CN108495519A - 一种三层水道互联的液冷机箱 - Google Patents

一种三层水道互联的液冷机箱 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种三层流道互联的液冷机箱，包括采用5A06铝合金冷板制作的主箱体、前盖板和后盖板，主箱体为前后敞开口的方盒状箱体，前开口连接前盖板，后开口连接后盖板，形成闭合的六面体液冷机箱。主箱体设有顶板、中板和底板，所述顶板、中板和底板设有互相贯通构成液冷流道。后盖板的内侧面连接印制背板。使用时，打开前盖板，将若干块标准电子模块分别依次插入主箱体上下两层的滑槽里，标准电子模块与印制背板电子接口联通构成机载电子设备集成模块，然后合装前盖板，外设液冷管路与液冷流道贯通连接，并对机载电子设备集成模块冷却。本发明提高了机载液冷机箱的强度和散热能力，降低了制作成本，扩大了液冷机箱的应用范围。

Description

一种三层水道互联的液冷机箱
技术领域
本发明属于机载电子设备技术领域，具体地说，它涉及一种三层水道互联的液冷机箱。
背景技术
随着机载电子设备不断向集成化、模块化和一体化方向发展，作为电子模块的载体机箱而言也提出了更高的要求，具体表现为：机载环境负载大，机箱内部电子模块对振动极为敏感，因而对机箱的刚度、强度要求高,机箱内单个电子模块热耗高达100J/s，对机箱的散热性能要求高。机箱内冷却流道密集、布局复杂，且需在多层冷板间进行三维流道连通，因而机箱的流道结构及工艺设计难度大等。
目前，传统的液冷机箱通常采用多块6063铝合金冷板通过钎焊形成箱体，此种方法的焊缝强度不高，经热处理强化后强度也仅为241N/mm2左右。液冷机箱冷板的冷却液流道，由组件壳体底板上加工的台阶凹槽与蛇形盖板间采用焊接工艺拼合形成，平行的流道间距受到焊接空间的限制，无法密集排布，制约了机箱的散热性能，同时流道处存在较多焊缝，耐液压能力较差。传统液冷机箱为单层内腔结构，能容纳标准电子模块数量有限，通常为十六块以下。机箱内的液冷流道无法实现两层平行冷板间的流道互联，制约了机箱的体量和散热能力。传统液冷机箱受工艺限制，为了控制焊接变形，单个机箱需投入数万元甚至更多用以设计加工的焊接工装，增加了机箱的加工成本。
发明内容
为了解决传统的液冷机箱的拼接强度低、液冷流道散热能力不理想的问题,提供了一种三层水道互联的液冷机箱，所述液冷机箱设计成三层流道互联及双层内腔结构，采用5A06铝合金并结合螺栓连接、榫接和焊接的成型方法，可容纳二十个以上高热流密度的标准电子模块的排布、电气互联、密闭、电磁屏蔽和散热需求。具体技术方案如下：一种三层水道互联的液冷机箱，包括采用5A06铝合金制作的主箱体1、前盖板2和后盖板3，所述主箱体1为前后敞开口的方盒状箱体，前开口连接前盖板2，后开口连接后盖板3，形成闭合的六面体液冷机箱。
所述主箱体1设有顶板11、中板12、底板13、左侧板14和右侧板15,所述顶板11、底板13、左侧板14和右侧板15围成口字形，所述中板12的的左右两侧分别连接于左侧板14和右侧板15的中间位置，且中板12分别平行于顶板11和底板13，中板12将主箱体1分成上下两层。所述顶板11的下侧面和中板12的上侧面、中板12的下侧面和底板13的上侧面均设有相互对应的十条以上的滑槽。
所述后盖板3的内侧面连接印制背板31。所述顶板11、中板12和底板13分别设有S形布置的顶板液冷流道161、中板液冷流道162和底板液冷流道163，且顶板液冷流道161、中板液冷流道162和底板液冷流道163互相贯通构成液冷流道16。
使用时，打开前盖板2，将若干块标准电子模块7分别依次插入主箱体1上下两层的滑槽里，标准电子模块7与印制背板31电子接口联通构成机载电子设备集成模块，然后合装前盖板2，外设液冷管路与液冷流道16贯通连接，并对机载电子设备集成模块冷却。进一步限定的技术方案如下：
所述顶板11和中板12的中间位置、中板12和底板13的中间位置均分别设有垂直连接的支撑板4，所述支撑板4上设有四个减重长方孔。
所述顶板11的左右两侧均设有三个顶板圆凸台111，顶板11左侧的三个顶板圆凸台111用于和左侧板14榫接，顶板11右侧的三个顶板圆凸台111用于和右侧板15榫接。所述顶板11设有贯穿左右端面的九条顶板流道，自顶板11前侧的第一条顶板流道为顶板首条流道1611，自顶板11前侧的第九条顶板流道为顶板末条流道1612，顶板首条流道1611左端与第二条流道的左端设有第一贯通方槽，第一贯通方槽的外侧设有顶板堵块112，第二条流道右端与第三条流道的右侧设有第二贯通方槽，第二贯通方槽的外侧设有顶板堵块112，依次类推，顶板首条流道1611与顶板末条流道1612之间形成S形贯通的顶板液冷流道161。
所述右侧板15的上侧边缘处设有四个顶板定位孔151，且四个顶板定位孔151的其中三个与顶板11右侧的三个顶板圆凸台111相对应，另一个顶板定位孔151用于螺栓连接。右侧板15的中间位置设有九个中板定位孔152，九个中板定位孔152分三行布置，第一行、第三行均为四个中板定位孔152，第二行为一个，且此一个中板定位孔152位于右侧板15的前方位置。右侧板15的下侧边缘处设有四个底板定位孔153。右侧板15设有贯穿上下端面的一条竖直的右侧板竖流道164，右侧板竖流道164的中部设有一条贯穿右侧板15后端的右侧板横流道165，右侧板竖流道164的上端、中部、下端的三个横向贯通的节点的外侧均设有一个圆形堵块154，右侧板竖流道164下端端口处设有一个矩形堵块155。右侧板横流道165的后端出口处连接液冷出口接头18。
所述中板12设有贯穿左右端面的九条中板流道，自中板12后侧的第一条中板流道为中板第一流道1621，中板第一流道1621左端与中板第二流道的左端设有第一贯通槽，第一贯通槽的外侧设有一个中板堵块122，中板第二流道的右端与中板第三流道的右端设有第二贯通槽，第二贯通槽的外侧设有一个中板堵块122，依次类推，中板第一流道1621与中板第九流道之间形成S形贯通的中板液冷流道162。
所述中板12的上侧平面和下侧平面均设有十条以上的中板滑槽121，所述中板12的上侧平面的前端设有上起拔槽123，所述中板12的下侧平面的前端设有下起拔槽124。所述左侧板14的前部位置设有左侧板竖流道166，左侧板竖流道166的中间位置设有贯通左侧板14后端的左侧板横流道167，左侧板横流道167后端出口处连接液冷入口接头17。
所述标准电子模块7的上端和下端均设有楔形锁紧条71，通过楔形锁紧条71插入顶板11、中板12和底板13对应的滑槽里，并将自身的热量通过楔形锁紧条71分别传递到顶板11、中板12和底板13上。
所述左侧板14和右侧板15的外侧偏下方位置分别设有一个侧把手6，左侧板14和右侧板15的外侧下方位置分别设有两个底座支架19，所述底座支架19的下端连接一个减震器5
所述前盖板2的外侧面上设有两个前把手21。
本发明的有益技术效果是：
(1)本发明为一种三层流道互联的液冷机箱，采用双层内腔结构，可容纳20个以上高热流密度的标准电子模块，三层平行冷板的流道可实现三维互联，成型简单可控，并且可实现四层流道以上的扩展设计。
(2)本发明采用5A06铝合金冷板结合熔焊成型，焊后强度可达304N/mm2，同时各块冷板间还同时使用了螺栓连接、榫接和焊接的三种连接方式，使箱体具有更高的刚度和强度指标，且5A06对冷却液的防腐性能也优于6063，从而使箱体的可靠性更高。
(3)本发明直接在实心铝合金冷板板中间钻若干平行排列的通孔，并在冷板两端面通过端部堵块交错封堵熔焊两两通孔口以形成流道，平行的通孔间最小间距可达到2.5mm，使流道可密集排布，提高机箱散热性能，同时流道的耐液压能力更高，流道可靠性好。
(4)本发明通过自约束工装设计、箱体螺钉预紧固设计，也减少了加工工装的复杂程度，使外约束焊接工装成本接近为零。通过人因工程设计，优化了机箱人因关系，提高了机箱的维修性
(5)本发明具有通用性，对于不同电气标准如VPX、ASAAC的电子模块，都完全适用。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为本发明箱体结构示意图。
图3为本发明液冷流道结构示意图。
图4为本发明顶板结构示意图。
图5为本发明右侧板结构示意图。
图6为本发明顶板与右侧板装配示意图。
图7为本发明中板结构示意图。
图8为本发明使用状态示意图。
上图中序号：主箱体1、顶板11、顶板圆凸台111、顶板堵块112、中板12、中板滑槽121、中板堵块122、上起拔槽123、下起拔槽124、底板13、左侧板14、右侧板15、顶板定位孔151、中板定位孔152、底板定位孔153、圆形堵块154、矩形堵块155、液冷流道16、顶板液冷流道161、顶板首条流道1611、顶板末条流道1612、中板液冷流道162、中板第一流道1621、底板液冷流道163、右侧板竖流道164、右侧板横流道165、左侧板竖流道166、左侧板横流道167、液冷入口接头17、液冷出口接头18、底座支架19、前盖板2、前把手21、后盖板3、印制背板31、支撑板4、减震器5、侧把手6、标准电子模块7、楔形锁紧条71。
具体实施方法
下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步说明。
实施例一
参见图1～图3，一种三层水道互联的液冷机箱，包括采用5A06铝合金冷板制作的主箱体1、前盖板2和后盖板3，所述主箱体1为前后敞开口的方盒状箱体，前开口连接前盖板2，后开口连接后盖板3，形成闭合的六面体液冷机箱。
所述主箱体1设有顶板11、中板12、底板13、左侧板14和右侧板15,所述顶板11、底板13、左侧板14和右侧板15围成口字形，所述中板12的的左右两侧分别连接于左侧板14和右侧板15的中间位置，且中板12分别平行于顶板11和底板13，中板12将主箱体1分成上下两层。所述后盖板3的内侧面连接印制背板31。所述顶板11、中板12和底板13分别设有S形布置的顶板液冷流道161、中板液冷流道162和底板液冷流道163，且顶板液冷流道161、中板液冷流道162和底板液冷流道163互相贯通构成液冷流道16。
所述顶板11和中板12的中间位置、中板12和底板13的中间位置均分别设有垂直连接的支撑板4，所述支撑板4上设有四个减重长方孔。
所述左侧板14的前部位置设有左侧板竖流道166，左侧板竖流道166的中间位置设有贯通左侧板14后端的左侧板横流道167，左侧板横流道167后端出口处连接液冷入口接头17。
所述左侧板14和右侧板15的外侧偏下方位置分别设有一个侧把手6，左侧板14和右侧板15的外侧下方位置分别设有两个底座支架19，所述底座支架19的下端连接一个减震器5
所述前盖板2的外侧面上设有两个前把手21。
参见图4，所述顶板11的左右两侧均设有三个顶板圆凸台111，顶板11左侧的三个顶板圆凸台111用于和左侧板14榫接，顶板11右侧的三个顶板圆凸台111用于和右侧板15榫接。所述顶板11设有贯穿左右端面的九条顶板流道，自顶板11前侧的第一条顶板流道为顶板首条流道1611，自顶板11前侧的第九条顶板流道为顶板末条流道1612，顶板首条流道1611左端与第二条流道的左端设有第一贯通方槽，第一贯通方槽的外侧设有顶板堵块112，第二条流道右端与第三条流道的右侧设有第二贯通方槽，第二贯通方槽的外侧设有顶板堵块112，依次类推，顶板首条流道1611与顶板末条流道1612之间形成S形贯通的顶板液冷流道161。
参见图1～图4，所述底板13中的底板液冷流道163和顶板液冷流道161结构相同。底板13与左侧板14、右侧板15的连接方式相同与顶板11与左侧板14、右侧板15的连接方式。
参见图5和图6，所述右侧板15的上侧边缘处设有四个顶板定位孔151，且四个顶板定位孔151的其中三个与顶板11右侧的三个顶板圆凸台111相对应，另一个顶板定位孔151用于螺栓连接。右侧板15的中间位置设有九个中板定位孔152，九个中板定位孔152分三行布置，第一行、第三行均为四个中板定位孔152，第二行为一个，且此一个中板定位孔152位于右侧板15的前方位置。右侧板15的下侧边缘处设有四个底板定位孔153。右侧板15设有贯穿上下端面的一条竖直的右侧板竖流道164，右侧板竖流道164的中部设有一条贯穿右侧板15后端的右侧板横流道165，右侧板竖流道164的上端、中部、下端的三个横向贯通的节点的外侧均设有一个圆形堵块154，右侧板竖流道164下端端口处设有一个矩形堵块155。右侧板横流道165的后端出口处连接液冷出口接头18。
参见图3和图7，所述中板12设有贯穿左右端面的九条中板流道，自中板12后侧的第一条中板流道为中板第一流道1621，中板第一流道1621左端与中板第二流道的左端设有第一贯通槽，第一贯通槽的外侧设有一个中板堵块122，中板第二流道的右端与中板第三流道的右端设有第二贯通槽，第二贯通槽的外侧设有一个中板堵块122，依次类推，中板第一流道1621与中板第九流道之间形成S形贯通的中板液冷流道162。
所述中板12的上侧平面和下侧平面均设有十三条中板滑槽121，所述中板12的上侧平面的前端设有上起拔槽123，所述中板12的下侧平面的前端设有下起拔槽124。
顶板11、中板12、底板13分别与左侧板14和右侧板15连接时，采用圆凸台与定位孔的榫接结构，并在榫接处实施焊接，以加强箱体整体的力学性能。此外，在冷板的接缝处进行浅层线焊，基本不增加焊接变形，同时实现主箱体1的密封。
参见图8，所述标准电子模块7的上端和下端均设有楔形锁紧条71，通过楔形锁紧条71插入顶板11、中板12和底板13对应的滑槽里，并将自身的热量通过楔形锁紧条71分别传递到顶板11、中板12和底板13上。
使用时，打开前盖板2，将二十六块标准电子模块7分别依次插入主箱体1上下两层的滑槽里，标准电子模块7与印制背板31电子接口联通构成机载电子设备集成模块，然后合装前盖板2，外设液冷管路与液冷入口接头17、液冷出口接头18连接，并与液冷流道16贯通连接，继而对机载电子设备集成模块冷却。
以上内容并非对本发明的结构、形状作任何形式上的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种三层水道互联的液冷机箱，其特征在于：包括采用5A06铝合金制作的主箱体(1)、前盖板(2)和后盖板(3)，所述主箱体(1)为前后敞开口的方盒状箱体，前开口连接前盖板(2)，后开口连接后盖板(3)，形成闭合的六面体液冷机箱；
所述主箱体(1)设有顶板(11)、中板(12)、底板(13)、左侧板(14)和右侧板(15),所述顶板(11)、底板(13)、左侧板(14)和右侧板(15)围成口字形，所述中板(12)的的左右两侧分别连接于左侧板(14)和右侧板(15)的中间位置，且中板(12)分别平行于顶板(11)和底板(13)，中板(12)将主箱体(1)分成上下两层；所述顶板(11)的下侧面和中板(12)的上侧面、中板(12)的下侧面、底板(13)的上侧面均设有相互对应的十条以上的滑槽；
所述后盖板(3)的内侧面连接印制背板(31)；所述顶板(11)、中板(12)和底板(13)分别设有S形布置的顶板液冷流道(161)、中板液冷流道(162)和底板液冷流道(163)，且顶板液冷流道(161)、中板液冷流道(162)和底板液冷流道(163)互相贯通构成液冷流道(16)；
使用时，打开前盖板(2)，将若干块标准电子模块(7)分别依次插入主箱体(1)上下两层的滑槽里，标准电子模块(7)与印制背板(31)电子接口联通构成机载电子设备集成模块，然后合装前盖板(2)，外设液冷管路与液冷流道(16)贯通连接，并对机载电子设备集成模块冷却。
2.根据权利要求1所述的一种三层水道互联的液冷机箱，其特征在于：所述顶板(11)和中板(12)的中间位置、中板(12)和底板(13)的中间位置均分别设有垂直连接的支撑板(4)，所述支撑板(4)上设有四个减重长方孔。
3.根据权利要求1所述的一种三层水道互联的液冷机箱，其特征在于：所述顶板(11)的左右两侧均设有三个顶板圆凸台(111)，顶板(11)左侧的三个顶板圆凸台(111)用于和左侧板(14)榫接，顶板(11)右侧的三个顶板圆凸台(111)用于和右侧板(15)榫接；所述顶板(11)设有贯穿左右端面的九条顶板流道，自顶板(11)前侧的第一条顶板流道为顶板首条流道(1611)，自顶板(11)前侧的第九条顶板流道为顶板末条流道(1612)，顶板首条流道(1611)左端与第二条流道的左端设有第一贯通方槽，第一贯通方槽的外侧设有顶板堵块(112)，第二条流道右端与第三条流道的右侧设有第二贯通方槽，第二贯通方槽的外侧设有顶板堵块(112)，依次类推，顶板首条流道(1611)与顶板末条流道(1612)之间形成S形贯通的顶板液冷流道(161)。
4.根据权利要求3所述的一种三层水道互联的液冷机箱，其特征在于：所述右侧板(15)的上侧边缘处设有四个顶板定位孔(151)，且四个顶板定位孔(151)的其中三个与顶板(11)右侧的三个顶板圆凸台(111)相对应，另一个顶板定位孔(151)用于螺栓连接；右侧板(15)的中间位置设有九个中板定位孔(152)，九个中板定位孔(152)分三行布置，第一行、第三行均为四个中板定位孔(152)，第二行为一个，且此一个中板定位孔(152)位于右侧板(15)的前方位置；右侧板(15)的下侧边缘处设有四个底板定位孔(153)；右侧板(15)设有贯穿上下端面的一条竖直的右侧板竖流道(164)，右侧板竖流道(164)的中部设有一条贯穿右侧板(15)后端的右侧板横流道(165)，右侧板竖流道(164)的上端、中部、下端的三个横向贯通的节点的外侧均设有一个圆形堵块(154)，右侧板竖流道(164)下端端口处设有一个矩形堵块(155)；右侧板横流道(165)的后端出口处连接液冷出口接头(18)。
5.根据权利要求1所述的一种三层水道互联的液冷机箱，其特征在于：所述中板(12)设有贯穿左右端面的九条中板流道，自中板(12)后侧的第一条中板流道为中板第一流道(1621)，中板第一流道(1621)左端与中板第二流道的左端设有第一贯通槽，第一贯通槽的外侧设有一个中板堵块(122)，中板第二流道的右端与中板第三流道的右端设有第二贯通槽，第二贯通槽的外侧设有一个中板堵块(122)，依次类推，中板第一流道(1621)与中板第九流道之间形成S形贯通的中板液冷流道(162)。
6.根据权利要求1所述的一种三层水道互联的液冷机箱，其特征在于：所述中板(12)的上侧平面和下侧平面均设有十条以上的中板滑槽(121)，所述中板(12)的上侧平面的前端设有上起拔槽(123)，所述中板(12)的下侧平面的前端设有下起拔槽(124)。
7.根据权利要求1所述的一种三层水道互联的液冷机箱，其特征在于：所述左侧板(14)的前部位置设有左侧板竖流道(166)，左侧板竖流道(166)的中间位置设有贯通左侧板(14)后端的左侧板横流道(167)，左侧板横流道(167)后端出口处连接液冷入口接头(17)。
8.根据权利要求1所述的一种三层水道互联的液冷机箱，其特征在于：所述标准电子模块(7)的上端和下端均设有楔形锁紧条(71)，通过楔形锁紧条(71)插入顶板(11)、中板(12)和底板(13)对应的滑槽里，并将自身的热量通过楔形锁紧条(71)分别传递到顶板(11)、中板(12)和底板(13)上。
9.根据权利要求1所述的一种三层水道互联的液冷机箱，其特征在于：所述左侧板(14)和右侧板(15)的外侧偏下方位置分别设有一个侧把手(6)，左侧板(14)和右侧板(15)的外侧下方位置分别设有两个底座支架(19)，所述底座支架(19)的下端连接一个减震器(5)。
10.根据权利要求1所述的一种三层水道互联的液冷机箱，其特征在于：所述前盖板(2)的外侧面上设有两个前把手(21)。
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