CN114190050A - 多层风冷模块化机架 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的一种多层风冷模块化机架，空间利用率高，能自行解决热耗。本发明通过下述技术方案实现：风机组线阵排列在楔形隔风板上，形成连通楔形空间风道隔框的楔形风机架件，楔形风机架件将风机组悬空固定在底层空间的上方，楔形风道区域也装配有风机；楔形风机架件利用楔形空间风道隔框，将楔形风道区域沿前后对角分割为上下两部分楔形风道，前窄后宽的上层楔形区域与机架后部的风机连通形成静压空间，与上层LRM模块联通形成出风流道，前宽后窄的下层区域作为下层模块的进风区域；楔形风道区域的风机组从顶部进风，抽风气流依次穿过上端两层LRM模块外表面之间的间隙，从楔形风机架件的上层楔形区域将LRM模块工作产生的热量带走。

Description

多层风冷模块化机架
技术领域
本发明属于电子设备结构设计领域。涉及一种紧凑式多层通风冷却模块化机架的结构设计方法，尤其适用于空间体积受限，布局紧凑的大型多层风冷机架设计。
背景技术
风冷模块机架是以模块化技术为基础，以空气为冷(热)介质，作为冷(热)源兼用型的一体化设备。模块化结构的设计，通常以标准的模块单元进行生产。针对场可更换模块(Line Replaceable Module,LRM)结构存在的模块温度过高的问题，大规模的模块化机架通常由机架主体和数量众多的电子模块组成，往往伴随大量的发热和局部高热流密度，简单的自然散热方式不能满足其冷却需求。当缺乏外部冷却资源的情况下，机架就需要采用自带风机的设计，形成散热风道，通过强迫对流实现机架内外的换热功能。要实现系统综合化设计，一般采用自顶向下的设计方法，确定系统的功能配置，建立系统的体系架构，进行系统的电子模块划分。电子设备的种类越来越多，大小也有所不同。电子设备的尺寸大小影响了机箱机架的尺寸，成本、重量、体积和功率等方面的限制，制约了电子设备模块在平台上的数量和部署。随着电子设备的功能集成度提高，其热流密度日渐提升，散热和抗振成为设计中的难点，由电子模块综合化带来的是电子设备热流密度的大幅提升，需要自带风机解决散热，散热已经成为电子设备进一步综合化的难题之一。设备冷却已经成为电子模块综合化必然要解决的问题。在电子设备综合化的同时，设备工作的频率也更为复杂，糅合在一起后电磁兼容性设计更为困难。航空电子设备环境温度通常比较高，一般选择强迫通风冷却或通液冷却。通液冷却的效果总体来说优于通风冷却，但密封设计要求相对较高，同时受到环境平台的限制。在机架的空间布局设计中，风机架件内含有风机，作为寿命件，需考虑其维修性。除去风机和电子模块自身占据的体积空间外，用于散热风道的进、出风口等通风流道区域还会占据大量空间。为尽可能缩小设备体积，这些区域在满足散热需求的前提小应尽可能压缩，以实现小型化设计。由于选用的风机能提供的风压与风量限制，在一个大型多层模块化机架中需要采用多组风机进行分区域散热，而传统的设计中，进出风口采用分区隔离布置的方式，导致同一机架中存在数个相对独立的进风区和出风区，会占据较大空间，不利于机架小型化设计。因此，如何设计一种采用多组风机散热的大型模块化机架，紧凑式等特点，有非常显著的工程化需求。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术存在的不足之处，提供一种结构紧凑，空间利用率高，能自行解决热耗，并且能耐受外部恶劣环境(如盐雾、砂尘、水汽等)、严苛振动条件对电子元器件及线缆的影响，实现多层机架小型化设计以及高效维修的同时，保证电子模块承载区模块散热速度快，又尽可能降低通风流道区占据空间大的多层模块化风冷机架。
本发明的上述目的可以通过以下措施来得到：一种多层风冷模块化机架，包括：模块承载区域301、楔形风道区域302、对外接口区域303和背板连线区域304，四个功能区域构成的箱体模块化机架，其特征在于：模块承载区域301为LRM模块安装固定区域，位于机架前端，楔形风道区域302同时作为上层模块承载区域的出风口和下层模块承载区域的进风口，位于上下两层模块承载区域层中间，背板连线区域为LRM模块对插和LRM模块间电气互联的区域，位于机架后端，对外接口区域304为机架供电、信号输入输出的交联区域；箱体底层底板4通过四周减振器13支撑；风机组12线阵排列在楔形隔风板10上，形成连通楔形空间风道隔框11的楔形风机架件7，楔形风机架件7将风机组12悬空固定在底层空间的上方，楔形风道区域302的也装配有安装风机的楔形风机架件7；楔形风机架件7利用楔形空间风道隔框，将楔形风道区域302沿前后对角分割为上下两部分楔形风道，前窄后宽的上层楔形区域与机架后部的风机连通形成静压空间，与上层LRM模块联通形成出风流道，前宽后窄的下层区域作为下层模块的进风区域；楔形风道区域302的风机组从顶部进风，抽风气流依次穿过上端两层LRM模块外表面之间的间隙，最后从楔形风机架件7产生的前窄后宽的上层楔形区域将LRM模块工作产生的热量带走。底板4上端的风机组从楔形风道区域302产生的前宽后窄的下层区域进风，抽风气流依次穿过下端两层LRM模块外表面之间的间隙，最后从底部的楔形风机架件7产生的前窄后宽的上层楔形区域将LRM模块工作产生的热量带走。
本发明相比于现有技术具有如下有有益效果：
机架的空间利用率高。本发明采用块承载区域301、楔形风道区域302、对外接口区域303和背板连线区域304，四个功能区域构成的箱体模块化机架，将楔形风道区域302同时作为上层模块承载区域的出风口和下层模块承载区域的进风口，位于上下两层模块承载区域层中间，背板连线区域为LRM模块对插和LRM模块间电气互联的区域，位于机架后端，对外接口区域304为机架供电、信号输入输出的交联区域，通过紧凑式共用风道设计，减小模块化风冷机架体积。并且不会占据通风流道区域空间，使得整个机架结构紧凑，可靠性高。楔形风机架件采用独立安装的方式，其安装拆卸方便，维修性好。
本发明将风机组12线阵排列在楔形隔风板10上，形成连通楔形空间风道隔框11的楔形风机架件7，楔形风机架件7将风机组12悬空固定在底层空间的上方，楔形风道区域302的也装配有安装风机的楔形风机架件7；该楔形风机架件7利用楔形空间风道隔框，将楔形风道区域302沿前后对角分割为上下两部分楔形风道，前窄后宽的上层楔形区域与机架后部的风机连通形成静压空间，与上层LRM模块联通形成出风流道，前宽后窄的下层区域作为下层模块的进风区域；利用在多层模块化结构机架中模块两层间设计风道空间，该区域高度尺寸与风机高度尺寸相匹配，后部布置风机架件采用抽风设计，空间利用率高；上层模块出风道和风机共用同一单层空间，机架内其余各层均按该两层结构形式开展单元化设计，前低后高的楔形空间风道隔框通过下层模块进风道与另一层模块联通形成其进风通道，实现多层风冷机架的进风道、出风道、风机架件共用同一空间区域，可将原类似设计中进出风区域各自独立的空间尺寸压缩50％，并能满足通过模块各部位冷却风的等流阻需求，确保流速均匀，达到了小型化维修便捷的设计效果。
本发明通过风机抽风，利用风吹过LRM模块外表面，将模块产生的热量带走。LRM模块通过结构件对其内部结构进行相对密闭，使其内部结构独立于风道之外。同时风道区域和背板布线区域也通过结构件隔断，风道在结构上相对独立于背板及背部线缆区域。该机架通过对LRM模块和背板连线区域的相对密闭，从而提高了机架内的电子元器件及线缆对外部恶劣环境(如盐雾、砂尘、水汽等)的适应性。通过上述措施，使机架内的电子元器件及线缆在结构上相对独立于散热风道，从而降低外部恶劣环境(如盐雾、砂尘、水汽等)对电子元器件及线缆的影响。楔形风机架件安装在机架外表面，维修时一次可达。在维修时仅需拆卸楔形风机架件的安装紧固件及供电线缆紧固件即可实现整体更换，大大提高了维修效率。
本发明采用楔形风道区域302的风机组从顶部进风，抽风气流依次穿过上端两层LRM模块外表面之间的间隙，最后从楔形风机架件7产生的前窄后宽的上层楔形区域将LRM模块工作产生的热量带走。底板4上端的风机组从楔形风道区域302产生的前宽后窄的下层区域进风，抽风气流依次穿过下端两层LRM模块外表面之间的间隙，最后从底部的楔形风机架件7产生的前窄后宽的上层楔形区域将LRM模块工作产生的热量带走。通过楔形风机架件7实现多层风冷机架共用进风道和出风道，提高了散热效果。
本发明整个机架把电子元器件和线缆独立于风道之外。LRM模块通过其外部结构件对其内电气部结构进行密闭且独立于风道之外，降低外部恶劣环境对LRM模块内部结构的影响。背板连线区域位于机架后端，在前端与后端之间增加隔板进行密闭，从而与保持风道相对独立，降低外部恶劣环境对背板连线区域的影响。通过合理规划通风流道布局，提高多层风冷机架的空间利用率，实现小型化和轻量化设计有较好作用。
附图说明
图1是多层风冷模块化机架的三维构造示意图；
图2是图1背面的后视三维构造示意图；
图3是图1的气流原理示意图；
图4是图楔形空间风道隔框的三维构造示意图；
图5LRM模块构造示意图；
图中：1-顶板，2-右侧板，3-左侧板，4-底板，5-模块承载板，6-LRM模块，7-楔形风机架件，8-锁紧条，9-模块电连接器，10-楔形隔风板，11-楔形空间风道隔框，12-风机组，13-减振器，301-模块承载区域、302-楔形风道区域、303-对外接口区域、304-背板连线区域。具体实施方式
参阅图1-图4。在以下描述的优选实施例中，一种多层风冷模块化机架，包括：模块承载区域301、楔形风道区域302、对外接口区域303和背板连线区域304，四个功能区域构成的箱体模块化机架，其中：模块承载区域301为LRM模块安装固定区域，位于机架前端，楔形风道区域302同时作为上层模块承载区域的出风口和下层模块承载区域的进风口，位于上下两层模块承载区域层中间，背板连线区域为LRM模块对插和LRM模块间电气互联的区域，位于机架后端，对外接口区域304为机架供电、信号输入输出的交联区域；箱体底层底板4设有
Figure BDA0003289043760000041
形支架，围框通过四周减振器支撑，箱体底层底板4通过四周减振器13支撑；风机组12线阵排列在楔形隔风板10上，形成连通楔形空间风道隔框11的楔形风机架件7，楔形风机架件7将风机组12悬空固定在底层空间的上方，楔形风道区域302的也装配有安装风机的楔形风机架件7；该楔形风机架件7利用楔形空间风道隔框，将楔形风道区域302沿前后对角分割为上下两部分楔形风道，前窄后宽的上层楔形区域与机架后部的风机连通形成静压空间，与上层LRM模块联通形成出风流道，前宽后窄的下层区域作为下层模块的进风区域；楔形风道区域302的风机组从顶部进风，抽风气流依次穿过上端两层LRM模块外表面之间的间隙，最后从楔形风机架件7产生的前窄后宽的上层楔形区域将LRM模块工作产生的热量带走。底板4上端的风机组从楔形风道区域302产生的前宽后窄的下层区域进风，抽风气流依次穿过下端两层LRM模块外表面之间的间隙，最后从底部的楔形风机架件7产生的前窄后宽的上层楔形区域将LRM模块工作产生的热量带走。
底板4上端的风机组从楔形风道区域302产生的前宽后窄的下层区域进风，抽风气流依次穿过下端两层LRM模块外表面之间的间隙，最后从底部的楔形风机架件7产生的前窄后宽的上层楔形区域将LRM模块工作产生的热量带走。
机架主要分为顶框1、右侧板2、左侧板3和底板4，通过螺栓连接组成箱体。模块承载区域301通过模块承载板5分隔为四层，楔形风机架件7位于两层模块之间，两侧固定在左右侧板上，机架背板连线区域304对风机进行电连接；楔形隔风板10上表面固定在模块承载板5上，通过楔形结构把通风区域隔断成进风区和出风区。
LRM模块6通过其上锁紧条8插入每层之间的滑槽，形成阵列的栅格，并利用宽边方向的模块电连接器9，与机架背部区域的电连接器实现对插完成连接。固定在左侧板3和右侧板2上的LRM模块通过锁紧条固定在两个模块承载板上，LRM模块6上的电连接器与背部区域的电连接器实现对插完成连接。背板连线区通过印制板及线缆完成LRM模块间及与外部的连接。
本说明书，包括任何附加权利要求、摘要和附图中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或者具有类似目的替代特征加以替换。

Claims (7)

1.一种多层风冷模块化机架，包括：模块承载区域(301)、楔形风道区域(302)、对外接口区域(303)和背板连线区域(304)，四个功能区域构成的箱体模块化机架，其特征在于：模块承载区域(301)为LRM模块安装固定区域，位于机架前端，楔形风道区域(302)同时作为上层模块承载区域的出风口和下层模块承载区域的进风口，位于上下两层模块承载区域层中间，背板连线区域为LRM模块对插和LRM模块间电气互联的区域，位于机架后端，对外接口区域(304)为机架供电、信号输入输出的交联区域；箱体底层底板(4)通过四周减振器(13)支撑；风机组(12)线阵排列在楔形隔风板(10)上，形成连通楔形空间风道隔框(11)的楔形风机架件(7)，楔形风机架件(7)将风机组(12)悬空固定在底层空间的上方，楔形风道区域(302)的也装配有安装风机的楔形风机架件(7)；楔形风机架件(7)利用楔形空间风道隔框，将楔形风道区域(302)沿前后对角分割为上下两部分楔形风道，前窄后宽的上层楔形区域与机架后部的风机连通形成静压空间，与上层LRM模块联通形成出风流道，前宽后窄的下层区域作为下层模块的进风区域；楔形风道区域(302)的风机组从顶部进风，抽风气流依次穿过上端两层LRM模块外表面之间的间隙，最后从楔形风机架件7产生的前窄后宽的上层楔形区域将LRM模块工作产生的热量带走。
2.如权利要求1所述的多层风冷模块化机架，其特征在于：底板(4)上端的风机组从楔形风道区域(302)产生的前宽后窄的下层区域进风，抽风气流依次穿过下端两层LRM模块外表面之间的间隙，最后从底部的楔形风机架件7产生的前窄后宽的上层楔形区域将LRM模块工作产生的热量带走。
3.如权利要求1所述的多层风冷模块化机架，其特征在于：机架分为顶框(1)、右侧板(2)、左侧板(3)和底板(4)，通过螺栓连接组成箱体。
4.如权利要求1所述的多层风冷模块化机架，其特征在于：模块承载区域(301)通过模块承载板(5)分隔为四层，楔形风机架件(7)位于两层模块之间，两侧固定在左右侧板上，机架背板连线区域304对风机进行电连接；楔形隔风板(10)上表面固定在模块承载板(5)上，通过楔形结构把通风区域隔断成进风区和出风区。
5.如权利要求1所述的多层风冷模块化机架，其特征在于：LRM模块(6)通过其上锁紧条(8)插入每层之间的滑槽，形成阵列的栅格，并利用宽边方向的模块电连接器(9)，与机架背部区域的电连接器实现对插完成连接。
6.如权利要求1所述的多层风冷模块化机架，其特征在于：固定在左侧板(3)和右侧板(2)上的LRM模块通过锁紧条固定在两个模块承载板上，LRM模块(6)上的电连接器与背部区域的电连接器实现对插完成连接。
7.如权利要求1所述的多层风冷模块化机架，其特征在于：背板连线区通过印制板及线缆完成LRM模块间及与外部的连接。
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