ШТЫРЕВОЙ РАДИАТОР Российский патент 1995 года по МПК H05K7/20 H01L23/34 

Изобретение относится к теплообмену в радиаторах и может быть использовано для отвода тепла от радиоэлементов.

Известны теплоотводы для силовых полупроводниковых приборов [1] где для повышения эффективности охлаждения в межреберное пространство радиатора введена гофрированная вставка, которая перераспределяет воздушный поток по высоте ребра.

В [2] для интенсификации теплообмена используются перфорированные уголковые элементы, которые турбулизируют поток на концах элементов, создавая дополнительную скорость пограничному слою на тыльной стороне уголковых элементов. Недостатком является то, что увеличение интенсивности теплообмена происходит только за счет турбулизации ядра потока.

В [3] предлагается охлаждающее устройство, в котором для улучшения теплоотдачи электронных элементов поверхность радиатора имеет выдавленные желобки и гранки, способствующие интенсификации теплообмена. В этом случае недостатком являетcя то, что турбулизиpуется только пограничный слой.

Наиболее близким по техническому решению является устройство [4] конструкция которого включает пластину, полку, отверстия, штыри.

Охлажденный полупроводниковый элемент располагается на полке, которая передает тепло пластине и штырям. Для прохождения охлаждающей среды при любой ориентации штыревого радиатора в пластине выполнены отверстия.

Интенсификация теплообмена штырями осуществляется как за счет турбулизации ядра потока, так и пограничного слоя. Турбулизация пограничного слоя осуществляется только основанием штыря, большая же часть пластины не покрыта вихрями той интенсивности, которые образуются вблизи основания штыря.

На фиг. 1-4 показан предлагаемый штыревой радиатор.

Штыревой радиатор (фиг. 1) содержит пластину 1, штыри 2, выступы 3. Охлаждаемый полупроводниковый элемент 4 может располагаться непосредственно на самой пластине 1 (фиг.3) или на теплопроводной полке. Штыри 2 выполнены в виде параллелепипедов и повернуты или гранями или ребрами к потоку охлаждающей среды.

При расположении штырей гранями к потоку между ними в основании штырей располагаются выступы 3, имеющие прямоугольную форму (фиг.2). Расположение штырей ребрами к потоку позволяет уменьшить аэродинамическое сопротивление радиатора, а турбулизирующие выступы 3 в этом случае имеют форму треугольных призм (фиг.1). С изменением угла между гранями штырей от 30 до 90^о происходит и изменение углов у турбулизирующих выступов.

Соотношения между элементами штыревого радиатора составляют:
h/d 0,3-0,5; t/h 7-10; t/d 3,3, где h высота турбулизаторов;
d эквивалентный диаметр;
t шаг размещения турбулизаторов.

Штыри и турбулизирующие выступы могут располагаться как с одной стороны пластины, так и с двух сторон в шахматном и коридорном порядке.

Поток рабочей среды, проходя через штыри 2 и турбулизирующие выступы 3, образует отрывные вихревые зоны, интенсифицирующие теплообмен. Как шахматное (фиг. 4), так и коридорное (фиг.1) расположение штырей позволяет турбулизировать само ядро потока, а основание штырей и выступы турбулизируют пограничный слой по всей поверхности охлаждаемой пластины, так как они находятся в промежутке между штырями, как в поперечном, так и в продольном направлениях.

Таким образом предлагаемый штыревой радиатор позволяет в результате интенсификации теплообмена с помощью штырей и турбулизирующих выступов увеличить отвод тепла от полупроводниковых элементов, а развернутые штыри ребром к потоку позволяют уменьшить аэродинамическое сопротивление.

Использование: теплообмен в радиаторах, может быть использовано для отвода тепла от радиоэлементов. Сущность изобретения: штыри основания выполнены в виде параллелепипедов и повернуты своими гранями или ребрами к потоку охлаждающей среды.При расположении штырей гранями к потоку между ними в основании штырей располагаются выступы, имеющие прямоугольную форму. Расположение штырей ребрами к потоку позволяет уменьшить аэродинамическое сопротивление радиатора, а турбулизирующие выступы в этом случае имеют форму треугольных призм. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. ШТЫРЕВОЙ РАДИАТОР для охлаждения полупроводниковых приборов, содержащий основание, размещенные на основании ребра охлаждения в виде штырей и турбулизирующие элементы, выполненные на основании в межреберных пространствах, отличающийся тем, что штыри выполнены в виде параллелепипедов с углом между двумя сопряженными гранями 30-90^o, а турбулизирующие элементы выполнены в виде выступов. 2. Радиатор по п.1, отличающийся тем, что выступы турбулизирующих элементов расположены у оснований параллелепипедов штырей с двух их противоположных граней и сопряжены с ними. 3. Радиатор по пп.1 и 2, отличающийся тем, что высота выступа турбулизатора выбирается из соотношения
h/d 0,3 0,5,
где h высота выступа турбулизатора, м;
d эквивалентный диаметр, м,
а узел размещения выступов турбулизаторов на основании выбирается из соотношения
t/h 7:10,
где t шаг размещения выступов турбулизаторов на основании, м;
h высота выступов турбулизаторов, м,
при этом t/d 3,3. 4. Радиатор по пп.1-3, отличающийся тем, что параллелепипеды штырей ориентированы своими одними гранями параллельно торцевым кромкам основания, при этом выступы турбулизаторов выполнены в виде прямоугольных призм, сопряженных своими основаниями с двумя противоположными гранями штырей, а одними своими гранями с основанием. 5. Радиатор по пп. 1-3, отличающийся тем, что параллелепипеды штырей ориентированы своими гранями под углом относительно торцевых кромок основания, при этом выступы турбулизаторов выполнены в виде треугольных призм, сопряженных одними своими гранями с двумя противоположными гранями штырей, а своими основаниями с основанием.