專利名稱：一種新型高效冷卻機(jī)箱及其散熱方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型高效冷卻機(jī)箱及其散熱的方法，尤其涉及一種機(jī)載電子設(shè)備機(jī)箱及其散熱方法，屬于電子器件冷卻技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代機(jī)載電子設(shè)備(簡稱ATR) —般進(jìn)行模塊化設(shè)計，具備某一功能的模塊往往還設(shè)計成現(xiàn)場可更換模塊(LRM模塊)，若干個這樣的模塊往往安裝在一個機(jī)箱內(nèi)。標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)箱一般是長方體的形式。隨著技術(shù)的發(fā)展，ATR機(jī)箱內(nèi)的模塊的熱耗越來越大、熱流密度也越來越大，其冷卻的方式也由自然冷卻向強(qiáng)迫風(fēng)冷和液體冷卻發(fā)展。風(fēng)冷的機(jī)箱結(jié)構(gòu)及冷卻方法目前公開的已比較多，例如專利CN200710101444.4、CN200910004893.6.CN200910105296.2.CN200980155902.X 和 CN201020013244.0 中提到的機(jī)箱結(jié)構(gòu)及冷卻方法。風(fēng)冷的機(jī)箱一般有兩種形式，一種是冷卻風(fēng)直接與待冷卻的模塊的殼體接觸從而吸收模塊工作時產(chǎn)生的熱量；另一種形式是機(jī)箱內(nèi)包含冷板(可以直接將機(jī)箱的面板，例如頂面板和底面板，做成冷板，或者在機(jī)箱內(nèi)增加一塊專門的冷板；所謂冷板，就是一種特殊的熱熱器，其內(nèi)部包含流道，工作時內(nèi)部流道內(nèi)的流體與冷板進(jìn)行熱交換的設(shè)備)，冷卻介質(zhì)僅在冷板內(nèi)流動，模塊工作時產(chǎn)生的熱量通過模塊的殼體先傳導(dǎo)給冷板的殼體，然后再冷板的殼體通過對流換熱的方式傳給冷卻介質(zhì)。液冷的機(jī)箱可以部分參考風(fēng)冷的機(jī)箱，但由于液體介質(zhì)與氣體介質(zhì)存在較大的差異，液冷機(jī)箱與風(fēng)冷機(jī)箱也存在著一些差別。目前公開的液冷機(jī)箱還不是很多，例如專利CN201020103424.8、CN201120020096.X中的機(jī)箱，這些為數(shù)不多的液冷機(jī)箱大致可分為兩種，一種是模塊內(nèi)不通液，模塊內(nèi)的熱量通過傳導(dǎo)到機(jī)箱冷板上，然后再由機(jī)箱冷板內(nèi)的冷卻液吸收和帶走；另一種是直接將冷卻液通入到模塊內(nèi)，相當(dāng)于模塊內(nèi)也有液冷冷板，模塊的熱量由模塊冷板內(nèi)的冷卻液直接吸收和帶走。前一種機(jī)箱內(nèi)的模塊往往通過鎖緊機(jī)構(gòu)與機(jī)箱的模塊導(dǎo)槽壓緊，鎖緊機(jī)構(gòu)的鎖緊力的方向與冷板呈平行的關(guān)系，如圖1以及專利CN200920226048.9中的結(jié)構(gòu)所示，機(jī)箱的模塊導(dǎo)槽與模塊間的接觸面積較小，接觸處存在著較大的界面溫升，界面的溫升會隨著熱流密度的增大而增大，模塊熱耗越大時，散熱問題就難以解決；后一種機(jī)箱與模塊的連接十分關(guān)鍵，機(jī)箱結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，加工難度大、成本高，模塊插拔維護(hù)時容易發(fā)生漏液，從而危害到機(jī)箱內(nèi)的電子部件和電氣連接，因而使用也受到限制。傳統(tǒng)的冷卻機(jī)箱如圖1所示，用以鎖緊LRM模塊的鎖緊機(jī)構(gòu)安裝在模塊上而非冷板上，模塊安裝在冷板上時，模塊與冷板呈垂直的形式，鎖緊機(jī)構(gòu)的鎖緊力的方向與冷板呈平行的關(guān)系，模塊與冷板的接觸面積較小，接觸界面溫升較大，并且接觸界面的溫升會隨著接觸界面的熱流密度的增大而增大。且傳統(tǒng)的冷卻機(jī)箱往往把頂面板和底面板均設(shè)置成冷板，頂面、底面和內(nèi)部中間面的冷板一般不能用同一品種的冷板，冷板品種多，加工復(fù)雜，成本高；傳統(tǒng)的冷卻機(jī)箱中冷板間的流體連接通道往往在機(jī)箱側(cè)面板中直接加工出來，然后通過焊接的方式與冷板相結(jié)合，這樣的結(jié)構(gòu)加工難度大，成本較高；傳統(tǒng)的把頂面板和底面板均設(shè)置成冷板的冷卻機(jī)箱，由于冷板一般較薄(為減小機(jī)箱的體積和重量，機(jī)箱冷板一般不能太厚)，因此機(jī)箱的流體入口和出口處往往就沒有足夠的空間安裝帶法蘭的流體接頭，特別是比較大的流體接頭，而且機(jī)箱流體接頭太靠近機(jī)箱的頂面和底面，不但不美觀，而且不易于與外部流體進(jìn)行連接。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于針對現(xiàn)有冷卻機(jī)箱用于高熱流密度的現(xiàn)場可更換模塊冷卻時的不足以及加工較困難等不足之處，提供一種新型高效冷卻機(jī)箱及其散熱方法，減小高熱流密度的現(xiàn)場可更換模塊與機(jī)箱冷板間的接觸熱阻和傳導(dǎo)熱阻，改變多層機(jī)箱冷板間的流道連接結(jié)構(gòu)以及冷板與機(jī)箱側(cè)面板和流體接頭之間的連接結(jié)構(gòu)，提高冷卻機(jī)箱的冷卻效果，同時降低機(jī)箱加工的復(fù)雜程度，降低機(jī)箱的加工成本。本發(fā)明具體采用以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題:
一種新型高效冷卻機(jī)箱，包括設(shè)置在機(jī)箱內(nèi)的冷板、待冷卻的LRM模塊、鎖緊機(jī)構(gòu)，所述待冷卻的LRM模塊與冷板相平行設(shè)置，且待冷卻的LRM模塊的兩端通過固定連接在冷板上的鎖緊機(jī)構(gòu)進(jìn)行固定。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案:所述待冷卻的LRM模塊將其散熱面積最大的面平行且貼合地設(shè)置于冷板吸熱面積最大的面上進(jìn)行散熱。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案:在所述機(jī)箱的流體總?cè)肟诤涂偝隹谔幏謩e設(shè)有機(jī)箱流體接頭。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案:還包括機(jī)箱的側(cè)面板，所述側(cè)面板分別設(shè)置在冷板的兩端。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案:在所述冷板內(nèi)設(shè)有流體通道，且在冷板的流體流入處和流出處均設(shè)有冷板流體接頭。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案:所述流體通道呈直線型或S形或U形。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案:當(dāng)所述冷板的數(shù)量為一個以上時，還包括設(shè)置在側(cè)面板上的流道連接件；所述冷板流體接頭透過側(cè)面板與流道連接件連接或透過側(cè)面板與機(jī)箱流體接頭連接；其中流道連接件與冷板流體接頭采用螺釘連接或焊接的方式進(jìn)行連接。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案:所述每個冷板均采用相同的結(jié)構(gòu)。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案:所述鎖緊機(jī)構(gòu)為一種采用楔形塊進(jìn)行鎖緊的機(jī)構(gòu)。一種基于上述新型高效冷卻機(jī)箱的散熱方法，包括以下步驟:
步驟(I)將外部冷卻流體從機(jī)箱的流體總?cè)肟谔幍臋C(jī)箱流體接頭通入；
步驟(2)冷卻流體流經(jīng)機(jī)箱內(nèi)部的流體通道，并吸收待冷卻的LRM模塊傳的熱量；步驟(3 )帶有熱量的冷卻流體從機(jī)箱的流體總出口處的流體接頭流出至機(jī)箱外部并將熱量交換給外界載體，
步驟(4)冷卻流體不斷流入和流出機(jī)箱形成循環(huán)，實現(xiàn)對機(jī)箱內(nèi)部的待冷卻的LRM模塊的冷卻。本發(fā)明采用上述技術(shù)方案產(chǎn)生如下有益效果: 一是本發(fā)明的一種新型高效冷卻機(jī)箱中，鎖緊機(jī)構(gòu)安裝在機(jī)箱冷板上，安裝上待冷卻的LRM模塊時，待冷卻的LRM模塊與冷板呈平行的形式，鎖緊機(jī)構(gòu)鎖緊力的方向與冷板呈垂直的關(guān)系，待冷卻的LRM模塊與機(jī)箱冷板有較大的接觸面積，接觸熱阻較小，模塊上的熱源離冷卻介質(zhì)較近，傳導(dǎo)熱阻較小，在同等的冷卻流體和模塊條件下，可使得模塊內(nèi)部的器件的溫度更低，可靠性更高，因而適用范圍更廣；
二是在本發(fā)明的一種新型高效冷卻機(jī)箱中，當(dāng)一個機(jī)箱中的冷板數(shù)量大于I時，多塊冷板可以使用同品種的冷板；此時不同冷板的流體通道可以是并聯(lián)的形式，也可以是串聯(lián)的形式，當(dāng)不同冷板的流體通道為串聯(lián)的形式時，不同冷板之間的流體通道通過單獨(dú)的流道連接件來實現(xiàn)連接，連接形式可以采用螺釘連接，也可以采用焊接連接，這樣的結(jié)構(gòu)形式更易于加工，成本也更低；
三是在本發(fā)明的一種新型高效冷卻機(jī)箱中，冷板的上下面均安裝模塊，因而冷板距離機(jī)箱頂面和機(jī)箱底面有足夠的距離，便于在機(jī)箱流體出入口處安裝帶法蘭的流體接頭，可使得流體接頭的中心位于相應(yīng)冷板的流體通道的中間面上，這樣的結(jié)構(gòu)較簡單，易加工；
四是采用本發(fā)明的高效冷卻機(jī)箱后，待冷卻的LRM模塊工作時產(chǎn)生的熱量沿模塊殼體法向往冷板方向傳遞，而不像傳統(tǒng)的那樣需要先沿模塊殼體板切向方向傳遞，因而模塊上原有的導(dǎo)熱板可以設(shè)計得更薄，體積也更小，因而可以減小模塊的體積和重量。本發(fā)明能降低現(xiàn)有技術(shù)中冷卻機(jī)箱與待冷卻的LRM模塊之間較高的接觸熱阻和傳導(dǎo)熱阻，可以顯著提高冷卻機(jī)箱用于冷卻LRM模塊的冷卻效果，降低LRM模塊的工作溫度，提高系統(tǒng)的可靠性，對于熱流密度更高的冷卻場合，效果會更加突出。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中傳統(tǒng)的冷卻機(jī)箱的結(jié)構(gòu)示意圖。其中標(biāo)號解釋:Ia-中間面冷板，Ib-底面冷板，Ic-頂面冷板，2a_LRM模塊，3a-鎖緊機(jī)構(gòu)，4a、4b_機(jī)箱流體接頭,5a、5b_側(cè)面板。圖2為本發(fā)明的一種新型高效冷卻機(jī)箱的結(jié)構(gòu)示意主視圖。圖3為本發(fā)明的一種新型高效冷卻機(jī)箱的結(jié)構(gòu)示意右視圖。圖4為本發(fā)明的一種新型高效冷卻機(jī)箱的結(jié)構(gòu)示意左視圖。圖5為本發(fā)明的一種新型高效冷卻機(jī)箱的流道連接件的內(nèi)側(cè)圖。圖6為本發(fā)明的一種新型高效冷卻機(jī)箱的冷板的結(jié)構(gòu)示意圖。圖7為本發(fā)明的一種新型高效冷卻機(jī)箱的冷板的流體通道結(jié)構(gòu)示意圖。其中標(biāo)號解釋:1-冷板，2-待冷卻的LRM模塊，3-鎖緊機(jī)構(gòu)，4_機(jī)箱流體接頭，5-側(cè)面板，6-流道連接件，7-冷板流體接頭。
具體實施例方式如圖2所示，本發(fā)明提供了一種新型高效冷卻機(jī)箱，包括設(shè)置在機(jī)箱內(nèi)的冷板1、待冷卻的LRM模塊2、鎖緊機(jī)構(gòu)3，所述待冷卻的LRM模塊2與冷板I相平行設(shè)置，且待冷卻的LRM模塊2的兩端通過固定連接在冷板I上的鎖緊機(jī)構(gòu)3進(jìn)行固定。其中，所述待冷卻的LRM模塊2將其散熱面積最大的面平行且貼合地設(shè)置于冷板I吸熱面積最大的面上進(jìn)行散熱。在所述機(jī)箱的流體總?cè)肟诤涂偝隹谔幏謩e設(shè)有機(jī)箱流體接頭4。另外，還包括機(jī)箱的側(cè)面板5，所述側(cè)面板5分別設(shè)置在冷板I的兩端。而鎖緊機(jī)構(gòu)3為一種采用楔形塊進(jìn)行鎖緊的機(jī)構(gòu)，鎖緊機(jī)構(gòu)鎖緊力的方向與冷板呈垂直的關(guān)系。在冷板I內(nèi)設(shè)有流體通道，主體流體通道如圖7所示，根據(jù)待冷卻的LRM模塊的熱源分布情況，流體通道可以呈直線形、S形或U形。且在冷板I的流體流入處和流出處均設(shè)有冷板流體接頭7，如圖6所示，冷板流體接頭7透過機(jī)箱側(cè)面板5與機(jī)箱的流體接頭4連接。當(dāng)所述冷板I的數(shù)量為一個以上時，每個冷板I均可以采用相同的結(jié)構(gòu)，不同冷板的流體通道可以設(shè)置成并聯(lián)或串聯(lián)的形式，當(dāng)冷板的流體通道為串聯(lián)的形式時，還包括流道連接件6，流道連接件6設(shè)置在機(jī)箱的側(cè)面板5上相應(yīng)的位置處，流道連接件6內(nèi)部包含有相應(yīng)的流道，流道連接件6的結(jié)構(gòu)如圖3、圖4和圖5所示，冷板流體接頭7透過側(cè)面板5與流道連接件6連接或透過側(cè)面板5與機(jī)箱流體接頭4連接，其中流道連接件6與冷板流體接頭7采用螺釘連接或焊接的方式進(jìn)行連接，使得機(jī)箱內(nèi)的所有流體通道形成一個回路。其中，流體接頭可以是自密封的，也可以是非自密封的；流體接頭可以是盲插的，也可以是非盲插的。當(dāng)冷板數(shù)量大于I時，可以如圖2所示，該機(jī)箱內(nèi)部包含四塊平行放置的同一品種的冷板，每個冷板I上都設(shè)置有相應(yīng)的待冷卻的LRM模塊2，并且在所述冷板I上根據(jù)待冷卻的LRM模塊2的尺寸參數(shù)和數(shù)量設(shè)置有鎖緊機(jī)構(gòu)3，所述冷板I和鎖緊機(jī)構(gòu)3共同構(gòu)成待冷卻的LRM模塊2在機(jī)箱上安裝和拆卸的導(dǎo)軌，并且待冷卻的LRM模塊2安裝在冷板I上時與冷板I呈平行的形式，鎖緊機(jī)構(gòu)3鎖緊力的方向與冷板I呈垂直的關(guān)系。一種基于上述新型高效冷卻機(jī)箱的散熱方法，具體包括以下步驟:
步驟(I)將外部冷卻流體從機(jī)箱的流體總?cè)肟谔幍牧黧w接頭4a通入。步驟(2)冷卻流體隨后流經(jīng)機(jī)箱內(nèi)部的流體通道，含冷板、冷板的流體接頭，流道連接件等部件內(nèi)的流道。其中，冷板距離機(jī)箱頂和機(jī)箱底有足夠的距離，便于機(jī)箱流體出入口處安裝流體接頭，可使得流體接頭的中心位于相應(yīng)冷板的流體通道中間面上。將待冷卻的LRM模塊平行設(shè)置在冷板上，待冷卻的LRM模塊的兩端通過固定連接在冷板上的鎖緊機(jī)構(gòu)固定；其中，將待冷卻的LRM模塊平行設(shè)置在冷板上，待冷卻的LRM模塊的散熱面積最大的面平行貼合地設(shè)置于冷板吸熱面積最大的面上，所述待冷卻的LRM模塊可拆卸地安裝在冷板上，并由設(shè)置在冷板上的鎖緊機(jī)構(gòu)控制其處于鎖緊或松開狀態(tài)。由于待冷卻的LRM模塊與冷板呈平行的形式，使得待冷卻的LRM模塊與機(jī)箱冷板有較大的接觸面積，接觸熱阻較小，熱源離冷卻流體較近，傳導(dǎo)熱阻較小，在同等的冷卻流體和模塊條件下，可使得模塊及其內(nèi)部的器件的溫度更低。步驟(3)帶有熱量的冷卻流體從機(jī)箱的流體總出口處的流體接頭流出至機(jī)箱外部并將熱量交換給外界載體。機(jī)箱的流體總?cè)肟谔幍牧黧w接頭將冷卻流體通入流體通道，冷卻流體流經(jīng)冷板并吸收待冷卻的LRM模塊傳的熱量后從機(jī)箱的流體總出口處的流體接頭流出。當(dāng)一個機(jī)箱中的冷板多于一塊時，冷板之間的流體通道靠單獨(dú)的流道連接件實現(xiàn)其連接，使得冷卻流體可以順利通過多個通道。流體通道內(nèi)的冷卻流體吸收多個冷板上的待冷卻的LRM模塊傳的熱量后從機(jī)箱的總出口處的流體接頭流出，將熱量交換給外界介質(zhì)。步驟(4)冷卻流體不斷流入和流出機(jī)箱內(nèi)部的流體通道，如此不斷循環(huán)，實現(xiàn)對安裝在機(jī)箱內(nèi)部LRM模塊的冷卻。因此，在本發(fā)明提供的新型高效冷卻機(jī)箱中，冷卻液不通往模塊內(nèi)，不存在模塊插拔維護(hù)時發(fā)生漏液的情況；且模塊與機(jī)箱冷板之間呈平行的形式，接觸面積大，界面熱阻小，并且模塊上的熱源離冷卻介質(zhì)較近，傳導(dǎo)熱阻較小，在同等的冷卻流體和模塊條件下，可使得模塊及其內(nèi)部的器件的溫度更低，可靠性更高，適用范圍更廣。
權(quán)利要求
1.一種新型高效冷卻機(jī)箱，包括設(shè)置在機(jī)箱內(nèi)的冷板(I)、待冷卻的LRM模塊(2)、鎖緊機(jī)構(gòu)(3 )，其特征在于:所述待冷卻的LRM模塊(2 )與冷板(I)相平行設(shè)置，且待冷卻的LRM模塊(2)的兩端通過固定連接在冷板(I)上的鎖緊機(jī)構(gòu)(3)進(jìn)行固定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型高效冷卻機(jī)箱，其特征在于:所述待冷卻的LRM模塊(2)將其散熱面積最大的面平行且貼合地設(shè)置于冷板(I)吸熱面積最大的面上進(jìn)行散熱。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型高效冷卻機(jī)箱，其特征在于:在所述機(jī)箱的流體總?cè)肟诤涂偝隹谔幏謩e設(shè)有機(jī)箱流體接頭(4 )。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型高效冷卻機(jī)箱，其特征在于:還包括機(jī)箱的側(cè)面板(5),所述側(cè)面板(5)分別設(shè)置在冷板(I)的兩端。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或3或4所述的一種新型高效冷卻機(jī)箱，其特征在于:在所述冷板(O內(nèi)設(shè)有流體通道，且在冷板(I)的流體流入處和流出處均設(shè)有冷板流體接頭(7)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種新型高效冷卻機(jī)箱，其特征在于:所述流體通道呈直線型或S形或U形。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種新型高效冷卻機(jī)箱，其特征在于:當(dāng)所述冷板(I)的數(shù)量為一個以上時，還包括設(shè)置在側(cè)面板(5)上的流道連接件(6);所述冷板流體接頭(7)透過側(cè)面板(5)與流道連接件(6)連接或透過側(cè)面板(5)與機(jī)箱流體接頭(4)連接； 其中流道連接件(6)與冷板流體接頭(7)采用螺釘連接或焊接的方式進(jìn)行連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種新型高效冷卻機(jī)箱，其特征在于:所述每個冷板(I)均采用相同的結(jié)構(gòu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型高效冷卻機(jī)箱，其特征在于:所述鎖緊機(jī)構(gòu)(3)為一種采用楔形塊進(jìn)行鎖緊的機(jī)構(gòu)。
10.一種基于權(quán)利要求1所述的新型高效冷卻機(jī)箱的散熱方法，包括以下步驟: 步驟(I)將外部冷卻流體從機(jī)箱的流體總?cè)肟谔幍臋C(jī)箱流體接頭通入； 步驟(2)冷卻流體流經(jīng)機(jī)箱內(nèi)部的流體通道，并吸收待冷卻的LRM模塊傳的熱量； 步驟(3 )帶有熱量的冷卻流體從機(jī)箱的流體總出口處的流體接頭流出至機(jī)箱外部并將熱量交換給外界載體， 步驟(4)冷卻流體不斷流入和流出機(jī)箱形成循環(huán)，實現(xiàn)對機(jī)箱內(nèi)部的待冷卻的LRM模塊的冷卻。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種新型高效冷卻機(jī)箱及其散熱方法，尤其涉及一種機(jī)載電子設(shè)備機(jī)箱及其散熱方法，屬于電子器件冷卻技術(shù)領(lǐng)域，包括設(shè)置在機(jī)箱內(nèi)的冷板(1)、待冷卻的LRM模塊(2)、鎖緊機(jī)構(gòu)(3)，所述待冷卻的LRM模塊(2)與冷板(1)相平行設(shè)置，且待冷卻的LRM模塊(2)的兩端通過固定連接在冷板(1)上的鎖緊機(jī)構(gòu)(3)進(jìn)行固定。本發(fā)明能降低機(jī)箱與待冷卻的LRM模塊之間較高的接觸熱阻和傳導(dǎo)熱阻，可以顯著提高冷卻效果，降低待冷卻的LRM模塊的工作溫度，提高系統(tǒng)的可靠性，適用范圍更廣。
文檔編號H05K7/20GK103209553SQ20131014663
公開日2013年7月17日 申請日期2013年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月25日
發(fā)明者李金旺, 錢吉裕, 平麗浩 申請人:中國電子科技集團(tuán)公司第十四研究所