CN1296995C - 用于电子元件的环境隔离封箱 - Google Patents

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Abstract

一种喷淋冷却式封箱以及用于获得适用于该封箱内的至少一个电子元件/卡的一种显著改良的运行环境的方法。该喷淋冷却式封箱具有使电子元件/卡与环境相隔离的一封闭单室。存放在该封闭单室内的一种绝缘介质传热流体由一喷淋系统所分洒，以便在电子元件/卡的绝大部分表面上连续地形成传热流体的薄层，从而使电子元件/卡的整个热梯度显著减小。另外还包括一种用于凝结由于热量从电子元件/卡传送至传热流体层而蒸发的传热流体的闭环凝结系统。

Description

用于电子元件的环境隔离封箱
技术领域
本发明涉及一种喷淋冷却式封箱，尤其涉及一种为电子设备提供一种改良环境的封闭腔。
背景技术
热控制系统须要能保持设置在一种不利环境中的封箱内的电子元件的可操作性。建议热控制系统应保持电子元件的最高运行温度范围在70～80℃，而与箱体外部环境无关。由于电子元件一般具有不同的规格和等级，因此该70～80℃的最高运行温度是变化的。具有诸如高温或低温之类的极端运行条件的不利环境还可包括诸如盐分、烟雾、灰尘、沙粒、潮湿或其它污染之类的因素。另外，具有接近-40℃低温的极端运行环境将使大量生产的商品化电子元件难以运行。
设计用于在箱体范围内运行的传统热控制系统包含诸如使空气自由或强制性对流、传导、用液体冷却以及浸没式冷却之类的技术。直接使电子元件冷却的自由或强制性空气对流的方法是有问题的，这是因为空气的对流常常会给电子元件引入灰尘、盐分、潮气或其它有害因素。此外，单独进行对流的方法也无法将运行在-40～0℃范围中的电子元件充分加热。
传导方法采用散热件、冷板或热平面来吸收并传送由电子元件所产生的热量。该散热件、冷板及热平面必须与电子元件实际接触，因此使设计缺乏灵活性，并使封箱的重量加重。重量变重还会因电子元件的振动限值变窄而减小封箱的运行限值。另外，由于冷板及热平面的成本较高，因此这种传导方法也是不可取的。传导式冷却的另一个缺陷在于，附加的热质量(mass)限制了当电子元件低温运行时将其加热到可令人接受的限值的能力。
通过添加热囊或导热泡沫材料来改善冷板与电子元件之间的传导通道可提高采用冷板的传导方法的效率。然而，这些热囊或导热泡沫材料的不足之处在于，它们会额外增加成本及重量。
通常，用液体冷却及浸没式冷却方法要比对流或传导方法更有效。然而，用液体冷却的方法需要较为昂贵的复合液体及管线分布系统，而浸没式冷却的方法则会使重量加重，并且将电子元件浸没在流体中还会引起沸腾滞后(hysteresis)。
美国专利第5,220,804号(Tilton等人的)揭示了一种将冷却液喷洒到电子元件上的垂直喷雾器阵列。该喷雾器具有可独立地将冷却液射向一相应的电子元件的诸喷嘴。
美国专利第5,311,931号(Lee的)揭示了一种形成一种喷雾(mist)的方法，该喷雾形成一种超薄层冷却剂膜，并有意在与电子元件相关的空穴内形成涡流。
美国专利第4,399,484号(Mayer的)揭示了一种具有垂直于印刷电路板表面进行入射的液流的喷射冷却系统。该印刷电路板具有用于该冷却液的通道。
美国专利第5,349,831号(Daikoku等人的)揭示了一种使冷压流体垂直于电子元件输出的装置。
美国专利第5,021,924号揭示了一种半导体冷却装置，该装置具有多个与各电子元件相关的喷嘴。这些喷嘴与电子元件的表面大致处于同一高度上。
因此，需要一种能为设置于其中的电子元件提供一种改良环境的封箱。另外，还需要一种其冷却和/或加热容量显著增大的封箱。这些及其它需要将由本发明喷淋冷却式封箱来加以实现。
发明内容
本发明系一种喷淋冷却式封箱以及用于获得适用于该自成独立的(self-contained)封箱内的多个电子卡或发热元件的一种显著改良环境的方法。该封箱具有使电子元件与环境相隔离的一封闭单室。位于该封闭单室内的一种绝缘介质传热流体由一喷淋系统所分洒，以便在电子卡的绝大部分上连续地形成传热流体层。另外还包括一种用于凝结由于热量从电子卡传送至传热流体层而蒸发的传热流体的凝结系统。
根据本发明，本发明提供了一种具有稳定环境的喷淋冷却式封箱，该环境提供了跨越多个电子元件的、大约+/-10℃的基本均匀的温度分布。
本发明又提供了一种其冷却和/或加热容量显著增大的喷淋冷却式封箱。
本发明还提供了一种具有可保持封箱的封闭单室内压力密封的接插件的喷淋冷却式封箱。
本发明另外还提供了一种具有高级平台式热量排除(extraction)系统的喷淋冷却式封箱。
在本发明中还提供了一种适于航空、船舶及陆地应用的喷淋冷却式封箱。
根据本发明的第一个方面，提供了一种为一个或多个电子元件提供一种可控且隔离的环境的密封自成独立系统，它包括：一个封闭单室壳体；局限于所述壳体的封闭单室的大量自含传热流体；安装在封闭单室内的具有其所有元件的一喷淋系统，所述喷淋系统具有用于将所述传热流体喷洒到所述一个或多个电子元件的绝大部分表面上的一个或多个喷嘴；以及用于在封闭单室内凝结因自一个或多个电子元件所传递的热量而蒸发的一部分传热流体的装置。
根据本发明的第二个方面，提供了一种用于在内含多张电子卡的一密封自成独立系统内部获得一种热梯度减小的环境的方法，它包括下列步骤：在所述密封箱的一个封闭单室内存放大量传热流体；将所述封闭单室内的绝缘介质传热流体的薄层喷淋在所述电子卡的绝大部分表面上，以便借助从电子卡至传热流体的热量传送而使形成在电子卡表面上的传热流体的薄层蒸发；以及在封闭单室内将已蒸发的所述传热流体凝结成液体。
根据本发明的第三个方面，提供了一种为一张或多张电子卡提供一种热梯度减小的改良环境的密封自成独立系统，所述系统包括：一个封闭单室壳体；局限于所述封闭单室的一种自含的绝缘介质传热流体；安装在封闭单室内的一卡盒，所述卡盒具有用于所述一张或多张电子卡的诸支承件；安装在封闭单室内的一喷淋系统，所述喷淋系统具有用于将所述传热流体喷洒到一张或多张电子卡的绝大部分上的诸喷嘴；以及包含在所述封闭单室内的、用于将封闭单室内由于热量从一张或多张电子卡传送至传热流体而蒸发的传热流体凝结成液体的凝结装置。
根据本发明的第四个方面，提供了一种为一个或多个电子元件提供一种可控且隔离的环境的密封系统，所述系统包括：一个封闭单室壳体；局限于所述壳体的封闭单室的大量自含传热流体；安装在封闭单室内的具有其诸元件的一喷淋系统，所述喷淋系统具有用于将所述传热流体喷洒到所述一个或多个电子元件的绝大部分表面上的一个或多个喷嘴，其中，所述一个或多个电子元件安装在位于封闭单室内的一张或多张电子卡上；以及包含在封闭单室内的、用于去除由于热量从所述一张或多张电子卡进行传送而蒸发的封闭单室内传热流体的热量的装置。
附图说明
在参阅了以下结合附图所作的详细描述之后将能更好地理解本发明，在这些附图中：
图1是本发明一种喷淋冷却式封箱的立体图；
图2是该喷淋冷却式封箱的第一实施例的示意图；
图3A是其第二实施例的示意图，其中，在该喷淋冷却式封箱的一封闭单室的外部设有一热交换器；
图3B是其第二实施例的示意图，其中，该热交换器的一部分与喷淋冷却式封箱的封闭单室一体化；
图4是给喷淋冷却箱的第三实施例的示意图；
图5是该喷淋冷却箱的第四实施例的示意图；
图6A是用来表示在通过使用多种冷却系统所获得的改良环境中运行的电子元件的最高温度的图表；
图6B是用来对比由喷淋冷却式系统与空气对流式系统所获得的热梯度减小情况(reduction)的图表；
图6C是用来对比由具有不同热负载的喷淋冷却式系统所获得的热梯度减小情况的图表；
图7是一种电子卡的立体图，其中在该卡上设有多个散热件；
图8是用于在卡盒内分布传热流体的一列喷嘴的平面图；
图9是用于在卡盒内分布传热流体的一列喷嘴的第二实施例的平面图；
图10是用于在卡盒内分布传热流体的可旋转喷嘴的平面图；
图11是用于将传热流体喷射过一网屏的一列流体输出口的平面图，其中流体在进入卡盒时被网屏分割且发散；
图12是用于将从一列喷嘴和/或管道喷出的传热流体分布在卡盒内的一风扇的平面图；
图13是设置在卡盒相对端上的诸喷嘴的平面图；
图14是配备有一热通量(flux)传感器的卡盒的立体图；以及
图15是与本发明喷淋冷却箱一起使用的一种密封接插件的立体图。
具体实施方式
请参阅附图，图中相同的标号表示相同的部件，本发明揭示了一种喷淋冷却式封箱100。
虽然将要描述的是该封箱100的四个实施例，但是本技术领域中的熟练技术人员应当意识到的是，这些实施例仅仅是应用本发明原理的众多实例之中的四个实例而已。因此，不应将此描述的封箱100看作是一种限制。
请参阅图1，图中示出了封箱100的立体图。该封箱100较佳地具有易于滑入一种传统的仪表架(rack)(未图示)及从中滑出的一种长方形结构；但是，也可采用其它的结构。在该封箱100的相对侧上可设有一对手柄12，从而有助于该封箱100的拆装。位于封箱100的一端上的一面板16安装在一封箱壳体15上，其中手柄12安装在该面板上。面板16一般具有包括液面指示器18、功率指示器19和电源开关20在内的各种控制指示器及开关。封箱100是由提供与诸如湿空气、含盐分的空气、碰撞及振动之类的有害条件之间隔离的材料所制成的。
请参阅图2，图中示出了封箱100的第一实施例的示意图。第二实施例(图3A和3B)、第三实施例(图4)及第四实施例(图5)具有不同的凝结系统，这些凝结系统将在下文中予以详细说明。
请参阅图2～5，封箱100的这四个实施例均具有位于封箱中的一封闭单室22。该封闭单室22装有一过压安全机构24，该机构的大小适用于当封闭单室内的压力超出预定值时进行开启或漏泄。该封闭单室22还具有至少一块检查孔盖板26，该板具有一衬垫件28，该衬垫件被设计成可大致密封封闭单室，并减小电磁辐射。
封闭单室22内含一被设计成可安装许多电子元件/卡32的一组合式卡盒30(参见图14)。电子卡32较佳地为VME 6U-160mm商品化卡，但是，该卡盒30中也可安装其它尺寸的电子卡。设有一个或多个电源34以给予所有装配在封箱100中的电子元件以电力。电源34可设置在封箱100的内部或外部。卡盒30将在下文中予以详细说明。
处于正常运行状态下的各电子卡32一般的功率消耗大约为45瓦特；但是，封箱100也可承受更高的功率消耗。除非耗散的热量由诸如绝缘介质传热流体36(即氟代烃(hydrofluorocarbons))之类的冷却体吸收，否则位于其上的电子卡32或电子元件31将无法正常工作。位于封闭单室22中的传热流体36系一种不导电且不可燃的惰性流体，它通过对流及蒸发来去除耗散的热量。
一种可用的传热流体36是由3M公司制造的部件号码为FC-72的FLUORINERT(TM)。以下，表1列出了在用于以商标FLUORINERT进行销售的各类传热流体36在一个大气压时的诸沸点。
表1
部件号   FLUORINERT(TM)温度(℃)   沸点
  FC87FC72FC84   305680
可混合表1中的各种传热流体，以获得介于30°至80°之间任何所需的沸点。该传热流体36具有超过35,000伏特/0.1英寸间隙的绝缘介质强度。
在封闭单室22内设有一喷淋系统，用以汇集传热流体36并将其以覆盖绝大部分的电子卡32的薄层形式连续地进行分布。传热流体36的薄层随着流体吸收由电子卡32上的电子元件31所产生的热量而蒸发。由电子元件31所消耗的功率使得传热流体36的薄层蒸发并吸收足够的热量，从而将元件保持在与传热流体的沸点相对应的运行温度上。
封闭单室22可具有可令人接受的传热流体36的泄漏率，以使封箱100的运行不致受到不利影响。该可令人接受的泄漏率可有几分钟到无限长的总持续时间，这是由密封材料及运行条件所决定的。该泄漏率随着诸如封闭单室22的体积、传热流体36的量以及运行条件的变化而改变。
请参阅图6A，图中示出了运行在由各种冷却系统所获得的环境中的电子元件31的最高温度的图表。其中，电子元件31或是被空气冷却、或是被伴有或不伴有循环的传热流体36的浸没式冷却、抑或被喷淋式冷却。
请参阅图6B，图中示出了由喷淋冷却式系统与空气对流式系统所分别获得的热梯度减小情况的对比图表。该图表的X轴表示七个热电偶T1到T7，其中热电偶T1位于喷嘴54阵列的输出口附近，而热电偶T7则位于卡盒30一相对端上(参见图3A)。由线条“A”所表示的空气对流式系统的结果表明其与设置在卡盒30上的电子元件31相关的温度明显高于由线条“B”所表示的喷淋冷却式系统的结果。
利用喷淋冷却式系统所测量的数据表明：随着传热流体36从热电偶T1流至T7，卡盒30内的压力以及气态和液态传热流体36的温度从热电偶T1至T7连续上升(参见图表“C”)。同时，产生大约48瓦特/每卡的电子元件31从热电偶T1至T7所测得的温度基本保持不变。
请参阅图6C，图中示出了由喷淋冷却式系统所获得的热梯度减小情况的对比图表。图6C与图6B相类似，只是用对由线条“D”所表示的、具有电子卡32且产生大约192瓦特/每卡的喷淋冷却式系统的测量取代了对空气对流式系统的测量。该图表表明：与线条“D”相关的电子元件31从热电偶T3至T7所测得的温度基本恒定在大约60℃。同时，随着传热流体36从热电偶T1流至T7，卡盒30内的压力以及气态和液态的传热流体36的温度从热电偶T1至T7连续上升(参见图6B的图表“C”)。
请参阅图7，图中示出了含有多种形状散热件33的电子卡32的立体图。该散热件33和电子元件31可位于电子卡32的任一侧面上。当然，该散热件33是可有可无的。在电子卡32上可安装几种形状的散热件33，其中各散热件被设计成：可吸收由电子元件31所产生的热量，并将该吸收的热量传送至传热流体36。图中所示的几种形状包括直立式薄条33A、销钉翅(pin fin)33B和多角度换向件(diverter)33C。该换向件33C的形状被做成为：可吸引用于冷却的传热流体36，并可使传热流体的流动换向、用以改进它对设置在换向件33C尾流中的一邻近电子卡32上的电子元件31的分布情况。
请回到图2～5，该喷淋系统还具有被策略性地设置在封闭单室22中的多个汇集组件38。该汇集组件38的设置是根据封箱100是用于航空还是陆地来决定的。对用于航空的封箱100而言，可将汇集组件38设置在封闭单室22的八个角上，以使传热流体36的汇集及分布能连续、而与封箱的取向无关。而对用于陆地的封箱100而言，可将至少一个汇集组件38设置在封闭单室22的底部。位于封闭单室22底部的四个汇集组件38还提供了一些对纵倾(pitch)和横摇(roll)的辅助保护。
每个汇集组件38可具有一过滤保护器39(参见图3a和3b)，以便从传热流体36中去除不想要的微粒，从而使喷嘴堵塞、泵磨损以及微粒沉积在电子卡32上的可能性降至最小。该汇集组件38还具有流体传感器47(参见图3)、阀和继电器，这些传感器、阀和继电器受到监控，以确保喷淋系统的有效运行与由于重力和/或外力“g”的取向无关。喷淋系统的有效运行可包括检测位于汇集组件38中的传热流体36。
汇集组件38通过管道44而与一流体封装体46互连。该流体封装体46与泵50的入口48流体相通，该泵50还具有与安装在一喷淋总管53上的一列喷嘴54流体相通的出口52。可设置一多余的泵41(参见图4)，以确保喷淋系统在泵50失效的情况下仍能继续运行。安装在喷淋总管53上的该列喷嘴54具有至少一个被设置成可将传热流体36的薄雾喷洒在电子卡32的绝大部分上的喷嘴。喷淋总管53具有一出液口55(参见图2)，该出液口用于排空喷淋总管和喷嘴54中的传热流体36。流体汇集组件38、管道44、流体封装体46和泵50较佳地位于封闭单室22内，但这些部件也可位于封闭单室的外部。应当注意的是，在仅靠管道44来汇集传热流体36以取代汇集组件38的情况下，封箱100仍将能继续工作。
一检定系统120(参见图3A)具有一压力传感器114和一温度传感器116。每个传感器输出一表示封闭单室22中的压力或温度的控制信号。该检定系统120还可具有与泵50相关的一泵压传感器118和一流速传感器122。每个传感器输出表示泵50内的压力及位于泵中的传热流体36的流速的检定信号。
请参阅图8～13，图中示出了安装在多种阵列中、并具有用来确保绝大部分的电子卡32能为传热流体36的薄层所覆盖的多种分洒型式的喷嘴54的示意图。该多种阵列包括用来确保适当分洒传热流体的喷嘴54的数量。每个喷嘴54具有一第二滤网57(参见图9)，以便从传热流体36中去除不想要的微粒。
首先，请参阅图8和图9，图中示出了喷嘴54设于卡盒30的一端上(参见图14)，以使传热流体36的喷淋型式的液滴偏离位于卡盒30内的电子卡。喷嘴54在图8和图9中位于不同的位置上。设有环绕电子卡32的蒸气阻流围壳59(参见图9)，以引导气态传热流体36的流动。
其次，请参阅图10，图中示出了喷嘴54可在卡盒30的末端上转动以分洒传热流体36。该喷嘴54可以相互间不同的角度进行设置，以改变液滴喷流的分布。
第三，请参阅图11，图中示出了一列喷嘴54在一网屏102上对传热流体36的液滴喷流进行引导，以使卡盒30中的流体雾化并分洒该流体。图中所示的传热流体36的液滴喷流表示为时间/流动的脉动(fluctuation)。
第四，请参阅图12，图中示出了设置在喷嘴54之间或其一侧上的一雾化风扇104。该雾化风扇104有助于分洒电子盒30内的传热流体36。
最后，请参阅图13，图中示出了设置在卡盒30的相对端上的喷嘴54。将喷嘴54如此设置可进一步确保绝大部分的电子卡32能为传热流体36的薄层所覆盖。
现在请参阅图14，图中示出了卡盒30的立体图。该卡盒30具有设置在卡盒的诸角和/或边缘上的多个振动及碰撞隔离器29。该隔离器29降低了与电子卡32相关的振动及碰撞幅度。
卡盒30还具有设置在与喷嘴54阵列相对的一端上的一通量传感器106。该通量传感器106检测由已知数量的散热所引起的封闭单室22内的温升。该通量传感器106具有包裹着一电阻110的第一热电偶108和位于该电阻附近的第二热电偶112。电阻110的大小被做成为可耗散已知数量的热量。通量传感器106位于电阻卡32或卡盒30上，并被置于喷淋路径中。出于故障检测的目的，该通量传感器106可用于确定传热流体36的存在与否。另外，一压力传感器114(参见图3A)可指示与位于封箱100内的最热的电子元件31的温度相对应的测量结果。
请回到图2～5，图中示出了用于凝结气态传热流体36的一种凝结系统56的四个实施例。该凝结系统56吸收气态传热流体36中相当数量的热量，用以保持一种稳态环境。继而，该凝结的传热流体36又通过喷淋系统进行循环。
图2中示出了该凝结系统56的第一实施例。该凝结系统56具有两台风扇58，它们将冷空气从一进气口60抽吸过封闭单室22。凝结系统56的对流式冷却是由于冷却空气穿过封闭单室22而引起的，这样既降低了封闭单室外壁的温度，又可使气态传热流体36凝结。在封闭单室22的外壁上设有多个外部翅片25，以增加外壁的表面积。风扇58和进气口60安装在喷淋冷却箱100上。位于封闭单室22内部或外部(参见图4)的一温度控制器46可与至少一个加热器35一起使用，以便将传热流体36保持在所需温度上。该加热器35可安置在位于封闭单室22底部上的传热流体36之中。
请参阅图3A和图3B，图中示出了由事先已标示的标号所表示的凝结系统56的第二实施例的示意图。该凝结系统56’具有一外部热交换器62’，该热交换器62’距封闭单室22较远(参见图3A)、或者其一部分与封闭单室22一体化(参见图3B)。如图3B所示，封闭单室22具有一顶部风扇51A’和一底部风扇51B’，这两个风扇使空气在热交换器62’上进行循环。外部热交换器62’具有与位于封闭单室22中的一凝结器68’的入口67’流体相通的出口64’。为了使该循环闭合，凝结器68’具有与外部热交换器62’的入口72’流体相通的出口70’。一冷却泵66’与热交换器62’及凝结器68’流体相通。该冷却泵66’可设置在热交换器62’之前或之后。一种冷却流体籍由冷却泵66’的操作通过外部热交换器62’和凝结器68’进行循环，以便当气态传热流体36与凝结器68’相接触时，该传热流体凝结成液滴37。
请参阅图4，图中示出了由事先已标示过两次的标号所表示的凝结系统56的第三实施例的示意图。该凝结系统56”具有位于封闭单室22中的一内部热交换器74”和位于该封闭单室外部的一远距离热交换器76”。该内部热交换器74”和远距离热交换器76”流体相通。一种冷却流体籍由一冷却泵78”通过热交换器74”和76”进行循环。来自气态传热流体36的热量由通过热交换器74”和76”进行循环的冷却流体来吸收，以使该气态传热流体36凝结成液态。在封闭单室22的内壁上设有多个翅片27，以增加内壁的表面积。另外，在管道44、喷淋总管54和/或汇集组件38内设有多个加热器35，以便将传热流体36保持在所需温度上。该加热器35对从温度控制器46输出的控制信号起反应。
请参阅图5，图中示出了由事先标示过三次的标号所表示的凝结系统56的第四实施例的示意图。该凝结系统56具有位于与喷嘴54相对的卡盒30的一端上的、且与喷淋总管53流体相通的至少一个凝结喷嘴61。每个凝结喷嘴61将传热流体36沿基本垂直于从喷嘴54喷淋的传热流体的方向进行分洒。另外，在凝结喷嘴61的附近可设置散热件33，用以汇集传热流体36。当气态传热流体36与从凝结喷嘴61分洒的较冷的传热流体流相接触时，气态传热流体36的凝结就自然而然地发生了。该凝结喷嘴61也可装入到凝结系统的其它实施例中，从而进一步提高冷却效率。
应用于航空的喷淋冷却式封箱100可具有与飞机成一体的一环境控制系统(ECS)。该环境控制系统(参见图5)向图3A-3B和图4中所示的闭环凝结系统56的两个实施例中任一实施例提供外部冷却。
在运行中，传热流体36被泵送通过形成细雾滴(fine droplet mist)冷却媒质的喷嘴54阵列。该传热流体36的细雾滴持续地喷淋在位于卡盒30内的各电子卡32上，并基本覆盖电子卡的两侧。传热流体36的薄层碰及电子元件31或散热件33，于是就发生了对流和/或蒸发。从电子元件31所产生的热量传送至传热流体36的薄层，于是一部分的传热流体36蒸发成了蒸气。在电子元件31上所蒸发的传热流体36的薄层由来自喷嘴54的基本连续的雾滴液流所代替并保持着。
蒸发过程去除了足够的热量，并将电子元件31的温度保持在传热流体的沸点附近。在电子元件31未产生足够数量的热量以蒸发传热流体36的薄层的情况下，该电子元件的温度将处于传热流体36的温度附近。喷淋冷却过程的最终结果是跨越电子卡32的热梯度减小。
然后，传热流体36的蒸气与液滴混合物在与喷嘴54相对的一端从卡盒30排出。接着，凝结系统56从去除传热流体36的蒸气与液滴中的热量，于是发生了物相变化而形成了液态流体。
请参阅图15，图中示出了与封闭单室22一起使用的一种密封接插件80的立体图。该密封接插件80具有一接插体86，该接插体具有叠置在封闭单室22中的一开孔上的一安装板(参见图2)，且该密封接插件在电连接件或光连接件系由各具有一接触区90的一对相配接插件82和84构成时可保持一种压力密封。该接触区90含有多个单件式插销或与相配接插件82的类似插销相连接的窝孔(socket)92(参见图2)。该对相配接插件82和84分别位于封闭单室22的内部和外部。
密封接插件80包括具有多个安装孔88的接插体86。该密封接插件80还包括环绕着接插件84、并被挤压在接插体86与封闭单室22的内腔之间的一O形密封垫圈94(参见图2)。多个安装螺钉延伸穿过安装孔88，并将接插体86安装在封闭单室22上以密封该封闭单室。
密封接插件80还包括多个安装在接插体86的外侧与内侧上的滑锁柱96。该滑锁柱96的形状被做成为可使相配接插件与接插件82和84相连。
可用于向封闭单室22提供输入与输出的另一种类型的接插件可包括延伸穿过封闭单室22的壁的若干单根导线124(参见图3B)。在介于诸导线与壁内开孔之间的区域内可使用一密封件。
另外，具有延伸穿过该板两侧的多个插销的一印刷电路板128(参见图5)可用作为接插件。倘若需要较大数量的输入/输出的话，则该印刷电路板128可包围封闭单室22的整个一侧面。该印刷电路板128还可提供与封闭单室22的保持壁相同的物理特性。可采用一种具有标准总线结构和终端的一体式后板来取代印刷电路板128。
虽然已在附图中图示并在上述详细描述中描述了本发明喷淋冷却箱的多个实施例，但应明白的是，本发明并不受图示实施例的限制，相反在不脱离本发明精神实质的情况下，可对本发明作各种重新配置、替换及变型。

Claims (37)

1.一种为一个或多个电子元件提供一种可控且隔离的环境的密封自成独立系统，它包括：
一个封闭单室壳体；
局限于所述壳体的封闭单室的大量自含传热流体；
安装在封闭单室内的具有其所有元件的一喷淋系统，所述喷淋系统具有用于将所述传热流体喷洒到所述一个或多个电子元件的绝大部分表面上的一个或多个喷嘴；以及
用于在封闭单室内凝结因自一个或多个电子元件所传递的热量而蒸发的一部分传热流体的装置。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述封闭单室还具有用于支承多张电子卡的一卡盒，每张电子卡上安装有一个或多个电子元件。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述多张电子卡中的一张电子卡还具有至少一个散热件，以便将所述传热流体重新分洒到所述电子卡表面的所选部分上。
4.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述喷淋系统的所述一个或多个喷嘴安装在所述卡盒的一端上，并且所述系统还具有安装在卡盒或所述至少一张电子卡上的一预定位置上的一热通量传感器。
5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述封闭单室还具有至少一块检查孔盖板，所述检查孔盖板具有可大大减小电磁干扰、并提供流体密封的一衬垫件。
6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述封闭单室还具有安装在其一壁部内的过压安全装置。
7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述喷淋系统具有：
用于汇集自含在所述封闭单室内的传热流体的一个或多个汇集组件或汇集管线；
位于封闭单室内且具有一出口和一入口的一泵，所述入口连接至所述一个或多个汇集组件或汇集管线；以及
与所述泵的出口流体相通的所述一个或多个喷嘴。
8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述喷淋系统还具有一多余的泵，所述泵具有一出口和连接至所述一个或多个汇集组件或汇集管线的一入口。
9.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述一个或多个汇集组件中的一汇集组件还具有一滤网，所述汇集组件被设置用来多向汇集所述封闭单室内的传热流体。
10.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述一个或多个汇集组件中的一汇集组件还具有用于检测液体、以便在检测到有传热流体存在时致动所述汇集组件的装置。
11.如权利要求7所述的系统，其特征在于，还包括具有一压力传感器和一温度传感器的一检定系统，所述各传感器分别输出表示所述封闭单室内的压力或温度的一信号。
12.如权利要求11所述的系统，其特征在于，所述检定系统还具有一泵压传感器和一流速传感器，所述各传感器分别输出表示泵压或传热流体的流速的一检定信号。
13.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述喷淋系统还具有安装在传热流体的喷淋路径中、所述一个或多个喷嘴与所述一个或多个电子元件之间的一雾化网。
14.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述喷淋系统还具有被设置用来使从所述一个或多个喷嘴输出的传热流体的喷淋发散的雾化风扇。
15.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述凝结装置具有一个或多个设置于远处、用以使空气穿过所述封闭单室来冷却封闭单室内的气态传热流体、从而使其凝结成液态的风扇。
16.如权利要求15所述的系统，其特征在于，所述封闭单室还具有多个安装在其外壁上的翅片。
17.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述凝结装置具有设置于远处、用以使空气穿过所述封闭单室来冷却封闭单室内的气态传热流体、从而使其凝结成液态的一环境控制系统。
18.如权利要求17所述的系统，其特征在于，所述封闭单室还具有多个安装在其外壁上的翅片。
19.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述凝结装置具有：
远离所述封闭单室进行设置、或与所述封闭单室成一体的一热交换器，所述热交换器具有一入口和一出口；
具有连接至所述热交换器出口的一入口的一冷却泵；
位于封闭单室内、并具有一入口和一出口的一凝结器，所述凝结器的入口连接至所述冷却泵的出口，所述凝结器的出口则连接至所述热交换器的入口；以及
通过热交换器、冷却泵及凝结器进行循环、以使所述封闭单室内的接触到凝结器的气态传热流体变成液态传热流体的一种冷却流体。
20.如权利要求19所述的系统，其特征在于，所述凝结装置还具有一个或多个被设置用来使空气通过与所述封闭单室成一体的所述热交换器进行循环的风扇。
21.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述凝结装置具有：
一有一种冷却流体通过其内部进行循环的内部热交换器，位于所述封闭单室内气态传热流体的路径中的所述内部热交换器将封闭单室内气态传热流体的热量传送至所述冷却流体，从而将所述气态传热流体凝结成液态；以及
一设置在封闭单室外部、并连接至所述内部热交换器的远距离热交换器，用以去除冷却流体中的热量。
22.如权利要求21所述的系统，其特征在于，所述封闭单室还具有多个安装在其内壁上的翅片。
23.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述凝结装置具有至少一个与所述喷淋系统流体相通的凝结喷嘴，所述各凝结喷嘴被设置用来将传热流体沿垂直于从所述一个或多个喷嘴喷出的传热流体的方向进行分洒。
24.如权利要求23所述的系统，其特征在于，所述凝结装置还具有邻近所述至少一个凝结喷嘴的至少一个散热件，并且，从至少一个凝结喷嘴分洒的绝大部分传热流体与所述至少一个散热件相接触。
25.如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：
一温度控制器；以及
位于所述封闭单室内的至少一个加热器，所述各加热器对从所述温度控制器输出的控制信号起反应。
26.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述传热流体是一种绝缘介质。
27.一种用于在内含多张电子卡的一密封自成独立系统内部获得一种热梯度减小的环境的方法，它包括下列步骤：
在所述密封箱的一个封闭单室内存放大量传热流体；
将所述封闭单室内的绝缘介质传热流体的薄层喷淋在所述电子卡的绝大部分表面上，以便借助从电子卡至传热流体的热量传送而使形成在电子卡表面上的传热流体的薄层蒸发；以及
在封闭单室内将已蒸发的所述传热流体凝结成液体。
28.如权利要求27所述的方法，其特征在于，所述喷淋步骤还包括：
汇集所述封闭单室内的传热流体；以及
将所汇集的封闭单室内的传热流体输送至用于喷淋传热流体的一个或多个喷嘴。
29.一种为一张或多张电子卡提供一种热梯度减小的改良环境的密封自成独立系统，所述系统包括：
一个封闭单室壳体；
局限于所述封闭单室的一种自含的绝缘介质传热流体；
安装在封闭单室内的一卡盒，所述卡盒具有用于所述一张或多张电子卡的诸支承件；
安装在封闭单室内的一喷淋系统，所述喷淋系统具有用于将所述传热流体喷洒到一张或多张电子卡的绝大部分上的诸喷嘴；以及
包含在所述封闭单室内的、用于将封闭单室内由于热量从一张或多张电子卡传送至传热流体而蒸发的传热流体凝结成液体的凝结装置。
30.如权利要求29所述的系统，其特征在于，所述凝结装置具有一个或多个远离所述封闭单室进行设置的风扇，所述一个或多个风扇迫使空气穿过封闭单室，用以在封闭单室内冷却并将气态传热流体凝结成液态。
31.如权利要求30所述的系统，其特征在于，所述喷淋系统具有：
用于汇集所述封闭单室内的传热流体的多个汇集组件或汇集管线；
具有一出口和接收由所述多个汇集组件或汇集管线所汇集的传热流体的一入口的一泵；以及
与所述泵的出口流体相通的所述一个或多个喷嘴。
32.如权利要求29所述的系统，其特征在于，所述卡盒具有：
一构架；
安装在所述构架上的多个衬垫；以及
安装在构架上的一热通量传感器。
33.如权利要求29所述的系统，其特征在于，所述喷淋系统的喷嘴安装在所述卡盒的一端上，所述系统还具有安装在卡盒上的一热通量传感器。
34.如权利要求29所述的系统，其特征在于，所述凝结装置包括：设置于远处、用来使空气穿过封闭单室，以便将由于热量从所述一张或多张电子卡传送至传热流体而蒸发的传热流体冷却并凝结成液体的一个或多个风扇。
35.如权利要求29所述的系统，其特征在于，所述凝结装置包括：
远离所述封闭单室进行设置、或与所述封闭单室成一体的一热交换器，所述热交换器具有一入口和一出口；
具有连接至所述热交换器出口的一入口的一冷却泵；
位于封闭单室内、并具有一入口和一出口的一凝结器，所述凝结器的入口连接至所述冷却泵的出口，所述凝结器的出口则连接至所述热交换器的入口；以及
通过热交换器、冷却泵及凝结器进行循环、以使自含在所述封闭单室内的接触到凝结器的气态传热流体变成液态传热流体的一种冷却流体。
36.如权利要求29所述的系统，其特征在于，所述凝结装置包括：
一有一种冷却流体通过其内部进行循环的内部热交换器，位于所述封闭单室内由于热量从一张或多张电子卡传送至传热流体的薄层而蒸发的气态传热流体的路径中的所述内部热交换器将封闭单室内气态传热流体的热量传送至所述冷却流体，从而将所述气态传热流体凝结成液态；以及
一设置在封闭单室外部、并连接至所述内部热交换器的远距离热交换器、用以去除冷却流体中的热量。
37.一种为一个或多个电子元件提供一种可控且隔离的环境的密封系统，所述系统包括：
一个封闭单室壳体；
局限于所述壳体的封闭单室的大量自含传热流体；
安装在封闭单室内的具有其诸元件的一喷淋系统，所述喷淋系统具有用于将所述传热流体喷洒到所述一个或多个电子元件的绝大部分表面上的一个或多个喷嘴，其中，所述一个或多个电子元件安装在位于封闭单室内的一张或多张电子卡上；以及
包含在封闭单室内的、用于去除由于热量从所述一张或多张电子卡进行传送而蒸发的封闭单室内传热流体的热量的装置。
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