(57)【要約】【課題】  電子機器と搭載するプラットフォームは、空冷機器に対しては温度および流量が管理された冷却空気もしくは管理された雰囲気温度を提供し、伝導冷却機器に対しては温度管理された冷却板を提供し、液冷機器に対しては温度および流量が管理された冷却液を提供するため、それぞれ異なる冷却インターフェースを備える必要があった。【解決手段】  電子機器をプラットフォームに取り付ける冷却ユニットに、熱交換器および冷却板を備えることで、空冷機器は底面から外気を供給して冷却空気による熱交換を行い、伝導冷却機器は放熱面を冷却液に接触させることで冷却板の冷却液に放熱し、液冷機器はカプラを直接液冷機器に繋ぎ替えることで冷却液を供給するようにした。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却空気が流れる通風管と、
内部に冷却液の流路が形成されるとともに、上記通風管と上面の間を連通する冷却空気の流路が形成され、当該冷却液と冷却空気との間で熱交換を行う熱交換器が設けられた冷却板と、
上記冷却板の入口流路及び出口流路にそれぞれ接続された入口流路用及び出口流路用のカプラと、
上記冷却板の上記上面もしくはその周囲に設けられ、当該上面に載置される電子機器を着脱可能に保持する保持器と、
を備えた冷却ユニット。
【請求項２】
上記カプラは、上記電子機器に設けられるカプラと同じ冷却ホースを、着脱可能に取り付けられる請求項１記載の冷却ユニット。
【請求項３】
上記通風管の吸気口にファンを設けた請求項１記載の冷却ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器を冷却する冷却構造を有した冷却ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器の冷却構造として、主に空冷、伝導冷却、液冷の何れかの冷却方式が用いられている。搭載する電子部品の発熱量や動作温度、設置環境等に応じて、電子機器に取って適切な冷却方式が選択される。一方、複数の電子機器を設置する上位システム機器（以下、プラットフォームと称する）は、個々の電子機器の冷却方式に対応して、電子機器毎に異なる冷却インターフェースを備える必要がある。例えば電子機器の冷却インターフェースとして、空冷方式に対しては温度および流量が管理された冷却空気を供給する、もしくは温度が管理された雰囲気を与える。伝導冷却方式に対しては温度管理された冷却板（ヒートシンク）を備える。また、液冷方式に対しては温度および流量が管理された冷却液を流す冷却板を設ける。
【０００３】
従来、極端な温度で作動する航空機や輸送機器等のプラットフォームにおいて、流体の流路が形成された冷却板を複数個設け、それぞれの冷却板に異なる電子機器を搭載する冷却インターフェースが知られている。これらの各冷却板は共通のパネルに取り付けられ、プラットフォームに固定されたマウントに対して、当該パネルが着脱可能に装着されるようになされている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−２１１２０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の電子機器の冷却構造は、空冷、伝導冷却、液冷の冷却方式毎に、異なる冷却インターフェースが用いられる。この冷却方式毎の異なる冷却インターフェースが、電子機器のみならずプラットフォームの設計にも制約を与えて、電子機器のレイアウト設計の柔軟性を損ない、また電子機器を換装する際にプラットフォームに対しても障害を与える。例えば、機器発熱量の増大により電子機器の冷却方式を空冷から液冷に変更する必要が生じた場合は、プラットフォーム側の冷却インターフェースを大幅に改造することになり、設計上または製造上、非常に多くの労力を必要とするという問題があった。
【０００６】
本発明は係る課題を解決するためになされたものであり、搭載されるプラットフォームとの冷却インターフェースを統一化し、冷却方式の変更を簡便に行うことのできる冷却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】
【０００７】
本発明による冷却ユニットは、冷却空気が流れる通風管と、内部に冷却液の流路が形成されるとともに、上記通風管と上面の間を連通する冷却空気の流路が形成され、当該冷却液と冷却空気との間で熱交換を行う熱交換器が設けられた冷却板と、上記冷却板の入口流路及び出口流路にそれぞれ接続された入口流路用及び出口流路用のカプラと、上記冷却板の上記上面もしくはその周囲に設けられ、当該上面に載置される電子機器を着脱可能に保持する保持器と、を備えたものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、プラットフォーム側の設計変更や改造を行なうことなく、電子機器の冷却方式を簡便に変更することができる。また、電子機器の設置後、電子機器の換装を行なう際に、プラットフォーム側の冷却インターフェースに捉われることなく、電子機器の冷却方式を自由に選定することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１による冷却ユニットの構成を示す図であり、（ａ）は冷却マウントの斜視図、（ｂ）は冷却ユニットの上断面図、（ｃ）は冷却ユニットのＡＡ断面図、（ｄ）は冷却ユニットのＢＢ断面図である。
【図２】実施の形態１による電子機器の搭載状態を示す図であり、（ａ）は空冷電子機器の搭載状態、（ｂ）は伝導放熱電子機器の搭載状態、（ｃ）は液冷電子機器の搭載状態を示す。
【図３】実施の形態２による冷却ユニットの構成を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
本発明に係る実施の形態１の冷却ユニットについて、図面を用いて説明する。図１は、実施の形態１による冷却ユニット５０の構成を示す図であり、（ａ）は冷却マウントの斜視図、（ｂ）は冷却ユニットの上断面図、（ｃ）は冷却ユニットのＡＡ断面図、（ｄ）は冷却ユニットのＢＢ断面図である。
【００１１】
図１において、冷却ユニット５０は、冷却板３と、カプラ１と、リテーナ（保持器）２と、保持具４を備えて構成される。冷却板３は、冷媒流路を有した一次側の熱交換器８と、通風路を有した二次側の熱交換器７と、冷媒流路を有した配管２０を備えている。冷却板３の上面には、発熱性の電子部品を有した電子機器がマウント（載置）される。
【００１２】
また、冷却板３の下部には、通風管３０が設けられている。図１（ｃ）に示すように、通風管３０は、２つの対向した短冊形状の側板と底板からなる板部材で構成され、この側板の短辺が底板から立設してコの字形に折れ曲がってなる。通風管３０の２つの側板の間は空間が形成される。熱交換器７、熱交換器８、及び配管２０は、この通風管３０の側板上部に接合され、通風管３０の上部に覆い被さっている。通風管３０の上部は熱交換器７の通風管の端部に連通している。通風管３０の内部は冷却空気が流れ、短冊形状の両端部から入った冷却空気は上部から吹き出て、吹き出た冷却空気１６が熱交換器７の通風管に流入する。
【００１３】
熱交換器８は、短辺の２倍以下の長辺を有した長方形断面の法線方向に、冷却液（冷媒）が流れる複数本の管路からなる。熱交換器８の各管路内には、断面がＳ字状の波線をなして屈曲したフィンが設けられており、隣接するフィンの間隙を冷却液が通過する。また、熱交換器８は、各管路の管軸が平行になるように離間して並置され、各管路の両端部に配管２０が接続される。各配管２０は、正方形もしくは長方形断面の法線方向に冷却液が流れる。一方の配管２０の一方の端部はカプラ１が接続され、冷却液入口１０から冷却液が流入する入口側流路となっており、一方の配管２０の他方の端部は閉鎖している。他方の配管２０の一方の端部はカプラ１が接続され、冷却液出口５から冷却液が流出する出口側流路となっており、他方の配管２０の他方の端部は閉鎖している。一方の配管２０を流れる冷却液は、熱交換器８との接続部で分配され、他方の配管２０を流れる冷却液は、熱交換器８との接続部で合流する。図１の例では、熱交換器８の管路は５本設けられている。カプラ１の冷却液入口１０から流入した冷却液は、熱交換器８と一方の配管２０の接続部で各管路に分流した後、熱交換器８と他方の配管２０の接続部で合流して、カプラ１の冷却液出口５から流出する。
【００１４】
熱交換器７は、長辺が短辺の２倍よりも長い短冊状の長方形断面の法線方向に、冷却空気が通過する複数本の通風管からなる。熱交換器７の各通風管の通風路内には、断面が蛇腹状の波線をなして屈曲したフィンが設けられており、隣接するフィンの間隙を冷却空気が通過する。また、熱交換器７は、各管路における長辺側の側壁が互いに対向するように離間して並置される。熱交換器８の幅広面と熱交換器７の幅広面が接して、隣接する熱交換器８の間に挟まれるように熱交換器７が接合されている。これによって、熱交換器７の冷却液の流れる方向と熱交換器８の空気の流れる方向とが直交し、熱交換器７を流れる冷却液と熱交換器８を流れる冷却空気とで熱交換が行われる。熱交換器７の通風管の下端部は、上記した通り通風管３０の上部と連通している。図１（ａ）の例では、熱交換器７の通風管の上端部は、図の上部方向に冷却空気が噴出すように配置されている。また、図１（ａ）において、熱交換器８の管路は、図の右から左に冷却液が流れるように配置されている。
【００１５】
保持具４は、カプラ１から見て最外側に配置された熱交換器８の外壁上面から突出して２箇所設けられている。保持具４は、カプラ１側の側面から突出したピンが設けられており、ピンの軸はカプラ１の軸（冷却液が流出する方向）と平行になるように配置されている。２つの保持具４は互いに異なる位置に配置され、図１の例では一方の配管２０と熱交換器８の接続部の周辺と、他方の配管２０と熱交換器８の接続部の周辺に、それぞれ配置されている。リテーナ２は、カプラ１の周辺で熱交換器８の側面に設けられており、回転軸を有して回動可能に軸支されている。リテーナ２は、端部が鉤状になっており、電子機器に設けられる図示しない突起と係合する。冷却板３の上面にマウントされる電子機器は、このリテーナ２と保持具４によって、冷却ユニット５０に対して着脱可能に保持固定される。
【００１６】
なお、電子機器は、冷却ユニット５０における冷却板３の設置面や、リテーナ２及び保持具４との間で、インターフェースが整合するように、標準化された所定の規格で設計される。
【００１７】
また、カプラ１には、プラットフォームに設けられた冷却ホース（図示せず）が接続される。プラットフォームは、冷却液とヒートシンクとの間で熱交換を行う放熱器が設けられている。冷却ユニット５０の冷却液入口１０に接続される冷却ホースは放熱器の冷却液出口に接続され、冷却ユニット５０の冷却液出口１１に接続される冷却ホースは放熱器の冷却液入口に接続される。放熱器にはポンプ（図示せず）が設けられており、冷却ユニット５０の冷却液出口１１から流入した冷却液を冷却してから、冷却ユニット５０の冷却液入口１０に戻す、冷却液の循環動作を行う。
【００１８】
次に、図１、２を用いて本実施の形態１の冷却ユニット５０に関する動作の説明を行う。
図２は、実施の形態１による電子機器の搭載状態を示す図であり、（ａ）は空冷電子機器の搭載状態、（ｂ）は伝導放熱電子機器の搭載状態、（ｃ）は液冷電子機器の搭載状態を示している。図１に示すように、冷却ユニット５０内には、冷却空気の流れ９で示される冷却空気の流路と、冷却液の流れ６で示される冷却液の流路が設けられている。また、冷却空気及び冷却液の流路内には、冷却効率を高めるために、それぞれ熱交換器７及び熱交換器８が設けられている。
【００１９】
図１において、冷却空気は、冷却ユニット５０下部の冷却空気入口１１から取り込まれ、配管２０を流れて冷却ユニット５０の上部に流出する。また、冷却液は、カプラ１を通じて、冷却液入口１０から流入し、冷却板３内を流れて、冷却液出口５から流出する。冷却空気入口１１から取り込まれ冷却空気は、熱交換器７を通過し、熱交換器８を通過する冷却液との熱交換により冷却されてから、冷却ユニット５０上部の電子機器に冷却空気１６として供給される。また、電子機器は、冷却板３の上面にマウントされて、保持具４のピンによって位置決めされ、リテーナ２によって、冷却ユニット５０に対して着脱可能に保持固定される。リテーナ２及び保持具４は、冷却板３上面の周囲に設けられても良い。
【００２０】
図２（ａ）に示すように、搭載される電子機器６０の冷却方式が空冷の場合は、冷却ユニット５０下部から取り込んだ冷却空気は、冷却板３内を流れる冷却液との熱交換により冷却され、電子機器６０へと供給される。
【００２１】
また、図２（ｂ）に示すように、搭載される電子機器６０の冷却方式が伝導放熱の場合は、冷却液の流れ６により、冷却板３を冷却する。このとき、電子機器６０底部の放熱面は冷却板３の上面に接触しており、その接触面からの熱伝導により、電子機器６０の熱が冷却板３に放熱される。
【００２２】
さらに、図２（ｃ）に示すように、搭載される電子機器６０の冷却方式が液冷の場合は、冷却液入口１０及び冷却液出口１１のカプラ１にそれぞれ接続された冷却ホースを、取り外す。電子機器６０は、冷却液入口用と冷却液出口用のカプラ６１がそれぞれ設けられている。カプラ１から取り外した各冷却ホースは、冷却液入口用と冷却液出口用のカプラ６１にそれぞれ接続される。これによって、放熱器の冷却液出口からの冷却液を直接電子機器６０に流して、放熱器の冷却液入口に戻す循環動作を行うことで、電子機器６０の冷却を行う。
【００２３】
なお、電子機器６０の冷却方式が液冷の場合に、冷却ユニット５０の冷却液入口用のカプラ１に接続された放熱器の冷却液出口に繋がる冷却ホースを冷却器に接続したままとし、冷却液出口用のカプラ１に接続された冷却ホースを取り外してから、冷却ユニット５０の冷却液出口用のカプラ１と電子機器６０の冷却液入口用のカプラ６１を、同一寸法規格の別の冷却用ホースで接続しても良い。この場合、電子機器６０の冷却液出口用のカプラ６１に、冷却液出口用のカプラ１から取り外した、放熱器の冷却液入口に繋がる冷却ホースを接続する。
【００２４】
いずれの冷却方式を採るにせよ、電子機器６０から冷却ユニット５０への熱伝導を促進するため、電子機器６０側に放熱面を設けて、冷却ユニット５０の冷却板３と接触させることで、冷却効率が向上する。
【００２５】
さらに、冷却ユニット５０の冷却板３は、アルミニウムや銅などの熱伝導率の高い材料で製造すると、冷却効率が向上する。
【００２６】
以上説明した通り、実施の形態１による冷却ユニット５０は、冷却空気が流れる通風管３０と、内部に冷却液の流路が形成されるとともに、上記通風管３０と上面の間を連通する冷却空気の流路が形成され、当該冷却液と冷却空気との間で熱交換を行う熱交換器７、８が設けられた冷却板３と、上記冷却板３の入口流路及び出口流路にそれぞれ接続された入口流路用及び出口流路用のカプラ１と、上記冷却板３の上記上面もしくはその周囲に設けられ、当該上面に載置される電子機器６０を着脱可能に保持する保持器２、４と、を備えたものである。また、上記カプラ１は、電子機器６０に設けられるカプラ１と同じ冷却ホースを、着脱可能に取り付けられる。
【００２７】
かくして、電子機器６０をプラットフォームに取り付ける取付マウント用に冷却ユニット５０を用いて、熱交換器７、８および冷却板３を兼ねた冷却インターフェースを設け、冷却液を流すことで、空冷機器は底面から外気を吸い上げることで熱交換された冷却空気を供給し、伝導冷却機器は上部放熱面に直に接触させることにより冷媒で冷やされた冷却板に放熱させ、液冷機器はカプラの接続を繋ぎ替えることで外部の放熱器からの冷媒の供給を受けることができる。これにより冷却ユニット５０を介在して、電子機器６０を搭載するプラットフォームとの冷却インターフェースを統一化し、冷却方式の変更を簡便に行うことが可能となる。
【００２８】
このような構成により、電子機器６０の冷却方式が変更されても、プラットフォーム側の設計変更や改造を行なうことなく、冷却ユニット５０の冷却ホースを繋ぎ換え、リテーナ２による固定を解除及び保持を行う簡便な交換処理で、スムーズに電子機器を装着することができる。また、電子機器の設置後、電子機器の換装を行なう際に、プラットフォーム側の冷却インターフェースに捉われることなく、電子機器の冷却方式を自由に選定することができる。
【００２９】
実施の形態２．
本発明に係る実施の形態２による冷却ユニットについて図面を用いて説明する。
図３は、実施の形態２による冷却ユニット５０の構成を示す斜視図である。冷却ユニット５０は、図１に示した実施の形態１の冷却ユニット５０に加えて、冷却空気を送るためのファン１２を更に備えている。ファン１２は、通風管３０の吸気口に設けられる。なお、通風管３０はファン１２を収容するための収容空間を設けるため、実施の形態１で説明した図１の冷却ユニット５０に比べて、通風管３０の高さが高くなっている。
【００３０】
次に、図３を用いて本実施の形態２に関する動作を説明する。
冷却ユニット５０は、ファン１２によって昇圧された冷却空気が流入し、電子機器に対して冷却板３との熱交換により冷却された空気を供給する。このように通風管３０の吸気口にファン１２を設けることにより、電子機器６０やプラットフォーム側に、ファンのような吸気機構を別個に設けることが不要となり、電子機器やプラットフォームの構造を更に簡素化することができる。
【符号の説明】
【００３１】
１  カプラ、２  リテーナ（保持器）、３  冷却板、４  保持具、５  冷却液出口、６  冷却液の流れ、７  熱交換器、８  熱交換器、９  冷却空気の流れ、１０  冷却液入口、１１  冷却空気入口、１２  空冷ファン、３０  通風管、５０  冷却ユニット、６０  電子機器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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