电子设备高导热风冷机架的制作方法

本发明涉及一种主要用于航空、通信电子设备的高导热风冷机架。

背景技术：

电子设备通常要求有较高的可靠性，优良的散热是电子设备可靠工作的重要保障。在电子设备中，主要的发热量是由高功率器件产生，所以高功率器件的散热是整个电子设备散热的关键。由于电子设备中普遍使用了多层电路板和高密度的表面贴装元件,电子元器件和设备在工作时会耗散大量热量,热流密度增高,为保证元器件和通信设备的可靠性,必须对电子设备进行合理的热设计。实现系统功能的电子设备多采用机柜及功能机架进行集中化安装调试，以节省安装空间及重量，机架内部依据功能划分为多个模块，每个模块实现单一功能，并通过机构安装于机架内，由于机架中功能模块较多、热耗大，采用自然散热方式是不够的,通常必须采用强迫通风散热。强迫通风是利用风机进行抽风或鼓风,以加强设备内空气流动速度,达到散热的目的。

由于强迫风冷散热工作可靠、易于维修保养、成本相对较低，所以在需要散热的电子设备冷却系统中被广泛采用，同时也是高功率器件采取的主要冷却形式。强迫通风是利用风机进行抽风或鼓风,以加强设备内空气流动速度,达到散热的目的。采用强迫通风散热设计的关键在于机架的设计和机架内风道的设计，以便合理地控制和分配气流。当代电子技术的发展极为迅速,高速率大容量而且由于电磁屏蔽的需要,机架的左右侧板、上下托板与面板之间形成了一个较紧密的金属盒体,影响了机架内模块与外界环境正常的热交换,同时设备可能需要长期在极端的环境条件下运行,因此若没有良好的散热,可能会损坏部分对温度比较敏感的模块,使设备无法正常工作。其中的风冷机架主要由风机或者环控风作为主要的冷却手段，采用符合相关标准的接口，多个机架构件及至少1个风机组件或飞机环控风入口组合而成综合性设备。传统风冷机架内的模块通常采用传导散热的模式工作，机架内的模块通过楔形锁紧条安装于机架的导轨槽内，通过楔形锁紧条提高的力将肋条压在导轨槽上，通过肋条将热量导出至机架隔板上的导轨槽，由冷板内的冷却风将热量带走到热沉。由于传热面积小、热阻大、传导路径长，效率较低。传统风冷机架内部的模块对于热耗有一定上限限制，根据工程经验，内部模块热耗一般不能超过50w，否则将无法正常工作。通常，机架内大部分模块都满足小于50w的要求，但总有极少部分模块，比如功放、电源等模块热耗超过要求。不满足要求的模块在现阶段主要通过以下两种方式处理：

1)移除出机架，作为独立模块进行散热设计；

2)改变散热方式，采用液冷的方式，提高单个模块的散热能力。

以上方式均有着极大的局限性，都是以增加体积和重量为代价来解决问题的，经常无法满足飞机上极度严格的空间和重量要求，极大的限制了风冷机架的使用范围。针对以上传统风冷机架的局限性，急需研究一种新的风冷机架结构形式，对于极少数高热耗模块进行有针对性的散热措施，以保证这类模块可以在机架内正常工作。

技术实现要素：

为了克服传导散热风冷机架的缺点，本发明的目的是针对电子设备中高功率器件的热设计问题，提供一种能够大幅度提高机架内高热耗模块的散热能力，使得风冷机架在不改变体积重量的条件下，提高机架对高热耗模块的适应能力的电子设备高导热风冷机架。

本发明实现上述目的的技术解决方案是：一种电子设备高导热风冷机架，包括：按实现功能不同分为模块承载区域1、背板承载区域2和对外接口区域3的三个功能区域的机架结构，其特征在于：背板承载区域2上设有线阵排列的对外接口，在导热风冷机架内的模块承载区域1的中部设有上下隔层相连的活动风冷隔板5，导热风冷机架内的每个模块承载区域1内有通过楔形锁紧条安装于机架导轨槽内的高热耗模块7和普通风冷模块8，高热耗模块7通过楔形锁紧条9的压力将整个模块侧面贴在导流板10左边外表面，高热耗模块7产生的热量通过模块本体表面传导到活动风冷隔板5上，再通过活动风冷隔板5内风道的冷空气带走；固联在导热风冷机架箱体两侧的风机组件6产生的工作流体，通过活动风冷隔板5相向进入每个模块承载区域1，与机架风冷隔板4建立畅通的风道，冷空气从活动风冷隔板5中间进入，在机架风冷隔板4内部形成的风道中进行空气流动，从机架两边流出，空气冷流在机架风冷隔板4风道内进行空气闭式循环，带走高热耗模块7和/或风冷模块8的热量。

本发明相比于现有技术具有如下有益效果：

结构简单。本发明针对电子设备内电子器件封装密度不断提高,热流密度不断增加的现实,从电子设备机械设计方面出发，按实现功能不同分为模块承载区域、背板承载区域和对外接口区域的三个功能区域的机架结构，将活动风冷隔板与高热耗模块相邻安装在模块承载区域，风冷隔板与机架风冷隔板形成的风道提高了机架内部模块最大热耗的上限。高热耗模块及机架内部安装好以后，通过模块肋条上的楔形锁紧条的压力，将整个模块左边外表面贴在活动风冷隔板上，提高了基于传导散热的风冷机架的散热能力。由于零部件通用化程度高，这无疑有利于实现批量生产，降低生产成本。其次，没有增加机架的体积重量和散热方式，提高了该类型机架的适应性和可靠性。活动风冷隔板可以根据高热耗模块位置灵活布置，活动风冷隔板可随高热耗模块移动，使得无论高热耗模块在哪个位置都可以处于进风口附近，气流温度相对较低。

散热能力高。本发明将整个模块左边外表面贴在活动风冷隔板的导流板上，大大增加了模块的传导散热面积，改变了传统风冷机架内模块只能通过肋条传导，从而导致传导面积小、热阻大的问题，使得高热耗模块内部热量可以快速传导至机架，避免热量在高热耗模块和内部堆积。同时，风冷隔板改变了传统风冷机架风冷隔板内部的空气流动方式，使得冷空气可以通过风冷隔板进风口进入，保证了风冷隔板内部空气的流动可以带走高热耗模块传导至冷板的热量。经过试验证明，同等条件下，极大的提高了高热耗模块的散热能力。高热耗模块内部20w功率器件温升较传统风冷机架传导散热形式降低5～10℃。能够有效地提高通信设备的散热能力和可靠性,保证电子设备正常工作。

机架采用采用活动风冷隔板的结构设计，通过减少高热耗模块的传热路径及热阻的方式，提高高热耗模块和风冷模块的散热能力。

附图说明

图1是本发明电子设备高导热风冷机架构造示意图；

图2是图1主视图的导热原理示意图；

图3是图1风冷模块的构造示意图；

图4是活动风冷隔板的结构示意图；

图5是本发明电子设备高导热风冷机架内冷却空气流动示意图。

图中：1.模块承载区域，2.背板承载区域，3.对外接口区域，4.机架风冷隔板(内含风道)，5.活动风冷隔板，6.风机组件，7.高热耗模块，8风冷模块，9.楔形锁紧条，10导流板。

具体实施方式

参阅图1-图5。下描述的优选实施例中，一种电子设备高导热风冷机架，包括：按实现功能不同分为模块承载区域1、背板承载区域2和对外接口区域3的三个功能区域的机架结构，其特征在于：背板承载区域2上设有线阵排列的对外接口，在导热风冷机架内的模块承载区域1的中部设有上下隔层相连的活动风冷隔板5，导热风冷机架内的每个模块承载区域1内有通过楔形锁紧条安装于机架导轨槽内的高热耗模块7和普通风冷模块8，高热耗模块7通过楔形锁紧条9的压力将整个模块侧面贴在导流板10左边外表面，高热耗模块7产生的热量通过模块本体表面传导到活动风冷隔板5上，再通过活动风冷隔板5内风道的冷空气带走；固联在导热风冷机架箱体两侧的风机组件6产生的工作流体，通过活动风冷隔板5相向进入每个模块承载区域1，与机架风冷隔板4建立畅通的风道，冷空气从活动风冷隔板5中间进入，在机架风冷隔板4内部形成的风道中进行空气流动，从机架两边流出，空气冷流在机架风冷隔板4风道内进行空气闭式循环，带走高热耗模块7和/或风冷模块8传导至冷板4的热量。

工作流体在风冷隔板和冷板内部建立畅通的风道，冷空气从分为4个隔框的模块承载区域1的风冷隔板中间进入，机架两边流出，在机架风道内形成闭式循环空气流。冷空气通过模块承载区域1的风冷隔板进风口进入机架风冷隔板4的风道中进行空气流动，以中部活动风冷隔板5进入，沿活动风冷隔板5两端风冷隔板4分流，带走高热耗模块7和/或风冷模块8的热量，从风机架左右端部出风的形式对安装在机架内的模块进行传导和散热。

按照相关规范设计，风机组件6装在机架左右端部，机架风机组件可方便的进行拆卸、维修。对外接口区域3内布置所有的对外接插件、接地柱等与外部设备信息交换的所有器件，是对外信息交换的主要区域。导热风冷机架箱体的模块承载区域1内的风冷模块可以是现场可更换模块(lrm)。

以上所述为本发明较佳实施例，应该注意的是上述实施例对本发明进行说明，然而本发明并不局限于此，并且本领域技术人员在脱离所附权利要求的范围情况下可设计出替换实施例。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。