CN109687089B - 一种高效复合热控装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高效复合热控装置，包括与T/R组件接触连接的传热冷板组件、与所述传热冷板组件接触连接的储热冷板(9)、设于所述储热冷板(9)底部的液冷冷板(10)及液冷接口组件(12)，所述传热冷板组件包括若干传热冷板，所述传热冷板的一端与所述T/R组件接触连接，另一端插入所述储热冷板(9)内，储热冷板(9)内设有用于吸收热量的相变材料(907)，所述液冷冷板(10)上设有与所述液冷接口组件(12)连通的用于冷却的冷却流道(1004)，所述液冷接口组件(12)与外部液冷机连接，以通过所述冷却流道(1004)对液冷冷板(10)及储热冷板(9)进行冷却。本发明可实现对有源相控阵天线的高效散热。

Description

一种高效复合热控装置

技术领域

本发明属于电子设备热控技术领域，更具体地，涉及一种高效复合热控装置。

背景技术

近年来，随着科学技术的不断进步和发展，电子器件的集成度在呈指数级增长，而随之而来的是热流密度的直线上升，高速电子器件的散热问题也因此而日益凸显，热设计技术在电子设备中的地位和作用也越来越大。而军用电子设备对于散热的要求更为严苛，有源相控阵天线更是其中热控问题的典型代表。

有源相控阵雷达与其他雷达相比，具有良好的性能和优势，已成为当今雷达发展的主流。为实现雷达高性能、多功能等需求，通常在其上集成了大量高发热量电子器件，而部分器件对温度很敏感，如T/R(Transmitter and Receiver)组件，指一个无线收发系统中频与天线之间的部分，即T/R组件一端接天线，一端接中频处理单元就构成一个无线收发系统。其功能就是对信号进行放大、移相、衰减。且随着有源相控阵天线的发展和相应T/R组件集成度的不断提高，高热流密度和狭小散热空间导致的散热问题也日益凸显。因此为保证雷达工作的可靠性和稳定性，高效可靠的热控系统必不可少。

目前针对有源相控阵天线的散热问题，也是采用常见的几种传统的冷却方法进行散热，大致分为以下几类：自然冷却(大多数采取空气的自然对流)、强迫对流冷却(包括风冷和液冷)、热电制冷等。其热控设计往往是根据经验，设计的思路受前人的影响较大，为了满足散热要求，往往留有过大的余量。这样的设计往往也能基本满足要求，但其结果常常是要么设备臃肿，系统庞大，要么就是根本无法满足系统的散热要求，而且设计周期长，反复多，严重的还会影响到系统的总体方案的实施。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种高效复合热控装置，其通过设置传热冷板、储热冷板及液冷冷板匹配组合连接，形成优化的闭合热流链路，兼备高效传热、储能吸热及液冷散热的复合散热功能，以达到弹载有源相控阵天线高效散热的目的。

为了实现上述目的，本发明提供一种高效复合热控装置，包括与T/R组件接触连接的传热冷板组件、与所述传热冷板组件接触连接的储热冷板、设于所述储热冷板底部的液冷冷板及液冷接口组件；

所述传热冷板组件包括若干传热冷板，所述传热冷板的一端与所述T/R组件接触连接，另一端插入所述储热冷板内，以将所述T/R组件上的热量传到所述储热冷板内，所述储热冷板内设有用于吸收热量的相变材料，实现对所述T/R组件散热；

所述液冷冷板上设有与所述液冷接口组件连通的用于冷却的冷却流道，所述液冷接口组件与外部液冷机连接，以通过所述冷却流道对液冷冷板及储热冷板进行冷却，从而进一步实现对T/R组件的散热。

进一步地，所述传热冷板包括固定所述T/R组件的冷板基体、冷板盖板、热管和导热指，所述热管的一端内嵌于所述冷板基体与所述冷板盖板之间，另一端与所述导热指连接。

进一步地，所述储热冷板包括储热壳体和若干个与所述导热指相匹配的导热腔，所述导热指插入所述导热腔内。

进一步地，所述导热指与所述导热腔之间设有用于使二者紧密贴合的胀紧组件。

进一步地，所述胀紧组件包括两块胀紧楔块和长螺钉，两块所述胀紧楔块的斜面贴合设置，所述长螺钉依次穿过两块所述胀紧楔块且末端设于所述储热壳体上。

进一步地，所述导热指与所述导热腔还设有与所述胀紧组件配合作用的导热硅脂。

进一步地，所述储热冷板设有内腔，所述相变材料设于所述内腔内，所述内腔内还设有泡沫铜。

进一步地，所述储热壳体的顶部设有所述相变材料的灌装口，所述灌装口处设有第一堵头和密封圈。

进一步地，所述液冷接口组件包括接口座体、管接头和插头式流体连接器，且所述液冷冷板上设有内凹在所述储热冷板内的与所述插头式流体连接器匹配的插座式流体连接器。

进一步地，所述液冷接口组件还包括第二堵头和密封圈。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

(1)本发明的高效复合热控装置，其通过设置传热冷板、储热冷板及液冷冷板匹配组合连接，形成优化的闭合热流链路，兼备高效传热、储能吸热及液冷散热的复合散热功能，以达到弹载有源相控阵天线高效散热的目的；通过相变材料吸收热量实现对有源相控阵天线的散热，同时设置液冷接口组件，便于与外部液冷机进行连接，进一步地实现对T/R组件的散热。

(2)本发明的高效复合热控装置，T/R组件固定在冷板基体上，热管顶部内嵌于冷板基体与冷板盖板之间，通过热管将T/R组件内部功放产生的热量迅速扩散到整个传热冷板上，并通过导热指快速地导入储热冷板中，以快速降低功率器件结温，达到高效传热的目的。

(3)本发明的高效复合热控装置，导热指插入储热冷板上的导热腔内，且导热指和导热腔之间设有胀紧组件，通过胀紧组件的楔块机构作用及涂抹导热硅脂使得导热指和导热腔紧密贴合，保证热传导的效果；胀紧组件通过两个带斜面的楔块斜面相互之间的移动，调整两个楔块组成的胀紧组件的宽度，长螺钉依次穿过楔块调整两楔块之间的位置，从而实现对导热指和导热腔紧密贴合。

(4)本发明的高效复合热控装置，通过在储热冷板储热壳体内腔填充泡沫铜材料，提高储热冷板的内部热传导系数，使得储热冷板具有较高的相变潜热和热瞬时响应特性，使得热量在储热冷板内部能够快速均匀扩散，并及时被相变材料吸收，可以实现高效可靠储热。

(5)本发明的高效复合热控装置，通过设置液冷接口组件，使得在相控阵天线长时间地面测试的工况下，只需将储热冷板上的液冷小盖板换装成液冷接口组件，就可连接外部液冷机，实现对液冷冷板的冷却循环回路的接通，实现液冷高效散热，保障相控阵天线长时间测试，整个换装过程简单、快捷。

附图说明

图1是本发明实施例中的高效复合热控装置的整体结构立体图；

图2是本发明实施例中的高效复合热控装置的整体结构示意图；

图3是本发明实施例中的高效复合热控装置的液冷接口组件换装示意图；

图4是本发明实施例中的高效复合热控装置的T/R组件与传热冷板的组合示意图；

图5是本发明实施例中的高效复合热控装置的传热冷板示意图；

图6是本发明实施例中的高效复合热控装置的传热冷板爆炸示意图；

图7是本发明实施例中的高效复合热控装置的储热冷板示意图；

图8是图7中高效复合热控装置中的储热冷板沿A-A向剖视图；

图9是本发明实施例中的高效复合热控装置的液冷冷板示意图；

图10是本发明实施例中的高效复合热控装置的胀紧组件示意图；

图11是本发明实施例中的高效复合热控装置的液冷接口组件剖视图；

图12是本发明实施例中的高效复合热控装置的热流链路示意图；

图13是本发明实施例中的高效复合热控装置的应用组合示意图。

在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：1-第一传热冷板、101-冷板基体、102-冷板盖板、103-热管、104-导热指、2-第二传热冷板、3-第三传热冷板、4-第四传热冷板、5-第五传热冷板、6-第六传热冷板、7-第七传热冷板、8-第八传热冷板、9-储热冷板、901-储热壳体、902-上盖板、903-液冷小盖板、904-第一堵头、905-密封圈、906-泡沫铜、907-相变材料、908-导热腔、10-液冷冷板、1001-液冷基板、1002-液冷盖板、1003-插座式流体连接器、1004-冷却流道、11-胀紧组件、1101-胀紧楔块、1102-长螺钉、12-液冷接口组件、1201-接口座体、1202-管接头、1203-插头式流体连接器、1204-第二堵头、1205-密封圈、13-T/R组件。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

图1是本发明实施例中的高效复合热控装置的整体结构立体图。图2是本发明实施例中的高效复合热控装置的整体结构示意图。图3是本发明实施例中的高效复合热控装置的液冷接口组件换装示意图。图4是本发明实施例中的高效复合热控装置的T/R组件与传热冷板的组合示意图。如图1～4所示，本发明的高效复合热控装置包括传热冷板组件、储热冷板9、液冷冷板10、胀紧组件11和液冷接口组件12，传热冷板组件包括若干传热冷板，如依次设置的第一传热冷板1、第二传热冷板2、第三传热冷板3、第四传热冷板4、第五传热冷板5、第六传热冷板6、第七传热冷板7和第八传热冷板8。优选地，第一传热冷板1、第二传热冷板2、第三传热冷板3、第四传热冷板4、第五传热冷板5、第六传热冷板6、第七传热冷板7和第八传热冷板8相互平行设置，以保证均匀散热。

其中，T/R组件设置分别在各传热冷板上，且传热冷板作为T/R组件的固定骨架，一方面用于T/R组件的固定；另一方面通过传热冷板将T/R组件的热量进行转移；优选地，传热冷板的两侧均设有T/R组件，进一步地传热冷板与T/R组件面面接触，以提高二者之间的接触面积，提高T/R组件向传热冷板传热的效率；

传热冷板组件与储热冷板9连接，从而将T/R组件的热量通过传热冷板传递给储热冷板9，储热冷板9的底部设有液冷冷板10，且液冷冷板10作为储热冷板9的底盖板的形式与储热冷板9形成一个整体，用于保证储热冷板9内腔封闭密封的同时，保证了储热冷板9与液冷冷板10实现快速热传递，便于将T/R组件的通过传热冷板传递给储热冷板9和液冷冷板10，结构紧凑，空间利用率高。优选地，液冷冷板10与储热冷板9通过钎焊的方式进行连接。

液冷接口组件12可与储热冷板9可拆卸式连接，液冷接口组件12的一端与外部液冷机连接，另一端与储热冷板9连接，用于实现对液冷冷板10的冷却循环回路，实现液冷高效散热，保障相阵天线长时间测试；且可拆卸式的连接为冷却提供了更多可供选择的方式，且液冷接口组件整个换装过程简单，便捷。

图5是本发明实施例中的高效复合热控装置的传热冷板示意图。图6是本发明实施例中的高效复合热控装置的传热冷板爆炸示意图。如图5和图6所示，传热冷板包括冷板基体101、冷板盖板102、热管103和导热指104，其中，冷板基体101与T/R组件13紧密贴合设置。

优选地，每个传热冷板的热管103数量为4根，热管103的一端设于冷板基板101和冷板盖板102之间，冷板基体101、冷板盖板102上设有相对应的内凹圆弧型腔，且置于冷板基体101和冷板盖板102的内圆弧型腔内，通过将冷板盖板102固定在冷板基体101上，从而实现热管103的固定，通过热管103与冷板基体101及冷板盖板102的连接，将热量通过热管103进行传递。

优选地，冷板基体101和冷板盖板102的内凹圆弧型腔与热管103的顶部相匹配，从而保证热管103内嵌在冷板基体101和冷板盖板102之间时的匹配贴合精度。

优选地热管103的另一端嵌于导热指104内；进一步地，导热指104内同样设有圆弧型腔，且该内圆弧型腔与热管端部相匹配，以保证热管103的底部嵌于导热指104内的配合精度。热管103将冷板基板101和冷板盖板102上的热量传递到导热指104上，导热指104与储热冷板9连接，从而通过导热指104将热量由冷板基体101传递到储热冷板9上，以达到高效传热的目的。

优选地，冷板基体101、冷板盖板102、热管103和导热指104各部件均为锡膏锡焊连接，使得热管103与各部件均为大面积有效接触，保证了良好的传热效果。

图7是本发明实施例中的高效复合热控装置的储热冷板示意图。图8是图7中高效复合热控装置中的储热冷板沿A-A向剖视图。如图7和图8所示，储热冷板9包括储热壳体901、上盖板902、液冷小盖板903、第一堵头904、密封圈905和导热腔908，导热腔908设于储热壳体901的顶部，且导热腔908与导热指104相匹配，导热指104插入到导热腔908内，以将热量传递到储热冷板9中。进一步地，导热腔908为若干个，其分布在储热壳体901的两侧，且数量为传热冷板数量的两倍。

储热冷板9设有内腔，且该内腔内填充有泡沫铜906，并灌装有相变材料907，T/R组件13的热量通过传热冷板组件传递到储热冷板9内部，当温度高于相变材907料熔点时，相变材料907开始融化，由固态变为液态，并吸收大量热量，以保证T/R组件13温度受控。其中，泡沫铜906的作用是提高储热冷板9的内部热传导系数，提高储热冷板9的瞬时热响应特性，保证了热量在储热冷板9内部快速均匀扩散，并及时被相变材料907吸收。

进一步地，储热壳体901的顶部设有相变材料灌装口，用于相变材料907的灌装，其中灌装口在储热壳体901内腔的最顶部，保证了灌装相变材料907时，储热壳体内腔无残留空气，使得相变材料907受热发生相变时不会产生较大的蒸汽压而导致储热壳体901变形。优选地，相变材料灌装口处设有第一堵头904和密封圈905，用于灌装相变材料后的紧固及密封。

优选地，储热冷板9结构形式为真空钎焊成型，储热壳体901与上盖板902、储热壳体901与液冷冷板10之间均垫有钎焊材料，保证了储热冷板9牢固可靠、密封性好。其中，液冷冷板10是作为储热冷板9的低盖板的形式与储热冷板9钎焊为一个整体，在保证了储热冷板9内腔封闭密封的同时，也保证了储热冷板9与液冷冷板10实现快速热传递，结构紧凑，空间利用率高。

图9是本发明实施例中的高效复合热控装置的液冷冷板示意图。如图8和图9所示，液冷冷板10包括液冷基板1001、液冷盖板1002、插座式流体连接器1003和冷却流道1004，液冷基板1001与液冷盖板1002为一体结构，优选地，液冷基板1001与液冷盖板1002通过真空钎焊的形式焊接为一个整体。其中，液冷基板1001和液冷盖板1002形成的整体结构作为储热冷板9的底盖板与储热壳体901真空钎焊成为一个整体，保证了储热冷板9与液冷冷板10的快速热传递，结构紧凑。

插座式流体连接器1003设于液冷基板1001的顶部，且内凹设于储热冷板9内，优选地，插座式流体连接器1003采用了盲插式流体连接器，该连接器具有径向浮动功能，可降低对结构插合精度的要求，具有自动密封功能，正常插拔不会造成冷却液的泄漏。优选地，储热壳体901的侧面设有与插座式流体连接器1003相对应的液冷小盖板903。在弹载工况下，插座式流体连接器1003无需连接外部冷却装置，只需将液冷接口组件12换装成液冷小盖板903，即可保证整个热控模块外观一体化的效果。

优选地，液冷基板1001上设有冷却流道1004，冷却流道1004与插座式流体连接器1003相连接，用于与液冷接口组件12提供的外部冷却装置连接，冷却液流经冷却流道1004带走大量的热量，并传送到外部冷却装置中，提升冷却的效果。优选地，冷却流道1004均匀地分布在整个冷却基板1001且靠近导热腔908的位置上，以实现最优的冷却效果。进一步地，冷却流道1004通过铣削加工的形式设置在液冷基板1001上，其具有良好的可加工性及更小的传导热阻，更高效的换热效率。

图10是本发明实施例中的高效复合热控装置的胀紧组件示意图。胀紧组件11包括两个匹配的胀紧楔块1101和两个长螺钉1102，胀紧组件11设于导热腔908和导热指104之间，用于实现导热指104和导热腔908之间的紧密连接；其中，胀紧楔块1001的斜面相对接触设置，胀紧楔块1001上设有螺钉孔，长螺钉1102依次穿过两块胀紧楔块1001上的螺钉孔，使得两个胀紧楔块之间相对移动，通过斜面位置的配合，实现其整体宽度的变化，从而达到胀紧自锁的目的，长螺钉1102的一端设于储热壳体901上。且两个胀紧楔块1101的螺钉过孔为腰型孔，使得长螺钉1102在储热壳体901上拧紧时，螺钉过孔有足够的间隙容许两个胀紧楔块1101相错移动，从而达到胀紧自锁。

进一步地，所述储热壳体901上的导热腔908与传热冷板上的导热指104之间涂有导热硅脂，其与胀紧组件11共同作用，保证导热腔908与导热指104之间的紧密贴合，保证热传递效率。

图11是本发明实施例中的高效复合热控装置的液冷接口组件剖视图。如图11所示，液冷接口组件12包括接口座体1201、管接头1202、插头式流体连接器1203、第二堵头1204和密封圈1205，其中插头式流体连接器1203与插座式流体连接器1003配合，管接头1202与外部冷却装置连接，以通入冷却液，第二堵头1204和密封圈1205分别用于液冷接口组件12的封堵和密封，可防止冷却液泄漏。

进一步地，在相控阵天线长时间地面测试的工况下，只需将储热冷板9上的液冷小盖板903取下，换装成液冷接口组件12，并连接外部液冷机，即可实现对液冷冷板10的冷却循环回路的接通，实现液冷高效散热，保障相控阵天线长时间测试，整个换装过程简单、快捷。

图12是本发明实施例中的高效复合热控装置的热流链路示意图。图13是本发明实施例中的高效复合热控装置的应用组合示意图。如图12和13所示，高效复合热控装置的热流链路为：T/R组件13内部产生的热量传导至整个冷板基体101上，通过热管103的高效传热将热量传递到导热指104，并通过导热指104与储热壳体901上的导热腔908的热传导，导入至储热冷板9中，储热冷板9内部的泡沫铜906有利于热量的快速均价扩散，及时被相变材料907吸收，实现高效的储热散热。并在长时间地面测试的工况下，热量通过导热指104及储热冷板9传递到液冷冷板10的冷却液中，快速地将大量的热量传递到外部环境中，实现高效液冷散热，以达到弹载有源相控阵天线高效散热的目的。

优选实施例中的高效复合热控装置经过组装后，结构紧凑、运行平稳、调试合格、成功通过了热验证试验及各项力学试验，散热果良好，能够满足相控阵天线的散热需要。本装置的设计方法和结构应用不仅限于用于此相控阵天线，在类似环境条件下也有借鉴意义。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种高效复合热控装置，其特征在于，包括与T/R组件接触连接的传热冷板组件、与所述传热冷板组件接触连接的储热冷板（9）、设于所述储热冷板（9）底部的液冷冷板（10）及液冷接口组件（12）；

所述传热冷板组件包括若干传热冷板，所述传热冷板的一端与所述T/R组件接触连接，另一端插入所述储热冷板（9）内，以将所述T/R组件上的热量传到所述储热冷板（9）内，所述储热冷板（9）内设有用于吸收热量的相变材料（907），实现对所述T/R组件散热；

所述液冷冷板（10）上设有与所述液冷接口组件（12）连通的用于冷却的冷却流道（1004），所述液冷接口组件（12）与外部冷却液机连接，以通过所述冷却流道（1004）对液冷冷板（10）及储热冷板（9）进行冷却，从而进一步实现对T/R组件的散热；

所述传热冷板包括固定所述T/R组件的冷板基体（101）、冷板盖板（102）、热管（103）和导热指（104），所述热管（103）的一端内嵌于所述冷板基体（101）与所述冷板盖板（102）之间，另一端与所述导热指（104）连接；

所述储热冷板（9）包括储热壳体（901）和若干个与所述导热指（104）相匹配的导热腔（908），所述导热指（104）插入所述导热腔（908）内；

所述导热指（104）与所述导热腔（908）之间设有用于使二者紧密贴合的胀紧组件（11）；

所述胀紧组件（11）包括两块胀紧楔块（1101）和长螺钉（1102），两块所述胀紧楔块（1101）的斜面贴合设置，所述长螺钉（1102）依次穿过两块所述胀紧楔块且末端设于所述储热壳体（901）上；

所述导热指（104）与所述导热腔（908）还设有与所述胀紧组件配合作用的导热硅脂；

所述储热冷板（9）设有内腔，所述相变材料（907）设于所述内腔内，所述内腔内还设有泡沫铜（906）。

2.根据权利要求1所述的一种高效复合热控装置，其特征在于，所述储热壳体（901）的顶部设有所述相变材料（907）的灌装口，所述灌装口处设有第一堵头（904）和密封圈（905）。

3.根据权利要求1所述的一种高效复合热控装置，其特征在于，所述液冷接口组件（12）包括接口座体（1201）、管接头（1202）和插头式流体连接器（1203），且所述液冷冷板（10）上设有内凹在所述储热冷板（9）内的与所述插头式流体连接器（1203）匹配的插座式流体连接器（1003）。

4.根据权利要求3所述的一种高效复合热控装置，其特征在于，所述液冷接口组件（12）还包括第二堵头（1204）和密封圈（1205）。

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