ТЕПЛООТВОДЯЩЕЕ УСТРОЙСТВО

Настоящая полезная модель относится к устройствам для отвода тепла от электронных конструктивных элементов.
В последние десятилетия конструирование радиоэлектронной аппаратуры идет по пути снижения ее веса и габаритов при одновременном увеличении мощности электронных компонентов. В связи с этим актуальной задачей является создание малогабаритных, но высокоэффективных теплоотводящих устройств.
Известно охлаждающее устройство для модуля с полупроводниковыми элементами (см. заявка US 2010328893, МПК H05K 7/20, опубликована 30.12.2010), содержащее составную панель, выполненную в виде металлической плиты, на одной из поверхностей которой выполнены открытые каналы для прохода воды, в которых продольно размещены радиаторные пластины в виде гофр. Поверхность плиты с открытыми каналами герметично закрыта металлической крышкой.
Известное устройство имеет сложную конструкцию и значительные габариты. Кроме того, необходимость обеспечения герметизации больших площадей контакта металлической крышки и поверхности плиты с открытыми каналами отрицательно влияет на надежность устройства.
Известно теплоотводящее устройство (см. патент CN 201274634, МПК H05K 7/20, опубликован 15.07.2009), содержащее прямоугольное основание в виде металлической плиты из красной меди, на одной из поверхностей которой выполнен фигурный зигзагообразный паз. Сверху металлическая плита закрыта металлической пластиной.
Известное теплоотводящее устройство обеспечивает интенсивный теплоотвод от установленных на плите мощных радиокомпонентов. Недостатком известного теплоотводящего устройства является достаточно сложная и трудоемкая технология его изготовления. К тому же монтаж радиокомпонентов возможен только на одной стороне плиты.
Известно теплоотводящее устройство (см. патент CN 201294704, МПК H05K 7/20, H01L 23/473, опубликован 19.08.2009), содержащее полученную методом литья охлаждающую металлическую плиту, имеющую с одной стороны углубление, разделенное перегородками на сообщающиеся отсеки. Сверху охлаждающая плита герметично закрыта монтажной плитой, на которой монтируются мощные радиокомпоненты.
Известное теплоотводящее устройство обеспечивает достаточно интенсивный отвод тепла от установленных на монтажной плите мощных радиокомпонентов. Однако изготовление охлаждающей плиты литьем не позволяет создать достаточно тонкие стенки при большой площади плиты, что приводит к увеличению сопротивления тепловому потоку. Радиокомпоненты устанавливаются на одной поверхности охлаждающей плиты, что увеличивает габариты радиоэлектронной аппаратуры.
Известно теплоотводящее устройство (см. патент RU 125757, МПК G12B 15/00, G06F 1/20, H05K 7/20, опубликован 10.03.2013), включающее две скрепленные вместе плоские пластины с пазами, вместе образующие, по меньшей мере, один канал для прохождения хладагента, герметизированный вкладышами, и являющиеся теплоотводящим основанием для контактирующих с ними тепловыделяющих электронных компонентов. Канал для прохождения хладагента имеет впускное и выпускное отверстия соответственно для подачи и слива хладагента.
Известное теплоотводящее устройство позволяет установить радиокомпоненты на двух противолежащих поверхностях. Недостатком известного теплоотводящего устройства является достаточно трудоемкая технология его изготовления.
Известно теплоотводящее устройство (см. заявка WO 2013054887, МПК H01L 23/473, H02M 7/48, H05K 7/20, опубликована 18.04.2013), содержащее полый четырехугольный корпус, герметично закрываемый пластиной, с впускным и выпускным отверстиями, расположенными на левой боковой стенке. В полости корпуса размещены параллельные ребра, параллельные боковым стенкам корпуса, для распределения скорости потока.
Известное устройство трудоемко в изготовлении.
Известно теплоотводящее устройство (см. заявка KR 20130049519, МПК H01L 23/34, H05K 7/20, опубликована 14.05.2013), содержащее полый корпус, включающий в себя первую область и вторую область, герметично закрытой крышкой. Первая область снабжена вводом охлаждающей воды, и имеет ряд первых штифтов. Вторая область снабжена выходом охлаждающей воды и имеет множество вторых штифтов, которые имеют большую площадь поверхности, чем первые штифты.
Устройство позволяет минимизировать разброс температур по всей площади участка нагрева, снизить потери давления потока охлаждающей воды и повысить теплоотвод, однако достигается это усложнением конструкции устройства.
Известно теплоотводящее устройство (см. патент RU 128058, МПК H05K 7/20, опубликован 10.05.2013), содержащее металлический полый корпус, образованный двумя пластинами и четырьмя боковыми стенками по их периметру и снабженный впускным и выпускным отверстиями для теплоносителя, выполненными в двух противоположных боковых стенках, и гофрированный элемент из листового металла. Гофрированный элемент установлен внутри корпуса с обеспечением теплового контакта с пластинами, с зазорами относительно боковой стенки с впускным отверстием и боковой стенки с выпускным отверстием и с расположением его гофров в направлении от боковой стенки с впускным отверстием к боковой стенке с выпускным отверстием. Устройство также снабжено N перегородками, установленными внутри корпуса в направлении от боковой стенки с впускным отверстием к боковой стенке с выпускным отверстием с образованием внутри корпуса N+1 полостей и с обеспечением возможности движения теплоносителя в зазорах между гофрированным элементом и боковыми стенками с впускным и выпускным отверстиями. Впускное и выпускное отверстия выполнены в крайних полостях корпуса. Гофрированный элемент выполнен в виде N+1 частей, каждая из которых установлена в соответствующей полости корпуса. Части гофрированного элемента, установленные в крайних полостях корпуса, выполнены длиннее остальных N-1 частей гофрированного элемента.
Недостатком известного теплоотводящего устройства является достаточно сложная и трудоемкая технология изготовления его элементов.
Известно теплоотводящее устройство пластинчатого типа (см. патент CN 201252706, МПК H05K 7/20, опубликован 03.06.2009). Известное устройство включает алюминиевую панель, на одной поверхности которой выполнена змеевидная канавка с прямоугольным поперечным сечением для прохода воды. На боковой грани панели вход и выход канавки снабжены соответственно входной и выходной соединительными муфтами. Панель с канавками сверху закрыта плоской алюминиевой панелью. Панель с канавками и плоская панель соединены пайкой-сваркой в единую панель.
Известное теплоотводящее устройство позволяет установить мощные радиокомпоненты на двух противолежащих поверхностях. Недостатком известного теплоотводящего устройства является достаточно сложная и трудоемкая технология его изготовления.
Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков к настоящей полезной модели является принятое за прототип теплоотводящее устройство (см. патент CN 201252706, МПК H05K 7/20, опубликован 19.08.2009), содержащий алюминиевую панель, на одной поверхности которой выполнено множество канавок, в которые запрессована металлическая теплопроводящая трубка для теплоносителя в форме змейки.
Известное теплоотводящее устройство не требует применения сварки-пайки при его изготовлении, что упрощает процесс его производства, однако дно канавок технологически сложно выполнить достаточно тонким, что приводит к увеличению массы панели и ухудшению условий теплоотвода со стороны поверхности панели, противолежащей поверхности с канавками. В результате радиокомпоненты устанавливают на одной поверхности охлаждающей плиты, что приводит к увеличению габаритов радиоэлектронной аппаратуры.
Задачей, которую решает настоящее техническое решение, являлась разработка такого теплоотводящего устройства, в котором бы эффективно использовались обе противолежащая поверхности панели, имелась возможность уменьшить толщину панели, увеличить эффективность теплоотвода при сохранении достоинств, присущих теплоотводящему устройству-прототипу.
Поставленная задача решается тем, что теплоотводящее устройство содержит металлическую панель, в которую запрессована по меньшей мере одна металлическая теплопроводящая трубка для теплоносителя. Новым в устройстве является выполнение металлической панели по меньшей мере из двух частей, которые обращены друг к другу эквидистантно отстоящими фигурными гранями. Изгибы фигурных граней расположены в местах установки тепловыделяющих электронных компонентов, а металлическая теплопроводящая трубка для теплоносителя запрессована заподлицо в образованный фигурными гранями в каждый сквозной зазор.
В расположенных в изгибах фигурных граней участках теплопроводящей трубки происходит турбулизация потока теплоносителя, что приводит к увеличению отвода.
Фигурные грани могут образовать зазор в форме змейки.
Поперечное сечение запрессованной металлической теплопроводящей трубки может иметь форму окружности или форму сплющенной окружности, образованной двумя параллельными участками, с двух сторон сопряженными с выпуклыми наружу кривыми.
В поверхности металлической теплопроводящей трубки могут быть выполнены обращенные вовнутрь выпуклости, что позволяет дополнительно турбулизировать движущийся по трубке поток теплоносителя.
Запрессованная металлическая теплопроводящая трубка на концах может быть снабжена входным и выходным быстроразъемными цанговыми фитингами, например фитингами фирмы John Guest: USA, Inc.
Металлическая панель может быть составлена, например, из трех частей, противолежащие части обращены друг к другу эквидистантно отстоящими фигурными гранями, образуя два зазора, в каждый из которых запрессована металлическая теплопроводящая трубка для теплоносителя.
Настоящая полезная модель поясняется чертежами, где:
на фиг. 1 показан вид сверху на металлическую панель, состоящую из двух частей;
на фиг. 2 изображен вид сверху с частичным разрезом на металлическую теплопроводящую трубку до ее запрессовки;
на фиг. 3 показан вид сверху на один из вариантов воплощения настоящего теплоотводящего устройства;
на фиг. 4 приведен поперечный разрез по А-А теплоотводящего устройства, показанного на фиг. 3;
на фиг. 5 изображен вид сверху на другой вариант воплощения настоящего теплоотводящего устройства;
на фиг. 6 показан поперечный разрез по Б-Б теплоотводящего устройства, показанного на фиг. 5;
на фиг. 7 изображен вид сверху на третий вариант воплощения настоящего теплоотводящего устройства;
на фиг. 8 показан вид сверху на четвертый вариант воплощения настоящего теплоотводящего устройства;
на фиг. 9 приведена фотография врубной жидкостной ячейки, изготовленной в соответствии с настоящей полезной моделью.
Настоящее теплоотводящее устройство (см. фиг. 3, фиг. 4) содержит металлическую панель (см. фиг. 1), составленную, например, из двух частей 1, 2, которые разделены сквозным зазором 3. Обращенные друг к другу в зазоре 3 фигурные грани 4, 5 двух частей 1, 2 эквидистантно отстоят на расстояние h, равное поперечному размеру d металлической теплопроводящей трубки 6 для теплоносителя, которая запрессована заподлицо в зазор 3. Фигурные грани 4, 5 могут образовать сквозной зазор 3 в форме змейки. Поперечное сечение запрессованной в зазор 3 металлической теплопроводящей трубки 6 (см. фиг. 5) может иметь форму окружности (см. фиг. 4) или форму сплющенной окружности (см. фиг. 6), образованной двумя параллельными участками 7, 8, с двух сторон сопряженными с выпуклыми наружу кривыми участками 9, 10. Запрессованная металлическая теплопроводящая трубка 6 на концах может быть снабжена входным и выходным средствами для быстрого подключения шлангов или трубопроводов, например, быстроразъемными цанговыми фитингами 11, 12, например, фитингами фирмы John Guest Inc. Металлическая панель (см. фиг. 7) может быть составлена, например, из трех частей 1, 2, 13, в зазоры 3 которых запрессована заподлицо две металлические теплопроводящие трубки 6 для теплоносителя. Входные и выходные средства для быстрого подключения шлангов или трубопроводов могут быть расположены на одной стороне металлической пластины (см. фиг. 3, фиг. 5, фиг. 7) или на противоположных сторонах металлической пластины (см. фиг. 8). Изгибы фигурных граней 4, 5 располагают в местах 14 (на чертеже показаны пунктирными прямоугольниками) установки тепловыделяющих электронных компонентов. На эти участках теплопроводящей трубки 6 возникают возмущения (турбулентность) теплоносителя, которые приводят к значительному повышению эффективности теплообмена при минимальном увеличении аэродинамического сопротивления потоку теплоносителя. Кроме того, в поверхности металлической теплопроводящей трубки 6 могут быть выполнены обращенные вовнутрь выпуклости 14 (см. фиг. 2), дополнительно турбулизирующие поток теплоносителя. Теплоотводящее устройство имеет эффективный двусторонний теплоотвод.
Образцы настоящего теплоотводящего устройства были использованы для изготовления врубной жидкостной ячейки (см. фиг. 9). Изготовленное теплоотводящее устройство рассеивает 180 Вт при расходе жидкости 5 л/мин и давлении 0,6 атм., заходное сечение диаметром 6 мм. Достоинствами настоящего устройства являются:
- минимальный габарит жидкостной панели;
- высокая надежность и устойчивость к внешним механически и климатическим факторам, благодаря герметичности металлической теплопроводящей трубки;
- высокая эффективность теплообмена благодаря возможности установки тепловой нагрузки с двух сторон жидкостного канала.