CN103209553A - 一种新型高效冷却机箱及其散热方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种新型高效冷却机箱及其散热方法，尤其涉及一种机载电子设备机箱及其散热方法，属于电子器件冷却技术领域，包括设置在机箱内的冷板（1）、待冷却的LRM模块（2）、锁紧机构（3），所述待冷却的LRM模块（2）与冷板（1）相平行设置，且待冷却的LRM模块（2）的两端通过固定连接在冷板（1）上的锁紧机构（3）进行固定。本发明能降低机箱与待冷却的LRM模块之间较高的接触热阻和传导热阻，可以显著提高冷却效果，降低待冷却的LRM模块的工作温度，提高系统的可靠性，适用范围更广。
Description
技术领域
本发明涉及一种新型高效冷却机箱及其散热的方法，尤其涉及一种机载电子设备机箱及其散热方法，属于电子器件冷却技术领域。
背景技术
现代机载电子设备(简称ATR)一般进行模块化设计，具备某一功能的模块往往还设计成现场可更换模块（LRM模块），若干个这样的模块往往安装在一个机箱内。标准的机箱一般是长方体的形式。随着技术的发展，ATR机箱内的模块的热耗越来越大、热流密度也越来越大，其冷却的方式也由自然冷却向强迫风冷和液体冷却发展。
风冷的机箱结构及冷却方法目前公开的已比较多，例如专利CN200710101444.4、CN200910004893.6、CN200910105296.2、CN200980155902.X和CN201020013244.0中提到的机箱结构及冷却方法。风冷的机箱一般有两种形式，一种是冷却风直接与待冷却的模块的壳体接触从而吸收模块工作时产生的热量；另一种形式是机箱内包含冷板（可以直接将机箱的面板，例如顶面板和底面板，做成冷板，或者在机箱内增加一块专门的冷板；所谓冷板，就是一种特殊的热热器，其内部包含流道，工作时内部流道内的流体与冷板进行热交换的设备），冷却介质仅在冷板内流动，模块工作时产生的热量通过模块的壳体先传导给冷板的壳体，然后再冷板的壳体通过对流换热的方式传给冷却介质。
液冷的机箱可以部分参考风冷的机箱，但由于液体介质与气体介质存在较大的差异，液冷机箱与风冷机箱也存在着一些差别。目前公开的液冷机箱还不是很多，例如专利CN201020103424.8、CN201120020096.X中的机箱，这些为数不多的液冷机箱大致可分为两种，一种是模块内不通液，模块内的热量通过传导到机箱冷板上，然后再由机箱冷板内的冷却液吸收和带走；另一种是直接将冷却液通入到模块内，相当于模块内也有液冷冷板，模块的热量由模块冷板内的冷却液直接吸收和带走。前一种机箱内的模块往往通过锁紧机构与机箱的模块导槽压紧，锁紧机构的锁紧力的方向与冷板呈平行的关系，如图1以及专利CN200920226048.9中的结构所示，机箱的模块导槽与模块间的接触面积较小，接触处存在着较大的界面温升，界面的温升会随着热流密度的增大而增大，模块热耗越大时，散热问题就难以解决；后一种机箱与模块的连接十分关键，机箱结构十分复杂，加工难度大、成本高，模块插拔维护时容易发生漏液，从而危害到机箱内的电子部件和电气连接，因而使用也受到限制。
传统的冷却机箱如图1所示，用以锁紧LRM模块的锁紧机构安装在模块上而非冷板上，模块安装在冷板上时，模块与冷板呈垂直的形式，锁紧机构的锁紧力的方向与冷板呈平行的关系，模块与冷板的接触面积较小，接触界面温升较大，并且接触界面的温升会随着接触界面的热流密度的增大而增大。且传统的冷却机箱往往把顶面板和底面板均设置成冷板，顶面、底面和内部中间面的冷板一般不能用同一品种的冷板，冷板品种多，加工复杂，成本高；传统的冷却机箱中冷板间的流体连接通道往往在机箱侧面板中直接加工出来，然后通过焊接的方式与冷板相结合，这样的结构加工难度大，成本较高；传统的把顶面板和底面板均设置成冷板的冷却机箱，由于冷板一般较薄（为减小机箱的体积和重量，机箱冷板一般不能太厚），因此机箱的流体入口和出口处往往就没有足够的空间安装带法兰的流体接头，特别是比较大的流体接头，而且机箱流体接头太靠近机箱的顶面和底面，不但不美观，而且不易于与外部流体进行连接。
发明内容
本发明目的在于针对现有冷却机箱用于高热流密度的现场可更换模块冷却时的不足以及加工较困难等不足之处，提供一种新型高效冷却机箱及其散热方法，减小高热流密度的现场可更换模块与机箱冷板间的接触热阻和传导热阻，改变多层机箱冷板间的流道连接结构以及冷板与机箱侧面板和流体接头之间的连接结构，提高冷却机箱的冷却效果，同时降低机箱加工的复杂程度，降低机箱的加工成本。
本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：
一种新型高效冷却机箱，包括设置在机箱内的冷板、待冷却的LRM模块、锁紧机构，所述待冷却的LRM模块与冷板相平行设置，且待冷却的LRM模块的两端通过固定连接在冷板上的锁紧机构进行固定。
作为本发明的一种优选技术方案：所述待冷却的LRM模块将其散热面积最大的面平行且贴合地设置于冷板吸热面积最大的面上进行散热。
作为本发明的一种优选技术方案：在所述机箱的流体总入口和总出口处分别设有机箱流体接头。
作为本发明的一种优选技术方案：还包括机箱的侧面板，所述侧面板分别设置在冷板的两端。
作为本发明的一种优选技术方案：在所述冷板内设有流体通道，且在冷板的流体流入处和流出处均设有冷板流体接头。
作为本发明的一种优选技术方案：所述流体通道呈直线型或S形或U形。
作为本发明的一种优选技术方案：当所述冷板的数量为一个以上时，还包括设置在侧面板上的流道连接件；所述冷板流体接头透过侧面板与流道连接件连接或透过侧面板与机箱流体接头连接；其中流道连接件与冷板流体接头采用螺钉连接或焊接的方式进行连接。
作为本发明的一种优选技术方案：所述每个冷板均采用相同的结构。
作为本发明的一种优选技术方案：所述锁紧机构为一种采用楔形块进行锁紧的机构。
一种基于上述新型高效冷却机箱的散热方法，包括以下步骤：
步骤（1）将外部冷却流体从机箱的流体总入口处的机箱流体接头通入；
步骤（2）冷却流体流经机箱内部的流体通道，并吸收待冷却的LRM模块传的热量；
步骤（3）带有热量的冷却流体从机箱的流体总出口处的流体接头流出至机箱外部并将热量交换给外界载体，
步骤（4）冷却流体不断流入和流出机箱形成循环，实现对机箱内部的待冷却的LRM模块的冷却。
本发明采用上述技术方案产生如下有益效果：
一是本发明的一种新型高效冷却机箱中，锁紧机构安装在机箱冷板上，安装上待冷却的LRM模块时，待冷却的LRM模块与冷板呈平行的形式，锁紧机构锁紧力的方向与冷板呈垂直的关系，待冷却的LRM模块与机箱冷板有较大的接触面积，接触热阻较小，模块上的热源离冷却介质较近，传导热阻较小，在同等的冷却流体和模块条件下，可使得模块内部的器件的温度更低，可靠性更高，因而适用范围更广；
二是在本发明的一种新型高效冷却机箱中，当一个机箱中的冷板数量大于1时，多块冷板可以使用同品种的冷板；此时不同冷板的流体通道可以是并联的形式，也可以是串联的形式，当不同冷板的流体通道为串联的形式时，不同冷板之间的流体通道通过单独的流道连接件来实现连接，连接形式可以采用螺钉连接，也可以采用焊接连接，这样的结构形式更易于加工，成本也更低；
三是在本发明的一种新型高效冷却机箱中，冷板的上下面均安装模块，因而冷板距离机箱顶面和机箱底面有足够的距离，便于在机箱流体出入口处安装带法兰的流体接头，可使得流体接头的中心位于相应冷板的流体通道的中间面上，这样的结构较简单，易加工；
四是采用本发明的高效冷却机箱后，待冷却的LRM模块工作时产生的热量沿模块壳体法向往冷板方向传递，而不像传统的那样需要先沿模块壳体板切向方向传递，因而模块上原有的导热板可以设计得更薄，体积也更小，因而可以减小模块的体积和重量。
本发明能降低现有技术中冷却机箱与待冷却的LRM模块之间较高的接触热阻和传导热阻，可以显著提高冷却机箱用于冷却LRM模块的冷却效果，降低LRM模块的工作温度，提高系统的可靠性，对于热流密度更高的冷却场合，效果会更加突出。
附图说明
图1为现有技术中传统的冷却机箱的结构示意图。
其中标号解释：1a-中间面冷板，1b-底面冷板，1c-顶面冷板，2a-LRM模块，3a-锁紧机构，4a、4b-机箱流体接头，5a、5b-侧面板。
图2为本发明的一种新型高效冷却机箱的结构示意主视图。
图3为本发明的一种新型高效冷却机箱的结构示意右视图。
图4为本发明的一种新型高效冷却机箱的结构示意左视图。
图5为本发明的一种新型高效冷却机箱的流道连接件的内侧图。
图6为本发明的一种新型高效冷却机箱的冷板的结构示意图。
图7为本发明的一种新型高效冷却机箱的冷板的流体通道结构示意图。
其中标号解释：1-冷板，2-待冷却的LRM模块，3-锁紧机构，4-机箱流体接头，5-侧面板，6-流道连接件，7-冷板流体接头。
具体实施方式
如图2所示，本发明提供了一种新型高效冷却机箱，包括设置在机箱内的冷板1、待冷却的LRM模块2、锁紧机构3，所述待冷却的LRM模块2与冷板1相平行设置，且待冷却的LRM模块2的两端通过固定连接在冷板1上的锁紧机构3进行固定。其中，所述待冷却的LRM模块2将其散热面积最大的面平行且贴合地设置于冷板1吸热面积最大的面上进行散热。在所述机箱的流体总入口和总出口处分别设有机箱流体接头4。另外，还包括机箱的侧面板5，所述侧面板5分别设置在冷板1的两端。而锁紧机构3为一种采用楔形块进行锁紧的机构，锁紧机构锁紧力的方向与冷板呈垂直的关系。
在冷板1内设有流体通道，主体流体通道如图7所示，根据待冷却的LRM模块的热源分布情况，流体通道可以呈直线形、S形或U形。且在冷板1的流体流入处和流出处均设有冷板流体接头7，如图6所示，冷板流体接头7透过机箱侧面板5与机箱的流体接头4连接。
当所述冷板1的数量为一个以上时，每个冷板1均可以采用相同的结构，不同冷板的流体通道可以设置成并联或串联的形式，当冷板的流体通道为串联的形式时，还包括流道连接件6，流道连接件6设置在机箱的侧面板5上相应的位置处，流道连接件6内部包含有相应的流道，流道连接件6的结构如图3、图4和图5所示，冷板流体接头7透过侧面板5与流道连接件6连接或透过侧面板5与机箱流体接头4连接，其中流道连接件6与冷板流体接头7采用螺钉连接或焊接的方式进行连接，使得机箱内的所有流体通道形成一个回路。其中，流体接头可以是自密封的，也可以是非自密封的；流体接头可以是盲插的，也可以是非盲插的。
当冷板数量大于1时，可以如图2所示，该机箱内部包含四块平行放置的同一品种的冷板，每个冷板1上都设置有相应的待冷却的LRM模块2，并且在所述冷板1上根据待冷却的LRM模块2的尺寸参数和数量设置有锁紧机构3，所述冷板1和锁紧机构3共同构成待冷却的LRM模块2在机箱上安装和拆卸的导轨，并且待冷却的LRM模块2安装在冷板1上时与冷板1呈平行的形式，锁紧机构3锁紧力的方向与冷板1呈垂直的关系。
一种基于上述新型高效冷却机箱的散热方法，具体包括以下步骤：
步骤（1）将外部冷却流体从机箱的流体总入口处的流体接头4a通入。
步骤（2）冷却流体随后流经机箱内部的流体通道，含冷板、冷板的流体接头，流道连接件等部件内的流道。其中，冷板距离机箱顶和机箱底有足够的距离，便于机箱流体出入口处安装流体接头，可使得流体接头的中心位于相应冷板的流体通道中间面上。将待冷却的LRM模块平行设置在冷板上，待冷却的LRM模块的两端通过固定连接在冷板上的锁紧机构固定；其中，将待冷却的LRM模块平行设置在冷板上，待冷却的LRM模块的散热面积最大的面平行贴合地设置于冷板吸热面积最大的面上，所述待冷却的LRM模块可拆卸地安装在冷板上，并由设置在冷板上的锁紧机构控制其处于锁紧或松开状态。由于待冷却的LRM模块与冷板呈平行的形式，使得待冷却的LRM模块与机箱冷板有较大的接触面积，接触热阻较小，热源离冷却流体较近，传导热阻较小，在同等的冷却流体和模块条件下，可使得模块及其内部的器件的温度更低。
步骤 （3）带有热量的冷却流体从机箱的流体总出口处的流体接头流出至机箱外部并将热量交换给外界载体。机箱的流体总入口处的流体接头将冷却流体通入流体通道，冷却流体流经冷板并吸收待冷却的LRM模块传的热量后从机箱的流体总出口处的流体接头流出。当一个机箱中的冷板多于一块时，冷板之间的流体通道靠单独的流道连接件实现其连接，使得冷却流体可以顺利通过多个通道。流体通道内的冷却流体吸收多个冷板上的待冷却的LRM模块传的热量后从机箱的总出口处的流体接头流出，将热量交换给外界介质。
步骤（4）冷却流体不断流入和流出机箱内部的流体通道，如此不断循环，实现对安装在机箱内部LRM模块的冷却。
因此，在本发明提供的新型高效冷却机箱中，冷却液不通往模块内，不存在模块插拔维护时发生漏液的情况；且模块与机箱冷板之间呈平行的形式，接触面积大，界面热阻小，并且模块上的热源离冷却介质较近，传导热阻较小，在同等的冷却流体和模块条件下，可使得模块及其内部的器件的温度更低，可靠性更高，适用范围更广。
Claims (10)
1.一种新型高效冷却机箱，包括设置在机箱内的冷板（1）、待冷却的LRM模块（2）、锁紧机构（3），其特征在于：所述待冷却的LRM模块（2）与冷板（1）相平行设置，且待冷却的LRM模块（2）的两端通过固定连接在冷板（1）上的锁紧机构（3）进行固定。
2. 根据权利要求1所述的一种新型高效冷却机箱，其特征在于：所述待冷却的LRM模块（2）将其散热面积最大的面平行且贴合地设置于冷板（1）吸热面积最大的面上进行散热。
3. 根据权利要求1所述的一种新型高效冷却机箱，其特征在于：在所述机箱的流体总入口和总出口处分别设有机箱流体接头（4）。
4. 根据权利要求1所述的一种新型高效冷却机箱，其特征在于：还包括机箱的侧面板（5），所述侧面板（5）分别设置在冷板（1）的两端。
5. 根据权利要求1或3或4所述的一种新型高效冷却机箱，其特征在于：在所述冷板（1）内设有流体通道，且在冷板（1）的流体流入处和流出处均设有冷板流体接头（7）。
6. 根据权利要求5所述的一种新型高效冷却机箱，其特征在于：所述流体通道呈直线型或S形或U形。
7. 根据权利要求5所述的一种新型高效冷却机箱，其特征在于：当所述冷板（1）的数量为一个以上时，还包括设置在侧面板（5）上的流道连接件（6）；所述冷板流体接头（7）透过侧面板（5）与流道连接件（6）连接或透过侧面板（5）与机箱流体接头（4）连接；
其中流道连接件（6）与冷板流体接头（7）采用螺钉连接或焊接的方式进行连接。
8. 根据权利要求7所述的一种新型高效冷却机箱，其特征在于：所述每个冷板（1）均采用相同的结构。
9. 根据权利要求1所述的一种新型高效冷却机箱，其特征在于：所述锁紧机构（3）为一种采用楔形块进行锁紧的机构。
10. 一种基于权利要求1所述的新型高效冷却机箱的散热方法，包括以下步骤：
步骤（1）将外部冷却流体从机箱的流体总入口处的机箱流体接头通入；
步骤（2）冷却流体流经机箱内部的流体通道，并吸收待冷却的LRM模块传的热量；
步骤（3）带有热量的冷却流体从机箱的流体总出口处的流体接头流出至机箱外部并将热量交换给外界载体，
步骤（4）冷却流体不断流入和流出机箱形成循环，实现对机箱内部的待冷却的LRM模块的冷却。
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