УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ БЛОКОВ Российский патент 2008 года по МПК H05K7/20 H01L23/34 G06F1/20 

Изобретение предназначено для охлаждения и стабилизации температуры постоянно работающей радиоэлектронной аппаратуры с большим ресурсом работы, использующей в составе конструкции тепловыделяющие элементы (процессор, видеокарты, блок питания и т.д.). Изобретение может быть использовано в бытовых ЭВМ различной конструкции и в промышленных установках.

Известно, что при работе блоков электронной аппаратуры (компьютеров и пр.) выделяется значительное количество тепла. Так, процессор Pentium 4XE выделяет ˜90 Вт, при этом максимально допустимая температура T_casemax˜70°C.

Для охлаждения электронных блоков, расположенных в корпусе, применяют различные системы отвода теплового потока.

Так, широко используют радиаторы и/или теплообменники, контактирующие с охлаждаемым блоком, тепло от которых отводится через воздушную среду, направляемую вентилятором за стенки корпуса, где установлен электронный блок (см., например, патент RU 2239865, МПК G06F 1/16, 2004, заявку RU 2002120383, МПК G06F 1/20, 2004). Недостатками таких устройств для охлаждения является шум, низкий ресурс работы, нестабильность отвода теплового потока и, как следствие, перегрев электронных блоков.

Известно устройство для охлаждения электронных блоков, где для отвода тепла используют тепловую трубу, теплопоглощающая часть которой теплопроводно связана с электронным блоком, а теплопередающая - с радиатором (см. патент RU 2255437, МПК Н05K 7/20, 2005).

Достоинством такого устройства является отсутствие вентилятора, что обеспечивает его бесшумность. Но такое устройство также не обеспечивает стабильности отвода тепла, что приводит к перегреву блоков и снижению надежности работы.

Наиболее близким к заявленному изобретению является устройство для охлаждения электронных блоков, включающее радиатор и термоэлектрический модуль охлаждения, размещенный между электронными блоками и радиатором и соединенный с блоком питания (см. патент RU 2214702, МПК Н05K 7/20, 2003). Тепло от греющихся элементов передается плавящимся наполнителям, от которых потом отводится термоэлектрической батареей. Недостатком устройства является фиксированная температура плавления, что не позволяет регулировать температуру охлаждения.

Техническим результатом заявленного изобретения является повышение ресурса работы блоков электронной аппаратуры за счет обеспечения стабильности отвода тепла и поддержания их температуры в требуемых пределах, а также снижение шума.

Технический результат достигается за счет того, что устройство для охлаждения электронных блоков, включающее радиатор и, по меньшей мере, один термоэлектрический модуль охлаждения, размещенный между электронными блоками и радиатором и соединенный с блоком питания, согласно изобретению, снабжено охлаждающим теплообменником, взаимодействующим с радиатором через газорегулируемую тепловую трубу.

Охлаждающий теплообменник, термоэлектрический модуль охлаждения и блок питания могут быть электрически соединены с блоком автоматического управления.

На чертеже дана общая схема устройства.

Устройство включает электронный блок 1, термоэлектрические модули охлаждения (ТЭМО) 2, блок питания 3 термоэлектрических модулей охлаждения, радиатор 4, охлаждающий теплообменник 5, теплопроводящее устройство 6, газорегулируемую тепловую трубу 7, блок автоматического управления параметрами 8.

Для охлаждения электронного блока 1 на нем установлены термоэлектрические модули охлаждения 2, соединенные с блоком питания 3. Термоэлектрические модули охлаждения 2 теплопроводно соединены с радиатором 4, контактирующим с газорегулируемой тепловой трубой 7, соединенной через теплопроводящее устройство 6 с охлаждающим теплообменником 5. Режим работы блока питания 3 термоэлектрических модулей охлаждения 2 и охлаждающего теплообменника 6 автоматически устанавливается блоком автоматического управления параметрами 8 по показаниям соответствующих датчиков.

Устройство работает следующим образом.

Изменяющийся тепловой поток Q₁ с поверхности электронного блока 1 через термоэлектрические модули охлаждения 2, газорегулируемую тепловую трубу 7 и радиатор 4 отводится на охлаждающий теплообменник 6, от которого поток тепловыделения Q₂ отводится в окружающую среду. Режим работы термоэлектрических модулей охлаждения 2 является конвертируемым (обратимым) и управляется блоком автоматического управления параметрами 8, поддерживая температуру блока 1 радиоэлектронной аппаратуры в заданных пределах.

Газорегулируемая тепловая труба 7 отводит поток тепловыделения Q₁ к охлаждающему теплообменнику 6, автоматически поддерживая температуру на поверхности термоэлектрических модулей охлаждения 2 в заданных пределах.

Режим работы охлаждающего теплообменника 6 регулируется блоком автоматического управления параметрами 8, обеспечивая заданный режим работы устройства.

Блок автоматического управления параметрами 8 по заданной программе регистрирует показания датчиков и формирует вектор текущего состояния ТЭМО 2, блока питания и охлаждающего теплообменника 5, который сравнивается со строками заранее сформированной матрицы нормальных и аномальных состояний устройства. По результатам сравнения выдается заданная команда на управление в соответствующий блок.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет получить возможность утилизации тепловыделения на радиоэлектронных блоках в диапазоне 50-150 Вт и выше с рабочими температурами на элементах радиоэлектронной аппаратуры в пределах 35-40°С. Планируемое время работы не меньше 200 тысяч часов (для сравнения: ресурс вентилятора - 20-30 тысяч часов).

Изобретение может быть применено в ЭВМ различной конструкции и с различной скоростью тепловыделения, а также в специализированных блоках радиоэлектронной аппаратуры.

Изобретение предназначено для охлаждения и стабилизации температуры постоянно работающей радиоэлектронной аппаратуры с большим ресурсом работы, использующей в составе конструкции тепловыделяющие элементы (процессор, видеокарты, блок питания и т.д.). Изобретение может быть использовано в бытовых ЭВМ различной конструкции и в промышленных установках. Технический результат - повышение ресурса работы блоков электронной аппаратуры за счет обеспечения стабильности отвода тепла и поддержания их температуры в требуемых пределах, а также снижение шума. Устройство для охлаждения электронных блоков включает радиатор и, по меньшей мере, один термоэлектрический модуль охлаждения, размещенный между электронными блоками и радиатором и соединенный с блоком питания, а также охлаждающий теплообменник, взаимодействующий с радиатором через газорегулируемую тепловую трубу. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для охлаждения электронных блоков, включающее радиатор и, по меньшей мере, один термоэлектрический модуль охлаждения, размещенный на охлаждаемом блоке и теплопроводно соединенный с радиатором, при этом, по меньшей мере, один термоэлектрический модуль охлаждения соединен с блоком питания, а радиатор контактирует с газорегулируемой тепловой трубой, соединенной через теплопроводящее устройство с охлаждающим теплообменником.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что охлаждающий теплообменник, по меньшей мере, один термоэлектрический модуль охлаждения и блок питания электрически соединены с блоком автоматического управления.