用于安装在航天器上的电子设备的加固装置和方法与流程

本申请涉及用于安装在诸如太空飞船等航天器上的电子设备的加固技术。

背景技术：

1、在太空环境中运行的航天器不断受到来自各个方向的高剂量宇宙射线的轰炸。具体地，诸如质子和重粒子之类的高能粒子与航天器中的半导体电路的碰撞会引发一种被称为单粒子效应或总剂量效应的现象，这可能导致控制系统故障。中子可以由高能粒子与电子设备内部的金属部件之间的核反应生成，这也可能导致故障。为了保护电子设备免受宇宙射线影响，已经提出了各种加固技术。通常，面向消费者的电子组件不是为在恶劣环境下使用而设计的。因此，在恶劣的太空环境中使用电子设备的情况下，加固技术是必不可少的。

2、作为加固技术的示例，jp2002-166899(下文中，被称为专利文献1)公开了一种用于保护消费电子组件免受宇宙射线影响的太空环境加固容器。该太空环境加固容器由3毫米厚的铝制成，旨在减轻重量并可靠地屏蔽宇宙射线(主要是电子和质子)。

3、另一方面，许多电子组件包括在运行期间产生热量的半导体电路(例如，处理器)。在将这种发热电子组件密封在容器内的情况下，需要提供一种将热量散发到外部的方法。上述专利文献1公开了一种在容器的底板上设置冷却板的结构，以将电子组件产生的热量引导到外部来进行散热。

4、已经提出了许多散热机制。例如，jp h07-025395(下文中，被称为专利文献2)公开了一种提高散热效率的散热设备。更具体地，将安装在卫星的机载设备的发热部件上的热管接合到接合到发热部件之外的散热部件上的热管。

5、近年来，将电子设备本身浸没在冷却剂浴中的浸没式冷却作为用于冷却诸如计算机之类的电子设备的方法已经受到关注。例如，在日本专利no.6720752(下文中，被称为专利文献3)中，将电子设备浸没在填充有第一冷却剂的冷却剂浴中。此外，提供液体冷却套以通过使第二冷却剂从外部流入液体冷却套来冷却电子设备。在冷却剂浴中设置液流发生器，以使第一冷却剂在冷却剂浴中流动来提高冷却效率。美国专利no.9750159b2(下文中，被称为专利文献4)也公开了一种通过泵使冷却剂流动的液体浸没式冷却设备，并描述了通过冷却剂的对流和沸腾有效地从电子组件中散热的示例。

6、相关技术文献列表：

7、[专利文献1]jp2002-166899；

8、[专利文献2]jp h07-025395；

9、[专利文献3]日本专利no.6720752；以及

10、[专利文献4]美国专利no.9750159b2。

11、然而，专利文献1中公开的太空环境加固容器用金属壁包围发热集成电路。金属壁的材料和厚度被设计为主要用于屏蔽电子和质子。因此，这样设计的太空环境加固容器不能有效地屏蔽诸如中子之类的其他粒子。此外，根据专利文献1和专利文献2中公开的散热方法，难以实现高的散热效率，因为来自集成电路的热量借助于通过多个组件的热传导来散发。

12、专利文献3和专利文献4中描述的浸没式冷却设备采用了被设计用于在地面重力环境下正常使用的冷却系统。因此，它们没有办法防止电子设备受到宇宙射线的影响。此外，它们不是为在零重力太空环境下使用而设计的。

13、如上所述，为了在太空环境中稳定地操作电子设备，需要对电子设备屏蔽宇宙射线。另一方面，这种屏蔽使散热变得困难。必须解决屏蔽与散热之间的这种权衡。

14、在浸没式冷却中，需要不同的冷却剂流动方式：使其中浸没有电子设备的第一冷却剂流动的方式；以及以及使用于冷却第一冷却剂的第二冷却剂流动的另一方式，这导致结构复杂并增加了重量。因此，这种浸没式冷却设备不能原样地安装在航天器上。具体地，在失重的太空中不会发生冷却剂的对流，其中防止因沸腾而产生的气泡从散热片上移除，从而导致干涸现象。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种用于安装在航天器上的电子设备的加固装置和方法，实现了辐射屏蔽效果以减少来自太空环境的空间射线影响以及散热效果以散发电子设备产生的热量二个效果。

2、根据本发明的一个方面，一种加固装置，用于安装有电子设备的航天器中的该电子设备，该加固装置包括：填充有冷却剂的压力容器，并且至少将电子设备的发热电子电路放置在压力容器内，其中发热电子电路浸没在冷却剂中；以及强制液流发生器，该强制液流发生器放置在压力容器内，其中强制液流发生器使发热电子电路上的冷却剂远离发热电子电路。

3、根据本发明的另一方面，一种加固方法，用于安装有电子设备的航天器中的该电子设备，该加固方法包括：至少将电子设备的发热电子电路浸没在填充有冷却剂的压力容器的该冷却剂中；以及通过放置在压力容器内的强制液流发生器，强制发热电子电路上的冷却剂流动以远离发热电子电路。

4、根据本发明，将发热电子电路浸没在压力容器的冷却剂中，并且强制冷却剂在电子电路上流动，从而实现辐射屏蔽效果和浸没式冷却效果二者。

技术特征：

1.一种加固装置，用于安装有电子设备的航天器中的所述电子设备，所述加固装置的特征在于：

2.根据权利要求1所述的加固装置，其中，所述强制液流发生器使所述发热电子电路上的冷却剂和气泡流向所述压力容器的内壁，其中所述气泡是通过所述发热电子电路上的冷却剂的沸腾产生的。

3.根据权利要求1或2所述的加固装置，其中，所述强制液流发生器是使所述冷却剂沿预定方向流动的对转风扇。

4.根据权利要求1或2所述的加固装置，其中，所述强制液流发生器包括：

5.根据权利要求1或2所述的加固装置，其中，所述强制液流发生器使所述冷却剂流向所述发热电子电路，从而使所述发热电子电路上的冷却剂和气泡流向所述压力容器的内壁，其中所述气泡是通过所述发热电子电路上的冷却剂的沸腾产生的。

6.一种加固方法，用于安装有电子设备的航天器中的所述电子设备，所述加固方法包括：

7.根据权利要求6所述的加固方法，其中，通过所述强制液流发生器，所述发热电子电路上的冷却剂和气泡流向所述压力容器的内壁，其中所述气泡是通过所述发热电子电路上的冷却剂的沸腾产生的。

8.根据权利要求6或7所述的加固方法，其中，所述强制液流发生器是使所述冷却剂沿预定方向流动的对转风扇。

9.根据权利要求6或7所述的加固方法，其中，通过所述强制液流发生器，所述冷却剂流向所述发热电子电路，从而使所述发热电子电路上的冷却剂和气泡流向所述压力容器的内壁，其中所述气泡是通过所述发热电子电路上的冷却剂的沸腾产生的。

技术总结
提供了一种用于航天器中的电子设备的加固装置，该加固装置可以实现辐射屏蔽效果和散热效果二者。该加固设备包括：填充有冷却剂的压力容器，并且至少将电子设备的发热电子电路放置在压力容器内，其中发热电子电路浸没在冷却剂中；以及强制液流发生器，其放置在压力容器内，其中强制液流发生器使发热电子电路上的冷却剂远离发热电子电路。

技术研发人员：持田则彦
受保护的技术使用者：日本电气株式会社
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15