Корпус жидкостного охлаждения блока РЭА Российский патент 2023 года по МПК H05K7/20 

Изобретение относится к теплотехнике и касается способа повышения надежности корпуса жидкостного охлаждения блока РЭА.

Известен групповой теплоотвод с жидкостным охлаждением (патент RU 2093923), содержащий корпус из высокотеплопроводного материала с взаимно пересекающимися кольцевыми каналами для охлаждающей жидкости. Недостатком группового теплоотвода является сложность и низкая технологичность конструкции.

Известно теплоотводящее устройство (патент RU 145017 U1), содержащее составную металлическую панель с запрессованной металлической теплопроводящей трубкой для теплоносителя и снабженной средствами для подвода и отвода охлаждающей жидкости.

Недостатком данного устройства является трудоемкая технология его изготовления, а также неэффективный отвод тепла от всех охлаждаемых элементов РЭА, так как при выполнении контакта между панелью и трубкой возникает дополнительное тепловое сопротивление, которое влияет на теплоотвод.

Прототипом предлагаемого устройства является охладитель вычислительных модулей компьютера (патент RU 167555 U1), включающий две скрепленные вместе плоские пластины с пазами, вместе образующие, по меньшей мере, один канал для прохождения хладагента, герметизированный вкладышами, и являющиеся теплоотводящим основанием для контактирующих с ними тепловыделяющих электронных компонентов вычислительных модулей компьютера, при этом канал для прохождения хладагента имеет впускное и выпускное отверстия, соответственно для подачи и слива хладагента. Канал для прохождения хладагента в пластинах под элементами РЭА разделяется на множество каналов меньшего сечения, и занимает всю площадь контакта тепловыделяющих элементов РЭА.

Недостатком данного решения является ненадежность конструкции охладителя в связи с тем, что корпус охладителя состоит из нескольких частей - плоских пластин, герметизированных вкладышами и в местах резкого перехода основного канала в множество каналов меньшего сечения может образоваться явление кавитации, что в свою очередь негативно влияет на прочностные характеристики корпуса в целом.

Технической задачей разрабатываемого изобретения является повышение надежности корпуса жидкостного охлаждения блока РЭА.

Технический результат, который требуется достигнуть - обеспечить изготовление монолитной конструкции корпуса жидкостного охлаждения блока РЭА и исключить появление в охлаждающей жидкости разрушающей корпус кавитации.

Технический результат достигается за счет того, что корпус жидкостного охлаждения блока РЭА, имеющий монолитную конструкцию, изготовленный из высокотеплопроводного материала, с установленными на нем элементами РЭА, в котором на заданной глубине выполнены каналы, имеющие различную траекторию, форму и размеры поперечного сечения и содержащие конструктивные изгибы, образующие систему каналов, на входе и выходе которой установлены штуцеры для подачи и отвода охлаждающей жидкости, при этом каналы герметизированы наплавочным материалом, а места изменения размеров поперечного сечения и конструктивные изгибы каналов содержат плавные переходы, обеспечивающие отсутствие разрушающей корпус кавитации.

На фиг. 1 изображена предлагаемая конструкция корпуса жидкостного охлаждения блока РЭА.

На фиг. 2 изображен канал герметизированный наплавочным материалом.

Конструкция включает в себя корпус жидкостного охлаждения блока РЭА 1, имеющий монолитную конструкцию и изготовленный из высокотеплопроводного материала, например, из алюминия. Корпус жидкостного охлаждения блока РЭА содержит каналы 2, образующие систему каналов и имеющие различную траекторию, форму и размеры поперечного сечения. Для подачи и отвода охлаждающей жидкости на входе и выходе системы каналов установлены входной штуцер 3 и выходной штуцер 4 соответственно. Переходы 5 в местах изменения размеров поперечного сечения каналов 2 и конструктивные изгибы 6 в каналах 2 выполнены плавными, обеспечивающими отсутствие кавитации. Герметичность каналов 2 обеспечивается наплавочным материалом 7.

Конструкция работает следующим образом.

Охлаждающая жидкость через входной штуцер 3 подается в систему каналов корпуса 1, распределяется по всем каналам системы и охладив корпус 1 и, следовательно, находящиеся на нем охлаждаемые элементы РЭА выводится через выходной штуцер 4.

Каналы в монолитном теле корпуса могут быть получены посредством фрезерования специально подготовленной грибковой фрезой. В зависимости от применяемой фрезы можно получить каналы различной формы и размеров поперечного сечения. Каналы формируются на заданной глубине и имеют соответствующую расположению охлаждаемых элементы РЭА траекторию. Для обеспечения надежного соединения с материалом корпуса, наплавляемый материал, посредством которого осуществляется герметизация каналов, должен совпадать или быть совместимым с материалом, из которого изготовлен корпус. Наплавка герметизирующего материала осуществляется на расчетную глубину. После наплавки выступающую за пределы монолитного корпуса часть наплавочного материала удаляют механическим путем. Таким образом получается монолитная конструкция корпуса, которая обладает более высокой надежностью по сравнению со сборными конструкциями. Высокая плоскостность поверхности полученного корпуса, позволяет расширить область размещения на нем охлаждаемых элементом РЭА.

Кроме того, изменяя режимы резания (скорость резания и подачу) фрезерования можно создать на внутренней поверхности каналов неровности для повышения турбулентности охлаждающей жидкости, что позволит повысить эффективность теплообмена между охлаждающей жидкостью и корпусом, то есть увеличивается теплоотвод от элементов РЭА, установленных на корпусе, не увеличивая при этом толщину корпуса.

Как известно скорость потока жидкости в местах резкого уменьшения поперечного сечения канала возрастает, а давление жидкости падает. При падении давления потока жидкости до определенной величины происходит закипание жидкости, то есть возникает эффект кавитации. Данное явление обосновывается законом Бернулли, из которого следует, что при увеличении скорости, т.е. динамического давления, статическое давление падает. Если давление снижается до давления насыщенного пара, то возникает кавитация. Образовавшиеся пузырьки газа и пара переносятся потоком в область более высокого давления, в которой пузырьки схлопываются, образуя ударные волны, сопровождающиеся высокими забросами давления и температуры в центрах пузырьков (по расчетам температуры могут достигать значений 1000-1500°С и выше и местное давление может достигать 1500-2000 кГ/см²). В результате под действием указанных гидравлических ударов высокой повторяемости и одновременном воздействии высокой температуры происходит разрушение поверхности каналов, что в свою очередь приводит к разрушению корпуса.

Основным способом борьбы с кавитацией является максимальное снижение разрежения в зонах возможной кавитации, то есть в местах конструктивных изгибов и резких изменений размеров поперечного сечения каналов. Для этого необходимо чтобы каналы в местах изменения их поперечного сечения и конструктивных изгибов содержали плавные переходы, что позволит избежать значительного падения давления охлаждающей жидкости, и соответственно исключить появления разрушающей корпус кавитации.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволит повысить надежность корпуса жидкостного охлаждения блока РЭА за счет монолитности конструкции и исключения разрушающей корпус кавитации, то есть технический результат достигнут полностью.

Изобретение относится к теплотехнике и относится к способу повышения надежности корпуса жидкостного охлаждения блока РЭА. Технический результат - изготовление монолитной конструкции корпуса жидкостного охлаждения блока РЭА и исключение появления в охлаждающей жидкости разрушающей корпус кавитации. Технический результат достигается тем, что в корпусе жидкостного охлаждения блока РЭА, имеющем монолитную конструкцию, изготовленном из высокотеплопроводного материала, с установленными на нем элементами РЭА на заданной глубине выполнены каналы, имеющие различную траекторию, форму и размеры поперечного сеченияф и содержащие конструктивные изгибы, образующие систему каналов, на входе и выходе которой установлены штуцеры для подачи и отвода охлаждающей жидкости. Каналы герметизированы наплавочным материалом, а места изменения размеров поперечного сечения и конструктивные изгибы каналов содержат плавные переходы, обеспечивающие отсутствие разрушающей корпус кавитации. 2 ил.

Корпус жидкостного охлаждения блока РЭА, имеющий монолитную конструкцию, изготовленный из высокотеплопроводного материала, с установленными на нем элементами РЭА, в котором на заданной глубине выполнены каналы, имеющие различную траекторию, форму и размеры поперечного сечения и содержащие конструктивные изгибы, образующие систему каналов, на входе и выходе которой установлены штуцеры для подачи и отвода охлаждающей жидкости, при этом каналы герметизированы наплавочным материалом, а места изменения размеров поперечного сечения и конструктивные изгибы каналов содержат плавные переходы, обеспечивающие отсутствие разрушающей корпус кавитации.