冷却设备、系统、及相关方法技术方案

提供一种冷却设备、系统和方法。该冷却设备包括具有相对主表面的至少一个印刷电路板，以及位于印刷电路板的一个主表面上的至少一个电子部件或其他热源。该冷却设备还包括脉动热管，具有至少一个定位为沿着主表面中之一延伸并与其靠近或者嵌在印刷电路板内的部分。如此，脉动热管能够从印刷电路板传输热量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种冷却系统，并且更加特别地，涉及一种采用脉动加热管用来冷却印刷电路板的冷却系统。
技术介绍
在航空电子及其它应用中，印刷电路板(PCB)通常安装在金属机架盒内。由PCB载有的电子装置产生的热通过经PCB传输到机架盒的金属(铝)壁来散发。随后，热量通过经金属机架壁的传导散发至外部散热器，并最终通过散热器周围的冷空气循环或冷却板带走。由于热传输通路中的高热阻，废热负载通常随着进一步的工作日而增加，其由此导致了产生热的电子装置与散热器之间较大的温度梯度(ΔT)。此较大的ΔT会对电子装置的性能产生不良影响。结果，必须开发一种更加有效的热传输方式来解决这些热问题。一种先进的热传输方式是脉动热管(PHP)技术。PHP通过形成封闭回路的成圈或不成圈的蛇形毛细管构成，如图1所示。在利用液体部分地填充保持在低压下的毛细管后，PHP通过形成多个由汽泡分开的蒸汽团，即饱和液体区域，而达到平衡。在操作中，热引入到蒸发区域并从冷凝区域撤出。在稳定状态下，热传输通过由不同匝之间的瞬时压强不平衡导致的从蒸发区到凝结区的连续往复移动来实现。相变和明显的热交换都视作参与了热传输。从20世纪90年代后期以来，PHP工作特性和机制已经得到广泛研究，此技术已经应用于越来越多的领域。例如，PHP技术已经应用于提供航空电子装置冷却，其已经实现了热阻的明显降低，并且采用了授予Akachi的美国专利No.4,921,041；5,697,428中公开的系统。特别地，且如本申请的图2所示，公开航空电子机架盒装载印刷电路板并在机架盒的侧壁内包括通道板热管。机架盒的另一侧壁可以是与凝结器连接从而输出从PCB传输到热管的热量的冷却板。通过使热管位于侧壁内，降低了热阻并且增加了传热能力。随着航空电子和其它系统中产生更多热量的新的和额外电子装置的引入，印刷电路板产生了更多的废热。例如，用于航空电子机架的新一代电子系统在工作期间会需要散发高达1000瓦的总废热。例如，每个电源模块会产生和需要散发近100瓦。采用传统冷却方式时，随着散热需求的增加由此导致了非常大的温度梯度。因而，除了上述包括将PHP引入机架盒在内的对航空电子冷却的改善以外，期望能够处理越来越大量的废热的另外的改善。因此，提供一种用于迅速散发由现代化电子系统产生的大量废热的改进冷却系统是十分有利的。由此看来，提供一种具有比传统冷却系统更高传热能力和更低热阻的冷却系统是十分有利的。提供一种具有比传统冷却系统相对简单的构造和更低制造成本的冷却系统也是十分有利的。
技术实现思路
通过提供一种能够采用脉动热管冷却印刷电路板的改进的冷却系统，本专利技术解决了上述需要并且实现了其它优势。例如，脉动热管可以位于机架壳内，靠近印刷电路板。由此，脉动热管可以沿着或靠近一个或多个印刷电路板设置，使得冷却系统可以轻易且有效地从印刷电路板传出热量。在一个实施例中，冷却系统可以与脉动热管相结合地采用环热管，从而提供脉动热管与散热器之间的中间冷却。在本专利技术的一个实施例中，提供一种冷却设备，包括至少一个印刷电路板，以及处于与印刷电路板热连通的至少一个热源。该冷却设备还包括脉动热管，其具有至少一个定位为沿着主表面中之一延伸并与其靠近或者嵌在印刷电路板内的部分。由此，脉动热管能够从印刷电路板传输热量。在本专利技术的各个方面，该冷却设备包括至少一个由导热材料形成的片，其靠近脉动热管和印刷电路板或位于其间。脉动热管的蒸发器可以位于印刷电路板与热源相对的主表面附近。另外，脉动热管可以位于一对印刷电路板之间。在冷却设备的其它方面，该设备包括与脉动热管热连接的环热管，其中环热管包括蒸发器和凝结器。环热管的蒸发器可与脉动热管的凝结器热连接。本专利技术还可以在一种冷却系统中实施。该冷却系统包括机架壳，以及上述冷却设备。印刷电路板在机架壳内。在该冷却系统的各个实施例中，脉动热管包括蒸发器和凝结器。凝结器可以于邻近机架壳的侧壁，而蒸发器可以位于一对印刷电路板之间。另外，蒸发器与凝结器共线地延伸。另外，冷却系统可以包括一对由导热材料形成的片，每个位于对应的印刷电路板附近，其中脉动热管位于一对片之间。在该冷却系统的其它方面，环热管位于邻近机架壳的内表面、邻近外表面或其侧壁内中之一。此外，该冷却系统可以包括一对位于脉动热管相对端的连接器。连接器能够从脉动热管向环热管传导热。本专利技术的另一方面还提供了一种用于冷却至少一个印刷电路板的方法。该方法包括提供上述冷却系统。另外，该方法还包括利用脉动热管从印刷电路板传输热，以及通过经脉动热管转移热量将热从印刷电路板传走并到机架壳外。在该方法的另一方面，提供步骤包括定位环热管靠近脉动热管外表面附近，使得环热管与脉动热管热连接。由此，该方法可以包括从脉动热管传热到环热管。提供步骤还可以包括安装多个印刷电路板在机架壳内。提供步骤可以包括定位脉动热管在每对印刷电路板之间。在该方法的其它方面，提供步骤还定位至少一个由导热材料形成的片邻近脉动热管和印刷电路板或位于其间。提供步骤还可以包括定位一对连接器在脉动热管相对的端部，其中连接器能够从脉动热管经机架壁向环热管传导热。如此，该方法可以包括从连接器经机架壳传输热到环热管。提供步骤还可以包括定位脉动热管的蒸发器靠近印刷电路板的主表面与热源相对。另外，提供步骤可以包括定位脉动热管的凝结器位于邻近机架壳的内表面、邻近外表面和侧壁内中之一。本专利技术由此提供了一种能够冷却安装在机架壳内的PCB的冷却系统。该冷却系统适于各种技术，包括航空电子学，并且能满足各种冷却需求。一种优选实施例的冷却系统采用通过将蒸发器定位在一对PCB之间并将凝结器定位在机架壳侧壁内而占据最小空间的PHP。另外，PHP通常具有较低的制造成本，具有简单和重量轻的内部结构，并且具有比传统航空电子冷却技术更高的传热能力。由此，冷却系统能够降低热源与散热器之间的温度梯度，并降低了PCB与PHP之间的热阻。由于改善的传热特性，冷却系统能更好地解决航空电子和其它
中新电子装置的增加的需要。附图说明对本专利技术概括地介绍后，现在将参照并非严格按比例绘制的附图，其中图1为根据一种传统技术的脉动热管的截面图；图2为根据一种现有技术具有位于机架盒侧壁内的脉动热管的航空电子冷却系统的透视图；图3为根据本专利技术一个实施例的冷却系统的截面图；图4为根据本专利技术一个实施例的冷却系统局部的放大截面图；图5为根据本专利技术一个实施例的冷却系统局部的截面图；图6为根据本专利技术一个实施例位于两印刷电路板之间的脉动热管的截面图；图7为根据本专利技术一个实施例位于印刷电路板附近的脉动热管的截面图；图8为根据本专利技术一个实施例位于印刷电路板附近的脉动热管的顶部截面图；图9为根据本专利技术另一个实施例的冷却系统的截面图；图10为示出根据本专利技术一个实施例的使用冷却系统的方法的流程图；以及图11为绘示出根据本专利技术一个实施例，对于冷却系统内的各种工作流体，输入功率对温度梯度的曲线图。具体实施例方式现在，将参照附图更加全面的介绍本专利技术，附图中示出了本专利技术的某些而非全部的实施例。实际上，本专利技术可以通过多种不同形式来实施并且不应构造为限于此处展示的实施例，相反，提供这些实施例而是为了使本公开满足适用的法律要求。类似的附图标记始终表示类似的元件。现在参照附图，特别是图3，其示出了根据本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种冷却设备，包括：　　　　具有相对主表面的至少一个印刷电路板；　　　　位于印刷电路板的一个主表面上的至少一个热源；以及　　　　脉动热管，具有至少一个定位为沿着主表面中之一延伸并与其靠近或者嵌在印刷电路板内的部分，使得脉动热管能够从印刷电路板传输热量。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱莉F阿斯菲亚，陈清荣，蔡庆军，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]