1.本發(fā)明屬于電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域。涉及一種緊湊式多層通風(fēng)冷卻模塊化機(jī)架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，尤其適用于空間體積受限，布局緊湊的大型多層風(fēng)冷機(jī)架設(shè)計(jì)。


背景技術(shù)：

2.風(fēng)冷模塊機(jī)架是以模塊化技術(shù)為基礎(chǔ)，以空氣為冷(熱)介質(zhì)，作為冷(熱)源兼用型的一體化設(shè)備。模塊化結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，通常以標(biāo)準(zhǔn)的模塊單元進(jìn)行生產(chǎn)。針對(duì)場(chǎng)可更換模塊(line replaceable module,lrm)結(jié)構(gòu)存在的模塊溫度過(guò)高的問(wèn)題，大規(guī)模的模塊化機(jī)架通常由機(jī)架主體和數(shù)量眾多的電子模塊組成，往往伴隨大量的發(fā)熱和局部高熱流密度，簡(jiǎn)單的自然散熱方式不能滿足其冷卻需求。當(dāng)缺乏外部冷卻資源的情況下，機(jī)架就需要采用自帶風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)，形成散熱風(fēng)道，通過(guò)強(qiáng)迫對(duì)流實(shí)現(xiàn)機(jī)架內(nèi)外的換熱功能。要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)綜合化設(shè)計(jì)，一般采用自頂向下的設(shè)計(jì)方法，確定系統(tǒng)的功能配置，建立系統(tǒng)的體系架構(gòu)，進(jìn)行系統(tǒng)的電子模塊劃分。電子設(shè)備的種類越來(lái)越多，大小也有所不同。電子設(shè)備的尺寸大小影響了機(jī)箱機(jī)架的尺寸，成本、重量、體積和功率等方面的限制，制約了電子設(shè)備模塊在平臺(tái)上的數(shù)量和部署。隨著電子設(shè)備的功能集成度提高，其熱流密度日漸提升，散熱和抗振成為設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)，由電子模塊綜合化帶來(lái)的是電子設(shè)備熱流密度的大幅提升，需要自帶風(fēng)機(jī)解決散熱，散熱已經(jīng)成為電子設(shè)備進(jìn)一步綜合化的難題之一。設(shè)備冷卻已經(jīng)成為電子模塊綜合化必然要解決的問(wèn)題。在電子設(shè)備綜合化的同時(shí)，設(shè)備工作的頻率也更為復(fù)雜，糅合在一起后電磁兼容性設(shè)計(jì)更為困難。航空電子設(shè)備環(huán)境溫度通常比較高，一般選擇強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻或通液冷卻。通液冷卻的效果總體來(lái)說(shuō)優(yōu)于通風(fēng)冷卻，但密封設(shè)計(jì)要求相對(duì)較高，同時(shí)受到環(huán)境平臺(tái)的限制。在機(jī)架的空間布局設(shè)計(jì)中，風(fēng)機(jī)架件內(nèi)含有風(fēng)機(jī)，作為壽命件，需考慮其維修性。除去風(fēng)機(jī)和電子模塊自身占據(jù)的體積空間外，用于散熱風(fēng)道的進(jìn)、出風(fēng)口等通風(fēng)流道區(qū)域還會(huì)占據(jù)大量空間。為盡可能縮小設(shè)備體積，這些區(qū)域在滿足散熱需求的前提小應(yīng)盡可能壓縮，以實(shí)現(xiàn)小型化設(shè)計(jì)。由于選用的風(fēng)機(jī)能提供的風(fēng)壓與風(fēng)量限制，在一個(gè)大型多層模塊化機(jī)架中需要采用多組風(fēng)機(jī)進(jìn)行分區(qū)域散熱，而傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，進(jìn)出風(fēng)口采用分區(qū)隔離布置的方式，導(dǎo)致同一機(jī)架中存在數(shù)個(gè)相對(duì)獨(dú)立的進(jìn)風(fēng)區(qū)和出風(fēng)區(qū)，會(huì)占據(jù)較大空間，不利于機(jī)架小型化設(shè)計(jì)。因此，如何設(shè)計(jì)一種采用多組風(fēng)機(jī)散熱的大型模塊化機(jī)架，緊湊式等特點(diǎn)，有非常顯著的工程化需求。


技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

3.本發(fā)明的目的是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處，提供一種結(jié)構(gòu)緊湊，空間利用率高，能自行解決熱耗，并且能耐受外部惡劣環(huán)境(如鹽霧、砂塵、水汽等)、嚴(yán)苛振動(dòng)條件對(duì)電子元器件及線纜的影響，實(shí)現(xiàn)多層機(jī)架小型化設(shè)計(jì)以及高效維修的同時(shí)，保證電子模塊承載區(qū)模塊散熱速度快，又盡可能降低通風(fēng)流道區(qū)占據(jù)空間大的多層模塊化風(fēng)冷機(jī)架。
4.本發(fā)明的上述目的可以通過(guò)以下措施來(lái)得到：一種多層風(fēng)冷模塊化機(jī)架，包括：模塊承載區(qū)域301、楔形風(fēng)道區(qū)域302、對(duì)外接口區(qū)域303和背板連線區(qū)域304，四個(gè)功能區(qū)域構(gòu)
成的箱體模塊化機(jī)架，其特征在于：模塊承載區(qū)域301為lrm模塊安裝固定區(qū)域，位于機(jī)架前端，楔形風(fēng)道區(qū)域302同時(shí)作為上層模塊承載區(qū)域的出風(fēng)口和下層模塊承載區(qū)域的進(jìn)風(fēng)口，位于上下兩層模塊承載區(qū)域?qū)又虚g，背板連線區(qū)域?yàn)閘rm模塊對(duì)插和lrm模塊間電氣互聯(lián)的區(qū)域，位于機(jī)架后端，對(duì)外接口區(qū)域304為機(jī)架供電、信號(hào)輸入輸出的交聯(lián)區(qū)域；箱體底層底板4通過(guò)四周減振器13支撐；風(fēng)機(jī)組12線陣排列在楔形隔風(fēng)板10上，形成連通楔形空間風(fēng)道隔框11的楔形風(fēng)機(jī)架件7，楔形風(fēng)機(jī)架件7將風(fēng)機(jī)組12懸空固定在底層空間的上方，楔形風(fēng)道區(qū)域302的也裝配有安裝風(fēng)機(jī)的楔形風(fēng)機(jī)架件7；楔形風(fēng)機(jī)架件7利用楔形空間風(fēng)道隔框，將楔形風(fēng)道區(qū)域302沿前后對(duì)角分割為上下兩部分楔形風(fēng)道，前窄后寬的上層楔形區(qū)域與機(jī)架后部的風(fēng)機(jī)連通形成靜壓空間，與上層lrm模塊聯(lián)通形成出風(fēng)流道，前寬后窄的下層區(qū)域作為下層模塊的進(jìn)風(fēng)區(qū)域；楔形風(fēng)道區(qū)域302的風(fēng)機(jī)組從頂部進(jìn)風(fēng)，抽風(fēng)氣流依次穿過(guò)上端兩層lrm模塊外表面之間的間隙，最后從楔形風(fēng)機(jī)架件7產(chǎn)生的前窄后寬的上層楔形區(qū)域?qū)rm模塊工作產(chǎn)生的熱量帶走。底板4上端的風(fēng)機(jī)組從楔形風(fēng)道區(qū)域302產(chǎn)生的前寬后窄的下層區(qū)域進(jìn)風(fēng)，抽風(fēng)氣流依次穿過(guò)下端兩層lrm模塊外表面之間的間隙，最后從底部的楔形風(fēng)機(jī)架件7產(chǎn)生的前窄后寬的上層楔形區(qū)域?qū)rm模塊工作產(chǎn)生的熱量帶走。
5.本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術(shù)具有如下有有益效果：機(jī)架的空間利用率高。本發(fā)明采用塊承載區(qū)域301、楔形風(fēng)道區(qū)域302、對(duì)外接口區(qū)域303和背板連線區(qū)域304，四個(gè)功能區(qū)域構(gòu)成的箱體模塊化機(jī)架，將楔形風(fēng)道區(qū)域302同時(shí)作為上層模塊承載區(qū)域的出風(fēng)口和下層模塊承載區(qū)域的進(jìn)風(fēng)口，位于上下兩層模塊承載區(qū)域?qū)又虚g，背板連線區(qū)域?yàn)閘rm模塊對(duì)插和lrm模塊間電氣互聯(lián)的區(qū)域，位于機(jī)架后端，對(duì)外接口區(qū)域304為機(jī)架供電、信號(hào)輸入輸出的交聯(lián)區(qū)域，通過(guò)緊湊式共用風(fēng)道設(shè)計(jì)，減小模塊化風(fēng)冷機(jī)架體積。并且不會(huì)占據(jù)通風(fēng)流道區(qū)域空間，使得整個(gè)機(jī)架結(jié)構(gòu)緊湊，可靠性高。楔形風(fēng)機(jī)架件采用獨(dú)立安裝的方式，其安裝拆卸方便，維修性好。
6.本發(fā)明將風(fēng)機(jī)組12線陣排列在楔形隔風(fēng)板10上，形成連通楔形空間風(fēng)道隔框11的楔形風(fēng)機(jī)架件7，楔形風(fēng)機(jī)架件7將風(fēng)機(jī)組12懸空固定在底層空間的上方，楔形風(fēng)道區(qū)域302的也裝配有安裝風(fēng)機(jī)的楔形風(fēng)機(jī)架件7；該楔形風(fēng)機(jī)架件7利用楔形空間風(fēng)道隔框，將楔形風(fēng)道區(qū)域302沿前后對(duì)角分割為上下兩部分楔形風(fēng)道，前窄后寬的上層楔形區(qū)域與機(jī)架后部的風(fēng)機(jī)連通形成靜壓空間，與上層lrm模塊聯(lián)通形成出風(fēng)流道，前寬后窄的下層區(qū)域作為下層模塊的進(jìn)風(fēng)區(qū)域；利用在多層模塊化結(jié)構(gòu)機(jī)架中模塊兩層間設(shè)計(jì)風(fēng)道空間，該區(qū)域高度尺寸與風(fēng)機(jī)高度尺寸相匹配，后部布置風(fēng)機(jī)架件采用抽風(fēng)設(shè)計(jì)，空間利用率高；上層模塊出風(fēng)道和風(fēng)機(jī)共用同一單層空間，機(jī)架內(nèi)其余各層均按該兩層結(jié)構(gòu)形式開(kāi)展單元化設(shè)計(jì)，前低后高的楔形空間風(fēng)道隔框通過(guò)下層模塊進(jìn)風(fēng)道與另一層模塊聯(lián)通形成其進(jìn)風(fēng)通道，實(shí)現(xiàn)多層風(fēng)冷機(jī)架的進(jìn)風(fēng)道、出風(fēng)道、風(fēng)機(jī)架件共用同一空間區(qū)域，可將原類似設(shè)計(jì)中進(jìn)出風(fēng)區(qū)域各自獨(dú)立的空間尺寸壓縮50％，并能滿足通過(guò)模塊各部位冷卻風(fēng)的等流阻需求，確保流速均勻，達(dá)到了小型化維修便捷的設(shè)計(jì)效果。
7.本發(fā)明通過(guò)風(fēng)機(jī)抽風(fēng)，利用風(fēng)吹過(guò)lrm模塊外表面，將模塊產(chǎn)生的熱量帶走。lrm模塊通過(guò)結(jié)構(gòu)件對(duì)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行相對(duì)密閉，使其內(nèi)部結(jié)構(gòu)獨(dú)立于風(fēng)道之外。同時(shí)風(fēng)道區(qū)域和背板布線區(qū)域也通過(guò)結(jié)構(gòu)件隔斷，風(fēng)道在結(jié)構(gòu)上相對(duì)獨(dú)立于背板及背部線纜區(qū)域。該機(jī)架通過(guò)對(duì)lrm模塊和背板連線區(qū)域的相對(duì)密閉，從而提高了機(jī)架內(nèi)的電子元器件及線纜對(duì)外部惡劣環(huán)境(如鹽霧、砂塵、水汽等)的適應(yīng)性。通過(guò)上述措施，使機(jī)架內(nèi)的電子元器件及
線纜在結(jié)構(gòu)上相對(duì)獨(dú)立于散熱風(fēng)道，從而降低外部惡劣環(huán)境(如鹽霧、砂塵、水汽等)對(duì)電子元器件及線纜的影響。楔形風(fēng)機(jī)架件安裝在機(jī)架外表面，維修時(shí)一次可達(dá)。在維修時(shí)僅需拆卸楔形風(fēng)機(jī)架件的安裝緊固件及供電線纜緊固件即可實(shí)現(xiàn)整體更換，大大提高了維修效率。
8.本發(fā)明采用楔形風(fēng)道區(qū)域302的風(fēng)機(jī)組從頂部進(jìn)風(fēng)，抽風(fēng)氣流依次穿過(guò)上端兩層lrm模塊外表面之間的間隙，最后從楔形風(fēng)機(jī)架件7產(chǎn)生的前窄后寬的上層楔形區(qū)域?qū)rm模塊工作產(chǎn)生的熱量帶走。底板4上端的風(fēng)機(jī)組從楔形風(fēng)道區(qū)域302產(chǎn)生的前寬后窄的下層區(qū)域進(jìn)風(fēng)，抽風(fēng)氣流依次穿過(guò)下端兩層lrm模塊外表面之間的間隙，最后從底部的楔形風(fēng)機(jī)架件7產(chǎn)生的前窄后寬的上層楔形區(qū)域?qū)rm模塊工作產(chǎn)生的熱量帶走。通過(guò)楔形風(fēng)機(jī)架件7實(shí)現(xiàn)多層風(fēng)冷機(jī)架共用進(jìn)風(fēng)道和出風(fēng)道，提高了散熱效果。
9.本發(fā)明整個(gè)機(jī)架把電子元器件和線纜獨(dú)立于風(fēng)道之外。lrm模塊通過(guò)其外部結(jié)構(gòu)件對(duì)其內(nèi)電氣部結(jié)構(gòu)進(jìn)行密閉且獨(dú)立于風(fēng)道之外，降低外部惡劣環(huán)境對(duì)lrm模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響。背板連線區(qū)域位于機(jī)架后端，在前端與后端之間增加隔板進(jìn)行密閉，從而與保持風(fēng)道相對(duì)獨(dú)立，降低外部惡劣環(huán)境對(duì)背板連線區(qū)域的影響。通過(guò)合理規(guī)劃通風(fēng)流道布局，提高多層風(fēng)冷機(jī)架的空間利用率，實(shí)現(xiàn)小型化和輕量化設(shè)計(jì)有較好作用。
10.附圖說(shuō)明
11.圖1是多層風(fēng)冷模塊化機(jī)架的三維構(gòu)造示意圖；圖2是圖1背面的后視三維構(gòu)造示意圖；圖3是圖1的氣流原理示意圖；圖4是圖楔形空間風(fēng)道隔框的三維構(gòu)造示意圖；圖5lrm模塊構(gòu)造示意圖；圖中：1-頂板，2-右側(cè)板，3-左側(cè)板，4-底板，5-模塊承載板，6-lrm模塊，7-楔形風(fēng)機(jī)架件，8-鎖緊條，9-模塊電連接器，10-楔形隔風(fēng)板，11-楔形空間風(fēng)道隔框，12-風(fēng)機(jī)組，13-減振器，301-模塊承載區(qū)域、302-楔形風(fēng)道區(qū)域、303-對(duì)外接口區(qū)域、304-背板連線區(qū)域。具體實(shí)施方式參閱圖1-圖4。在以下描述的優(yōu)選實(shí)施例中，一種多層風(fēng)冷模塊化機(jī)架，包括：模塊承載區(qū)域301、楔形風(fēng)道區(qū)域302、對(duì)外接口區(qū)域303和背板連線區(qū)域304，四個(gè)功能區(qū)域構(gòu)成的箱體模塊化機(jī)架，其中：模塊承載區(qū)域301為lrm模塊安裝固定區(qū)域，位于機(jī)架前端，楔形風(fēng)道區(qū)域302同時(shí)作為上層模塊承載區(qū)域的出風(fēng)口和下層模塊承載區(qū)域的進(jìn)風(fēng)口，位于上下兩層模塊承載區(qū)域?qū)又虚g，背板連線區(qū)域?yàn)閘rm模塊對(duì)插和lrm模塊間電氣互聯(lián)的區(qū)域，位于機(jī)架后端，對(duì)外接口區(qū)域304為機(jī)架供電、信號(hào)輸入輸出的交聯(lián)區(qū)域；箱體底層底板4設(shè)有形支架，圍框通過(guò)四周減振器支撐，箱體底層底板4通過(guò)四周減振器13支撐；風(fēng)機(jī)組12線陣排列在楔形隔風(fēng)板10上，形成連通楔形空間風(fēng)道隔框11的楔形風(fēng)機(jī)架件7，楔形風(fēng)機(jī)架件7將風(fēng)機(jī)組12懸空固定在底層空間的上方，楔形風(fēng)道區(qū)域302的也裝配有安裝風(fēng)機(jī)的楔形風(fēng)機(jī)架件7；該楔形風(fēng)機(jī)架件7利用楔形空間風(fēng)道隔框，將楔形風(fēng)道區(qū)域302沿前后對(duì)角分割為上下兩部分楔形風(fēng)道，前窄后寬的上層楔形區(qū)域與機(jī)架后部的風(fēng)機(jī)連通形成靜壓空間，與上層lrm模塊聯(lián)通形成出風(fēng)流道，前寬后窄的下層區(qū)域作為下層模塊的進(jìn)風(fēng)區(qū)域；楔形風(fēng)
道區(qū)域302的風(fēng)機(jī)組從頂部進(jìn)風(fēng)，抽風(fēng)氣流依次穿過(guò)上端兩層lrm模塊外表面之間的間隙，最后從楔形風(fēng)機(jī)架件7產(chǎn)生的前窄后寬的上層楔形區(qū)域?qū)rm模塊工作產(chǎn)生的熱量帶走。底板4上端的風(fēng)機(jī)組從楔形風(fēng)道區(qū)域302產(chǎn)生的前寬后窄的下層區(qū)域進(jìn)風(fēng)，抽風(fēng)氣流依次穿過(guò)下端兩層lrm模塊外表面之間的間隙，最后從底部的楔形風(fēng)機(jī)架件7產(chǎn)生的前窄后寬的上層楔形區(qū)域?qū)rm模塊工作產(chǎn)生的熱量帶走。
12.底板4上端的風(fēng)機(jī)組從楔形風(fēng)道區(qū)域302產(chǎn)生的前寬后窄的下層區(qū)域進(jìn)風(fēng)，抽風(fēng)氣流依次穿過(guò)下端兩層lrm模塊外表面之間的間隙，最后從底部的楔形風(fēng)機(jī)架件7產(chǎn)生的前窄后寬的上層楔形區(qū)域?qū)rm模塊工作產(chǎn)生的熱量帶走。
13.機(jī)架主要分為頂框1、右側(cè)板2、左側(cè)板3和底板4，通過(guò)螺栓連接組成箱體。模塊承載區(qū)域301通過(guò)模塊承載板5分隔為四層，楔形風(fēng)機(jī)架件7位于兩層模塊之間，兩側(cè)固定在左右側(cè)板上，機(jī)架背板連線區(qū)域304對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行電連接；楔形隔風(fēng)板10上表面固定在模塊承載板5上，通過(guò)楔形結(jié)構(gòu)把通風(fēng)區(qū)域隔斷成進(jìn)風(fēng)區(qū)和出風(fēng)區(qū)。
14.lrm模塊6通過(guò)其上鎖緊條8插入每層之間的滑槽，形成陣列的柵格，并利用寬邊方向的模塊電連接器9，與機(jī)架背部區(qū)域的電連接器實(shí)現(xiàn)對(duì)插完成連接。固定在左側(cè)板3和右側(cè)板2上的lrm模塊通過(guò)鎖緊條固定在兩個(gè)模塊承載板上，lrm模塊6上的電連接器與背部區(qū)域的電連接器實(shí)現(xiàn)對(duì)插完成連接。背板連線區(qū)通過(guò)印制板及線纜完成lrm模塊間及與外部的連接。
15.本說(shuō)明書(shū)，包括任何附加權(quán)利要求、摘要和附圖中公開(kāi)的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或者具有類似目的替代特征加以替換。