一种冷却结构和设计方法

技术领域

本发明属于冷却技术领域，具体涉及一种冷却结构和设计方法。

背景技术

随着我军工领域的红外技术的发展，红外热成像、红外遥感探测器等设备在武器装备中得到了广泛应用，这些设备在红外搜索、红外侦察、红外制导等方面发挥了重要的作用。黑体作为红外设备定标的关键，黑体技术也在快速发展，近年来黑体应用市场正在稳步扩大。

黑体是一种标准辐射源，能够产生一定温度下的标准辐射。黑体按照结构类型，可分为点源黑体和面源黑体。其中点源黑体通常采用多重反射腔室结构，多重反射可使得黑体吸收率高，主要用于红外耳温计、红外测温仪等红外点源测量装置的标定。与点源黑体不同，面源黑体是一种结构表面发射率极高、温度均匀的黑体，主要用于红外热像仪等红外设备的标定。面源黑体的温度均匀性等技术指标的优劣影响着红外设备的指标性能。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种冷却结构和设计方法。本发明方案能够解决上述现有技术中存在的问题。

本发明的技术解决方案：

根据第一方面，提供一种冷却结构，包括方型锥塔结构、均热板结构和导热带，所述的导热带一端连接冷源，另一端与连接均热板；所述的均热板结构上表面与导热带连接，下表面设置n个方型锥塔安装座，所述的方型锥塔安装座用于安装方型锥塔结构，所述的方型锥塔结构与需要冷却的结构连接。

进一步的，所述的均热板上表面的形状相对于需冷却的结构关于中心对称。

优选的，所述的均热板的直角转向位置设置截热槽，所述的截热槽延伸到均热板内部。

进一步的，所述方形锥塔结构的数量为n＝2

进一步的，所述的方型锥塔结构为四面体锥形，其侧面设置侧面槽，下部与需冷却结构接触的面设置中心槽，上部设置与均热板连接的均热板安装孔，在四面体的棱上设置与需冷却结构连接的孔。

进一步的，所述的冷却结构还包括压板，所述的压板安装在所述均热板上表面预留的位置上，所述的压板将导热带与均热板紧密连接。

优选的，所述的压板通过预制压力和填充导热固体的方式，将导热带与均热板紧密连接。

进一步的，所述的冷却结构还包括均热膜，所述的均热膜为垂直于膜面上的导热系数低，平行于膜面的导热系数高的薄膜，所述的均热膜放置在均热板与方形锥塔结构之间和方形锥塔结构与需要冷却的结构之间。

根据第二方面，提供上述一种冷却结构设计方法，包括以下步骤：

根据需冷却结构的大小，确定方型锥塔结构的个数和尺寸；

根据方型锥塔结构的个数和尺寸确定均热板的形状和尺寸；

根据均热板的形状和尺寸，确定安装压板的位置和尺寸；

根据安装压板的位置和尺寸设计与之对应的压板的尺寸；

根据需冷却结构的形状和均热板的形状确定均热膜的尺寸；

根据冷源与压板的位置，确定导热带的长度。

进一步的，所述的导热带的材质、方形锥塔材质、均热板材质和均热膜的材质根据需要的导热性能确定。

本发明与现有技术相比的有益效果：

本发明通过导热带将较远位置处的冷量传递到均热板结构上，压板结构将导热带与均热板结构紧密连接，均热板将导热带上点源冷量或小面上的冷量均匀传递到每个方型锥塔结构上，方型锥塔结构将均热板传递过来的冷量进一步均匀得传递到黑体结构面上。通过上述的导热带、压板、均热板、方型锥塔结构，可将导热带一端的冷量均匀的传递到超大黑体面上，保持黑体温场均匀性，实现有点到面的冷却(加热)设计。

附图说明

所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了根据本发明实施例提供的冷却结构主视图和俯视图；

图2示出了根据本发明实施例提供的均热板结构主视图、俯视图和侧视图；

图3示出了根据本发明实施例提供的方型锥塔主视图、俯视图、侧视图和剖面图。

附图中的标号表示的含义：

1、导热带；2、压板；3、均热板结构；4、方型锥塔结构；5、均热膜；6、需冷却结构；7、冷源；8、截温槽；9、导热带安装座；10、方型锥塔安装座；11、侧边槽；12、中心槽；13、均热板安装孔；14、需冷却结构安装孔。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

如图1所示，根据本发明实施例提供根据第一方面，提供一种冷却结构，包括方型锥塔结构4、均热板结构3和导热带1，导热带1一端连接冷源7，另一端与连接均热板；均热板结构3上表面与导热带1连接，下表面设置n个方型锥塔安装座10，方型锥塔安装座10用于安装方型锥塔结构4，方型锥塔结构4与需要冷却的结构连接。

进一步的在一个实施例中，导热带1为柔性编织铜丝带，其特征柔韧性较好，易于改变结构方向，可适用于不同位置的结构连接。在另外的实施例中，导热带1也可采用多股热管，其热量传递效果更好。

进一步的在一个实施例中，均热板上表面的形状相对于需冷却结构6关于中心对称，通过此中均热板形状的设计，可以让需冷却结构6的散热更均匀；

优选的在一个实施例中，均热板的直角转向位置设置截热槽，截热槽延伸到均热板内部。通过截热槽的设计，提高均热板结构3内部的温场均匀性。

进一步的在一个实施例中，均热板采用高热导热性能的金属材料制成，优选的，采用铝合金或紫铜材料加工而成。

进一步的在一个实施例中，方形锥塔结构的数量为n＝2

进一步的在一个实施例中，方型锥塔结构4为四面体锥形，其侧面设置侧面槽，下部与需冷却结构6接触的面设置中心槽12，上部设置与均热板连接的均热板安装孔13，在四面体的棱上设置需冷却结构安装孔14。通过侧面槽和中心槽12的设计，增大散热的面积，加快散热的速度，提高温场均匀性，降低结构重量。

进一步的在一个实施例中，方形锥塔结构采用高热导热性能的金属材料制成，优选的，采用铝合金或紫铜材料加工而成。

进一步的在一个实施例中，冷却结构还包括压板2，压板2安装在均热板上表面预留的位置上，压板2将导热带1与均热板紧密连接，优选的，压板2所在的位置为均热板的中心位置，从而保证导热带1的热量能在均热板中均匀传送。

优选的在一个实施例中，压板2通过预制压力和填充导热固体的方式，将导热带1与均热板紧密连接，减小连接热阻。

进一步的在一个实施例中，冷却结构还包括均热膜5，均热膜5为垂直于膜面上的导热系数低，平行于膜面的导热系数高的薄膜，均热膜5放置在均热板与方形锥塔结构之间和方形锥塔结构与需要冷却的结构之间，提高面内温度场均匀性。优选的，均热膜5采用高导热碳纤维制作而成。

根据第二个实施例，提供上述一种冷却结构设计方法，包括以下步骤：

步骤一，根据需冷却结构的大小，确定方型锥塔结构4的个数和尺寸；

在一个实施例中，方形锥塔结构的数量为n＝2

步骤二，根据方型锥塔结构4的个数和尺寸确定均热板的形状和尺寸；

在一个实施例中，均热板上表面的形状相对于需冷却的结构关于中心对称，并根据方型锥塔结构4的个数和尺寸确定均热板上表面的尺寸，根据方形锥塔结构上部的尺寸确定均热板下表面方型锥塔结构4安装座的尺寸；

步骤三，根据均热板的形状和尺寸，确定安装压板2的位置和尺寸；

在一个实施例中，压板2安装在均热板中心位置，并根据均热板中心位置的形状和尺寸，确定安装压板2的位置和尺寸；

步骤四，根据安装压板2的位置和尺寸设计与之对应的压板2的尺寸；

步骤五，根据需冷却结构的形状和均热板的形状确定均热膜5的尺寸；

步骤六，根据冷源与压板2的位置，确定导热带1的长度。

进一步的在一个实施例中，导热带1的材质、方形锥塔材质、均热板材质和均热膜5的材质根据需要的导热性能确定。

为了更好的阐述本发明，下面结合附图和具体实施例进行说明。

图1是一种冷却结构应用的示意图，包括导热带1、压板2、均热板、均热膜5、方型锥塔结构4。其中导热带1一端连接在冷源端，另一端连接在均热板上。在本实施例中，导热带为柔性编织铜丝带。

压板2通过预制压力、填充导热固体方式，将导热带1与均热板结构3紧密连接，减小连接热阻。

方型锥塔与黑体冷却面之间、方型锥塔与均热板之间，放置的均热膜5采用高导热碳纤维制作而成，其导热性能具有方向性，垂直于膜面上的导热系数较低，平行于膜面的导热系数极高，提高面内温度场均匀性。

通过导热带1、压板2、均热板、均热膜5、方型锥塔结构4、均热膜5，可将冷源端冷量均匀的传递到超大黑体面上，或其他需要冷却的平面上。

图2是均热板结构3示意图，均热板结构3包括主体结构、方型锥塔安装座10、导热带安装座9、截温槽8。在本实施例中，均热板主体结构采用高热导热性能的铝合金或紫铜材料加工而成，均热板主体结构横截面积为方型。

均热板的方型锥塔安装座10用于安装方型锥塔，在本实施例中，安装座数量为16个。

截温槽8位于均热板直角转向位置处，用于提高均热板结构3内部的温场均匀性。

在本实施例中，均热板的方导热带安装座9用于安装导热带1，安装座数量为1个。

图3是方型锥塔结构4示意图，主要包括主体结构、侧边槽11、中心槽12、黑体安装孔和均热板安装孔13。

在本实施例中，方型锥塔的主体结构为四面体锥形，采用高热导热性能的铝合金或紫铜材料加工而成。

其中方型锥塔的侧边槽11和中心槽12分布如图3所示，主要用于提高温场均匀性，降低结构重量。

本发明提供的一种冷却结构不仅能够应用在散热机构中，也可以应用在加热机构中，只需将冷源的温度调高即可。

综上，本发明提供的一种冷却结构及设计方法，相比于现有技术至少具有以下优势：

本发明通过导热带将较远位置处的冷量传递到均热板结构上，压板结构将导热带与均热板结构紧密连接，均热板将导热带上点源冷量或小面上的冷量均匀传递到每个方型锥塔结构上，方型锥塔结构将均热板传递过来的冷量进一步均匀得传递到黑体结构面上。通过上述的导热带、压板、均热板、方型锥塔结构，可将导热带一端的冷量均匀的传递到超大黑体面上，保持黑体温场均匀性，实现有点到面的冷却(加热)设计。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。