Результат интеллектуальной деятельности: Комбинированная система охлаждения электронных блоков

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

Известен корпус модуля активной фазированной антенной решетки [АС СССР №175877, МПК D65G 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 Н05К 7/20909, опубл. БИ №22, 30.07.2019]. 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.

Задачей данного изобретения является создание комбинированной системы охлаждения электронных блоков, имеющую сравнительно простую конструкцию, обладающую высокой эффективностью охлаждения и позволяющую обеспечивать работоспособность электронных блоков в различных температурных условиях.

Поставленная задача достигается тем, что предлагается комбинированная система охлаждения электронных блоков, 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 особенностями предлагаемой комбинированной системы охлаждения электронных блоков является то, что проходные сечения микроканалов, каналов и распределительных каналов представляют собой прямоугольник, расположенный большей стороной параллельно плоскости панели, круг и квадрат соответственно, причем их площади находятся в соотношении 1:6:3, а в изогнутых участках каналов размещены дополнительные завихрители.

На фиг. 1 показана схема комбинированной системы охлаждения электронных блоков.

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.

Комбинированная система охлаждения электронных блоков 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. В изогнутых участках каналов 3 размещены дополнительные завихрители 13.

Комбинированная система охлаждения электронных блоков 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.

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.

С целью повышения эффективности охлаждения, проходные сечения микроканалов 2 выполнены в виде прямоугольника, расположенного большей стороной параллельно плоскости панели 1. Это позволяет увеличить зону отвода тепла от панели 1 и повысить эффективность охлаждения.

Квадратное проходное сечение распределительных каналов 12 позволяет организовать интенсивные завихрения жидкости, вызванные изменением формы сечения при перетоке из каналов 3 круглого сечения, способствующем повышению интенсивности охлаждения.

Благодаря тому, что площади проходных сечений микроканалов 2, каналов 3 и распределительных каналов 12 находятся в соотношении 1:6:3, удается организовать рациональное распределение жидкости по всей системе каналов. Двукратное уменьшение площади проходного сечения распределительных каналов 12 по отношению к площади каналов 3 повышает гидравлическое сопротивление распределительных каналов 12 по сравнению с каналами 3 и предотвращает течение жидкости по кратчайшему пути. Соотношение площадей проходных сечений микроканалов 2 и каналов 3 равное 1 к 6 позволяет за счет относительно высокого гидравлического сопротивления организовать в микроканалах 2 течения с практически одинаковыми скоростями, необходимыми для равномерного интенсивного отвода тепла в зоне их расположения.

С целью повышения эффективности охлаждения за счет турбулизации потока в изогнутых участках каналов размещены дополнительные завихрители 13. Наличие в этих зонах дополнительных завихрителей 13 позволяет обеспечить турбулизацию потоков в каналах 3, способствующую более эффективному отводу тепла.

Таким образом, при нормальном температурном режиме в предлагаемой комбинированной системе охлаждения электронных блоков задействуется только воздушное охлаждение, которое обладает высокой надежностью и потребляет незначительное количество энергии.

В случае повышенных температурных нагрузок включается система жидкостного охлаждения, позволяющая интенсифицировать процесс охлаждения и поддерживать электронный блок в работоспособном состоянии в критические моменты. При стабилизации температуры электронного блока до рабочих значений система жидкостного охлаждения выключается.

Заявляемая комбинированная система охлаждения электронных блоков имеет сравнительно простую конструкцию, обладает высокой эффективностью охлаждения и позволяет обеспечивать работоспособность электронных блоков в различных температурных условиях.