冷卻設備、系統、及相關方法技術方案

提供一種冷卻設備、系統和方法。該冷卻設備包括具有相對主表面的至少一個印刷電路板，以及位于印刷電路板的一個主表面上的至少一個電子部件或其他熱源。該冷卻設備還包括脈動熱管，具有至少一個定位為沿著主表面中之一延伸并與其靠近或者嵌在印刷電路板內的部分。如此，脈動熱管能夠從印刷電路板傳輸熱量。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及一種冷卻系統，并且更加特別地，涉及一種采用脈動加熱管用來冷卻印刷電路板的冷卻系統。
技術介紹
在航空電子及其它應用中，印刷電路板(PCB)通常安裝在金屬機架盒內。由PCB載有的電子裝置產生的熱通過經PCB傳輸到機架盒的金屬(鋁)壁來散發。隨后，熱量通過經金屬機架壁的傳導散發至外部散熱器，并最終通過散熱器周圍的冷空氣循環或冷卻板帶走。由于熱傳輸通路中的高熱阻，廢熱負載通常隨著進一步的工作日而增加，其由此導致了產生熱的電子裝置與散熱器之間較大的溫度梯度(ΔT)。此較大的ΔT會對電子裝置的性能產生不良影響。結果，必須開發一種更加有效的熱傳輸方式來解決這些熱問題。一種先進的熱傳輸方式是脈動熱管(PHP)技術。PHP通過形成封閉回路的成圈或不成圈的蛇形毛細管構成，如圖1所示。在利用液體部分地填充保持在低壓下的毛細管后，PHP通過形成多個由汽泡分開的蒸汽團，即飽和液體區域，而達到平衡。在操作中，熱引入到蒸發區域并從冷凝區域撤出。在穩定狀態下，熱傳輸通過由不同匝之間的瞬時壓強不平衡導致的從蒸發區到凝結區的連續往復移動來實現。相變和明顯的熱交換都視作參與了熱傳輸。從20世紀90年代后期以來，PHP工作特性和機制已經得到廣泛研究，此技術已經應用于越來越多的領域。例如，PHP技術已經應用于提供航空電子裝置冷卻，其已經實現了熱阻的明顯降低，并且采用了授予Akachi的美國專利No.4,921,041；5,697,428中公開的系統。特別地，且如本申請的圖2所示，公開航空電子機架盒裝載印刷電路板并在機架盒的側壁內包括通道板熱管。機架盒的另一側壁可以是與凝結器連接從而輸出從PCB傳輸到熱管的熱量的冷卻板。通過使熱管位于側壁內，降低了熱阻并且增加了傳熱能力。隨著航空電子和其它系統中產生更多熱量的新的和額外電子裝置的引入，印刷電路板產生了更多的廢熱。例如，用于航空電子機架的新一代電子系統在工作期間會需要散發高達1000瓦的總廢熱。例如，每個電源模塊會產生和需要散發近100瓦。采用傳統冷卻方式時，隨著散熱需求的增加由此導致了非常大的溫度梯度。因而，除了上述包括將PHP引入機架盒在內的對航空電子冷卻的改善以外，期望能夠處理越來越大量的廢熱的另外的改善。因此，提供一種用于迅速散發由現代化電子系統產生的大量廢熱的改進冷卻系統是十分有利的。由此看來，提供一種具有比傳統冷卻系統更高傳熱能力和更低熱阻的冷卻系統是十分有利的。提供一種具有比傳統冷卻系統相對簡單的構造和更低制造成本的冷卻系統也是十分有利的。
技術實現思路
通過提供一種能夠采用脈動熱管冷卻印刷電路板的改進的冷卻系統，本專利技術解決了上述需要并且實現了其它優勢。例如，脈動熱管可以位于機架殼內，靠近印刷電路板。由此，脈動熱管可以沿著或靠近一個或多個印刷電路板設置，使得冷卻系統可以輕易且有效地從印刷電路板傳出熱量。在一個實施例中，冷卻系統可以與脈動熱管相結合地采用環熱管，從而提供脈動熱管與散熱器之間的中間冷卻。在本專利技術的一個實施例中，提供一種冷卻設備，包括至少一個印刷電路板，以及處于與印刷電路板熱連通的至少一個熱源。該冷卻設備還包括脈動熱管，其具有至少一個定位為沿著主表面中之一延伸并與其靠近或者嵌在印刷電路板內的部分。由此，脈動熱管能夠從印刷電路板傳輸熱量。在本專利技術的各個方面，該冷卻設備包括至少一個由導熱材料形成的片，其靠近脈動熱管和印刷電路板或位于其間。脈動熱管的蒸發器可以位于印刷電路板與熱源相對的主表面附近。另外，脈動熱管可以位于一對印刷電路板之間。在冷卻設備的其它方面，該設備包括與脈動熱管熱連接的環熱管，其中環熱管包括蒸發器和凝結器。環熱管的蒸發器可與脈動熱管的凝結器熱連接。本專利技術還可以在一種冷卻系統中實施。該冷卻系統包括機架殼，以及上述冷卻設備。印刷電路板在機架殼內。在該冷卻系統的各個實施例中，脈動熱管包括蒸發器和凝結器。凝結器可以于鄰近機架殼的側壁，而蒸發器可以位于一對印刷電路板之間。另外，蒸發器與凝結器共線地延伸。另外，冷卻系統可以包括一對由導熱材料形成的片，每個位于對應的印刷電路板附近，其中脈動熱管位于一對片之間。在該冷卻系統的其它方面，環熱管位于鄰近機架殼的內表面、鄰近外表面或其側壁內中之一。此外，該冷卻系統可以包括一對位于脈動熱管相對端的連接器。連接器能夠從脈動熱管向環熱管傳導熱。本專利技術的另一方面還提供了一種用于冷卻至少一個印刷電路板的方法。該方法包括提供上述冷卻系統。另外，該方法還包括利用脈動熱管從印刷電路板傳輸熱，以及通過經脈動熱管轉移熱量將熱從印刷電路板傳走并到機架殼外。在該方法的另一方面，提供步驟包括定位環熱管靠近脈動熱管外表面附近，使得環熱管與脈動熱管熱連接。由此，該方法可以包括從脈動熱管傳熱到環熱管。提供步驟還可以包括安裝多個印刷電路板在機架殼內。提供步驟可以包括定位脈動熱管在每對印刷電路板之間。在該方法的其它方面，提供步驟還定位至少一個由導熱材料形成的片鄰近脈動熱管和印刷電路板或位于其間。提供步驟還可以包括定位一對連接器在脈動熱管相對的端部，其中連接器能夠從脈動熱管經機架壁向環熱管傳導熱。如此，該方法可以包括從連接器經機架殼傳輸熱到環熱管。提供步驟還可以包括定位脈動熱管的蒸發器靠近印刷電路板的主表面與熱源相對。另外，提供步驟可以包括定位脈動熱管的凝結器位于鄰近機架殼的內表面、鄰近外表面和側壁內中之一。本專利技術由此提供了一種能夠冷卻安裝在機架殼內的PCB的冷卻系統。該冷卻系統適于各種技術，包括航空電子學，并且能滿足各種冷卻需求。一種優選實施例的冷卻系統采用通過將蒸發器定位在一對PCB之間并將凝結器定位在機架殼側壁內而占據最小空間的PHP。另外，PHP通常具有較低的制造成本，具有簡單和重量輕的內部結構，并且具有比傳統航空電子冷卻技術更高的傳熱能力。由此，冷卻系統能夠降低熱源與散熱器之間的溫度梯度，并降低了PCB與PHP之間的熱阻。由于改善的傳熱特性，冷卻系統能更好地解決航空電子和其它
中新電子裝置的增加的需要。附圖說明對本專利技術概括地介紹后，現在將參照并非嚴格按比例繪制的附圖，其中圖1為根據一種傳統技術的脈動熱管的截面圖；圖2為根據一種現有技術具有位于機架盒側壁內的脈動熱管的航空電子冷卻系統的透視圖；圖3為根據本專利技術一個實施例的冷卻系統的截面圖；圖4為根據本專利技術一個實施例的冷卻系統局部的放大截面圖；圖5為根據本專利技術一個實施例的冷卻系統局部的截面圖；圖6為根據本專利技術一個實施例位于兩印刷電路板之間的脈動熱管的截面圖；圖7為根據本專利技術一個實施例位于印刷電路板附近的脈動熱管的截面圖；圖8為根據本專利技術一個實施例位于印刷電路板附近的脈動熱管的頂部截面圖；圖9為根據本專利技術另一個實施例的冷卻系統的截面圖；圖10為示出根據本專利技術一個實施例的使用冷卻系統的方法的流程圖；以及圖11為繪示出根據本專利技術一個實施例，對于冷卻系統內的各種工作流體，輸入功率對溫度梯度的曲線圖。具體實施例方式現在，將參照附圖更加全面的介紹本專利技術，附圖中示出了本專利技術的某些而非全部的實施例。實際上，本專利技術可以通過多種不同形式來實施并且不應構造為限于此處展示的實施例，相反，提供這些實施例而是為了使本公開滿足適用的法律要求。類似的附圖標記始終表示類似的元件。現在參照附圖，特別是圖3，其示出了根據本本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種冷卻設備，包括：　　　　具有相對主表面的至少一個印刷電路板；　　　　位于印刷電路板的一個主表面上的至少一個熱源；以及　　　　脈動熱管，具有至少一個定位為沿著主表面中之一延伸并與其靠近或者嵌在印刷電路板內的部分，使得脈動熱管能夠從印刷電路板傳輸熱量。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：朱莉F阿斯菲亞，陳清榮，蔡慶軍，
申請(專利權)人：波音公司，
類型：發明
國別省市：US[美國]