本申请提供一种瓦片式子阵的冷却装置，瓦片式子阵的冷却装置包括：冷却层Ⅰ—Ⅶ、主框架、流道、流体连接器、冷却介质；所述冷却层Ⅰ安装在主框架底部外侧，剩余冷却层嵌套在主框架内部；所述主框架为方形盒体结构，顶部对角处设有进、回液口；所述流道沿对角侧壁和底部内腔布置；所述流体连接器安装在主框架顶部对角处；所述冷却介质从进液口流入沿流道从回液口流出。该冷却装置采用两相流散热和自然散热相结合的方式，解决了瓦片式子阵结构因内部组成热耗集中、平均热流密度大而导致散热困难的问题。
【技术实现步骤摘要】
本申请涉及相控阵设备结构及环控设计，特别涉及一种瓦片式子阵的冷却装置。
技术介绍
1、随着有源相控阵的飞速发展以及电子系统的集成度要求越来越高，作为有源相控阵系统最关键组成的t/r组件正不断向高集成、小型化、低成本的目标不断迈进，传统的砖块式t/r组件因为集成度低、体积大、成本高，已逐渐无法满足发展需求；而瓦片式t/r组件充分利用纵向尺寸，采用层叠式结构，垂直互联，高度集成组件内各功能模块，使得t/r组件更加小型化、轻薄化，同时提高了天线阵列的可重构性，因此，瓦片式正成为有源相控阵研究和发展的热点。但高集成、小型化、轻薄化随之带来的便是瓦片式t/r组件内功能芯片平均热流密度的大幅提升。功率器件的寿命和可靠性都与温度有关：功率器件的寿命将随温度的升高呈指数级下降。工程上现有的有源相控阵冷却设计依然以风冷散热和单相液冷散热为主。
2、但现有的有源相控阵面冷却设计存在以下不足：
3、(1)传统的风冷或单相液冷热设计无法满足小尺寸、大功率瓦片式t/r组件的散热需求；
4、(2)尽管两相流冷却技术换热能力强，可较好解决高热流密度器件的散热问题，两相流微通道冷却装置也得到了越来越广泛地关注和研究，但对于微通道内两相流沸腾换热过程中，冷却介质强化换热以及流动、换热稳定性的研究，在结构方面的优化大都较为复杂且不易加工，冷却介质沸腾换热的性能还有提升空间；
5、(3)瓦片式有源相控阵面结构内部多采用层叠式结构，而各层器件往往都会有散热需求，对于阵面结构有限空间内多重散热需求的热设计研究则较为缺乏。</p>6、基于上述问题，提出一种流道简单、换热性能强且流动、换热稳定，同时兼顾阵面结构内各层功能模块散热的冷却装置。
技术实现思路
1、本申请提供了一种瓦片式子阵的冷却装置，可用于解决有限空间内进行有效散热的技术问题。
2、本申请提供一种瓦片式子阵的冷却装置，冷却装置包括：
3、多个冷却层、主框架、流道、流体连接器、冷却介质；多个冷却层包括冷却层ⅰ至冷却层ⅶ；
4、其中，主框架是方形盒体结构，冷却层ⅰ安装在主框架底部外侧，冷却层ⅱ至冷却层ⅶ由下至上层层堆叠安装，嵌套在主框架内部；
5、其中，冷却层ⅱ至冷却层ⅶ均分别分别包括各自的电路板即对应图中为2-1、3-1、4-1、5-1、6-1、7-1的部件，和金属结构件即对应为图中2-2、3-2、4-2、5-2、6-2、7-2的部件；即冷却层ⅱ包括第二电路板以及第二金属结构件；冷却层ⅱ包括第三电路板以及第三金属结构件；依次类推；7层冷却层各不相同；冷却层ⅰ的功能芯片一侧与主框架底部外侧贴装；冷却层ⅱ至冷却层ⅶ层层堆叠，嵌套安装在主框架内部，其中冷却层ⅱ位于最下侧，冷却层ⅱ的功能芯片一侧与主框架底部内侧贴装；
6、主框架内部设有定位销钉、定位孔、安装孔和安装凸台，冷却层ii至冷却层vi的金属结构件上均设有定位销钉或定位销孔，和安装凸台；
7、各层安装时，冷却层ii与主框架内侧底部定位联接，冷却层iii与主框架内侧的安装凸台定位联接，剩余各冷却层与相邻的冷却层相互定位联接，即冷却层iv与冷却层iii定位、联接，冷却层v与冷却层iv定位、联接，依次类推；冷却层ⅰ和冷却层ⅱ热耗高、平均热流密度大，剩余冷却层的热耗和平均热流密度相对较小；
8、其中，主框架顶部对角处分别设有进液口和回液口，流道顺着进液口和回液口布置在主框架对角侧壁内以及底部内腔；流体连接器通过螺纹分别安装在进液口、回液口；冷却介质由进液口进入冷却装置，经内部流道，从回液口流出。
9、进一步地，冷却层ⅰ和冷却层ⅱ热耗超过2.4kw，平均热流密度超过200w/cm2，采用两相流散热的方式给冷却层ⅰ和冷却层ⅱ散热，冷却层ⅰ和冷却层ⅱ的功能芯片一侧直接贴装在主框架底部内外两侧；
10、主框架内部设有流道；流道内通两相流冷却介质。
11、进一步地，冷却层ⅲ至冷却层ⅶ每层热耗最大不超过30w，平均热流密度低于1w/cm2，采用自然散热的方式给冷却层ⅲ至冷却层ⅶ散热；
12、冷却层ⅱ至冷却层ⅶ嵌套在主框架内，依次由下往上层层堆叠，每一层冷却层均由电路板和金属结构件组成，冷却层ⅱ、冷却层ⅲ、冷却层ⅴ和冷却层ⅵ的金属结构件为均温板，主体材料为金属铝板6061，既为本层的电路板提供安装空间和接口，又给本层或相邻上一层冷却层的电路板提供散热；各层电路板位于本层金属结构件下方；
13、其他冷却层的金属结构件为金属框架，为本层或相邻层的电路板提供安装空间和接口。冷却层ⅰ和冷却层ⅱ的热耗和平均热流密度均较高，剩余冷却层热耗和平均热流密度相对较低。
14、进一步地，主框架内流道采用微小通道结构，按照流体的流动方向，依次经过通道内入口腔、并联的子微通道、出口腔；
15、从入口腔到各子微通道处的通道内径逐渐收缩，各子微通道到出口腔处的通道内径逐渐扩张；
16、采用多孔泡沫金属或者泡沫镍与流道壁面烧结，烧结区域为入口腔和各子微通道，形成多孔复合结构。
17、流道微通道上游入口处结构收缩且复合金属泡沫镍材料，增加了入口处的摩擦力，增大了上游入口附近的流动阻力，而微通道下游出口处，由于结构扩张且没有复合金属泡沫镍材料，使得下游出口处附件流动阻力相对偏小，进一步地，微通道内冷却介质沸腾时，汽泡更倾向于向下游出口处膨胀，从而抑制了通道内的返流现象，防止通道内堵塞，保证冷却介质流动和沸腾的稳定性
18、流道内金属泡沫镍多孔复合结构增加了流道壁面的换热面积，同时又形成扰流元件，增大了冷却介质自身的湍流度，破坏了壁面附近的流体边界层，使壁面传热进一步增强，从而提高了对流传热系数，强化换热能力，同时，结构较为简单，易于加工。
19、进一步地，流体连接器采用tsfp盲插式自密封可耐压流体连接器，尾部为螺纹安装形式，供冷却装置内的冷却介质流入和流出。流体连接器支持带压插拔操作，可避免冷却介质泄露，方便冷却装置的插拔和维修。
20、进一步地，冷却介质采用r134a，r134a在流道内热源处吸收大量热量，由饱和液态蒸发形成两相流，流出冷却装置；r134a化学性能稳定、安全性好，具有合适的饱和蒸汽压、良好的热性能，与绝大多数材料均相容。
21、其中，主框架是方形开放式盒体结构，材料选用金属铝板6061，表面进行导电氧化(铝本色)处理，顶部对角处设有进、回液口，底部中心处装有电连接器；
22、主框架既为冷却层提供安装接口和空间，又为高热耗、高热流密度的冷却层散热。
23、主框架内部螺纹孔均安装钢丝螺套，避免内部功能模块重复拆装过程中铝基体螺纹受损。
24、可选的，主框架底部为冷却装置的主要散热区域，可直接为高热耗、高热流密度的功能芯片散热，主框架四周薄壁，为各冷却层提供更多嵌套空间。
25、本专利技术与现有技术相比，其优点在于：
26、(1)采用两相流冷本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种瓦片式子阵的冷却装置，其特征在于，所述冷却装置包括：
2.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，采用两相流散热的方式给冷却层Ⅰ(1)和冷却层Ⅱ(2)散热，冷却层Ⅰ(1)和冷却层Ⅱ(2)的功能芯片一侧直接贴装在主框架(8)底部内外两侧；
3.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，采用自然散热的方式给冷却层Ⅲ(3)至冷却层Ⅶ(7)散热；
4.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，主框架(8)内流道采用微小通道结构，按照流体的流动方向，依次经过通道内入口腔(9-1)、并联的子微通道(9-2)、出口腔(9-3)；
5.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，流体连接器(10)采用盲插式自密封连接器。
6.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，冷却介质(11)采用R134a，R134a在流道内热源处吸收热量，由饱和液态蒸发形成两相流，流出冷却装置。
【技术特征摘要】
1.一种瓦片式子阵的冷却装置，其特征在于，所述冷却装置包括：
2.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，采用两相流散热的方式给冷却层ⅰ(1)和冷却层ⅱ(2)散热，冷却层ⅰ(1)和冷却层ⅱ(2)的功能芯片一侧直接贴装在主框架(8)底部内外两侧；
3.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，采用自然散热的方式给冷却层ⅲ(3)至冷却层ⅶ(7)散热；
4.根据权利要求1所述的冷却装...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘东，朱学凯，顾林卫，刘剑超，田野，
申请(专利权)人：中国船舶集团有限公司第七二三研究所，
类型：发明
国别省市：
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