一种电气设备箱体冷却装置及用于冷却电气设备箱体的方法 |
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| 申请号 | CN201410041874.1 | 申请日 | 2014-01-28 | 公开(公告)号 | CN103974600B | 公开(公告)日 | 2017-11-10 |
| 申请人 | 阿特森嵌入式计算公司; | 发明人 | 苏珊娜·马里耶·王; 马丁·彼得·约翰·科尔内斯; 罗伯特·查尔斯·图福德; | ||||
| 摘要 | 一种电气设备 箱体 冷却装置，包括具有限定内周壁的箱体外框的电气设备箱体。平面的外箱体壁 定位 在内周壁内。二相热学装置包括间隔开并且相对的第一传递和第二传递壁。外周壁连接第一传递壁和第二传递壁并且在第一传递壁和第二传递壁之间限定内部密封腔。外周壁的尺寸设定为适于滑动地容纳在内周壁内。保持在内部密封腔中的液体/ 蒸汽 用作第一传递壁和第二传递壁之间的热传递介质。 对流 冷却 块 具有与第二传递壁直接 接触 的平面端面。热沿着包括外箱体壁、第一传递壁、液体/蒸汽、第二传递壁和冷却块的路径传递至大气。本 发明 还涉及一种用于冷却电气设备箱体的方法。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种电气设备箱体冷却装置，包括： |
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| 说明书全文 | 一种电气设备箱体冷却装置及用于冷却电气设备箱体的方法技术领域[0001] 本公开涉及电气设备底座热传递冷却部件和用于热消散的方法。 背景技术[0002] 本部分提供关于本公开的背景信息，但其未必是现有技术。 [0003] 比如为插件箱和无线电设备的便携式和现场操作电子部件/箱体通常需要内部部件相对于大气污染物、湿气、灰尘和类似物密封。这限制或阻止了用于移除设备产生的热的贯穿通风的使用。已知的解决方案包括使用外部冷却翅片、带有翅片的附接件、块状机加工的冷却表面和类似部件，以通过经过箱体的外壁、经过翅片到大气的对流/传导热传递来从箱体的内部部件移除热量。 [0004] 已知的冷却翅片设计的限制包括由于机械附连的限制而不能用翅片覆盖箱体的整个表面区域，在箱体内或者在内部部件与冷却翅片连接块之间的辐射和对流热传递所定位的热传递表面处出现热点，以及不能在带有翅片的部件的表面上均匀地分布热载荷。发明内容 [0005] 该部分提供本公开的概述，而不是本公开的全部范围或其所有特征的完全的公开。 [0006] 根据几个方面，电气设备箱体冷却装置包括具有限定内周壁的箱体外框的电气设备箱体，内周壁形成向外开口的腔。二相热学装置容纳在该腔中并且基本填充该腔。二相热学装置包括具有液体/蒸汽的内部密封腔，液体/蒸汽保持在内部密封腔中用作热传递介质。 [0007] 根据几个方面，电气设备箱体冷却系统包括具有限定内周壁的箱体外框的电气设备箱体。二相热学装置包括间隔开并且相对的第一传递壁和第二传递壁。外周壁连接第一传递壁和第二传递壁并且在第一传递壁和第二传递壁之间限定内部密封腔。外周壁的尺寸设定为适于能够滑动地容纳在内周壁内并且接触内周壁。液体/蒸汽保持在内部密封腔中以用作第一传递壁和第二传递壁之间的热传递介质。 [0008] 根据另外的方面，电气设备箱体冷却装置包括具有限定内周壁的箱体外框的电气设备箱体。平面的外箱体壁定位在内周壁内。二相热学装置包括间隔开并且相对的第一传递壁和第二传递壁。外周壁连接第一传递壁和第二传递壁并且在第一传递壁和第二传递壁之间限定内部密封腔。外周壁的尺寸设定为适于能够滑动地容纳在内周壁内。保持在内部密封腔中的液体/蒸汽用作第一传递壁和第二传递壁之间的热传递介质。对流冷却块具有与第二传递壁直接接触的平面端面。 [0009] 根据进一步另外的方面，提供一种用于冷却电气设备箱体的方法。电气设备箱体包括箱体外框、平面的外箱体壁和二相热学装置，二相热学装置具有间隔开并且相对的第一传递壁和第二传递壁，第一传递壁和第二传递壁在其之间限定内部腔。该方法包括：将箱体外框连接到外箱体壁，以形成电气设备箱体的面向外部的腔；将二相热学装置可释放地安装在面向外部的腔中，使得二相热学装置的第一传递壁直接接触外箱体壁；以及将液体/蒸汽置于内部密封腔中，用作二相热学装置的第一传递壁和第二传递壁之间的热传递介质，二相热学装置作用为经由包括外箱体壁、第一传递壁、液体/蒸汽和第二传递壁的路径将热传递至大气。 [0011] 在此描述的附图仅用于所选择的实施例的例示目的而不是全部可能的实施方式，并且不旨在限制本公开的范围。 [0012] 图1是具有本公开的二相热学装置板的电子部件箱体的右前立体分解图； [0013] 图2是图1的二相热学装置板的横截面俯视图； [0014] 图3是装配后的图1的电子部件箱体的右前立体图； [0015] 图4是图1的对流冷却块的后立体图； [0016] 图5是图1的箱体的部件安装面板的右前立体图； [0017] 图6是图5的部件安装面板的左后立体图；以及 [0018] 图7是图1的没有翅片的箱体面板的顶部立体图。 [0019] 相应的附图标记在全部附图中指示相应的部件。 具体实施方式[0020] 现在，通过参照附图更加完整地描述示例性实施例。 [0021] 参考图1，坚固的设备冷却系统10包括设备箱体12，设备箱体12 内部容纳例如无线电设备、电子卡或类似设备的电子设备。设备箱体12 与外部大气和环境基本密封，从而使得由内部设备产生的热必须通过设备箱体12的各个壁以传导的方式移除。为此目的，设置多个带有翅片的冷却块。在示出的示例性实施例中，将第一翅片冷却块14机械地连接到第一侧，将第二翅片冷却块16相对地连接到设备箱体12的第二侧。第一翅片冷却块14和第二翅片冷却块16中的每一个被连接到箱体外框 18、18’。应该明显的是，不限于第一翅片冷却块14和第二翅片冷却块 16，因此，在本公开的范围内，可以使用仅一个翅片冷却块，或者通过连接到设备箱体12的其他外部表面使用多于两个的翅片冷却块。箱体外框18被连接到形成设备箱体12的六个外壁中的一个的部件安装面板 19。 [0022] 箱体外框18在设备箱体12的至少一个外表面上设置有内周壁20，内周壁20限定滑动地容纳二相热学装置22的开口腔。根据几个方面，单独的二相热学装置22定位在设备箱体12的部件安装面板19与第一翅片冷却块14和第二翅片冷却块16中的每一个之间并且能够被移除。每个二相热学装置22的尺寸被确定为可滑动地配合在由内周壁20限定的腔内，使得每个二相热学装置22的外周壁24延伸内周壁20的至少整个深度“D”，使得二相热学装置22基本填充由内周壁20形成的腔。每个二相热学装置22具有第一二相热学装置壁面26，根据几个方面，第一二相热学装置壁面26基本是平面的，使得第一外箱体壁28的基本全部表面面积（例如，暴露高度A×宽度B）由二相热学装置22的第一二相热学装置壁面26的表面面积（高度A’×宽度B’）直接接触，其中第一外箱体壁28的表面面积是暴露在内周壁20内的部件安装面板19的一部分。这种直接接触确保第一外箱体壁28与第一二相热学装置壁面26之间的最大热传递。 [0023] 二相热学装置22的相反朝向的第二二相热学装置壁面30直接地面向并且直接地接触第一翅片冷却块14的第一冷却块平面端面32。第一翅片冷却块14和第二翅片冷却块16中的每一个的表面面积至少等于或者大于二相热学装置22的第二二相热学装置壁面30的表面面积，以便还提供用于将第一翅片冷却块14和第二翅片冷却块16机械地安装到箱体外框18、18’的表面面积。类似于第一二相热学装置壁面26，第二二相热学装置壁面30也是基本平面的，以与基本平面的第一冷却块平面端面32对齐，由此使在每个二相热学装置22与第一翅片冷却块14和第二翅片冷却块16之间直接接触的表面面积（高度A’×宽度B’）最大化。 [0024] 第一冷却块平面端面32限定第一翅片冷却块14的第一冷却块壁34 的平面的面，多个冷却翅片36还从第一冷却块壁延伸。第一翅片冷却块14和第二翅片冷却块16可以将单独的冷却翅片36设置为铸件、机加工件、整体连接件（例如通过钎焊或焊接）、或机械连接件。冷却翅片36的材料和几何尺寸被选择为以使离开设备箱体12的对流热量传递最大化。类似于第一翅片冷却块14，第二翅片冷却块16包括直接接触设备箱体12的第二外箱体壁40的第二冷却块壁38，第二外箱体壁40 可以类似与第一外箱体壁28地设定尺寸和成型。 [0025] 根据另外的方面，设备箱体12的外表面中的任一个可以包括外框部，外框部限定适于容纳类似于二相热学装置22的二相热学装置的周壁。本公开的二相热学装置中的任一个的几何形状可以适合于设备箱体 12的几何形状。因此，本公开的二相热学装置中的任一个的几何形状和厚度可以具有任何需要的几何形状，例如矩形、正方形、三角形、椭圆形、圆形或类似形状。 [0026] 翅片冷却块中的每一个，例如所示出的第一翅片冷却块14，机械地连接到设备箱体12，例如利用经由多个紧固件孔44连接的多个紧固件 42来连接。在示出的实施例中，紧固件42是适于被容纳在螺纹紧固件孔44中的螺纹杆紧固件，由此将二相热学装置22夹持在第一外箱体壁 28与第一冷却块平面端面32之间。二相热学装置22和两个设备箱体 12以及第一翅片冷却块14和第二翅片冷却块16的各个表面之间的热传递也可以通过利用施加到二相热学装置22的各个面上以及二相热学装置22的平面端面和相关的设备箱体面中的任一者或两者上的导热粘合剂或联接复合物来增强。为了便于用于维护的设备箱体12的拆卸，可以预期的是，可能不需要除使用紧固件42之外的另外的粘合剂或附连方法。 [0027] 参考图2并再次参考图1，用于矩形内周壁20的二相热学装置22 的示例性几何形状包括第一传递壁46和相对地定向的第二传递壁48，第一传递壁46具有第一二相热学装置壁面26，第二传递壁48具有第二二相热学装置壁面30。相对地定位的第一边缘壁50和第二边缘壁52 与第一传递壁46和第二传递壁48一起（为了清楚而未在该视图中示出顶边缘壁和底边缘壁）限定外周壁24内的内部密封腔54。为了使第一传递壁46和第二传递壁48之间的热传递最大化，将例如为水/防冻混合物的液体/蒸汽56密封在内部密封腔54内。液体/蒸汽56的使用使得遍及第一内部传递壁58到相对地定位的第二内部传递壁60的整个表面区域的总的热传递最大化。液体/蒸汽56的使用还限制或最小化二相热学装置22的各个面上的热点的影响，这是因为液体/蒸汽56与通常用于翅片冷却块的金属的实体壁相比将更快速地实现均一的温度。内部密封腔54还确保液体/蒸汽56的体积随时间保持恒定并且防止污染产物进入内部密封腔54或者液体/蒸汽56向外泄露。可以使用多种方法来密封内部密封腔54。当完成二相热学装置22的建造时，可以使用例如钎焊、焊接或类似工序。 [0028] 图2中表示的热传递路径“C”代表通过利用液体/蒸汽56的传导/ 对流热传递进行的设备箱体12与多个冷却翅片36之间的通常的热传递方向路径。所传递的热沿包括外箱体壁28、第一传递壁46、液体/蒸汽 56、第二传递壁48和冷却块14的路径“C”从外箱体壁28均匀地扩散至大气。为了通过二相热学装置22保证第一外箱体壁28和第一冷却块平面端面32两者的最大表面区域接触，二相热学装置22的深度D’至少等于或大于通过内周壁20设置在第一外箱体壁28处的相应的深度D （在图1中示出）。根据几个方面，平面的第一外箱体壁28被定位和暴露在内周壁20内，其中内周壁20垂直于外箱体壁28（成直角）定向。为了使由内部密封腔54内的液体/蒸汽56提供的热传递能力最大化，使得二相热学装置22的包括第一传递壁46和第二传递壁48以及第一边缘壁50和第二边缘壁52的各个外壁的壁厚度最小化。用于构造二相热学装置22的材料还被选择成最大化二相热学装置22的热传递能力，同时还允许当在使用过程中液体/蒸汽56的温度升高时将发生在内部密封腔54内的压力的升高。 [0029] 参考图3并且再次参考图1至2，装配后的设备箱体12包覆二相热学装置22中的每一个。例如，一个二相热学装置22被包覆在部件安装面板19、箱体外框18和第一冷却块壁34之间，使得二相热学装置22 不被暴露于大气或大气污染物。设备箱体12也可以包括限定设备箱体 12的顶面板、底面板、后面板、前面板或侧面板的一个或更多个无翅片箱体面板62。 [0030] 参考图4并且再次参考图1至3，翅片冷却块中的每一个，例如第一翅片冷却块14和第二翅片冷却块16，提供用于安装紧固件42，根据几个方面，紧固件42可以为对准销或螺纹紧固件。冷却翅片36通常等间距地隔开，并且除了端部翅片之外全部基本等间距地隔开。在图4中示出的实施例中，在第一翅片冷却块14和第二翅片冷却块16的制造期间，冷却翅片36整体地连接到第一冷却块壁34。 [0031] 参考图5并且再次参考图1，部件安装面板19各自包括比如为第一外箱体壁28的平面外箱体壁，第一外箱体壁28具有形成其中的紧固件容纳孔66。紧固件容纳孔66与形成在箱体外框18中的紧固件孔44中的单独的一个同轴地对准。至少一个并且根据几个实施例的多个整体地连接的部件安装支架68在相对于第一外箱体壁28相反地面对的一侧上连接到部件安装面板19。由安装到设备箱体12内的部件安装支架68 上的部件（未示出）所产生的热以传导的方式传递到箱体外壁，例如第一外箱体壁28。 [0032] 参考图6并且再次参考图5，除了整体地连接的部件安装支架68外，部件安装面板19还可以包括多个可释放地安装的部件安装支架70，可释放地安装的部件安装支架70能够被连接到形成在部件安装面板19的内面板面74中的细长槽72。一个以及根据几个实施例为多个对准容座 76可被设置成使电气部件与单独的部件安装支架68、70对准并保持，以及容纳用于安装无翅片箱体面板62的紧固件。 [0033] 参考图7并且再次参考图1,无翅片箱体面板62具有面向外部的平面表面78。可以围绕无翅片箱体面板62的外周设置多个孔80，孔80 容纳用于将无翅片箱体面板62安装到设备箱体12的部件安装面板19 的紧固件（未示出）。 [0034] 本公开的二相热学装置相对于通常已知的翅片热传递冷却块的使用提供几个优势。作为热传递介质的液体/蒸汽56的使用使得二相热学装置22的整个表面上的热传递最大化，同时最小化设备箱体12中的接近热产生部件的局部热点的出现。密封的内部密封腔54的使用确保液体/蒸汽56的体积保持恒定并且免受能够使总体热传递能力退化的污染物的影响。本公开的二相热学装置22的设计也提供用于例如通过焊料或环氧树脂/粘合剂来固定二相热学装置。 [0035] 提供示例性实施例以使本公开完整，并且将本公开的范围完全地传达给本领域技术人员。阐明多个特定细节，例如特定部件、装置和方法的实例以提供对于本公开的实施例的完整的理解。对于本领域技术人员来说明显的是，不一定采用特定的细节，示例性实施例可以以多种不同的形式体现并且其也不解释为用于限制本公开的范围。在一些示例性实施例中，不再详细描述众所周知的过程、众所周知的结构和众所周知的技术。 [0036] 本文中使用的术语仅用于阐述特定的示例性实施例的目的，而非旨在限制。除非上下文清楚地表明另有所指，否则如本文中使用的单数形式“一”、“一个”和“该”可以旨在也包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”和“具有”是包容性的，并且因此指明所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组合的存在和增加。本文中说明的方法步骤、处理和操作并不解释为必须要求它们按所讨论或说明的特定次序执行，除非明确指出为执行次序。还应理解的是可以采用另外的或可替代的步骤。 [0037] 当元件或层被称为“在另一元件或层之上”、“接合到”、“连接到”或“联接到”另一元件或层时，其可以直接地在另一元件或层之上，接合到、连接到或联接到另一元件或层，或者可以存在中间元件或层。相比之下，当元件被称为“直接在另一元件或层之上”、“直接接合到”、“直接连接到”或“直接联接到”另一元件或层时，则可能不存在中间元件或层。应当以相似的方式解释用于描述元件之间的关系的其他词汇（例如，“在……之间”与“直接在……之间”、“相邻”与“直接相邻”，等等）。 [0038] 虽然术语第一、第二、第三等等可以在本文中用于说明不同的元件、部件、区域、层和/或部分，但这些元件、部件、区域、层和/或部分不应该被这些术语所限制。这些术语仅被用于将一个元件、部件、区域、层或部分与另一个区域、层或部分区分开。除非上下文明确指示，在此使用的诸如“第一”、“第二”和其他数字术语不表示顺序或次序。因此，在不脱离示例性实施例的教示的情况下，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部分可以被称为第二元件、部件、区域、层或部分。 [0039] 为了便于说明，本文中可使用空间相对术语，诸如“内部”、“外部”、“在……之下”、“在……下面”、“下部”、“在……之上”、“上部”以及类似术语，以说明在图中示出的一个元件或特征与另一（其他）元件或特征的关系。空间相对术语可以旨在包括除了附图中描述的方位之外的使用或操作中的设备的不同方位。例如，如果附图中的设备翻转，描述为“在其他元件或特征下面”或“在其他元件或特征之下”的元件则将被定向为“在其他元件或特征之上”。因此，示例术语“在……之下”可包括在上和在下的方位。装置可被另外地定位（旋转90度或在其他方位处），并相应地解释为本文所用的空间相对关系描述词。 [0040] 出于示出和描述的目的提供实施例的上述说明。其并非旨在穷举或限制本公开。特定实施例的单独的元件或特征通常不限于所述特定实施例，而在适用的情况下可相互交换，并且可被用于所选择的即使未具体地示出或阐述的实施例。同一元件或特征可以以许多方式变化。这些变化并不被认为脱离本公开，并且所有这些变型旨在包含在本公开的范围内。 |
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