CN114144032B - 一种vpx插箱、插箱组及其散热方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种VPX插箱、插箱组及其散热方法，插箱包括插箱外壳、背板、风扇，插箱外壳内设置插板区和导风区，背板竖直安装于插板区，且将插板区分隔为前插板区和后插板区，前插板区空间大于后插板区空间，插板区底部设置进风口，导风区一端设置出风口，出风口靠近后插板区，后插板区上方设置覆盖整个后插板区顶部的通风网板，通风网板设置通风孔。插箱组包括至少两个插箱，进风口与另一个插箱的盖板相互接触叠放。该插箱结构简单；通过不同开孔率的通风网板，对不同风道进行流量分配，实现高效节能散热；利用导风板把导风区分割成前后2个锲形腔，节省了空间，并避免多层插箱的热量叠加影响；进风区设置主动分流片，增强散热效果。

Description

一种VPX插箱、插箱组及其散热方法

技术领域

本发明涉及雷达机械设备，尤其是一种VPX插箱、插箱组及其散热方法。

背景技术

电子技术尤其是芯片技术的迅猛发展，集成电路的性能越来越高，集成度越来越高，由此带来的热耗不断增大，电子元器件的散热问题显得越来越重要。电子散热技术需要保证电子产品的电子元器件工作在允许温度范围内，从而保证电子产品工作的可靠性。

散热手段一般有自然散热、强迫风冷和液冷。其中，强迫风冷是通过风扇驱动空气流经发热器件，从而将器件热量带出设备，强迫风冷多用于发热量大、环境温度严酷的场合。

为了恶劣环境下具有更高的可靠性，军工及雷达领域后端电子设备机箱多采用VITA提出的VPX总线标准。在机械结构上，插箱的VPX总线背板把插箱分为前后两个部分，前面部分插160mm深度的前插板，后面部分插80mm深度的后接口板。因此整个插箱的散热通道分为前后两个部分。而一般前插板是发热量较大的计算刀片、交换刀片或频综刀片、频率源刀片，后插板是发热量较小的接口板，因此前后散热通道所需求的散热能力是不同的。

在使用强迫风冷时，一般情况下，风速或风量越大，散热效果越好，但风扇驱动空气流动需要克服电子产品的系统阻力，系统阻力也随着风量或风速的增大而增大，因此，针对遵循VPX总线标准的插箱，需要合理地为前后两个散热通道分配风量和风速。

现有的插箱结构架构之一是把风扇水平布置在插箱的上部(抽风)或下部(鼓风)，如图1所示，在现有的一种插箱10中，电子设备前插板11、后插板12竖插安装在插箱10的背板17两侧，插箱10中设置有风扇15，用于驱动气流流动，从而给前插板11、后插板12散热。插箱10具有进风口13和出风口14，风扇15驱动温度相对较低的冷空气从插箱10的进风口13进入，然后经过前插板11、后插板12，前插板11、后插板12上的电子元器件产生的热量被相对较低的冷空气冷却，然后前插板11、后插板12上的电子元器件的热量被散发到空气中，被加热的空气最终从插箱10的出风口14排出。

图1所示现有技术，为了使电子设备达到散热要求，必须保证一定的进风口高度和出风口高度，从而控制插箱10的气流阻力，使得足够的风量能通过插箱10。同时保证插箱10的出风口14出来的热风不影响到所述插箱的上方的设备，需要预留空间把出风口14出来的热风导到机柜后方直至排出机柜，这就导致了现有技术的插箱10的在安装到机柜上时，需在插箱下方和上方都预留出足够的空间，导致插箱10在机柜中可配置的数量减少，集成度不高，降低了产品的竞争力。

另外，如图2所示，现有技术中专利申请号为CN200910004893.6的“插箱以及插箱的散热方法”公开了另一种插箱结构架构，摒弃了从插箱正下方进风、插箱正上方出风的风道形式，而采用从插箱前下方的进风口22进风，从插箱的后上方的出风口25出风。这种插箱结构架构的有益之处在于插箱本身自成完整的通风散热通道，且与机柜的从前门进风、从后门或机柜顶部出风的风道形式是一致的，因此插箱不会影响上下层的设备，而且不需要在其上下方再预留空间，使机柜内布局充分，集成度提高。但该方案的不利之处在于：1)插箱的进风口和出风口分别要占用高度空间，尤其是为保证冷却所需的风量，出风口立式安装的风扇需要选择比较大的尺寸，例如选用120mm尺寸的风扇，则需占用3U的高度空间；2)在插箱内部电子设备具有不同的热耗，对于VPX插箱前插板21的热耗要远大于后插板24的热耗。但是后插板24却比前插板21更靠近风扇，因此具有更大的压差，使得流经后插板24的风速和空气流量密度反而要大于前插板11，这是与设计要求不符的，不利于插箱的散热。

图2所示插箱结构架构，虽然可以调节前插板和后插板的高度来使风道布局更为合理，但是具有以下不利影响：1)这种背板两侧的电子设备在高度方向上错开布局的方式，需要牺牲更多的插箱高度空间；2)对于VPX标准的插箱而言，是要求背板的前插和后插连接器插针重合的，因此前后插板在高度方向是齐平的，该现有技术无法应用于VPX标准的插箱。

另外，如图3所示，现有技术中专利公开号为CN101600315A的“插箱和多框插箱组”公开了另一种插箱结构架构30a，在插箱的下进风口34a和上出风口35a，尽可能多地设置了通风孔，以增加进风口面积和出风口面积，但根据风扇的工作原理可知，流经插板的风量和风速并不决定于进风口面积和出风口面积，而取决于整个风道的阻力和风扇所能提供的风压。图3所示的插箱实施例，存在以下不足：1)风扇水平布置，为减小风阻并使流经各插板的风量均匀，风扇与插板在高度上需要拉开一定的高度空间，这就使得插箱需要更高的高度；2)虽然出风口可以设置在柱体的多个方向，但出风会不可避免地影响机柜上的上层设备；3)只有前插插板，对于军工雷达领域，需满足VPX标准，插箱有前后插板，并且前后插板有不同的散热需求，该插箱不适用于军工雷达领域。

发明内容

发明目的：针对以上缺点，本发明提供一种集成度高、结构紧凑、节省高度空间的VPX插箱。本发明还提供一种插箱组及其散热方法。

技术方案：为解决上述问题，本发明采用一种VPX插箱，包括插箱外壳、背板、风扇，所述插箱外壳内设置用于安装电子设备的插板区和位于插板区上端的导风区，所述背板竖直安装于插板区，且背板将插板区分隔为前插板区和后插板区，所述前插板区空间大于后插板区空间，插板区底部设置进风口，所述导风区一端设置出风口，风扇设置于出风口，所述出风口靠近后插板区，所述后插板区上方设置覆盖整个后插板区顶部的通风网板，通风网板设置通风孔，通风网板用于限制后插板区向上的气流流量。

进一步的，所述导风区顶部设置盖板，导风区靠近前插板区的一端设置前部通风板，所述盖板和前部通风板设置通风孔。

进一步的，所述导风区设置有导风板，导风板所在平面与插板区顶面成锐角，且导风板一端固定设置于导风区和前插板区的交界处，另一端固定设置于风扇顶部。

进一步的，所述前插板区设置业务板，所述后插板区设置接口板。

本发明还采用一种插箱组，包括至少两个VPX插箱，每个所述VPX插箱包括插箱外壳、背板、风扇，所述插箱外壳内设置用于安装电子设备的插板区和位于插板区上端的导风区，所述背板竖直安装于插板区，且背板将插板区分隔为前插板区和后插板区，所述前插板区空间大于后插板区空间，插板区底部设置进风口，所述导风区一端设置出风口，风扇设置于出风口，所述出风口靠近后插板区，所述导风区设置有导风板，导风板所在平面与插板区顶面成锐角，且导风板一端固定设置于导风区和前插板区的交界处，另一端固定设置于风扇顶部；所述导风区顶部设置盖板，导风区靠近前插板区的一端设置前部通风板，所述盖板和前部通风板设置通风孔；所述进风口与另一个VPX插箱的盖板相互接触叠放。

进一步的，所述后插板区上方设置覆盖整个后插板区顶部的通风网板，通风网板设置通风孔，通风网板用于限制后插板区向上的气流流量。

进一步的，所述导风区内设置分流板，分流板与盖板固定连接，且连接处与背板位于同一竖直平面，所述分流板平行于导风板。

进一步的，所述风扇竖直安装在导风区后端。

进一步的，所述导风板为弧形斜板。

本发明还采用一种插箱组的散热方法，一个VPX插箱前部通风板的通风孔作为进风口，一个VPX插箱的导风区与另一个VPX插箱的前插板区和导风区形成第一风道，一个VPX插箱的导风区与另一个VPX插箱的后插板区和导风区形成第二风道；

第一风道的散热过程为：在风扇作用下，VPX插箱外的气流经过前部通风板的通风孔，进入导风区，再经过盖板进入下一个VPX插箱的前插板区进行热量交换，然后进入导风区，再由出风口出去；

第二风道的散热过程为：在风扇作用下，VPX插箱外的气流经过前部通风板的通风孔，进入导风区，再经过盖板进入下一个VPX插箱的后插板区进行热量交换，然后进入导风区，再由出风口出去。

有益效果：本发明相对于现有技术，其显著优点是该插箱结构简单，采用通用工艺制作，成本具有竞争力；通过设置通风网板限制后插板区向上的气流流量，使后插板区流量减少，从而增加前插板区气流流量，有利于安装元器件发热量更大的前插板区的散热，对前插板区和后插板区散热要求不同的风道，进行气流流量分配，实现高效散热；利用斜置导风板把导风区分割成前后2个锲形腔，分别作为上层插箱的前置风道和下层插箱的后置风道，节省了空间，提高了机柜内设备的集成度，并避免机柜内多层插箱安装时的沿气流方向上的热量叠加影响。而且插箱组的进出风口布局与机柜冷端和热端一致，既提升了整个机柜的散热效率，又不影响相邻的电子设备的散热。

附图说明

图1是现有技术中上下进出风口设计的插箱及其散热通道的示意图；

图2是现有技术插板错位设计的插箱及其散热通道的示意图；

图3是现有技术增加通风孔的一种插箱和多框插箱组；

图4是本发明中插箱及其散热通道的示意图；

图5是本发明中导风板采用弧形斜板的示意图；

图6是本发明中插箱组及其散热通道的示意图；

图7是本发明中插箱组设置增流板风道流场分布图。

具体实施方式

实施例1

如图4所示，本实施例中一种VPX插箱，该VPX插箱30包括插箱外壳31、导风组件32、风扇33、前插板34、后插板35、背板36、进风底板37、出风口38。插箱外壳内分为上下两个区域，其中上层区域为导风区，下层区域为安装各种电子器件、电子设备的插板区。背板36竖直安装于插板区，将插板区分隔为前后两个区域，分别为前插板区和后插板区，前插板区设置前插板34，前插板34连接在背板36的前侧，后插板区设置后插板35，后插板35连接在背板36的另一侧，前插板34为发热量较大的计算刀片、交换刀片或频综刀片、频率源刀片等，后插板35为发热量较小的接口板。

导风组件32包括前部通风板321、盖板322、导风板323、出风口38，前部通风板321布置有紧密排列的密孔，并可以根据整个插箱的散热需求调整开孔率；盖板322布置有紧密排列的密孔，并可以根据整个插箱的散热需求调整开孔率；导风板323由前至后斜向布置，导风板323所在平面与插板区顶面成锐角，且导风板323一端固定设置于导风区和前插板区的交界处，另一端固定设置于风扇33顶部，导风板323将导风区分隔为两个独立的空间，分别为进风区325和出风去326。风扇33竖直固定安装与出风口，风扇前方的锲形空腔即为风扇的混风区，不用如水平布置的风扇那样需要与插板间预留高度空间，以使流经各插板的气流均匀，风扇布置在插箱后端，热空气直接水平方向排出到机柜的后部，风阻小，而且不影响布置在插箱上方的电子设备；风扇自身工作产生的热量不带入插箱风道之中，更有利于插箱散热。

背板36、插箱外壳31的前面板311、进风底板37的前侧部分371、插箱外壳31的左右侧板一起形成前插板区内部的风道340；背板36、插箱框架31的后面板312、进风底板37的后侧部分372、插箱框架31的左右侧板一起形成后插板区内部的风道350。风扇33设置在靠近出风口38，用于驱动气流流动。

在进行散热时，风扇33启动，驱动从进风底板37进入插箱内部的空气气流，分别经过风道340和风道350，同时分别带走前插板34和后插板35上电子设备工作时产生的热量。在本实施例中，背板36一侧的前插板34与背板36另一侧的后插板35沿背板36的高度方向(即流经前插板34、后插板35的气流方向)相对设置的，两者处于同一高度位置上。气流经过内部风道340和350后，在导风板323的导向作用下，在风扇33的驱使下，更容易流向出风口38，因此导风板323的设置更利于控制插箱内电子设备产生热量的散热方向。

在后插板35上方设置通风网板313，通风网板313覆盖整个后插板区的顶部，通过调节通风网板313的开孔位置以及开孔率，可以分配插箱30的内部前侧风道340和后侧风道350的风量或风量对比，因而可以适应前插板34和后插板35的电子元器件不同发热量的散热需求，将更多的气流分配到发热更严重的前插板区，增加前插板区的散热效果。由于插箱需要从底板37进风，因此插箱下部要预留进风空间；为了不至于插箱下层的设备散发出来的热量进入到插箱30的进风口37，需在插箱30的下方设置进风插箱。如图5所示，在本实施例中，还可以采用弧形斜板作为导风板，从流体力学分析看，对插箱的散热会有一定的改善效果。

实施例2

如图6所示，本实施例中一种插箱组，包括至少两个上述实施例中的VPX插箱，VPX插箱结构与实施例1中的结构相同，在此不再赘述，在本实施例中，以2台VPX插箱为例说明，如图4，2台VPX插箱安装在机柜上，分别为上层插箱41和下层插箱42。上层插箱41的进风底板37与下层插箱42的盖板322相互接触叠放，上层插箱41和下层插箱42之间除了必要的插拔间隙外，不再有其他间隙。

在插箱组进行散热时，以上层插箱41为例，对于上层插箱41而言，下层插箱42的前部通风板321为上层插箱41的进风口422，冷风在下层插箱42的导风板323的引流作用下，穿过下层插箱41的盖板322进入上层插箱41的进风底板37；上层插箱41的前面板311、背板36、进风底板37的前侧部分371、外壳的左右侧板一起形成前插板区内部的散热风道410。上层插箱41的后面板312、背板36、进风底板37的后侧部分372、外壳的左右侧板一起形成后插板区内部的散热风道420。冷风在上层插箱41的风扇43的抽力作用下，经过散热风道410和散热风道420，再经过上层插箱41导风板413的导流作用，从上层插箱41的出风口48进入周围环境中，从而完成上层插箱内部电子设备的散热。

在下层插箱42的导风板423的导流作用下，上层插箱41从机柜前端的冷通道进风，进风气流温度较低，前插板34和后插板35上的电子元件工作产生的热量传递给流经的气流，实现插箱的散热。插箱散热后的热气流从插箱的出风口48向后排出，进入到机柜后端的热区，进入机柜的回风通道，不会影响插箱41上方的设备，有效提升了整个机柜内部的散热性能。

多台插箱在机柜上堆叠布置时，下层插箱的导风组件，既是下层插箱(自身)的出风口，又是上层插箱的进风口，因此，节约了机柜的布局高度空间，使得机柜内相同高度可以布置下更多的设备，提升了机柜布局的集成度。在本实施例中，设插板均为6U高度，对于单个插箱，占用机柜高度为12U；对于2个插箱形成的插箱组，占用机柜高度为21U；如图1所示现有技术单个插箱占用机柜高度为13U，两个插箱叠加时，占用机柜高度26U；如图2所示现有技术单个插箱占用机柜高度为12U，两个插箱叠加时，占用机柜高度24U；如图3所示现有技术单个插箱占用机柜高度为12U，两个插箱叠加时，占用机柜高度24U，本实施例中的插箱均小于现有技术的插箱所占用的机柜安装高度空间。

在本实施例中，如图5所示，还可以采用弧形斜板作为导风板，从流体力学分析看，对插箱的散热会有一定的改善效果。

如图7所示，本实施例在上层插箱41的进风通道内(也即下层插箱42的导风区)设置分流板501，分流板501与下层插箱42的盖板322固定连接，且连接处与背板36位于同一竖直平面，分流板所在平面平行于导风板，分流板另一侧与下层插箱42的前面板311有一定距离，在气流进入前插板和后插板之前，分流板主动对气流进行分配，能减少气流的压力损失，因而能一定程度上改善散热通道内的气流流场。

Claims (4)

1.一种插箱组，包括至少两个VPX插箱，每个所述VPX插箱包括插箱外壳（31）、背板（36）、风扇（33），其特征在于，所述插箱外壳内设置用于安装电子设备的插板区和位于插板区上端的导风区，所述背板（36）竖直安装于插板区，且背板（36）将插板区分隔为前插板区和后插板区，所述前插板区空间大于后插板区空间，插板区底部设置进风口，所述导风区一端设置出风口，风扇（33）设置于出风口，所述出风口靠近后插板区，所述后插板区上方设置覆盖整个后插板区顶部的通风网板（313），通风网板（313）设置通风孔，通过调节通风网板（313）上通风孔的开孔位置及开孔率，分配前插板区和后插板区的的风量或风量比；所述导风区设置有导风板（323），导风板（323）所在平面与插板区顶面成锐角，且导风板（323）一端固定设置于导风区和前插板区的交界处，另一端固定设置于风扇（33）顶部；

所述导风区顶部设置盖板（322），导风区靠近前插板区的一端设置前部通风板（321），所述盖板（322）和前部通风板（321）设置通风孔；

所述进风口与另一个VPX插箱的盖板（322）相互接触叠放；下层插箱的前部通风板为上层插箱（41）的进风口；

所述导风区内设置分流板，分流板与盖板（322）固定连接，且连接处与背板（36）位于同一竖直平面，所述分流板平行于导风板；

所述前插板区设置发热量大的业务板，所述后插板区设置发热量小的接口板。

2.根据权利要求1所述的插箱组，其特征在于，所述风扇竖直安装在导风区后端。

3.根据权利要求1所述的插箱组，其特征在于，所述导风板（323）为弧形斜板。

4.一种如权利要求1~3任意一项所述的插箱组的散热方法，其特征在于，一个VPX插箱前部通风板（321）的通风孔作为进风口，一个VPX插箱的导风区与另一个VPX插箱的前插板区和导风区形成第一风道，一个VPX插箱的导风区与另一个VPX插箱的后插板区和导风区形成第二风道；

第一风道的散热过程为：在风扇作用下，VPX插箱外的气流经过前部通风板（321）的通风孔，进入导风区，再经过盖板（322）进入下一个VPX插箱的前插板区进行热量交换，然后进入导风区，再由出风口出去；

第二风道的散热过程为：在风扇作用下，VPX插箱外的气流经过前部通风板（321）的通风孔，进入导风区，再经过盖板（322）进入下一个VPX插箱的后插板区进行热量交换，然后进入导风区，再由出风口出去。

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