供功率電子組件使用的冷卻系統(tǒng)及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開的領(lǐng)域總體涉及功率電子組件，并且更具體地，涉及功率電子組件的冷卻系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]至少一些已知電子系統(tǒng)，諸如，航空電子平臺中包括的那些電子系統(tǒng)，包括支持諸如現(xiàn)場可更換單元(LRU)的多個電子部件的接口。通常，LRU被定義為能夠在接口處迅速并且容易地與更換部件互換的模塊化部件。在操作過程中，LRU會產(chǎn)生熱量，該熱量必須被消散以確保LRU在延長的時間段內(nèi)繼續(xù)適當(dāng)發(fā)揮作用。至少一些已知冷卻系統(tǒng)利用冷卻流體來消散來自LRU的熱量。例如，在兩相冷卻系統(tǒng)中，朝向LRU排放冷卻流體并且冷卻流體的汽化潛熱被用于冷卻LRU。在這種系統(tǒng)中，每個LRU —般具有其自身的專用冷卻流體供應(yīng)組件，基于由每個相關(guān)聯(lián)的LRU生成的熱負(fù)荷選擇該專用冷卻流體供應(yīng)組件的設(shè)備尺寸和冷卻能力。因而，使每個冷卻流體供應(yīng)組件定制為適合每個LRU增大了設(shè)備要求，從而增大了整個組件的重量，諸如，航空電子平臺的重量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]在一個方面中，提供了一種供包括現(xiàn)場可更換單元的陣列的功率電子組件使用的冷卻系統(tǒng)。冷卻系統(tǒng)包括與現(xiàn)場可更換單元的陣列流體連通地耦接的第一歧管以及與第一歧管流體連通地耦接的流體供應(yīng)部。流體供應(yīng)部被配置為朝向第一歧管輸送(channel)冷卻流體使得基本上同時朝向陣列中的現(xiàn)場可更換單元排放冷卻流體。
[0004]另一方面，提供了一種功率電子組件。組件包括現(xiàn)場可更換單元的陣列和冷卻系統(tǒng)。冷卻系統(tǒng)包括與現(xiàn)場可更換單元的陣列流體連通地耦接的第一歧管以及與第一歧管流體連通地耦接的流體供應(yīng)部。流體供應(yīng)部被配置為朝向第一歧管輸送冷卻流體使得基本上同時朝向陣列中的現(xiàn)場可更換單元排放冷卻流體。
[0005]有利地，功率電子組件進(jìn)一步包括耦接在所述第一歧管與陣列中的現(xiàn)場可更換單元之間的自密封式連接器使得每個現(xiàn)場可更換單元選擇性地可與所述第一歧管分離。優(yōu)選地，第一歧管配置為以基本上朝向現(xiàn)場可更換單元霧化排放的冷卻流體的流速和壓力排放冷卻流體。有利地，功率電子組件進(jìn)一步包括在所述第一歧管中限定的多個液流控制節(jié)流孔，其中，所述多個液流控制節(jié)流孔中至少一個基本上與陣列中每個現(xiàn)場可更換單元對準(zhǔn)。優(yōu)選地，流體供應(yīng)部包括:儲液器，具有在其中存儲一定量的冷卻流體的大?。灰约袄?，配置為從所述儲液器向所述第一歧管排放冷卻流體。有利地，功率電子組件進(jìn)一步包括與現(xiàn)場可更換單元的陣列流體連通地耦接的第二歧管，其中，所述第二歧管配置為收集朝向現(xiàn)場可更換單元排放的冷卻流體。更優(yōu)選地，功率電子組件進(jìn)一步包括與所述第二歧管流體連通地耦接的冷凝器，其中，所述冷凝器從所述第二歧管接收蒸發(fā)的冷卻流體流，并配置為冷凝蒸發(fā)的冷卻流體。
[0006]在又一個方面中，提供了一種制造供包括現(xiàn)場可更換單元的陣列的功率電子組件使用的冷卻系統(tǒng)的方法。方法包括使第一歧管與現(xiàn)場可更換單元的陣列流體連通地耦接，并且使流體供應(yīng)部與第一歧管流體連通地耦接。流體供應(yīng)部被配置為朝向第一歧管輸送冷卻流體使得基本上同時朝向陣列中的現(xiàn)場可更換單元排放冷卻流體。
[0007]有利地，該方法進(jìn)一步包括使冷凝器(220)與第二歧管(212)流體連通地耦接，其中，冷凝器(220)從第二歧管(212)接收蒸發(fā)的冷卻流體流，并且被配置為冷凝蒸發(fā)的冷卻流體并且形成冷凝的冷卻流體。優(yōu)選地，方法進(jìn)一步包括使冷凝器(220)與流體供應(yīng)部(208)流體連通地耦接，其中，冷凝器(220)朝向流體供應(yīng)(208)輸送冷凝的冷卻流體。更優(yōu)選地，方法進(jìn)一步包括將第二歧管(212)與流體供應(yīng)部(208)流體連通地耦接使得殘余的冷卻流體朝向流體供應(yīng)(208)循環(huán)流動。
【附圖說明】
[0008]圖1是示例性飛行器制造和保養(yǎng)方法的流程圖。
[0009]圖2是示例性飛行器的框圖。
[0010]圖3是示例性功率電子組件的示意圖。
[0011]圖4是沿線4-4截取的在圖3中示出的供冷卻系統(tǒng)使用的示例性歧管的透視示意圖。
【具體實施方式】
[0012]在本文中所描述的實施方式涉及用于消散電子部件(諸如，現(xiàn)場可更換單元(LRU))的陣列中的熱量的冷卻系統(tǒng)。具體地，本文中所描述的實施方式包括LRU的陣列的集中式冷卻系統(tǒng)，使得每個LRU均不擁有其自身自包含的冷卻系統(tǒng)。冷卻系統(tǒng)包括使冷卻流體能夠基本同時朝向陣列中的每個LRU排放的第一歧管以及收集朝向每個LRU排放的冷卻流體的第二歧管。在一個實施方式中，冷卻系統(tǒng)是閉環(huán)兩相冷卻系統(tǒng)，使得在第二歧管中收集的蒸發(fā)的冷卻流體被輸送朝向單個冷凝器。冷凝器冷凝蒸發(fā)的冷卻流體并且用冷凝的冷卻流體補充第一歧管中的冷卻流體。
[0013]將充滿熱量的汽/液混合物返回到冷凝器，其中，將熱量消散到第二液流，從而使得能夠利用集中式LRU安裝周圍的低環(huán)境溫度。這在車輛中實施冷卻系統(tǒng)時是有利的。當(dāng)與單相和基于空氣的冷卻系統(tǒng)的栗和風(fēng)機功率要求相比時，集中式兩相系統(tǒng)的第二個好處是降低了系統(tǒng)中栗的的功耗。此外，集中式兩相冷卻系統(tǒng)具有可靠的冗余系統(tǒng)部件引起的較高的可靠性以及降低的LRU復(fù)雜度。因而，集中陣列的冷卻系統(tǒng)通過不必單獨制定自包含冷卻系統(tǒng)中的設(shè)備的尺寸而降低了冷卻設(shè)備要求，從而減輕了所有組件的重量。
[0014]參照附圖，本公開的實施方式可以在飛行器制造和保養(yǎng)方法100(在圖1中示出)的上下文中并經(jīng)由飛行器102 (在圖2中示出)來描述。在預(yù)生產(chǎn)過程中，可以使用包括飛行器102的規(guī)格(specificat1n)和設(shè)計104的數(shù)據(jù)，在制造過程期間，可以獲得與機身有關(guān)的其他材料106。在生產(chǎn)過程中，在飛行器102進(jìn)入它的驗證和交付過程112之前，進(jìn)行飛行器102的部件和子組件制造108以及系統(tǒng)集成110。當(dāng)成功滿足和完成機身驗證時，飛行器102可以投入使用114。當(dāng)由用戶使用時，飛行器102進(jìn)行周期的、例行的以及計劃的維修和保養(yǎng)116，例如，包括任何改造、重構(gòu)、和/或整修。在可替換的實施方式中，制造和保養(yǎng)方法100可以通過除了飛行器之外的平臺來實施。
[0015]與飛行器制造和/或保養(yǎng)100有關(guān)的各個部分和過程可以通過系統(tǒng)集成商(system integrator)、第三方、和/或運營商(例如用戶)執(zhí)行或者完成。為了該描述的目的，系統(tǒng)集成商可包括但不限于任意數(shù)量的飛行器制造商和主系統(tǒng)分包商；第三方可包括但不限于任意數(shù)量的承包商、分包商以及供應(yīng)商；并且運營商可以是航空公司、租賃公司、軍事實體、服務(wù)機構(gòu)等。
[0016]如圖2所示，通過方法100生產(chǎn)的飛行器102可以包括具有多個系統(tǒng)120的機身118并包括內(nèi)艙122。高級系統(tǒng)120的實例包括推進(jìn)系統(tǒng)124、電力系統(tǒng)126、液壓系統(tǒng)128和/或環(huán)境系統(tǒng)130中的一個或多個。任意數(shù)量的其他系統(tǒng)可被包括在內(nèi)。
[0017]本文中體現(xiàn)的設(shè)備和方法可以在方法100的任何一個或多個階段過程中采用。例如，與部件和子組件生產(chǎn)過程108對應(yīng)的部件或子組件可以以與飛行器102投入運行114時生產(chǎn)的部件或子組件類似的方式制備或制造。此外，一個或多個設(shè)備實施方式、方法實施方式或其組合可以在生產(chǎn)階段108和110過程中例如通過基本加快飛行器102的組裝和/或降低飛行器組裝的成本來進(jìn)行利用。類似地，一個或多個設(shè)備實施方式、方法實施方式或其組合可以在對飛行器102進(jìn)行保養(yǎng)或維護(hù)時進(jìn)行利用，例如，在計劃的維護(hù)和保養(yǎng)116過程中進(jìn)行利用。
[0018]如本文中使用的，所述術(shù)語“飛行器(aircraft)”可以包括，但不限于僅包括，飛機、無人航空運載工具(UAV)、滑翔機、直升機、和/或任何在空中行駛的其它對象。此外，在可替換的實施方式中，本文中描述的飛行器制造和保養(yǎng)方法可以在任何制造和/或保養(yǎng)操作中使用。
[0019]圖3是示例性功率電子組件200的示意圖。在示例性實施方式中，功率電子組件200包括現(xiàn)場可更換單元(LRU)204的陣列202并且冷卻系統(tǒng)206耦接至陣列202。每個LRU204在操作中產(chǎn)生熱量，并且冷卻系統(tǒng)206促進(jìn)從陣列202的散熱。冷卻系統(tǒng)206包括流體供應(yīng)部208、與流體供應(yīng)部208流體連通地耦接的第一歧管210以及與流體供應(yīng)部208流體連通地耦接的第二歧管212。第一歧管210和第二歧管212也與LRU204的陣列202流體連通地耦接。具體地，第一歧管210與陣列202從上游耦接，并且第二歧管212與陣列202從下游耦接。此外，流體供應(yīng)部208包括在其中存儲一定量216的冷卻流體的儲液器214，并且第一栗218至少部分地浸沒在一定量216的冷卻流體中。
[0020]冷卻流體可以是使功率電子組件200起到在本文中所描述的作用的任何冷卻流體。例如，在一個實施方式中，冷卻流體具有大于大約250°C的溫度容限，諸如，氫氟醚類冷卻流體(hydrofluoroether-based cooling fluid)。此外，在可替換實施方式中，冷卻系統(tǒng)206包括與陣列202從上游耦接的過濾器。例如，過濾器可耦接于冷凝器220與第一歧管210之間。過濾器可以是冷卻流體在朝向陣列202排放之前促使去除冷卻流體中的雜質(zhì)的物理過濾器或化學(xué)過濾器任一者。
[0021]在操作中，流體供應(yīng)部208朝向第一歧管210輸送(channel)冷卻流體從而基本上同時朝向陣列202中的每個LRU204排放冷卻流體。具體地，第一栗218朝向第一歧管210排放一定量216的冷卻流體，第一歧管210朝向陣列202排放冷卻流體，并且第二歧管212收集朝向陣列202中每個LRU204排放的冷卻流體。在一些實施方式中，第一歧管210包括多個液流控制節(jié)流孔(在圖3中未示出)，并且以使排放的冷卻流體朝向每個LRU204霧化(atomize)的冷卻流體的流速和壓力來排放冷卻流體。至少部分冷卻流體在接觸LRU204時蒸發(fā)，并且冷卻流體的汽化的潛熱便于從LRU204中提取熱量。因而，第二歧管212收集蒸發(fā)的冷卻流體流并且殘余