CN113973460A - 一种再生冷却热防护机箱 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及机载电子设备热防护技术领域，尤其涉及一种再生冷却热防护机箱。壳体部件(1)，盖板部件(2)，同轴管部件(3)，第一流体接头(4)，第二流体接头(6)；本发明采用整体成型机箱，采用并联分液减小流阻。使用同轴管分液，只有一条管路连接盖板和壳体，能够减少2个接头减少重量；同时管路为一摇臂能够适应装配误差和变形；同轴管在接头处中心管进油，外环管回油，非接头部位进油回油并排，回油能够为管路降温，对进油产生保护效果，有利于热防护。流道内还设有用于激发核沸腾的微结构，使燃油在机箱流道内沸腾发生裂解，充分利用其相变和化学热沉进行热防护，同时裂解的小分子更利于发动机燃烧释放能量，提升热效率。

Description

一种再生冷却热防护机箱
技术领域
本发明涉及机载电子设备热防护技术领域，尤其涉及一种再生冷却热防护机箱。
背景技术
热防护机箱用于机载电子设备的热保护，通过冷却液循环保证内部温度不超过电路板的最高工作温度。
工作环境处于发动机舱的机载电子设备工作环境恶劣，有时环境温度达到250℃以上。而新一代的航空发动机，以及新一代高超声速飞行器的使用需求，使发动机舱存在高温环境以及高超声速飞行的气动热效应，使得热防护技术被认为是其关键技术之一。
部分区域的机载设备需要在温度达到400℃～500℃环境中稳定工作，通常会与电子器件最高工作温度存在250℃～350℃的温度梯度，这对机载电子设备热防护性能提出了极高的要求。环境温度的增加对设备的稳定性和使用寿命提出了很大的挑战。研究结果表明，单个半导体元件的温度每升高10℃，系统的可靠性将降低50％，因此有效的热防护是确保电子设备高可靠、长期运行的基础。
现有技术中液冷热防护机箱通常只具有2-4个液冷面，防护面不足，存在大量热短路，会使机箱内部快速升温接近环境温度。
有的热防护机箱采用隔热板或隔热板加液冷的方法提高热阻，该种方法仅在较短时间内有效，无法满足长时间高温环境下的热防护要求。同时，隔热板要起到防护效果需要较厚的厚度，将增加设备的体积和重量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种再生冷却热防护机箱，以解决现有热防护机箱防护功能不足的问题。
一种再生冷却热防护机箱，包括壳体部件1，盖板部件2，同轴管部件3，第一流体接头4，第二流体接头6；所述壳体部件1上设有用于流体流出、流入机箱的第一流体接头4和第二流体接头6；壳体部件1具有至少一个开放面，各侧壁为中空结构或设有流体流道结构；壳体部件1侧壁上还设有汇流块17和第一接头18，汇流块17内设有两条流体通路，这两条通路相互独立，一条与第二流体接头6连通，另一条与第一流体接头4连通；所述盖板部件2与壳体部件1配合，对机箱开放面封闭，盖板部件2为中空结构或设有流体流道结构；在壳体部件1设置汇流块17的同一侧，在盖板部件2侧壁上设有分流块23和第一接头24，分流块23内设有两条流体通路，分别对应盖板部件2内的流入和流出的流道；壳体部件1和盖板部件2为并联关系；所述同轴管部件3具有中心流道和外环流道，同轴管部件3两端头分别与壳体部件1的第一接头18和盖板部件2的第一接头24连接，使得同轴管部件3的中心流道和外环流道在一端分别与壳体部件1上汇流块17的两条流道连通，在另一端分别与盖板部件2上分流块23的两条流道连通。
所述壳体部件1各面为中空结构或设有流体流道结构；各面为中空结构时，在设有第一流体接头4和第二流体接头6的面上，设有肋板将两个接头相互分隔，其余各面为空腔结构面内无肋板分隔流道；各面设有流体流道时，每个面内均设有多个肋板，在各个面内肋板分隔使该面内的流道成并联或串联。
所述壳体部件1各面之间为串联结构或并联结构；各面成串联结构时，各面之间按一定顺序连通，相连通的两个面在两面相接的部位设有连通孔，流体从第二流体接头6进入壳体部件1后，按各面连通的顺序流经各面，并从第一流体接头4流出壳体部件1；各面成并联结构时，壳体部件1的各面在两面相接处通过至少1个连通孔相连；第二流体接头6与第一流体接头4所在面内在两接头之间设有肋板，将两个接头分隔，相应在底面内设有肋板，使这四个面分别属于两个独立流道，而在接头面的向对面内两个独立流道相连通。
所述壳体部件1、盖板部件2的流道壁面内设有多个凸起或凹陷的沸腾核微结构，单个微结构的尺寸为0.1mm-1.5mm之间，其形状为圆形、矩形或点阵结构以及这三种结构的组合。
所述同轴管部件3包括连接管31、第二接头32、外套螺母33、导管34；外套螺母33套装在第二接头32上并能转动，第二接头32与连接管31固定连接，连接管31内设有两条独立流道；
导管34与第二接头32同轴并与连接管31的一条独立流道连通，形成中心流道；
导管34、第二接头32及连接管31之间形成的环形间隙与连接管31的另一条独立流道连通，形成外环流道；
连接同轴管部件3的两处第二接头32分别与壳体部件1的第一接头18和盖板部件2的第一接头24配合，并通过外套螺母33进行连接；两处导管34分别插入壳体部件1的汇流块17和盖板部件2的分流块23，使汇流块17和分流块23各自内部的两条独立流道分别与，同轴管部件3的中心流道和外环流道连通。
所述壳体部件1包括壳体11，前密封板12、右密封板13、左密封板14、后密封板15、下密封板16、汇流块17、接头一18；壳体11上设有肋板111、支柱112、第一通液孔113、第二通液孔114、第三通液孔115；壳体11和壳体部件1的流道通过密封板密封，密封板与基体之间进行固定连接。
所述盖板部件2包括盖板21、盖板密封板22、分流块23、第一接头24；盖板21内设有肋板，盖板21和盖板部件2的流道通过密封板密封，密封板与基体之间进行固定连接。
所述壳体部件1、盖板部件2的成型方式为切削加工成型并焊接密封板密封流道，或增材制造成型。
所述壳体部件1的汇流块17、第一接头18可以用堵头封堵将汇流块17内的两个独立流道密封，仅对壳体部件1进行通液，无需使用同轴管部件3；盖板部件2将分流块23、第一接头24可以用堵头封堵，成为空腔隔热板或将其抽真空形成真空隔热板；此时该热防护机箱的配置为五面通液的壳体部件1结合盖板部件2。
所述壳体部件1、盖板部件2的侧壁结构可以是双层结构，外层为真空层。
本发明带来的有益效果是：
1)该高温热防护机箱包括壳体，盖板，同轴连接管路部件。壳体和盖板内设有内流道，同轴管路部件设有中心流道和外环流道。形成六面通液的液冷热防护结构。壳体与盖板为并联结构。
2)机箱为6面通液能够对机箱内部的器件进行完全防护，没有热短路的面。热防护效果为外部500℃，内部为150℃。适用于-60℃～500℃，可用于高温区域机载设备的热防护。使机载电子设备能够适应高的环境温度和气动加热效应。
3)其流道为串并混合结构，壳体与盖板为并联结构，流体能快速对壳体和盖板降温，同时并联结构具有较小的流阻。通过壳体、盖板各面肋板的不同排布方式，以及同轴管直径的调节，实现壳体、盖板的流阻调节，使得并联的壳体和盖板进行流量匹配，从而使冷却介质能够合理分配至壳体和盖板。从而均衡、充分地对机箱进行冷却，形成更好的热防护效果，并具有较小流阻。
4)机箱与液冷源连接的液冷接头均设置在壳体上，该机箱为6面通液但机箱与冷源只有两个接头，与冷源耦合度较低。壳体和盖板之间是机箱自身循环的连通管路连接，且为并联结构。因此，该机箱可以根据使用温度进行配置。如在环境温度较低的区域，可以使用壳体搭配常规盖板、空心盖板、真空盖板等。不使用液冷盖板，降低系统复杂度。
5)壳体和盖板之间连接管路为同轴管，中心管路为温度较低的进液管路，外环流道为壳体内循环后的高温回液流道，两个流道集成为一个管路减少了接头设置，降低重量。同时，同轴管路使得回流的外环流体能够对对管路进行降温，对进液形成热防护，降低入口温度，提高机箱的热防护效果。
6)同轴管路为单摇臂结构，与盖板的耦合度低，接头的配合面具有圆弧面，且摇臂结构可以通过摆动来补偿加工、装配的误差，以及服役过程中的热变形。一种典型的接头为24°接头，其锥顶角较小能够在相同外形尺寸下提供更大的通径，有利于减小流阻，且24°液冷接头能够适应一定的摆动，能够适应机箱的公差和变形。
7)壳体，盖板流道内设有扰流柱，能够对流体进行扰流进一步提高换热效率。
8)壳体、盖板在密封盖板内表面上设有沸腾核结构，具体是以下撒种结构及其组合，如微孔、微凸起、微槽结构。能够激发核沸腾提升热换效率。通常液冷介质为燃油，燃油在机箱流道内局部沸腾对燃油进行裂解和预热，充分利用其相变和化学热沉进行热防护，同时裂解的小分子更利于发动机燃烧释放能量，提升热效率。
9)机箱壳体为整体成型，无多余连接结构，机箱各处壁厚均匀，且盖板与壳体形成重叠遮蔽，避免热短路。
附图说明
图1为本实施例机箱示意图；
图2为本实施例机箱拆除同轴管部件示意图；
图3为本实施例机箱剖开示意图；
图4为本实施例同轴管部件剖开示意图；
图5为本实施例同轴管部件端部示意图；
图6为本实施例同轴管部件剖开示意图；
图7为本实施例同轴管部件剖开放大示意图；
图8为本实施例密封板示意图；
图9为本实施例壳体示意图；
图10为本实施例壳体底面放大示意图；
图11为本实施例壳体示意图；
图12为本实施例汇流块示意图；
图13为本实施例流场示意图；
图14为本实施例壳体部件1和盖板部件2增材成型示意图；
附图标记：
1-壳体部件、11-壳体、111-肋板、112-支柱、113-第一通液孔、114-第二通液孔、115-第三通液孔、116-第四通液孔、117-第五通液孔、12-前密封板、13-右密封板、131-支柱、14-左密封板、15-后密封板、16-下密封板、17-汇流块、18-第一接头、2-盖板部件
、21-盖板、22-盖板密封板、23-分流块、24-第一接头、3-同轴管部件、31-连接管、311-限位块、32-第二接头、321-限位槽、33-外套螺母、34-导管、4-第一流体接头、5-第一连接器、6-第二流体接头、7-第二连接器、8-电路板、9-光电管。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明进行详细阐述。
如图1-3所示，一种再生冷却热防护机箱，包括：壳体部件1，盖板部件2，同轴管部件3，第一流体接头4，第二流体接头6，壳体部件1，所述壳体部件1上设有用于流体流出、流入机箱的第一流体接头4和第二流体接头6；壳体部件1具有至少一个开放面，各侧壁为中空结构或设有流体流道结构；壳体部件1侧壁上还设有汇流块17和第一接头18，汇流块17内设有2条流体通路，这两条通路相互独立，一条与第二流体接头6连通，另一条与第一流体接头4连通；
盖板部件2，所述盖板部件2与壳体部件1配合，对机箱开放面封闭，盖板部件2为中空结构或设有流体流道结构；壳体部件1设置汇流块17的同一侧，在盖板部件2侧壁上设有分流块23和第一接头24，分流块23内设有2条流体通路，分别对应盖板部件2内的流入和流出的流道；
壳体部件1和盖板部件2为并联关系；
如图4-7所示，同轴管部件3，所述同轴管部件3具有中心流道和外环流道，同轴管部件3两端头分别与壳体部件1的第一接头18和盖板部件2的第一接头24连接，使得同轴管部件3的中心流道和外环流道在一端分别与壳体部件1上汇流块17的两条流道连通，在另一端分别与盖板部件2上分流块23的两条流道连通；
流体从第二流体接头6进入壳体部件1，在壳体部件1内分成两路，一路在壳体部件1内流动，流经各面后从第一流体接头4流出；另一路从汇流块17的一条流道进入同轴管部件3的中心流道，并通过分流块23的一条流道进入盖板部件2在内部流动，然后从分流块23的另一条流道进入同轴管部件3的外环流道，经外环流道进入汇流块17的另一条流道，并与壳体内所述流经各面后从第一流体接头4流出的流体汇流，从第一流体接头4流出。第一流体接头4，第二流体接头6，用于连接液冷冷源。
所述壳体部件1各面为中空结构或设有流体流道结构；
各面为中空结构时，在设有第一流体接头4和第二流体接头6的面上，设有肋板将两个接头相互分隔，其余各面为空腔结构面内无肋板分隔流道；
各面设有流体流道时，每个面内均设有多个肋板，在各个面内肋板分隔使该面内的流道成并联或串联；
所述壳体部件1各面之间为串联结构或并联结构；各面成串联结构时，各面之间按一定顺序连通，相连通的两个面在两面相接的部位设有连通孔，流体从第二流体接头6进入壳体部件1后，按各面连通的顺序流经各面，并从第一流体接头4流出壳体部件1；
各面成并联结构时，壳体部件1的各面在两面相接处通过至少1个连通孔相连；第二流体接头6与第一流体接头4所在面内在两接头之间设有肋板，将两个接头分隔，相应在底面内设有肋板，使这四个面分别属于两个独立流道，而在接头面的向对面内两个独立流道相连通。
壳体部件1、盖板部件2的流道壁面内设有多个凸起或凹陷的沸腾核微结构，单个微结构的尺寸为0.1mm-1.5mm之间，其形状为圆形、矩形或点阵结构以及这三种结构的组合。
所述同轴管部件3包括连接管31、第二接头32、外套螺母33、导管34；外套螺母33套装在第二接头32上并能转动，第二接头32与连接管31固定连接，连接管31内设有两条独立流道；
导管34与第二接头32同轴并与连接管31的一条独立流道连通，形成中心流道；
导管34、第二接头32及连接管31之间形成的环形间隙与连接管31的另一条独立流道连通，形成外环流道；
连接同轴管部件3的两处第二接头32分别与壳体部件1的第一接头18和盖板部件2的第一接头24配合，并通过外套螺母33进行连接；两处导管34分别插入壳体部件1的汇流块17和盖板部件2的分流块23，使汇流块17和分流块23各自内部的两条独立流道分别与，同轴管部件3的中心流道和外环流道连通。
如图8-图11所示，所述壳体部件1包括壳体11，前密封板12、右密封板13、左密封板14、后密封板15、下密封板16、汇流块17、接头一18；壳体11上设有肋板111、支柱112、第一通液孔113、第二通液孔114、第三通液孔115；壳体11和壳体部件1的流道通过密封板密封，密封板与基体之间进行固定连接。
所述盖板部件2包括盖板21、盖板密封板22、分流块23、第一接头24；盖板21内设有肋板，盖板21和盖板部件2的流道通过密封板密封，密封板与基体之间进行固定连接。
所述壳体部件1、盖板部件2的成型方式为切削加工成型并焊接密封板密封流道，或增材制造成型；
切削加工成型并焊接密封板密封流道的成型方式时，壳体11、盖板21切削加工，流道截面为矩形，密封板通过焊接进行流道密封；沸腾核微结构通过铣削、激光蚀刻、粉末在流道表面烧结等方式成型；
采用增材制造工艺成型时，壳体部件1、盖板部件2集成为单个的零件进行整体打印成型，流道截面为矩形、圆形或三角形；沸腾核微结构可以是凸台、凹陷，或者是点阵结构。
壳体部件1的汇流块17、第一接头18可以用堵头封堵将汇流块17内的两个独立流道密封，仅对壳体部件1进行通液，无需使用同轴管部件3；盖板部件2将分流块23、第一接头24可以用堵头封堵，成为空腔隔热板或将其抽真空形成真空隔热板；此时该热防护机箱的配置为五面通液的壳体部件1结合盖板部件2；
壳体部件1、盖板部件2的侧壁结构可以是双层结构，外层为真空层。

Claims (10)

1.一种再生冷却热防护机箱，其特征在于，包括：壳体部件(1)，盖板部件(2)，同轴管部件(3)，第一流体接头(4)，第二流体接头(6)；所述壳体部件(1)上设有用于流体流出、流入机箱的第一流体接头(4)和第二流体接头(6)；壳体部件(1)具有至少一个开放面，各侧壁为中空结构或设有流体流道结构；壳体部件(1)侧壁上还设有汇流块(17)和第一接头(18)，汇流块(17)内设有两条流体通路，这两条通路相互独立，一条与第二流体接头(6)连通，另一条与第一流体接头(4)连通；所述盖板部件(2)与壳体部件(1)配合，对机箱开放面封闭，盖板部件(2)为中空结构或设有流体流道结构；在壳体部件(1)设置汇流块(17)的同一侧，在盖板部件(2)侧壁上设有分流块(23)和第一接头(24)，分流块(23)内设有两条流体通路，分别对应盖板部件(2)内的流入和流出的流道；壳体部件(1)和盖板部件(2)为并联关系；所述同轴管部件(3)具有中心流道和外环流道，同轴管部件(3)两端头分别与壳体部件(1)的第一接头(18)和盖板部件(2)的第一接头(24)连接，使得同轴管部件(3)的中心流道和外环流道在一端分别与壳体部件(1)上汇流块(17)的两条流道连通，在另一端分别与盖板部件(2)上分流块(23)的两条流道连通。
2.如权利要求1所述的再生冷却热防护机箱，其特征在于，所述壳体部件(1)各面为中空结构或设有流体流道结构；各面为中空结构时，在设有第一流体接头(4)和第二流体接头(6)的面上，设有肋板将两个接头相互分隔，其余各面为空腔结构面内无肋板分隔流道；各面设有流体流道时，每个面内均设有多个肋板，在各个面内肋板分隔使该面内的流道成并联或串联。
3.如权利要求1所述的再生冷却热防护机箱，其特征在于，所述壳体部件(1)各面之间为串联结构或并联结构；各面成串联结构时，各面之间按一定顺序连通，相连通的两个面在两面相接的部位设有连通孔，流体从第二流体接头(6)进入壳体部件(1)后，按各面连通的顺序流经各面，并从第一流体接头(4)流出壳体部件(1)；各面成并联结构时，壳体部件(1)的各面在两面相接处通过至少(1)个连通孔相连；第二流体接头(6)与第一流体接头(4)所在面内在两接头之间设有肋板，将两个接头分隔，相应在底面内设有肋板，使这四个面分别属于两个独立流道，而在接头面的向对面内两个独立流道相连通。
4.如权利要求1所述的再生冷却热防护机箱，其特征在于，壳体部件(1)、盖板部件(2)的流道壁面内设有多个凸起或凹陷的沸腾核微结构，单个微结构的尺寸为0.1mm-1.5mm之间，其形状为圆形、矩形或点阵结构以及这三种结构的组合。
5.如权利要求1所述的再生冷却热防护机箱，其特征在于，所述同轴管部件(3)包括连接管(31)、第二接头(32)、外套螺母(33)、导管(34)；外套螺母(33)套装在第二接头(32)上并能转动，第二接头(32)与连接管(31)固定连接，连接管(31)内设有两条独立流道；
导管(34)与第二接头(32)同轴并与连接管(31)的一条独立流道连通，形成中心流道；
导管(34)、第二接头(32)及连接管(31)之间形成的环形间隙与连接管(31)的另一条独立流道连通，形成外环流道；
连接同轴管部件(3)的两处第二接头(32)分别与壳体部件(1)的第一接头(18)和盖板部件(2)的第一接头(24)配合，并通过外套螺母(33)进行连接；两处导管(34)分别插入壳体部件(1)的汇流块(17)和盖板部件(2)的分流块(23)，使汇流块(17)和分流块(23)各自内部的两条独立流道分别与，同轴管部件(3)的中心流道和外环流道连通。
6.如权利要求1所述的再生冷却热防护机箱，其特征在于，所述壳体部件(1)包括壳体(11)，前密封板(12)、右密封板(13)、左密封板(14)、后密封板(15)、下密封板(16)、汇流块(17)、接头一(18)；壳体(11)上设有肋板(111)、支柱(112)、第一通液孔(113)、第二通液孔(114)、第三通液孔(115)；壳体(11)和壳体部件(1)的流道通过密封板密封，密封板与基体之间进行固定连接。
7.如权利要求1所述的再生冷却热防护机箱，其特征在于，所述盖板部件(2)包括盖板(21)、盖板密封板(22)、分流块(23)、第一接头(24)；盖板(21)内设有肋板，盖板(21)和盖板部件(2)的流道通过密封板密封，密封板与基体之间进行固定连接。
8.如权利要求1所述的再生冷却热防护机箱，其特征在于，所述壳体部件(1)、盖板部件(2)的成型方式为切削加工成型并焊接密封板密封流道，或增材制造成型。
9.如权利要求1所述的再生冷却热防护机箱，其特征在于，所述壳体部件(1)的汇流块(17)、第一接头(18)可以用堵头封堵将汇流块(17)内的两个独立流道密封，仅对壳体部件(1)进行通液，无需使用同轴管部件(3)；盖板部件(2)将分流块(23)、第一接头(24)可以用堵头封堵，成为空腔隔热板或将其抽真空形成真空隔热板；此时该热防护机箱的配置为五面通液的壳体部件(1)结合盖板部件(2)。
10.如权利要求1所述的再生冷却热防护机箱，其特征在于，所述壳体部件(1)、盖板部件(2)的侧壁结构可以是双层结构，外层为真空层。
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