УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ СИЛОВЫХ ЭЛЕКТРОННЫХ МОДУЛЕЙ

Полезная модель относится к охлаждающим средствам, в частности, к оборудованию для охлаждения электрической аппаратуры в замкнутом цикле, и может быть использована для поддержания заданной рабочей температуры электронных, компьютерных и радиоэлектронных устройств.
Известна система воздушного охлаждения компьютерного оборудования, размещенного в компьютерных стойках, установленных в замкнутом помещении на расстоянии от его боковых стенок, содержащая экран, делящий объем на "холодный" и "горячий" коридоры и установленные в нем вентиляторные модули охлаждения, снабженная, по крайней мере, одним клапаном избыточного давления, установленным между "холодным" и "горячим" коридорами в пространстве, свободном от компьютерного оборудования и ограничивающим перепад давления между "холодным" и "горячим" коридорами заданной величиной (см, например, патент РФ на полезную модель №79366, кл. H05K 7/20, опубл. 27.12.2008).
Однако данная конструкция предназначена для охлаждения оборудования небольшой мощности и не обеспечивает поддержание заданной рабочей температуры мощных силовых блоков электронной аппаратуры.
Наиболее близким из известных по своей технической сущности и достигаемому результату является выбранное в качестве прототипа устройство для охлаждения силовых электронных модулей, содержащее корпус, в котором с возможностью фиксации в рабочем положении установлены тепловыделяющие элементы электронных модулей, средства циркуляции охлаждающей среды и охлаждающий теплообменный пакет, объединенные в замкнутую охлаждающую систему (см, например, описание к патенту РФ на полезную модель №104412, кл. H05K 7/20, опубл. 10.05.2011).
Однако данная конструкция не обеспечивает выравнивание теплового режима вследствие последовательного расположения тепловыделяющих компонентов теплообменных элементов, что приводит к их неравномерному охлаждению и снижению эффективности в целом.
Сущность заявляемой полезной модели выражается в совокупности существенных, признаков, достаточных для достижения обеспечиваемого предлагаемой полезной моделью технического результата, который выражается в повышении надежности и эффективности охлаждения мощных силовых модулей при одновременном повышении ремонтопригодности за счет обеспечения возможности их охлаждения при сохранении меньших габаритов без увеличения площади охлаждения, а также размещении модулей параллельно друг другу и циркуляции охлаждающей среды, в качестве которой использован водный раствор этиленгликоля, обладающий электроизоляционными свойствами и повышенной температурой кипения.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для охлаждения силовых электронных модулей, содержащем корпус, в котором с возможностью фиксации в рабочем положении установлены тепловыделяющие элементы электронных модулей, средства циркуляции охлаждающей среды и охлаждающий теплообменный пакет, объединенные в замкнутую охлаждающую систему, корпус состоит из двух разъемных частей, соединенных с возможностью крепления посредством несущих кронштейнов, средства циркуляции охлаждающей среды выполнены в виде двух отдельных патрубков в корпусе, один для подвода, а другой для отвода охлаждающей среды, размещенных диаметрально противоположно друг другу, охлаждающий теплообменный пакет выполнен в виде, по меньшей мере, двух жестко соединенных пластин из теплопроводного материала, между которыми размещен демпфирующий теплопроводный элемент с выполненными в нем каналами для циркуляции охлаждающей среды, причем электронные модули установлены параллельно друг другу, между ними размещен охлаждающий теплообменный пакет, площадь охлаждающей поверхности которого соразмерна площади охлаждающей поверхности электронных модулей.
Кроме этого, в качестве охлаждающей среды использован водный раствор, этиленгликоля, обладающий электроизоляционными свойствами.
Заявленная совокупность существенных признаков находится в прямой причинно-следственной связи к достигаемому результату.
Сравнение заявленного технического решения с прототипом позволило установить соответствие его критерию "новизна", так как оно не известно из уровня техники.
Предложенное устройство является промышленно применимым, поскольку может быть реализовано существующими техническими средствами и соответствует установленным условиям патентоспособности полезной модели.
Других известных технических решений аналогичного назначения с подобными существенными признаками заявителем не обнаружено.
На фиг.1 представлено предложенное устройство для охлаждения силовых электронных модулей, общий вид, на фиг.2 - то же, вид сверху, на фиг.3 - то же, вид сбоку, на фиг.4 - разрез C-C на фиг.3.
Предложенное устройство для охлаждения силовых электронных модулей содержит герметичный оребренный внешними элементами (не обозначены) корпус 1, в котором с возможностью фиксации в рабочем положении установлены тепловыделяющие элементы электронных модулей 2, средства циркуляции охлаждающей среды и охлаждающий теплообменный пакет 3, объединенные в замкнутую охлаждающую систему.
Корпус состоит из двух разъемных частей (не обозначены), соединенных с возможностью крепления посредством несущих кронштейнов 4, средства циркуляции охлаждающей среды выполнены в виде двух отдельных патрубков 5 и 6 в корпусе, один для подвода, а другой для отвода охлаждающей среды, размещенных диаметрально противоположно друг другу.
Охлаждающий теплообменный пакет 3 выполнен в виде, по меньшей мере, двух жестко соединенных элементами крепления (не обозначены) пластин 7 из теплопроводного материала, между которыми размещен демпфирующий теплопроводный элемент 8 с выполненными в нем каналами 9 для циркуляции охлаждающей среды. В качестве охлаждающей среды использован водный раствор этиленгликоля, обладающий электроизоляционными свойствами с высокой температурой кипения (197°C).
Электронные модули 2 установлены параллельно друг другу, между ними размещен охлаждающий теплообменный пакет 3, эффективная площадь охлаждающей поверхности которого соразмерна (т.е. чуть меньше) соответствующей площади охлаждающей поверхности электронных модулей 2.
Работа предложенного устройства осуществляется следующим образом.
Охлаждающая этиленгиколевая жидкость эффективно и равномерно отводит тепло от тепловыделяющих компонентов электронных модулей 2 (платы с электронными компонентами, блоки питания и т.д.) и отдает его стенкам корпуса 1.
Применение водного раствора этиленгликолевой жидкости с повышенной температурой кипения в качестве теплоносителя позволяет обеспечить надежный тепловой контакт со всеми тепловыделяющими компонентами независимо от их геометрической формы при параллельном размещении электронных модулей 2, при этом отсутствует механическая нагрузка на печатную плату, что значительно увеличивает ресурс ее работы. Теплопроводящая жидкость обеспечивает все виды теплопередачи - радиационный, конвекционный и контактную теплопроводность. При этом самой эффективной составляющей является конвекционная теплопередача, отсутствующая в случае отвода тепла твердыми прокладками или компаундами. Демпфирующий теплопроводный элемент 8 компенсирует тепловые расширения жидкости.
Благодаря этому объем корпуса всегда заполнен охлаждающей жидкостью, это позволяет исключить воздушные пузыри, обеспечить отсутствие конденсата и надежный тепловой контакт при любом пространственном положении электронных модулей 2.
Демпфирующий теплопроводный элемент 8 позволяет полностью исключить контакт охлаждающей жидкости с внешней средой, чем обеспечивает неизменность ее электроизолирующих свойств на протяжении всего срока службы.
Герметичный оребренный корпус 1 с развитой внешней поверхностью охлаждения обеспечивает эффективную отдачу тепла в окружающую среду и защищает компоненты электронных модулей и теплоноситель от неблагоприятных внешних воздействий - влажности воздуха, попадания токопроводящей пыли, кислотных дождей, выхлопных газов и др., а также насекомых, привлекаемых светом и теплом.
Предложенное устройство обеспечивает повышение надежности и эффективности охлаждения мощных силовых модулей при сохранении меньших габаритов без увеличения площади охлаждения аналогичных устройств а также при одновременном повышении ремонтопригодности за счет обеспечения возможности их охлаждения при размещении модулей параллельно друг другу и циркуляции охлаждающей среды, в качестве которой использован водный раствор этиленгликоля, обладающий электроизоляционными свойствами и повышенной температурой кипения.