КОМБИНИРОВАННАЯ СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ БЛОКОВ
COMBINED COOLING SYSTEM FOR ELECTRONIC UNITS

Предлагаемое изобретение предназначено для эффективного охлаждения электронных блоков различной аппаратуры, в том числе, радоэлектронной, работающей при различных температурных режимах.
Известен корпус модуля активной фазированной антенной решетки [Патент РФ №175877, МПК H01Q 21/00, опубл. 21.12.2017, БИ №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 невысокую эффективность охлаждения.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является комбинированная система охлаждения электронных блоков содержащая панель из высоко [Патент РФ №2696020, МПК Н05К 7/209 09, опубл. 30.07.2019, БИ №22] теплопроводного 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 сравнительно простой конструкции и обладающей высокой эффективностью охлаждения.
Поставленная задача достигается тем, что в комбинированной системе охлаждения электронных блоков, содержащей 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, под панелью, в центральной ее части, размещен змеевик дополнительной системы жидкостного охлаждения со штуцерами, причем трубы змеевика дополнительной системы жидкостного охлаждения в верхних частях контактируют с поверхностью панели, а на нижней части панели, между прямыми участками труб змеевика дополнительной системы жидкостного охлаждения выполнено оребрение в виде прикрепленных к панели параллельных пластин трапецеидальной формы с отверстиями посередине, а в боковой части панели, напротив цилиндрического кожуха размещен дополнительный вентилятор.
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.
Под панелью, в центральной ее части, размещен змеевик 13 дополнительной системы жидкостного охлаждения со штуцерами 14. Трубы змеевика 13 дополнительной системы жидкостного охлаждения в верхних частях контактируют с поверхностью панели 1. На нижней части панели 1, между прямыми участками труб змеевика 13 дополнительной системы жидкостного охлаждения выполнено оребрение в виде прикрепленных к панели параллельных пластин 15 трапецеидальной формы с отверстиями 16 посередине, а в боковой части панели, напротив цилиндрического кожуха размещен дополнительный вентилятор 17.
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.
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.
Благодаря тому, что под панелью, в центральной ее части, размещен змеевик 13 дополнительной системы жидкостного охлаждения со штуцерами 14 удается обеспечить дополнительное охлаждение панели, необходимое при повышенных тепловых нагрузках. Для повышения эффективности охлаждения трубы змеевика 13 дополнительной системы жидкостного охлаждения в верхних частях контактируют с поверхностью панели 1.
Наличие на нижней части панели 1, между прямыми участками труб змеевика 13 дополнительной системы жидкостного охлаждения оребрения в виде прикрепленных к панели параллельных пластин 15 трапецеидальной формы с отверстиями 16 посередине и размещение в боковой части панели, напротив цилиндрического кожуха дополнительного вентилятора 17 позволяет дополнительно охладить пластину. Направление охлаждающего воздушного потока, создаваемого дополнительным вентилятором 17 перпендикулярно потоку в кожухе 7. Это позволяет обеспечить равномерное охлаждение пластины и повысить эффективность отбора тепла. Выполнение отверстий 16 позволяет многократно разделять воздушные потоки и интенсифицировать охлаждение.
Расположение змеевика 13 дополнительной системы жидкостного охлаждения и оребрения в виде прикрепленных к панели параллельных пластин 15 трапецеидальной формы с отверстиями 16 посередине на нижней части пластины позволяет задействовать дополнительно ее нижнюю свободную от охлаждаемых устройств поверхность.
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.
Заявленная комбинированная система охлаждения электронных блоков имеет сравнительно простую конструкцию и позволяет обеспечивать работоспособность электронных блоков в различных температурных условиях.