机载穿通液冷模块通用冷板的制作方法

1.本发明涉及一种电子器件设备及机载小型液冷设备设计技术，尤其是在许多关键任务的航空电子设备、用于机载环境设备的机载穿通液冷模块通用冷板。


背景技术：

随着电子设备热流密度的提高，电子元器件的散热设计在电子设备的设计中越来越重要，甚至可能成为设备进一步集成的关键因素。在实际飞行包线的90％～95％的时间内电子元器件应将节温控制在90℃以下，同时要求模块均温性良好，以减少热应力。为了达到此目的，国内外采用风冷系统、高效散热措施不同的手段，当然最多的是采用液冷。目前电子元器件向高效化、紧凑化、微小型化的方向发展，集成度越来越高，其自身的热流密度也越来越大，传统的风冷方式已经无法满足一些高功率元器件的正常工作要求。为满足电子设备的维修需求，同时提高日益复杂和高度集成的电子系统的可靠性和容错能力，便于扩展、改装，降低开发、维修费用，多数综合化的电子设备采用了lrm模块化的设计。综合化的电子设备的液冷装置是传导式模块加液冷机箱，其中液冷机箱是液冷技术应用的基本载体，冷却介质在机箱冷板通道内流过，通过热传导和强迫对流带走安装在传导模块上电子器件的热量。模块主体作为承载电路印制板和元器件的主要部分，通过盖板加盒体的结构形式拼装而成。由于集成度的提高,单模块热耗为已上升到100w以上，部分模块热耗甚至可达到200w，传导式模块加液冷机箱无法满足系统的散热要求。同时由于采用模块集中安装方式,综合机架中拥有数量众多的发热量大的模块,因此散热问题非常突出。对于上述需求，模块必须采用穿通液冷散热。穿通式液冷方式冷却液直接经过流道进入模块带走热量，与传导液冷方式相比结构设计形式更加复杂，但散热能力，工艺性明显提高。穿通液冷模块在实际应用中需要解决很多问题：设计复杂：模块的集成度越来越高，元器件数量非常多，由于冷板必须与元器件直接接触，造成冷板设计非常困难，流道非常复杂。而由于在穿通冷板中使用了微通道等压降较高的手段，容易出现循环中的泵压不够，流量达不到设计要求的情况，或流阻参数大于要求值；流阻匹配困难：综合机架内的模块类型众多，每种类型模块的元器件类型和布局均不尽相同，造成每种类型的模块的流道均不相同。而模块较多，所以液体的支流较多，压力在分流的过程中逐步下降，如模块的流阻匹配的不好，将会造成某些支流的流量极小，影响这些支流模块的散热性能。


技术实现要素：

3.本发明的目的是针对上述穿通液冷模块冷板设计困难和流阻匹配困难的问题，提供一种可满足模块的散热需求，又便于模块元器件排布以及流阻匹配，简单弓形流道和热交换管复合应用的通用冷板。
4.本发明解决的问题所采用的技术方案是：一种机载穿通液冷模块通用冷板，包括：在插件上集成了液冷冷板的穿通液冷模块盒体5，固定在所述穿通液冷模块盒体5流道盖板
上的lrm液冷转接连接器1，内设液冷流道的微通道冷板2，其特征在于：微通道冷板2 液冷流道两端通过外流体lrm液冷转接连接器1贯通，构成液体工质在微通道冷板2内部流动的内流体液冷通道密闭回路，进而通过lrm液冷转接连接器1入机载液冷设备的液冷循环系统；液冷通道四周u型开口流道所形成的弓形流道内流体的流动将热量带走的同时，有效散热流体流动圆弧导流弯道路线，将固定在微通道冷板2中部的平行排列的热交换管3 包围在微通道冷板2内部，与外部液冷源连接的lrm液冷转接连接器1通过微通道冷板2 流道穿通流体，形成带走热量的二次换热液冷通路，平行于冷却冷流向热交换管3与其相连的冷却液流道进行热量交换，将承载电路印制板上封装元器件芯片的热量，扩散到微通道冷板2的液冷流道金属面区域，热交换管3蒸发受热端绝热交换管壁面周围瞬间汽化变大的液体压力蒸气流，在压力的牵引下向冷凝端流动，蒸气流沿着直流道腔热量传递路径，到达冷凝端后冷凝成液体放出大量的热量，所产生的蒸气流借助毛细力穿通风冷机架回到蒸发受热端，完成一次冷却循环，将lrm模块中部高热区域的热量，迅速地扩散到低热的液冷流道区域，将lrm模块元器件的热量迅速地通过传导液体工质带走散出。
5.本发明相比于当前常规设计方案具有如下优点：本发明采用微通道冷板2液冷流道两端通过外流体lrm液冷转接连接器1贯通，形成液体工质在微通道冷板2内部流动的内流体液冷通道，液冷通道所形成的弓形流道内流体的流动将热量带走的微通道冷板2的流道流道较窄，耐压能力强。其耐压能力可达4mpa以上。液冷通道所形成的弓形流道将冷板的流道进行有效的贯通，通过热量传导进行散热能有效形成有效散热的流体流动路线，采用交叉弓形流道布局不仅减小了接触热阻，而且能让流体很好的沿着流道流动，流体流入弓形流道后能有效提高流体的紊流状态，提升散热效果，将系统热量带走的同时，降低了流阻。本发明具备如下特点。
6.散热能力强。本发明采用平行于冷却冷流向的热交换管3与其相连的冷却液流道进行热量交换，将承载电路印制板上封装元器件芯片的热量扩散到微通道冷板2的液冷流道金属面区域，使得通过每个模块的流量一致，流阻一致，不会出现流量抢占、短路等流量不均的情况出现。通过液冷和热交换管的复合应用，单冷板散热能力可达150w。焊接的热交换管3仅占用了冷板区域的极小空间，留下极大部分的空间可以给元器件进行布局，可以适配不同种类的模块。可以进一步便于流量分配。并且容易控制加工质量，可以避免各厂家工艺制造水平参差不齐的问题。
7.本发明采用的热交换管的导热系数约为10000w/mk，大约为铝合金的500倍，当热交换管开始受热的时候，管壁周围的液体就会瞬间汽化，产生蒸气，此时这部分的压力就会变大，蒸气流在压力的牵引下向冷凝端(流道段)流动。蒸气流到达冷凝端后冷凝成液体，同时也放出大量的热量，最后借助毛细力回到受热端完成一次循环。利用热交换管的工作原理，将模块中部的高热区域的热量迅速地扩散到低热的液冷流道区域，将元器件的热量迅速地通过液体工质带走，这种器件排布方案一致，利于快速开展设计结构，不依赖于设备自身设计强迫风冷系统完成散热，可满足模块的散热需求，又便于模块元器件排布以及流阻匹配，具有较高的通用性。而且这种穿通式冷板具有冷板温度梯度小、热分布均匀、可带走较大集中热负荷，满足液冷系统小型化、轻量化及散热要求。通用冷板作为独立组件，出现任何问题均可以便于更换。
附图说明
8.图1是本发明机载穿通液冷模块通用冷板的构造示意图；图2是图1的剖面图；图3是图1与穿通液冷模块结合使用的分解示意图；图中：1.lrm液冷转接连接器、2.微通道冷板、3.热交换管、4.模块印制板、5.穿通液冷模块盒体。
9.下面结合附图对本发明作详细说明。
具体实施方式
10.参阅图1
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图3，在以下描述的实施例中，一种机载穿通液冷模块通用冷板，包括：在插件上集成了液冷冷板的穿通液冷模块盒体5，固定在所述穿通液冷模块盒体5流道盖板上的lrm液冷转接连接器1，内设液冷流道的微通道冷板2。微通道冷板2液冷流道两端通过外流体lrm液冷转接连接器1贯通，构成液体工质在微通道冷板2内部流动的内流体液冷通道密闭回路，进而通过lrm液冷转接连接器1入机载液冷设备的液冷循环系统；液冷通道四周u型开口流道所形成的弓形流道内流体的流动将热量带走的同时，有效散热流体流动圆弧导流弯道路线，将固定在微通道冷板2中部的平行排列的热交换管3包围在微通道冷板2内部，与外部液冷源连接的lrm液冷转接连接器1通过微通道冷板2流道穿通流体，形成带走热量的二次换热液冷通路，平行于冷却冷流向热交换管3与其相连的冷却液流道进行热量交换，将承载电路印制板上封装元器件芯片的热量，扩散到微通道冷板2的液冷流道金属面区域，热交换管3蒸发受热端绝热交换管壁面周围瞬间汽化变大的液体压力蒸气流，在压力的牵引下向冷凝端流动，蒸气流沿着直流道腔热量传递路径，到达冷凝端后冷凝成液体放出大量的热量，所产生的蒸气流借助毛细力穿通风冷机架回到蒸发受热端，完成一次冷却循环，将lrm模块中部高热区域的热量，迅速地扩散到低热的液冷流道区域，将lrm 模块元器件的热量迅速地通过传导液体工质带走散出。
11.参阅图2。微通道冷板2主要占用区域为周边流道和至少2根热交换管区域，留出大部分区域进行元器件布板。
12.参阅图3。安装于穿通液冷模块盒体5的模块印制板4，模块印制板4上布置了极多的发热元器件，微通道冷板2作为组件由上下压至穿通液冷模块盒体5上，穿通液冷模块盒体5作为微通道冷板2的硬件支撑，装配完整的机载穿通液冷模块，液冷通过液体工质带出。
13.热交换管导热系数约为10000w/mk，大约为铝合金的500倍，当热交换管周边的元器件发热时，其热量可以极快的通过高导热的热交换管将热量传导到弓形流道附近，将热量传递到液体工质。
14.lrm液冷转接连接器1作为整个散热系统的汇流及分流枢纽，位于微通道冷板2宽边缺口的两端，对接连通微通道冷板2弓形液冷通道流体入口和流体出口，流体进入弓形液冷通道，外流体统一通过lrm液冷转接连接器1流体入口进入，通过流体出口)流出。在 150w外部热负荷条件下，冷却液进出口温差为5℃。
15.对这些上述实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本发明所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。本发明的范围并不局限于所描述的具体技术方案。任何对所描述的具体技术方案中的
技术要素进行相同或等同替换获得的技术方案或本领域技术人员在所描述的具体技术方案的基础上不经过创造性劳动就可以获得的技术方案，都应当视为落入本发明的保护范围。