РАДИАТОР ДЛЯ ЭЛЕКТРОННЫХ КОМПОНЕНТОВ (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 для электронного компонента (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 крепежного средства. 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 над тепловыделяющим элементом, и на удалении от него; а также высоким аэродинамическим сопротивлением воздушному потоку на входе и выходе из радиатора. Кроме того, над каждым тепловыделяющим электронным компонентом необходимо устанавливать отдельные известные радиаторы-прототипы, что усложняет монтаж и увеличивает трудоемкость изготовления электронных устройств и аппаратов.
Задачей, которую решает заявляемое техническое решение, являлась разработка такого радиатора, в котором бы более эффективно использовалась противолежащая теплопоглощающей части часть поверхности радиаторных пластин, а также отводилось тепло одновременно от нескольких электронных компонентов.
Поставленная задача решается группой полезных моделей, объединенных единым изобретательским замыслом.
По первому варианту задача решается тем, что радиатор для электронных компонентов содержит множество отдельных прямоугольных радиаторных пластин, скрепленных вблизи двух первых противолежащих кромок через теплопроводящие прокладки друг с другом, при этом дистальные торцы теплопроводящих прокладок лежат в плоскостях, проходящих через вторые противолежащие кромки радиаторных пластин. Скрепленные через теплопроводящие прокладки концы радиаторных пластин образуют по меньшей мере две теплопоглощающие части, контактирующие с выделяющими тепло поверхностями электронных компонентов, и по меньшей мере две теплораспределительныне части, противолежащие соответствующим теплопоглощающим частям.
В первом варианте заявляемого радиатора по меньшей мере две теплопоглощающие части и по меньшей мере две теплораспределительные части могут быть образованы теплопроводящими прокладками и всем множеством радиаторных пластин, а меньшей мере одна теплопоглощающая часть и по меньшей мере одна теплораспределительная часть могут быть образованы теплопроводящими прокладками и частью из множества радиаторных пластин.
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 в две или более теплопоглощающих частей, расположенных над источниками интенсивного тепловыделения, и в две или более теплораспределительных частей, противолежащих теплопоглощающим частям, позволяет объединить радиаторные пластины (которые и участвуют непосредственно в принудительном конвективном теплообмене) в единый тепловой контур. Наличие теплопоглощающих и теплораспределительных частей только под тепловыделяющими элементами позволяет максимально снизить массу и стоимость радиатора. Электро-радиоэлементы, требующие принудительного охлаждения, на печатном узле располагают согласно электрической принципиальной схеме и могут находиться друг от друга на достаточно большом удалении. Поэтому изготовление основания радиатора в известных конструкциях, повторяющих размеры печатного узла, приводит к неоправданному расходу металла. Если длина радиаторных пластин определяется размерами печатного узла, чтобы обеспечить отвод тепла от каждого тепловыделяющего элемента, то в заявляемой полезной модели функциональные части (теплопроводящие прокладки) достаточно располагать только непосредственно под тепловыделяющими элементами. Технология сборки заявляемой полезной модели с несколькими теплопоглощающими и теплораспределительными частями воспроизводит основной принцип: обеспечение в заданном месте, в заданном объеме заданные (в данном случае теплофизические) свойства изделия. И если материал радиаторных пластин, выбранных для конкретного радиатора изменять невозможно, то, чередуя или изменяя положение и число теплопроводящих прокладок, можно учитывать не только расположение и геометрические размеры тепловыделяющего элемента, но мощность его тепловыделения. 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 под 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. И 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 для электронных компонентов 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 дистальные участки радиаторных пластин выступают за дистальные торцы теплопроводящих прокладок. Скрепленные через теплопроводящие прокладки концы радиаторных пластин образуют соответственно две или более теплопоглощающих частей, контактирующих с выделяющими тепло поверхностями электронных компонентов, и две или более теплораспределительных частей, противолежащих соответствующим теплопоглощающим частям. Второй вариант реализации радиатора предпочтителен при его боковом принудительном обдуве с помощью вентилятора.
Во втором варианте заявляемого радиатора по меньшей мере две теплопоглощающие части и по меньшей мере две теплораспределительные части могут быть образованы теплопроводящими прокладками и всем множеством радиаторных пластин, а меньшей мере одна теплопоглощающая часть и по меньшей мере одна теплораспределительная часть могут быть образованы теплопроводящими прокладками и частью из множества радиаторных пластин.
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 противолежащими выступами радиаторных пластин, при этом теплопроводящие прокладки установлены заподлицо с внешними кромками прямоугольных противолежащих выступов, а толщина теплопроводящих прокладок по меньшей мере на части их длины больше высоты упомянутых прямоугольных выступов.
Радиаторные пластины с выступающими за торцы теплопроводящих прокладок 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 вид спереди на первый вариант заявляемого радиатора;
на фиг.2 изображен вид сбоку на первый вариант радиатора, показанного на фиг.1;
на фиг.3 показан вид сверху в разрезе по А-А на первый вариант радиатора, изображенного на фиг.2;
на фиг.4 показан вид сверху на первый вариант заявляемого радиатора с пластинами разной толщины;
на фиг.5 изображен вид спереди на второй вариант заявляемого радиатора с одним из вариантов радиаторных пластин;
на фиг.6 показан вид сбоку на второй вариант радиатора;
на фиг.7 изображен вид сверху в разрезе по Б-Б на второй вариант радиатора, показанного на фиг.6;
на фиг.8 показан вид спереди на второй вариант радиатора со вторым вариантом радиаторных пластин;
на фиг.9 показан вид сбоку на второй вариант радиатора, изображенного на фиг.8;
на фиг.10 изображен вид сверху в разрезе по B-B на второй вариант радиатора, показанного на фиг.9;
на фиг.11 показан вид спереди на второй вариант заявляемого радиатора с третьим вариантом радиаторных пластин;
на фиг.12 изображен вид сбоку на второй вариант радиатора, показанного на фиг.11;
на фиг.13 показан вид сверху в разрезе по Г-Г на второй вариант радиатора, изображенного на фиг.12;
на фиг.14 изображен вид спереди на второй вариант заявляемого радиатора с четвертым вариантом радиаторных пластин;
на фиг.15 изображен вид сбоку на второй вариант радиатора, показанного на фиг.14;
на фиг.16 показан вид сверху в разрезе по Д-Д на второй вариант радиатора, изображенного на фиг.15;
на фиг.17 изображен вид спереди на второй вариант заявляемого радиатора с пятым вариантом радиаторных пластин;
на фиг.18 изображен вид сбоку на второй вариант радиатора, показанного на фиг.17;
на фиг.19 показан вид сверху в разрезе по Е-Е на второй вариант радиатора, изображенного на фиг.18;
на фиг.20 изображен вид спереди на второй вариант радиатора с тремя парами теплопоглощающих и теплораспределительных частей;
на фиг.21 приведен вид сбоку на второй вариант радиатора, показанного на фиг.20;
на фиг.22 показан вид сверху в разрезе по Ж-Ж на второй вариант радиатора, изображенного на фиг.18;
на фиг.23 изображен вид сверху в разрезе на второй вариант радиатора с тремя парами теплопоглощающих и теплораспределительных частей и выступающими радиаторными пластинами.
Первый вариант радиатора для электронных компонентов (см. фиг.1, фиг.2, фиг.3) содержит множество отдельных прямоугольных радиаторных
пластин 1, имеющих две первые противолежащие кромки 2, 3 и две вторые противолежащие кромки 4, 5. Радиаторные пластины 1 скреплены вблизи кромок 2, 3 через теплопроводящие прокладки 6, 7 друг с другом. Теплопроводящие прокладки 6 образуют первую теплопоглощающую часть 8, контактирующую с выделяющей тепло поверхностью одного электронного компонента (на чертеже не показан) и первую теплораспределительную часть 9, противолежащую первой теплопоглощающей части 8, а теплопроводящие прокладки 7 образуют вторую теплопоглощающую часть 10, контактирующую с выделяющей тепло поверхностью другого электронного компонента (на чертеже не показан), вторую теплораспределительную часть 11, противолежащую второй теплопоглощающей части 10. Радиаторные пластины 1 и прокладки 6, 7 могут быть скреплены друг с другом различными известными методами, например, пайкой или склейкой теплопроводящим клеем. В одном воплощении полезной модели (см. фиг.1, фиг.2, фиг.3 и фиг.20) дистальные торцы 12, 13 теплопроводящих прокладок 6, 7 лежат в плоскостях, проходящих через вторые противолежащие кромки 4, 5 радиаторных пластин 1. Во втором воплощении полезной модели (см. фиг.5, фиг.8 и фиг.17) дистальные участки 14 радиаторных пластин выступают с одной стороны за дистальные торцы 12 теплопроводящих прокладок 6 (см. фиг.18, фиг.19 и фиг.23), либо с двух сторон, как за дистальные торцы 12 теплопроводящих прокладок 6, так и за дистальные торцы 13 теплопроводящих прокладок 7 (см. фиг.6, фиг.7, фиг.9, фиг.10). Во втором варианте воплощения полезной модели минимальное аэродинамическое сопротивление воздушному потоку достигается благодаря тому, что выступающие за пределы теплопроводящих прокладок 6, 7 (т.е. теплопоглотительной части) радиаторные пластины 1 образуют воздушный канал (представляющий собой множество элементарных каналов, образованных множеством радиаторных пластин 1), сечение которого всегда больше, чем сечение канала непосредственно над теплопоглощающими частями 8, 10 радиатора. Благодаря этому, скорость воздушного потока на входе и выходе из радиатора всегда меньше скорости внутри воздушного канала, а отсюда и минимальные потери. Сужение воздушного потока происходит над теплопоглощающими частями 8, 10 радиатора, когда воздушный поток движется в установившемся режиме (когда толщина и количество радиаторных пластин 1 не влияет на скорость его движения). Поэтому возмущения (турбулентность) воздушного потока в зоне теплопоглощающих частях 8, 10 приводят к значительному повышению эффективности теплообмена при минимальном повышении аэродинамического сопротивления воздушному потоку.
Радиаторные пластины 1, образующие множество элементарных каналов, могут иметь имеют разную толщину (см. фиг.4). Группы I и III толстых пластин 1 располагаются, как минимум, по краям и обеспечивают механическую прочность радиатора, исполняя роль несущей конструкции. Группа II тонких пластин 1 вызывает минимальные возмущения (турбулентность) при огибании их воздушным потоком на входе и выходе из радиатора. Выступающие за торцы 12, 13 прокладок 6, 7 участки 14 радиаторных пластин 1 могут иметь прямые кромки 4, 5 (см. фиг.6, фиг.12), закругленные кромки 15 (см. фиг.9, фиг.15), так и заостренные кромки 16 (см. фиг.18). В другом воплощении полезной модели (см. фиг.11, фиг.12, фиг.13. фиг.14, фиг.15 и фиг.16) теплопроводящие прокладки 6, 7 скреплены с прямоугольными выступами 17, 18 радиаторных пластин 1. При этом теплопроводящие прокладки 6, 7 установлены заподлицо с внешними кромками 19, 20 и 21 прямоугольных противолежащих выступов 17, 18 (см. фиг.12), повторяя их контур, а толщина теплопроводящих прокладок 6, 7 по меньшей мере на части их длины больше высоты упомянутых прямоугольных выступов 17, 18 с тем, чтобы один или несколько выступов 22 (см. фиг.15), или все теплопроводящие прокладки 6, 7 по их длине (см. фиг.12), выступающие во внутрь, турбулизировали воздушный поток. На фиг.20, фиг.21, фиг.22 и фиг.23 показаны радиаторы с тремя теплопоглощающими частями 8, 10 и 23, тремя теплораспределительными частями 9, 11 и 24. Теплопоглощающая часть 23 и теплораспределительная часть 24 образованы теплопроводящими прокладками 25 и частью радиаторных пластин 1. Радиаторные пластины 1 могут быть сформированы в несколько групп, выполненных из металлов с различной теплопроводностью. Например, одни группы I, II радиаторных пластин 1 (см. фиг.4) изготовлены из алюминия, а группа III радиаторных пластин 1, расположенная над источником тепла, изготовлена из меди. Теплопроводящие прокладки 6, 7 в радиаторе могут быть также выполнены из металлов с различной теплопроводностью. Не изменяя геометрические размеры радиатора, применяя более тонкие радиаторные пластины 1 в зависимости от поставленной задачи, можно или увеличивать количество пластин 1 (площадь теплоотдачи) или увеличивать зазор между ними, увеличивая тем самым эффективное сечение элементарного воздушного канала (пространство между соседними радиаторными пластинами 1). В сочетании с возможностью комбинирования материалов с различной теплопроводностью, из которых изготавливают как радиаторные пластины 1, так и теплопроводящие прокладки 6, 7, заявляемый радиатор 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.
Заявляемая полезная модель позволяет отводить тепло одновременно от нескольких электронных компонентов при минимизации затрат на изготовление радиатора.