РАДИАТОР ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ МЕСТНОГО ИСТОЧНИКА ТЕПЛОТЫ

Радиатор для охлаждения местного источника теплоты
Полезная модель относится к средствам охлаждения локальных источников теплоты, возникающих в элементах радиоэлектронной аппаратуры, в частности в разнообразных блоках питания, например, выпрямителях, потенциометрах средней и большой мощности, силовых элементах включения и др., а также в разнообразных электротехнических устройствах, типа баластных реостатов и др. Полезная модель может быть использована с целью повышения эффективности охлаждения в системах охлаждения, где допускаются повышенные концентрации водяных паров и паров других жидкостей и может работать на принципе использования большой теплоты фазового перехода I рода не только воды, но и др. жидкостей - эфиров, спиртов, жидкостных композитов и др.
Известен радиатор для охлаждения радиоэлементов (патент №1725423 A1, кл. H05K 7/20, опубл. в 1992 г. взятый за прототип), содержащий основание, на котором расположены параллельно одно другому ребра, выполненные из пористого проницаемого теплопроводного материала, а межреберные смежные каналы перекрыты с противоположных сторон, а также аналоги (устройство стабилизации температуры электронных компонентов, патент №2529852 A1, кл. H05K 7/20, опубл. в 2014 г. и радиатор для охлаждения полупроводниковых и микроэлектронных компонент, №144011 кл. H05K 7/20, опубл. в 2014 г.) недостатком является их повышенное аэродинамическое сопротивление, обусловленное тремя факторами - наличие торцевых перегородок, выполнение пор непосредственно в ребрах, неизбежно ограничивающих расход собственно охлаждающего воздуха, отсутствие жидкости, исключающей реализацию теплоты фазового перехода при ее испарении.
Задача полезной модели заключается в повышении теплоотдачи за счет реализации теплоты фазового перехода жидкости и турбулизации потока воздуха в межреберных каналах.
Технический результат - повышение теплоотдачи за счет реализации теплоты фазового перехода жидкости.
Предлагаемая конструкция радиатора представлена на фиг. 1. Имеется основание радиатора 2 и выполненные заодно с ним, например, отлитые параллельно друг другу, ребра радиатора 3.
В качестве охлаждаемого теплового источника 1 рассматривается деталь блока РА, например диод, тиристор или устройства с очень высокой термической напряженностью, при ограничении габаритов, либо для условий предельно узких диапазонов стабилизированных температур и др. Внутренняя поверхность ребер покрыта пористыми пластинами-накладками 4, рекомендуемой толщиной 0,1…0,15 от величины толщины межреберного канала. Один из концов, которых опущен в резервуар с жидкостью 6, фиг. 2. В качестве жидкости могут быть использованы вода, эфиры, спирты, композитные растворы увлажняющей жидкости для обеспечения ступенчатого диапазона температур. В особых случаях могут применяться жидкости с повышенной испаряемостью, например, сжиженые газы, нейтральные по агрессивности к материалам ребер, легкокипящие жидкости, температура кипения которых ниже температуры кипения воды, либо жидкости из нескольких компонентов для ступенчатого диапазона температур, например, водные растворы спиртов, альдегидов, кетонов и других. Пористые накладки прижимаются к плоской поверхности ребер турбулизаторами-прижимами 5, обеспечивающими гарантированный тепловой контакт с поверхностью ребер, специализированность которых, заключается в том, что они обладают упругими свойствами. Пористые накладки увлажняются капиллярно-фитильными свойствами этих накладок. Охлаждающий поток воздуха направляется со стороны торца ребер через турбулизаторы-прижимы 5, которые обладают упругими свойствами.
Турбулизаторы-прижимы выполнены в виде ленточных шнековых навивок, фиг. 3 с переменным шагом, линейно с угловым коэффициентом наклона 0,4…0,5, уменьшающимся по направлению к основанию радиатора.
В отдельных вариантах для организации концентрических струй охлаждающего потока воздуха возможно выполнение шнековой навивки турбулизаторов-прижимов в виде многозаходной конструкции, например, по типу многозаходной резьбы с числом заходов от 2 до 4, фиг. 4.
Радиатор работает следующим образом. Вентилятор (не показан) обеспечивает охлаждающий поток воздуха, который направляется в осевые и межленточные каналы турбулизаторов-прижимов, приобретая два основных движения: первое - по центру с целью достижения сухим потоком воздуха основания ребра; второе - по межленточным каналам, приобретая винтовое движение с увеличивающейся по ходу угловой скоростью вращения. Многозаходная конструкция турбулизатора-прижима, как вариант, обеспечивает существенно более равномерную подачу воздуха с повышенным потенциалом влагосъема. Эффект интенсификации влагосъема с пористой накладкой достигается послойным винтовым разделением поглощающего влагу воздуха при контакте его с мокрой поверхностью по глубине межреберного канала. Переменный в сторону уменьшения шаг закрутки шнековой навивки обеспечивает компенсацию уменьшения влагосъема по мере насыщения воздуха за счет возрастания скорости вращения.
Турбулизованный закрученный многослойный поток воздуха после каждой навивки снимает определенное количество влаги с увлажненной пористой поверхности, проникая за счет интенсивной турбулентности через толщину пористой пластины к поверхности самого ребра. Учитывая, что теплота испарения воды представляет более чем, существенную величину,
H
R=2500-2,37t,
H
где t - температура насыщения, °C, достигается довольно высокий эффект охлаждения. Во избежание увеличения термического сопротивления за счет внепористого основания пористой накладки ее толщина подбирается таким образом, чтобы был обеспечен объемный процесс испарения. В этом случае сравнительно низкий коэффициент теплопроводности жидкости (например, для воды λ=0,7 Вт/м·К) не окажет заметного увеличения термического сопротивления теплопередаче. По этой причине толщина пористой накладки, если она делается из органического основания, должна составлять не более 0,1…0,15 ширины межреберного канала. Применение композитных растворов увлажняющей жидкости целесообразно для обеспечения ступенчатого диапазона температур. Термодинамические свойства различных жидкостей (эфиры, спирты и т.д.) по уровню их испарительных способностей (температуры насыщения, теплоты испарения и др.) применяются в зависимости от особенностей источников теплоты.