(57)【要約】【課題】流線形気流を与える冷却システムを提供する。【解決手段】吸気方向に沿って回転するように配置される複数のファンブレードを含むファンと、ファンの上流に隣接し、複数のブレードフェアリング及びスピナーフェアリングを含むカバー部材と、を備える流線形気流を与える冷却システム。【選択図】図４Ｅ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気方向に沿って回転するように配置される複数のファンブレードを含むファンと、
前記ファンの上流に隣接し、複数のブレードフェアリング及びスピナーフェアリングを含むカバー部材と、
を備える流線形気流を与える冷却システム。
【請求項２】
前記スピナーフェアリングは、前記カバー部材の中央部に設けられる請求項１に記載の冷却システム。
【請求項３】
前記ブレードフェアリングの各々は、前記カバー部材の中央部から延出する逆方向ブレードフェアリングを含む請求項１又は２に記載の冷却システム。
【請求項４】
前記ファンブレードの各々は、
吸気方向に面するブレードフロントガイドエッジと、
吸気方向と反対するブレードドラッグエッジと、
を含む請求項１〜３の何れか１項に記載の冷却システム。
【請求項５】
前記ブレードフェアリングの各々は、湾曲したくさび形の断面を含む請求項１〜４の何れか１項に記載の冷却システム。
【請求項６】
前記断面には、異なる角度を持つ吸気流路が形成される請求項１〜５の何れか１項に記載の冷却システム。
【請求項７】
前記カバー部材の中心部は、前記ファンの中心部に揃える請求項１〜６の何れか１項に記載の冷却システム。
【請求項８】
前記スピナーフェアリングは、円錐状を含む請求項１〜７の何れか１項に記載の冷却システム。
【請求項９】
前記スピナーフェアリングは、半球状を含む請求項１〜７の何れか１項に記載の冷却システム。
【請求項１０】
前記ブレードフェアリング同士を接続するシャフトブラケットを更に含む請求項１〜９の何れか１項に記載の冷却システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却システムに関し、特に、気流の流れを改善可能な冷却システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
現代のデータセンターのコンピュータサーバーシステムは、通常、特定の配置形態でサーバーラックに取り付けられ、例えば、サーバートレイ、サーバーシャーシ、サーバースレッド（ｓｌｅｄ）、ブレードサーバー等のサーバーラック内に取り付けられる運算モジュールのほとんどが互いに積み重ねる。ラックマウントシステムでは、運算モジュールを互いに積み重ねさせ、垂直に配置させると、空間を効率的に使用することができる。一般に、運算モジュールは、スライド部材によってサーバーラックから滑り込み又は滑り出すことができるが、例えば、入出力（Ｉ／Ｏ）ケーブル、ネットワークケーブル、電源ケーブル等の複数のケーブルは、サーバーラックの前端又は後端に位置する運算モジュールに接続されることができる。複数の運算モジュールの各々は、１つ又は複数のコンピュータサーバー又はコンピュータサーバー部材を含む。例えば、運算モジュールは、処理用のハードウェア回路、ストレージ、ネットワークコントローラ、ディスクドライブ、ケーブルポート、電源等を含む。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
数多くのモジュール配置において、ラックマウントシステムのファン配置によって、空気をシャーシの前端から運算モジュールやシャーシ内の他の部材を流れ、シャーシの後端から流出するようにガイドする。数多くの電子部品は、動作中に熱エネルギーを発生する。シャーシに搭載されている運算モジュールの密度が高くて、大量の熱エネルギーが発生するため、シャーシ内部の空気の流れは運算モジュールの過熱を防止するために不可欠である。したがって、コンピュータサーバーシステム及び他の形態のコンピュータ装置のファン性能をどのように改善するかは、業界が研究開発資源を投入して解決する問題の１つとなる。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
下記は、本発明が解決しようとする課題、課題を解決するための手段、及び発明の効果を説明するためのものである。本発明の具体的な内容については、下記実施形態及び関連する図面において詳細に説明する。
【０００５】
本発明の一実施形態によれば、吸気方向（風が吹いてくる方向）に沿って回転するように配置される複数のファンブレードを含むファンと、ファンの上流に隣接し、且つ複数のブレードフェアリング及びスピナーフェアリングを含むカバー部材と、を備える流線形気流を与える冷却システムを提供する。
【０００６】
本発明の１つ又は複数の実施形態において、前記スピナーフェアリングは、カバー部材の中央部に設けられる。
【０００７】
本発明の１つ又は複数の実施形態において、前記各ブレードフェアリングは、カバー部材の中央部から延出する逆方向ブレードフェアリングを含む。
【０００８】
本発明の１つ又は複数の実施形態において、前記各ファンブレードは、吸気方向に面するブレードフロントガイドエッジと、吸気方向と反対するブレードドラッグエッジと、を含む。
【０００９】
本発明の１つ又は複数の実施形態において、前記各ブレードフェアリングは、湾曲したくさび形の断面を含む。
【００１０】
本発明の１つ又は複数の実施形態において、前記各断面には、異なる角度を持つ吸気流路が形成される。
【００１１】
本発明の１つ又は複数の実施形態において、前記カバー部材の中心部は、ファンの中心部に揃える。
【００１２】
本発明の１つ又は複数の実施形態において、前記スピナーフェアリングは、円錐状を含む。
【００１３】
本発明の１つ又は複数の実施形態において、前記スピナーフェアリングは、半球状を含む。
本発明の１つ又は複数の実施形態において、前記冷却システムは、ブレードフェアリング同士を接続するシャフトブラケットを更に含む。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の冷却システムであれば、流線形気流を与えることで、運算モジュールの過熱を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
下記添付図面についての説明は、本発明の上記及び他の目的、特徴、メリット及び実施例をより分かりやすくするためのものである。
【図１】従来技術による冷却システムを示す模式図である。
【図２】図１における冷却システムの気流流路を示す側面図である。
【図３】従来技術による冷却システムがサーバーシステムにある様子を示す正面図である。
【図４Ａ】カバー部材を示す正面図である。
【図４Ｂ】図４Ａにおける線分Ａ−Ａに沿うカバー部材の断面図である。
【図４Ｃ】カバー部材を示す斜視模式図である。
【図４Ｄ】気流が図４Ａ〜図４Ｃにおけるカバー部材のスピナーフェアリングを流れる様子を示す簡単な模式図である。
【図４Ｅ】カバー部材がファンに取り付けられる様子を示す斜視模式図である。
【図５Ａ】図４Ａ及び図４Ｂにおけるカバー部材がファンに取り付けられる様子を示す模式図である。
【図５Ｂ】カバー部材がファンに取り付けられる様子を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面で本発明の複数の実施形態を開示するが、明らかに説明するために、多くの実際的な細部については、下記説明で併せて説明する。しかしながら、理解すべきなのは、これらの実際的な細部は、本発明を制限するためのものではない。即ち、本発明の実施形態の一部において、これらの実際的な細部は必ずしも必要なものではない。又、図面を簡略化するために、幾つかの従来慣用の構造と素子は、図面において簡単で模式的に描画される。
【００１７】
数多くのサーバーシャーシは、ディスクドライブ、マザーボード及びファンを大量に収容するように設計される。これらのサーバーシャーシは、通常、気流の流通及び冷却効率を改善するために、特定のコンピューターモジュールをサーバーシャーシの特定な位置に置くように設計される。ファンの上流に位置する部材は、ファンの下流に不規則な渦を発生させる。これらの不規則な渦により、エネルギーが損失し、また放熱性能が低下することがある。本発明は、ファン上流の不規則な渦の発生を減少可能な冷却システムを提供する。冷却システムは、例えばサーバーシャーシ又は他の設備のようなコンピューターシステムに適用されることができる。
【００１８】
図１を参照されたい。図１は、従来技術による冷却システム１００を示す模式図である。冷却システム１００は、ファン１１０と、システム部材１２０と、を含む。ファン１１０は、システム部材１２０の周囲の空気を流動させるようにガイドするように配置される。例として、ファン１１０は、通常、正方形である標準的なファンであってよい。一般的に、正方形の標準的なファンの長さ及び幅のサイズは、８０ｃｍ、９２ｃｍ、２００ｃｍ、２３０ｃｍ、３２０ｃｍ又は３４０ｃｍを含む。ここで列挙した正方形のサイズは、工業基準であるが、任意のサイズも実施例に適用されてよいことは、注意すべきである。一般的に、小さいファンと比べると、大きなサイズのファンを使用する場合、小さいサイズのファンと同じ気流量を発生させるためには、少ないファン数及び回転速度を必要とする。
【００１９】
ファン１１０は、複数のファンブレード１１２（図１に示すように、５つのファンブレード１１２）を含む。ファン１１０は、ファン中央部１１４を更に含む。ファンブレード１１２の各々は、それぞれファン中央部１１４につながる。ファン１１０が動作する場合、ファン中央部１１４とファンブレード１１２とは、時計回り又は反時計回りに回転する。ファン１１０は、ファン中央部１１４に接続されるモーター（未図示）によって給電されてよい。ファンブレード１１２は、各種の形やサイズであってよい。例えば、ファンブレード１１２は、平らな平面形状又は円弧状の平面形状であってよい。しかしながら、本発明の開示したファンブレードは、任意の形又はサイズであってよい。
【００２０】
ファンブレード１１２の各々とファン中央部１１４との間に角度が挟まれるので、ファン１１０が動作する場合、ファンブレード１１２は、システム部材１２０の周囲の空気を流動させるようにガイドすることができる。
【００２１】
システム部材１２０は、ファン１１０の上流に位置する。システム部材１２０は、気流がファン１１０に流れる途中で障害物とされる如何なるものであってよい。例えば、システム部材１２０は、サーバーシャーシにおける各部材を接続させるプリント基板（ｐｒｉｎｔｅｄ-ｃｉｒｃｕｉｔ  ｂｏａｒｄ；ＰＣＢ）であってよい。システム部材１２０は、空気をシステム部材１２０からファン１１０へ流れさせるための排気バルブ（未図示）を含む。
【００２２】
図２を参照されたい。図２は、図１における冷却システム１００の気流流路を示す側面図である。冷却システム１００は、ファン１１０と、システム部材１２０と、を含む。
【００２３】
冷却システム１００におけるファン１１０は、２つのローターを含む。２つのローターは、互いに整列しているが、同様の原理が単一のローターに適用されてもよい。複数のローターの各々は、複数のファンブレード１１２と、ファン中央部１１４と、を含む。ファン１１０は、気流２１０を吸い込んで、システム部材１２０から流れさせる。
【００２４】
システム部材１２０は、ファン１１０の上流に位置する。システム部材１２０は、ブリッジ１２２を含む。ブリッジ１２２は、排気バルブに跨る。具体的に、ブリッジ１２２は、気流２１０がファン１１０に流れる途中での障害物とされる。ブリッジ１２２により、ブリッジ１２２の両側に乱気流２２４が発生し、エネルギーが損失し、また放熱性能が低下する可能性がある。
【００２５】
図３を参照されたい。図３は、従来技術による冷却システム１００がサーバーシステム３００にある様子を示す正面図である。ある実施例において、サーバーシステム３００は、大型シャーシシステムにおける一部である。サーバーシステム３００は、ファン領域３４０と、マザーボード領域３６０と、インターフェースパネル３５０と、を含む。
【００２６】
ファン領域３４０は、サーバーシステム３００から出口３７０へ流れるように空気を入口３７５から吸い込む１つ又は複数のファン３４２を含む。空気は、マザーボード領域３６０からファン領域３４０へ吸い寄せられる。ファン３４２は、マザーボード領域３６０からインターフェースパネル３５０を流れるように空気をガイドする。
【００２７】
マザーボード領域３６０は、１つ又は複数のマザーボード３６２（メインボード、システムボード、プレーンボード又はロジックボードとも呼ばれる）を含む。複数のマザーボード３６２の各々は、コンピューターと他の拡張システムに見られる主なプリント回路基板（ＰＣＢ）である。マザーボード３６２は、例えば中央処理装置（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ；ＣＰＵ）とメモリの互いに通信する数多くの電子素子（未図示）のようなコンピューターシステムを含み、且つ周辺機器につながる各種のコネクタを提供する。
【００２８】
インターフェースパネル３５０は、ファン領域３４０とマザーボード領域３６０との間に位置する。インターフェースパネル３５０は、１つ又は複数のマザーボード３６２の接続媒体である。ある実施例において、インターフェースパネル３５０は、マザーボード３６２の各々を挿入するためのホットプラグコネクタを含むプリント回路基板である。マザーボード３６２に給電するように、インターフェースパネル３５０と底板（未図示）とはつながる。インターフェースパネル３５０は、少なくとも１つの排気バルブ３５４を含む。排気バルブ３５４は、空気がマザーボード領域３６０からファン領域３４０へ流れるように配置される。インターフェースパネル３５０の排気バルブ３５４の各々は、ブリッジ（図３に示されず）を含む。インターフェースパネル３５０は、図１及び図２に記載の乱気流２２４を引き起こすシステム部材１２０の例である。
【００２９】
しかしながら、部材は、空気の流動を改善するためにサーバーシャーシ内に配置されてよいが、一般的なサーバーシャーシにおける排気バルブの形によって乱気流が発生し、エネルギーが損失し、また放熱性能が低下してしまう。空気の流動を更に改善するために、本発明は、ブレードフェアリング４２２とシャフトブラケット４２６とスピナーフェアリング４２８との組み合わせを含むカバー部材５００を開示する。図４Ａ及び図４Ｂに示される。
【００３０】
図４Ａ〜図４Ｅを参照されたい。図４Ａ〜図４Ｃは、それぞれカバー部材５００を示す正面図、断面図及び斜視模式図である。カバー部材５００は、シャフトブラケット４２６と、スピナーフェアリング４２８と、複数のブレードフェアリング４２２と、を含む。図４Ｄは、気流が図４Ａ〜図４Ｃにおけるカバー部材５００のスピナーフェアリング４２８を流れる様子を示す簡単な模式図である。カバー部材５００は、ファン４００の上流の隣接する箇所に位置してよい。図４Ｅは、カバー部材５００がファン４００に取り付けられる様子を示す斜視模式図である。
【００３１】
スピナーフェアリング４２８は、カバー部材５００の一部又はカバー部材５００中心部の追加部材であってよい。本発明のある実施例において、スピナーフェアリング４２８は、円形であってよい。スピナーフェアリング４２８は、ファン中央部４１４に揃えてよい。本発明のある実施例において、スピナーフェアリング４２８は、円錐状である。本発明のある実施例及び図４Ａ〜図４Ｅに示すように、スピナーフェアリング４２８は半球状である。理解すべきなのは、スピナーフェアリング４２８は、ファン４００の吸気側中心部の上流渦巻きによる乱気流を低減可能な如何なる形であってよい。
【００３２】
例として、図２に示すように、気流２１０は、例えばブリッジ１２２のような非流線形のものを流れる場合、非流線形のものによって分離されて渦巻きを発生させる。この渦巻きは、即ち乱気流２２４である。また図４Ｄを参照されたい。スピナーフェアリング４２８には複数のファンブレード４１２がある。ファンブレード４１２の各々は、ファン中央部４１４に付けられる。気流４１０は、スピナーフェアリング４２８に接近すると、スピナーフェアリング４２８の表面に沿って複数のファンブレード４１２へ流れるようにガイドされる。スピナーフェアリング４２８は、乱気流２２４の発生を減少し又は避けるように、流線形の形を提供することで、ファン４００の放熱性能を著しく改善する。
【００３３】
本発明のある実施例において、図４Ｃに示すように、ブレードフェアリング４２２の各々は、湾曲したくさび形の断面を有するので、異なる角度を持つ吸気流路４３４を発生させる。上記図４Ｄにおけるスピナーフェアリング４２８に類似する流線形の弾丸モデルの設計によって、異なる角度の吸気流路４３４は、カバー部材５００の前方の渦巻きの発生を避けるように変える。このように、空気流量が増えてエネルギー損失を減少させる。なお、シャフトブラケット４２６は、ファン４００の吸気側にある不規則な渦巻きの回転を改善して、渦巻きの回転方向とファン４００の回転方向とを一致させることができる。理解すべきなのは、カバー部材５００は、シャフトブラケット４２６、スピナーフェアリング４２８及び複数のブレードフェアリング４２２の何れの組み合わせ形式を含んでもよい。
【００３４】
図４Ｅを参照されたい。ブレードフェアリング４２２は、ファン４００のファンブレード４１２と共に作動してよい。ファンブレード４１２の各々は、ファンブレード４１２のファン４００の回転軸に対する夾角であるブレード角度でファン中央部４１４に接続される。ファン４００が動作する場合、ファンブレード４１２は、システム部材１２０からの空気を吸い込む。ブレードフェアリング４２２の各々は、ある整流角度でカバー部材５００の中心部に接続される。逆方向ブレードフェアリングの整流角度は、ファンブレードのブレード角度の夾角方向と反対する（図４Ｅのブレードフェアリング４２２と図１のファンブレード１１２との夾角方向の反対関係を参照）。
【００３５】
図５Ａ及び図５Ｂを参照されたい。図５Ａは、カバー部材５００がファン４００に取り付けられる様子を示す模式図である。図５Ｂは、カバー部材５００がファン４００に取り付けられる様子を示す断面図である。ファン４００は、複数のファンブレード４１２、ファン中央部４１４を含む。複数のファンブレード４１２は、ファン中央部４１４に接続される。ファン４００が動作する場合、ファン中央部４１４とファンブレード４１２とは、時計回り又は反時計回りに回転する。
【００３６】
ファン４００は、ファン中央部４１４に接続されるモーター（未図示）によって給電される。ファンブレード４１２は、各種の形及びサイズであってよい。例えば、ファンブレード４１２は、平らな平面形状又は円弧状の平面形状であってよいが、本発明はこれに限定されない。
【００３７】
ファンブレード４１２の各々は、ブレードフロントガイドエッジ４１６及びブレードドラッグエッジ４１５を含む。ブレードフロントガイドエッジ４１６は、吸気方向に向かうが、ブレードドラッグエッジ４１５は、吸気方向と反対する。ファンブレード４１２の各々は、ファンブレード４１２のファン４００の回転軸に対する夾角であるブレード角度でファン中央部４１４と接続される。ファン４００が動作する場合、ファンブレード４１２は、システム部材１２０（図１及び図２に示すように）へ空気を吸い込む。カバー部材５００は、ファン４００の上流に位置する。カバー部材５００は、ファン４００と隣接し又は表面でファン４００と分離されてよい。
【００３８】
本発明を実施形態により前述の通りに開示したが、これは本発明を限定するものではなく、当業者なら誰でも、本発明の精神と領域から逸脱しない限り、多様の変更や修飾を加えることができる。従って、本発明の保護範囲は、後の特許請求の範囲で指定した内容を基準とするものである。
【符号の説明】
【００３９】
１００…冷却システム、
１１０、３４２、４００…ファン、
１１２、４１２…ファンブレード、
１１４、４１４…ファン中央部、
１２０…システム部材、
１２２…ブリッジ、
２１０、４１０…気流、
２２４…乱気流、
３００…サーバーシステム、
３４０…ファン領域、
３５０…インターフェースパネル、
３５４…排気バルブ、
３６０…マザーボード領域、
３６２…マザーボード、
３７５…入口、
３７０…出口、
４１６…ブレードフロントガイドエッジ、
４１５…ブレードドラッグエッジ、
４２２…ブレードフェアリング、
４２６…シャフトブラケット、
４２８…スピナーフェアリング、
４３４…吸気流路、
５００…カバー部材。
【図１】
2019019821.tif 000003
【図２】
2019019821.tif 000004
【図３】
2019019821.tif 000005
【図４Ａ】
2019019821.tif 000006
【図４Ｂ】
2019019821.tif 000007
【図４Ｃ】
2019019821.tif 000008
【図４Ｄ】
2019019821.tif 000009
【図４Ｅ】
2019019821.tif 000010
【図５Ａ】
2019019821.tif 000011
【図５Ｂ】
2019019821.tif 000012