CN105722373B - 用不同的流体冷却板冷却设有电子板的设备的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于组装在电子单元(2)中的电子板(6)的冷却装置，电子设备以及用于电子设备的冷却方法。原理是提供至少一个不同的冷却板(18,18')，该冷却板代替一个或更多个电子板(6)而被引入单元(2)中。这种冷却装置的制造、使用和维护由此被大大优化。

Description

用不同的流体冷却板冷却设有电子板的设备的方法和装置

技术领域

本发明涉及用于对布置在设备中的电子板进行流体冷却的方法和装置。本发明还涉及配备有这样的装置的设备及相应的冷却方法。更具体地，本发明适用于机载设备和设置有这样的设备的飞行器。

背景技术

飞行器具有纳入至少一个电子板的电子设备是已知的实践。通常包括多个单元的设备被共同地容置在被称为分隔舱或机架的系统中。这些分隔舱或机架可以被紧挨地定位：因此，例如所有航空电子分隔舱被集中在位于货舱的前面的区域中。

本发明不限于航空领域，并且因此涉及使用配备有需要冷却的电子板的电子设备的任何环境。因而，本发明还发现了在诸如机动车辆、太空、海洋、工业这样的若干领域中的应用。

电子板具有散发热量的电子部件。目前，一个设备中的单元聚集有大量的电子板，且分隔舱或机架聚集有大量的单元。因而由此产生了存在需要被最小化的大量局部发热。

本申请人的公司于2010年8月19日提交了专利申请FR2964005。该申请涉及一种包含至少一个电子板的电子设备。电子板配备有至少一个板，冷却循环管道通过所述至少一个板而连接至针对该目的而设置的连接器，以将管道放置成与冷却流体入口回路连通。该板被稳固地安装在电子板的印刷电路板上以便与散出最多热量的电子部件接触。

文献US20070297137公开了一种用于电子设备的冷却模块，该电子设备包括具有腔室的囊状物，流体布置在该腔室中，其中，囊状物在其膨胀状态下使冷却模块压住邻近的电子电路卡。冷却模块被强制地压向邻近的电子电路模块，从而向电子电路卡提供增加的物理稳定性。冷却模块与电子设备保持物理接触，这就产生了密封问题、为避免任何故障而对由囊状物施加于电子电路的力的调整的问题以及不得不使囊状物收缩来取出冷却模块的问题。这使得系统复杂化。

文献US4931904公开了一种冷却装置，该冷却装置位于未使用的电路卡安装位置中并且包括冷却风扇。该申请提供了与位置一样多的冷却风扇来冷却卡；风扇必须位于要冷却的区域的前方。冷却需要空气搅动和电力供给，这使得系统复杂。

因此，设备中的每个电子板设置有冷却板：一个完整设备的冷却装置因而在其制造、其使用以及有时甚至其维护方面是相对复杂的，这是因为冷却板的数目与这些板必须被固定至其上的电子板的数目一样多。

发明内容

因此，本发明的目的是减轻所有这些缺点并且提出一种用于对设置有电子板的单元进行冷却的简单装置。

为此，本发明提出了一种用于电子设备的冷却装置，该电子设备包括设置有至少一个电子板的单元，其特征在于，该冷却装置包括与所述电子板不同的板，该板称为冷却板，该板能够使用流体来至少部分地吸收由所述电子板产生的热量。

因此，提供与电子板不同的流体冷却的冷却装置这一事实避免了需要添加用于将该装置固定/整合至所述电子板的系统以及由于该装置的制造、使用和维护而产生的所有问题。这还可以避免必须针对每个电子板而提供用于流体网络的单元上的连接，从而再一次避免由于冷却装置的制造、使用和维护而衍生的所有问题，其由此被大大优化。

所述板是特定的冷却板。

根据一个实施方式，所述板包括冷却流体循环管道。所述管道被合并在所述板中或被固定至所述板。

循环管道的两个端部构成所述管道的入口和出口并且连接至冷却系统。

所述管道的入口和出口可以被定位在冷却板的同一侧。

管道可以具有包括至少一个折回(return on itself)的形状。

管道具有使得其突出到板之外的尺寸。

根据另一实施方式，冷却板包括基于热管原理工作的系统。

所述装置可以包括使空气运动的装置，该装置固定至所述板。

本发明还涉及一种电子设备，该电子设备包括设置有至少一个电子板和具有至少两个壁的单元，其特征在于，该电子设备包括至少一个冷却装置，该冷却装置包括与所述电子板不同的板，所述板能够使用流体来至少部分地吸收由一个或多个所述电子板产生的热量，所述板具有使得能够至少部分地被固定至所述单元的其中一个壁的构造。

所述冷却板被定位在两个板之间和/或被定位在板与所述单元的壁之间。

所述单元的至少一个壁包括至少一个导沟，一个或多个所述电子板可以被插入所述至少一个导沟中。

根据一个实施方式，冷却板包括纳入冷却板中或固定至冷却板的冷却流体循环管道，所述管道的入口和出口被定位在所述板的同一侧，以使取向能够朝向所述单元的、制成有所述电子板的电连接的壁。

本发明还涉及一种用于电子设备的冷却方法，该电子设备包括设置有至少一个电子板且具有至少两个壁的单元，该电子设备包括冷却装置，该冷却装置包括与电子板不同的板，该板称为冷却板，所述冷却板能够使用流体来至少部分地吸收由一个或多个所述电子板产生的热量，该板具有使得能够至少部分地附接至所述壁之一的构造，所述方法包括启动来自冷却系统的冷却流体的循环的步骤。

所述方法包括激活装置的步骤，该装置设置在所述板上且用于使空气运动。

附图说明

通过阅读下面参照附图作为非限制性示例而给出的、对根据本发明的装置的描述，本发明的其他目的、优点和特征将变得明显，其中：

图1是设置有根据本发明的冷却装置的设备的一个实施方式的透视图；

图2是根据本发明的冷却装置的第一实施方式的示意图；

图3是根据本发明的冷却装置的第二实施方式的示意图；

图4是其中仅描绘根据本发明的冷却板的第三实施方式的示意图；

图5是根据本发明的冷却装置的第四实施方式的示意图。

具体实施方式

如图1所示，电子设备1包括单元2、盒体、箱体，也称为外壳：贯穿说明书的剩余部分，将使用术语“单元”。容置在单元2内的是包括电子板6的至少一个电子模块4。根据未示出的另一可能的实施方式，板6被直接容置在单元2中而无须借助于模块4。单元2具有使模块4/板6能够被固定、运输、存储或保护和/或使模块4/板6能够与诸如例如其他单元2或机架这样的其他实体对接的结构。单元2通常具有平行六面体结构，该平行六面体结构具有五个壁或六个壁：模块/板因而由所述壁环绕，所述壁从而保护模块/板。

在图1所示的实施方式中，单元包括通过任何类型的已知方式而彼此固定的5个壁。在所示的实施方式中，板6被引入模块4中，与其他模块4的对应的面并置的模块4的其中一个面构成单元2的第六个壁。单元2可以以其他方式来实施，例如可以包括L形底部和旨在安装在L形底部上的U形帽以形成平行六面体结构。单元2还可以仅具有彼此垂直以形成L形的两个面。如果该单元限于具有仅两个面的结构，则板不是由该单元的结构包封而是由单元被引入其中的机架的结构所包封。存在许多可能的实施方式，因此这些将不被全部示出：本发明可以应用于任何类型的单元2。

贯穿说明书的剩余部分，假设单元2处于使用位置，即相对于地面水平地放置：在该情况下，电子板6位于竖直平面中。

如图1所示，单元2包括用于电子板6的电连接的后壁8、也称为底板的底壁10、上壁12和两个侧壁16。下壁10和上壁12具有导沟14，该导沟14引导并支撑电子板6。下壁10使单元2能够被固定至机架或纳入该类型单元的任何其他实体。可以经由除了下壁10以外的壁来附加至机架。也可以经由若干壁进行附接，所述若干壁可以包括或不包括壁10。

本发明涉及用于对容置有电子板6集合的电子单元2进行冷却的装置。如图2所描绘的，本发明的原理之一是提供至少一个冷却板18，该冷却板18与设置在设备中的电子板6不同并且贯穿说明书的剩余部分称为冷却板18。由于在冷却板18与相邻的电子板6之间未设置有物理接触，因此认为冷却板18是独立的。冷却板18与电子板隔开并且未设置有用于连接冷却板18与电子板6的装置。冷却板18和每个电子板6形成物理上独立的实体。在板18构成模块4的组成部分的情况下，电子板6的模块4和冷却板18的模块4也是不同的、隔开的且在物理上独立的。冷却板18被插入为电子板6/模块4而设置的单元中的位置中。不存在用于冷却板的特定位置：单元不需要调整，尤其是不需要调整底板10。在所示示例中，冷却板18以与模块4相同的方式被插入导沟14中。

另外，所述冷却板18是特定的板：其唯一的功能是对冷却板18位于其之间或位于其附近的电子板进行冷却。冷却板18可以提供附加的功能；在这种情况下，所有这些功能的目的仅在于改进位于同一单元2中的电子板的操作，例如电磁兼容性，如稍后将看到的。作为结果，其可以不具有电子部件或者具有仅旨在确保设置在板18上的冷却系统的操作或辅助功能的操作的电子部件。

如示出本发明的三个实施方式的图2至图4所示，板18包括支承件20和冷却流体循环管道22。流体可以处于诸如气体单相态、液体单相态这样的任何状态，或者可选地处于双相态。流体可以例如是诸如水这样的液体。支承件20采取刚性板的形式。可以使用制成板24的任何类型的材料。在其中管道22形成于支承件20的厚度中的情况下，除非管道的内壁施加有液密材料层，否则必需设置液密材料。还可以使用与用于电子板的材料相同的材料，例如环氧树脂或陶瓷。由于冷却板18是特定的且不同的，因此还可以使用除了用于电子板的材料以外的材料，例如塑料。

由于冷却板18被插入在电子板6之间，因此所使用的材料可以被选择成使得板18能够改进电磁兼容性。其因而可以例如由镀锌钢或不锈钢、铝或玻璃纤维制成。

板24可以采取使其能够至少部分地直接或间接固定至单元2的、容置板24的壁的任何类型的形状。板24具有与模块4/板6相同的固定系统，使得其能够被插入现有的单元2中而不需要对单元2进行调整。

根据本发明的一个可能实施方式，板24为矩形并且其厚度使板24能够被容置在单元2的导沟14中并且在导沟14中滑动，导沟14是针对该目的而设置的。任何已知类型的机械组件被设置在板24上，以用于在板24被安装在导沟中时将板24固定至单元2的至少一个壁上。

管道的形状和可用于管道的壁的任何特定材料使得能够实现流体温度朝向同一单元2中的电子板的的最佳扩散。管道22在板的整个表面上延伸(如图2中的第一实施方式所示)，或者在该表面的仅一部分上延伸(如图3和图4中的第二实施方式和第三实施方式所示)，以便为一个或更多个其他冷却系统留出空间。

管道可以采取无数个具有折回形状的形式，折回形状可以具有曲率或不具有曲率；管道所沿的方向众多、多样且变化。

根据本发明的已在图2和图4中描绘的三个实施方式，管道22由附接至板24的管26形成。管26通过任何已知类型的手段以及例如通过焊接和/或使用设置在板上的机械保持装置而被固定至板。管的形状和成分被选择成使得穿过管的冷却流体的温度被最佳地扩散。用于形成管道22的一种或多种材料可以例如是铝、铜、铁。管26具有蜿蜒的形状，使得其遍布在板24的表面上。在图2至图4中，管多次自身向后弯曲以形成S或甚至一连串S弯曲。在图2所示的第一实施方式中，管26遍布在板24的整个表面区域上。

在图2至图4所示的三个实施方式中，形成管道22的入口和出口的管26的两个端部26A和26B是平行的并且在板24的同一侧突出于板24之外。根据未示出的其他形式的实施方式，管的端部可以经由两个不同侧而突出于板，所述两个不同侧例如是面对单元的后壁8的侧面和面对单元的底板10的下侧。

管道22连接至冷却系统28，该冷却系统使得冷却流体能够被供给且被注入管道22中。在图2所示的实施方式中，冷却系统28将冷却流体注入管26中。管26的端部26A和26B连接至冷却系统28。在管26的端部26A和26B与冷却系统28之间设置有连接接口30A、30B。接口30A、30B位于例如单元2的后壁8处。

接口30因而可以采取壁8中的通道形式，管26或冷却系统28通过该通道插入，管与冷却系统之间的连接因而不再处于单元的壁处而是在距单元的壁一定距离处。

根据已经在图3和图4中示出的本发明的第二实施方式和第三实施方式，管26在板24的仅一部分表面上延伸以便留出一些表面区域，所述一些表面区域可用于安装除使冷却流体的温度能够扩散的装置以外的、能够使空气循环以促进热能传递的装置32。

在板24上设置有贯通开口34，风扇类型的装置32被插入该贯通开口34中。风扇32通过任何已知类型的机械装置而被固定至板24。风扇可以被定位在板上的任何点处。因此板的表面被共享以使得能够整合用于使冷却流体循环的管道22和用于使空气循环的装置32。在所示的示例中，板的表面被分成由竖直贯通轴X-X隔开的两个不同的区域36和38。在区域36中，管26在其整个表面上延伸。在图3所示的第二实施方式的区域38中，风扇32跨越区域38的整个宽度而被定位在板24的顶部上。因而，由于热空气具有上升的趋势，因此空气的循环被优化。

用于循环空气的装置32需要电力供给。板具有两个附件40、42，这两个附件的功能是将装置32电连接至电源系统。电气连接被纳入板中以使得装置32与附件40、42电连接。

单元2的其中一个壁，例如底板10，设置有在每个导沟14中或在这些导沟14的仅一部分处彼此相对的连接系统。

附加冷却系统可以与上述冷却系统组合。板24的表面因而被配置成容置这些冷却系统。

根据图4所示的第三实施方式，板24的表面被减小成使得管26的一部分突出于板之外并且未被支撑。在该情况下，管26需要由刚性足以使其能够传输流体而不变形的材料制成。在该实施方式中，由于板具有优化的表面区域，因此板材的重量降低。板24可以由诸如石墨烯这样的材料制成。

根据图5所示的第四实施方式，冷却板18'采取基于热管原理工作的液密系统的形式。在罩44中发生促进与热交换器46进行热交换的射流现象(fluidic phenomena)。热交换器46连接至与上文所介绍的冷却系统的类型相同的冷却系统28'。如前所述，由一个板或多个板6产生的一大部分热量被冷却板18'的腔室44吸收。

支承件44可以采取刚性空心板48的形式。可以使用制成板48的任何类型的液密材料。还可以使用任何类型的非液密材料，只要其内壁覆盖有液密材料即可。

由于冷却板18'被插在电子板6之间，因此用于冷却板18'的材料或其涂层可以被选择成使得板18'能够改进电磁兼容性。因此冷却板18'可以例如由镀锌钢或不锈钢制成、由铝制成或者由玻璃纤维制成。

板48可以采用使得能够至少部分地直接或间接附接至容置板48的单元2的壁的任何类型的形状。

根据本发明的一个可能的实施方式，板48是矩形并且具有使其能够被容置在单元2的导沟14中并且在导沟14中滑动的厚度，该导沟14是针对该目的而设置的。任何已知类型的机械组件被设置在板48上以便在板被安装在导沟中时将板固定至单元2的至少一个壁上。

除了使冷却流体的温度能够扩散的装置之外，还设置有使空气能够循环的装置32'以促进热能的传递。

贯穿开口34'被制成于板18'上并且具有插入其中的风扇类型的装置32'。风扇32'通过任何已知类型的机械装置而被固定至板18'的、与形成热管的腔室44不同的区域中。风扇可以被定位在任何点处，优选地在周缘区，以便留出充当热管的中心区域。板的表面因而被共享以使得能够整合形成热管的腔室44和用于循环空气的装置32'。在图5所示的示例中，风扇32'被定位在板18'的顶部。因而，由于热空气具有上升的趋势，因此空气的循环被优化。

用于循环空气的装置32'需要电力供给。板具有两个附件40'、42'，这两个附件的功能是将装置32'电连接至电力系统。电连接被纳入板中以使得装置32'与附件40'、42'电连接。

单元2的其中一个壁，例如底板10，设置有在每个导沟14中或在这些导沟14的仅一部分处彼此相对的连接系统。

附加冷却系统可以与上述冷却系统进行组合。板的表面因而被配置成容置这些冷却系统。

冷却系统工作如下。

一个或更多个冷却板18被引入单元2中的电子板6之间。

在第一实施方式、第二实施方式和第三实施方式中，冷却管26的端部26A、26B连接至针对该目的而设置的接口30A、30B。在图5所示的第四实施方式中，交换器46的蛇形管的端部26'A和26'B经由接口30'A、30'B连接以使得能够连接至冷却系统28'。

在所有实施方式中，附件40、42连接至设置于单元2中的用于容纳它们的系统。就像插入电子板6/模块4那样，插入冷却板18是快速且容易的，同样卸载冷却板18也是快速且容易的。

当单元2被开启时，即当至少一个板18和/或18'被开启时，冷却系统28、28'和/或电力供给系统被开启。根据所使用的板或预期由每个板产生的热量，可以提供特定的电子控制系统，该电子控制系统确定要选择哪个或哪些冷却板以及要使用哪个或哪些冷却系统来冷却所述一个或多个板。

在板外部的控制系统使得要被耦合或不被耦合的若干冷却系统能够工作。

冷却系统28、28'在被激活时使得能够对经由板18、18'循环的流体进行冷却。低温流体至少部分地吸收由附近的一个或多个电子板所产生的热量并且使附近的板6的电子部件的温度能够降低。

也可以不具有控制系统而是纳入触发冷却系统的启动的一个或更多个恒温器。

启动装置32，使得围绕附近的电子板6的热空气能够循环并且经由设置在单元2的其中一个壁、几个壁或所有壁上的开口而被排出。这还加速了由管道22或腔室44产生的冷气体的扩散。

因此，冷却板18、18'使能够通过独立的物理结构来冷却同一单元2中的电子板。设置不同且特定的板这一事实实现了更容易的大量生产、更低的成本、适合于每个板的使用的冷却或适合于预期的热量产生的冷却，以及快速且容易地安装/卸载。由于在执行维修时所需要的是卸载冷却板18并且由另一冷却板来替换，因此冷却系统维护也变得更简单并且不具有操作损失。提供设置有与模块4/板6的固定装置相同或相似的固定装置的板的形式意味着可以使用现有单元。

本发明不限于航空领域。根据本发明的冷却装置可以用于具有该类型的冷却装置可能会有利的许多其他技术领域。

Claims (12)

1.一种用于电子设备的冷却装置，所述电子设备包括配备有至少一个电子板的单元，其特征在于，所述冷却装置包括：

与所述电子板不同且与所述电子板在热传导上间隔开的冷却板，所述冷却板包括被配置成使用流体来至少部分地吸收由所述电子板产生的热量的流体循环管道，所述流体循环管道至少部分地在所述冷却板的表面上延伸；和

使空气运动并且被固定至所述冷却板的装置，

其中，所述冷却板包括被配置成将所述冷却板上的所述使空气运动的装置电连接到电源系统的附件。

2.根据权利要求1所述的冷却装置，其中，所述流体循环管道的第一端部和第二端部形成所述流体循环管道的入口和出口并且连接至冷却系统。

3.根据权利要求2所述的冷却装置，其中，所述流体循环管道的入口和出口被定位在所述冷却板的同一侧。

4.根据权利要求1所述的冷却装置，其中，所述流体循环管道具有包括至少一个折回的形状。

5.根据权利要求1所述的冷却装置，其中，所述流体循环管道具有使得其突出于所述冷却板之外的尺寸。

6.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，所述冷却板包括基于热管原理而工作的系统。

7.一种电子设备，包括：

配备有至少一个电子板且具有至少两个壁的单元；

至少一个冷却装置，其包括与所述电子板不同并且与所述电子板在热传导上间隔开的冷却板，所述冷却板包括流体循环管道，所述流体循环管道至少部分地在所述冷却板的表面上延伸并且被配置成使用流体来至少部分地吸收由一个或更多个所述电子板产生的热量，所述冷却板具有使所述至少一个冷却装置能够至少部分地被固定至所述单元的壁之一的构造，所述冷却板还包括设置在所述冷却板上的、使空气运动的装置，

其中，所述冷却板被定位在两个电子板之间和/或被定位在一个电子板与所述单元的一个壁之间。

8.根据权利要求7所述的电子设备，其中，所述单元的壁中的至少一个壁包括至少第一导沟和第二导沟，一个或多个所述电子板以及所述冷却板被分别插入所述第一导沟和所述第二导沟中。

9.根据权利要求7所述的电子设备，其中，所述流体循环管道的入口和出口被定位在所述冷却板的同一侧，以使取向能够朝向所述单元的制成有所述电子板的电连接的壁。

10.根据权利要求7所述的电子设备，其中，所述冷却板包括贯通开口，所述使空气运动的装置被插入所述贯通开口中。

11.一种用于电子设备的冷却方法，所述电子设备包括配备有至少一个电子板并且具有至少两个壁的单元，所述电子设备包括冷却装置，所述冷却装置包括与所述电子板不同且与所述电子板在热传导上间隔开的冷却板，所述冷却板包括被配置成使用流体来至少部分地吸收由一个或多个所述电子板产生的热量的流体循环管道，所述冷却板具有使得能够至少部分地附接至所述至少两个壁中的一个壁的构造，所述流体循环管道至少部分地在所述冷却板的表面上延伸，所述方法包括：

启动来自冷却系统的冷却流体在所述流体循环管道中的循环的步骤，

其中，所述冷却板包括被配置成将所述冷却板上的装置电连接到电源系统的附件，以及

其中，所述冷却板上的装置包括使空气运动且被固定至所述冷却板的装置。

12.根据权利要求11所述的冷却方法，还包括激活设置在所述冷却板上的所述使空气运动的装置的步骤。