JP2016184657A

JP2016184657A - 電子機器筺体の放熱構造

Info

Publication number: JP2016184657A
Application number: JP2015064057A
Authority: JP
Inventors: 兼悟仲本; Kengo Nakamoto
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2015-03-26
Filing date: 2015-03-26
Publication date: 2016-10-20

Abstract

【課題】電子機器の高性能化に伴って発熱密度が大きくなり、その冷却においても性能向上が必要となるため、放熱経路内の熱抵抗を低減する必要がある。また、冷媒流路の圧力損失が高くなると、下流において十分な冷却能力を確保できなくなるという課題がある。【解決手段】シャーシ内部に配置されていた熱交換機を放熱板側面に配置することにより、放熱板とシャーシの間に生じる接触熱抵抗を解消し、かつ電子回路モジュールの発熱量に応じて熱交換機の圧力損失を変化させることで、電子機器全体で高い放熱能力を実現する。【選択図】図１

Description

本発明は、発熱する電子部品が実装された複数の電子回路基板の発熱を冷却する電子機器筐体の放熱構造に係るものである。

電子回路基板の一般的な冷却方式は、冷却空気を直接基板上に吹き当てる方法であるが、冷却空気の状態が管理されていない環境下では好ましくない。これは、冷却空気中に含まれる塵、ほこり、水分等が付着することで、腐食や絶縁破壊が生じる恐れがあるためである。また、小型で発熱量の大きい発熱密度の高い部品は、部品表面積も小さいため放熱性が低い。
車両や航空機等の移動体に搭載する電子回路基板では、上記のような粉塵等による信頼性低下を防ぎ、かつ発熱密度が高い部品の冷却を行うために間接冷却方式を用いることがある（例えば、特許文献１、２参照）。

図５は従来の間接冷却方式の電子機器を示す組立斜視図、図６は図５における断面ＡＡを示す図であり、図７は図５における断面ＢＢを示す図である。
図おいて、１は電子回路基板２を放熱板３に固定した電子回路モジュール１である。４は上記電子回路モジュール１を収納するための箱状のシャーシであり、電子回路モジュール１を着脱するための開口部５を有している。また、シャーシ４は排気装置６(例えばブロワ等)、排気口７、および冷媒８(例えば冷却空気等)をシャーシ４内部に取り込むための吸気口９が設けられており、吸気口９から排気口８の間の空間に熱交換器１０が設けられている。

電子回路モジュール１はシャーシ４の開口部５よりガイド溝１１に沿ってシャーシ４内に挿入・着脱することができる。シャーシ４に挿入された電子回路モジュール１はカードリテーナ１２によりガイド面１３に押し付けられ、さらにカバー１４により電子回路基板２を外気より遮断する。

電子回路基板２の発熱は、放熱板３に伝導され、シャーシ４との接触面１５よりシャーシ４のガイド面１３に放熱される。シャーシ４に放熱された後、熱交換器１０により吸気口９より取り込まれた冷媒８に放熱される。

特開２００９-２８３４８９号公報特開２０１４-１２３６５０号公報

しかしながら、上記に示した従来の電子機器の冷却方式は、次のような課題があった。
電子機器の高性能化に伴って発熱密度が大きくなり、その冷却においても更なる性能向上が必要となる。一方では、小型・軽量化が進んでおり、放熱板およびシャーシを大型化することが困難であり、放熱経路内の熱抵抗を削減する必要があった。
また、発熱量が大きく異なる複数の電子回路基板を共通のシャーシおよび熱交換器により冷却する場合、その冷却能力は発熱量の大きな電子回路基板をターゲットとして設計されている。そのため、シャーシ内の熱交換器は発熱量が小さい電子回路基板に対しても発熱量の大きな電子回路基板と同様の圧力損失を有しているため、全体の圧力損失が高くなり、流路下流において十分な冷却能力を確保できなくなっていた。

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、従来構造と同等以下の大きさで、発熱部品からシャーシに至る放熱経路内の熱抵抗を低減し、かつ電子回路基板の発熱量の大小に応じて最適な熱交換器とすることで、流路の圧力損失の最小化による冷媒流量の最大化を図り、電子機器に対して高い放熱能力を得ることを目的とする。

この発明に係る電子機器筺体の放熱構造は、発熱体である電子回路基板を固定可能である熱交換器一体型放熱板と、電子回路基板を固定した複数の熱交換器一体型放熱板を収納可能な箱型のシャーシとから構成され、前記熱交換器一体型放熱板は、前記電子回路基板を固定する放熱板部分と熱交換器とが接触しており、前記シャーシに設けられたスリットに沿って挿入された状態で固定される。

本発明により、シャーシ内部に配置されていた熱交換器を放熱板側面に配置することにより、放熱板とシャーシの間に生じる接触熱抵抗を解消し、尚且つ電子回路モジュール毎に熱交換器の諸元を変えることで、全系として高い放熱能力を実現する。

実施の形態１の電子機器筐体の放熱構造の全体構成を示す組立斜視図である。実施の形態１の電子機器筐体の放熱構造（図１）のＡＡ断面を示す図である。実施の形態１の電子回路モジュールの分解斜視図である。実施の形態２の電子機器筐体の放熱構造（図１）のＡＡ断面を示した図である。従来の電子機器筐体の放熱構造の全体構成を示す組立斜視図である。従来の電子機器筐体の放熱構造（図５）のＡＡ断面を示す図である。従来の電子機器筐体の放熱構造（図５）のＢＢ断面を示す図である。

実施の形態１．
図１はこの発明に係る電子機器の第１の実施形態による電子機器の組立斜視図であり、図２は図１における断面ＡＡを示す図である。図において、実施の形態１の電子機器筐体の放熱構造は、電子回路モジュール１および、それらを収納するシャーシ４より構成されている。
図１、図２において、４は上記電子回路モジュール１を収納するための箱状のシャーシで、電子回路モジュール１を着脱するための開口部５および電子回路モジュール１の保持を目的とし、電子回路モジュール１の挿入方向に矩形のスリット１７が設けられている。また、シャーシ４は排気装置６および排気口７、並びに冷媒８をシャーシ４内部に取り込むための吸気口９が設けられている。
電子回路モジュール１はシャーシ４のスリット１７に沿って挿入され、スリット１７と電子回路モジュール１は隙間無く固定される。固定された電子回路モジュールの熱交換器１０はスリット１７より吸気口９と排気口７の間の空間に納置される。

図３は実施の形態１における電子回路モジュール１の分解斜視図である。
本実施の形態における電子回路モジュール１は、熱交換器１０が放熱板３の側面に設けられた熱交換器一体型放熱板１６に、電子回路基板２が固定された構成を有する。
また、電子回路基板２は熱交換器一体型放熱板１６に熱伝導性を持って結合されている。

上記の様に構成された電子機器筐体の放熱構造においては、電子回路基板２で発生した熱は熱交換器一体型放熱板１６に伝達され、熱交換器一体型放熱板１６の内部を伝導してシャーシ４のスリット１７間に位置する熱交換器１０により冷媒８に放熱される。

ここで、従来の電子機器筐体の放熱構造と本構造を比較すると、本実施の形態に係る電子機器筐体の放熱構造では主放熱経路１８（図２の破線）にシャーシ４と電子回路モジュールの接触面を含んでいない。
この結果、接触面における接触熱抵抗が解消されることで、放熱性能が向上する。

実施の形態２．
実施の形態２に係る電子機器筐体の放熱構造は、基本的に実施の形態１と同様の構成を有している（図１）。図４は実施の形態２における、電子機器筐体の放熱構造の全体構成（図１）の断面ＡＡ相当の図を示している。
図４において、１９、２０はそれぞれ高発熱の電子回路モジュールおよび低発熱の電子回路モジュールである。高発熱の電子回路モジュール１９、低発熱の電子回路モジュール２０は実施形態１における電子回路モジュール１と基本構造は同一であるが、本実施の形態に係る電子機器筐体の放熱構造では、熱交換器一体型放熱板１６の形状は電子回路モジュール毎の電子回路基板２上の部品配置や発熱量に応じて決定することができる。
また、熱交換器一体型放熱板１６に設けられた熱交換器は、高発熱の電子回路モジュール１９においては放熱性が高く、高圧力損失の熱交換器２１が、低発熱の電子回路モジュール２０においては２１と比較して放熱性が低く、低圧力損失の熱交換器２２が設けられている。

このように、実施の形態２に係る電子機器筺体の放熱構造においては、実施の形態１の放熱構造で得られた接触熱抵抗の削減による冷却能力向上に加え、電子回路モジュールの発熱量に応じて熱交換器の圧力損失を変化させたことで、従来構造と比較して流路全体の総圧力損失が抑制される。したがって、総圧力損失低下により流路内の冷媒の流量は増加し、電子機器全体において高い放熱能力を得ることができる。

１電子回路モジュール、２電子回路基板、３放熱板、４シャーシ、５開口部、６排気装置、７排気口、８冷媒、９吸気口、１０熱交換器、１１ガイド溝、１２カードリテーナ、１３ガイド面、１４カバー、１５接触面、１６熱交換器一体型放熱板、１７スリット、１８放熱経路、１９高発熱の電子回路モジュール、２０低発熱の電子回路モジュール、２１高圧力損失の熱交換器、２２低圧力損失の熱交換器

Claims

発熱体である電子回路基板を固定可能である熱交換器一体型放熱板と、
電子回路基板を固定した複数の熱交換器一体型放熱板を収納可能な箱型のシャーシと、
から構成され、
前記熱交換器一体型放熱板は、前記電子回路基板を固定する放熱板部分と熱交換器とが接触しており、前記シャーシに設けられたスリットに沿って挿入された状態で固定されることを特徴とする電子機器筐体の放熱構造。
前記熱交換器一体型放熱板の熱交換器は、前記シャーシに設けられた吸気口と排気口の間の空間に設置されることを特徴とする請求項１記載の電子機器筐体の放熱構造。
前記シャーシに収納された複数の前記熱交換器一体型放熱板の各熱交換器は、前記熱交換器一体型放熱板に固定される電子回路基板の発熱量に応じた放熱性を有することを特徴とする請求項１、２いずれか記載の電子機器筐体の放熱構造。
前記シャーシは複数の吸気口を備え、前記熱交換器一体型放熱板は、各吸気口から取り込まれた冷媒が通過する経路に各々熱交換器を備えることを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の電子機器筐体の放熱構造。