РАДИАТОРНЫЙ БЛОК (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к устройствам для отвода тепла от электронных конструктивных элементов радиоэлектронной аппаратуры.
Известен радиаторный блок (см. заявка US №20070297140, МПК Н05К 7/20, опубликована 27.12.2007), содержащий теплопроводящую панель для размещения с одной ее стороны компонентов электрической цепи и радиатор, расположенный на противоположной стороне теплопроводящей панели и содержащий теплопоглощающее основание в виде металлической пластины, на одной стороне которой выполнены параллельные прорези, в которых закреплены радиаторные пластины.
Недостатком известного радиаторного блока является достаточно сложная и трудоемкая технология его изготовления.
Известен радиаторный блок (см. заявка US №20070284079, МПК Н05К 7/20, опубликована 13.12.2007), содержащий теплопроводящую панель для размещения с одной ее стороны компонентов электрической цепи и радиатор, расположенный на противоположной стороне теплопроводящей панели, содержащий теплопоглощающее основание с параллельными пластинчатыми ребрами. Теплопоглощающее основание прикреплено к теплопроводящей панели с помощью уголков, стянутых болтами с гайками.
Недостатком известного радиатора является достаточно сложная и трудоемкая технология его изготовления.
Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков к заявляемому техническому решению является принятый за прототип радиаторный блок (см. заявка US №20070230138, МПК Н05К 7/20, опубликована 04.10.2007), включающий теплопроводящую панель для размещения с одной ее стороны компонентов электрической цепи, несколько радиаторов, расположенных на другой стороне теплопроводящей панели под местами установки тепловыделяющих компонентов электрической цепи и содержащих множество прямоугольных радиаторных пластин, прикрепленных непосредственно к теплопроводящей панели. В случае выполнения радиаторных пластин из алюминия экструзией изготавливают в виде единой детали радиаторные пластины и теплопроводящую панель, а затем фрезеруют необходимую конфигурацию радиаторов. Однако в ряде случаев применение алюминия в качестве материала пластин не обеспечивает требуемый теплоотвод. При использовании меди изготавливают по отдельности
радиаторные пластины и теплопроводящую панель, в затем пластины по одиночке прикрепляют к панели.
Такое конструктивное выполнение значительно усложняет технологию изготовления радиаторного блока и снижает надежность радиатора. Кроме того, известный радиаторный блок-прототип имеет ограниченные возможности повышения эффективности теплообмена за счет использования меди, как материала с повышенным коэффициентом теплопроводности, так как между тепловыделяющими элементами и рассеивающей частью радиатора - реберными пластинами использована теплопроводящая панель, а, следовательно, присутствует дополнительное переходное тепловое сопротивление в местах их соединения.
Задачей, которую решает заявляемое техническое решение, являлась разработка такого радиаторного блока, в котором обеспечивается простое и надежное крепление радиаторных пластин и эффективный теплоотвод от компонентов электрической цепи.
Поставленная задача решается группой полезных моделей, объединенных единым изобретательским замыслом.
По первому варианту задача решается тем, что радиаторный блок включает теплопроводящую панель для размещения с одной ее стороны компонентов электрической цепи, один или несколько первых радиаторов, которые расположены на противоположной стороне теплопроводящей панели. Каждый радиатор блока содержит множество отдельных радиаторных пластин, имеющих по меньшей мере две параллельные кромки и скрепленных вблизи этих кромок через теплопроводящие прокладки друг с другом с образованием соответственно теплопоглощающей части и теплораспределительной части, которая противолежащей теплопоглощающей части. В теплопроводящей панели под местом установки тепловыделяющего компонента электрической цепи выполнено по меньшей мере одно отверстие по форме контура теплопоглощающей части, в которое со стороны, противоположной тепловыделяющему компоненту, запрессована теплопоглощающая часть первого радиатора.
Такая запрессовка теплопоглощающей части первого радиатора в теплопроводящую панель обеспечивает их надежное соединение, которое выдерживает самые жесткие условия эксплуатации. Объединение участков радиаторных пластин, противолежащих теплопоглощающей части, в теплораспределительную часть позволяет объединить радиаторные пластины
(которые и участвуют непосредственно в принудительном конвективном теплообмене) в единый тепловой контур.
За одним или за несколькими первыми радиаторами может быть закреплен на теплопроводящей панели, например, припоем или теплопроводящим клеем, а также заклепкой один или несколько вторых радиаторов П-образной или Г-образной формы в местах менее интенсивного тепловыделения.
Радиаторные пластины и прокладки по меньшей мере одного первого радиатора могут быть скреплены друг с другом, например, припоем или теплопроводящим клеем.
В радиаторном блоке параллельные кромки радиаторных пластин и примыкающие к ним теплопроводящие прокладки по меньшей мере одного первого радиатора могут быть выполнены одинаковой длины.
Теплопроводящие прокладки по меньшей мере одного первого радиатора могут быть скреплены с прямоугольными противолежащими выступами радиаторных пластин. В этом случае теплопроводящие прокладки устанавливают заподлицо с внешними кромками прямоугольных противолежащих выступов, а радиаторные пластины выполняет длиной, большей длины примыкающих к ним теплопроводящих прокладок, а толщину теплопроводящих прокладок по меньшей мере на части их длины выполняют больше высоты прямоугольных выступов радиаторных пластин. Радиаторные пластины могут выступать с одной стороны за торцы теплопроводящих прокладок или с двух сторон, как симметрично, так и несимметрично. Это позволяет повысить эффективность теплообмена конструкции за счет снижения сопротивления воздушному потоку на входе и выходе из воздушного канала, образованного суммой промежутков между радиаторными пластинами, а также за счет обеспечения турбулентности воздушного потока только на ограниченной длине канала - непосредственно под тепловыделяющими элементами.
В радиаторном блоке выступающие за торцы теплопроводящих прокладок участки радиаторных пластин по меньшей мере одного первого радиатора могут иметь, например, закругленные или заостренные кромки.
Радиаторные пластины по меньшей мере одного первого радиатора могут быть сформированы по меньшей мере в две группы, выполненные из металлов с различной теплопроводностью. По меньшей мере одна группа радиаторных пластин может быть выполнена, например, из меди и по меньшей мере одна группа радиаторных пластин может быть выполнена, например, из алюминия.
Радиаторные пластины по меньшей мере одного первого радиатора в радиаторном блоке могут быть сформированы по меньшей мере в две группы, выполненные из радиаторных пластин разной толщины, а теплопроводящие прокладки по меньшей мере одного первого радиатора могут быть выполнены из металлов с различной теплопроводностью.
Наибольшая эффективность теплового контура (а, следовательно, и теплообмена радиатора) достигается при использовании комбинации материалов с различной теплопроводностью, из которых изготовлены радиаторные пластины и теплопроводящие прокладки. Например, медные радиаторные пластины, установленные непосредственно под тепловыделяющим элементом на противоположной от него стороне, в сочетании с медными теплопроводящими прокладками представляют собой как бы второй источник тепла, от которого по обе стороны путем теплопередачи распространяется тепловая энергия. Таким образом, на противоположной стороне от теплопоглощающей части радиатора происходит перераспределение тепловой энергии от более нагретых радиаторных пластин к менее нагретым. И если материал радиаторных пластин в конкретном радиаторе уже изменить невозможно, то комбинацией различных материалов прокладок в теплораспределительной части можно достигать различных заданных тактико-технических характеристик (Эффективность теплообмена или тепловое сопротивление, масса, стоимость) радиатора.
По второму варианту задача решается тем, что радиаторный блок, включает две противолежащие теплопроводящие панели для размещения на их внешних сторонах компонентов электрических цепей и по меньшей мере один первый радиатор, расположенный между теплопроводящими панелями и содержащий множество отдельных радиаторных пластин, имеющих по меньшей мере две параллельные кромки и скрепленных вблизи этих кромок через теплопроводящие прокладки друг с другом с образованием двух противолежащих теплопоглощающих частей. В теплопроводящих панелях под местом установки противолежащих тепловыделяющих компонентов электрических цепей выполнено по меньшей мере по одному отверстию, повторяющему по форме контур соответствующей теплопоглощающей части, в которые запрессованы теплопоглощающие части первого радиатора.
За одним или за несколькими первыми радиаторами может быть закреплен на теплопроводящей панели, например, припоем или теплопроводящим клеем, а также заклепкой один или несколько вторых
радиаторов П-образной или Г-образной формы в местах менее интенсивного тепловыделения.
Радиаторные пластины и прокладки по меньшей мере одного первого радиатора могут быть скреплены друг с другом, например, припоем или теплопроводящим клеем.
В радиаторном блоке параллельные кромки радиаторных пластин и примыкающие к ним теплопроводящие прокладки по меньшей мере одного первого радиатора могут быть выполнены одинаковой длины.
Теплопроводящие прокладки по меньшей мере одного первого радиатора могут быть скреплены с прямоугольными противолежащими выступами радиаторных пластин. В этом случае теплопроводящие прокладки устанавливают заподлицо с внешними кромками прямоугольных противолежащих выступов, а радиаторные пластины выполняет длиной, большей длины примыкающих к ним теплопроводящих прокладок, а толщину теплопроводящих прокладок по меньшей мере на части их длины выполняют больше высоты прямоугольных выступов радиаторных пластин. Радиаторные пластины могут выступать с одной стороны за торцы теплопроводящих прокладок навстречу потоку воздуха, создаваемого вентилятором, или с двух сторон, как симметрично, так и несимметрично.
В радиаторном блоке выступающие за торцы теплопроводящих прокладок участки радиаторных пластин по меньшей мере одного первого радиатора могут иметь, например, закругленные или заостренные кромки.
Радиаторные пластины по меньшей мере одного первого радиатора могут быть сформированы по меньшей мере в две группы, выполненные из металлов с различной теплопроводностью. По меньшей мере одна группа радиаторных пластин может быть выполнена, например, из меди и по меньшей мере одна группа радиаторных пластин может быть выполнена, например, из алюминия.
Радиаторные пластины по меньшей мере одного первого радиатора в радиаторном блоке могут быть сформированы по меньшей мере в две группы, выполненные из радиаторных пластин разной толщины, а теплопроводящие прокладки по меньшей мере одного первого радиатора могут быть выполнены из металлов с различной теплопроводностью.
Второй вариант реализации радиаторного блока позволяет компактно разместить электрорадиокомпоненты на двух противолежащих теплопроводящих панелях, обеспечивая их охлаждение радиаторами, запрессованными своими теплопоглощающими частями в противолежащих
панелях при боковом принудительном обдуве с помощью вентилятора. Расположение тепловыделяющих электрорадиоэлементов по обе стороны радиаторов обеспечивает более равномерный нагрев радиаторных пластин, что эквивалентно увеличению эффективной площади оребрения радиаторов, а, следовательно, и эффективности их теплообмена
Заявляемая полезная модель поясняется чертежами, где:
на фиг.1 показан в аксонометрии первый вариант заявляемого радиаторного блока с двумя первыми радиаторами;
на фиг.2 изображена в аксонометрии теплопроводящая панель;
на фиг.3 показан в аксонометрии первый радиатор блока с тремя группами первого варианта радиаторных пластин разной толщины;
на фиг.4 изображен в аксонометрии первый радиатор блока с тремя группами первого варианта радиаторных пластин из разных материалов;
на фиг.5 показан вид сверху на первый радиатор блока со вторым вариантом радиаторных пластин;
на фиг.6 изображен вид сбоку на первый радиатор, показанный на фиг.5;
на фиг.7 показан вид сбоку на первый радиатор блока с третьим вариантом радиаторных пластин;
на фиг.8 изображен вид сбоку на первый радиатор блока с четвертым вариантом радиаторных пластин;
на фиг.9 показан вид сбоку в продольном разрезе по А-А на первый вариант радиаторного блока с первыми и вторыми радиаторами;
на фиг.10 приведен вид снизу на радиаторный блок, изображенный на фиг.9;
на фиг.11 изображен вид сбоку в продольном разрезе на одно из воплощений второго варианта радиаторного блока;
на фиг.12 показан вид сбоку в продольном разрезе на другое воплощение второго варианта радиаторного блока;
на фиг.13 приведен вид в аксонометрии второго радиаторного блока в поперечном разрезе;
на фиг.14 изображен вид сбоку на второй радиатор П-образной формы;
на фиг.15 изображен вид спереди в поперечном разрезе на второй радиатор П-образной формы;
на фиг.16 показан вид в аксонометрии на второй радиатор П-образной формы;
на фиг.17 приведен вид сбоку на второй радиатор Г-образной формы;
на фиг.18 изображен вид спереди в поперечном разрезе на второй радиатор Г-образной формы;
на фиг.19 показан вид сбоку на второй радиатор П-образной формы с закругленными гранями;
на фиг.20 изображен вид спереди на второй радиатор, изображенный на фиг.19;
на фиг.21 приведен вид сверху на второй радиатор, изображенный на фиг.19;
на фиг.22 показан вид сверху на первый радиатор с шестиугольной в плане теплопоглощающей частью;
на фиг.23 приведен вид сбоку на первый радиатор, изображенный на фиг.22.
Первый вариант радиаторного блока 1 (см. фиг.1) содержит теплопроводящую панель 2 для размещения с одной ее стороны компонентов электрической цепи (на чертеже не показаны), первые радиаторы 3, расположенные на противоположной стороне теплопроводящей панели 2. В теплопроводящей панели 2 (см. фиг.2) под местом установки тепловыделяющих компонентов электрической цепи выполнены отверстия 4, в которое со стороны, противоположной тепловыделяющему компоненту, запрессована теплопоглощающая часть 5 первого радиатора 3, так как отверстие 4 выполняют по форме контура теплопоглощающей части 5. Первый радиатор 3 (см. фиг.3) содержит множество отдельных радиаторных пластин 6, имеющих по меньшей мере две параллельные кромки 7, 8 и скрепленных вблизи этих кромок 7, 8 через теплопроводящие прокладки 9 друг с другом с образованием соответственно теплопоглощающей части 5 и теплораспределительной части 10, противолежащей теплопоглощающей части 5. Радиаторные пластины 6 и прокладки 9 могут быть предварительно скреплены друг с другом различными известными методами, например, пайкой или склейкой теплопроводящим клеем. Параллельные кромки 7, 8 радиаторных пластин 6 и примыкающие к ним стороны прокладок 9 (см. фиг.3, фиг.4) могут иметь одинаковую длину. Теплопоглощающая часть 5 в плане может иметь, например, форму прямоугольника (см. фиг.3), квадрата (см. фиг.4), шестиугольника (см. фиг.22, фиг.23), круга и другой необходимой для эффективного отвода тепла формы. Длина радиаторных пластин 6 может быть больше длины примыкающих к ним сторон прокладок 5 (см. фиг.5, фиг.6, фиг.7, фиг.8). Радиаторные пластины 6 могут выступать с одной стороны за торцы теплопроводящих прокладок 9 навстречу потоку воздуха, создаваемого
вентилятором (см. фиг.8). Радиаторные пластины 6 могут выступать как симметрично с двух сторон за торцы теплопроводящих прокладок 9 (см. фиг.5, фиг.6), так и несимметрично с двух сторон за торцы теплопроводящих прокладок 9 (см. фиг.7). В этом варианте минимальное аэродинамическое сопротивление воздушному потоку достигается благодаря тому, что выступающие за пределы теплопроводящих прокладок 9 (т.е. теплопоглотительной части) радиаторные пластины 6 образуют воздушный канал (представляющий собой множество элементарных каналов, образованных множеством радиаторных пластин 6) сечение которого всегда больше, чем сечение канала непосредственно под теплопоглощающей частью 5 первого радиатора 3. Благодаря этому, скорость воздушного потока на входе и выходе из первого радиатора 3 всегда меньше скорости внутри воздушного канала, а отсюда и минимальные потери. Сужение воздушного происходит под теплопоглощающей частью 5 первого радиатора 3, когда воздушный поток движется в установившемся режиме (когда толщина и количество радиаторных пластин 6 не влияет на скорость его движения). Поэтому возмущения (турбулентность) воздушного потока в зоне теплопоглощающей части 5 приводят к значительному повышению эффективности теплообмена при минимальном повышении аэродинамического сопротивления воздушному потоку. Радиаторные пластины 6, образующие множество элементарных каналов, могут иметь имеют разную толщину (см. фиг.3, фиг.22). Группы I и III толстых пластин 6 располагаются, как минимум, по краям и обеспечивают механическую прочность первого радиатора 3, исполняя роль несущей конструкции. Группа II тонких пластин 6 вызывает минимальные возмущения (турбулентность) при сгибании их воздушным потоком на входе и выходе из первого радиатора 3. Выступающие за торцы прокладок 9 участки 11 радиаторных пластин 6 могут иметь как прямые кромки 12 (см. фиг.6), закругленные кромки 13 (см. фиг.7, фиг.8), так и заостренные кромки 14 (см. фиг.9). (см. фиг.7) Теплопроводящие прокладки 9 могут быть скреплены с прямоугольными выступами 15 (см. фиг.6, фиг.7, фиг.8) радиаторных пластин 6. В этом случае теплопроводящие прокладки 9 устанавливают заподлицо с внешними кромками прямоугольных противолежащих выступов 15, а толщину теплопроводящих прокладок 9 по всей их длине или на части их длины выполняют больше высоты прямоугольных выступов 15 радиаторных пластин 6, тем самым образуя обращенные друг к другу выступы 16, турбулизирующие воздушный поток. Радиаторные пластины 6 могут быть сформированы в несколько групп, например, в три группы IV, V и VI (см. фиг.4), выполненные из
металлов с различной теплопроводностью, например, группы IV и VI радиаторных пластин 6 изготовлены из алюминия, а группа V радиаторных пластин 6, расположенная над источником тепла, изготовлена из меди. Теплопроводящие прокладки 9 в первом радиаторе 3 могут быть также выполнены из металлов с различной теплопроводностью и разной ширины (см. фиг.22, фиг.23). Не изменяя геометрические размеры первого радиатора 3, применяя более тонкие радиаторные пластины 6 в зависимости от поставленной задачи, можно или увеличивать количество пластин 6 (площадь теплоотдачи) или увеличивать зазор между ними, увеличивая тем самым эффективное сечение элементарного воздушного канала (пространство между соседними радиаторными пластинами 6). Первый вариант радиаторного блока 1 может содержать (см. фиг.9, фиг.10), как первые радиаторы 3, устанавливаемые под радиокомпонентами с наибольшем тепловыделением, так и один или несколько вторых радиаторов 17 П-образной формы (см. фиг.14, фиг.15, фиг.16) и/или Г-образной формы (см. фиг.17, фиг.18), отводящих тепло от мест менее интенсивного тепловыделения. Радиаторы 17 закрепляют на теплопроводящей панели 2, например, припоем или теплопроводящим клеем, а, для прочности, также заклепкой 18. Вторые радиаторы 17 могут иметь скругленные кромки (см. фиг.19, фиг.20, фиг.21), что облегчает их изготовление гибкой из пластины. Второй радиатор 17 П-образной формы содержит две радиаторные пластины 19, соединенные основанием 20. В основании 20 выполнено сквозное отверстие 21 под заклепку 18. Второй радиатор 17 Г-образной формы (см. фиг.18, фиг.19, фиг.20) содержит одну радиаторную пластину 19, соединенную с укороченным основанием 22. В основании 22 также выполнено сквозное отверстие 21 под заклепку 18. Второй вариант радиаторного блока 1 (см. фиг.11, фиг.12, фиг.13) содержит две противолежащие теплопроводящие панели 2 для размещения с их внешних сторон двух комплектов компонентов электрических цепей (на чертеже не показаны). В панелях выполнены отверстия 4, повторяющие форму контуров соответствующих теплопоглощающих частей 5. Между панелями 2 установлены первые радиаторы 3. Первые радиаторы 3 имеют то же конструктивное выполнение, что и первые радиаторы в первом варианте радиаторного блока, но у них теплораспределительная часть 10 заменена второй теплопоглощающей частью 5. Первая теплопоглощающая часть 5 каждого первого радиатора 3 запрессована в отверстие 4 первой теплопроводящей панели 2, а вторая теплопоглощающая часть 5 запрессована в противолежащее отверстие 4 второй теплопроводящей панели 2. В соответствии с
конфигурацией электрических цепей на одной или двух теплопроводящих панелях 2 устанавливают в местах тепловыделения вторые радиаторы 17 П-образной формы (см. фиг.14, фиг.15, фиг.16) и/или Г-образной формы.
Заявляемая полезная модель была использована для оконечных каскадов усилителей мощности телевизионных передатчиков мощностью 600 Вт в аналоговом формате вещания с двойными симметричными теплопроводящими панелями и мощностью 200 Вт в цифровом формате вещания с одной теплопроводящей панелью. Суммарная мощность теплового рассеивания в усилителе мощности (4 мощных полевых транзистора BLF - 878 и 2 балластных керамических резистора) - 1000 Вт.