一种穿通式液冷结构的制作方法

1.本发明涉及电子模块散热技术领域，更具体地讲，涉及一种穿通式液冷结构。


背景技术：

2.asaac(alliedstandardavionicsarchitectureconcil)标准电子模块是欧洲参照美国相关军用标准开发的一种在现可更换(lrm)模块标准，已经广泛应用于军用和民用电子产品。随着集成度越来越高，标准模块的散热需求越来越大，穿通式液冷模块具有可现场快速更换、集成散热能力强等优点，应用越来越广。目前，在穿通式液冷结构上广泛应用了流体连接器、液冷冷板等技术，但在应用过程中遇到了以下各种问题：
3.(1)：由于asaac标准的模块厚度限制，盒体上冷板的厚度与集成电子元器件的高度产生矛盾，如何将盒体冷板设计得足够薄，成为结构难题。
4.(2)：由于流体连接器具有自密封功能，在拔出电子模块后液体自封于盒体冷板中，由于液体的体积弹性模量很大，液冷电子模块的内部压力随温度升高而增大。假设冷却介质为水，其体积弹性模量为2.19
×
109n/m2，常压下，电子模块液温为15℃，液体密度为ρ1，拔出放置的环境温度为25℃，液体密度为ρ2。通常情况盒体冷板不允许鼓包变形，因此忽略升温过程中流道的变形。因此，升温10℃后，模块流道内部增加的压力通过下式计算：
[0005][0006]
通过计算，模块内部液温上升10℃，水的液体膨胀压力增加约4.5mpa，因此很容易使盒体冷板鼓包或破裂，其膨胀压力只同液体的体积弹性模量和密度变化比值相关，不与液体多少相关，因此，采取增加冷板材料厚度的方法则会产生电子模块重量不断增加、电子器件高度空间大幅减小的弊端。
[0007]
(3)：当前采用的穿通式液冷结构，模块与模块之间采用并联分流，由于散热功耗不同，流量需求就不同，所以标准模块对流阻匹配提出较高要求，设计之初就必须严格限制流量和流阻，由此带来通用性不强的问题。
[0008]
目前公开的专利号：cn103179846b，公开一种与待冷却模块配套使用的冷却装置。采用在冷板两端的入口和出口采用自密封快速接头，流体快插接头具有自密封特征，解决了液冷装置快速自密封的问题，但并不具有压力释放特征，无法解决穿透式液冷模块在拔出后，内部液体热胀冷缩导致流道鼓包或破裂的问题。
[0009]
专利号：cn201420774912.x，公开一种液冷模块机架压力释放缓冲装置，采用活塞筒、活塞和端盖，活塞筒一端设置有流体进口，另一端活塞与液体接触，活塞后面设置有弹簧，当压力升高时，活塞带动弹簧受压后退，从而增加机架的液体容积，起到压力缓冲的作用。但此方案的弊端一方面是：额外的增加了压力缓冲的装置，应用在液冷模块上时，造成模块重量的增加，占用宝贵的元器件空间，另一个的弊端是，供液压力会导致缓冲弹簧压缩，拔出模块后，液体并不会排出流道，膨胀压力转化成弹簧压力，因此流道内始终保持较高的液压，易造成操作人员插拔操作困难，还需要繁琐的卸压、泄流操作，影响电子模块的
使用性。
[0010]
专利号：cn113613463a，公开一种液冷通道四周u型开口流道形成的弓形流道内流体，将固定在微通道冷板中部平行排列的热交换管包围在微通道冷板内部与外部连接的液冷连接器通过微通道冷板流道带走热量。此方案的弊端是没有解决使用中由于液冷模块内部液体热胀冷缩导致流道鼓包或破裂的问题，热管与液冷流道形成热道路，将导致热管占用较多结构空间。模块的环境适应性，安全性，通用性均不足。
[0011]
专利号：cn1106715162a，公开的一种微小型带压插拔流体连接器，解决了工作时无任何密封圈暴露在流体中，此方案的弊端是，在带压插拔时，第一密封圈移动至密封杆的通孔处时，密封杆的通孔的存在，极易在压力作用下对密封圈造成切损，甚至在流体冲刷下密封圈脱出密封槽，且此方案并不具有自卸压的功能。
[0012]
目前公开的穿通式液冷电子模块结构，仅提供了液冷电子模块盲插通液的方案，对液冷模块极易发生的液体热胀冷缩导致鼓包变形的问题、液冷模块无法调节流阻通用性不强的问题、带压插拔漏液风险大的问题，没有提供全面的进行解决方案。


技术实现要素：

[0013]
本发明所要解决的技术问题是，提供一种穿通式液冷结构；能够有效的对冷板内的液体膨胀破坏压力进行自动卸压保护，实现标准电子模块液冷结构的流阻可调节，增强穿通式液冷结构的带压插拔功能，本发明将大大提升标准化液冷电子模块的环境适应性，使用安全性，以及通用性。
[0014]
本发明解决技术问题所采用的解决方案是：
[0015]
一种穿通式液冷结构，包括具有液冷流道的液冷盒体、安装在液冷盒体外侧的自卸压式流体连接器、以及安装在液冷盒体外侧且用于对液冷流道内流体的流阻进行调节的流阻调节阀。
[0016]
在一些可能的实施方式中，
[0017]
所述液冷流道设置有进液口和出液口；所述自卸压式流体连接器为两组且分别安装在进液口和出液口；所述流阻调节阀安装在进液口的一端。
[0018]
在一些可能的实施方式中，
[0019]
在所述液冷盒体外侧且位于进液口和出液口处对称设置有排液槽，两组所述自卸压流体连接器分别安装在两组排液槽内。
[0020]
在一些可能的实施方式中，
[0021]
所述排液槽为l型结构，且呈对称设置在液冷盒体的外侧，所述排液槽沿自卸压式流体连接器轴向的长度d,d≥33mm。
[0022]
在一些可能的实施方式中，
[0023]
所述液冷盒体的最大承压值为a,所述自卸压式流体连接器的自卸压阀值为b，b＝60％a。
[0024]
在一些可能的实施方式中，
[0025]
所述液冷盒体的厚度为3mm。
[0026]
在一些可能的实施方式中，
[0027]
所述自卸压式流体连接器包括与进液口或出液口同轴连通的壳体、套装在壳体内
且沿壳体轴向移动的阀芯组件；
[0028]
在液体膨胀压力大于自卸压式流体连接器的自卸压阀值时，阀芯组件将向远离液冷流道一侧运动，将多余的液体排出。
[0029]
在一些可能的实施方式中，
[0030]
所述阀芯组件与安装在壳体靠近液流冷到一端的卡环、且一端与卡环连接且套装在壳体内的支撑弹簧、与卡环滑动配合且套装在支撑弹簧内的阀杆、以及设置在阀杆远离液冷流道一端且用于液冷流道内的液体排出的阀盖；
[0031]
所述阀盖与支撑弹簧的另外一端连接；所述阀杆远离阀盖的一端伸入液冷流道内。
[0032]
在一些可能的实施方式中，
[0033]
在所述阀盖靠近壳体内侧面上设置有排液孔；在所述壳体的内侧面上设置有与排液孔适配的密封圈；
[0034]
在无液体膨胀压力时，密封圈将排液孔封闭，液体不排出；
[0035]
在液流压力大于自卸压阀值时，支撑弹簧受液体膨胀压力将处于拉伸状态，阀盖向远离液冷流道的一侧运动，密封圈不再封闭排液孔，排液孔打开，排出液体；
[0036]
待液体膨胀压力下降到自卸压阀值的50％时，自卸压流体连接器开始恢复原位，支撑弹簧将由拉伸状态向初始状态恢复。
[0037]
在一些可能的实施方式中，
[0038]
所述液冷流道包括依次连接的出口流道颈部、主流道、进口流道颈部；
[0039]
所述流阻调节阀设置在主流道与进口流道颈部之间；所述阀杆的一端伸入出口流道颈部或进口流道颈部内。
[0040]
与现有技术相比，本发明的有益效果：
[0041]
本发明大大增加了电子模块元器件的布置空间；
[0042]
本发明通过设置自卸压流体连接器，能够有效的对液冷流道内的液体膨胀压力进行自动卸压保护，避免对于液冷盒体的损坏；进而有效的实现将液冷盒体的壁厚能够做到更薄；
[0043]
本发明通过设置流阻调节阀，实现标准电子模块液冷结构的流阻可调节，增强穿通式液冷结构的带压插拔功能；
[0044]
本发明将大大提升标准化液冷电子模块的环境适应性，使用安全性，以及通用性。
附图说明
[0045]
图1为本发明的结构示意图；
[0046]
图2为图1中a处的放大示意图；
[0047]
图3为本发明在无液体膨胀压力时，自卸压流体连接器的内部结构示意图；
[0048]
图4为本发明在液体膨胀压力大于自卸压流体连接其的自卸压阀值时，自卸压流体连接器的内部结构示意图；
[0049]
图5为本发明中实施例1的结构示意图；
[0050]
其中：100、液冷盒体；105、冷板；115、进口流道颈部；200、流阻调节阀；210、柱体；215、可旋通液孔；300、自卸压式流体连接器；306、卡环；307、限位槽；310、支撑弹簧；320、排
液孔；325、密封圈；500、印制电路板；505、电子元件；510、lrm电联接器。
具体实施方式
[0051]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。本技术所提及的"第一"、"第二"以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，"一个"或者"一"等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。在本技术实施中，“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。在本技术实施例的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指两个或两个以上。例如，多个定位柱是指两个或两个以上的定位柱。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0052]
下面对本发明进行详细说明。
[0053]
如图1-图5所示：
[0054]
一种穿通式液冷结构，包括具有液冷流道的液冷盒体100、安装在液冷盒体100外侧的自卸压式流体连接器300、以及安装在液冷盒体100外侧且用于对液冷流道内流体的流阻进行调节的流阻调节阀200。
[0055]
液体盒体包括冷板105、与冷板105一体形成且呈u字形的侧板，冷板105与侧板配合形成安装腔；侧板包括对称设置的两组侧板一、以及用于连接两组侧板一的侧板二；液冷流道包括设置在冷板105上的主流道、设置两组侧板上且与主流道连通的连接流道；
[0056]
自卸压式流体连接器300安装在侧板一上且连接流道连通，流阻调节阀200也安装在侧板一上，用于对流阻进行调节；
[0057]
在使用时，根据使用需求，通过流阻调节阀200进行流阻的调节，从而使得本发明能够具有通用性；
[0058]
当液冷流道内液体膨胀压力增大，且大于自卸压流体连接器的自卸压阀值时，自卸压流体连接器将打开，将部分液体排出，从而实现泄压，使得液体膨胀压力迅速下降，在下降到自卸压阀值的50％，自卸压流体连接器恢复原位，液体不再排出；通过自卸压流体连接器的设置，避免了由于液体膨胀压力的增大，进而使得冷板105破损；能够对于冷板105进行有效的保护，进而能够使得在进行冷板105设计时，能够将冷板105的厚度设计的更薄，如3mm，从而大大增加了液冷盒体100内部的布置空间；
[0059]
进一步的，本发明中在液冷盒体100从液冷机箱拔出后，自卸压流体连接器才开启压力保护，当液冷盒体100中的液体温升后膨胀压力大于自卸压阀值时，自卸压流体连接器被激发，多余液体从流体连接器排出；待液体膨胀压力下降到自卸压阀值的50％时，自卸压流体连接器开始恢复原位；
[0060]
在一些可能的实施方式中，为了有效的实现在液体膨胀压力下、能够迅速实现降压，实现对于液冷盒体100的保护；
[0061]
所述液冷流道设置有进液口和出液口；所述自卸压式流体连接器300为两组且分别安装在进液口和出液口；
[0062]
所述流阻调节阀200安装在进液口的一端。
[0063]
在一些可能的实施方式中，为了避免在液体排出时，避免排液到前端电连接器；
[0064]
在所述液冷盒体100外侧且位于进液口和出液口处对称设置有排液槽，两组所述自卸压流体连接器分别安装在两组排液槽内。
[0065]
在一些可能的实施方式中，
[0066]
所述排液槽为l型结构，且呈对称设置在液冷盒体100的外侧，所述排液槽沿自卸压式流体连接器300轴向的长度d,d≥33mm。
[0067]
如图1所示，冷板105的投影呈凸字结构，其中凸字结构的小端为前端，侧板安装在冷板105上，侧板二呈二阶阶梯结构；包括两组横向板和一组竖向板，其位于凸字结构前端的横向板的长度d≥33mm，并该横向板远离前端的一侧与竖向板连接，从而形成l型结构的排液槽；所形成的排液槽将有效的避免所排放液体进入前端电连接器上；
[0068]
在一些可能的实施方式中，为了有效的获得足够的压力保护性；
[0069]
所述液冷盒体100的最大承压值为a,所述自卸压式流体连接器300的自卸压阀值为b，b＝60％a。
[0070]
优选的,a为2mpa；
[0071]
在一些可能的实施方式中，
[0072]
所述自卸压式流体连接器300包括与进液口或出液口同轴连通的壳体、套装在壳体内且沿壳体轴向移动的阀芯组件；
[0073]
在液体膨胀压力大于自卸压式流体连接器300的自卸压阀值时，阀芯组件将向远离液冷流道一侧运动，将多余的液体排出。
[0074]
在一些可能的实施方式中，
[0075]
所述阀芯组件与安装在壳体靠近液流冷到一端的卡环306、且一端与卡环306连接且套装在壳体内的支撑弹簧310、与卡环306滑动配合且套装在支撑弹簧310内的阀杆、以及设置在阀杆远离液冷流道一端且用于液冷流道内的液体排出的阀盖；
[0076]
所述阀盖与支撑弹簧310的另外一端连接；所述阀杆远离阀盖的一端伸入液冷流道内。
[0077]
在一些可能的实施方式中，
[0078]
在所述阀盖靠近壳体内侧面上设置有排液孔320；在所述壳体的内侧面上设置有与排液孔320适配的密封圈325；排液孔320的一端与壳体内部连通，另外一端与密封圈325适配；
[0079]
在无液体膨胀压力时，密封圈325将排液孔320封闭，液体不排出；
[0080]
在液流压力大于自卸压阀值时，支撑弹簧310受液体膨胀压力在阀杆的带动下向进液口或出液口的一侧运动，使得支撑弹簧310处于拉伸状态，阀杆同时将打动阀盖向远离进液口或出液口的一侧运动，此时由于阀盖向壳体外侧一端，密封圈325不动，密封圈325将不再封闭排液孔320，排液孔320打开，排出液体；
[0081]
待液体膨胀压力下降到自卸压阀值的50％时，自卸压流体连接器开始恢复原位，其中支撑弹簧310将由拉伸状态向初始状态恢复，从而带动阀杆、阀盖向靠近进液口或出液口一侧。
[0082]
进一步的，在壳体内部设置有限位槽307，限位槽307用于限制阀杆沿其轴向的移
动距离，当阀杆向远离进液口或出液口一侧运动，并被限位槽307限制移动时，此时排液孔320将打开；
[0083]
在一些可能的实施方式中，
[0084]
所述液冷流道包括依次连接的出口流道颈部、主流道、进口流道颈部115；
[0085]
所述流阻调节阀200设置在主流道与进口流道颈部115之间；所述阀杆的一端伸入出口流道颈部或进口流道颈部115内。
[0086]
主流道设置冷板105上，出口流道颈部和进口流道颈部115则设置在连接流道远离主流道的一端。
[0087]
进一步的，在侧板二上设置有安装孔与连接流道连通的安装孔，流阻调节阀200包括转动安装在安装孔内的柱体210，设置在柱体210上且与流道颈部匹配的可旋通液孔215、以及设置在柱体210与安装孔之间的柱体密封圈。
[0088]
转动柱体210，旋通液孔将改变流道颈部的横截面积，进而调节液冷盒体100的流阻大小。
[0089]
实施例1：
[0090]
如图5所示，液冷盒体尺寸为233.4mm
×
160mm
×
24mm，液体将通过自卸压流体连接器进入电子元件下方；冷板105的厚度设置为3mm；液冷盒体采用冷板与侧板一体成型，因此提升了电子元件505的可集成性。印制电路板500安装在冷板105上且位于安装腔内，并设置有lrm电联接器510。在侧板二设置流阻调节阀200，在需要时，通过旋转流阻调节阀200，调节冷板105的流阻，提高其通用性。
[0091]
在电子模块拔出时，由于液冷流道内部液体膨胀压力随温度升高而升高，当液压升高到1.2mpa时，如图4-图5所示，支撑弹簧310受到压缩，阀杆305随之前移1.6mm，排液孔320连通外接环境，排出多余液体，内部压力迅速下降，达到0.84mpa时，自卸压装置复原，因此，无论外界温度如何变化，都不会对冷板105产生影响。
[0092]
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

技术特征：
1.一种穿通式液冷结构，其特征在于，包括具有液冷流道的液冷盒体、安装在液冷盒体外侧的自卸压式流体连接器、以及安装在液冷盒体外侧且用于对液冷流道内流体的流阻进行调节的流阻调节阀。2.根据权利要求1所述的一种穿通式液冷结构，其特征在于，所述液冷流道设置有进液口和出液口；所述自卸压式流体连接器为两组且分别安装在进液口和出液口；所述流阻调节阀安装在进液口的一端。3.根据权利要求2所述的一种穿通式液冷结构，其特征在于，在所述液冷盒体外侧且位于进液口和出液口处对称设置有排液槽，两组所述自卸压流体连接器分别安装在两组排液槽内。4.根据权利要求3所述的一种穿通式液冷结构，其特征在于，所述排液槽为l型结构，且呈对称设置在液冷盒体的外侧，所述排液槽沿自卸压式流体连接器轴向的长度d,d≥33mm。5.根据权利要求1所述的一种穿通式液冷结构，其特征在于，所述液冷盒体的最大承压值为a,所述自卸压式流体连接器的自卸压阀值为b，b＝60％a。6.根据权利要求4所述的一种穿通式液冷结构，其特征在于，所述液冷盒体的厚度为3mm。7.根据权利要求1所述的一种穿通式液冷结构，其特征在于，所述自卸压式流体连接器包括与进液口或出液口同轴连通的壳体、套装在壳体内且沿壳体轴向移动的阀芯组件；在液体膨胀压力大于自卸压式流体连接器的自卸压阀值时，阀芯组件将向远离液冷流道一侧运动，将多余的液体排出。8.根据权利要求7所述的一种穿通式液冷结构，其特征在于，所述阀芯组件与安装在壳体靠近液流冷到一端的卡环、且一端与卡环连接且套装在壳体内的支撑弹簧、与卡环滑动配合且套装在支撑弹簧内的阀杆、以及设置在阀杆远离液冷流道一端且用于液冷流道内的液体排出的阀盖；所述阀盖与支撑弹簧的另外一端连接；所述阀杆远离阀盖的一端伸入液冷流道内。9.根据权利要求8所述的一种穿通式液冷结构，其特征在于，在所述阀盖靠近壳体内侧面上设置有排液孔；在所述壳体的内侧面上设置有与排液孔适配的密封圈；在无液体膨胀压力时，密封圈将排液孔封闭，液体不排出；在液流压力大于自卸压阀值时，支撑弹簧受液体膨胀压力将处于拉伸状态，阀盖向远离液冷流道的一侧运动，密封圈不再封闭排液孔，排液孔打开，排出液体；待液体膨胀压力下降到自卸压阀值的50％时，自卸压流体连接器开始恢复原位，支撑弹簧将由拉伸状态向初始状态恢复。10.根据权利要求8所述的一种穿通式液冷结构，其特征在于，所述液冷流道包括依次连接的出口流道颈部、主流道、进口流道颈部；所述流阻调节阀设置在主流道与进口流道颈部之间；所述阀杆的一端伸入出口流道颈部或进口流道颈部内。

技术总结
本发明涉及电子模块散热技术领域，具体公开了一种穿通式液冷结构，包括具有液冷流道的液冷盒体、安装在液冷盒体外侧的自卸压式流体连接器、以及安装在液冷盒体外侧且用于对液冷流道内流体的流阻进行调节的流阻调节阀。本发明能够有效的对冷板内的液体膨胀破坏压力进行自动卸压保护，实现标准电子模块液冷结构的流阻可调节，增强穿通式液冷结构的带压插拔功能，本发明将大大提升标准化液冷电子模块的环境适应性，使用安全性，以及通用性。以及通用性。以及通用性。


技术研发人员：何恩 叶元鹏 褚鑫 冯志新 尹本浩 王超 肖百川 李佳 祁成武
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第二十九研究所
技术研发日：2023.05.24
技术公布日：2023/7/21