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CN105722374B - 尤其形成带发热组件的设备的结构部分的冷板 - Google Patents

尤其形成带发热组件的设备的结构部分的冷板 Download PDF

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CN105722374B CN201511036233.8A CN201511036233A CN105722374B CN 105722374 B CN105722374 B CN 105722374B CN 201511036233 A CN201511036233 A CN 201511036233A CN 105722374 B CN105722374 B CN 105722374B
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Abstract

一种用于冷却发热组件(20)的冷板(30)，冷板包括彼此平行延伸的两个板体(11)。芯体(13)夹持布置在所述两个板体(11)之间以形成夹层结构，芯体(13)包括使至少一冷却流体从夹层结构的第一边缘(10a)流动到相对的第二边缘(10b)的循流通道组体(13a)。第一和第二密封接合元件(31，32)分别布置在所述夹层结构的相对的第一和第二边缘(10a，10b)，第一密封接合元件(31)具有使冷却流体循流的至少一输入连接器(33)，第二密封接合元件(32)具有用于使冷却流体循流的至少一输出连接器(34)。特别是将冷板(30)用作航空电子设备的结构部分。

Description

尤其形成带发热组件的设备的结构部分的冷板
技术领域
本发明涉及一种用于冷却发热组件的冷板。
通常地，本发明涉及冷却发热组件的领域，发热组件如带有大耗电量的电气系统或具有高热密度的电子系统。
背景技术
一般地，冷板可被用于冷却使用电子功率组件的电路，又或用于冷却在印刷电路板处生成的热点。
特别地，冷板可被用于冷却存在于飞行器上的航空电子设备。
在这类使用中，需要得到发热组件的良好热冷却，同时限制冷却系统的体积和质量。
因此已知如在文件US 2011/0232863中描述的冷板，其具有相互平行延伸的多个冷板，其中一个板体被配置成支撑发热装置。
冷板包括被布置在两个板体之间的框体，该框体在两个板体之间限定一腔体。
腔体容置叶片结构，冷却流体循流穿过腔体和叶片结构以冷却布置在冷板上的发热装置。
冷却流体借助于布置在冷板的同一楔件中的输入孔和输出孔被导入冷板的腔体中和进行回收。
冷板本身固定在一结构元件上，结构元件例如固定在舱壁上或航空电子机箱上。
结构元件和冷板因此构成用于支撑发热装置的结构载荷的部件。
发明内容
本发明的目的在于提供一种改进的冷板，尤其具有良好的冷却效果。
为此，本发明涉及一种用于冷却发热组件的冷板，所述冷板包括相互平行延伸的两个板体和布置在两个板体之间的芯体，用以形成夹层结构，所述芯体包括使至少一冷却流体从夹层结构的第一边缘循流到相对的第二边缘的循流通道组体。
根据本发明，第一和第二密封接合元件分别布置在所述夹层结构的相对的第一和第二边缘，所述第一密封接合元件具有输入所述至少一冷却流体的至少一输入连接器，所述第二密封接合元件具有输出所述至少一冷却流体的至少一输出连接器，所述第一和第二密封接合元件封闭除所述循流通道组体的至少一子组体外的循流通道组体，输入所述至少一冷却流体的所述至少一输入连接器与所述循流通道组体的所述至少一子组体相连通，输出所述至少一冷却流体的所述至少一输出连接器与所述循流通道组体的所述至少一子组体相连通。
至少一冷却流体在循流通道组体中的循流以及输入连接器和输出连接器在夹层结构的相对的两个边缘处的布置能够产生穿过冷板的芯体的特别有效的冷却流体流。
利用布置在两个板体之间的芯体实施的夹层结构给予如此获得的冷板良好的机械强度。
在冷板的夹层结构的芯体中实施循流通道避免了使用冷却流体循流管，这能够得到冷板的质量增益。
密封接合元件能够得到用于相同夹层结构的模块化冷板；根据所使用的密封接合元件，一个或多个循流通道子组体可被限定在冷板中，用以根据待冷却热点在冷板内实施冷却流体循流通路。
根据可单独或组合实施的本发明的不同特征和各种实施方式：
-所述第一密封接合元件具有输入不同冷却流体的多个输入连接器，所述第二密封接合元件具有输出不同冷却流体的多个输出连接器；
-所述第一和第二密封接合元件插入在和固定在延长到芯体外的两个板体之间；
-所述循流通道组体包括被所述两个板体中的至少一个闭合的循流通道，循流通道分别通到夹层结构的第一边缘和相对的第二边缘；
-所述循流通道每个都包括分别与所述两个板体中的至少一个相邻接的两个侧壁；
-所述两个侧壁的一个相对另一个倾斜并相互邻接以形成通道底部；
-所述芯体具有波纹的形状，波纹的波峰与所述两个板体中的至少一个相接触；
-所述至少一冷却流体在所述循流通道组体中的循流方向对应于所述夹层结构的纵向方向，所述芯体使所述冷板在冷板的纵向边缘上密封闭合；
-所述循流通道组体包括相互平行的循流通道；
-所述循流通道组体从夹层结构的第一边缘到夹层结构的相对的第二边缘呈之字形布置。
作为示例，冷却流体为如水的液体或如空气的气体。
根据第二方面，本发明还涉及一种用于冷却发热组件的冷却系统，所述冷却系统包括如前所述的冷板，发热组件布置成与所述两个板体中的至少一个相接触。
根据第三方面，本发明最后涉及将如前所述的冷板用作飞行器中的航空电子设备的结构部分。
形成冷板的夹层结构特别适合被直接用作具有发热组件的设备的结构部分。
冷板因此在设备中起着双重功能，能够同时支撑发热组件和冷却发热组件。
在实施这种冷却系统时还减小了设备的体积和质量。
附图说明
本发明的其它具体实施方式和优点在以下的详细描述中进一步显示出来。
在以非限制性示例的方式给出的附图中：
-图1为根据本发明的第一实施方式的冷板的夹层结构的示意性分解透视图；
-图2为装配有根据本发明的第一实施方式的发热组件的冷板的示意性分解透视图；
-图3为图2的冷板的撕开部分的俯视图；
-图4为图3的冷板的示意性分解俯视图，示出冷却流体的第一循流方式；
-图5为与图4相似的视图，示出冷却流体的第二循流方式；
-图6A和6B为示出实施在根据本发明的不同实施方式的冷板的夹层结构中的芯体可选实施方式的示意性透视图；和
-图7为示出在舱体型电气结构中使用冷板的一实例的示意性透视图。
具体实施方式
现将参照图1到3描述用于冷却根据本发明的第一实施方式的发热组件的冷板。
在接下来的详细描述中，术语“包括”不排除其它元件或步骤，术语“一个”不排除多个。
如图1中清楚所示，根据本发明的第一实施方式的冷板的原理基于夹层结构(structure sandwich)10的构成。
更具体地，两个板体11、12彼此平行地布置，芯体13被间置在两个板体11、12之间，用以如此形成夹层结构10。
板体11、12如此构成夹层结构10的两个外表层，芯体13构成该夹层结构10的中心部。
作为非限制性示例，可用金属或复合材料实施板体11、12。
因此，在冷板被用于航空电子设备中时，可使用满足航空应力的复合材料。
同样，可用金属或复合材料实施芯体13。
通常地，和根据冷板所需的使用和应用，板体11、12和芯体13可为货架上采用的组件或可选地为定制组件。
可通过粘合工艺、例如通过实施复合材料的粘合工艺将板体11、12和芯体13相互固连。
作为非限制性示例，所述粘合工艺可实施板体11、12和芯体13的剥离和清洗步骤、和接续共烧结步骤的胶接步骤，以使这些构件固连在一起并得到夹层结构10。
可选地，可通过实施ALM(英文术语“Additive Layer manufacturing”的缩写)型叠层制造工艺实施夹层结构10。
芯体13包括能够使冷却流体循流的循流通道13a、13b组体。
如图1清楚所示，在本实施方式中，循流通道13a、13b组体能够使冷却流体从夹层结构10的第一边缘10a循流到相对的第二边缘10b。
参照图1，将夹层结构10的纵向方向Y限定为对应冷却流体的循流方向，如此相当于夹层结构10的相对侧向边缘的相对的第一和第二边缘10a、10b沿夹层结构10的横向方向X延伸。
在如此形成的夹层结构中，循流通道13a、13b组体包括由两个板体11、12中的一个封闭的通道13a、13b。
通道13a、13b分别通到夹层结构10的第一边缘10a和第二边缘10b处。
芯体13因此总体呈波纹的形状，其中，波峰与两个板体11、12中的一个相接触。
在该实施方式中，通道13a、13b每个由相互倾斜且彼此邻接的两个侧壁13’形成，以形成通道底部13c。
这里，每个通道13a、13b的倾斜侧壁13’与两个板体11、12中的一个邻接(adjacent)。
另外，由两个倾斜侧壁13’形成的通道底部13c也与两个板体11、12中的一个相接触。
因此，在该实施方式中，芯体13总体呈波纹的形状，波纹与两个板体11、12中的一个或另一个相接触。
每个波纹的波谷形成冷却流体的循流通道13a、13b，循流通道由两个板体11、12中的一个封闭、在两个相邻波纹的波峰13c之间延伸。
因此，在通道13a、13b中循流的冷却流体直接与两个板体11、12相接触，能够有利于被放置与两个板体11、12中的一个和/或另一个相接触的发热组件的直接冷却，如接下来将描述的。
在该实施方式中非限制性地，芯体13更确切地由具有横向轮廓的结构构成，在垂直夹层结构10的纵向方向Y的平面上形成之字形形状。
每个通道13a、13b因此被限定在两个倾斜侧壁13’之间，限定出三角棱柱形状的通道。
每个通道13a、13b因此被限定在由板体11、12中的一个封闭的棱柱形状的底部和与两个板体11、12其中的另一个相接触的棱柱形状的顶部之间。
第一通道网络13a因此由倾斜侧壁13’和第一板体11限定，第二通道网络13b由倾斜侧壁13’和第二板体12限定。
芯体13借助于其加强肋结构还能够给予夹层结构10良好的刚性，同时在夹层10的两个板体11、12之间设置冷却流体循流通道。
循流通道13a、13b组体因此包括彼此平行的通道。
在该实施方式中，通道13a、13b彼此是相同的，尤其在夹层结构10的平面中的宽度相同。
如图1清楚所示，循流通道13a、13b从夹层结构10的第一边缘10a到相对的第二边缘10b呈之字形布置。
因此，通道13a、13b在平行于两个板体11、12的平面中、即在与如图1所示的夹层结构的堆叠方向Z垂直的平面中呈之字形布置。
芯体13因此由在夹层结构10的纵向方向Y上连续的多个段部构成。
根据选定的呈之字形的布置，循流通道13a、13b的方向在夹层结构10的平面中从一段部到另一段部变化。
循流通道13a、13b自夹层结构10的第一边缘10a到相对的第二边缘10b的呈之字形的布置能够相对夹层结构10的纵向尺寸增大由冷却流体穿过夹层结构流经的长度。这有利于冷却用于被放置与夹层结构10的两个板体11、12中的一个和/或另一个相接触的发热组件。
此外，循流通道13a、13b在夹层结构10的芯体13中的呈之字形的布置能够改善夹层结构10的机械性能，这在将夹层结构10作为航空电子设备的结构部分时是特别有利的，如下面将描述的。
另外，由于冷却流体直接与夹层结构10的板体11、12相接触，在待冷却发热组件20和冷板30之间不存在附加的热界面。
当然，前面参照图1描述的芯体的实施例不是限制性的，一旦芯体13限定循流通道13a、13b组体，芯体可在两个板体11、12之间具有不同的结构。
具体地，在图6A和6B示出芯体13的结构的非限制性的两个可选实施例。
在图6A中，芯体13呈波纹的形状，波纹具有正方形或矩形横向截面。
波纹的波峰13c用于与两个板体11、12中的至少一个相接触。
因此，每个通道13a、13b包括与板体11、12中的一个邻接的两个侧壁13’。
根据图6B所示的实施方式，芯体13具有波纹的形状，每个波纹之间的距离可变，以使通道13a、13b的宽度在夹层结构10的横向方向X上可变。
芯体13的实施例仅为示例性的且它们的特征可相互结合，尤其涉及通道13a、13b的宽度和芯体13与夹层结构的板体11、12中的一个和/或另一个相接触。
如图2和3清楚所示，集成有如前面参照图1所描述的夹层结构10的冷板30包括发热组件(通过模块20示意性表示)，这里被非限制性地放置在夹层结构10的两个板体11、12中的一个上。
当然，发热组件20可与两个板体11、12中的一个和/或另一个相接触地被放置在冷板上。
第一和第二密封接合元件31、32被分别布置在夹层结构10的相对的第一和第二边缘10a、10b上。
在参照图2和3描述的实施例中，第一和第二密封接合元件31、32被布置在夹层结构10的侧向边缘处，如此用于构成冷板30的侧向边缘。
在夹层结构10的芯体13中形成的循流通道13a、13b组体通到夹层结构10的第一和第二边缘10a、10b处，第一和第二密封接合元件31、32被用于面对冷却流体通道至少部分封闭循流通道13a、13b。
密封接合元件31、32因此通常具有侧壁，侧壁能够除了在夹层结构10的相对的第一和第二边缘10a、10b的某一段中外封闭循流通道13a、13b组体，以便能够引导和回收冷却流体。
为此，为了能够将冷却流体导入到冷板30中和输出冷板30中的冷却流体，每个密封接合元件31、32具有至少一个流体连接器。
这里，非限制性地，第一密封接合元件31具有用于将冷却流体导入到冷板30中的输入连接器33，第二密封接合元件32具有用于在冷却流体通过冷板之后能够将该冷却流体排出的输出连接器34。
第一和第二密封接合元件31、32可由用金属或复合材料实施的边缘配件形成。
通常地，以定制的方式实施边缘配件31、32以适用于夹层结构10的尺寸，和尤其适用于其在横向方向X上的宽度和其沿堆叠方向Z的厚度。
利用例如飞行器的支撑结构的一结构，边缘配件31、32另外可集装有接合接口(interfaces de report)，该结构用于集装有边缘配件。
在图2所示的实施方式中，密封接合元件31、32被插入和固定在延长超过芯体13的两个板体11、12之间。
对于同一夹层结构10，密封接合元件31、32因此能够限定循流通道13a、13b的一个或多个子组体，以形成一个或多个冷却流体循流通路。
通过以适当方式选择密封接合元件31、32，对于同一夹层结构10，可实施具有不同冷却流体循流通路的冷板，不同冷却流体循流通路适于每个冷板的特定使用。
冷板的模块化能够使其适于冷却布置在夹层结构10的两个板体11、12中的一个和/或另一个之上或布置在夹层结构的两个板体中的一个和/或另一个附近的发热组件。
通过延长超出芯体13的两个板体11、12之间的粘合能安装密封接合元件31、32。
还可通过夹持件、自动紧扣带类型的可拆装部件固定密封接合元件。
在图3和4所示的实施例中，每个密封接合元件31、32分别具有被基本布置在中间的输入连接器33和输出连接器34，即沿着基本对应冷板30中央纵向方向Y’的方向布置的输入连接器和输出连接器。
因此，如图4所示，冷却流体的输入连接器33与循流通道13a、13b组体的子组体(在图4中其界线用粗线条显示)相连通。
这里，循流通道13a、13b组体的子组体对应循流通道13a、13b的一部分，沿着冷板30的纵向方向Y在冷板10的中心处延伸。
冷却流体的输出连接器34则与循流通道13a、13b组体的相同子组体相连通，以便能够排出冷却流体。
注意到，根据芯体13的型式、循流通道13a、13b的布置和所选择的密封接合元件31、32类型，冷却流体可沿不同路径穿过冷板更确切地穿过夹层结构10的芯体13。
通常地，冷板30可只实施单个冷却流体循流通路，该冷却流体循流通路通过循流通道13a、13b组体的子组体形成，如图4所示。
在这种情况下，实施唯一类型的冷却流体，例如如水的液体或如空气的气体。
如图4所示，可在宽度上限制冷却流体流，更具体地占据冷板30的部分宽度。
然而，冷却流体回路可被基本实施在沿冷板30的横向方向X的全部宽部上。
将注意到，芯体13的波纹或倾斜侧壁13’之间的通道13a、13b的实施以及前面描述的芯体13的结构能够在纵向边缘30a、30b处得到冷板30的密封闭合而无需附加元件。
因此，芯体13的波纹和倾斜侧壁13’之间的通道13a、13b的实施避免了沿冷板30的纵向边缘30a、30b使用闭合侧壁。
因此，冷板30的实施可被简化和另外能够得到质量增益，在冷板被用于飞行器中时是特别有利的。
同样地，由于在冷板的芯体13中形成循流通道13a、13b组体，避免了加设管路来将冷却流体传输到冷板内部。
因此，这种冷板具有有限的质量，与尤其在航空电子领域中的目标使用完美兼容。可选地如图5所示，冷板30可被设置成实施多个冷却流体循流通路、和例如两个冷却流体循流通路(其界线在图5中由粗线条显示)，每个冷却流体循流通路由循流通道13a、13b组体的不同子组体形成。
在这种情况下，所使用的冷却流体在循流通道13a、13b组体的两个子组体中可以是相同的，或者相反地，冷板可使用不同的冷却流体，该冷却流体选自如水的液体、或如空气的气体。
为了实施图5所示的实施方式，每个密封接合元件31、32具有多个输入连接器35、36或输出连接器37、38。
这种布置因此能够在冷板30的两个不同部分中产生冷却流体回路。
第二实施方式另外允许使用不同的冷却流体并例如将如水的液态冷却流体与如空气的气态冷却流体相关联。
参照图4和5将注意到，简单改变密封接合元件31、32能够利用相同的夹层结构10实施具有不同类型的穿过冷板30的冷却流体循流通道的冷板30。
前面描述的输入连接器33、35、36和输出连接器34、37、38可为任何类型的连接器，例如每个由快速连接器构成，以能够将冷板30容易地接合和简单地安装到冷却流体循流回路内或从冷却流体循流回路拆卸。
这些快速连接器为传统组件且在这里不需要更精确地描述。
具体地，这些快速连接器能够快速和密封地连接到图4和5示意性示出的管路40。
通过将发热组件20与冷板30的两个板体11、12中的一个和/或另一个相接触放置而得到的发热组件冷却系统，尤其借助于直接与冷板30的板体11、12相接触的在芯体13中的冷却流体的循流，能够有效冷却发热组件20。
此外，夹层结构10能够给予冷板30良好的机械刚性。
冷板30因此可被直接用作飞行器中的航空电子设备的结构部分。
因此在图7中以非限制性的示例的方式示出冷板30的一个使用实施例。
更通常地，冷板30可被用作LRU/LRM设备(英文术语为“Line Repleacable-Unit”和“Line Repleacable Module”)的结构部分、舱室型的或者电气或电子机箱型的电子结构的结构部分。
这里，如图7所示，用于安装一个(或多个)LRU/LRM设备52的舱室51具有两个冷板30，这两个冷板能够实施舱室51的结构部分53、54，在图7所示的实施方式中，为舱室51的左侧壁53和右侧壁54。
用于安装在舱室51的轨道52’上的LRU/LRM设备52因此被安装成与形成舱室51的侧壁53、54的冷板30直接相接触。
将注意到，尤其由于夹层结构10中存在芯体13而改善了冷板30的机械强度，冷板适用于装配有轨道52’，用以安装和支撑LRU/LRM设备52。
在这种类型的应用中，冷板30连接到冷却液体循流回路、尤其密封地连接到飞行器管路，该飞行器管路在图7中通常由管路40表示。
当然，可针对前面描述的实施例作出多种改变。
芯体13在夹层结构10的平面中的呈之子形的结构仅为用于形成夹层结构中循流通道组体的一种实施方式。
具体地，通道可平行于夹层结构10和冷板30的纵向方向Y延伸。

Claims (12)

1.一种用于冷却发热组件(20)的冷板，所述冷板包括彼此平行延伸的两个板体(11，12)和布置在所述两个板体(11，12)之间的芯体(13)，用以形成夹层结构(10)，所述芯体(13)包括使至少一冷却流体从所述夹层结构(10)的第一边缘(10a)循流到所述夹层结构的相对的第二边缘(10b)的循流通道(13a，13b)组体，其特征在于，第一和第二密封接合元件(31，32)分别布置在所述夹层结构(10)的相对的第一和第二边缘(10a，10b)，第一密封接合元件(31)具有输入所述至少一冷却流体的至少一输入连接器(33；35，36)，第二密封接合元件(32)具有输出所述至少一冷却流体的至少一输出连接器(34；37，38)，第一和第二密封接合元件(31，32)封闭除所述循流通道(13a，13b)组体的至少一子组体外的循流通道(13a，13b)组体，输入所述至少一冷却流体的所述至少一输入连接器(33；35，36)与所述循流通道(13a，13b)组体的所述至少一子组体相连通，输出所述至少一冷却流体的所述至少一输出连接器(34；37，38)与所述循流通道(13a，13b)组体的所述至少一子组体相连通。
2.根据权利要求1所述的用于冷却发热组件的冷板，其特征在于，第一密封接合元件(31)具有输入所述至少一冷却流体的多个输入连接器(35，36)，第二密封接合元件(32)具有输出所述至少一冷却流体的多个输出连接器(37，38)。
3.根据权利要求1或2所述的用于冷却发热组件的冷板，其特征在于，第一和第二密封接合元件(31，32)插入在和固定在延长到芯体(13)外的所述两个板体(11，12)之间。
4.根据权利要求1或2所述的用于冷却发热组件的冷板，其特征在于，所述循流通道(13a，13b)组体包括被所述两个板体(11，12)中的至少一个闭合的循流通道(13a，13b)，循流通道分别通到所述夹层结构的第一边缘(10a)和所述夹层结构的相对的第二边缘(10b)。
5.根据权利要求4所述的用于冷却发热组件的冷板，其特征在于，循流通道(13a，13b)每个都包括分别与所述两个板体(11，12)中的至少一个相邻接的两个侧壁(13’)。
6.根据权利要求5所述的用于冷却发热组件的冷板，其特征在于，所述两个侧壁(13’)的一个相对另一个倾斜并相互邻接以形成通道底部(13c)。
7.根据权利要求4所述的用于冷却发热组件的冷板，其特征在于，所述芯体(13)具有波纹的形状，波纹的波峰(13c)与所述两个板体(11，12)中的至少一个相接触。
8.根据权利要求4所述的用于冷却发热组件的冷板，其特征在于，所述至少一冷却流体在所述循流通道(13a，13b)组体中的循流方向对应于所述夹层结构(10)的纵向方向(Y)，所述芯体(13)使所述冷板(30)在所述冷板(30)的纵向边缘(30a，30b)上密封闭合。
9.根据权利要求1或2所述的用于冷却发热组件的冷板，其特征在于，所述循流通道(13a，13b)组体包括相互平行的循流通道(13a，13b)。
10.根据权利要求9所述的用于冷却发热组件的冷板，其特征在于，循流通道(13a，13b)从所述夹层结构(10)的第一边缘(10a)到所述夹层结构的相对的第二边缘(10b)呈之字形布置。
11.一种用于冷却发热组件的冷却系统，其特征在于，所述冷却系统包括根据权利要求1到10中任一项所述的用于冷却发热组件的冷板(30)，发热组件(20)布置成与两个板体(11，12)中的至少一个相接触。
12.根据权利要求1到10中任一项所述的用于冷却发热组件的冷板用作飞行器中的航空电子设备(51)的结构部分(53，54)。
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