Результат интеллектуальной деятельности: Комбинированная система охлаждения

Предлагаемое изобретение предназначено для эффективного охлаждения электронных блоков различной аппаратуры, в том числе, радиэлектронной, работающей при различных температурных режимах.

Известен корпус модуля активной фазированной антенной решетки [АС СССР №175877, МПК B65G 17/20, опубл. 1965], содержащий теплопроводящее основание с расположенными на нем местами для установки охлаждаемых элементов, под которыми, с обеспечением теплового контакта с корпусом модуля, расположены тепловые трубы так, что зоны их испарения находятся под местами для установки охлаждаемых элементов, а зоны конденсации находятся с внешней стороны корпуса модуля и снабжены устройствами воздушного охлаждения. Корпус модуля активной фазированной антенной решетки представляет собой единый массив, непосредственно в котором, в параллельных каналах содержащих фитиль и паропровод, сформированы тепловые трубы, находящиеся в непосредственном тепловом контакте между собой, при этом корпус модуля одновременно является стенками сформированных в нем тепловых труб и минимально возможное расстояние от места установки охлаждаемого элемента до тепловой трубы будет равно толщине стенки тепловой трубы с учетом технологических требований ее изготовления.

К недостаткам данного устройства следует отнести сложность конструкции и невысокую эффективность охлаждения.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является комбинированная система охлаждения электронных блоков [Патент РФ №2696020, МПК H05K 7/20909, опубл. 30.07.2019, БИ №22]. Комбинированная система охлаждения электронных блоков содержит панель из высокотеплопроводного материала, в которой выполнены распределительные каналы, микроканалы и каналы для охлаждающей жидкости содержащие прямые и изогнутые участки, на входе и выходе каналов установлены штуцеры, каналы содержат элементы, создающие турбулентность. Между прямыми участками каналов, внутри панели, в параллельной плоскости установлены стержни системы воздушного охлаждения, имеющие на выступающих из панели концах оребрение, размещенное в цилиндрическом кожухе, контактирующем боковой поверхностью с панелью и имеющем в торцевой части воздушный вентилятор, а оребрение выполнено в виде наборов установленных перпендикулярно оси стержня чередующихся круглых и квадратных пластин с отверстиями, причем количество пластин и размер выполненных в них отверстий увеличивается от ближнего к воздушному вентилятору стержня к последующим стержням, а микроканалы выполнены параллельно прямолинейным участкам каналов, расположены с каналами в одной плоскости и сообщаются одним концом с каналами в зоне изогнутых участков, а другим с распределительным каналом.

К недостаткам данного устройства следует отнести невысокую эффективность охлаждения, вызванную низкой турбулизацией потока в каналах.

Задачей данного изобретения является создание комбинированной системы охлаждения обладающей высокой эффективностью охлаждения за счет интенсификации турбулизации потоков в каналах.

Поставленная задача достигается тем, что в комбинированной системе охлаждения Комбинированная система охлаждения, содержащая панель из высокотеплопроводного материала, в которой выполнены распределительные каналы, микроканалы и каналы для охлаждающей жидкости содержащие прямые и изогнутые участки, на входе и выходе каналов установлены штуцеры, каналы содержат элементы, создающие турбулентность, между прямыми участками каналов, внутри панели, в параллельной плоскости установлены стержни системы воздушного охлаждения, имеющие на выступающих из панели концах оребрение, размещенное в цилиндрическом кожухе, контактирующем боковой поверхностью с панелью и имеющем в торцевой части воздушный вентилятор, а оребрение выполнено в виде наборов установленных перпендикулярно оси стержня чередующихся круглых и квадратных пластин с отверстиями, причем количество пластин и размер выполненных в них отверстий увеличивается от ближнего к воздушному вентилятору стержня к последующим стержням, а микроканалы выполнены параллельно прямолинейным участкам каналов, расположены с каналами в одной плоскости и сообщаются одним концом с каналами в зоне изогнутых участков, а другим с распределительным каналом.

Отличительными признаками предлагаемой комбинированной системы охлаждения является то, что элементы, создающие турбулентность, представляют собой перфорированные спирали, шаг которых увеличивается от краев к центру, перфорация представляет собой набор чередующихся в продольном направлении крупных и мелких отверстий, центры которых расположены вдоль линии, отстоящей на одинаковых расстояниях от краев сечения развертки спирали.

На фиг. 1 показана схема комбинированной системы охлаждения.

На фиг. 2 представлено (в масштабе 2:1) оребрение стержней 6.

На фиг. 3 показан вид Б (в масштабе 2:1).

На фиг. 4. изображено (в масштабе 2:1) размещение элементов 5.

На фиг. 5 показано расположение стержней 6, каналов 3 и микроканалов 2 в поперечном сечении панели 1.

На фиг. 6 изображена развертка элемента, создающего турбулентность (увеличено).

Комбинированная система охлаждения содержит панель 1 из высокотеплопроводного материала, в которой выполнены микроканалы 2 и каналы 3 для охлаждающей жидкости, содержащие прямые и изогнутые участки. На входе и выходе каналов 3 установлены штуцеры 4. Каналы 3 на входе содержат элементы 5, создающие турбулентность.

Между прямыми участками каналов 3, внутри панели 1, в параллельной плоскости установлены стержни 6 системы воздушного охлаждения, имеющие на выступающих из панели 1 концах оребрение, размещенное в цилиндрическом кожухе 7, контактирующем боковой поверхностью с панелью 1 и имеющем в торцевой части воздушный вентилятор 8. С целью интенсивности теплообмена оребрение выполнено в виде наборов установленных перпендикулярно оси стержня 6 чередующихся круглых 9 и квадратных 10 пластин с отверстиями 11.

Количество пластин 9 и 10, а также размер выполненных в них отверстий 11 увеличивается от ближнего к воздушному вентилятору 8 стержня к последующим стержням. Микроканалы 2 выполнены параллельно прямолинейным участкам каналов 3, расположены с каналами 3 в одной плоскости и сообщаются одним концом с каналами 3 в зоне изогнутых участков, а другим с распределительным каналом 12.

С целью повышения турбулизации потока элементы 5, создающие турбулентность, представляют собой перфорированные спирали, шаг которых увеличивается от краев к центру, перфорация представляет собой набор чередующихся в продольном направлении крупных 13 и мелких 14 отверстий, центры которых расположены вдоль линии, отстоящей на одинаковых расстояниях от краев сечения развертки спирали

Комбинированная система охлаждения работает следующим образом

При штатном режиме работы электронных блоков в условиях нормальных или пониженных температур окружающей среды охлаждение осуществляется только воздушной частью системы.

Воздушный поток, создаваемый вентилятором 8, движется внутри цилиндрического кожуха, обтекая наборы установленных перпендикулярно осям стержней 6 чередующихся круглых 9 и квадратных 10 пластин с отверстиями 11. При таком взаимодействии происходит интенсивное охлаждение. Наличие отверстий 11 формирует интенсивную циркуляцию воздуха между пластинами 9 и 10. Выполнение пластин 9 и 10 разной формы (круглыми и квадратными) также позволяет повысить интенсивность теплоотдачи за счет организации различных типов обтекания.

С целью снижения габаритов устройства и упрощения его конструкции цилиндрический кожух 7, контактирует боковой поверхностью с панелью 1.

Для снижения габаритов и улучшения интенсивности охлаждения стержни 6 системы воздушного охлаждения размещены между прямыми участками каналов 3, внутри панели 1, в параллельной плоскости.

Так как количество пластин 9 и 10, а также размер выполненных в них отверстий 11 увеличивается от ближнего к воздушному вентилятору 8 стержня к последующим стержням, удается повысить эффективность охлаждения отдаленных от воздушного вентилятора 8 стержней 6, а также снизить гидравлическое сопротивление воздушному потоку.

В случаях, когда воздушная система охлаждения не позволяет поддерживать требуемый температурный режим электронного блока (работа в условиях повышенных температур окружающей среды, высокая нагрузка и т.д.) дополнительно включается система жидкостного охлаждения.

Охлаждающая жидкость поступает в каналы 3 для охлаждающей жидкости и движется по ним, забирая тепло от панели 1, охлаждая электронный блок. Наличие у каналов 3 прямых и изогнутых участков позволяет задействовать большую поверхность и компактно разместить канал 3 в панели 1.

Для интенсификации теплоотдачи каналы 3 содержат элементы 5, создающие турбулентность при течении потока по каналам. Интенсивная турбулизация приводит к повышению эффективности отвода тепла

С целью обеспечения равномерного охлаждения в панели 1 размещены микроканалы 2, которые установлены параллельно прямолинейным участкам каналов 3 и расположены с ними в одной плоскости. Одним концом микроканалы 2 сообщаются с каналами 3 в зоне изогнутых участков, а другим с распределительным каналом 12, который соединяет все микроканалы 2.

Благодаря тому, что элементы 5, создающие турбулентность, представляют собой перфорированные спирали, шаг которых увеличивается от краев к центру, перфорация представляет собой набор чередующихся в продольном направлении крупных 13 и мелких 14 отверстий, центры которых расположены вдоль линии, отстоящей на одинаковых расстояниях от краев сечения развертки спирали удается обеспечить интенсивные завихрения потока.

Выполнение элементов 5 в виде перфорированных спиралей заставляет поток интенсивно закручиваться. За счет того, шаг перфорированных спиралей увеличивается от краев к центру, происходит изменение интенсивности закручивания потока по длине, что также способствует повышению завихрений и улучшению отвода тепла.

Благодаря тому, что перфорация представляет собой набор чередующихся в продольном направлении крупных 13 и мелких 14 отверстий, центры которых расположены вдоль линии, отстоящей на одинаковых расстояниях от краев сечения развертки спирали, при течении потока происходит многократное его деление на струи, имеющие различные направления и многократно пересекающиеся, что также приводит к интенсификации турбулизации и повышению отвода тепла

Таким образом, в предлагаемой конструкции комбинированной системы охлаждения за счет организации интенсивной турбулентности в каналах удается обеспечить эффективный отвод тепла.

Заявленная комбинированная система охлаждения имеет сравнительно простую конструкцию и позволяет обеспечивать работоспособность электронных блоков в различных температурных условиях.