УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ ИЛИ НАГРЕВАНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ КОМПОНЕНТОВ

Полезная модель относится к области электротехники и преимущественно может быть использована в устройствах для охлаждения или нагревания электронных компонентов с использованием циркуляции жидкого теплоносителя.
Известны радиаторы для охлаждения электронных приборов за счет естественной или принудительной циркуляции воздуха (RU 2047953 С1, 1995; RU 2137254 С1, 1999; RU 110895 U1, 2011), которые в общей для них части содержат основание для установки электронных приборов, выполненное из металла с высокой теплопроводностью и снабженное различающимися по форме элементами, обеспечивающими увеличение площади теплообменной поверхности.
Недостатком указанных известных радиаторов является недостаточная эффективность охлаждения.
Известны устройства для охлаждения электронных компонентов за счет принудительной циркуляции жидкого теплоносителя (ЕР 0234021 В1, 1987; RU 34844 U1, 2003; RU 2273970 С1, 2006; RU 89318 U1, 2009; RU 2415533 С1, 2011), которые в общей для них части содержат герметичный корпус с основанием для установки электронных компонентов из материала с высокой теплопроводностью, снабженный впускным и выпускным отверстиями для теплоносителя, причем в корпусе выполнены каналы для движения теплоносителя, например, в форме одного или нескольких меандров.
Недостатком указанных известных устройств для охлаждения электронных компонентов является то, что эффективность теплообмена между различными участками поверхности основания для установки электронных компонентов и жидким теплоносителем определяется формой, размерами и расположением каналов для движения теплоносителя, в результате чего эти устройства не обеспечивают равномерности теплообмена по площади поверхности основания для установки электронных компонентов.
Известны устройства для охлаждения электронных компонентов за счет принудительной циркуляции жидкого теплоносителя (US 5453911, 1995; RU 73765 U1, 2008), которые выполнены в виде, по меньшей мере, двух пластин из теплопроводного материала, расположенных параллельно с помощью прокладки из теплопроводного материала, герметично соединенных между собой с образованием между ними плоского щелевого канала для движения жидкого теплоносителя и служащих основаниями для установки электронных компонентов, и снабжены входным и выходным патрубками для теплоносителя.
Недостатком указанных известных устройств является недостаточная равномерность теплообмена по площади поверхности оснований для установки электронных компонентов, обусловленная неравномерностью протекания жидкого теплоносителя в плоскости щелевого канала. Кроме того, недостатком указанных известных устройств заключается в недостаточно высокой эффективностью теплообмена, поскольку площадь теплообменной поверхности ограничена площадью поверхностей оснований для установки электронных компонентов.
Наиболее близким по технической сущности к настоящей полезной модели является известное устройство для охлаждения электронных компонентов (FR 2681757 А1, 1993), которое содержит металлический герметичный полый корпус, образованный двумя пластинами и четырьмя боковыми стенками по их периметру, причем в центрах двух противоположных боковых стенок выполнены впускное и выпускное отверстия для жидкого теплоносителя. Для увеличения площади теплообменной поверхности, с которой контактирует жидкий теплоноситель, указанный наиболее близкий аналог, в отличие от двух последних рассмотренных аналогов, снабжен гофрированным элементом из листового металла, который установлен внутри корпуса с обеспечением теплового контакта с пластинами и с расположением его гофр в направлении от боковой стенки с впускным отверстием к боковой стенке с выпускным отверстием, обеспечивающем образование каналов для движения жидкого теплоносителя.
Недостатком наиболее близкого аналога является недостаточная равномерность теплообмена между теплоносителем и пластинами, являющимися основаниями для установки электронных компонентов, по площади их поверхности, что связано с неравномерностью протекания теплоносителя во внутренней полости корпуса, обусловленной особенностями размещения гофрированного элемента и расположением впускного и выпускного отверстий.
Задачей настоящей полезной модели является создание устройства для охлаждения или нагревания электронных компонентов, которое обеспечивает более равномерный теплообмен между теплоносителем и основаниями для установки электронных компонентов по площади их поверхности.
Поставленная задача решена, согласно настоящей полезной модели, тем, что устройство для охлаждения или нагревания электронных компонентов, содержащее, в соответствии с ближайшим аналогом, металлический полый корпус, образованный двумя пластинами и четырьмя боковыми стенками по их периметру и снабженный впускным и выпускным отверстиями для теплоносителя, выполненными в двух противоположных боковых стенках, и гофрированный элемент из листового металла, установленный внутри корпуса с обеспечением теплового контакта с пластинами, с зазорами относительно боковой стенки с впускным отверстием и боковой стенки с выпускным отверстием и с расположением его гофров в направлении от боковой стенки с впускным отверстием к боковой стенке с выпускным отверстием, отличается от ближайшего аналога тем, что оно снабжено N перегородками, установленными внутри корпуса в направлении от боковой стенки с впускным отверстием к боковой стенке с выпускным отверстием с образованием внутри корпуса N+1 полостей и с обеспечением возможности движения теплоносителя в зазорах между гофрированным элементом и боковыми стенками с впускным и выпускным отверстиями, впускное и выпускное отверстия выполнены в крайних полостях корпуса, гофрированный элемент выполнен в виде N+1 частей, каждая из которых установлена в соответствующей полости корпуса, причем части гофрированного элемента, установленные в крайних полостях корпуса, выполнены длиннее остальных N-1 частей гофрированного элемента, часть гофрированного элемента, размещенная в полости с впускным отверстием, установлена с зазором относительно боковой стенки с выпускным отверстием, меньшим, чем остальные N частей гофрированного элемента, часть гофрированного элемента, размещенная в полости с выпускным отверстием, установлена с зазором относительно боковой стенки с впускным отверстием, меньшим, чем остальные N частей гофрированного элемента, а N≥2.
При этом перегородки могут быть присоединены к пластинам и установлены с зазорами относительно боковой стенки с впускным отверстием и боковой стенки с выпускным отверстием, либо перегородки могут быть присоединены к пластинам, боковой стенке с впускным отверстием и боковой стенке с выпускным отверстием и в перегородках могут быть выполнены отверстия в зазорах между частями гофрированного элемента и боковыми стенками с впускным и выпускным отверстиями.
Снабжение устройства для охлаждения или нагревания электронных компонентов N перегородками, установленными внутри корпуса в направлении от боковой стенки с впускным отверстием к боковой стенке с выпускным отверстием с образованием внутри корпуса N+1 полостей и с обеспечением возможности движения теплоносителя в зазорах между гофрированным элементом и боковыми стенками с впускным и выпускным отверстиями, выполнение впускного и выпускного отверстий в крайних полостях корпуса, выполнение гофрированного элемента в виде N+1 частей, каждая из которых установлена в соответствующей полости корпуса, когда части гофрированного элемента, установленные в крайних полостях корпуса, выполнены длиннее остальных N-1 частей гофрированного элемента, часть гофрированного элемента, размещенная в полости с впускным отверстием, установлена с зазором относительно боковой стенки с выпускным отверстием, меньшим, чем остальные N частей гофрированного элемента, часть гофрированного элемента, размещенная в полости с выпускным отверстием, установлена с зазором относительно боковой стенки с впускным отверстием, меньшим, чем остальные N частей гофрированного элемента, а N≥2, обеспечивают более равномерный теплообмен между теплоносителем и пластинами, являющимися основаниями для установки электронных компонентов, по площади их поверхности. Подтверждение этого факта рассмотрено ниже в разделе, содержащем сведения о возможности осуществления полезной модели.
1
2
1
3
1
3
1
3
1
3
1
3
На фиг.1 показан разрез устройства для охлаждения или нагревания электронных компонентов в случае, когда в нем использованы две перегородки (N=2), перегородки присоединены к пластинам, боковой стенке с впускным отверстием и боковой стенке с выпускным отверстием и в перегородках выполнены отверстия в зазорах между частями гофрированного элемента и боковыми стенками с впускным и выпускным отверстиями, где 1 - первая пластина, 2 - боковая стенка, 3 - впускное отверстие, 4 - выпускное отверстие, 5-5 - перегородки, 6-6 - части гофрированного элемента, 7 - отверстие перегородки, 8-8 - зазоры между боковой стенкой 2 с впускным отверстием 3 и частями гофрированного элемента 6-6 и 9-9 - зазоры между боковой стенкой 2 с выпускным отверстием 4 и частями гофрированного элемента 6-6.
На фиг.2 показан фрагмент разреза по А-А фиг.1, где 10 - вторая пластина.
На фиг.3 показаны полученные моделированием на ЭВМ линии тока теплоносителя в полостях корпуса устройства для охлаждения или нагревания электронных компонентов, являющегося предметом настоящей полезной модели.
На фиг.4 показаны полученные моделированием на ЭВМ при тех же исходных данных линии тока теплоносителя в полости корпуса устройства для охлаждения электронных компонентов (FR 2681757 А1, 1993), являющегося ближайшим аналогом.
1
2
1
2
Устройство для охлаждения или нагревания электронных компонентов выполнено из металла, обладающего высокой теплопроводностью, например, из меди, и содержит герметичный полый корпус в форме прямоугольного параллелепипеда, образованный первой пластиной 1 и второй пластиной 10, выполняющими функцию оснований для установки электронных компонентов, а также четырьмя боковыми стенками 2, расположенными по их периметру. В двух противоположных боковых стенках 2 выполнены впускное отверстие 3 и выпускное отверстие 4 для теплоносителя. Устройство снабжено двумя перегородками 5, и 52 (в общем случае N перегородками, N≥2), установленными внутри корпуса в направлении от боковой стенки 2 с впускным отверстием 3 к боковой стенке 2 с выпускным отверстием 4 с образованием внутри корпуса трех полостей (в общем случае N+1 полостей). Перегородки 5 и 5 могут быть присоединены к первой пластине 1, второй пластине 10, боковой стенке 2 с впускным отверстием 3 и боковой стенке 2 с выпускным отверстием 4, как показано на фиг.1, и в этом случае в перегородках 5 и 5 выполнены отверстия 7, обеспечивающие возможность движения теплоносителя между полостями. Кроме того, перегородки могут быть присоединены только к первой и второй пластинам и установлены с зазорами относительно боковой стенки с впускным отверстием и боковой стенки с выпускным отверстием (на чертежах не показано), также обеспечивающими возможность движения теплоносителя между полостями. Впускное и выпускное отверстия 3 и 4 выполнены в крайних полостях корпуса, например, впускное отверстие 3 выполнено в боковой стенке 2 верхней полости (по расположению на фиг.1), а выпускное отверстие 4 выполнено в боковой стенке 2 нижней полости (по расположению на фиг.1).
1
3
1
3
1
3
1
3
2
1
2
3
1
2
Устройство содержит гофрированный элемент из листового металла, который выполнен в виде трех частей 6-6 (в общем случае N+1 частей), каждая из которых установлена внутри соответствующей полости корпуса с обеспечением теплового контакта с первой пластиной 1 и второй пластиной 10 посредством присоединения к ним полками своих гофров (см. фиг.2), с расположением гофров в направлении от боковой стенки 2 с впускным отверстием 3 к боковой стенке 2 с выпускным отверстием 4 (см. фиг.1), с зазорами 8-8 относительно боковой стенки 2 с впускным отверстием 3 и с зазорами 9-9 относительно боковой стенки 2 с выпускным отверстием 4. Части 6 и 6 гофрированного элемента, установленные в крайних полостях корпуса, выполнены длиннее части 6 гофрированного элемента. Часть 6 гофрированного элемента, размещенная в полости с впускным отверстием 3, установлена с зазором относительно боковой стенки 2 с выпускным отверстием 4, меньшим, чем остальные части 6 и 6 гофрированного элемента. Часть 63 гофрированного элемента, размещенная в полости с выпускным отверстием 4, установлена с зазором относительно боковой стенки 2 с впускным отверстием 3, меньшим, чем остальные части 6 и 6 гофрированного элемента.
1
3
1
3
1
2
1
3
1
3
1
3
1
3
Для обеспечения возможности движения теплоносителя между частями 6-6 гофрированного элемента и боковой стенкой 2 с впускным отверстием 3, а также между частями 6-6 гофрированного элемента и боковой стенкой 2 с выпускным отверстием 4 отверстия 7 в перегородках 5 и 5 выполнены, соответственно, в зазорах 8-8 между боковой стенкой 2 с впускным отверстием 3 и частями 6-6 гофрированного элемента и в зазорах 9-9 между боковой стенкой 2 с выпускным отверстием 4 и частями 6-6 гофрированного элемента.
Электронные компоненты, требующие охлаждения или нагревания, устанавливают на первой пластине 1 и (или) второй пластине 2. Для охлаждения электронных компонентов используют теплоноситель (например, охлаждающую жидкость Л3-ТК-2), имеющий более низкую температуру, чем электронные компоненты, а для нагревания - наоборот.
1
3
1
3
1
3
1
3
При функционировании устройства для охлаждения или нагревания электронных компонентов подаваемый во впускное отверстие 3 теплоноситель последовательно движется через зазоры 8-8 между боковой стенкой 2 с впускным отверстием 3 и частями гофрированного элемента, через каналы, образованные гофрами частей 6-6 гофрированного элемента, через зазоры 9-9 между боковой стенкой 2 с выпускным отверстием 4 и частями гофрированного элемента и выводится через выпускное отверстие 4. В процессе движения теплоносителя происходит теплообмен между ним и первой пластиной 1 и второй пластиной 10 как вследствие их непосредственного контакта, так и в результате контакта теплоносителя с частями 6-6 гофрированного элемента и с боковыми стенками 2, присоединенными с обеспечением теплового контакта с первой пластине 1 и второй пластине 10.
Сравнение фиг.3, которая иллюстрирует результаты выполненного авторами настоящей полезной модели моделирования на ЭВМ процесса движения теплоносителя в полостях корпуса устройства для охлаждения или нагревания электронных компонентов, являющегося предметом настоящей полезной модели, и фиг.4, которая иллюстрирует результаты такого же моделирования для устройства, являющегося ближайшим аналогом, показывает, что при работе устройства, являющегося предметом настоящей полезной модели, линии тока теплоносителя распределены по площади поверхности первой пластины 1 и второй пластины 10 более равномерно, чем при функционировании ближайшего аналога. В результате этого обеспечивается более равномерное распределение коэффициента конвективного теплообмена по площади поверхности первой пластины 1 и второй пластины 10.
Таким образом, полезная модель обеспечивает более равномерный теплообмен между теплоносителем и основаниями для установки электронных компонентов по площади их поверхности.