ТЕПЛОСЪЕМНЫЙ КАНАЛ МАГИСТРАЛИ СИСТЕМЫ ЖИДКОСТНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ И СПОСОБ ОТВОДА ТЕПЛА ОТ ТЕПЛОНАГРУЖЕННЫХ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭТОГО КАНАЛА
HEAT REMOVAL CHANNEL OF THE LIQUID COOLING SYSTEM OF RADIOELECTRONIC DEVICES AND A METHOD OF HEAT REMOVAL FROM HEAT LOADED RADIOELECTRONIC DEVICES USING THIS CHANNEL

Изобретение относится к конструкции электронных устройств, требующих жидкостного охлаждения находящихся в них теплонагруженных элементов.
В настоящее время одним из основных потребителей жидкостного охлаждения радиоэлектронных устройств являются электронные модули активных фазированных антенных решеток (АФАР).
Наиболее распространенным вариантом охлаждения является проток охлаждающей жидкости по теплосъемному каналу, на наружной стенке которого установлены теплонагруженные элементы. (Н.И. Каленкович «Радиоэлектронная аппаратура и основы ее конструкторского проектирования», Минск: БГУИР, 2008. - 200 с.).
Прототипом изобретения является теплосъемный канал Охладителя вычислительных модулей компьютера (патент RU 125757 U1, МПК G12B 15/00, G06F 1/20, Н05K 7/20, опубл. 10.03.2013).
Канал включает полость, образованную двумя скрепленными вместе плоскими пластинами с пазами, контактирующий с несколькими тепловыделяющими электронными компонентами, при этом канал имеет впускное и выпускное отверстия соответственно для подачи и слива охлаждающей жидкости.
Недостатком прототипа является то, что при значительном количестве теплонагруженных компонентов, охлаждаемых одним каналом, по мере его протяженности, происходит повышение температуры жидкости и теплосъем с последующих по течению элементов теряет эффективность.
Технической задачей, поставленной при разработке изобретения являлось создание теплосъемного канала магистрали системы жидкостного охлаждения радиоэлектронных устройств, который обеспечивает эффективное охлаждение нескольких тепловыделяющих элементов, расположенных вдоль протяженной поверхности.
Поставленная задача решается конструкцией теплосъемного канала магистрали системы жидкостного охлаждения (СЖО), выполненного в виде ограниченной полости, оборудованный входным и выходным отверстиями, при этом канал снабжен коллектором распределения охлаждающей жидкости, выполненным в виде емкости, зафиксированной в полости канала, с отверстиями для подачи охлаждающей жидкости в зоны теплосъема и перегородками раздела зон, при этом входное отверстие выполнено в коллекторе, а выходное - в стенке, ограничивающей внутреннюю полость канала и сориентировано относительно отверстий для подачи охлаждающей жидкости в зоны теплосъема.
Одновременно, при отводе тепла от теплонагруженных радиоэлектронных устройств с использованием вышеприведенной конструкции используется способ, при котором: через входное отверстие подают под давлением охлаждающую жидкость в коллектор распределения охлаждающей жидкости, которая, в виде струй, из отверстий для подачи охлаждающей жидкости в зоны теплосъема, направленных по нормали к поверхности теплосъема попадает на поверхность теплосъема, образуя на ней турбулентный пограничный слой и, снимая тепло, стекает в зону слива и, через выходное отверстие, возвращается в магистраль СЖО, при этом перегородками раздела зон теплосъема предотвращают перемещение нагретой жидкости на поверхности соседних зон теплосъема.
Технический результат, достигаемый при осуществлении изобретения заключается в создании теплосъемного канала магистрали системы жидкостного охлаждения радиоэлектронных устройств, обеспечивающего эффективное охлаждение тепловыделяющих элементов расположенных вдоль протяженной поверхности.
В частном случае исполнения для более высокой степени турбулентности пограничного слоя, что повышает эффективность теплосъема, оси отверстий для подачи охлаждающей жидкости в зоны теплосъема расположены по нормали к поверхности теплосъема и струи, из отверстий для подачи охлаждающей жидкости в зоны теплосъема, направляют по нормали к поверхности теплосъема.
Для пояснения сущности заявленного изобретения используются следующие графические изображения:
Фиг. 1 - схема теплосъемного канала в разрезе.
Фиг. 2 - поперечное сечение канала.
Заявленное изобретение может быть использовано в системе жидкостного охлаждения (СЖО), содержащей, в общем случае: теплообменник для охлаждения нагретой жидкости, насос подачи охлажденной жидкости под давлением, магистраль подвода охлажденной жидкости к теплосьемному каналу, теплосъемный канал и магистраль отвода нагретой жидкости в теплообменник.
Теплосъемный канал магистрали системы жидкостного охлаждения (Фиг. 1), выполнен в виде ограниченной полости, оборудован входным (2) и выходным (3) отверстиями и снабжен коллектором распределения охлаждающей жидкости (4) и перегородкам раздела зон теплосъема (7).
Коллектор выполнен в виде емкости, зафиксированной в полости (1) канала, с отверстиями (5) для подачи охлаждающей жидкости в зоны теплосъема (6).
Отверстия (5) для подачи охлаждающей жидкости в зоны теплосъема сориентированы относительно них, таким образом, чтобы обеспечить эффективный охват поверхностей теплосъема при осуществлении способа охлаждения, ориентация отверстий определяется конструкторской проработкой.
Перегородки располагаются и фиксируются таким образом, чтобы разделить зоны теплосъема равномерно по количеству отводимого тепла, выбираются при конструкторской проработке аппаратуры.
Входное отверстие (2) выполнено в коллекторе, а выходное (3) в стенке, ограничивающей внутреннюю полость канала.
Выходное отверстие (3) сориентировано относительно отверстий (5) для подачи охлаждающей жидкости в зоны теплосъема (6), таким образом, чтобы не находиться в области пограничного турбулентного слоя поверхности теплосъема при осуществлении способа охлаждения.
Зоны теплосъема (6) представляют собой полости между поверхностью расположения отверстий (5) на коллекторе и внутренней стенкой канала, в местах установки охлаждаемых теплонагруженных радиоэлектронных устройств (8).
Поверхность теплосъема (9) представляет собой внутреннюю поверхность стенки канала, на наружной стороне которой установлены охлаждаемые теплонагруженные радиоэлектронные устройства (8).
Охлаждение теплонагруженных радиоэлектронные устройств с помощью теплосъемного канала происходит следующим образом: через входное отверстие (2) подают под давлением охлаждающую жидкость в коллектор (4) распределения охлаждающей жидкости, которая из отверстий для подачи охлаждающей жидкости в зоны теплосъема (5), в виде струй, попадает на поверхность теплосъема, образуя на ней турбулентный пограничный слой и,, снимая тепло, стекает в зону слива, и, через выходное отверстие, возвращается в магистраль СЖО, при этом перегородками раздела зон теплосъема предотвращают перемещение нагретой жидкости на поверхности соседних зон теплосъема.
При этом обеспечивается подача охлажденной жидкости, создающейся струйной подачей охлаждающей жидкости на поверхность теплосъема (9) разрушается вязкий (ламинарный) подслой в турбулентном пограничном слое охлаждающей жидкости, что повышает эффективность охлаждения.
В частном случае исполнения оси отверстий для подачи охлаждающей жидкости в зоны теплосъема расположены по нормали к поверхности теплосъема и струи, из отверстий для подачи охлаждающей жидкости в зоны теплосъема, направляют по нормали к поверхности теплосъема при этом энергия движения струи максимально может быть использована при воздействии на поверхность теплосъема по нормали.