КОМБИНИРОВАННАЯ СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ
COMBINED COOLING SYSTEM

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 [Патент РФ №175877 МПК H01Q 21/00), опубл. 21.12.2017, Б.И. №36], 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 корпус охлаждения блока радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) [Патент РФ №165492 МПК Н05К 7/20, опубл. 20.10.2016, Б.И. №29], содержащий панель из высокотеплопроводного материала, с установленными на панели элементами РЭА, в которой выполнены распределительные и коллекторные каналы для охлаждающей жидкости, содержащие прямые и изогнутые участки, на входе и выходе коллекторных каналов установлены штуцеры, панель для охлаждения элементов РЭА содержит микроканалы и полости для охлаждающей жидкости, соединенные с распределительными каналами, полости и распределительные каналы содержат элементы в виде зубцов, канавок, выступов, создающие турбулентность.
К недостаткам данного устройства следует отнести сложность конструкции и невысокую эффективность охлаждения.
Задачей данного изобретения является создание комбинированной системы охлаждения сравнительно простой конструкции и обладающей высокой эффективностью охлаждения.
Поставленная задача достигается тем, что в комбинированной системе охлаждения, содержащей панель из высокотеплопроводного материала, в которой выполнены распределительные каналы, микроканалы, полости 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, установлены криволинейные стержни системы воздушного охлаждения, имеющие на выступающих из панели концах оребрение, размещенное в цилиндроконическом кожухе, контактирующем боковой цилиндрической поверхностью с панелью и имеющем в торцевой части воздушный вентилятор, в панели в зоне цилиндрической части кожуха выполнены сквозные протоки, параллельные каналам для охлаждающей жидкости, имеющие на одном конце, расположенном в цилиндрической части кожуха заборник, повернутый в сторону конической части кожуха, а другим концом протоки сообщаются с внешней средой, оребрение стержней воздушного охлаждения в зоне цилиндрической части кожуха представляет собой набор круглых пластин разного диаметра, установленных перпендикулярно стержням, при этом их диаметр уменьшается от центральной пластины к боковым, оребрение стержней воздушного охлаждения в зоне конической части кожуха состоит из набора радиально установленных стержней, полости для охлаждающей жидкости установлены между прямолинейными участками каналов и сообщаются с ними через микроканалы в зоне криволинейных участков и распределительные каналы в зоне прямолинейных участков.
На фиг. 1 показана схема комбинированной системы охлаждения.
На фиг. 2 представлен вид А.
Комбинированная система охлаждения, содержащая панель 1 из высокотеплопроводного материала, в которой выполнены распределительные каналы 2, микроканалы 3, полости 4 и каналы для охлаждающей жидкости 5, содержащие прямые и изогнутые участки. На входе и выходе каналов 5 установлены штуцеры 6, каналы содержат элементы, создающие турбулентность 7.
Между прямыми участками каналов 5, внутри панели 1, установлены криволинейные стержни 8 системы воздушного охлаждения, имеющие на выступающих из панели концах оребрение, размещенное в цилиндроконическом кожухе 9. Кожух 9 контактирует боковой цилиндрической поверхностью с панелью 1 и имеет в торцевой части воздушный вентилятор 10.
В панели 1, в зоне цилиндрической части кожуха 9, выполнены сквозные протоки 11, параллельные каналам для охлаждающей жидкости 5, имеющие на одном конце, расположенном в цилиндрической части кожуха 9 заборник 12, повернутый в сторону конической части кожуха 9, а другим концом протоки сообщаются с внешней средой.
Оребрение стержней 8 воздушного охлаждения в зоне цилиндрической части кожуха 9 представляет собой набор круглых пластин 13 разного диаметра, установленных перпендикулярно стержням 8, при этом диаметр пластин 13 уменьшается от центральной пластины к боковым.
Оребрение стержней 8 воздушного охлаждения в зоне конической части кожуха состоит из набора радиально установленных стержней 14.
Полости 4 для охлаждающей жидкости установлены между прямолинейными участками каналов 5 и сообщаются с ними через микроканалы 3 и распределительные каналы 2.
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 10, движется внутри цилиндрической части кожуха 9, обтекая оребрение стержней 8, представляющее собой набор круглых пластин 13 разного диаметра, установленных перпендикулярно стержням 8, интенсивно охлаждает стержни, которые отбирают тепло у панели 1. За счет того, что диаметр пластин 13 уменьшается от центральной пластины к боковым удается наиболее рационально организовать процесс охлаждения и компактно разместить пластины в кожухе 9.
С целью снижения габаритов устройства и упрощения его конструкции кожух 9, контактирует боковой цилиндрической поверхностью с панелью 1.
Размещение стержней 8 системы воздушного охлаждения между прямыми участками каналов 5, внутри панели 1 и выполнение их криволинейными позволяет интенсифицировать процесс охлаждения за счет увеличения поверхности теплоотдачи.
Для повышения эффективности охлаждения в панели 1, в зоне цилиндрической части кожуха 9, выполнены сквозные протоки 11 для пропускания через них охлаждающего панель воздушного потока.
Протоки 11 размещены параллельно каналам для охлаждающей жидкости 5. Движение воздуха в протоках происходит за счет того, что на одном конце, расположенном в цилиндрической части кожуха 9, на каждой протоке установлен заборник 12, повернутый в сторону конической части кожуха 9 (в сторону направления потока воздуха, создаваемого вентилятором 10), а другим концом протоки сообщаются с внешней средой, откуда происходит забор воздуха. То есть, реализуется принцип эжектора. Такое конструктивное исполнение позволяет захватывать дополнительные порции воздуха и пропускать их через панель, что приводит к ее дополнительному охлаждению.
Далее охлаждающий поток поступает в коническую часть кожуха 9, где за счет сужения его скорость увеличивается. В этой зоне с целью снижения гидравлического сопротивления и повышения интенсивности охлаждения оребрение стержней 8 воздушного охлаждения состоит из набора радиально установленных стержней 14.
Пройдя коническую часть кожуха 9, охлаждающий газ выходит из него в окружающую среду.
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 5 для охлаждающей жидкости и движется по ним забирая тепло от панели 1, дополнительно охлаждая электронный блок.
Наличие у каналов 5 прямых и изогнутых участков позволяет задействовать большую поверхность и компактно разместить канал 5 в панели 1. Для интенсификации теплоотдачи каналы 5 содержат элементы 7, создающие турбулентность.
С целью обеспечения равномерного жидкостного охлаждения в панели 1 размещены полости 4, установленные между прямолинейными участками каналов 5 и сообщаются с ними через микроканалы 3 в зоне криволинейных участков и распределительные каналы 2 в зоне прямолинейных участков. Это позволяет организовать дополнительную циркуляцию охлаждающей жидкости через полости 4, задействовав большую поверхность охлаждения.
Таким образом, при нормальном температурном режиме в предлагаемой комбинированной системе охлаждения 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.
Заявленная комбинированная система охлаждения имеет сравнительно простую конструкцию и позволяет обеспечивать работоспособность электронных блоков в различных температурных условиях.