の圧力減少により、各段の支管流路の出入口間にかかる圧力差は下流に行くほど大きくなるので、冷却流路を流れる冷却流量は下流程多くなる特性となる。
【００１２】
［第１の従来装置（比較例１）：図１３］
そこで、多段積の電子装置の冷却流路に冷却流体が流れた場合に、分岐合流で生ずる圧力損失と各電子装置の通過風量特性について、流れのシミュレーションによってもっと詳細に明らかにする。そのため、最初に従来の多段積の電子装置の冷却流路構成について図１３（比較例１）を用いて説明する。比較例１を第１の従来装置としている。同図で矢印は、冷却風の流れを示す。図１３は、第１の従来装置の断面説明図である。
【００１３】
図１３に示すように、電子装置１（ＰＡ1，ＰＡ2，ＰＡ3，ＰＡ4，ＰＡ5，ＰＡ6，ＰＡ7，ＰＡ8，ＰＡ9，ＰＡ10）は、１０段並列して段積実装されている。その際、電子装置１（ＰＡ1，ＰＡ2，ＰＡ3，ＰＡ4，ＰＡ5，ＰＡ6，ＰＡ7，ＰＡ8，ＰＡ9，ＰＡ10）を総称する場合、電子装置１（以降ＰＡと略記する）と呼び、また、１０段同じ構成になっている部品は、以降項番を付けないこととする。
【００１４】
ＰＡの下層部には、冷却フィン２が実装され、冷却流路３が構成されている。上記ＰＡの冷却流路３は、冷却流体流入口３ａが分岐導入流路６を介して分岐ヘッダー４につながり、冷却流体流出口３ｂが合流導入流路７を介して、合流ヘッダー５につながっている。
そして、冷却風は別筐体（図示せず）内の送風機２０から分岐ヘッダー４を介して、各ＰＡを冷却した後、合流ヘッダー５から筐体１００の外に排気される。
【００１５】
送風機２０から出た冷却風がどの位置のＰＡに流れるルートをとっても、各ルートを流れる冷却風は、分岐ヘッダー４の総入口（Ａ点）から合流ヘッダー５の総出口（Ｂ点）に至るまでの総圧損が全て等しくなるように流れる原理により、流れのシミュレーションでは、各ＰＡを通過する冷却風量と冷却流路３の分岐合流で生ずる圧力損失値等が求められる。
【００１６】
図１３の各ＰＡは１００ｍｍピッチで積層実装され、分岐ヘッダー４と合流ヘッダー５は、共に横幅が１００ｍｍ、奥行が６５０ｍｍとし、分岐導入流路６と合流導入路７は、高さが３６ｍｍ、長さが４０ｍｍとしている。そして、総送風量が３０ｍ3／ｍｉｎとする一般的な条件下で、流れのシミュレーションを行った。
【００１７】
［分岐合流での圧力損失分布：図１４／冷却流体の風量分布：図１５］
その結果を図１４に示す。図１４では、分岐ヘッダー４の総入口（Ａ点）から各ＰＡ１の冷却流体流入口３ａに至る分岐ヘッダー４内の圧損ΔＰhi、分岐導入流路６内の圧損ΔＰbi、合流導入路７内の圧損ΔＰbo、各ＰＡの冷却流体流出口３ｂから合流ヘッダー５の総出口（Ｂ点）に至る合流ヘッダー５内の圧損ΔＰhoなどを、冷却流路の分岐合流で生ずる圧力損失分布としてＰＡ段毎に示している。尚、ＰＡ内の冷却流路圧損は図示していない。図１５では、ＰＡ内の冷却流路内を通過する冷却流体の風量分布を示している。
【００１８】
これら図１４、図１５の結果から上記圧損和（ΔＰhi＋ΔＰbi＋ΔＰbo＋ΔＰho）は、最下段のＰＡ10が最大で、最上段ＰＡ1が最小となり、風量は逆に最下段のＰＡ10が最小で、最上段ＰＡ1が最大となり、平均風量（一点鎖線で示す）に対する偏差は＋２３％〜−１２％と大きく偏流していることが分る。
【００１９】
上記シュミュレーションで示したように、限られた大きさの分岐ヘッダー４と合流ヘッダー５を有する段積実装した従来の冷却流路構造では、各段のＰＡに流れる冷却風量を一様にすることは困難であった。
【００２０】
［第２の従来装置（比較例２）：図１６］
一方、特許文献２に示されるように、分岐ヘッダー４と合流ヘッダー５内の流れを制御するため、分岐ヘッダー４と合流ヘッダー５の側壁を傾斜させて、段積実装したＰＡの並列冷却流路に流入する冷却風量を均一化する考えがある。
例えば、特許文献２で示される構造例を第２の従来装置（比較例２）として図１６に示す。図１６は、第２の従来装置の断面説明図である。
第２の従来装置（比較例２）の構造は、分岐ヘッダー４ｃの側壁が分岐ヘッダー４ｃの流れ方向に流路断面積が一定割合で減少するように傾斜し、一方、合流ヘッダー５ｃの側壁は、合流ヘッダー５ｃの流れ方向に流路断面積が一定割合で増大するように傾斜した形をしている。これ以外の構造は先の図１３と同じなので、同じ番号を付けて、説明を省略する。
【００２１】
分岐ヘッダー４ｃの側壁の傾斜は、傾斜壁と分岐導入流路６の入口とのＰＡ流入口の間隙がＰＡ実装ピッチ毎に１０ｍｍ小さくなる傾斜角度を持ち、合流ヘッダー５ｃの側壁の傾斜は、傾斜壁と合流導入流路７の出口との間隙であるＰＡ流出口の幅が、ＰＡ実装ピッチ毎に５ｍｍ大きくなる傾斜角度を持っている。
但し、分岐ヘッダー４ｃと合流ヘッダー５ｃの最大幅は１００ｍｍと同じであり、その他の条件は、先と同じとする段積実装条件で、流れのシミュレーションによって、各ＰＡを通過する冷却風量と冷却流路の分岐合流で生ずる圧力損失を求めた。
【００２２】
［分岐合流での圧力損失分布：図１７、冷却流体の風量分布：図１８］
シミュレーションの結果を図１７、図１８に示す。圧損和（ΔＰhi＋ΔＰbi＋ΔＰbo＋ΔＰho）は、第１の従来装置（図１３）の圧損和（図１４）とほとんど変化がなく、通過風量も第１の従来装置（図１３）の図１５と比較しても、平均風量に対する偏差は＋２０％〜−１７％と大きく偏流し、わずかしか改善されていないことが分る。
【００２３】
この原因は、出口側の合流ヘッダー５ｃの最大幅が１００ｍｍと小さいためである。そこで、図１６に示す構造（比較例２）に対して合流ヘッダー５ｃの最大幅を２００ｍｍと２倍に大幅に大きくした構造を比較例３（第３の従来装置）として調べた。なお、比較例３は合流ヘッダー５ｃの傾斜角度は同じであり、合流ヘッダー５ｃの幅だけが大きくしただけなので、断面構造は図示していない。
【００２４】
［第３の従来装置（比較例３）における分岐合流での圧力損失分布：図１９、冷却流体の風量分布：図２０］
上記条件のシミュレーション結果のみ表示すると、図１９、図２０に示すように、圧損和（ΔＰhi＋ΔＰbi＋ΔＰbo＋ΔＰho）は、上下段での差が共に小さくなり、偏流率も±１％以内に収まる。しかしながら、出口側の合流ヘッダー５ｃの幅が２００ｍｍと２倍と大幅に大きくなり、比較例３の流路構造を小形筐体に収納することは難しい。
更に、多段積電子装置を筐体に収納する際、筐体に対して偏心して実装しなければならず、筐体のデザインが悪くなり、また、多段積電子装置を筐体中心に実装すれば、筐体の横幅は更に大きくなってしまう課題がある。
【００２５】
［第４の従来装置（比較例４）：図２１］
一方、小形筐体の実現と冷却風量の均一化の要求を同時に満たす試みとして、特許文献３で示されるように、分岐ヘッダーのみ流れ方向に沿って流路断面積が一定割合で減少する構造が提案されている。この考えに沿って先と同じ条件でシミュレーションした冷却流路構造を第４の従来装置として図２１（比較例４）に示している。図２１でも図１３及び図１６と同じものは同一の符号を付け、説明を省略する。
【００２６】
［分岐合流での圧力損失分布：図２２、冷却流体の風量分布：図２３］
その結果、出口側の合流ヘッダー５の幅を入口側の分岐ヘッダー４ｃの最大幅と同じにして、筐体に入る小さな１００ｍｍ幅に抑えたが、シミュレーション結果、図２２、図２３に示すように、圧損和（ΔＰhi＋ΔＰbi＋ΔＰbo＋ΔＰho）は上下段での差が大きく、偏流率も＋１６％〜−９％と第１の従来装置の構造（図１３）に比較しても若干小さくなる程度であった。
【００２７】
［関連技術］
尚、上述した先行技術は、特許第５４９６０１８号公報「多段積電子装置用冷却装置」（特許文献１）、特開２０１２−１５０９７７号公報「電池冷却構造」（特許文献２）、特開２０１２−２２１６２１号公報「光照射装置」（特許文献３）である。
また、日本機械学会編  技術資料「管路・ダクトの流体抵抗」１９７９年１月丸善発行  第４章９９頁、図４・１２２及び図４・１２３（非特許文献１）がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２８】
【特許文献１】特許第５４９６０１８号公報
【特許文献２】特開２０１２−１５０９７７号公報
【特許文献３】特開２０１２−２２１６２１号公報
【非特許文献】
【００２９】
【非特許文献１】日本機械学会編  技術資料「管路・ダクトの流体抵抗」１９７９年１月丸善発行  第４章９９頁、図４・１２２及び図４・１２３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３０】
しかしながら、従来の多段積電子装置の冷却装置では、上述したとおり、全体の装置の小型化を図りつつ、同時に電子装置の各段の冷却流路に冷却流体を均一に分配して各段の電子装置の温度上昇を同等にし、冷却効率を向上させるものとはなっていないという問題点があった。
【００３１】
本発明は上記実情に鑑みて為されたもので、送風機から送られる冷却空気風を多段積した電子装置に並列分配する際に、冷却風を分岐・合流させる共通ヘッダーの寸法を小さく抑えながら、かつ、電子装置の各段の冷却流路に冷却流体を均一に分配し、各段の電子装置の温度上昇を同等にして、全体の装置の小型化と冷却効率向上とを同時に達成する多段積電子装置の冷却装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３２】
上記従来例の問題点を解決するための本発明は、収納筐体内に複数の電子装置が多段積されている多段積電子装置の冷却装置であって、分岐導入流路を装着した分岐ヘッダーと、合流導入流路を装着した合流ヘッダーとを備え、冷却流体が分岐ヘッダーの下部から流入して、並列に設けられた電子装置の冷却流路を流れ、合流ヘッダーの上部から流出するものであり、電子装置の並列実装ピッチ当りの分岐ヘッダーの流路断面積の減少率を分岐ヘッダーの上流部で大きく、分岐ヘッダーの下流部で小さくする傾斜板を分岐ヘッダー内に装着したことを特徴とする。
【００３３】
本発明は、上記多段積電子装置の冷却装置において、傾斜板を途中で少なくとも２箇所以上屈曲させたことを特徴とする。
【００３４】
本発明は、収納筐体内に複数の電子装置が多段積されている多段積電子装置の冷却装置であって、分岐導入流路を装着した分岐ヘッダーと、合流導入流路を装着した合流ヘッダーとを備え、冷却流体が分岐ヘッダーの下部から流入して、並列に設けられた電子装置の冷却流路を流れ、合流ヘッダーの上部から流出するものであり、電子装置の並列実装ピッチ当りの分岐ヘッダーの流路断面積の減少率が分岐ヘッダーの上流部で大きく、分岐ヘッダーの下流部で小さくする流路壁を分岐ヘッダーの側壁としたことを特徴とする。
【００３５】
本発明は、上記多段積電子装置の冷却装置において、流路壁を途中で少なくとも２箇所以上屈曲させたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３６】
本発明によれば、電子装置の並列実装ピッチ当りの分岐ヘッダーの流路断面積減少率が分岐ヘッダーの上流部で大きく、かつ、分岐ヘッダーの下流部で小さい傾斜板を分岐ヘッダー内に装着し、若しくは、電子装置の並列実装ピッチ当りの分岐ヘッダーの流路断面積減少率が分岐ヘッダーの上流部で大きく、かつ、分岐ヘッダーの下流部で小さくなるように、分岐ヘッダーの側壁を滑らかに屈曲させた多段積電子装置の冷却装置としているので、並列実装した電子装置に流入する冷却流体の流量を均一に制御し、装置の小型化と冷却効率向上を同時に達成することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】第１の装置の断面説明図である。
【図２】第１の装置における二段屈曲傾斜板と流路幅の関係を示す図である。
【図３】第１の装置における分岐合流での圧力損失分布を示す図である。
【図４】第１の装置における冷却流体の風量分布を示す図である。
【図５】第２の装置の断面説明図である。
【図６】第２の装置における三段屈曲傾斜板と流路幅の関係を示す図である。
【図７】第２の装置における分岐合流での圧力損失分布を示す図である。
【図８】第２の装置における冷却流体の風量分布を示す図である。
【図９】第３の装置の断面説明図である。
【図１０】第３の装置における二段屈曲傾斜壁と流路幅の関係を示す図である。
【図１１】第４の装置の断面説明図である。
【図１２】第４の装置における三段屈曲傾斜壁と流路幅の関係を示す図である。
【図１３】第１の従来装置の断面説明図である。
【図１４】第１の従来装置における分岐合流での圧力損失分布をしめす図である。
【図１５】第１の従来装置における冷却流体の風量分布を示す図である。
【図１６】第２の従来装置の断面説明図である。
【図１７】第２の従来装置における分岐合流での圧力損失分布を示す図である。
【図１８】第２の従来装置における冷却流体の風量分布を示す図である。
【図１９】第３の従来装置における分岐合流での圧力損失分布を示す図である。
【図２０】第３の従来装置における冷却流体の風量分布を示す図である。
【図２１】第４の従来装置の断面説明図である。
【図２２】第４の従来装置における分岐合流での圧力損失分布を示す図である。
【図２３】第４の従来装置における冷却流体の風量分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
［実施の形態の概要］
本発明の実施の形態に係る多段積電子装置の冷却装置（本冷却装置）は、分岐導入流路を装着した分岐ヘッダーと、合流導入流路を装着した合流ヘッダーとに対して多段積した電子装置の冷却流路を並列状につなぎ、冷却流体が分岐ヘッダーの下部から流入し、電子装置の冷却流路を流れ、合流ヘッダーの上部から流出する冷却流路構造において、電子装置の並列実装ピッチ当りの分岐ヘッダーにおける流路の断面積減少率が分岐ヘッダーの上流部で大きく、かつ、分岐ヘッダーの下流部で小さくする傾斜板を分岐ヘッダー内に装着することにより、分岐ヘッダーと合流ヘッダーの寸法を大きくせず、多段積の電子装置の冷却流路にほぼ均一の冷却風を流し、各段の電子装置の温度上昇を一様（均一）にして適正な温度範囲に収まるようにし、全体の装置の小型化と冷却効率向上を同時に達成するものである。
【００３９】
また、本冷却装置は、分岐導入流路を装着した分岐ヘッダーと合流導入流路を装着した合流ヘッダーとに対して、多段積した電子装置の冷却流路を並列状につなぎ、冷却流体が分岐ヘッダーの下部から流入し、電子装置の冷却流路を流れ、合流ヘッダーの上部から流出する冷却流路構造において、電子装置の並列実装ピッチ当りの分岐ヘッダーにおける流路の断面積減少率が分岐ヘッダーの上流部で大きく、かつ、分岐ヘッダーの下流部で小さくなるように、分岐ヘッダーの側壁を滑らかに屈曲させることにより、分岐ヘッダーと合流ヘッダーの寸法を大きくせずに、多段積の電子装置の冷却流路にほぼ均一の冷却風を流し、各段の電子装置の温度上昇を一様（均一）にして適正な温度範囲に収まるようにし、全体の装置の小型化と冷却効率向上を同時に達成するものである。
【００４０】
［第１の実施の形態］
本冷却装置における第１の実施の形態に係る多段積電子装置の冷却装置は、分岐導入流路を装着した分岐ヘッダーと、合流導入流路を装着した合流ヘッダーとに対して多段積した電子装置の冷却流路を並列状につなぎ、冷却流体が分岐ヘッダーの下部から流入し、電子装置の冷却流路を流れ、合流ヘッダーの上部から流出する冷却流路構造において、電子装置の並列実装ピッチ当りの分岐ヘッダーの流路断面積減少率が分岐ヘッダーの上流部で大きく、かつ、分岐ヘッダーの下流部で小さくなるよう傾斜角を途中で変更した傾斜板を分岐ヘッダー内に装着することにより、分岐ヘッダーと合流ヘッダーの寸法を大きくせず、多段積の電子装置の冷却流路にほぼ均一の冷却風を流し、各段の電子装置の温度上昇を一様にして適正な温度範囲に収まるようにし、装置全体の小型化と冷却効率向上を同時に達成することができるものである。
【００４１】
［第１の装置：図１］
第１の実施の形態に係る多段積電子装置の冷却装置の１例である第１の装置について図１を参照しながら説明する。図１は、第１の装置の断面説明図である。
第１の装置は、図１に示すように、筐体１００内に、複数の電子装置１（ＰＡ1〜ＰＡ10）が複数段に段積され、筐体１００の下部の冷却風流入口に送風機２０が接続され、送風機２０とは反対側の筐体１００の上部に排気口が設けられている。
図１における矢印は、冷却風の流れを示すもので、Ａ点から流入し、Ｂ点から排出（流出）するようになっている。
【００４２】
第１の装置の特徴としては、分岐ヘッダー４ａ内に二段屈曲傾斜板４０が設けられている。
その二段屈曲傾斜板４０は、ＰＡの積層方向を示す垂直面に対する傾斜角が途中で変更されており、上流部（下側）では傾斜角度が大きく、下流部（上側）では傾斜角度が小さくなる構成となっている。
これによって、二段屈曲傾斜板４０の下側（上流部）では流路断面積が減少していく割合（流路断面積減少率）が大きく、上側（下流部）では流路断面積が減少していく割合が小さいものとなっている。つまり、二段屈曲傾斜板４０が途中で折り曲がっているため、直線の板のように、流路断面積減少が一定とならないものである。
分岐ヘッダー４ａの詳細については、後述する。
【００４３】
［第１の装置の各部］
第１の装置の各部を具体的に説明する。
［電子装置１］
電子装置１（ＰＡ1，ＰＡ2，ＰＡ3，ＰＡ4，ＰＡ5，ＰＡ6，ＰＡ7，ＰＡ8，ＰＡ9，ＰＡ10）は、１０段並列して段積実装されている。その際、電子装置１（ＰＡ1，ＰＡ2，ＰＡ3，ＰＡ4，ＰＡ5，ＰＡ6，ＰＡ7，ＰＡ8，ＰＡ9，ＰＡ10）を総称する場合に、電子装置１（以降ＰＡと略記する）と呼び、また、１０段同じ構成になっている部品は、以降項番を付けないこととする。
ここで、電子装置１は、半導体デバイス、ＦＥＴ、ＣＰＵ、電力増幅器など高温を発する電子部品を回路基板に高密度に実装した電子装置である。
【００４４】
［冷却流路３、分岐ヘッダー４ａ、合流ヘッダー５等］
ＰＡの下層部には、冷却フィン２が実装され、冷却流路３が構成されている。上記ＰＡの冷却流路３は、冷却流体流入口３ａが分岐導入流路６を介して分岐ヘッダー４ａにつながり、冷却流体流出口３ｂが合流導入流路７を介して、合流ヘッダー５につながっている。
そして、冷却風は別筐体（図示せず）内の送風機２０から分岐ヘッダー４ａを介して、各ＰＡを冷却した後、合流ヘッダー５から筐体１００の外に排気される。
【００４５】
［分岐ヘッダー４ａの構造：図２］
分岐ヘッダー４ａについて図２を参照しながら説明する。図２は、第１の装置における二段屈曲傾斜板と流路幅の関係を示す図である。
図１，２に示すように、分岐ヘッダー４ａの流路内部に二段屈曲傾斜板４０を装着することにより、分岐ヘッダー４ａの流路内部は、冷却流体が流れない領域６０と、冷却流体が流れる領域６１とに分けられる。
【００４６】
冷却流体が流れない領域６０は、分岐ヘッダー４ａと二段屈曲傾斜板４０とで囲まれた領域で、図１では網掛け表示している。
そして、冷却流体が流れる領域６１は、分岐ヘッダー４ａの流路断面積が下流方向（図１では上側方向）に向かって減少するが、分岐ヘッダー４ａの流路断面積が減少する割合が分岐ヘッダー４ａの上流部（下側）で大きく、かつ、分岐ヘッダー４ａの下流部（上側）で小さくなるように形成されている。
一方、合流ヘッダー５は、分岐ヘッダー４ａと同等な大きさに抑え、装置全体の小形化を実現している。
【００４７】
第１の装置のような構成にすれば、二段屈曲傾斜板４０によって分岐ヘッダー４ａの流路断面積が減少する割合を調整することにより、合流ヘッダー５内で生ずる圧力損失に対して、分岐ヘッダー４ａの下流側で分岐ヘッダー４ａ内に生ずる圧力損失を増大させることができる。これにより、多段積電子装置の冷却流路のどの流路を通っても総圧力損失をほぼ等しくすることができ、分岐ヘッダー４ａと合流ヘッダー５を横方向に大きくせずに多段積電子装置の冷却流路に均一の流量を流すことができる。
【００４８】
この動作を詳細に説明するため、図１３と同じ段積実装条件、ＰＡは１００ｍｍピッチで積層実装され、分岐ヘッダー４ａと合流ヘッダー５は、共に最大の厚さが１００ｍｍ、奥行が６５０ｍｍ、分岐導入流路６と合流導入路７は、高さが３６ｍｍ、長さが４０ｍｍとし、総送風量が３０ｍ3／ｍｉｎとする一般的な条件下で、流れのシミュレーションを行い、各ＰＡを通過する冷却風量と冷却流路の分岐合流で生ずる圧力損失を求めた。
【００４９】
そして、二段屈曲傾斜板４０の条件は、図２に示すように、ＰＡ10（最下段ＰＡ）からＰＡ7までは、二段屈曲傾斜板４０と分岐導入流路６との間隙である分岐ヘッダー４ａの流路幅が、ＰＡ実装ピッチ毎に１７ｍｍ小さくなる傾斜角度を持っている。
また、ＰＡ6からＰＡ1（最上段ＰＡ）までは、二段屈曲傾斜板４０と分岐導入流路６との間隙である分岐ヘッダー４ａの流路幅が、ＰＡ実装ピッチ毎に４．２５ｍｍ小さくなる傾斜角度を持っている。
【００５０】
［分岐合流での圧力損失分布：図３、冷却流体の風量分布：図４］
第１の装置におけるシミュレーションの結果について、図３及び図４を参照しながら説明する。図３は、第１の装置における分岐合流での圧力損失分布を示す図であり、図４は、第１の装置における冷却流体の風量分布を示す図である。
図３では、分岐ヘッダー４ａの総入口（Ａ点）から各ＰＡの冷却流体流入口３ａに至る分岐ヘッダー４ａ内の圧損ΔＰhi、分岐導入流路６内の圧損ΔＰbi、合流導入路７内の圧損ΔＰbo、各ＰＡの冷却流体流出口３ｂから合流ヘッダー５の総出口（Ｂ点）に至る合流ヘッダー５内の圧損ΔＰhoなどを、冷却流路の分岐合流で生ずる圧力損失分布としてＰＡ段毎に示したものである。
【００５１】
図４では、ＰＡ内で冷却流路を通過する冷却流体風量の分布を示すものであり、上記圧損和（（ΔＰhi＋ΔＰbi＋ΔＰbo＋ΔＰho）を示し、ＰＡを通過する圧損は各ＰＡ共にほぼ同じなので圧損和に加えなかった）は、平均圧損値に対する偏差が全ＰＡ間で＋４％〜−３％、風量は、平均風量に対しする偏差が全ＰＡ間で±２％と大幅に小さくできることが分った。
【００５２】
［第１の実施の形態の効果］
上述したように、第１の実施形態に係る多段積電子装置の冷却装置によれば、分岐ヘッダーと合流ヘッダーの寸法を大きくせず、多段積の電子装置の冷却流路にほぼ均一の冷却風が流れるので、各段の電子装置の温度上昇が一様（均一）にして適正な温度範囲に収まり、装置全体の小型化と冷却効率向上を同時に達成することができる効果がある。
【００５３】
［第２の実施の形態］
本冷却装置における第２の実施の形態に係る多段積電子装置の冷却装置は、傾斜角を変更する点を２箇所として、傾斜板の構造を三段屈曲にし、圧力損失を微妙に調整可能としたものである。
傾斜板の傾斜角の変更点は、３箇所以上であってもよく、更に、滑らかな曲面であってもよい。
【００５４】
［第２の装置：図５，図６］
第２の実施の形態に係る多段積電子装置の冷却装置の１例である第２の装置について図５、図６を参照しながら説明する。図５は、第２の装置の断面説明図であり、図６は、第２の装置における三段屈曲傾斜板と流路幅の関係を示す図である。尚、第１の装置と同じ構成には同じ符号を付して説明を省略する。
第２の装置は、図５に示すように、分岐ヘッダー４ｂの流路内部に図６に示す形状のように三段屈曲傾斜板４１が装着されている。
分岐ヘッダー４ｂの内部は、冷却流体が流れない領域６２と、冷却流体が流れる領域６３とに分けられる。
【００５５】
冷却流体が流れない領域６２は、分岐ヘッダー４ｂと三段屈曲傾斜板４１とで囲まれた領域で、図５では網掛けで示している。
そして、冷却流体が流れる領域６３は、分岐ヘッダー４ｂの流路断面積が下流（図５では上側）に向かって減少するが、分岐ヘッダー４ｂの流路断面積が減少する割合は分岐ヘッダー４ｂの上流部（下側）で大きく、分岐ヘッダー４ｂの下流部（上側）で小さく、かつ、分岐ヘッダー４ｂの中流部（中間部）では、上流部と下流部の分岐ヘッダー４ｂの流路断面積が減少する割合の中間値を取る。
一方、合流ヘッダー５は、分岐ヘッダー４ｂと同等な大きさに抑え、装置全体の小形化を実現している。
【００５６】
第２の装置のような構成にすれば、三段屈曲傾斜板４１によって分岐ヘッダー４ｂの流路断面積が減少する割合を微細に調整することが可能になる。即ち、合流ヘッダー５内で生ずる圧力損失に対して、分岐ヘッダー４ｂ内で生ずる圧力損失を微細に調整し増大させることが可能なので、どの多段積電子装置の冷却流路を通っても総圧力損失が等しくすることができ、分岐ヘッダー４ｂと合流ヘッダー５の横厚さを大きくせずに多段積電子装置の冷却流路に均一の流量を流すことができる。
【００５７】
この動作を詳細に説明するため、図１３と同じ段積実装条件、ＰＡは１００ｍｍピッチで積層実装され、分岐ヘッダー４ｂと合流ヘッダー５は、共に最大の横厚さが１００ｍｍ、奥行が６５０ｍｍ、分岐導入流路６と合流導入路７は、高さが３６ｍｍ、長さが４０ｍｍとし、総送風量が３０ｍ3／ｍｉｎとする一般的な条件下で、流れのシミュレーションを行い、各ＰＡを通過する冷却風量と冷却流路の分岐合流で生ずる圧力損失を求めた。
【００５８】
そして、三段屈曲傾斜板４１の条件は、図６に示すように、ＰＡ10（最下段ＰＡ）からＰＡ7までは、三段屈曲傾斜板４１と分岐導入流路６との間隙である分岐ヘッダー４ｂの流路幅が、ＰＡ実装ピッチ毎に１９．５ｍｍ小さくなる傾斜角度を持っている。
また、ＰＡ6からＰＡ5までは、三段屈曲傾斜板４１と分岐導入流路６との間隙である分岐ヘッダー４ｂの流路幅が、ＰＡ実装ピッチ毎に６．７ｍｍ小さくなる傾斜角度を持っている。
また、ＰＡ4からＰＡ1（最上段ＰＡ）までは、三段屈曲傾斜板４１と分岐導入流路６との間隙である分岐ヘッダー４ｂの流路幅がＰＡ実装ピッチ毎に４．４ｍｍ小さくなる傾斜角度を持っている。
【００５９】
［分岐合流での圧力損失分布：図７、冷却流体の風量分布：図８］
第２の装置におけるシミュレーションの結果について、図７及び図８を参照しながら説明する。図７は、第２の装置における分岐合流での圧力損失分布を示す図であり、図８は、第２の装置における冷却流体の風量分布を示す図である。
図７では、分岐ヘッダー４ｂの総入口（Ａ点）から各ＰＡの冷却流体流入口３ａに至る分岐ヘッダー４ｂ内の圧損ΔＰhi、分岐導入流路６内の圧損ΔＰbi、合流導入路７内の圧損ΔＰbo、各ＰＡの冷却流体流出口３ｂから合流ヘッダー５の総出口（Ｂ点）に至る合流ヘッダー５内の圧損ΔＰhoなどを、冷却流路の分岐合流で生ずる圧力損失分布としてＰＡ段毎に示したものである。
【００６０】
図８では、ＰＡ内で冷却流路内を通過する冷却流体風量の分布を示すものであり、上記圧損和（ΔＰhi＋ΔＰbi＋ΔＰbo＋ΔＰho）は全ＰＡ間で平均圧損値に対する偏差が＋３％〜−２％、風量は全ＰＡ間で平均風量に対する偏差が±０．５％と大幅に小さくできることが分った。
【００６１】
従って、分岐ヘッダー４ｂに装着する屈曲傾斜板４１の折り曲げ回数を更に複数増やすことで、全ＰＡの冷却流路に流れる冷却風量を高精度で平均化することができる。
或は、折り曲げる代わりに滑らかな曲率を持つ傾斜板を装着させても、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更して実行できることは言うまでもない。
【００６２】
［第３の実施の形態］
本冷却装置における第３の実施の形態に係る多段積電子装置の冷却装置は、分岐導入流路を装着した分岐ヘッダーと、合流導入流路を装着した合流ヘッダーとに対して多段積した電子装置の冷却流路を並列状に繋ぎ、冷却流体が分岐ヘッダーの下部から流入し、電子装置の冷却流路を流れ、合流ヘッダーの上部から流出する冷却流路構造において、電子装置の並列実装ピッチ当りの分岐ヘッダーの流路断面積減少率が分岐ヘッダーの上流部で大きく、分岐ヘッダーの下流部で小さくし、かつ、分岐ヘッダーの側壁について傾斜角を異なるよう屈曲させることにより、分岐ヘッダーと合流ヘッダーの寸法を大きくせず、多段積の電子装置の冷却流路にほぼ均一の冷却風が流れ、各段の電子装置の温度上昇が一様にして適正な温度範囲に収まり、装置全体の小型化と冷却効率向上を同時に達成することができるものである。
【００６３】
［第３の装置：図９，図１０］
第３の実施の形態に係る多段積電子装置の冷却装置の１例である第３の装置について図９、図１０を参照しながら説明する。図９は、第３の装置の断面説明図であり、図１０は、第３の装置における二段屈曲傾斜壁と流路幅の関係を示す図である。尚、第１の装置と同じ構成には同じ符号を付して説明を省略する。
第３の装置は、図９に示すように、分岐ヘッダー８が、図８に示すように分岐ヘッダー８の側壁を二段に折り曲げた形状の二段屈曲傾斜壁５０を有している。
【００６４】
二段屈曲傾斜壁５０は、第１の装置において分岐ヘッダー４ａに二段屈曲傾斜板４０を設けるようにしていたが、二段屈曲傾斜板４０を分岐ヘッダー８の壁（流路壁）にしたものとなっている。
従って、二段屈曲傾斜壁５０の内壁の形状は、二段屈曲傾斜板４０の内側の形状と同様になっている。
【００６５】
分岐ヘッダー８の流路内部は、分岐ヘッダー８の流路断面積が下流（図９では上側）に向かって減少するが、分岐ヘッダー８の流路断面積が減少する割合が分岐ヘッダー８の上流部（下側）で大きく、かつ分岐ヘッダー８の下流部（上側）で小さくなるように形成されている。
一方、合流ヘッダー５は、分岐ヘッダー８と同等な大きさに抑え、装置全体の小形化を実現している。
【００６６】
第３の装置のような構成にすれば、二段屈曲側壁５０によって分岐ヘッダー８の流路断面積が減少する割合が調整できるので、合流ヘッダー５内で生ずる圧力損失に対して、分岐ヘッダー８の下流側で分岐ヘッダー８内に生ずる圧力損失を増大させることができる。これにより、多段積電子装置の冷却流路のどの流路を通っても総圧力損失をほぼ等しくすることができ、分岐ヘッダー８と合流ヘッダー５の横厚さを大きくせずに多段積電子装置の冷却流路に均一の流量を流すことができる。
【００６７】
この動作を詳細に説明するため、図１と同じ段積実装条件、ＰＡは１００ｍｍピッチで積層実装され、分岐ヘッダー８と合流ヘッダー５は、共に最大の横厚さが１００ｍｍ、奥行が６５０ｍｍ、分岐導入流路６と合流導入路７は、高さが３６ｍｍ、長さが４０ｍｍとし、総送風量が３０ｍ3／ｍｉｎとする一般的な条件下で、流れのシミュレーションを行い、各ＰＡを通過する冷却風量と冷却流路の分岐合流で生ずる圧力損失を求めた。
【００６８】
そして、分岐ヘッダー８の二段屈曲傾斜壁５０の条件は、図１０に示すようにＰＡ10（最下段ＰＡ）からＰＡ7までは、分岐ヘッダー８の二段屈曲傾斜壁５０と分岐導入流路６との間隙である分岐ヘッダー８の流路幅が、ＰＡ実装ピッチ毎に１７ｍｍ小さくなる傾斜角度を持っている。
また、ＰＡ6からＰＡ1（最上段ＰＡ）までは、分岐ヘッダー８の二段屈曲傾斜壁５０と分岐導入流路６との間隙である分岐ヘッダー８の流路幅が、ＰＡ実装ピッチ毎に４．２５ｍｍ小さくなる傾斜角度を持っている。
【００６９】
［第３の装置のシミュレーションの結果］
第３の装置のシミュレーションの結果、分岐ヘッダー８の総入口（Ａ点）から合流ヘッダー５の総出口（Ｂ点）に至る圧損和（（ΔＰhi＋ΔＰbi＋ΔＰbo＋ΔＰho）で、ＰＡを通過する圧損は各ＰＡ共にほぼ同じなので圧損和に加えなかった）は、第１の装置と同様に全ＰＡ間で平均圧損値に対する偏差が＋４％〜−３％、風量は全ＰＡ間で平均風量に対する偏差が±２％と大幅に小さくできることが分った。
【００７０】
［第３の実施の形態の効果］
上述したように、第３の実施形態に係る多段積電子装置の冷却装置によれば、分岐ヘッダーと合流ヘッダーの寸法を大きくせず、多段積の電子装置の冷却流路にほぼ均一の冷却風が流れるので、各段の電子装置の温度上昇が一様（均一）にして適正な温度範囲に収まり、装置の小型化と冷却効率向上を同時に達成することができる効果がある。
【００７１】
［第４の実施の形態］
本冷却装置における第４の実施の形態に係る多段積電子装置の冷却装置は、傾斜角を変更する点を２箇所として、傾斜壁（流路壁）の構造を三段屈曲にし、圧力損失を微妙に調整可能としたものである。
傾斜壁の傾斜角の変更点は、３箇所以上であってもよく、更に、滑らかな曲面であってもよい。
【００７２】
［第４の装置：図１１，図１２］
第４の実施の形態に係る多段積電子装置の冷却装置の１例である第４の装置について図１１、図１２を参照しながら説明する。図１１は、第４の装置の断面説明図であり、図１２は、第４の装置における三段屈曲傾斜壁と流路幅の関係を示す図である。尚、第１の装置と同じ構成には同じ符号を付して説明を省略する。
第４の装置は、図１１に示すように、分岐ヘッダー９が、図１２に示すように分岐ヘッダー９の側壁５１を三段に折り曲げた形状の三段屈曲傾斜壁５１を有している。
三段屈曲傾斜壁５１は、第２の装置において分岐ヘッダー４ｂに三段屈曲傾斜板４１を設けるようにしていたが、三段屈曲傾斜板４１を分岐ヘッダー９の壁にしたものとなっている。
【００７３】
分岐ヘッダー９の流路内部は、分岐ヘッダー９の流路断面積は下流（図１１では上側）に向かって減少するが、分岐ヘッダー９の流路断面積が減少する割合が分岐ヘッダー９の上流部（下側）で大きく、分岐ヘッダー９の下流部（上側）で小さく、かつ分岐ヘッダー９の中流部（中間部）では、上流部と下流部の分岐ヘッダー９の流路断面積が減少する割合の中間値を取る。
一方、合流ヘッダー５は、分岐ヘッダー９と同等な大きさに抑え、装置全体の小形化を実現している。
【００７４】
第４の装置のような構成にすれば、三段屈曲側壁５１によって分岐ヘッダー９の流路断面積が減少する割合を微細に調整することが可能になる。即ち、合流ヘッダー５内で生ずる圧力損失に対して、分岐ヘッダー９で生ずる圧力損失を微細に調整し増大させることが可能なので、どの多段積電子装置の冷却流路を通っても総圧力損失が等しくすることができ、分岐ヘッダー９と合流ヘッダー５の横厚さを大きくせずに多段積電子装置の冷却流路に均一の流量を流すことができる。
【００７５】
この動作を詳細に説明するため、図１と同じ段積実装条件、ＰＡは１００ｍｍピッチで積層実装され、分岐ヘッダー９と合流ヘッダー５は、共に最大の厚さが１００ｍｍ、奥行が６５０ｍｍ、分岐導入流路６と合流導入路７は、高さが３６ｍｍ、長さが４０ｍｍとし、総送風量が３０ｍ3／ｍｉｎとする一般的な条件下で、流れのシミュレーションを行い、各ＰＡを通過する冷却風量と冷却流路の分岐合流で生ずる圧力損失を求めた。
【００７６】
そして、三段屈曲傾斜壁５１の条件は、図１２に示すようにＰＡ10（最下段ＰＡ）からＰＡ7までは、三段屈曲傾斜壁５１と分岐導入流路６との間隙である分岐ヘッダー９の流路幅が、ＰＡ実装ピッチ毎に１９．５ｍｍ小さくなる傾斜角度を持っている。
また、ＰＡ6からＰＡ5までは、三段屈曲傾斜壁５１と分岐導入流路６との間隙である分岐ヘッダー９の流路幅が、ＰＡ実装ピッチ毎に６．７ｍｍ小さくなる傾斜角度を持っている。
また、ＰＡ4からＰＡ1（最上段ＰＡ）までは、三段屈曲傾斜壁５１と分岐導入流路６との間隙である分岐ヘッダー９の流路幅が、ＰＡ実装ピッチ毎に４．４ｍｍ小さくなる傾斜角度を持っている。
【００７７】
［第４の装置のシミュレーションの結果］
第４の装置のシミュレーションの結果、分岐ヘッダー９の総入口（Ａ点）から合流ヘッダー５の総出口（Ｂ点）に至る圧損和（（ΔＰhi＋ΔＰbi＋ΔＰbo＋ΔＰho）で、ＰＡを通過する圧損は各ＰＡ共にほぼ同じなので圧損和に加えなかった）は、第２の装置と同様に全ＰＡ間で平均圧損値に対する偏差が＋３％〜−２％、風量は全ＰＡ間で平均風量に対する偏差が±０．５％と大幅に小さくできることが分った。
【００７８】
［第４の実施の形態の効果］
上述したように、第４の実施形態に係る多段積電子装置の冷却装置によれば、分岐ヘッダーと合流ヘッダーの寸法を大きくせず、多段積の電子装置の冷却流路にほぼ均一の冷却風が流れるので、各段の電子機器の温度上昇が一様（均一）にして適正な温度範囲に収まり、装置の小型化と冷却効率向上を同時に達成することができる効果がある。
【００７９】
従って、第４の装置において、分岐ヘッダー９の屈曲傾斜壁５１の折り曲げ回数を更に複数増やすことで、全ＰＡの冷却流路に流れる冷却風量を高精度で平均化することができる。
或は、折り曲げる代わりに滑らかな曲率を持つ傾斜壁を形成させてもよい。
【００８０】
また、本発明の実施例の冷却装置は、１０段の段積で説明して来たが、段積数が１０段以外にあってもよく、また、冷却流体が気体である空気として説明したが、冷却流体が液体の場合でもよく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更して実行できることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明は、送風機から送られる冷却空気風を多段積した電子装置に並列分配する際に、冷却風を分岐・合流させる共通ヘッダーの寸法を小さく抑えながら、かつ、電子装置の各段の冷却流路に冷却流体を均一に分配し、各段の電子装置の温度上昇を同等にして、全体の装置の小型化と冷却効率向上とを同時に達成する多段積電子装置の冷却装置に好適である。
【符号の説明】
【００８２】
１…電子装置（ＰＡ）、  ２…冷却フィン、  ３…冷却流路、  ３ａ…冷却流体流入口、  ３ｂ…冷却流体流出口、  ４，４ａ，４ｂ，８，９…分岐ヘッダー、  ５…合流ヘッダー、  ６…分岐導入流路、  ７…合流導入流路、  ２０…送風機、  ４０…二段屈曲傾斜板、  ４１…三段屈曲傾斜板、  ５０…二段屈曲傾斜壁、  ５１…三段屈曲傾斜壁、  ６０，６２…冷却流体が流れない領域、  ６１，６３…冷却流体が流れる領域、  １００…筐体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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