ОХЛАДИТЕЛЬ СИЛОВЫХ ЭЛЕКТРОННЫХ МОДУЛЕЙ
COOLER OF POWER ELECTRONIC MODULES

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам для охлаждения силовых модулей электронной аппаратуры.
Известно жидкостное охлаждающее устройство с направляющими для выборочного охлаждения электронных компонентов, включающее каналы, образованные параллельно расположенными направляющими элементами, обеспечивающими параллельный подвод охлаждающей жидкости к охлаждаемым электронным компонентам, рассеивающие тепло ребра, установленные в потоке хладагента непосредственно под охлаждающими модулями (US, патент №6457514, кл. Н05K 7/20, 2002 г.).
Недостатком устройства является интенсификация локальной теплоотдачи в местах установки охлаждаемых модулей за счет внесения в поток хладагента дополнительных элементов (ребер, пористых вставок), что приводит к увеличению гидравлического сопротивления каналов охладителя.
Известен модуль радиоэлектронного блока, содержащий раму, жестко закрепленные на ней печатные платы с рядом электронных компонентов на одних их сторонах и теплоотводящий узел, состоящий из многослойных пластин, формирующих каналы для прохождения хладагента, в котором с целью повышения плотности компоновки и улучшения теплообмена печатные платы соединены с теплоотводящим узлом своими свободными сторонами, а каналы для хладагента расположены во внутреннем слое теплоотводящего узла с обеспечением контакта по всей их длине с внешними слоями и выполнены с продольным сечением в форме меандра, ориентированного по направлению рядов электронных компонентов (SU, авторское свидетельство №1637051, кл. Н05K 7/20, опубл. 1991 г.).
Недостатком данного изобретения является недостаточная эффективность и экономичность конструкции за счет того, что теплоотвод осуществляется от практически всей поверхности основания с частичной локализацией вдоль рядов электронных блоков.
Известен охладитель силовых электронных модулей, принятый в качестве прототипа, содержащий крышку и включающий каналы для прохождения хладагента, теплоотводящее основание с установленными на нем рядами тепловыделяющих электронных модулей, при этом каналы для прохождения жидкого хладагента выполнены с использованием формы меандра, теплоотводящее основание включает выполненные под местами установки электронных модулей полости с установленными в них сопряженными с крышкой вкладышами, формирующими форму канала, указанные каналы для прохождения хладагента выполнены в виде расположенных в разных плоскостях, связанных между собой прямолинейных участков и меандрических секций, каждая из которых расположена в указанной полости, при этом указанные каналы соединены в параллельно-последовательную схему движения жидкого хладагента; для крепления электронных модулей в основании выполнены приливы, проходящие сквозь меандрические секции каналов для прохождения жидкого хладагента, при этом участки приливов, расположенные внутри канала, выполнены в виде удобообтекаемых лопаток, а в местах поворота потока жидкого хладагента указанные каналы снабжены поворотными лопатками, и площади поперечных сечений каналов для прохождения жидкого хладагента пропорциональны мощности соответствующих им силовых электронных модулей, при этом для снижения гидравлических потерь в каждом из каналов площадь поперечного сечения прямолинейных участков превышает площадь поперечного сечения участков, выполненных в виде меандрических секций, а по меньшей мере, один из каналов для прохождения хладагента снабжен дросселем для выравнивания расходов охлаждающей жидкости (RU патент №2273970, кл. Н05K 7/20, 2006 г.).
Недостатками данного охладителя являются:
- нагретый после первого тепловыделяющего модуля хладагент поступает во второй тепловыделяющий модуль, что требует дополнительного расхода хладагента, особенно проявляется этот недостаток при использовании модулей с одинаковыми тепловыделяющими параметрами большой мощности;
- отсутствуют элементы конструкции, позволяющие регулировать объем подачи хладагента индивидуально в каждую меандрическую секцию и скорость его движения по ней, что снижает эффективность охладителя;
- сложность конструктивного исполнения и обслуживания охладителя из-за размещения меандрических секций в заглубленных полостях основания охладителя и наличия вкладышей.
Техническим результатом изобретения является повышение эффективности и экономичности охладителя силовых электронных модулей, упрощение его конструкции и улучшение условий обслуживания.
Указанный технический результат достигается тем, что охладитель силовых электронных модулей, содержащий крышку и включающий каналы для прохождения хладагента, теплоотводящее основание с установленными на нем рядами тепловыделяющих электронных модулей, при этом каналы для прохождения хладагента выполнены в виде связанных между собой прямолинейных участков и меандрических секций и снабжены удобообтекаемыми лопатками; меандрические секции выполнены в теле основания в виде сквозных пазов с ребрами и направляющих лотков и имеют параллельную схему соединения для прохождения хладагента; крышка выполнена с боковыми стенками и содержит крепежные элементы для установки дополнительных электронных модулей, а удобообтекаемые лопатки выполнены поворотными для регулирования расхода хладагента и установлены во входящий и выходящий каналы, по меньшей мере, одной меандрической секции.
На фиг.1 представлен общий вид охладителя силовых электронных модулей, на фиг.2 - сечение А - А на фиг.1, на фиг.3 - сечение Б-Б на фиг.2 и на фиг.4 - сечение В-В на фиг.3.
Охладитель силовых электронных модулей содержит теплоотводящее основание 1 (фиг.1, 2, 3 и 4) с крышкой 2, усиленной боковыми стенками 3. На основании 1 с наружной стороны рядами расположены тепловыделяющие силовые электронные модули 4. В боковых стенках 3 крышки 2 для подачи и вывода охлаждающей жидкости выполнены впускное 5 и выпускное 6 отверстия, связанные соответственно через раздающий коллектор 7 с входящими каналами 8 и собирающий коллектор 9 с каналами 10 и выходящими каналами 11 для прохождения хладагента через меандрические секции 12, закрытые крышкой 2 с изолирующей прокладкой 13. Каналы 10 и выходящие каналы 11 с меандрическими секциями 12 соединены с раздающим коллектором 7 и собирающим коллектором 9 в параллельную схему движения жидкого хладагента. Меандрические секции 12 выполнены в теле основания 1 под рядами электронных модулей 4, в виде сквозных пазов 14 с ребрами 15 и направляющих лотков 16, установленных с торцов пазов 14, а в местах поворота направления жидкости входящие каналы 8 и выходящие каналы 11 снабжены удобообтекаемыми лопатками 17 с возможностью поворота их и регулирования расхода хладагента для каждого силового электронного модуля 4. Крышка 2 (фиг.2) содержит крепежные элементы, например резьбовые отверстия 18 для крепления дополнительных электронных модулей 19 с меньшими тепловыделяемыми параметрами.
Охладитель силовых электронных модулей работает следующим образом.
Хладагент через впускное отверстие 5 в крышке 2 поступает в основание 1 (в направлении стрелки) и через раздающий коллектор 7 поступает во входящие каналы 8, оснащенные удобообтекаемыми лопатками 17 с возможностью их поворота и регулирования расхода хладагента в зависимости от выделяемого тепла электронными модулями 4, при этом из входящих каналов 8, расположенных на разделяющем коллекторе 7 попарно, хладагент поступает параллельно в обе меандрические секции 12, где выполняется процесс охлаждения силовых электронных модулей 4, после чего через выходящие каналы 11, оснащенные аналогичными удобообтекаемыми лопатками 17, хладагент поступает в каналы 10, затем коллектор 9 и отводится через отверстие 6 (в направлении стрелки), что позволяет оптимизировать расход хладагента и повысить экономичность и эффективность охладителя. Исполнение меандрических секций 12 в теле основания 1 под рядами электронных модулей 4 в виде сквозных пазов 14 с ребрами 15 и направляющими лотками 16, установленными с торцов пазов 14, позволяет уменьшить ширину пазов 14 и создать при этом оптимальную форму их поперечного сечения, обеспечивающую высокую скорость прохождения жидкости, повысить эффективность и упростить конструкцию охладителя, в том числе за счет исключения вкладышей и уменьшения толщины основания 1. Увеличение высоты каналов 13 меандрических секций 10 и исключение вкладышей позволяет использовать охладитель для охлаждения электронных модулей 17 малой мощности с установкой их на крышке 11, что дополнительно повышает эффективность охладителя.