CN101060768A - 混合陶瓷芯的冷却板 - Google Patents

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    • B64D2013/0614—Environmental Control Systems with subsystems for cooling avionics

Abstract

一种示例性的冷却板壳体，其限定一个入口和一个出口。多个泡沫带组件被设置在壳体内。泡沫带组件被布置在壳体内以使得冷却剂可流动穿过泡沫带的宽度。每个泡沫带组件包括至少第一和第二泡沫带构件，每个构件适当地具有不超过大约50微米的孔尺寸以及至少大约80％的孔隙率，并且在第一和第二泡沫带构件之间插有第一隔板构件。每一个泡沫带组件可包括第二隔板构件，其被插在第一隔板构件和第一和第二泡沫带构件其中一个之间。隔板构件可包括高导热率的材料，如铜或者铝的金属、或者例如聚合物或者塑料的低导热率材料。

Description

混合陶瓷芯的冷却板
技术领域
本发明涉及一种冷却板，特别是一种混合陶瓷芯的冷却板。
本申请是提交于2006年4月20日的第11/407,438申请的部分继续申请。
背景技术
集成电路芯片，例如微处理器芯片，以及其它电子元件在运行过程中产生热量。这些元件一般固定在印刷电路板上(PCBs)。为了有助于确保正常运行，这些元件一般保持在低于大约160的运行温度。这意味着必须要为电子元件的正常运行提供某种冷却。
冷却板广泛用于冷却PCBs，其中冷却剂必须与电子元件隔离。冷却板一般由增强的传热面组成，传热面封装在高纵横比的矩形管内。增强的传热面典型地是某种的翅片布置或者一种开孔的多孔金属泡沫。冷却剂从冷却板的一端流动穿过冷却板到达另一端，使增强的传热面内部完全润湿。这种系统冷却固定在冷却板各侧面上的PCBs。冷却板中使用带翅片的核心材料和金属泡沫是因为它们通过提高将热量传递给冷却剂的有用表面积而提高了热效率。但是，带翅的核心材料和金属泡沫的表面积密度一般限制在大约1000ft2/ft3。这主要因为表面积密度显著大于这个值会在冷却剂流经冷却板时产生不能接受的高压力降。以要求更大的用于推动冷却剂经过冷却板的功率的形式，高的压力降转化为系统的损失。此外，具有较高表面积密度的翅片和金属泡沫布置的制造使得费用和复杂程度都增加。这些表面积密度上的限制最终限制了在给定的冷却剂流速下所能吸收的热量。由于传统的空气冷却的冷却板不能冷却将来的大功率电子装置，所以这种限制在引入将来的大功率电子装置时将会恶化。这是因为这些芯片表现为比当前芯片显著地产生更多的热量而同时仍然具有大约160的运行温度限制。
冷却板的几个可能的应用之一包括冷却飞机航空电子设备单元的PCBs。一般通过将冷却的、调节后的空气吹过冷却板的散热片来冷却飞机的航空电子设备。但是，这种通过飞机环境控制系统(ECS)产生冷却空气造成了飞机系统性能的损失。这是因为ECS通过从飞机发动机中抽出空气并将其与从外部通过管道输送到飞行器内的冲压空气一起冷却来产生冷却空气。从发动机抽出空气减少了能用来产生推力的空气同时获取冲压空气增加了飞机的阻力。这些影响最终减少了飞机的飞行距离和/或有效载重。
因此，希望能减少冷却航空电子设备所需的空气量，因而通过增加飞行器推力和/或降低燃料消耗来减少空气飞行器系统性能的损失。也希望能冷却未来的大功率电子装置，该大功率电子装置表现为比当前芯片显著地产生更多的热量却仍然具有大约160的运行温度限制。也希望使冷却板的热性能最大化，并减低整个冷却板压力降的变化。
前述的相关现有技术的实例以及与其相关的限制意在举例说明，但并不是唯一的。本领域技术人员阅读说明书和研究附图后将会明白相关现有技术的其它限制。
发明内容
结合示范性和说明性的，而非限制范围的系统和方法对下列实施方式和其各方面进行描述和举例说明。在不同的实施方式中，背景技术中描述的上述一个或者多个问题已得到消除或者减少，而其它实施方式致力于其它的改进。
在一个示例性的冷却板中，壳体限定了一个入口和一个出口，并且壳体内设置有多个泡沫带组件。泡沫带组件布置在壳体内，以使得冷却剂可流动穿过泡沫带的宽度。每一个泡沫带组件包括至少第一和第二泡沫带构件，每一个泡沫带构件适当地具有不超过大约50微米的孔尺寸，以及至少大约80％的孔隙率，并且第一和第二泡沫带构件之间插有第一隔板构件。
根据一方面，每一个泡沫带构件可包括一个第二隔板构件，其插在第一隔板构件和第一和第二泡沫带构件其中一个之间。
根据另一方面，隔板构件可由导热材料制成，如铜或铝的金属、或者聚合物或者塑料。
在另外一个示例性的冷却板中，壳体限定了第一和第二入口及第一和第二出口，并且壳体内设有第一和第二多个泡沫带组件。每一个泡沫带组件包括至少第一和第二泡沫带构件，其中每一个构件都适当地具有不超过大约50微米的孔尺寸，以及至少大约80％的孔隙率，并且第一和第二泡沫带构件之间插有第一隔板构件。第一和第二的多个泡沫带组件被布置在壳体内，以使得来自于第一入口的冷却剂可流动穿过第一多个泡沫带组件内的泡沫带组件宽度，并且第二入口的冷却剂可流动穿过第二多个泡沫带组件内的泡沫带组件宽度。第一和第二的多个泡沫带组件的流动在冷却板的中平面交汇、分流并排出第一和第二出口。
在示例性的冷却板的有利应用中，换热器包括一个换热器壳体，该换热器壳体限定至少一个第一流体的换热器入口，以及至少一个第一流体的换热器出口。至少一个示例性的冷却板被设置在换热器壳体内，位于换热器入口和换热器出口中间，因此第一流体流过冷却板的一个表面，并接着流过冷却板的对面表面。该示例性的冷却板包括一个冷却板壳体，其限定了至少一个用于第二流体的第一冷却板入口，和至少一个用于第二流体的第一冷却板出口，以及至少一个设置在冷却板壳体内的第一多个泡沫带组件。每一个泡沫带组件包括至少第一和第二泡沫带构件，每一个泡沫带构件适当地具有不超过大约50微米的孔尺寸和大约80％的孔隙率，并且第一隔板构件被插在第一和第二泡沫带构件之间。泡沫带组件布置在冷却板壳体内，因此第二流体可流动穿过泡沫带组件的宽度。
除上边描述的示例性实施方式和各方面外，通过参照附图以及研究下列的详细描述，进一步的实施方式和各个方面将变得明显。
附图说明
参照附图对示例性的实施方式进行说明。本文公开的实施方式和附图意在进行解释说明而非进行限制。
图1A是一个示例性的陶瓷泡沫冷却板的透视图；
图1B是图1A的示例性陶瓷泡沫冷却板的分解透视图；
图1C举例说明了图1A和1B的示例性陶瓷泡沫冷却板的详细特征；
图2举例说明了示例性陶瓷泡沫的孔尺寸；
图3A和3B是由冷却板冷却的示例性电路板组件的透视图；
图4是示例性的陶瓷泡沫冷却板的压力降相对于流动长度的曲线图；
图5A是另一个示例性的陶瓷泡沫冷却板的透视图；
图5B是图5A的示例性陶瓷泡沫冷却板的分解透视图；
图6是一个示例性换热器的部分示意形式的透视图；
图7绘出了不同结构和厚度的陶瓷泡沫的热效率；
图8绘出了不同材料的压力降；
图9绘出了相对于冷却剂流动速率的压力降；
图10A是示例性的混合陶瓷泡沫冷却板的透视图；
图10B是图10A的示例性混合陶瓷泡沫冷却板各部件的透视图；
图10C是图10B的各部件的分解透视图；
图10D是图10A的示例性混合陶瓷泡沫冷却板的分解透视图；
图10E举例说明了图10A至10D的示例性混合陶瓷泡沫冷却板的详细特征；
图11A和11B是由混合陶瓷泡沫冷却板冷却的示例性电路板组件的透视图；
图12A是另一个示例性的混合陶瓷泡沫冷却板的透视图；
图12B是图12A的示例性混合陶瓷泡沫冷却板的分解透视图；
图13是另一个示例性换热器部分示意形式的透视图。
具体实施方式
作为综述并参照图1A和1B，在示例性的冷却板10中，壳体12限定一个入口14和一个出口16，并且在壳体12内设置有多个泡沫带18。每一个泡沫带18适当地具有不超过大约50微米的孔尺寸，以及至少大约80％的孔隙率。多个泡沫带18布置在壳体12内使冷却剂流动穿过泡沫带18的宽度w。下边将详细描述示例性的实施方式和应用。
仍然参照图1A和1B，壳体12由顶盖板20和底盖板22、侧板24和26、以及端板28和30组成。端板28限定入口14以接收来自于冷却剂源(未图示)的冷却剂，冷却剂例如是冷却空气。在一个示例性的应用中，冷却空气源适合为飞机的ECS。端板30限定了出口16以将冷却剂排出冷却板10。在作为非限制性实例而给出的一个示例性实施方式中，壳体12由铝制成。但是，如特定应用所希望的，壳体12适合由任何具有足以满足要求的传热性能的重量轻的材料制成。其它可用来构造壳体12的材料实例包括铜、硅或一种聚合物。
在一个示例性的实施方式中，热密封剂32以物理接触的方式插在顶盖板20和泡沫带18之间并插在底端板22和泡沫带18之间。热密封剂32以物理的方式将泡沫带18连接到顶盖板20和底盖板22上。热密封剂32确保所有的冷却剂流动穿过泡沫带18，而不是在顶盖板20和泡沫带18之间以及在底盖板22和泡沫带18之间流动。在作为非限制性实例方式给出的一个示例性实施中，热密封剂32是一种室温硫化(RTV)硅。但是，热密封剂32可以是任何具有足以满足特定应用所希望的导热率特性的热密封剂。另一种非限制性实例的热密封剂32是导热的环氧树脂。
另外参照图1C，泡沫带18将热传递给流动穿过泡沫带18的冷却剂。泡沫带18可具有特定应用所希望的任何尺寸。作为非限制性实例给出的泡沫带18可具有大约1.5英尺的长度l。在一个示例性的实施方式中，长度l大约为17英寸。泡沫带18可具有大约小于1英寸的厚度t。在一个示例性的实施方式中，厚度t大约为1/4英寸。泡沫带18可具有大约小于1英寸的宽度w。在一个示例性的实施方式中，宽度w大约为1/4英寸。由于冷却剂通过宽度w流动穿过泡沫带18，因此宽度w代表了冷却长度-也就是说，在大多数热量传递给冷却剂的过程中，冷却剂流动穿过泡沫带18的长度。附加热量可在当冷却剂朝着出口16流动穿过出口集流腔(plenum)35时该冷却剂冲刷顶盖板20和底盖板22时传递给冷却剂。
泡沫带18以造成数个入口集流腔34和出口集流腔35的方式布置在壳体12内。入口集流腔34和出口集流腔35分别提供数个供冷却剂流入和流出这些多个泡沫带18的通道，因此可有利地帮助减少整个冷却板10上的压力降。在一个示例性的实施方式中，当空气用作冷却剂时，整个冷却板10的压力降大约只有几个英寸水柱的量级。如图1C所示，在泡沫带18的端部38处，端盖36附在相邻的泡沫带18a和18b上。在端部38处，端盖36也附在相邻的泡沫带18c和18d上。在泡沫带18的端部42处，端盖40附在泡沫带18a上(但不是泡沫带18b)。在端部42处，端盖40也附在相邻的泡沫带18b和18c上。最后，端盖40在端部42处附在泡沫带18d上。
冷却剂从入口14流向泡沫带18。冷却剂的流动受到端盖36的阻挡。因此，冷却剂被引入到入口集流腔34内。端盖40阻止冷却剂离开入口集流腔34。因此冷却剂按照箭头44的指示被迫穿过泡沫带18的宽度w。在冷却剂流动穿过泡沫带18的宽度w之后，离开泡沫带18进入出口集流腔35。端盖36阻止冷却剂离开出口集流腔35。因此冷却剂从出口集流腔35退出到达出口16，冷却剂从出口16排出冷却板10。
有利地是，泡沫带18由具有小的孔尺寸和高孔隙率的材料制成。孔尺寸适当地大约不超过50微米。在作为非限制性实例方式给出的一个示例性实施中，孔尺寸大约为35微米。材料也适当地是超多孔的(hyper-porous)。为了这个目的，孔隙率大约至少为80％。在作为非限制性实例方式给出的一个示例性实施中，孔隙率大约为90％。
如上所描述的，小的孔尺寸极大地增加了泡沫带18材料的内部表面积与体积的比值、或者表面积的密度。因此，该表面积与体积的比值极大地提高泡沫带18的传热能力。由于泡沫带18材料的孔尺寸超过一个数量级地小于传统金属泡沫冷却板通常使用材料的孔尺寸，所以即使孔隙率可能相当，泡沫带18的内部表面积与体积的比值也超过一个数量级地大于通常已知的金属泡沫冷却板的内部表面积与体积的比值。结果，泡沫带18的内部传热面积有利地超过一个数量级地大于通常已知的金属泡沫冷却板使用材料的内部传热面积。
有利地是，数个泡沫带18和数个入口集流腔34以及出口集流腔35的使用克服了与小的孔尺寸有关的较高冷却剂压力损失。有利地，可通过减小冷却长度-也就是泡沫带18的宽度w-而同时增大泡沫带18的数量和/或其长度l来减轻与泡沫带18有关的压力损失。于是，冷却板10利用泡沫带18的小的孔尺寸的极大地增加内部传热表面积并克服与小的孔尺寸有关的较高压力损失的好处。因此，整个冷却板10的压力降与通常已知的金属泡沫或者带翅片的冷却板的压力降相当。
因此，与传统的冷却板相反，所述冷却板10有利地降低了冷却当前航空电子设备所需的冷却空气量。这样必然减少空气飞行器的航空电子设备的冷却损失，因此增加飞行器的推力和/或降低燃料消耗。或者，可使用小一些的ECS，因此减少了重量和燃料燃烧。此外，所述冷却板10可有利地用来冷却将来的大功率电子装置。这些芯片表现为能显著地产生比当前芯片更多的热量而同时保持运行温度的大约160的限制。所述冷却板10能冷却这些芯片，而仅使用与当前已知的用于的小功率芯片的冷却板所使用的相同的空气量。因而，这将会消除使用更复杂和更沉重的液体冷却系统的需求。
所述泡沫带18可由任何的结合如上所述的小的孔尺寸和超多孔的材料来制造。作为给出的非限制性实例的方式，陶瓷泡沫适合于用作泡沫带18的材料。在一个示例性和非限制性实施例中，特别适合于泡沫带18的陶瓷泡沫是一种超多孔、微通道(也就是说，大约35微米的小孔尺寸)的铝硅陶瓷泡沫，其包括多至大约68％的硅、大约20％的氧化铝、以及大约12％的硼硅酸铝纤维。这种示例性的陶瓷泡沫的一个实例是氧化铝增强隔热材料(AETB)，其由加利福尼亚的亨廷顿海滩的波音公司制造。图2表明AETB纤维46的电子显微图，其显示了大约35微米的孔尺寸。
所述冷却板10特别适于用来冷却电路板组件。现在参照图3A，电路板组件48包括至少一个具有第一和第二侧的印刷电路板50。印刷电路52被安装在印刷电路板50的第一侧上。使用热密封剂32将印刷电路板50的第二侧与顶盖板20(用于一个印刷电路板50)或者底盖板22(用于另一个印刷电路板50)粘合。现在参照图3B，在另一个示例性布置中，冷却板10非常适合于冷却复合的印刷电路板50。印刷电路板50被安装在散热片53上。由于散热片53与冷却板10热接触，所以散布到散热片53的热量被传到冷却板10。
冷却板10及泡沫带18(图1A-1C)的有利的传热特性以及流动性能已经在测试中得到验证。相应于AETB陶瓷泡沫冷却板测试的测试条件的名义上的设定、通过传热分析来量化内部对流传热系数、被表示为h。确定对于AETB泡沫和传统的金属泡沫DUOCEL的需要获得122的平均顶盖板温度和底盖板温度的内部对流传热系数。具有0.9孔隙率和35微米平均孔尺寸的AETB陶瓷泡沫具有0.05BTH/hr-ft-degreeR的导热率，以及31,350ft2/ft3的内表面积与体积的比值。相反地，具有0.9孔隙率和508微米的平均孔尺寸的DUOCEL金属泡沫具有5.6BTH/hr-ft-degreeR的导热率，以及860ft2/ft3的内表面积与体积的比值。内部对流传热系数根据如下关系确定：
                Q＝hconvA(122-70)    (1)
                其中Q＝177W；并且
                T顶和底盖板＝122
                T冷却剂＝70
分析的结果显示在下边的表1中。
                        表1
  泡沫厚度(in)   ADUOCEL/AAETB   hDUOCEL/hAETB
  0.25   0.03   11.5
  0.75   0.03   4.2
AETB陶瓷泡沫的大的内部表面积更多地抵消了其低的导热率。DUOCEL金属泡沫所需的h值比AETB陶瓷泡沫所需的值大11.5倍。需要更大的冷却剂流动速率来产生更大的h值。因此，与冷却板10相比，DUOCEL金属泡沫冷却板会需要非常高的冷却剂流动速率。由于较低的冷却剂流动速率转化成较低的空气飞行器损失，于是，与金属泡沫冷却板相比，冷却板10提供了优良的电子设备冷却性能。
为了与AETB陶瓷泡沫冷却板比较，在传统的对流航空电子设备冷却板内侧上也进行了测试。AETB陶瓷泡沫冷却板使用一片连续的泡沫来替代泡沫带。铝板粘合到AETB冷却板的两侧以允许与用于模拟航空电子设备PCB的热负荷(总数为158W)的传导加热器连接。传统的冷却板是一种有冷却剂流过的高纵横比管。传导加热器也粘合到传统冷却板的两侧以模拟航空电子设备的负荷(总数为158W)。测试是在具有供给冷却板一端的一个单个的上游集流腔以及一个单个的冷却剂出口的情形下进行的。传统的冷却板和AETB冷却板都是0.25英寸厚，并都有6英寸的冷却流动长度。
测试结果表明，为了维持115的平均冷却板温度，传统的冷却板需要3lb/min的冷却空气，相比较地，AETB冷却板只需要1lb/min。AETB冷却板以系数为3地降低所需的冷却剂流动速率。这表明与ECS有关的空气飞行器系统损失的显著降低。如果在测试中使用AETB陶瓷泡沫带而不是一片连续的泡沫，所需的流动速率将会更进一步地降低。如下所述，流动长度的减少降低了所需的冷却剂压力。为了测试流动速率，冷却空气流经0.25英寸流动长度的速度大约比流经6英寸流动长度的空气速度高两倍。流动速度越高，就等同于传热越多。
所述泡沫带10的小孔造成穿过材料的流动稀疏，这有利地使压力降减小。稀疏的出现是因为流动通道的尺寸与冷却剂流动中每个空气分子的平均自由行程接近。这意味着，不能再认为流动是连续流，而必须替带地认为它是穿过通道的每个粒子的路径。与所期望的连续流动以及无滑动边界相比，这种稀薄最后导致在限定通道的壁面处的无零“滑动”速度以及随后的流动压力降的降低。这些性能可参见如图4所示的冷却板10的测试。
现在参照图4，曲线图54描绘了相对于流动长度的压力降。与所期望的连续流动的假设相比，由泡沫带18的稀疏所产生的滑动流动减少了20-50％的压力降。曲线图54也指出了在大约1英寸下的冷却长度(也就是说，泡沫带18的宽度w)的压力降与传统冷却板的压力降相当。由于已经讨论的小孔稀薄与相当大的内表面积共同一致地作用使压力降的减少，为冷却板10提供具有远胜于当前已知的金属泡沫或者带翅片冷却板的对流传热能力。
现在参照附图5A和5B，另一个示例性的冷却板10A包括泡沫带18。冷却板10A很适合用于例如换热器的应用，其限定比印刷电路板更大的传热面积。于是，冷却板10A也可以认为是一种换热器板。冷却空气被引入到冷却板10A的每一端上，以通过将冷却板10A经历的温升减小使得增大冷却效率。为了这个目的，壳体12A限定了入口14A和14B以及出口16A和16B，并且两块多个的泡沫带18设置在壳体12A内。泡沫带18已在上边详细讨论过。所述多个泡沫带18被布置在壳体12A内，使得冷却剂流动穿过泡沫带18的宽度w，如上边与图1C有关的讨论。
还是参照图5A和5B，所述壳体12A由顶部和底部盖板20和22、侧板24A和26A、以及端板28A和30A组成。端板28A限定入口14A，端板30A限定入口14B，用于接收如上所述的冷却剂。侧板24A限定出口16A，侧板26A限定出口16B，用于将冷却剂排出冷却板10A。热密封剂32物理地将顶盖板20与泡沫带18连接，将底盖板22与泡沫带18连接。
以与上述与图1C有关的描述相同的方式，端盖36被安装在靠近入口14A和14B的泡沫带18的端部上，并且端盖40被安装在泡沫带18的其它端部上。于是，流入入口14A和14B的冷却剂被引导到入口集流腔34，流动穿过泡沫带18的宽度，通过出口集流腔35被引导，在冷却板10A的中平面会合、分开并通过出口16A和16B被排出冷却板10A。
现在参照图6，所述冷却板10A特别适于用作一个示例性换热器60的换热器板。但是，冷却板10(图1A-1C)也可以用作换热器60的换热器板，要根据所放置的换热器60的冷却需求。
所述换热器60是多通道换热器。在一个示例性的、非限制性应用中，所述换热器60可使用飞行器外部的冲压空气来冷却用于冷却航空电子设备的空气。换热器60的其它航天应用可包括冷却发动机润滑油/燃料以及冷凝ECS的制冷剂。换热器壳体62限定入口64以接收需要冷却的流体，以及出口66以排出冷却的流体。换热器板10A固定在入口64和出口66之间的壳体62内，因此需要冷却的流体直接经过固定在壳体62内的换热器板10A的顶盖板20和底盖板22。进入换热器板10A入口64的流体的热量传递给通过入口14A进入换热器板的冷却剂(或者流体)。被加热的冷却剂(或者流体)通过出口16B排出换热器板10A。由于换热器板10A优越的冷却能力，换热器60可提供与传统换热器相同的冷却量，但是系统损失极大地减少。这是因为换热器60能够比传统换热器更紧凑、重量更轻。
测试也确定出，通过减少冷却板中使用的由瓷泡沫材料制成的带的厚度，可进一步缓解AETB陶瓷泡沫的低导热率。现在参照附图7，其绘制了具有6英寸的长度的不同结构的AETB陶瓷泡沫在不同厚度下的热效率(冷却板的冷却)。测试在0.65W/cm2的入射流量和0.04lbm/min的冷却剂流动速率下进行。热效率的基准水平(y轴的0.00处)为铝泡沫冷却板的热效率。条形图80是实心的0.25英寸厚的AETB陶瓷泡沫的热效率，条形图82是设置在一个带集流腔内的0.25英寸厚的AETB陶瓷泡沫带(如图1B所示)的热效率，条形图80和条形图82都表示和基准热效率基本相同的热效率。条形图84是0.055英寸厚的AETB陶瓷泡沫带(如图1B所示，布置在一个带集流腔内)的热效率，其表示比基准热效率显著更高的热效率-几乎高出20％。
但是，测试也确定出，AETB陶瓷泡沫带厚度的减少增加了在例如冷却板10(图1B)的具有多个集流腔的陶瓷泡沫冷却板的入口和出口集流通道内的压力降。现在参照图8，其绘出了具有6英寸长度的不同结构的不同厚度泡沫的压力降(表示为磅/平方英寸(psid))。测试在传导加热器流量为0.2W/cm2以及冷却剂流动速率为0.04lbm/min的情形下进行。条形图86显示铝泡沫冷却板的0.1psid的基准压力降。条形图88显示实心的0.25英寸厚的AETB陶瓷泡沫的13.9psid压力降。条形图90显示布置在带集流腔内的0.25英寸厚的AETB陶瓷泡沫带(如图1B所示)的0.2psid压力降(近似为基准压力降)。条形图92显示布置在带集流腔内的0.125英寸厚的AETB陶瓷泡沫带(如图1B所示)的1.3psid压力降。条形图94显示布置在带集流腔内的0.055英寸厚的AETB陶瓷泡沫带(如图1B所示)的7.3psid压力降。
从图8将会认识到，布置在带集流腔内的0.25英寸厚的AETB陶瓷泡沫带(由条形图90所示)具有和基准的铝泡沫冷却板相当的压力降。从图8也可以认识到，将布置在带集流腔内的AETB陶瓷泡沫的厚度减少到0.055英寸(由条形图94所示)使压力降增加到大约实心的0.25英寸厚的AETB陶瓷泡沫冷却板(由条形图88所示)的一半。
由于在提供给泡沫带的入口和出口通道的压力降的增加，压力降随着带集流腔设置中的AETB陶瓷泡沫带厚度的降低而增加。现在参照图9，曲线96绘出了作为冷却剂流动速率(表示为lbm/min)的函数的包括设置在带集流腔内的0.055英寸厚的AETB陶瓷泡沫带的整个冷却板的测量压力降(表示为psid)。还是如图9所示，曲线98绘出了通过0.055英寸厚的AETB陶瓷泡沫带自身的压力降。曲线98是由一个单独的具有0.25英寸的流动长度、0.055英寸厚的AETB陶瓷泡沫带获得的压力数据经估算而获得的。应该认识到，两个曲线之间的区别在于入口和出口通道的压力降。该压力降相对高是因为减少冷却板的厚度就减少了流动的面积，因而增加了通道的速度。因此，对于包括布置在多个带集流腔内的0.055英寸厚的AETB陶瓷泡沫带的冷却板所测量到的压力降的很大一部分受入口和出口通道的限制，而不是陶瓷泡沫本身。
为了这个目的并参照图10A-10E，在另一个示例性的实施方式中，在陶瓷泡沫带组件118的陶瓷泡沫构件119的薄带之间，冷却板110使用了高传导率的隔板121。这种混合设计通过增加冷却剂流动面积和减少冷却剂流动速率而降低了入口和出口通道的压力降，而同时保持了与薄陶瓷泡沫带的使用有关的高冷却效率。所有其它关于冷却板110的详细描述与冷却板10(图1A-1C)的相关描述相同，类似的附图标记用来代表类似的部件。以前为理解冷却板110所进行的详细解释不需要重复。
在一个示例性的实施方式中，每个陶瓷泡沫带组件118包括两个陶瓷泡沫带构件119和两个隔板构件121。每个隔板构件121被安装到与其相关的陶瓷泡沫带构件119上。隔板构件121依次互相连接。如上所述，陶瓷泡沫构件121物理地连接到顶和底盖板20和22上。在另一个示例性的实施方式(未示出)中，如果需要，可在两个陶瓷泡沫带构件119之间插一个隔板构件121。在另一个示例性的实施方式(未示出)中，陶瓷泡沫带组件118内可包括多于两个的陶瓷泡沫带构件119。也就是说，可根据特定应用的需要，使用任意数量的陶瓷泡沫带构件119。因此，根据特定应用的需要，陶瓷泡沫带构件119可由任意数量的隔板构件121隔开。不管用来构成一个陶瓷泡沫带组件118的陶瓷泡沫带构件119和隔板构件121的数量，陶瓷泡沫带构件119(与隔板构件121相对)作为陶瓷泡沫带组件118的外部构件设置。使用这种布置是因为陶瓷泡沫带构件119(与隔板构件121相对)与顶和底盖板20和22相连。
不管用来构成陶瓷泡沫带组件118的陶瓷泡沫带构件119和隔板构件121的数量，陶瓷泡沫带组件118的总厚度保持在大约与陶瓷泡沫带18(图1B、1C、3A和5B)的厚度t相同。如上所讨论的，相当于陶瓷泡沫带18厚度t的陶瓷泡沫带组件118的总厚度t产生的压力降与和陶瓷泡沫带18相关的压力降相当，但仍然获得与较薄的陶瓷泡沫带构件119有关的改进的冷却性能。在一个示例性的、非限制性实施方式中，陶瓷泡沫带组件118的总厚度t大约为0.25英寸。将会注意到，0.25英寸是冷却板的工业标准厚度。但是，陶瓷泡沫带组件118的厚度t可以是特定应用所需要的任何厚度。
陶瓷泡沫带构件119适合于用与泡沫带18(图1B、1C、3A和5B)相同的陶瓷泡沫材料-也就是说，具有类似于AETB陶瓷泡沫特性的陶瓷泡沫来制造。如上述讨论，为了增加冷却效率，陶瓷泡沫带构件119适合选薄的，在一个示例性的、非限制性实施方式中，一个陶瓷泡沫带组件118使用两个陶瓷泡沫带构件119，每一个陶瓷泡沫带构件119可具有大约0.03英寸的厚度t1。但是陶瓷泡沫带构件119可具有特定应用所需要的任何厚度t1(其薄于泡沫带18的厚度t)。
隔板构件121可适合地由导热材料制成。例如，隔板构件121可以由诸如铝或铜等高传导率的金属来制成。或者，隔板构件121可以由诸如聚合物或者塑料等低热传导率的材料制成。应当理解的是，使用高传导率材料的隔板构件121可以在冷却板110的表面上产生比使用单件陶瓷泡沫带所能获得的更均匀的温度。
隔板构件121适当地具有一个厚度t2，与陶瓷泡沫带构件119的厚度t1配合选择该厚度使得陶瓷泡沫带组件118的总厚度t保持在大约与陶瓷泡沫带18(图1B、1C、3A和5B)相同的厚度。作为给出的非限制性实例，当陶瓷泡沫带组件118内使用两个陶瓷泡沫带构件119、并且每一个陶瓷泡沫带组件119都具有大约0.03英寸的厚度时，每一个隔板构件121(在具有两个隔板构件121的实施方式中)具有大约0.095英寸的厚度t2，因此使陶瓷泡沫带组件118的总厚度t保持在大约0.25英寸。在可选择的实施方式(未示出)中，使用两个陶瓷泡沫带构件119，并且只有一个隔板构件121插在两个陶瓷泡沫带构件119之间，当每一个陶瓷泡沫带构件119具有大约0.03英寸的厚度t1时，隔板构件121具有大约0.19英寸的厚度，因此陶瓷泡沫带组件118的总厚度t保持在大约0.25英寸。
冷却板110特别适合用来冷却电路板组件。现在参照图11A，电路板组件148包括至少一个具有第一和第二侧的印刷电路板50。印刷电路52被安装在印刷电路板50的第一侧上。使用热密封剂32使印刷电路板50的第二侧粘合到顶盖板20(对其中一个印刷电路板50)或者底盖板22上(对其它的印刷电路板50)上。现在参照图11B，在另一个示例性的布置中，冷却板110很适合用来冷却复合印刷电路板50。印刷电路板50被安装在散热片53上。由于散热片53与冷却板10热接触，所以散布到散热片53的热量被传到冷却板10。
现在参照图12A和12B，陶瓷泡沫带组件118可用于类似于冷却板10A(图5A和5B)的冷却板110A。冷却板110A很适合用于诸如换热器的应用中，这其限定比印刷电路板更大的传热表面积。因此，冷却板110A也可以认为是换热器板。冷却空气被引导到冷却板110A的每一端以通过减小冷却板110A所经受的温升而增大冷却效率。冷却板110A包括陶瓷泡沫带组件118A(代替冷却板10A使用的陶瓷泡沫带18)。此外，所有其它关于冷却板110A的细节和冷却板10A(图5A和5B)的相同，类似的附图标记用来指示类似的部件。因为如此，不需要重复这些细节来进行理解。
现在参照图13，冷却板110A特别适合于用作一个示例性的换热器160的换热器板。但是，冷却板110(图10A-10D)也可以用作换热器160的换热器板，根据所设置的换热器160的冷却需求。
换热器160是多通道换热器，除了换热器160使用冷却板110A(或者按照需要使用冷却板110)来代替冷却板10A或者冷却板10之外，其类似于换热器60(图6)。此外，所有其它关于换热器160的细节和换热器60(图6)的相同，类似的附图标记用来指示类似的部件。因为如此，不需要重复这些细节来进行理解。
虽然在上面已经举例说明和讨论了一定数量的示例性实施方式和方面，但是本领域技术人员应当从中意识到某些修正、改变、增加以及从属组合。因此，附加权利要求书以及将来引入的权利要求意在包括所有这些落入其实质精神和范围内的修正、改变、增加以及从属组合。

Claims (26)

1、一种冷却板，包括：
一个壳体，其限定一个入口和一个出口；以及
多个布置在壳体内的泡沫带，每一个泡沫带具有不超过大约50微米的孔尺寸以及至少大约80％的孔隙率，所述多个泡沫带被布置在所述壳体内使得冷却剂流过所述泡沫带的宽度。
2、根据权利要求1所述的冷却板，其中，所述孔尺寸大约为35微米。
3、根据权利要求1所述的冷却板，其中，所述孔隙率大约为90％。
4、根据权利要求1所述的冷却板，其中，所述泡沫包括陶瓷泡沫。
5、根据权利要求4所述的冷却板，其中，所述陶瓷泡沫包括硅、氧化铝以及硼硅酸铝纤维。
6、根据权利要求1所述的冷却板，还包括多个设置在壳体内的集流腔。
7、根据权利要求6所述的冷却板，其中，每一个集流腔由以下限定：
一对相邻的泡沫带；
与一对相邻的泡沫带的第一端相连的第一端板；以及
与一对相邻的泡沫带中的一个的第二端相连的第二端板。
8、根据权利要求7所述的冷却板，其中，所述第二端板还与多个泡沫带的另一个的第二端相连，该多个泡沫带的另一个与一对相邻的泡沫带中的一个相邻。
9、根据权利要求1所述的冷却板，还包括热密封剂，其以物理的方式连接壳体和多个泡沫带。
10、一种冷却方法，该方法包括：
使冷却剂流入壳体；
在壳体内部，使冷却剂流动穿过多个泡沫带的宽度，每一个泡沫带具有不超过大约50微米的孔尺寸以及至少大约80％的孔隙率；以及
使冷却剂排出壳体。
11、根据权利要求10所述的方法，还包括通过多个集流腔将冷却剂供应至所述多个泡沫带。
12、根据权利要求10所述的方法，还包括将一个工件以物理接触的方式与壳体连接。
13、根据权利要求10所述的方法，其中，所述冷却剂包括冷却空气。
14、一种电路板组件，包括：
至少一个电路板，其具有第一和第二侧以及多个边缘，电路板具有至少一个固定在电路板第一侧上的印刷电路；以及
一个冷却板，其具有第一和第二侧，冷却板的第一侧以热连通的方式与电路板第二侧连接或与多个边缘中的一个连接，该冷却板包括：
一个壳体，其限定一个入口和一个出口；以及
多个布置在壳体内的泡沫带，每一个泡沫带具有不超过大约50微米的孔尺寸以及至少大约80％的孔隙率；多个泡沫带被设置在壳体内使得冷却剂可流动穿过泡沫带的宽度。
15、根据权利要求14所述的电路板组件，还包括具有第一和第二侧的第二电路板，第二电路板具有至少一个固定在第二电路板第一侧上的印刷电路板，所述冷却板的第二侧以热连通的方式连接到第二电路板的第二侧。
16、根据权利要求14所述的电路板组件，其中，所述孔尺寸大约为35微米。
17、根据权利要求14所述的电路板组件，其中，所述孔隙率大约为90％。
18、根据权利要求14所述的电路板组件，其中，所述泡沫包括陶瓷泡沫。
19、根据权利要求14所述的电路板组件，还包括多个设置在壳体内的集流腔。
20、一种冷却板，包括：
一个壳体，其限定第一和第二入口，以及第一和第二出口；以及
设置在壳体内的第一和第二的多个泡沫带，每一个泡沫带具有不超过大约50微米的孔尺寸以及至少大约80％的孔隙率；第一和第二的多个泡沫带被设置在壳体内以使得，第一入口的冷却剂可流动穿过第一的多个泡沫带内的泡沫带宽度，并且第二入口的冷却剂可流动穿过第二的多个泡沫带内的泡沫带宽度。
21、根据权利要求20所述的冷却板，其中，所述孔尺寸大约为35微米。
22、根据权利要求20所述的冷却板，其中，所述孔隙率大约为90％。
23、根据权利要求20所述的冷却板，其中，所述泡沫包括陶瓷泡沫。
24、根据权利要求20所述的冷却板，其中，还包括多个设置在壳体内的集流腔。
25、一种换热器，包括：
一个换热器壳体，其限定至少一个第一流体的换热器入口以及至少一个第一流体的换热器出口；以及
至少一个冷却板，其设置在换热器壳体内、位于换热器入口和换热器出口中间，以使得第一流体以与冷却板热连通的方式流动，该冷却板包括：
冷却板壳体，其限定至少一个第二流体的第一冷却板入口，以及至少一个第二流体的第一冷却板出口；以及
至少一个第一的多个泡沫带，其设置在冷却板壳体内，每一个泡沫带具有不超过大约50微米的孔尺寸以及至少大约80％的孔隙率；所述泡沫带被设置在冷却板壳体内以使得第二流体可流动穿过泡沫带的宽度。
26、根据权利要求25所述的换热器，其中：
冷却板壳体还限定第二流体的第二冷却板入口以及第二流体的第二冷却板出口；以及
冷却板还包括一个第二的多个泡沫带，第一和第二的多个泡沫带被布置在壳体内以使得，第一冷却板入口的第二流体可流动穿过第一的多个泡沫带内的泡沫带宽度，第二冷却板入口的第二流体可流动穿过第二的多个泡沫带内的泡沫带宽度。
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