Способ построения системы охлаждения радиоэлектронных модулей
METHOD OF CONSTRUCTING A COOLING SYSTEM FOR RADIOELECTRONIC MODULES

Изобретение относится к радиотехнике и предназначено для использования в системах охлаждения радиоэлектронных модулей в радиоэлектронных комплексах.
Известен способ построения системы охлаждения радиоэлектронных модулей [1 - рис. 5.3, стр. 109-110 - Глушицкий И.В. Охлаждение бортовой аппаратуры авиационной техники. М.; Машиностроние, 1987. - 184 с.], при котором корпус модуля содержит шасси, на котором устанавливают радиоэлектронные узлы модуля, при этом по верхней или нижней поверхности шасси прокладывают трубопровод с теплоносителем жидкостного охлаждения. Трубопровод соединяют с шасси сваркой или пайкой. Трубопроводы модулей подключают к системе прокачки жидкости системы охлаждения.
Недостатком известного способа является необходимость разъемного жидкостного соединения корпуса модуля с системой охлаждения, что усложняет отсоединение модуля и увеличивает длительность операций при замене модулей.
Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ построения системы охлаждения радиоэлектронных модулей [2 - рис. 2.28, стр. 150 - Дульнев Г.Н. Тепло- и массообмен в радиоэлектронной аппаратуре. М.; Высш. шк., 1984. - 247 с.], взятый за прототип, при котором устанавливают радиоэлектронные узлы модуля на монтажную плату, отводят тепло от них с помощью тепловых труб, установленных в монтажной плате от передней панели модуля до задней панели модуля, и соединенных одним из концов с теплостоком, расположенным на задней панели модуля, при этом отводят тепло от теплостока путем конвективного воздушного охлаждения при установке его в приборную стойку, при установке модуля в стойку теплосток модуля входит в отверстие в задней стенке стойки, размеры которой соответствуют размерам теплостока модуля.
К недостаткам прототипа следует отнести:
2
2
- конвективное воздушное охлаждение обладает низкой эффективностью так, свободная конвекция в газах характеризуется коэффициентом теплоотдачи 2-10 Вт/(мК), при принудительной конвекции - 10-100 Вт/(мК) [2 - стр. 18];
- снижение эффективности работы системы охлаждения при понижении давления окружающего воздуха.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является увеличение эффективности работы системы охлаждения.
Для решения указанной задачи предлагается способ построения системы охлаждения радиоэлектронных модулей, при котором устанавливают электронные узлы модуля на теплоотводящее основание, отводят тепло от них с помощью тепловых труб, установленных в теплоотводящем основании и соединенных одним из концов с теплостоком, расположенным на задней панели модуля.
Согласно изобретению, на теплостоке радиоэлектронного модуля устанавливают один или несколько ловителей и выполняют крепежные отверстия, в качестве несущей конструкции стойки используют радиатор жидкостного охлаждения, при этом устанавливают его вертикально, выполняют в нем отверстия для ловителей и крепежные отверстия, устанавливают радиоэлектронные модули перпендикулярно к поверхности радиатора жидкостного охлаждения таким образом, чтобы ловители попали в соответствующие отверстия радиатора жидкостного охлаждения, закрепляют радиоэлектронные модули на радиаторе жидкостного охлаждения с помощью винтов через крепежные отверстия, добиваясь при этом плотного соприкосновения теплостоков радиоэлектронных модулей с поверхностью радиатора жидкостного охлаждения, подключают радиатор жидкостного охлаждения с помощью патрубков к теплообменникам и системе прокачки жидкости.
Техническим результатом предлагаемого способа является независимость работы системы охлаждения от давления окружающего воздуха.
Проведенный сравнительный анализ заявленного способа и прототипа показывает, что их отличие заключается в следующем:
- в прототипе отвод тепла от радиоэлектронных модулей осуществляется воздушным потоком, в то время как в предлагаемом изобретении для отвода тепла используется жидкость, что увеличивает эффективность работы за счет высокой теплопроводности жидкости;
- в прототипе эффективность работы системы охлаждения зависит от давления окружающего воздуха, в то время как в предлагаемом изобретении такая зависимость отсутствует;
- в прототипе радиоэлектронные модули устанавливаются в шкаф, что требует использования отдельной конструкции шкафа, в то время как в предлагаемом изобретении в качестве несущей конструкции используется радиатор жидкостного охлаждения.
Сочетание отличительных признаков и свойства предлагаемого способа построения системы охлаждения из литературы не известно, поэтому он соответствует критериям новизны и изобретательского уровня.
На фиг. 1 приведен вариант соединения радиоэлектронных модулей с радиатором жидкостного охлаждения.
На фиг. 2. приведен вариант построения радиоэлектронного модуля.
При реализации предложенного способа выполняется следующая последовательность действий:
- устанавливают электронные узлы радиоэлектронного модуля на теплоотводящее основание со встроенными тепловыми трубами, соединенными одним концом с теплостоком, расположенном на задней панели корпуса радиоэлектронного модуля, устанавливают на теплостоке один или несколько ловителей и выполняют крепежные отверстия - 1;
- в качестве несущей конструкции стойки используют радиатор жидкостного охлаждения, при этом устанавливают его вертикально, выполняют в нем отверстия для ловителей и крепежные отверстия - 2;
- устанавливают радиоэлектронные модули перпендикулярно к поверхности радиатора жидкостного охлаждения таким образом, чтобы ловители попадали в соответствующие отверстия радиатора жидкостного охлаждения - 3;
- закрепляют радиоэлектронные модули на радиаторе жидкостного охлаждения с помощью винтов через крепежные отверстия, добиваясь при этом плотного соприкосновения теплостоков радиоэлектронных модулей с поверхностью радиатора - 4;
- подключают радиатор жидкостного охлаждения с помощью патрубков к теплообменникам и системе прокачки жидкости - 5.
На фиг. 1 показан вариант установки на радиатор жидкостного охлаждения 1 двух радиоэлектронных модулей 2. На задней панели радиоэлектронных модулей 2 размещены теплостоки 3 с ловителями 4 и крепежными отверстиями 5. В качестве несущей конструкции стойки используют радиатор жидкостного охлаждения 1, при этом устанавливают его вертикально, выполняют в нем отверстия 6 для ловители 4 и крепежные отверстия 7.
Радиоэлектронные модули 2 устанавливают перпендикулярно к поверхности радиатора жидкостного охлаждения 1 таким образом, чтобы ловители 4 попадали в соответствующие отверстия под ловители 6 радиатора жидкостного охлаждения 1. Радиоэлектронные модули 2 закрепляют на радиаторе жидкостного охлаждения 1 с помощью винтов 8 через крепежные отверстия 7 и 5, добиваясь при этом плотного соприкосновения теплостоков 3 радиоэлектронных модулей 2 с поверхностью радиатора жидкостного охлаждения 1.
Радиатор жидкостного охлаждения 1 подключают с помощь патрубков 9 к теплообменникам и системе прокачки жидкости (на фиг. 1 не показаны).
На фиг. 2 показан вариант кострукции радиоэлектронного модуля 2, построенного с использованием предлагаемого способа. Он включает в себя шесть электронных узлов 10, содержит (фиг. 2) корпус 11, в котором расположено теплоотводящее основание 12 со встроенными тепловыми трубами, на которое устанавливаются электронные узлы 10. На задней поверхности корпуса 11 расположен теплосток 3, соединенный с теплоотводящим основанием 12 и концами теплоотводящих труб (на фиг. 2 не показаны), расположенных внутри телоотводящего основания 12.
Устройство работает следующим образом.
При работе радиоэлектронных модулей 1 (фиг. 2) тепло, выделяемое их электронными узлами 10, по теплоотводящему основанию 12 отводится на теплостоки 3. За счет плотного контакта теплостоков 3 с поверхностью радиатора жидкостного охлаждения 1 (фиг. 1) выделяемое тепло поступает на радиатор жидкостного охлаждения 1 и отводится жидкостью, прокачиваемой через радиатор жидкостного охлаждения 1 с помощью системы прокачки жидкости (на фиг. 1 не показана).
Предлагаемый способ обеспечивает построение системы охлаждения радиоэлектронных модулей для радиоэлектронных комплексов с любым количеством радиоэлектронных модулей 2. При этом размеры радиаторов жидкостного охлаждения 1 и их количество определяются конфигурацией расположения радиоэлектронных модулей 2 и конструкцией комплекса. Мощность системы прокачки жидкости и поверхность теплообменников рассчитывается исходя из суммарной тепловой энергии, выделяемой радиоэлектронными модулями 2.
Предлагаемый способ построения системы охлаждения радиоэлектронных модулей обеспечивает:
- увеличение эффективности отвода тепла за счет более высокой теплопроводности жидкости по сравнению с воздухом, который используется в прототипе;
- независимость эффективности отвода тепла от давления окружающего воздуха, в то время как в прототипе отвод тепла будет ухудшаться со снижением давления воздуха;
- упрощение конструкции стойки с радиоэлектронными модулями за счет использования в качестве несущей конструкции радиатора жидкостного охлаждения, в то время как в прототипе радиоэлектронные модули устанавливаются в шкаф, что требует использования отдельной конструкции шкафа.
Работоспособность предлагаемого способа была проверена на макете устройства. Испытания показали совпадение полученных характеристик с расчетными.