(57)【要約】 【課題】  エレクトロニクスモジュール内部に実装された電子部品と、電子部品を冷却する外部から供給される冷却液との間の温度差を小さく抑え、かつエレクトロニクスモジュールの取り外し時にメンテナンス性の良い冷却部材を得ることを目的とする。【解決手段】  冷却板１８に当接して熱的に接続される放熱面、及び発熱性の電子部品が実装されたモジュール９を複数個装着する装着面を有して、装着面と放熱面の間にコンプレッサ４３及び膨張弁４８を設けた冷媒の循環流路を形成することで、冷凍サイクルによりモジュールの冷却を行う。【選択図】        図４
2008227054.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の隔室の周囲がそれぞれ壁面で取り囲まれて格子形状をなした枠体と、上記枠体壁面の内部に配管された冷却液流路と、上記枠体の隔室毎に設けられた回路基板と、上記枠体の隔室毎に設けられ回路基板に接続された枠体側コネクタと、を有した筐体と、
電子部品を実装した複数のモジュールと、上記各モジュールに接続されたブロック側コネクタと、冷媒の封入された内部流路が設けられ上記各モジュールに熱的に接続された冷却板と、冷媒の封入された内部流路が設けられ外表面に設けられた放熱板と、上記冷却板と放熱板の間を接続する加圧流路に配置され冷媒の循環及び加圧を行うコンプレッサと、上記放熱板と冷却板の間を接続する減圧流路に配置され冷媒流量を適正量に調整する膨張弁と、を有した複数のブロックと、
を備え、
上記ブロックは、上記放熱板が枠体壁面に当接し、上記冷却液流路に熱的に接続され、上記ブロック側コネクタが枠体側コネクタに嵌合した状態で、上記枠体の隔室内に挿入されて着脱可能に保持されたことを特徴とする電子機器。
【請求項２】
放熱板は、薄肉平板で囲まれて内部流路が形成され、上記コンプレッサの加圧により薄肉平板が膨張し上記枠体の壁面に当接することを特徴とする請求項１記載の電子機器。
【請求項３】
モジュールに温度センサを備え、上記コンプレッサはモジュールの温度に基づいて加圧力を制御することを特徴とする請求項１もしくは請求項２記載の電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品が実装された複数のモジュールを液冷する電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電子機器は、冷却液の流れる冷却板に複数のエレクトロニクスモジュール（以下、モジュール）を接触させて、冷却を行っていた。この冷却板は、薄肉平板で囲まれた矩形断面の流路が構成され、この流路内を冷却液が輸送される。冷却液が流路を流れ出すと冷却板の内圧が上昇し、内圧上昇により薄肉平板が膨張して、薄肉平板の表面がモジュールに密着する。これによって、モジュールと冷却板との接触面に介在する空気層を減じ、接触熱抵抗を小さくして、モジュールに実装された電子部品の発熱を抑えることができる。（例えば特許文献１参照）
【０００３】
【特許文献１】特公平３−２２０７４号公報（第３頁、図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来の電子機器では、冷却板の表面に個々のモジュールを接触させていたので、モジュールの点検時にモジュールを１個毎に取り外す必要があり、メンテナンス性に劣るという問題があった。例えば、複数のアンテナ素子を有したアクティブフェーズドアレイアンテナでは、各アンテナ素子に対応したモジュールの個数が数百個あり、モジュール取り外しの作業効率が著しく悪かった。
【０００５】
この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、モジュール内部の電子部品の冷却性能を保持しつつ、電子機器を構成する複数のモジュールの交換作業を軽減することのできる、電子機器の液冷構造を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明による電子機器は、複数の隔室の周囲がそれぞれ壁面で取り囲まれて格子形状をなした枠体と、上記枠体壁面の内部に配管された冷却液流路と、上記枠体の隔室毎に設けられた回路基板と、上記枠体の隔室毎に設けられ回路基板に接続された枠体側コネクタと、を有した筐体と、
電子部品を実装した複数のモジュールと、上記各モジュールに接続されたブロック側コネクタと、冷媒の封入された内部流路が設けられ上記各モジュールに熱的に接続された冷却板と、冷媒の封入された内部流路が設けられ外表面に設けられた放熱板と、上記冷却板と放熱板の間を接続する加圧流路に配置され冷媒の循環及び加圧を行うコンプレッサと、上記放熱板と冷却板の間を接続する減圧流路に配置され冷媒流量を適正量に調整する膨張弁と、を有した複数のブロックと、
を備え、
上記ブロックは、上記放熱板が枠体壁面に当接し、上記冷却液流路に熱的に接続され、上記ブロック側コネクタが枠体側コネクタに嵌合した状態で、上記枠体の隔室内に挿入されて着脱可能に保持されたものである。
【０００７】
また、放熱板は、薄肉平板で囲まれて内部流路が形成され、コンプレッサの加圧により薄肉平板が膨張し上記枠体の壁面に当接するものであっても良い。
【０００８】
また、コンプレッサは、モジュールに備えられた温度センサからの信号により、動作を制御されるものであっても良い。
【発明の効果】
【０００９】
この発明による電子機器は、電子部品を内部に実装した複数のモジュールをブロックに実装し、筐体の壁面に当接してブロックと筐体との熱的な接続を行う放熱面と、モジュールを装着する装着面の間にコンプレッサ及び膨張弁を設けた冷媒の循環流路を形成することで冷凍サイクルに従い循環する系を構成し、モジュール内部の電子部品の温度を従来の電子機器と同等以下に保持し、かつブロック単位で複数のモジュールを同時に着脱することが可能となり、整備性が向上するという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１〜３に、本発明に係る実施の形態１による電子機器の構成を示す。図１は本実施の形態の電子機器を示す斜視図である。図２は、図１の矢視ＡＡ断面図である。また、図３は電子機器を構成するブロックを示す図である。図において、（ａ）は外観図、（ｂ）は矢視ＢＢ断面である。
【００１１】
この実施の形態１による電子機器は、シャーシ１０と、シャーシ１０の裏面に設けられた平板状のバックプレート１１と、シャーシ１０に装着された複数のブロック４と、を備えて構成される。シャーシ１０は、縦フレーム１２と横フレーム１３、１４、１５とを組合わせて、格子状の枠体が形成されている。すなわち、シャーシ１０は、縦横フレームの壁面に周囲を取り囲まれて、矩形状の隔室が複数個構成されている。各隔室には、ブロック４が収納されている。ブロック４は、内部に発熱性の電子部品を実装したモジュール９を、複数個装着している。モジュール９は、ブロック４に対して着脱可能に取り付けられている。
【００１２】
図１の矢印２２は、シャーシ１０の内部を冷却液が流れる方向を示したものである。シャーシ１０の上下面を構成する横フレーム１４、１５には、冷却液入口部１６と冷却液出口部１７が備えられる。ここで、電子機器の外部から供給される冷却液６１が冷却液入口部１６から入り、横フレーム１４で各縦フレーム１２に分配される。この冷却液としては、例えばエチレングリコール水溶液が用いられると良いが、必ずしもこれに限られるものではない。各縦フレーム１２に分配された冷却液６１は、横フレーム１５で合流し、冷却液出口部１７で電子機器の外部に排出されるように、縦フレーム１２と横フレーム１４、１５が接続される。また、横フレーム１３は、縦フレーム１２、および横フレーム１４、１５を接続する構造強度部材として作用する。
【００１３】
図２に示すように、縦フレーム１２は、冷却部１２１と基板実装部１２２を備えた、長手方向に一様断面の壁面で構成される。冷却部１２１の壁面は中空構造で、冷却液６１が流れる流路が形成される。また、基板実装部１２２は、一端部のフランジにコネクタ（枠体側コネクタ）５１が実装され、側壁面に各ブロックとの電気信号の授受を行う回路基板５が収容される。コネクタ５１は回路基板５に接続されている。基板実装部１２２のフランジは、コネクタ５１を装着するための穴６０が設けられている。
【００１４】
ブロック４は、フロントエンドにコネクタ（ブロック側コネクタ）４４が装着された、フランジ継手を有したフロントパネル６５０が設けられる。コネクタ４４は、ブロック４に装着された複数のモジュール９に接続される。また、コネクタ４４は、コネクタ５１に着脱可能に嵌合されて、ブロック外部の回路基板５との間で電気信号の授受を行う。ブロック４は、内部にモジュール９を収納するモジュール実装部４１を有する。モジュール実装部４１には冷却板７と流路６５が取り付けられている。冷却板７は薄肉平板にて構成され、内部に流路６を形成する。モジュール９は、放熱面が冷却板７に接触するようにモジュール実装部４１の内部に取り付けられる。ブロック４の側面には、放熱板４２が取り付けられている。放熱板４２は薄肉平板にて構成され、内部に流路６３を有する。放熱板４２の流路６３は流路６５を介して冷却板７の流路６に接続されて、相互に閉じた流路を構成している。温度センサ９１はモジュール９の温度を計測する。
【００１５】
また、図２及び図３に示す通り、放熱板４２と冷却板７の間を接続する流路６３にはコンプレッサ４３及び膨張弁４８が接続されている。この際、冷却板７の流出口と放熱板４２の流入口の間を接続する加圧系の流路６３には、コンプレッサ４３が接続される。また、放熱板４２の流出口と冷却板７の流入口の間を接続する減圧系の流路６３には、膨張弁４８が接続される。これらで構成された流路には、コンプレッサ４３の動作時に冷却板７で蒸発し、放熱板４２で凝縮する特性を持つ冷媒が封入されている。この冷媒としては、例えば代替フロン系冷媒が用いられると良いが、必ずしもこれに限られるものではない。
【００１６】
コンプレッサ４３が動作することにより、放熱板４２の流路６３とモジュール実装部４１内の冷却板７の流路６との間で冷媒６２の流れが発生すると共に、放熱板４２の下流側に設けられた膨張弁４８の効果により、その上流にある放熱板４２内の冷媒６２が加圧される。なお、図示は略すが、ブロック４の両側に装着された放熱板４２は、流路６５を通じて、ブロック４内外に設けられた他の流路とともに閉じられた循環ループを形成するように接続されている。
【００１７】
なお、必要とされる冷却性能によっては、冷却板７を設ける代わりに、モジュール実装部４１内のモジュール９の近傍に、冷却用配管を設けて流路６３を構成しても良い。モジュール９はヒートシンクを介在して冷却用配管に熱的に接続される。この場合、冷却用配管はモジュール９の放熱面に密着しないので、冷却板７に比べて排熱効果が劣るが、比較的簡単な構造で、流路６３を放熱板４２の流路６３に接続することができる。
【００１８】
この実施の形態１は以上のように構成され、次のように動作する。
ブロック４は、格子状に配置されたシャーシ１０の各隔室内に、挿入、もしくは抜去される。この際、放熱板４２と縦フレーム１２との間には隙間が設けられ、図１の２１の挿抜方向にブロック４の挿抜が可能となる。一方、ブロック４をシャーシ１０に装着し、コンプレッサ４３を動作させた状態においては、流路６３内部の冷媒６２が加圧され、放熱板４２が膨張する。このため、シャーシ１０の冷却部１２１と放熱板４２は密着する。また、ブロック４は、フロントパネル６５０のフランジ継手がフレーム１０の上面に当接し、図示しないねじにより締結される。
【００１９】
発熱性の電子部品を内蔵したモジュール９を所定の温度に保持するために、ブロック４とシャーシ１０の間で、冷却液６１、冷媒６２を用いて、次のように放熱を行う。
モジュール９で発生した熱は、近傍で当接した冷却板７に熱伝導する。冷却板７に伝導した熱は、冷却板７の内部を流れる冷媒６２に伝わるが、この際、吸熱により冷媒６２が蒸発する。気化した冷媒６２はコンプレッサ４３により放熱板４２に熱移送される。放熱板４２の下流側には膨張弁４８が配置され流路に絞りを設けられているため、その上流にある放熱板４２の流路６３内の冷媒６２は加圧圧縮され、高温高圧状態となる。放熱板４２は冷却部１２１に当接しているため、冷媒６２は放熱板４２を介して冷却される。その際、気化した冷媒６２は凝縮し、元の液体状態に戻る。さらに膨張弁４８を通過した冷媒６２は圧力を開放され、低圧低温状態で冷却板７に供給され、再びモジュール９で発生した熱を吸収する。つまり、ブロック内の流路の循環ループ内にて冷媒の蒸発圧縮を繰り返す冷凍サイクルが構成され、モジュール９が冷却される。
【００２０】
また、ブロック４をシャーシ１０に装着する際、ブロック４のコネクタ４４が回路基板５のコネクタ５１に嵌合する。これによって、モジュール９とブロック４外部との電気信号の授受が可能となる。
【００２１】
以上説明したように、この実施の形態１では、発熱性の電子部品を内部に実装する複数のモジュール９をブロック４に実装している。すなわち、縦横フレームの壁面により周囲が矩形状に取り囲まれた隔室が複数配列され格子形状をなしたシャーシ１０と、シャーシ１０壁面の内部に配管された冷却液６１の流路と、シャーシ１０の隔室毎に設けられた回路基板５、及びシャーシ１０の隔室毎に設けられ、回路基板５に接続されたシャーシ１０側のコネクタ５１を有したシャーシ１０と、電子部品を実装した複数のモジュール９、各モジュール９に接続されたブロック側のコネクタ４４、及び冷媒の封入された内部流路が設けられ外表面に設けられた放熱板４２を有した複数のブロック４を備える。ブロック４は、放熱板４２がシャーシ１０の壁面に当接し、ブロック側のコネクタ４４がシャーシ１０側のコネクタ５１に嵌合した状態で、シャーシ１０の各隔室内に挿入されて着脱可能に保持されている。
【００２２】
また、ブロック４で発生した熱は、冷媒の封入され閉じた流路を通じて、コンプレッサ４３によって放熱板４２に熱移送される。この際、冷媒の流路の循環ループ内で蒸発圧縮を繰り返す冷凍サイクルが構成される。この冷凍サイクルにより移送された熱は、放熱板４２とシャーシ１０との接触熱伝導によってシャーシ１０に伝達され、シャーシ１０の内部流路を介して外部に放熱される。
【００２３】
図４は実施の形態１による電子機器の冷却系統を表すブロック図であり、（ａ）はこの実施の形態１による電子機器のブロック図、（ｂ）は従来の電子機器のブロック図を示す。図５は冷却系統の各部位における、放熱経路上の温度分布を示す図であり、（ａ）がこの実施の形態１による電子機器の温度分布、（ｂ）が従来の電子機器の温度分布を示す。図４、図５を用いて、ブロック内に冷凍サイクルを構成したことによる冷却性能の向上効果を、従来の電子機器との比較により以下に説明する。
【００２４】
図４（ａ）に示す通り、従来の電子機器では、電子機器の外部より供給される冷却液が、内部を流れる冷却板１８に直接密着する。これに対し、図４（ｂ）に示す通り、この実施の形態１による電子機器の放熱経路では、モジュール９で発生した熱が外部より供給される冷却液までに移送される経路が多く、なおかつ冷凍サイクルが構成される。
【００２５】
この実施の形態１のようにブロック４内で冷凍サイクルを構成した場合、図５（ａ）の実線に示すように、モジュール９を冷却する冷却板７内の冷媒温度が放熱板４２の冷媒温度よりも低くなるため、図５（ｂ）に示す従来の電子機器による冷媒温度よりも、低い温度でモジュール９を保持することが可能となる。
【００２６】
なお、実施の形態１の電子機器においてブロック４内で冷凍サイクルを構成せず、ポンプを用いて冷媒循環するのみの構成とした場合、図５（ａ）の破線に示す通り、図５（ｂ）に示す従来の電子機器に比較して、モジュール９の保持温度が上昇してしまう可能性がある。この場合、モジュール９を規定の温度内に保持することが困難となる可能性もある。これに対し、コンプレッサと膨張弁を用いた実施の形態１による電子機器を用いることにより、ブロック４内で冷凍サイクルを構成するので、図５（ａ）の実線に示すようにモジュール９を冷却する冷却板７内の冷媒の温度が放熱板４２の冷媒より低くなり、ポンプによる冷媒循環のみの構成に比較して、より低い温度でモジュール９を保持することが可能となる。
【００２７】
これによって、ブロック４内部に実装されたモジュール９と外部より供給される冷却液との間の温度差を従来の電子機器と同等以下に抑えたまま、ブロック４の挿抜により複数のモジュール９を同時に着脱することができるので、モジュール９の交換時や試験時等において整備性が飛躍的に向上する。
【００２８】
また、図２に示すようにモジュール９内に温度センサ９１を備えることにより、例えばモジュール９の性能に温度依存性が有りモジュール９の保持温度を精度良く管理する必要がある場合や、外部より供給される冷却液６１の温度の変動が大きい場合に、温度センサ９１によってモジュール９の保持温度を計測することができる。この際、外部制御装置（図示しない）を用いて、その保持温度に対応して保持温度を一定にするように、コンプレッサ４３の加圧量（圧力）を調整する制御を行うことにより、より安定してモジュール９の温度を保持することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】この発明の実施の形態１による電子機器の構成を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１によるブロックとフレームの構造を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態１によるブロックの構造を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態１及び従来の電子機器における冷却系統のブロック図を示す。
【図５】この発明の実施の形態１及び従来の電子機器における放熱経路の各部位の温度分布を示す図である。
【符号の説明】
【００３０】
４  ブロック、５  基板、６  流路、７  冷却板、９  モジュール、１０  シャーシ、１１  バックプレート、１２  縦フレーム、１３  横フレーム、１４  横フレーム、１５  横フレーム、１６冷却液入口部、１７冷却液出口部、１８  冷却板、２１  挿抜方向、２２  冷却液の流れ、２３  冷媒の流れ、２４  熱の流れ、４１  モジュール実装部、４２放熱板、４３  コンプレッサ、４４  コネクタ、４８  膨張弁、５１  コネクタ、６０  穴、６１  冷却液、６２  冷媒、６３  流路、６５  流路、１００  筐体、１２１  冷却部、１２２  基板実装部、６００  容器、６５０  フロントパネル。
【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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