РАДИАТОР (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к устройствам для отвода тепла от электронных конструктивных элементов.
Известен тепловой пластинчатый радиатор (см. патент US №6554060, МПК F28F 7/00, опубликован 29.04.2003), содержащий основание в виде металлической пластины, на одной стороне которой выполнены параллельные прорези, в которых закреплены радиаторные пластины. Радиаторные пластины сформированы в группы, выполненные из металлов с различной теплопроводностью.
Известный радиатор позволяет использовать радиаторные пластины из более дешевого металла на участках менее интенсивного тепловыделения, однако требует усложненной технологии изготовления.
Известен тепловой пластинчатый радиатор (см. патент US №6698500, МПК F28F 7/00, опубликован 02 марта 2004), содержащий основание в виде металлической пластины с параллельными ребрами с двух противолежащих сторон. Между внутренними противолежащих ребрами в пластине выполнены параллельные прорези, в которых закреплены радиаторные пластины из металла, теплопроводность которого отлична от теплопроводности металла пластины и ребер.
Известный радиатор обеспечивает более интенсивный теплоотвод центральной частью радиатора. 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 радиатор (см. патент RU №2217886, МПК Н05К 7/20, опубликован 27.11.2003), содержащий множество отдельных радиаторных пластин, скрепленных друг с другом в их соединительной части с образованием теплопоглощающей части, контактирующей с выделяющей тепло поверхностью электронного компонента. Части радиаторных пластин, противоположные теплопоглощающей части, отделены друг от друга и совместно образуют теплоотводные части. Множество радиаторных пластин скреплены вместе посредством крепежным средством. Между радиаторными пластинами расположено множество распорок, каждая из которых расположена между соединительными частями смежных радиаторных пластин для обеспечения зазора между теплоотводящими частями радиаторных пластин.
Известный радиатор позволяет собирать из одинаковых элементов устройства различной мощности теплоотвода, однако имеет недостаточную эффективность теплообмена, связанную с различной теплоотдачей радиаторных пластин, находящихся в теплопоглощающей части, непосредственно под тепловыделяющим элементом, и на удалении от него; а также высоким аэродинамическим сопротивлением воздушному потоку на входе и выходе из радиатора.
Задачей, которую решает заявляемое техническое решение, являлась разработка такого радиатора, в котором бы более эффективно использовалась противолежащая теплопоглощающей части часть поверхности радиаторных пластин при сохранении достоинств, присущих радиатору-прототипу.
Поставленная задача решается группой полезных моделей, объединенных единым изобретательским замыслом.
По первому варианту задача решается тем, что радиатор содержит множество отдельных радиаторных пластин, имеющих по меньшей мере две параллельные кромки и скрепленных вблизи этих кромок через теплопроводящие прокладки друг с другом, при этом параллельные кромки радиаторных пластин и примыкающие к ним теплопроводящие прокладки выполнены одинаковой длины. Скрепленные через теплопроводящие прокладки концы радиаторных пластин образуют соответственно теплопоглощающую часть, контактирующую с выделяющей тепло поверхностью электронного компонента, и теплораспределительную часть, противолежащую теплопоглощающей части.
Радиаторные пластины и прокладки могут быть, например, скреплены друг с другом, например, припоем или теплопроводящим клеем.
Радиаторные пластины могут быть собраны по меньшей мере в две группы, выполненные из металлов с различной теплопроводностью, например, по меньшей мере одна группа радиаторных пластин может быть выполнена из меди, и по меньшей мере другая группа радиаторных пластин может быть выполнена из алюминия.
Радиаторные пластины могут быть собраны по меньшей мере в две группы, выполненные из материалов, имеющих разную толщину.
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. 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 над 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. 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 радиатор содержит множество отдельных радиаторных пластин, имеющих по меньшей мере две параллельные кромки и скрепленных вблизи этих кромок через теплопроводящие прокладки друг с другом, при этом длина параллельных кромок радиаторных пластин больше длины примыкающих к ним теплопроводящих прокладок. Скрепленные через теплопроводящие прокладки концы радиаторных пластин образуют соответственно теплопоглощающую часть, контактирующую с выделяющей тепло поверхностью электронного компонента, и теплораспределительную часть, противолежащую теплопоглощающей части. Второй вариант реализации радиатора предпочтителен при его боковом принудительном обдуве с помощью вентилятора.
Радиаторные пластины могут выступать с одной стороны за торцы теплопроводящих прокладок навстречу потоку воздуха, создаваемого вентилятором.
Радиаторные пластины могут выступать как симметрично с двух сторон за торцы теплопроводящих прокладок, так и несимметрично с двух сторон за торцы теплопроводящих прокладок.
Выступающие за торцы теплопроводящих прокладок участки радиаторных пластин могут иметь закругленные кромки или заостренные кромки для снижения сопротивления набегающему потоку воздуха.
Теплопроводящие прокладки во втором варианте радиатора могут быть скреплены с прямоугольными выступами радиаторных пластин, при этом теплопроводящие прокладки повторяют форму прямоугольных выступов.
Радиаторные пластины с выступающими за теплопроводящие прокладки участками 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 из меди, и по меньшей мере одна группа радиаторных пластин может быть выполнена из алюминия.
Радиаторные пластины во втором варианте радиатора могут быть сформированы по меньшей мере в две группы, выполненные из радиаторных пластин разной толщины.
Теплопроводящие прокладки во втором варианте радиатора могут быть выполнены из металлов с различной теплопроводностью.
Радиаторные пластины и прокладки во втором варианте радиатора могут быть, например, скреплены друг с другом припоем или теплопроводящим клеем.
Заявляемая полезная модель поясняется чертежами, где:
на фиг.1 показан в аксонометрии в поперечном разрезе первый вариант заявляемого радиатора;
на фиг.2 изображен в аксонометрии первый вариант заявляемого радиатора с тремя группами радиаторных пластин, выполненных из разных металлов;
на фиг.3 показан в аксонометрии первый вариант заявляемого радиатора с тремя группами разных по толщине радиаторных пластин;
на фиг.4 показан вид спереди на второй вариант заявляемого радиатора;
на фиг.5 изображен вид сверху на радиатор, показанный на фиг.4;
на фиг.6 показан вид сбоку на второй вариант радиатора с одним из вариантов радиаторных пластин;
на фиг.7 изображен вид сбоку на второй вариант радиатора с другим вариантом радиаторных пластин;
на фиг.8 показан вид сбоку на второй вариант радиатора с третьим вариантом радиаторных пластин;
на фиг.9 показан вид сбоку на второй вариант радиатора с четвертым вариантом радиаторных пластин;
на фиг.10 изображен вид сбоку на второй вариант радиатора с несимметричным расположением теплопроводящих прокладок;
на фиг.11 показан вид сверху на второй вариант радиатора с пятым вариантом радиаторных пластин;
на фиг.12 изображен вид сбоку с частичным продольным разрезом на радиатор, показанный на фиг.11;
на фиг.13 показан вид сверху на второй вариант радиатора с шестым вариантом радиаторных пластин;
на фиг.14 изображен вид сбоку с частичным продольным разрезом на радиатор, показанный на фиг.13;
на фиг.15 изображен вид сбоку с частичным продольным разрезом на радиатор, в котором теплопроводящие прокладки снабжены направленными во внутрь выступами.
Первый вариант радиатора 1 (см. фиг.1) содержит множество отдельных радиаторных пластин 2, имеющих по меньшей мере две параллельные кромки 3, 4 и скрепленных вблизи кромок 3, 4 через теплопроводящие прокладки 5 друг с другом с образованием соответственно теплопоглощающей части 6, контактирующей с выделяющей тепло поверхностью электронного компонента (на чертеже не показан), и теплораспределительной части 7, противолежащей теплопоглощающей части 6. Радиаторные пластины 2 и прокладки 5 могут быть скреплены друг с другом различными известными методами, например, пайкой или склейкой теплопроводящим клеем. Параллельные кромки 3, 4 радиаторных пластин 2 и примыкающие к ним прокладки 5 в одном воплощении полезной модели (см. фиг.1, фиг.2, фиг.3) могут иметь одинаковую длину. В втором воплощении полезной модели длина параллельных кромок 3, 4 радиаторных пластин 2 больше длины примыкающих к ним прокладок 5 (см. фиг.4, фиг.5 фиг.6). Радиаторные пластины 2 могут выступать с одной стороны за торцы теплопроводящих прокладок 5 навстречу потоку воздуха, создаваемого вентилятором (см. фиг.8, фиг.9). Радиаторные пластины 2 могут выступать как симметрично с двух сторон за торцы теплопроводящих прокладок 5 (см. фиг.7), так и несимметрично с двух сторон за торцы теплопроводящих прокладок 5 (см. фиг.10). В этом варианте минимальное аэродинамическое сопротивление воздушному потоку достигается благодаря тому, что выступающие за пределы теплопроводящих прокладок 5 (т.е. теплопоглотительной части) радиаторные пластины 2 образуют воздушный канал (представляющий собой множество элементарных каналов, образованных множеством радиаторных пластин 2) сечение которого всегда больше, чем сечение канала непосредственно над теплопоглощающей частью 6 радиатора 1. Благодаря этому, скорость воздушного потока на входе и выходе из радиатора 1 всегда меньше скорости
внутри воздушного канала, а отсюда и минимальные потери. Сужение воздушного происходит над теплопоглощающей частью 6 радиатора 1, когда воздушный поток движется в установившемся режиме (когда толщина и количество радиаторных пластин 2 не влияет на скорость его движения). Поэтому возмущения (турбулентность) воздушного потока в зоне теплопоглотительной части 6 приводят к значительному повышению эффективности теплообмена при минимальном повышении аэродинамического сопротивления воздушному потоку. Радиаторные пластины 2, образующие множество элементарных каналов, могут иметь имеют разную толщину (см. фиг.3). Группы I и III толстых пластин 2 располагаются, как минимум, по краям и обеспечивают механическую прочность радиатора 1, исполняя роль несущей конструкции. Группа II тонких пластин 2 вызывает минимальные возмущения (турбулентность) при огибании их воздушным потоком на входе и выходе из радиатора 1. Выступающие за торцы прокладок 5 участки 8 радиаторных пластин 2 могут иметь как прямые кромки 9 (см. фиг.6), закругленные кромки 10 (см. фиг.7, 8, 10), так и заостренные кромки 11 (см. фиг.9). В другом воплощении полезной модели (см. фиг.11, фиг.12, фиг.13, фиг.14, фиг.15) теплопроводящие прокладки 5 скреплены с прямоугольными выступами 12 радиаторных пластин 2. При этом теплопроводящие прокладки 5 установлены заподлицо с внешними кромками 13, 14 и 15 прямоугольных противолежащих выступов 12 (см. фиг.12), повторяя их контур, а толщина теплопроводящих прокладок 5 по меньшей мере на части их длины больше высоты упомянутых прямоугольных выступов 12, с тем, чтобы выступающий во внутрь выступ 16 (см. фиг.14) или вся теплопроводящая прокладка 5 по ее длине (см. фиг.12), или выступающие во внутрь несколько выступов 16 (см. 15) турбулизировали воздушный поток. Радиаторные пластины 2 могут быть сформированы в несколько групп, например, в три группы IV, V и VI (см. фиг.2), выполненные из металлов с различной теплопроводностью, например, группы IV и VI радиаторных пластин 2 изготовлены из алюминия, а группа V радиаторных пластин 2, расположенная над источником тепла, изготовлена из меди. Теплопроводящие прокладки 5 в радиаторе 1 могут быть также выполнены из металлов с различной теплопроводностью. Не изменяя геометрические размеры радиатора 1, применяя более тонкие радиаторные пластины 2 в зависимости от поставленной задачи, можно или увеличивать количество пластин 2 (площадь теплоотдачи) или увеличивать зазор между ними, увеличивая тем самым эффективное сечение элементарного воздушного канала (пространство между соседними радиаторными пластинами 2). В
сочетании с возможностью комбинирования материалов с различной теплопроводностью, из которых изготавливают как радиаторные пластины 2, так и теплопроводящие прокладки 5, заявляемый радиатор 1 представляет собой очень гибкую, легко перестраиваемую конструкцию, позволяющую решать проблемы теплообмена в сложных радиоэлектронных устройствах, имеющих несколько тепловыделяющих элементов с различной мощностью и геометрическими размерами, находящимися на удалении друг от друга, например печатный узел или несколько печатных узлов на одном радиаторе.
В соответствии с заявляемой полезной моделью были изготовлены образцы радиаторов охлаждения применительно к инверторным сварочным аппаратам со сварочным током 300 А, а также для оконечных каскадов усилителей мощности телевизионных передатчиков мощностью 600 Вт в аналоговом формате вещания и мощностью 200 Вт в цифровом формате вещания. Суммарная мощность теплового рассеивания в сварочном аппарате (4 транзистора и 8 диодов) - 1200 Вт, в усилителе мощности (4 мощных полевых транзистора BLF - 878 и 2 балластных керамических резистора) - 1000 Вт.