Система охлаждения теплонапряженных компонентов нагревающихся устройств

Полезная модель относится к охлаждению теплонапряженных компонентов нагревающихся устройств в различных областях техники, например в области электроники, в частности электронных приборов, включая компьютеры, в области теплотехники, в частности к тепловым трубам, а также к гидравлике, в частности к гидродиодам.
Известна конструкция тепловых трубок в настоящее время широко применяемых в активных системах охлаждения персональных компьютеров. В данной конструкции тепло от нагревающегося элемента испаряет жидкость, содержащуюся в герметичной тепловой трубке. Образовавшийся пар под давлением устремляется в область конденсации, где происходит его охлаждение. После охлаждения пар конденсируется на стенках тепловой трубки, вдоль которых расположена проволочная сетка, благодаря чему конденсируемая жидкость, движущаяся обратно к нагревающему элементу отделена от нагретого пара, движущегося в противоположном направлении [Алексеев В.А., Арефьев В.А. Тепловые трубы для охлаждения и термостатирования радиоэлектронной аппаратуры. - M.: Энергия, 1979. - 128 с].
Существуют так же конструкция жидкостной системы охлаждения нагревающихся устройств, в частности электронных приборов, без помпы и тепловых трубок, выполненная в виде замкнутой гидравлической системы [система водяного охлаждения для процессоров SilentFluxMedia, компании NoiseLimit (http://www.thg.ru/technews/20080605_192217.html)], оборудованной теплообменником-конденсатором, радиатором нагревающегося элемента и клапаном, установленном на радиаторе. В такой конструкции используется принцип испарителя, создающего направленное давление для движения охлаждающего вещества. В холодном состоянии радиатор и магистрали заполнены жидкостью. Когда радиатор процессора нагревается выше температуры кипения рабочей жидкости, эта жидкость превращается в пар. Горячий пар создает давление и старается покинуть пространство радиатора. Через специальный односторонний клапан пар может выйти только в одну сторону – двигаться в радиатор теплообменника-конденсатора. Попадая в радиатор теплообменника, пар вытесняет оттуда холодную жидкость в радиатор процессора, а сам остывает и превращается вновь в жидкость. Таким образом, охлаждающее вещество в чередующихся фазах жидкость-пар постоянно циркулирует по замкнутой системе трубопровода, пока радиатор горячий. Энергией для движения здесь является само тепло, выделяемое охлаждаемым элементом.
Наиболее близким устройством к заявляемому техническому решению является конструкция жидкостной системы охлаждения, состоящая из теплообменника, радиатора нагревающегося элемента и помпы – жидкостного насоса, приводящего в движение охлаждающую жидкость, что позволяет охлаждать нагретую радиатором жидкость в теплообменнике [например, система жидкостного охлаждения компьютера компании Deepcool (http://www.deepcool.com/ru/product/LiquidCooler/index.shtml)].
Все описанные конструкции, которые используются в разных областях техники, имеют ряд недостатков, таких как высокая стоимость и сложность изготовления, а также низкая надёжность системы, обусловленная конструкцией, и, как следствие, возможность поломки, что сделает всю систему не эффективной.
Задачей полезной модели является создание универсальной системы охлаждения теплонапряженных компонентов устройств, позволяющей повысить надёжность системы охлаждения, уменьшить её стоимость и упростить изготовление.
Указанная задача полезной модели достигается тем, что предложена жидкостная система охлаждения теплонапряженных компонентов нагревающихся устройств, которая может применяться в различных областях техники, в которой циркуляция рабочей жидкости осуществляется в результате нагрева жидкости по замкнутому контуру в выбранном направлении благодаря установке в систему двух гидродиодов сонаправленных с потоком жидкости.
Система охлаждения теплонапряженных компонентов нагревающихся устройств содержит радиатор нагревающегося элемента 1, магистраль 2, выполненную в виде трубок, в которой установлены два гидродиода 3, преимущественно резистивного типа из-за их небольших геометрических размеров, состоящих как минимум из одного рабочего элемента, например, в виде наклонного конуса [Лебедев И.В. Элементы струйной автоматики: научное издание / И. В. Лебедев, С. Л. Трескунов, В. С. Яковенко. - Москва: Машиностроение, 1973. –359 с.] и теплообменник 4, например, алюминиевый радиатор.
На фиг. изображена конструктивная схема жидкостной системы охлаждения с гидродиодами.
Способ работы жидкостной системы охлаждения с гидродиодами осуществляется следующим образом. При нагреве жидкости в радиаторе нагревающегося элемента 1 происходит увеличение давления, при этом нагретая жидкость начинает движение по магистрали 2 в сторону наименьшего давления, т.е. в сторону гидродиода 3, расположенного на участке А в прямом направлении между нагревающимся элементом 1 и теплообменником 4, так как сопротивление гидродиода 3, установленного в магистрали 2 системы между теплообменником 4 и нагревающимся элементом 1 на участке Б в обратном направлении выше, чем гидродиода 3, установленного на участке А в прямом направлении. После чего рабочая жидкость поступает в теплообменник 4, в котором охлаждаясь, движется по магистрали 2 через гидродиод 3, установленный на участке Б в обратном направлении обратно к нагревающему элементу 1. В результате чего, жидкость начинает циркулировать именно по пути наименьшего давления и сопротивления. Создаётся циркуляция жидкости, как при работе системы с помпой, но без её использования.
В результате данных конструкционных изменений, жидкостная система охлаждения может работать без помпы, тепловых трубок и теплообменника-конденсатора. Благодаря чему, решена проблема возможной поломки подвижных элементов помпы и высокой стоимости комплектующих для системы охлаждения.
Таким образом, предложенная полезная модель позволяет снизить массу конструкции, повысить КПД и надежность системы жидкостного охлаждения.