CN106102418A - 基于均热板的液冷vpx机箱高效散热装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于均热板的液冷VPX机箱高效散热装置及方法,该散热方法的结构组成包括:均热板,上、下液冷板,锁紧器,液冷管路及接头。采用均热板将VPX板卡热量传导至位于VPX插箱上下位置处的液冷冷板,均热板通过锁紧装置与液冷冷板相接触并有一定的压紧力,通过接触面将热量传递给冷板。本散热方法采用了均热板将VPX板卡的热量传导至液冷冷板,均热板的当量当热系数达2000W/m·K。本方法采用的高效液冷冷板,其散热能力要求达到30‑100W/cm2,从而满足100W/cm2以上VPX板卡的散热需求。
Description
技术领域
本发明是采用强迫液冷技术、液冷冷板技术和热管技术实现VPX机箱高效散热。
背景技术
目前VPX机箱的散热方法主要有强迫风冷式散热和强迫液冷式散热。强迫风冷的散热方式是采用风机对VPX板卡的风冷散热翅片进行强迫对流,通过空气与翅片的对流换热带走VPX板卡热量。该散热方法的散热能力受空气流换热系数与换热面积的制约,风机的可靠性和整机环境适应性也有较大局限。在环境噪声要求较高的条件下不适合使用强迫风冷的散热方式。采用强迫液冷方式进行散热的VPX机箱,换热能力较风冷式VPX机箱得到了提高。液冷VPX机箱散热传统的一种方式将VPX板卡安装于及铝板或其他导热系数高的金属板上,将热量传递至侧壁处,侧壁集成冷板功能,能通过冷却液带走热量。另一种方式液冷VPX机箱散热也可以将VPX板安装于水冷板表面,然后通过接口接至液冷管路,直接将冷却液分配至VPX板卡的冷板进行热交换。第一种散热方式由于金属板的导热性能限制了VPX板卡散热,无法在高热流密度条件下有效散热。第二种散热方式将冷却液分配至各VPX板卡,这样存在着泄漏的可能,安全性。
均热板的原理为热管技术,其板内为空腔结构,通过蒸发区、冷凝区、工作介质和毛细结构实现热量传递交换。该技术通常应用在电子产品芯片、高热流密度模块上,将芯片等的热量传递至冷端,冷端冷源可以是空气、载冷剂等介质。
本发明提出了一种采用均热板将VPX板卡的热量传导至液冷冷板进行散热的方法。该方法采用高导热系数均热板代替风冷式散热器将VPX板卡热量传导至位于VPX插箱上下位置处的液冷冷板,均热板与液冷冷板通过锁紧装置相接触,均热板将热量传递给冷板,最终由流经冷板内的冷却介质带走热量。本发明既避免了风冷式VPX机箱的缺点,又提高了液冷VPX机箱散热的安全性。
发明内容
本发明提出的基于均热板的液冷VPX插箱高效散热装置及方法,与传统的VPX机箱风冷式和强迫液冷式的散热方式相比较具有较大优势。提高了VPX机箱的散热能力,能够满足高热流密度(200W/cm2以下)的VPX板卡散热需求,单个机箱散热量达1.5kW以上;风冷式VPX机箱由于受散热单元、风冷翅片效率的限制,单个机箱其散热能力不超过1kW,而。强迫液冷式的VPX机箱散热较风冷式有提高,但采用金属板或者冷板等形式对VPX板卡进行散热,其热源热流密度一般不超过100W/cm2,无法满足更高热流密度散热要求。
本发明提出的基于均热板的液冷VPX插箱高效散热装置包括快速接头(1),VPX板卡(2), 均热板(4),上液冷板(5),下液冷板(6),锁紧器(7)。其中:VPX板卡(2)紧固于均热板(4)上,VPX板卡(2)的热源接触均热板(4)表面,将热量传导至均热板(4)。上液冷冷板(5)、下液冷冷板(6)开有插槽,安装有VPX板卡(2)的均热板(4)插入插槽与上液冷冷板(5)、下液冷冷板(6)相接触。上下锁紧器(7)安装于均热板(4)侧面,拧紧锁紧器(7)将均热板(4)与上、下液冷冷板间(5)、(6)压紧,通过液冷源的强迫液冷方式将上、下液冷冷板(5)、(6)表面处热量带走。
采用本发明还提出了一种基于均热板的液冷VPX插箱高效散热方法,采用上述的液冷VPX插箱高效散热装置,包括如下步骤:
(1)按照VPX板卡(2)的具体结构外形和热源布置,设计符合散热要求和液冷VPX机箱结构接口的均热板(4),均热板(4)具有散热和作为VPX板卡(2)安装基础的双重功能;
(2)将VPX板卡(2)按照设计好的结构接口安装于均热板(4);
(3)将锁紧器(7)集成安装于均热板(4)上,将安装好VPX板卡(2)的均热板(4)插入液冷VPX机箱插槽;
(4)液冷VPX机箱插槽与上液冷冷板(5)、下液冷冷板(6)集成一体设计,以减少导热热阻,均热板(4)在液冷VPX机箱插槽处与上液冷冷板(5)、下液冷冷板(6)相接触,拧紧锁紧器(7)将均热板(4)与上、下液冷冷板间压紧;
(5)将液冷源与上下液冷冷板的进出水口的快速接头(1)相连接,通过冷板将均热板(4)传递过来的热量带走,实现散热目的。
本发明中提到的方法对液冷冷板有较高的散热要求,可采用小通道或微通道高效液冷冷板,其散热能力可达到30-100W/cm2,能满足与均热板间的热量传导要求。该冷板在满足散热需求的前提下,其均温性好,流阻小,体积小,适用范围广泛。通过均热板对VPX板卡高热流密度热源的二维面扩展,降低了热传导处的热流密度,再通过相适应的高效液冷冷板将热量通过液冷技术传导出VPX机箱。经过两次热量传导,将高热流密度的元器件表面温度降低到许用温度以下,实现更可靠的工作,提高了液冷VPX机箱的散热性能。
附图说明
图1为基于均热板的液冷VPX机箱散热结构示意图。其中1-快速接头,2-VPX板卡,3-界面材料,4-高导热系数散热板,5-上液冷板,6-下液冷板,7-锁紧器。
图2为基于均热板的液冷VPX机箱高效散热的热传导结构示意图。其中2-VPX板卡,4-高导热系数散热板,5-上液冷板,6-下液冷板,7-锁紧器。
具体实施方式
基于均热板的液冷VPX机箱高效散热装置结构示意图见图1。针对VPX板卡个别元器件 热流密度在100-200W/cm2的散热需求或者单个VPX板卡散热量达到了100W以上的使用场合,推荐使用均热板将VPX板卡热量进行扩展然后散热。本发明提出的液冷VPX插箱高效散热装置包括快速接头(1),VPX板卡(2),均热板(4),上液冷板(5),下液冷板(6),锁紧器(7)。其中:VPX板卡(2)紧固于均热板(4)上,VPX板卡(2)的热源接触均热板(4)表面,将热量传导至均热板(4)。上液冷冷板(5)、下液冷冷板(6)开有插槽,安装有VPX板卡(2)的均热板(4)插入插槽与上液冷冷板(5)、下液冷冷板(6)相接触。上下锁紧器(7)安装于均热板(4)侧面,拧紧锁紧器(7)将均热板(4)与上、下液冷冷板间(5)、(6)压紧,通过液冷源的强迫液冷方式将上、下液冷冷板(5)、(6)表面处热量带走。其中VPX板卡(2)和均热板(4)的接触面可填充界面导热材料(3),以减小二者之间导热热阻。
本发明提出的基于均热板的液冷VPX机箱高效散热方法,具体实现方式如下。
(1)按照VPX板卡的具体结构外形和热源布置,设计符合散热要求和VPX机箱结构接口的均热板(4),均热板具有散热和作为VPX板卡安装基础的双重功能;
(2)将VPX板卡(2)按照设计好的结构接口安装于均热板(4),在VPX板卡(2)的热源和均热板(2)接触面可填充界面导热材料(3),目的是减小二者之间导热热阻;
(3)将锁紧器(7)集成安装于均热板(4)上,将安装好VPX板卡(2)的均热板(4)插入液冷VPX机箱插槽;
(4)液冷VPX机箱插槽与上液冷冷板(5)、下液冷冷板(6)集成一体设计,这样减少一层导热热阻,均热板(4)在液冷VPX机箱插槽处与上液冷冷板(5)、下液冷冷板(6)相接触,拧紧锁紧器(7)将均热板(4)与上、下液冷冷板间压紧;
(5)将液冷源与上下液冷冷板的进出水口的快速接头(1)相连接,通过冷板将均热板(4)传递过来的热量带走,实现散热目的。
由于液冷VPX机箱传热过程主要通过热传导进行,对基于均热板的液冷VPX机箱高效散热的热传导结构简化后见附图2。VPX板卡(2)紧固于均热板(4)上,VPX板卡(2)的热源接触均热板(4)表面,VPX板卡(2)的热量传导至均热板(4),由均热板扩展至上、下液冷冷板(5)、(6)表面,通过上下锁紧器(7)将均热板(4)与上、下液冷冷板(5)、(6)接触传热,通过液冷源的强迫液冷方式将上、下液冷冷板(5)、(6)表面处热量带走。
Claims (5)
1.一种基于均热板的液冷VPX机箱高效散热装置,其特征在于:包括快速接头(1),VPX板卡(2),均热板(4),上液冷板(5),下液冷板(6),锁紧器(7),其中:VPX板卡(2)紧固于均热板(4)上,VPX板卡(2)的热源接触均热板(4)表面,将热量传导至均热板(4);上液冷冷板(5)、下液冷冷板(6)开有插槽,安装有VPX板卡(2)的均热板(4)插入插槽与上液冷冷板(5)、下液冷冷板(6)相接触;上下锁紧器(7)安装于均热板(4)侧面,拧紧锁紧器(7)将均热板(4)与上、下液冷冷板间(5)、(6)压紧,通过液冷源的强迫液冷方式将上、下液冷冷板(5)、(6)表面处热量带走。
2.根据权利要求1所述的基于均热板的液冷VPX机箱高效散热装置,其特征在于:所述VPX板卡(2)和均热板(4)的接触面填充界面导热材料(3),以减小二者之间导热热阻。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的基于均热板的液冷VPX机箱高效散热装置,其特征在于:所述均热板(4)采用了热管技术,在二维面上具有2000W/m·K的当量导热系数,能实现整个二维表面的均温性。
4.一种基于均热板的液冷VPX机箱高效散热方法,其特征在于:
(1)按照VPX板卡(2)的具体结构外形和热源布置,设计符合散热要求和液冷VPX机箱结构接口的均热板(4),均热板(4)具有散热和作为VPX板卡(2)安装基础的双重功能;
(2)将VPX板卡(2)按照设计好的结构接口安装于均热板(4);
(3)将锁紧器(7)集成安装于均热板(4)上,将安装好VPX板卡(2)的均热板(4)插入液冷VPX机箱插槽;
(4)液冷VPX机箱插槽与上液冷冷板(5)、下液冷冷板(6)集成一体设计,以减少导热热阻,均热板(4)在液冷VPX机箱插槽处与上液冷冷板(5)、下液冷冷板(6)相接触,拧紧锁紧器(7)将均热板(4)与上、下液冷冷板间压紧;
(5)将液冷源与上下液冷冷板的进出水口的快速接头(1)相连接,通过冷板将均热板(4)传递过来的热量带走,实现散热目的。
5.根据权利要求3所述的基于均热板的液冷VPX机箱高效散热方法,其特征在于:在VPX板卡(2)的热源和均热板(2)接触面可填充界面导热材料(3),以减小二者之间导热热阻。
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